1第一章 微型计算机控制系统概述

第一章微型计算机控制系统概述计算机的分类：巨型机、大型机、小型机和微型机微型机的发展：位数：4位、8位、16位、32位、64位CPU：8088、8086、80286—Pentium结构：单板机、单片机、STD总线工控机、工业PC机嵌入式系统微型计算机控制系统的应用国防：卫星、火箭、导弹、反导弹导弹工业：石油化工、汽车、数控机床、集成制造系统农业：大棚的温度湿度控制、低成本自动化医疗：各种医疗器械、生物医学工程其他：家用电器、模拟高尔夫、模拟驾校数字化、集成化、网络化、虚拟化是自动控制的发展方向系统硬件由微型机与其它器件和装置适当连接而成，在软件的操作下协调运行，以执行预定的测量或控制任务，这些硬件和软件的总体就是微型计算机控制系统，也称微机测控系统。微型计算机控制系统的概念第一章微型计算机控制系统概述1.1微型计算机控制系统的组成1.2微型计算机控制系统分类1.3微型计算机控制系统的发展趋势1.1微型计算机控制系统的组成典型的连续控制闭环控制系统框图（如图1-0-1）图1-0-1计算机控制系统基本框图把图1-0-1中的控制器用数字调节器来代替，就可以构成微型计算机控制系统（如图1-0-2）图1-0-2微型计算机接口电路检测及变送输入输出通道外部通用设备工业生产对象操作台1.1微型计算机控制系统组成图1-1微型计算机控制原理图1.1.1微型机控制系统硬件结构（1）主机（CPU）：指挥部(命令、数据处理、控制计算等）（2）I/O接口：主机与被控对象信息交换的通道（3）通用外部设备：显示、打印、存储及传送数据（4）检测元件及执行机构：过程数据采集、转换；控制各参数的流入量（5）操作台：人机对话的纽带作用开关、功能键、LED数码管及CRT显示、数字键硬件是控制系统的物质基础，在软件的协调下运行，实现对生产过程或被控对象参数的检测，完成对生产过程或被控对象的控制任务。1.1.2微型机控制系统软件定义：软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和，如操作、监控、管理、计算和自诊断程序等。分类按使用的语言分：机器语言、汇编语言、高级语言按功能分：系统软件、应用软件系统软件：专门用来使用和管理计算机的程序。各种语言的汇编、解释和编译软件，监控管理程序、操作系统、调整程序以及故障诊断程序应用软件：面向生产过程的程序。A/D、D/A转换、数据采样、数字滤波、键盘处理、过程控制程序（PID运算、数字控制程序）等等。返回本节1.2微型计算机控制系统分类按照系统的功能分类：1.2.1操作指导控制系统1.2.2直接数字控制系统（DDC）1.2.3计算机监督系统（SCC）1.2.4嵌入式系统1.2.5现场总线控制系统(FCS)返回本章目录1.2.1操作指导控制系统定义：计算机的输出不直接控制生产对象，只对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据；操作人员根据这些数据进行设定值的改变或必要的操作。特点：简单、安全可靠，适用于实验、调试缺点：人工操作、速度不能太快、不能同时操作几个回路；相当于模拟仪表控制的手动与半自动工作状态。操作指导控制系统原理图图1-2返回本节1.2.2直接数字控制系统（DDC）定义：DDC(DirectDigitalControl)控制是用一台微型机对多个被测参数进行巡回检测，检测结果与设定值比较，在按照PID规律或直接数字控制运算进行控制运算，然后输出到执行机构，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。特点：•灵活性大、可靠性高•复杂控制规律（串级控制、前馈控制、自动选择控制、大滞后控制等）•一台微型机可代替多个模拟调节器DDC数字控制系统原理图图1-3返回本节1.2.3计算机监督系统（SCC）SupervisoryComputerControl（SCC系统）定义：由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模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或者DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状况。SCC系统两种结构形式（1）SCC+模拟调节器控制系统（2）SCC+DDC控制系统图1-4图1-5SCC+模拟调节器控制系统原理图SCC+DCC控制系统原理图返回本节计算机监督系统（SCC）的优点和不足较DDC系统更接近生产变化的实际情况，实现最优控制不仅可以进行给定值控制，还可进行顺序控制、最优控制以及自适应控制当模拟器或DDC控制器发生故障时，可用SCC系统代替调节器进行调节操作指导系统和DDC系统的综合与发展。不足：建立数学模型困难，系统实现比较困难1.2.4嵌入式系统嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。包括硬件和软件两部分。嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器，其特点：（1）对实时多任务有很强的支持能力；（2）具有功能很强的存储区保护功能；（3）可扩展的处理器结构；（4）嵌入式微处理器必须功耗很低。嵌入式计算机的分类：1.嵌入式微处理器(EmbeddedMicroprocessorUnit，EMPU)2.嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,EMCU)3.嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)4.嵌入式片上系统(SystemOnChip)前进1.2.6现场总线控制系统（FCS）现场总线：是连接智能现场设备和自动化系统之间的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。（数字通信协议）现场总线控制系统（FieldbusControlSystem）是采用现场总线作为通信系统的控制系统特点：（1）数字化的信息传输（2）分散的系统控制（3）方便的互操作性（4）开放的互联网络（5）多种传输媒介和拓扑结构图1-8返回本节现场总线控制系统结构1.3.1单片微型计算机1.3.2可编程逻辑控制器（PLC）1.3.3STD总线工业控制机1.3.4工业PC机1.3微型计算机控制系统的发展概况及趋势返回本章目录1.3.1单片微型计算机单片机：单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），把CPU、ROM、RAM、I/O接口，以及定时器/计数器都集成到一个芯片上。特点：（1）集成度高、功能强（2）结构合理（3）抗干扰能力强（4）指令丰富1.3.2可编程控制器（PLC）PLC的组成：中央处理单元（CPU）、存储器、电源部件、输入输出部件、编程装置和编程软件、外部设备（人/机接口、外存储器、EPROM写入器）、智能接口模块（高速记数模块、闭环控制模块、运动控制模块、通信模块）PLC的功能：条件控制、定时控制、技术控制、顺序控制、A/D、D/A转换、数据处理、通信与联网返回本节可编程控制器（PLC）的分类低档PLC以开关量（逻辑控制）为主，适用于单机顺序控制系统中档PLC不但可以进行逻辑控制，还可对模拟量进行检测和调节高档PLC与工业控制计算机十分接近，具有计算、控制和调节功能，还具有网络结构和较强的通信联网能力。1.3.3STD总线工业控制机工业控制机是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机。返回本节工控机机箱1.3.3STD总线工业控制机STD——英文Standard的缩写。STD总线工控机是20世纪80年代发展起来的广泛应用于工业过程控制的计算机系统。STD总线是目前工业控制中应用最多的总线之一。特点：（1）小板结构模块化设计（2）标准化及兼容性（3）面向I/O设计（4）高可靠性STD总线工业控制机系统组成原理图返回本节1.3.4工业PC机工业PC机：在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工业过程控制的需要。差别：（1）将PC机的大母板改为通用的底版总线插座系统（2）将母板分成几块PC插件（如CPU板、存储器板等）（3）把原PC电源改为工业电源（4）采用密封机箱，内部正压送风（5）配以相应的工业应用软件优点：（1）丰富的软件资源，软件开发更加方便；（2）STD总线工控机的模块化PC机基本组成框图工业PC机基本组成框图1.3.5微型计算机控制系统的发展趋势1.大力推广应用成熟的先进技术(1)普及应用可编程控制器(2)广泛使用智能化调节器(3)采用新型的DCS和FCS2.大力研究和发展智能控制系统(1)分级递阶智能控制系统(2)模糊控制系统(3)专家控制系统(4)学习控制系统3.嵌入式系统的应用将更加深入返回本章目录结束放映