计算机控制系统组成
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
I/O模块
PCI-7200 12MB/s高速32通道数字输入、
32通道数字输出卡
DAQ-2205 64通道，500K/s高速 多功能A/D采集卡
康海PX8-L 8个RS-232串口
18:11 10
WUST
轧制过程的计算机控制系统
（3）控制器 Controller
控制器：是实现控制规律的核心器件。控制器可以 是各种类型智能设备。
模拟调 节器
18:11
Honeywell数 字调节器
微型计 算机
研华 IPC-610
西门子S7－400 PLC
11
WUST
轧制过程的计算机控制系统
（4）执行机构 Actuator 根据控制器送来的信号对被控对象进行调节。
调节阀 继电器
人工控制不能进行快速的控制。
煤 气 管
人工控制也不能始终如一，产品的一 致性很差。
人工控制
18:11
4
WUST
轧制过程的计算机控制系统
炉 温
T
热 电 偶
调 节 器
采用模拟量运算电路来实现自 动控制功能（如PID)。
而模拟系统中，改变控制方法 就必须改变硬件。
线路接点较多，出现故障不易 排除。
实时数据采集： 对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值
18:11
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
2）在线方式和离线方式
★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受
计算机控制的方式。 ★ 离线方式或脱机方式：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作相应操作的方式。
3）实时的含义
★ 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。计算机实时地对生产过程进行控制和管理。并能根据生产过程工
况的变化及时地进行处理。实时性不仅取决于计算机硬件指标，而且还主要依赖 于系统软件和应用软件。（P8）
轧制过程的计算机控制系统
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
1.1.1 计算机控制系统的组成结构
加热炉炉温控制系统 Furnace
被 控 对 象
燃气烧嘴 T
流 量 调 节 阀
Temperature control system
人工控制系统中人起到了检测仪表、 控制器、执行器三重作用。
控制的好坏主要靠操作工人的经验。 人工控制不能控制太多的被控量。
变频泵
18:11
同步电机
12
电磁阀
WUST
轧制过程的计算机控制系统
典型计算机控制系统结构图Block Diagram of Typical Computer Control System
comparison
Controller I/O Device
SP
+
Σ -
e
控制器
D/A
4～20mA 执行机构
u
变送器：输出标准信号的传感器。 标准化电动信号：DDZ-Ⅲ标准： 4~20 mA
1~5 v
DC
DC
气动信号标准：
20~100 KPa
光电码盘
热电偶
压力传感器 矫直机上 的辊缝仪
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
（2）输入输出（I/O）设备 Input/Output Device
定义：完成信息传递和交换的装置。
作用：在计算机与生产过程之间进行信息传递的通道，起到纽 带和桥梁的作用。 开关量输入通道 输入通道/设备 Digital Input(DI)
模拟量输入通道
开关量输出通道 输出通道/设备 模拟量输出通道
18:11
Analog/Digital(A/D) Digital Output(DO) Digital/Analog (A/D)
WUST
轧制过程的计算机控制系统
18:11
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
计算机控制系统
型
1.1 计算机控制系统的组成结构 1.2 过程计算机控制系统的发展概述 1.3 轧制过程计算机控制概述
1.4 过程计算机控制系统的基本类
18:11 2
WUST
本节内容
一 硬件组成 （一）主机 1.中央处理器 2.内存储器 （二）外部设备 1.输入设备 2.输出设备 3.外存储器 （三）过程输入输出设备 （四）通讯设备 二 软件组成 （一）系统软件 （二）应用软件 三 操作系统 四 人机接口
电动调节阀
常规仪表控制
18:11
一个模拟调节器只能控制一个 被控量，多个模拟调节器之间不 能进行信息交换。
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
炉温
T
热 电 偶
控 制 器
用程序进行控制运算。 控制方法的改变很容易。
可以控制几百个回路.并可以
对上限、下限进行监视和报警。
信号的传送需要数/模和模/数
Actuator
Process
被控对象
feedback
y
variable
被控量
mv
A/D
I/O Device
4～20mA
测量变送
Sensor
工作过程：①数据采集：实时检测来自于测量变送装置的被控变量瞬时
②控制决策：将测量值mv与系统的给定值sp相比较，产生 于控制室 现场 一定的偏差信号e于 ，对该偏差信号按照某种控 制规律（算法）进行数学运算，如常规PID算 法、自适应控制算法、模糊控制算法等，最后 产生控制信号u。
电动调节阀
转换。
计算机控制
18:11
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
输入通道/设备
热 电 偶
被 控 对 象
T
控 制 器
电动调节阀
输出通道/设备
四个基本环节：测量变送、输入输出设备、控制器、执行器
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
（1）测量变送装置 Measure Device
18:11
通常安装
值；经过D/Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ换后送入控制器。
通常安装
③控制输出： 对计算机输出的控制信号u进行D/A转换后， 向执行机构发出控制信号，完成控制任务。 13
WUST
轧制过程的计算机控制系统
1.1.2 计算机控制系统一些概念 ★ 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。
★计算机控制系统：利用计算机来实现生产过
程自动控制的系统。
18:11
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
1）计算机控制系统的工作原理
给定 被控变量
输入 通道
计算机
输出通道 D/A
对象 y
输入通道 A/D
18:11
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
工作原理：
进行检测和输入。 实时控制决策： 对采集到的被控变量进行分析和处理，并 按已定的控制规律，决定将要采取的控制 行为。 实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控 制信号，完成控制任务。
WUST
轧制过程的计算机控制系统
I/O模块
PCI-7200 12MB/s高速32通道数字输入、
32通道数字输出卡
DAQ-2205 64通道，500K/s高速 多功能A/D采集卡
康海PX8-L 8个RS-232串口
18:11 10
WUST
轧制过程的计算机控制系统
（3）控制器 Controller
控制器：是实现控制规律的核心器件。控制器可以 是各种类型智能设备。
模拟调 节器
18:11
Honeywell数 字调节器
微型计 算机
研华 IPC-610
西门子S7－400 PLC
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
（4）执行机构 Actuator 根据控制器送来的信号对被控对象进行调节。
调节阀 继电器
人工控制不能进行快速的控制。
煤 气 管
人工控制也不能始终如一，产品的一 致性很差。
人工控制
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轧制过程的计算机控制系统
炉 温
T
热 电 偶
调 节 器
采用模拟量运算电路来实现自 动控制功能（如PID)。
而模拟系统中，改变控制方法 就必须改变硬件。
线路接点较多，出现故障不易 排除。
实时数据采集： 对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值
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轧制过程的计算机控制系统
2）在线方式和离线方式
★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受
计算机控制的方式。 ★ 离线方式或脱机方式：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作相应操作的方式。
3）实时的含义
★ 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。计算机实时地对生产过程进行控制和管理。并能根据生产过程工
况的变化及时地进行处理。实时性不仅取决于计算机硬件指标，而且还主要依赖 于系统软件和应用软件。（P8）
轧制过程的计算机控制系统
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轧制过程的计算机控制系统
1.1.1 计算机控制系统的组成结构
加热炉炉温控制系统 Furnace
被 控 对 象
燃气烧嘴 T
流 量 调 节 阀
Temperature control system
人工控制系统中人起到了检测仪表、 控制器、执行器三重作用。
控制的好坏主要靠操作工人的经验。 人工控制不能控制太多的被控量。
变频泵
18:11
同步电机
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电磁阀
WUST
轧制过程的计算机控制系统
典型计算机控制系统结构图Block Diagram of Typical Computer Control System
comparison
Controller I/O Device
SP
+
Σ -
e
控制器
D/A
4～20mA 执行机构
u
变送器：输出标准信号的传感器。 标准化电动信号：DDZ-Ⅲ标准： 4~20 mA
1~5 v
DC
DC
气动信号标准：
20~100 KPa
光电码盘
热电偶
压力传感器 矫直机上 的辊缝仪
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轧制过程的计算机控制系统
（2）输入输出（I/O）设备 Input/Output Device
定义：完成信息传递和交换的装置。
作用：在计算机与生产过程之间进行信息传递的通道，起到纽 带和桥梁的作用。 开关量输入通道 输入通道/设备 Digital Input(DI)
模拟量输入通道
开关量输出通道 输出通道/设备 模拟量输出通道
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Analog/Digital(A/D) Digital Output(DO) Digital/Analog (A/D)
WUST
轧制过程的计算机控制系统
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轧制过程的计算机控制系统
计算机控制系统
型
1.1 计算机控制系统的组成结构 1.2 过程计算机控制系统的发展概述 1.3 轧制过程计算机控制概述
1.4 过程计算机控制系统的基本类
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WUST
本节内容
一 硬件组成 （一）主机 1.中央处理器 2.内存储器 （二）外部设备 1.输入设备 2.输出设备 3.外存储器 （三）过程输入输出设备 （四）通讯设备 二 软件组成 （一）系统软件 （二）应用软件 三 操作系统 四 人机接口
电动调节阀
常规仪表控制
18:11
一个模拟调节器只能控制一个 被控量，多个模拟调节器之间不 能进行信息交换。
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
炉温
T
热 电 偶
控 制 器
用程序进行控制运算。 控制方法的改变很容易。
可以控制几百个回路.并可以
对上限、下限进行监视和报警。
信号的传送需要数/模和模/数
Actuator
Process
被控对象
feedback
y
variable
被控量
mv
A/D
I/O Device
4～20mA
测量变送
Sensor
工作过程：①数据采集：实时检测来自于测量变送装置的被控变量瞬时
②控制决策：将测量值mv与系统的给定值sp相比较，产生 于控制室 现场 一定的偏差信号e于 ，对该偏差信号按照某种控 制规律（算法）进行数学运算，如常规PID算 法、自适应控制算法、模糊控制算法等，最后 产生控制信号u。
电动调节阀
转换。
计算机控制
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
输入通道/设备
热 电 偶
被 控 对 象
T
控 制 器
电动调节阀
输出通道/设备
四个基本环节：测量变送、输入输出设备、控制器、执行器
18:11 7
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轧制过程的计算机控制系统
（1）测量变送装置 Measure Device
18:11
通常安装
值；经过D/Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ换后送入控制器。
通常安装
③控制输出： 对计算机输出的控制信号u进行D/A转换后， 向执行机构发出控制信号，完成控制任务。 13
WUST
轧制过程的计算机控制系统
1.1.2 计算机控制系统一些概念 ★ 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。
★计算机控制系统：利用计算机来实现生产过
程自动控制的系统。
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
1）计算机控制系统的工作原理
给定 被控变量
输入 通道
计算机
输出通道 D/A
对象 y
输入通道 A/D
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WUST
轧制过程的计算机控制系统
工作原理：
进行检测和输入。 实时控制决策： 对采集到的被控变量进行分析和处理，并 按已定的控制规律，决定将要采取的控制 行为。 实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控 制信号，完成控制任务。