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1、微型计算机控制系统概述微型计算机控制系统概述第一页，讲稿共二十九页哦本课程概况本课程概况学时数：学时数：48 学分数：学分数：2.5其中：课堂讲授：其中：课堂讲授：40 实实 验：验：8考核方式：考试考核方式：考试课程设计：课程设计：1个学分个学分第二页，讲稿共二十九页哦课程简介课程简介综合以前所学内容的应用型专业课综合以前所学内容的应用型专业课所需要的基础知识：电路、模拟、数字、微机原所需要的基础知识：电路、模拟、数字、微机原理与接口技术、自动控制原理理与接口技术、自动控制原理电路电路模拟模拟数字数字自动控制原理自动控制原理微机原理微机原理与接口技术与接口技术微型计算机微型计算机控制技术控制
2、技术第三页，讲稿共二十九页哦利利用用计计算算机机（工工业业控控制制计计算算机机）来来实实现现生生产产过过程程自动控制的系统。自动控制的系统。什么是微型计算机控制系统？什么是微型计算机控制系统？闭环控制系统框图闭环控制系统框图开环控制系统框图开环控制系统框图可用的控制器形式：可用的控制器形式：可用的控制器形式：可用的控制器形式：机械机械机械机械杠杆杠杆杠杆杠杆气动气动气动气动气动调节器气动调节器气动调节器气动调节器电子电子电子电子DDZDDZ第四页，讲稿共二十九页哦如果把上图中的控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型如果把上图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
3、制系统。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合在微型计算机控制系统中，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。被控参数的控制。计算机控制系统基本框图计算机控制系统基本框图第五页，讲稿共二十九页哦微微型型计计算算机机控控制制系系统统是是由由计计算算机机（工工业业控控制制计计算算机）和工业对象两大部分组成。机）和工业对象两大部分组成。1.1 微型计算机控制系统的组成微型计算机控制系统的组成按偏差进行控制的闭环控制系统框图。按偏差进行控制的闭环控制系统框图。第六页，讲稿共
4、二十九页哦微型计算机控制系统原理图微型计算机控制系统原理图第七页，讲稿共二十九页哦1.硬件组成硬件组成（1）主机（）主机（CPU）（2）I/O接口接口（3）通用外部设备）通用外部设备（4）检测元件及执行机构）检测元件及执行机构（5）操作台）操作台 控制系统的指挥中心，通过接口和软件对被测参数进行巡回检测，并进行数据处理、控制计算，报警处理和逻辑判断。向系统的各部分发出命令。单片机：8051、8096、Z80、PIC系列嵌如式控制器：ARM7系列、龙珠系列等微机CPU：8088、80286、80386、80486、80586等主机（CPU）与被控对象交流信息的纽带，与外部设备进行数据交换并行接口
5、：8155、8255串行接口：8251等扩充主机功能。显示、打印、存储和数据传输等。人机对话的纽带。向计算机输入程序、修改内存数据、显示被测参数、发出各种命令等第八页，讲稿共二十九页哦2微型机控制系统的软件微型机控制系统的软件软软件件是是指指能能完完成成各各种种功功能能的的计计算算机机程程序序的的总总和和。它它是是微微型型计计算算机机控控制制系系统统的的神神经经中中枢枢，整整个个系系统统的工作都是在程序的指挥下进行协调工作的。的工作都是在程序的指挥下进行协调工作的。软软件件通通常常分分为为两两大大类类：一一类类是是系系统统软软件件，另另一一类类是应用软件。是应用软件。常常用用的的组组态态软软件
6、件：iFIX，Intouch，WinCC，组组态王态王第九页，讲稿共二十九页哦微型计算机控制系统的工作原理微型计算机控制系统的工作原理实时数据采集：实时数据采集：实时数据采集：实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入实时控制决策：实时控制决策：实时控制决策：实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按照以定的控制规律，决定将要采取的控制行为。实时控制输出：实时控制输出：实时控制输出：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。周而复始，重复进行周而复始，重复进行周而复始，重复进行周而复始，重复进行实时性：实时性：实时性：实时性：信号的输入
7、、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，否则就会失去信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，否则就会失去信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，否则就会失去信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，否则就会失去控制地时机。也就是说计算机要对输入地信息以足够快地速度进行控制，否则就会控制地时机。也就是说计算机要对输入地信息以足够快地速度进行控制，否则就会控制地时机。也就是说计算机要对输入地信息以足够快地速度进行控制，否则就会控制地时机。也就是说计算机要对输入地信息以足够快地速度进行控制，否则就会产生失控。产生失控。产生失控。产生失控。第十页，讲稿共二十九页哦1.2 微
8、型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类 1操作指导控制系统操作指导控制系统 2直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC）3计算机监督系统（计算机监督系统（SCC）4分布控制系统分布控制系统 返回本章首页第十一页，讲稿共二十九页哦1操作指导控制系统操作指导控制系统 返回本节操作指导控制系统原理图操作指导控制系统原理图计算机的输出不直接参与控制，而是向操作人员提供相应的数据特点特点特点特点：简单、安全可靠适用场合适用场合适用场合适用场合：没有摸清控制规律计算机控制系统的初级阶段新数学模型的实验控制程序的调试第十二页，讲稿共二十九页哦2直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC）DDC控制系统
9、原理图控制系统原理图Direct Digital ControlDirect Digital Control特点特点特点特点：替代多个模拟调节器灵活性大、可靠性高方便采用复杂和新型控制规律适用场合适用场合适用场合适用场合：控制回路不是太多适用场合适用场合适用场合适用场合：没有摸清控制规律计算机控制系统的初级阶段新数学模型的实验控制程序的调试第十三页，讲稿共二十九页哦3计算机监督系统（计算机监督系统（SCC）Supervisory Computer ControlSCC+DCC控制系统原理图控制系统原理图SCC+模拟调节器控制系统原理图模拟调节器控制系统原理图模拟调模拟调节器节器计算机按照描述生
10、产过程的数学模型，计算出最佳给定值送给下计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值送给下一级的模拟调节器或一级的模拟调节器或DDC计算机，然后由模拟调节器或计算机，然后由模拟调节器或DDC计算机计算机控制生产过程控制生产过程特点：特点：带有一定的管理功能，优化功能带有一定的管理功能，优化功能系统的可靠性高系统的可靠性高整个系统的灵活性高，可进行给定值控制、顺序控制、最优整个系统的灵活性高，可进行给定值控制、顺序控制、最优控制和自适应控制等。控制和自适应控制等。有利于老企业的技术改造有利于老企业的技术改造有利于系统的进一步扩展有利于系统的进一步扩展第十四页，讲稿共二十九页哦Distrib
11、uted Control System4分布控制系统分布控制系统（DCS）第十五页，讲稿共二十九页哦DCS的技术基础：计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通的技术基础：计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术信网络技术特点：特点：集中监视、操作、管理，危险分散集中监视、操作、管理，危险分散通用性强、人机界面友好通用性强、人机界面友好采用软件组态方式编程和组建系统的效率高采用软件组态方式编程和组建系统的效率高模块和组件化结构，安装、调试简单方便模块和组件化结构，安装、调试简单方便通信功能强大、可提供与调节器、变频器、通信功能强大、可提供与调节器、变频器、PLC的接口的接口第十六页
12、，讲稿共二十九页哦5.CIMS计算机集成制造系统计算机集成制造系统Computer Integrated Manufacturing System将企业作为一个整体进行协调和控制，获得最高的效益和产出对整个企业的计划、采购、生产、销售等环节的信息进行采集传递和综合加工处理，利用最优化的思想进行决策采用分层结构进行递阶控制（Hierarchical Contol)，层次越高智能程度高，越低任务越具体。第十七页，讲稿共二十九页哦6.现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS）Fieldbus Control System将计算机总线、网络延伸到工业现场，实现现场设备的数字化和智能化特点：特点：数字
13、化信息传输，提高抗干扰性能，降低成本系统结构分散，智能分散方便的互联和互操作性，增强用户选择的余地开放的互联网络，面向用户和制造商；与高速网络互联第十八页，讲稿共二十九页哦1单片微型计算机单片微型计算机 2可编程控制器（可编程控制器（PLC）3STD总线工业控制机总线工业控制机 4工业工业PC机机5.人工智能人工智能1.3 微型计算机控制系统的发展趋势微型计算机控制系统的发展趋势 返回本章首页第十九页，讲稿共二十九页哦1.单片微型计算机单片微型计算机广泛应用于工业控制的各方面广泛应用于工业控制的各方面特点：特点：根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，方便、灵根据自己的实际需要开发、设计一
14、个单片机系统，方便、灵活、成本低。活、成本低。集成度高、功能强；结构合理；抗干扰能力强；指令丰富集成度高、功能强；结构合理；抗干扰能力强；指令丰富需要根据需要进行扩展如：需要根据需要进行扩展如：A/D、D/A转换接口，键盘接口、转换接口，键盘接口、LED显示接口、显示接口、DI或或DO以及通信接口以及通信接口需要进行编程需要进行编程开发效率比较低，产品的成熟度不是太高开发效率比较低，产品的成熟度不是太高第二十页，讲稿共二十九页哦2可编程控制器（可编程控制器（PLC）特点：特点：抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高 模块化结构，便于扩展，适应性好模块化结构，便于扩展，适应性好运行速度快运
15、行速度快 编程直观、简单编程直观、简单 功能完善，接口功能强功能完善，接口功能强 Programmable Logical Controller起起源源于于继继电电器器逻逻辑辑控控制制，主主要要用用于于条条件件、定定时时、计计数数、顺顺序序控控制，可扩展制，可扩展AD，DA，通信联网，通信联网，PID，FUZZY第二十一页，讲稿共二十九页哦3.STD总线工业控制机总线工业控制机STD的特点：的特点：（1）小板结构模块化设计）小板结构模块化设计165.1mm114.3mm（2）标准化及兼容性）标准化及兼容性,总线和电气特性总线和电气特性（3）面向）面向I/O设计设计（4）高可靠性）高可靠性第二十
16、二页，讲稿共二十九页哦4.工业工业PC机机工业工业PC机就是在原来个人计算机的基础上进行改机就是在原来个人计算机的基础上进行改造，使其在系统结构及功能模块的划分上更适合造，使其在系统结构及功能模块的划分上更适合工业过程控制的需要。在计算机中所使用的软件工业过程控制的需要。在计算机中所使用的软件在工业在工业PC中均可使用，使中均可使用，使PC的程序设计变得可的程序设计变得可方便、灵活。方便、灵活。第二十三页，讲稿共二十九页哦工业工业PC与个人与个人PC之间的差别之间的差别主板、电源、机箱（正压、防尘、抗震）、标准的主板、电源、机箱（正压、防尘、抗震）、标准的I/O板等板等第二十四页，讲稿共二十九页哦第二十五页，讲稿共二十九页哦第二十六页，讲稿共二十九页哦底板底板第二十七页，讲稿共二十九页哦如何在实践中应用微机控制技术如何在实践中应用微机控制技术采用成熟的标准的技术，如采用成熟的标准的技术，如PLC，工控机、智，工控机、智能调节器能调节器注意系统的结构，将危险分散注意系统的结构，将危险分散采用新型采用新型DCS和和FCS特殊场合采用单片机特殊场合采用单片机研究和应用新的控制算法研究和应用新的控制算法第二十八页，讲稿共二十九页哦本章到此结束本章到此结束!返回目录结束放映第二十九页，讲稿共二十九页哦