第一章 计算机控制系统概述

第一章绪论第一章测控系统(计算机控制系统)概述1.1计算机控制系统特点及作用1.2计算机控制系统的组成1.3计算机控制系统分类1.4计算机控制系统的发展趋势第一章绪论对象（工业生产过程）特点：流程化：连续、不间断、周期性的生产过程，工艺过程相对固定、生产周期短、产品规格少、批量大如：化工、冶金、石油、电力、制药、食品、造纸、塑料、陶瓷等行业该过程中典型的控制量有:温度、时间、压力、流量、速度、成分等随时间变化的量。规模化：产量高、系统庞大、产出效益好复杂化：物理、化学变化过程混杂、涉及信息流、物料流、能量流的的传递和分配安全可靠性：工作环境恶劣、突变和不确定性因素多，应保证生产的安全、可靠、稳定和有序运行，实现稳产、高产1.1计算机控制系统特点连铸生产模拟连铸生产工艺精馏塔的物料流程第一章绪论计算机控制系统的作用：•能实现复杂的控制规律能实现复杂的控制规律•性价比高•组成方式灵活•获取更大的经济效益•有很强的可靠性和可维护性•为实现企业综合自动化打下了良好的基础第一章绪论直接经济效益：•增加产量•改善产品的质量•降低能源消耗与原料消耗,减少成本•提高设备的利用率,降低维修要求•节省劳动力•投资回收周期：几个月或1年第一章绪论间接和社会效益：•提高企业知名度和员工的整体素质•减轻劳动强度、保障人员安全•获取有效信息、提高生产管理的决策能力•对工况改变的适应性增强•及时预报与有效处理过程与设备的事故•减少环境污染第一章绪论微型计算机控制系统是由计算机（工业控制计算机）和工业对象两大部分组成。图1-1给出了按偏差进行控制的闭环控制系统框图。图1-1闭环控制系统框图1.2计算机控制系统的组成返回本章首页控制器执行机构被控对象测量元件变换发送单元给定信号被控参数第一章绪论图1-2中给出了开环控制系统框图。它与闭环控制系统不同，它的控制器直接根据给定信号去控制被控对象工作。被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。与闭环控制系统相比，它的控制性能较差。图1-2开环控制系统框图给定信号控制器执行机构被控对象被控参数第一章绪论如果把图1-1中的控制器用计算机来代替，就可以构成计算机控制系统，其基本框图如图1-3所示。在计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。图1-3计算机控制系统基本框图D/A转换器A/D转换器被控对象执行机构被控参数控制算法计算机系统给定信号传感器及变送单元第一章绪论1.硬件组成计算机控制系统的硬件一般是由CPU处理器、存储器、输入输出通道、外部设备和操作台等组成，如下图1-4所示。第一章绪论打印机显示终端磁盘驱动器软件计算机实时时钟操作台接口接口接口接口D/AA/D多路开关反多路开关开关量输入开关量输出执行机构生产对象通用外部设备主机及操作台外部通道接口检测及变送控制对象传感器变送器图1-4计算机控制系统原理图第一章绪论2．计算机控制系统的软件软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和。它是微型计算机控制系统的神经中枢，整个系统的工作都是在程序的指挥下进行协调工作的。软件通常分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件。返回本节第一章绪论1.3计算机控制系统分类1．操作指导控制系统2．直接数字控制系统（DDC）3．计算机监督系统（SCC）4．分级计算机控制系统5．现场总线控制系统（FCS）返回本章首页第一章绪论1．操作指导控制系统(OGC)/数据采集与监视(DAS)系统图1-5操作指导控制系统组成框图返回本节显示终端打印机工业对象A/D转换器采样器测量元件调节器操作指导计算机“操作指导”是指计算机输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据，操作人员根据这些数据进行必要的操作。特点：较简单、安全可靠。常用于试验调试过程。缺点：是要人工操作，速度不能太快、操作不能太多。第一章绪论2．直接数字控制系统（DDC）图1-6DDC控制系统原理图返回本节管理命令DDC微型机报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件D/A反多路开关生产过程DDC（DirectDigitalControl）用一台微机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较,再按PID规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执行机构，使被控参数稳定在给定值上。特点：一机多控，经济、灵活、可靠。可实现各种复杂控制，如串级、前馈、自选控制、大滞后控制等。第一章绪论直接数字控制系统应用案例第一章绪论3．计算机监督系统（SCC）计算机监督系统（SupervisoryComputerControl）简称SCC系统。SCC系统有两种不同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。（1）SCC+模拟调节器控制系统该系统原理图，如图1-7所示。（2）SCC+DDC控制系统SCC+DDC控制系统原理图，如下图1-8所示。第一章绪论图1-7SCC+模拟调节器控制系统原理图管理命令报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程管理命令报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程DDCD/A反多路开关........图1-8SCC+DCC控制系统原理图第一章绪论4．分级计算机控制系统（DistributedControlSystems）分级计算机控制系统是一个四级系统，装置控制级(DDC级)/基础自动化级L1车间监督级(SCC级)/过程控制级L2工厂集中控制级(MIS)/企业管理级L3企业管理级（MIS）/公司管理级L4把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来,采用组合组装式结构所组成系统,为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。特点：通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、系统规范、调试方便、运行安全可靠，能提高自动化水平、管理水平等、产品质量、生产效率，降低消耗，创造最佳经济效益社会效益等。管理层设备层控制层第一章绪论图1-9分级计算机控制系统返回本节企业级经营管理计算机工厂级集中控制计算机车间级监控计算机（SCC）车间级监控计算机（SCC）装置控制级（DDC）工厂对象A来至其它工厂的生产和库存数据至其它工厂的生产运输指令管理指令销售订货数据到主管部门的数据显示经济动向数据基础自动化级/L1设备层装置控制级（DDC）工厂对象A装置控制级（DDC）工厂对象A装置控制级（DDC）工厂对象A过程控制级/L2控制层企业管理级/L3公司管理级/L4管理层第一章绪论第一章绪论分级计算机控制系统应用案例第一章绪论分级计算机控制系统应用案例第一章绪论5现场总线与集散控制系统（FCS/DCS）现场总线系统FCS(FieldbusControlSystem)和集散控制系统DCS(DistributedControlSystems)是应用于大型生产过程的先进控制技术，FCS是DCS的更新换代产品。（1）FCS是一种用数字通信协议连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。简言之，是一种用数字局域网络连接起来的分布式控制系统。第一章绪论FCS控制系统结构第一章绪论智能差压变送器智能电磁流量计第一章绪论（2）DCS是集散控制系统的组成框图。它以微型计算机为核心，把微型机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，采用组合组装式结构组成系统，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件。管理计算机监控计算机CTR操作台高速数据通道过程控制器数据采集器过程控制器DEP面板工业对象小规模中规模大规模集散系统组成结构第一章绪论CNETAIAODIDOPI回路DEH单元单元单元单元单元板模件现场控制站的内部结构主控单元主控单元现场控制站由主控单元、智能I/O单元、电源单元和专用机柜四部分组成，其内部采用了分布式结构，与系统网络相连接的是现场控制站的主控单元，可冗余配置。主控单元通过控制网络（CNET）与各个智能I/O单元实现连接。第一章绪论DCS与FCS控制系统的区别:前者为星形连接,后者为一条总线连接.第一章绪论Siemens控制系统结构第一章绪论1.4计算机控制系统的发展趋势•50年代的起步期•60年代的试验期•70年代的推广期•80年代的成熟期•90年代的发展期无纸记录仪气动阀门定位器气动执行机构电动执行机构第一章绪论（1）大力推广应用成熟的先进技术可编程控制器(PLC)、智能化调节器(温度、压力、速度等调节器)第一章绪论（1）大力推广应用成熟的先进技术集散控制系统（DCS）、现场总线系统（FCS）现场总线系统（FCS）将成为微机控制系统发展的方向第一章绪论（2）大力研究和发展智能控制系统分级递阶智能控制系统是一种智能化的分级控制系统，系统一般分为组织级、协调级、执行级模糊控制系统是一种应用模糊集合理论的控制方法。专家控制系统是工程控制理论与专家系统相结合的控制系统学习控制系统，能够获得信息、积累经验、自行决策与完善的系统。（3）单片机、嵌入式系统的应用更加深入将在智能化仪器、家电、中小型工业控制等方面得到更广泛的应用。总的发展趋势：集成化、智能化、虚拟化、标准化和绿色化第一章绪论THANKYOUVERYMUCH！本章到此结束，谢谢您的光临！返回本章首页结束放映