1、沈陽建筑大學沈陽建筑大學信息與控制工程學院信息與控制工程學院 馬斌馬斌計算機控制技術計算機控制技術 計算機控制技術計算機控制技術參考書：參考書：曹承志，曹承志，微型計算機控制新技術微型計算機控制新技術，機械工業出版社，機械工業出版社，2001.3薛弘嘩，薛弘嘩，計算機控制技術計算機控制技術，電子工業出版社，電子工業出版社，2001.6于海生，于海生，微型計算機控制技術微型計算機控制技術，機械工業出版社，機械工業出版社，1999.3王曉明，王曉明，電動機的單片機控制電動機的單片機控制，電子工業出版社，電子工業出版社，2002.5朱玉璽，朱玉璽，計算機控制技術計算機控制技術，清華大學出版社，清華大

2、學出版社，2005.6閱讀期刊：閱讀期刊：工業控制機、工業控制機、控制工程控制工程、測控技術、測控技術、電氣自動化電氣自動化、自動化儀表自動化儀表、工工業儀表與自動化裝置，業儀表與自動化裝置，化工自動化及儀表化工自動化及儀表 等等。等等。33-1計算機控制技術計算機控制技術主要內容：主要內容： 第一章是緒論，介紹了微機控制技術的一般概念，第一章是緒論，介紹了微機控制技術的一般概念，微機參與控制的典型方式，微機控制的特點及設計過程；微機參與控制的典型方式，微機控制的特點及設計過程； 第二章討論了信號的采樣與復現，模擬量輸入通道，第二章討論了信號的采樣與復現，模擬量輸入通道，模擬量輸入與輸入通道接

3、口技術，模擬量輸出與輸出通道模擬量輸入與輸入通道接口技術，模擬量輸出與輸出通道接口技術，數字量輸入與輸出通道；接口技術，數字量輸入與輸出通道； 第三章討論了數字控制器連續化設計技術，數字第三章討論了數字控制器連續化設計技術，數字pid控制設計和改進方法，數字化控制設計和改進方法，數字化pid的控制參數整定，的控制參數整定，串級控制器設計方法，數字串級控制器設計方法，數字pid控制器的討論；控制器的討論； 第四章主要講解控制計算機的構成，控制計算機的第四章主要講解控制計算機的構成，控制計算機的種類，計算機控制系統的操作方法，微型計算機常用接口種類，計算機控制系統的操作方法，微型計算機常用接口電路

4、，電源設計；電路，電源設計；33-2計算機控制技術計算機控制技術主要內容：主要內容： 第五章討論了處理數據預處理，數字濾波，數據結第五章討論了處理數據預處理，數字濾波，數據結構及應用技術，控制系統應用程序設計方法；構及應用技術，控制系統應用程序設計方法； 第六章討論了計算機控制系統可靠性概述，硬件系第六章討論了計算機控制系統可靠性概述，硬件系統可靠性技術，軟件可靠性技術；統可靠性技術，軟件可靠性技術； 第七章討論了數據通信與工業網絡，集散控制系統，第七章討論了數據通信與工業網絡，集散控制系統，現場總線控制系統；現場總線控制系統； 第八章討論了控制系統設計的一般步驟及原則，微第八章討論了控制系統

5、設計的一般步驟及原則，微機控制系統設計分析和工程實現，并給出了設計實例；機控制系統設計分析和工程實現，并給出了設計實例；33-3第第1 1章章 計算機控制技術概述計算機控制技術概述1.11.1計算機控制技術的含義與地位計算機控制技術的含義與地位1.21.2計算機控制系統的輸入與輸出信號計算機控制系統的輸入與輸出信號 1.31.3計算機控制系統的典型結構和特點計算機控制系統的典型結構和特點1.41.4計算機控制系統的任務和要求計算機控制系統的任務和要求 1.51.5計算機控制系統的組成計算機控制系統的組成 1.61.6計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類 1.71.7計算機控制技術的發展計算

6、機控制技術的發展33-41.1計算機控制技術的含義與地位計算機控制技術的含義與地位1.1.1 1.1.1 計算機控制技術的發展歷程計算機控制技術的發展歷程首先是首先是20世紀世紀50年代以前的人工控制階段（基地年代以前的人工控制階段（基地式儀表控制系統）式儀表控制系統）第二個階段是第二個階段是20世紀世紀60年代的模擬式儀表控制階年代的模擬式儀表控制階段（電動單元組合式儀表控制系統）段（電動單元組合式儀表控制系統）第三個階段是第三個階段是20世紀世紀70年代的計算機集中控制階段年代的計算機集中控制階段 第四個階段是第四個階段是20世紀世紀80年代的集散式控制階段年代的集散式控制階段（分布式控制

7、系統）（分布式控制系統） 33-5圖圖1-1 某熱電廠鍋爐儀表集中控制室某熱電廠鍋爐儀表集中控制室 33-633-7圖圖1-2 某熱電廠鍋爐計算機控制室某熱電廠鍋爐計算機控制室 33-833-91.1.2 計算機控制技術的含義計算機控制技術的含義所謂計算機控制：所謂計算機控制：就是利用傳感裝置將被監控對象中的物理參量（如就是利用傳感裝置將被監控對象中的物理參量（如溫度、壓力、液位、速度）轉換為電量（如電壓、電溫度、壓力、液位、速度）轉換為電量（如電壓、電流），流）， 再將這些代表實際物理參量的電量送入輸入裝置中再將這些代表實際物理參量的電量送入輸入裝置中轉換為計算機可識別的數字量，并且在計算機

8、的顯示裝轉換為計算機可識別的數字量，并且在計算機的顯示裝置中以數字、圖形或曲線的方式顯示出來，置中以數字、圖形或曲線的方式顯示出來，從而使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監控對從而使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監控對象的變化過程。象的變化過程。33-101.1.2 計算機控制技術的含義計算機控制技術的含義除此之外：除此之外：計算機還可以將采集到的數據存儲起來，隨時進行計算機還可以將采集到的數據存儲起來，隨時進行分析、統計和顯示并制作各種報表。分析、統計和顯示并制作各種報表。如果還需要對被監控的對象進行控制，則由計算機如果還需要對被監控的對象進行控制，則由計算機中的應用軟件根據采集到的物理參

9、量的大小和變化情況中的應用軟件根據采集到的物理參量的大小和變化情況以及按照工藝所要求該物理量的設定值進行判斷；以及按照工藝所要求該物理量的設定值進行判斷；然后在輸出裝置中輸出相應的電信號，并且推動執然后在輸出裝置中輸出相應的電信號，并且推動執行裝置（如調節閥、電動機）動作從而完成相應的控制行裝置（如調節閥、電動機）動作從而完成相應的控制任務。任務。33-111.1.3 控制系統微機化的重要意義控制系統微機化的重要意義計算機技術的引入，為控制系統帶來以下一些新特計算機技術的引入，為控制系統帶來以下一些新特點和新功能：點和新功能： 1 1）自動清零功能。）自動清零功能。 2 2）量程自動切換功能）

10、量程自動切換功能 3 3）多點快速測控）多點快速測控 4 4）數字濾波功能）數字濾波功能 5 5）自動修正誤差。）自動修正誤差。6 6）數據處理功能）數據處理功能7 7）復雜控制規律）復雜控制規律8 8）多媒體功能）多媒體功能9 9）通信或網絡功能）通信或網絡功能1010）自我診斷功能）自我診斷功能33-121.2 計算機控制系統的輸入與輸出信號計算機控制系統的輸入與輸出信號1.1.模擬量信號模擬量信號 模擬信號是指隨時間連續變化的信號。模擬信號是指隨時間連續變化的信號。2.2.數字（開關）量信號數字（開關）量信號 開關信號是指在有限的離散瞬時上取值間斷的信號。開關信號是指在有限的離散瞬時上取

11、值間斷的信號。3.3.脈沖量信號脈沖量信號當開關量按一定頻率變化時，則該開關量就可以視當開關量按一定頻率變化時，則該開關量就可以視為脈沖量，也就是說脈沖量具有周期性。為脈沖量，也就是說脈沖量具有周期性。33-131.3 計算機控制系統的典型結構和特點計算機控制系統的典型結構和特點 1.3.1 1.3.1 計算機控制系統的典型結構計算機控制系統的典型結構33-141.3 計算機控制系統的典型結構和特點計算機控制系統的典型結構和特點 1.3.2 1.3.2 計算機控制系統的特點計算機控制系統的特點 1 1）技術集成和系統復雜程度高）技術集成和系統復雜程度高 2 2）實時性強）實時性強 3 3）可靠

12、性高和可維修性好）可靠性高和可維修性好 4 4）環境適應性強）環境適應性強 5 5）控制的多功能性）控制的多功能性 6 6）應用的靈活性。）應用的靈活性。33-161.4 計算機控制系統的任務和要求計算機控制系統的任務和要求1.4.1 1.4.1 計算機控制系統的任務計算機控制系統的任務1檢測檢測33-172執行機構的驅動執行機構的驅動3控制控制 4人一機交互人一機交互 5通信通信1.4.1 計算機控制系統的任務計算機控制系統的任務從本質上講，計算機控制系統的工作過程可從本質上講，計算機控制系統的工作過程可歸納為以下三步：歸納為以下三步：1 1）實時數據采集：對來自測量變送器的被控量的）實時數

13、據采集：對來自測量變送器的被控量的瞬時值進行采集和輸入；瞬時值進行采集和輸入；2 2）實時控制決策：對采集到的被控量進行分析、）實時控制決策：對采集到的被控量進行分析、比較和處理，按預定的控制規律運算，進行控制決策；比較和處理，按預定的控制規律運算，進行控制決策；3 3）實時輸出控制：根據控制決策，實時地向執行）實時輸出控制：根據控制決策，實時地向執行機構發出控制信號，完成系統控制任務或輸出其它有關機構發出控制信號，完成系統控制任務或輸出其它有關信號，如報警信號等。信號，如報警信號等。33-181.4.2 計算機控制系統的基本要求計算機控制系統的基本要求1 1具有良好的實時性具有良好的實時性2

14、 2具有高可靠性和較強的環境適應性具有高可靠性和較強的環境適應性3 3采用標準化部件，便于擴充、升級和維護采用標準化部件，便于擴充、升級和維護4 4具有良好的人機界面和豐富的監視畫面具有良好的人機界面和豐富的監視畫面 5 5具有良好的系統組態和可選的各種控制策略具有良好的系統組態和可選的各種控制策略6 6具有網絡通訊功能，便于實現工廠自動化和信息化具有網絡通訊功能，便于實現工廠自動化和信息化33-191.5 計算機控制系統的組成計算機控制系統的組成33-201.5.1 計算機控制系統的硬件組成計算機控制系統的硬件組成1 1計算機主機計算機主機 2 2過程通道過程通道 3 3通用外部設備通用外部

15、設備4. 4. 傳感器及傳感器及 自動化儀表自動化儀表33-21圖圖1-6 計算機操作控制臺計算機操作控制臺 33-22計計算算機機控控制制系系統統軟軟件件系統軟件系統軟件應用軟件應用軟件程序設計系統程序設計系統操作系統操作系統診斷程序診斷程序語言處理程序，服務程序語言處理程序，服務程序管理程序，磁盤操作系統管理程序，磁盤操作系統調機程序，診斷修復程序調機程序，診斷修復程序過程監控程序過程監控程序過程控制程序過程控制程序公共應用程序公共應用程序巡回檢測程序巡回檢測程序數據處理程序數據處理程序上下限檢查程序上下限檢查程序判斷程序，上下限檢查程序判斷程序，上下限檢查程序過程分析程序，開環控制程序過

16、程分析程序，開環控制程序閉環控制程序，事故處理程序閉環控制程序，事故處理程序基本運算斷程序基本運算斷程序函數運算程序函數運算程序信息運算程序信息運算程序制表打印程序制表打印程序服務子程序服務子程序1.5.2 計算機控制系統的軟件組成計算機控制系統的軟件組成33-23輸入模塊輸入模塊輸出模塊輸出模塊溫度變送溫度變送調節閥調節閥熱電偶熱電偶熱物料熱物料冷物料冷物料加熱爐加熱爐燃料燃料計算機溫度監控系統計算機溫度監控系統計計算算機機1.5.3 計算機控制系統的工作原理計算機控制系統的工作原理 1 1） 2 2） 3 3） 4 4）33-241.5.3 計算機控制系統的工作原理計算機控制系統的工作原理

17、 上述溫度監控計算機系統對生產過程實現自動控制可以分解上述溫度監控計算機系統對生產過程實現自動控制可以分解為四個過程：為四個過程： 1 1）生產過程的被控參量通過測量環節轉化為相應的電量或電參數，）生產過程的被控參量通過測量環節轉化為相應的電量或電參數，再由變送器或放大器變換成標準的電壓信號或電流信號；再由變送器或放大器變換成標準的電壓信號或電流信號； 2 2）電壓信號或電流信號經過）電壓信號或電流信號經過a/da/d轉換后變成計算機可以識別的數轉換后變成計算機可以識別的數字信號，并將其轉換為人們易于理解的工程量（測量值）；字信號，并將其轉換為人們易于理解的工程量（測量值）； 3 3）計算機根

18、據測量值與給定值的偏差，按一定的控制算法輸出控）計算機根據測量值與給定值的偏差，按一定的控制算法輸出控制信號；制信號； 4 4）控制信號作用于執行機構，通過調節物料流量或能量的大小）控制信號作用于執行機構，通過調節物料流量或能量的大小來實現對生產過程的調節。來實現對生產過程的調節。33-251.6 計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類 1 1操作指導控制系統，數據采集系統（操作指導控制系統，數據采集系統（dasdas） 操作指導是指計算機操作指導是指計算機的的輸出不直接用來控制輸出不直接用來控制生產過程，而只是對系生產過程，而只是對系統過程參數進行收集，統過程參數進行收集，按預定的算法計算

19、各控按預定的算法計算各控制量，求出最佳設定值，制量，求出最佳設定值，通過顯示或打印輸出數通過顯示或打印輸出數據，據，操作人員操作人員根據這些根據這些數據進行必要的操作控數據進行必要的操作控制。制。33-261.6 計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類2 2直接數字控制系統（直接數字控制系統（ddcddc） 計算機首先通過模擬量輸計算機首先通過模擬量輸入通道、開關量輸入通道實入通道、開關量輸入通道實時采集數據，然后按照一定時采集數據，然后按照一定的控制規律進行計算，最后的控制規律進行計算，最后發出控制信息，并通過模擬發出控制信息，并通過模擬量輸出通道、開關量輸出通量輸出通道、開關量輸出通道道

20、直接控制生產過程直接控制生產過程。 優點：優點： 能夠實現自動控制、能夠實現自動控制、多回路控制，能夠靈活的把多回路控制，能夠靈活的把各種算法施加于生產過程。各種算法施加于生產過程。缺點：結構復雜，投資高。缺點：結構復雜，投資高。33-271.6 計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類3監督控制系統（監督控制系統（scc） 計算機根據工藝信息和其它計算機根據工藝信息和其它參數，自動地改變模擬調節器參數，自動地改變模擬調節器或直接數字控制方式的微型機或直接數字控制方式的微型機中的給定值，從而使生產過程中的給定值，從而使生產過程始終處于最優工況。它的作用始終處于最優工況。它的作用是改變給定值，所

21、以又稱設定是改變給定值，所以又稱設定值控制值控制spcspc。優點：優點：ddcddc計算機可以直接控制，計算機可以直接控制，sccscc計算機只是采集，優化；這計算機只是采集，優化；這實際上是一種不存在上下級通實際上是一種不存在上下級通信的兩級控制，只存在傳遞設信的兩級控制，只存在傳遞設定值的關系。定值的關系。缺點：造價高、效益差，現在缺點：造價高、效益差，現在已經不用了。已經不用了。33-281.6 計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類4 4分布式控制系統（分布式控制系統（dcsdcs）33-291.6 計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類5 5現場總線控制系統（現場總線控制系統（

22、fcsfcs）33-301.6 計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類6 6工業過程計算機集成制造系統（工業過程計算機集成制造系統（cimscims）33-311.7 計算機控制技術的發展計算機控制技術的發展1 1智能化智能化 2 2綜合化與集成化綜合化與集成化 3 3系統化與標準化系統化與標準化 4 4微型化與大型化微型化與大型化 5 5多媒體化與網絡化多媒體化與網絡化研究和發展智能控制系統有研究和發展智能控制系統有 (1)分級遞階智能控制系統分級遞階智能控制系統 (2)模糊控制系統（基于模糊集合理論）模糊控制系統（基于模糊集合理論） (3)專家控制系統（基于知識的系統）專家控制系統（基于知識的系統） (4)學習控制系統（學習是控制經驗的積累）學習控制系統（學習是控制經驗的積累） (5)