计算机控制技术课后答案

第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。答：计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成。1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？答：实时性是指工业控制时计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件作出反应的特性。在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称在线方式或联机方式。在生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称离线方式或脱机方式。由计算机控制系统的工作原理可知，计算机控制系统要进行实时数据采集，实时控制决策，实时控制输出。在生产过程中系统要对生产过程进行跟踪与作出CPU/MEM人-机接口系统支持板模拟量输出(AO)通道模拟量输入（AI)通道数字量输入（DI）通道数字量输出（DO）通道执行机构磁盘适配器被控对象电气开关电气开关内部总线测量变送工业控制机PIO设备生产过程实时的反应，所以计算机控制系统要考虑实时性。3、计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？答：①操作指导控制系统(OIS)：其主要优点是结构简单、控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。②直接数字控制系统(DDC)：由于计算机直接承担控制任务，所以要求其实时性好、可靠性高和适应性强。但由于集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低，未能普及。③监督控制系统（SSC）：在控制系统中，通常采用二级控制形式，分处二层的计算机分别称为上位机与下位机，上位机根据原始工艺信息和其他参数，按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动改变模拟/数字控制器的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等）。④集散控制系统（DCS）：DCS由若干台微型计算机分别承担任务，从而代替了集中控制的方式，将危险性分散。且DCS是积木式结构，构成灵活，易于扩展，系统的可靠性高，采用LCD显示技术和智能操作台；操作、监视方便；采用数据通信技术，处理信息量大；与计算机集中控制方式相比，电缆和敷缆成本低，便于施工。⑤现场总线控制系统（FCS）：FCS的结构模式为：“工作站——现场总线智能仪表”二层结构，FCS用二层结构完成了DCS中的三层结构功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。⑥PLC+上位机系统：PLC在控制的可靠性、控制的实时性和重新组态的方便性等方面比传统继电器方法有着无法比拟的优越性，其应用越来越广，控制范围也随之扩大。第二章1、什么是工业控制计算机？它们有哪些特点？答：工业控制计算机是将PC机的CPU高速处理性能和良好的开放式和总线结构体系引入到控制领域，是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。它们的特点如下：可靠性高；实时性好；环境适应性强；模块化设计，完善的I/O通道；系统扩充性好；系统开放性好；控制软件包功能强。2、为什么要制定计算机总线标准？采用总线结构有哪些优点？答:从用户角度提出要求：为了实现兼容的目的，就要求各插件的几何尺寸相同，插头的插针数相同，插头上个插针的定义相同，以及控制插件工作的时序相同。从工业控制机制造厂的角度出发：按总线标准生产插件，将使其产品的应用面更广，从而一个厂家不必生产工业控制机的全部插件，它只需生产本厂有专长的插件和OEM产品即可。综上提出了对总线标准的要求。工业控制机采用了总线以后，不仅可以提高系统的效率和处理速度，简化工业控制机的系统结构，使系统易于扩充，而且大大简化系统硬件的设计过程，减轻了软件的设计和调试工作，缩短了软件研制周期，从而降低了系统的成本。另一方面总线的模板化结构设计也为系统的维修提供了方便。3、计算机总线大致可分为几类？其中内部总线又可分为几类？答：计算机总线可以分为内部总线和外部总线。内部总线按功能分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线。4、总线的功能强弱、适应性好坏取决于什么？答：控制总线是最能体现总线特色的信号线，它决定总线功能的强弱和适应性。5、常见的工业控制计算机总线体系结构有哪几种？答：按照所采用的的总线标准型可将工业控制机分成如下四类：PC总线工控机、STD总线工控机、VME总线工控机、多总线工控机。6、说明ISA总线中AEN、______IOR、_______IOW信号的作用。答：AEN：为地址允许信号，用于把微处理器及其他装置从I/O通道上释放以便能够执行DMA传送。______IOR：为I/O读信号，它指示I/O装置把数据送到数据总线上。此信号低电平有效。_______IOW：为I/O写信号，它指示I/O装置读取数据总线上的数据。7、在ISA总线上进行16位数据传送需要哪些控制信号？答：除地址信号（SA0~SA19、LA17~LA23）和数据信号（SD0~SD15）外可能还需要以下控制信号：⑴与存储器操作有关的控制信号：____________SMEMR、_____________SMEMW或__________MEMR、____________MEMW、________________16MEMCS⑵与I/O操作有关的控制信号：______IOR、_______IOW、______________16/OCSI。8、PCI总线的主要优点是什么？答：高性能、通用性好、低成本、使用方便。9、小论文工业控制计算机总线体系结构及发展趋势(一)工业计算机产业迅猛发展工业计算机是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。传统意义上，工业计算机主要用于工业生产过程的测量、控制和管理，但今天的内涵已经远不止这些，其应用范围也已经远远超出工业过程控制，而是应用在国民经济发展和国防建设的各个领域。随着近年来无线网络技术、信息家电、汽车、以及医疗等行业的蓬勃发展，从而使得原本鲜为人知的工业计算机如今正发生着翻天覆地的变化，由于在以上这些行业中工业计算机正越来越多的扮演着十分重要的角色，这便使得工业计算机产品在未来行业市场上的需求和发展也变得更加旺盛而迅猛!工业计算机的广泛应用已经渗入到我们日常生活的各个方面，已由智能建筑、交通智能、车载计算机、医疗仪器等工业领域扩展到无线基础设施、网络应用设备、网络安全、多媒体应用、金融服务等网络通信与数字多媒体相关的领域。3C融合、三网融合、企业信息化加速进行，无论是信息产业基础设备、还是企业计算市场，对工业计算机的需求从来都未像今天这般为IT业所重视。工业计算机已经成为信息产业基础设备的核心，包括移动计算平台、通讯计算平台、车载计算平台、工业控制、商业控制、电子商务平台和信息家电，还可应用于与Internet相联接的接入设备。从软交换机到即插即用的通信服务器，工业计算机将成为一个与信息网络融为一体、以人为中心的随时随地的服务平台。各种各样的工业计算机技术将无处不在，它们将通过多样化网络通信方式(无线或有线，个人网或家庭网，短或长距离)，无缝地集成在一个信息网络里，随时随地为人们提供所需要的丰富多彩的服务，而又不为人所察觉。新的工业计算机体系结构有更强的交互和互操作性，同时也是多种信息系统的融合平台。最后，工业计算机将朝着创建一个开放、标准化平台的方向发展。(二)中国工业计算机产业发展历程1、STD总线技术开创了低成本工业自动化技术的先河工业计算机起源于20世纪80年代初期，其标志性产品是STD总线工业计算机。STD总线最早是由美国Pro-Log公司和Mostek公司作为工业标准而制定的8位工业I/O总线，随后发展成16位总线，后被国际标准化组织吸收，成为IEEE961标准。1991年，由信息产业部电子六所牵头成立了中国计算机行业协会STDMG/P.R.C分会，在国内推广普及STD总线。STD总线技术是机笼式安装结构，具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本低等特点，并且设计、开发、调试简单，得到了当时急需用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广泛欢迎和采用，国内的总安装容量接近20万套，在中国工业计算机发展史上留下了辉煌的一页。10、上网查询工业控制计算机产品的技术资料，列出它们的型号、生产厂家、性能特点等。型号生产厂家性能特点凯姆特cHMI-900无锡凯姆特科技有限公司工业级液晶触摸显示屏，它包括有10.4″、12.1″、15″液晶显示屏，可选配USB或COM五线电阻式触摸屏。产品具有先进结构设计，灵活的安装方式。cHMI-900系列显示屏可广泛应用于设备制造业、工厂自动化、交通运输、楼宇自动化以及能源环保等各种控制领域。西门子工业北京赛文迪科西门子工业计算机，自动化领域首选平台。拥有用于工业环计算机-02技有限公司境的坚固结构，在表面处理上采用全面防腐蚀的技术保障用户的使用。通过自行设计和制造的母板保障了用户工作的连续性及兼容性在对要求连续运转及高可靠性的用户极为适用。SIMATIC机架式PC是坚固的工业PC，设计安装于19机柜和控制台内。它优越的系统性能和良好的扩展和延伸能力，使它能用于所有的工业领域。SIMATIC机架式PC包括基本型IL40和高性能PC840两种类型，可用于不同的工业要求的场合。一体化工作站（WS-843）泓信嵌入式技术有限公司WS-843作为一款专为满足工业需求设计的一体化工作站，结构合理，设计先进，可安装于19″标准机柜。整机采用铝合金面板，优质钢材主体，表面喷砂氧化。显示屏及驱动器均采用减震抗冲击设计，紧凑坚固。WS-843可广泛应用于军事、电力、电网、水务、工业自动化设备、制造业、气象监测等多种领域。工业控制计算机-RK-610北京万控科技有限公司尺寸：19×7×17.8”（483×177×451mm）（W×H×D）驱动器架：3个5.25”和1个3.5”前置可达驱动器架1个内置3.5”驱动器架结构：高强度钢板颜色标准：米色其它：按需而定散热In：一个120x120x25mm和一个80x80x25mm滚轴风扇前面板前面板带锁2个LEDs：硬盘活动指示和系统电源指示系统复位开关、ATX电源开关和K／B锁开关后面板支持14槽无源背板和ATX母板支持PS2架构ATX电源第三章1、A/D转换器的主要性能指标有哪些？答：A/D转换器的主要技术指标有转换时间，分辨率，线性误差，量程，对基准电源的要求等。2、计算机与模拟量输入接口交换信息有哪些种控制方式？它们各有什么优缺点？答：①程序查询方式：这种方法程序设计比较简单，可靠性高，但实时性差。因CPU大量的时间都花在“查询”上，因此只能用在实时性要求不高或控制回路较少的系统中。②延时采样方式：这种方式硬件设计简单，但信息传递比程序查询方式慢。③中断方式：CPU与A/D是并行工作的，从而提高了系统的工作效率。④DMA方式：不经过CPU的累加器中转，大大减少了数据传送的时间，使传输速率大大提高。3、模拟量输入接口设计主要解决哪几个方面的问题？答：主要解决一下问题：数据输出线的连接方式；选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法；电源和地线的处理；与计算机信息传递的方式。4、模拟量输入通道有哪几部分组成？答：模拟量输入通道一般由I/U变换，多路转换器、程控放大器、采样、保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。5、采样/保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样/保持器？为什么？答：计算机只能接收和处理时间离散的数码。它可以代表某一物理量的数值大小，也可以代表字符的约定代码，这些都称为数字信号。过程控制中的大量信号时模拟信号，因此，计算机要获得原始信息，则应对模拟信号进行采样与量化，即将其转化成数字信号。6、在模拟量输入通道中，为何通常需要使用可编程放大器？答：程控放大器是模拟量输入通道的常用部件之一，在许多实际应用中，为了在整个测量范围内获取合适的分辨力，常采用可变增益