工業(yè)控制計(jì)算機(jī)選型與應(yīng)用

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)選型與應(yīng)用

在工業(yè)控制和應(yīng)用過程中，計(jì)算機(jī)對(duì)工業(yè)控制有高的要求。如果我們不注意或忽視這些要求，我們將導(dǎo)致業(yè)務(wù)領(lǐng)域的消失或失控、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的丟失、通信不良、生產(chǎn)工藝混亂和公司的正常生產(chǎn)。因此在保證系統(tǒng)配置的情況下應(yīng)重點(diǎn)考慮計(jì)算機(jī)的選型和人機(jī)接口方法1選擇合適的微型計(jì)算機(jī)為了保證工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,在總體方案確定以后,首要任務(wù)是選擇一臺(tái)適合的微型計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在市場上的機(jī)型種類很多,所以必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)研、比較,特別是在可靠性及性價(jià)比方面給予高度的重視。1.1基于模塊化設(shè)計(jì)的工業(yè)控制系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象與控制要求選擇機(jī)型。選用現(xiàn)成的微機(jī)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)的普及,目前已有許多工業(yè)控制機(jī)在市場上銷售,選用現(xiàn)成的微機(jī)系統(tǒng)將是人們配置工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的首選。成品工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使用方便,不需要很深的專業(yè)理論,編程方便。采用這種方案,選擇時(shí)應(yīng)充分考慮工業(yè)控制機(jī)的性能、存儲(chǔ)容量、I/O通道的數(shù)量和種類、配置的外設(shè)以及所帶的系統(tǒng)軟件情況。利用單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)。在中小企業(yè),當(dāng)需要控制的變量比較少,控制任務(wù)不多時(shí),可利用購買的成品單片機(jī)(或單板機(jī))進(jìn)行二次開發(fā),配置必須的輸入/輸出通道、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器以及編制適當(dāng)?shù)膽?yīng)用軟件,便可以組成巡回檢測系統(tǒng)、PID模擬儀表控制系統(tǒng)以及DDC直接數(shù)字控制系統(tǒng)等。這種方法的特點(diǎn)是價(jià)格便宜、機(jī)動(dòng)靈活。采用標(biāo)準(zhǔn)功能模塊構(gòu)成系統(tǒng)。各模塊之間采用相同的系統(tǒng)總線進(jìn)行連接,根據(jù)系統(tǒng)的要求,可以選配多種不同功能、不同數(shù)量的模塊構(gòu)成不同規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)。采用模塊化設(shè)計(jì)的工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng),配置靈活、方便,根據(jù)需要將所需模塊插入機(jī)架內(nèi)的插槽中即可,無需進(jìn)行硬件電路的二次開發(fā);并且維修簡單、使用方便。能夠進(jìn)行模塊化配置的系統(tǒng),一般應(yīng)在定型產(chǎn)品中選擇,自行設(shè)計(jì)或請(qǐng)廠家?guī)椭O(shè)計(jì)。1.2中斷服務(wù)能力當(dāng)機(jī)型方案確定以后,就應(yīng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行選擇。主要是對(duì)微型機(jī)的位數(shù)、指令系統(tǒng)等進(jìn)行選擇,同時(shí)還應(yīng)對(duì)微機(jī)的中斷系統(tǒng)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、支持人機(jī)對(duì)話能力等進(jìn)行考慮。微機(jī)的位數(shù)選擇。一般微處理器能夠一次處理的位數(shù)越多,它的運(yùn)算功能及控制功能就越強(qiáng),但成本也就越高。目前主要有8位、16位和32位機(jī)。字長的選擇一般根據(jù)工藝的要求和市場微機(jī)的價(jià)格,并綜合可用的軟件情況,按照其性價(jià)比來進(jìn)行選擇。中斷系統(tǒng)選擇。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須具有實(shí)時(shí)控制能力。實(shí)時(shí)控制包含兩方面的內(nèi)容:一是在系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)控制能力;二是在發(fā)生故障時(shí)的緊急事故處理能力。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)往往需要在線修改某些參數(shù),改變某個(gè)工作程序或在某個(gè)規(guī)定時(shí)間間隔到達(dá)時(shí),啟動(dòng)某種處理功能;在輸入輸出異?；虺霈F(xiàn)緊急情況時(shí)應(yīng)進(jìn)行報(bào)警和自動(dòng)作出必要的處理,如某接口電路發(fā)生故障,需要將冗余設(shè)備迅速切入運(yùn)行,替代故障設(shè)備等。處理這些問題一般都采用中斷控制方式,CPU應(yīng)及時(shí)接收中斷請(qǐng)求,暫停原來執(zhí)行的程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序,待中斷服務(wù)程序處理完畢,再返回原來程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。因此,要求微型機(jī)的CPU具有較完整的中斷服務(wù)系統(tǒng),保證控制系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)過程中提出的各種控制要求。內(nèi)存容量的選擇。單片機(jī)等微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量有限,內(nèi)存容量通常需要擴(kuò)充,有時(shí)還應(yīng)配備適當(dāng)?shù)耐獯鎯?chǔ)器,如通常配盒式磁帶機(jī)等,用于在調(diào)試階段暫存程序和數(shù)據(jù)。單板機(jī)可配備2K至8K以上的只讀存儲(chǔ)器,監(jiān)控程序和調(diào)試成功的應(yīng)用程序都寫入只讀存儲(chǔ)器,實(shí)現(xiàn)軟件固化。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常有64K以上的內(nèi)存,一般配有磁盤作為外存儲(chǔ)器,系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序可保存在磁盤內(nèi),運(yùn)行前由操作人員從磁盤裝入內(nèi)存。歷史數(shù)據(jù)通常用軟盤等外存設(shè)備保存,需要使用時(shí)調(diào)入內(nèi)存,也可進(jìn)行趨勢(shì)顯示或數(shù)據(jù)分析等。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也可以擴(kuò)充只讀存儲(chǔ)器,將調(diào)試成功的應(yīng)用程序?qū)懭胫蛔x存儲(chǔ)器,提高系統(tǒng)可靠性。實(shí)時(shí)時(shí)鐘的選擇。實(shí)時(shí)時(shí)鐘在過程控制中給出時(shí)間參數(shù),記下某事件發(fā)生的時(shí)刻,同時(shí)使系統(tǒng)能按規(guī)定的時(shí)間順序完成各種操作,支持良好的人機(jī)對(duì)話。實(shí)時(shí)時(shí)鐘同時(shí)還是協(xié)調(diào)通信過程的重要因素,各模塊之間的數(shù)據(jù)通信的同步靠時(shí)鐘來協(xié)調(diào)。2.人機(jī)接口的構(gòu)成是一種人機(jī)接口即時(shí)生產(chǎn)過程高度自動(dòng)化,在生產(chǎn)運(yùn)行中仍需要操作人員的干預(yù)。通常,操作人員依賴生產(chǎn)年過程的大量信息進(jìn)行決策,并通過發(fā)出操作命令來干預(yù)過程的控制,因此需要人和計(jì)算機(jī)交互信息,完成這種交互功能的部件即所謂人機(jī)接口。人機(jī)接口的主要功能在于把系統(tǒng)的信息傳給個(gè)人,為人對(duì)生產(chǎn)過程的分析和判斷提供依據(jù),并把人們要執(zhí)行的命令信息傳給系統(tǒng),由系統(tǒng)去具體實(shí)施。現(xiàn)階段的人機(jī)接口裝置主要有:儀表盤、CRT顯示器、.便攜式的手操器。2.1對(duì)單一儀表的信任度常規(guī)控制系統(tǒng)中,模擬儀表盤就是主要的人機(jī)接口。操作人員要通過觀察各種變量的儀表示值來判定控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的好壞,并進(jìn)行相關(guān)的操作。這種人機(jī)接口的特點(diǎn)是一臺(tái)儀表指示一個(gè)或很少的幾個(gè)變量的瞬時(shí)值,多塊儀表并行指示過程變量,每一變量的調(diào)整都要在對(duì)應(yīng)的儀表上進(jìn)行。對(duì)于歷史數(shù)據(jù),一般是通過記錄紙來實(shí)現(xiàn),通過記錄紙走紙,在記錄紙上記錄下變量的變化趨勢(shì)。操作人員對(duì)過程運(yùn)行狀況的判斷和故障原因的判斷通常要通過對(duì)幾塊儀表的示值或記錄紙的監(jiān)視和對(duì)比來實(shí)現(xiàn),同時(shí)還要定期記錄相關(guān)的重要數(shù)據(jù),工作量大。在計(jì)算機(jī)控制使用初期,由于計(jì)算機(jī)技術(shù)還不夠成熟,操作人員掌握計(jì)算機(jī)的程度不夠,人們對(duì)計(jì)算機(jī)控制的信任度不足,曾經(jīng)一度出現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)控制系統(tǒng)并行存在于同一裝置或過程的控制之中的歷史現(xiàn)象。在這種情況下,操作人員還主要以傳統(tǒng)的儀表面板操作作為人機(jī)接口。2.2crt自動(dòng)顯示系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代開始至今,CRT顯示器作為人機(jī)接口被廣泛采用。CRT顯示器可以顯示圖形、文字、數(shù)據(jù)等信息,進(jìn)行靈活的組合,能夠顯示出快速、簡明、動(dòng)態(tài)的過程畫面,并顯示報(bào)警信息,能按照儀表刻度盤的外形形狀顯示過程變量的值,并能夠顯示變量的歷史趨勢(shì)。顯示界面接近常規(guī)儀表的面板樣式,符合操作人員的習(xí)慣,CRT顯示器成為了人機(jī)聯(lián)系的主要窗口。為便于操作人員了解和控制生產(chǎn)過程,通常配備操作員鍵盤、鼠標(biāo)、軌跡球、打印機(jī)、拷貝機(jī)、操作臺(tái)等,構(gòu)成相對(duì)完備的CRT人機(jī)接口系統(tǒng)。操作人員通過CRT窗口監(jiān)視生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況,通過鍵盤操作與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互,實(shí)施對(duì)過程的干預(yù),通過打印機(jī)打印出各種報(bào)表和其他信息。和傳統(tǒng)的儀表盤臺(tái)不同,大量的變量顯示和其他信息的顯示、操作都濃縮在一個(gè)很小的CRT窗口上進(jìn)行,操作人員不必來回走動(dòng)去觀察和記錄過程數(shù)據(jù),不必到具體儀表上進(jìn)行操作。隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展,超薄液晶顯示器已經(jīng)出現(xiàn),在不遠(yuǎn)的將來,新型的顯示器可能會(huì)取代現(xiàn)在的CRT顯示器。2.3檢查和控制計(jì)算機(jī)這一類型的人機(jī)接口裝置主要用在職能化的變送器和智能化執(zhí)行器上。在一些單機(jī)或多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,便攜式手操器是在工業(yè)