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直接数字控制系统

计算机过程控制系统
• 1.3 计算机过程控制系统的类型 • (1)巡回检测和数据处理系统 • 巡回检测和数据处理系统是计算机应用于过程控制的最早形式之一。计算机对一次企仪表产生的参数进行巡回检测，并由计算机进行必要的数据处理，如数字滤波、仪表误差修正等；对大量的数据进行记录，对过程进行集中监视，根据事先存人的各种参数的极限值，处理过程中可进行越限报警，以确保生产过程的安全。巡回检测和数据处理系统的结构图如图10．3所示，这是一个开环控制系统，计算机不直接参与过程控制，对生产过程不会直接产生影响。
计算机过程控制系统
• 控制台 • 操作人员通过运行控制台与计算机进行 “对话”，随时了解生产过程和控制状态，修改控制参数、控制程序，发出控制命令，判断故障，进行人工干预等
计算机过程控制系统
• (2)软件组成计算机过程控制系统的硬件只是控制的躯体，系统的大脑和灵魂是各种软件。计算机控制装置配置了必要的软件，才能针对生产过程的运行状态，按照人的思维和知识进行自动控制，完成预定控制功能。计算机控制装置的软件通常分为两大类：系统软件和应用软件。
计算机过程控制系统
计算机过程控制系统
• 本章提要 • 随着计算机技术的迅速发展，将计算机用于过程控制系统，称为计算机过程控制系统。计算机过程控制系统综合了计算机生产过程和自动控制理论等方面的知识。数据通信技术是工业网络的关键技术。在一个大规模的计算机过程控制系统中，常常会有很多的测量和控制对象，即使速度很高的计算机也难以满足要求，因此必须将任务分给多个计算机(或可编程序控制器，PLC)来协调运行
计算机过程控制系统
• 应用软件 • 应用软件是针对某一生产过程，依照控制系统设计人员的设计思想，为达到控制目的而设计的程序。应用软件一般包括基本运算、逻辑运算、数据采集、数据处理、控制运算、控制输出、打印输出、数据存储、操作处理、显示管理等程序。数据采集、数据处理程序服务于过程输入通道。控制输出程序服务于过程输出通道。控制运算程序是应用软件的核心，是实施系统控制方案的关键。

直接数字控制器操作规程PPT课件(39页)

储酒罐测控装置
一、概述储酒罐测控装置可满足大多数葡萄酒厂的陈酿工艺。该装置以智能仪表为核心，随时对储酒罐进行监测，仪表支持RS485总线通讯，方便组成基于计算机的监控系统。二、功能与特点
该装置以公司开发的DMC智能仪表为核心，配以传感器、控制器等组成。各酒罐被视为独立测控对象，一罐一表，具有相对独立的可靠性。 DMC智能仪表还具有传感器开路检测、故障报警等功能，使其更具可靠性主要功能：
DDC系统的应用
多用于中央空调，新风机组，给排水换热站等机电没备温度、湿度、压力、流量等测量控制。在集散控制系统中，通常用作现场直接控制器,通过通讯总线与中央控制站联络。
江森控制器的系统组成
目前，在我国的智能楼宇系统中，江森作为世界三大品牌之一，具有一定的市场。 METASYS 系统主要是由操作站）、网络控制器、直接数字控制器等构成。操作站网络控制器最常用的连接方式是N1通信网络，N2 通信总线作为现场存取网络，负责连接直接数字控制器及接口模块至网络控制器。
直接数字控制DDC系统的功能
通过预定的程序完成各种控制功能，包括P控制、PI控制、PID控制、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和联锁控制等。对现场的设备执行各种命令（执行时间、事件响应程序、优化控制程序等）。
DDC控制器的结构及原理
DDC 控制器内部包含了可编程序的处理器，采用了模块化的硬件结构，可以对模块进行不同的组合，执行不同的控制功能。
直接数字控制器DDC系统特点
1、可将建筑联网 2、能提供过往使用纪录 3、操作人员不需要计算机经验 4、DDC系统能协助顾问工程师 5、DDC系统对服务和管理公司的益处 6、DDC系统控制设备与机械系统设备之差异 7、DDC系统适用的建筑大小

第六章数字控制器的直接的设计方法-PPT课件

一、基础知识：
1、最少拍控制：就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态。 • 它的闭环z传递函数具有形式
说明： P是可能情况下的最小正整数。这一传递形式表明闭环系统的脉冲响应在P个采样周期后变为零，从而意味着系统在P拍之内到达稳态。
第六章数字控制器的直接设计方法
4、在采样点之间存在纹波
最少拍控制只能保证在采样点上的稳态误差为零。在许多情况下，系统在采样点之间的输出呈现纹波（如图6-4,图 6-5所示），这不但使实际控制不能达到预期目的，而且增加了执行机构的功率损耗和机械磨损。因此，最少拍控制在工程上的应用受到很大限制，但人们可以针对最少拍控制的局限性，在其设计基础上加以改进，选择更为合理的期望闭环响应M(z)，以获得较为满意的控制效果。
即令：
第六章数字控制器的直接设计方法
所以，控制是稳定的。
第六章数字控制器的直接设计方法
若对象传递函数G(z)再变为G*(z)，那么闭环传递函数就变为M*(z)
第六章数字控制器的直接设计方法
4、最少拍控制器设计的一般表达式：
合理的最少拍系统设计，除了应在最少拍内到达稳态外，还应考虑数字控制器的可实现性及控制系统的稳定性。故若被控对象有L个采样周期的纯滞后，并有ｉ个在单位圆上及圆外的零点z1,..., zi,j个在单位圆上及圆外的极点pl ..., pj，则最少拍控制器为
d 0 K (1 d2 K
Td T
T Ti

2 Td T
Td T
)
d 1 K (1
)
第六章数字控制器的直接设计方法
二、确定数字控制器的参数
第六章数字控制器的直接设计方法

直接数字控制器( DDC )

第1单元：DDC基本概述
教学资源2 DDC的功能和特点
第1单元：DDC基本概述
DDC功能 • ①具有强大的信息采集、运算、分析和控制功能。 • ②具有联网通信、站点组合、服务器管理的功能。 • ③具有分布式模块控制结构，配备了强大的特种模块。 • ④主机具备报警功能、趋势存储功能、失电保护功能等。 • ⑤支持计算机高级编程语言和图形化编程语言。 • ⑥支持与上位监控计算机的联网通信功能。 • ⑦主机具备现场操作及现场编程接口，一般为RS232接口。 • ⑧具有多级密码保护和管理功能。
《楼宇智能化技术》精品资源课程
模块八：直接数字控制器（DDC）
第1单元 DDC基本概述
教学重点：DDC的基础知识；DDC的硬件结构和工作原理。
教学难点：DDC的硬件结构和工作原理。
第1单元：DDC基本概述
第1单元 DDC基本概述
直接数字控制器（DDC）是一种特殊的计算机，它通常应用于计算机集散控制系统，在智能楼宇中被用作现场控制器实现对大楼内机电设备的监控，并通过通信总线与中央控制站联通，实现上位机的监控和管理。
5)GCD-B型通用控制模块：GCD-B型通用控制模块是由4路数字量输入、2路数字量输出、3路模拟量输入、3路模拟量输出、3路温度测量输入组成。
第2单元：DDC的系统组成及配置
6)MCA型电机控制模块：MCA型电机控制模块是由12路数字量输入、4路数字量输出组成。
第1单元：DDC基本概述
★ 2. 总线模块
总线模块用来实现DDC与计算机之间、DDC与DDC之间、 DDC与智能单元之间的组网和通信。
第1单元：DDC基本概述
★ 3. 智能I/O模块
(1)输入模块输入模块是把现场各种开关信号、模拟信号变成DDC内部处理

数字控制系统课件第1章

0
n0
t
r(nT ) g(t ) ( nT )d
0
n0
r(nT )g(t nT )
n0
输出量c*(t)为采样时刻t=kT(k=0,1,2…)的值可由下式求得
c(kT) r(nT)g(kT nT) n0
c(kT) r(nT)g(kT nT) n0
当n>k时，零初始条件有g(kT-nT)=0,故上式可写为 k c(kT) r(nT)g(kT nT) n0
1.1 Why Digital Control?
❖ Accuracy. Digital signals are represented in terms of zeros and ones with typically 12 bits or more to represent a single number. This involves a very small error as compared to analog signals where noise and power supply drift are always present.
只有离散信号才有z变换，所以简写
E(z) Z[e(t)]
采样系统的脉冲传递函数
1、环节的脉冲传递函数的定义
在零初始条件下，输出脉冲序列
c*(t)的z变换C(z)与输入脉冲序列
r*(t)的z变换R(z)之比
c(nT )zn
G(z)
C(z) R(z)
n0
r(nT )zn
n0
说明：
对零初始条件的理解与传递函数一样；
只有采样信号之间才有脉冲传递函数的概念；
总是认为系统输出处带有同步虚拟采样开关。
2、脉冲传递函数的物理意义 t c(t) 0g(t )r( )d

第三章直接数字控制器控制系统

第三章直接数字控制器控制系统
通用控制器采用模块化结构，使得系统配置更为灵活。在实际使用中，可根据不同需要选用不同的模块进行DDC控制器配置，并采用不同的冗余结构以适应不同的控制器要求。现场控制器通常安装在靠近控制设备的地方。为适应各种不同的现场环境，DDC控制器应具有防尘、防潮、防电磁干扰、抗冲击、抗振动及耐高低温等恶劣环境的能力。
四直接数字控制（DDC）系统介绍
直接数字控制（DDC）系统是指一个终端系统，是机械系统中用于服务于单独区域的组成部分，例如: 一个单独的风机盘管控制器、VAV控制器、热泵控制器等。 DDC终端是DDC的应用系统。这是应用于商业建筑的控制工业的新发展，它可提供整个建筑暖通空调系统的运行情况直接数字控制DDC系统的信息处理与控制的水平取决于机器设备的形式，如VAV终端，其操作系统通过设置是否需加热或降温的气流温度来设定给定值，根据气流流量和给定值的最大最小流量值进行控制，也可设定的日程序、假日程序等。
9．改善居住条件
许多大楼的所有者使用DDC系统以鼓励租期已到的客户留在大楼中，当客户看到他们住处具有成效管理系统时，他们对大楼就更满意。
五直接数字控制DDC系统的优点
10．改善维护和服务
整栋建筑采用DDC系统后，维护工作可通过系统自动做到，并纪录需要服务的设备和地点，如需要，DDC系统还可纪录各部分机械的运转性能曲线和各房间的温度变化，这些在分析和诊断机械系统或控制器问题时十分有益，因为系统能发展操作中的许多偏差，故许多问题可在客户察觉前解决。
五直接数字控制DDC系统的优点
2．降低费用
一个设计良好的DDC系统可在能源和人力方面降低费用。由于所有区域都经中心调度和控制可通过能量的转移而使之不会浪费，而且，系统可自动启动或停止机械设备，使其在不必要时不运转。它还可通过操作终端自动诊断和处理许多问题，而无需维修人员亲临现场，从而省去许多费用，降低维修成本。处于不同位置的多个建筑，可由一个中心控制室统一管理和监控，而不必单独控制，从而节省了人力。

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第11章直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
⑵ A／D转换器的分类(根据转换原理分)
① 逐次比较式
转换时间一般在μs级，转换精度一般在0.1％左右，适于一般场合。
多通道同步采样分时传输数据
第11章直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
2. 模拟量输入通道的组成
⑴ 信号调理电路经由传感器或检测仪表、变送器输入的模拟信号，可能是电
压或电流信号，幅值范围往往和A/D转换器的量程不匹配，而且一般含有噪声信号，因此需要进行放大、滤波、隔离保护等处理，称为信号调理。
第11章直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
3. 模拟量输入通道A/D转换器的选择
⑴ A/D转换器的技术指标
① 分辨率与量化误差
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术指标，是数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。其大小取决于A/D转换器的位数，所以习惯上以数字量的位数来表示。
11.2 过程输入输出通道技术 11.2.1 概述
DDC系统的输入输出通道是计算机和传感器、执行器之间的
信息传递和变换装置。是连接控制计算机和工业生产过程的桥
梁和纽带。
过程通道
模拟量输入通道（AI）
模拟量输入（AI）通道
测量变送
过程
模拟量输出通道（AO）计算
模拟量输出（AO）通道
执行机构
生产
第11章直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
传感器1 传感器2 传感器3
调理
S/H
调理
ห้องสมุดไป่ตู้S/H
调理
S/H
多
路模
A/D
计
拟开
控制逻辑
算
关
机
多路同步取样共用A/D分时采集
传感器
调理电路
S/H
传感器
调理电路
S/H
A/D 转换器
A/D 转换器
计算机
传感器
调理电路
S/H
A/D 转换器
控制逻辑
通开关量输入通道（DI）机
数字量输入（DI）通道
开关触点
过
道开关量输出（DO）通道
程
数字量输出（DO）通道
开关设备
第11章直接数字控制系统概述
11.2 控制输入输出通道技术
模板式过程输入输出通道的结构模块式
模板式结构：
AI AO DI DO 主机板
BUS BUS
AI AO DI DO
串行通信或
量化误差是由A/D 转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离散取样（量化）引起的误差，其大小在理论上为一个单位（1LSB ）。量化误差和分辨率是统一的，即提高分辨率可以减小量化误差。
第11章直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
② 转换精度
转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。
第11章直接数字控制系统
11.1 直接数字控制系统概述 11.2 过程输入输出通道技术 11.3 数字滤波与数据处理 11.4 数字PID控制技术 11.5 数字控制系统的设计与实现 11.6 数字控制器的直接设计方法 11.7 监控组态软件
第11章直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
11.2 过程输入输出通道技术
⑶ 采样保持器在A/D转换器工作期间采样保持器一直保持着转换开始时的
输入值，因而能抑制由放大器干扰带来的转换噪声，提高模/数转换器的精确度和消除转换时间的不准确性。
高速采样(如5000～10000点／秒) 必须采用采样保持器。
在低速系统中一般可以省略。
采样保持器的工作方式
直接数字控制系统
本章要点
◇ 直接数字控制系统的构成 ◇ 过程输入输出技术及数据处理方法 ◇ 数字PID控制技术及数字控制系统的设计与实现 ◇ 数字控制器的直接设计方法 ◇ 监控组态软件本章学习目标
◇ 理解直接数字控制系统的构成原理及特点 ◇ 掌握模拟量、数字量输入输出技术 ◇ 深刻理解数字滤波及数据处理方法 ◇ 熟练掌握数字PID控制算法及改进算法 ◇ 掌握单回路、串级、前馈控制策略的计算机实现方法 ◇ 理解数字控制器的直接设计方法 ◇ 了解监控组态软件的功能及应用
⑵ 多路开关
通过多路模拟开关将多路参数分时送入计算机。
•单向多路开关:AD7501(8路)、AD7506(16路)等； •双向多路外关：CD4051等; •单端输入: CD4051是单端8通道; •双端输入: CD4052是双4通道; •多路输入多路输出:CD8816等。
第11章直接数字控制系统概述
第11章直接数字控制系统概述
1. 模拟量输入通道的结构
11.2 过程输入输出通道技术
模拟量输入通道一般包括：信号调理电路、多路转换开关、采样保持器、A/D转换器等几个组成部分。
传感器
信号调理
多
放大器
S/H
A/D
传感器
信号调理
路
计
模拟
算
……· ……·
传感器
开关
信号调理
机控制逻辑
多路共用采集电路分时采集
第11章直接数字控制系统概述
⑷ A/D转换器
11.2 过程输入输出通道技术
在工业生产过程中，被测参数，如温度、压力、流量、液位、成分等都是连续变化的模拟量，而计算机处理的数据只能是数字量，所以在进入计算机之前，必须把模拟量转换成数字量（也即A/D转换）。A／D转换器即是完成模拟量转换为数字量的器件，在一般情况下，模拟量是指电压。
③ 转换速率
转换速率是指A/D转换器在每秒钟所能完成的转换次数。转换速率也可表述为转换时间，即A/D转换从启动到结束所需的时间，转换速率与转换时间互为倒数。
④ 满刻度范围满刻度范围是指A/D转换器所允许的最大输入电压范围。满刻度值只是个名义值，实际的A／D转换器的最大输入电压值总比满刻度值小1/2n（n为转换器的位数）。
网络通信
I/O主板
主控单元
I/O单元主控单元
I/O单元
(a)混合集中式
(b)分离分布式
RS-485
模块式结构：主控单元
A
A
D
D
I
O
I
O
I/O单元
第11章直接数字控制系统概述
11.2.2 模拟量输入通道
11.2 过程输入输出通道技术
模拟量输入通道(AI)是计算机用于工业控制、自动测试、计算机辅助医疗诊断、机器人等科学研究时必需的模拟数据处理系统。它把各类传感器从现场检测到的模拟量信号如温度、压力、流量、物位、成分等转换成计算机可以接收的数字量信号。建立模拟量输入通道的目的，通常是为了进行参数测量或数据采集。它的核心部件是A/D转换器及其微处理机的接口。