第10章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施課件

第10章

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

Designing&ImplementationofComputerControlSystems7/22/20231計(jì)算機(jī)控制技術(shù)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、被控對象的動態(tài)和靜態(tài)特性，還要熟悉檢測、計(jì)算機(jī)、通信、自動控制、微電子等技術(shù)7/22/20232計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)包括：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(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)語言；進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對硬件提出具體要求。7/22/20233計(jì)算機(jī)控制技術(shù)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7/22/20234計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1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DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem7/22/20235計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.1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7/22/20236計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1、操作性能好，維護(hù)與維修方便系統(tǒng)人機(jī)界面要友好，操作要簡單、方便且便于維護(hù),對重要操作加保護(hù)，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(shí)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(diǎn)，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(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7/22/20237計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.1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。7/22/20238計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則3、可靠性高-----------最重要的要求首先，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、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7/22/20239計(jì)算機(jī)控制技術(shù)7/22/202310計(jì)算機(jī)控制技術(shù)7/22/202311計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.1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。定時(shí)事件和隨機(jī)事件的處理

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。

7/22/202312計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.1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、改善勞動條件等經(jīng)濟(jì)、社會效益各方面進(jìn)行綜合評估，有可能是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題。7/22/202313計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.2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7/22/202314計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.2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（招標(biāo)）乙方研究任務(wù)委托書雙方對任務(wù)委托書進(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。國際上習(xí)慣稱甲方為“買方”，稱乙方為“賣方”7/22/202315計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.2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7/22/202316計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟3、離線仿真和調(diào)試階段組裝后在實(shí)驗(yàn)室而不是工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行的仿真和調(diào)試。離線仿真和調(diào)試后，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行7/22/202317計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟4、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。7/22/202318計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem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7/22/202319計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.1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7/22/202320計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.1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—DDC、SCC、DCS確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式—工控機(jī)、PLC、單片機(jī)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(jī)接口、機(jī)柜機(jī)箱、抗干擾、通訊方式、總線、供電、顯示方式7/22/202321計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.1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。7/22/202322計(jì)算機(jī)控制技術(shù)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?？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：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。抗干擾和可靠性設(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。

7/22/202323計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.2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)7/22/202324計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.2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-485）選擇主機(jī)機(jī)型在總線式工業(yè)控制機(jī)中，有許多機(jī)型。CPU、內(nèi)存、硬盤、主頻、顯示卡、CRT顯示器也有多種規(guī)格。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)要求合理地進(jìn)行選型。7/22/202325計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.2硬件工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2、選擇輸入輸出通道模板數(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7/22/202326計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.2硬件工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3、選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇變送器變送器能將被測變量轉(zhuǎn)換為可遠(yuǎn)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(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號，把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動作，使生產(chǎn)過程按預(yù)先規(guī)定要求正常運(yùn)行分為氣動、電動、液壓三種類型7/22/202327計(jì)算機(jī)控制技術(shù)7/22/202328計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.3軟件工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃資源分配實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)時(shí)鐘與中斷處理控制算法、控制量輸出數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通信等7/22/202329計(jì)算機(jī)控制技術(shù)規(guī)劃需求分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程序編制

調(diào)試

運(yùn)行維護(hù)

軟件生存期數(shù)據(jù)庫生存期運(yùn)行和維護(hù)

實(shí)現(xiàn)

物理設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)需求分析規(guī)劃7/22/202330計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10.2.4系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行離線仿真與調(diào)試一般在實(shí)驗(yàn)室或非工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行硬件調(diào)試與軟件調(diào)試系統(tǒng)仿真在線調(diào)試與運(yùn)行檢查現(xiàn)場安裝及準(zhǔn)備條件系統(tǒng)投運(yùn)與參數(shù)整定7/22/202331計(jì)算機(jī)控制技術(shù)本章小結(jié)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7/22/202332計(jì)算機(jī)控制技術(shù)經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量Study