第 一 章 计 算 机 测 控 技 术 应 用 导 论 教 师 : 王 非
第 一 节 课 程 介 绍 目 的 : 选 课 的 目 的 同 学 们 希 望 从 课 程 中 学 习 到 的 内 容? 开 课 的 目 的 了 解 计 算 机 测 控 的 基 本 概 念 和 术 语 掌 握 本 专 业 相 关 的 简 单 自 控 技 术 ( 比 如 : 如 何 将 一 个 传 感 器 接 入 控 制 器 或 采 集 板 卡, 并 将 其 显 示 出 来.) 初 步 了 解 DCS 控 制 系 统 的 结 构. 考 核 要 求 能 够 设 计 并 完 成 一 个 单 回 路 闭 环 控 制 系 统 的 搭 建.
第 一 节 课 程 介 绍 计 算 机 自 动 测 量 与 控 制 系 统 (Computer Automated Measurement And Control System) 主 要 涉 及 的 学 科 技 术 : 自 动 控 制 技 术 计 算 机 科 学 微 电 子 学 通 讯 技 术
第 一 节 课 程 介 绍 计 算 机 自 动 测 量 与 控 制 系 统 (Computer Automated Measurement And Control System) 主 要 应 用 行 业 : 航 空 航 天 工 厂 自 动 化 实 验 室 自 动 测 量 与 控 制 办 公 自 动 化 商 业 自 动 化 楼 宇 自 动 化 控 制 家 庭 自 动 化
第 一 章 课 程 介 绍 计 算 机 自 动 测 量 与 控 制 系 统 (Computer Automated Measurement And Control System) 主 要 代 表 : SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ( 数 据 采 集 与 监 视 控 制 系 统 ) DCS (Distributed Control System) ( 集 散 控 制 系 统 )
几 个 概 念 信 号 采 样 保 持 A/D 转 换 输 入 模 拟 信 号 是 连 续 变 化 的, 计 算 机 通 过 采 样 和 保 持 电 路, 将 连 续 信 号 变 成 离 散 序 列 模 拟 信 号 采 样 保 持 模 拟 信 号 采 样 保 持 示 意 图
几 个 概 念 - V IN + V O V C 采 样 保 持 器 的 原 理 工 作 原 理 : 开 关 闭 合, 电 容 充 电, 采 样 状 态 ; 开 关 断 开, 电 容 的 放 电 电 路 断 开, 电 容 电 压 下 降 很 慢, 保 持 状 态 作 用 : 在 采 样 时, 其 输 出 能 够 跟 随 输 入 变 化 ; 而 在 保 持 状 态 时, 能 使 输 出 值 不 变 场 合 : 当 测 量 参 数 变 化 很 快 时, 需 要 加 采 样 保 持 器
几 个 概 念 采 样 定 理 若 f(t) 是 一 个 带 宽 为 2ωmax 的 有 限 带 宽 信 号, 则 由 采 样 信 号 f*(t) 能 够 无 失 真 地 恢 复 到 原 信 号 f(t) 的 条 件 为 : ωs 2ωmax 其 中 为 采 样 角 频 率
几 个 概 念 采 样 周 期 选 取 原 则 : 采 样 周 期 选 取 的 足 够 小, 使 采 样 信 号 如 实 反 映 被 采 样 信 号 的 变 化 特 征, 利 于 提 高 控 制 品 质 但 采 样 周 期 太 小, 会 提 高 成 本 对 动 态 特 性 变 化 慢 的 对 象, 采 样 周 期 可 选 得 长 一 些 ; 变 化 快 的 对 象, 采 样 周 期 可 选 的 短 些 DDC 系 统 采 样 周 期 参 考 值 : 流 量 对 象 1~2s 压 力 对 象 3~5s 液 位 对 象 3~5s 温 度 对 象 10~15s 成 分 分 析 对 象 15~20s
几 个 概 念 模 拟 量 输 入 (Analog Input) 模 拟 量 输 出 (Analog Output) 开 关 量 输 入 (Digital Input) 开 关 量 输 出 (Digital Output)
数 字 滤 波 几 个 概 念 工 业 环 境 中, 由 于 信 号 线 路 较 长, 可 以 会 引 入 干 扰, 可 以 通 过 电 路 和 软 件 两 方 面 对 干 扰 信 号 加 以 抑 制 数 字 滤 波 通 过 软 件 程 序 对 采 样 信 号 的 值 进 行 加 工, 消 除 或 减 弱 各 种 干 扰 的 影 响 思 考 : 在 物 理 实 验 的 数 据 处 理 过 程 中 采 用 过 哪 些 方 法 提 高 测 量 精 度?
几 个 概 念 几 个 常 用 术 语 在 线 (Online): 计 算 机 控 制 系 统 与 生 产 设 备 直 接 相 连 离 线 (Offline): 计 算 机 控 制 系 统 与 生 产 设 备 断 开 实 时 (Real time): 计 算 机 输 入 输 出 和 计 算 都 在 规 定 时 间 内 完 成 在 线 与 实 时 的 关 系 一 个 在 线 系 统 不 一 定 是 实 时 系 统 一 个 实 时 系 统 必 定 是 在 线 系 统
几 个 概 念
DDC-Digital Direct Controller
几 个 概 念 PLC-Programmable logic controller
一 个 作 业 搜 集 资 料, 回 答 如 下 问 题 : 什 么 是 DDC? 什 么 是 PLC? 他 们 有 什 么 不 同? 下 次 课 口 头 回 答, 不 准 备 的 按 照 不 交 作 业 处 理!
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 计 算 机 控 制 系 统 监 控 过 程 的 三 个 步 骤 实 时 数 据 采 集 ---- 对 来 自 测 量 变 送 器 的 被 控 量 的 瞬 时 值 进 行 采 集 和 输 入 ; 实 时 数 据 处 理 ---- 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 控 制 决 策 ; 实 时 输 出 控 制 ---- 根 据 控 制 决 策, 适 时 地 对 执 行 器 发 出 控 制 信 号, 完 成 监 控 任 务 ;
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 下 图 是 一 个 简 单 的 单 回 路 控 制 系 统. 可 以 该 计 算 机 测 控 系 统 应 完 成 的 任 务 : 测 量 执 行 机 构 的 驱 动 控 制 算 法 人 - 机 交 互 通 信
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 测 量 测 量 是 将 系 统 中 我 们 关 心 的 参 数 进 行 转 化 为 计 算 机 可 以 识 别 的 数 字 量 的 电 信 号, 例 如 : 风 速. 温 度 相 对 湿 度. 转 速. 压 差. 被 测 量 的 参 数 在 计 算 机 测 控 系 统 中 被 分 为, 模 拟 量 和 开 关 量. 你 能 从 下 图 中 找 出 被 测 的 模 拟 量 开 关 量 吗?
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 驱 动 执 行 机 构 驱 动 通 常 是 通 过 对 阀 门 马 达 电 加 热 等 执 行 机 构 的 驱 动 来 调 节 执 行 机 构 从 而 对 系 统 进 行 调 节 驱 动 执 行 通 常 需 要 计 算 机 输 出 一 个 信 号 : 电 压 电 流 脉 冲 或 者 进 行 通 讯 驱 动 ( 模 拟 量? 数 字 量?)
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 控 制 算 法 这 里 指 利 用 计 算 机 实 现 自 动 的 对 目 标 参 数 进 行 控 制 简 单 的 说, 就 是 利 用 计 算 机 实 现 控 制 算 法 和 控 制 策 略 经 常 一 个 生 产 过 程 需 要 几 种 控 制 策 略 来 进 行 结 合
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 人 - 机 交 互 计 算 机 必 须 为 操 作 人 员 提 供 被 控 过 程 和 控 制 系 统 本 身 运 行 的 全 部 信 息 计 算 机 必 须 为 操 作 人 员 提 供 各 种 操 作 手 段 好 的 人 - 机 交 互 需 要 程 序 员 花 费 很 大 的 精 力
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 LabVIEW 作 的 一 个 人 - 机 交 互 界 面
第 二 节 计 算 机 测 控 系 统 的 组 成 为 什 么 要 进 行 通 讯 ( 这 里 的 通 讯 有 三 个 概 念 ) 与 上 位 工 作 站 的 通 讯 与 同 级 别 的 控 制 器 通 讯 与 传 感 器 和 执 行 器 通 讯
第 三 节 计 算 机 测 控 系 统 的 结 构
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构 计 算 机 测 控 系 统 的 基 本 结 构 与 类 型 基 本 型 标 准 通 用 接 口 型 GPIB 测 试 系 统 (General Purpose Interface Bus) VXI 总 线 系 统 PXI 总 线 系 统 闭 环 控 制 器 + 上 位 机 型
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构 - 基 本 型
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构 - 标 准 通 用 接 口 型
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构 - 闭 环 控 制 器 + 上 位 机 型
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构
第 三 节 计 算 机 测 控 测 控 系 统 的 结 构 以 上 几 个 图 有 什 么 区 别?
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 计 算 机 测 控 系 统 硬 件 部 分 : 计 算 机 主 机 过 程 通 道 人 机 联 系 设 备 传 感 器 执 行 机 构
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 计 算 机 主 机 8 位 计 算 机 mcs-51 系 列 单 片 机 16 位 计 算 机 Z8000 TI msp430 32 位 计 算 机 X86 Arm 64 位 计 算 机
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 过 程 通 道 (I/O) 过 程 通 道 指 的 是 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 0~1200 C 0~48mV 0~5V 00~FFH 0~1200 C 放 大 A/D CPU 显 示 标 度 变 换 原 理 图
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 模 拟 量 输 入 通 道 : 用 来 将 被 控 对 象 的 模 拟 被 控 参 数 变 为 数 字 信 号 并 送 入 计 算 机 处 理, 由 以 下 部 分 组 成 : 传 感 器 - 变 送 器 -A/D 转 换 模 拟 量 输 出 通 道 : 用 来 控 制 执 行 器, 阀 门 电 机 转 速 等, 多 用 D/A 来 完 成 开 关 量 输 入 通 道 ( 什 么 作 用?) 开 关 量 输 出 通 道 ( 什 么 作 用?)
模 拟 量 输 入 通 道 的 组 成, 及 各 部 分 的 作 用 传 感 器 : 将 过 程 量 转 换 为 电 信 号 ; 放 大 电 路 : 对 微 弱 的 电 信 号 进 行 放 大 ; 多 路 转 换 开 关 : 将 多 路 模 拟 信 号 按 要 求 分 时 输 出 ; 采 样 保 持 器 : 对 模 拟 信 号 进 行 采 样, 在 模 / 数 转 换 期 间 对 采 样 信 号 进 行 保 持 ; 模 / 数 转 换 器 : 将 模 拟 信 号 转 换 成 数 字 信 号
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 人 机 交 互 : 作 用 开 关 操 作 键 盘 显 示 装 置 打 印 机 及 记 录 仪
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 软 件 部 分 : 系 统 软 件 : 维 护 整 个 计 算 机 测 控 系 统 运 行 的 系 统 软 件 应 用 软 件 : 完 成 测 控 任 务 的 软 件, 一 般 由 开 发 人 员 完 成
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 常 用 的 开 发 工 具 : 控 制 器 级 :Step7(siemens PLC 编 程 ) Care (Honeywell DDC 开 发 ) WPLSoft( 研 华 PLC 编 程 )
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 常 用 的 开 发 工 具 : PC 开 发 工 具 :Visual Studio LabVIEW LabCVI Delphi
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 常 用 的 开 发 工 具 : 组 态 软 件 :ifix fanc 力 控 昆 仑 通 态 组 太 王
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 什 么 是 组 态 软 件? 组 态 的 概 念 是 伴 随 着 集 散 型 控 制 系 统 (Distributed Control System 简 称 DCS) 的 出 现 才 开 始 被 广 大 的 生 产 过 程 自 动 化 技 术 人 员 所 熟 知 的 组 态 软 件 是 指 一 些 数 据 采 集 与 过 程 控 制 的 专 用 软 件, 它 们 是 在 自 动 控 制 系 统 监 控 层 一 级 的 软 件 平 台 和 开 发 环 境, 使 用 灵 活 的 组 态 方 式, 为 用 户 提 供 快 速 构 建 工 业 自 动 控 制 系 统 监 控 功 能 的 通 用 层 次 的 软 件 工 具 组 态 软 件 应 该 能 支 持 各 种 工 控 设 备 和 常 见 的 通 信 协 议, 并 且 通 常 应 提 供 分 布 式 数 据 管 理 和 网 络 功 能
组 态 软 件 使 用 简 介 对 应 于 原 有 的 HMI( 人 机 接 口 软 件,Human Machine Interface) 的 概 念, 组 态 软 件 应 该 是 一 个 使 用 户 能 快 速 建 立 自 己 的 HMI 的 软 件 工 具, 或 开 发 环 境 在 组 态 软 件 出 现 之 前, 工 控 领 域 的 用 户 通 过 手 工 或 委 托 第 三 方 编 写 HMI 应 用, 开 发 时 间 长, 效 率 低, 可 靠 性 差 ; 或 者 购 买 专 用 的 工 控 系 统, 通 常 是 封 闭 的 系 统, 选 择 余 地 小, 往 往 不 能 满 足 需 求, 很 难 与 外 界 进 行 数 据 交 互, 升 级 和 增 加 功 能 都 受 到 严 重 的 限 制 组 态 软 件 的 出 现, 把 用 户 从 这 些 困 境 中 解 脱 出 来, 可 以 利 用 组 态 软 件 的 功 能, 构 建 一 套 最 适 合 自 己 的 应 用 系 统
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 软 硬 件 主 要 产 品 有 : Intellution 的 ifix 及 FIX; Wonderware 的 InTouch; 三 维 力 控 的 力 控 ; 北 京 亚 控 的 组 态 王 ; 昆 仑 通 态 的 MCGS (Monitor and Control Generated System);
第 四 节 计 算 机 测 控 系 统 硬 件 部 分 工 程 上 经 常 会 用 到 的 系 统 : PLC- 集 成 了 计 算 机 主 机 和 通 道 和 软 件 DDC- 集 成 了 计 算 机 主 机 和 通 道 和 软 件 基 于 工 控 机 的 控 制 系 统, 需 要 自 己 选 配 主 机, 过 程 通 道 不 同 的 过 程 通 道 设 备 有 不 同 接 口 专 用 控 制 器 系 统 的 集 成