第10章 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施

1、2022-4-22計算機控制技術(shù)1第10章 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施 2022-4-22計算機控制技術(shù)2 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計，既是一個理論問計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計，既是一個理論問題，又是一個工程問題題，又是一個工程問題 進行計算機控制系統(tǒng)的工程設(shè)計，不僅要進行計算機控制系統(tǒng)的工程設(shè)計，不僅要掌握生產(chǎn)過程的工藝要求、被控對象的動掌握生產(chǎn)過程的工藝要求、被控對象的動態(tài)和靜態(tài)特性，還要熟悉檢測、計算機、態(tài)和靜態(tài)特性，還要熟悉檢測、計算機、通信、自動控制、微電子等技術(shù)通信、自動控制、微電子等技術(shù)2022-4-22計算機控制技術(shù)3 計算機控制系統(tǒng)的理論設(shè)計包括：計算機控制系統(tǒng)的理論設(shè)計包括：建立被控對

2、象的數(shù)學(xué)模型；建立被控對象的數(shù)學(xué)模型；確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的系統(tǒng)目標(biāo)函確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，尋求滿足該目標(biāo)函數(shù)的控制規(guī)律；數(shù)，尋求滿足該目標(biāo)函數(shù)的控制規(guī)律；選擇適宜的計算方法和程序設(shè)計語言；選擇適宜的計算方法和程序設(shè)計語言；進行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對進行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對硬件提出具體要求。硬件提出具體要求。2022-4-22計算機控制技術(shù)4計算機控制系統(tǒng)設(shè)計原則和步驟計算機控制系統(tǒng)設(shè)計原則和步驟系統(tǒng)工程設(shè)計與實施系統(tǒng)工程設(shè)計與實施本章主要內(nèi)容2022-4-22計算機控制技術(shù)510.1計算機控制系統(tǒng)設(shè)計原則和步驟 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計原則計算機控制系統(tǒng)

3、設(shè)計步驟2022-4-22計算機控制技術(shù)62022-4-22計算機控制技術(shù)7 系統(tǒng)人機界面要友好，操作要簡單、方便且便于維護, 對重要操作加保護，增加操作魯棒性等 易于查找故障、排除故障;硬件上宜采用標(biāo)準(zhǔn)的功能模板式結(jié)構(gòu)，便于及時查找并更換故障模板。模板上還應(yīng)安裝工作狀態(tài)指示燈和監(jiān)測點，便于檢修人員檢查與維修。在軟件上應(yīng)配備檢測與診斷程序，用于查找故障源。必要時還應(yīng)考慮設(shè)計容錯程序，在出現(xiàn)故障時能保證系統(tǒng)的安全 2022-4-22計算機控制技術(shù)8盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，采用積木式模塊化結(jié)構(gòu) 考慮在設(shè)備更新時，整個系統(tǒng)不需要大的改動就能立即適應(yīng)新的情況。盡可能采用通用系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)；接口部件盡量采

4、用標(biāo)準(zhǔn)通用的大規(guī)模集成電路芯片；盡可能把接口硬件部分的操作功能用軟件來替代；系統(tǒng)的各項設(shè)計指標(biāo)留有一定余量，也是可擴充的首要條件 。2022-4-22計算機控制技術(shù)9首先，考慮選用高性能的工控機擔(dān)任工程控制任務(wù)，以保證系統(tǒng)的惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍能長時間正常運行；其次，在設(shè)計控制方案時考慮各種安全保護措施，使系統(tǒng)具有異常報警、事故預(yù)測、故障診斷與處理、安全聯(lián)鎖、不間斷電源等功能。第三，采用雙機系統(tǒng)和多微機集散控制。 備份工作方式 主從工作方式 2022-4-22計算機控制技術(shù)102022-4-22計算機控制技術(shù)112022-4-22計算機控制技術(shù)12 實時性是工業(yè)控制系統(tǒng)最主要的特點之一，它要對內(nèi)

5、部和外部事件都能及時地響應(yīng)，并在規(guī)定的時限內(nèi)做出相應(yīng)的處理。 定時事件和隨機事件的處理 在開發(fā)計算機控制系統(tǒng)時，一定要考慮到其應(yīng)用環(huán)境，保證在可能的環(huán)境下可靠地工作。 2022-4-22計算機控制技術(shù)13 除了滿足生產(chǎn)工藝所必需的技術(shù)質(zhì)量要求以外，也應(yīng)該帶來良好的經(jīng)濟效益 。 一方面是系統(tǒng)性能價格比要盡可能高，而投入產(chǎn)出比要盡可能低，回收周期要盡可能地短。 另一方面還要從提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，降低能耗，減少污染、改善勞動條件等經(jīng)濟、社會效益各方面進行綜合評估，有可能是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題。 2022-4-22計算機控制技術(shù)142022-4-22計算機控制技術(shù)15甲方提出任務(wù)委托書（招標(biāo)） 乙方研究

6、任務(wù)委托書雙方對任務(wù)委托書進行確認(rèn)性修改 乙方初步進行系統(tǒng)總體方案設(shè)計 乙方進行方案可行性論證簽訂合同書 甲方指的是任務(wù)的委托方 乙方則是系統(tǒng)工程的承接方。 國際上習(xí)慣稱甲方為“買方”，稱乙方為“賣方”2022-4-22計算機控制技術(shù)16組建項目研制小組 系統(tǒng)總體方案設(shè)計方案論證與評審 硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計 硬件和軟件的調(diào)試 系統(tǒng)組裝 2022-4-22計算機控制技術(shù)17組裝后在實驗室而不是工業(yè)現(xiàn)場進行的仿真和調(diào)試。離線仿真和調(diào)試后，還要進行考機運行2022-4-22計算機控制技術(shù)18所謂在線調(diào)試和運行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進行現(xiàn)場調(diào)試和運行。 不管上述離線仿真和調(diào)試工作多么認(rèn)真、仔

7、細(xì)，現(xiàn)場調(diào)試和運行仍可能出現(xiàn)問題，因此必須認(rèn)真分析加以解決 系統(tǒng)正常運行后，再仔細(xì)試運行一段時間，如果不出現(xiàn)其他問題，即可組織驗收。驗收是系統(tǒng)項目最終完成的標(biāo)志，應(yīng)由甲方主持乙方參加，雙方協(xié)同辦理。驗收完畢應(yīng)形成文件存檔。 2022-4-22計算機控制技術(shù)1910.2 系統(tǒng)工程設(shè)計與實施計算機控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計硬件工程設(shè)計與實現(xiàn)軟件工程設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試與運行2022-4-22計算機控制技術(shù)202022-4-22計算機控制技術(shù)21確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型DDC、SCC、DCS確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式工控機、PLC、單片機現(xiàn)場設(shè)備選擇-傳感器、變送器、執(zhí)行器其他方面考慮，如人機接口、機柜機箱、抗干擾、通

8、訊方式、總線、供電、顯示方式2022-4-22計算機控制技術(shù)22依據(jù)用戶任務(wù)的技術(shù)要求和已作過的初步方案，進行軟件的總體設(shè)計。 采用結(jié)構(gòu)化的“黑箱”設(shè)計法。先畫出較高一級的方框圖，然后再將大的方框分解成小的方框，直到能表達清楚功能為止。軟件總體方案還應(yīng)考慮確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、控制算法等。 2022-4-22計算機控制技術(shù)23將上面的硬件和軟件總體方案合在一起構(gòu)成系統(tǒng)總體方案?？傮w方案論證后形成文件，建立總體方案文檔 系統(tǒng)總體文件的內(nèi)容包括：v系統(tǒng)主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框圖及文字說明v控制策略和控制算法，如PID控制、串級控制v系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖v方案

9、比較和選擇。v保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施。v抗干擾和可靠性設(shè)計。v機柜或機箱的機構(gòu)設(shè)計。v經(jīng)費和進度計劃的安排。 2022-4-22計算機控制技術(shù)242022-4-22計算機控制技術(shù)25選擇系統(tǒng)的總線選擇系統(tǒng)的總線 v采用總線可簡化硬件設(shè)計，系統(tǒng)可擴性好，系統(tǒng)更新性好v內(nèi)部總線：PC總線和STD總線 v外部總線：并行通信總線（如IEEE-488）和串行通信總線（如RS-232C、RS-422和RS-485） 選擇主機機型選擇主機機型 v在總線式工業(yè)控制機中，有許多機型。vCPU、內(nèi)存、硬盤、主頻、顯示卡、CRT顯示器也有多種規(guī)格。設(shè)計人員可根據(jù)要求合理地進行選型。2022-4-22計算機控制技術(shù)26數(shù)字量（開關(guān)量）輸入輸出（DI/DO）模板模擬量輸入輸出（AI/AO）模板 研華PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡研華PCI-1720模擬量輸出卡2022-4-22計算機控制技術(shù)27選擇變送器 變送器能將被測變量轉(zhuǎn)換為可遠傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號且輸出信號與被測變量有一定連續(xù)關(guān)系。 DDZ-II、DDZ-III、DDZ-S 選擇執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)作用是接受計算機發(fā)出的控制信號，把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機構(gòu)的動作，使生產(chǎn)過程按預(yù)先規(guī)定要求正常運行 v分為氣動、電動、液壓三種類型 2022-4-22計算機控制技術(shù)282022-4-22計算機控制技術(shù)292022-4-22計算機控制技術(shù)30規(guī)劃需求分析系統(tǒng)設(shè)