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。
自动控制系统可分为两种:
1、开环控制系统
2、闭环控制系统
1、开环控制系统
图1-1中给出了开环控制系统框图。它的控制器直接根据给定信号去控制被控对象工作。被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。随动控制和程序控制就属于这种控制系统。
2、闭环控制系统
图1-2给出了按偏差进行控制的闭环控制系统框图。闭环控制系统的被控参数经测量反馈环节，与给定值进行比较形成误差信号，控制器根据误差信号产生相应的控制信号去驱动执行机构，对被控对象进行控制，以消除误差，使被控参数与给定值保持一致。与开环控制系统相比，它的控制性能较好。
如果把图1-2中的控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控制系统.
★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。
1）计算机控制系统工作原理
监控系统软件
计算机控制系统基本框图如图1-3所示。在计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。
在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是数字信号，因此需要有A／D转换器和D／A转换器。从本质上看，计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：
1、实时数据采集：对由测量变送传递的被控参数进行实时采集。
2、实时控制决策：对采集到的数据进行分析、处理、判断，并按已定的控制规律，确定控制策略。
3、实时控制输出：根据控制策略，实时地对执行机构发出控制信号，完成控制，或输出其他有关信号，如报警信号等。
上述过程不断重复，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）在线方式和离线方式
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作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
★ 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—— 指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，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。
实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。
★ 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。
★ 实时控制系统必定是在线系统。
2.1计算机控制系统的基本组成
基本组成：硬件部分和软件部分
1. 硬件组成
计算机控制系统的硬件一般是由微型计算机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成，典型的过程计算机控制系统如图1-4所示。以计算机为核心的过程控制。
各部件功能简介：
              硬件部分    
①主机
  组成：中央处理器（CPU）和内存储器(RAM和ROM)组成。
作用：根据输入通道送来的被控对象的状态参数，进行信息处理、分析、计算，作出控制决策，通过输出通道发出控制命令。
②接口电路
    作用：主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换时，通过接口电路的协调工作，实现信息的传送。
③过程输入/输出通道
  作用：主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
输入/输出通道分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道。
④外部设备
    外部设备按功能可分成三类：输入设备、输出设备和外存储器。

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