计算机网络控制系统
网络化控制系统..
网络化控制系统——理论、技术及工程应用（第一讲）第一章网络化控制系统概论1.1网络化控制系统的产生与发展随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，工业控制系统也发生了重大的变革。
网络化控制系统（Networked Control System, NCS）应运而生，其主要标志就是在控制系统中引入了计算机网络，从而使得众多的传感器、执行器、控制器等主要功能部件能够通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了点对点专线的铺设，而且可以实现资源共享、远程操作和控制，增加了系统的灵活性和可靠性（工程技术大系统：大型工业联合企业// 电力系统、水源系统、能源系统、交通系统、邮电系统、通信系统、大型计算机网、生产协作网等）。
在控制系统中使用网络并不是一个新的想法，它可以追溯到20世纪70年代末期集散控制系统（Distributed Control System, DCS）的诞生。
DCS将控制任务分散到若干小型的计算机控制器（也叫现场控制站）中，每个控制器采用直接数字控制（Direct Digital Control，DDC）的控制结构处理部分控制回路，而在控制器与控制器、控制器与上位机（操作员站或工程师站）之间建立了计算机控制网络，这种控制结构使得操作员在上位机中能够对被控制系统的实时运行状态进行监控，某个控制回路的控制策略的设计也可以在上位机中组态完成，通过控制网络下载到对应的控制器中实时运行。
DCS大大提高了控制系统的可靠性（和DDC相比较），并实现了集中管理和相对分散控制。
随着处理器体积的减小和价格的降低，带有微处理器的智能传感器和智能执行器出现了，这为控制网络在控制系统中更深层次的应用提供了必要的物质基础，从而在20世纪80年代产生了现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS）。
FCS作为网络化控制系统的新技术把控制网络一直延伸到了产生现场的控制设备，信号的传输完全数字化，提高了信号的转换精度和可靠性，同时由于FCS的智能仪表（变送器、执行器）带有微处理器，能够直接在生产现场构成控制回路，控制功能也可完全下放，实现了完全的分散控制。
第一章计算机控制系统组成和特点
2） 软件组成 ）
软件： 能完成各种功能的计算 软件 ： 机程序的总和。 机程序的总和。整个系统的工作都 是在程序的指挥下协调工作的。 是在程序的指挥下协调工作的。 软件通常分为两大类： 软件通常分为两大类 ： 一类是 系统软件，另一类是应用软件。 系统软件，另一类是应用软件。
37
1-2-1 系统组成
本节主要内容
计算机控制系统的概述 工作原理 计算机控制系统的经济效益
22
1-1-1 概述
常规自动控制系统的工作原理
按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。 按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。
23
典型工业生产工程 1. 连续过程 连续过程也称为流程工业。 连续过程也称为流程工业。流程工业主要通过对原材料进 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法， 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法，使原材料增 值。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 通常以批量或连续的方式进行生产。 通常以批量或连续的方式进行生产。 2. 离散过程 离散过程也称为制造业。 离散过程也称为制造业。生产过程中基本上没有发生物质 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 最终产品由各种物料装配而成。 最终产品由各种物料装配而成。产品与所需物料有确定的 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、家 电制造业等。 电制造业等。
可靠性好， 可靠性好，可维修 性好，软件丰富， 性好，软件丰富，运 算处理能力强。 算处理能力强。
分散控制系统讲义DCS的体系结构
分散控制系统讲义DCS的体系结构分散控制系统(Distributed Control System, DCS)是一种基于计算机网络的控制系统，用于监控和控制工业过程中的多个设备和系统。
DCS的体系结构是一个分布式的架构，包括多个分散的控制器，这些控制器通过通信网络进行连接和交互。
本文将详细介绍DCS的体系结构。
DCS的体系结构主要由以下几个组成部分组成：1.控制器：DCS的核心部分就是控制器，它负责处理过程中的各种信号和数据，并根据设定的控制策略来执行相应的操作。
通常情况下，一个DCS系统包含多个控制器，每个控制器负责控制一个或多个设备或系统。
控制器通常由工作站或嵌入式计算机组成。
2.通信网络：DCS系统中所有的控制器、设备和工作站都通过通信网络进行连接和通信。
通信网络可以根据具体需求选择不同的技术，如以太网、现场总线等。
通信网络的稳定性和可靠性对DCS系统的工作非常重要，因为它直接影响了设备之间的通信和数据传输。
3.人机界面：DCS系统提供了一个人机界面，用于监控过程状态和操作控制器。
人机界面通常由一台或多台工作站组成，工作站上配备有显示屏、键盘和鼠标等输入设备。
操作人员可以通过人机界面查看实时数据、控制设备和执行报警处理等操作。
4.设备/系统：DCS系统可以控制和监测多种设备和系统，如发电机、输电系统、制造过程等。
每个设备或系统都有一个或多个控制器与之对应，通过控制器的指令来实现相应的控制操作。
5.数据存储和处理：DCS系统需要存储和处理大量的数据，包括实时数据、历史数据和配置数据等。
数据存储和处理通常由一个或多个数据库服务器来完成，数据库服务器负责数据的存储和检索等操作。
DCS的体系结构具有以下几个特点：1.分布式控制：DCS系统的控制器分布在不同的位置，可以同时控制多个设备和系统。
这种分布式的控制方式使得系统更加灵活和可靠，同时也降低了系统的复杂性。
2.可靠性：DCS系统具有高度可靠性，即使一个或多个控制器发生故障，系统依然可以正常工作。
计算机控制系统的组成
计算机控制系统的组成计算机控制系统是指利用计算机进行控制的系统，它由计算机硬件、软件和控制对象三部分组成。
计算机控制系统具有高精度、高速度、高可靠性、自动化程度高等优点，已广泛应用于工业、农业、交通、医疗、航空、航天等领域。
一、计算机硬件计算机硬件是计算机控制系统的基础，包括中央处理器、存储器、输入输出设备、通信设备等。
中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行指令、控制计算机的运行。
中央处理器的性能越高，计算机的处理速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。
存储器是计算机用来存储程序和数据的设备，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
随机存储器是一种易失性存储器，它的数据在断电后会丢失，只读存储器是一种非易失性存储器，它的数据在断电后不会丢失。
输入输出设备是计算机与外部世界交换数据的接口，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入输出设备的性能越高，计算机与外部世界交换数据的速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。
通信设备是计算机用来进行数据通信的设备，包括调制解调器、网卡等。
通信设备的性能越高，计算机之间数据通信的速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。
二、计算机软件计算机软件是计算机控制系统的灵魂，它由系统软件和应用软件两部分组成。
系统软件是计算机控制系统的基本软件，包括操作系统、数据库管理系统、网络管理系统等。
操作系统是计算机控制系统的核心软件，它负责管理计算机的硬件资源和提供服务，使得应用软件能够运行。
数据库管理系统是用来管理和维护数据库的软件，它提供了数据的存储、查询、更新等功能。
网络管理系统是用来管理和维护计算机网络的软件，它提供了数据通信、数据共享等功能。
应用软件是计算机控制系统的具体应用软件，包括工业控制软件、医疗软件、交通管理软件等。
工业控制软件是用来控制工业生产过程的软件，它可以实现自动化生产、提高生产效率、降低生产成本。
医疗软件是用来管理医疗信息的软件，它可以实现医疗信息的共享、查询、更新等功能。
计算机网络化控制
通信网络
控制器
网络控制系统
控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程， 控制网络作为一种特殊的网络，直接面向生产过程，用于 工业生产现场的测量与控制信息传输， 工业生产现场的测量与控制信息传输，产生或引发物质或 能量的运动和转换， 能量的运动和转换，因此与一般的数据通信网络相比有起 特殊的要求。 特殊的要求。 （1）具有较好的响应实时性。控制网络不仅要求传输速度 具有较好的响应实时性。 而且在工业自动化控制中还要求响应快， 快，而且在工业自动化控制中还要求响应快，即响应实时 性要好，一般为10ms 10ms～ 性要好，一般为10ms～1s 级； 高可靠性。即能安装在工业控制现场，具有耐冲击、 （2）高可靠性。即能安装在工业控制现场，具有耐冲击、 耐振动、耐腐蚀、防尘、防水以及较好的电磁兼容性， 耐振动、耐腐蚀、防尘、防水以及较好的电磁兼容性，在 现场设备或网络局部链路出现故障的情况下， 现场设备或网络局部链路出现故障的情况下，能在很短的 时间内重新建立新的网络链路； 时间内重新建立新的网络链路； 简洁实用。以减小软硬件开销，从而减低设备成本， （3）简洁实用。以减小软硬件开销，从而减低设备成本， 同时也可以提高系统的健壮性； 同时也可以提高系统的健壮性； 具有好的开放性。控制网络尽量不采用专用网络。 （4）具有好的开放性。控制网络尽量不采用专用网络。
CSMA协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法， CSMA协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法，即根 协议的冲突退避算法采用了二进制指数算法 据冲突的历史估计网上信息量而决定本次应等待的时间。 据冲突的历史估计网上信息量而决定本次应等待的时间。 当发生冲突时， 当发生冲突时，控制器延迟一个随机长度的间隔时间后 重新发送数据， 重新发送数据，即：
计算机控制系统
计算机控制系统随着科技的飞速发展，计算机控制系统已经成为现代生产过程中不可或缺的一部分。
计算机控制系统结合了计算机技术和自动化控制理论，通过在工业生产中引入计算机实现对生产过程的实时监控和调整，以追求最佳性能和生产效率。
一、计算机控制系统的基本构成计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分包括计算机、输入输出设备、控制对象和传感器等。
软件部分则包括操作系统、控制算法程序和其他支持软件等。
通过硬件和软件的协同工作，计算机控制系统可实现对生产过程的精确控制。
二、计算机控制系统的主要优点1、自动化：计算机控制系统能根据预设程序自动监控和调整生产过程，减轻了人工操作负担，提高了生产效率。
2、精确性：计算机控制系统可以通过传感器实时获取生产数据，通过算法程序进行精确计算和控制，避免了人为误差。
3、优化性能：计算机控制系统可以通过优化算法不断优化生产过程，提高产品质量和性能。
4、远程监控：通过互联网技术，计算机控制系统可以实现远程监控，方便管理人员随时了解生产状况并进行调整。
三、计算机控制系统在各行业的应用1、制造业：在制造业中，计算机控制系统被广泛应用于生产线的控制、工艺过程的优化、设备故障的预测和维护等。
2、能源行业：在能源行业中，计算机控制系统负责对电力、石油、煤炭等能源的生产、传输和分配进行实时监控和控制。
3、交通运输业：在交通运输业中，计算机控制系统用于对交通信号灯、地铁列车、航空交通等的管理和控制。
4、农业：在农业领域，计算机控制系统已开始用于大棚种植、畜牧业和渔业等，通过精准控制提高农业生产效率。
四、未来发展趋势随着、物联网和大数据等技术的发展，计算机控制系统将迎来更多的发展机遇。
未来，计算机控制系统将更加智能化、自适应和协同化，能够更好地满足复杂多变的生产需求。
随着绿色环保理念的深入人心，计算机控制系统也将更加注重节能减排和环保，助力实现可持续发展目标。
计算机控制系统在自动化和效率方面具有显著优势，广泛应用于各行业领域。
计算机控制系统
学院：电气信息工程学院专业：电气工程及其制动化班级：09-1班姓名：张景辉学号：540901020155计算机控制系统综述摘要：目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统（HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种。
工业计算机控制系统是为了提高产品质量、降低成本、减少环境污染。
因此，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分。
关键字：DDC、SCC、DCS、HCS、FCS一、直接数字控制（DDC）系统DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。
DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。
同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。
目前DDC控制系统常采用的网络结构有两种，即Bus总线结构和环流网络结构。
其中Bus总线结构是所有DDC 控制器均通过一条Bus总线与集中控制电脑相连，它的最大优点就是系统简单、通信速度较快，对一些中、小型工程较为适用；但在大型工程时就会导致布线复杂。
为此目前有些公司又推出了支路Bus总线结构网络，它是通过一个通讯处理设备(NCU)后产生支路Bus总线，这样各支路又可带数个现场DDC控制器，对一个大区域而言，只需几个NCU与系统Bus总线相联即可。
这样可大大简化该系统。
对于环流网络结构，它是利用两根总线形成一个环路，每一个环路可带数个DDC控制器，多个环路之间通过环路接口相联，因此这种系统最大优点就是扩充能力较强。
通讯网络是用于完成集中控制电脑与现场DDC控制器以及现场设备之间的信息交换。
其联接材料通常采用截面积为1.0mm2的RVVP聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套、铜芯电缆或采用专用通信电缆。
现场DDC控制器与现场设备(如传感器、阀门等)之间的控制电缆一般采用1～1.5mm2聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套、铜芯电缆，是否需要采用屏蔽线应根据具体设备而定。
第1章 计算机控制系统概述
与RS232相比：速度快、传输距离远。
3.MODBUS总线
是MODICON公司为生产的PLC与外界通信而设计的一种通信协议。
（可通过24总线命令实现）
特点（3） ： 1）应用广泛：凡具有RS232/485接口的MODBUS协议设备都可以使 用本产品实现与过程现场总线（PROFIBUS）的互连。
监督计算机控制系统（Supervisory Computer Control, SCC）有两种不 同的结构形式：一种是SCC＋模拟调节器，另一种是SCC＋DDC控制系统。 1.SCC＋模拟调节器 如图1-6（a）所示，在该系统中，计算机对工业对象的各个物理量进行巡 回检测，并按生产过程的数学模型计算出最佳给定值，送给模拟调节器。 检测元件获得的测量值与该给定值进行比较后，得到的偏差经模拟调节器 分析计算后输出至执行机构，从而实现控制生产过程的目的。 2.SCC＋DDC控制系统 如图1-6（b）所示，该系统可看成是一种二级控制系统，SCC监督级的作 用是计算最佳给定值，送给DDC直接控制生产过程，它与DDC级计算机之 间通过接口进行信息交换。当DDC级计算出现故障时，可由SCC级计算代 替，因此，大大提高了系统的可靠性。
2）应用简单：用户不必了解PROFIBUS和MODBUS技术细节以及复 杂编程，用户只需参考本手册及提供的应用实例，根据要求完成配置， 即可在短时间内实现连接通信。 3）透明通信：用户可以依照PROFIBUS通信数据区和MODBUS通信 数据区的映射关系，实现PROFIBUS到MODBUS之间的数据透明通 信。
(4) 通信网络为开放式互连网络，可极其方便地实现数据共享；
(5) 技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户。
1.4 计算机控制系统的控制规律
分布式控制系统的设计与实现分享分布式控制系统的设计原则方法和实践
分布式控制系统的设计与实现分享分布式控制系统的设计原则方法和实践分布式控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是一种基于计算机网络的控制系统，它将控制通信功能和数据采集处理功能分布在不同的计算节点上，通过网络连接进行协同工作。
下面将分享分布式控制系统的设计原则、方法和实践。
设计原则：1.可扩展性：分布式控制系统应该具备良好的可扩展性，可以方便地增加或减少控制节点，以满足系统的需求变化。
2.高可用性：分布式控制系统在设计上应考虑故障容忍和容错措施，以保证在节点故障或网络故障情况下，系统能够继续正常运行。
3.实时性：对于涉及实时控制的系统，分布式控制系统应能够保证数据传输和处理的实时性，以确保系统的稳定性和准确性。
4.安全性：分布式控制系统在设计上应考虑安全性，采取相应的安全措施，保护系统不受恶意攻击和数据泄露的风险。
方法：1.基于消息传递的架构：分布式控制系统可以采用基于消息传递的架构，通过消息队列等方式进行节点间的通信和数据交换，实现控制指令的传输和反馈。
2.主从式结构：分布式控制系统可以采用主从式结构，在一个主控节点下挂载多个从控节点，主控节点负责协调和分发控制任务，从控节点执行具体的控制操作。
3.数据同步与共享：分布式控制系统中的节点需要能够实现数据的同步和共享，以保证各节点之间的数据一致性和可靠性。
实践：1.选用适当的通信协议和网络技术，如TCP/IP、以太网等，确保数据传输的稳定和可靠。
2.协调节点间的工作，采用分布式锁机制或分布式一致性算法，保证在分布式环境下任务的正确执行。
3.引入监控和诊断机制，对系统进行实时监控和故障诊断，及时发现并处理节点故障和网络故障，保证系统的高可用性和稳定性。
4.多级访问控制和身份认证，采用加密技术保护系统的安全。
对于涉及敏感数据的系统，可以采用数据加密和数字签名等方式，确保数据的机密性和完整性。
总之，分布式控制系统的设计与实现需要考虑可扩展性、高可用性、实时性和安全性等因素。
DCS系统原理及应用情况
DCS系统原理及应用情况DCS系统（Distributed Control System）是一种分布式控制系统，它利用计算机网络连接分散在不同位置的控制设备，对生产过程进行集中管理和控制。
DCS系统的主要原理是将生产过程划分为多个子系统，通过数据采集和信号传输，将各个子系统的控制指令和状态信息发送给中央控制器，再由中央控制器进行综合分析和决策，最终将控制指令发送给各个子系统的控制设备。
DCS系统具有分布式、模块化、可靠性高的特点，广泛应用于化工、电力、冶金、石油等行业的自动化控制领域。
在化工行业，DCS系统广泛应用于生产过程的控制和监测。
通过DCS系统，可以实现对温度、压力、液位等参数的实时监测和控制，保证生产过程的稳定性和安全性。
同时，DCS系统还可以对各种化工设备进行实时监控，及时发现设备故障并进行处理，提高设备的运行效率和使用寿命。
此外，DCS系统还可以实现数据存储和分析功能，对生产数据进行历史记录和趋势分析，为生产管理决策提供依据。
在电力行业，DCS系统主要应用于电力发电和配电系统的控制和自动化管理。
通过DCS系统，可以实现对发电机组的运行状态监测、控制和保护，提高发电效率和安全性。
同时，DCS系统还可以监测和控制电网的运行状态，及时识别和处理电力故障，确保电力供应的稳定性和可靠性。
此外，DCS系统还可以实现对电力消费的动态调度和管理，提高电力利用率。
在冶金行业，DCS系统主要应用于冶炼过程的控制和优化。
通过DCS系统，可以实时监测和控制各种高温反应过程，保持炉温和化学成分的稳定性，提高冶炼产品的质量和产量。
同时，DCS系统还可以对冶炼设备进行故障诊断和预测，及时采取维修措施，提高设备的可用性和运行效率。
此外，DCS系统还可以实时监测和调节环境参数，减少能源消耗和环境污染。
在石油行业，DCS系统主要应用于石油生产和炼油过程的控制和管理。
通过DCS系统，可以实时监测和控制油井的生产量和质量，保持油井的稳定产出。
计算机控制系统概述
第十章 计算机控制系统概述
直接数字控制（Direct Digital Control，简称DDC）系统的构成 如图所示。计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关 量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道 （AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。DDC 系统属于计算机闭环控制系统，是计算机在工业生产过程 中最普遍的一种应用方式。
设定值 调节 生产 过程 模拟调 节器
工艺数据
调节 生产 过程 DDC计 算机 测量
设定值
工艺数据
测量
SSC 计 算 机
记录 显示 打印
SSC 计算 机
记录 显示 打印
监督控制系统的两种结构形式 （a）SCC+模拟调节器系统 （b）SCC+DDC系统
第十章 计算机控制系统概述
4.分散型控制系统 分散型控制系统（Distribute Control System—DSC），采用分散控 制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监督级、综合 信息管理级，形成分级分布式控制，其结构如图所示。
第十章 计算机控制系统概述
目录
10.1 计算机控制系统组成 10.2 计算机控制系统特点 10.3计算机控制系统的优点 10.4计算机控制系统的典型形式 10.5计算机控制系统的发展方式
第十章 计算机控制系统概述
随着科学技术的进步，人们越来越多地利用计算机来实现控 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，通信与网络技术等给计算机控 制技术带来了巨大的变革。人们利用这种技术可以完成常 规控制技术无法完成的任务，达到常规控制技术无法达到 的性能指标。随着计算机技术，高级控制策略，现场总线 智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平必将大 大提高。采用计算机对系统进行控制，不仅在工业、交通、 农业、军事等部门得到了广泛应用，而且在经济管理等领 域得到应用。与常规模拟控制系统相比，计算机控制系统 具有许多的有点。计算机参与控制，对控制系统的性能、 系统的结构以及控制理论等多方面都产生了极为深刻的影 响。
计算机远程控制系统研究
计算机远程控制系统研究计算机远程控制系统研究随着计算机技术的不断发展，人们越来越多地依赖计算机来处理数据、进行通信和控制设备。
但是，一些计算机设备的远程操作和远程管理仍然需要人员亲自到场进行，这会对设备的操作效率和管理带来一定的困难。
因此，远程控制技术应运而生，它可以使得计算机设备的远程操作和管理更加方便和高效。
本文就计算机远程控制系统研究展开讨论。
一、什么是计算机远程控制系统？计算机远程控制系统指的是一种能够通过网络、信号线或其他通信方式，远程控制他处计算机的软硬件系统。
一般来说，计算机远程控制系统分为两个部分：客户端和服务器端。
客户端是用来远程管理其他计算机的工具，而服务器端则是被远程管理的计算机。
远程控制系统的本质就是将服务器的桌面界面传输到客户端去，客户端可以操作服务器计算机，就像在本地操作一样。
二、计算机远程控制系统的应用计算机远程控制系统可以应用在许多场景中，其主要的应用类型如下：1. 远程教学和远程演示：远程控制系统被广泛应用在教育、培训和维修等方面。
教师可以远程控制学生电脑上的屏幕，对学生进行教学；演讲人和销售人员可以通过远程控制展示他们的产品或服务，这可以省去很多出差费用。
2. 远程工作：远程工作已经成为了许多公司常规工作方式之一。
通过远程控制软件，员工可以在家完成多项工作任务。
3. 远程维护：通过远程控制技术，技术人员可以远程检查和解决软硬件问题，这可以保证设备的稳定和良好的运行状态。
4. 远程安全监控：安全人员可以通过远程控制监控摄像头和计算机设备，这可以增加安全性和社区管理效率。
三、计算机远程控制系统的分类计算机远程控制系统大致可以分为以下三类：1. VNC（虚拟网络计算机）控制系统：VNC是一种基于虚拟桌面技术的远程控制软件，其原理是将远程计算机的桌面通过网络传输到本地电脑的桌面，然后将本地的操作命令传送回远程计算机。
VNC控制系统具有较高的用户友好性和灵活性，但是，其安全性仍存在隐患。
计算机控制系统中的网络与通信技术
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本节主要内容
计算机控制技术
D
C
B
A
计算机局域网
E
*
*
6.1 .1计算机网络的定义
计算机控制技术
计算机网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机或设备，通过通讯设备和线路相互连接起来，以实现信息的传输和资源共享的一种计算机系统。
网络中的各台计算机或设备（或称为节点）之间相互通信 ，并能实现资源共享。
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6.1.2 计算机网络的分类（2）
计算机控制技术
按网络的拓朴结构分类
网络拓扑结构定义： 在计算机通信网络中，网络的拓扑(Topology)结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互连接的方式。
1
2
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6.1.2 计算机网络的分类（3）
按网络的拓朴结构分类：
计算机控制技术
星形网 : 以一台中心处理机为主而构成的网络，其他入网的计算机仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。
02
缺点：一旦有一个中继器出现故障，就会导致环路的断路，使全网限于瘫痪，另外因为它是共用通信线路，所以不适用于信息流量大的场合。
03
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6.1.4 计算机局域网络（9）
计算机控制技术
混合形结构 混合形结构是将上述各种拓补混合起来的结构，常见的有树形、环星形等。
闭合回路
计算机
环星形结构示意图
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6.1.2 计算机网络的分类（6）
按信息交换方式分类
计算机控制技术
报文交换网：
分组交换网：
计算机控制系统
1.DDC系统的体系结构：1硬件结构分为主机单元，输入输出单元和人机接口单元，结构方式有模版式和模块式，安装方式有盒式台式柜式。
软件结构分为系统软件，控制运算软件，输入输出软件，人机接口软件和监控组态软件。
3网络结构分为I/O总线和通信网络。
2.DDC系统类型及发展：从单板机，STO总线模版机，PC总线工业控制机发展到工业PC机，即PCI总线和CompactPCI总线工业控制机。
3.PID算法的改进措施：积分项的改进，积分作用是消除残差，提高控制性能，包括积分分离，抗积分饱和，梯形积分和消除积分不敏感区。
2微分项的改进，尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。
包括偏差平均和测量值微分。
3变PID控制，对被控对象的自平衡能力，可以分段采用P,PI控制，其优点是减少超调，缩短调节时间，包括设定值改变的变PID控制和负荷改变的变PID控制4.无扰动切换：指在进行PID控制方式切换之前，例如从手动或者自动或者自动到手动的切换，无需人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，保证切换无扰动。
1，手动自动aPID控制块处于手动方式，尽管不进行PID计算，但在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E（n-1），E（n-2）,Ud(n-1)等清零，并将输出控制量赋给UC（n-1）b，PID控制块处于自动方式，为了实现从自动到手动的无平衡无扰动切换，在自动方式下，每个控制周期应将COV值赋给MOV 2输出跟踪a手动操作器处于手动HM工作状态PID控制块处于输出跟踪YT 状态，为了实现从输出跟踪到正常工作NT状态的无扰动切换，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将OTV值赋给UC（n-1）3,输出安全当PID 控制块处于输出安全YS状态时，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将输出安全值SOV赋给UC（n-1）4，输出保持当PID控制器处于输出保持状态，副条极限保持状态和PV坏保持PBH状态时，在每个周期应使设定值跟踪被控量，清零，还要使UC（n-1）保持不变5，回算输出和回算输入后级功能块的回算输出端和前级功能块的回算输入端连接，向前级功能块传送有关参数，是这2个功能块相互匹配，从而保证功能块工作方式的无扰动切换5.内部总线：计算机内部模块与模块之间进行通信的总线PC/XT PC/AT ISA DCI PCI6.外部总线：计算机外部通信的总线，RS-232 RS-422 RS -4857.干扰的来源，传播，抑制：来源，外部干扰是那些与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰，主要是空间电场或磁场，内部干扰是由系统结构，制造工艺决定的，内部零部件的分布电容，分布电感引起的耦合反映，多点接地造成的电位差引起干扰。
计算机控制系统总结
什么是采样定理？其物理意义是什么
如果一个连续信号不包含高于频率 的频率分量，连续信号中所包含频率分量的最高频率为 ，那么就完全可以用周期T< 的均匀采样值来描述，或者说，如果采样频率 2 ，那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号。
如果选用的采样频率 ，对连续信号中所包含的最高频率的正玄分量来讲，能够做到在一个振荡周期内采样两次以上，那么经采样所得的脉冲序列，就包含了连续信号的全部信息，如采样次数太少，采样所得的脉冲序列就不能无失真地反映连续信号的特性。
8执行器分为哪些类，电动执行器的输入信号范围是多大？
执行器分为电动执行器、气动执行器和液动执行器。
电动执行器的输入信号范围是：连续信号为0-10mA或4-20mA
9传感器分为哪些类？
温度传感器、压力传感器、流量传感器、液面传感器、力传感器
10简述数字调节器及输入输出通道的结构和信息传递过程，并画出示意图？
前置滤波器的主要作用是什么？
前置滤波器是串在采样开关前的模拟低通滤波器，主要作用是防止采样信号产生频谱混叠，因此又称为抗混叠滤波器。
什么是信号恢复？信号恢复的过程是怎么的？
指将采样信号还原成连续信号的问题.
信号恢复的过程，从时域来说，就是要由离散的采样值求出所对应的连续时间函数，从频率上说，就是要出去采样信号频谱的旁带，保留基频分量。
数字调节器以数字计算机为核心，控制规律由编制的计算机程序实现。输入通道包括多路开关、模-数转换器、采样保持器，输出通道包括模-数转换器、保持器。
传递过程：连续信号由多路开关采样保持器将模拟信号转为离散信号，离散信号由模-数转换器转变为数字信号，数字信号由数字调节器进行调节，调节的数字信号由数-模转换器变为离散模拟信号，离散模拟信号由保持其转换为模拟信号。
分布式控制dcs系统功能模块
分布式控制dcs系统功能模块分布式控制系统（DCS）是一种基于计算机网络的控制系统，它将控制和监测功能分布在不同的计算机节点上，通过网络进行通信和协调，以实现对复杂工业过程的集中控制和管理。
DCS系统由多个功能模块组成，每个模块负责不同的任务，共同构成了一个完整的控制系统。
本文将介绍DCS系统中常见的功能模块。
1. 过程控制模块过程控制模块是DCS系统的核心模块，它负责监测和控制工业过程中的各种参数和变量。
通过传感器和执行器，该模块可以实时采集和反馈过程数据，并根据设定的控制策略进行调节。
过程控制模块通常包括PID控制器、逻辑控制器、模糊控制器等，能够满足不同的控制需求。
2. 数据采集模块数据采集模块负责从各个传感器和执行器中采集过程数据，并将其传输给过程控制模块进行处理。
该模块通常包括模拟输入模块和数字输入模块，能够接收不同类型的信号，并将其转换为数字信号进行处理。
数据采集模块还负责对采集的数据进行预处理，如滤波、线性化等，以提高数据质量和可靠性。
3. 人机界面模块人机界面模块是DCS系统与操作人员之间的接口，通过它可以实现对过程的监视、操作和控制。
该模块通常包括显示器、键盘、鼠标等硬件设备，以及操作界面和控制软件。
人机界面模块能够将过程数据以图形化的方式呈现给操作人员，并提供操作控制的功能，使操作人员能够直观地了解和控制工业过程。
4. 应用软件模块应用软件模块是DCS系统中的高级功能模块，主要用于实现特定的控制和管理功能。
该模块通常包括数据处理模块、报警管理模块、故障诊断模块等，能够对采集的数据进行分析、处理和存储。
应用软件模块还可以实现对系统状态的监测和报警，以及对设备故障的诊断和处理，提高系统的可靠性和安全性。
5. 通信模块通信模块是DCS系统中实现节点之间通信和数据传输的关键模块。
该模块负责建立和维护节点之间的通信连接，以及实现数据的传输和同步。
通信模块通常包括网络接口模块、通信协议模块等，能够支持各种通信方式和协议。
DCS系统原理及应用情况
DCS系统原理及应用情况DCS（Distributed Control System）是分布式控制系统的缩写，它是一种基于计算机网络的控制系统，用于监控和控制工业过程中的各种设备和设施。
DCS系统是由各种硬件和软件组成的，它可以实现对工作在不同位置的设备进行集中监控和集中控制，从而提高工艺过程的效率和可靠性。
DCS系统的原理是将不同的工艺单元通过网络连接到一个中央控制器上，该控制器可以发送指令给各个单元，接收它们的反馈信息，并做出相应的调整。
这种分布式的控制结构使得系统具有高度的可扩展性和灵活性，可以根据实际需求对系统进行扩展或修改。
DCS系统在工业生产中的应用非常广泛。
它可以用于各种类型的工艺过程，包括化工、电力、制造业、石油和天然气等。
在化工工业中，DCS系统可以监控和控制各种反应器、分离器、加热炉等设备，以确保生产过程的安全和高效。
在电力行业，DCS系统可以监控和控制发电机组、输电线路、变电站等设备，以确保稳定和可靠的电力供应。
在制造业中，DCS系统可以监控和控制各种设备和流程，以提高生产效率和质量。
DCS系统的应用还可以扩展到一些特殊的领域。
例如，在石油和天然气行业，DCS系统可以用于监控和控制油井、输油管道和储油设施，以确保采油和输油过程的安全和高效。
在交通运输领域，DCS系统可以用于监控和控制地铁、火车和船舶等交通工具，以确保他们的正常运行和安全。
此外，DCS系统还可以应用于环境保护领域，用于监控和控制废水处理、废气净化等设备，以减少对环境的污染。
总的来说，DCS系统通过集中监控和集中控制的方式，实现了对工艺过程的高效和可靠管理。
它的应用可以帮助企业提高生产效率、降低成本、提高产品质量，并确保生产过程的安全和可持续发展。
随着技术的不断发展，DCS系统还将继续发展，以应对更加复杂和多样化的生产环境和需求。
计算机网络系统组成
计算机网络系统组成计算机网络系统是由一系列相互连接的设备和通信技术构成的。
它们协同工作以实现数据传输、信息共享和资源共享。
计算机网络系统组成包括硬件设备、软件应用和网络协议。
一、硬件设备计算机网络的硬件设备是系统的基础，它提供了网络通信的物理支持和数据处理能力。
1. 主机主机是网络中进行数据处理和存储的核心设备。
它可以是个人电脑、服务器或者其他计算设备。
主机通过网络与其他设备进行通信和数据交换。
2. 网络设备网络设备用于连接主机和其他网络设备，实现数据传输和路由选择。
常见的网络设备包括路由器、交换机、网桥和集线器等。
它们通过交换、转发和过滤数据包来实现网络通信。
3. 传输介质传输介质是网络中传输数据的媒介，可以是有线或者无线的。
有线传输介质包括双绞线、光纤和同轴电缆等。
无线传输介质包括无线电波和红外线等。
传输介质的选择取决于传输距离、带宽和抗干扰能力等因素。
4. 终端设备终端设备是用户与计算机网络进行交互的工具。
例如个人电脑、笔记本电脑、智能手机和平板电脑等。
终端设备通过网络与主机进行通信，并使用各种应用程序进行数据交换和信息处理。
二、软件应用软件应用是计算机网络系统的重要组成部分，它提供了各种功能和服务，使用户能够有效地利用网络资源。
1. 网络操作系统网络操作系统是主机和服务器上运行的软件系统，它管理和控制计算机网络的各种操作。
常见的网络操作系统有Windows、Linux和Unix等。
2. 网络服务和应用程序网络服务和应用程序为用户提供了各种功能和服务，如电子邮件、文件传输、远程登录和网络存储等。
常见的网络服务和应用程序包括SMTP、FTP、Telnet和HTTP等。
3. 数据库管理系统数据库管理系统用于管理和组织网络中的数据资源。
它提供了数据的存储、检索和管理等功能，保证网络中数据的一致性和完整性。
三、网络协议网络协议是计算机网络中的规则和约定，它定义了数据传输和通信的方式。
网络协议包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等。
《计算机控制及网络技术》-第4章 计算机控制系统分析
d 2 z exp 1 2 s
d z 2 s
s域到z域的映射
由于左半平面的σ为负值，所以左半s平面对 应于 ｜z｜=eTσ<1 s平面的虚轴表示实部σ=0和虚部ω从-∞变到+∞， 映射到z平面上，表示｜z｜=eTσ=e0=1，即单位圆 上，和θ=Tω也从-∞变到+∞，即z在单位圆上逆时 针旋转无限多圈。简单地说，就是s平面的虚轴 在z平面的映射为一单位圆, 如图4.2所示。
第四章 计算机控制系统分析
计算机控制系统要想正常工作，首先要满足稳定性 条件，其次还要满足动态性能指标和稳态性能指标，这 样才能在实际生产中应用。对计算机控制系统的稳定性、 动态特性和稳态性能进行分析是研究计算机控制系统必 不可少的过程。
4.1 计算机控制系统的稳定性分析
4.2 计算机控制系统的动态过程 4.3 计算机控制系统的稳态误差 4.4 离散系统根轨迹
修尔—科恩稳定判据
该判据提供了一种用解析法判断离散系统稳定性的 途径。设离散控制系统的特征方程为
1 G( z ) 0
其中G(z)一般为两个多项式之比，用W(z)表示特征方程 的分子，即
W ( z ) a n z n a n1 z n1 a1 z a0 0
把系数写成如下所示的行列式形式
s域到z域的映射
将s平面映射到z平面，并找出离散系统稳定时其闭 环脉冲传递函数零、极点在z平面的分布规律，从而获得 离散系统的稳定判据。令
s j
则有
S平面内频率相差采样频率 整数倍的零点、极点都映 射到Z平面同一位置
z e e
Ts
T ( j )
e e e e
T
计算机控制系统的发展趋势？
计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统随着计算机科学、自动控制理论、网络技术、检测技术的发展，在工业4.0 以及中国制造2025 计划的推动下，其发展趋势大致如下。
随着计算机技术和网络技术的不断发展，各种层次的计算机网络在控制系统中得到了广泛应用。
计算机控制系统的规模越来越大，其结构也发生了变化，经历了计算机集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统，向着网络控制系统（Network Control System，NCS）发展。
网络控制系统的结构示意图如图所示。
在工业自动化向智能化的发展进程中，通信已成为关键问题之一，但由于多种类型现场总线标准并存，不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作和协同工作，无法实现信息的无缝集成。
使用者迫切需要统一的通信协议和网络。
因此，基于TCP/IP 的以太网进入工业控制领域并且得到了快速发展。
比如，惠普公司应用IEEE 1451.2 标准，生产的嵌入式以太网控制器具有10-Base 以太网接口，运行FTP/HTTP/TCP/UDP，应用于传感器、驱动器等现场设备。
再如，FF 提出的IEC 61158 标准中类型 e 所定义的HSE（High Speed Ethernet）协议，用高速以太网作为H2 的一种替代方案，选用100Mbit/s 速率的以太网的物理层、数据链路层协议，可以使用低价位的以太网芯片、支持电路、集线器、中继器和电缆。
国内浙大中控也推出了基于EPC（Ethernet for Process Control）的分布式网络控制系统，将Ethernet 直接应用于变送器、执行机构、现场控制器等现场设备间的通信。
网络化控制系统就是将控制系统的传感器、执行器和控制器等单元通过网络连接起来。
其中的网络是一个广义的范畴，包含了局域网、现场总线网、工业以太网、无线通信网络、Internet 等。
随着物联网概念的提出以及控制系统发展的需求，以无线通信模式为新特征的物联网控制系统，必将成为计算机控制系统的重要发展方向。
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计算机网络控制系统
随着计算机、通信、网络、控制等学科领域的发展，控制网络技术日益为人们所关注。
网络化的控制系统、现场总线控制系统和工业以太网，它体现了控制系统向网络化、集成化、分布化和节点智能化的发展趋势，已成为自动化领域技术发展的热点之一。
计算机网络控制系统也是其中的重要组成部分之一。
1、计算机网络控制系统
计算机网络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。
2、计算机网络控制系统的应用
当今国家，要想在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势，尤其要在高新技术产品的创新设计与开发能力上取得优势。
在以信息技术为代表的高科技应用方面，要充分利用各种新兴技术、新型材料、新式能源，并结合市场需求，以实现世界的又一次“工业大革命”；在工业设计与工程设计的一致性方面，要充分协调好设计的功能和形式两个方面的关系，使两者逐步走向融合，最终实现以人为核心、人机一体化的智能集成设计体系。
从工业设计的本身角度看，随着CAD、人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展，使得对设计过程必然有更深的认识，对设计思维的模拟必将达到新的境界。
从整个产品设计与制造的发展趋势看，并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、敏捷设计、全生命周期设计等设计方法代表了现代产品设计模式的发展方向。
随着技术的进一步发展，产品设计模式在信息化的基础上，必然朝着数字化、集成化、网络化、智能化的方向发展。
3、计算机网络控制系统的发展趋势
（1）推广应用成熟的先进技术普及应用可编程序控制器(PLC)是一种专为工业环境应用而设计的微机系统。
它用可编程序的存储器来存储用户的指令，通过数字或模拟的输入输出完成确定的逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能。
近年来PLC几乎都采用微处理器作为主控制器，且采用大规模集成电路作为存储器及I/O接口，因而其可靠性、功能、价格、体积等都比较成熟和完美。
由于智能的I/O模块的成功开发，使PLC除了具有逻辑运算、逻辑判断等功能外，还
具有数据处理、故障自诊断、PID运算及网络等功能，从而大大地扩大了PLC 的应用范围。
（2）采用集散网络控制系统集散控制系统是以微机为核心，把微机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来的一种计算机控制系统，它为生产的综合自动化创造了条件。
若采用先进的控制策略，会使自动化系统向低成本、综合化、高可靠性的方向发展，实现计算机集成制造系统.
（3）研究和发展智能网络控制系统智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程，是用机器模拟人类智能的一个重要领域。
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。
应用智能控制技术和自动控制理论来实现的先进的计算机控制系统，将有力地推动科学技术进步，并提高工业生产系统的自动化水平。
计算机技术的发展加快了智能控制方法的研究。
智能控制方法较深浅层次上模拟人类大脑的思维判断过程，通过模拟人类思维判断的各种算法实现控制。
计算机控制系统的优势、应用特色及发展前景将随着智能控制系统的发展而发展。
（4）研究和发展计算机网络控制技术计算机网络技术的发展，正引发着控制技术的深刻变革，以及与之相应的新的控制理论的产生。
控制系统结构的网络化、控制系统体系的开放性、控制技术与控制方式的智能化，是当前控制技术发展与创新的方向与主要潮流。
网络技术不仅是实现管理层的数据通讯与共享，它应用于控制现场的设备层，并将控制与管理综合化、一体化。
Internet 不仅用于传统的信息浏览、查询、发布，还可通过Internet 跨国跨地区直接对现场设备进行远程监测与控制。
因而现代的自动化系统可通过网络构成信息与控制综合网络系统。
现场控制网络将现场控制设备通过网络连接起灭，构成分布式控制系统。
通过Internet实现远端计算机对现场控制设备的远程监测与控制。
四级网络就构成现代自动化领域控制网络系统的基本结构。
计算机网络对生产方式的创新，网上控制，通过网络进行控制。
4、计算机网络控制系统面临的挑战
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。
传统控制通常认为模型是已知的或经过辨识可以得到的，对于不确定性的模型，传统控制难以满足要求。
（2）高度非线性：在传统的控制理论中，对于具有高度非线性的控制对象，虽然也有一些非线性控制方法可供使用，但总的来说，目前非线性控制理论还很不成熟，有些方法又过于复杂，无法广泛应用。
（3）复杂的任务要求：在传统的控制系统中，控制任务往往要求输出量为定值或者要求输出量跟随期望的运动轨迹，因此控制任务比较单一。
但过于复杂的控制任务是传统的控制理论无能为力。
5、结语
计算机控制技术正向智能化、网络化和集成化的方向发展。
大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。
前景也越来越美好并占有更加重要的地位。