计算机控制技术在工业上的应用发展
一、概述
在近10多年里，计算机技术得到了极大的发展和完善；无论是在系统硬件成本，还是在计算速度和存贮容量方面都取得了很大的进步。特别是面向用户的编程语言也大大简化了。同时，由于采用了更多的可靠元件、尖端的设计工艺，增加了容错技术、冗余诊断程序，系统的可靠性也得到较大的提高；传统的过程控制功能与诸如生产计划、调度、优化及操作控制等实时信息处理和决策应用的不断渗透、融合，使通过高级计算机控制实现各种过程高性能目标的手段变得越来越可靠和更为强劲有力；功能价格比也日趋合理。因而，使计算机控制在工业中的应用得到了迅猛的发展，而且正越来越广泛地应用于石油、化工、钢铁、造纸、电力等工业部门，并在提高设备处理能力和生产效率、产品质量；有效利用能源(水、人力、材料等资源)，满足环保、人身安全等严格要求及在日益激烈的国内外市场竞争中，发挥着举足轻重的作用。
对工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。
二、计算机在生产应用中的现状
计算机技术的不断发展，使计算机系统的数据采集、处理、存贮、高速执行复杂计算任务、调整系统需求等能力得到了充实和加强。计算机控制系统已能实现如信息处理、数据采集、过程控制、在线优化、甚至实时调度、生产计划等操作控制功能，这使集成系统控制的引入成为可能。这样，就可将影响工厂生产效能的所有因素(包括耦合交互作用、系统复合反馈回路选择等)纳入系统的一体化考虑之中，从而取得全厂最优总体性能效果。目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统（HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种集成系统控制最早是应用在日本的钢铁工业上，并且获得了极大的成功、表现在：?提高了处理机的工作效率和全厂生产率
?提高了对能源、稀有材料、人力的有效利用，
?有效地满足了各种苛求技术要求和环保需求；
?有较好的时变适应性；
?能安全地适应各种突发事件；
?能有效、及时地更新系统状态。
1、递阶控制或称多级控制和分层控制
随着生产处理过程的日趋复杂，集成系统控制已无法满足如非线性、时变动态特性等要求；而递阶控制却能通过提供合理的系统程序，有效地解决这些问题。具体讲，它是超过将控制总体问题(大问题)分解成若干个易于解决的子问题(小问题)；并通过一个较为高级的控制器来进行子问题的协调处理、以保证与总体目标和需求的一致性。
由此，可以从理论上推出以下两种控制结构，即：多层控制(分层控制)结构(垂直分解式)和多级(分级)控制结构(水平分解式)
多层控制方式具有直接控制、监督控制、适应控制和自组织控制四大控制功能。
第一层，直接控制层：主要包括数据采集，事件监督和直接控制三个子功能。
第二层：监督控制层：负责对第一层执行的立即目标或任务进行定义。通常情况下，根
据假定的算术模型去实现对各目标的控制；在紧急情况下，则是通过特定的应急程序去完成对不同目标的有序处理
第三层，适应控制层：主要对第一、二层采用的各种算法进行更新处理。
第四层，自组织控制层：负责对下层相关的算法抉择进行处理。
以上决策都是围绕着性能总体目标这一中心进行的。
在分级控制方式中，总体规划系统则被分解成若干个子系统，每一个子系统都配置一个独立的局部控制器，其中：
①一级控制器负责对局部扰动进行补偿；
②二级控制器则负责对一级控制器的判据或限制需求进行修正，以响应系统变化，保证局部控制器动作与系统总体目标一致。
实际上，子系统问题是在一级控制中解决的。但是，由于子系统是耦合的，且交互作用的，因此，除非所有交互作用需求能同时得到满足，否则，这些控制方案都是毫无意义的，这将由二级控制协调解决。
2、基于微处理器的分散控制
分散控制系统正越来越广泛地应用于过程工业，其中，Foxboro SPECTRUM、Honeyweil TDC3000、Bailey network90、Siemens SIMATAC和Toshiba TOSDIC等分散型控制系统是较为典型的产品。
这些系统具有以下共同技术特点：
?采用基于微处理器元件的模块化和积木式设计工艺，具有设计灵活、修正方便等特点。
?具有彩色图形以及集中显示功能的操作员接口，能对工厂操作过程、从单个回路操作到全面运行状态进行访问。
?能为处理单元和微处理控制器，控制器单元之间的通信提供高速数据公路。
?通过采用冗余元件、故障检测技术和自诊断技术，实现系统的高可靠性。
目前，事务系统仍处于不断发展之中，其主要趋势有：
?继电功能与逻辑功能，包括可编程逻辑控制器PLC技术与传统的过程控制技术的结合；?通信网络进一步扩展，针对工厂控制体系的上层决策用全局数据库已经引入；
现代分散型控制系统的应用，能简化和加速新型控制系统的设计与实施，更利于系统操作和系统维护，通过更为有效的人机联系，能为操作员提供更多的系统命令，能进一步提高系统可靠性。
三、计算机控制特点
（1)安全可靠
工业控制计算机不同于一般用于科学计算或管理的计算机，它的工作环境比较恶劣，
周围的各种干扰随时地威胁着它的正常运行，而且它所担当的控制重任又不允许它发生
异常现象。因此在设计过程中把安全可靠放在首位。
（2）方便维护
操作方便体现在操作简单、直观形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握计算机知
识才能操作。既要体现操作的先进性，又要兼顾原有得操作习惯。维修方便体现在易于
查找故障，易于排除故障。采用标准的功能没，模板式结构，便于更换故障模板。并在
功能模板上安装状态指示灯和监测点，便于维修人员检查。另外配制诊断程序用来查找
故障。
（3）实时性强
工业控制机的实时性表现在对内部和外部事件能及时的响应，并做出响应的处理，
不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类，一类是定时事件，如数椐
的定时采集、运算控制等；另一类是随机事件，如事故、报警等。对于定时事件，系统
设置时钟保证定时处理。对于随机事件系统设置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分
配中断级别，一旦事故发生保证优先处理紧急故障。
（4）通用性好
工业控制计算机的通用灵活性体现在两个方面，一是硬件模板设计采用标准总线结构，配置各种通用的功能模板，以便在扩充功能时只需增加功能摸板就能实现；二是软
件模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用时不需要二次开发，只需按要求选择各
功能模块，灵活地进行控制系统组态。
（5）经济效益高
计算机控制应该带来高的经济效益，系统设计时要考虑性能价格比，要有市场竞争意识。经济效益表现两个方面，一是系统设计的性能价格比要尽可能高；二是投入产出比要尽可能的低。
四、计算机控制发展方向
1、过程诊断
计算机控制和系统集成技术的发展，使控制系统规模越来越庞大而且复杂，因此，也更易受到突发事件，比如处理条件的异常变化，控制计算机的故障或者通信链路及传感器的失效等的影响。因而，如何使系统设计更为可靠和耐用就显得尤其重要了。对于这些问题，传统的方法是通过来用超可靠性元件、关键系统部件冗余技术和保留设计工艺来解决的。但随着工厂集成化的进展，这些方法已显得无能为力、且成本开销也相当高。因此，将系统设计成为一个能有效地保证可靠性、安全性、故障弱化的运行机构是相当重要的。过程诊断能为操作员提供故障检测、故障诊断等手段，以便能及时进行故障维修。因此，今后发展的一个方向就是如何使计算机能自动完成各种必要的修正动作。
过程诊断技术目前主要应用于电力和化工工业。
2、传感器开发
系统的控制能力原则上要受到控制系统信息质量的限制。目前，已经开发出了各种类型的传感器，应用于工业过程通用物理量、如压力、流通、温度、速度的在线测量；但是，在进行化学成分，产品质量检测分析时，传感器则会受到过程环境的测量费用、精度、响应速度、适用性等各因素的限制。因此，新型传感器的开发，则成了生产厂家和用户致力于的一项研究活动。归纳起来，这类开发工作主要集中于以下三方面：
（1)新兴物理原理和物理特性的应用。如：化学浓度测量用离散固态元件的开发。
(2)智能传感器的开发，指带一个或多个传感元件的微处理器。它主要应用于过程变量值的计算；对输出数据进行筛选、线性化及离散处理；自动校验处理，提高测量精度及可靠性。
(3)测量系统：是智能传感器的发展，但增加了计算机、多个传感器及传感器定位伺服机构。
3、高级控制技术
现在，已经应用于工业领域的一些高级控制方式有：
（1)建立于内在模型基础上的内模控制(IMC)，根据控制过程的动态模型，对系统控制动作的响应情况进行预测和控制，选择出最优处理手段，以满足目标需求；以此为基础，还可推出如应用于化学、石油工业过程的动态矩阵控制、推断控制等其它高级控制方式。
(2)状态反馈控制和卡尔曼滤波控制。
4、机器人
美国、日本及其它工业发达的国家正投入大量的人力、物力和财力致力于机器人的研制与开发。这些机器人主要应用于制造行业，也将在过程工业中发挥越来越重要的作用。大家知道，即便是在连续处理过程中，系统运行也会被各种离散事件、如开机、停机、产品包装及运输等中断。为此，批处理技术正日益显示出其优越性，而广泛地应用于医药、精细化工、生物技术产品制造等生产过程。这也是机器人应用的一个巨大潜在领域。可以预估，随着计算机控制系统的应用发展，必将会有更多的，比执行器更灵活的机器人应用于控制结构体系的一级决策方面。
5、制造系统
同过程类控制系统一样，制造系统的发展也是令人可喜的，以前所提及的如：问题、目标和控制概念基本上都是直接应用到制造系统的，更广泛地说，是应用到离散事件类控制系统。但值得注意的是，由于引入了自动化制造工具、柔性制造工艺、适时策略及少量的在线存贮设备和机器人，现在的制造系统已经具备了进行更高级操作处理的能力。但是，这也使其操作处理更依附于计算机控制系统，因为唯有这样，才能实现全厂系统的有效集中控制。这个问题已经成了今后面临的又一大新研究课题。
6、低成本自动化
近年来，随着计算机向高速度、大容量发展，各种功能完善、价格昂贵的计算机综合自动化系统日趋完善。与此同时，国际上的科技发展动态又向着低成本自动化——LCA（Low Cost Automation）的方向发展。国际自动控制联合委员会（简称自控联IFAC）已把LCA定为系列学术会议之一，第五届LCA国际会议于1997年在中国召开。
7、智能控制系统
智能控制还没有统一的定义，一般认为，智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的自动控制。或者说，智能控制是一类无需人的干预就能独立驱动智能机器实现其目标的自动控制。对自主机器人的控制就是一例。所谓智能控制系统就是驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预的自动控制系统。这类系统必须具有智能调节和执行等能力。智能控制的理论基础是人工智能、控制论、运筹学和系统学等学科。
总结：
计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。目前，企业对具备较强的计算机控制技术应用能力专门人才需求很大，将来一定有很大的发展前景。
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浅谈计算机控制技术及应用 摘要：随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键。 关键词：计算机控制技术、系统、应用 Chat computer control technology and its application Abstract：With the development of science and technology, more and more people use computers to achieve control. In recent years, computer technology, automation technology, detection and sensor technology, CRT display technology, communications and network technology and the rapid development of microelectronic technology, a computer control technology has brought great development. However, the design of a computer control system for good performance is very important. Computer control system is mainly composed of two major components of hardware and software, a complete control system also need to consider the anti-interference performance of the system, the system is related to the anti-jamming capabilities and reliable operation of the system key. Key words：computer control technology、system、apply 正文： 一、计算机控制技术的概述 1、计算机控制的概念 （1）开环控制系统 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。在开环 控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量 进行比较。 （2）闭环控制系统 凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环 系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。
微机控制技术的发展概况及趋势 微机控制技术是以微型计算机作为机电一体化的控制器，结合微型计算机的工作原理和接口设计，相应的控制硬件和软件以及它们的配合，实现对控制对象的控制的一门技术。它的发展离不开自动控制理论和计算机技术的发展，随着科学技术的发展，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。 本文从计算机控制系统的发展历史，我国工业控制机及系统的发展应用，计算机控制系统的发展趋势，这几个方面来阐述微机控制技术的发展概况及相关趋势。 计算机控制系统在60年代引入控制领域当时计算机是控制调节器的设定点, 具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称为计算机监控系统。在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统,简称集中控制系统。这种控制系统即常说的直接数字控制(DDC)系统。计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。这个控制系统由于只有一台计算机而且没有分层，所以非常有利于集中控制盒运算的集中处理，并且能得到很好的反映，并且，各个控制规律都可以直接实现。但是，如果生产过程复杂，则该系统的可靠性就很难保证了。系统的危险性过于集中, 一旦计算机发生故障, 整个系统就会停顿。[7] 70 年代随着电子技术的飞速发展,随着大规模集成电路的出现和发展, 集散控制系统（DCS）出现，之后在此基础上，随着生产发展的需要而产生了一种更新一代的控制系统，即分布式控制系统。典型的集散控制系统具有两层网络结构下层负责完成各种现场级的控制任务,上层负责完成各种管理、决策和协调任务。 90年代以来，随着各个学科的发展和交叉融合，随着现代大型工业生产自动化的不断兴起, 利用计算机网络作为控制工具的综合性控制系统，计算机集成系统（CIPS）应运而生。它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术，并且终将成为未来控制系统的发展趋势。 我国工业控制发展的道路是比较曲折的，20世纪80年代末到90年代初，我国市场上大都是首先引进了成套设备，在引进成套设备的同时相继引进了各种工控系统，来填充国内在这方面的不足，90年代后，在我国一批科学家的带领下，我国逐渐有了自己设计的控制系统和装置，建立自己的实验室，生产出属于自己版权的产品，然后在原有技术的基础上进行二次开发和应用，从1997年开始，大陆本土的IPC厂商开始进入该市场，IPC也随之发展成了中国第二代主流工控机技术。[1] 目前国内的工控机供应渠道主要来源于中国台湾及内地的厂商，国外的产品（例如RADISYS、ROCKWELL、INTEL等）经过几年的市场拼杀后，由于成本高、价格高、服务难，现已完全退出国内市场。目前，国内的IT业研发、加工技术力量不断提升；各类芯片和各类器件、生产设备在国际市场基本可平等选购；软件资源的可移植性可节省大量的人力、物力。在这些有利条件下，国内一些厂商抓住机会快速崛起，利用本土综合竞争优势逐步将国外品牌挤出国内工控市场。某些企业以每年超过100%的资产增长速度，鼎立于国内的工控市场，而且
计算机控制技术的发展及趋势 张赟枫 自动化1304 0901130425 一、计算机控制技术的发展 1、第一代工业计算机控制技术 第一代工控机技术起源于20世纪80年代初期，盛行于80 年代末和90年代初期，到90年代末期逐渐淡出工控机市场，其标志性产品是STD总线工控机。STD总线最早是由美国Pro-Log公司和Mostek公司作为工业标准而制定的8位工业I/O总线，随后发展成16位总线，统称为STD80，后被国际标准化组织吸收，成为IEEE961标准。国际上主要的STD总线工控机制造商有Pro- Log、Winsystems、Ziatech等，而国内企业主要有北京康拓公司和北京工业大学等。STD总线工控机是机笼式安装结构，具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特点，并且设计、开发、调试简单，得到了当时急需用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广泛欢迎和采用，国内的总安装容量接近20万套，在中国工控机发展史上留下了辉煌的一页。 2、第二代工业计算机控制技术 1981年8月12日IBM公司正式推出了IBM PC机，震动了世界，也获得了极大成功。随后PC机借助于规模化的硬件资源、丰富的商业化软件资源和普及化的人才资源，于80年代末期开始进军工业控制机市场。美国著名杂志《CONTROL ENGINERRING》在当时就预测“90年代是工业IPC的时代，全世界近65%的工业计算机将使用IPC，并继续以每年21%的速度增长”。历史的发展已经证明了这个论断的正确性。IPC在中国的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段是从20世纪80年代末到90年代初，这时市场上主要是国外品牌的昂贵产品。 90年代末期，ISA总线技术逐渐淘汰，PCI总线技术开始在IPC中占主导地位，使IPC工控机得以继续发展。但由于IPC工控机的结构和金手指连接器的 限制，使其难以从根本上解决散热和抗振动等恶劣环境适应性问题，IPC开始逐渐从高可靠性应用的工业过程控制、电力自动化系统以及电信等领域退出，向管理信息化领域转移，取而代之的是以CompactPCI总线工控机为核心的第三代工控机技术。值得一提的是，IPC工控机开创了一个崭新的PC-based时代，对工业自动化和信息化技术的发展产生了深远的影响。 3、迅速发展和普及的第三代工控机技术 PCI总线技术的发展、市场的需求以及IPC工控机的局限性，促进了新技术的诞生。作为新一代主流工控机技术，CompactPCI工控机标准于1997年发布之初就倍受业界瞩目。相对于以往的STD和IPC，它具有开放性、良好的散热性、高稳定性、高可靠性及可热插拔等特点，非常适合于工业现场和信息产业基础设备的应用，被众多业内人士认为是继STD和IPC之后的第三代工控机的技术标准。采用模块化的CompactPCI总线工控机技术开发产品，可以缩短开发时间、降低
计算机控制技术课后习题答案 第一章绪论 1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2 (1)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 (2)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将 要采取的控制策略。 (3)实时控制：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。 2 .计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。P3 答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。 （2）方块图如下图1.1所示： 图1.1 计算机控制系统的组成框图 作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。其中系统软件 包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基 础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序； ②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。 ③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计 算机控制系统中要考虑实时性？P2 (1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做 出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并 作相应操作的方式。 (2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保 持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，将对
工业控制系统信息安全管理制度 1 适用范围 为了规范公司工业控制系统的使用和操作，防止发生人为或意外损坏系统事故以及误操作引起的设备停运，保证工控系统的稳定运行，特制定本制度。 本制度适用于DCS及DEH系统以及辅控网DCS。 2 计算机使用管理 2.1 工程师站严格按照权限进行操作，无关人员不准使用。 2.2 工程师站、操作员站等人机接口系统应分级授权使用。严禁非授权人员使用工程师站的系统组态功能，工程师站用户的权限可以实施逻辑修改和系统管理工作；操作员站用户权限，查看运行状态画面，实施监控。 2.3 每三个月更改一次口令，同时检查每一级用户口令的权限设置应正确。口令字长应大于6个字符并由字母数字混合组成。修改后的口令应填写《DCS系统机器密码记录》，妥善保管。 2.4 计算机在使用过程中发生异常情况，立即停止当前操作，通知集控室负责人和相关维修人员。如服务器发生故障，按各《信息系统故障应急预案》操作，维修人员记录《软件故障处理和修改记录》。 2.5 使用工程师站计算机后，需详细填写《工程师站出入及机器使用记录》后方可离开。 3 软件保护 3.1 严禁在计算机控制系统中使用其他无关软件。除非软件升级或补丁的需要，严禁在计算机控制系统中使用U盘、光盘等。 3.2 禁止向DCS网络中连接系统外接计算机、手机。
3.3 在连接到DCS中的计算机上进行操作时，使用的可读写存储介质必须是固定的一个设备，并且在每次使用前对其进行格式化处理，然后才可以接入以上计算机。 4 软件的修改、保存及维护 4.1 更新、升级计算机系统软件、应用软件或下载数据，其存储介质须是本计算机控制系统专用存储介质，不允许与其他计算机系统交换使用。 4.2进行计算机软件、系统组态、设定值等修改工作，必须严格执行相关审批手续后方可工作，同时填写《组态及参数修改记录》，并及时做好修改后的数据备份工作。 5 软件和数据库备份 5.1 计算机控制系统的软件和数据库、历史数据应定期进行备份，完全备份间隔三个月一次，系统备份必须使用专用的U盘备份，并且由系统管理员进行相关操作。 5.2 对系统软件（包括操作系统和应用软件）的任何修改，包括版本升级和安装补丁，都应及时进行备份。 5.3备份结束后，在备份件上正确标明备份内容、对象，并做好记录，填写《DCS系统备份记录》。 5.4 DCS中各系统的备份必须由系统管理员定期手动进行，具体要求同上。 有限公司 2017年1月 1日
第1章概述 1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论 [指导信息]:参见自动控制的基本概念。 自动控制(autocontrol)：不用人力来实现的控制，通常可用机械、电气等装置来实现。通常相对手动控制而言。 控制系统(control system)：通过控制来实现特定功能目标的系统。而系统(system)是由相互联系、相互作用要素组成的具有一定结构和功能的有机整体。控制系统通常有一定的规模和复杂性，否则常称为控制装置或控制机构。 自动化(automation)：在无人工干预情况下，一个或多个控制系统或装置按规定要求和目标的实现过程。自动化强调的是自动控制过程，其核心概念是信息。 控制论(cybernetics)：研究各类系统的调节和控制规律的科学。各类系统包括动物(及人类)和机器系统。自从1948 年诺伯特·维纳发表了着名的《控制论——关于在动物和机中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。控制论着重于研究过程中的数学关系。 2.控制的本质是什么 [指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。 控制过程本质上是一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反馈信息、指令信息、执行信息等，通常由电子或机械的信号来表示。 3.自动控制中有哪些基本问题 [指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。 自动控制中的基本问题包括：自动控制系统的结构、过程、目标和品质等。 结构包括组成及其关系两个部分；控制过程主要为一系列的信息过程，如信息获取、信息传
第1章概述 ............................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础 ........................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现 ............................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术 ..................................... 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道 ......................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术 ....................................... 6-1第7章控制系统的组态软件 ................................................. 7-1第8章 DCS集散控制系统.................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案 ........................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用 ............................. 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ........................... 11-1
目录 第一章计算机过程控制系统的应用与发展 (2) 1.1 计算机过程控制系统的发展回顾 (2) 1.2 计算机过程控制系统的分类 (2) 1.3 计算机过程控制系统国内外应用状况 (6) 1.4 计算机过程控制系统的发展趋势 (7) 第二章国内油田计算机控制系统应用软件现状及发展趋势 (8) 2.1 基于PC总线的控制系统应用软件 (8) 2.2 基于各种PLC控制系统的应用软件 (8) 2.3 中小规模的DCS控制系统组态软件 (9) 2.4 计算机控制系统应用软件的发展趋势 (9)
第一章计算机过程控制系统的应用与发展 在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。过程控制系统可以分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难达到生产和管理要求，计算机过程控制系统是近几十年发展起来的以计算机为核心的控制系统。 1.1 计算机过程控制系统的发展回顾 世界上第一台电子数字计算机于1946年在美国问世。经历了十多年的研究，1959年世界上第一台过程控制计算机TRW-300在美国德克萨斯的一个炼油厂正式投入运行。这项开创性工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术获得了迅速的发展。 回顾工业过程的计算机控制历史，经历了以下几个8寸期： (1)起步时期(20世纪50年代)。20世纪50年代中期，有人开始研究将计算机用于工业过程控制。 (2)试验时期(20世纪60年代)。1962年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。 (3)推广时期(20世纪70年代。随着大规模集成电路(LSI)技术的发展，1972年生产出了微型计算机(mi—erocomputer)。其最大优点是运算速度快，可靠性高，价格便宜和体积小。 (4)成熟时期(20世纪80年代)。随着超大规模集成电路(VLSI)技术的飞速发展，使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向发展。80年代末，又推出了具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控N*0管理融为一体的新型集散控制系统。(5)进一步发展时期(20世纪90年代)。在计算机控制系统进一步完善应用更加普及，价格不断下降的同时，功能却更加丰富，性能变得更加可靠。 1.2 计算机过程控制系统的分类 计算机控制系统的应用领域非常厂泛，计算机可以控制单个电机、阀门，也可以控制管理整个工厂企业；控制方式可以是单回路控制，也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而，它的分类方法也是多样的，可以按照被控参数、设定值的形式进行分类，也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类，还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类。
《计算机控制技术与系统》课程 思考题与习题 第一章绪论 简述计算机控制技术发展史。 简述计算机控制系统的类型、结构和特点。 计算机控制与常规控制主要不同点在哪里 典型计算机控制系统有哪几部分组成，画出方框图。 什么叫做动态系统 对计算机控制系统的基本要求是什么 简述调节系统与跟踪系统（随动系统）的特点。 典型计算机集成制造系统（CIMS）有哪四个功能系统和两个支持系统 第二章过程通道 采样定理对于采样周期的选取有什么意义 写出采样过程的数学描述形式。 影响采样周期选择的因素主要有哪些 多路采样装置的主要作用是什么，常用采样器包括哪些 过程通道的采样周期T是否越小越好，为什么 A转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 2.7A/D转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 简述模入通道结构与各组成部分功能。 简述过程通道的类型和基本功能。 简述开关量通道的基本构成形式和主要作用。 简述开关量通道的抗干扰措施有哪些。 模出通道的类型主要有哪几种，各有什么特点 保持器在过程通道中的作用是什么，举例分析。 某热工过程有16点温度信号，变化范围: 150--850 C, 采用微机监测。
求解问题： 1、 若经A/D 转换后的数字量每个脉冲对应的实际温度小于等于 C , 则A/D 分辨率至少为多少才能保证该精度 2、写出A/D 转换后的数字量与被测点实际温度间关系式。 3、该处理方式零点迁移量为多少 第三章 理论基础 求下图示离散系统脉冲传递函数G(z) 已知采样系统如下图所示，求下图示离散系统脉冲传递函数G(z)和当闭环系统稳定时K 的取值范围。 分析下图所示采样系统，当采样周期T=1，开环增益K=5时的稳定性。 给定传递函数 1 10+s K ，试以10倍的转角频率为近似的截止频率m ω，求满足采样定理的采样频率s ω和采样周期T 。 证明离散系统脉冲响应的z 变换即为离散系统传递函数。 设离散系统结构如下图所示，图中D(z)为数字PID 调节器，其差分方程为 )]2()1(2)([)()]1()([)(-+--++--=k e k e k e K k e K k e k e K k u d i p
10电气（2）班姓名：陆继赟学号：01 计算机控制技术及应用 一、计算机控制技术应用和发展 在近10多年里，计算机技术得到了极大的发展和完善；无论是在系统硬件成本，还是在计算速度和存贮容量方面都取得了很大的进步。特别是面向用户的编程语言也大大简化了。同时，由于采用了更多的可靠元件、尖端的设计工艺，增加了容错技术、冗余诊断程序，系统的可靠性也得到较大的提高；传统的过程控制功能与诸如生产计划、调度、优化及操作控制等实时信息处理和决策应用的不断渗透、融合，使通过高级计算机控制实现各种过程高性能目标的手段变得越来越可靠和更为强劲有力；功能价格比也日趋合理。因而，使计算机控制在工业中的应用得到了迅猛的发展，而且正越来越广泛地应用于石油、化工、钢铁、造纸、电力等工业部门，并在提高设备处理能力和生产效率、产品质量；有效利用能源(水、人力、材料等资源)，满足环保、人身安全等严格要求及在日益激烈的国内外市场竞争中，发挥着举足轻重的作用。 二、（一）、计算机控制技术的概述 1、计算机控制的概念 （1）开环控制系统 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。在开环 控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量 进行比较。 （2）闭环控制系统 凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环 系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。 2、计算机控制系统 采用计算机进行控制的系统称为计算机控制系统，也称它为数字控制系统。若不考
虑量化问题，计算机控制系统即为采样系统。进一步，若将连续的控制对象和保持器一 起离散化，那么采样控制系统即为离散控制系统。所以采样和离散系统理论是研究计算 机控制系统的理论基础。 3、计算机控制系统的控制过程 （1）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。 （2）实时控制决策：对采集到的被控量进行数据分析和处理，并按已定的控制规律决 定进一步的的控制过程。 （3）实时控制：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。 4、计算机控制系统的特点 （1）结构上。计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其执 行控制功能的核心部件是数字计算机，所以计算机控制系统是模拟和数字部件的混合系统。 （2）计算机控制系统中除仍有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等多种信号形式。 （3）由于计算机控制系统中除了包含连续信号外，还包含有数字信号，从而使计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论来分析和设计。 （4）计算机控制系统中，修改一个控制规律，只需修改软件，便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大灵活性和适应性。 （5）计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算能力，一个控制器（控制计算机）经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路。 （6）采用计算机控制，如分级计算机控制、离散控制系统、微机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。 5、计算机控制系统的组成 计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，而一个完整的计算机系统应由下列几部分组成：被控对象、主机、外部设备、外围设备、自动化仪表和软件系统。 （1）硬件：a)由中央处理器，时钟电路，内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部分。 b)通用外围设备按功能可分为输入设备、输出设备和外存储器三类。 c)过程Ｉ／Ｏ通道，又称过程通道。 d)通用接口电路，一般有并行接口、串行接口和管理接口（包括中断管理、 直接存取DMA管理、计数/定时等）。 e)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。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借口使用的标准的电 信号（如０～１０ＭＡＤＣ）。 f)计算机控制系统一般要有一套专供运行操作人员使用的控制台称为运行 操作台，操作台一般包括各种控制开关、数字键、功能键、指示灯、声 信器、数字显示器或ＣＲＴ显示器等。 （2）软件：软件是指计算机控制系统中具有各种功能的计算机程序的总和，如完成操作、监控、管理、控制、计算和自诊断等功能的程序。整个系统在软件指挥下协 调工作。从功能区分，软件可分为系统软件和应用软件。 （二）集成系统控制 计算机技术的不断发展，使计算机系统的数据采集、处理、存贮、高速执行复杂计算任
第1章概述.................................................................................................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础.......................................................................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现.............................................................................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术.............................................................................. 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道...................................................................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术.................................................................................. 6-1第7章控制系统的组态软件....................................................................................................... 7-1第8章DCS集散控制系统.......................................................................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案.......................................................................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用............................................................ 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ....................................................... 11-1
第一章 1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称PID控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？ 解： 主要有以下特点： 1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过D/A将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
选择填空： 1 计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网络结构）及其输入输出通道和被控对象（工业生产对象（被控对象、工业自动化仪表））。两大部分组成。自动控制系统的基本功能是信号的传递、处理和比较，分为开环控制系统和闭环控制系统两种。 2 计算机控制系统的分类：数据采集系统（DAS）、直接数字控制系统（DDC）、监督控制系统（SCC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）、网络控制系统（NCS）。 1内部总线：（1）STD总线（2）PCI总线：（3）PC104总线 2 外部总线: IEEE-488总线 3无论是RS-232还是RS-485，均可采用串行异步收发数据格式。 连接握手：是指发送者在发送一个数据块之前使用一个特定的握手信号来引起接收者的注意，表明要发送数据，接收者则通过握手信号回应发送者，说明它已经做好了接收数据的准备。连接握手可以通 5 LED显示器的驱动方式：静态驱动和时分割驱动；LED显示器的扫描方式：动态和静态。 6 采样定理：由采样信号完全无失真地恢复原信号的条件是采样速度要满足： ,其中：，为采样角速度；T为采样周期；为原信号频谱中最高角频率；为的各种信号分量中最小的时间常数。 7 模拟开关 （1）CD4051为单端8通道低价格模拟开关，引脚如图4-10所示。 （2）CD4052：低成本差动4通道模拟开关，引脚如图4-12所示，真值表如表4-3所示。 其中X、Y分别为X组和Y组的公共端。 （3）32通道模拟量输入电路设计实例:8 模拟量输入通道
转换器工作原理： 量化：是用有限字长的一组数码和二进制数码去整量化或逼近时间离散幅值连续的采样信号。 对n位字长的A/D转换器，若满度（满量程）输入的模拟量值表示为FSR，则量化单位q由下式确定q=FSR/。假设满度输入电压为5V，现用12位的A/D转换器进行转换，有：q=5V/=5V/4096≈1.22mV 显然，对同一个FSR的值，A/D转换器的位数越多，q所代表的量值就越小。 编码：（1）单极性编码 最常用的单极性编码形式是二进制数码。在这种编码中，数字量是用加权和来表示的： 式中是0或是1取决于相应数位的值是0或是1； （2 ①符号-数值码②偏移二进制码③补码表示法 A/D转换器的技术指标 1．分辨率 如8位、10 映。所以，n 分辨率 2 1.0~200μs。 0.05%/%ΔUs时，其含义是电源电压 Us的1%时，相当于引入0.05%的模拟输入值的变化。 9模拟量输出通道 组成： 两种基本结构形式：一个通道设置一片D/A转换器，多个通道共用一片D/A转换器 技术指标： 1．分辨率：含义与A/D转换器相同。 2．稳定时间：指D/A转换器中代码有满度值的变化时，其输出达到稳定（一般稳定到与±1/2最低位值相当的模拟量范围内）所需的时间。一般为几十毫秒到几微秒。 3．输出电平：不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大，一般为5~10V，也有一些高压输出型的为24~30V。还有一些电流输出型，低的为20mA，高的可达3A。 4．输入编码：如二进制、BCD码、双极性时的符号-数值码、补码、偏移二进制码等。必要时可在D/A转换前用计算机进行代码转换。 10 电流/电压转换：变送器的输出信号为电流信号时，要转化成可被单片机系统处理的电压信号用。 11 干扰的类型按其产生的原因、噪声传导模式和噪声波形的性质的不同进行划分。
计算机控制技术及工程应用复习资料
一、第一章 1）计算机控制系统的监控过程步骤 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； 2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？ 数据采集系统（DAS）操作指导控制系统(OGC) 直接数字控制系统（DDC） 监督计算机控制系统（SCC）分散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS） 3）计算机控制装置种类 可编程控制器；可编程调节器；总线式工控机；单片微型计算机；其他控制装置 4）计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？ 同：1）计控系统是由常系统演变而来的； 2）两者的结构基本相同 异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化 3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件 二、第二章 1）4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理 假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。根据电流定律，有： 由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式： 考虑到放大器反相端为虚地，故： 选取R fb = R ，可以得到： 对于n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成： 结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb以及基准电压VREF有关。
一、计算机控制系统概述 计算机控制系统的组成计算机控制系统由硬件和软件两大部分组成。而一个完整的计算机控制系统应由下列几部分组成：被控对象、主机、外部设备、外围设备、自动化仪表和软件系统。 1、硬件部分 硬件部分用于一般数值计算和信息处理的计算机称为通用计算机（简韵；通用机）。用于工业生产过程控制的计算机称为工业控制计算机（简称控制机）。通用机由主机和外部设备组成，主机包括运算器、控制器和主存贮器（俗称内存贮器）；外部设备包括输入设备、输出设备和外部存贮器，如键盘、CRT显示器、打印机、磁带和磁盘等，起着人机联系和扩展主机存贮能力的作用。它们是主机正常工作和人们使用主机所必需的设备。‘通用机主要是同使用机器的人交流信息，控制机除了同人交流信息外，要自动地控制生产过程，它还必须与被控制的对象直接交流信息。这是控制机与通用机根本不同的地方。为此，控制机必须具备直接从生产过程获取信息，经过主机加工处理后，把控制信息馈送给生产过程的能力。这种能力表现在主机与被控对象之间直接进行信息的变换和传递上，具有这种能力的设备称为生产过程通道。相对于外部设备，通常把生产过程通道称为主机的外围设备。因此，可以简单地说，通用计算机由主机和外部设备组成；控制计算机由通用计算机与外围设备组成。 2、软件部分 软件系统是控制机不可缺少的重要组成部分。只有在适当的软件系统支持下，控制视才能按设计的要求正常地工作。控制机的软件系统包括系统软件和应用软件两大类。系统软件是用于计算机系统内部的各种资源管理、信息处理相对外进行联系及提供服务的软件。例如操作系统、监控程序、语言加工系统和诊断程序等。应用软件是用来使被控对象正常运行的控制程序、控制策略及其相应的服务程序。例如过程监视程序、过程控制程序和公用服务程序等。应用软件是在系统软件的支持下编制完成的，它随被控对象的特性和控制要求不同而异。通常应用软件由用户根据需要自行开发。随着计算机过程控制技术的日趋成熟，应用软件正向标准化、模块化的方向发展。标准的基本控制模块由制造厂家提供给用户，用户只需根据控制的要求，经过简单的组态过程即可生成满足具体要求的专用应用软件，大大方便了用户，缩短了应用软件的开发周期。提高了应用软件的可靠性。 二、计算机控制系统的特点 由于计算机本身的特点，计算机控制系统与一般常规的调节系统相比，具有以下特点。 精度高：通过多字长的数值运算，可以实现常规调节器难以达到的控制精度，而且不存在零点漂移、热噪声及元件老化对控制精度的影响。 计算机具有分时处理能力。一台计算机（严格说是一个CPU）可以对多个控制回路进行控制。 计算机具有很强的贮存和逻辑判断能力，能够根据生产环境的变化，及时作出判断，选择最合理的控制对策；可以实现复杂的控制规律，以达到理想的控制效果。 使用方便灵活。计算机的控制功能是通过硬件和软件共同实现的。在不增加硬件的情况下，可以通过修改软件来改变控制方案和控制机的功能。 计算机除了能实现控制功能以外，还可以同时实现对生产过程的管理，如生产计划调度，经济核算等。 三、计算机控制系统的设计过程 计算机控制系统的软、硬件结构将根据不同的对象有所不同，但系统设计的步骤大体上相同，一般包括以下几方面。 1、确定控制任务 进行系统设计之前，首先要对控制对象进行深入调查、分析，熟悉工艺流程，了解具体的控制要求，确定系统所要完成的任务，包括系统要实现的功能、控制速度、控制精度、现场环境、完成设计的时间要求等。根据这些任务写好设计任务说明书，作为整个控制系统设计的依据。 2、系统的总体方案设计 根据系统设计任务书进行总体方案设计。选择系统的软、硬件组成方式根据系统的价格和时间要求，选择适当的方式组成系统。在时间要求比较紧的情况下，尽量选购现成的软、硬件系统进行组合；而在经费紧张的情况下可以考虑自己设计电路模块。值得注意的是，软、硬件工作比例的划分也将对系统的价格和实现时间产生重要的影响。 系统的总体方案设计大概包括选择微处理器、确定存储器容量、选择外围接口电路、选择传感器、选择软件开发环境、硬件设计及调试六个基本内容。 3、软件设计 软件设计要根据系统总的设计要求，确定软件所要完成的各种功能及完成这些功能的逻辑和时序关系，并用软件流程图表述出来。按软件流程图中不同的功能，分别设计相应的软件功能模块。如模拟量输入模块、模拟量输出模块、数据处理模块、通讯模块和键盘处理模块等。每一种模块都可以单独进行调试，各种模块分别调试好后，再按流程图逻辑和时序关系将他们正确组合、连接、调试。 4、现场安装调试 首先要按工艺流程图将系统正确安装，然后对系统进行粗调和精确调试，根据实际对象确定各种控制参数，调整显示值或保存数据等。硬件调试和软件调试都可以在实验室环境下用对现场情况进行模拟的方式进行，并进行必要的联合调试工作，半实物仿真是系统调试的虽要基础，而最终的系统级调试要在现场完成。 5、建立完整的技术档案 浅谈计算机控制技术原理及发展趋势 祁立勋 廊坊市疾病预防控制中心，河北廊坊 065000 摘要：随着计算机技术的发展，计算机控制越来越深入地渗透于生产之中。因此，设计一个性能良好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统包括硬件、软件和控制算法3个方面，一个完整的设计还需要考虑系统的抗干扰性能，使系统能长期有效地运行。本文的主要目的就是在浅析计算机控制技术原理的同时，对计算机控制系统的发展趋势进行描述。 本文由四个部分组成，在初步介绍计算机控制系统之后，分别介绍计算机控制技术的特点和基本设计过程。在综述部分对计算机控制技术的发展方向进行展望。 关键词：计算机控制技术；原理；发展趋势 中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2010）08-0138-02 (下转第140页)
第一章计算机控制系统概述 习题及参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。 (4)检测与执行机构 a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。 b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位