计算机测控技术PPT课件
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SCC计算机
设定值
测量值
模拟 调节器
操作台是人-机对话的联系纽带，操作人员可 通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发 出各种操作命令，计算机可向操作人员显示系 统运行状况，发出报警信号。操作台一般包括 各种控制开关、数字键、功能键、指示灯、声 讯器、数字显示器或CRT显示器等。
(6)通用外围设备：主要是为了扩大计算机主机的 功能而配置的。它们用来显示、存储、打印、 记录各种数据。常用的有打印机、记录仪、图 形显示器(CRT)、软盘、硬盘及外存储器等。
9
1.2 计算机在控制中的典型应用方式
一、操作指导控制系统(见图1-3)
在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接 用来控制生产对象。计算机只是对生产过程 的参数进行采集，然后根据一定的控制算法 计算出供操作人员参考、选择的操作方案、 最佳设定值等，操作人员根据计算机的输出 信息去改变调节器的设定值，或者根据计算 机输出的控制量执行相应的操作(如直接改变 阀门开度) 。
现代控制理论的发展给自动控制系统增添了理论工具， 而计算机技术的发展为新型控制规律的实现、构造高性 能的控制系统提供了物质基础，两者的结合极大地推动 了自动控制技术的发展。
将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算机来 实现，就组成了一个典型的计算机控制系统，如图1-1所 示。因此，计算机控制系统，简单地说，就是采用计算 机来实现的工业自动控制(含管理)系统。
(2)输入通道： 模拟量I：将经由传感器得到的工业对象的生产过
程参数变换成二进制代码传送给计算机(A/D) 数字量I通道：除完成编码数字输入输出外，还可
将各种继电器、限位开关等的状态通过输入接 口传送给计算机。
6
(3) 输出通道：将计算机输出的数字控制量 变换为控制操作拉行机构的模拟信号， 以实现对生产过程的控制(D/A)。或将计 算机发出的开关动作逻辑信号经由输出 接口传送给生产机械中的各个电子开关 或电磁开关 。
输出通道
执行
产 过 程
图1-4 直接数字控制系统
13
三、监督计算机控制系统
监督计算机控制 (SupervisoryComputerContro1)系统简 称SCC系统。在SCC系统中计算机根据 工艺参数和过程参量检测值，按照所设 计的控制算法进行计算，计算出最佳设 定值直接传送给常规模拟调节器或者 DDC计算机，，最后由模拟调节器或 DDC计算机控制生产过程。SCC系统有 两种类型，一种是SCC+模拟调节器，另 一种是SCC+DDC控制系统。监督计算 机控制系统构成示意图如图1-5所示。
(4)执行机构：为了控制生产过程，还需有 执行机构。常用的执行机构有各种电动、 液动、气动开关，电液伺服阀，交、直 流电动机，步进电动机等等。
7
(5) 主机及操作台：主机由中央处理器、时钟电 路、内存储器构成的计算机主机是组成计算机 控制系统的核心部件，主要进行数据采集、数 据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等， 通过接口电路向系统发出各种控制命令，指挥 全系统有条不紊地协调工作。
3
在系统中，计算机只能处理数字信号，因而给定值
和反馈量要先经过A/D。当计算机接收了测量信号后， 根据需要作分析处理；控制中，依给定量和反馈量的 偏差值，按某种控制规律进行运算(如PID运算)，计 算结果(数字信号)再经过D/A转换器，将数字信号转 换成模拟控制信号输出到执行机构，完成对系统的控 制作用。
在DDC系统中的计算机参加闭环控制过程， 它不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的 PID(比例、积分、微分)调节，而且不需改变硬 件，只需通过改变程序就能实现多种较复杂的 控制规律，如串级控制、前馈控制、非线性控 制、自适应控制、最优控制等。
12
设定值 计
接口
输入通道
检测
生
显示 打印
算 机
接口
10
操作指导计算机 操作指导参考数据 测量值
人
A/D
控制量 设定值 控制器
多路开关
传感器
… …
生产过程
图3-1 计算机操作指导控制系统示意图
11
二、直接数字控制系统(见图1-4)
直接数字控制DDC(Direct Digital Contro1)系 统是计算机用于工业过程控制最普遍的—种方 式。计算机通过输入通道对一个或多个物理量 进行巡回检测，并根据规定的控制规律进行运 算，然后发出控制信号，通过输出通道直接控 制调节阀等执行机构。
计算机测控技术
退1 出
第1章 绪论
本章主要介绍计算机测控制的一 般概念，计算机测控系统的组成、分 类、特点及其典型应用和发展。
退2 出
1.1 计算机测控系统的组成及特点
1.1.1 一般概念
模拟式自动控制系统也已达到相当完善的程度。但它的 进一步发展受到了限制，在复杂控制规律的实现系统的 最优化、可靠性等方面已不能满足更高的要求。
8
二、软件
从功能区分，软件可分为系统软件和应用软件。 (1) 系统软件是由计算机的制造厂商提供的·．用
来管理计算机本身的资源、方便用户使用计算 机的软件。常用的有操作系统、开发系统等， 它们一般不需用户自行设计编程，只需掌握使 用方法或根据实际需要加以适当改造即可。 (2) 应用软件是用户根据要解决的控制问题而编 写的各种程序，比如各种数据采集、滤波程 序、信号分析、控制量计算程序、生产过程监 控程序等 。
A/D
多路开关
D/A
多路开关
数字量输入
数字量输出
I/O通道
传感器及 变送器
执行机构
工
业
对
象ห้องสมุดไป่ตู้
信号检测 及变送
被控对象
典型计算机控制系统组成框图
5
(1)传感器和变送器：传感器的主要功能是将被检 测的非电量参数转变成电学量，如热电偶把温 度变成电压信号，压力传感器把压力变成电信 号等等。变送器的作用是将传感器得到的电信 号转变成适用于计算机接口使用的标准的电信 号(如0-5V， 0-10mA)。
+ 设定值 反-
馈 量
计算机
A/D
控制规律 计算程序
D/A
执行 被控 机构 对象 被
控
量
检测装置
计算机控制系统基本框图
4
1.1.2 计算机控制系统的组成
操作台
打印 机
I/O 接 口
显示 终端
I/O 接 口
通用外 围设备
I/O 接口
计
I/O
算
接口
机
主
I/O
机
接口
I/O 接口
主机及操 I/O接 作台 口电路
SCC计算机
设定值
测量值
模拟 调节器
操作台是人-机对话的联系纽带，操作人员可 通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发 出各种操作命令，计算机可向操作人员显示系 统运行状况，发出报警信号。操作台一般包括 各种控制开关、数字键、功能键、指示灯、声 讯器、数字显示器或CRT显示器等。
(6)通用外围设备：主要是为了扩大计算机主机的 功能而配置的。它们用来显示、存储、打印、 记录各种数据。常用的有打印机、记录仪、图 形显示器(CRT)、软盘、硬盘及外存储器等。
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1.2 计算机在控制中的典型应用方式
一、操作指导控制系统(见图1-3)
在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接 用来控制生产对象。计算机只是对生产过程 的参数进行采集，然后根据一定的控制算法 计算出供操作人员参考、选择的操作方案、 最佳设定值等，操作人员根据计算机的输出 信息去改变调节器的设定值，或者根据计算 机输出的控制量执行相应的操作(如直接改变 阀门开度) 。
现代控制理论的发展给自动控制系统增添了理论工具， 而计算机技术的发展为新型控制规律的实现、构造高性 能的控制系统提供了物质基础，两者的结合极大地推动 了自动控制技术的发展。
将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算机来 实现，就组成了一个典型的计算机控制系统，如图1-1所 示。因此，计算机控制系统，简单地说，就是采用计算 机来实现的工业自动控制(含管理)系统。
(2)输入通道： 模拟量I：将经由传感器得到的工业对象的生产过
程参数变换成二进制代码传送给计算机(A/D) 数字量I通道：除完成编码数字输入输出外，还可
将各种继电器、限位开关等的状态通过输入接 口传送给计算机。
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(3) 输出通道：将计算机输出的数字控制量 变换为控制操作拉行机构的模拟信号， 以实现对生产过程的控制(D/A)。或将计 算机发出的开关动作逻辑信号经由输出 接口传送给生产机械中的各个电子开关 或电磁开关 。
输出通道
执行
产 过 程
图1-4 直接数字控制系统
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三、监督计算机控制系统
监督计算机控制 (SupervisoryComputerContro1)系统简 称SCC系统。在SCC系统中计算机根据 工艺参数和过程参量检测值，按照所设 计的控制算法进行计算，计算出最佳设 定值直接传送给常规模拟调节器或者 DDC计算机，，最后由模拟调节器或 DDC计算机控制生产过程。SCC系统有 两种类型，一种是SCC+模拟调节器，另 一种是SCC+DDC控制系统。监督计算 机控制系统构成示意图如图1-5所示。
(4)执行机构：为了控制生产过程，还需有 执行机构。常用的执行机构有各种电动、 液动、气动开关，电液伺服阀，交、直 流电动机，步进电动机等等。
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(5) 主机及操作台：主机由中央处理器、时钟电 路、内存储器构成的计算机主机是组成计算机 控制系统的核心部件，主要进行数据采集、数 据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等， 通过接口电路向系统发出各种控制命令，指挥 全系统有条不紊地协调工作。
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在系统中，计算机只能处理数字信号，因而给定值
和反馈量要先经过A/D。当计算机接收了测量信号后， 根据需要作分析处理；控制中，依给定量和反馈量的 偏差值，按某种控制规律进行运算(如PID运算)，计 算结果(数字信号)再经过D/A转换器，将数字信号转 换成模拟控制信号输出到执行机构，完成对系统的控 制作用。
在DDC系统中的计算机参加闭环控制过程， 它不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的 PID(比例、积分、微分)调节，而且不需改变硬 件，只需通过改变程序就能实现多种较复杂的 控制规律，如串级控制、前馈控制、非线性控 制、自适应控制、最优控制等。
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设定值 计
接口
输入通道
检测
生
显示 打印
算 机
接口
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操作指导计算机 操作指导参考数据 测量值
人
A/D
控制量 设定值 控制器
多路开关
传感器
… …
生产过程
图3-1 计算机操作指导控制系统示意图
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二、直接数字控制系统(见图1-4)
直接数字控制DDC(Direct Digital Contro1)系 统是计算机用于工业过程控制最普遍的—种方 式。计算机通过输入通道对一个或多个物理量 进行巡回检测，并根据规定的控制规律进行运 算，然后发出控制信号，通过输出通道直接控 制调节阀等执行机构。
计算机测控技术
退1 出
第1章 绪论
本章主要介绍计算机测控制的一 般概念，计算机测控系统的组成、分 类、特点及其典型应用和发展。
退2 出
1.1 计算机测控系统的组成及特点
1.1.1 一般概念
模拟式自动控制系统也已达到相当完善的程度。但它的 进一步发展受到了限制，在复杂控制规律的实现系统的 最优化、可靠性等方面已不能满足更高的要求。
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二、软件
从功能区分，软件可分为系统软件和应用软件。 (1) 系统软件是由计算机的制造厂商提供的·．用
来管理计算机本身的资源、方便用户使用计算 机的软件。常用的有操作系统、开发系统等， 它们一般不需用户自行设计编程，只需掌握使 用方法或根据实际需要加以适当改造即可。 (2) 应用软件是用户根据要解决的控制问题而编 写的各种程序，比如各种数据采集、滤波程 序、信号分析、控制量计算程序、生产过程监 控程序等 。
A/D
多路开关
D/A
多路开关
数字量输入
数字量输出
I/O通道
传感器及 变送器
执行机构
工
业
对
象ห้องสมุดไป่ตู้
信号检测 及变送
被控对象
典型计算机控制系统组成框图
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(1)传感器和变送器：传感器的主要功能是将被检 测的非电量参数转变成电学量，如热电偶把温 度变成电压信号，压力传感器把压力变成电信 号等等。变送器的作用是将传感器得到的电信 号转变成适用于计算机接口使用的标准的电信 号(如0-5V， 0-10mA)。
+ 设定值 反-
馈 量
计算机
A/D
控制规律 计算程序
D/A
执行 被控 机构 对象 被
控
量
检测装置
计算机控制系统基本框图
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1.1.2 计算机控制系统的组成
操作台
打印 机
I/O 接 口
显示 终端
I/O 接 口
通用外 围设备
I/O 接口
计
I/O
算
接口
机
主
I/O
机
接口
I/O 接口
主机及操 I/O接 作台 口电路