第14章 计算机控制系统.ppt

调节器
被控对象
测量变送装置
+
-
SP
执行器
4~20mA
4~20mA
控制器
被控对象
测量变送装置
+
-
SP
执行器
4~20mA
4~20mA
D/A
A/D
数字信号——例如 4~20mA 信号经12位A/D转换以后的结果为0~4095
4 mA输入——0000 0000 0000
20mA输入——1111 1111 1111
12mA输入——?
计算机控制
典型单回路控制系统方块图
第14章计算机控制系统
第一节概述
工作过程
控制器
被控对象
测量变送装置
+
-
SP
执行器
4~20mA
4~20mA
D/A
A/D
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值;
②控制决策:根据采集到的被控变量按一定的控制规律进行分析和处理,决定控制行为,产生控制信号;如PID运算
③控制输出:根据控制决策实时地向执行机构发出控制信号,完成控制任务。
第二节计算机控制系统的基本组成
过程输入输出设备
外
部
设
备
主
机
系
统
CPU
RAM
ROM
CRT
通讯接口
人机接口
打印机
其它
系
统
总
线
模拟量输入(AI)
模拟量输出(AO)
开关量输入(DI)
开关量输入(DO)
测量变送器
执行器
电气开关
电气开关
被
控
生
产
对
象
常规计算机系统
I/O系统
(模块或卡件)
现场仪表
被控对象
硬件组成



系统软件
支持软件
应用软件
系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序等,它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台。
如:Windows操作系统、Unix操作系统等都属于系统软件。
它运行在系统软件的平台上,是用于开发应用软件的软件。例如:汇编语言、高级语言、通信网络软件、组态软件等。对于设计人员来说,需要了解并学会使用相应的支持软件,能够根据系统要求编制开发所需要应用软件。不同系统的支持软件会有所不同
应用软件是系统设计人员针对特定要求而编制的控制和管理程序。不同控制设备的应用软件所具备的功能是不同的。
软件组成
计算机控制系统的主要设计思想
1. 可靠性
2. 可维护性
3. 实时性
4. 性能价格比
定义:产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。它通常用概率来表示
可维护性是指故障发生后通过维修使系统恢复的能力。
它主要体现在易于查找故障,易于排除故障。
计算机控制系统的实时性是指被控信号的输入、运算和输出都要在一定的时间内完成,并能根据生产工况的变化进行及时的处理,亦即系统对被控信号的变化具有足够快的响应速度,不丢失信息,不延误操作。
一个良好的计算机控制系统,在充分考虑系统性能的同时,也需要分析系统应该带来的经济效益,即系统性能和投入之间的关系以及系统投入与产出之间的关系。
一般我们要掌握以下两个原则:
一是系统设计的性能价格比要尽可能高;
二是投入产出比要尽可能低。
第三节计算机控制系统的发展过程
1. 直接数字量控制(Direct Digital Control-DDC)
2. 集中型计算机控制系统
3. 集散控制系统(Distributed Control System-DCS)
4. 现场总线控制系统(Fieldbus Control System-FCS)
第四节直接数字量控制
本质——用一台计算机取代一组模拟调节器,构成闭环控制回路,用数字控制技术简单地取代模拟控制技术。
过程控制计算机
SP
AI、DI
AO、DO
检测仪表执行器
被控过程(对象)
起始于50年代末期,开辟了一个轰
轰烈烈的计算机工业应用时代
优点——计算灵活,精度高,它不仅能实现典型的PID控制规律,还可以分时处理多个控制回路。此外,此DDC也很快发展到PID以外的多种复杂控制。
问题——当时的计算机系统的价格昂贵,计算机运算速度不能满足快速过程实时控制的需求。
拓展一、集中型计算机控制系统
出发点:由于当时的计算机系统的体积庞大,价格非常昂贵,为了使计算机控制能与常规仪表控制相竞争,企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。
CRT、键盘……
过程控制计算机
AI
DI
AO
DO
被控过程(对象)
被控变量
操作变量
……
……
}
{
输入子系统
输出子系统
集中型计算机控制系统原理图
优越性: 从表面上看——信息集中,集中型计算机控制可以实现先进控制、联锁控制等各种更复杂控制功能;便于实现优化控制和优化生产。
问题:由于当时计算机总体性能低,运算速度慢,容量小,利用一台计算机控制成很多个回路容易