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1、第二章 常用工业控制系统与接口电路一、工业控制系统的概述二、工业控制系统的类型三、工业控制系统的接口技术四、机电一体化常用接口电路1.概念： 将控制系统中的控制器功能通过计算机或数字控制装置来实现，即构成了计算机控制系统。2.1 工业（计算机）控制系统概述2.控制工作流程：（1）实时采集：对被控参数的瞬时值实时采集，通过A/D转换通道输入计算机。（2）实时处理：对采集到的被控参数状态量进行分析，按已确定的控制规律，决策进一步的控制行为。（3）实时输出：根据做出的控制决策，通过D/A转换通道，实时地向执行机构发出控制信号，在线、实时地进行控制。以上过程不断重复，使整个系统按照预定程序工作。此外，
2、系统还应能对被控参数和设备本身可能出现的异常状态进行及时检测和诊断。2.1 工业（计算机）控制系统概述3.特点：（1）利用计算机的存储记忆、数字运算和显示功能，可以同时实现多种模拟仪表的功能，并且便于监视和操作。（2）可以实现一台计算机同时控制多个回路，并且还可以同时实现直接数字控制、监督控制、顺序控制等多种控制功能。 （3）可以实现复杂的控制运算。（4）系统调试、参数整定灵活方便。2.1 计算机控制系统概述3.特点： （5）利用现场总线技术可将所有的现场设备(如传感器、执行机构、驱动器等)与控制器用一根电缆连接在一起，构成网络化的控制系统，实现现场状态监测、控制、远程传输等功能，使企业信息的
3、采集控制直接延伸到生产现场。（6）利用网络的分布结构可以构成计算机控制、管理集成系统，实现工业生产与经营的管理、控制一体化，大大提高企业的综合自动化水平。2.1 计算机控制系统概述（1）操作指导系统：计算机不直接控制对象，仅用来检测、采集对象中各种数据、参数进行记录、统计、显示等。2.2 计算机控制系统的类型（2）直接数字控制系统(DDS)：计算机完成一路或多路被控对象的实时采集、决策、输出过程。2.2 计算机控制系统的类型（3）监督控制系统(SCCSupervisory Computer Control)：多级计算机控制系统，上位计算机完成系统综合分析、设定，多台下位计算机根据设定完成 DD
4、C ，整体实现最优、自适应等控制方案。两种结构形式：* SCC+模拟调节器控制系统* SCC+DDC控制系统2.2 计算机控制系统的类型（3）监督控制系统(SCCSupervisory Computer Control)：2.2 计算机控制系统的类型SCC+模拟调节器控制系统框图 （3）监督控制系统(SCCSupervisory Computer Control)：2.2 计算机控制系统的类型SCC+DDC控制系统框图 （4）集散控制系统(DCS)：基本思想是集中管理、分散控制。上位机用于实现集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息
5、传递 。2.2 计算机控制系统的类型（5）现场总线控制系统(FCSFieldbus Control System)：现场总线控制系统是新一代分布式控制系统，现场总线通过一对传输线，可挂接多个设备，实现多个数字信号的双向传输，数字信号完全取代420mA的模拟信号，实现了全数字通信。 是一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统，因此现场总线控制系统具有良好的开放性、互操作性与互用性。 2.2 计算机控制系统的类型（5）现场总线控制系统(FCSFieldbus Control System)：2.2 计算机控制系统的类型（6）以太网控制系统(TCP/IP)：工业以太网控制系统具有其它网络无法比拟的优
6、势，主要体现在： * 开放性：采用公开的TCP/IP标准和协议。* 平台无关性：可以选择不同厂家、不同类型的设备和服务；易于实现多现场总线的集成，也易于实现多系统集成。 * 提供多种信息服务：提供E-mail、WWW、FTP等多种信息服务,并且信息传递快速、准确。* 图形用户界面：统一、友好、规范化的图形界面，操作简单，易学易用。2.2 计算机控制系统的类型（6）以太网控制系统(TCP/IP)：2.2 计算机控制系统的类型2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例总线式工业控制计算机IPC 半长卡 全长卡2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例PLC控制系统结构2.2 计算机控制系统的类型典型系
7、统举例PLC控制器2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例基于嵌入式单板机的计算机控制系统（ PC104 模块 ）2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例基于单片机的计算机控制系统2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例基于单片机的计 算机控制系统2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例通用PID控制器 （调节器）2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例集散 型计 算机 控制 系统2.2 计算机控制系统的类型典型系统举例（1）机械接口： 回转运动机构直线运动机构（2）电气接口： A/D、D/A 通道接口DI/DO 通道接口各类总线接口数据通讯接口功率驱动接口2.3 计算机控制系统的接口技术1.
8、输入过程通道完成输入信号的信号形式和信号电平的转换，使之成为计 算机能接收的信号。（1）输入信号的分类 u 信号源： 传感器输出信号（模拟式、数字式）指令操作信号（比如：电机启停、）参数设置信号（比如：空调温度设定、 ） u 信息表达特征：开关量或数字量的输入（信号反映在电平高低）模拟量的输入（信号反映在幅值大小）脉冲量的输入（信号反映在频率和脉宽） u 信号源特性：信号幅值的大小（放大或衰减）信号源输出阻抗（缓冲级阻抗变换）信号源的载波特性（调制和解调）1.输入过程通道（2）输入信号的分类u 计算机能接收的是符合电平规定的开关量或数字量，其信号特征为：规定高电平 2.4V(TTL) 3.6V
9、(CMOS)规定低电平 1000）OC门输出防漏电误动内置续流二极管R3DR1R2AVccY BG1BG2w 光耦隔离输出光耦合器隔离电压2500V光耦合器信号传输比光耦合器信号响应速度24VDCI2+5VPxI1(三)信号放大及变换接口电路 运算放大器的类型反向比例放大器 反向比例加法运算放大器 同向比例放大器 积分运算放大器比例积分运算放大器： 比较器R3R3U1U2R1R2R3-+U1R1U2R2C-+U1 U2R1R2R3C-+U1 U2R1R2-+U3U2R4R2-+U1R1U1 U2R2R1-+U2二个输入端的内阻非常大，不向运放内流电流放大倍 数非常大。同相端接地，电位为0，为实地；方向端 电为也为0，虚地。U2=-U1R3/R2(三)信号放大及变换接口电路(三)信号放大及变换接口电路(四)电源电路
