典型计算机控制系统简介
计算机控制系统
第1章绪论1.什么是计算机控制系统？计算机控制系统由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。
2.计算机控制系统的典型型式有哪些？答：计算机控制系统的典型型式包括：操作指导控制系统；直接数字控制系统（DDC）；监督控制系统（SCC，也称设定值控制）；集散控制系统（DCS）；现场总线控制系统（F CS）和综合自动化系统。
3.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？答：所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
4.讨论计算机控制系统的发展趋势。
答：网络化、扁平化、智能化、综合化。
第2章计算机控制系统的硬件设计技术5.请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图，分别说明各元器件的作用。
6.什么是采样过程、量化、孔径时间？答：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻0、T、2T、……、kT的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程。
所谓量化，就是采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。
在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字信号总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需要的时间称为孔径时间。
7.采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。
计算机控制系统典型结构
计算机控制系统典型结构典型的计算机控制系统结构如下：1.传感器传感器是计算机控制系统中的重要组成部分，用于感知环境变化并将其转化为电信号。
传感器可以测量温度、湿度、压力、光照强度、速度等物理量，将这些物理量转化为电信号，并输入给控制系统。
2.数据采集和信号处理模块数据采集和信号处理模块用于接收传感器传输的信号，并对信号进行处理和转换。
该模块主要包括模数转换器（A/D转换器），能够将模拟信号转化为数字信号；数字信号处理芯片，用于对数字信号进行滤波、放大、调制等处理。
3.控制器控制器是计算机控制系统中的核心部分，负责生成控制信号，并对执行器进行控制。
控制器根据传感器采集到的数据，结合预设的控制算法，计算出相应的控制信号，并将其输出给执行器。
4.执行器执行器是计算机控制系统中的输出部分，用于对控制信号进行物理操作。
执行器可以是电动机、电磁阀、液压缸等，它们根据收到的控制信号进行动作，将能量转化为机械运动或其他形式的输出。
5.人机界面人机界面使人们能够与计算机控制系统进行交互，包括显示器、键盘、触摸屏等。
通过人机界面，用户可以监控系统运行状态、设置参数、接收报警信息等。
6.通信模块通信模块用于与其他系统或设备进行数据交换和通信。
它可以实现计算机控制系统与其他控制系统、计算机网络或外部设备之间的数据传输。
通信模块可以使用串口、以太网、无线传输等方式。
7.控制算法控制算法是计算机控制系统中的重要组成部分，它决定着控制系统的性能和稳定性。
控制算法根据传感器采集的数据和预设的控制目标，对系统进行调度和控制。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。
8.数据存储与处理数据存储与处理模块用于存储和处理控制系统中产生的数据。
它可以将数据存储在内存、硬盘或其他存储介质中，以供后续分析和决策使用。
数据处理模块则根据需要对存储的数据进行分析、计算和统计。
以上是计算机控制系统的典型结构，其组成部分相互协作，完成物理操作的控制和调度。
简述计算机控制系统基本类型
计算机控制系统是通过计算机执行控制任务的系统。
根据系统的性质和用途，计算机控制系统可以分为几种基本类型：1. 开环控制系统（Open-Loop Control System）：-在开环控制系统中，输出信号不会反馈到系统的输入。
系统执行预定的操作而不考虑实际输出的影响。
这意味着系统不具备自我调整的能力。
经典的示例是洗衣机的定时程序，无论洗涤过程的实际情况如何，程序都会按照设定的时间运行。
2. 闭环控制系统（Closed-Loop Control System）：-闭环控制系统是根据实际输出来调整系统输入的控制系统。
系统通过传感器获取实际输出，与预期输出进行比较，然后调整输入以减小误差。
这种反馈机制有助于系统更准确地执行控制任务。
温度调节系统是一个典型的闭环控制系统的例子。
3. 数字控制系统（Digital Control System）：-数字控制系统使用数字信号和数字计算来执行控制任务。
它们通常使用微处理器或计算机进行控制。
数字控制系统具有精确性高、稳定性好以及易于编程和调整的特点。
4. 模糊控制系统（Fuzzy Control System）：-模糊控制系统使用模糊逻辑来处理模糊或不确定性的输入。
与传统的精确逻辑不同，模糊控制系统考虑到了输入的模糊性，使得系统更适应真实世界的不确定性。
5. 混合控制系统（Hybrid Control System）：-混合控制系统结合了开环和闭环控制的特性，以及数字和模糊控制等不同类型的控制方式。
这种系统可以更灵活地适应不同的控制需求。
每种类型的控制系统都有其独特的优势和适用范围，选择合适的控制系统类型取决于特定应用的要求和性质。
第一章 计算机控制系统概述
第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。
2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
DCS系统简介及应用
DCS应用情况
高桥石化公司炼油厂1#常减压装置采用SPECTRUM 系 统与FOX-300 上位机，除对全装置实现常规控制外，开 发了常压塔计算机集成优化系统，实现了基于动态内回 流的常压塔测线产品质量的在线计算、多测线产品质量 及收率的智能化协调控制与最佳回流取热分配控制，并 利用人工智能方法构造上级协调系统，开发了常压塔整 体智能决策与优化专家系统。该项目突破传统思维模式， 代之以信息流、物料流和能量流为主干分解方法，充分 发挥了DCS信息采集功能、通信功能和运算功能强的优 势，并以此为依托，开发和实施了高质量的数学模型和 优化控制软件。该系统在现场长时间投用以来，性能可 靠，提高轻油收率。
二、我国石油化工工业DCS应用情况
截止到1990年，中国石油化工总公司范围内 用于过程控制的大小不同规模的DCS共122套， 其中已投用的90 套，在建的32套。除4套为国产 外，其余均为国外引进产品。 石化总公司的122套DCS，用于炼油专业的27 套，化工专业的47套，化纤专业的18套，化肥专 业的13套，公用工程、三剂生产等系统14套，另 有3套用于中试装置。除此3套外，其余119套 DCS分别用在25个企业的71个生产厂。
缺点（与FCS比较）
• • • • • 浪费一次性投资 浪费安装费用 浪费维护费用 控制准确度与可靠性不高 用户的选择性不多
dcs自动控制系统
典型的dcs系统架构
DCS系统简介及应用
一、DCS控制系统应用概况
集散控制系统（Total Distributed Control System，DSC）是20世纪70年代中期发展起来 的以微处理器为基础的分散型计算机控制系 统。它是控制技术（Control）、计算机技术 （Computer）、通信技术（Communication）、 阴极射线管（CRT）图形显示技术和网络技术 相结合的产物。该装置时利用计算机技术对 生产过程进行集中监视、操作、管理和分散 控制的一种全新的分布式计算机控制系统。
计算机控制系统
计算机控制系统计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。
若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。
它用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。
其中辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。
它与被控对象的联系和部件间的联系通常有两种方式：有线方式、无线方式。
控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。
1.计算机控制系统的工作原理编辑计算机控制系统包括硬件组成和软件组成。
在计算机控制系统中，需有专门的数字-模拟转换设备和模拟-数字转换设备。
由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。
计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个过程：(1)实时数据采集对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
这三个过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理。
2.计算机控制系统面临的挑战编辑计算机控制系统虽然控制规律灵活多样，改动方便；控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制；能够实现数据统计和工况显示，控制效率高；控制与管理一体化，进一步提高自动化程度。
但是由于经典控制理论主要研究的对象是单变量常系数线性系统，它只适用于单输入单输出控制系统。
系统的数学模型采用传递函数表示，系统的分析和综合方法主要是基于根轨迹法和频率法[3]。
现代控制理论主要采用最优控制、系统辨识和最优估计、自适应控制等分析和设计方法。
而系统分析的数学模型主要用状态空间描述。
随着要研究的对象和系统越来越复杂，依赖于数学模型的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题：(1)不确定性的模型传统控制是基于模型的控制，模型包括控制对象和干扰模型。
计算机控制系统的分类与典型系统介绍
内存储器(RAM和ROM)
—计算机控制系统—
★接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁
★过程输入/输出通道
模拟量输入通道 模拟量输出通道
开关量输入通道
开关量输出通道
★外部设备
输入设备 输出设备 外存储器
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器
键盘（功能键和数字键）
2
燕燕山 山大大学学自自动动化化系系
—计算机控制系统—
第一节 Unit 1
计算机控制概述 Introduction of Computer Control System
2020/10/13
第一章 绪 论
3
燕山大学自动化系
本节主要内容
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的一般概念 • 计算机控制系统的组成
24
燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
至其它工厂
企业级 经营管理计算机
工厂级 集中控制计算机
至其它工厂
车间级监控计算机（SCC）
车间级监控计算机（SCC）
装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC）
工厂对象A
工厂对象B
工厂对象C
工厂对象D
图 分级计算机控制系统
第一章 绪 论
34
燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
SCARA型机器人
2020/10/13
第一章 绪 论
35
燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
计算机技术和人工智能技术的迅速发展使机器 人
在功能和技术层次上有了很大提高。到目前为止 ，机器人已进入了第三代：智能化的高级机器人 ，具有感觉、思考、决策和动作能力的机器人系 统，这类机器人目前还处于研究开发阶段；第一 代工业机器人主要是指示教再现控制的操作机器 人，目前国内外工业应用中的机器人绝大多数都 是这一类；第二代工业机器人具有感受功能，是 具有光觉、视觉、力觉、触觉、声觉、语音识别 等功能的工业机器人，
计算机控制系统介绍
• 多级控制系统（MCS）
在现代生产企业中，不仅需要解决生产过程的在线控 制问题，而且还要求解决生产管理问题，每日生产品种、 数量的计划调度以及月季计划安排，制定长远规划、预 报销售前景等，于是出现了多级控制系统。 DDC级主要用于直接控制生产过程，进行PID或前馈 等控制；SCC级主要用于进行最佳控制或自适应控制或 自学习控制计算，并指挥DDC级控制同时向MIS（管理 信息系统）级汇报情况。DDC级通常用微型计算机， SCC和MIS级一般用小型计算机或高档微型计算机。
计算机控制系统
课程安排：
学习方式：课堂学习、课堂讨论、课程实验； 学习内容：课堂知识（课件，网络学堂下载）、
文献调研、习题、实验；
课后习题要求：每章课程学习完成后的下一周，
提交该章的习题作业，要求作业采用手写纸稿；
考试形式：考查，包括参加课堂学习和讨论、课
程实验，提交实验报告。
2
参考书籍
27
DCS在热电厂的应用
电厂管理计算机
厂级
1号机组计算机
2号机组计算机
3号机组计算机
单元 机组级
锅炉 控制
汽轮机 控制
局部 控制
程序 控制
制粉 控制
水处理 功能群 控级 控制
驱动器、 控制器群
执行级
被控过程
28
• 现场总线网络控制系统（FCS, fieldbus control system）
FCS为新型网络集成式全分布控制系统，它 将操作站、现场智能仪表以及其它信息资源作为网 络中的节点，将原来封闭、专用的系统变成开放、 标准的系统，从过程控制走向了过程管理。现场总 线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向 传输、多分支结构的通信网络。 现场总线系统具有以下技术特点：①系统开 放；②标准统一，互可操作性与可用性；③全数 字，现场设备的智能化与功能自治性；④系统结 构的高度分散；⑤对现场环境的适应性。
计算机控制系统的典型形式名词解释
计算机控制系统的典型形式名词解释控制系统是指通过传感器获取输入信号，经过处理和分析后，产生控制器的输出信号，实现对被控对象（如机械系统、电力系统、化工系统、交通系统等）的控制。
在这个过程中，计算机被广泛应用于控制系统中，实现对被控对象的精确、灵活、高效的控制操作。
计算机控制系统不仅被广泛应用于工业自动化领域，还涉及到交通、能源、环保、医疗等多个领域。
对于计算机控制系统，有许多典型形式，下面我们来逐一解释。
1. 开环控制系统开环控制系统也称为非反馈控制系统，是指控制器的输出信号不受被控对象的状态影响。
简单来说，开环控制系统仅根据输入信号的大小来决定控制器的输出，而不考虑输出对被控对象产生的影响。
这种系统通常用于对被控对象的要求不高、且对控制精度要求不严格的场景。
2. 闭环控制系统闭环控制系统是指控制器的输出信号受被控对象状态的影响，通过传感器实时监测被控对象的状态，并将反馈信号传递给控制器，从而调节控制器的输出。
闭环控制系统能够实现对被控对象的精确控制，具有良好的稳定性和鲁棒性，因此被广泛应用于工业自动化领域。
3. 自动控制系统自动控制系统是指在事先设计好的规律下，能够自动地使被控对象按照设计要求进行运行或操作的系统。
这种系统广泛应用于生产线、机器设备、飞机、火箭等领域，能够提高生产效率、降低成本、减少人力投入。
4. 手动控制系统手动控制系统是指通过人工操作的方式来控制被控对象的系统。
在这种系统中，人工操作起着至关重要的作用，通常用于对被控对象要求不高、且灵活性要求较高的场景。
5. 开关控制系统开关控制系统是指控制器的输出信号只有两种状态，即开和关。
这种系统简单、成本低廉，通常用于对被控对象要求不高、且控制方式简单的场景。
通过解释以上典型形式，我们可以更深入地理解计算机控制系统的多样性和灵活性。
在实际应用中，我们需要根据被控对象的要求和控制需求来选择适合的控制系统形式，以实现最佳的控制效果。
总结回顾：在工业自动化和生产控制领域，计算机控制系统是不可或缺的重要角色。
计算机控制系统(要点)
1.简述计算机控制系统的一般控制过程。
答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理。
(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。
2.计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。
优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制系统（DDC ），实时性好，可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SSC ），是生产过程始终处于最优工况。
（4）分型控制系统（DCS ），分散控制，集中操作，分级管理。
（5）现场总线控制系统（FCS ），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构。
3. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？简述采样定理的基本内容。
答(1) 周期采样 (2) 同步采样(3) 非同步采样 (4) 多速采样 (5) 随机采样采样定理: 如果连续信号)(t f 具有有限频谱，其最高频率为max ω, 则对)(t f 进行周期采样且采样角频率s m ax 2ωω≥时，连续信号)(t f 可以由采样信号)(*t f 唯一确定，亦即可以从)(*t f 无失真地恢复)(t f 。
4.采用周期的选择 （1）按系统的闭环频带选取（2）按系统的开环传递函数选取 （3）按系统开怀阶跃响应的上升时间选取（4）根据生产过程控制的经验选取5.何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。
不足之处：只针对某种典型输入进行设计，当输入形式改变时，系统性能变坏，输出响应不一定理想6. 试凑法确定PID 调节参数其中在实践中总结出如下规律◆ Kp 增大,系统响应加快,静差减小,但过大的比例系数回使系统有较大的超调，并产生振荡，系统稳定行变坏;Ti 增大,系统超调减小,振荡减弱,但系统静差的消除也随之减慢; Td 增大,调节时间减小,快速性增强 ,但系统对扰动的抑制能力减弱。
计算机控制系统概述课件
02
计算机控制系统硬件
输入输出接口
输入接口
负责将外部设备或传感器产生的 信号传输给计算机，例如键盘、 鼠标、触摸屏等。
输出接口
将计算机处理后的信号传输给外 部设备或执行机构，例如显示器 、打印机、伺服电机等。
控制器
01
控制器是计算机控制系统的核心 ，负责协调各个硬件设备的工作 ，根据程序指令对输入信号进行 处理并输出控制信号。
05
计算机控制系统发展趋势与挑战
网络化与智能化
总结词
随着物联网、云计算和大数据等技术的发展 ，计算机控制系统正朝着网络化和智能化方 向发展，以提高系统的实时性、可靠性和自 适应性。
详细描述
网络化使得计算机控制系统能够实现远程监 控、数据共享和协同工作，提高了系统的可 扩展性和灵活性。智能化则通过引入人工智 能、机器学习等技术，使系统能够自主决策
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智能家居
总结词
智能家居是计算机控制系统在家庭生活中的 应用，通过智能化控制家电设备，提高生活 便利性和舒适度。
详细描述
智能家居利用计算机控制系统实现对家电设 备的智能化控制。通过中央控制器或智能音 箱等设备，用户可以远程控制家电设备的开 关、调节温度、照明亮度等，实现智能化生 活。这不仅提高了生活便利性，还能有效节 约能源，降低能源消耗。
计算机控制系统概述课件
目录
• 计算机控制系统简介 • 计算机控制系统硬件 • 计算机控制系统软件 • 计算机控制系统应用领域 • 计算机控制系统发展趋势与挑战
01
计算机控制系统简介
定义与组成
总结词
计算机控制系统是由计算机和被控对 象组成的整体，通过计算机对被控对 象进行自动控制。
计算机控制系统的典型结构
计算机控制系统的典型结构应用科技陌德水(龙煤控股公司七台河分公司，黑龙江七台河154600)，，一，j睛要】本文主要阐述了操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制计算机系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业过程计，．7算机集成制造系统等问题。
：，联篷词】计算机；控制系统；典型结构，，j，，，，。
；，，÷：j7。
，一，州一，，一．|．，一，．：i，、。
，，。
!‘}4”^’工业控制计算机系统与所控制的生产过程的复杂程度密切有关，制结构的提出，用分散在不同地点的若干台微型计算机分担原先由一台不同的控制对象和不同的控制要求，有不同的控制方案。
不同的结构，中、小型计算机完成的控制与管理任务，并用数据通信技术把这些计算典型的结构有以下几种。
机互连，便构成网络式计算栅控制系统。
这种系统具有网络分布结构，1操作指导控制系统所以称为分散式(或分布式)控制系统(D i st r i but ed C ont r o l Sys 计算机按一定的算法，根据检测仪表测得的信号数据，由数据处t ern，D C S)，但在自动化行业中更多称其为集散控制系统，简称D C 理系统对生产过程的大量参数做巡回检测、处理、分析、记录以及参数S。
集散控制系统反映了分散式控制系统的重要特点：操作管理功能的的超限报警等。
通过对大量参数的积累和实时分析，可以达到对生产过集中和控制功能的分散。
程进行各种趋势分析，为操作人员提供参考，或者计算出可供操作人员5现场总线控制系统选择的最优操作条件及操作方案，操作人员则根据计算机输出的信息去集散控制系统的应用提高了工业企业的综合自动化水平。
然而，改变调节器的给定值或者直接操作执行机构。
这种系统也称为计算机数由于D C S采用了”操作站一控制站一现场仪表”的结构模式，系统造据采集与检测系统。
价较高。
D C S的另外—个弱点是各个自动化舣表公司生产的D C S有其2直接数字控制系统自己的标准，不能互连，设备互换性和互操作性较差。
计算机控制系统简介
计算机控制系统的性能指标 自动控制系统的性能一般从三个方面，即稳定性、 准确性和快速性来衡量。 （1）稳定性。一个自动控制系统能否应用，稳定性 是必要条件，不稳定的系统在生产上是不能采用 的，只有稳定的系统才能完成正常的控制任务。 控制系统的稳定程度一般可用衰减率来表示。 （2）准确性。它是指被控量偏差的大小，包括动态 偏差和静态偏差。
DEH:( digital electro-hydraulic control system) 汽轮发电 机数字电液控制系统 汽轮机是电厂的重要设备，完成把热能向机械能的转化。 汽轮机驱动发电机，将机械能转化为电能，电能上网销售。 电网频率是供电质量的重要指标，这就是要求汽轮机转速 必须稳定在额定值附件。完成对汽轮机控制的自动装置， 即为数字电液控制系统，简称DEH。DEH是高可靠性的汽 轮机控制器，DEH控制系统检测汽轮机的转速和负荷，完 成汽轮发电机组的转速和功率控制。DEH系统的主要控制 功能包括：转速控制；负荷控制；机前压力控制和抽汽压 力控制；频率控制；负荷限制；阀门控制和阀门管理；完 善的超速、超压、超温等保护控制；RUNBACK; FCB。 DEH还可以进行各项试验：阀门试验、超速试验、严 密性试验、注油试验。
协 调 控 制 级
锅炉控制系统
汽轮机控制系统
制基 级础 控
单元 机组
锅炉
汽轮机
二，对单元机组协调控制系统的基本要求
① 机组并网运行时，应使机组满足电网对机组负荷的要求， 并具有较高的负荷适应能力。系统能够具有稳定裕量和 克服内部扰动的能力。 保证机组运行安全。当主机或主要辅助设备故障时，应 自动采取相应的措施，把故障限制在最小的范围内，在 保证设备安全的前提下，不致使机组停机。 对于允许滑压运行的单元机组，其协调控制系统应满足 定压和滑压不同运行方式的需要 系统要方便于运行人员的干预，如进行运行方式的切换、 进行手动操作等。
计算机控制系统概述
计算机控制系统概述引言计算机控制系统是现代工业和科学领域中的重要组成部分，它使用计算机技术来实现对生产过程、机械设备、工业自动化系统等的控制。
本文将对计算机控制系统的概念、原理、组成以及应用进行综述。
概念计算机控制系统是指通过计算机技术实现对某个对象或系统的控制。
它将计算机作为核心元素，通过数学模型和算法来监测、计算和控制对象或系统的行为。
计算机控制系统通常由硬件和软件组成。
硬件包括传感器、执行器、通信设备等，而软件则是实现控制逻辑和算法的程序。
原理计算机控制系统的工作原理基于反馈控制原理。
它通过传感器检测系统的状态或参数，然后将这些数据传输给计算机进行处理。
计算机根据预先设定的控制算法对数据进行分析和计算，并生成相应的控制信号。
这些控制信号通过执行器作用于系统，调节系统参数以实现控制目标。
反馈环节可以实时监测系统的实际状态，并根据实际情况调整控制策略，从而实现更加精确的控制。
组成计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：1. 传感器与执行器传感器用于检测系统的状态或参数，并将其转化为电信号或数字信号，传递给计算机进行处理。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光学传感器等。
执行器则用于将计算机生成的控制信号转化为机械动作，对系统进行实际的控制。
例如，电机、阀门、泵等都是常见的执行器。
2. 控制算法控制算法是计算机控制系统的核心部分，它决定了计算机如何根据传感器数据生成控制信号。
常见的控制算法包括比例积分微分（PID）控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些算法根据不同的控制需求和对象特性进行选择和优化，以实现最优的控制效果。
3. 通信设备通信设备用于实现计算机与传感器、执行器之间的信息传输。
常见的通信设备有串口、以太网、无线通信等。
通过通信设备，计算机可以接收传感器的数据，并发送控制信号给执行器。
4. 人机界面人机界面是计算机控制系统与人的交互界面。
它提供了人们与控制系统进行沟通、参数设定和状态监测的手段。
计算机控制系统：第1章 计算机控制系统概述
采样——将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。
量化——采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转
2021/1/10 换成数字信号。
7
1．3 计算机控制系统的典型形式
1. 数据采集和监视系统
模拟量输入（AI）通道
计 算
数字量输入（DI）通道
生 产
机
过
CRT
程
打印机
操作
调节器
人员
图4 数据采集和监视系统
图9 过渡过程的4种情况
13
2 . 计算机控制系统的能控性和能观测性
能控性和能观性从状态的控制能力和状态的测 辨能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。
能控性
系统控制的主要目的是驱动系统从某一状态到达指 定的状态。如果系统不能控，就不可能通过选择控制作 用，使系统状态从初始状态到达指定状态。
能观性
4. 分散型控制系统
管理 综合信息管理级 计算机
集中操作监控级
工程师 操作台
操作员 操作台
网间 联接器
监控 计算机
至其它局域网
局部网络 （LAN） 网间 联接器 通信联络
现场
分散过程控制级 控制站
PLC
智能 调节器
其它测 控装置
图7 DCS结构示意图
采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计
1
本章主要内容：
本章主要介绍计算机控制系统的基本概 念、结构组成、特点、分类以及计算机控制 系统的发展概况和趋势。
2021/1/10
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1．1 计算机控制系统的基本概念
计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程 自动控制的系统。
自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过 控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
计算机控制系统的典型形式名词解释
计算机控制系统的典型形式名词解释计算机控制系统的典型形式名词解释1. 什么是计算机控制系统？计算机控制系统是一种利用计算机和相关设备来监控、指导和操作生产过程或设备的系统。
它能够自动执行某些生产任务，减少人工操作，提高生产效率和质量。
2. 计算机控制系统的基本组成计算机控制系统通常由硬件、软件和人机界面三个基本组成部分构成。
硬件部分包括各种传感器、执行器和控制器等设备；软件部分则包括程序、算法和逻辑控制等；而人机界面则是人与计算机进行信息交互和指导的接口。
3. 计算机控制系统的典型形式典型的计算机控制系统形式包括PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）和CNC（Computer Numerical Control，数控机床）等。
3.1 PLC（可编程逻辑控制器）PLC是一种专门用于工业自动化控制领域的计算机控制系统，它具有可编程、可扩展、可靠性高的特点。
它通过输入输出模块实现对生产设备的控制和监控，广泛应用于工厂生产线、机械设备等领域。
3.2 DCS（分布式控制系统）DCS是一种用于大型工业生产的计算机控制系统，它具有分布式、集中控制和信息采集处理的特点。
它适用于对整个工厂内各个设备和生产单元进行集中控制和管理。
3.3 CNC（数控机床）CNC是一种用于控制数控加工设备的计算机控制系统，它通过预先编写的加工程序控制机床进行自动加工，能够实现复杂工件的高精度加工。
4. 个人观点和理解计算机控制系统在工业生产中起着至关重要的作用，它能够实现生产过程的自动化、智能化和高效化，极大地提高了生产效率和产品质量。
随着信息技术的不断发展，计算机控制系统也在不断创新和升级，为各行各业的生产提供了更多可能性。
在撰写本篇文章的过程中，我对计算机控制系统的不同形式有了更加深入的了解。
通过整体的阐述和分析，我认识到计算机控制系统是当今工业生产中不可或缺的一部分，其在提高生产效率、控制成本和提高产品质量方面有着重要作用。
计算机控制系统ppt课件
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9.1 集散型控制系统
（Total Distributed Control System，DCS）
• 以多台微型计算机为基础，采用数
据通信和CRT显示技术，应用控制 理论，对生产过程进行分散控制、 集中操作、分级管理、分而自治和 综合协调的系统。
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DCS的特点
• 硬件积木化
– 控制功能扩充，常规控制、逻辑控制、批量控制； 增强了显示功能；以局部网络LAN为主干，其它各 单元都是挂在它上面的网络节点工作站，通信范围
扩大，数据传送速率提高。
• 主要组成部分
– 局部网络、多功能现场控制站、增强型操作站、通 用型操作站、网关、系统管理模块、主计算机
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DCS的发展及典型产品
• 第二代DCS基本结构示意图
• 通信网络化
– 通信网络是分散控制系统的神经中枢，它将物 理上分散的多台计算机装置有机地联系起来， 实现了相互协调、资源共享的集中管理。
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• 高可靠性
– DCS的可靠性高体现在系统结构、冗余技术、 自诊断功能、抗干扰措施，高性能的元件等 方面。
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DCS的发展及典型产品
• DCS的开创期(1975年~1980年)
第9章 计算机控制系统
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• 工业过程中广泛应用的计算机控制系统: • 集散控制系统(DCS)
– 是70年代中期发展起来的以微处理器为基础的计算机 综合系统。
• 现场总线控制系统（FCS）
– 是一种基于现场总线技术的新型计算机控制系统，它 采用现场总线把传感器、变送器、执行器和控制器集 成在一起，形成真正的开放式互连系统结构。
主计算机
通用操作站
系统管理模块 ……
局 部 网 络 LAN
第九章 计算机控制系统.ppt
10.5 综合自动化系统
2019-10-11
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10.1 概述 10.1.1 计算机控制系统的组成
给定值
数 字 控 制 ━器
数/模 转换器
┆
数/模 转换器
保持器 ┆
保持器
执行器 ┆
执行器
模/数 转换器
多路 采样 保持 器
测量 ┆ 测量
图10-1 计算机控制系统框图
2019-10-11
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多路开关、采样保持器、A/D、D/A
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10.1.2 计算机控制系统的发展
DDC
DCS
FCS
CIMS CIPS
PLC
图10-3 计算机控制系统的发展
最初：DDC——直接数字控制系统（集中控制系统）
20世纪70年代：DCS——集散控制系统（集中管理、分散控制） 20世纪60年代：PLC——可编程逻辑控制器
过程控制级：根据上层决策直接控制生 产。
控制管理级：对生产过程实现集中操作 和统一管理。
生产管理级：承担最优化任务
经营管理级：全面的综合型经营管理和
决策
2019-10-11
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经营管理级
生产管理级
控制管理级
过程控制级
图10-4 DCS的 结构层次
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(2) 采用微机智能技术 DCS采用了以微处理器为基 础的“智能技术”，成为计算机应用最完善、最丰 富的领域。现场控制单元、过程输入输出接口、数 据通信等均采用微处理器，可以实现自适应、自诊 断和自检测等“智能”控制过程。
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另一类（模块化结构）：各种模块在结构上是相互独 立的，在实际使用的过程中可根据具体的应用要求选 择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一 个完整的PLC应用系统，如下图所示。大、中型PLC 系统一般采用此类结构。增强了数据处理能力和网络 通信能力，可构成大规模的自动化控制系统，主要用 于复杂程度较高的自动控制，并在相当程度上可以替 代DCS以实现更广泛的自动化功能。
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典型计算机控制系统简介第8章典型计算机控制系统简介●本章的教学目的与要求掌握典型的计算机控制系统的结构、特点和设计方法。
●授课主要内容●基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统●基于数字调节器的计算机控制系统●基于可编程控制器的计算机控制系统●基于嵌入式系统的计算机控制系统●分散控制系统（DCS）●现场总线控制系统（FCS）●计算机集成制造系统（CIMS）●主要外语词汇Micro-Controller Unit (MCU):微控器，Digital Signal Processor(DSP)数字信号处理器●重点、难点及对学生的要求说明：带“***”表示要掌握的重点内容，带“**”表示要求理解的内容，带“*”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容●基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统***●基于数字调节器的计算机控制系统***●基于可编程控制器的计算机控制系统**●基于嵌入式系统的计算机控制系统**●分散控制系统（DCS）**●现场总线控制系统（FCS）*●计算机集成制造系统（CIMS）*●辅助教学情况多媒体教学课件（POWERPOINT）●复习思考题●基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统●基于数字调节器的计算机控制系统●基于可编程控制器的计算机控制系统●基于嵌入式系统的计算机控制系统●分散控制系统（DCS）●现场总线控制系统（FCS）●计算机集成制造系统（CIMS）●参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义本章将简要介绍目前常用的比较典型的计算机控制系统，主要包括基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统；基于数字调节器的计算机控制系统；基于PLC的计算机控制系统；基于嵌入式系统的计算机控制系统；分散控制系统；现场总线控制系统和计算机集成制造系统。
8.1基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统8.1.1PC总线的工业控制机简介工业个人计算机（Industrial Personal Computer ─IPC）是一种加固的增强型个人计算机，是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。
1. 工业PC的结构工业控制机的典型结构如图8.1所示，主要有以下几部分组成。
（1）全钢机箱（2）无源底图8.1 工控机典型结构图板（3）工业电源（4）CPU卡（5）其他配件2. 工业PC的特点专门为工业工程控制现场设计的工业PC机与普通微机相比，有以下特点：（1）工业PC总线设计支持各种模块化CPU卡和所有的IBM-PC/XT/AT总线接口板。
（2）所有卡（CPU卡﹑CRT卡﹑磁盘控制卡和I/O接口卡）采用高度集成芯片，以减少故障率，并均为模块化﹑插板式，以便安装﹑更换和升级换代。
所有的卡使用专用的固定架将插板压紧，防止震动引起的接触不良。
（3）开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。
（4）采用和PC /AT总线兼容的无源底板。
它使用带有电源层和地的4层电路板，有效地提高了系统地抗干扰能力。
无源底板带有4，6，8，12，14或20槽，可插入PC/XT或PC/AT 总线模板。
（5）机箱采用全刚机架，可防止电磁干扰；采用150W-350W带除尘过滤器地工业开关电源，具有足够地负载驱动能力。
机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。
软盘驱动器安装采用橡皮缓冲防震，并有防尘门。
（6）可内装RAM/ROM电子盘卡以取代机械磁盘，使PC机在工业环境下的操作具有高速﹑高可靠性﹑上电自动启动的功能。
3. 常用的工业控制机简介当前国内外工控机型号很多，下面简要介绍主要常用的工控机：工控机的生产厂家很多，国外有美国IBM、ICS 、德国西门子、日本康泰克等，这些产品可靠性好、市场定位高。
我国台湾地区是工控机的主要生产区，其品牌主要有研华、威达、艾讯、磐仪、大众、博文等厂家，其中，研华是世界三大工控厂商之一，在中国大陆及台湾市场均有较高的市场占有率，产品品种广泛。
国内也有很多工控机品牌，如研祥、华控、康拓、艾雷斯、北京华北等。
8.1.2基于PC总线的板卡简介1. 模拟量输入板卡（A/D卡）模拟量输入板卡根据使用的A/D转换芯片和总线结构不同，其性能有很大的区别。
基于PC总线的A/D图8.2 研华PCI-1713数据采集卡板卡是基于PC系列总线，如ISA、PCI等总线标准设计的，板卡通常有单端输入和差分输入以及两种方式组合输入三种。
板卡内部通常设置一定的采样缓冲器，对采样数据进行缓冲处理，缓冲器的大小也是板卡的性能指标之一。
在抗干扰方面，A/D板卡通常采取光电隔离技术，实现信号的隔离。
板卡的模拟信号采集的精度和速度指标通常由板卡所采用的A/D转换芯片决定。
2. 模拟量输出板卡（D/A卡）模拟量输出板卡完成数字量到模拟量的转换，D/A图8.3研华PCI-1720模拟量输出卡转换板卡同样依据其采用的D/A转换芯片的不同，其转换性能指标有很大的差别。
D/A转换除了具有分辨率、转换精度等性能指标外，还有建立时间、温度系数等指标约束。
模拟量输出板卡通常还要考虑输出电平以及负载能力。
3. 数字量输入/输出板卡（I/O板卡）数字量输入输出接口相对简单，一般都需要缓图8.4 PCI-1760数字量输入输出卡冲电路和光电隔离部分，输入通道需要输入缓冲器和输入调理电路，输出通道需要有输出锁存器和输出驱动器。
4. 脉冲量输入板卡工业控制现场有许多高速的脉冲信号，如旋转编码器、流量检测信号等，这些都要脉冲量输入板卡或一些专用测量模块进行测量。
脉冲量输入板卡可以实现脉冲数字量的输出和采集，并可以通过跳线器选择计数、定时、测频等不同工作方式，计算机可以通过该板卡。
方便地读取脉冲计数值，也可测量脉冲的频率或产生一定频率的脉冲。
考虑到现场强电的干扰，该类型板卡多采用光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离，来提高板卡测量的抗干扰能力。
8.1.3基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统的组成和特点1. 组成基于工控机和板卡组成的计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。
（1）硬件部分①控制计算机②参数检测和输出驱动③I/O通道④人机接口（2）软件部分2. 特点基于PC总线的计算机控制系统是一个典型的DDC系统，因此它具有以下特点：（1）时间上具有离散性（2）采用分时控制方式（3）具有人机对话功能（4）控制方案灵活（5）危险集中8.2 基于数字调节器的计算机控制系统8.2.1数字调节器简介1. 数字调节器的分类数字调节器根据用途和性能的差异可以分为以下几种类型：（1）定程序控制器（2）可编程调节器（3）混合控制器（4）批量控制器2. 数字调节器的结构（1）数字调节器的硬件部分数字调节器的硬件电路由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路以及通信接口电路等部分组成（2）数字调节器的软件数字调节器器的软件分为系统程序和用户程序两大部分。
①系统程序②用户程序3. 数字调节的特点（1）运算控制功能强（2）通过软件实现所需功能（3）带有自诊断功能（4）带有数字通讯功能（5）具有较有好的人机界面，通过数字调节器的人机接口，操作人员可以方便的对调节器进行操作。
8.2.2基于数字调节器的计算机控制系统简介由数字调节器的结构可以看出，数字调节器具又很强的控制功能，其内部不仅包含了输入输出通道，还包含了先进的控制算法和控制措施。
使用数字调节器不但可以实现单回路控制，还可以实现诸如串级控制、前馈控制、变增益控制等复杂控制措施。
因此，由数字调节器组成的控制回路往往被认为是一个典型的直接数字控制（DDC）回路。
另外，由于数字调节器具有较强的通信功能，上位机可以读取回路数据，也可以设置回路参数。
这样多台数字调节器与上位机一起就可以构成一个中小型的DCS控制系统。
数字调节器可以与上位计算机一起组成中小型DCS控制系统。
数字调节器实现回路控制，构成独立的DDC控制，多个数字调节器控制的许多回路都与上位机进行通讯。
上位机负责采集数字调节器控制回路的状态，包括控制器本身的手、自动工作状态、PID参数值、输入及输出值等一系列信息，并通过通信模块对控制器的控制设置必要的信息，如工作状态的变更、参数的设置等。
这种类型的控制系统可如图8.7所示。
图8.7系统的基本构成8.3 基于可编程控制器的计算机控制系统可编程控制器（PLC）是近十几年发展起来的一种新型的工业控制器，由于它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，因而在工业生产过程控制中得到了广泛的应用。
8.3.1 PLC简介1. P LC的特点（1）高可靠性（2）功能齐全（3）应用灵活（4）系统设计、调试周期短（5）操作维修方便PLC主要缺点是人机界面比较差，数据存储和管理能力较差，虽然一些大型PLC在这方面有了较大发展，但价格较高。
2. P LC的分类按地域范围PLC一般可分成三个流派：美国流派、欧洲流派和日本流派。
按结构形式可以把PLC分为两类：一类是CPU、电源、I/O接口、通信接口等都集成在一个机壳内的一体化结构。
另一类是电源模块、CPU模块、I/O模块、通信模块等在结构上是相互独立的，用户可根据具体的应用要求，选择合适的模块，安装固定在机架或导轨上，构成一个完整的PLC应用系统，按I/O点数的多少又可将PLC划分为超小型PLC（I/O点数小于64点）、小型PLC（I/O 点数在65～128点）、中型PLC（I/O点数范围在129～512点）和大型PLC（I/O点数范围在512点以上）等几种。
3. P LC的发展趋势（1）向大型网络化、综合化方向发展（2）向体积小、速度快、功能强、价格低的小型化方向发展8.3.2 PLC的基本结构和工作原理1. P LC的基本结构PLC的基本组成与一般的微机系统相类似，主要包括：中央处理单元、存储单元、通信接口、外设接口、I/O接口等2. P LC的基本工作原理概括地讲，PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描过程。
每一次扫描所用的时间称为扫描时间，也可称为扫描周期或工作周期。
顺序扫描工作方式简单直观，便于程序设计和PLC自身的检查。
具体体现在：PLC扫描到的功能经解算后，其结果马上就可被后面将要扫描到的功能所利用；可以在PLC内设定一个监视定时器，用来监视每次扫描的时间是否超过规定值，避免由于PLC内部CPU故障使程序执行进入死循环。
扫描顺序可以是固定的，也可以是可变的。
一般小型PLC采用固定的扫描顺序，大中型PLC采用可变的扫描顺序。