(b)
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计 算 机
这属于计算机在线最优控制的一种形式。当上位机
出现故障时，可由下位机独立完成控制。下位机直
接参与生产过程控制，要求其实时性好，可靠性高 和抗干扰能力强；而上位机承担高级控制与管理任 务，应配置数据处理能力强，存储容量大的高档计 算机。
分级计算机控制系统
分散控制系统--是以微处理器为基础，借助于计 算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制的 先进计算机控制系统。由于早期开发的分散控制 系统在体系结构上具有分散式系统的特征，因此 国外将该类系统取名为分散控制系统，国内也有 人将其称为集散型控制系统，或者是分布式控制 系统。分散控制系统简称为DCS。DCS 采用分散 控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协 调的设计原则。
计算机控制技术--是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的 一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运 动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其 重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术 又是一个主要的实现手段。本书立足于工业自动化的领域，讨 论这种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关 技术及其工程应用。下图为一个制药车间的自动化生产流程。
第一章
微型计算机控制系统概述
本章要点 1.了解计算机控制系统的基本概念 2.了解计算机控制系统硬件组成与软件 组成。 3. 初步认识微型计算机控制系统分类与 发展趋势
本章主要内容
引言
1.1
1.2 1.3
微机控制系统的组成
微机控制系统的分类 微机控制系统的发展概况及趋势
引言
报告
人工监管
给定值 测量值
给定值
测量值
DDC A/D D/A
A/D
多路开关
多路开关
反多路开关 检测元件 检测元件
生产过程 生产过程
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SSC
生 产 过 程
调节
测量
模 拟 调节器
(a)
设定值
工艺数据 记录 显示 打印
计 算 机
生 产 过 程
调节 测量
SSC
DDC 计算机
设定值
工艺数据 记录 显示 打印
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计算机监督系统（SCC）
计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称SCC系统。 SCC系统有两种不 同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器，另 一种是SCC+DDC控制系统。 （1）SCC+模拟调节器控制系统 （2）SCC+DDC控制系统
管理命令 管理命令 报告 人工监管
开环控制系统
r
给定值 控制器
u
控制作用
执行器
q
操纵变量
被控对象
y
被控量
(b) 开环控制系统
开环控制系统--不同于闭环系统，它不需要被控 对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动 执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单 方向的。开环控制系统不能自动消除被控量与给定 值之间的偏差，其控制性能不如闭环系统。
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。
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。
★ 实时控制系统必定是在线系统。
单片微型计算机
随着微电子技术与超大规模集成技术的 发展，计算机技术的另一个分支 ── 超小型 化 的 单 片 微 型 计 算 机 (Single Chip Microcomputer) 简称单片机诞生了。它是 将 CPU 、存储器、串并行 I/O 口、定时 / 计数 器、甚至A/D转换器、脉宽调制器、 图形控 制器等功能部件全都集成在一块大规模集成 电路芯片上，构成了一个完整的具有相当控 制功能的微控制器。
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1.3.2 微机控制系统的发展趋势
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可编程控制器
可编程逻辑控制器--简称可编程控制器或PLC，是计算 机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，其低端为常 规继电逻辑控制的替代装置，而高端为一种高性能的工 业控制计算机。它主要由CPU、存储器、输入组件、输 出组件、电源及编程器等组成。外观如图所示。
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1.3 微机控制系统的发展概况及趋势
1946年世界上第一台电子计算机ENICA问世 1·3·1计算机控制系统的发展概况 1．计算机控制技术的发展过程 ► 开创时期（1955～1962年） ► 直接数字控制时期（1962～1967年） ► 小型计算机时期（1967～1972年） ► 微型计算机时期（1972年～至今）
程之间信息传递和变换的连接通道）

模拟量输入通道AI 模拟量输出通道AO 开关量输入通道DI 开关量输出通道DO
★外部设备


输入设备
输出设备
外存储器
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器 键盘（功能键和数字键）
计算机控制系统的软件组成
软件是指能完成各种功能的计算机程序的总 和。它是微型计算机控制系统的神经中枢， 整个系统的工作都是在程序的指挥下进行 协调工作的。软件通常分为两大类：一类 是系统软件，另一类是应用软件。
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1.1 微型计算机控制系统的组成
图1-3 微型计算机控制系统原理图 微机控制系统的组成：微型计算机、接口电路、外部通用设 备和工业生产对象等组成。
计算机控制系统的硬件组成
★ 主机（单片机、CPU）

中央处理器（CPU） 内存储器(RAM和ROM)
★接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁 ★过程输入/输出通道（计算机和控制过
的外形类似普通计算机，如图所示。
不同的是它的外壳采用全钢标准的工业加固型机 架机箱，机箱密封并加正压送风散热，机箱内的原普 通计算机的大主板变成通用的底板总线插座系统，将 主板分解成几块PC插件，采用工业级抗干扰电源和 工业级芯片，并配以相应的工业应用软件。 总线式工控机具有小型化、模板化、组合化、 标准化的设计特点，能满足不同层次、不同控制对象 的需要，又能在恶劣的工业环境中可靠地运行。因而， 它广泛应用于各种控制场合，尤其是十几到几十个回 路的中等规模的控制系统中。
可编程控制器（PLC）特点：
一种数字运算操作的电子系统,专为工业环 境下应用而设定;
采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序 控制、定时、计数和算术操作的指令，并通过数字式、模拟 式的输入和输出； 应用广泛--不仅在顺序程序控制领域中具有优势，而且在运动 控制、过程控制、网络通信领域方面也毫不逊色； PLC具有系统构成灵活，扩展容易，编程简单，调试容易， 抗干扰能力强；
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现场总线控制系统 FCS
操 作 站
LAN（局域网）
服务器
H2现场总线 ……. 现场节点
H1
H1
网 桥
模拟量输 入功能块 AI110
H1现场总线
控制功能块 差压变 送 器 PIDI10 AOI10 …... 模拟量输出 功能块
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现场总线控制系统即FCS--是新一代分布式控制结 构。该系统改进了DCS成本高和由于各厂商的产品通 信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用集管理 控制功能于一身的工作站与现场总线智能仪表的二层 结构模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型现场 仪表中去，形成一个彻底的分散控制模式。每个现场 仪表(例如变送器、执行器)都作为一个智能节点，都 带CPU单元，可分别独立完成测量、校正、调节、诊 断等功能，靠网络协议把它们连接在一起统筹工作。
现场总线控制系统（FCS）
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操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。 缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
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操作指导控制系统 --是基于数据采集系统的一 种开环结构。计算机根据采集到的数据以及工艺 要求进行最优化计算，计算出的最优操作条件， 并不直接输出控制被控对象，而是显示或打印出 来，操作人员据此去改变各个控制器的给定值或 操作执行器，以达到操作指导的作用。它相当于 模拟仪表控制系统的手动与半自动工作状态。 OGC 系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。 缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能同时 控制多个回路。
图1-3 计算机控制系统原理框图
图1-2 计算机控制系统原理图
计算机控制系统的工作原理
a.实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬 时值进行采集和输入 ；
b.实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比 较和处理，按一定的控制规 律运算，进行控制决策； c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器 发出控制信号，完成监控任 务；
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直接数字控制系统（DDC）
CRT 打印机 计 算 机 输入通道 (AI.DI） 生 产 过 程
报
警
操作台
输出通道 (AO.DO)
★ 要求：实时性好、可靠性高和适应性强 ★ 一台计算机通常要控制几个或几十个回路
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DDC 系统 -- 是用一台计算机不仅完成对多个被控参 数的数据采集，而且能按一定的控制规律进行实时决 策，并通过过程输出通道发出控制信号，实现对生产 过程的闭环控制，为了操作方便，DDC系统还配置一 个包括给定、显示、报警等功能的操作控制台。DDC 系统中的一台计算机不仅完全取代了多个模拟调节器， 而且在各个回路的控制方案上，不改变硬件只通过改 变程序就能有效地实现各种各样的复杂控制。
计算机闭环控制系统原理组成
控制计算机 生产过程
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