典型计算机控制系统简介

计算机控制系统典型结构典型的计算机控制系统结构如下：1.传感器传感器是计算机控制系统中的重要组成部分，用于感知环境变化并将其转化为电信号。

传感器可以测量温度、湿度、压力、光照强度、速度等物理量，将这些物理量转化为电信号，并输入给控制系统。

2.数据采集和信号处理模块数据采集和信号处理模块用于接收传感器传输的信号，并对信号进行处理和转换。

该模块主要包括模数转换器（A/D转换器），能够将模拟信号转化为数字信号；数字信号处理芯片，用于对数字信号进行滤波、放大、调制等处理。

3.控制器控制器是计算机控制系统中的核心部分，负责生成控制信号，并对执行器进行控制。

控制器根据传感器采集到的数据，结合预设的控制算法，计算出相应的控制信号，并将其输出给执行器。

4.执行器执行器是计算机控制系统中的输出部分，用于对控制信号进行物理操作。

执行器可以是电动机、电磁阀、液压缸等，它们根据收到的控制信号进行动作，将能量转化为机械运动或其他形式的输出。

5.人机界面人机界面使人们能够与计算机控制系统进行交互，包括显示器、键盘、触摸屏等。

通过人机界面，用户可以监控系统运行状态、设置参数、接收报警信息等。

6.通信模块通信模块用于与其他系统或设备进行数据交换和通信。

它可以实现计算机控制系统与其他控制系统、计算机网络或外部设备之间的数据传输。

通信模块可以使用串口、以太网、无线传输等方式。

7.控制算法控制算法是计算机控制系统中的重要组成部分，它决定着控制系统的性能和稳定性。

控制算法根据传感器采集的数据和预设的控制目标，对系统进行调度和控制。

常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。

8.数据存储与处理数据存储与处理模块用于存储和处理控制系统中产生的数据。

它可以将数据存储在内存、硬盘或其他存储介质中，以供后续分析和决策使用。

数据处理模块则根据需要对存储的数据进行分析、计算和统计。

以上是计算机控制系统的典型结构，其组成部分相互协作，完成物理操作的控制和调度。

第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。

近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。

本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。

1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。

2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。

第三章 DCS系统的介绍多级计算机分布控制系统又称集散控制系统（DCS,distributed control system），是网络技术和控制技术结合的产物。

它是根据分布设计的基本思想，实现功能上分离，位置上分散，达到以分散控制为主，集中管理为辅。

3.1 DCS系统的定义DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control Systerm），在国内自控行业又称为集散控制系统。

即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。

3.2 DCS的组成集散控制系统DCS（Distributed Control Systerm）是基于“4C”技术（Computer Control Communicatiao CRT）在20世纪70年代中期出现的新型工业控制系统。

采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高系统可靠性。

它将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解，再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。

1975年Honey-well公司推出了第一套DCS 控制系统，首先被应用于石油化工行业。

自1975年以来，DCS控制系统的硬件和软件功能不断完善和强化，已经经历了三代，但从基本结构来看特性相同，可分解为三大基本部分。

（1）过程控制站过程控制站是集散控制系统与生产过程之间的界面，生产过程的各种过程变量和状态信息通过过程控制站转化为操作监视的数据，而操作的各种信息业通过过程控制站送到执行机构。

在过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成各种控制算法的运算，以及对输入和输出量的数据处理等运算。

（2）操作站操作站是操作人员与集散控制系统的界面，操作人员通过操作站了解生产过程的运行状况，并通过他发出操作指令。

操作系统的发展历程与不同版本的特点简介：操作系统是计算机系统中最基本、最核心的软件之一，它负责管理和控制计算机系统的硬件和软件资源，并提供用户与计算机硬件之间的接口。

随着计算机技术的不断发展，操作系统也经历了多个版本的演变和更新。

本文将以操作系统的发展历程为线索，介绍操作系统的不同版本及其特点。

一、早期操作系统（20世纪40年代到60年代）在计算机技术刚刚诞生的早期，操作系统的概念并不明确。

20世纪40年代，第一台电子管计算机ENIAC诞生，但当时并没有操作系统的概念，计算任务完全由人工控制。

随着计算机的快速发展，20世纪50年代到60年代，出现了一系列早期操作系统，如EDSAC、UNIVAC 等。

这些早期操作系统主要特点是简单、粗糙，以批处理方式工作，无法并行处理。

二、批处理操作系统（20世纪60年代到70年代）1960年代末期，批处理操作系统开始出现。

批处理操作系统能够自动化地处理一批批的作业，无需人工干预，大大提高了计算机的利用率。

其中最具代表性的是IBM的OS/360系统，该系统采用了分时技术和虚拟存储器管理，使多用户能够同时共享计算机资源。

此外，这个时期也诞生了众多操作系统的发展方向，如分布式操作系统、实时操作系统等。

三、个人计算机操作系统（20世纪80年代到90年代）20世纪80年代，个人计算机开始普及，这也催生了个人计算机操作系统的发展。

其中最具代表性的是微软的MS-DOS和苹果的Mac OS。

MS-DOS是基于命令行界面的操作系统，用户需要通过输入指令来完成各种操作。

而Mac OS则是首个图形用户界面操作系统，用户可以通过鼠标进行操作。

这一时期，操作系统着重于提供用户友好的界面和多媒体功能。

四、网络操作系统（20世纪90年代至今）20世纪90年代，互联网的普及和发展推动着计算机系统的演进。

此时的操作系统更加注重网络通信和数据交换。

最典型的例子是Unix操作系统和Windows操作系统。

容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。

此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

（2）开放性。

DCS采用开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

发展历史 DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。

它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

）它的发展大体分为三个阶段。

第一阶段：1975-1980年，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为：1）采用微处理器为基础的控制单元，实现分散控制，有各种各样的算法，通过组态独立完成回路控制，具有自诊断功能2）采用带CRT显示器的操作站与过程单元分离，实现集中监视，集中操作 3）采用较先进的冗余通信系统第二阶段：1980—1985.，在这个时期集散控制系统的技术特点表现为： 1）微处理器的位数提高，CRT显示器的分辨率提高 2）强化的模块化系统3）强化了系统信息管理，加强通信功能第三阶段，1985年以后，集散系统进入第三代，其技术特点表现为： 1）采用开放系统管理 2）操作站采用32位微处理器 3）采用实时多用户多任务的操作系统进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。

PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。

计算机控制系统的体系结构摘要：计算机控制系统是计算机与控制理论相结合的产物，它经历了一个不断演变发展的过程：从简单的计算机控制系统逐步发展为多级分布式计算机控制系统。

本文从计算机控制系统的硬件与软件两方面来分析其体系结构。

在硬件系统方面，分析了直接数字控制系统DDC体系结构；集散控制系统DCS体系结构；现场总线控制系统FCS体系结构；可编程控制器系统PCS或PLC体系结构这四类系统。

在软件方面，是从系统软件和应用软件两个方面来进行分析的。

关键字：计算机，控制系统，体系结构一、计算机控制系统简介随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。

即用计算机的硬件和软件来实现控制器的功能。

这是用计算机取代模拟控制器的初衷，其特点是：（1）用软件可以实现复杂的控制规律。

（2）可以显示、存储、打印系统的运行状态。

具有报警功能；人机接口功能。

（3）控制规律可以很方便的改变。

（4）通讯组网功能。

自动控制技术、计算机技术、检测和传感技术、网络和通信技术、显示技术等的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的变革。

随着计算机技术、高级控制策略、现场总线智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平必将大大提高。

计算机控制系统：应用计算机（控制计算机）来实现生产过程自动控制的系统。

二、计算机控制系统硬件体系结构计算机控制系统的体系结构主要分为四大类：直接数字控制系统DDC体系结构；集散控制系统DCS体系结构；现场总线控制系统FCS体系结构；可编程控制器系统PCS或PLC 体系结构。

这四种体系结构有其各自不同的发展背景和特点，自然也有着不同的适用范围。

2.1 直接数字控制系统DDC体系结构DDC是Direct Digital Control，即直接数字控制的缩写，它是计算机进入控制和自动化领域以来最早应用的体系结构。

DDC控制系统以微机为核心，并配以一定数量的外围设备，使系统具有丰富的控制、显示和数据处理功能。

DDC控制系统的主要工作过程是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与给定值进行比较，并按预定的数学模型（如PID控制规律）进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数稳定在给定值上。

DCS(集散控制系统)简介集散控制系统简称DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。

它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。

其主要特征是它的集中管理和分散控制。

目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

DCS通常采用分级递阶结构，每一级由若干子系统组成，每一个子系统实现若干特定的有限目标，形成金字塔结构。

可靠性是DCS发展的生命，要保证DCS的高可靠性主要有三种措施：一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；二是广泛采用冗余技术；三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。

当今大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时。

1.集散控制系统的发展趋势近年来，在DCS关联领域有许多新进展，主要表现在如下一些方面。

(1)系统功能向开放式方向发展传统DCS的结构是封闭式的，不同制造商的DCS之间难以兼容。

而开放式的DCS将可以赋予用户更大的系统集成自主权，用户可根据实际需要选择不同厂商的设备连同软件资源连入控制系统，达到最佳的系统集成。

这里不仅包括DCS与DCS的集成，更包括DCS与PLC、FCS及各种控制设备和软件资源的广义集成。

(2)仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展工业控制设备的智能化、网络化发展，可以促使过程控制的功能进一步分散下移，实现真正意义上的“全数字”、“全分散”控制。

另外，由于这些智能仪表具有的精度高、重复性好、可靠性高，并具备双向通信和自诊断功能等特点，致使系统的安装、使用和维护工作更为方便。

(3)工控软件正向先进控制方向发展广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向，主要包括先进控制、过程优化、信息集成、系统集成等软件的开发和产业化应用。

在未来，工业控制软件也将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。

(4)系统架构向FCS方向发展单纯从技术而言，现阶段现场总线集成于DCS可以有三种方式：①现场总线于DCS系统I/O总线上的集成――通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上，使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。