第一章習題2014級專升本一班 馮黎明學號：21．微型計算機控制系統與連續控制系統的主要異同點是什么？答：連續控制系統中的控制器用微型計算機來代替，就可以構成微型計算機系統。控制系統中引入微型計算機后，控制規律便可由程序實現，微型計算機執行相應的程序，實現對被控參數的控制。在連續控制系統中，系統的控制規律是由硬件電路實現的，改變控制規律就要改變硬件；而在微型計算機控制系統中，控制規律是通過程序實現，改變控制規律只需改變程序。在微型計算機控制系統中，微型計算機的輸入和輸出都是數字信號，而變換發送單元送出的信號，以及大多數執行機構所能接收的信號，都是模擬信號。因此，系統中需要有A/D轉換器和D/ A轉換器。連續控制系統不斷地測量，經過反饋及補償后，對生產過程產生連續不斷的控制。微型計算機控制系統是采樣控制系統。微型計算機每隔一個采樣周期T會對被控參數進行一次測量，根據一定控制規律算出控制量后，去控制生產過程。在兩次采樣時刻之間，微型計算機對被控參數不進行測量，其輸出控制量自然也保持不變。當用一臺微型計算機控制多個參數時，微型計算機按巡回測量控制方式工作。2.從微型計算機參與控制的方式上，微型計算機控制系統可分為哪幾類？各有什么特點？答:可分為數據采集系統（DAS）、直接數字控制系統（DDC）、監督算機控制系統（SCC）、分散型控制系統（DCS）、現場總線控制系統(FCS)、計算機集成制造系統(CIMS)。
數據采集系統（DAS）：數據采集系統中微型計算機通過模擬量、開關量輸入通道進行數據采集，將采集到的數據進行分析處理，以實現生產過程中的集中監視及實現生產過程的操作指導。該系統中的微型計算機不直接參與生產過程控制，不會對生產過程產生直接影響。直接數字控制系統（DDC）：微型計算機通過模擬量輸入通道、數字量輸入通道進行數據采集，然后按照一定的控制規律進行實時決策，最后通過模擬量輸出通道、數字量輸出通道輸出控制信號，實現對生產過程的直接控制。由于該系統中奪得微型計算機直接參與生產過程的控制，故要求微型計算機系統實時性好、可靠性高和環境適應性好。監督計算機控制系統（SCC）：SCC系統是一種兩級微型計算機控制系統，其中DDC級微型計算機完成生產過程的直接數字控制；SSC級微型計算機則根據生產過程的工作狀況和已定的數學模型，進行最優化分析計算，產生最優給定值，交由DDC級微型計算機執行。分散型控制系統（DCS）：DCS系統利用多臺微型計算機，采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協調的設計原則，把系統從上而下分為過程控制級、控制管理級、生產管理級等若干級，形成分布式控制。 現場總線控制系統(FCS):FCS系統廣泛應用于工業生產過程自動化領域的新型計算機控制系統。
現場總線控制系統是利用現場總線實現各智能現場設備之間、個現場設備和控制裝置之間互聯,形成一個數字式、雙向傳輸、多分支結構和多點通信的通信網絡。計算機集成制造系統(CIMS):是在信息技術、自動化技術及有關生產技術基礎上,建立全企業或全廠的包括經營決策、管理信息、生產調度、監督控制和直接控制在內的管理及控制全部生產活動的中和自動化系統。它將企業的生產、經營、管理、計劃、銷售等環節和企業人力、財力、設備等生產要素集成起來,進行統一控制,從而求得生產活動的最優化。3．微型計算機控制系統由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：微型計算機控制系統由硬件和軟件兩部分組成，其硬件部分主要由主機(控制器)、過程輸入輸出通道(設備)、操作設備、常規外部設備、系統支持功能等組成。圖1.1微型計算機控制系統的基本組成主機：由微機處理器、內存儲器和系統總線構成的主機是控制形同的核心。主機根據過程輸入通道發送來的、反映生產過程工況的各種信息和已定的控制規律,作出相應的決策,并通過過程輸出通道發出控制命令,達到預定的控制目的。 主機所產生的控制是按照人們預先安排好的程序進行的。能實現過程輸入、控制和輸出等功能的程序預先已存放入內存,系統起動后,中央處理器逐條取出并執行,產生預定控制作用。
(2)輸入輸出通道：這是微機和生產對象之間進行信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道把生產對象的被控參數轉換成微機可以接收的數字代碼。過程輸出通道把微機輸出的控制命令和數據，轉換成可以對生產對象進行控制的信號。過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數字量輸入輸出通道。(3)操作設備:是微型計算機控制系統中人機交互的關鍵設備。操作設備一般由液晶顯示器、鍵盤、開關和指示燈等構成。操作員通過操作設備可以及時了解被控過程的運行狀態及相關參數,對控制系統發出各種控制命令,并且通過操作設備修改控制方案和程序。(4)常規外部設備:指鍵盤、終端、打印機、繪圖機、U盤等微型計算機輸入輸出設備。(5)通信設備:企業信息化的需求要求生產過程的數據和企業管理信息系統之間的信息需實時交換,基于DCS和FCS的微型計算機控制系統中,個微型計算之間也需要通信,因此,通信設備已成為微型計算機控制系統的一個重要部分,通過通信設備課完成微型計算機控制系統的信息交換。(6)系統支持功能:包含監控定時器、電源掉電檢測、保護重要數據的后背存儲體、實時日歷鐘、總線匹配。軟件組成部分主要包含系統軟件和應用軟件兩部分。軟件是指能夠完成各種功能的計算機程序的總和。
整個計算機系統的動作，都是在軟件的指揮下協調進行的，因此說軟件是微機系統的中樞神經。就功能來分，軟件可分為系統軟件、應用軟件?（1)系統軟件：它是由計算機設計者提供的專門用來使用和管理計算機的程序。對用戶來說，系統軟件只是作為開發應用軟件的工具，是不需要自己設計的。?（2)應用軟件:它是面向用戶本身的程序，即指由用戶根據要解決的實際問題而編寫的各種程序4．工業控制微型計算機與主要用于科學計算方面的微型計算機有何異同點？答：工業控制微型計算機與主要用于科學計算方面的信息處理機是兩類不同用途的計算機。二者都是以微型計算機為核心所構成的裝置。與信息處理計算機相比，工控機具有可靠性高、環境適應性強、可維護性好、硬件配置上的可裝配性和可擴充性好、豐富的過程輸入/輸出能力、應用軟件豐富等特點。5．何謂微型計算機系統的實時性？如何保證微型計算機系統的實時性？答：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完成的，即計算機對輸入信息以足夠快的速度進行處理，并在一定的時間內作出反應并進行控制，超出了這個時間就會失去控制時機，控制也就失去了意義。實時性指標涉及一系列時間延遲，如儀表延遲、輸入延遲、運算處理延遲、輸出延遲等。
另外，中斷是微型計算機控制系統實現實時控制的一個十分重要的功能。6．簡述DDC和SCC系統的工作原理。 答：直接數字控制系統(DDC系統)：DDC(Direct Digital Control)系統就是通過檢測元件對一個或多個被控參數進行巡回檢測，經輸入通道送給微機，微機將檢測結果與設定值進行比較，再進行控制運算，然后通過輸出通道控制執行機構，使系統的被控參數達到預定的要求。DDC系統是閉環系統，是微機在工業生產過程中最普遍的一種應用形式。其原理框圖如下圖所示。計算機監督控制系統(SCC系統)：SCC( Control)系統比DDC系統更接近生產變化的實際情況，因為在DDC系統中計算機只是代替模擬調節器進行控制，系統不能運行在最佳狀態，而SCC系統不僅可以進行給定值控制，并且還可以進行順序控制、最優控制以及自適應控制等。其原理框圖如下圖所示。7．進一步查閱資料，了解計算機控制系統的發展趨勢。答：大規模及超大規模集成電路的發展，提高了計算機的可靠性和性能價格比，從而使計算機控制系統的應用也越來越廣泛。為更好地適應生產力的發展，擴大生產規模，以滿足對計算機控制系統提出的越來越高的要求，目前計算機控制系統的發展趨勢有以下幾個方面：a.普及應用可編程序控制器 b.采用集散控制系統 c.研究和發展智能控制系統