直接计算机控制系统(DDC)
直接计算机控制系统（DDC）
一。实验目的：
了解Matlab软件的基本功能；研究数字控制系统的结构及其组成原理；认识PCI—1711板卡的基本功能。
二．预习要求：
1．理解三相桥式全控整流及双闭环控制系统的工作过程，画出控制系统方框图。
2．认识直流脉宽调速控制系统的工作原理，及双闭环控制系统的工作过程，画出控制系统方框图。
三。实验线路图：
如图所示（待画）
四.实验内容：
1．Advantech PCI—1711板卡性能测试。（此型号只供参考实际型号由供货情况而定）2．计算机控制单闭环控制系统特性的测试。
3．计算机控制双闭环控制系统特性的测试。
4．计算机控制逻辑无环流控制系统特性测试及其性能研究。
5．计算机控制直流脉宽调速系统特性测试及其性能研究。
五.实验设备及仪器
1．MCL—38直流调速系统计算机接口（包刮计算机板卡、数据线、接口板）。2．MCL—31A（适合MCL--Ⅲ）低压控制电路及仪表或MCL--18（适合MCL--Ⅱ）。3．MCL--32A（适合MCL--Ⅲ）电源控制屏或三相可调交流电源（适合MCL--Ⅱ）。4．EEL—03三相可调电阻（或自配划线变阻器）。
5．电极导轨及转速计、直流发电机M01(或电极导轨及测功机、MEL—13组件)。
6．直流电动机M03
7．MCL—33挂件、MCL—10A挂件
8．双踪示波器。
9．MEL—11挂件
六．实验系统组成及工作原理
随着计算机在工业控制领域中的广泛应用，计算机直接数字控制（DDC, Direct Digital Control ）早已应用于实际的工业控制系统。现代控制系统的日益复杂，模拟的控制系统的缺点越来越明显。主要表现在：不易实现复杂的控制规律；不易实现集中监控和操作；而且更改控制规律极其困难。为了适应现代教学的要求，我公司特意开发了计算机直接数字控制调速系统。我们根据自动化及计算机控制技术等相关专业的特点，特别开发了基于Matlab 的计算机直接数字控制调速系统，使学生可以在学习Matlab 的基础上使仿真与实时控制相结合，提高对控制理论及控制方法的理解。并且我们还提供了开放式接口，使学生可以在我们原有的基础上开发设计自己的控制方法和控制系统。同时还可以作为相关教师的科研平台。
（图1---1）
我们主要采用台湾研华的PCI—1711板卡（如图1---1）作为计算机控制板，以Matlab 为系统工作平台。系统外围的摸拟量通过A/D转换进入Matlab 系统当中，通过Matlab 的实时运算数字量由D/A转换控制系统的运行。
（图1---2）
七．实验方法
1．认真阅读实验指导书，掌握Matlab的仿真方法、PCI—1711板卡的工做原理、实验的内容与要求。
2．PCI—1711板卡的安装
（1）关闭计算机电源，打开计算机主机，把PCI—1711板卡插入计算机的任何一个PCI插槽，装好主机。启动计算机电源运行系统，系统提示发现新硬件，选择
忽略跳过板卡安装。
（2）将PCI—1711板卡驱动光盘插入光驱，运行光盘出现（图1---3）选择CONTINUE
（图1---3）
（图1---4）
(3) 出现（图1---4）选择Installation.
(4) 出现（图1---5）选择Device Manager.
（图1---5）
(5)我的电脑->右击属性-->硬件→设备管理器→操作→扫描硬件改动，会自动安装板卡。
出现（图1---6）中Advantech PCI1711s Device则表示安装成功。
（图1---6）
3．PCI—1711板卡的性能测试
(1)如图（图1---7）所示运行Advantech Device Manger,选择Test选项。
（2）如图（图1---8）测试板卡性能。
（图1---8）
（3）运行Matlab文件test_Advantech_1711,测试外部模拟信号能否进入Matlab程序。运行结果入图（图1---9）
（图1---9）
4．计算机直接数字控制双闭环控制系统调试
（1）、将MCL—33挂件±15V、0V分别与MCL—31A的±15V、0V相连接。
（2）、具体主电路的连接请参照：实验双闭环晶闸管不可逆直流调速系统（实验指导书172页）。
（3）、控制部分线路的连接与调试：
a、转速计输出“+”、“--”分别与MCL—31A上的FBS的“1”、“2”相连，FBS的“3”
与MCL—38（直流调速系统计算机接口）的Un(2)相连，FBS的“4”与G(给定)的地相连。同时当转速输出达到1500r/min时FBS的反馈输出为3.5V,
b、MCL—32A的FBC+FA(电流反馈及过流保护)的If 与MCL—38（直流调速系统计算
机接口）的Ui(3)相连，当系统开环运行保持1500r/min时加载至1A系统电流反馈输出为4 V.
c、MCL—38（直流调速系统计算机接口）的Uct(8) 与MCL—33的Uct（移相控制电
压）相连。
d、MCL—31A的G(给定)的Ug 与MCL—38（直流调速系统计算机接口）的Un*(1)相
连。
（4）.运行Matlab程序test_double-1711.如图（图1---10）
（图1---10）
(5).合上主控制屏电源（MCL--Ⅱ主控制屏电源先逆时针调到底，然后合上闭合按扭顺时针调节到线电压220V MCL--Ⅲ则直接合上主电源）。双击Singal1图标设定给定信号的幅值和宽度。如（图1---11）。
（图1---11）
(6). 双击Scope与Scope1图标查看系统运行输出波形。如（图1---12）。
（图1---12）
（7）。双击转速调节器框图，设定转速调节器PID参数（图1---13）（参考值Kp=1.5、Ki=10、Kd=0.001其他如图所示）；电流调节器PID参数（参考值Kp=0.07、Ki=6、Kd=0.001）。
（图1---13）
八．实验报告
1．记录实验结果，分析系统的动态过程。
2．改变系统的PID参数运行系统，比较不同的PID参数对系统的影响。以及比较模拟调节与数字调节的优缺点。
3．改变系统的负载，观察系统在突加和突减负载的情况下的调节能力。
4．根据实验结果分析并计算系统的静差率。
中央控制系统设计方案
中央控制系统设计方案 随着我国经济的迅猛发展，当前专业A V技术的突飞猛进,最近这几年来的表现尤为突出，最明显的就是大屏幕投影显示设备的广泛而迅速的铺开，视迅会议、监控中心等自然不在话下，在机场、街头、广场、商场、娱乐等大型商业设施，大屏幕就如雨后春笋般冒了出来，正在日益逼近老百姓的日常工作和生活起居，大屏幕投影显示设备已经是任何有规模的会议厅、监控中心、现场演出和音乐会及娱乐场所的必备装置；无论是大屏幕前投还是背投，在教育、商务、政府、娱乐等方面都获得广泛应用，在显示效果和规模上体现用户单位的形象和实力，更表现用户单位在先进科技的应用方面已达到国内一流水平。 本系统采用SONY产品系列VPL-PX40高性能数字投影机, 组成大屏幕投影显示系统, 选用彩讯图像信号控制器, 它是特别设计适用于1x2的显示模式, 控制器可输入3组视频信号, 在配套的控制软件操控下, 可将计算器信号或视频信号放至全屏, 形成大画面, 或打开多组窗口, 形成Multi-Window的画面, 展现实时的图像。 本公司的智能集控系统更可使系统操作化烦为简, 操作者只要在一个5.7’彩色触摸屏上“一触即可“，十分简捷方便。如果需要扩展控制更多的设备（如，窗帘、灯光或其他红外、串口控制设备等），只要
增加相应的扩展模块即可。 大屏幕规格: 本技术方案中的大屏幕显示系统是基于SONY公司的VPL-PX40系列的LCD投影机为主体组合而成．VPL-PX40系列LCD投影机采用3片XGA ( 1024x768) 液晶板, 最新的数字TFT技术使投影机具极高的亮度透过率, 提供高亮度输出. 系统配置选用具有高分辨率的投影机、SVS专业背投影显示屏幕、RGB 解像度的图像处理器、A V 矩阵切换器、中央集中控制系统（专用控制软件和无线控制触摸屏）及相关外围设备等组成。 100英寸SVS大屏幕显示屏总体尺寸：2083 mm(宽) x 1575 mm(高), 长宽比为4:3 单屏尺寸：2083 mm(宽) x 1575 mm(高) 组合尺寸：4166mm(宽) x 1575 mm(高) 根据实际工程实施经验，我们建议屏幕底座高度高于80厘米左右，控制台到大屏幕的观看距离不小于4 - 6米。同时，为了方便安装维护，需要提供 4 米以上的安?空间。根据实际场地要求，配备一次反射光学镜，安装空间可减少60%。投影机配备相对应的广角镜头，还可以将安装空间缩短至1.1米左右。 系统功能： 本系统是根据现代化大屏幕显示系统的技术要求和设计目标、场地因素，结合国内现代化显示系统的特点，以及本公司在众多实际大
计算机控制系统的特点及其应用领域
第一章计算机控制系统的特点及其应用领域。 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，
浴室系统控制系统方案设计
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工况显示； ◆故障自动识别、直观指示与处理； ◆数据分析、历史运行数据查询方便； ◆具有标准的RS232/485接口/MODBUS协议，实现与楼宇自控或DCS的连 接，实现多台锅炉的群控功能。 三、控制器功能描述 3.1 控制系统监测点 3.2控制系统原理图
缺水：由磁翻板液位计（带低位、低低位、高位、高高位信号）传输到PLC有PLC来控制，当缺水时停止所有设备的运行。 热水泵控制： 水泵为一用一备，在热水管出口直管1。5M处安装压力变送器，信号传输到PLC ，设定压力为2.5公斤，保持管道水压为2.5公斤。过24个小时自动切换。 冷水泵控制： 水泵为一用一备，在热水管出口直管1M处安装压力变送器，信号传输到PLC ，设定压力为2.5公斤，保持管道水压为2.5公斤。过24个小时自动切换。 回水控制： 在回水管上安装一温度传感器和电磁阀，信号传输到PLC，当水温低于45度时打开电磁阀，调节回水温度在55度左右。 定时控制 该系统设有定时自控和非定时自控功能。系统可在24小时设置六组定时工作时段（各时段上班时间、下班时间、锅炉水箱温度上限、下限）； 启动定时功能后，电脑根据当前时间使系统自动进入上班或下班，不同 时段可根据用户设置不同的温度围进行自控。
计算机控制系统作业参考答案
《计算机控制系统》作业参考答案 作业一 第一章 1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。 答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控 制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。 1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。 答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型： ①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。 ②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID 调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。 ③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC 计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC 计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC 计算机提供最佳给定值和最优控制量等。 ④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT 操作站相连。 1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与 控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。 与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点： (1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标. (3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。 (5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。 (6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度. (7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。 图1.3-2 典型的数字控制系统 给定
计算机控制系统课后习题附标准答案
1 计算机控制系统概述 习题参考答案 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。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。 4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。 (1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。系统软件包括： a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等； b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序； c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装 2
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浅谈计算机控制系统的发展 摘要：论述了计算机控制系统的发展历史及发展趋势，分析了计算机控制系统的组成部分及其特点。并且对当前计算机系统的发展情况做出评价。 关键词：计算机控制系统发展 1 引言 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统，并且是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起而应运产生的综合控制系统，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,在计算机参与工业系统控制的历史长河中扮演了重要的角色。 2 计算机控制系统的发展情况 在60 年代,控制领域中就引入了计算机。当时计算机的作用是控制调节器 的设定点，具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称作是计算机监控系统。这种系统的调节器主要是采用了模拟调节器。系统中既有计算机又有调节器，系统复杂，投资又大。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，集中控制系统在计算机控制系统的发展过程中起到了积极作用。在这种控制系统中, 计算机不但完成操作处理,还可直接根据给定值、过程变量和过程中其它测量值，通过PID运算，实现对执行机构的控制, 以使被控量达到理想的工作状态。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。最初发展时希望能够至少可以控制50个回路以上，这在当时对小规模、自动化程度不高的系统，特别是对具有大量顺序控制和逻辑判断操作的控制系统来说收到了良好的效果。 由于整个系统中只有一台计算机, 因而控制集中，便于各种运算的集中处理，各通道或回路间的耦合关系在控制计算中可以得到很好的反映，同时由于系统没有分层, 所有的控制规律均可直接实现。但是，如果生产过程的复杂，在实现对几十、几百个回路的控制时，可靠性难以保证，系统的危险性过于集中，一旦计
计算机控制系统试题一答案
计算机控制系统试卷一答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。 答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样 指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样 如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样 若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量
振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。 答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K闭合，由A1、A3组成跟随器，并向C H端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。 5、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 6、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，
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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
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目录 第一章计算机控制技术的概述--------------------------------------------------------------------------5 1、计算机控制的概念------------------------------------------------------5 2、计算机控制系统--------------------------------------------------------5 3、计算机控制系统的控制过程----------------------------------------------5 4、计算机控制系统的特点--------------------------------------------------6 5、计算机控制系统的组成--------------------------------------------------6 第二章计算机控制系统的典型应用方式--------------------------------------------------------------8 1、操作指导控制系统------------------------------------------------------8 2、直接数字控制系统（DDC）-------------------------------------------------8 3、监督控制系统（SCC）-----------------------------------------------------9 4、分散控制系统（DCS）----------------------------------------------------16 5、现场总线控制系统（FCS）------------------------------------------------16 第三章工业控制机 ---------------------------------------------------------------------------------------11 1、工业控制机的特点-----------------------------------------------------11 2、典型工业控制机介绍---------------------------------------------------12 第四章实例说明-------------------------------------------------------------------------------------------13
过程控制系统方案设计
过程控制仪表与系统 题目：工业含硫废气控制系统方案设计 学院：信息科学与工程学院 专业班级：测控技术与仪器1503班 学号： 7 学生姓名：王哲 教师：李飞
工业含硫废气控制系统方案设计 摘要：许多化工厂在厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中都会产生各种含有污染的有害气体，其中含硫的气体对环境造成的污染尤为严重。因此对含硫废气正确合理的处理至关重要。在我国工业含硫废气一般多采用焚烧工艺，经焚烧炉焚烧，使污染性气体转换成安全物质。经方案论证后，本设计采用双闭环串级控制系统，控制目标温度在600-800℃设定尾气焚烧炉炉温波动范围不超过±30℃。该控制系统中运用PID算法，传感器将检测到的模拟信号送到变送器，变送器输出4～20mA的电流信号。将变送器输出的标准信号送入控制器中，控制器通过分析比较所测参数与预设参数之后输出控制信号，执行器根据传送过来的信号进行变化，最终达到对系统温度的控制。 关键词：双闭环串级控制系统；炉温控制；流量控制；变送器 1 引言 含硫废气与加氢反应器出口过程器被加热至270-320℃左右与外补富氢气混合后进入加氢反应器在加氢催化剂的作用下转化为H2S。加氢反应为放热反应，离开反应器的尾气-换热器换冷却后进入冷凝塔。 废气在冷凝塔中利用循环机冷水来降温。70℃冷凝水自冷凝塔底部流出，经济冷泵加压后经急冷水冷却器用循环水冷却至40℃，循环至冷却塔顶。部分急冷水经急冷水过滤器过滤后返回急冷水泵入口。尾气中的水蒸气被冷凝，产生的酸性水由急冷水泵送至酸性水处理处。为防止酸性水对设备的腐蚀，需向急冷水中注入氨根据ph值大小决定注入氨的量。 冷凝后的尾气离开冷凝塔进入回收塔，用30%的甲基二乙醇胺溶液吸收废气中的硫化氢，同时吸收部分二氧化碳。吸收塔底富液用富液泵送至溶剂再生部分统一处理。从塔顶出来的净化气经尾气分液罐分液后进入焚烧炉燃烧，有燃料气流量控制炉膛温度；废气中残留的硫化氢几乎全转化成二氧化硫，最后再对二氧化硫进行处理。 焚烧炉要控制温度在600-800℃，保证尾气可以充分燃烧，对环境和人的健康都没有危害。 温度控制系统可采用的方法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统、分程控制系统等。
计算机控制系统复习题答案 (1)
《计算机控制系统》课程复习题答案 一、知识点：计算机控制系统的基本概念。具体为 了解计算机控制系统与生产自动化的关系；掌握计算机控制系统的组成和计算机控制系统的主要特性；理解计算机控制系统的分类和发展趋势。 回答题： 1.画出典型计算机控制系统的基本框图； 答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2.简述计算机控制系统的一般控制过程； 答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理； (2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。 3.简述计算机控制系统的组成； 答：计算机控制系统由计算机系统和被控对象组成，计算机系统又由硬件和软件组成。 4.简述计算机控制系统的特点； 答：计算机控制系统与连续控制系统相比，具有以下特点： ⑴计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 ⑵计算机控制系统修改控制规律，只需修改程序，一般不对硬件电路进行改动，因此具有很大的灵活性和适应性。 ⑶能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 ⑷计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。 ⑸一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。 ⑹采用计算机控制，便于实现控制与管理一体化。 5.简述计算机控制系统的类型。 答：（1）操作指导控制系统； （2）直接数字控制系统； （3）监督计算机控制系统 （4）分级计算机控制系统 二、知识点：计算机控制系统的硬件基础。具体为 了解计算机控制系统的过程通道与接口；掌握采样和保持电路的原理和典型芯片的应用，掌握输入/输出接口电路：并行接口、串行接口、A/D和D/A的使用方法，能根据控制系统的要求选择控制用计算机系统。 回答题： 1.给出多通道复用一个A/D转换器的原理示意图。 2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。 3.例举三种以上典型的三端输出电压固定式集成稳压器。 答：W78系列,如W7805、7812、7824等；W79系列，如W7805、7812、7824等 4.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？ 答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。 5.说明隔离电源的基本作用。 答：为了实施隔离技术，隔离电源可以为被隔离的各个部分提供独立的或相互隔离的电源供电，以切断各个部分间的电路联系。 6.什么是采样或采样过程？
计算机控制系统的应用及发展
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。
计算机控制技术的发展及趋势
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
控制系统方案的初步设计
第四章第五节控制系统方案的初步设计 一、教学内容分析： 本节课内容为本节的最后一节，是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。 结构是设计的基础，流程是设计的方法，系统是设计的保障，控制是设计的关键。 本节可以说是这单元的“收口”部分，让学生了解控制系统设计的一般思路比较关键，只有这部分内容理解了，才能有效的进行下一个内容——控制系统的设计与实施案例。在控制系统的设计与实施案例中，重点要让学生会分析和选择案例，并最终会设计。 本节课可使学生了解控制系统设计的一般思路和步骤，以电加热器的设计为例，实现发热、包层、控制、定时、过热保护等，这电加热器，大部分的学生都有一定的使用各损坏加热器的经验，作起来有一定的实践性。 二、教学对象分析： 学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验的生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。 三、教学目标： 1.知识与技能： 1）了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。 2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。 2.过程与方法： 通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。学习 权衡的思想。 3.情感态度价值观： （1）通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。 （2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。 （3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。 四、教学重难点： 1.教学重点： （1）控制系统设计的一般思路，了解简单的被控对象的基本特性，确定相关的 量，会画方框图。 （2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置并学会调试运行，提出改进方案。 2.教学难点： 闭环系统的设计。被控量和控制量的确定。
控制系统的极点配置设计法
控制系统的极点配置设计法 一、极点配置原理 1.性能指标要求 2.极点选择区域 主导极点： n s t ζω 4 = ；当Δ=0.02时，。 n s t ζω 3 = 当Δ=0.05时,
3.其它极点配置原则 系统传递函数极点在s 平面上的分布如图（a ）所示。极点s 3距虚轴距离不小于共轭复数极点s 1、s 2距虚轴距离的5倍，即n s s ξω5Re 5Re 13=≥（此处ξ，n ω对应于极点s 1、s 2） ；同时，极点s 1、s 2的附近不存在系统的零点。由以上条件可算出与极点s 3所对应的过渡过程分量的调整时间为 135 1 451s n s t t =?≤ ξω 式中1s t 是极点s 1、s 2所对应过渡过程的调整时间。 图（b ）表示图（a ）所示的单位阶跃响应函数的分量。由图可知，由共轭复数极点s 1、s 2确定的分量在该系统的单位阶跃响应函数中起主导作用，即主导极点。因为它衰减得最慢。其它远离虚轴的极点s 3、s 4、s 5 所对应的单位阶跃响应衰减较快，它们仅在极短时间内产生一定的影响。因此，对系统过渡过程进行近似分析时。可以忽略这些分量对系统过渡过程的影响。 n x o (t) （a ） （b ） 系统极点的位置与阶跃响应的关系
二、极点配置实例 磁悬浮轴承控制系统设计 1.1磁悬浮轴承系统工作原理 图1是一个主动控制的磁悬浮轴承系统原理图。主要由被悬浮转子、传感器、控制器和执行器(包括电磁铁和功率放大器)四大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为I0，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，这个位置称为参考位置。 （a）（b） 图1 磁悬浮轴承系统的工作原理 Fig.1 The magnetic suspension bearing system principle drawing 假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流I0+i，控制电流由I0增加到I0+i，因此，电磁铁的吸力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置。反之，当转子受到一个向上的扰动并向上运动，此时控制器使得功率放大器的输出电流由I0，减小到I0-i，电磁铁的吸力变小了，转子也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子受到向上或向下的扰动，都能回到平衡状态。这就是主动磁轴承系统的工作原理。即传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚
计算机控制系统习题参考答案--第3章
思考题与习题 3-1工业控制计算机有什么主要特点?有哪几种主要类型? 工业控制计算机的主要特点 (1) 可靠性高 (2) 实时性好 (3) 环境适应能力强 (4) 输入和输出模板配套好 (5) 系统通信功能强 (6) 系统开放性和扩充性好 (7) 控制软件包功能强 (8) 后备措施齐全，具有冗余性 工业控制计算机的主要类型 (1) 通用型IPC (2) 工业总线工控机 (3) DCS现场控制站 (4) 智能程控仪表和总线型测控仪表 (5) 嵌入式工控机 (6) PLC (7) 单元式控制器。 3-2何谓总线？何谓总线标准？ 总线是连接一个或多个部件的一组电缆的总称，通常包括地址总线、数据总线和控制总线。 总线标准是指芯片之间、插板之间及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范。总线标准包括硬件和软件两个方面，如总线工作时钟频率、总线信号线定义、总线系统结构、总线仲裁机构与配置机构、电气规范、机械规范和实施总线协议的驱动与管理程序。 3-12 RS-232C和RS-485是什么总线？试对两者进行对比。 RS-232C、RS-485为串行总线。 RS-232C接口为非平衡型，每个信号用一根导线，所有信号回路共用一根地线。信号速率限于20kbit/s内，电缆长度限于15m之内。其电性能用±12V标准脉冲，并采用负逻辑。 RS-485接口采用二线差分平衡传输，其一根导线上的电压是另一根导线上的电压值取反。还具有比RS-232C更长的距离、更快的速度以及更多的节点。RS-485更适用于多台计算机或带微控制器的设备之间的远距离数据通信。 RS-232C和RS-485之间的转换可采用相应的RS-232C/RS-485转换模块。
计算机控制系统的发展趋势
计算机控制系统的发展趋势 计算机控制系统随着计算机科学、自动控制理论、网络技术、检测技术的发展，在工业4.0 以及中国制造2025 计划的推动下，其发展趋势大致如下。 1.网络化的控制系统 随着计算机技术和网络技术的不断发展，各种层次的计算机网络在控制系统中得到了广泛应用。计算机控制系统的规模越来越大，其结构也发生了变化，经历了计算机集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统，向着网络控制系统（Network Control System，NCS）发展。网络控制系统的结构示意图如图所示。 在工业自动化向智能化的发展进程中，通信已成为关键问题之一，但由于多种类型现场总线标准并存，不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作和协同工作，无法实现信息的无缝集成。使用者迫切需要统一的通信协议和网络。因此，基于TCP/IP 的以太网进入工业控制领域并且得到了快速发展。比如，惠普公司应用IEEE 1451.2 标准，生产的嵌入式以太网控制器具有10-Base 以太网接口，运行 FTP/HTTP/TCP/UDP，应用于传感器、驱动器等现场设备。再如，FF 提出的IEC 61158 标准中类型 e 所定义的HSE（High Speed Ethernet）协议，用高速以太网作为H2 的一种替代方案，选用100Mbit/s 速率的以太网的物理层、数据链路层协议，可以使用低价位的以太网芯片、支持电路、集线器、中继器和电缆。国内浙大中控也推出了基于EPC（Ethernet for Process Control）的分布式网络控制系统，将Ethernet 直接应用于变送器、执行机构、现场控制器等现场设备间的通信。网络化控制系统就是将控制系统的传感器、执行器和控制器等单元通过网络连接起来。其中的网络是一个广义的范畴，包含了局域网、现场总线网、工业以太网、无线通信网络、Internet 等。随着物联网概念的提出以及控制系统发展的需求，以无线通信模式为新特征的物联网控制系统，必将成为计算机控制系统的重要发展方向。