第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 计算机控制系统的一般概念
1.2计算机控制系统的组成
1.3 计算机监控系统的类型
第一章 绪论
1.1 计算机控制系统的一般概念
1.1.1 常规控制系统
1.1.2 计算机控制系统
第一章 绪论
1.1.1 常规控制系统
1、定值控制
r(t)=常数,e(t)=r(t)-h，
2、随动控制
r(t)为时间函数,e(t)=r(t)-h，
要求 y(t)实时跟踪 r(t)变化，
其中 r(t)根据不同控制对象、工况来确定拟合。
0)(lim ??? tet
控制器 执行器 被控对象
变送单元 测量元件
r(t) e u y(t)
v外扰
-
+
h
0)(lim ??? tet
第一章 绪论
3、控制系统一般组成
1）被控对象（过程）
2）检测变送单元
3）控制执行单元
第一章 绪论
1.1.2 计算机控制系统
1、作用
1）全面替代常规仪表
2）组成复杂控制系统，实现多种先进控制方案
3）提高控制实时性
2、数字控制系统结构形式
1）误差采样
2）输出采样
第一章 绪论附图
N
信号检测器
C过程DAC数字控制器ADC
r(t) e(t)
e(kT) u(kT) u(t) x(t)
y(t)
+
-
v(t)
a.误差采样
b.输出采样
N
信号检测器
C过程DAC数字控制器
ADC
r(kT) e(kT)
u(kT)
u(t)
x(t)
y(t)
+
-
v(t)
第一章 绪论
3、应用发展
1）初期,50－ 60年代 集中控制
特点：。集中式控制
。危险集中，可靠性低
。主机系统庞大，机构复杂
对于安全性要求较高的工业领域未能推广开。
2）中期,70年代末－ 80年代初（局部分散控制）
特点：单回路数字控制器、可编程控制器 PLC构成的局部
分散控制型式。
由于 LSI和微处理器技术的迅速发展，使计算机用于过
程控制成为可能，
被广泛应用于化工、石油、冶金和电力等
重要工业领域。
第一章 绪论
3）现在,80年代中期－目前（综合型分散控制 TDCS）
主要特点：
。控制分散，位置相对集中，危险分散，安全可靠姓高；
。实时性好，经现场总线（ Field Bus）和 DHW可实现系
统内部（包括传感器、变送器和执行机构等）的全部
数字化传输，以及与其它 LAN等局域网络的数字通信；
。控制规律组态修改灵活方便，可实现先进复杂控制算
法，调节品质高；
。系统信息资源的共享性好。
。易构成复杂控制系统型式
第一章 绪论
1.2计算机控制系统的组成
1.2.1 框图组成
1.2.2 组成型式
第一章 绪论
1.2.1 框图组成
人机联系
信息检测
被控过程输出通道微处理器输入通道
第一章 绪论
1.2.2 组成型式
第一章 绪论
1.3 计算机监控系统的类型
1.3.1 直接数字控制系统 DDC（ Direct Digital
Control）
1.3.2 数据采集处理系统 DAS（ Data Acquisition
System）
1.3.3 监督控制系统 SCC（ Supervisory Computer
Control）
1.3.4 集散控制系统 TDCS（ Total Distributed
Control System）
第一章 绪论
1.3.1 直接数字控制系统 DDC
（ Direct Digital Control）
第一章 绪论
特点：。完全替代模拟调节器实现多回路、多种控制规
律的复杂控制；
。不需改变系统的硬件和软件，只改编组态逻辑
即可方便的实现各种复杂的控制方案；
。组态、控制器参数定值可在线实时修改。
设计方法：
。模拟化设计方法
。直接数字设计方法
第一章 绪论
1.3.2 数据采集处理系统 DAS（ Data
Acquisition System）
第一章 绪论
特点：。实现过程参数的实时集中监视，全面替代常规
模拟显示及记录仪表；
。过程运行参数的数据处理，性能指标等计算，
报警打印、历史数据的存储记录；
。故障报警、事故追忆、事件顺序记录 SOE
。设备运行专家操作指导。
第一章 绪论
1.3.3 监督控制系统 SCC
（ Supervisory Computer Control）
又称,SPC控制
1）特点
。在线识别被控过程工艺参数，修正过程数学模型
。按照描述过程数学模型和优化目标函数 J(t)自动校正控
制器参数，保证系统控制品质达到最优。
2）系统构成形式
第一章 绪论
（ 1） SCC＋模拟调节器
第一章 绪论
（ 2） SCC＋ DDC调节器
第一章 绪论
SCC控制主要取决于过程数学模型的优劣，即当
J(t)达到最优时，控制品质也达到最优状态；反之当 J(t)
找不到最优解时，则无法实现最优控制。所以,SCC控
制是一种设定值优化目标控制。
第一章 绪论
1.3.4 集散控制系统 TDCS（ Total
Distributed Control System）
1）产生,70年代中期诞生世界上第一套 DCS系统
TDC-2000，于 1975由美国 Honeywell 公司生产
2）实现的基础
。理论基础：大系统理论
。物质基础：四 C技术，即,Communication
Computer Control CRT
3）设计思想：递阶分层、水平分散
4）结构形式
第一章 绪论
TDCS 系统结构形式
第一章 绪论
5）显著特点
。操作管理显示高度集中，先进的人机联系方式；
。系统功能递阶分层，水平分散，危险分散，可靠性高；
。系统采用单元模块化积木式组合方式，结构组合灵活
方便；
。软件标准化模块化，组态修改灵活，可实现先进复杂
的控制算法；
。完善的在线故障诊断、差错容错控制技术，冗余技术；
。先进高速的网络通信技术和开放式网络结构；
。基于现场总线（ Field Bus）的 LAN内设备的智能数据
通信技术；
。可实现运行系统的故障诊断、事故追忆和事件顺序记
录 SOE，历史数据仓储等。
第一章 绪论
1.1 计算机控制系统的一般概念
1.2计算机控制系统的组成
1.3 计算机监控系统的类型
第一章 绪论
1.1 计算机控制系统的一般概念
1.1.1 常规控制系统
1.1.2 计算机控制系统
第一章 绪论
1.1.1 常规控制系统
1、定值控制
r(t)=常数,e(t)=r(t)-h，
2、随动控制
r(t)为时间函数,e(t)=r(t)-h，
要求 y(t)实时跟踪 r(t)变化，
其中 r(t)根据不同控制对象、工况来确定拟合。
0)(lim ??? tet
控制器 执行器 被控对象
变送单元 测量元件
r(t) e u y(t)
v外扰
-
+
h
0)(lim ??? tet
第一章 绪论
3、控制系统一般组成
1）被控对象（过程）
2）检测变送单元
3）控制执行单元
第一章 绪论
1.1.2 计算机控制系统
1、作用
1）全面替代常规仪表
2）组成复杂控制系统，实现多种先进控制方案
3）提高控制实时性
2、数字控制系统结构形式
1）误差采样
2）输出采样
第一章 绪论附图
N
信号检测器
C过程DAC数字控制器ADC
r(t) e(t)
e(kT) u(kT) u(t) x(t)
y(t)
+
-
v(t)
a.误差采样
b.输出采样
N
信号检测器
C过程DAC数字控制器
ADC
r(kT) e(kT)
u(kT)
u(t)
x(t)
y(t)
+
-
v(t)
第一章 绪论
3、应用发展
1）初期,50－ 60年代 集中控制
特点：。集中式控制
。危险集中，可靠性低
。主机系统庞大，机构复杂
对于安全性要求较高的工业领域未能推广开。
2）中期,70年代末－ 80年代初（局部分散控制）
特点：单回路数字控制器、可编程控制器 PLC构成的局部
分散控制型式。
由于 LSI和微处理器技术的迅速发展，使计算机用于过
程控制成为可能，
被广泛应用于化工、石油、冶金和电力等
重要工业领域。
第一章 绪论
3）现在,80年代中期－目前（综合型分散控制 TDCS）
主要特点：
。控制分散，位置相对集中，危险分散，安全可靠姓高；
。实时性好，经现场总线（ Field Bus）和 DHW可实现系
统内部（包括传感器、变送器和执行机构等）的全部
数字化传输，以及与其它 LAN等局域网络的数字通信；
。控制规律组态修改灵活方便，可实现先进复杂控制算
法，调节品质高；
。系统信息资源的共享性好。
。易构成复杂控制系统型式
第一章 绪论
1.2计算机控制系统的组成
1.2.1 框图组成
1.2.2 组成型式
第一章 绪论
1.2.1 框图组成
人机联系
信息检测
被控过程输出通道微处理器输入通道
第一章 绪论
1.2.2 组成型式
第一章 绪论
1.3 计算机监控系统的类型
1.3.1 直接数字控制系统 DDC（ Direct Digital
Control）
1.3.2 数据采集处理系统 DAS（ Data Acquisition
System）
1.3.3 监督控制系统 SCC（ Supervisory Computer
Control）
1.3.4 集散控制系统 TDCS（ Total Distributed
Control System）
第一章 绪论
1.3.1 直接数字控制系统 DDC
（ Direct Digital Control）
第一章 绪论
特点：。完全替代模拟调节器实现多回路、多种控制规
律的复杂控制；
。不需改变系统的硬件和软件，只改编组态逻辑
即可方便的实现各种复杂的控制方案；
。组态、控制器参数定值可在线实时修改。
设计方法：
。模拟化设计方法
。直接数字设计方法
第一章 绪论
1.3.2 数据采集处理系统 DAS（ Data
Acquisition System）
第一章 绪论
特点：。实现过程参数的实时集中监视，全面替代常规
模拟显示及记录仪表；
。过程运行参数的数据处理，性能指标等计算，
报警打印、历史数据的存储记录；
。故障报警、事故追忆、事件顺序记录 SOE
。设备运行专家操作指导。
第一章 绪论
1.3.3 监督控制系统 SCC
（ Supervisory Computer Control）
又称,SPC控制
1）特点
。在线识别被控过程工艺参数，修正过程数学模型
。按照描述过程数学模型和优化目标函数 J(t)自动校正控
制器参数，保证系统控制品质达到最优。
2）系统构成形式
第一章 绪论
（ 1） SCC＋模拟调节器
第一章 绪论
（ 2） SCC＋ DDC调节器
第一章 绪论
SCC控制主要取决于过程数学模型的优劣，即当
J(t)达到最优时，控制品质也达到最优状态；反之当 J(t)
找不到最优解时，则无法实现最优控制。所以,SCC控
制是一种设定值优化目标控制。
第一章 绪论
1.3.4 集散控制系统 TDCS（ Total
Distributed Control System）
1）产生,70年代中期诞生世界上第一套 DCS系统
TDC-2000，于 1975由美国 Honeywell 公司生产
2）实现的基础
。理论基础：大系统理论
。物质基础：四 C技术，即,Communication
Computer Control CRT
3）设计思想：递阶分层、水平分散
4）结构形式
第一章 绪论
TDCS 系统结构形式
第一章 绪论
5）显著特点
。操作管理显示高度集中，先进的人机联系方式；
。系统功能递阶分层，水平分散，危险分散，可靠性高；
。系统采用单元模块化积木式组合方式，结构组合灵活
方便；
。软件标准化模块化，组态修改灵活，可实现先进复杂
的控制算法；
。完善的在线故障诊断、差错容错控制技术，冗余技术；
。先进高速的网络通信技术和开放式网络结构；
。基于现场总线（ Field Bus）的 LAN内设备的智能数据
通信技术；
。可实现运行系统的故障诊断、事故追忆和事件顺序记
录 SOE，历史数据仓储等。
