數(shù)據(jù)處理與控制策略

1、第10章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 Designing & Implementationof Computer Control Systems8/8/20221計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問題，又是一個(gè)工程問題 進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，不僅要掌握生產(chǎn)過程的工藝要求、被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，還要熟悉檢測(cè)、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、微電子等技術(shù)8/8/20222計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)包括：建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)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；選擇適宜的計(jì)算方法和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言；進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對(duì)硬件提出具體要求。8/8/202

2、23計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和步驟系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施本章主要內(nèi)容8/8/2022410.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和步驟 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟Designing Principles & Steps of Computer Control System8/8/2022510.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則操作性能好，維護(hù)與維修方便通用性好，便于擴(kuò)展可靠性高實(shí)時(shí)性好，適應(yīng)性強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益好8/8/202261、操作性能好，維護(hù)與維修方便系統(tǒng)的人機(jī)界面要友好，操作起來要簡(jiǎn)單、方便且便于維護(hù) , 增加操作的魯棒性等 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(shí)查

3、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(cè)點(diǎn)，便于檢修人員檢查與維修。在軟件上應(yīng)配備檢測(cè)與診斷程序，用于查找故障源。必要時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)計(jì)容錯(cuò)程序，在出現(xiàn)故障時(shí)能保證系統(tǒng)的安全 10.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則8/8/2022710.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則2、通用性好，便于擴(kuò)展盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，采用積木式模塊化結(jié) 構(gòu) 考慮在設(shè)備更新時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)不需要大的改動(dòng)就能立即適應(yīng)新的情況 。如盡可能采用通用的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu) ；接口部件盡量采用標(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(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)留有一定余量，也是可擴(kuò)充的首要條件 。8/8/

4、2022810.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則3、可靠性高首先，考慮選用高性能的工控機(jī)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(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行；其次，在設(shè)計(jì)控制方案時(shí)考慮各種安全保護(hù)措施，使系統(tǒng)具有異常報(bào)警、事故預(yù)測(cè)、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(jī)系統(tǒng)和多微機(jī)集散控制。 備份工作方式 主從工作方式 8/8/2022910.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則4、實(shí)時(shí)性好，適應(yīng)性強(qiáng)實(shí)時(shí)性是工業(yè)控制系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)之一，它要對(duì)內(nèi)部和外部事件都能及時(shí)地響應(yīng)，并在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)做出相應(yīng)的處理。 在開發(fā)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，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。

5、8/8/20221010.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則5、經(jīng)濟(jì)效益好除了滿足生產(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(jì)效益 。 一方面是系統(tǒng)性能價(jià)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(dòng)條件等經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益各方面進(jìn)行綜合評(píng)估，有可能是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題。 8/8/20221110.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟確定任務(wù)階段工程設(shè)計(jì)階段離線仿真和調(diào)試階段在線調(diào)試和投運(yùn)階段8/8/20221210.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟1、確定任務(wù)階段甲方提出任務(wù)委托書 乙方研究任務(wù)委托書雙方對(duì)任務(wù)委托書

6、進(jìn)行確認(rèn)性修改。 乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 乙方進(jìn)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(guó)際上習(xí)慣稱甲方為“買方”，稱乙方為“賣方”8/8/20221310.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟2、工程設(shè)計(jì)階段組建項(xiàng)目研制小組 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)方案論證與評(píng)審 硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì) 硬件和軟件的調(diào)試 系統(tǒng)組裝 8/8/20221410.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟3、離線仿真和調(diào)試階段硬件細(xì)化設(shè)計(jì)和軟件細(xì)化設(shè)計(jì)后，分別進(jìn)行調(diào)試，之后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的組裝。組裝是離線仿真和調(diào)試階段的前提和必要條件。 8/8/20221510.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟4

7、、在線調(diào)試和投運(yùn)階段所謂在線調(diào)試和運(yùn)行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行。 不管上述離線仿真和調(diào)試工作多么認(rèn)真、仔細(xì)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)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(yùn)行后，再仔細(xì)試運(yùn)行一段時(shí)間，如果不出現(xiàn)其他問題，即可組織驗(yàn)收。驗(yàn)收是系統(tǒng)項(xiàng)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(yàn)收完畢應(yīng)形成文件存檔。 8/8/20221610.2 系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施Designing Principles & Steps of Computer Control System計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)硬件工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)軟件工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行8/8/20

8、221710.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)硬件總體方案設(shè)計(jì)軟件總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案8/8/20221810.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1、硬件總體方案設(shè)計(jì)確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇其他方面考慮，如人機(jī)接口、機(jī)柜機(jī)箱、抗干擾8/8/20221910.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2、軟件總體方案設(shè)計(jì)依據(jù)用戶任務(wù)的技術(shù)要求和已作過的初步方案，進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)。 采用結(jié)構(gòu)化的“黑箱”設(shè)計(jì)法。先畫出較高一級(jí)的方框圖，然后再將大的方框分解成小的方框，直到能表達(dá)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。 8/8/202220

9、10.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3、系統(tǒng)總體方案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。總體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：系統(tǒng)主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框圖及文字說明控制策略和控制算法，如PID控制、串級(jí)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖方案比較和選擇。保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施?？垢蓴_和可靠性設(shè)計(jì)。機(jī)柜或機(jī)箱的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度計(jì)劃的安排。 8/8/20222110.2.2 硬件工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)選擇系統(tǒng)總線和主機(jī)機(jī)型選擇輸入輸出通道模板選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)8/8/20222210.2.2 硬件工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1、選擇系統(tǒng)總線和主機(jī)機(jī)型選擇系統(tǒng)的總線 采用總線可簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可擴(kuò)性好，系統(tǒng)更新性好內(nèi)部總線：PC總線和STD總線 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-4