机电一体化技术第5章计算机控制及接口技术
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第5章 计算机控制及接口技术
SCC计 算 机
设定值
测量值
A/D
模拟 调节器
多 路 开关 传感器
SCC计 算 机
设定值
测量值
DD C D/A
A/D 多 路 开关
多 路 开关
传感器
… …
… …
输入
生 产 过程
输出
输入
生 产 过程
输出
(a)
(b)
图5-5 (a）SCC＋模拟调节器系统；(b）SCC＋DDC系统 4
它可分为硬件和软件两大部分。 硬件是指计算机本身及其外围设备，一般包括中
央处理器,内存储器,磁盘驱动器,各种接口电路，以A/D 转换和D/A转换为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通 道，以及各种显示、记录设备,运行操作台等。
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第5章 计算机控制及接口技术
操作台
打印机
I/ O 接口
显示
I/ O
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第5章 计算机控制及接口技术
企 业 (公 司 )管 理 级 工 厂 管理 级
车 间 管理 级
车 间 管理 级
过程 控制级
过程 控制级
过程 控制级
过程 控制级
生 产 过程
图5-6 计算机分级控制系统
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第5章 计算机控制及接口技术 5.1.3典型的机电一体化控制系统 图5-7介绍了工业炉计算机控制的典型情况，其燃 料为燃料油或者煤气，为了保证燃料在炉膛内正常燃 烧，必须保持燃料和空气的比值恒定。
终端
接口
通 用 外围 设 备
I/ O 接口
计
I/ O
算
接口
机
主 机
I/ O 接口
I/ O 接口
Hale Waihona Puke Baidu
主
机
及操
作
台
I/O 接 口 电路
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
信 号 检测 及变送
被 控 对象
图5-2 典型计算机控制系统的组成框图
机来实现， 就组成了一个典型的计算机控制系统， 如 图5-1所示。
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第5章 计算机控制及接口技术
设定值
＋ － 反 馈 量
计算机
控 制 规律
执行
被控
A/D
计 算 程序
D/A
机构
对象
被控
量
检 测 装置
图5-1 计算机控制系统的基本框图
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第5章 计算机控制及接口技术 典型的机电一体化控制系统结构可用图5-2来示意，
计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，其结构 如图5-4所示。
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第5章 计算机控制及接口技术
设 定值
接口
输 入通 道
检测
…
生
计 算机 显示
产 过
打印
程
接口
输 出通 道
执行
…
图5-4 直接数字控制系统的结构
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第5章 计算机控制及接口技术
3. 在监督计算机控制SCC（SupervisoryComputerControl） 系统中，计算机根据工艺参数和过程参量检测值，并按照 所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值后直接传 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 计算机控制系统的构成示意图如图5-5所示。 （1）SCC+模拟调节器的控制系统。 （2）SCC+DDC的控制系统。
第5章 计算机控制及接口技术
5章 计算机控制及接口技术
5.1 概述 5.2 工业控制计算机 5.3 计算机接口技术 5.4 计算机接口设计 5.5 D/A转换器 5.6 A/D 思考题
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第5章 计算机控制及接口技术
5.1 概述
5.1.1 计算机控制系统的组成 将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算
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第5章 计算机控制及接口技术
（4）I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥 梁。常用的I/O接口有并行接口和串行接口，I/O通道有模 拟量I/O通道和数字量I/O通道。其中，模拟量I/O通道的作 用是：一方面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；另一方面将计算机输 出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，以 实现对生产过程的控制。
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第5章 计算机控制及接口技术
操 作 指导 计 算 机 操作指导参考数据 测量值
人 控制量
A/D
设定值 多路开关
控制器
传感器
生 产 过程
… …
图5-3 计算机操作指导控制系统示意图
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第5章 计算机控制及接口技术 2. 直接数字控制DDC（DirectDigitalControl）系统是
（5）传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数 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0~10mADC）。
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第5章 计算机控制及接口技术
系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计 算机本身的资源和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。
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，控制量计算程序， 生产过程监控程序等。
在计算机控制系统中，软件和硬件不是独立存在的， 在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调，只有这 样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。
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第5章 计算机控制及接口技术 5.1.2计算机在控制中的应用方式 1. 如图5-3所示，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。
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第5章 计算机控制及接口技术 （1）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，主要实现数据采集、 数据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等功能，并通 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。
（2）操作台是人—机对话的联系纽带。 （3）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。
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第5章 计算机控制及接口技术 4. 图5-6是一个四级计算机控制系统。其中，过程控
制级为最底层，对生产设备进行直接数字控制；车间管 理级负责本车间各设备间的协调管理；工厂管理级负责 全厂各车间的生产协调，包括安排生产计划、备品备件 等；企业（公司）管理级负责总的协调，安排总生产计 划，进行企业(公司)经营方向的决策等。
第5章 计算机控制及接口技术
SCC计 算 机
设定值
测量值
A/D
模拟 调节器
多 路 开关 传感器
SCC计 算 机
设定值
测量值
DD C D/A
A/D 多 路 开关
多 路 开关
传感器
… …
… …
输入
生 产 过程
输出
输入
生 产 过程
输出
(a)
(b)
图5-5 (a）SCC＋模拟调节器系统；(b）SCC＋DDC系统 4
它可分为硬件和软件两大部分。 硬件是指计算机本身及其外围设备，一般包括中
央处理器,内存储器,磁盘驱动器,各种接口电路，以A/D 转换和D/A转换为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通 道，以及各种显示、记录设备,运行操作台等。
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第5章 计算机控制及接口技术
操作台
打印机
I/ O 接口
显示
I/ O
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第5章 计算机控制及接口技术
企 业 (公 司 )管 理 级 工 厂 管理 级
车 间 管理 级
车 间 管理 级
过程 控制级
过程 控制级
过程 控制级
过程 控制级
生 产 过程
图5-6 计算机分级控制系统
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第5章 计算机控制及接口技术 5.1.3典型的机电一体化控制系统 图5-7介绍了工业炉计算机控制的典型情况，其燃 料为燃料油或者煤气，为了保证燃料在炉膛内正常燃 烧，必须保持燃料和空气的比值恒定。
终端
接口
通 用 外围 设 备
I/ O 接口
计
I/ O
算
接口
机
主 机
I/ O 接口
I/ O 接口
Hale Waihona Puke Baidu
主
机
及操
作
台
I/O 接 口 电路
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
信 号 检测 及变送
被 控 对象
图5-2 典型计算机控制系统的组成框图
机来实现， 就组成了一个典型的计算机控制系统， 如 图5-1所示。
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第5章 计算机控制及接口技术
设定值
＋ － 反 馈 量
计算机
控 制 规律
执行
被控
A/D
计 算 程序
D/A
机构
对象
被控
量
检 测 装置
图5-1 计算机控制系统的基本框图
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第5章 计算机控制及接口技术 典型的机电一体化控制系统结构可用图5-2来示意，
计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，其结构 如图5-4所示。
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第5章 计算机控制及接口技术
设 定值
接口
输 入通 道
检测
…
生
计 算机 显示
产 过
打印
程
接口
输 出通 道
执行
…
图5-4 直接数字控制系统的结构
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第5章 计算机控制及接口技术
3. 在监督计算机控制SCC（SupervisoryComputerControl） 系统中，计算机根据工艺参数和过程参量检测值，并按照 所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值后直接传 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 计算机控制系统的构成示意图如图5-5所示。 （1）SCC+模拟调节器的控制系统。 （2）SCC+DDC的控制系统。
第5章 计算机控制及接口技术
5章 计算机控制及接口技术
5.1 概述 5.2 工业控制计算机 5.3 计算机接口技术 5.4 计算机接口设计 5.5 D/A转换器 5.6 A/D 思考题
精品PPT
第5章 计算机控制及接口技术
5.1 概述
5.1.1 计算机控制系统的组成 将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算
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第5章 计算机控制及接口技术
（4）I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥 梁。常用的I/O接口有并行接口和串行接口，I/O通道有模 拟量I/O通道和数字量I/O通道。其中，模拟量I/O通道的作 用是：一方面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；另一方面将计算机输 出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，以 实现对生产过程的控制。
精品PPT
第5章 计算机控制及接口技术
操 作 指导 计 算 机 操作指导参考数据 测量值
人 控制量
A/D
设定值 多路开关
控制器
传感器
生 产 过程
… …
图5-3 计算机操作指导控制系统示意图
精品PPT
第5章 计算机控制及接口技术 2. 直接数字控制DDC（DirectDigitalControl）系统是
（5）传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数 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0~10mADC）。
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第5章 计算机控制及接口技术
系统软件是由计算机的制造厂商提供的，用来管理计 算机本身的资源和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。
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，控制量计算程序， 生产过程监控程序等。
在计算机控制系统中，软件和硬件不是独立存在的， 在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调，只有这 样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。
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第5章 计算机控制及接口技术 5.1.2计算机在控制中的应用方式 1. 如图5-3所示，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。
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第5章 计算机控制及接口技术 （1）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，主要实现数据采集、 数据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等功能，并通 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。
（2）操作台是人—机对话的联系纽带。 （3）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。
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第5章 计算机控制及接口技术 4. 图5-6是一个四级计算机控制系统。其中，过程控
制级为最底层，对生产设备进行直接数字控制；车间管 理级负责本车间各设备间的协调管理；工厂管理级负责 全厂各车间的生产协调，包括安排生产计划、备品备件 等；企业（公司）管理级负责总的协调，安排总生产计 划，进行企业(公司)经营方向的决策等。