计算机控制技术课件：第1章 计算机控制系统概述

1、微型计算机控制技术微型计算机控制技术主讲：周广兴主讲：周广兴单位：计算机学院单位：计算机学院 控制教研室控制教研室电话：电话邮箱：邮箱：ZGX_SCH126.COM课程的基本描述课程的基本描述w 课程名称：微型计算机控制技术课程名称：微型计算机控制技术w 英文译名：英文译名：Computer Control TechnologyComputer Control Technologyw 总学时：总学时：54 54 理论学时：理论学时：44 44 实验学时：实验学时：1010w 授课对象：计算机科学与技术专业（控制）授课对象：计算机科学与技术专业（控制）w 课程要求：必修

2、课程要求：必修w 课程分类：专业课课程分类：专业课w 开课时间：第六学期开课时间：第六学期w 先修课程：自动控制原理、微机原理及接口先修课程：自动控制原理、微机原理及接口技术、单片机等技术、单片机等 w 课程总成绩由平时考核成绩和期末考试课程总成绩由平时考核成绩和期末考试成绩两部分组成：其中平时成绩占成绩两部分组成：其中平时成绩占40%40%，期末，期末考试成绩占考试成绩占60%60%。w 平时考核成绩由上课出席情况、作业完平时考核成绩由上课出席情况、作业完成情况和实验情况（包括实验表现、实验报成情况和实验情况（包括实验表现、实验报告的书写）组成。其中出席和作业为告的书写）组成。其中出席和作业

3、为2020分，分，实验为实验为2020分。分。w 期末考试采用闭卷，考试时间期末考试采用闭卷，考试时间1.51.5小时。小时。期末试题的类型为：简答、问答及综合题等期末试题的类型为：简答、问答及综合题等类型。类型。课程的考核方式课程的考核方式 开课目的和任务开课目的和任务w 工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。技术。w 它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计

4、算机控制系统。工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。w 目的在于使学生了解和掌握以微型计算机为核心组成目的在于使学生了解和掌握以微型计算机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。w 本课程是计算机科学与技术专业本课程是计算机科学与技术专业 (控制方向控制方向)的专业主的专业主干课程之一，为考试课。干课程之一，为考试课。主要的参考文献主要的参考文献作作 者者书书 名名 出版社出版社年年潘新民等潘新民等微型计算机控制技术微型计算机控制技术（第（第2版）版）电子工业出版社电子工业出版社2011李明学等李明学等 计算机控制技术计算机

5、控制技术哈工大出版社哈工大出版社2001于海生等于海生等微型计算机控制技术微型计算机控制技术清华大学出版社清华大学出版社2009谢剑英等谢剑英等微型计算机控制技术微型计算机控制技术国防工业出版社国防工业出版社2005第第1章章 微型计算机控制系统概述微型计算机控制系统概述本章主要内容本章主要内容 1.1 微型计算机控制系统概述微型计算机控制系统概述1.2 微型计算机控制系统组成微型计算机控制系统组成 1.3 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类 1.4 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势 本章小结本章小结 思考题思考题w1.1.1 常规控制系统常规控制系统

6、 在常规的自动控制自动控制系统中，最基本的控制系统为闭环负反馈控制系统，如下图所示。1.1 微型计算机控制系统概述（微型计算机控制系统概述（1）1.1 微型计算机控制系统概述（微型计算机控制系统概述（2）w1.1.2 微型计算机控制系统微型计算机控制系统 如果把图1-1中的控制器用微型计算机微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控制系统，如图1-2所示。1.1 微型计算机控制系统概述（微型计算机控制系统概述（3）w （1）微型计算机控制系统的工作原理）微型计算机控制系统的工作原理 实时数据采集实时数据采集 对来自测量变送器的被控量的瞬时对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入；值进行采集

7、和输入； 实时数据处理实时数据处理 对采集到的被控量进行分析、比较对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策；控制决策； 实时输出控制实时输出控制 根据控制决策，适时地对执行机构根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成监控任务；发出控制信号，完成监控任务； 1.1 微型计算机控制系统概念（微型计算机控制系统概念（4）w （2）几个概念）几个概念在线方式在线方式和和离线方式离线方式：on-line/off-lineon-line/off-line 生产过程和计算机直接连接，并受计算生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方

8、式称为在线方式或联机方式；机控制的方式称为在线方式或联机方式； 生产过程不和计算机相连，且不受计算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做相应操作的机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。方式称为离线方式或脱机方式。1.1 计算机控制系统概念（计算机控制系统概念（5） 实时实时： 指信号的输入、计算和输出都要在指信号的输入、计算和输出都要在一定的一定的时间范围内时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。

9、失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 w ！而且这个！而且这个时间范围时间范围的大小跟被控对象的大小跟被控对象联系非常的紧密！不同的被控对象，对时间范联系非常的紧密！不同的被控对象，对时间范围的要求不同：发酵过程和导弹防御系统的对围的要求不同：发酵过程和导弹防御系统的对比！比！1.1 计算机控制系统概念（计算机控制系统概念（6）思考两个问题思考两个问题w 一、在线系统是否一定是实时系统？一、在线系统是否一定是实时系统？w 二、实时系统是否一定是在线系统二、实时系统是否一定是在线系统？一一. .不一定不一定。在线采集的数据不一定在当时。在线采集的数据不一定在当时就进行处理，只要把数据采集来就可

10、以！就进行处理，只要把数据采集来就可以！二二. .是是。不在线肯定不能满足实时性。不在线肯定不能满足实时性。1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（1） 微型计算机控制系统由硬件和软件两部分组成，微型计算机控制系统由硬件和软件两部分组成，其硬件部分的基本组成如图其硬件部分的基本组成如图1-3所示。所示。图1-31.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（2）图图1-4 某热电厂锅炉仪表集中控制室某热电厂锅炉仪表集中控制室 图图1-5 某热电厂锅炉计算机控制室某热电厂锅炉计算机控制室 1.2 计算机控制系统组成计算机控制系统组成1.2.1 计算机控制系统硬件计算机控制系统硬件 微型计

11、算机控制系统硬件主要由微型计算机控制系统硬件主要由主机主机、接口电路接口电路、通用外部设备通用外部设备、外部通道外部通道、操作台操作台、检测及变送装置检测及变送装置和和工业生产对工业生产对象象等组成。等组成。1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（3） 1、主机、主机 作用作用为整个系统核心，由为整个系统核心，由CPU、RAM和和ROM等组成。通过接口可向生产过程发送各等组成。通过接口可向生产过程发送各种控制命令，同时对生产过程各个参数进行种控制命令，同时对生产过程各个参数进行巡回检测、数据处理、以及控制计算、报警巡回检测、数据处理、以及控制计算、报警处理、逻辑判断等。处理、逻辑判断等

12、。 选型选型：单片机、可编程控制器：单片机、可编程控制器(PLC)、工、工业业PC机、机、ARM处理器、处理器、FPGA系统、嵌入式系统、嵌入式DSP处理器等。处理器等。 1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（4）2、接口与过程输入输出、接口与过程输入输出 (I/O) 通道通道 作用作用是用来传递计算机与生产过程之间的是用来传递计算机与生产过程之间的信息的，是联结两者的桥梁和纽带。信息的，是联结两者的桥梁和纽带。 常用接口常用接口: 并行接口并行接口 8255、8155 串行接口串行接口 8251 直接存储器传送接口直接存储器传送接口 8237 中断控制接口中断控制接口 8259 定

13、时器定时器/计数器接口计数器接口 8253 1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（5）过程通道分为：过程通道分为： 模拟量输入通道模拟量输入通道 (简称简称A/D通道通道) 用来输入模拟量信号，如温度、压力、用来输入模拟量信号，如温度、压力、流量、料位和成分等。关键部件：流量、料位和成分等。关键部件：A/D 模拟量输出通道模拟量输出通道 (简称简称D/A通道通道) 把数字量信号转换成模拟量信号后，再把数字量信号转换成模拟量信号后，再输出。关键部件：输出。关键部件：D/A 开关量输入通道开关量输入通道 (简称简称DI通道通道) 用来输入开关量信号或数字量信号。用来输入开关量信号或数字量

14、信号。 开关量输出通道开关量输出通道(简称简称DO通道通道) 直接输出开关量信号或数字量信号。直接输出开关量信号或数字量信号。1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（6） 3、通用外部设备、通用外部设备 作用：作用：是为了扩大主机的功能而设置的。是为了扩大主机的功能而设置的。分类：分类： 输入设备：用来输入程序、数据、和操作输入设备：用来输入程序、数据、和操作命令。如：键盘等。命令。如：键盘等。 输出设备：以字符、曲线、表格和图形等输出设备：以字符、曲线、表格和图形等形式来反映生产过程工况和控制信息。如：打形式来反映生产过程工况和控制信息。如：打印机、绘图仪、印机、绘图仪、CRT显示器

15、等。显示器等。 外存储器：用来存放程序和数据，具有输外存储器：用来存放程序和数据，具有输入和输出两种功能，作为内存储器的后备存储入和输出两种功能，作为内存储器的后备存储设备。如磁盘等设备。如磁盘等 。1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（7） 4、检测元件、检测元件w作用作用：是收集和测量生产过程中的各种参：是收集和测量生产过程中的各种参数，把被检测参数的非电信号转换成电信号，数，把被检测参数的非电信号转换成电信号，非标准电信号转换成标准电信号（非标准电信号转换成标准电信号（0-5V或或4-20mA）。）。w器件器件：各种传感器、变送器。如：热电偶：各种传感器、变送器。如：热电偶把温

16、度变成热电势把温度变成热电势(mV)信号，压力变送器把信号，压力变送器把压力变成电信号等。压力变成电信号等。 1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（8） 5、执行机构、执行机构 作用：作用：计算机输出的控制信号是由执行计算机输出的控制信号是由执行机构来执行的，它使生产过程达到预定的要机构来执行的，它使生产过程达到预定的要求。执行机构通常由执行器和调节阀两部分求。执行机构通常由执行器和调节阀两部分组成。组成。 设备：设备：电动的、气动的、液压传动的等。电动的、气动的、液压传动的等。 6、被控对象、被控对象 被控对象被控对象是指被控制的机器、设备或生产是指被控制的机器、设备或生产过程。过

17、程。被控对象的特性可以用传递函数来表征。被控对象的特性可以用传递函数来表征。 7、操作台、操作台 (人机联系设备人机联系设备) 作用：作用：操作员与计算机之间的信息交换操作员与计算机之间的信息交换是通过人机联系设备进行的。其作用体现在：是通过人机联系设备进行的。其作用体现在： (1) 显示被测参数；显示被测参数； (2) 供操作人员输入程序，修改数据，发供操作人员输入程序，修改数据，发出各种操作命令；出各种操作命令； (3) 显示控制生产过程的结果。显示控制生产过程的结果。 组成：组成：它包括它包括LED数码管及数码管及CRT显示器、显示器、键盘、作用开关、专用的操作显示板或操作键盘、作用开关

18、、专用的操作显示板或操作显示台等。显示台等。1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（9）图图1-6 计算机操作控制台计算机操作控制台 1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（10）1.2.2 计算机控制系统软件计算机控制系统软件计算机控制系统软件，通常分为系统软件和计算机控制系统软件，通常分为系统软件和应用软件。应用软件。 1、系统软件、系统软件 由计算机设计者提供的，专门用来使用由计算机设计者提供的，专门用来使用和管理计算机本身的程序。它们一般不需要和管理计算机本身的程序。它们一般不需要用户来设计，用户只要了解它们的大致原理用户来设计，用户只要了解它们的大致原理和使用方法就可

19、以了。和使用方法就可以了。 2、应用软件、应用软件 应用软件是面向用户本身的程序。它们应用软件是面向用户本身的程序。它们都是用户根据需要自行编写的。都是用户根据需要自行编写的。 过程监控过程监控包括的程序有：包括的程序有：巡回检测、巡回检测、数据处理、报警、操作面板服务、数字滤波、数据处理、报警、操作面板服务、数字滤波、标度变换、判断、过程分析等。标度变换、判断、过程分析等。 过程控制计算过程控制计算包括的程序有：包括的程序有：控制算控制算法法(PID算法、最优控制、串级调节、前馈调算法、最优控制、串级调节、前馈调节等节等)、事故处理、信息管理、事故处理、信息管理(信息生成调度、信息生成调度、

20、文件管理、输出、打印、显示等文件管理、输出、打印、显示等) 公共服务程序公共服务程序包括的程序有：包括的程序有：基本运基本运算、函数运算、数码转换、格式编辑等。算、函数运算、数码转换、格式编辑等。 1.2 计算机控制系统组成（计算机控制系统组成（11）1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（1） 微型计算机控制系统，按照微型计算机控制系统，按照 功能和功能和发展进程发展进程 分类，可分为以下分类，可分为以下6种：种：1 1、操作指导控制系统、操作指导控制系统(OGC)(OGC)；2 2、直接数字控制系统、直接数字控制系统(DDC)(DDC)；3 3、监督计算机控制系统、监督计算机控制系

21、统(SCC)(SCC)；4 4、分布式控制系统、分布式控制系统(DCS)(DCS)；5 5、物联网系统、物联网系统(ITS)(ITS)；6 6、现场总线控制系统、现场总线控制系统(FCS)(FCS)。1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（2） 1.3.1 操作指导控制系统（操作指导控制系统（OGC） “操作指导操作指导”是指计算机输出不直接用来控制生产对象，是指计算机输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据，操作人员根据这些数据进行必要的操作（改变控制器的给定值操作人员根据这些数据进行必要的

22、操作（改变控制器的给定值或操作执行器）。或操作执行器）。 该系统的该系统的特点特点是较简是较简单、安全可靠。常用于试单、安全可靠。常用于试验调试过程。验调试过程。 该系统的该系统的缺点缺点是要人是要人工操作，操作速度不能太工操作，操作速度不能太快、不能同时操作多个回快、不能同时操作多个回路。路。1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（3）1.3.2 直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC） DDC (Direct Digital Control System) 系统就是用一台微型机对多系统就是用一台微型机对多个被控参数进行巡回检测；检测结果与设定值进行比较，再按个被控参数进行巡回检

23、测；检测结果与设定值进行比较，再按PID规律或直接数字控制方法进行控制运算；然后输出到执行机构，规律或直接数字控制方法进行控制运算；然后输出到执行机构，使被控参数稳定在给定值上。使被控参数稳定在给定值上。 其工作原理如右图所示。其工作原理如右图所示。 DDC控制的特点控制的特点： 可一机多控，经济、可靠。可一机多控，经济、可靠。 因为计算机计算能力强，因为计算机计算能力强， 可实现各种复杂控制，如串级、可实现各种复杂控制，如串级、 前馈、大滞后控制等。因此，前馈、大滞后控制等。因此， DDC系统得到了广泛的应用。系统得到了广泛的应用。 计算机参与闭环控制。计算机参与闭环控制。1.3 计算机控制

24、系统分类（计算机控制系统分类（4）1.3.3 监督计算机控制系统（监督计算机控制系统（SCC） 监督计算机控制系统监督计算机控制系统 (Supervisory Computer Control System) 简称为简称为SCC。 1、监督计算机控制系统、监督计算机控制系统SCC 在在SCC系统，由计算机按照描述生产过程的数学系统，由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值送给模型，计算出最佳给定值送给DDC计算机，最后由计算机，最后由DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状况。工作状况。 2、SCC系统的优点与问题系统的优点与

25、问题 优点：优点：不仅可以进行给定值控制，同时还可进行不仅可以进行给定值控制，同时还可进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。是操作指导顺序控制、最优控制以及自适应控制等。是操作指导系统和系统和DDC系统的综合与发展。系统的综合与发展。 问题：问题：由于生产过程的复杂性，使其数学模型的由于生产过程的复杂性，使其数学模型的建立比较困难，因此该系统实现比较困难。建立比较困难，因此该系统实现比较困难。 1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（5） 3、SCC系统的结构系统的结构 SCC+模拟调节器（已很少使用）模拟调节器（已很少使用） SCC+DDC控制系统控制系统1.3 计算机控制系统分类

26、（计算机控制系统分类（6）1.3.4 分布式控制系统（分布式控制系统（DCS） 分布式控制系统（分布式控制系统（Distributed Control System）也称集散控制系统也称集散控制系统。 1、系统结构、系统结构 1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（7）由三级组成：由三级组成： 底层的分散过程控制级底层的分散过程控制级 (DDC)； 中间层的监督控制级中间层的监督控制级 (SCC)； 上层的生产管理级上层的生产管理级(MIC)。是计算机技术、信号处理技术、测控技术、是计算机技术、信号处理技术、测控技术、通信网络技术等有机结合的产物。通信网络技术等有机结合的产物。1.3

27、计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（8） 2、各级功能、各级功能 分散过程控制级分散过程控制级：用于直接控制生产过程。：用于直接控制生产过程。它由若干工作站组成，各工作站分别完成对某它由若干工作站组成，各工作站分别完成对某一被控量的数据采集或闭环控制等。分散过程一被控量的数据采集或闭环控制等。分散过程控制级收集的数据可供监控级调用，各工作站控制级收集的数据可供监控级调用，各工作站接收监控级发送来的信息，并依此而工作。接收监控级发送来的信息，并依此而工作。 监督控制级监督控制级：任务是对生产过程进行监视：任务是对生产过程进行监视与操作。监控级根据生产管理级的技术要求，与操作。监控级根据生产管

28、理级的技术要求，确定分散过程控制级的最优给定值。监控级能确定分散过程控制级的最优给定值。监控级能全面地反映各工作站的情况，并给生产管理级全面地反映各工作站的情况，并给生产管理级提供充分的信息。提供充分的信息。 1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（9） 生产管理级生产管理级，是整个系统的中枢，根据监控级，是整个系统的中枢，根据监控级提供的信息及生产任务要求，编制出全面反映提供的信息及生产任务要求，编制出全面反映整个系统工作情况的报表、制定最优控制策略整个系统工作情况的报表、制定最优控制策略,并对下一级下达命令等。并对下一级下达命令等。 特点：特点：利用计算机技术对生产过程进行利用计算

29、机技术对生产过程进行集中监集中监视、操作、管理和分散控制视、操作、管理和分散控制的一种控制技术。的一种控制技术。1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（10）1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（11）*1.3.5 物联网系统（物联网系统（ITS） ITS是是 Internet of Things System的缩写。的缩写。 1、物联网系统、物联网系统ITS的概念的概念 该系统是通过射频自动识别（该系统是通过射频自动识别（RFID）、）、红外感应器、全球定位系统（红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光）、激光 扫描器、环境传感器、图像感知器等信息设扫描器、环境传感器、图像

30、感知器等信息设备，按约定的协议，把相应的物品与互联网备，按约定的协议，把相应的物品与互联网连接起来，进行信息的交换和通讯，以实现连接起来，进行信息的交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。种网络。 2、物联网的原理框图、物联网的原理框图 1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（12）物联网物联网=互联网互联网+传感器。传感器。而传感器与微型计算机的接口正是微型计算机而传感器与微型计算机的接口正是微型计算机控制技术所研究的范畴。控制技术所研究的范畴。1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（13）3、物联网的结构图、物联

31、网的结构图 1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（14）4、物联网终端、物联网终端 物联网的关键技术是如何把物联网的关键技术是如何把“物物”与互联与互联网结合起来，这就需要一种所谓的网结合起来，这就需要一种所谓的“物联网终物联网终端端”。 物联网终端主要由物联网终端主要由外围接口模块外围接口模块、核心核心处理模块处理模块、网络通信模块网络通信模块及及电源管理模块电源管理模块等等组成。组成。 通过外围接口模块与传感设备连接，如通过外围接口模块与传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传感器等，读卡器，红外感应器，环境传感器等，将这些传感设备的数据进行读取并通过核心将这些传感设备

32、的数据进行读取并通过核心处理模块处理后，按照网络协议，通过网络处理模块处理后，按照网络协议，通过网络通信模块，如：通信模块，如：GPRS模块、以太网接口、模块、以太网接口、WIFI 等方式发送到以太网的指定中心处理等方式发送到以太网的指定中心处理平台。平台。1.3 计算机控制系统分类（计算机控制系统分类（15）1.3 微型计算机控制系统分类（微型计算机控制系统分类（16）1.3.6 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS） 现场总线控制系统现场总线控制系统FCS (Fieldbus Control System) 是分布式控制系统是分布式控制系统 (DCS) 更新换代产品。更新换代产品。

33、1、结构、结构是一种利用现场总线是一种利用现场总线实现各智能现场设备实现各智能现场设备间、各现场设备和控间、各现场设备和控制装置间互联，形成制装置间互联，形成一个数字式、双向传一个数字式、双向传输、多分支结构和多输、多分支结构和多点通信的通信网络。点通信的通信网络。 1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（1）1.4.1 常用的计算机控制系统主机常用的计算机控制系统主机 已有各种微型计算机在工业控制生产中得到应用。已有各种微型计算机在工业控制生产中得到应用。 一、单片微型计算机一、单片微型计算机(Single Chip Microcomputer) 特点：用于自

34、行开发控制系统，方便、灵活、特点：用于自行开发控制系统，方便、灵活、 成本低，可用汇编语言、也可用高级语言编程。成本低，可用汇编语言、也可用高级语言编程。 与微型计算机相比，其特点：与微型计算机相比，其特点： 1、集成度高、功能强、集成度高、功能强 在一个芯片上，集成有计算机的在一个芯片上，集成有计算机的5部分功能。部分功能。 2、结构合理、结构合理 哈佛哈佛 (Harvard) 结构，结构，即数据存储器与程序存储器即数据存储器与程序存储器 相互独立。相互独立。 容量大容量大 (16位地址线时，有位地址线时，有64K的程序存储器和的程序存储器和64K的数据存储器的数据存储器)； 速度快速度快。

35、 3、抗干扰能力强、可靠性高、抗干扰能力强、可靠性高1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（2） 4、指令丰富、指令丰富 有数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移、位指令等。有数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移、位指令等。1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（3） 二、可编程逻辑控制器（二、可编程逻辑控制器（PLC） 可编程逻辑控制器（可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）简称为简称为PLC。是计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，是计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，在

36、工厂自动化中有广泛应用。在工厂自动化中有广泛应用。其低端为常规继电逻辑控制的替其低端为常规继电逻辑控制的替代装置，而高端为一种高性能的工业控制计算机。它主要由代装置，而高端为一种高性能的工业控制计算机。它主要由CPU、存储器、输入组件、输出组件、电源及编程器等组成。、存储器、输入组件、输出组件、电源及编程器等组成。外观如图所示。外观如图所示。 1、PLC的功能的功能 条件控制、定时控制、计数控制、顺序控制、条件控制、定时控制、计数控制、顺序控制、A/D及及D/A转换、转换、数据处理、通信与连网等。数据处理、通信与连网等。 2、PLC的特点的特点 可靠性高、编程容易、组合灵活、输入可靠性高、编程

37、容易、组合灵活、输入/输出功能模块齐全、输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快等。安装方便、运行速度快等。 3、PLC的分类的分类 低档类低档类：以开关量为主，内部有：以开关量为主，内部有200多个继电器、定时器多个继电器、定时器/计计数器等资源。数器等资源。 中档类中档类：继电器数目更多（达：继电器数目更多（达512）、增加有模拟量接口，软）、增加有模拟量接口，软件上增加有件上增加有PID运算、数学运算、数制转换等。运算、数学运算、数制转换等。 高档类高档类：控制点数达：控制点数达1000以上，具有计算、控制和调节功能，以上，具有计算、控制和调节功能，具有通信和连网能力，显示器用具有通信和连

38、网能力，显示器用CRT，接近工业，接近工业PC功能。功能。1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（4）1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（5） 三、工业三、工业PC机机 是在个人是在个人PC机基础上改造的。机基础上改造的。使其在系统结构及功能模块的划分上使其在系统结构及功能模块的划分上更适合工业过程控制的需要。更适合工业过程控制的需要。 1、特点、特点 模块化结构、软件资源极其丰模块化结构、软件资源极其丰富、软件开发方便等。富、软件开发方便等。 2、工业、工业PC机与个人机与个人PC的区别的区别 1）变主板为通用的底板总线插座

39、板）变主板为通用的底板总线插座板 2）模块化插件板，如）模块化插件板，如CPU板、板、I/O板、存储器板等。板、存储器板等。 3）PC电源改为工业电源电源改为工业电源 4）密封机箱，并采用正压送风）密封机箱，并采用正压送风 5）配有工业应用软件）配有工业应用软件1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（6）四、现场可编程门阵列四、现场可编程门阵列 (FPGA) 是美国是美国Xilinx公司公司于于1984年首先开发的一年首先开发的一种通用型用户可编程器件。种通用型用户可编程器件。 FPGA由可编程逻辑单元阵列、布线资源由可编程逻辑单元阵列、布线资源和可编程的和可编

40、程的I/O单元阵列构成，一个单元阵列构成，一个 FPGA 包包含丰富的逻辑门、寄存器和含丰富的逻辑门、寄存器和I/O资源。资源。 一片一片FPGA芯片芯片就可以实现数百片甚至更就可以实现数百片甚至更多个标准数字集成电路所实现的系统。多个标准数字集成电路所实现的系统。 FPGA能完成任何数字器件的功能，上至能完成任何数字器件的功能，上至高性能高性能CPU，下至简单的，下至简单的 74 系列电路，都可系列电路，都可以用以用FPGA来实现。来实现。 FPGA的主要发展动向是：系统设计进入的主要发展动向是：系统设计进入“片上可编程系统片上可编程系统 （SOPC）”。 五、微机控制系统的主机选用原则五、

41、微机控制系统的主机选用原则 对于小型控制系统、智能化仪器以及智能化对于小型控制系统、智能化仪器以及智能化接口尽量采用接口尽量采用嵌入式系统嵌入式系统 (如：单片机如：单片机) 并自行设计。并自行设计。 如果是一个新产品或用量较大，也尽量采用如果是一个新产品或用量较大，也尽量采用嵌入式系统嵌入式系统 (如：单片机如：单片机)并自行设计。并自行设计。 对于中等规模的控制系统，为了加快系统的对于中等规模的控制系统，为了加快系统的开发速度，尽量选用开发速度，尽量选用现成的工业控制机现成的工业控制机。如。如PLC、工业工业PC机等，应用软件一般可自行开发。机等，应用软件一般可自行开发。 对于大型的工业控

42、制系统，最好选用对于大型的工业控制系统，最好选用工业工业PC机或专用集散控制系统机或专用集散控制系统，软件可采用高级语言，软件可采用高级语言 (如：如：C语言语言)开发，或买现成的组合软件。开发，或买现成的组合软件。1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（7）1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（8） 1.4.2 计算机控制系统的发展历程计算机控制系统的发展历程一、一、20世纪世纪50年代初至年代初至60年代中期年代中期计算机控制开创与试验阶段。计算机控制开创与试验阶段。5050年代初，自动测量与数据处理；年代初，自动测量与数据

43、处理；5050年代中期至年代中期至6060年代中期，年代中期，DDCDDC产生与发展；产生与发展；二、二、60年代中期至年代中期至70年代初期年代初期以以DDCDDC为主的计算机控制进入逐步推广应用阶段。为主的计算机控制进入逐步推广应用阶段。1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势（计算机控制系统的发展概况及趋势（9）三、三、70年代中期年代中期 随着微处理器技术的发展，促使了随着微处理器技术的发展，促使了DCSDCS的产生与的产生与发展。发展。四、四、80年代中后期到年代中后期到90年代年代DCSDCS得到了更为广泛的应用，并占据了工业控制得到了更为广泛的应用，并占据了工业控制 领域的主导地位

44、。领域的主导地位。 五、五、20世纪世纪90年代初年代初逐渐兴起的计算机集成制造系统（逐渐兴起的计算机集成制造系统（CIMSCIMS）技术，对现代制造技术产生了重要的影响。技术，对现代制造技术产生了重要的影响。 1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势计算机控制系统的发展概况及趋势(10)六、六、20世纪世纪90年代年代可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器(PLC)(PLC)技术，在工业控制中技术，在工业控制中获得了巨大的成功，并得到了飞速发展，成为获得了巨大的成功，并得到了飞速发展，成为现代工业控制系统中的主要控制器；现代工业控制系统中的主要控制器；七、七、 20世纪世纪90年代中后期至今年代中后期至今基于网络的控制系统基于网络的控制系统产生与发展产生与发展 FC