计算机控制与数据采集

工业自动化中的计算机控制技术工业自动化是指通过计算机、仪器仪表和执行器等技术手段，对工业生产过程进行监测、控制和优化，以提高生产效率、降低成本和改善产品质量。

在工业自动化系统中，计算机控制技术起到了至关重要的作用。

一、计算机控制技术的基本原理和分类1.1 基本原理计算机控制技术是指利用计算机进行物理过程的控制，主要包括采集过程的信息、处理这些信息并对物理过程进行控制的三个环节。

其中，信息采集是指通过传感器等设备，将物理过程的信息转换成计算机可以处理的电信号；信息处理是指利用计算机对采集到的信息进行运算和处理；控制是指计算机根据处理后的信息，通过执行器等设备对物理过程进行干预和调节。

1.2 分类根据计算机控制技术的不同特点和应用领域，可以将其分为以下几类：1.2.1 逻辑控制技术逻辑控制技术是利用计算机对离散事件进行控制的技术，常用于开关控制、计时器等。

逻辑控制技术通过编写逻辑控制程序，根据输入的条件决定输出的动作，实现对工业过程的控制。

1.2.2 过程控制技术过程控制技术是利用计算机对连续过程进行控制的技术，常用于流程控制、温度控制等。

过程控制技术通过采集过程的信息，对其进行处理和分析，并根据处理结果对过程进行控制，实现对工业过程的自动化控制。

1.2.3 模型预测控制技术模型预测控制技术是利用数学模型对系统进行建模，并通过对模型进行预测和优化来实现对工业过程的控制。

模型预测控制技术可以对工业过程进行长期的预测和优化，以达到最佳的控制效果。

二、计算机控制技术在工业自动化中的应用2.1 生产线控制生产线控制是指利用计算机控制技术对生产线上的设备和工艺进行控制，以实现生产过程的自动化。

通过在生产线上布置传感器和执行器等设备，采集生产过程的信息并对其进行处理和控制，可以提高生产效率、降低成本，并提高产品质量的稳定性。

2.2 机器人控制机器人控制是指利用计算机控制技术对机器人进行控制，实现其灵活和自主的工作能力。

自动化常用英文缩写自动化（Automation）是指利用计算机技术和控制系统，实现对各种工业和生活过程的自动控制和管理。

在自动化领域中，常用的英文缩写词汇被广泛使用，以简洁明了地表示相关概念和术语。

以下是一些常见的自动化常用英文缩写及其解释：1. PLC：Programmable Logic Controller（可编程逻辑控制器）PLC是一种用于工业自动化控制系统的特殊计算机，用于控制和监控生产过程中的各种设备和机械。

它能够根据预先编制的程序进行逻辑运算和决策，实现自动化控制。

2. SCADA：Supervisory Control and Data Acquisition（监控与数据采集）SCADA系统用于监控和控制分布式设备和系统，以实现对生产过程的监视和控制。

它通过采集和处理实时数据，提供操作员界面和报警功能，匡助运营人员做出决策。

3. HMI：Human Machine Interface（人机界面）HMI是一种用户界面设备，用于人与机器之间的交互操作和信息显示。

它可以通过触摸屏、键盘、鼠标等方式与自动化系统进行通信，实现对设备状态的监控和控制。

4. DCS：Distributed Control System（分布式控制系统）DCS是一种分布式的控制系统，用于监控和控制工业过程中的各个单元或者设备。

它由多个控制器组成，分布在不同的位置，并通过通信网络进行数据交换和协调。

5. MES：Manufacturing Execution System（创造执行系统）MES是一种用于管理和控制创造过程的信息系统。

它与企业资源计划（ERP）系统集成，用于跟踪和控制生产计划、物料流动、质量管理等环节，提高生产效率和质量。

6. CNC：Computer Numerical Control（计算机数控）CNC是一种通过计算机控制运动和操作的自动化系统，用于控制机床和其他创造设备。

它可以根据预先编程的指令，精确地控制机器的运动轨迹和工作过程。

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。

读书报告：计算机数据采集及处理主要内容：计算机数据采集系统数字滤波标度变换可靠性越限报警一、计算机数据采集系统1.数据采集与处理的作用和分类数据采集是指将生产过程的物理量采集并转换成数字量以后，再由计算机进行存储、处理显示或者打印的过程。

计算机数据采集系统的任务，就是采集各类传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机；计算机根据需要进行相应的计算、处理并输出，以便实现对生产过程的自动监控。

一般监控系统采集数据大致可分为以下八类：输入模拟量。

它是指将现场具有连续变化特征的电气量和非电气量直接或经过变换后，输入到计算机系统的接口设备的物理量。

适合计算机系统的模拟量参数范围包括0~5VDC、0~10VDC、0~20mA、±20mA、4~20mA等。

输出模拟量。

它是指计算机系统接口设备输出的模拟量，输入开关量。

它是指过程设备的状态或者位置的指示信号，输入到计算机系统接口设备的数字量（即开关量），此类数字输入量一般适用一位“0”或“1”表示。

输出开关量。

它是指计算机系统接口设备输出的监视或者控制的数字量，在生产过程控制中为了安全可靠，一般输出开关量是经过继电器隔离的。

输入脉冲量。

它是指过程设备的脉冲信息输入到计算机系统接口设备，由计算机系统进行脉冲检测的一位数字量，如机组齿盘测速信号。

数字输入BCD码。

它是将BCD码制数字型的输入模拟量输入到计算机系统接口设备，一个BCD码输入模拟量一般要占用16位数字量输入通道。

数字输入事件顺序记录（SOE）量。

它是指将数字输入状态量定义成事件信息量，要求计算机系统接口设备记录输入量的状态变化及其变化发生的精确时间，一般应能满足5ms分辨率要求。

在监控系统中，机组货电气设备的事故信号均以SOE量输入，系统对SOE量以中断的方式响应。

外部数据报文。

它是将过程设备或者外部系统的数据信息，以异步或同步报文通过串行口与计算机系统交换数据。

2.模拟量的输入与输出模拟量的输入与输出通道，是计算机控制系统的一个重要组成部分。

第四章数据采集和控制4.1概述在控制系统中，现场的原始数据,如温度、压力、设备状态等，是系统的基础和关键，无法获取这些数据，所有针对它们进行的计算和操作就都是错误的，离开了这些数据系统就象人没有了视觉和触觉一样，自动化就是一句空话。

同样地，建立在控制系统基础之上的监控系统，及时准确地采集和控制数据也是组态软件的基础。

不过作为更高层次的系统，监控系统在实时性等方面比控制系统的要求要低。

例如，控制系统是通过电缆连接现场的每个信号/数据的，数据的采集，运算处理和控制动作很快，而监控系统一般通过通信线路从控制系统中取得现场数据，实时性就低很多，运算处理一般都是和监控相关的，并不参与过程控制，即使数据连接通信断开了，对过程控制也没有大的影响。

4.2 控制网络数据传输介绍要想了解组态软件的数据采集和控制的方式，就要了解控制系统的网络构成，对于大多数控制系统来说，一般的网络构成主要有三部分：现场层，控制层，监控层。

图4.1 控制系统和监控系统的数据采集和控制现场层：这一层包括现场的各种设备，是控制系统的被控对象，在数据传输方面主要提供数据的传输接口，这些接口包括串口，以太网等控制层：这一层包括各种对现场层设备的控制元件，是控制系统的执行机构，在数据传输方面主要是把现场来的各类电信号转换为数据信号。

监控层：这一层包括各类监控设备和数据处理设备，是控制系统的控制中心，在数据传输方面主要是对控制层来的各种数据进行处理。

上面说了数据传输的三层网络，那么数据是怎么在这三层之间传输呢？这就需要了解数据传输的介质，这些介质就包括传输的硬件和传输的协议。

4.2.1 设备硬件1、RS-232 接口在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。

RS-232接口是目前最常用的一种串行通讯接口。

在RS-232 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。

即：逻辑"1"为-3 到-15V；逻辑"0"为+3 到+15V 。

1 引言数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。

数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。

数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。

数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。

在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。

随着计算机在工业控制领域的不断推广应用，将模拟信号转换成数字信号已经成为计算机控制系统中不可缺少的重要环节，因此数据采集系统有着更加重要的意义。

本次的课程设计中，我通过查阅有关资料，确定了系统设计方案，并设计了硬件电路图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系。

最后利用Protel绘制了电路原理图，Keil编写源代码。

本课程设计采用89C51系列单片机，设计的系统由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要完成数据采集，软件部分完成数据处理和显示。

数据采集采用AD0809模数转换芯片，具有很高的稳定性，采样的周期由可编程定时/计数器8253控制。

完成采样的数据后输入单片机内部进行处理，并送到LED显示。

软件部分用Keil 软件编程，操作简单，具有良好的人机交互界面。

程序部分负责对整个系统控制和管理，采用了汇编语言进行了判别通道、数据采集处理、数据显示、数据通信等程序设计，具有较好的可读性。

使系统实现了通过一个A/D转换器采样一个模拟电压，每隔一定时间去采样一次，每次相隔的时间由定时器/计数器芯片8253控制，采样的结果送入A/D转换器芯片0809，转换完成后，把转换好的数字信号送入并行接口芯片8255，然后由中断控制器向CPU发出中断请求，在CPU控制下把8225中的数字送入外设即CRT/LED 显示。

控制系统的数据采集与处理技术随着科技的不断发展和进步，控制系统在各个领域中起着举足轻重的作用。

而控制系统的数据采集与处理技术则是其中至关重要的一环。

本文将对控制系统的数据采集与处理技术进行探讨，从数据采集的方式、处理方法以及技术应用等方面进行分析。

一、数据采集方式在控制系统中，数据采集是指将现实世界中的各种信息转化为计算机可以处理的数据形式。

常见的数据采集方式包括模拟信号采集和数字信号采集。

1. 模拟信号采集模拟信号采集是指将模拟信号通过模数转换器(ADC)转化为数字信号的过程。

在控制系统中，我们通常会采用传感器将各种物理量转化为电压或电流信号，再经过一定的放大和滤波处理后，将模拟信号送入ADC进行采样和转换。

2. 数字信号采集数字信号采集是指直接获取数字信号的过程。

例如，计算机数字输入/输出卡(DAQ)可以直接采集各种数字信号，并进行存储和处理。

数字信号采集具有抗干扰性强、采集速度高等优点，被广泛应用于控制系统中。

二、数据处理方法数据采集完成后，接下来就需要进行数据处理，以提取有用的信息，并为后续的控制决策提供依据。

在控制系统中，常用的数据处理方法包括滤波、数据压缩、特征提取以及智能算法等。

1. 滤波滤波是数据处理的基本方法之一，其目的是去除数据中的噪声和干扰，保留有用信号。

滤波方法包括低通滤波、高通滤波、带通滤波等，具体选择滤波器的类型和参数应根据实际情况进行。

2. 数据压缩对于大规模的数据集，为了减少数据存储和传输的开销，需要对数据进行压缩。

数据压缩可以分为有损压缩和无损压缩两种方式，具体选择哪种方式取决于对数据精度和压缩比的要求。

3. 特征提取数据处理的另一个重要环节是特征提取，即从原始数据中提取出对问题解决有帮助的特征。

常见的特征提取方法包括傅里叶变换、小波变换、主成分分析等，可以通过这些方法将原始数据转化为更具代表性和可分离性的特征。

4. 智能算法随着人工智能技术的快速发展，智能算法在控制系统数据处理中得到了广泛应用。

SCADA系统介绍SCADA系统是工控领域的一个重要应用形态，是一种基于现代信息处理技术及监测技术实现生产过程自动化控制和数据管理的系统，可以实现生产设备的远程监测和控制。

本文将对SCADA系统的定义、功能、组成部分、原理及应用领域等进行详细介绍。

一、 SCADA系统的定义SCADA是英文Supervisory Control And Data Acquisition系统的简称，也叫作监控与数据采集系统。

SCADA系统是一种应用于工业生产控制领域的现代化自动化系统。

SCADA系统通过远程数据采集和数据传输技术，实现了对生产设备的远程监测、控制和管理，其主要功能包括数据采集、数据处理、数据存储、报警和自动控制等。

二、 SCADA系统的功能SCADA系统在企业生产中的主要功能是实现生产设备的远程监测和控制，包括以下几个方面的功能：1、远程监测：通过远程传输数据技术，实时监测生产现场的各项参数数据，如温度、湿度、压力、流量、浓度、电流、电压等。

2、远程控制：通过远程控制技术，远程控制生产线上的各项设备，包括开关灯、开关机、调节温度、调节压力等。

3、数据记录：自动记录生产现场的各项参数数据，并进行存储，便于历史数据的查询和统计分析。

4、报警提示：根据预设的参数阈值，当生产现场某些参数出现异常时，及时发出报警提示，以保障生产设备的安全运行。

三、 SCADA系统的组成部分SCADA系统分为两个主要部分:前端和后端。

前端负责数据采集、数据处理、监视等工作，后端负责数据存储、统计分析、报警处理等工作。

下面将对SCADA系统的组成部分进行详细介绍。

1、前端前端包括数据采集设备、人机界面和通信模块等几个部分。

（1）数据采集设备数据采集设备通常由传感器、信号处理器、数据采集卡、数据采集仪器等组成。

传感器主要负责测量生产现场各项参数，信号处理器则负责对传感器采样的模拟信号进行处理，并将处理后的信号转化为数字量信号，数字量信号经过数据采集卡转化为计算机能够识别的信号，最后数据采集仪器将数据发送到计算机，供后续处理使用。

主讲人：吕峰（北京油气调控中心）一、SCADA系统的定义及应用1、定义SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition)，即监视控制与数据采集系统，以计算机控制软件系统、通信线路、现场控制与数据采集单元为基础的生产过程控制与调度自动化系统。

它能通过现场控制与数据采集单元收集场站设施的生产操作信息，并通过通信线路将信息传送到远方的调度控制中心通过计算机软件系统进行显示和报告，控制中心的操作员监视这些信息，并能向远方的场站设施发布控制指令。

一、SCADA系统的定义及应用2、应用领域SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于石油、化工、电力、给水、交通等领域。

油气管道SCADA系统的主要任务是通过各站的站控系统（PLC）或远控截断阀室（RTU）完成管道数据采集、数据处理及存储归档、设备和流程控制、故障处理、安全保护、报警等任务，同时完成批量跟踪、顺序输送、泄漏检测、输油泵运行优化、输油泵故障诊断及分析、仪表故障诊断及分析、罐区管理等功能。

调度操作人员通过SCADA 系统操作员工作站提供/显示的管道系统工艺过程的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息，完成对管道全线的监控及运行管理。

二、油气管道SCADA系统组成油气管道SCADA系统以4C(C omputer，C ontrol，C ommunication，C RT)技术，即计算机、通讯、控制和图形显示技术为基础，网络结构主要由即中控系统(DCC)，站控系统(SCS)，以及通信系统(COMM)三部分构成,实现遥信、遥测、遥控和遥调，“四遥”功能。

二、油气管道SCADA系统组成1、中控系统SCADA系统的控制中心部分称为主站系统或中控系统，中控系统一般采用先进的服务器、工作站、网络设备等硬件，以及通讯、图形显示、过程控制、数据库等软件构成，整个中控系统是一套集数据采集、信息展示、逻辑控制、数据存储功能的复杂的软硬件系统。