第七章工业控制微型计算机
一、授课时间：年月日第28 次
二、教学目的：
1、掌握工业控制计算机的特点
2、掌握总线式工控机的组成结构
3、了解常用工控总线
4、了解IPC 的主要外部结构形式
5、了解工业控制计算机I ／O接口信号板卡
三、教学的重点及难点：
重点：总线式工控机的组成结构。
难点：工业控制计算机I／O 接口信号板卡。
四、教学内容及过程：
第七章工业控制微型计算机
7.1 工业控制计算机的特点
1. 适应工业环境，抗干扰能力强，可靠性高
工业环境条件恶劣，情况复杂，存在着高温、高湿、震动、粉尘等情况，电磁干扰源多且复杂，这些都会给控制系统造成
极大的危害。工业生产要求所使用的系统可靠性高，否则，会造成巨大的损失。因此，IPC 必须具有良好的抗干扰能力和很
高的可靠性。
2. 模块化板卡结构
IPC 充分利用了PC 的硬件和操作环境，采用了模块化的硬件
板卡结构。如取消了PC 中的母板，将原来的大母板上的总线
插槽部分分成了通用的底板总线插座系统和变成PC 插卡式主
板，
7.2
为了适应工业现场的安装要求，IPC 机箱有各种尺寸的立式、卧式、壁挂式机箱可供选择。IPC 机箱采用全钢密封结构，采取了很多措施以适合工业环境，具有防电磁干扰能力；还采
用内部正压送风，具有良好的散热和防尘效果。机箱内还配备
了抗干扰、具有自动保护功能的工业电源。
7.3 丰富的工业应用软件
为了实现工业控制，IPC 在继承了PC 丰富的软件资源外，有许多专业软件公司开发了很多工业控制软件，这些软件由专
业人员开发并经过实际运行考验，可靠性高，用户可以直接根
据自己的需要进行选用。为了使控制效果更直观生动，这些控制软件都采用了组态技术和多媒体技术。用户也可以利用厂
商提供的驱动程序，开发满足自己需要的控制程序。
7.4
3. 总线式工控机的组成结构
工控机系统由工控机系统硬件和工控机系统软件两部分组成。
工控机系统硬件由工控机和执行机构、测量环节(传感器)组成。工控机由工业微机(如WC)和工业过程通道组成。图7－1 是总线型工控机系统的硬件结构图。工业控制微机和商用微机
的组成原理十分相似。工控机系统硬件是在工业控制微机的基
础上增加了过程通道板卡，以实现工业过程信号的输入和输
出。
4. 常用工控总线(STD／VME／IPC 工控机)
7.3.1 STD总线工控机
STD 工控机基于STD 总线，该总线由PRO-LOG 公司于
1978年推出，其正式标准为IEEE961。8 位STD 工控机支持绝大多数的8 位微处理器。16 位STD工控机基于采用总线周期
窃取和复用技术改进后的16 位STD 总线。32 位STD 工控机
只是作为一种技术推出过，但作为一种产品，还未真正进入
市场，就已被迫退出市场。我国于20 世纪80 年代中后期引入STD 工控机技术，国内曾经有数十个STD 工控机厂家。
7.5 MC6800／MC68000 工控机
5. MC6800 系列工控机
我国于20 世纪70 年代末期和80 年代初期引进MC6800 系列工控机及其过程通道。MC6800 工控机系统在20 世纪80 年代初期得到应用。由于MC6800 工控机是8 位微机，随着计算机技术的发展，该系列工控机于20 世纪90 年代初期已基本上退出工控领域。
6. MC68000
MC68000 系列工控机采用的是VME 总线，通常又称为VME 工控机。VME 工控机主要提供了MC68000 系列CPU 的主机、外设和过程通道。VME 工控机的主机系统都是32位的微机，相应的微处理器主要有MC68000、MC68010、MC68020、MC68040 等。
7.6 IPC
工业个人计算机简称IPC(Industrial Personal Computer)，它和IBM PC 保持了硬件和软件上的兼容。IPC 拥有丰富的硬件
资源、软件资源和PC 用户资源，使得IPC 已经成为工控机的
主流。由IPC 组成的各类工业控制微机系统在我国的各行各业
得到了广泛的应用，因此提高了我国的生产自动化水平。从PC 到今天的IPC，有一个相对长的发展历程。在发展期间，众多
IPC 商家克服了PC 机无法直接应用于工业控制领域的诸多缺陷，主要表现在以下各方面：
(1) 采用总线式结构取代PC 机的大母板结构，便于维修和维护。
(2) 采用工业级元器件进行板卡设计。
(3) 采用全钢结构工业标准台式机箱或插箱式机箱，箱体密封，并设有一大一小两个
风扇，以形成机箱内的正压，防止粉尘进入。
(4) 开发和设计了适用于工业控制的系列过程板卡。
(5) 主板增设了看门狗、RS-485 通信口等工业控制所必须的功能。
7.7 IPC 的主要外部结构形式
工业PC 简称IPC，是用得最广泛的一种工业微机，也是工控
机系统的核心组成部分之一。目前，市场上的IPC 多种多样，主要包括台式IPC、盘装式IPC、插箱式IPC、IPC 工作站及嵌入式IPC 等。不同类型的IPC，其性能、价格和适用场合是不同的。
7.台式IPC
台式IPC 的结构如图7-2 所示。其主要特点如下：
(1) 类似于台式个人电脑的结构，但机箱为19 英寸工业标准的全钢结构；
(2) 机箱不带显示器，需外接CRT 或液晶显示器；
(3) 总线型结构，主板和ISA／PCI 总线型底板分离，底板一般有多个PCMCIA 、ISA、PCI 插槽；
(4) 机箱内安装的吹风机的容量大于抽风机的容量，机箱内为
正压，且风口有过滤网，避免粉尘进入机箱；
(5) 使用工业级电源；
(6) 电源开关配有保护仓，防止没有授权的人员开关电源。键盘设置有硬件锁，可防止外人进行操作。
图7-2 台式IPC 的外观结构
7.8盘装式IPC
盘装式IPC 的结构如图7-3 所示。其主要特点如下：
(1) 内部是全钢结构，外壳是防火塑料；
(2) 质量轻、体积小、可以直接安装在控制屏上；
(3) 采用TFT 型LCD 显示器，和主机构成一体化结构；
(4) 使用触摸屏作为信息输入工具；
(5) 完善的接口功能：串口、并口、USB 接口，配有少量PCMCIA、ISA、PCI 插槽；
(6) 集成网卡功能。
图7-3 盘装式IPC 的外观结构
7.9 IPC
IPC 工作站的结构如图7-4 所示。其主要特点如下：
(1) 全钢盘装式结构(19 英寸)，可以安装在控制屏或机柜上；
(2) 主机箱、TFTLCD 显示屏和触摸屏做成一体化结构；
(3) 面板上嵌入有专用键盘；
(4) 内部结构和功能与台式IPC 完全类似。
7.10插箱式IPC
插箱式IPC 有ISA 总线和PCI 总线两种类型。基于不同的总线，其底板、总线、板卡尺寸则不同。两种插箱式IPC 的板卡在结构上不能互换。
基于PCI 总线的插箱式IPC
(1) 采用19 英寸标准插箱式机箱，全钢结构；
(2) 机箱上下侧都安装有风机，一个抽风，一个吹风，机
箱内为正压，空气对流畅通；
(3) 8 槽Compact PCI总线底板，可以扩展；
(4) 板卡的机械规范符合IEEE1101.1／1101.10标准，类似VME 规范；
(5) 使用气密式连接器(针座式)，接触效果好，符合IEC-1076 国际标准。
7.11嵌入式IPC
在众多嵌入式IPC 中，较有代表性的当数PC／104 嵌入式IPC(尺寸为96 mm×90 mm)、3.5英寸嵌入式IPC(尺寸为146 mm×102 mm)和5.25 英寸嵌入式IPC(尺寸为203 mm 146 mm )。图7-7 分别表示PC／104和3.5 英寸嵌入式IPC 的外形结构。嵌入式IPC 不用插板滑道和总线底板，模块之间采
用层叠式封装。PC／104 与ISA 的电气规范兼容，厂商能用与
台式PC 机同样的ISA 芯片和外设芯片系列开发出各类PC／104 产品。
8.工业控制计算机的组成
(1) 加固型工业机箱：由于工控机应用于较恶劣的工业现
场环境，因此对机箱采取了一系列的加固措施，以达到防振、
防冲击的效果。机箱一般都采用全钢结构，具有良好的电磁屏
蔽能力。
(2) 工业电源：工控机的电源要求具有防浪涌冲击、过压过流保护功能，抗干扰能力强。工控机的电源有多种型号可供选
择。为了适应工业现场电压波动大的特点，工控机电源都具
有比较宽的调整范围，输出电压、电流的偏差也比较小，平
均无故障时间(MTBF) 长，一般为6~10 万小时。
(3) 无源底板：无源底板是用来安装各种板卡的基板。采用 4 层PCB 板，带有电源层和接地层，用以抗干扰和减少阻抗。板上有用于电源指示的LED，分别指示不同的电压，根据LED 的亮或暗就能反映电压的正常与否。无源底板上有多个总线插
槽，可安装ISA、EISA、PCI 总线的各种板卡。无源底板上的插槽数最多可以达到20 个。一个14槽的无源底板如图7－9 所示，其尺寸为：315 mm×260 mm。
(4) 主机板(CPU 卡)：CPU 卡是工控机的核心部件，目前有80486、80586、Pentium／Celeron系列等各类CPU 板卡。板上所有元件性能都达到了工业级标准，并且是一体化主板。
板上有CPU 插座，各种接口插座，
(5) 外部存储器: 外存储器有软盘驱动器、硬盘和CD-ROM ，可根据需要配置。
(6) 显示器: 显示器有普通显示器和液晶(LCD)显示器，其尺寸和分辨率可根据需要选择。
(7) 键盘: 一般采用101 标准键盘或触摸式功能键盘。
(8) 鼠标: 有机械式或光电式之分。
(9) 打印机: 有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机，
用于数据报表、工艺流程画面等的打印。
7.12工业控制计算机系统的组成
(1) 工控机主机：包括机箱、电源、无源底板、CPU 卡、显
(2) 输入接口板卡：包括模拟量输入、开关量输入板卡等；
(3) 输出接口板卡：包括模拟量输出板卡、开关量输出板
(4) 通信接口模块：包括串行通信接口模块(RS-232、RS-422、RS-485 等)、网络通信模块(如以太网模块、光纤模块、无线调制解调器模块等)等；
(5) 信号调理模块：完成对工业现场各种输入信号的预处理，
对输入输出信号进行隔离、驱动，还能完成信号的转换等；
(6) 远程数据采集模块：可以直接安装在工业现场，能够
通过多通道I／O 模块进行数据采集和过程监控，可以将现场
信号通过现场总线与工控机进行通信；
(7) 工控软件包：支持数据采集、监视、控制、报警、画面显示、通信等功能。目前大部分控制软件以Windows 操作系统为平台，也有以实时多任务操作系统为平台的，可根据实际
需要选择。
图7-11 工业控制计算机系统组成框图
7.13 IPC 总线工业控制计算机常用板卡介绍
9. IPC 总线工业控制计算机的概念
7.3.2总线
计算机总线是CPU 与计算机其他部分进行信息传递的公
共通道，通常传递三种信号：地址、数据和控制信号。工控
机早期使用的总线是STD 总线，目前常用的总线有ISA 总线、EISA 总线、PCI 总线等。
7.3.3总线指标
(1) 总线宽度: 总线宽度是指总线一次操作可以传输的数
据位数，STD 总线是8 位，ISA 总线是16 位，PCI 总线是32 位或64 位。
(2) 总线频率: 总线频率是指总线工作时的最高时钟频率。时钟频率越高，单位时间内可传送的数据量越大。ISA 总
线频率都是8.33 MHz，PCI 总线频率是33.3 MHz 或66 MHz。
(3) 总线数据传输率: 表示单位时间内传送数据量的大小(数据传输率=总线宽度的字节数×总线频率，单位是MB／s)。
7.14 ISA 总线
7.15 PCI 总线
PCI(Peripheral Component Interconnect，外围部件互连)总线以其64 位处理能力和即插即用的特性，取得了在新型微机
系统中的应用地位，是目前微机系统常用的总线。它有两种数
据宽度：32位和64 位，总线频率最高可达66 MHz，数据处理能力32 位时是264 MB／s，64 位时是528 MB／s，非常适合在高速计算机和高速数据通信中应用。
10.工业控制计算机I／O 接口信号板卡
I／O 接口是计算机与外界交换信息的桥梁，通过I／O 接口，完成外部信息输入计算机和计算机控制功能。
7.3.4接口信号的分类
工业控制需要处理和控制的信号可分为模拟量、数字量
和开关量。
1) 模拟量信号
2) 开关量信号
3) 数字量信号
数字量是指用多位二进制形式表示的数或用ASCII 码表示的字符。对数字量信号的处理方法与开关量类似，其区别是数字量是多位二进制而开关量是一位二进制。
7.3.5 I／O
工控机的接口板卡一般由三部分组成：PC总线接口部分、板卡功能实现部分和信号调理部分。模拟量板卡功能实现部分
主要包括信号的采样、隔离、放大、A／D 和D／A 电路及接口控制逻辑。开关量板卡功能实现部分主要包括数据的输入
缓冲和输出锁存以及隔离电路等。它们的PC 总线接口部分是相同的。现在工控机生产厂商已把模拟量、数字量的控制功能在一块板卡上实现，这就是数据采集控制卡。
1)
数据采集控制一般完成以下一个或多个功能：模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出及计数定时功能。此类板卡有各种型号和类型，用户可根据需要选择。
2) 模拟量输入输出板卡
(1) PCI-1713(32 路隔离模拟量输入卡)：PCI-1713 是一款PCI 总线的隔离高速模拟量输入卡,如图7-13 所示。它提供了32 个模拟量输入通道，采样频率可达100 kHz，12 位分辨率及2500 V 直流隔离保护。
PCI-1713 的特点如下：
2500 V 直流隔离保护；32 路单端或16 路差分模拟量输入，或组合输入方式；12位A／D 转换分辨率；A／D 转换器的采样速率可达100 kHz；每个输入通道的增益可编程；卡上 4 KB 采样FIFO 缓冲器；支持软件、内部定时器触发或外部触发。
PCI-1713 主要应用在信号隔离、工业过程监测和控制、变送器／传感器接口、多路直流电压测量等方面。
图7-14 PCI-1720 结构图
(2) PCI-1720(4 路隔离D／A 输出卡)：PCI-1720 是一款PCI 总线的4 路12 位隔离数字量／模拟量的输出卡, 如图7-14 所示。它能够在输出和PCI 总线之间提供2500 V 直流隔离保护，非常适合需要有高电压保护的工业现场。
用户可以单独将四个通道的输出设为不同的范围：0~5 V、0~10 V、± 5 V、±10 V、0～20 mA 或4～20 mA。该板卡还使用了PCI 控制器来完成卡与PCI 总线的接口，使其具有即插即用功能。
PCI-1720 的特点如下：
4 路12位D／A 输出；
多种输出范围；
PCI 总线和输出之间2500 V 直流隔离；
系统重启动后保持输出设置和输出值；
便于接线DB-37 接口。
PCI-1720 主要应用在过程控制、可编程电压源、可编程电流环、伺服控制等方面。
(3) 数字量输入输出板卡：
在工业现场，除了模拟量信号以外，还有大量的开关量信
号。开关量信号的电气接口形式较多，如继电器触点信号和开
关信号、TTL 电平或非TTL 电平等。对某些开关量输出信号，还需要大功率驱动器来实现对工业设备的驱动控制。
(4) 信号调理模块：在工业现场，有各种各样的输入输出
信号，它们是不能直接与计算机连接的，需要进行预先处理，
以满足计算机和控制的要求，信号调理模块就是完成这些功能
的。它可以实现将输入信号转变成适合计算机要求的信号，如将电流信号转变成电压信号，对输入输出信号进行隔离、驱动等。信号调理模块的主要类型有：全隔离直流输入输出模块、交流电压、电流输入调整模块、放大及多通道转换板等。研华公司生产的ADAM-3000 系列模块是目前市场上较经济、
可现场进行配置的隔离信号调理模块。这些模块易于安装，
并且可以避免大的环流、马达噪声和其他电气干扰对仪器及过
程信号的影响和破坏。
(5) 远程数据采集和控制模块：远程数据的采集和控制是
控制系统中的一个重要组成部分。远程数据的采集可通过通信
来完成。近几年推出了通信模块系列，可提供包括以太网、串行总线、光纤、无线等网络连接。
五、课堂小结：
1、工业控制计算机的特点
2、总线式工控机的组成结构
3、常用工控总线
4、IPC 的主要外部结构形式
5、工业控制计算机I ／O接口信号板卡
六、布置作业：
思考题
一、单选 课后习题 二、简答 1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4 答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现场总线控制系统。 2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pg11 答：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口，如A/D,D/A 转换 接口,LED 、LCD 显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。 可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。 现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。 工业PC 机，完成STD 总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理 曲线、工业控制流程图，PID 柱形图像处理程序等。 3.A/D 和D/A 转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？ 答：A/D 的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行处理。 D/A 的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A 的作用正是用于把数字信号 转换为模拟信号。 4.LED 数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81 多位LED 有两种显示方法：动态显示和静态显示。动态显示使用的硬件少，价格低，线路简单，但是占 用机时长。静态显示使用元件多，线路复杂，但是显示占用机时少，显示可靠。 5.在人机接口技术中，键盘设计需解决的问题有哪些？如何实现防抖？Pg55 答：按键的确认，中键与连击的处理，按键防抖动技术。防抖可以用两种方法 1.硬件防抖：滤波防抖电路，双稳态防抖电路 2.软件防抖 6.算术平均滤波的具体方案是怎样的？该滤波方法主要适用于什么情况？Pg248 答：算术平均值滤波是要寻找一个Y （k ），使该值与各采样值间误差的平方和为最小，其中 ∑==N i i x N k Y 1 )(1)(其中)(k Y ——第k 次B 个采样值的算术平均值 X(i)——第i 次采样值 由此可见：算术平均值滤波的实质就是把一个采样周期内的N 次采样值相加，然后把所得的数除以采样次数N ， 得到周期的采样值。 7.位置型PID 和增量型PID 有什么区别？它们各有什么优缺点？ 增量型算法与位置型算法比较：
《微型计算机控制技术》学科复习总结★第一部分选择题 ?使用说明：本部分对应考试题型的选择题部分，注意看选项答案，莫只记选项！ ★★1. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）（1分） A. 0.3V以下 B. 0.7V以上 C. -3V以下 D. +3V以上2．下面关于微型计算机控制技术的叙述，正确的是( D )。 A．微型计算机控制技术只能用于单片机系统 B．任何控制系统都可以运用微型计算机控制技术 C．微型计算机控制技术不能用于自动化仪表 D．微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表3. 计算机监督系统(SCC)中，SCC计算机的作用是( B )。 A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定值并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 4．关于现场总线控制系统，下面的说法中，不正确的是( C )。 A．省去了DCS中的控制站和现场仪表环节 B．采用纯数字化信息传输 C．只有同一家的FCS产品才能组成系统 D．FCS强调“互联”和“互操作性” 5. 闭环控制系统是指（B） A.系统中各生产环节首尾相连形成一个环 B.输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响 C.系统的输出量供显示和打印 D.控制量只与控制算法和给定值相关 6. 多路开关的作用是（A） A.完成模拟量的切换 B. 完成数字量的切换 C.完成模拟量与数字量的切换 D. 完成模拟量或数字量的切换 7. 采样-保持电路的逻辑端接+5V，输入端从2.3V变至2.6V，输出端为（A）
2020年自考《工业用微型计算机》模拟试题及答案（卷一） 第一部分选择题 一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.8位二进制补码11111111B对应的真值为( ) A．1 B．-1 C．-128 D．- 127 2. 16位二进制无符号数，相应的十进制数范围是( ) A．1～65536 B．O～65536 C．0～64000 D．0～65535 3．ASCII码30H所代表的字符应为( ) A．‘0’ B．‘3’ C．‘A’ D．‘G’ 4．堆栈指针寄存器是( ) A．SI
C．BX D．SP 5．当进行加法或减法运算时，若最高位发生进位或借位，则( ) A．CF =1 B．DF =1 C．SF =1 D．ZF =1 6．若AX=-20，执行指令NEG AX后，AX的内容是( ) A．-20 B．20 C．ODFH D．80H 7. 8086/8088系统执行传送指令MOV时( ) A．不影响标志位 B．影响OF方向标志 C．影响SF符号标志 D．影响AF进位标志 8．在条件转移指令中，结果为零数则转移的指令是( ) A．JNZ B．JZ C．JS
9．设SP= 3000H，执行下列指令后，SP寄存器的值是( ) POP BX PUSH AX A．2FFEH B．3000H C．3002H D．3004H 10.串操作指令中，目的操作数的段地址一定在____寄存器中。( ) A．CS B．SS C．DS D．ES 11. 8086/8088CPU可以处理多种不同的中断，每个中断对应一个类型码，其类型码范围为( ) A．0—256 B．0～255 C．0—128 D．0—127 12.利用DOS功能调用，实现字符显示的程序段为( ) MOV AH．2 MOV DL．39H
计算机应用技术在工业生产中的应用 中国科技大学信息学院6-0636班陆佳指导老师戴伯秋 摘要：目前，一些大型化工业，生产过程采用计算机控制，实现了生产过程的自动化，但是往往忽视了企业的自动化管理。本文介绍了计算机网络管理（PCNM）系统，可以方便的与过程控制计算机相互交换信息，又可以同企业内部原有的计算机网络连接，形成计算机一体化的生产系统，实现了工厂的计算机控制与信息管理的一体化。又介绍了仿真技术在工业生产中的一些作用，从而使我国的自动化物流系统迈向国际先进水平的行列。 一、概述 纯碱是基本化学工业中产量最大的产品,是用途十分广泛的工业原料,在国民经济中占有非常重要的地位。随着我国国民经济的飞速发展,对纯碱的需求量不断增大,为了满足市场需求,除了扩大生产规模外,还必须进一步发掘生产潜力。 山东潍坊纯碱厂是一个新建厂,设备先进,但纯碱生产大部分还是人工操作,落后的操作法法已不能适应生产发展的需要。为了解决先进设备与落后操作的矛盾,稳定生产,提高原料利用率,降低能耗,增加产量,碱厂从美国霍尼韦尔公司引进具有先进水平的TDC-3000集散型控制系统,并用于制碱生产的心脏工序--重碱碳化工段,以实现工业生产的全局控制。 工业生产的全局控制包含着两层意义,一是指生产过程的自动化,二是指企业管理的自动化。生产过程的自动化指的是生产过程采用计算机控制,用计算机自动调节各生产要素,做到产品的高产、优质与低耗。企业自动化管理指的是调度、经营与决策的自动化,就是把当前生产的全部信息汇总起来,使管理决策者能够对全厂的生产、经营进行整体安排与调度,以期取得全厂各部门生产活动的协调进行,达到整体效益的最佳工业过程。全局控制系统可分为以下4级: 1.直接控制级过程控制计算机直接与现场各类装置(如变送器、执行器、 记录仪表等)相连,对所连接的装置实施监测、控制,同时它还向上与 第二级的计算机相连,接收上层的过程管理信息,并向上传送装置的 特性数据和采集的实时数据; 2.过程管理级过程管理计算机(主要有监控计算机、操作站、工程师站 等)综合监视过程各站的所有信息,集中显示操作,控制回路组态和参 数修改,优化过程处理等; 3.生产管理级管理计算机根据生产过程的特点与需要,协调各单元级的 参数设定,是生产过程的总体协调员和控制器; 4.经营管理级与办公室自动化连接起来,担负起全厂的总体协调管理, 包括各类经营活动、人事管理等。 上位机系统在整个控制系统中属于第三级(生产管理级),它既可以方便地与过程管理计算机相互交换信息,又可以同厂内现有的计算机网络连接,形成计算机一体化生产系统,实现工厂的信息管理一体化。 二、系统目标 由于纯碱生产是人工操作,生产数据全部由手工记录,数据错综复杂,误差较大,给管理人员协调各部门生产、优化控制过程造成很大困难。为了使碱厂在运行工况、设备状态、故障处理等方面都处在合理、优化的状态,合理的生产运行和经营管理已越来越显得重要,而现有的管理水平离一个现代化企业所要求的目标还相差很远。针对这种状况,确定了本系统的目标为:
第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。
第1章微型计算机概论 微处理器——由运算器、控制器、寄存器阵列组成 微型计算机——以微处理器为基础，配以内存以及输入输出接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机 微型计算机系统——由微型计算机配以相应的外围设备及其它软件而构成的系统 单片机——又称为“微控制器”和“嵌入式计算机”，是单片微型计算机 单板机——属于计算机系统 总线——是CPU、内存、I/O接口之间相互交换信息的公共通路，由数据总线(双向)、地址总线和控制总线组成 微机系统中的三种总线： 1. 片总线，元件级总线 2. 内总线(I-BUS)，系统总线 3. 外总线(E-BUS)，通信总线 第2章 80X86处理器 8086CPU两个独立的功能部件： 1. 执行部件(EU)，由通用计算器、运算器和EU控制系统等组成，EU从BIU的指令队列获得指令并执行 2. 总线接口部件(BIU)，由段寄存器、指令指针、地址形成逻辑、总线控制逻辑和指令队列等组成，负责从内存中取指令和取操作数 8086CPU的两种工作方式： 1. 最小方式，MN/MX接+5V(MX为低电平)，用于构成小型单处理机系统 支持系统工作的器件： (1) 时钟发生器，8284A (2) 总线锁存器，74LS373 (3) 总线收发器，74LS245 控制信号由CPU提供 2. 最大方式，MN/MX接地(MX为低电平)，用于构成多处理机和协处理机系统 支持系统工作的器件： (1) 时钟发生器，8284A (2) 总线锁存器，74LS373 (3) 总线收发器，74LS245 (4) 总线控制芯片，8288 控制信号由8288提供 指令周期、总线周期、时钟周期的概念及其相互关系： 1. 执行一条指令所需要的时间称为指令周期 2. 一个CPU同外部设备和内存储器之间进行信息交换过程所需要的时间称为总线周期 3. 时钟脉冲的重复周期称为时钟周期 4. 一个指令周期由若干个总线周期组成，一个总线周期又由若干个时钟周期组成 5. 8086CPU的总线周期至少由4个时钟周期组成 6. 总线周期完成一次数据传输包括：传送地址，传送数据 等待周期——在等待周期期间，总线上的状态一直保持不变 空闲周期——总线上无数据传输操作
计算机自动控制技术 复习题 （课程代码 252315） 一选择题 1下面关于微型计算机控制技术的叙述，正确的是（D ） A. 微型计算机控制系统只能用于单片机系统 B. 在任何控制系统中都可以运用微型计算机控制系统 C. 微型计算机控制技术不能用于自动化仪表 D. 微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表 2计算机监督系统（SCC ）中，SCC 计算机的作用是（B ） A. 接收测量值和管理命令并提供给DDC 计算机 B. 按照一定的数学模型计算机给定值并提供给DDC 计算机 C. 当DDC 计算机出项故障时，SCC 计算机也无法工作 D. SCC 计算机与控制无关 3关于现场总线控制系统，下面的说法中，不正确的是（C ） A 省去了DDC 中的控制站和现场仪表环节 B 采用纯数字化信息传输 C 只有同一家的FCS 产品才能组成系统 D FCS 强调“互联”和“互操作性” 4闭环控制系统是指（B ） A. 系统中各生产环节首尾相连形成一个环 B. 输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响 C. 系统的输出量供显示和打印 D. 控制量只与控制算法和给定值相关 5下列缩写表示现场可编程逻辑阵列的是（D ） A PLC B. PLD C. GAL D. FPGA 6多路开关的作用是（A ） A. 完成模拟量的切换 B. 完成数字量的切换 C. 完成模拟量与数字量的切换 D. 完成模拟量或数字量的切换 7采样-保持电路的逻辑端接+5V ，输入端从2.3V 边至2.6V ，输出端为（A ） A 从2.3V 边至2.6V B. 从2.3V 边至2.45V 并维持不变 C. 维持在2.3V D. 快速升至2.6V 并保持不变 8 CD0541的INH 端接地，C 、B 、A 端依次接101B ，（C ）被选通 A IN/OUT 至IN/OUT4共5个通道 B. IN/OUT4通道 C. IN/OUT 5通道 D. 没有通道 9 CD4097的INH 端接+5V ，C ，B ，A 端依次接111B ，（D ）被选通 A X 组的IN/OUT7通道 B. Y 组的IN/OUT7通道 C. X 组和Y 组的IN/OUT7通道 D. 没有通道 10 DAC0832的REF V 端接-5V ，OUT1I 接运算放大器异名端，输入为1000000B ，输出为（B ） A +5V B. +2.5V C. -5V D . -2.5V 11在第18题的基础上，再接一级预算放大器构成双极性电压输出，输入C0H 时，输出为 （A ）
工业用微型计算机 一、单项选择题（每题1分，共36分） 1.计算机的发展已经过了4代，其中__①___是第一代计算机 ①电子管②晶体管③集成电路④大规模集成电路 2.计算机中常用的数制包括：二进制、八进制、十进制和____①____ ①十六进制②六十进制③十二进制④一百进制 3.十进制数9的BCD码是___③_____ ① 0000 ②0010 ③1001 ④1000 4.十进制数6的BCD码是____①____ ① 0110 ②0010 ③1001 ④1000 5.写出真值＋1011011B所对应的机器数___②____ ① 1011011B ②01011011B ③ 11011011B ④+1011011B 6.写出机器数11011011B所对应的真值___①_____ ①-1011011B ②+1011011B ③11011011B ④01011011B 7.设X＝＋1001010B，则［X］原＝____①____ ① 01001010 ②11001010 ③＋1001010 ④－1001010 8.已知X＝＋1110100B，则［X］反＝___①_____ ① 01110100 ②11110100 ③00001011 ④10001011 9.已知［X］原＝10110110，其［X］补＝__③___ ① 10110110 ②01001001 ③ 11001010 ④00110101 10.计算机是由输入设备、存储器、___①____、控制器及输出设备等组成 ①运算器②ALU ③CPU ④цP 11.通常把运算器和___④___合称为CPU ①译码器②存储器③锁存器④控制器
１、什么就是计算机控制系统？它由哪几部分组成？ 计算机控制系统就就是利用计算机来实现生产过程自动控制得系统。它就是工业控制机构生产过程得大部分组成，工业控制机就是指生产过程控制得特点与要求而设计得计算机,它包括硬件与软件部分,生产过程包括被控对象,测量变送，执行机构,电气开关等。 2、计算机控制系统得典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 计算机控制系统得典型形式：(1)操作指导控制系统。优点:结构简单，控制灵活与安全,缺点就是由人工操作,速度受到限制，不能控制多个对象.(2)直接数字控制系统(ＤＤC),实时性好,可靠性高与适应性强.（３）监督控制系统（SSC），就是生产过程始终处于最优工况。 (4)分型控制系统（DCS)，分散控制，集中操作，分级管理.（５)现场总线控制系统（FＣＳ)，降低成本,提高可靠性，可实现真正得开放式互连系统结构 3、实时，在线方式与离线方式得含义就是什么？ 实时就是指信号得输入,计算与输出都要在一定得时间范围内完成,即计算机对输入信息以足够快得速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义.在线方式：在计算机控制系统中，生产过程与计算机直接连接,并受计算机控制得方式。离线方式:生产过程不与计算机相连且不受计算机控制，而就是靠人进行联系并作相应操作得方式. ４、工业控制机有哪几部分组成？ 工业控制机包括硬件与软件两部分。硬件包括：主机(CPU、RＡM、ROＭ）板,人-—机接口，外部总线与内部总线，系统支持板，磁盘系统通信接口，输入、输出通道.软件包括系统软件、支持软件与应用软件。 5、什么就是总线，内部总线与外部总线？ 总线就是一组信号线得集合，它定义了各引线得信号、电机、机械特性,使计算机内部各组成部分之间以及不同得计算机之间建立信号联系,进行信息传送与通信。内部总线：就就是计算机内部功能模板之间进行通信得总线,它就是构成完整得计算机系统得内部信息枢纽，但按功能仍要分为数据总线DＢ，地址总线ＡB,控制总线ＣB，电源总线ＰB。外部总线就是计算机与计算机之间或计算机与其她智能设备之间进行通信得连接。 6、什么就是接口,接口技术与过程通道？ 接口就是计算机与外部设备交换信息得桥梁，它包括输入接口与输出接口,接口技术就是研究计算机与外部设备之间如何交换信息得技术,过程通道就是在计算机与生产过程之间设置得信息传送与转换得连接通道，它包括ＡI、AＯ、ＤＩ、DO。 7、采用７4LS244与74LＳ２73与PＣ总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量)输入接口与8路数字量(开关量）输出接口,请画出接口电路原理图,并分别编写数字量输入与数字量输出程序。 8、用8位A/D转换器ＡDＣ080９通过８255A与PC总线工业控制机接口,实现８路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量得数据采集程序 9、有源I／V变换:设输入为4~2０mA得电流，对应输出为1~5Ｖ，输入电阻Ｒi=２50Ω，试确定I/V变换电路及电路参数，画出电路原理图. 10、什么就是采样过程、量化、孔径时间？ 采样时指按一定得时间间隔T，把时间上连续与幅值上也连续得模拟信号转变成在时间刻０、Ｔ、2T···ＫＴ得一连串脉冲输出信号得过程，所谓量化就就是采用一组数码(二进制码)来逼近离散模拟信号得幅值，将其转换为数字信号,将采样信号转换为数字信号得过程称为量化过程,孔径时间，在模拟量输入通道中，Ａ／D转换器将模拟信号转换为数字量总需要一定得时间，完成一次A/D转换所需得时间. 11、采样保持器得作用就是什么？就是否所有得模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？
计算机在自动控制的应用 一）计算机自动控制的原理 所谓的计算机自动控制是指在传递函数的基础上，对单一输入和输出等线性常数等内容进行分析。对于一个比较复杂的对象来说，要想实现对其控制首先要设定与被控对象的关联方式，这个关联方式就是自动控制系统。自动控制系统中最重要的物理量是被控对象的输出量，对于控制对象来说，则有反馈装置来进行信息反馈。控制装置是根据反馈装置提供的信息来调整控制量的输出，保证控制的准确度。 二）计算机自动控制的特点 随着信息时代的到来，自动控制无论是对于工业生产还是日常生活，都具有重要的创新意义。计算机能够同时储存大量的数据并且快速处理数据，因此在设备自动化和智能化发展的过程中，利用计算机来代替人工控制是非常正确的选择。计算机控制有着明显的优势，首先计算机控制不存在固定的模式和规律，具有较强的多样性，其次计算机不仅能够实现对设备的控制，还能够通过实时信息进行优质管理，进一步提高了工作效率；再者计算机控制能够节约管理成本，并且提高经济收益；最后一点就是计算机能够灵活的根据设备现场的工作状态，灵活调整设备的工作参数，最大程度的保证设备能够处于设备处于最佳的工作状态。 三）计算机自动控制的意义 设备装置的进步，有力促进了我国诸多行业的发展，在当代设备日渐智能化和系统化的发展趋势下，自动化控制设备的可靠性成为设备生产商和用户最为关注的问题。由于电子自动化控制设备在实际应用中面临多样性的工作环境，因此控制设备必须具备一定程度的可靠性。就自动化控制设备中的自动控制开关分析，由于开关通常被用于车载和军事，因此开关在工作中必定会面临高湿度，低温以及撞击等问题的考验，为保障自动化控制设备的正常运行，开关必须具备高水平的可靠性。自动化控制设备在过程中，由于无法开展设备的深度检修，只能进行简要的部件维护，因此提高设备的可靠性是十分必要的。 四）计算机自动控制概述 计算机自动控制一般的机器是由人控制的，人给机器一个指令，机器就完，成一个操作。计算机的操作也是受人控制的，但由于计算机具有内部存储能力，可以将指令事先输入到计算机存储起来，在计算机开始工作以后，从存储单元中依次去取指令，用来控制计算机的操作，从而使人们可以不必干预计算机的工作，实现操作的自动化。 五）计算机控制的系统特点 自动控制对于我国工业、农业和科学技术的发展有着越来越重要的地位。 不仅在宇航导弹制导系统中、核技术以及火器控制等军事方面有着紧密的联系，逐渐已经密不可分，在金属冶炼、仪器制造和一般工业生产方面都有着相关的影响，为实现工业的自动化控制、改善劳动条件、提供经济建设等方面都贡献着自身价值。计算机本身有着较大的存储功能，较强的逻辑判断能力及较快的运算速度，计算机控制可以帮助自动控制中实际的困难，解决相关的问题瓶颈，可以提升自动控制的性能指标。 六）计算机控制系统的应用类型 数据采集系统在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。
习题集 一、问答题 1. 微型计算机控制系统有哪些？ 参考：微型计算机控制系统有：（1）操作指导控制系统；（2）直接数字控制系统（DDC ）；（3）计算机监督系统（SCC ），这里面包括：1）SCC 加模拟调节器控制系统，2）SCC 加DCC 系统；（4）分布控制系统（DCS ）；（5）计算机集成制造系统（CIMS ） 2、说明动态显示与静态显示的的特点及各自的用途。 参考：动态显示是每一时刻只有一位在显示，而且按照一定的周期循环显示，由于循环周期比较快，所以人眼看到的仍然是一个多位同时显示。静态显示是各位一起显示。动态显示用于仿真器，而静态显示则用于工业过程控制和智能化仪表。 3、A/D 和D/A 转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？ 参考：D/A 转换的作用：主要是将数字量到模拟量的转换。A/D 转换的作用：将模拟量转换成数字量。都可以实现一到多，多到一的控制。处理采用分时方法。 4. LED 数码管的显示方法有那两种？各有什么特点？ 参考：LED 数码管的显示方法有动态显示和静态显示；动态显示利用微处理器定时的对显示器进行扫描，在这种方法中，显示器件分时工作，每次只能有一个器件显示。其优点是硬件少，线路简单、成本低，缺点是耗费较多的微处理器处理时间；静态显示是由一系列硬件电路来保持显示内容，微处理器只用发送一次显示数据即可，其优点是占用微处理器的时间较少，但硬件较为复杂。 5. 在人机交互接口技术中，键盘设计需解决的问题是哪些？如何实现防抖？ 参考：需要解决下面几个方面的问题：（1）按键的确认；（2）重键与连击的处理；（3）按键防抖动技术； 这里面又包括：1）硬件防抖技术（一种广为采用的措施）。2）软件防抖方法（当键的个数比较多时采用）。 硬件防抖又有以下几种： 滤波防抖法、双稳态防抖法（又叫RS 触发器法）、中断法（不常用）、有的器件自己本身带有防抖功能，如8279等。 软件防抖：软件防抖即采用软件的方法，当第一次检测到有键按下的时候，先用软件延时（10MS-20MS ），再确认该键电平是否仍维持闭合状态电平。若是，则确认此键已经按下，若不是，则可能是其他干扰引起的抖动，并非真正按下了键 6. 算术平均滤波的具体方法是怎么样的？该滤波方法主要适用于什么情况？ 参考：算术平均滤波的方法是把一个采样周期内的N 次采样值相加，然后把所得的和除以采样次数N 次，得到该周期的采样值。 该方法可以用于压力、流量等周期脉动参数的采样值的平滑处理。 7. 位置型PID 和增量型PID 有什么区别？它们各有什么优缺点？ 参考：在位置控制算式中，不仅需要对E(j)进行累加，而且计算机的任何故障都会引起P(k)大幅度变化，对生产不利。 增量控制虽然改动不大，然而却带来了很多优点： （1）由于计算机输出是增量，所以误动作影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉； （2）在位置型控制算法中，由于手动到自动切换时，必须首先使计算机的输出值等于阀门的原始开度，即P(k-1)，才能保证手动/自动地无扰动切换，这将给程序设计带来困难。而增量设计只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，因而增量算法易于实现手动/自动的无扰动切换。（3）不产生积分失控，所以容易获得较好的调节品质。 增量控制因其特有的优点已得到了广泛的应用。但是，这种控制方法有如下不足：（1）积分截断效应大，有静态误差；（2）溢出的影响大。 8. 在自动控制系统系统中饱和效应是如何产生的？如何消除？ 参考：在实际控制系统中，控制变量往往受到限制，则实际输出控制变量就不在是计算值，由此引起的不期望的效应称为饱和效应。主要有积分造成。消弱消除的方法有：遇限制消除积分法和积分分离法两种。 9、试比较PID 控制参数p K 、i T 、和d T 的大小对系统性能的影响？
工业用微型计算机知识点 【篇一：工业用微型计算机知识点】 微处理器是微型机的核心芯片，通常简称为mp （microprocessor），它是将计算机中的运算器和控制器集成在一 个硅片上制作的集成电路。这样的芯片也被称为中央处理单元，一 般简称为cpu（central processing unit）. 第一代4位和低档8 位 微处理器（1971 年－1973 第二代中高档8位微处理器（1974 年－1978 第三代16位微处理器（1978 年－1981 第四代32位高档微处 理器（1985 年－1993 第五代64位高档微处理器以后intel又推出pentium-ii 微处理器。advanced micro device 公司（简称adm） 的k6 是与pentium-ii 性能相当的cpu。 后缀b表示二进制；后缀h 表示十进制；后缀d 表示十进制（也可 不加后缀）例如：10011011b—是二进制数；9bh—是十六进制数；155d—是十进制数；这些数都表示同一数值，即十进制的155，只 是使用的进制不同而已。 （1）十六进制转换为二进制数，不论是十六进制的整数还是小数， 只要把每一位十六进制的数用相应的二进制数来代替，就可以转换 为二进制。例如 10011011 1010 0110 （2）二进制转换为十六进制 这种转换，可分两步进行：对整部分，从小数点向左数每4 位二进 制为一组，最后不足的前面补零。对小数部分，从小数点向右位一组，最后不足4位的后面补0，然后把每4 位二进制数用相应的十 六进制数代替，即可转换为十六进制数。例如（2）二进制数转换为 十进制数，对所给的二进制数，只要按前述的式（2－2）展开，即 可得到对应的十进制数。例如．01010100 3100 只要决定的值，就 可写出二进制数，因为2＝1，所以（215－2）一定的整数倍， 2152所得的余数即为x0。其转换过程为 2152＝107 （商），余数 ＝1＝x0; 1072＝53 （商），余数＝1＝x1; 532＝26 数＝1＝x2;262＝13 （商），余数＝1＝x3; 132＝6 （商），余数＝1＝x4; （4） 十进制整数转换为十六进制数，同转换为二进制数的道理一样，也 可采用除16 取余例如215d 转换为十六进制的过程为 21516＝13（商），余数＝7＝x0; 1316=0（商），余数＝13＝x1; 商为0，转 换结束。 故215d＝d7h；通常写成0d7h，d前面的字说明d不是英文字符d 而是数字13。又如何2345d 的转换过程为1234516＝771 （商），
工业控制机及应用 习题解答
第一章工业控制机概述 问题1 什么是工业控制计算机？有哪些部分组成？ 用于工业控制的计算机称为工业控制计算机，简称控制机。工业控制计算机是计算机一大门类，具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机、外围、外设及接口，具有实时操作系统，控制网络及协议，计算能力，系统软件，工具软件，应用软件和人机界面，采用总线结构等。工控机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的自动化技术工具的总称。控制机由计算机和过程输入输出（ I/O）通过两大部分组成。工控系统(包括硬件、软件)，不包括传感器、检测仪表和执行器。 问题2 工控机的特点有哪些？ 1）实时性。工控机对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工况变化给予快速响应，及时进行采集和输出调节（把各种操作分成不同的优先级处理，这与通用机不同），保证被控系统的正常运行。 2）可靠性。工控机具有在粉尘、高温、潮湿、振动、（酸、碱）腐蚀和电磁干扰等的工业环境、长时间、连续可靠工作的能力。能够抗工业电网的浪涌、跌落和尖峰干扰等。并具备良好的故障诊断和可维护性，以保障及时发现和维修。对可靠性最有效的测试主要为：冲击、振动、打耐压、强磁场、高低温存贮和循环、瞬时过压干扰、板级更换时间等。 3 ）输入/输出能力。工控机具有很强的输入/输出功能，与工业现场的各种检测仪表和控制装置，如：传感器、变送器、执行器、报警器、显示器等相连接，以完成各种测量控制任务。 4 ）各种应用软件大多数工控机以windows作工作平台，支持多种高级语言编程，支持实时多任务操作系统。应用软件极为丰富，特别是组态软件更为用户提供方便。 问题3 控制机与一般通用计算机相比较有何特点？ 1）具有较完善的过程通道，便于将各种形式的信息变换, 并完成检测数据输入和控制
第11 章计算机控制系统实例 本章的教学目的与要求 掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。 授课主要内容 硫化机计算机群控系统 主要外语词汇 Sulfurate Machine: 硫化机重点、难点及对学生的要求说明：带“ *** ”表示要掌握的重点内容，带“ ** ”表示要求理解的内容，带“ *”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容 硫化机计算机群控系统的软硬件设计*** ☆ 辅助教学情况 多媒体教学课件( POWERPOINT ) 复习思考题 硫化机计算机群控系统的软硬件设计 参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义 硫化机计算机群控系统 内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使用寿命。目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间，由于硫化中所需 的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象，直接影响了内胎的质量。 因此，设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不仅能提高企业的自动化水平，也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，同时也避免了个别硫化操作人员为提高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间，未硫化完毕就开模) ，使内胎的产品质量得到保证。 1. 系统总体方案 内胎硫化过程共包括四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。由于所有硫化机的控制方式相同，所以特别适合群控。在自动模式下，当硫化操作人员装胎合模后，由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。为克服温度波动的影响，经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius) 经验公式来计算等效硫化时间。 某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96 台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。根据企业的现场情况，借鉴DCS (Distributed Control System ，集散控制系统) 系统结构，使用PLC 作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使用工业控制计算机作为管理和监视级。系统总体方案见图11.8。 PLC 通过温度采集模块采集现场的96 台硫化机温度信号，进行等效计算后，按设定 型号的参数计算硫化机的硫化时间并对泄压阀、开模电机动作进行控制，完成内胎的整个硫
计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。它是工业控制机构生产过程的大部分组成，工业控制机是指生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件部分，生产过程包括被控对象，测量变送，执行机构，电气开关等。 2. 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构 3. 实时，在线方式和离线方式的含义是什么？ 实时是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义。在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。离线方式：生产过程不和计算机相连且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。 4. 工业控制机有哪几部分组成？ 工业控制机包括硬件和软件两部分。硬件包括：主机（CPU、RAM、ROM）板，人--机接口，外部总线和内部总线，系统支持板，磁盘系统通信接口，输入、输出通道。软件包括系统软件、支持软件和应用软件。 5. 什么是总线，内部总线和外部总线？ 总线是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电机、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送和通信。内部总线：就是计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽，但按功能仍要分为数据总线DB，地址总线AB，控制总线CB，电源总线PB。外部总线是计算机与计算机之间或计算机与其他智能设备之间进行通信的连接。 6. 什么是接口，接口技术和过程通道？ 接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口，接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术，过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括AI、AO、DI、DO。 7. 采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。 8. 用8位A/D转换器ADC0809通过8255A与PC总线工业控制机接口，实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序 9. 有源I/V变换：设输入为4~20mA的电流，对应输出为1~5V，输入电阻Ri=250Ω，试确定I/V变换电路及电路参数,画出电路原理图。 10. 什么是采样过程、量化、孔径时间？ 采样时指按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时间刻0、T、2T···KT的一连串脉冲输出信号的过程，所谓量化就是采用一组数码（二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号，将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，孔径时间，在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换为数字量总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需的时间。 11.采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？ 12. 什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？
第一章 1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用? (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.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，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。 4、操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？ (1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到操作指导的作用(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。 (3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。 SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。 第七章 3、数字滤波与模拟滤波相比有什么优点？ 答：数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点： (1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好，不存在阻抗匹配的问题； (2)数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷； (3)数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。 4、常用的数字滤波方法有几种？各有什么优缺点？ 答：常用的数字滤波方法有7种。
1. 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？ 计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。它是工业控制机构生产过程的大部分组成，工业控制机是指生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件部分，生产过程包括被控对象，测量变送，执行机构，电气开关等。 2. 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构 3. 实时，在线方式和离线方式的含义是什么？ 实时是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义。在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。离线方式：生产过程不和计算机相连且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。 4. 工业控制机有哪几部分组成？ 工业控制机包括硬件和软件两部分。硬件包括：主机（CPU、RAM、ROM）板，人--机接口，外部总线和内部总线，系统支持板，磁盘系统通信接口，输入、输出通道。软件包括系统软件、支持软件和应用软件。 5. 什么是总线，内部总线和外部总线？ 总线是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电机、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送和通信。内部总线：就是计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽，但按功能仍要分为数据总线DB，地址总线AB，控制总线CB，电源总线PB。外部总线是计算机与计算机之间或计算机与其他智能设备之间进行通信的连接。 6. 什么是接口，接口技术和过程通道？ 接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口，接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术，过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括AI、AO、DI、DO。 7. 采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。 8. 用8位A/D转换器ADC0809通过8255A与PC总线工业控制机接口，实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序 9. 有源I/V变换：设输入为4~20mA的电流，对应输出为1~5V，输入电阻Ri=250Ω，试确定I/V变换电路及电路参数,画出电路原理图。 10. 什么是采样过程、量化、孔径时间？ 采样时指按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时间刻0、T、2T···KT的一连串脉冲输出信号的过程，所谓量化就是采用一组数码（二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号，将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，孔径时间，在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换为数字量总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需的时间。 11.采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？ 12. 什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？