計(jì)算機(jī)控制技術(shù)chapter9

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)電子教案 9.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟 9.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 9.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟 9.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 9.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟9.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 1.安全可靠安全可靠 2.操作維護(hù)方便操作維護(hù)方便 3.實(shí)時(shí)性強(qiáng)實(shí)時(shí)性強(qiáng) 4.通用性好通用性好 5.經(jīng)濟(jì)效益高經(jīng)濟(jì)效益高9.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟 1.工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定階段工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定階段 工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定

2、一般按工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定一般按圖圖9.1所示所示的流程進(jìn)行的流程進(jìn)行。 2.工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段 工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段的流程圖。工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段的流程圖。 3. 離線仿真和調(diào)試階段離線仿真和調(diào)試階段 4 4。在線調(diào)試呵運(yùn)行階段。在線調(diào)試呵運(yùn)行階段9.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9.2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 9.2.2 9.2.3 9.2.4 系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求和特點(diǎn)微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求和特點(diǎn)微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟9.2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.

3、硬件總體方案設(shè)計(jì)硬件總體方案設(shè)計(jì) 硬件總體方案設(shè)計(jì)主要包含一下幾個(gè)方面的內(nèi)容。硬件總體方案設(shè)計(jì)主要包含一下幾個(gè)方面的內(nèi)容。1)確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型2)確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇4)其它方面的考慮其它方面的考慮2.軟件總體方案設(shè)計(jì)軟件總體方案設(shè)計(jì)3.系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案 將上面的硬件總體方案和軟件總體方案合在一起構(gòu)成系統(tǒng)的總體方案。總體方案論證可行后，要形成文件，建立總體方案文檔。系統(tǒng)總體文件的內(nèi)容包括：1)系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框圖及文字說(shuō)明。2)控制策略和控制算法，例如PID控制、達(dá)林算法、Smith補(bǔ)償控制、最少拍控

4、制、串級(jí)控制、前饋控制、解耦控制、模糊控制、最優(yōu)控制等。3)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖。4)方案比較和選擇。5)保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施。6)抗干擾和可靠性設(shè)計(jì)。機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。7)經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度計(jì)劃的安排。微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求和特點(diǎn)1. 設(shè)計(jì)的基本要求（1）系統(tǒng)操作性能要好 （2）通用性好、便于擴(kuò)充（3）可靠性要高 采用雙機(jī)系統(tǒng)。 采用集散控制系統(tǒng)。返回本章首頁(yè)2. 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須把系統(tǒng)要執(zhí)行的任務(wù)和應(yīng)具備的功能合理地分配給硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，做到合理權(quán)衡硬件、軟件的配置，并盡量節(jié)省機(jī)器時(shí)間和內(nèi)存空間。硬件設(shè)計(jì)主要采用大規(guī)模

5、集成電路。 返回本節(jié)微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟1. 確定系統(tǒng)整體控制方案第一：要從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮，是采用開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制。第二：考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用什么方案，是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)還是其他方式驅(qū)動(dòng)，比較各種方案，擇優(yōu)而用。第三：考慮是否有特殊控制要求。 返回本章首頁(yè)2. 確定控制算法（1）確定算法能否滿(mǎn)足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。（2）確定某些情況下要進(jìn)行修改與補(bǔ)充。（3）確定為設(shè)計(jì)、調(diào)試方便，可將控制算法作合理的簡(jiǎn)化，逐步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。3. 選擇微型計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備（1）較完善的中斷系統(tǒng) （2）足夠的存儲(chǔ)容量（3）完備的輸入輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘（4）字長(zhǎng)（

6、5）速度（6）指令種類(lèi)和數(shù)量（7）尋址范圍和尋址方式 （8）內(nèi)部存儲(chǔ)器的種類(lèi)和數(shù)量 4. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（1）估計(jì)內(nèi)存容量、進(jìn)行內(nèi)存分配（2）過(guò)程通道和中斷處理方式的確定（3）系統(tǒng)總線的選擇 （4）操作臺(tái)的控制5. 硬件和軟件的具體設(shè)計(jì)（1）硬件設(shè)計(jì)：）硬件設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電氣原理圖，再按照電氣原理圖著手元件的選購(gòu)和開(kāi)始施工設(shè)計(jì)工作。 （2）軟件設(shè)計(jì)：）軟件設(shè)計(jì)：實(shí)時(shí)性。 針對(duì)性。 靈活性和通用性。 可靠性。6. 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是要把已調(diào)好的各程序功能塊按照總體設(shè)計(jì)要求連成一個(gè)完整的程序。程序調(diào)試完成后，還要進(jìn)行在線仿真，然后進(jìn)行試運(yùn)行。經(jīng)過(guò)一段考機(jī)和試運(yùn)行后，即可投入正式

7、運(yùn)行。 7. 可靠性高 對(duì)任何計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，盡管各種各樣的要求很多，但可靠性是最突出和最重要的一個(gè)。因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)能否長(zhǎng)時(shí)期安全可靠地正常工作，對(duì)一個(gè)工廠來(lái)說(shuō)將要影響到整個(gè)裝置、整個(gè)車(chē)間，乃至整個(gè)工廠的正常生產(chǎn)。一旦故障發(fā)生，就會(huì)造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全面混亂甚至癱瘓，從而引起嚴(yán)重后果，所以對(duì)可靠性有很高的要求。特別是作為控制核心的微機(jī)，其可靠性要求則更高。提高可靠性常采用雙機(jī)系統(tǒng)和多微機(jī)集散控制。 1) 采用雙機(jī)系統(tǒng) 在雙機(jī)系統(tǒng)中，用兩臺(tái)微機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器。由于兩臺(tái)微機(jī)同時(shí)發(fā)生故障的概率很小，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。雙機(jī)系統(tǒng)中兩臺(tái)微機(jī)的工作方式，常見(jiàn)的有以下幾種。 (1)備份機(jī)工作

8、方式。在這種方式中，一臺(tái)微機(jī)投入系統(tǒng) 運(yùn)行，另一臺(tái)雖然也同樣處于運(yùn)行狀態(tài)，但是它是脫離系統(tǒng)的，只是作為系統(tǒng)的一臺(tái)備份機(jī)。當(dāng)投入系統(tǒng)運(yùn)行的那一臺(tái)微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的程序和切換裝置，自動(dòng)地把備份機(jī)切入系統(tǒng)，以保持系統(tǒng)正常運(yùn)行。被替換下來(lái)的微機(jī)經(jīng)修復(fù)后，就變成系統(tǒng)的備份機(jī)，這樣可使系統(tǒng)不因主機(jī)故障而影響系統(tǒng)正常工作。 (2)主-從工作方式。這種方式是兩臺(tái)微機(jī)同時(shí)投入系統(tǒng)運(yùn)行。在正常情況下，這兩臺(tái)微機(jī)分別執(zhí)行不同任務(wù)。如一臺(tái)微機(jī)可以承擔(dān)系統(tǒng)的主要控制工作，而另一臺(tái)可以執(zhí)行諸如數(shù)據(jù)處理等一般性的工作。當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，故障機(jī)能自動(dòng)地脫離系統(tǒng)，另一臺(tái)微機(jī)就自動(dòng)地承擔(dān)起系統(tǒng)的所有任務(wù)，以保證系統(tǒng)的

9、正常工作。 圖82 多微機(jī)集散控制示意圖 BA1BUSA2An被測(cè)控對(duì)象第一級(jí) 2) 采用多微機(jī)集散控制系統(tǒng) 多微機(jī)集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是目前提高系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。如果把系統(tǒng)的所有任務(wù)分散地由多臺(tái)微機(jī)來(lái)承擔(dān),為了保持整個(gè)系統(tǒng)的完整性，還需用一臺(tái)適當(dāng)功能的微機(jī)作為上一級(jí)的管理主機(jī)，第一級(jí)由多臺(tái)微機(jī)分別對(duì)各被控對(duì)象進(jìn)行控制，而上一級(jí)的微機(jī)通過(guò)總線與下一級(jí)的微機(jī)相連接，并對(duì)它們實(shí)施管理和監(jiān)督。 多級(jí)分散應(yīng)用系統(tǒng)可以使微機(jī)的故障對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響減至最小。如果第一級(jí)中某一臺(tái)微機(jī)發(fā)生故障，其影響是很小的一個(gè)局部，而且故障機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)還可以由上一級(jí)主機(jī)來(lái)接替，因此，系統(tǒng)工作基本不受影響。如果上一

10、級(jí)管理機(jī)發(fā)生了故障，則下一級(jí)微機(jī)仍可以獨(dú)立維持對(duì)被控對(duì)象的控制，直到上一級(jí)管理機(jī)排除故障為止。 有關(guān)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的問(wèn)題是一個(gè)十分重要而又復(fù)雜的課題?？煽啃栽O(shè)計(jì)應(yīng)包括硬件的、軟件的、電源的、環(huán)境的及電磁兼容性的設(shè)計(jì)等，由于本書(shū)內(nèi)容的限制，請(qǐng)讀者參閱有關(guān)資料。設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則： 操作性好操作性好 實(shí)施性強(qiáng)實(shí)施性強(qiáng) 通用性好通用性好 經(jīng)濟(jì)效益高經(jīng)濟(jì)效益高 可靠性高可靠性高一般設(shè)計(jì)步驟：一般設(shè)計(jì)步驟： 系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì) 微型計(jì)算機(jī)選擇微型計(jì)算機(jī)選擇 控制算法設(shè)計(jì)控制算法設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)一、確定系統(tǒng)總體控制方案一、確定系統(tǒng)總體控制

11、方案 構(gòu)思系統(tǒng)的整體方案，應(yīng)從以下幾方面入手構(gòu)思系統(tǒng)的整體方案，應(yīng)從以下幾方面入手 ： 考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用什么方案執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用什么方案 有否特殊控制要求？特殊要求應(yīng)采取那些措施。有否特殊控制要求？特殊要求應(yīng)采取那些措施。 確定計(jì)算機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中所起的作用確定計(jì)算機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中所起的作用 二、確定控制算法二、確定控制算法三、選擇計(jì)算機(jī)三、選擇計(jì)算機(jī)所選計(jì)算機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：所選計(jì)算機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： 完善的中斷系統(tǒng)完善的中斷系統(tǒng) 足夠的存儲(chǔ)容量足夠的存儲(chǔ)容量 完備的完備的I/O通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘四、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 硬件軟件功能分配與協(xié)調(diào)硬件軟件

12、功能分配與協(xié)調(diào)大量使用硬件會(huì)增加成本，影響系統(tǒng)可靠性；增加軟件，系大量使用硬件會(huì)增加成本，影響系統(tǒng)可靠性；增加軟件，系統(tǒng)速度相應(yīng)降低統(tǒng)速度相應(yīng)降低 。 接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì) 接口設(shè)計(jì)內(nèi)容：接口設(shè)計(jì)內(nèi)容： 擴(kuò)充接口擴(kuò)充接口 安排接口電路的安排接口電路的I/O信號(hào)及交換方式。信號(hào)及交換方式。常用的擴(kuò)充方法：常用的擴(kuò)充方法： 選用專(zhuān)門(mén)的功能接口板選用專(zhuān)門(mén)的功能接口板 選用通用接口電路選用通用接口電路 用集成電路自行設(shè)計(jì)接口電路用集成電路自行設(shè)計(jì)接口電路 接口電路接口電路I/O信號(hào)的交換方式：信號(hào)的交換方式： 中斷控制讀取中斷控制讀取IO方式方式 直接存儲(chǔ)器存取方式直接存儲(chǔ)器存取方式 通道設(shè)計(jì)通道設(shè)計(jì)系統(tǒng)

13、系統(tǒng)I/O通道：通道： 數(shù)字量數(shù)字量I/O通道通道 開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)量I/O通道通道 模擬量模擬量I/O通道通道 脈沖量脈沖量I/O通道通道 在總體設(shè)計(jì)中，應(yīng)確定本系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置什么樣的通道、每個(gè)通道在總體設(shè)計(jì)中，應(yīng)確定本系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置什么樣的通道、每個(gè)通道由幾部分組成，各部分選用什么器件等。由幾部分組成，各部分選用什么器件等。 操作員控制臺(tái)設(shè)計(jì)操作員控制臺(tái)設(shè)計(jì) 包括：各種轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕、鍵盤(pán)、數(shù)字顯示器、狀態(tài)故障指包括：各種轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕、鍵盤(pán)、數(shù)字顯示器、狀態(tài)故障指示燈等。示燈等。 可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì) 五、硬件設(shè)計(jì)五、硬件設(shè)計(jì) 任務(wù)：任務(wù)：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電氣原理圖，再按根據(jù)系統(tǒng)總體框圖

14、，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電氣原理圖，再按照電氣原理圖選購(gòu)元件和進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。照電氣原理圖選購(gòu)元件和進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。包括：包括： 接口電路和接口電路和I/O通道的擴(kuò)充通道的擴(kuò)充 組合邏輯或時(shí)序邏輯電路組合邏輯或時(shí)序邏輯電路 供電電源供電電源 光電隔離光電隔離 電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換 驅(qū)動(dòng)放大電路等驅(qū)動(dòng)放大電路等 計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件的一般組成 外部接口及設(shè)備微處理機(jī)監(jiān)視及報(bào)警設(shè)備輸入接口常規(guī)外圍設(shè)備操 作 控 制 臺(tái)BUS輸出接口外存儲(chǔ)器輸入通道信號(hào)變換電 路輸出通道信號(hào)變換電 路控制監(jiān)測(cè)對(duì)象六、軟件設(shè)計(jì)六、軟件設(shè)計(jì) 軟件軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件組織應(yīng)用軟件的內(nèi)容及步驟：組織應(yīng)用軟件的內(nèi)容及步驟： 確

15、定具體要求確定具體要求 軟件規(guī)劃軟件規(guī)劃 程序編制程序編制 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 善后工作善后工作 確定具體要求確定具體要求 管理要求管理要求 輸入輸出要求輸入輸出要求 語(yǔ)言加工要求語(yǔ)言加工要求 功能處理要求功能處理要求 軟件規(guī)劃軟件規(guī)劃 模式選擇模式選擇 語(yǔ)言選擇語(yǔ)言選擇 匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言 確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 劃分程序塊劃分程序塊 確定程序編制順序確定程序編制順序 內(nèi)存安排內(nèi)存安排 用符號(hào)來(lái)代替某部分程序的首址。用符號(hào)來(lái)代替某部分程序的首址。 粗略估算各部分容量粗略估算各部分容量 根據(jù)具體情況對(duì)內(nèi)存作精確安排根據(jù)具體情況對(duì)內(nèi)存作精確安排 程序編排和分配程序編排和分配 軟件

16、裝配和總調(diào)軟件裝配和總調(diào) 軟件設(shè)計(jì)的善后工作軟件設(shè)計(jì)的善后工作 軟件軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)語(yǔ)言加工系統(tǒng)語(yǔ)言加工系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng) 控制程序控制程序數(shù)據(jù)采集及處理程序數(shù)據(jù)采集及處理程序巡回檢測(cè)程序巡回檢測(cè)程序數(shù)據(jù)管理程序數(shù)據(jù)管理程序編輯程序編輯程序編譯程序編譯程序連接、裝配程序連接、裝配程序調(diào)試程序調(diào)試程序子程序庫(kù)子程序庫(kù) 數(shù)據(jù)可靠性檢查程序數(shù)據(jù)可靠性檢查程序AD轉(zhuǎn)換及采樣程序轉(zhuǎn)換及采樣程序 數(shù)字濾波程序數(shù)字濾波程序 線性化處理程序線性化處理程序 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序 越限報(bào)警程序越限報(bào)警程序 事故預(yù)告程序事故預(yù)告程序 畫(huà)面顯示程序畫(huà)面顯示程序 圖9-1

17、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖返回本節(jié)控制對(duì)象的功能和工作過(guò)程分析估算及分配I/O口,存儲(chǔ)器容量及外圍設(shè)備畫(huà)系統(tǒng)工藝流程圖I/O口的具體分配畫(huà)系統(tǒng)程序框圖系統(tǒng)部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)編制源程序部件芯片老化篩選和測(cè)試匯編布線及安裝形成目標(biāo)程序系統(tǒng)試運(yùn)行調(diào)試硬件調(diào)試和仿真完成否?硬件錯(cuò)否?完成否?寫(xiě)入EPROM結(jié)束設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是是是否否否開(kāi) 始9.3 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 一 （電阻爐爐溫控制系統(tǒng)）電阻爐爐溫控制系統(tǒng)） 3.1 硬件電路 3.2 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型 3.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)返回本章首頁(yè)圖圖9-2 電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖9.3.1 硬件電路變送器鍵盤(pán)與顯示T0T1P

18、1.3P1.2P1.1P1.0P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP0PSENWRRDEAP3.3803174LS37327328155CEOC D7 0ALECEIO/MA7 0A7 01/2WRRDA0A1A2紅綠紅ABCCLKD7 0OEALESTARTIN0EOC.光耦驅(qū)動(dòng)器MC14528220V加熱絲LM31174LS00TIL117.過(guò)零信號(hào)發(fā)生器ACD0809.熱電偶1. 檢測(cè)元件及變送器 檢測(cè)元件選用鎳鉻-鎳鋁熱電偶，分度號(hào)為EU，適用于01000的溫度測(cè)量范圍，相應(yīng)輸出電壓為0mV41.32mV。 變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出

19、的041.32mV變換成010mA范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的010mA電流變換成05V范圍內(nèi)的電壓。 表9-1 溫度-數(shù)字量對(duì)照表2. 接口電路 8031的接口電路有ADC0809、8155和2732等。本系統(tǒng)采用ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片為8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809為溫度測(cè)量電路的輸入接口；8155用于鍵盤(pán)和顯示接口；2732作為8031外部程序(ROM)存儲(chǔ)器。3. 溫度控制電路如圖 雙向可控硅和加熱絲串接在交流回路，因此可控硅導(dǎo)通時(shí)間決定加熱絲的 加熱功率。圖9-3給出了可控硅在給定周期T內(nèi)具有不同導(dǎo)通時(shí)間的情況。過(guò)零信號(hào)是正弦交流電壓

20、過(guò)零時(shí)刻的同步脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過(guò)零后觸發(fā)導(dǎo)通。過(guò)零同步脈沖由過(guò)零觸發(fā)電路產(chǎn)生，如圖9-4所示。圖圖9-3 輸出功率與通斷時(shí)間的關(guān)系輸出功率與通斷時(shí)間的關(guān)系uuuutttt12.5%25%50%100%圖圖9-4 過(guò)零觸發(fā)電路過(guò)零觸發(fā)電路返回本節(jié). . . .LM311MCQ1Q274LS0014528TIL117+5V+5V+12V220V加熱器+5VA1P1.39.3.2 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型 閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可近似看成一階慣性環(huán)節(jié)加一個(gè)延遲環(huán)節(jié)。因此，根據(jù)前面的推導(dǎo)，可以得出：z )e-(1ze-1)e1 (K)e1)(ze1 (D(z)1 -N-T/-1 -T/-T/-P-T

21、/-1-T/11經(jīng)化簡(jiǎn)后得到：1 -N-1 -1z )C-(1Cz1Bz-AD(z)式中： A= )e1 (Ke11T/-P-T/B=A C= 1-T/e-T/e因?yàn)?，D(z)=R(z)/E(z)，得：E(z)BzA(R(z)z )C(1Cz1 -11 -N-1y(n)=Ae(n)-Be(n-1)+Cy(n-1)+(1-C)y(n-N-1) 式中：y(n)n時(shí)刻的輸出值；e(n)n時(shí)刻的偏差值；e(n-1)n-1時(shí)刻的偏差值；y(n-N-1)n-N-1時(shí)刻的輸出值。由系統(tǒng)的飛升特性曲線確定出和1后，系數(shù)A、B、C則可分別求出。返回本節(jié)9.3.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)圖9-5 主程序

22、流程圖1. 主程序主程序設(shè)定堆棧指針清標(biāo)志和暫存單元清顯示緩沖區(qū)T0初始化開(kāi)CPU中斷掃描鍵盤(pán)溫度顯示T1中斷程序清標(biāo)志D5H停止輸出T1中斷服務(wù)程序開(kāi) 始開(kāi) 始返 回2. T0中斷服務(wù)程 T0中斷服務(wù)程序是此系統(tǒng)的主體程序，用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報(bào)警和越限處理、大林算法計(jì)算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。在T0中斷服務(wù)程序中，要用到一系列子程序。如：采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、大林算法程序、標(biāo)度變換程序和溫度顯示程序等。T0中斷服務(wù)程序流程圖如圖9-6所示。圖9-6 T0中斷服務(wù)程序流程圖返回本節(jié)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)采樣爐溫?cái)?shù)字濾波U(n)=Ymax否？清上次越

23、限標(biāo)志U(n)Y max否？U(n)=Ymin否？溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換初始化T1從P1.3輸出求 補(bǔ)計(jì)算Y(n)溫度顯示(D5H)=1否?恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)取Ymax值輸出下限報(bào)警置本次越限標(biāo)志上次越限否?越限計(jì)數(shù)器加1越限N 次否?清越限標(biāo)志上限報(bào)警本次越限標(biāo)志送5FH清零5EH單元上限處理是是是是是是否否否否否否返 回開(kāi) 始9.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例二(城市交通管理控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)) 城市交通管理中十字路口交通燈的控制對(duì)車(chē)輛運(yùn)行效率及安全來(lái)說(shuō)十分重要。傳統(tǒng)管理利用人工定時(shí)切換方式，控制過(guò)程機(jī)械不靈活。采用計(jì)算機(jī)控制具有實(shí)時(shí)、高效、靈活和安全等優(yōu)點(diǎn)，可為城市交通管理帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 1.控

24、制要求及系統(tǒng)分析 城市交通管理中十字路口的交通燈布局情況如圖所示。 交通管理系統(tǒng)中要求對(duì)十字路口的交通燈進(jìn)行定時(shí)轉(zhuǎn)換控制，這種燈光控制的規(guī)律要求可歸結(jié)為： 縱向(A向)與橫向(B向)的交通燈定時(shí)60s交換紅綠色一次。 燈光有三種顏色：紅、黃、綠(對(duì)應(yīng)圖中的R、O、G)。每次交換時(shí)要求在黃色燈亮?xí)r停留3s。 一路在60s內(nèi)過(guò)車(chē)完后超過(guò)6s，無(wú)車(chē)?yán)^續(xù)過(guò)時(shí)，如另一路有車(chē)在等待，則自動(dòng)提前交換燈色。交換過(guò)程也得先在黃燈處停留3s。 在緊急車(chē)輛(如消防車(chē)、救護(hù)車(chē)等)通過(guò)時(shí)，四邊街口均顯紅燈，以便只許緊急車(chē)輛通過(guò)。其他車(chē)輛暫停行駛。緊急車(chē)輛過(guò)后自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的燈色標(biāo)志。 還可以提出更多的要求。不過(guò)，上述四點(diǎn)

25、基本要求已足以說(shuō)明交通燈控制問(wèn)題對(duì)計(jì)算機(jī)提出的方式是什么。這種控制方式具有如下的特點(diǎn)： (1)這是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，即無(wú)反饋的程序控制。 (2)開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出。圖中的車(chē)輛檢測(cè)傳感器(A1、A2及B1、B2)是光電開(kāi)關(guān)式的，所以送入計(jì)算機(jī)的信息是開(kāi)關(guān)量。計(jì)算機(jī)控制交通燈的通斷是通過(guò)繼電器的，所以也是開(kāi)關(guān)量輸出。 (3)有中斷響應(yīng)功能。即一路的車(chē)輛能夠申請(qǐng)另一路中斷其綠燈而讓其通行，不過(guò)這是有條件的，必須是被請(qǐng)求的一路已有6s無(wú)車(chē)通過(guò)，才會(huì)響應(yīng)。 (4)有非屏蔽中斷響應(yīng)功能。當(dāng)圖中的緊急車(chē)輛檢測(cè)傳感器(J)檢測(cè)到有緊急車(chē)輛要通過(guò)時(shí)，立即發(fā)出緊急中斷信號(hào)(也是開(kāi)關(guān)量)。這種中斷請(qǐng)求不必等到被

26、請(qǐng)求的一路已無(wú)車(chē)通過(guò)，而是無(wú)條件地停止其車(chē)輛通過(guò)。這就叫做非屏蔽中斷，是最高優(yōu)先級(jí)的中斷形式。圖JJB1B2GAGBRARBJA1A2JB向OARAA向OBGBOAGAOBRB 2. 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 十字路口的交通燈控制應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖中各部分的內(nèi)容及功能分述如下。 微型計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的核心，它具有下列最基本的組件： 微處理機(jī)包含CPU、ROM/RAM等部件。CPU是執(zhí)行程序，接受輸入信號(hào)并發(fā)出控制信號(hào)的指揮中心；ROM/RAM是只讀存儲(chǔ)器/隨機(jī)存儲(chǔ)器，存放著控制系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)，其中的程序是由用戶(hù)編制的，故稱(chēng)為用戶(hù)程序。這個(gè)程序是根據(jù)交通燈控制的需要而由設(shè)計(jì)者(用

27、戶(hù))制定的。圖PC8088微處理機(jī)繼電器板&并行接口電路ABGBA1B1B2A 向 三 色 燈RAREL微 型 計(jì) 算 機(jī)PAPB7J緊 急 檢 測(cè) 器或 門(mén) 板LED板&OAGARBOBGBB 向 三 色 燈A 向 檢 測(cè) 器B 向 檢 測(cè) 器A2 LED為發(fā)光二極管顯示器(模擬燈光標(biāo)志)。在編制程序時(shí)，此顯示器可幫助程序員觀察到存儲(chǔ)器中所存的內(nèi)容是否符合所編程序的要求，也可顯示控制過(guò)程。 并行接口電路：利用PA端口連接和控制十字路口的紅、黃、綠三色燈，PB端口連接緊急車(chē)輛檢測(cè)器。 REL為繼電器板。其中有六個(gè)繼電器以提高輸出接口的六條輸出線的功率，以便去控制A向及B向的交通

28、燈。 RA、OA、GA為A向兩個(gè)街口的交通燈，紅、黃、綠三色各有兩個(gè)燈。 RB、OB、GB為B向兩個(gè)街口的交通燈，也是三色各有兩個(gè)燈。 GB為門(mén)電路板。其中裝有兩個(gè)或門(mén)，這實(shí)際上是一個(gè)門(mén)電路組件。其各個(gè)與門(mén)的輸入輸出邏輯關(guān)系為：A1+A2=A，B1+B2=B。 A1及A2為放在A向兩個(gè)街口的檢測(cè)器，只要其中一個(gè)為1(有車(chē)要通過(guò))，則A=1，即通知計(jì)算機(jī)A向有車(chē)要求通過(guò)。 B1與B2是放在B向兩個(gè)街口的檢測(cè)器，其作用和A1、A2是相同的。 J是四個(gè)緊急車(chē)輛檢測(cè)器的公共入口。即四個(gè)控制器的輸出端并聯(lián)一起，接至此處。NMI為CPU的一個(gè)非屏蔽中斷輸入端，低電位(即在J=0時(shí))有效(表示有緊急車(chē)輛要通

29、過(guò))。通過(guò)NMI端而將此信息進(jìn)入CPU，從而使RAM中正在進(jìn)行的程序中斷，而跳轉(zhuǎn)至讓緊急車(chē)輛通過(guò)的中斷服務(wù)子程序。當(dāng)車(chē)輛過(guò)后，J恢復(fù)為1，則經(jīng)由PC口的輸入線而使程序恢復(fù)到原來(lái)的主程序上去。 3. 系統(tǒng)工作原理 這個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程如下： 開(kāi)始時(shí)設(shè)A向通行(GA，即A向的綠燈亮)，B向不通(RB，即B向的紅燈亮)。這樣通行60s后自動(dòng)轉(zhuǎn)為B向通行(GB綠燈亮)，A向不通(RA紅燈亮)。這是兩個(gè)方向都很頻繁通車(chē)的情況。 如在GA(綠燈)及RB(紅燈)亮?xí)r，A向并未有車(chē)輛通行，等待6s之后，如B向有車(chē)輛在等待通過(guò)，則通過(guò)B1或B2使程序跳轉(zhuǎn)，其結(jié)果是使燈光自動(dòng)按次序改變： GA及RB滅； OA及OB

30、亮(3s)； RA及GB亮，同時(shí)OA及OB滅。 從此時(shí)起B(yǎng)向車(chē)輛可以通行，60s后又自動(dòng)轉(zhuǎn)為A向車(chē)輛通行的程序。如無(wú)論哪個(gè)方向正在通行時(shí)，突然來(lái)了緊急車(chē)輛，不論其方向是否與正在通行的方向相同，則通過(guò)J(J=0)使程序跳轉(zhuǎn)至讓緊急車(chē)輛通行的子程序而使RA及RB都亮，此時(shí)沒(méi)有黃燈過(guò)渡時(shí)期，以便禁止一般車(chē)輛繼續(xù)通行。 此時(shí)子程序所達(dá)到的燈光控制效果為：如本來(lái)GA是亮的，則GA由亮轉(zhuǎn)滅，然后RA亮。而原來(lái)就是亮紅燈(RB)的B向，其紅燈RB仍不變。在A向和B向的紅燈全亮?xí)r，緊急車(chē)輛可以不受交通燈的管制而可隨意通行。根據(jù)上述的控制過(guò)程的燈色配置，可以將燈色狀態(tài)歸納成四個(gè)模式(PAD)，表列出了這四種模式

31、各自的燈色配置。表 燈色配置模式 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)上面討論的交通規(guī)則要求，可設(shè)計(jì)出如圖所示的程序流程圖。 程序設(shè)計(jì)思路如下： 程序開(kāi)始后，即對(duì)A向(縱向)進(jìn)行測(cè)試，如A=1為真，即A向有車(chē)要求通過(guò)，則程序轉(zhuǎn)至CHK1端而直接輸出燈色模式ZA，否則輸出燈色模式ZB(CHK2端)。 如 A 向 及 B 向 均 無(wú) 車(chē) 時(shí) ， 則 對(duì)CHK0及CHK2進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，同時(shí)維持原來(lái)的某一輸出狀態(tài)不變。在循環(huán)測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試某一方向有車(chē)，如A向有車(chē)，A=1為真，其控制流程為圖中的左半部，則控制過(guò)程如下：先檢查該A向原來(lái)是否已處于放行狀態(tài)(PAD=ZA)，如PADZA，則在A向轉(zhuǎn)為綠燈之前，必須經(jīng)黃

32、燈的過(guò)渡。所以要用ZC子程序和3s子程序，然后調(diào)用ZA子程序。 如果PAD=ZA，則說(shuō)明該A向已處于放行狀態(tài)，不需經(jīng)過(guò)ZC這個(gè)子程序，而直接由CHK1處進(jìn)入輸出ZA的方框(即PAD=ZA，而且已經(jīng)是了)，并等到60s子程序進(jìn)行完畢后再去進(jìn)行循環(huán)檢查。當(dāng)檢出B=1為真，即B向有車(chē)時(shí)，其控制流程為圖中的右半部，其過(guò)程和左半部完全一樣。 在圖中的60s子程序方框旁的箭頭附注A=0(或B=0)的意義是：在A向無(wú)車(chē)時(shí)，就轉(zhuǎn)入進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。為此，必須每隔若干秒(一般為零點(diǎn)幾秒)測(cè)試一次A或B是否為0。如A向(或B向)始終有車(chē)，則PAD=ZA(或PAD=ZB)，要延續(xù)至滿(mǎn)60s再轉(zhuǎn)入循環(huán)測(cè)試程序。 當(dāng)有緊急

33、車(chē)輛通過(guò)時(shí)，非屏蔽中斷線有效，則計(jì)算機(jī)進(jìn)入緊急車(chē)輛程序，此程序一開(kāi)始就將系統(tǒng)復(fù)位至初始狀態(tài)，等緊急車(chē)輛過(guò)完后，才又從“開(kāi)始”框進(jìn)入控制流程。圖 交通燈控制軟件流程圖 開(kāi) 始A 1？輸 出 ZCCHK3CHK1是是是是否否否否否是A 0A 1？PAD ZA3秒 子 程 序輸 出 ZA60秒 子 程 序B 1？PAD ZB輸 出 ZC3秒 子 程 序輸 出 ZB60秒 子 程 序B 09.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例三計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例三 (啤酒發(fā)酵過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)啤酒發(fā)酵過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)) 啤酒發(fā)酵工藝及控制要求啤酒發(fā)酵工藝及控制要求 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件和軟件的

34、設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的安裝調(diào)試運(yùn)行及控制效果系統(tǒng)的安裝調(diào)試運(yùn)行及控制效果 啤酒發(fā)酵過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 麥汁發(fā)酵過(guò)程是啤酒生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。過(guò)去，啤酒發(fā)酵過(guò)程采用傳統(tǒng)的手工操作控制，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，不易于管理，啤酒質(zhì)量差，產(chǎn)量低，酒損多。有些啤酒生產(chǎn)廠家采用常規(guī)的儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)，雖然給企業(yè)帶來(lái)一些益處，但不利于現(xiàn)代化管理和機(jī)動(dòng)靈活地修改工藝參數(shù)。采用計(jì)算機(jī)對(duì)啤酒發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和現(xiàn)代化管理，很好地解決了以上問(wèn)題，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 1.啤酒發(fā)酵工藝及控制要求 1) 啤酒發(fā)酵工藝簡(jiǎn)介 啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，通常在錐型發(fā)酵罐中進(jìn)行。在20多天的發(fā)酵期間，根

35、據(jù)酵母的活動(dòng)能力和生長(zhǎng)繁殖的快慢，確定發(fā)酵給定溫度曲線，如圖所示。要使酵母的繁殖和衰減、麥汁中糖度的消耗和雙乙醇等雜質(zhì)含量等方面達(dá)到最佳狀態(tài)，必須嚴(yán)格控制發(fā)酵各階段的溫度，使其在給定溫度的0.5范圍內(nèi)。直至滿(mǎn)足工藝要求為止。另外，在發(fā)酵過(guò)程中，還需在各段工藝中實(shí)行保壓，即要求發(fā)酵罐頂部氣體壓力恒定，以保證發(fā)酵過(guò)程的正確進(jìn)行。 圖 發(fā)酵過(guò)程溫度工藝曲線示意圖 ar /t / hbcdefg0 某啤酒廠要求控制10個(gè)200m3的錐型啤酒發(fā)酵罐，這種發(fā)酵罐的內(nèi)層是用不銹鋼板焊接而成的，外層用白鐵皮包制而成，內(nèi)層與外層中間是保溫材料和上、中、下三段冷卻帶。罐體由上、下兩部分組成，上部分是圓柱體，下部分

36、是圓錐體，故稱(chēng)為錐型發(fā)酵罐。在啤酒發(fā)酵期間，當(dāng)罐內(nèi)溫度低于給定的溫度時(shí)，則要關(guān)閉冷卻帶的閥門(mén)，使之自然發(fā)酵升溫；當(dāng)罐內(nèi)溫度高于給定溫度時(shí)，則要求接通冷卻帶的閥門(mén)，自動(dòng)地將冷酒精打入冷卻帶循環(huán)使之降溫， 2) 系統(tǒng)的控制要求 該系統(tǒng)的控制要求主要有以下幾個(gè)方面： (1)系統(tǒng)共有10個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)罐測(cè)量5個(gè)參數(shù)，即發(fā)酵罐的上、中、下三段溫度，罐內(nèi)上部氣體的壓力和罐內(nèi)發(fā)酵液的高度，共有30個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)、10個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)、10個(gè)液位測(cè)量點(diǎn)。因此共需檢測(cè)50個(gè)參數(shù)。 (2)自動(dòng)控制各個(gè)發(fā)酵罐中的上、中、下三段溫度使其按圖所示的工藝曲線運(yùn)行，溫度控制誤差不大于0.5,共有30個(gè)控制點(diǎn)。 (3)系統(tǒng)具有自動(dòng)

37、控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、控制室遙控三種工作方式。 (4)系統(tǒng)具有掉電保護(hù)、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置和工藝曲線修改設(shè)置功能。 (5)系統(tǒng)具有表格、圖型、曲線等顯示和打印功能。 2. 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 1) 發(fā)酵罐測(cè)控點(diǎn)的分布及管線結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)有10個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)發(fā)酵罐上有5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)和3個(gè)控制點(diǎn)，其中包括上段溫度TTa、中段溫度TTb、下段溫度TTc、罐內(nèi)上部氣體壓力PT、液位LT、上段冷帶調(diào)節(jié)閥TVa、中段冷帶調(diào)節(jié)閥TVb、下段冷帶調(diào)節(jié)閥TVc。檢測(cè)點(diǎn)與控制點(diǎn)的分布如圖所示。圖 發(fā)酵罐的測(cè)控點(diǎn)分布及管線圖 TTaTTbTTcPTLT冷卻液TVaTVbTVc 2) 檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 檢測(cè)裝置中，溫度檢測(cè)采用

38、WZP231鉑熱電阻(Pt100)和RTTBEKT溫度變送器，其輸入量程為20+50，輸出為420mA；壓力檢測(cè)采用CECY150G電容式壓力變送器，輸入量程(差壓)為00.25MPa，輸出為420mA；液位檢測(cè)采用CECU341G電容式液位變送器，輸入量程(差壓)為00.2MPa，輸出為420mA。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用ZDLP6B電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通徑為DG50，流通能力為CG32，并配有操作器DFQ2100。 3) 控制規(guī)律 啤酒發(fā)酵過(guò)程中，輸入量為冷卻液流量，輸出量為發(fā)酵液溫度，由操作經(jīng)驗(yàn)和離線辨識(shí)可知，被控對(duì)象具有大慣性和純滯后特性，而且在不同發(fā)酵階段特性參數(shù)變化很大，這是確定控制規(guī)律的依據(jù)。 為

39、適應(yīng)溫度給定值為折線的情況，在恒溫段采用增量型PI控制算法，在升溫、降溫段采用PID控制算法，考慮到被控對(duì)象大慣性和純滯后的特點(diǎn)，在控制軟件設(shè)計(jì)中提供了史密斯(Smith)預(yù)估控制算法。 4) 控制系統(tǒng)主機(jī)及過(guò)程通道模板 本 系 統(tǒng) 的 控 制 主 機(jī) 選 用 康 拓IPC8500工業(yè)控制機(jī)，并配有A/D和D/A模板來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程通道中的信號(hào)變換。 (1) IPC8500工業(yè)控制機(jī)。 康拓IPC8500工業(yè)控制機(jī)，機(jī)箱采用全鋼加固型結(jié)構(gòu),內(nèi)裝14槽PC總線無(wú)源母板，配有250W高效開(kāi)關(guān)電源，帶有雙制冷風(fēng)扇，前面板安裝引風(fēng)扇，開(kāi)關(guān)電源內(nèi)安裝排風(fēng)扇，引風(fēng)量大于排風(fēng)量，機(jī)箱內(nèi)部形成微正壓環(huán)境。 IPC8

40、500工業(yè)控制機(jī)，選用AllinoneCPU板，CPU為Intel80486DX266，板上有二級(jí)WATCHDOG(看門(mén)狗)，當(dāng)應(yīng)用軟件不能控制系統(tǒng)時(shí)，可觸發(fā)NMI和RESET。 另外，IPC8500工業(yè)控制機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)、CRT顯示器及打印機(jī)相連。 (2) 過(guò)程通道模板。 本系統(tǒng)選擇康拓IPC548832路12位光電隔離A/D板，并配有CMB54191B32路I/V變換板，作為系統(tǒng)的模擬量輸入通道。另外，選IPC54868路12位光電隔離D/A轉(zhuǎn)換板，作為模擬量輸出通道。 5) 控制系統(tǒng)的軟件 控制系統(tǒng)的軟件主要包括采樣、濾波、標(biāo)度變換、控制計(jì)算、控制輸出、中斷、計(jì)時(shí)、打印、顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)參

41、數(shù)修改、溫度給定曲線設(shè)定及修改、報(bào)表、圖形、曲線顯示等功能。 3.系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì) 1) 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)總體方案，可以畫(huà)出控制系統(tǒng)的組成框圖，如圖所示。 (1)模擬量輸入通道設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)檢測(cè)30個(gè)溫度(T1T30)、10個(gè)壓力(P1P10)、10個(gè)液位(H1H10)。對(duì)于溫度，我們選用WZP231鉑熱電阻30支和RTTBEKT溫度變送器3 0 只 進(jìn) 行 溫 度 測(cè) 量 和 變 送 ， 即 將 -20+50變換成420mA(DC)信號(hào)， 圖 啤酒發(fā)酵過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖 IPC-8500工業(yè)控制機(jī)鍵盤(pán)PCBUS32路A/D板IPC5488RTTB-EKTT1T30P1P1

42、0H1H10TV1TV8TV9TV16TV17TV24TV25TV3032路I/V板CMB5419-1BRTTB-EKTRptRptCECY-150GCECY-150GCECY-341GCECY-341G32路I/V板CMB5419-1B32路A/D板IPC5488ZDLP-6BZDLP-6BDFQ-2100DFQ-21008路D/A板IPC5486ZDLP-6BZDLP-6BDFQ-2100DFQ-21008路D/A板IPC5486ZDLP-6BZDLP-6BDFQ-2100DFQ-21008路D/A板IPC5486ZDLP-6BZDLP-6BDFQ-2100DFQ-21008路D/A板IP

43、C5486CRT打印機(jī) 送至32路I/V變換板CMB54191B，把420mA(DC)信號(hào)變換成15V(DC)信號(hào)，最后把15V(DC)信號(hào)送至32路12位光電隔離A/D板IPC5488，從而實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)據(jù)采集。對(duì)于壓力，選用10臺(tái)電容式壓力變送器CECY150G進(jìn)行壓力測(cè)量與變送，即將00.25MPa壓力變換成420mA(DC)信號(hào)，同樣經(jīng)過(guò)I/V變換板送至A/D板。對(duì)于液位，選用10臺(tái)電容式液位變送器CECY341G(實(shí)際上是單法蘭差壓變送器)，進(jìn)行液位測(cè)量和變送，即將00.2MPa的差壓轉(zhuǎn)換成420mA(DC)信號(hào)，同樣經(jīng)I/V變換送至A/D板。 (2) 模擬量輸出通道設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)自動(dòng)

44、控制30個(gè)溫度，即使用30個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥ZDLP6B，通過(guò)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)冷卻液(淡酒精)流量，達(dá)到控制發(fā)酵溫度的目的。在模擬輸出通道中，采用8路12位光電隔離D/A轉(zhuǎn)換板IPC5486，將計(jì)算機(jī)輸出的控制量轉(zhuǎn)換成420mA(DC)信號(hào) ， 該 信 號(hào) 送 至 操 作 器 D F Q 2 1 0 0 ，DFQ2100具有自動(dòng)和手動(dòng)切換功能，它輸出420mA(DC)信號(hào)送至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而實(shí)現(xiàn)控制30個(gè)調(diào)節(jié)閥(TV1TV30)，達(dá)到控制溫度的目的。 另外，系統(tǒng)還配有+24V(DC)電源給變送器、操作器供電。因采用光電隔離技術(shù)，故A/D板和D/A板都采用了DCDC電源變換模塊，提供光

45、電隔離所需的工作電源。 2) 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) (1)數(shù)據(jù)采集程序。 首先按順序采集30個(gè)溫度信號(hào)，然后再采集10個(gè)壓力信號(hào)，最后采集10個(gè)液位信號(hào)，這些信號(hào)共采集5遍并存儲(chǔ)起來(lái)，采樣周期T2s。 (2) 數(shù)字濾波程序。 將每個(gè)信號(hào)的5次測(cè)量值排序，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，剩余3個(gè)求平均值即為該信號(hào)的測(cè)量結(jié)果，即采用中位值濾波法與平均值濾波法相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。 (3)標(biāo)度變換程序。 變送器輸出的420mA(DC)信號(hào)，經(jīng)I/V變換后產(chǎn)生15V(DC)信號(hào)，進(jìn)行12位A/D轉(zhuǎn)換后，即得12位二進(jìn)制x，其對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理量要按下面方法求得(對(duì)于12位A/D轉(zhuǎn)換器，05V(DC)時(shí)輸出為000HFFFH)。 溫度的標(biāo)度變換。 溫度的量程范