计算机控制技术(李敬兆)章 (11)
《计算机控制技术》课程教学大纲
《计算机控制技术》课程教学大纲大纲执笔人：李茂军大纲审核人：叶青课程编号：08120D0475英文名称：Computer Control Technology学分：2总学时：32 ，其中讲授26 学时，实验 6 学时适用专业: 自动化（工业电气自动化）先修课程：自动控制原理、微机原理及其应用等一、课程性质与教学目的《计算机控制技术》是自动化等专业本科生的必修专业课。
《计算机控制技术》课程教学是培养学生专业技能的重要环节。
通过本课程的教学，使学生在理解计算机控制系统的基本工作原理并掌握计算机控制系统的基本分析、设计方法的基础上，掌握计算机控制系统的构成、接口设计、实时软件编制以及系统调试维护的基本知识和能力，为毕业后从事计算机控制系统的开发、调试和维护打下基础。
二、基本要求通过《计算机控制技术》课程教学，使学生在理解计算机控制系统的基本工作原理并熟悉计算机控制系统的基本分析、设计方法的基础上，掌握计算机控制系统的构成、接口设计、实时软件编制以及系统调试维护的基本知识和能力，为毕业后从事计算机控制系统的开发、调试和维护打下基础。
三、重点与难点重点：I/O通道，采样保持，软件滤波，常用控制算法等。
难点：Smith纯滞后补偿控制技术、Dahlin控制算法、计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术等。
四、教学方法课堂讲授与自学相结合，理论学习与实验相结合。
五、课程知识单元、知识点及学时分配六、实验、上机与实训教学条件及内容实验教学条件：计算机控制技术实验装置实验教学内容：本课程实验课时6学时，可从数/模转换、模/数转换、采样与保持、数字滤波、数字PID控制、最少拍控制、大林算法等实验中选作3个。
七、作业要求由任课教师指定完成教材上有关习题，每章教学任务完成后提交一次作业。
学生完成作业情况是评定平时成绩的主要依据之一。
八、考核方式与要求1.知识考核占总成绩的70%，主要采用期末考试的方式评定，期末考试采用闭卷方式。
《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)
《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1．填空题(1) 闭环控制系统，开环控制系统(2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出(3) 计算机，生产过程(4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道(5) 系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。
计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
(2)操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。
直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。
监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。
SCC+DDC 的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。
集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。
缺点是系统比较复杂。
计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
计算机控制技术
浅谈计算机控制技术引言：计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工控机）来实现生产过程自动控制的系统，它由控制计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。
随着计算机技术和现代控制理论的快速发展，计算机控制技术诞生并迅速蓬勃发展起来，其应用遍及国防、航空航天、工业、农业、医学等多种领域。
本文将主要针对计算机控制技术的发展历史、当今现状以及计算机控制技术的发展趋势做一介绍，并结合它的具体实例介绍计算机控制技术的一些主要应用领域。
正文：一、计算机控制技术的概述1、计算机控制的定义：计算机控制是自动理论和计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。
2、计算机控制的发展历史：计算机控制技术的思想始于上世纪五十年代中期，美国TRW航空公司与美国德克萨斯州的一个炼油厂合作，进行计算机控制的研究，他们设计出了一个利用计算机控制实现反应器供料最佳分配，根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量以及确定最优循环的系统。
这项具有跨时代意义的工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术迅速发展，并被各行各业广泛应用。
伴随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也紧随其后，迅猛的发展起来。
现如今，微型计算机的出现和发展使计算机控制技术又进入了一个崭新的阶段。
二、计算机控制技术的应用领域1、计算机控制技术在农业领域的应用实例在农业日趋机械化及自动化的今天，自动控制技术在农业中的应用也越来越广泛，利用计算机控制技术管理控制农业生产已成为目前研究的一个重点。
农业大棚、智能化养殖场等等都是计算机控制技术在农业生产领域应用的鲜明例子。
智能温室大棚中利用计算机进行远程监控和操作，还可设计自动控制无人管理温室大棚。
根据远程传感器搜集来的温度、湿度、光照等模拟信息，经输入通道进行AD转换，传入计算机，计算机既可以利用这些数据进行监控，同时又可以利用这些数据对大棚进行控制，进行加湿、加温、增加光照等控制，从而实现温室大棚的自动化智能控制。
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》课件计算机控制技术是一门研究计算机在控制系统中应用的学科，其研究内容主要包括计算机控制系统的设计、优化和应用等方面。
随着计算机技术的不断发展和应用，计算机控制技术已成为现代工业控制领域中不可或缺的关键技术之一。
一、计算机控制技术的发展概述随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也得以快速发展。
从早期的计算机控制系统，如总线控制技术、时分多路复用控制技术，到现代智能化控制系统，如模糊控制技术、神经网络控制技术、遗传算法控制技术等，计算机控制技术在工业控制领域中起到了举足轻重的作用。
二、计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的基本组成包括三个部分：计算机控制器、执行机构和控制对象。
其中，计算机控制器主要由计算机、I/O设备和接口电路组成；执行机构包括驱动器、电机、气动元件等；控制对象则是需要进行控制的物理过程或系统，如机械、化工、电力等。
三、计算机控制系统中常用的控制算法1. 比例积分微分控制算法（PID）PID控制算法是计算机控制系统中最常用的控制算法之一，其根据当前误差、误差变化率和误差积分值计算控制量，以达到控制系统的稳定性和响应速度等要求。
2. 模糊控制算法模糊控制算法是一种智能化控制算法，其根据模糊推理技术将模糊的输入变量转化为精确的输出变量，以实现对控制对象的精准控制。
3. 神经网络控制算法神经网络控制算法是一种基于神经网络技术的控制算法，其利用神经网络模拟人类大脑的工作方式，以实现对控制对象的自适应控制和非线性控制。
四、计算机控制技术在工业领域中的应用案例1. 汽车制造在汽车制造领域，计算机控制技术主要应用于机器人控制、汽车零部件生产线控制和汽车整车生产过程控制等方面。
通过计算机控制系统的精准控制，汽车制造企业可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量和稳定性。
2. 机床制造在机床制造领域，计算机控制技术主要应用于数控机床和智能化机床控制方面。
通过计算机控制系统的精准控制，机床制造企业可以实现对机床加工过程的自动化和智能化控制，提高加工精度和生产效率。
计算机控制技术
计算机控制技术引言计算机控制技术是指利用计算机技术来控制和管理各种设备和系统的一种技术手段。
随着计算机技术的不断发展和应用，计算机控制技术在各个领域中得到了广泛应用，包括工业自动化、交通运输、航空航天、医疗设备等。
工业自动化中的计算机控制技术在工业自动化领域中，计算机控制技术发挥着重要的作用。
在传统的生产线上，人工操作是主要的控制手段，但是人工操作存在劳动强度大、精度低等问题。
而引入计算机控制技术之后，可以实现对整个生产过程的自动化控制，提高生产效率和产品质量。
在工业自动化中，计算机控制技术主要包括传感器技术、PLC（可编程逻辑控制器）技术、数据采集与处理技术等。
传感器技术可以实时感知到各种参数的变化，并将其转换为电信号进行传输。
PLC技术可以根据预设的程序逻辑进行自动控制，实现对设备和系统的精确控制。
数据采集与处理技术可以将传感器采集到的数据进行分析和处理，为决策提供依据。
交通运输中的计算机控制技术在交通运输领域中，计算机控制技术的应用也非常广泛。
特别是在城市交通管理、智能交通系统等方面，计算机控制技术发挥了重要的作用。
计算机控制技术在交通信号灯控制、智能交通监控、交通信息系统等方面有着广泛应用。
通过引入计算机控制技术，可以实现对交通信号灯的智能控制，根据交通流量调整信号灯的时间间隔，从而减少交通拥堵，提高交通效率。
此外，计算机控制技术还可以应用于智能交通监控中。
利用计算机视觉和图像识别技术，可以对交通违法行为进行实时监控和记录，提高交通安全管理水平。
航空航天中的计算机控制技术在航空航天领域中，计算机控制技术是必不可少的。
无论是航空航天器的设计、制造，还是航空航天任务的执行，都离不开计算机控制技术的支持。
在航空航天器的设计中，计算机控制技术可以实现对飞行动力学模型的仿真和优化，提高飞行器的性能和稳定性。
在航天器的制造过程中，计算机控制技术可以实现自动化生产线的控制，提高制造效率和产品质量。
在航空任务执行过程中，计算机控制技术可以实现对导航、飞行控制、通信等功能的集成管理，提高任务执行的精确性和安全性。
计算机控制技术的基础原理与应用
计算机控制技术的基础原理与应用计算机控制技术是现代智能化制造工业中不可或缺的重要一环。
它以计算机为核心，通过采集、分析和处理数据，并通过控制器对机械、电子、液压等系统进行全面的定时、定量和按要求的操作。
本文将深入探讨计算机控制技术的基础原理，以及它的应用领域。
一、计算机控制技术的基础原理计算机控制技术基于计算机的逻辑运算和数据处理能力，通过获取和处理输入信号来控制输出信号。
其基础原理可归结为以下几个方面：1. 传感器和执行器传感器和执行器是计算机控制技术中不可或缺的组成部分。
传感器用于将实际参数转化为电信号，并把这些信号传递给计算机进行处理；执行器则是将计算机输出的控制信号转化为机械、电子或液压等动作。
传感器和执行器的选择、安装和校准对于控制系统的正常运行至关重要。
2. 控制算法控制算法是计算机控制技术的核心。
根据不同的控制要求和系统特点，可以采用多种控制算法，包括开环控制、闭环控制、自适应控制等。
开环控制是指根据输入信号直接控制输出信号，不考虑系统反馈信息；闭环控制是在系统反馈信号的基础上进行修正，使输出信号更加准确；自适应控制则是根据系统实时反馈信息自动调节控制参数，以适应不同的工况。
3. 控制器控制器是计算机控制技术中的重要组成部分，它实现了计算机对控制系统各个部分的协调和控制。
根据控制需求的不同，控制器可以是程序控制器（PlC）、单片机、DSP等。
控制器通过接收和处理传感器信号，执行控制算法，产生控制信号，并将其传递给执行器，从而实现对系统的精确控制。
二、计算机控制技术的应用领域计算机控制技术在现代工业制造中有着广泛的应用，包括以下几个方面：1. 工业生产自动化计算机控制技术在工业生产自动化中发挥着重要作用。
它可以实现对生产线的自动化控制、生产过程的实时监测和调节，大大提高了生产效率和质量。
例如，在汽车生产中，计算机控制技术应用于焊接、涂装、组装等环节，实现汽车生产流程的自动化和精密控制。
计算机控制技术第1章绪论
控制器的性能指标
包括稳定性、准确性、快 速性等，这些指标决定了 控制系统的性能优劣。
传感器与执行器
传感器的作用
传感器与执行器的类型
将被控对象的物理量转换为电信号， 以便控制器进行处理。
根据被控对象和控制需求的不同，可以选 择不同类型的传感器和执行器，如温度传 感器、压力传感器、电动执行器等。
执行器的作用
。
各类系统的特点与适用范围
程序控制系统
按照预先设定的程序进行控制，适用于固定程序的自动化 生产线等。
顺序控制系统
按照预先设定的顺序进行控制，适用于需要按一定顺序执 行的控制任务，如自动装配线等。
比例--积分--微分(PID)控…
通过计算误差的比例、积分和微分进行控制，适用于对控 制精度要求较高的场合，如温度、压力、流量等控制。
系统稳定性分析
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
劳斯判据
通过计算系统特征方程 的劳斯表，判断系统是 否稳定的代数方法。若 劳斯表中第一列元素均 大于零，则系统稳定； 否则，系统不稳定。
奈奎斯特判据
利用复平面上的奈奎斯 特曲线来判断系统的稳 定性。若奈奎斯特曲线 不包围临界点（-1,j0）， 则系统稳定；否则，系
数字滤波技术
数字滤波器的类型
数字滤波器可以分为线性滤波器和非线性滤波器两种类型。 线性滤波器包括移动平均滤波器、指数平滑滤波器等；非线 性滤波器包括中值滤波器、限幅滤波器等。
数字滤波器的设计
数字滤波器的设计需要根据实际需求选择合适的滤波器类型 ，并确定滤波器的阶数、截止频率等参数。常用的设计方法 包括窗函数法、频率抽样法等。
直接数字控制系统(DDC)
直接对生产过程进行控制，具有快速响应、高精度和高可 靠性等特点，适用于连续生产过程控制。
计算机控制技术课程讲义
控制策略与优化
鲁棒控制
提高系统对不确定性和干扰的鲁棒性，保证 系统稳定性和性能。
自适应控制
根据系统运行状态自动调整控制参数，以适 应变化的环境和条件。
最优控制
通过数学优化方法，找到使某个性能指标最 优的控制策略。
04
计算机控制系统实现
控制程序设计
控制算法选择
01
根据控制需求，选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制等。
软件组成
控制算法
根据被控对象特性，设计合适的控制算法， 实现系统稳定、快速、准确控制。
数据处理软件
对采集数据进行处理、分析和存储，为决策 提供支持。
监控软件
实时监测系统运行状态，提供人机交互界面， 方便操作和维护。
驱动程序
控制执行机构动作，实现硬件与软件的交互。
通信协议与接口
通信协议
规定数据传输格式、速率、同步方式等，确保数据传 输的可靠性和实时性。
THANKS
感谢观看
成熟阶段
20世纪70年代，微处理器和计算机技术的 广泛应用，出现了可编程逻辑控制器 （PLC）。
计算机控制技术的应用领域
工业自动化
生产线上各种设备的控制，如 机械手、自动化流水线等。
智能家居
家庭中各种电器的自动控制， 如智能空调、智能照明等。
智能交通
交通工具的自动控制，如自动 驾驶汽车、智能交通信号灯等 。
工业自动化生产线控制系统是计算机控制技术在工业领域 的重要应用，具有高效、稳定、可靠等优点，为工业生产 带来了巨大的经济效益。
智能家居控制系统案例
01
案例概述
智能家居控制系统通过计算机控制技术实现家居设备的智能化管理，提
高生活便利性和舒适度。
计算机控制技术的基本原理与应用
计算机控制技术的基本原理与应用随着科技的不断发展，计算机控制技术在工业、交通、医疗等各个领域得到广泛应用。
本文将简要介绍计算机控制技术的基本原理以及其在实际应用中的重要性。
一、计算机控制技术的基本原理1. 接口与传感器技术计算机控制技术通过使用各种接口和传感器，将自然界的信息转化为计算机可以理解和处理的格式。
传感器技术可以实时采集温度、湿度、压力、光线等物理量，然后通过接口与计算机进行数据交互。
这些数据将为计算机控制提供基础。
2. 控制算法计算机控制技术中的核心部分是控制算法。
控制算法是计算机依据输入的传感器信息进行计算和判断，从而控制被控制对象的工作状态。
常见的控制算法包括比例-积分-微分（PID）控制算法、模糊控制算法、遗传算法等。
3. 反馈系统反馈系统是计算机控制技术中的重要组成部分。
它通过不断采集和分析被控制对象的输出信息，并与期望的控制目标进行比对，然后对控制算法进行修正和调节。
反馈系统能够提高控制精度和可靠性，使得计算机能够自动调整控制参数。
二、计算机控制技术的应用领域1. 工业自动化在工业生产领域，计算机控制技术广泛应用于生产线控制、机器人控制以及设备监测等方面。
计算机控制技术可以提高生产效率和质量，降低生产成本，实现生产过程的自动化和智能化。
2. 交通运输交通运输是一个需要高度精确控制的领域。
计算机控制技术可以应用于交通信号灯控制、车辆导航和车辆稳定性控制等方面。
通过计算机控制，可以提高交通运输的效率和安全性。
3. 医疗设备计算机控制技术在医疗设备中发挥着至关重要的作用。
例如，计算机控制技术可以实现医疗设备的精确控制和监测，如血压监测仪、呼吸机和手术机器人等。
这些设备的应用可以提高医疗治疗的安全性和准确性。
4. 智能家居随着物联网技术的发展，计算机控制技术在智能家居领域得到广泛应用。
通过使用计算机控制技术，可以实现家庭设备的智能化控制，如智能灯光、智能家电、智能安防等。
这些技术的应用可以提高生活的便利性和舒适度。
精品课件-计算机控制技术-封面及目录
李敬兆 欣 徐辉 李洁
王卫平 程
宋欣 编著 建
西安电子科技大学出版社
目录
第一部分 计算机控制系统的基础 知识 第1章 绪论 第2章 输入输出接口技术 第3章 人机交互接口技术 第4章 程序控制与数值控制 第5章 过程控制数字处理方法 第6章 数字PID控制算法
第二部分 计算机控制系统的设 计与实践 第7章 计算机控制系统设计介绍 第8章 监控组态软件设计与应用 第9章 PLC控制系统设计
谢谢使用！
• 策 划：吴 澄 • 制 作：张香梅 • 单 位：西安电子科技大学出版社 • 电 话：029-88204256 029-88201467 (发行) • 传 真：029-88232746 • 主 页： • E-mail：xdupkj@
xdupfxb001 @ (发行)
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持
计算机控制技术(李敬兆)章 (10)
第10章 单片机控制系统设计
图10-6 主程序流程图 20
第10章 单片机控制系统设计 2) 功能实现模块 (1) T0中断子程序。 (2) T1中断子程序。 键盘及中断流程图如图10-7所示。
21
第10章 单片机控制系统设计
图10-7 键盘及中断流程图 22
第10章 单片机控制系统设计 3) 运算控制模块 运算控制模块涉及标度转换、PID算法以及该算法调用
第10章 单片机控制系统设计 8源自第10章 单片机控制系统设计
图10-3 三相双三拍驱动程序流程图 9
第10章 单片机控制系统设计 三相双三拍步进电机控制程序如下：
10
第10章 单片机控制系统设计 11
第10章 单片机控制系统设计
10.3 基于51单片机的控制系统 设计举例——温度控制系统
1. 系统工艺及控制要求 所设计的控制系统有以下功能： (1) 温度控制设定波动范围小于±1%，测量精度小 于±1%，控制精度小于±2%，超调整量小于±4%； (2) 实现控制可以升温也可以降温；
第10章 单片机控制系统设计 18
第10章 单片机控制系统设计 4. 系统软件设计 1) 主程序模块 在主程序中首先给定PID算法的参数值，然后通过循环
显示当前温度，并且设定键盘外部中断为最高优先级，以 实时响应键盘处理。软件设定定时器T0为5秒定时，在无键 盘响应时每隔5秒响应一次，以用来采集经过A／D转换的温 度信号。设定定时器T1为嵌套在T0之中的定时中断，初值 由PID算法子程序提供。 主程序流程图如图10-6所示。
2
第10章 单片机控制系统设计 1. 增强型51单片机CPU内核 MCS-51是美国Intel公司的8位高档单片机系列，也是
计算机控制技术概述
(4)系统的稳定性也是值得关注的问题。 – 对闭环负反馈的一阶、二阶线性连续系统，系统开环 放大系数为任意值，系统均是稳定的。 – 从第4章的分析可以看到，当采样周期一定时，计算机 控制系统的开环放大系数仅处于一定范围时，系统才 能稳定 。
状态空间描述。主要采用最优控制(二次型最优控制、H∞控制等)、系统辨 识和最优估计、自适应控制等分析和设计方法。
•智能控制理论 研究对象和系统越来越复杂，如(a)不确定性的模型、(b)高度非线性、(c)
复杂的任务要求。智能控制包括学习控制系统、分级递阶智能控制系统、专 家系统、模糊控制系统和神经网络控制系统等。
CCS组成
●被控对象；●测量装置；●执行机构； ●计算机系统（主机和输入输出通道）； ●外部设备。 （基本典型； 不同组合）
●被控对象； ●测量装置； ●执行机构； ●计算机系统； ●外部设备。
系统软件：
操作系统、诊断系统、开发系统等。
应用软件：
●过程监视程序：巡回检测、数据处理、上下限检查及报警、操作面板服务、数字 滤波及标度变换、判断、过程分析等；
实际工程设计的设计方法
(a) 连续域设计-离散化方法
将CCS看成是连续系统，在连 续域上设计得到连续控制器。由 于它要在数字计算机上实现，因 此，采用不同方法将其数字化(离 散化)。
(b) 直接数字域(离散域)设计
把CCS看成是纯离散信号系统， 直接在离散域进行设计，得到数 字控制器，并在计算机里实现。
计算机控制技术概述
1、绪论——概述/发展与应用/理论与设计、课程内容
1.1 概述
1.1.1 CCS组成
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第11章 IPC控制系统设计
式(11-4)中， K0为对象的增益，T0为对象的时间常数，τ 为纯滞后时间。那么Smith补偿器的传递函数Gs(s)为
(11-5)
其相应的差分方程为
(11-6)
式(11-6)中：
N=τ/T称为滞后时间常数。
40
第11章 IPC控制系统设计 11.5.5 系统的调试运行及控制效果 该系统操作简单，使用维护方便，性能可靠；采用微 机控制，提高了啤酒质量，改善了劳动条件；不用人工手 动操作，消除了人为因素；易于现代化管理和产品质量分 析；采用表格、图形、曲线，显示直观，并有打印输出功 能。
(3) 组态软件，应用于工业控制计算机开发的大多数 配置工具，能够提供图形化的编程方法，容易建立工控系 统。
9
第11章 IPC控制系统设计 (4) 过程监督和控制软件，提供数据采集、过其功能由控制装置、单元级操作
形式来确定。
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27
第11章 IPC控制系统设计 (2) 自动控制各个发酵罐中的上中下三段温度，使其
按图11-10所示的工艺曲线运行，温度控制误差不大于 0.5℃，共有 30个控制点。
(3) 系统具有自动控制、现场手动控制、控制室遥控 三种工作方式。
(4) 系统具有掉电保护、报警、参数设置和工艺曲线 修改设置功能。
特点如下： (1) 适应工业环境，抗干扰能力强，可靠性高。 (2) 模块化板卡结构。 (3) 丰富的工业应用软件。 (4) 系统具有扩充性和开放性。
2
第11章 IPC控制系统设计 11.1.2 工业控制计算机的组成 典型的工业控制计算机一般由以下几部分组成： (1) 加固型工业机箱。 (2) 工业电源。 (3) 主机板。
第11章 IPC控制系统设计 11.3.2 基于组态王软件的工控系统软件设计 1. 设备定义 设备定义主要包括新建板卡，选择板卡生产厂商，选 择板卡的具体型号以及设备名称定义和设备地址定义等环 节。
11
第11章 IPC控制系统设计
图11-1 新建板卡的快捷菜单 12
第11章 IPC控制系统设计
15
第11章 IPC控制系统设计
图11-4 打开数据词典 16
第11章 IPC控制系统设计
图11-5 “定义变量”对话框 17
第11章 IPC控制系统设计 3. 人机界面的设计 在组态王的“工程浏览器”左边的工程目录显示区
“系统”标签下，选择“文件”下面的“画面”选项，在 右边展开了画面内容。由于此时本例还是一个新建的工程， 没有任何画面，点击“新建”打开快捷菜单，选择“新建 画面”。为画面取名后进入了组态王开发系统，在这里完 成人机界面的设计。
机界面。 (6) 多任务和多线程。
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第11章 IPC控制系统设计 2. 工控软件类型 (1) 操作系统，以实时操作系统和多机工控网络操作
系统为主，实现实时、可靠、多任务、多用户等处理目标。 (2) 数据采集软件，对工业过程中的各种模拟信号、
开关量、脉冲信号的数据进行采集、显示，为工业生产过 程管理和决策提供依据。
存储设备的容量也易于扩展，大大地提高了收费管理的工 作效率。
26
第11章 IPC控制系统设计
11.5 基于IPC的控制系统设计 举例——啤酒发酵过程控制系统
11.5.1 系统工艺及控制要求 系统的控制要求如下。 (1) 系统共有 10个发酵罐，每个罐测量 5个参数，即
发酵罐的上中下三段温度、罐内上部气体的压力和罐内发 酵液的高度，共有 30个温度测量点、10个压力测量点和 10个液位测量点，因此共需检测 50个参数。
起来，采样周期T=2 s。
2. 数字滤波程序 将每个信号的5次测量值排序，去掉一个最大值和一个 最小值，剩余 3个求平均值即为该信号的测量结果，即采 用中位值滤波法与平均值滤波法相结合来实现数字滤波。
35
第11章 IPC控制系统设计 3. 标度变换 变送器输出的4～20 mA(DC)信号，经I/V变换后产生
11-10所示)，故采用直线插补算法来计算各个采样周期的
给定值r(k)：
(11-2)
37
第11章 IPC控制系统设计 5. 控制算法 采用增量型PID控制算法时，有
式中
(11-3)
38
第11章 IPC控制系统设计 根据施密斯预估控制算法，如果将被控对象视为纯滞
后的一阶惯性环节，即 (11-4)
39
3
第11章 IPC控制系统设计
11.2 IPC模板介绍
1. ISA总线板卡介绍 1) ISA总线模拟量输入卡 PCL-813B是ISA总线模拟量输入卡，特点如下：32路单 端模拟量输入；12位逐次比较式A/D转换器。 2) ISA总线模拟量输出卡 (1) PCL-726。 (2) PCL-727。 (3) PCL-728。
湿、电磁、灰尘、震动等复杂的环境条件下不间断、长时 间地稳定运行，同时系统的MTBF(平均故障间隔时间)大于 30000小时，系统的MTTR(平均修复时间)小于1小时。商用 PC机显然难以适应如此条件，要想确保收费系统切实履行 自己的收费和监控功能，只能选用工控计算机进行系统控 制。
24
第11章 IPC控制系统设计 2. 系统构成 若某高速公路需建设收费系统、监控(安全)系统、
4
第11章 IPC控制系统设计 3) ISA总线非隔离数字量I/O卡 (1) PCL-720+。 (2) PCL-724。 (3) PCL-731。 4) ISA总线隔离数字I/O卡 (1) PCL-725。 (2) PCL-730。 (3) PCL-733。 (4) PCL-734。 (5) PCL-735。
30
第11章 IPC控制系统设计 11.5.3 系统硬件选型 1. 控制系统主机及过程通道模板 1) IPC-8500工业控制机 IPC-8500工业控制机选用All in one CPU板，CPU为 Intel 80486DX2-66，板上有二级Watchdog(看门狗)，当应 用软件不能控制系统时，可触发NMI和RESET。 另外， 外设配置标准键盘、CRT显示器、EPSON 1600K 打印机。
(5) 系统具有表格、图形、曲线等显示和打印功能。
28
第11章 IPC控制系统设计
图11-10 发酵温度曲线 29
第11章 IPC控制系统设计 11.5.2 系统总体方案的设计 本系统的控制主机选用康拓IPC-8500工业控制机，并 配有 A/D和D/A模板来实现过程通道中的信号变换。控制系 统的软件设计主要包括：采样、滤波、标度变换、控制计 算、控制输出、中断、计时、打印、显示、报警、调节参 数修改、温度给定曲线设定及修改、报表、图形、曲线显 示等功能。
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第11章 IPC 控制系统设计
11.1 IPC简介 11.2 IPC模板介绍 11.3 IPC软件设计 11.4 IPC简单应用实例 11.5 基于IPC的控制系统设计举例
——啤酒发酵过程控制系统
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11.1 IPC简介
11.1.1 IPC的特点 工业控制计算机(IPC)与个人计算机(PC)相比，其主要
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图11-6 人机界面设计 19
第11章 IPC控制系统设计 4. 静态画面与动态连接 动态连接是指将画面中的文本对象和数据库的数据变
量进行连接。动态连接后，当实时检测的I/O变量值发生变 化时，人机界面的文本也会发生相应变化。这里以 t1为例说明变量的连接方法，其他变量的连接是相同的。
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图11-7 “动画连接”对话框 21
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图11-8 “模拟值输出连接”对话框 22
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图11-9 “选择变量名”对话框 23
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11.4 IPC简单应用实例
1. 系统要求 由于高速公路收费系统需要处在野外高温/低温、潮
10个液位(h1～h10)。
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第11章 IPC控制系统设计 3. 模拟量输出通道设计 本系统自动控制30个温度，即使用30个电动调节阀
ZDLP-6B，通过调节阀自动调节阀门开度，从而调节冷却液 (淡酒精)流量，达到控制发酵温度的目的。
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第11章 IPC控制系统设计 11.5.4 系统软件设计 1. 数据采集程序 首先按顺序采集30个温度信号，然后再采集10个压力 信号，最后采集10个液位信号，这些信号共采集5遍并存储
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第11章 IPC控制系统设计 3) PCI总线非隔离数字量I/O卡 (1) PCI-1735U。 (2) PCI-1737U。 (3) PCI-1739U。 (4) PCI-1753。
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11.3 IPC软件设计
11.3.1 工业控制系统软件概述 1. 工控软件特性 (1) 开放性。 (2) 实时性。 (3) 网络化、集成化。 (4) 智能化。 (5) 友好的人机界面，包括设计和应用两个方面的人
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第11章 IPC控制系统设计 2) 过程通道模板 本系统选择康拓 IPC-5488 32路12位光电隔离A/D板，
并配有CMB5419-1B 32路I/V变换板，作为系统的模拟量输 入通道。另外，选IPC-5486 8路12位光电隔离D/A转换板， 作为模拟量输出通道。
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第11章 IPC控制系统设计 2. 模拟量输入通道设计 本系统检测30个温度(t1～t30)、10个压力(p1～p10)、
图11-2 板卡生产厂商选择 13
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