微机控制系统概述.pptx

西南科技大学网络教育12.12.1微机控制系统微机控制系统一、优点一、优点 1.1.帮助操作人员选择最优工艺和最佳操作参数；帮助操作人员选择最优工艺和最佳操作参数；2.2.实现用传统方法难以完成的控制规律；实现用传统方法难以完成的控制规律；3.3.降低原料和能源消耗，减少成本；降低原料和能源消耗，减少成本；4.4.提高产品的产量和质量。提高产品的产量和质量。二、组成二、组成 由微机和其他工业生产对象两大部分组成，包括硬件和软件。由微机和其他工业生产对象两大部分组成，包括硬件和软件。微微机机控控制制系系统统本本身身是是通通过过各各种种接接口口和和外外部部设设备备与与生生产产过过程程发发生生关关系系，并对生产过程进行数据处理及控制的。并对生产过程进行数据处理及控制的。（一）硬件（一）硬件 硬件是由主机、接口电路及外部设备组成：硬件是由主机、接口电路及外部设备组成：第1页/共19页西南科技大学网络教育2 1.1.主主机机（CPUCPU）：通通过过接接口口可可向向系系统统的的各各个个部部分分发发出出各各种种控控制制命命令令，同同时时对对系系统统的的各各参参数数进进行行巡巡回回检检测测、数数据据处处理理以以及及完完成成控控制计算、报警处理、逻辑判断等；制计算、报警处理、逻辑判断等；2.2.接口与输入输出通道：是主机与控对象进行信息交换的纽带；接口与输入输出通道：是主机与控对象进行信息交换的纽带；3.3.通通用用外外部部设设备备：是是为为了了扩扩大大主主机机功功能能而而设设置置的的，用用来来显显示示、打打印、存储及传递数据等；印、存储及传递数据等；4.4.检测元件及仪表检测元件及仪表.5.5.操操作作台台：是是人人-机机对对话话的的纽纽带带，通通过过它它人人们们可可以以向向计计算算机机输输入入程程序序，修修改改内内存存的的数数据据，显显示示被被测测参参数数以以及及发发出出各各种种操操作作指指令令等：等：（1 1）作作用用开开关关：如如电电源源开开关关、数数据据和和地地址址选选择择开开关关以以及及操操作作方方式选择开关等；式选择开关等；（2 2）功功能能键键：目目的的是是通通过过功功能能键键向向主主机机申申请请中中断断服服务务，如如复复位位键、启动键、打印键、显示键等；键、启动键、打印键、显示键等；第2页/共19页西南科技大学网络教育3 （3 3）LEDLED数数码码管管及及CRTCRT显显示示：显显示示被被测测参参数数及及操操作作人人员员所所感感兴兴趣趣的的内内容容，如如被被控控系系统统的的流流程程图图、开开关关状状态态图图、时时序序图图、表表格格式式显示显示 以及报警索引等；以及报警索引等；（4 4）数据键：用来送入数据或修改被控系统的参数。）数据键：用来送入数据或修改被控系统的参数。（二）软件（二）软件 指指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，如如操操作作、管管理理、监监控控和和自自诊断等。诊断等。软件是计算机系统的神经中枢，从功能上可分为：软件是计算机系统的神经中枢，从功能上可分为：1.1.系统软件系统软件：由微机设计者提供，专门用来使用和管理计算机本身：由微机设计者提供，专门用来使用和管理计算机本身 的程序；的程序；2.2.应用软件应用软件：面向用户本身的程序，主要内容包括：面向用户本身的程序，主要内容包括：（1 1）过过程程监监测测：巡巡回回检检测测程程序序、数数据据处处理理程程序序、上上下下限限检检查查及及报报警警程程序序、操操作作面面板板服服务务程程序序、数数字字滤滤波波及及标标度度变变换换程程序序、判判断断程序、过程分析程序；程序、过程分析程序；第3页/共19页西南科技大学网络教育4（2 2）过程控制计算：）过程控制计算：控控制制算算法法程程序序：PIDPID算算法法、模模糊糊控控制制算算法法、最最优优化化控控制制、串串级级调节、比值调节、前馈调节、系统辨识及其它；调节、比值调节、前馈调节、系统辨识及其它；事故处理程序事故处理程序 信息管理程序：信息生成调度、文件管理、输出、显示、打印；信息管理程序：信息生成调度、文件管理、输出、显示、打印；（3 3）公公共共服服务务程程序序：基基本本运运算算程程序序、函函数数运运算算程程序序、数数码码转转换换程程序、序、格式编码程序。格式编码程序。3.3.数据库及数据库管理系统数据库及数据库管理系统：建立存放数据的表格和形式，查询、显示、调用和修改数据，建立存放数据的表格和形式，查询、显示、调用和修改数据，主要用于大量的数据管理及资料检索系统。主要用于大量的数据管理及资料检索系统。第4页/共19页西南科技大学网络教育5三、分类三、分类（一）操作指导控制系统（一）操作指导控制系统 属开环控制型结构，微机的输出部分不直接与生产过程的各个属开环控制型结构，微机的输出部分不直接与生产过程的各个控制环节发生联系，只是对系统过程参数进行收集，加工处理，然控制环节发生联系，只是对系统过程参数进行收集，加工处理，然后输出数据，由操作人员按计算数据进行必要的操作。后输出数据，由操作人员按计算数据进行必要的操作。微微机机A/D转转换换采采样样器器测测量量元元件件工工业业对对象象CRT显示显示打印机打印机人人图图2.1 2.1 操作指导控制系统原理图操作指导控制系统原理图第5页/共19页西南科技大学网络教育6优点：结构简单、控制灵活和安全。优点：结构简单、控制灵活和安全。缺点：由人工控制，速度受到限制，且不能控制多个对象。缺点：由人工控制，速度受到限制，且不能控制多个对象。使用场合：进行数据检测处理及试验新的数学模型和调试新的控制使用场合：进行数据检测处理及试验新的数学模型和调试新的控制程序。程序。（二）直接数字控制系统（二）直接数字控制系统（DDCDDC）Direct Digtal ControlDirect Digtal Control 用一台微机对多个被控参数进行巡回检测，将被测结果与设定用一台微机对多个被控参数进行巡回检测，将被测结果与设定值进行比较，再按事先规定的控制规律进行控制运算，然后输出到值进行比较，再按事先规定的控制规律进行控制运算，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。执行机构，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值。优点：优点：1.1.由于微机计算速度快，一台微机可代替多个模拟调节器；由于微机计算速度快，一台微机可代替多个模拟调节器；2.2.由于计算机数据处理功能强，可实现各种复杂控制，灵活性大，由于计算机数据处理功能强，可实现各种复杂控制，灵活性大，可靠性高。可靠性高。第6页/共19页西南科技大学网络教育7人工监督人工监督设定值设定值测量值测量值A/DDDC微机微机D/A多路开关多路开关检测元件检测元件反多路开关反多路开关生产过程生产过程管理命令管理命令报告报告图图2.2 DDC2.2 DDC控制系统原理图控制系统原理图第7页/共19页西南科技大学网络教育8（三三）计计算算机机监监督督控控制制系系统统（SCCSCC）Supervisory Supervisory Computer Computer Control Control 在在SCCSCC系系统统中中，是是由由计计算算机机按按照照描描述述生生产产过过程程的的数数学学模模型型，计计算算出出最最佳佳给给定定值值送送给给模模拟拟调调节节器器或或DDCDDC计计算算机机，最最后后由由模模拟拟调调节节器器或或DDCDDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状况。计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状况。从结构上讲，从结构上讲，SCCSCC系统分为两种：系统分为两种：1.SCC+1.SCC+模拟调节器系统模拟调节器系统 在此系统中，在此系统中，SCCSCC监督计算机的作用是收集检测信号及接受管理监督计算机的作用是收集检测信号及接受管理命令，然后按照一定的数学模型计算后，输出给定值到模拟调节器，命令，然后按照一定的数学模型计算后，输出给定值到模拟调节器，此给定值在模拟调节器中与检测值进行比较，其偏差值经模拟调节此给定值在模拟调节器中与检测值进行比较，其偏差值经模拟调节器计算后输出到执行机构，以达到调节生产过程的目的，这样可以器计算后输出到执行机构，以达到调节生产过程的目的，这样可以根据生产情况的变化，不断的改变给定值，以达到实现最优控制的根据生产情况的变化，不断的改变给定值，以达到实现最优控制的目的。目的。第8页/共19页西南科技大学网络教育9SCC计算机计算机设定值设定值测量值测量值A/D多路开关多路开关检测元件检测元件生产过程生产过程管理命令管理命令报告报告TT图图2.3 SCC+2.3 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第9页/共19页西南科技大学网络教育102.SCC+DDC2.SCC+DDC控制系统控制系统 该系统为两极计算机控制系统，一级为监督级该系统为两极计算机控制系统，一级为监督级SCCSCC，其作用与，其作用与SCC+SCC+模拟调节器中的模拟调节器中的SCCSCC一样，用来计算最佳给定值，直接数字控制一样，用来计算最佳给定值，直接数字控制器器DDCDDC则由单片机来完成，用以将给定值与测量值进行比较，其偏差则由单片机来完成，用以将给定值与测量值进行比较，其偏差由单片机进行数字控制计算，然后经由单片机进行数字控制计算，然后经D/AD/A转换器和反多路开关分别控转换器和反多路开关分别控制各个执行机构进行调节。制各个执行机构进行调节。第10页/共19页西南科技大学网络教育11SCC计算机计算机设定值设定值测量值测量值A/DDDCD/A多路开关多路开关检测元件检测元件反多路开关反多路开关生产过程生产过程管理命令管理命令报告报告图图2.4 SCC+DDC2.4 SCC+DDC控制系统原理图控制系统原理图第11页/共19页西南科技大学网络教育12 3.3.区别区别：一一般般的的模模拟拟系系统统是是不不能能随随便便改改变变给给定定值值的的，因因此此SCC+SCC+模模拟拟调调节节器器系系统统特特别别适适合合老老企企业业的的技技术术改改造造工工程程，既既用用上上了了原原有有的的模模拟拟调节器，又实现了最佳给定值控制；调节器，又实现了最佳给定值控制；SCC+DDCSCC+DDC控控制制系系统统中中控控制制规规律律可可以以改改变变，所所以以使使用用更更加加灵灵活活，且一台且一台DDCDDC可控制多个回路，使系统组成比较简单。可控制多个回路，使系统组成比较简单。4.4.SCCSCC系统与系统与DDCDDC的区别的区别 SCCSCC系统比系统比DDCDDC系统有更大的优越性，可以接近于生产的实际系统有更大的优越性，可以接近于生产的实际情况，切当系统中的模拟调节器或情况，切当系统中的模拟调节器或DDCDDC控制器出现故障时，可用控制器出现故障时，可用SCCSCC系统代替调节器进行调节，提高了系统的可靠性，但由于生产系统代替调节器进行调节，提高了系统的可靠性，但由于生产过程的复杂性，其数学模型建立比较困难，因此系统实现起来比过程的复杂性，其数学模型建立比较困难，因此系统实现起来比较困难。较困难。第12页/共19页西南科技大学网络教育13（四）分布式控制系统（四）分布式控制系统（DCSDCS）Distributed Control SystemsDistributed Control Systems 是是分分级级结结构构系系统统，是是以以一一个个主主计计算算机机和和两两个个或或更更多多计计算算机机为为基基础础的的一一种种体体系系结结构构，也也叫叫主主从从结结构构或或树树形形结结构构。在在这这种种系系统统中中只只有有必必要要的的信信息息才才传传送送到到上上一一级级计计算算机机或或中中央央控控制制室室，检检测测和和数数据据处处理理任任务务都都由由单单片片机机组组成成的的前前置置控控制制机机就就地地解解决决问问题题，可可避避免免传传输输误误差差和系统的复杂化。和系统的复杂化。1.1.功能功能（1 1）随随着着半半导导体体技技术术的的发发展展，目目前前已已经经开开始始把把单单片片微微型型计计算算机机用用于于传传感感器器或或执执行行机机构构，即即所所谓谓的的智智能能仪仪表表或或智智能能化化传传感感器器。在在这这类类仪仪表表或或传传感感器器中中，单单片片机机用用来来完完成成数数据据采采集集、校校准准、计计算算、误误差差修修正正及及线线性性化化补补偿偿，即即由由智智能能仪仪表表或或智智能能化化传传感感器器构构成成分分布布式式控控制制系系统统的现场级仪表。的现场级仪表。（2 2）实实现现控控制制算算法法：采采用用单单片片机机作作为为调调节节器器，对对系系统统进进行行开开环环或或闭闭环环控控制制，可可根根据据需需要要灵灵活活地地改改变变算算法法，且且能能完完成成一一般般模模拟拟系系统统所所不不能完成的调节功能。能完成的调节功能。第13页/共19页西南科技大学网络教育14（3 3）实实现现人人-机机对对话话：操操作作人人员员可可以以通通过过操操作作台台向向计计算算机机设设置置给给定定值值、参参数数及及请请求求打打印印数数据据，计计算算机机把把装装置置和和设设备备的的状状态态信信息息、处处理理结果及报警信号输送给操作人员。结果及报警信号输送给操作人员。（4 4）实实现现通通信信：可可实实现现微微机机之之间间、微微机机与与上上位位机机之之间间以以及及微微机机与与装装置之间通信，进行信息交换。置之间通信，进行信息交换。（5 5）打打印印和和显显示示数数据据：系系统统可可根根据据需需要要进进行行打打印印及及显显示示，现现多多用用CRTCRT以图形或报表的形式进行显示。以图形或报表的形式进行显示。（6 6）能进行自诊断和错误检测：现在的分布式控制系统为用户提）能进行自诊断和错误检测：现在的分布式控制系统为用户提高了众多的系统资源状态检查、修改命令。用户使用这些命令检查高了众多的系统资源状态检查、修改命令。用户使用这些命令检查执行结果以及观察相应设备的状态，便可以方便地诊断出硬件故障，执行结果以及观察相应设备的状态，便可以方便地诊断出硬件故障，并可显示在屏幕上。此外还可以使用不同的软件诊断卡来完成不同并可显示在屏幕上。此外还可以使用不同的软件诊断卡来完成不同的诊断。的诊断。2.2.特点特点 分布式控制系统采用分散控制、集中管理的方法，有如下特点：分布式控制系统采用分散控制、集中管理的方法，有如下特点：第14页/共19页西南科技大学网络教育15 （1 1）有很高的可靠性；有很高的可靠性；（2 2）速度快；速度快；（3 3）系统模块化；系统模块化；（4 4）价格低；价格低；（5 5）设计、开发、维护简便，具有很大的灵活性。设计、开发、维护简便，具有很大的灵活性。3.3.常用结构常用结构：分级结构；完全互连式结构；网状结构；星形结构；总线式结构；分级结构；完全互连式结构；网状结构；星形结构；总线式结构；共享存储器式结构；开关转换结构；环形结构；无线电网络结构。共享存储器式结构；开关转换结构；环形结构；无线电网络结构。第15页/共19页西南科技大学网络教育162.2 2.2 微机控制系统的发展趋势微机控制系统的发展趋势 微机控制系统的发展趋势有如下几个方面：微机控制系统的发展趋势有如下几个方面：一、可编程控制器（一、可编程控制器（PCPC）Programmable ControlProgrammable Control 是是以以微微处处理理器器为为基基础础，综综合合了了计计算算机机技技术术、自自动动控控制制技技术术和和通通信信技技术术（简简称称3C3C）发发展展起起来来的的一一种种新新型型工工业业自自动动控控制制装装置置，是是采采用用微型机芯片，根据工业生产特点发展起来的一种控制器。微型机芯片，根据工业生产特点发展起来的一种控制器。（一）特点（一）特点：1.1.可可靠靠性性高高，有有较较强强的的抗抗干干扰扰能能力力便便于于工工业业现现场场能能够够使使用用，具有停电保护、自诊断等功能；具有停电保护、自诊断等功能；2.2.采用功能模块化结构，可根据要求进行组合和扩充；采用功能模块化结构，可根据要求进行组合和扩充；3.3.具有独立的编程器，编程简单，易于掌握；具有独立的编程器，编程简单，易于掌握；4.4.价格低廉。价格低廉。第16页/共19页西南科技大学网络教育17（二）（二）PCPC应用的步骤应用的步骤：1.1.画出工艺控制流程；画出工艺控制流程；2.2.设计输入设计输入/输出分配表；输出分配表；3.3.作出梯形图。作出梯形图。二、集散控制系统二、集散控制系统 是是 分分 散散 型型 综综 合合 控控 制制 系系 统统（Total Total Distributed Distributed Control Control SystemsSystems）和和 分分 散散 型型 微微 处处 理理 器器 控控 制制 系系 统统(Distributed(Distributed Microprocessor Control Systems)Microprocessor Control Systems)的简称。的简称。（一）组成：（一）组成：集散控制系统的组成框图如图所示：集散控制系统的组成框图如图所示：以微处理器为核心，把微机、工业控制计算机、数据通信系统、以微处理器为核心，把微机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，为组输出通道、模拟仪表等有机地结合起来，为组合系统的综合自动化创造了条件。合系统的综合自动化创造了条件。自动控制方式的设定值，可由操作人员在数据输入板自动控制方式的设定值，可由操作人员在数据输入板DEPDEP上设定。上设定。数据采集器用来收集现场控制信息和过程变化的信息。数据采集器用来收集现场控制信息和过程变化的信息。第17页/共19页西南科技大学网络教育18管理计算机管理计算机监控计算机监控计算机CRT操作台操作台高速数据通道高速数据通道基本基本控制器控制器数据数据采集器采集器基本基本控制器控制器工工业业对对象象DEP面板面板小小规规模模大大规规模模中中规规模模图图2.5集散系统组成框图集散系统组成框图第18页/共19页西南科技大学网络教育19（二）（二）优点优点 控控制制算算式式先先进进、精精度度高高、响响应应速速度度快快、仪仪表表控控制制系系统统安安全全可可靠靠、维护方便。维护方便。三、神经网络控制系统三、神经网络控制系统 神经网络神经网络NNNN（Neural NetworkNeural Network）的主要特点：）的主要特点：1.1.大规模的并行处理；大规模的并行处理；2.2.分布式的信息存储；分布式的信息存储；3.3.良好的自适应性、自组织性；良好的自适应性、自组织性；4.4.很强的学习功能、联想功能和容错功能。很强的学习功能、联想功能和容错功能。目前三种典型的目前三种典型的NNNN模型：模型：1.1.分层网络的感知模型；分层网络的感知模型；2.2.联想型网络的联想型网络的 HopfieldHopfield模型；模型；3.3.具有组织能力的认知机模型。具有组织能力的认知机模型。第19页/共19页