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1、第5章计算机控制及接口技术第5章计算机控制及接口技术5.1概述5.2工业控制计算机5.3计算机接口技术5.4计算机接口设计5.5D/A转换器5.6A/D转换器思考题第5章计算机控制及接口技术5.1概述5.1.1计算机控制系统的组成将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现,就组成了一个典型的计算机控制系统,如图5-1所示。第5章计算机控制及接口技术图5-1计算机控制系统的基本框图控制规律计算程序D/AA/D执行机构被控对象检测装置设定值+-反馈量被控量计算机第5章计算机控制及接口技术典型的机电一体化控制系统结构可用图5-2来示意,它可分为硬件和软件两大部分。
2、硬件是指计算机本身及其外围设备,一般包括中央处理器,内存储器,磁盘驱动器,各种接口电路,以A/D转换和D/A转换为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通道,以及各种显示、记录设备,运行操作台等。第5章计算机控制及接口技术图5-2典型计算机控制系统的组成框图I/O接口A/D多路开关传感器及变送器工业对象计算机主机操作台I/O接口D/A多路开关执行机构I/O接口数字量输入I/O接口数字量输出主机及操作台I/O接口电路I/O通道信号检测及变送被控对象I/O接口打印机I/O接口显示终端通用外围设备第5章计算机控制及接口技术(1)由中央处理器、时钟电路、内存储器构成的计算机主
3、机是组成计算机控制系统的核心部件,主要实现数据采集、数据处理、逻辑判断、控制量计算、越限报警等功能,并通过接口电路向系统发出各种控制命令,指挥全系统有条不紊地协调工作。(2)操作台是人?机对话的联系纽带。(3)通用外围设备主要是为了扩大计算机主机的功能而配置的。第5章计算机控制及接口技术(4)I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁。常用的I/O接口有并行接口和串行接口,I/O通道有模拟量I/O通道和数字量I/O通道。其中,模拟量I/O通道的作用是:一方面将经由传感器得到的工业对象的生产过程参数变换成二进制代码传送给计算机;另一方面将计算机输出的数字控制量
4、变换为控制操作执行机构的模拟信号,以实现对生产过程的控制。(5)传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变成电学量,如热电偶把温度变成电压信号,压力传感器把压力变成电信号等等。变送器的作用是将传感器得到的电信号转变成适用于计算机接口使用的标准的电信号(如0~10mADC)。第5章计算机控制及接口技术系统软件是由计算机的制造厂商提供的,用来管理计算机本身的资源和方便用户使用计算机的软件。常用的有操作系统、开发系统等,它们一般不需用户自行设计编程,只需掌握使用方法或根据实际需要加以适当改造即可。应用软件是用户根据要解决的控制问题而编写的各种程序,比如各种数据采集、滤波
5、程序,控制量计算程序,生产过程监控程序等。在计算机控制系统中,软件和硬件不是独立存在的,在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调,只有这样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。第5章计算机控制及接口技术5.1.2计算机在控制中的应用方式1.操作指导控制系统如图5-3所示,在操作指导控制系统中,计算机的输出不直接用来控制生产对象。第5章计算机控制及接口技术图5-3计算机操作指导控制系统示意图A/D多路开关传感器控制器人生产过程……控制量设定值操作指导参考数据测量值操作指导计算机第5章计算机控制及接口技术2.直接数字控制系统直接数字控制DDC(DirectDigi
6、talControl)系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式,其结构如图5-4所示。第5章计算机控制及接口技术图5-4直接数字控制系统的结构生产过程检测执行输入通道输出通道接口接口计算机显示打印设定值……第5章计算机控制及接口技术3.监督计算机控制系统在监督计算机控制SCC(SupervisoryComputerControl)系统中,计算机根据工艺参数和过程参量检测值,并按照所设计的控制算法进行计算,计算出最佳设定值后直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机,最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。SCC系统有两种类型,一种是SCC+模拟调节器,另一种是
7、SCC+DDC控制系统。监督计算机控制系统的构成示意图如图5-5所示。(1)SCC+模拟调节器的控制系统。(2)SCC+DDC的控制系统。第5章计算机控制及接口技术图5-5监督计算机控制系统的构成示意图a)SCC+模拟调节器系统;b)SCC+DDC系统4A/D多路开关传感器模拟调节器生产过程……设定值测量值SCC计算机输入输出A/D多路开关传感器多路开关生产过程……设定值测量值SCC计算机输入输出D/ADDCab第5章计算机控制及接口技术4.分级计算机控制系统图5-6是一个四级计算机控制系统。其中,过程控制级为最底层,对生产设备进行直接数字控制;车间管理级负责本
