计算机控制技术课件-第一章 绪论

《计算机控制技术课件-第一章 绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制技术课件-第一章 绪论（112页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、计算机控制技术主讲教师：陈 进1有关本课程学习的几点建议 本课程属于专业课,多媒体上课,信息量大,速度块;课件内容比较多,上课重点讲解一些内容;有些内容作为扩展知识面,课堂不进行讲解,考试不做要求（自学）;本门的课程的难点在于:(1)和前续课程的联系,温故而知新；记笔记有条件打印;(2)前沿性的东西很多,新技术,新设备不断推陈出新,培养自己自学能力要求:学生把本课件通读一遍,了解本们课程的一个总体轮廓;2参考书籍：1.潘新民 王燕芳 微型计算机控制技术 20032.胡文金计算机测控应用技术重庆大学 20033.林敏 计算机控制技术及工程应用国防工业出版社 20054.（国外教材）计算机控制系统

2、：原理与设计(第3版) 瑞典 Astrom,Wittenmark著 周兆英翻译 20013本门学科发展很快,技术不断更新;不断跟踪电子技不断跟踪电子技 术的最新发展术的最新发展 网络、杂志、广告网络、杂志、广告; ;中国期刊网中国期刊网杂志：杂志：测控技术测控技术工业控制计算机工业控制计算机单片机与嵌入式系统应用单片机与嵌入式系统应用4第1章 概论 第2章(1) 计算机控制的数据采集技术(前向通道) 第2章(2) 计算机控制的后向通道及功率接口技术 第3章 数字程序控制技术 第4章 常规及复杂控制技术 第5章 应用程序设计和实现技术(1) 数据处理技术 第5章 应用程序设计和实现技术(2) 监

3、控组态软件 第5章 应用程序设计和实现技术(3) 抗干扰技术 第6章 测控网络技术(1) 控制网络技术 第6章 测控网络技术(2) DCS与FCS 第7章 控制系统设计与工程实现理论教学: (40学时) 实验教学4*2 (8 学时) 40+8=48成绩评定： 平时占20% (作业+实验+考勤+课堂笔记） 期末考试占80%（闭卷 笔试）lGood Luck !！5第一章: 绪论本章重点掌握一些基本概念：1.计算机控制系统,几部分组成； 2.总线、外部总线、内部总线； 3.集散型控制系统； 4.现场总线控制系统； 5.实时控制、在线方式、离线方式； 6.ISA、PCI、USB、IEEE1394、A

4、GP总线；61.1 计算机控制系统概述 1.1.1 计算机控制系统及其组成 1.1.2 计算机控制系统的典型形式 1.2 计算机控制系统的发展概况及趋势 1.2.1 计算机控制系统的发展概况 1.2.2 计算机控制系统的发展趋势 1.3 工业控制机IPC 1.3.1 IPC结构组成 1.3.2 IPC总线结构 1.3.3 IPC功能特 1.3.4 IPC产品简介 1.4 IPC总线结构 1.STD总线 2.PC总线 3.ISA/PCI/USB/1394/AGP 7计算机技术(单片机、IPC、PLC)自动控制技术传感器技术CRT显示技术通信与网络技术微电子技术 计算机控制系统及其组成 计算机控制

5、系统的典型形式 计算机控制系统的发展概况及趋势8计算机控制技术及工程应用-是把计算机技术与自动化控制 系统融为一体的一门综合性学问,是以计算机为核心部件的过程控制 系统和运动控制系统.从计算机应用的角度出发,自动化控制工程是其 重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看,计算机技术又是一 个主要的实现手段.本课程立足于工业自动化的领域,讨论这种不同于 普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其工程应用. 下图为一个制药车间的自动化生产流程.91.1 计算机控制系统概述(复习)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.1.1.1计算机控制系统及其组

6、成1计算机控制系统的定义利用计算机来实现生产过程自动控制的系统.10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111.实时数据采集：2.实时控制决策：3.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信号,完成控制任务；122）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

7、并作相应操作的方式.（调试）3）实时的含义（ Realtime control）： 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. 实时控制系统必定是在线系统132.计算机控制系统的组成14 主机中央处理器（CPU）内存储器(RAM和ROM)接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁过程输入/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 开关量输出通道外部设备 操作台输入设备输出设备外存储器（CRT）显示器或(LED)数码显示器键盘（功能键和数字键）硬件部分(Hardware)15软件系统软件应用软件操作系统语言加工系统诊断系统控制程序数据采集及处理程序

8、巡回检测程序数据管理程序编辑程序 编译程序 连接、装配程序 调试程序 子程序库软件部分(Software)数据可靠性检查程序 A/D转换及采样程序 数字滤波程序 线性化处理程序 数据采集程序 越限报警程序 事故预告程序 画面显示程序 161.1.2 计算机控制系统的典型形式 1操作指导控制系统(OGC-Operating Guide Control) (了解)这种形式的系统属于开环系统,计算机按照一定的时间间隔对生产现场 的参数进行采样、处理、显示、打印或报警, 操作人员根据这些结果进行设 定值的修改或必要的操作.优点：结构简单,控制灵活和安全.缺点：要由人工操作,速度受到限制,不能控制多个对

9、象. 172.直接数字控制系统（DDCDirect Digital Control）(了解)利用微型计算机对多个被控参数进行巡回检测,并与给定值比 较,然后按照预定的控制规律进行计算,最后发出控制信息完成对生 产过程的控制,使被控参数稳定在给定值上. 要求：实时性好、可靠性高和适应性强一台计算机通常要控制几个或几十个回路输入通道 (AI.DI）输出通道 (AO.DO)打印机报 警操作台CRT计 算 机生 产 过 程183监督控制系统（Supervisory Computer Control SCC ）(了解)DDC 计算机生 产 过 程SSC计 算 机记录 显示 打印调节测量设定值(b)工艺数

10、据模 拟 调节器生 产 过 程SSC 计 算 机记录 显示 打印调节测量设定值(a)工艺数据1960年在美国的一个合成氨厂采用RW-300计算机系统实现了计算 机监督控制.基本思想是微型计算机根据原始工艺信息和其它参数,按照 描述生产过程的数学模型,自动改变模拟调节器或DDC微型计算机的给定 值,从而使生产过程始终处于最优工况.SCC+模拟调节器SCC+DDC 194集散型控制系统 （ DCSDistributed Control System）基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、综合协调的原则,将测 控系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级,构成一分级分 布式控制系

11、统.（重要）205现场总线控制系统（FCS-Fieldbus Control System）操 作 站模拟量输 出功能块控制功能块H1现场总线差压变 送 器模拟量输 入功能块PIDI10 .AOI10AI110H1 H1网 桥H2现场总线.现场节点服务器LAN（局域网）其结构模式为“工作站现场总线智能仪表”二层结构,成本 低,可靠性高,可实现真正的开放式互连系统结构（重要）211.可编程控制器 PLC可编程逻辑控制器是计算机技术与继电逻辑控制概念相结 合的产物,其低端为常规继电逻辑控制的替代装置,而高端为一 种高性能的工业控制计算机.它主要由CPU、存储器、输入组件 、输出组件、电源及编程器等

12、组成.西门子S7-200/300/4001.1.3 控制装置种类 22特点： 一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用而设定; 采用可编程序的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出； 应用广泛-不仅在顺序程序控制领域中具有优势,而且在运动控制、过程控制、网络通信领域方面也毫不逊色； PLC具有系统构成灵活,扩展容易,编程简单,调试容易,抗干扰能力强；232.可编程调节器又称单回路调节器、智能调节器、数字调节器.它主要由微处理 单元（单片机）、过程IO（输入/输出）单元、面板单元、通 信单元、硬手操单元和编程单元等组成.外观

13、如图所示. 24可编程调节器是一种仪表化了的微型控制计算机 易操作,易编程、方便灵活设计时无需考虑接口、通讯的硬件设计 软件编程上也只需使用一种面向问题的组态语言 具有断电保护、自诊断功能、通信等功能 可以组成多级计算机控制系统,实现各种高级控制 和管理 大型分散控制系统中最基层的控制单元 适用于连续过程中模拟量信号的控制系统中 253.总线式工控机总线式工控机,是基于总线技术和模块化结构的一种专用于工业控制的通用性计算机,一般称为工业控制计算机,简称为工业控制机或工控机.通常,计算机的生产厂家是按照某个总线标准,设计制造出若干符合总线标准、具有各种功能的各式模板,而控制系统的设计人员则根据不

14、同的生产过程与技术要求,选用相应的功能模板组合成自己所需的计算机控制系统.总线式工控机的外形类似普通计算机,如图所示.26不同的是它的外壳采用全钢标准的工业加固型机架机箱,机 箱密封并加正压送风散热,机箱内的原普通计算机的大主板变成 通用的底板总线插座系统,将主板分解成几块PC插件,采用工业级 抗干扰电源和工业级芯片,并配以相应的工业应用软件.总线式工控机具有小型化、模板化、组合化、标准化的设计 特点,能满足不同层次、不同控制对象的需要,又能在恶劣的工业 环境中可靠地运行.因而,它广泛应用于各种控制场合,尤其是十几 到几十个回路的中等规模的控制系统中.274.单片微型计算机随着微电子技术与超大

15、规模集成技术的发 展,计算机技术的另一个分支超小型化的单 片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简 称单片机诞生了.它是将CPU、存储器、串并行 I/O口、定时/计数器、甚至A/D转换器、脉宽调 制器、 图形控制器等功能部件全都集成(SOC- System On Chip)在一块大规模集成电路芯片上, 构成了一个完整的具有相当控制功能的微控制器 .2829Atmel 标准型：AT89C51 AT89C52 AT89lv51 AT89lv52 低档型：AT89C1051 AT89C2051(2Kflash) (20PIN) 高档型: AT89S51 AT89S52 ISP功能 AVR系列Philips P80CXX P87CXX P89CXX P87LPC7XXTI MSP430PIC系列 30单片机的应用软件可以采用面向机器的汇编语言,但这 需要较深的计算机软硬件知识,而且汇编语言的通用性与可移 植性差.随着高效率结构化语言的发展,其软件开发环境正在 逐步改善.目前,市场上已推出面向单片机结构的高级语言,如 早期的Archimedes C和Franklin C,现在的Keil C51、 Dynamic C等语言. 由于单片机具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低