计算机控制系统及应用

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1、山东大学本科毕业论文论文题目：计算机控制系统及应用姓 名学院山东大学专业电气工程及其自动化年 级指导教师函授本科毕业论文成绩评定表学院：专业：电气工程及其自动化 班级姓名论文成绩：论文题目计算机控制系统及应用系统随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技 检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来 大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统主要由硬件和软件 部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个 运行的关键。在计算机控制系统

2、的结构上，计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其执行控制功能的核心部件是数字计算机，是模拟和数字部件的混合 系统。有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等多种信号形式，由于计算机控制系统中 除了包含连续信号外，在连续控制系统在本质上有许多不同，修改一个控制规律，只需修改软件， 便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改具有很大灵活性和适应性，具有高速的运算 能力，一个控制器经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路，采用计算机控制，便于实 现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。指 导 教 师 评 语指导教师签名:计算机控制技术及应用摘要：随着科学

3、技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的 高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系 统是非常重要的。计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统 还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键。 在计算机控制系统的结构上，计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件 之外，其执行控制功能的核心部件是数字计算机，是模拟和数字部件的混合系统。有连续 模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等多种信号形式，由于

4、计算机控制系统中除了包 含连续信号外，在连续控制系统在本质上有许多不同，修改一个控制规律，只需修改软件， 便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改具有很大灵活性和适应性，具有高速 的运算能力，一个控制器经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路，采用计算机 控制，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高 。关键词：计算机控制技术、系统、应用目录第一章 计算机控制技术的概述51、计算机控制的概念52、计算机控制系统53、计算机控制系统的控制过程54、计算机控制系统的特点65、计算机控制系统的组成6第二章 计算机控制系统的典型应用方式81、操作指导控制系统82、直接数字控

5、制系统(DDC)83、监督控制系统(SCC)94、分散控制系统(DCS)165、现场总线控制系统(FCS)16第三章 工业控制机 111、工业控制机的特点112、典型工业控制机介绍12第四章 实例说明131、工业炉控制的典型情况132、计算机用作顺序控制的例子13第五章 计算机控制系统的发展方向151、集散控制系统152、可编程序控制器153、计算机集成制造系统154、低成本自动化155、智能控制系统16第六章 结论17致谢18第一章 计算机控制技术的概述1、计算机控制的概念（1）开环控制系统若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。 在开环控制系统中，既不需要对系统的

6、输出量进行测量，也不需要将它反馈 到输入端与输入量进行比较。（2）闭环控制系统凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题2、计算机控制系统采用计算机进行控制的系统称为计算机控制系统，也称它为数字控制系统。 若不考虑量化问题，计算机控制系统即为采样系统。进一步，若将连续的控 制对象和保持器一起离散化，那么采样控制系统即为离散控制系统。所以采 样和离散系统理论是研究计算机控制系统的理论基础。3、计算机控制系统的控制过程（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）实时控制决策：对采

7、集到的被控量进行数据分析和处理，并按已定的控 制规律决定进一步的的控制过程。（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。4、计算机控制系统的特点（1）结构上。计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之 外，其执行控制功能的核心部件是数字计算机，所以计算机控制系统是模拟 和数字部件的混合系统。（2）计算机控制系统中除仍有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字 等多种信号形式。（3）由于计算机控制系统中除了包含连续信号外，还包含有数字信号，从而 使计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论 来分析和设计。（4）计算机控制系统中，修

8、改一个控制规律，只需修改软件，便于实现复杂 的控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大灵活性和适应性。（5）计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算能力，一个控制器（控 制计算机）经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路。（6）采用计算机控制，如分级计算机控制、离散控制系统、微机网络等，便 于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高 。5、计算机控制系统的组成 计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，而一个完整的计算机系统 应由下列几部分组成：被控对象、主机、外部设备、外围设备、自动化仪表和软件系统。(1) 硬件：a) 由中央处理器，时钟电路，内存储器构成的计算

9、机主机是组成计算机控 制系统的核心部分。b) 通用外围设备按功能可分为输入设备、输出设备和外存储器三类。c) 过程I/O通道，又称过程通道。d) 通用接口电路，一般有并行接口、串行接口和管理接口(包括中断管理、直接存取DMA管理、计数/定时等)。e) 传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变成电学量。变送器的 作用是将传感器得到的电信号转变成适用于计算机借口使用的标准的电信号(如01 0MADC)。f) 计算机控制系统一般要有一套专供运行操作人员使用的控制台称为运 行操作台，操作台一般包括各种控制开关、数字键、功能键、指示灯、声信 器、数字显示器或CRT显示器等。( 2)软件：软件是指计算

10、机控制系统中具有各种功能的计算机程序的总和， 如完成操作、监控、管理、控制、计算和自诊断等功能的程序。整个系统在 软件指挥下协调工作。从功能区分，软件可分为系统软件和应用软件。第二章 计算机控制系统的典型应用方式计算机控制系统所采用的形式与它所控制的生产过程的复杂程度密切 相关，不同的被控对象和不同的要求，应有不同的控制方案。计算机控制系 统大致可分为以下几种典型的形式。它们是：操作指导控制系统；直接数字 控制系统(DDC), DDC系统属于计算机闭环控制系统，是计算机工业生产过程 中最普遍的一种应用方式；监督控制系统(SCC)；分散控制系统(DCS)和现 场总线控制系统。1、操作指导控制系统

11、 操作指导控制系统机构简单，控制灵活安全，但由于要人工操作，速度受到 限制，不能控制多个对象。2、直接数字控制系统(DDC)DDC系统是面向生产过程的底层应用功能。计算机通过自动化仪表、输入通道、输出通道，采集现场参数，经过处理和按一定控制规律的控制算法运算后，向生产过程输出控制信号，直接参与对过程参 DAS 系统的监视功能。控制方 案由软件实现，修改灵活、方便，除能实现 PID 控制规律外，还能实现多回 路的串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解耦控制及自适应、自 学习、最优控制和智能控制等复杂控制规律的控制。DDC系统一个是闭环控制 系统。3、监督控制系统（SCC）SCC 系统是一个

12、分机的控制系统。上级的监督计算机从生产过程采集反映工况 的参数，进行寻优计算，计算出当时工况下的最佳给定值，提供给下级执行DDC 控制的计算机实现对过程的控制。可实现生产过程的最优控制，使控制的 目标值达到最佳。SCC可以提高系统的可靠性，当上位机出现故障时，DDC计 算机可以独立完成控制操作；当 DDC 计算机出现故障时监督控制计算机可以 取而代之，执行控制任务。 SCC 是闭环控制系统。4、分散控制系统（DCS）DCS是将计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术（即所谓“四C”技术）结合起来的新型计算机控制系统。它通过数据高速公路（或计算机网络）将 分散在不同地方，执行不同功能的计算机连接

13、起来，按照信息共享，分散控 制，集中管理，总体配置，各司其职的原则，构成的高性能，高可靠性的计 算机控制系统。DCS系统安全，可靠，便于维护、扩展。是一个闭环控制系统, 它兼有以上几种系统的功能。5、现场总线控制系统（FCS）现场总线控制系统（FCS）是实现将自动化系统现场控制装置与现场智能仪表互连的实时网络控制系统。现场总线是连接工业工程现场仪表和控制系 统之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络，与控制系统和现场仪表 联用组成现场总线控制系统。现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是 用数字仪表代替模拟仪表，它是用新一代的现场 FCS 代替传统的分散型控制 系统DCS，实现现场总线通信网

14、络与控制系统的集成。第三章 工业控制机1、工业控制机的特点（1）安全可靠 工业控制计算机不同于一般用于科学计算或管理的计算机，它的工作环境比 较恶劣，周围的各种干扰随时地威胁着它的正常运行，而且它所担当的控制 重任又不允许它发生异常现象。因此在设计过程中把安全可靠放在首位。（2）作维护方便操作方便体现在操作简单、直观形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握计 算机知识才能操作。既要体现操作的先进性，又要兼顾原有得操作习惯。维 修方便体现在易于查找故障，易于排除故障。采用标准的功能没，模板式结 构，便于更换故障模板。并在功能模板上安装状态指示灯 和监测点，便于维 修人员检查。另外配制诊断程序用来查找

15、故障。（3）时性强工业控制机的实时性表现在对内部和外部事件能及时的响应，并做出响应的 处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类，一类是 定时事件，如数椐的定时采集、运算控制等；另一类是随机事件，如事故、 报警等。对于定时事件，系统设置时钟保证定时处理。对于随机事件系统设 置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦事故发生保证优 先处理紧急故障。（4）通用性好 工业控制计算机的通用灵活性体现在两个方面，一是硬件模板设计采用标准 总线结构，配置各种通用的功能模板，以便在扩充功能时只需增加功能摸板 就能实现；二是软件模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用时不需要 二次开发，只需按要求选择各功能模块，灵活地进行控制系统组态。（5）济效益高 计算机控制应该带来高的经济效益，系统设计时要考虑性能价格比，要有市 场竞争意识。经济效益表现两个方面，一是系统设计的性能价格比要尽可能 高；二是投入产出比要尽可能的低。2、典型工业控制机介绍（1）STD 总线工业控制机STD总线最早是由美国的Pro-log公司在1978年推出的，是目前国际上工业 控制领域最流行的标准总线之一，也是我国优先重点发展