第九章计算机控制系统PPT讲稿.ppt

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1、第九章计算机控制系统第1页，共47页，编辑于2022年，星期三掌握计算机控制系统的组成原理掌握计算机控制系统的组成原理知识点：知识点：了解计算机控制系统的应用类型了解计算机控制系统的应用类型掌握集散控制系统的基本组成掌握集散控制系统的基本组成掌握计算机控制系统的信号处理原理掌握计算机控制系统的信号处理原理掌握计算机控制系统的输入、输出通道的组成掌握计算机控制系统的输入、输出通道的组成第2页，共47页，编辑于2022年，星期三1.1计算机控制系统的组成n计计算算机机控控制制系系统统是是用用计计算算机机(通通常常称称为为工工业业控控制制计计算算机机)来来实实现现工工业业过过程程自自动动控控制制的的

2、系系统。统。什么是自动控制什么是自动控制?自动控自动控制系统由哪些部分组成制系统由哪些部分组成?1.1.11.1.1基本概念基本概念第3页，共47页，编辑于2022年，星期三设定值设定值控制器控制器D/A执行执行机构机构被控被控对象对象A/D计算机计算机被控变量被控变量+计算机闭环控制系统结构图计算机闭环控制系统结构图执行机构执行机构第4页，共47页，编辑于2022年，星期三计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理(1)(1)实实时时数数据据采采集集 对对测测量量变变送送装装置置输输出出的的信信号号经经A/DA/D转换后进行处理。转换后进行处理。(2)(2)实实时时控控制制决决策策 对

3、对被被控控变变量量的的测测量量值值进进行行分分析析、运运算算和和处理，并按预定的控制规律进行运算。处理，并按预定的控制规律进行运算。(3)(3)实实时时控控制制输输出出 实实时时地地输输出出运运算算后后的的控控制制信信号号，经经D/AD/A转转换后驱动执行机构，完成控制任务。换后驱动执行机构，完成控制任务。上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。可归纳为以下三个步骤：可归纳为以下三个步骤：什么是实时控制什么是实时控制?第5页，共47页，编辑于2022年，星期三工业控制机工业控制机图图1.2 1.2 计算机控制系统的组成框图计算机控制系统的组成框图

4、生产过程生产过程指按生产过程控制的特点和指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机它包括要求而设计的计算机它包括硬件和软件两部分。硬件和软件两部分。包括被控对象，测量变送、执包括被控对象，测量变送、执行机构、电气开关等装置。行机构、电气开关等装置。1.1.21.1.2硬件系统硬件系统第6页，共47页，编辑于2022年，星期三接收输入的指令和工业对接收输入的指令和工业对象的信息，向系统各部分象的信息，向系统各部分发送命令和数据。发送命令和数据。包括显示操作台、屏幕显包括显示操作台、屏幕显示器示器(CRT)或数码显示器、或数码显示器、键盘、打印机、记录仪等。键盘、打印机、记录仪等。从被控对象采集的

5、模拟量或从被控对象采集的模拟量或数字量信号转换为计算机能数字量信号转换为计算机能够接收的数字量够接收的数字量生产过程包括被控对象，生产过程包括被控对象，测量变送、执行机构、电测量变送、执行机构、电气开关等装置。气开关等装置。图1.2计算机控制系统的组成框图包括磁盘、光盘、磁带，包括磁盘、光盘、磁带，主要用于存储大量的程序主要用于存储大量的程序和数据。和数据。将计算机的处理结果转换成可将计算机的处理结果转换成可以对被控对象进行控制的信号。以对被控对象进行控制的信号。第7页，共47页，编辑于2022年，星期三n工工业业控控制制机机硬硬件件：硬硬件件是是指指计计算算机机本本身及外围设备。身及外围设备

6、。计算机硬件计算机硬件过程输出接口过程输出接口计算机计算机过程输入接口过程输入接口存储器存储器人机接口人机接口第8页，共47页，编辑于2022年，星期三软件是指能完成各种功能的软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和计算机程序的总和.系统软件系统软件应用软件应用软件是专门用来使用和管理计算机的是专门用来使用和管理计算机的程序，包括操作系统、监控管理程序，包括操作系统、监控管理程序、语言处理程序和故障诊断程序、语言处理程序和故障诊断程序等。程序等。应用软件是用户根据要解决的应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。实际问题而编写的各种程序。1.1.3 1.1.3 软件系统软件系统第9页

7、，共47页，编辑于2022年，星期三计算机控制系统计算机控制系统分级控制系统分级控制系统数据采集系数据采集系统统直接数字控制直接数字控制系统系统现场总线控制现场总线控制系统系统集散型控制集散型控制系统系统1.2计算机控制系统的应用类型计算机监督控制系计算机监督控制系统统根据应用特点、控制功能和根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机控制系统系统结构，计算机控制系统主要分为六种类型主要分为六种类型第10页，共47页，编辑于2022年，星期三1.2.1 数据采集系统计算机承担数据的计算机承担数据的采集采集和和处理处理工作。工作。数数据据采采集集系系统统对对生生产产过过程程各各种种工工艺艺变变量量进

8、进行行巡巡回回检检测测、处处理、记录以及变量的超限报警。理、记录以及变量的超限报警。同时对变量进行累计和实时分析。同时对变量进行累计和实时分析。第11页，共47页，编辑于2022年，星期三采采用用计计算算机机代代替替模模拟拟仪仪表表控控制制，只只要要改改变变程程序序就就可可以以对对控控制制对对象象进进行行控控制制，因因此此计计算算机机可可以以控控制制几几百百个个回回路路，并并可可以以对对上上下下限限进进行行监监视视和和报警。报警。工工业业生生产产现现场场环环境境恶恶劣劣，干干扰扰频频繁繁，直直接接威威胁胁着着计计算算机机的的可可靠靠运运行。因此，必须采取抗干扰措施。行。因此，必须采取抗干扰措施

9、。1.2.2直接数字控制系统（DDC）第12页，共47页，编辑于2022年，星期三1.2.2直接数字控制系统（DDC）（a）（b）第13页，共47页，编辑于2022年，星期三计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测1.2.2直接数字控制系统（DDC）根据变量，按照一定的控制规律进行运算根据变量，按照一定的控制规律进行运算其结果经过输出通道，作用到控制对象。其结果经过输出通道，作用到控制对象。第14页，共47页，编辑于2022年，星期三储酒罐测控装置储酒罐测控装置n一、概述一、概述储酒罐测控装置可满足大多数葡萄酒厂的陈酿工艺。该装置以智能仪表为核心，随时对储酒

10、罐进行监测，仪表支持RS485总线通讯，方便组成基于计算机的监控系统。二、功能与特点二、功能与特点该装置以公司开发的DMC智能仪表为核心，配以传感器、控制器等组成。各酒罐被视为独立测控对象，一罐一表，具有相对独立的可靠性。DMC智能仪表还具有传感器开路检测、故障报警等功能，使其更具可靠性n主要功能主要功能：1、酒罐温度测量功能；2、液位/重量测量功能；(可附加液位/重量超限报警功能)。3、定量输入/输出功能；4、数据通讯功能；DDC智能仪表可支持RS485总线通讯。若扩展通讯，十分简单方便，便于组成更高级的测控系统。第15页，共47页，编辑于2022年，星期三空气处理机组的监控系统图第16页，

11、共47页，编辑于2022年，星期三供热站系统监控系统分析热 源用户端第17页，共47页，编辑于2022年，星期三3计算机监督控制系统计算机监督控制系统(SCC)DDCDDC级级微微机机完完成成生生产产过过程程的的直直接接数数字字控控制制；SCCSCC级级微微机机进进行行优优化化分析计算，产生最优化设定值。分析计算，产生最优化设定值。用用数数字字控控制制仪仪器器代代替替，再再配配以以输输入入采采样样器器、A/DA/D转转换换器器和和D/AD/A转转换换器器、输输出出扫扫描描器器，便便是是SCCSCC加加数数字字控控制制器器的的SCCSCC系系统统。当当SCCSCC计计算算机机出出现现故故障障时时

12、，由由数数字字控控制制器器独独立立完完成成控控制制任任务务，比比较较安全可靠。安全可靠。第18页，共47页，编辑于2022年，星期三第19页，共47页，编辑于2022年，星期三4 分级控制系统分级控制系统n生生产产过过程程中中既既存存在在控控制制问问题题，也也存存在在大大量量的的管管理问题。理问题。n 由由若若干干台台微微处处理理器器或或微微机机分分别别承承担担部部分分控控制制任任务务，代替了集中控制的计算机。代替了集中控制的计算机。n 这这种种系系统统的的特特点点是是将将控控制制功功能能分分散散，用用多多台台计计算算机分别完成不同的控制功能，管理则采用集中管理。机分别完成不同的控制功能，管理

13、则采用集中管理。第20页，共47页，编辑于2022年，星期三 (3)(3)工工厂厂集集中中控控制制级级 它它可可根根据据上上级级下下达达的的任任务务和和本本厂厂情情况况，制制定定生生产产计计划划、安安排排本本厂厂工工作作、进进行行人人员员调调配配及及各车间的协调，并及时向上级报告。各车间的协调，并及时向上级报告。(4)(4)企企业业管管理理级级 制制定定长长期期发发展展现现划划、生生产产销销计计划划，发发命命令令至至各各工工厂厂，并并接接受受反反馈馈信息，实现全企业的总调度。信息，实现全企业的总调度。（2)2)车车间间监监督督级级(SCC(SCC级级)它它根根据据厂厂级级计计算算机机下下达达的

14、的命命令令和和通通过过装装置置控控制制级级获获得的生产过程数据，进行最优化控制。得的生产过程数据，进行最优化控制。(1)(1)装装置置控控制制级级(DDC(DDC级级)对对生生产产过过程程进进行行直直接接控控制制，使使所所控控制制的的生生产产过程在最优工作状况下工作。过程在最优工作状况下工作。第21页，共47页，编辑于2022年，星期三第22页，共47页，编辑于2022年，星期三5集散控制系统集散控制系统协调各控制站的工作协调各控制站的工作达到过程的动态最优化达到过程的动态最优化人机接口装置，人机接口装置，完成操作、显示完成操作、显示和监视任务和监视任务集散控制系统是分布式结构系统。集散控制系

15、统是分布式结构系统。完成过程的现场完成过程的现场控制任务控制任务实实现现了了地地理理上上和和功功能能上上分分散散的的控控制制，将将各各个个分分散散的的信信息息集集中中起起来来，进行集中的监视和操作。进行集中的监视和操作。采集非控制采集非控制过程信息过程信息第23页，共47页，编辑于2022年，星期三n集集散散控控制制系系统统是是一一种种典典型型的的分分级级分分布布式控制式控制结构。结构。n集集散散控控制制系系统统有有计计算算机机控控制制系系统统控控制制算算法法先先进进、精精度度高高、响响应应速速度度快快的的优优点点又又有有仪仪表表控控制制系系统统安安全全可可靠靠、维维护护方方便的优点。便的优点

16、。n集集散散控控制制系系统统容容易易实实现现复复杂杂的的控控制制规规律律，系系统统是是积积木木式式结结构构，结结构构灵灵活活，可可大可小，易于扩展。大可小，易于扩展。第24页，共47页，编辑于2022年，星期三6 现场总线控制系统现场总线控制系统现现场场总总线线控控制制系系统统(FCS)(FCS)，是是新新一一代代分分布布式式控控制制结结构构，采采用用工工作作站站-现现场总线智能仪表的二层结构模式。场总线智能仪表的二层结构模式。第25页，共47页，编辑于2022年，星期三1.3信号处理 在在连连续续量量控控制制系系统统中中，控控制制信信号号、反反馈馈信信号号和和偏偏差差信信号号都都是是连连续续

17、型型的的时时间间信信号号；而而在在计计算算机机控控制制系系统统中中，计计算算机机的的输输入入、输输出出都都是是离离散型的时间函数。散型的时间函数。第26页，共47页，编辑于2022年，星期三1.3.1输入信号处理输入信号处理n为为了了实实现现计计算算机机对对生生产产过过程程的的控控制制，需需要要将将被被控控对对象象的的各各种种测测、控控变变量量按按要要求求的的方方式式送送入入计计算算机机，以便运算和处理。以便运算和处理。n被被控控对对象象所所提提供供的的信信息息是是纷纷繁繁复复杂杂的的，其其种种类类、性性质质及及大大小小等等各各不不相相同同，因因此此需需要要通通过过某某种种装装置置将将生生产产

18、过过程程中中的的各各种种被被测测变变量量转转换换成成计计算算机机能能够够接接受受的的信信号号，这这种种在在计计算算机机与与生生产产过过程程之之间间，起起着着信信号号转转换换并并向向计计算算机机传传送送信信息息的的装装置置称称之之为为输输入入通通道道。输输入入通通道道的的信信号号处处理理包包括括数数字字量量输输入入信信号号处处理理和和模模拟拟量量输输入入信信号号处处理。理。第27页，共47页，编辑于2022年，星期三图图1.2 1.2 计算机控制系统的组成框图计算机控制系统的组成框图1 1数字量输入信号处理数字量输入信号处理信号变换电信号变换电路路整形电路整形电路信号和接口信号和接口电路电路电平

19、变换电路电平变换电路计计算算机机不不能能直直接接接接受受生生产产现现场场的的状状态态量量因因此此，必必须须通通过过输输入入通通道道将状态信号转变为数字量送入计算机。将状态信号转变为数字量送入计算机。数字量通道数字量通道第28页，共47页，编辑于2022年，星期三2 2模拟量输入信号处理模拟量输入信号处理检测各种非电量过程变量，并检测各种非电量过程变量，并将其转换为电信号。将其转换为电信号。将多路模拟信号按要将多路模拟信号按要求分时输出求分时输出放大器将传感器输出的微放大器将传感器输出的微弱电信号放大到弱电信号放大到A/DA/D转换器转换器所需要的电平所需要的电平采样保持器对模拟信号进采样保持器

20、对模拟信号进行采样，在模行采样，在模/数转换期数转换期间对采样信号进行保持间对采样信号进行保持将模拟信号转换为二进将模拟信号转换为二进制数字信号制数字信号接口电路提供模拟量输入接口电路提供模拟量输入通道与计算机之间的控制通道与计算机之间的控制信号和数据传送通路信号和数据传送通路第29页，共47页，编辑于2022年，星期三3 3模拟量输入信号采样过程模拟量输入信号采样过程计计算算机机对对某某个个随随时时间间变变化化的的模模拟拟量量进进行行采采样样，是是利利用用定定时时器器控控制制的的开开关关，每每隔隔一一定定时时间间使使开开关关闭闭合合而而完完成成一一次次采采样样。开开关关重重复复闭闭合的时间间

21、隔合的时间间隔T T称为采样周期，其倒数称为采样周期，其倒数 s=1/T s=1/T称为采样频率。称为采样频率。采采样样过过程程，是是指指将将一一个个连连续续的的输输入入信信号号经经开开关关采采样样后后，转转变变为为发发生生在在采采样样开开关闭合瞬时关闭合瞬时0 0、T T、2TnT2TnT的一连串脉冲输出信号的一连串脉冲输出信号*(t)(t)，如图，如图1.111.11所示。所示。式中式中 *(t)*(t)输出脉冲序列输出脉冲序列 (kT)(kT)输出脉冲数值序列；输出脉冲数值序列；(t-kT)(t-kT)发生在发生在t=kTt=kT时刻上的单位脉冲时刻上的单位脉冲（1-11-1）第30页，

22、共47页，编辑于2022年，星期三单位脉冲函数的定义为单位脉冲函数的定义为 （1-21-2）根根据据理理想想单单位位脉脉冲冲函函数数的的定定义义式式(1-2)(1-2)，在在采采样样开开关关闭闭合合时时，(kT)(kT)与与(t)(t)的瞬时值相等，式的瞬时值相等，式(1-1)(1-1)还可改写成如下形式还可改写成如下形式式式(1-3)(1-3)说说明明，数数字字控控制制系系统统中中的的采采样样过过程程可可以以理理解解为为脉脉冲冲调调制制过过程程。在在这这里里，采采样样开开关关只只起起着着理理想想脉脉冲冲发发生生器器的的作作用用，通通过过它它将将连连续续信信号号(t)(t)调制成脉冲序列调制成

23、脉冲序列*(t)*(t)。（1-31-3）第31页，共47页，编辑于2022年，星期三4 4香农采样定理香农采样定理采样后的离散信号采样后的离散信号*(t)*(t)才能够无失真地复现才能够无失真地复现(t)(t)一一个个连连续续时时间间信信号号(t)(t)，设设其其频频带带宽宽度度是是有有限限的的，其其最最高高频频率率为为maxmax，如如果果在在等等间间隔隔点点上上对对该该信信号号(t)(t)进进行行连连续续采采样样，为为了了使使采采样样后后的的离离散散信信号号*(t)*(t)能能包包含含原原信信号号(t)(t)的的全全部部信信息息量，则采样频率只有满足下面的关系量，则采样频率只有满足下面的

24、关系s2max s2max （1-41-4）式中式中 s s 采样频率；采样频率；max(t)max(t)最高频率。最高频率。在实际工程中采样频率的选择还跟采在实际工程中采样频率的选择还跟采样回路数和采样时间有关，一般根据样回路数和采样时间有关，一般根据具体情况选用。具体情况选用。ss（510510）maxmax采样定理表明，采样频率采样定理表明，采样频率 s s的选择的选择至少要比至少要比 maxmax高二倍，对于连续模高二倍，对于连续模拟信号拟信号(t)(t)，我们并不需要有无限，我们并不需要有无限多个连续的时间点上的瞬时值来决多个连续的时间点上的瞬时值来决定其变化规律，而只需要有各个等定

25、其变化规律，而只需要有各个等间隔点上的离散抽样值就够了。间隔点上的离散抽样值就够了。为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。倍。第32页，共47页，编辑于2022年，星期三5 5数字滤波数字滤波数字滤波优点：数字滤波优点：数数字字滤滤波波是是用用程程序序实实现现的的，不不需需要要硬硬件件设设备备，所所以以可可靠靠性性高高、稳稳定定性好。性好。数数字字滤滤波波可可以以滤滤除除频频率率很很低低的的干干扰扰，这这一一点点是是模模拟拟滤滤波波难以实现的。难以实现的。数数字字滤滤波波可可以以根根据据不不

26、同同的的信信号号采采用用不不同同的的滤滤波波方方法法，使使用用灵灵活、方便。活、方便。数数字字滤滤波波是是通通过过编编制制一一定定的的计计算算或或判判断断程程序序，减减少少干干扰扰在在有有用用信信号号中的比重，提高信号真实性的滤波方法。中的比重，提高信号真实性的滤波方法。第33页，共47页，编辑于2022年，星期三常用的数字滤波方法有：常用的数字滤波方法有：数字滤波方法数字滤波方法平均滤波平均滤波程序判断滤递程序判断滤递推推中位值法滤波中位值法滤波一阶滞后滤一阶滞后滤波波加权递推平均加权递推平均滤波滤波程序判断滤波的具体方法是通过比程序判断滤波的具体方法是通过比较相邻的两个采样值，如果它们的较

27、相邻的两个采样值，如果它们的差值过大，超出了变量可能的变化差值过大，超出了变量可能的变化范围，则认为后一次采样值是虚假范围，则认为后一次采样值是虚假的，应予以废除，而用前一次采样的，应予以废除，而用前一次采样值送入计算机。值送入计算机。中中位位值值法法滤滤波波就就是是将将某某个个被被测测变变量量在在轮轮到到它它采采样样的的时时刻刻，连连续续采采 3 次次(或或 3 次次以以上上)值值，从从中中选选择择大大小小居居中的那个值作为有效测量信号中的那个值作为有效测量信号。第34页，共47页，编辑于2022年，星期三管管道道中中的的流流量量、压压力力或或沸沸腾腾状状液液面面的的上上下下波波动动，会会使

28、使其其变变送送器器输输出出信信号号出出现现频频繁繁的的振振荡荡现现象象。若若将将此此信信号号直直接接送送入入计计算算机机，会会导导致致控控制制算算式式输输出出紊紊乱乱，造造成成控控制制动动作作极极其其频频繁繁。甚甚至至执执行行器器根根本本来来不不及及响响应应，还还会会使使控控制制阀阀因过分磨损而影响使用寿命，严重影响控制品质。因过分磨损而影响使用寿命，严重影响控制品质。(3)(3)递推平均滤波递推平均滤波如图如图 1.12 1.12 所示。所示。图中的黑点表示各个采样值。对于这类信号，图中的黑点表示各个采样值。对于这类信号，仅仅依靠一次采样值作为控制依据是不正确的，仅仅依靠一次采样值作为控制依

29、据是不正确的，通常采用递推平均的方法，即第通常采用递推平均的方法，即第 n n 次采样的次采样的 N N 项递推平均值是项递推平均值是 n n，(n-1)(n-1)，(n-N+1)(n-N+1)次次采样值的算术平均。采样值的算术平均。第35页，共47页，编辑于2022年，星期三N N 值的选择对采样平均值的平滑程度与反应灵敏度均有影响。值的选择对采样平均值的平滑程度与反应灵敏度均有影响。递推平均算式为：递推平均算式为：（1-61-6）式中式中第第 n n 次次 N N 项的递推平均值；项的递推平均值；往前递推第往前递推第 i i 项的测量值；项的测量值；递推平均的项数。递推平均的项数。也也就就

30、是是说说，第第 n n 次次采采样样的的 N N 项项递递推推平平均均值值的的计计算算，应应该该由由 n n 次次采采样样往往前前递递推推(N-1)(N-1)项。项。在在实实际际应应用用中中，可可通通过过观观察察不不同同 N N 值值下下递递推推平平均均的的输输出出响响应应来来决决定定 N N 值值的的大大小小。目目前前在在工工程程上上，流流量量常常用用 12 12 项项平平均均，压压力力取取 4 4 项项平平均，温度没有显著噪声时可以不加平均。均，温度没有显著噪声时可以不加平均。第36页，共47页，编辑于2022年，星期三1.3.2 输出信号处理输出信号处理过程输出通道过程输出通道:计算机和

31、执行器之间进行信息传递和变换的装置计算机和执行器之间进行信息传递和变换的装置.1 1数字输出信号的处理数字输出信号的处理 数数字字信信号号的的输输出出必必须须通通过过数数字字量量输输出出通通道道。数数字字量量输输出出通通道道的的任任务务是是根根据据计计算算机机输输出出的的数数字字信信号号去去控控制制接接点点的的通通、断断或或数数字字式式执执行行器器的的启启、停停等等，简简称称 DO DO(Digital(Digital output)output)通道。通道。根根据据被被控控对对象象的的不不同同，其其输输出出的的数数字字控控制制信信号号的的形形态态及及相相应应的的配置也不相同。配置也不相同。其

32、中最为常用的数字控制信号是开关量和脉冲量信号其中最为常用的数字控制信号是开关量和脉冲量信号第37页，共47页，编辑于2022年，星期三隔离器一般采用光电隔离器一般采用光电隔离器，如隔离器，如TLP521TLP521系系列；输出驱动器将计列；输出驱动器将计算机输出的信号进行算机输出的信号进行功率放大，以满足被功率放大，以满足被控对象要求。控对象要求。继电器、晶闸管继电器、晶闸管(或大功率晶或大功率晶体管体管)、TTLTTL电平输出等为需电平输出等为需要开关量控制信号的执行机要开关量控制信号的执行机构，通过这些开关器件的通、构，通过这些开关器件的通、断去控制被控对象。断去控制被控对象。第38页，共

33、47页，编辑于2022年，星期三2 2模拟输出信号的处理模拟输出信号的处理模拟信号的输出必须通过模拟量输出通道来完成。模拟信号的输出必须通过模拟量输出通道来完成。模拟量输出通道是计算机控制系统实现控制的关键。模拟量输出通道是计算机控制系统实现控制的关键。它它的的任任务务是是把把计计算算机机输输出出的的数数字字量量转转换换成成模模拟拟电电压压或或电电流流信信号号。以便驱动相应的执行机构、达到控制的目的。以便驱动相应的执行机构、达到控制的目的。模模拟拟量量输输出出通通道道般般由由输输出出接接口口电电路路、D/AD/A转转换换器器、V/IV/I变变换换等等组组成。成。（1 1）一个通路设置一个数）一

34、个通路设置一个数/模转换器模转换器:微微处处理理器器和和通通路路之之间间通通过过独独立立的的接接口口缓缓冲冲器器传传送送信信息息，这这是是一一种种数数字字保保持持的的方方案案。它它的的优优点点是是转转换换速速度度快快、工工作作可可靠靠，即即使使某某一一路路D/AD/A转转换换器器有有故故障障也也不不会会影影响响其其它它通通路路的的工工作作。缺缺点点是是使使用用了了使使用用硬硬件件较较多多，成成本本高高。但但随随着着大大规规模模集集成成电电路路技技术术的的发发展展，这这个个缺缺点点正正在在逐逐步步得得到到克克服服。这种方案较易实现。这种方案较易实现。第39页，共47页，编辑于2022年，星期三多

35、路信号共用一个数模转换器。多路信号共用一个数模转换器。（2 2）多个通路共用一个数模转换器的形式）多个通路共用一个数模转换器的形式因因此此它它必必须须在在微微型型机机控控制制下下分分时时工工作作。即即依依次次把把D/AD/A转转换换器器转转换换成成的的模模拟拟电电压压(或或电电流流)，通通过过多多路路模模拟拟开开关关传送到下一级电路。传送到下一级电路。这这种种结结构构节节省省了了数数模模转转换器，但因是分时工作，只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。换器，但因是分时工作，只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。因多路共用一个因多路共用一个D/AD/A转换器，所以可靠性较差。转换器，所以可靠性

36、较差。第40页，共47页，编辑于2022年，星期三单回路可编程序控制器单回路可编程序控制器n概述n单回路控制器是以微处理器为基础的多功能控制仪表。n具有多路模拟输入、多路开关量输入/输出、通信及诊断功能，可实现复杂运算、控制。n原则上只有一路模拟量输出信号-单回路控制器。n与模拟调节器在功能上的区别：是自控、计算机、通信技术组合，不仅是调节控制。第41页，共47页，编辑于2022年，星期三SLPC型可编程序控制器的电路RF-P86 FIG 2-30 SLPC RF-P86 FIG 2-30 SLPC 控制器的电路方框图控制器的电路方框图代表机种：YS-80系列的SLPC(Single Loop

37、 Programmable Controller)组成示意图组成示意图第42页，共47页，编辑于2022年，星期三主要组成部分 n（1）CPU 采用8位微处理器8085A，10MHZ、0.2s控制周期（最多可运行240步）。n（2）系统软件和用户程序存入内部32K EPROM。n（3）现场设定数据及中间结果存入内部2K RAM。n（4）5个模拟输入端，可以同时接受5路15V直流电平信号。n（5）3个模拟输出端，1路420mA电流输出驱动执行器，2路15V联络信号。n（6）6个开关量输入/输出端，利用三态门电路切换输入、输出方式。第43页，共47页，编辑于2022年，星期三可编程开关量输入输出接

38、口电路图可编程开关量输入输出接口电路图 输出切换工作原理：输出切换工作原理：条件：条件：S1 OFF，输出输出“1”时，时，S2以以50%占空比切换占空比切换。VD2 ON，VT1 ON；VD3 ON，供电。供电。输出输出“0”时，时，S2全全OFF。注：注：“1”对应对应VT1 ON。输入切换工作原理输入切换工作原理条件：条件：S1 ON，S2以较小占空比切以较小占空比切换。换。DI输入输入“1”（外部短路）（外部短路）,N3通过通过R2短路，短路，N1、0压降近似为压降近似为“0”，D端为端为H（5V）。）。DI输入输入“0”（外部开路）（外部开路）,N3开路，开路，N1高高阻，阻，D端为

39、端为L（0V）。第44页，共47页，编辑于2022年，星期三用D/A通过程序实现A/D转换第45页，共47页，编辑于2022年，星期三本章小结本章小结 计计算算机机控控制制系系统统由由工工业业控控制制机机和和生生产产过过程程两两大大部部分分组组成成。工工业业控控制制机机是是指指按按生生产产过过程程控控制制的的特特点点和和要要求求而而设设计计的的计计算算机机，它它包包括括硬硬件件和和软软件件两两部部分分。生生产产过过程程包包括括被被控对象控对象，测量变送测量变送、执行机构执行机构、电气开关等电气开关等装置。装置。计计算算机机控控制制系系统统按按其其应应用用特特点点、控控制制功功能能和和系系统统结

40、结构构可可分分为为：数数据据采采集集系系统统、直直接接数数字字控控制制系系统统、计计算算机机监监督督控控制制系系统统、分分级级控控制制系系统统、集集散散型型控控制制系系统统及及现现场场总总线线控控制系统。制系统。第46页，共47页，编辑于2022年，星期三 在在计计算算机机控控制制系系统统中中，生生产产过过程程与与计计算算机机之之间间是是通通过过输输入入输输出出通通道道连连接接起起来来的的。输输入入通通道道将将生生产产过过程程中中的的数数字字信信号号与与模模拟拟信信号号转转换换成成计计算算机机能能够够接接受受的的数数字字信信号号，送送到到计计算算机机去去处处理理；输输出出通通道道将将计计算算机

41、机的的控控制制信信号号转转换换为为现现场场设设备备能能够够接收的信号去控制生产过程的自动运行。接收的信号去控制生产过程的自动运行。要要实实现现对对生生产产过过程程的的控控制制，首首先先要要对对现现场场的的各各种种模模拟拟信信号号进进行行采采集集、然然后后通通过过A/DA/D转转换换器器将将模模拟拟信信号号转转换换为为数数字字信信号号，以以便便送送到到计计算算机机进进行行运运算算和和处处理理。计计算算机机将将输输入入的的测测量量信信号号与与预预置置的的设设定定值值进进行行比比较较、运运算算，将将结结果果以以数数字字信信号号的的形式输出，经形式输出，经D/AD/A转换器后输出模拟信号去控制执行器。转换器后输出模拟信号去控制执行器。第47页，共47页，编辑于2022年，星期三