【正文】 (2)直接數(shù)字控制系統(tǒng) (DDC 系統(tǒng) )： DDC(Direct Digital Control)系統(tǒng)就是通過檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，再進(jìn)行控制運(yùn)算，然后通過輸出通道控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到預(yù)定的要求。計算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行處理，計算出各控制量應(yīng)有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用。 (3)數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用于資料管理、存檔和檢索，相應(yīng)軟件設(shè)計指如何建立數(shù)據(jù)庫以及如何查詢、顯示、調(diào)用和修改數(shù)據(jù)等。 3 (2)應(yīng)用軟件 :它是面向用戶本身的程序，即指由用戶根據(jù)要解決的實際問題而編寫的各種程序。對用戶來說，系統(tǒng)軟件只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具， 是不需要自己設(shè)計的。就功能來分，軟件可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫。 軟件是指能夠完成各種功能的計算機(jī)程序的總和。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動、液動和氣動等控制形式，也有的采用馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制。 ：要控制生產(chǎn)過程，必須有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)微機(jī)輸出的控制信號，改變輸出的角位移或直線位移，并通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程符合預(yù)定的要求。其中操作臺應(yīng)具備顯示功能，即根據(jù)操作人員的要求，能立即顯示所要求的內(nèi)容；還應(yīng)有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺還要保證即使操作錯誤也不會造成惡劣后果，即應(yīng)有保護(hù)功能。過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。過程輸入通道把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī)可以接收的數(shù)字代碼。主機(jī)的主要功能是控制整個生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算 (如調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)算、最優(yōu)化計算等 )和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出控制決策；對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進(jìn)行預(yù)測和報警；編制生產(chǎn)技術(shù)報告，打印制表等等。 ？各部分的作用是什么？ 由四部分組成。 (2)“ 在線 ” 方式：在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，如果生產(chǎn)過程設(shè)備直接與計算機(jī)連接，生產(chǎn)過程直接受計算機(jī)的控制，就叫做 “ 聯(lián)機(jī) ” 方式或 “ 在線 ” 方式。 (3)實時控制：根據(jù)決策，適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 1? 計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟： (1)實時數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時值進(jìn)行檢測，并輸入給計算機(jī)。 (2)實時決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。 、在線方式和離線方式的含義是什么？ (1)實時：所謂 “ 實時 ” ，是指信號的輸入、計算和輸出都是在一定時間范圍內(nèi)完成的，即計算機(jī)對輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在一定的時間內(nèi)作出反應(yīng) 并進(jìn)行控制，超出了這個時間就會失去控制時機(jī)，控制也就失去了意義。 (3)“ 離線 ” 方式：若生產(chǎn)過程設(shè)備不直接與計算機(jī)相連接，其工作不直接受計算機(jī)的控制，而是通過中間記錄介質(zhì)，靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式，則叫做“ 脫機(jī) ” 方式或 “ 離線 ” 方式。 圖 微機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖 (1)主機(jī)： 這是微 型計算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)行實時檢測及處理。 2 (2)輸入輸出通道： 這是微機(jī)和生產(chǎn)對象之間進(jìn)行信息交換的橋梁和紐帶。過程輸出通道把微機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成 可以對生產(chǎn)對象進(jìn)行控制的信號。 (3)外部設(shè)備： 這是實現(xiàn)微機(jī)和外界進(jìn)行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包括人機(jī)聯(lián)系設(shè)備 (操作臺 )、輸入輸出設(shè)備 (磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等 )和外存貯器 (磁盤 )。 (4)檢測與執(zhí)行機(jī)構(gòu) ：在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了收集和測量各種參數(shù)，采 用了各種檢測元件及變送器，其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量轉(zhuǎn)換成電量，例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成 mV 信號；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，這些信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號 (0～ 5V 或 4～ 20mA)后，再送入微機(jī)。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，微機(jī)根據(jù)溫度的誤差計算出相應(yīng)的控制量，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu) (調(diào)節(jié) 閥 )來控制進(jìn)入加熱爐的煤氣 (或油 )量以實現(xiàn)預(yù)期的溫度值。 ？說出各部分軟件的作用。整個計算機(jī)系統(tǒng)的動作，都是在軟件的指揮下協(xié)調(diào)進(jìn)行的，因此說軟件是微機(jī)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)。 (1)系統(tǒng)軟件： 它是由計算機(jī)設(shè)計者提供的專門用來使用和管理計算機(jī)的程序。 系統(tǒng)軟件包括： ：即為管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等； ：指的是調(diào)節(jié)程序及故障診斷程序； ：包括各種程序設(shè)計語言、語言處理程序 (編譯程序 )、服務(wù)程序 (裝配程序和編輯程序 )、模擬主系統(tǒng) (系統(tǒng)模擬、仿真、移植軟件 )、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等； ：指文字翻譯、企業(yè)管理等。 應(yīng)用軟件包括： ：指巡回檢測程序、數(shù)據(jù)處理程序、上下限檢查及報警程序、 操作面板服務(wù)程序、數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序、判斷程序、過程分析程序等； ：指的是控制算法程序、事故處理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成調(diào)度、文件管理及輸出、打印、顯示程序等； ：包括基本運(yùn)算程序、函數(shù)運(yùn)算程序、數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序、格式編碼程序。 ？ 微機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動控制系統(tǒng)相比，具有如下特點 ： ，改動方便 ，抑制擾動能力強(qiáng)，能實現(xiàn)最優(yōu)控制 ，控制效率高 ，進(jìn)一步提高自動化程度 、 DDC 和 SCC 系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？ (1)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。其原理框圖如圖 所 示。 DDC 系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程 4 中最普遍的一種應(yīng)用形式。 圖 DDC 系統(tǒng)原理框圖 (3)計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng) (SCC 系統(tǒng) )： SCC(Supervisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC 系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實際情況，因為在 DDC 系統(tǒng)中計算機(jī)只是代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不能運(yùn)行在最佳狀態(tài)，而 SCC 系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，并且還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。 圖 SCC 系統(tǒng)原理框圖 SCC 是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和 DDC 系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。為更好地適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以滿足對計算機(jī)控制系統(tǒng)提出的越來越高的要求，目前計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有以下幾個方面。 5 第二章 輸入輸出過程通道 習(xí)題及參考答案 ？過程通道有哪些分類？ 過程通道是在計算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)臵的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。 ？各部分的作用是什么？ 數(shù)字量過程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、輸出口地址譯碼電路等組成。 。 采用 RS 觸發(fā)器的 硬件消抖電路，主要是利用 RS 觸發(fā)器的保持功能實現(xiàn)消抖。 光電耦合器由封裝在一個管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如圖 所示。 圖 光電耦合器電路圖 哪些部分組成？各部分的作用是什么？ 模擬量輸入通道一般由 I/V 變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯電路組成。 (2)多路轉(zhuǎn)換器：用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。 (4)A/D 轉(zhuǎn)換器：模擬量輸入通 道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱為之模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog/Digital Converter，簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或 ADC)。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽命長、工作可靠。 采樣保持器的作用： A/D 轉(zhuǎn)換器完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換總需要一定的時間。這樣，就需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(shù)也小，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好，但跟隨特性差。 ？根據(jù)該信號在 I/O 控制中的連接方式，A/D 轉(zhuǎn)換有幾種控制方式？它們在接口電路和程序設(shè)計上有什么特點？ A/D 轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號的作用是用以判斷本次 AD 轉(zhuǎn)換是否完成。 7 ?保持等待法 :EOC 與 READY 相連 ,EOC 無效時 ,自動插入等待狀態(tài)。 ?查詢法 : EOC 可以和任意 I/O 口連接，程序設(shè)計時，反復(fù)判斷 EOC 是否有效 ，直至 EOC 有效時，取數(shù)據(jù)。 0oC~1200oC,如果要求誤差不超過 ,應(yīng)選用分辨為多少位的 A/D 轉(zhuǎn)換器？ 選擇依據(jù)： 12 0012lo g ??????? ??n 8 路模擬量采集系統(tǒng)。 本例給出用 803 DAC0809 設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實例。采樣 完一遍后停止采集。 (1)D/A 轉(zhuǎn)換器：模擬量輸出通道的核心是數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (Digital/Analog Converter,簡稱 D/A 轉(zhuǎn)換器或 DAC)。 (2)V/I 變換： 一般情況下， D/A 轉(zhuǎn)