第5章 第5章 计算机控制系统 §5-1概述 §5-2计算机控制系统的组成及分类 §5-3测试软件设计 §5-4直接数字控制系统
1 第5章 第5章 §5-1 概述 §5-2 计算机控制系统的组成及分类 §5-3 测试软件设计 §5-4 直接数字控制系统 计算机控制系统
5.1概述 一、计算机直接数字控制系统构成 f干扰作用 (干扰变量) 参比信号（设定点） 控制信号 操纵变量 被控变 偏差 调节器】“执行器一瓜薇控过程 测激元件及变送器 给定信号 被控参数 计算机 D/A 执行器 被控对象 A/D 测量、变送 图5-1计算机直接数字控制系统的方框图
一、计算机直接数字控制系统构成 5.1 概述 2
二、计算机控制系统的控制步骤 1.实时数据采样：测量被控量的当前值，转换成离散 数字化信号； 2.实时判断：判断被控量当前值与给定值的偏差e; 3.实时控制：根据偏差e，作出控制决策，即按照预定 的算法对偏差进行运算，向执行机构发出控制信号； 控制信号包括： a.经过D/A转换输出模拟控制信号； b.开关量输出（控制电平、脉冲）：报警、限位\延时等特 定操作： c. 数字量输出。 给定信号 被控参数 & 计算机 D/A→ 执行器 被控对象 A/D 测量、变送
二、计算机控制系统的控制步骤 1. 实时数据采样：测量被控量的当前值，转换成离散 数字化信号； 2. 实时判断：判断被控量当前值与给定值的偏差e ； 3. 实时控制：根据偏差e ，作出控制决策，即按照预定 的算法对偏差进行运算，向执行机构发出控制信号； 控制信号包括： a. 经过D/A转换输出模拟控制信号； b. 开关量输出(控制电平、脉冲)：报警、限位＼延时等特 定操作； c. 数字量输出。 3
三、计算机控制系统的特点 1.用分时操作实现对多个被控对象、多个回路的控制； 2.操作由计算机程序完成，扩充修改方便，硬件改动 少； 3.在模拟控制系统中很多由硬件难以完成的功能，可以 方便地由软件完成。 如：大时间常数的滤波，线性补偿、系统的误差补偿
三、计算机控制系统的特点 1. 用分时操作实现对多个被控对象、多个回路的控制； 2. 操作由计算机程序完成，扩充修改方便，硬件改动 少； 3. 在模拟控制系统中很多由硬件难以完成的功能，可以 方便地由软件完成。 如：大时间常数的滤波，线性补偿、系统的误差补偿。 4
5.2计算机控制系统的组成及分类 计算机控制系统的组成 1.硬件部分 数据输人设备 计算 过程输人通道 被 ①主机 检测仪表 控 ②过程输入输出通道 数据输出设备 报警显示设备 ③操作设备 机 外存贮器 过程输出通道 规 控制 ④外部设备 外部设备 外围设备 ⑤通讯设备 操作控制台 软件 ⑥系统支持功能 图5-2计算机控制系统基本组成 监控定时器、掉电保护、后备存储器、实时日历、总线匹配等
一、计算机控制系统的组成 1. 硬件部分 ① 主机 ② 过程输入输出通道 ③ 操作设备 ④ 外部设备 ⑤ 通讯设备 ⑥ 系统支持功能 监控定时器、掉电保护、后备存储器、实时日历、总线匹配等 5.2 计算机控制系统的组成及分类 5
2.软件部分 ①系统软件： 操作系统、数据库系统、通讯网络软件、调试程序及诊断程序等。 ②应用软件：系统设计人员针对生产过程要求而编制的控制和管理程序。 包括 过程输入程序、过程 --山-…4a…-0e4 数据输入设备 计 过程输入通道 被 控制程序、过程输出 算 检测仪表 机 程序、打印显示程序、 数据输出设备 报警显示设备 主 人机接口程序等。 机 外存贮器 过程输出通道 常规控制 外部设备 外围设备 操作控制台 软件 图5-2计算机控制系统基本组成
2. 软件部分 ① 系统软件： 操作系统、数据库系统、通讯网络软件、调试程序及诊断程序等。 ② 应用软件：系统设计人员针对生产过程要求而编制的控制和管理程序。 包括： 过程输入程序、过程 控制程序、过程输出 程序、打印显示程序、 人机接口程序等。 6
二、计算机控制系统的分类 1. 数据采集和数据处理系统 ①数据采集：由传感器把温度、压力、流量、位移 等物理量转换来的模拟电信号经过处理并转换成计算机 能识别的数字量，输入并存贮到计算机中。 ②数据处理：计算机将采集来的数字量进行实时数 据分析，得出所需要的结果。 计算机不直接参与过 多 工 显示 程控制，属于计算机应 A/D 业 道开关 用于过程控制的低级阶 打印 对 段。 象 采样控 报警 图53数据采集与数据处理系统的典型结构
二、计算机控制系统的分类 1. 数据采集和数据处理系统 ①数据采集：由传感器把温度、压力、流量、位移 等物理量转换来的模拟电信号经过处理并转换成计算机 能识别的数字量，输入并存贮到计算机中。 ②数据处理：计算机将采集来的数字量进行实时数 据分析，得出所需要的结果。 计算机不直接参与过 程控制，属于计算机应 用于过程控制的低级阶 段。 7
2.DDC直接数字控制系统(Direct Digital Control) ①分时地对被控对象的状态参数进行测试； ②将测试的结果与给定值比较得到偏差®，按预定的控 制算法进行数字分析、运算； ③将控制量直接输出到调节阀等执行机构上，使各个 被控参数保持在给定值上，实现对被控对象的闭环自 动调节。 变送器 多采 显示 业 变送器 路转 A/D 报警 转换器 DDC 操作 对 控制台 执行器 多 计算机 出 D/A 转换器 打印 执行器 存贮 图5-4DDC的构成方框图
2. DDC直接数字控制系统(Direct Digital Control) ①分时地对被控对象的状态参数进行测试； ②将测试的结果与给定值比较得到偏差e，按预定的控 制算法进行数字分析、运算； ③将控制量直接输出到调节阀等执行机构上，使各个 被控参数保持在给定值上，实现对被控对象的闭环自 动调节。 8
DDC系统的特点： ①用计算机代替模拟调节器，实现了几个至更多的控制 回路（一般大于50个回路时，比较经济）； ②实现新型控制规律的运用，如串级控制、前馈控制、 自动选择性控制、具有大纯滞后对象的控制等： ③将显示、记录、报警和给定值设定等功能都集中在操 作控制台上，给操作人员带来了很大方便； ④只要改变程序即可实现控制规律转换； ⑤要求工业控制 变送器 A/D 报警 变送器 转换器 业 D 操作 计算机的可靠性高。 执行器 计算机 控制台 D/A 象 执行器 转换器 打印 存贮 图5-4 DDC的构成方框图 9
DDC系统的特点： ① 用计算机代替模拟调节器，实现了几个至更多的控制 回路(一般大于50个回路时，比较经济)； ② 实现新型控制规律的运用，如串级控制、前馈控制、 自动选择性控制、具有大纯滞后对象的控制等； ③ 将显示、记录、报警和给定值设定等功能都集中在操 作控制台上，给操作人员带来了很大方便； ④ 只要改变程序即可实现控制规律转换； ⑤ 要求工业控制 计算机的可靠性高。 9
3. 监督控制系统SCC(Supervisory Process Computer Control) 由一台高档的微型计算机SCC与若干台DDC系统构成对生 产过程的直接控制。 SCC和DDC计算机之间可以进行双向数据传送。 SCC计算机根据原始工艺 信息和工业过程现行状态参数， 按照生产过程的数学模型进行 接 最优化的分析计算，并将其算 工 计 给定 SCC 出的最优化操作条件去重新设 机 工艺参数 业 计 定DDC计算机的给定值；然后 或模拟调节器 对 算 再由DDC系统对生产过程进 DDO 给 接 行控制。 象 计算 机 值 显示打印 图5-5 SCC+DDC的控制系统 10
3. 监督控制系统SCC(Supervisory Process Computer Control) 由一台高档的微型计算机SCC与若干台DDC系统构成对生 产过程的直接控制。 SCC和DDC计算机之间可以进行双向数据传送。 SCC计算机根据原始工艺 信息和工业过程现行状态参数， 按照生产过程的数学模型进行 最优化的分析计算，并将其算 出的最优化操作条件去重新设 定DDC计算机的给定值；然后 再由DDC系统对生产过程进 行控制。 10