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1、计算机控制技术(王建华)总结复习第1章 绪论1. 计算机控制系统 工业控制机;PIO设备;生产过程计算机控制系统就是利用计算机（常称为工业控制计算机，简称工业控制机IPC）来实现生产过程自动控制的系统。2.计算机控制系统的控制过程计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入(2)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将要采取的控制策略。(3)实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。3在线方式生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式，反之称为离
2、线方式。4实时的含义实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件做出反应的特性。2个要素：根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反应一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。5计算机控制系统的典型形式（1）操作指导控制系统（Operational Information System 简称OIS）操作指导控制系统依赖数据采集信息，由计算机根据数学模型计算出生产过程工况，给出操作指导信息，计算机的输出不直接用来控制被控对象。（2）直接数字控制系统（Direct Digital Control简称DDC
3、 ）DDC系统中的计算机直接承担控制任务 ，属于闭环控制系统。DDC系统：通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。（3）监督控制系统SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。（4）集散控制系统(Distributed Contro1 S
4、ystem简称DCS)DCS由多个相关联可以共同承担工作的微处理器为核心，一起组成可以并行运行多项任务的系统，实现不同地域和不同功能的控制。通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作，并实现复杂的控制和优化。（5）现场总线控制系统(Fieldbus Control System简称FCS)FCS的结构模式为： “工作站现场总线智能仪表”二层结构。（6）PLC+上位机系统PLC与计算机实现集成，以组成大型的PLC控制系统。第2章 工业计算机简介1.工业控制计算机传统意义上,将用于工业生产过程的数据采集、控制和管理的计算机称为工业控制计算机。工业控制计算机是“应用在国民经济发
5、展和国防建设的各个领域、具有恶劣环境适应能力、能长期稳定工作的“加固型计算机”，简称“工控机” “ IPC ” 。2总线的定义总线（BUS）：是功能部件之间实现互连的一组公共信号线，用作相互间信息交换的公共信道。3总线分类（1）数据总线 三态控制功能,双向传输 数据线的宽度表示了总线数据传输的能力,反映了总线的性能（2）控制总线 三态;单向总线（3）电源线与地线 单向;双向;三态;非三态 决定总线功能的强弱与适应性(4)电源线与地线4. ISA和PCI总线第3章 计算机控制系统输入输出接口技术1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道
6、。按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。2模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/
7、D转换器之前加入采样保持器。(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter，简称A/D转换器或ADC)。3常用的AD转换方式常用的AD转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。4D转换器的主要技术指标（1）转换时间指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间（2）分辨率表示AD转换器输出数字量最低位变化所需输入模拟电压的变化量。 用数字量的位数n（字长）来表示，如8位、12位、16位等。（3）线性误差在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。（4）量程即所能转换的输入电压范围，
8、如: -5V+5V，010V，05V等。5设被测温度变化范围为0oC1200oC,如果要求误差不超过0.4oC,应选用分辨为多少位的A/D转换器？选择依据：6.采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；
9、反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。7.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。8AD转换器与CPU信息传递的方式AD与CPU信息传递常用的方式有：（1）程序查询方式CPU先向AD转换器发出启动转换信号，然后读入“转换结束”信号，当状态满足时即读入数据，否则继续查询。这种方法程序设计比较简单，可靠性高，但实时性差。（2）延时采样方式CPU先向AD发出启动转换信号，然后软件延时，延时时间取决于AD转换速度。这种
10、方式硬件设计简单，但信息传递较前述方式慢，该方式中CPU延时等待时间必须大于或等于AD转换时间。（3）中断方式CPU发出AD转换信号启动转换后即去做其它工作，一旦AD转换结束，即由“转换结束”信号向CPU申请中断，CPU一旦响应中断即读入数据。在A/D转换过程中，CPU与A/D是并行工作的，从而提高了系统的工作效率（4）DMA方式数据从AD转换器接口直接送到存储区，不经CPU中转，使传输速率大大提高。但还需要作一些DMA传送开始前的准备，如选定传送通道及工作模式、开放DMA请求以及设定传送总字节数和存储器地址等。传送完毕，屏蔽DMA请求，撤销DMA回答，释放总线，并交回CPU。9.设计出8路模
11、拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量数据采集程序。本例用8031、DAC0809设计的数据采集系统实例。把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：初始化程序：MOV R0，#30H ；设立数据存储区指针 MOV R2，#08H ；设置8路采样计数值 SETB IT0 ；设置外部中断0为边沿触发方式 SETB EA ；CPU开放中断SETB EX0 ；允许外部中断0中断 MOV DPTR，#0FEF8H ；送入口地址并指向IN0LOOP： MOVX DPTR，A ；启动A/D转换，A的值无意
12、义HERE： SJMP HERE ；等待中断中断服务程序： MOVX A，DPTR ；读取转换后的数字量 MOV R0，A ；存入片内RAM单元 INC DPTR ；指向下一模拟通道 INC R0 ；指向下一个数据存储单元 DJNZ R2，INT0 ；8路未转换完，则继续 CLR EA ；已转换完，则关中断 CLR EX0 ；禁止外部中断0中断 RETI ；中断返回 INT0： MOVX DPTR，A ；再次启动A/D转换 RETI ；中断返回10.对理想多路模拟开关的要求是什么？理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外，还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。（实际
13、情况是：多路模拟开关的开路电阻不可能无穷大；其接通时的导通电阻不可能为零。）11模拟量输入通道的隔离模拟量输入通道的隔离主要有：模拟隔离、数字隔离（1）模拟量输入通道的模拟隔离两项隔离措施： 对多路模拟开关（CD4051）的控制信号和地址信号（A、B、C）进行光电隔离， 采用变压器耦合隔离或光电隔离放大器。（2）模拟量输入通道的数字隔离采用光电耦合器件将模拟量输入通道的控制信号、地址信号以及A/D转换后得到的结果信号从电气连接上隔离开。12.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图3.1所示。输入电流流过二极管时使其发光，照射
14、到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。图3.1光电耦合器电路图13.模拟量输出通道由哪几部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成。(1)D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称D/A转换器或DAC)。它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。(2)V/I变换：一般情况下，D/A转换电路的输出是电压信号。在计算机控制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少由于传输带来的干扰和衰减，需要采用电流方式输出模拟信号。许多标准化的工业仪表或执行机构，一般是采用010mA或420mA的电流信号驱动的。因此，需要将
