第一篇：计算机控制技术 樊丛博 073736227
新疆农业大学
目:
程:
名:
业:
级:
号: 导教师:
课 程 论 文
工业控制系统中应用的PLC抗干扰技术
计算机控制技术
樊 丛 博
电气工程及其自动化
电 气 072
073736227
石 砦
职称: 讲 师
2010 年 11 月 18
日
题课 姓专班学指
工业控制系统中应用的ＰＬＣ抗干扰技术
作者：樊丛博 指导老师：石砦
摘 要：随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。PLC控制系统在工业应用中会受到各种干扰，本文对PLC抗干扰技术进行了详细论述，并总结了抑制、消除干扰的常用方法和一些对策。
关键词：PLC干扰类型；抗干扰；PLC系统
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：工业控制系统中所使用的各种类型PLC，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，虽然PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行的稳定性和较高的可靠性，但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的错误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰与系统结构无关，是随机的，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。1 PLC系统的基本组成结构
可编程控制器硬件系统由PLC、功能I/O单元和外部设备组成，如图1所示。其中PLC由CPU、存储器、基本I/O模块、I/O扩展接口、外设接口和电源等部分组成，各部分之间由内部系统总线连接[1]。抗干扰的技术对策分析
为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是主要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制和消除干扰源，切断干扰对系统的耦合通道，降低系统对干扰信号的敏感性[2]。软件抗干扰技术作为硬件措施的辅助手段，减少随机性信号的干扰，其设计简单、修改灵活、耗费资源少，在PLC测控系统中同样获得了广泛的应用。2.1硬件抗干扰对策
2.1.1电源系统引入的干扰对策
电网的干扰、频率的波动，将直接影响到PLC系统的可靠性与稳定性。如何抑制电源系统的干扰是提高PLC的抗干扰性能的主要环节[3]。
(1)加装滤波、隔离、屏蔽、开关稳压电源系统
滤波器可抑制干扰信号从电源线传导到系统中。使用隔离变压器，屏蔽层要良好接地；次级连接线要使用双绕线(减少电线间的干扰)，隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初级间屏蔽层接直流端。开头稳压电源可抑制电网大容量设备起停引起电网电压的波动，保持供电电压的稳压。
(2)分离供电系统
PLC的控制器与I/O系统分别由各自的隔离变压器供电，并与主电源分开，这样当输入输出供电断电时，不会影响到控制器的供电。2.1.2接地抗干扰对策
接地是抑制噪声和防止干扰的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力[4]。给PLC接以专用地线可抑制附加在电源及输入、输出端的干扰。接地线与动力设备的接地点应分开，若达不到此要求，则可与其它设备公共接地，严禁与其它设备串联接地。接地电阻要小于5Ω，接地线要粗，面积要大于2平方毫米，而且接地点最好靠近PLC装置，其间的距离要小于50米，接地线应避开强电回路，若无法避开时，应垂直相交，缩短平行走线的长度。2.1.3抑制输入输出电路引入的干扰对策
为了实现输入输出电路上的完全隔离，近年来在控制系统中广泛应用光电耦合。光电耦合器具有以下特点：首先，由于是密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰；其次，由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系；第三，发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入输出的干扰信号就变得很小；第四，光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比，一般很小，远不如晶体管对干扰信号那么灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光[5]。因此，即使是在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量，仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。
(1)光电耦合输入电路如图2所示。其中(a)、(b)用的较多，(a)为高电平时接成形式，(b)为低电平输入时接成形式。(c)为差动型接法，适用于外部干扰严重的环境，当外部设备电流较大时，其传输距离可达100～200m。(d)考虑到COMS电路的输出驱动电流较小，不能直接带动发光二极管，加接一级晶体管作为功率放大。
图2 光电耦合输入电路
(2)光电耦合输出电路如图3所示。(a)为同相输出，(b)为反相输出，当输出电路所驱动的元件较多时，可以加接一级晶体管作为驱动功率放大，如(c)所示。有时为了获得更好的输出波形，输出信号可经过施密特电路整形。
以上两点是对开关量输入输出信号的处理方法，而对模拟输入输出信号，为了消除工业现场瞬时干扰对它的影响，除加A/D、D/A转换电路和光电耦合外，可根据需要采取软件的数字滤波技术如中值法、一阶递推数字滤波法等算法。2.1.4外部配线的抗干扰设计
外部配线之间存在着互感和分布电容，进行信号传送时会产生窜扰[6]。为了防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出信号应分别使用各自的电缆。集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线，要使用屏蔽电缆，屏蔽电缆在输入、输出侧要悬空，而在控制器侧要接地。配线时在30m以下的短距离，直流和交流输入、输出信号线最好不要使用同一电缆，如果要走同一配
线管时，输入信号要使用屏蔽电缆。30～300m距离的配线时，直流和交流输入、输出信号线要分别使用各自的电缆，并且输入信号线一定要用屏蔽线。对于300m以上长距离配线时，则可用中间继电器转换信号，或使用远程I/O通道。对于控制器的接地线要与电源线或动力线分开，输入、输出信号线要与高电压、大电流的动力线分开配线。2.2软件抗干扰措施
为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样5次，若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法[7]。
(1)信号保护和恢复：当偶尔性故障发生时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障现象消失，就可以恢复正常，继续原来的工作。
(2)故障诊断：系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时反映和处理。
(3)加强对程序的检查和校验：一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序。
(4)设置警戒时钟WDT：如果程序循环扫描执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
2.2.1软件陷阱技术
软件陷阱就是在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，即通过一条引导指令，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序[8]。常用的陷阱令是：
NOP NOP JMP ERROR 软件陷阱要安排在以下4中地方：未使用的中断向量区、未使用的大片ROM空间、程序中的数据表格区以及程序区中一些指令串中间的断裂处。2.2.2程序运行监控系统(WATCHDOG[9])生产现场难免会出现瞬间的尖峰高能脉冲干扰，使得正在执行的程序跑飞到一个临时构成的死循环中，此时指令冗余和软件陷阱技术就无能为力。这时就得使用程序运用监控技术，强制系统复位，摆脱死循环。
WATCHDOG设定的定时时间略大于程序循环时间，程序每循环一次，定时器时间常数就会刷新一次，若程序出现错误，定时器就不能被刷新而继续计数导致定时中断，中断程序即对主程序进行纠正，使其恢复正常。
PLC控制系统抗干扰措施很多，在实际设计时，应该结合实际情况，采取相应的措施，并认真测试，使控制系统的控制精度符合要求。结论
随着PLC应用范围的逐渐扩大，加之系统恶劣的工作环境，它所要克服的干扰就会越来越多，尽管PLC本机的可靠度很高。但是在系统设计和安装时，仍必须对环境作全面的分析，确定干扰的性质，采取相应的抗干扰措施，以保证系统长期稳定的工作[10]。
参考文献：
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[8] 刘中鼎,蒋云晨,卫首,张学军;原油在线监测系统的开发[J];计算机测量与控制;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，丁金华，计算机控制技术及工程应用[M].北京：国防工业出版社，2008，06
第二篇：计算机控制技术
《计算机控制技术》课程综述
09热工一班姚跃辉200910610118
计算机控制是自动控制理论与计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。自动控制技术在许多工业领域获得了广泛的应用，但是由于生产工艺日益复杂，控制品质的要求越来越高，简单的控制理论有时无法解决复杂的控制问题。计算机的应用促进了控制理论发展，先进的控制理论和计算机技术相结合推动计算机控制技术不断前进。近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。
计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统。在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出时数字信号，而现场采集到得信号或送到执行机构的信号大多是模拟信号，因此与常规的按偏差控制的闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有莫属转换器和数模转换器这两个环节。
计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设
定值上。这种系统称为闭环控制系统。
计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。
（1）数据采集系统
在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。
（2）直接数字控制系统
计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。因为计算机有较强的计算能力，所以控制算法的改变很方便。
微型计算机控制技术是一门跨学科以及应用性、技术性、综合性都很强的专业技术课程，要求具备较强的自动控制理论、微型计算机原理、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础知识。通过学习，要求掌握计算机控制系统的控制原理和分析设计方法，具备基本的设计技能，能够设计出简单的计算机控制系统。学习该课程对我们工科专业的学生是十分重要而有用的。
09热工(1)班姚跃辉
第三篇：计算机控制技术
一、填空题
1、所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
2、计算机控制系统的工作原理的三个步骤：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出
3、实时性：是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件作出反应的特性。
4、计算机控制系统有哪几种典型类型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工业计算机有哪些特点：可靠性高、实时性好、环境适应性强、模块化设计，完善的O/I通道、系统扩充性好、系统开放性好、控制软件包功能强。
二、作图题
1、作出计算机控制系统的组成框图
2、作出计算机制导控制系统（OIS）的系统框图
三、问答题
1、计算机总线大致可分为几类？其内部总线又可分为几类？
2、简述smith预估控制的基本思想。
3、常见的工业控制计算机总线体系结构有哪几种？
4、什么是数字滤波？常用的数字滤波有哪些方法？
5、工业控制计算机系统的干扰来源有哪几类？各类干扰又有哪些具体形式？
6、现场总线的定义是什么？
四、论述题
1、论述DCS、FCS各自的含义是什么？
五、计算题
关于PID控制，要求：
1、写出模拟PID控制器的控制规律及其传递函数。
2、推导出位置式数字PID的控制算式。
3、推导出增量式数字PID的控制算式。
关于模糊控制
六、设计题
现要求用80C51单片机处理A、B、C三个输入信号，其中A为0-20V的交流信号，B为0-10mA的直流电流信号，C为0/24V的直流电压开关信号，要求得到A、B信号的幅值及C信号的状态。其中ADC采用ASC0809。请补充必要的电子元器件，并将元器件正确连接（可用网络符号）。
提示：交流信号？整流，开关
第四篇：计算机控制技术课件范文
第1讲 绪论 主要内容：
1.1 计算机控制系统概述
控制对象的复杂化→控制系统的复杂化（多输入—多输出系统、非线性系统、时变和分布参数系统等等）→常规控制方法和手段难以实现→微型计算机的出现并应用于自动控制领域，使自动控制水平产生了巨大的飞跃。
自动控制是在非人工直接参与的前提下，应用自动控制装置自动地、有目的地控制设备和生产过程，使他们具有一定的状态和性能，完成相应的功能，实现预定的目标。自动控制系统一般可以分为：开环控制系统和闭环控制系统两大类。
所定谓开环控制系统是指控制器按照先验的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制的对象或系统能够按照约来运动或变化。如图1.1所示。
闭环控制系统是按照偏差进行的控制，较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。
计算机控制系统的控制过程可简单地归纳为三个过程：（1）信息的获取（2）信息的处理（3）信息的输出 1.2.2计算机控制系统的硬件组成
典型的计算机控制系统的硬件主要包括：计算机主机、过程控制通道、操作控制台和常用的外设，应该指出的是，随着计算机网络技术的快速发展，网络设备也成为计算机控制系统硬件不可少的一部分。1.主机
主机是指我们用于控制的计算机，它主要由CPU、存储器和接口三大部分组成，是整个系统的核心。
目前使用的主机有：单片机、PLC、工业PC等。
它主要完成数据和程序的存取、程序的执行、控制外部设备和过程通道中的设备的工作，实现对被控对象的控制，实现人机对话和网络通信。
由于CPU技术的发展和广泛应用及网络技术的发展和广泛应用，主机还要完成对一些含CPU设备和网络设备的控制。2 过程控制通道
过程控制通道是被控对象与主机进行信息交换的通道，根据信号的方向和形式，过程控制通道又可分为：（1）模拟量输入通（2）模拟量输出通道（3）数字量输入通道（4）数字量输出通道 3.操作控制台
操作控制台是计算机控制系统人机交互的关键设备。通过操作控制台，操作人员可以及时了解被控对象的运行状态，运行参数；对控制系统发出各种控制的操作命令，并且通过操作控制台还可以修改控制方案和程序。操作控制台包括：（1）信息的显示（2）信息的记录（3）工作方式状态的选择（4）信息输入 4.通讯设备
通讯设备已成为计算机硬件的一个重要部分。这些设备可以完成计算机控制系统的信息交换。1.2.3 计算机控制系统的软件组成系统软件和应用软件
•系统软件是维持计算机运行操作的基础，是用于管理、调度、操作计算机的各种资源，实现对系统监控与诊断，提供各种开发支持的程序。包括：操作系统、监控管理程序、故障诊断程序、各种计算机语言及解释、编译工具，一般由供应商提供或专业人员开发，用户不需自己设计开发。
•应用软件是用户根据控制对象、控制要求，为实现高效、可靠、灵活的控制而自行编写的各种程序。包括：数据采集、数字滤波、标度变换、键盘的处理、过程控制算法、输出与控制等程序。
1.2.4计算机控制系统的分类
•按系统结构分为：开环和闭环控制系统； •按控制规律分为：程序和顺序控制、常规控制、高级控制（最优、自适应、预测、非线性等）、智能控制（FUZZY控制、专家系统和神经网络等）
•按系统功能分为：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统和计算机集成制造系统六大类。
•控制过程：计算机通过数据输入通道对生产过程各项参数进行采集，根据工艺和生产的需求进行最优化计算，计算出优化的操作条件和参数，利用其输出设备，将其结果显示或打印。操作人员根据计算机提供的结果改变控制器的参数或设定值，实现对生产过程的控制，属于计算机离线最优控制的一种形式。
•该系统结构简单、控制安全、灵活，由于人的介入使该系统可以应用于一些复杂的不便由计算机进行直接控制的场合。
计算机监督控制系统是计算机集散系统的最初、最基本的模式。分为两种结构：SCC+模拟调节器，SCC+DCC（两级计算机控制系统）。如图1.7所示 ：
一、常用的传感器类型
•压力检测及变送 •温度检测和变送 •流量检测及变送 •物位检测及变送
•其它检测仪表和装置（接近开关、光电开关、测速发电机、光电编码器、测厚仪表）
二、变送器的信号传输及供电线制
1.气动变送器：用两根气动管线分别传送气源和输出信号。它的气源或电源从控制室送来，而输出信号送到控制室。
2.电动模拟式变送器：采用二线制或四线制传输电源和输出信号。
2.2 过程控制中常用的执行器
执行器在过程计算机控制系统中的一个重要组成部分。它的作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
一、执行器的分类
1.按动力能源分：气动、电动、液动
2.按动作极性分：正作用执行器和反作用执行器
3.按动作行程分：角行程执行器和直行程执行器
4.按动作特性分：比例式执行器和积分式执行器
二、气动执行器
1.原理：利用压缩空气作为能源
2.特点：结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆，而且价格较低；它可以方便的与气动仪表配套使用，即使是采用电动仪表或计算机控制时，只要经过电/气转换器或电/气阀门定位器，将电信号转换为0.02~0.1MPa的标准气压信号，仍然可用气动执行器。
三、电动执行器
1.原理：它接收来自控制器的4~20mA或0~10mA直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机构，以实现自动控制
2.分类：直行程、角行程和多转式等类型
3.结构：电动执行器主要由伺服放大器和执行机构组成，如下图： 现场总线执行器
现场总线的智能执行器由传统的执行器、含有微处理器的控制器以及可与PC或PLC双向通信的模件及软件组成，具有与上位机或控制系统通信的功能
•智能化和高精度的系统控制功能
•一体化的结构
•智能化的通信功能
•智能化的自诊断功能
2.3 运动控制中常用的执行机构
•直流伺服电机 •交流伺服电机 •步进电机
•电磁阀和液压阀
第3讲 计算机总线技术 主要内容：
1.总线的基本概念
2.内部总线
3.外部总线
•随着微处理器技术的飞速发展，总线技术也得到不断创新。先后出现了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等总线技术。
•芯片内部的总线技术也在不断发展，AMBA、Core Connect、CoreRAM等已经形成集成电路内部十分具有竞争力的总线标准。
•工业控制的PROFIBUS，FF等现场总线技术。
•总线的数据传输速度也不断提升，目前，AGP局部总线数据可达528MB/s，PCI-X可达1GB/s，系统总线传输速率也由66MB/s提高到100MB/s甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。
一、总线的基本概念
（2）按照总线在系统结构中的层次位置分
56根并行总线按功能可分为五大类 ¡ª逻辑电源线6根(引线1～6)¡ª数据总线8根(引线7～14)¡ª地址总线16根(引线15～30)¡ª控制总线22根(引线31～52)¡ª辅助电源线4根(引线53～56)
–ISA总线：问世较早，是8位、16位数据传输总线的工业标准
最高传输速率8Mbps；寻址空间16MB；将CPU看作唯一的主模块，其余外设均为从模块，包括可以暂时掌握总线的DMA和协处理器；98根总线分成5类：地址线、数据线、控制线、时钟线和电源线
–MCA：微通道体系结构。IBM在推出386时提出，数据、地址总线宽度32位，支持4GB的寻址能力；数据传输速率33Mbps；在电气及物理上与ISA不兼容；IBM没有公布标准
–EISA总线：89年推出486时提出，32位数据总线，支持32位地址通路；总线主控技术，扩展卡上具有总线主控处理器；与ISA兼容，支持多个主模块；可以自动根据需要进行32、16、8位数据间的转换；支持多总线主控模块；
–PCI高性能局部总线：92年由Intel公司带头制定的设备总线标准；支持64位数据传送、多总线主控模块、线性猝发读写和并发工作方式；具有即插即用功能(PnP)；最高传送数据132Mbps；兼容性强、成本低
•PCI总线特有的配置寄存器为用户使用提供了方便。系统嵌入自动配置软件，在加电时自动配置PCI扩展卡，为用户提供了简便的使用方法。
•又称为通信总线，用于计算机之间，计算机与远程终端，计算机与外部设备以及计算机与测量仪器仪表之间的通信。
•该类总线不是计算机系统已有的总线，而是利用电子工业或其他领域已有的总线标准。外部总线又分为并行总线和串行总线。•常用的外部总线：
IEEE-488总线
RS-232-C总线
RS-422和RS-485总线
通用串行总线（USB）
•IEEE-488总线是一种并行外部总线，专门用于计算机与测量仪器、输入输出设备，以及这些仪器设备之间的并行通信。
•IEEE-488是1970年由美国惠普公司开发的并行通讯总线,总线上连接的设备有三种，工作方式也有三种: •听者（¡°受话¡±方式）：同时可有多个 •讲者（¡°送话¡±方式）：每时只能有一个 •控者（¡°控制¡±方式）：每时只能有一个
（2）IEEE-488总线的连接示意图
–采用异步方式，利用三条控制线进行握手联络，实现三线握手的数据传输
–数据传输率不得超过每秒1M字节 –总线上的设备数不得多于15个
–电缆总长度不超过20m，两设备间不超过2m –采用负逻辑
‚不用MODEM的直接通信线路
（2）USB设备的主要特点
–采用USB接口的设备支持热拔插)–USB接口可以同时连接127台USB设备。–速度方面，USB 1.1总线规范定义了12 Mb/s的带宽，而USB2.0可提供480Mb/s的传输速度。–USB总线能够提供500 mA的电流
USB总线系统中的设备可以分为三个类型 –USB主机
–USB 集线器（HUB）
–USB总线的设备，又称USB功能外设
第4讲
过程通道与人机接口
过程通道:是在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，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道。本讲主要内容 1.模拟量输入通道 2.模拟量输出通道 3.数字量输入输出通道 4.人机接口
模拟量输入通道（A/D接口）的组成
•模拟量输入通道的组成 –传感变送器
–输入信号调理电路 –多路模拟切换开关 –前置放大器 –采样保持器
–模／数转换器（A/D）–控制电路等
五、A/D转换
•A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
•模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。•A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。
1.A/D转换器的工作原理
（2）逐次逼近法
2.A/D转换器的性能指标
（1）ADC0809
CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，主要特性：
1）它是具有8路模拟量输入、8位数字量输出功能的A/D转换器。
2）转换时间为100μs。
3）模拟输入电压范围为0V～+5V，不需零点和满刻度校准。
4）低功耗，约15mW。
1）查询法
优点:接口电路设计简单。
缺点：A/D转换期间独占CPU，致使CPU运行效率降低。2）定时法
优点:接口电路设计比查询法简单，不必读取EOC的状态。
缺点：A/D转换期间独占CPU，致使CPU运行效率降低；另外还必须知道A/D转换器的转换时间。3）中断法
优点：A/D转换期间CPU可以处理其它的程序，提高CPU的运行效率。
缺点：接口电路复杂
④ ADC0809的接口电路
（2）12位A/D转换器AD574
② AD574的工作过程
③ AD574的接口电路
4.A/D转换器接口的隔离技术 主要采用光电耦合器 4.2 模拟量输出通道
一、D/A转换器
7.D/A转换器性能指标
8.D/A转换器的种类
（1）DAC0832结构框图及引脚说明
① CPU执行输出指令，输出8位数据给DAC0832；
② 在CPU执行输出指令的同时，使ILE、/CS、/WR1三个控制信号端都有效，8位数据锁存在8位输入寄存器中；
③ 当/WR2、/XFER两个控制信号端都有效时，8位数据再次被锁存到8位DAC寄存器，这时8位D/A转换器开始工作，8位数据转换为相对应的模拟电流，从Iout1和Iout2输出。
三、D/A接口的隔离技术 通常采用光电耦合器
两种隔离方式：模拟信号隔离和数字信号隔离
2.数字量隔离
4.4数字量输入输出通道
1.数字量（开关量）的概念 –开关的闭合与断开
–指示灯的亮与灭
–继电器或接触器的吸合与释放
–电机的启动与停止
–设备的安全状况等
功能：对现场输入的状态信号进行转换、保护、滤波、隔离，以转换成计算机能够接收的逻辑信号
3．常用的几种数字量输入的接线方式
二、数字量输出通道
2．输出驱动电路
第5讲
数字控制器的设计
•数字控制器概述
•数字控制器的模拟化设计 •数字控制器的离散化设计 •数字PID控制算法 •常规控制方案 •先进控制方案
5.1 数字控制器概述
整定过程：先按模拟PID控制器参数整定方法来选择，然后再适当调整，并考虑采样周期对整定参数的影响
2.扩充响应曲线法（动态特性法）
•三种常用指标：
•最佳整定参数应使这些积分指标最小，不同积分指标所对应的系统输出被控变量响应曲线稍有差别
•一般情况下，ISE指标的超调量大，上升时间短；IAE指标的超调量适中，上升时间稍短；ITAE指标的超调量小，调整时间也短，用得较多
5.4 常规控制策略
一、串级控制系统
二、前馈控制系统
1）典型的前馈-反馈控制系统
第6讲
常用控制程序设计
•软件系统概述
•测量数据预处理技术 •查表及数据排序技术 •数字滤波技术
应用软件的设计主要包括以下几个模块：
•系统界面模块 •采集模块 •控制模块 •数据处理模块 •打印显示模块 •数据存储模块 •数据传输模块等
一、程序设计步骤
第7讲 计算机控制系统中的 抗干扰技术
•干扰的传播途径与作用方式
•硬件抗干扰技术 •软件抗干扰技术
7.1 干扰的传播途径与作用方式
一、计算机控制系统中干扰的来源
二、干扰的传播途径
•在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。
–电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。–电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统
–在任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁场，该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰。
–在设备内部，线圈或变压器的漏磁也会引起干扰；在设备外部，平行架设的两根导线也会产生干扰，由于感应电磁场引起的耦合，可以计算感应电压
–公共阻抗耦合干扰是由于电流流过回路间公共阻抗，使得一个回路的电流所产生的电压降影响到另一回路
–在计算机控制系统中，普遍存在公共耦合阻抗，例如，电源引线、印刷电路板上的地和公共电源线、汇流排等。这些汇流条都具有一定的阻抗，对于多回路来讲，就是公共耦合阻抗
三、干扰的作用方式
按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长线传输干扰
（1）定义：是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压,共模干扰也称为共态干扰或纵向干扰
（2）产生共模干扰的原因：
计算机的地、信号放大器的地与现场信号源的地一般相隔一段距离，在两个接地点之间往往存在一个电位差Vc，该电位差是系统信号输入端上共有的干扰电压，会对系统产生共模干扰
（3）表现方式：
对于系统的干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰的方式表现出来。
结论：
对于存在共模干扰的场合，应采用双端差动输入方式
为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即
（1）定义：在计算机控制系统中，现场信号到控制计算机以及控制计算机到现场执行机构，都经过一段较长的线路进行信号传输，即长线传输。（2）信号在长线中传输遇到的三个问题
一是波反射现象：高速变化的信号在长线中传输时，会出现波反射现象
二是信号延时
三是外界干扰 7.2 硬件抗干扰技术
二、接地系统的抗干扰技术
在过程控制计算机中，对上述各种地的处理一般是采用分别回流法单点接地。
单点接地与多点接地 2.输入系统的接地
•在输入通道中，为防止干扰，传感器、变送器、和信号放大器通常采用屏蔽罩进行屏蔽，而信号线往往采用屏蔽信号线。屏蔽层的接地也应采取单点接地方式，关键是确定接地位置。3.主机系统的接地
•为了提高计算机的抗干扰能力，将主机外壳作为屏蔽。而把机内器件架与外壳绝缘，绝缘电阻大于50MΩ，即机内信号地浮地。
三、过程通道的抗干扰技术
•过程通道是计算机控制系统的现场数据采集输入和输出通道，它包括了现场信号源、信号线、转换设备、I/O接口电路，主机和执行机构等。
•过程通道涉及内容多，分布广，受干扰的可能性大，其抗干扰问题非常重要。•过程通道干扰的来源是多方面的，主要有共模干扰、差模干扰和长线干扰。（1）变压器隔离
•变压器隔离：利用隔离变压器将模拟信号电路与数字信号电路隔离开，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压不能构成回路，从而达到抑制共模干扰的目的。另外，隔离后的两电路应分别采用两组互相独立的电源供电，切断两部分的地线联系.•这种隔离适用于无直流分量信号的通路。对于直流信号，也可通过调制器变换成交流信号，经隔离变压器后，用解调器再变换成直流信号。（2）光电隔离
•光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管（或达林顿管、或晶闸管等）封装在一个管壳内组成, 实现以光为媒介的电信号传输。（3）浮地屏蔽
•浮地屏蔽：指信号放大器采用双层屏蔽，输入为浮地双端输入，如图示。这种屏蔽方法使输入信号浮空，达到了抑制共模干扰的目的。2.差模干扰的抑制 3.长线传输干扰的抑制
–同轴电缆对于电场干扰有较强的抑制作用，工作频率较高。双绞线对于磁场干扰有较好的抑制作用，绞距越短，效果越好。在电场干扰较强时须采用屏蔽双绞线。
–在使用双绞线时，尽可能采用平衡式传输线路。所谓平衡式传输线路，是双绞线的两根线不接地传输信号。因为这种传输方式具有较好的抗差模干扰能力，外部干扰在双绞线中的两条线中产生对称的感应电动势，相互抵消。同时，对于来自地线的干扰信号也受到抑制。4.终端阻抗匹配
•为了消除长线的反射现象，可采用终端或始端阻抗匹配的方法。5.始端阻抗匹配
始端阻抗匹配：在长线的始端串入电阻R，通过适当的选择R，以消除波反射
7.3 软件抗干扰技术 2.输入数字信号的抗干扰 3.输出数字信号的抗干扰
•由于干扰，可能使计算机输出的正确数字信号，在输出设备中得到的却是错误信号。
在软件上可以采取以下一些方法提高抗干扰能力：
二、CPU及程序的抗干扰技术
•CPU是计算机的核心。当CPU受到干扰不能按正常状态执行程序时，就会引起计算机控制的混乱，所以需要采取措施，使CPU在受到干扰的情况下，尽可能无扰地恢复系统正常工作。1.指令冗余
•当CPU受到干扰，程序“跑飞”后，往往将一些操作数当作指令代码来执行，从而引起整个程序的混乱。采用指令冗余技术是使程序从“跑飞”状态，恢复正常的一种有效措施。2.软件陷阱
•软件陷阱是在非程序区的特定地方设置一条引导指令（看作一个陷阱），程序正常运行，不会落入该引导指令的陷阱，当CPU受到干扰，程序“跑飞”时，如果落入指令陷阱，将由引导指令将“跑飞”的程序强制跳转到出错处理程序，由该程序段进行出错处理和程序恢复。3.Watchdog技术
•当程序“跑飞”到一个临时构成的死循环中时，冗余指令和软件陷阱将不起作用，造成系统完全瘫痪。看门狗技术，可以有效解决这一问题
第五篇：计算机控制技术总结
计算机控制技术总结
5.17去了东区做完了两个实验，计算机控制技术这门课算是落下了帷幕。这门课虽然结束了，但这门课里面所讲述的内容，对我们以后的工作将是意义深远。上学期我们学习了自动控制技术，但是这门课更多的是包含了自动控制技术里的理论知识和一些定理的推算证明，此外也涉及到了电子技术、计算机应用技术，这是一门以计算机为控制核心的学科。如今计算机控制系统已成为当今自动控制的主流系统，已逐步取代传统的模拟检测、调节、显示、记录、控制等仪器设备和很大部分人工操作管理，并且可以采用较复杂的计算机方法和处理方法，是受控对象的动态过程按规定方式和技术要求运行，完成各种过程控制、操作管理等任务。
这本书我们一共学习了7章，下面我将一章一章的进行总结。
第一章 绪论
（1）计算机控制系统就是有各种各样的计算机参与控制的一类控制系统
（2）计算机控制系统组成：由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件
（3）计算机控制系统分类：计算机操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、计算积分及控制系统、离散控制系统
（4）计算机控制系统信号的采样与恢复
（5）计算机控制系统发展趋势
第二章 Z变换及Z传递函数
（1）Z变换的定义
时域（2）
f*(t)f(kT)(tkT)k0
F*sfkTeskT
k0
s 域
Z[f(t)]Z[f*(t)]F(z)f(kT)zkZ域
k0
（3）求Z变换方法：级数求和法、部分分式法
（4）常用信号Z的变换（P19-20），常用Z变化表（P27）
（5）z 变换的基本定理：线性定理、滞后定理、超前定理、终值定理、卷积和定理、求和定理、初值定理、位移定理、微分定理
（6）求Z反变换：长除法、部分分式法、留数计算法
（7）广义Z变换：超前情况、滞后情况
（8）Z传递函数的求法：用拉氏反变换求脉冲过渡函数，将g(t)按采样周期T离散化，得g(kT)，应用定义求出Z传递函数
第三章 计算机控制系统的分析
（1）离散系统稳定的充分必要条件是：闭环Z传递函数的全部极点应位于Z平面的单位圆内。
（2）Routh稳定性准则在离散系统的应用（P41）
z或 z（3）被控变量进入新稳态值附近±5%或±3%的范围内就可以表明过渡过程已经结束
第四章 计算机控制系统的离散化设计
（1）最少拍系统设计的基本原则:1对于特定的参考输入信号，到达稳态后，系统
在采样时刻精确实现对输入的跟踪。2系统以最快速度达到稳态。3D(z)应是物理可实现的。4闭环系统应是稳定的。
(2)三个假设条件:1G(z)在单位圆上和圆外无极点，（1，j0）点除外；2 G(z)在单位圆上和圆外无零点；3 G0(s)中不含纯滞后，q是T的整数倍。
(3)避免发生D(z)与G(z)的不稳定零极点对消，应满足如下稳定性条件: 1．We(z)的零点应包含G(z)中全部不稳定的极点。2．G(z)在单位圆上或圆的零点应全部包含在希望闭环Z传递函数W(z)的零点中。3．如果G(z)中含有纯滞后的环节即z-N（N为整数），则G(z)分子中的z-1因子应全部包含在W(z)分子中，这会使系统过渡过程时间延长。
第五章 计算机控制系统的模拟化设计
(1)模拟控制器的离散化方法：冲击不变法，加零阶保持器的Z变换法，差分变化法，双线性变换法，频率预畸双线性变换法，零、极点匹配法
（2）数字PID控制算法：位置式、增量式
（3）算法改进：积分分离PID算法，不完全微分PID算法，微分先行PID算法，带死区PID算法，抗积分饱和PID算法
（4）参数调定：试凑法
第八章 复杂控制规律系统设计
（1）Smith预估控制的基本原理：引入预估补偿器，使得补偿 以后的闭环系统的特征方程中不包含纯滞后特性。
(2)纯滞后补偿控制的数字控制算法步骤:① 计算反馈回路的偏差② 计算纯滞后补偿器的输出③计算偏差④计算控制器的输出
（3）纯滞后补偿控制系统的典型应用:减温器温度纯滞后补偿控制,精馏塔的温度纯滞后补偿控制
（4）串级控制系统控制原理: 单回路负反馈控制。
（5）串级控制系统的设计原则:系统中的主要扰动应该包含在副控回路之中, 副控回路中应该尽量包含积分环节
（6）串级控制系统基本概念:主调节回路用于保证控制精度，系统中起“细调 ”作用，主调节器一般采用 PID 控制器。副调节回路用于克服主要干扰，系统中起“粗调 ”作用，副调节器一般采用 P或PI 控制器。
第十二章 计算机控制系统设计与实现
(1)计算机控制系统设计原则:1．系统应具有优良的操作性能2．通用性好、便于扩充3．可靠性高4．实时性好5．设计周期要短，价格要便宜
(2)计算机控制系统设计步骤:
1．研究被控对象、确定控制任务
2．确定系统整体方案
3．建立数学模型，确定控制算法
4．硬件的设计
5．软件的设计
6．系统仿真与调试
7．现场安装调试
(3)干扰的抑制方法:1接地方式2．屏蔽技术3．隔离技术4．串模干扰的抑制5．共模干扰的抑制6．电源噪声的抑制7．提高软件可靠性
由于上课时间有限，自己学习能力还有待于加强，关于这门课以后还需要我们多花点时间去多翻翻书。以后如有机会到计算机类软硬件公司、电子设备公司、各类企事业单位等从事有关控制系统的硬件开发、技术支持等工作，都会用到这门课。尽管这是一门考查课，但我们不能放松。否则一旦踏上工作岗位会有“书到用时方很少” 的悔感，那是我们就后悔也莫及了，所以一定要在毕业之前掌握好各门专业课。最后真心要感谢叶树霞老师，不仅是教了我们这门课，更多的是一种敬佩。我们上课的时候，由于一部分无心学习的同学，教室里吵杂。但是老师总是会把该讲的都讲到，不会因为某些同学不想学就不教，教学严谨，认真负责。
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