計(jì)算機(jī)控制技術(shù)電子教案-(青島科技大學(xué)word版)

第 1 章 緒論
本章將簡(jiǎn)要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概述、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類(lèi)、計(jì)算機(jī)控制研究的課題與發(fā)展方向。
第 2 章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)
在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了正確的指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，一項(xiàng)必不可少的工作是準(zhǔn)確而及時(shí)的檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)有關(guān)參數(shù)，例如壓力、流量、物位及溫度等。用于將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號(hào)(例如電信號(hào)或氣壓信號(hào))的儀表通常稱為傳感器。當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，通常稱為變送器。變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到調(diào)節(jié)器中，與給定值相比較，調(diào)節(jié)器按照比較后得出的偏差，以一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)。執(zhí)行器接收來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移，去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)，改變控制量，使被控變量符合預(yù)期要求。此外，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中還經(jīng)常用到其它類(lèi)型的檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行元件。
第3章 計(jì)算機(jī)總線技術(shù)
隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，與之相應(yīng)的總線技術(shù)也得到不斷創(chuàng)新。本章主要討論總線的分類(lèi)及其結(jié)構(gòu)，并介紹幾種常用的內(nèi)部總線和外部總線。
第4章 過(guò)程通道與人機(jī)接口
要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，需要設(shè)法給計(jì)算機(jī)提供生產(chǎn)過(guò)程的各種物理參數(shù)，這就需要有信號(hào)的輸入通道，另外還需將計(jì)算機(jī)的控制命令作用于生產(chǎn)過(guò)程，這就需要有信號(hào)的輸出通道。
過(guò)程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸入通道、數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸出通道。生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)通過(guò)模擬量輸入通道或數(shù)字量輸入通道送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理之后將所得的結(jié)果通過(guò)模擬輸出通道或數(shù)字量輸出通道送到生產(chǎn)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。
為此計(jì)算機(jī)和操作人員之間應(yīng)設(shè)置顯示器和操作器，其中一種是CRT顯示器和鍵盤(pán)，另外一種是針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的操作控制臺(tái)等。其作用一是顯示生產(chǎn)過(guò)程的狀況，二是供操作人員操作，三是顯示操作結(jié)果。
第5章數(shù)據(jù)處理與控制策略
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是指在給定系統(tǒng)性能指標(biāo)的條件下，設(shè)計(jì)出控制器的控制規(guī)律和相應(yīng)的數(shù)字控制算法。對(duì)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)一般有連續(xù)化設(shè)計(jì)和離散化設(shè)計(jì)兩類(lèi)。
數(shù)控技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的控制策略是指基于控制理論、在被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型或操作人員的先驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字控制器或某種控制算法。早期的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)受經(jīng)典控制理論和常規(guī)儀表的限制，難以處理工業(yè)過(guò)程中存在的時(shí)變、非線性、強(qiáng)耦合和不確定性等復(fù)雜情況，一般采用常規(guī)PID控制器進(jìn)行控制，其控制目標(biāo)是保證生產(chǎn)的基本平穩(wěn)和安全運(yùn)行。隨著工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展中提出的高效益、高柔性控制的綜合要求，常規(guī)控制已不能滿足新的控制要求，各種新型的過(guò)程控制策略(Advanced Process Control，簡(jiǎn)稱APC)應(yīng)運(yùn)而生，在工業(yè)過(guò)程控制中得到許多成功的應(yīng)用。
第 6 章 計(jì)算機(jī)控制中的網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)
現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制和管理也日趨復(fù)雜，往往需要幾臺(tái)或幾十臺(tái)計(jì)算機(jī)才能完成控制和管理任務(wù)。不同的地理位置、不同功能的計(jì)算機(jī)及設(shè)備之間需要交換信息，這樣把多臺(tái)計(jì)算機(jī)或設(shè)備連接起來(lái)，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于廣大的從事過(guò)程控制的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，為了提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平，更好地編制程序，有必要了解數(shù)據(jù)通信的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)通信知識(shí)。
第7章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件
只有計(jì)算機(jī)硬件的計(jì)算機(jī)叫裸機(jī)，它不能實(shí)現(xiàn)任何功能，只是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)；軟件是任何系統(tǒng)的頭腦、心臟和靈魂。計(jì)算機(jī)只有在配備了所需的各種軟件后，才能展現(xiàn)出令人眩目的多功能的光彩，也只有通過(guò)軟件和硬件的相互配合，才能將各種控制策略、控制算法和控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，才能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有更高的性價(jià)比。本章主要介紹有關(guān)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件知識(shí)。
第8章典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本章簡(jiǎn)要介紹目前常用的比較典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，主要包括：基于PC總線的板卡與工控機(jī)組成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；基于數(shù)字調(diào)節(jié)器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；基于PLC的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；基于嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；分散控制系統(tǒng)；現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。
第 9 章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)
由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境往往十分惡劣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不可避免地受到各種各樣的干擾。這些干擾可能會(huì)影響到測(cè)控系統(tǒng)的精度，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)下降，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行混亂或故障，進(jìn)而造成生產(chǎn)事故。干擾可能來(lái)自外部，也可能來(lái)自內(nèi)部；它可通過(guò)不同的途徑作用于控制系統(tǒng)，且其作用程度及引起的后果與干擾的性質(zhì)及干擾的強(qiáng)度等因素有關(guān)。干擾是客觀存在的，研究抗干擾技術(shù)就是要分清干擾的來(lái)源，探索抑制或消除干擾的措施，以提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本章首先介紹干擾的種類(lèi)及傳播途徑，然后根據(jù)硬件和軟件抗干擾措施的不同，分別加以論述。
第 10 章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
通過(guò)前面的介紹，我們已經(jīng)掌握了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分的工作原理、硬件和軟件技術(shù)以及控制算法，因而具備了設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的條件。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問(wèn)題，又是一個(gè)工程問(wèn)題。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)包括：建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，尋求滿足該目標(biāo)函數(shù)的控制規(guī)律；選擇適宜的計(jì)算方法和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言；進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對(duì)硬件提出具體要求。進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，不僅要掌握生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，以及被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，而且要熟悉自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)等。本章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
第11章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例
前面幾章著重介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)涉及到的軟硬件知識(shí)、控制算法及設(shè)計(jì)方法等方面的內(nèi)容，本章將結(jié)合兩個(gè)有代表性的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例：工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、硫化機(jī)計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)。
鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類(lèi)的驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)等過(guò)程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)設(shè)備的不斷革新，作為全廠動(dòng)力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、高效率發(fā)展。