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文档简介
微机控制系统综述2.1微机控制系统一、优点
1.
帮助操作人员选择最优工艺和最佳操作参数;
2.
实现用传统方法难以完成的控制规律;
3.
降低原料和能源消耗,减少成本;
4.
提高产品的产量和质量。
二、组成
由微机和其他工业生产对象两大部分组成,包括硬件和软件。微机控制系统本身是通过各种接口和外部设备与生产过程发生关系,并对生产过程进行数据处理及控制的。(一)硬件硬件是由主机、接口电路及外部设备组成:
2
1.
主机(CPU):通过接口可向系统的各个部分发出各种控制命令,同时对系统的各参数进行巡回检测、数据处理以及完成控制计算、报警处理、逻辑判断等;
2.
接口与输入输出通道:是主机与控对象进行信息交换的纽带;
3.
通用外部设备:是为了扩大主机功能而设置的,用来显示、打印、存储及传递数据等;
4.检测元件及仪表.
5.
操作台:是人-机对话的纽带,通过它人们可以向计算机输入程序,修改内存的数据,显示被测参数以及发出各种操作指令等:(1)作用开关:如电源开关、数据和地址选择开关以及操作方式选择开关等;(2)
功能键:目的是通过功能键向主机申请中断服务,如复位键、启动键、打印键、显示键等;
3
(3)LED数码管及CRT显示:显示被测参数及操作人员所感兴趣的内容,如被控系统的流程图、开关状态图、时序图、表格式显示以及报警索引等;
(4)数据键:用来送入数据或修改被控系统的参数。
(二)软件指完成各种功能的计算机程序的总和,如操作、管理、监控和自诊断等。软件是计算机系统的神经中枢,从功能上可分为:
1.系统软件:由微机设计者提供,专门用来使用和管理计算机本身的程序;
2.
应用软件:面向用户本身的程序,主要内容包括:(1)过程监测:巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序;4(2)过程控制计算:控制算法程序:PID算法、模糊控制算法、最优化控制、串级调节、比值调节、前馈调节、系统辨识及其它;事故处理程序信息管理程序:信息生成调度、文件管理、输出、显示、打印;(3)公共服务程序:基本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序。
3.数据库及数据库管理系统:建立存放数据的表格和形式,查询、显示、调用和修改数据,主要用于大量的数据管理及资料检索系统。
5三、分类(一)操作指导控制系统属开环控制型结构,微机的输出部分不直接与生产过程的各个控制环节发生联系,只是对系统过程参数进行收集,加工处理,然后输出数据,由操作人员按计算数据进行必要的操作。
微机A/D转换采样器测量元件工业对象CRT显示打印机人图2.1操作指导控制系统原理图6优点:结构简单、控制灵活和安全。缺点:由人工控制,速度受到限制,且不能控制多个对象。使用场合:进行数据检测处理及试验新的数学模型和调试新的控制程序。
(二)直接数字控制系统(DDC)DirectDigtalControl
用一台微机对多个被控参数进行巡回检测,将被测结果与设定值进行比较,再按事先规定的控制规律进行控制运算,然后输出到执行机构,对生产过程进行控制,使被控参数稳定在给定值。优点:
1.由于微机计算速度快,一台微机可代替多个模拟调节器;
2.由于计算机数据处理功能强,可实现各种复杂控制,灵活性大,可靠性高。
7人工监督设定值测量值A/DDDC微机D/A多路开关检测元件反多路开关生产过程管理命令报告图2.2DDC控制系统原理图8(三)计算机监督控制系统(SCC)SupervisoryComputerControl
在SCC系统中,是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拟调节器或DDC计算机,最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程,从而使生产过程处于最优工作状况。从结构上讲,SCC系统分为两种:1.SCC+模拟调节器系统在此系统中,SCC监督计算机的作用是收集检测信号及接受管理命令,然后按照一定的数学模型计算后,输出给定值到模拟调节器,此给定值在模拟调节器中与检测值进行比较,其偏差值经模拟调节器计算后输出到执行机构,以达到调节生产过程的目的,这样可以根据生产情况的变化,不断的改变给定值,以达到实现最优控制的目的。
9SCC计算机设定值测量值A/D多路开关检测元件生产过程管理命令报告TT图2.3SCC+模拟调节器控制系统原理图102.SCC+DDC控制系统该系统为两极计算机控制系统,一级为监督级SCC,其作用与SCC+模拟调节器中的SCC一样,用来计算最佳给定值,直接数字控制器DDC则由单片机来完成,用以将给定值与测量值进行比较,其偏差由单片机进行数字控制计算,然后经D/A转换器和反多路开关分别控制各个执行机构进行调节。
11SCC计算机设定值测量值A/DDDCD/A多路开关检测元件反多路开关生产过程管理命令报告图2.4SCC+DDC控制系统原理图123.区别:一般的模拟系统是不能随便改变给定值的,因此SCC+模拟调节器系统特别适合老企业的技术改造工程,既用上了原有的模拟调节器,又实现了最佳给定值控制;
SCC+DDC控制系统中控制规律可以改变,所以使用更加灵活,且一台DDC可控制多个回路,使系统组成比较简单。
4.
SCC系统与DDC的区别
SCC系统比DDC系统有更大的优越性,可以接近于生产的实际情况,切当系统中的模拟调节器或DDC控制器出现故障时,可用SCC系统代替调节器进行调节,提高了系统的可靠性,但由于生产过程的复杂性,其数学模型建立比较困难,因此系统实现起来比较困难。
13(四)分布式控制系统(DCS)DistributedControlSystems
是分级结构系统,是以一个主计算机和两个或更多计算机为基础的一种体系结构,也叫主从结构或树形结构。在这种系统中只有必要的信息才传送到上一级计算机或中央控制室,检测和数据处理任务都由单片机组成的前置控制机就地解决问题,可避免传输误差和系统的复杂化。1.功能(1)随着半导体技术的发展,目前已经开始把单片微型计算机用于传感器或执行机构,即所谓的智能仪表或智能化传感器。在这类仪表或传感器中,单片机用来完成数据采集、校准、计算、误差修正及线性化补偿,即由智能仪表或智能化传感器构成分布式控制系统的现场级仪表。(2)实现控制算法:采用单片机作为调节器,对系统进行开环或闭环控制,可根据需要灵活地改变算法,且能完成一般模拟系统所不能完成的调节功能。14(3)实现人-机对话:操作人员可以通过操作台向计算机设置给定值、参数及请求打印数据,计算机把装置和设备的状态信息、处理结果及报警信号输送给操作人员。(4)实现通信:可实现微机之间、微机与上位机之间以及微机与装置之间通信,进行信息交换。(5)打印和显示数据:系统可根据需要进行打印及显示,现多用CRT以图形或报表的形式进行显示。(6)能进行自诊断和错误检测:现在的分布式控制系统为用户提高了众多的系统资源状态检查、修改命令。用户使用这些命令检查执行结果以及观察相应设备的状态,便可以方便地诊断出硬件故障,并可显示在屏幕上。此外还可以使用不同的软件诊断卡来完成不同的诊断。
2.特点分布式控制系统采用分散控制、集中管理的方法,有如下特点:
15
(1)
有很高的可靠性;(2)
速度快;(3)
系统模块化;(4)
价格低;(5)
设计、开发、维护简便,具有很大的灵活性。
3.常用结构:分级结构;完全互连式结构;网状结构;星形结构;总线式结构;共享存储器式结构;开关转换结构;环形结构;无线电网络结构。
162.2微机控制系统的发展趋势
微机控制系统的发展趋势有如下几个方面:一、可编程控制器(PC)ProgrammableControl
是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术(简称3C)发展起来的一种新型工业自动控制装置,是采用微型机芯片,根据工业生产特点发展起来的一种控制器。(一)特点:
1.
可靠性高,有较强的抗干扰能力,便于
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