轧制过程计算机控制系统1讲解

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1、DateDate 1 1 计算机控制系统 1.1 计算机控制系统的组成结构 1.2 轧制过程计算机控制系统的发展概述 1.3 轧制过程计算机控制系统概述 1.4 轧制过程计算机控制系统的基本类型 DateDate 2 2 本节内容 n一 硬件组成 n （一）主机 n 1.中央处理器 n 2.内存储器 n （二）外部设备 n 1.输入设备 n 2.输出设备 n 3.外存储器 n （三）过程输入输出设备 n （四）通讯设备 n二 软件组成 n （一）系统软件 n （二）应用软件 n三 操作系统 n四 人机接口 DateDate 3 3 1.11 计算机控制系统的组成结构 加热炉炉温控制系统 Fur

2、nace Temperature control system 人工控制人工控制 q人工控制系统中人起到了检测仪表、 控制器、执行器三重作用。 q控制的好坏主要靠操作工人的经验。 q人工控制不能控制太多的被控量。 q 人工控制不能进行快速的控制。 q人工控制也不能始终如一，产品的一 致性很差。 煤 气 管 被 控 对 象 T 燃气烧嘴 流 量 调 节 阀 DateDate 4 4 q采用模拟量运算电路来实现自 动控制功能（如PID)。 q而模拟系统中，改变控制方法 就必须改变硬件。 q线路接点较多，出现故障不易 排除。 q一个模拟调节器只能控制一个 被控量，多个模拟调节器之间不 能进行信息交换

3、。 电动调节阀 调 节 器 常规仪表控制常规仪表控制 热 电 偶 炉 温T DateDate 5 5 计算机控制 q用程序进行控制运算。 q控制方法的改变很容易。 q可以控制几百个回路.并可以 对上限、下限进行监视和报警 。 q信号的传送需要数/模和模/数 转换。 控控 制制 器器 电动调节阀 热 电 偶 炉温 T DateDate 6 6 被 控 对 象 输入通道/设备 四个基本环节：测量变送、输入输出设备、控制器、执行器四个基本环节：测量变送、输入输出设备、控制器、执行器 控控 制制 器器 电动调节阀 热 电 偶 输出通道/设备 T DateDate 7 7 变送器：输出标准信号的传感器。

4、变送器：输出标准信号的传感器。 标准化电动信号：标准化电动信号：DDZ-DDZ-标准：标准： 4 4 2020 mAmA DC DC 1 1 5 v DC5 v DC 气动信号标准：气动信号标准： 2020 100 100 KPaKPa （1）测量变送装置 Measure Device 压力传感器 热电偶 光电码盘 矫直机上 的辊缝仪 DateDate 8 8 （2）输入输出（I/O）设备 Input/Output Device 定义：完成信息传递和交换的装置。 作用：在计算机与生产过程之间进行信息传递的通道，起到纽 带和桥梁的作用。 输入通道/设备 开关量输入通道 模拟量输入通道Analog

5、/Digital(A/D) Digital Input(DI) 输出通道/设备 开关量输出通道 模拟量输出通道Digital/Analog (A/D) Digital Output(DO) DateDate 9 9 I/O模块 PCI-7200 12MB/s高速32通道数字输入、 32通道数字输出卡 康海PX8-L 8个RS-232串口 DAQ-2205 64通道，500K/s高速 多功能A/D采集卡 DateDate1010 （3）控制器 Controller 控制器：是实现控制规律的核心器件。控制器可以 是各种类型智能设备。 西门子S7400 PLC 模拟调 节器 微型计 算机 Honey

6、well数 字调节器 研华华 IPC-610 DateDate1111 根据控制器送来的信号对被控对象进行调节 。 （4）执行机构 Actuator 变频泵变频泵 同步电机 继电器 调节阀 电磁阀 DateDate1212 工作过程：数据采集：实时检测来自于测量变送装置的被控变量瞬 时值；经过D/A转换后送入控制器。 控制决策：将测量值mv与系统的给定值sp相比较，产生一定的 偏差信号e，对该偏差信号按照某种控制规律 （算法）进行数学运算，如常规PID算法、 自适应控制算法、模糊控制算法等，最后产 生控制信号u。 控制输出：对计算机输出的控制信号u进行D/A转换后，向执行 机构发出控制信号，完

7、成控制任务。 SP 通常安装 于控制室 通常安装 于 现场 - 控制器 D/A 执行机构被控对象 测量变送 A/D + y 被控量 e u 典型计算机控制系统结构图典型计算机控制系统结构图Block Diagram of Block Diagram of Typical Computer Control SystemTypical Computer Control System 420mA 420mA comparison Sensor Actuator Process Controller variable mv feedback I/O Device I/O Device DateDate

8、1313 1.1.2 计算机控制系统一些概念 自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过 控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。 计算机控制系统：利用计算机来实现生产过 程自动控制的系统。 DateDate1414 输出通道 D/A 输入通道 A/D 对象 被控变量 y 输 入 通 道 计算机 给定 1）计算机控制系统的工作原理 DateDate1515 实时数据采集： 实时控制决策： 实时控制输出： 工作原理： 对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值 进行检测和输入。 对采集到的被控变量进行分析和处理，并 按已定的控制规律，决定将要采取的控制 行为。 根据控制决策，适时地对执行机构发出控 制

9、信号，完成控制任务。 DateDate1616 2）在线方式和离线方式 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受 计算机控制的方式。 离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受 计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。 3）实时的含义 实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范 围内完成。（计算机实时地对生产过程进行控制和管理。并能根据生产过程 情况的变化及时地进行处理。实时性不仅取决于计算机硬件指标，而且还主要依 赖于系统软件和应用软件。） 实时控制系统必定是在线系统。 DateDate1717 一 计算机控制系统的硬件组成 硬件组成 (一）主机、（二）外部

10、设备（三）过程 输入/输出通道（四）通讯设备 DateDate1818 （一） 主机 中央处理器（CPU） 内存储器(RAM和ROM) （三）过程输入/输出通道 模拟量输入通道 模拟量输出通道 开关量输入通道 开关量输出通道 （二）外部设备 操作台 输入设备键盘、鼠标、光笔、扫描仪 输出设备显示器、打印机、绘图仪 外存储器硬盘、软盘、光盘 （CRT）显示器或(LED)数码显示器 键盘（功能键和数字键） （四）通讯设备网络适配器、路由器、集线器、双绞 线 运算器 控制器 只读存储器(ROM) 随机存储器(RAM) DateDate1919 二 软件组成 n软件一般由系统软件和应用软件组成 n计算

11、机专业设计人员负责研制系统软件， 而过程计算机控制系统设计人员则要了解 系统软件，从而更好地编制应用软件。 n应用软件是系统设计人员针对某个生产过 程而编制的控制和管理程序，它的优劣直 接影响控制品质和管理水平。 DateDate2020 软件 系统软件 服务程序装配程序、编辑程序 开发系统 程序设计语言 汇编语言、算法语言，如Basic Algol，Frotran，Pascal，Cobol，C，PLM等 语言处理程序汇编程序、解释程序、编译程序 操作系统-管理程序、磁盘操作系统程序等 诊断程序-调节程序、诊断程序等 数据管理程序 信息处理-文字翻译、资料检索、企业管理 应用软件 通讯系统 二

12、 软件组成 DateDate2121 应用软件 过程监控 数据处理程序 巡回检测程序 上下限检查及报警程序 操作面板服务程序 过程计算机控制 控制算法程序 事故处理程序 PID、最优化控制、串级调 节、比例调节、前馈调节 系统辨识、其他 信息管理程序 数字滤波及标度变换程序 判断程序 过程分析程序 公共服务程序 基本运算程序 函数运算程序 数码转换程序 格式编辑程序 信息生成调度、文件管理、 输出、打印、显示 DateDate2222 三 操作系统 nEniac和早期的计算机使用起来很困难的原因裸 机，只提供机器指令。 n操作系统OS使得用户可以不必了解具体的机器指 令、信号的传输过程，而通过

13、操作系统充分地使 用计算机的硬件资源和软件资源。 n操作系统可以视作计算机资源管理程序。只有在 操作系统的管理之下，才能充分利用资源，提高 系统的可靠性和实时性，方便用户的操作和使用 。操作系统的管理功能可以归纳为四种：处理机 管理、存储管理、设备管理和文件管理。 DateDate2323 四 人机接口 n 计算机和操作人员之间常常要互通信息。比如 ，计算机实时地显示生产过程状况和控制信息， 而操作人员为了配合计算机对生产过程的控制 往往要根据生产状况及时地向计算机发出各种操 作控制命令。为此，计算机和操作人员之间应设 置显示器和操作器，其中一种是CRT显示器和键 盘，另一种是针对某个生产过程

14、控制的特点而设 计的操作控制台式PID回路操作显示器。通常把 上述两种设备称为人机接口。 n其作用主要有： n(1)显示生产过程的状况；(2)供操作人员操作； (3)显示操作结果。 DateDate2424 1.1.4 与一般PC机相比 工业控制机的特点 可靠性高和可维修性好 环境适应性强 控制实时性好 完善的输入输出通道 丰富的软件 适当的计算精度和运算速度 DateDate2525 DateDate2626 DateDate2727 DateDate2828 工业控制用计算机构成与特点 n用于工业控制的计算机称为工业控制计算 机。简称控制机。它由计算机和过程输入 输出（ I/O）通过两大部

15、分组成 。 DateDate2929 n在计算机外部又增加一部分过程输入 /输 出通道： n一方面用来完成工业生产过程的检测数据 送入计算机进行处理； n另一方面将计算机要行使对生产过程控制 的命令、信息转换成工业控制对象的控制 变量的信号，再送往工业控制对象的控制 器去。由控制器行使对生产设备运行控制 。 DateDate3030 工业控制用计算机的特点 n（一）具有较完善的过程通道，便于将各 种形式的信息变换, 并完成检测数据输入 和控制信息输出。 n（二）要有比较完善的中断系统和高速数 据通道，以使其能迅速响应生产过程发出 的中段请求，并能与生产过程实时交换信 息。 n（三) 具有高可靠性。 n（四）具有人机联系功能，以便实现人机 对话，及时地对生产过程进行必要的干预 。 n（五）具有能正确反映生产规律的数学模 型 n（六）具有适于控制用的软件系统。 DateDate3131 对于现场生产过程的各种生产设备 必须具备： n1.具有能接受控制机（过程输入/输出 通道）送来的控制信息，并对生产设 备行使控制的控制器或称控制部件。 n2.能有检测生产设备的运行状态的一 次仪表（部件）或二次转换仪表部件 。 n3.能有反映生产规律的数学模型。 DateDate3232 1.15 如何在实践中应用计算机