第一篇：計算機控制技術 樊叢博 073736227

新疆農業大學

目:

程:

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號: 導教師:

課 程 論 文

工業控制系統中應用的PLC抗干擾技術

計算機控制技術

樊 叢 博

電氣工程及其自動化

電 氣 072

073736227

石 砦

職稱: 講 師

2010 年 11 月 18

日

題課 姓專班學指

工業控制系統中應用的ＰＬＣ抗干擾技術

作者：樊叢博 指導老師：石砦

摘 要：隨著科學技術的發展，PLC在工業控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業的安全生產和經濟運行，系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。自動化系統中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。要提高PLC控制系統可靠性，設計人員只有預先了解各種干擾才能有效保證系統可靠運行。PLC控制系統在工業應用中會受到各種干擾，本文對PLC抗干擾技術進行了詳細論述，并總結了抑制、消除干擾的常用方法和一些對策。

關鍵詞：PLC干擾類型；抗干擾；PLC系統

Industrial control system of the application of PLC

anti-jamming technique The author：Fancongbo

Guiding teacher：Shizhai Abstract：With the development of science and technology, PLC control in the industry used more and more widely.PLC control system reliability directly affects the safety of industrial enterprises and economic operation, the system of anti-interference ability is related to the reliable operation of the system key.Automation systems of various types used in the PLC, some focused installed in the control room, some at the production site and the installation of electrical devices, most of them in a strong electrical circuit and the formation of strong electric equipment in the harsh electromagnetic environment.PLC control system to improve reliability, the designer only advance knowledge of various kinds of interference can effectively ensure the reliable operation of the system.PLC control system in industrial applications will be subject to all kinds of interference, this interference of PLC technologies were discussed in detail and summarizes the inhibition, a common way to eliminate interference and some countermeasures.Key words：PLC interference type；anti-interference；PLC system；

前言：工業控制系統中所使用的各種類型PLC，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中，雖然PLC是專門為工業生產環境而設計的控制裝置，具有較強的適應惡劣工業環境的能力、運行的穩定性和較高的可靠性，但是由于它直接和現場的I/O設備相連，外來干擾很容易通過電源線或I/O傳輸線侵入，從而引起控制系統的錯誤動作。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內部干擾。外部干擾與系統結構無關，是隨機的，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內部干擾與系統結構有關，主要通過系統內交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設計系統線路來削弱和抑制內部干擾和防止外部干擾。1 PLC系統的基本組成結構

可編程控制器硬件系統由PLC、功能I/O單元和外部設備組成，如圖1所示。其中PLC由CPU、存儲器、基本I/O模塊、I/O擴展接口、外設接口和電源等部分組成，各部分之間由內部系統總線連接[1]?？垢蓴_的技術對策分析

為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是主要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源，切斷干擾對系統的耦合通道，降低系統對干擾信號的敏感性[2]。軟件抗干擾技術作為硬件措施的輔助手段，減少隨機性信號的干擾，其設計簡單、修改靈活、耗費資源少，在PLC測控系統中同樣獲得了廣泛的應用。2.1硬件抗干擾對策

2.1.1電源系統引入的干擾對策

電網的干擾、頻率的波動，將直接影響到PLC系統的可靠性與穩定性。如何抑制電源系統的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環節[3]。

(1)加裝濾波、隔離、屏蔽、開關穩壓電源系統

濾波器可抑制干擾信號從電源線傳導到系統中。使用隔離變壓器，屏蔽層要良好接地；次級連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾)，隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應分別加屏蔽層，初級的屏蔽層接交流電網的零線；次級的屏蔽層和初級間屏蔽層接直流端。開頭穩壓電源可抑制電網大容量設備起停引起電網電壓的波動，保持供電電壓的穩壓。

(2)分離供電系統

PLC的控制器與I/O系統分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電源分開，這樣當輸入輸出供電斷電時，不會影響到控制器的供電。2.1.2接地抗干擾對策

接地是抑制噪聲和防止干擾的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力[4]。給PLC接以專用地線可抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾。接地線與動力設備的接地點應分開，若達不到此要求，則可與其它設備公共接地，嚴禁與其它設備串聯接地。接地電阻要小于5Ω，接地線要粗，面積要大于2平方毫米，而且接地點最好靠近PLC裝置，其間的距離要小于50米，接地線應避開強電回路，若無法避開時，應垂直相交，縮短平行走線的長度。2.1.3抑制輸入輸出電路引入的干擾對策

為了實現輸入輸出電路上的完全隔離，近年來在控制系統中廣泛應用光電耦合。光電耦合器具有以下特點：首先，由于是密封在一個管殼內，不會受到外界光的干擾；其次，由于靠光傳送信號，切斷了各部件電路之間地線的聯系；第三，發光二極管動態電阻非常小，而干擾源的內阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很小；第四，光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數相比，一般很小，遠不如晶體管對干擾信號那么靈敏，而光電耦合器的發光二極管只有在通過一定的電流時才能發光[5]。因此，即使是在干擾電壓幅值較高的情況下，由于沒有足夠的能量，仍不能使發光二極管發光，從而可以有效地抑制掉干擾信號。

(1)光電耦合輸入電路如圖2所示。其中(a)、(b)用的較多，(a)為高電平時接成形式，(b)為低電平輸入時接成形式。(c)為差動型接法，適用于外部干擾嚴重的環境，當外部設備電流較大時，其傳輸距離可達100～200m。(d)考慮到COMS電路的輸出驅動電流較小，不能直接帶動發光二極管，加接一級晶體管作為功率放大。

圖2 光電耦合輸入電路

(2)光電耦合輸出電路如圖3所示。(a)為同相輸出，(b)為反相輸出，當輸出電路所驅動的元件較多時，可以加接一級晶體管作為驅動功率放大，如(c)所示。有時為了獲得更好的輸出波形，輸出信號可經過施密特電路整形。

以上兩點是對開關量輸入輸出信號的處理方法，而對模擬輸入輸出信號，為了消除工業現場瞬時干擾對它的影響，除加A/D、D/A轉換電路和光電耦合外，可根據需要采取軟件的數字濾波技術如中值法、一階遞推數字濾波法等算法。2.1.4外部配線的抗干擾設計

外部配線之間存在著互感和分布電容，進行信號傳送時會產生竄擾[6]。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線，要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側要懸空，而在控制器側要接地。配線時在30m以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜，如果要走同一配

線管時，輸入信號要使用屏蔽電纜。30～300m距離的配線時，直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用各自的電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300m以上長距離配線時，則可用中間繼電器轉換信號，或使用遠程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分開配線。2.2軟件抗干擾措施

為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機干擾的系統，采用程序限幅法，即連續采樣5次，若某一次采樣支援遠大于其他幾次采樣的幅值，那么就舍取之。對于流量、壓力、液面、位移等參數，往往在一定范圍內頻繁波動，則采用算術平均法[7]。

(1)信號保護和恢復：當偶爾性故障發生時，不破壞PLC內部的信息，一旦故障現象消失，就可以恢復正常，繼續原來的工作。

(2)故障診斷：系統軟件定期地檢測外界環境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等，以便及時反映和處理。

(3)加強對程序的檢查和校驗：一旦程序有錯，立即報警，并停止執行程序。

(4)設置警戒時鐘WDT：如果程序循環掃描執行時間超過了WDT規定的時間，預示了程序進入死循環，立即報警。

2.2.1軟件陷阱技術

軟件陷阱就是在非程序區設置攔截措施，使程序進入陷阱，即通過一條引導指令，強行將跑飛的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序[8]。常用的陷阱令是：

NOP NOP JMP ERROR 軟件陷阱要安排在以下4中地方：未使用的中斷向量區、未使用的大片ROM空間、程序中的數據表格區以及程序區中一些指令串中間的斷裂處。2.2.2程序運行監控系統(WATCHDOG[9])生產現場難免會出現瞬間的尖峰高能脈沖干擾，使得正在執行的程序跑飛到一個臨時構成的死循環中，此時指令冗余和軟件陷阱技術就無能為力。這時就得使用程序運用監控技術，強制系統復位，擺脫死循環。

WATCHDOG設定的定時時間略大于程序循環時間，程序每循環一次，定時器時間常數就會刷新一次，若程序出現錯誤，定時器就不能被刷新而繼續計數導致定時中斷，中斷程序即對主程序進行糾正，使其恢復正常。

PLC控制系統抗干擾措施很多，在實際設計時，應該結合實際情況，采取相應的措施，并認真測試，使控制系統的控制精度符合要求。結論

隨著PLC應用范圍的逐漸擴大，加之系統惡劣的工作環境，它所要克服的干擾就會越來越多，盡管PLC本機的可靠度很高。但是在系統設計和安裝時，仍必須對環境作全面的分析，確定干擾的性質，采取相應的抗干擾措施，以保證系統長期穩定的工作[10]。

參考文獻：

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[5] 瞿曌 ,劉文彥 ,鄧新中;測試系統中干擾及其形成機理;電子技術應用[J];2002年10期 [6] 譚才彪;姚凱學;劉成業;;PLC控制系統的干擾來源分析和抗干擾設計[J];貴州大學學報(自然科學版);2006年01期 [7] 劉愛琴;微機測控系統中功率接口與抗干擾技術[J];繼電器;2003年11期

[8] 劉中鼎,蔣云晨,衛首,張學軍;原油在線監測系統的開發[J];計算機測量與控制;2002年07期 [9] Qu Zhao, Wenyan, New Tang;electromagnetic interference shielding of Technology [J];Computer Measurement and Control;2003 03 [10] 林敏，丁金華，計算機控制技術及工程應用[M].北京：國防工業出版社，2008，06

第二篇：計算機控制技術

《計算機控制技術》課程綜述

09熱工一班姚躍輝200910610118

計算機控制是自動控制理論與計算機技術相結合而產生的一門新興學科，計算機控制技術是隨著計算機技術的發展而發展起來的。自動控制技術在許多工業領域獲得了廣泛的應用，但是由于生產工藝日益復雜，控制品質的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復雜的控制問題。計算機的應用促進了控制理論發展，先進的控制理論和計算機技術相結合推動計算機控制技術不斷前進。近年來，隨著計算機技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、網絡與通信技術、微電子技術、CRT顯示技術、現場總線智能儀表、軟件技術以及自控理論的高速發展，計算機控制的技術水平大大提高，計算機控制系統的應用突飛猛進。利用計算機控制技術，人們可以對現場的各種設備進行遠程監控，完成常規控制技術無法完成的任務，微型計算機控制已經被廣泛地應用于軍事、農業、工業、航空航天以及日常生活的各個領域?？梢哉f，21世紀是計算機和控制技術獲得重大發展的時代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計算機控制的家庭主婦機器人，到處可見計算機控制系統的應用。計算機控制技術的發展日新月異，作為現代從事工業控制和智能儀表研究、開發及使用的技術人員，必須不斷學習，加快知識更新的速度，才能適應社會的需要，才能在工業控制領域里繼續邀游。計算機控制系統是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。這里的計算機通常指數字計算機，可以有各種規模，如從微型到大型的通用或專用計算機。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執行裝置等。與被控對象的聯系和部件間的聯系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數字信號進行聯系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進行聯系。被控對象的范圍很廣，包括各行各業的生產過程、機械裝置、交通工具、機器人、實驗裝置、儀器儀表、家庭生活設施、家用電器和兒童玩具等。控制目的可以是使被控對象的狀態或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優化目標。

計算機控制系統就是利用計算機（通常稱為工業控制計算機）來實現工業過程自動控制的系統。在計算機控制系統中，由于工業控制機的輸入和輸出時數字信號，而現場采集到得信號或送到執行機構的信號大多是模擬信號，因此與常規的按偏差控制的閉環負反饋系統相比，計算機控制系統需要有莫屬轉換器和數模轉換器這兩個環節。

計算機把通過測量元件、變送單元和模數轉換器送來的數字信號，直接反饋到輸入端與設定值進行比較，然后根據要求按偏差進行運算，所得到數字量輸出信號經過數模轉換器送到執行機構，對被控對象進行控制，使被控變量穩定在設

定值上。這種系統稱為閉環控制系統。

計算機控制系統由工業控制機和生產過程兩大部分組成。工業控制機硬件指計算機本身及外圍設備。硬件包括計算機、過程輸入輸出接口、人機接口、外部存儲器等。軟件系統是能完成各種功能計算機程序的總和，通常包括系統軟件跟應用軟件。

（1）數據采集系統

在這種應用中，計算機只承擔數據的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對生產過程各種工藝變量進行巡回檢測、處理、記錄及變量的超限報警，同時對這些變量進行累計分析和實時分析，得出各種趨勢分析，為操作人員提供參考。

（2）直接數字控制系統

計算機根據控制規律進行運算，然后將結果經過過程輸出通道，作用到被控對象，從而使被控變量符合要求的性能指標。與模擬系統不同之處在于，在模擬系統中，信號的傳送不需要數字化；而數字系統必須先進行模數轉換，輸出控制信號也必須進行數模轉換，然后才能驅動執行機構。因為計算機有較強的計算能力，所以控制算法的改變很方便。

微型計算機控制技術是一門跨學科以及應用性、技術性、綜合性都很強的專業技術課程，要求具備較強的自動控制理論、微型計算機原理、模擬電子技術、數字電子技術等專業基礎知識。通過學習，要求掌握計算機控制系統的控制原理和分析設計方法，具備基本的設計技能，能夠設計出簡單的計算機控制系統。學習該課程對我們工科專業的學生是十分重要而有用的。

09熱工(1)班姚躍輝

第三篇：計算機控制技術

一、填空題

1、所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產過程自動地按照預定的規律運行。

2、計算機控制系統的工作原理的三個步驟：實時數據采集、實時控制決策、實時控制輸出

3、實時性：是指工業控制計算機系統應該具有的能夠在限定時間內對外來事件作出反應的特性。

4、計算機控制系統有哪幾種典型類型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工業計算機有哪些特點：可靠性高、實時性好、環境適應性強、模塊化設計，完善的O/I通道、系統擴充性好、系統開放性好、控制軟件包功能強。

二、作圖題

1、作出計算機控制系統的組成框圖

2、作出計算機制導控制系統（OIS）的系統框圖

三、問答題

1、計算機總線大致可分為幾類？其內部總線又可分為幾類？

2、簡述smith預估控制的基本思想。

3、常見的工業控制計算機總線體系結構有哪幾種？

4、什么是數字濾波？常用的數字濾波有哪些方法？

5、工業控制計算機系統的干擾來源有哪幾類？各類干擾又有哪些具體形式？

6、現場總線的定義是什么？

四、論述題

1、論述DCS、FCS各自的含義是什么？

五、計算題

關于PID控制，要求：

1、寫出模擬PID控制器的控制規律及其傳遞函數。

2、推導出位置式數字PID的控制算式。

3、推導出增量式數字PID的控制算式。

關于模糊控制

六、設計題

現要求用80C51單片機處理A、B、C三個輸入信號，其中A為0-20V的交流信號，B為0-10mA的直流電流信號，C為0/24V的直流電壓開關信號，要求得到A、B信號的幅值及C信號的狀態。其中ADC采用ASC0809。請補充必要的電子元器件，并將元器件正確連接（可用網絡符號）。

提示：交流信號？整流，開關

第四篇：計算機控制技術課件范文

第1講 緒論 主要內容：

1.1 計算機控制系統概述

控制對象的復雜化→控制系統的復雜化（多輸入—多輸出系統、非線性系統、時變和分布參數系統等等）→常規控制方法和手段難以實現→微型計算機的出現并應用于自動控制領域，使自動控制水平產生了巨大的飛躍。

自動控制是在非人工直接參與的前提下，應用自動控制裝置自動地、有目的地控制設備和生產過程，使他們具有一定的狀態和性能，完成相應的功能，實現預定的目標。自動控制系統一般可以分為：開環控制系統和閉環控制系統兩大類。

所定謂開環控制系統是指控制器按照先驗的控制方案對對象或系統進行控制，使被控制的對象或系統能夠按照約來運動或變化。如圖1.1所示。

閉環控制系統是按照偏差進行的控制，較開環控制系統增加了一個比較環節和一個來自被控參數的反饋信號。

計算機控制系統的控制過程可簡單地歸納為三個過程：（1）信息的獲?。?）信息的處理（3）信息的輸出 1.2.2計算機控制系統的硬件組成

典型的計算機控制系統的硬件主要包括：計算機主機、過程控制通道、操作控制臺和常用的外設，應該指出的是，隨著計算機網絡技術的快速發展，網絡設備也成為計算機控制系統硬件不可少的一部分。1.主機

主機是指我們用于控制的計算機，它主要由CPU、存儲器和接口三大部分組成，是整個系統的核心。

目前使用的主機有：單片機、PLC、工業PC等。

它主要完成數據和程序的存取、程序的執行、控制外部設備和過程通道中的設備的工作，實現對被控對象的控制，實現人機對話和網絡通信。

由于CPU技術的發展和廣泛應用及網絡技術的發展和廣泛應用，主機還要完成對一些含CPU設備和網絡設備的控制。2 過程控制通道

過程控制通道是被控對象與主機進行信息交換的通道，根據信號的方向和形式，過程控制通道又可分為：（1）模擬量輸入通（2）模擬量輸出通道（3）數字量輸入通道（4）數字量輸出通道 3.操作控制臺

操作控制臺是計算機控制系統人機交互的關鍵設備。通過操作控制臺，操作人員可以及時了解被控對象的運行狀態，運行參數；對控制系統發出各種控制的操作命令，并且通過操作控制臺還可以修改控制方案和程序。操作控制臺包括：（1）信息的顯示（2）信息的記錄（3）工作方式狀態的選擇（4）信息輸入 4.通訊設備

通訊設備已成為計算機硬件的一個重要部分。這些設備可以完成計算機控制系統的信息交換。1.2.3 計算機控制系統的軟件組成系統軟件和應用軟件

?系統軟件是維持計算機運行操作的基礎，是用于管理、調度、操作計算機的各種資源，實現對系統監控與診斷，提供各種開發支持的程序。包括：操作系統、監控管理程序、故障診斷程序、各種計算機語言及解釋、編譯工具，一般由供應商提供或專業人員開發，用戶不需自己設計開發。

?應用軟件是用戶根據控制對象、控制要求，為實現高效、可靠、靈活的控制而自行編寫的各種程序。包括：數據采集、數字濾波、標度變換、鍵盤的處理、過程控制算法、輸出與控制等程序。

1.2.4計算機控制系統的分類

?按系統結構分為：開環和閉環控制系統； ?按控制規律分為：程序和順序控制、常規控制、高級控制（最優、自適應、預測、非線性等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統和神經網絡等）

?按系統功能分為：操作指導控制系統、直接數字控制系統、監督控制系統、集散控制系統、現場總線控制系統和計算機集成制造系統六大類。

?控制過程：計算機通過數據輸入通道對生產過程各項參數進行采集，根據工藝和生產的需求進行最優化計算，計算出優化的操作條件和參數，利用其輸出設備，將其結果顯示或打印。操作人員根據計算機提供的結果改變控制器的參數或設定值，實現對生產過程的控制，屬于計算機離線最優控制的一種形式。

?該系統結構簡單、控制安全、靈活，由于人的介入使該系統可以應用于一些復雜的不便由計算機進行直接控制的場合。

計算機監督控制系統是計算機集散系統的最初、最基本的模式。分為兩種結構：SCC+模擬調節器，SCC+DCC（兩級計算機控制系統）。如圖1.7所示 ：

一、常用的傳感器類型

?壓力檢測及變送 ?溫度檢測和變送 ?流量檢測及變送 ?物位檢測及變送

?其它檢測儀表和裝置（接近開關、光電開關、測速發電機、光電編碼器、測厚儀表）

二、變送器的信號傳輸及供電線制

1.氣動變送器：用兩根氣動管線分別傳送氣源和輸出信號。它的氣源或電源從控制室送來，而輸出信號送到控制室。

2.電動模擬式變送器：采用二線制或四線制傳輸電源和輸出信號。

2.2 過程控制中常用的執行器

執行器在過程計算機控制系統中的一個重要組成部分。它的作用是接收控制器送來的控制信號，改變被控介質的流量，從而將被控變量維持在所要求的數值上或一定的范圍內。

一、執行器的分類

1.按動力能源分：氣動、電動、液動

2.按動作極性分：正作用執行器和反作用執行器

3.按動作行程分：角行程執行器和直行程執行器

4.按動作特性分：比例式執行器和積分式執行器

二、氣動執行器

1.原理：利用壓縮空氣作為能源

2.特點：結構簡單、動作可靠、平穩、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價格較低；它可以方便的與氣動儀表配套使用，即使是采用電動儀表或計算機控制時，只要經過電/氣轉換器或電/氣閥門定位器，將電信號轉換為0.02~0.1MPa的標準氣壓信號，仍然可用氣動執行器。

三、電動執行器

1.原理：它接收來自控制器的4~20mA或0~10mA直流電流信號，并將其轉換成相應的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構，以實現自動控制

2.分類：直行程、角行程和多轉式等類型

3.結構：電動執行器主要由伺服放大器和執行機構組成，如下圖： 現場總線執行器

現場總線的智能執行器由傳統的執行器、含有微處理器的控制器以及可與PC或PLC雙向通信的模件及軟件組成，具有與上位機或控制系統通信的功能

?智能化和高精度的系統控制功能

?一體化的結構

?智能化的通信功能

?智能化的自診斷功能

2.3 運動控制中常用的執行機構

?直流伺服電機 ?交流伺服電機 ?步進電機

?電磁閥和液壓閥

第3講 計算機總線技術 主要內容：

1.總線的基本概念

2.內部總線

3.外部總線

?隨著微處理器技術的飛速發展，總線技術也得到不斷創新。先后出現了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等總線技術。

?芯片內部的總線技術也在不斷發展，AMBA、Core Connect、CoreRAM等已經形成集成電路內部十分具有競爭力的總線標準。

?工業控制的PROFIBUS，FF等現場總線技術。

?總線的數據傳輸速度也不斷提升，目前，AGP局部總線數據可達528MB/s，PCI-X可達1GB/s，系統總線傳輸速率也由66MB/s提高到100MB/s甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。

一、總線的基本概念

（2）按照總線在系統結構中的層次位置分

56根并行總線按功能可分為五大類 ?a邏輯電源線6根(引線1～6)?a數據總線8根(引線7～14)?a地址總線16根(引線15～30)?a控制總線22根(引線31～52)?a輔助電源線4根(引線53～56)

–ISA總線：問世較早，是8位、16位數據傳輸總線的工業標準

最高傳輸速率8Mbps；尋址空間16MB；將CPU看作唯一的主模塊，其余外設均為從模塊，包括可以暫時掌握總線的DMA和協處理器；98根總線分成5類：地址線、數據線、控制線、時鐘線和電源線

–MCA：微通道體系結構。IBM在推出386時提出，數據、地址總線寬度32位，支持4GB的尋址能力；數據傳輸速率33Mbps；在電氣及物理上與ISA不兼容；IBM沒有公布標準

–EISA總線：89年推出486時提出，32位數據總線，支持32位地址通路；總線主控技術，擴展卡上具有總線主控處理器；與ISA兼容，支持多個主模塊；可以自動根據需要進行32、16、8位數據間的轉換；支持多總線主控模塊；

–PCI高性能局部總線：92年由Intel公司帶頭制定的設備總線標準；支持64位數據傳送、多總線主控模塊、線性猝發讀寫和并發工作方式；具有即插即用功能(PnP)；最高傳送數據132Mbps；兼容性強、成本低

?PCI總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統嵌入自動配置軟件，在加電時自動配置PCI擴展卡，為用戶提供了簡便的使用方法。

?又稱為通信總線，用于計算機之間，計算機與遠程終端，計算機與外部設備以及計算機與測量儀器儀表之間的通信。

?該類總線不是計算機系統已有的總線，而是利用電子工業或其他領域已有的總線標準。外部總線又分為并行總線和串行總線。?常用的外部總線：

IEEE-488總線

RS-232-C總線

RS-422和RS-485總線

通用串行總線（USB）

?IEEE-488總線是一種并行外部總線，專門用于計算機與測量儀器、輸入輸出設備，以及這些儀器設備之間的并行通信。

?IEEE-488是1970年由美國惠普公司開發的并行通訊總線,總線上連接的設備有三種，工作方式也有三種: ?聽者（?°受話?±方式）：同時可有多個 ?講者（?°送話?±方式）：每時只能有一個 ?控者（?°控制?±方式）：每時只能有一個

（2）IEEE-488總線的連接示意圖

–采用異步方式，利用三條控制線進行握手聯絡，實現三線握手的數據傳輸

–數據傳輸率不得超過每秒1M字節 –總線上的設備數不得多于15個

–電纜總長度不超過20m，兩設備間不超過2m –采用負邏輯

?不用MODEM的直接通信線路

（2）USB設備的主要特點

–采用USB接口的設備支持熱拔插)–USB接口可以同時連接127臺USB設備。–速度方面，USB 1.1總線規范定義了12 Mb/s的帶寬，而USB2.0可提供480Mb/s的傳輸速度。–USB總線能夠提供500 mA的電流

USB總線系統中的設備可以分為三個類型 –USB主機

–USB 集線器（HUB）

–USB總線的設備，又稱USB功能外設

第4講

過程通道與人機接口

過程通道:是在計算機和生產過程之間設置的信息傳送和轉換的連接通道，它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數字量（開關量）輸入通道、數字量（開關量）輸出通道。本講主要內容 1.模擬量輸入通道 2.模擬量輸出通道 3.數字量輸入輸出通道 4.人機接口

模擬量輸入通道（A/D接口）的組成

?模擬量輸入通道的組成 –傳感變送器

–輸入信號調理電路 –多路模擬切換開關 –前置放大器 –采樣保持器

–模／數轉換器（A/D）–控制電路等

五、A/D轉換

?A/D轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變為數字量。

?模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉換前，輸入到A/D轉換器的輸入信號必須經各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。?A/D轉換后，輸出的數字信號可以有8位、10位、12位和16位等。

1.A/D轉換器的工作原理

（2）逐次逼近法

2.A/D轉換器的性能指標

（1）ADC0809

CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，主要特性：

1）它是具有8路模擬量輸入、8位數字量輸出功能的A/D轉換器。

2）轉換時間為100μs。

3）模擬輸入電壓范圍為0V～+5V，不需零點和滿刻度校準。

4）低功耗，約15mW。

1）查詢法

優點:接口電路設計簡單。

缺點：A/D轉換期間獨占CPU，致使CPU運行效率降低。2）定時法

優點:接口電路設計比查詢法簡單，不必讀取EOC的狀態。

缺點：A/D轉換期間獨占CPU，致使CPU運行效率降低；另外還必須知道A/D轉換器的轉換時間。3）中斷法

優點：A/D轉換期間CPU可以處理其它的程序，提高CPU的運行效率。

缺點：接口電路復雜

④ ADC0809的接口電路

（2）12位A/D轉換器AD574

② AD574的工作過程

③ AD574的接口電路

4.A/D轉換器接口的隔離技術 主要采用光電耦合器 4.2 模擬量輸出通道

一、D/A轉換器

7.D/A轉換器性能指標

8.D/A轉換器的種類

（1）DAC0832結構框圖及引腳說明

① CPU執行輸出指令，輸出8位數據給DAC0832；

② 在CPU執行輸出指令的同時，使ILE、/CS、/WR1三個控制信號端都有效，8位數據鎖存在8位輸入寄存器中；

③ 當/WR2、/XFER兩個控制信號端都有效時，8位數據再次被鎖存到8位DAC寄存器，這時8位D/A轉換器開始工作，8位數據轉換為相對應的模擬電流，從Iout1和Iout2輸出。

三、D/A接口的隔離技術 通常采用光電耦合器

兩種隔離方式：模擬信號隔離和數字信號隔離

2.數字量隔離

4.4數字量輸入輸出通道

1.數字量（開關量）的概念 –開關的閉合與斷開

–指示燈的亮與滅

–繼電器或接觸器的吸合與釋放

–電機的啟動與停止

–設備的安全狀況等

功能：對現場輸入的狀態信號進行轉換、保護、濾波、隔離，以轉換成計算機能夠接收的邏輯信號

3．常用的幾種數字量輸入的接線方式

二、數字量輸出通道

2．輸出驅動電路

第5講

數字控制器的設計

?數字控制器概述

?數字控制器的模擬化設計 ?數字控制器的離散化設計 ?數字PID控制算法 ?常規控制方案 ?先進控制方案

5.1 數字控制器概述

?整定過程：先按模擬PID控制器參數整定方法來選擇，然后再適當調整，并考慮采樣周期對整定參數的影響

2.擴充響應曲線法（動態特性法）

?三種常用指標：

?最佳整定參數應使這些積分指標最小，不同積分指標所對應的系統輸出被控變量響應曲線稍有差別

?一般情況下，ISE指標的超調量大，上升時間短；IAE指標的超調量適中，上升時間稍短；ITAE指標的超調量小，調整時間也短，用得較多

5.4 常規控制策略

一、串級控制系統

二、前饋控制系統

1）典型的前饋-反饋控制系統

第6講

常用控制程序設計

?軟件系統概述

?測量數據預處理技術 ?查表及數據排序技術 ?數字濾波技術

應用軟件的設計主要包括以下幾個模塊：

?系統界面模塊 ?采集模塊 ?控制模塊 ?數據處理模塊 ?打印顯示模塊 ?數據存儲模塊 ?數據傳輸模塊等

一、程序設計步驟

第7講 計算機控制系統中的 抗干擾技術

?干擾的傳播途徑與作用方式

?硬件抗干擾技術 ?軟件抗干擾技術

7.1 干擾的傳播途徑與作用方式

一、計算機控制系統中干擾的來源

二、干擾的傳播途徑

?在計算機控制系統的現場，往往有許多強電設備，它們的啟動和工作過程中將產生干擾電磁場，另外還有來自空間傳播的電磁波和雷電的干擾，以及高壓輸電線周圍交變磁場的影響等。

–電場耦合又稱靜電耦合，是通過電容耦合竄入其他線路的。–電場干擾可以通過兩根導線之間構成的分布電容竄入系統

–在任何載流導體周圍都會產生磁場，當電流變化時會引起交變磁場，該磁場必然在其周圍的閉合回路中產生感應電勢引起干擾。

–在設備內部，線圈或變壓器的漏磁也會引起干擾；在設備外部，平行架設的兩根導線也會產生干擾，由于感應電磁場引起的耦合，可以計算感應電壓

–公共阻抗耦合干擾是由于電流流過回路間公共阻抗，使得一個回路的電流所產生的電壓降影響到另一回路

–在計算機控制系統中，普遍存在公共耦合阻抗，例如，電源引線、印刷電路板上的地和公共電源線、匯流排等。這些匯流條都具有一定的阻抗，對于多回路來講，就是公共耦合阻抗

三、干擾的作用方式

按干擾作用方式的不同，可分為差模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾

（1）定義：是指系統的兩個信號輸入端上所共有的干擾電壓,共模干擾也稱為共態干擾或縱向干擾

（2）產生共模干擾的原因：

計算機的地、信號放大器的地與現場信號源的地一般相隔一段距離，在兩個接地點之間往往存在一個電位差Vc，該電位差是系統信號輸入端上共有的干擾電壓，會對系統產生共模干擾

（3）表現方式：

對于系統的干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾的方式表現出來。

結論：

?對于存在共模干擾的場合，應采用雙端差動輸入方式

?為了衡量一個放大器抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即

（1）定義：在計算機控制系統中，現場信號到控制計算機以及控制計算機到現場執行機構，都經過一段較長的線路進行信號傳輸，即長線傳輸。（2）信號在長線中傳輸遇到的三個問題

一是波反射現象：高速變化的信號在長線中傳輸時，會出現波反射現象

二是信號延時

三是外界干擾 7.2 硬件抗干擾技術

二、接地系統的抗干擾技術

在過程控制計算機中，對上述各種地的處理一般是采用分別回流法單點接地。

單點接地與多點接地 2.輸入系統的接地

?在輸入通道中，為防止干擾，傳感器、變送器、和信號放大器通常采用屏蔽罩進行屏蔽，而信號線往往采用屏蔽信號線。屏蔽層的接地也應采取單點接地方式，關鍵是確定接地位置。3.主機系統的接地

?為了提高計算機的抗干擾能力，將主機外殼作為屏蔽。而把機內器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于50MΩ，即機內信號地浮地。

三、過程通道的抗干擾技術

?過程通道是計算機控制系統的現場數據采集輸入和輸出通道，它包括了現場信號源、信號線、轉換設備、I/O接口電路，主機和執行機構等。

?過程通道涉及內容多，分布廣，受干擾的可能性大，其抗干擾問題非常重要。?過程通道干擾的來源是多方面的，主要有共模干擾、差模干擾和長線干擾。（1）變壓器隔離

?變壓器隔離：利用隔離變壓器將模擬信號電路與數字信號電路隔離開，也就是把模擬地與數字地斷開，以使共模干擾電壓不能構成回路，從而達到抑制共模干擾的目的。另外，隔離后的兩電路應分別采用兩組互相獨立的電源供電，切斷兩部分的地線聯系.?這種隔離適用于無直流分量信號的通路。對于直流信號，也可通過調制器變換成交流信號，經隔離變壓器后，用解調器再變換成直流信號。（2）光電隔離

?光電耦合器是由發光二極管和光敏三極管（或達林頓管、或晶閘管等）封裝在一個管殼內組成, 實現以光為媒介的電信號傳輸。（3）浮地屏蔽

?浮地屏蔽：指信號放大器采用雙層屏蔽，輸入為浮地雙端輸入，如圖示。這種屏蔽方法使輸入信號浮空，達到了抑制共模干擾的目的。2.差模干擾的抑制 3.長線傳輸干擾的抑制

–同軸電纜對于電場干擾有較強的抑制作用，工作頻率較高。雙絞線對于磁場干擾有較好的抑制作用，絞距越短，效果越好。在電場干擾較強時須采用屏蔽雙絞線。

–在使用雙絞線時，盡可能采用平衡式傳輸線路。所謂平衡式傳輸線路，是雙絞線的兩根線不接地傳輸信號。因為這種傳輸方式具有較好的抗差模干擾能力，外部干擾在雙絞線中的兩條線中產生對稱的感應電動勢，相互抵消。同時，對于來自地線的干擾信號也受到抑制。4.終端阻抗匹配

?為了消除長線的反射現象，可采用終端或始端阻抗匹配的方法。5.始端阻抗匹配

始端阻抗匹配：在長線的始端串入電阻R，通過適當的選擇R，以消除波反射

7.3 軟件抗干擾技術 2.輸入數字信號的抗干擾 3.輸出數字信號的抗干擾

?由于干擾，可能使計算機輸出的正確數字信號，在輸出設備中得到的卻是錯誤信號。

在軟件上可以采取以下一些方法提高抗干擾能力：

二、CPU及程序的抗干擾技術

?CPU是計算機的核心。當CPU受到干擾不能按正常狀態執行程序時，就會引起計算機控制的混亂，所以需要采取措施，使CPU在受到干擾的情況下，盡可能無擾地恢復系統正常工作。1.指令冗余

?當CPU受到干擾，程序“跑飛”后，往往將一些操作數當作指令代碼來執行，從而引起整個程序的混亂。采用指令冗余技術是使程序從“跑飛”狀態，恢復正常的一種有效措施。2.軟件陷阱

?軟件陷阱是在非程序區的特定地方設置一條引導指令（看作一個陷阱），程序正常運行，不會落入該引導指令的陷阱，當CPU受到干擾，程序“跑飛”時，如果落入指令陷阱，將由引導指令將“跑飛”的程序強制跳轉到出錯處理程序，由該程序段進行出錯處理和程序恢復。3.Watchdog技術

?當程序“跑飛”到一個臨時構成的死循環中時，冗余指令和軟件陷阱將不起作用，造成系統完全癱瘓?？撮T狗技術，可以有效解決這一問題

第五篇：計算機控制技術總結

計算機控制技術總結

5.17去了東區做完了兩個實驗，計算機控制技術這門課算是落下了帷幕。這門課雖然結束了，但這門課里面所講述的內容，對我們以后的工作將是意義深遠。上學期我們學習了自動控制技術，但是這門課更多的是包含了自動控制技術里的理論知識和一些定理的推算證明，此外也涉及到了電子技術、計算機應用技術，這是一門以計算機為控制核心的學科。如今計算機控制系統已成為當今自動控制的主流系統，已逐步取代傳統的模擬檢測、調節、顯示、記錄、控制等儀器設備和很大部分人工操作管理，并且可以采用較復雜的計算機方法和處理方法，是受控對象的動態過程按規定方式和技術要求運行，完成各種過程控制、操作管理等任務。

這本書我們一共學習了7章，下面我將一章一章的進行總結。

第一章 緒論

（1）計算機控制系統就是有各種各樣的計算機參與控制的一類控制系統

（2）計算機控制系統組成：由計算機、外部設備、操作臺、輸入通道、輸出通道、檢測裝置、執行機構、被控對象以及相應的軟件

（3）計算機控制系統分類：計算機操作指導控制系統、直接數字控制系統、監督計算機控制系統、計算積分及控制系統、離散控制系統

（4）計算機控制系統信號的采樣與恢復

（5）計算機控制系統發展趨勢

第二章 Z變換及Z傳遞函數

（1）Z變換的定義

?時域（2）

f*(t)??f(kT)?(t?kT)k?0

F*?s???f?kT?e?skT

k?0?

s 域

?

Z[f(t)]?Z[f*(t)]?F(z)??f(kT)z?kZ域

k?0

（3）求Z變換方法：級數求和法、部分分式法

（4）常用信號Z的變換（P19-20），常用Z變化表（P27）

（5）z 變換的基本定理：線性定理、滯后定理、超前定理、終值定理、卷積和定理、求和定理、初值定理、位移定理、微分定理

（6）求Z反變換：長除法、部分分式法、留數計算法

（7）廣義Z變換：超前情況、滯后情況

（8）Z傳遞函數的求法：用拉氏反變換求脈沖過渡函數，將g(t)按采樣周期T離散化，得g(kT)，應用定義求出Z傳遞函數

第三章 計算機控制系統的分析

（1）離散系統穩定的充分必要條件是：閉環Z傳遞函數的全部極點應位于Z平面的單位圓內。

（2）Routh穩定性準則在離散系統的應用（P41）

z?或 z?（3）被控變量進入新穩態值附近±5%或±3%的范圍內就可以表明過渡過程已經結束

第四章 計算機控制系統的離散化設計

（1）最少拍系統設計的基本原則:1對于特定的參考輸入信號，到達穩態后，系統

在采樣時刻精確實現對輸入的跟蹤。2系統以最快速度達到穩態。3D(z)應是物理可實現的。4閉環系統應是穩定的。

(2)三個假設條件:1G(z)在單位圓上和圓外無極點，（1，j0）點除外；2 G(z)在單位圓上和圓外無零點；3 G0(s)中不含純滯后，q是T的整數倍。

(3)避免發生D(z)與G(z)的不穩定零極點對消，應滿足如下穩定性條件: 1．We(z)的零點應包含G(z)中全部不穩定的極點。2．G(z)在單位圓上或圓的零點應全部包含在希望閉環Z傳遞函數W(z)的零點中。3．如果G(z)中含有純滯后的環節即z-N（N為整數），則G(z)分子中的z-1因子應全部包含在W(z)分子中，這會使系統過渡過程時間延長。

第五章 計算機控制系統的模擬化設計

(1)模擬控制器的離散化方法：沖擊不變法，加零階保持器的Z變換法，差分變化法，雙線性變換法，頻率預畸雙線性變換法，零、極點匹配法

（2）數字PID控制算法：位置式、增量式

（3）算法改進：積分分離PID算法，不完全微分PID算法，微分先行PID算法，帶死區PID算法，抗積分飽和PID算法

（4）參數調定：試湊法

第八章 復雜控制規律系統設計

（1）Smith預估控制的基本原理：引入預估補償器，使得補償 以后的閉環系統的特征方程中不包含純滯后特性。

(2)純滯后補償控制的數字控制算法步驟:① 計算反饋回路的偏差② 計算純滯后補償器的輸出③計算偏差④計算控制器的輸出

（3）純滯后補償控制系統的典型應用:減溫器溫度純滯后補償控制,精餾塔的溫度純滯后補償控制

（4）串級控制系統控制原理: 單回路負反饋控制。

（5）串級控制系統的設計原則:系統中的主要擾動應該包含在副控回路之中, 副控回路中應該盡量包含積分環節

（6）串級控制系統基本概念:主調節回路用于保證控制精度，系統中起“細調 ”作用，主調節器一般采用 PID 控制器。副調節回路用于克服主要干擾，系統中起“粗調 ”作用，副調節器一般采用 P或PI 控制器。

第十二章 計算機控制系統設計與實現

(1)計算機控制系統設計原則:1．系統應具有優良的操作性能2．通用性好、便于擴充3．可靠性高4．實時性好5．設計周期要短，價格要便宜

(2)計算機控制系統設計步驟:

1．研究被控對象、確定控制任務

2．確定系統整體方案

3．建立數學模型，確定控制算法

4．硬件的設計

5．軟件的設計

6．系統仿真與調試

7．現場安裝調試

(3)干擾的抑制方法:1接地方式2．屏蔽技術3．隔離技術4．串模干擾的抑制5．共模干擾的抑制6．電源噪聲的抑制7．提高軟件可靠性

由于上課時間有限，自己學習能力還有待于加強，關于這門課以后還需要我們多花點時間去多翻翻書。以后如有機會到計算機類軟硬件公司、電子設備公司、各類企事業單位等從事有關控制系統的硬件開發、技術支持等工作，都會用到這門課。盡管這是一門考查課，但我們不能放松。否則一旦踏上工作崗位會有“書到用時方很少” 的悔感，那是我們就后悔也莫及了，所以一定要在畢業之前掌握好各門專業課。最后真心要感謝葉樹霞老師，不僅是教了我們這門課，更多的是一種敬佩。我們上課的時候，由于一部分無心學習的同學，教室里吵雜。但是老師總是會把該講的都講到，不會因為某些同學不想學就不教，教學嚴謹，認真負責。