计控0903班《计算机控制技术》第13-14周教案.doc

课程名称检查签字计算机控制技术授课时数4授课方法多媒体教学教具投影仪授课时间第13周周三3-4第14周 周一1-2授课班级计控0903教学目的1， 掌握计算机控制系统的设计原则（总分总，模块化，自上而下）2， 掌握计算机控制系统的设计步骤3， 掌握计算机控制系统的总体方案设计4， 硬件和软件的详细设计的内容和要求5， 掌握计算机控制系统的调试运行工作流程和抗干扰可靠性设计。教学重点和难点1， 重点是计算机控制系统的总体设计原则及设计步骤；难点是如何让学生记住并真正的应用到实际项目中2， 重点：总分总和模块化设计理念 3， 重点：可靠性设计复习提问教学内容、方法和过程附 记教学内容：1，计算机控制系统的几大设计原则：重点讲述需求制定和可靠性原则2，计算机控制系统的设计思路：总分总，模块化，自上而下瀑布式设计；模块间的连接要高效、可靠、低耦合；软硬件的折中3，计算机控制系统的设计步骤：详细介绍设计步骤；包括总体设计，软件，硬件，结构设计的重点关注点。4，掌握计算机控制系统的总体方案设计（调研、硬件设计、软件设计、总体方案）5，硬件和软件部分的详细设计6， 调试7， 可靠性设计教学方法：讲授，提问，举例等一、计算机控制系统的几大设计原则1，满足工艺需求。2，可靠性设计要求（鲁棒性定义，冗余设计，可靠性测试），举例硬件ESD问题，德国在青岛的地下管道等问题，电表E2错乱问题，大连PHS啸叫问题。3，操作性能好4，实时性能好5，通用性好便于维护的要求（易损件冗余设计，安装方便，测试点等）6，一定要有成本的概念（成本分析；只选对的，不选贵的）二、计算机控制系统的总体设计步骤1，再次强调总分总概念，沿着总分总的路子，使用模块化设计原则（拆分、拆分、再拆分；综合、综合、再综合），讲述总体步骤中包含的内容2，讲述项目管理和TEAMWORK的概念3，讲述任务书的主要内容，基本指标、市场对比等，给出一个MRD的实例三计算机控制系统的总体方案确定计算机控制系统总体方案是进行系统设计的关键而重要的一步。总体方案的好坏，直接影响到整个控制系统的成本、性能、实施细则和开发周期等。总体方案的设计主要是根据被控对象的工艺要求确定。为了设计出一个切实可行的总体方案与实施方案，设计者必须深入了解生产过程，分析工艺流程及工作环境，熟悉工艺要求，确定系统的控制目标与任务。尽管被控对象多种多样，工艺要求各不相同，在总体方案设计中还是有一定共性。 1 工艺调研 a. 调研的任务 b. 形成调研报告和初步方案 c. 形成总体设计技术报告 2 硬件总体方案设计 a. 确定系统的结构和类型 b. 确定系统的构成方式 c. 现场设备选择 d. 其他方面的考虑 3 软件总体方案设计 软件总体方案设计的内容主要是确定软件平台、软件结构，任务分解，建立系统的数学模型、控制策略和控制算法等。在软件设计也应采用结构化、模块化、通用化的设计方法，自上而下或自下而上地画出软件结构方框图，逐级细化，直到能清楚地表达出控制系统所要解决的问题为止。在确定系统总体方案时，对系统的软件、硬件功能的划分要做统一的综合考虑，因为一些控制功能既能由硬件实现，也可用软件实现，如计数、逻辑控制等。采用何种方式比较合适，应根据实时性要求及整个系统的性能价格比综合比较后确定。4 系统总体方案 系统总体方案是硬件总体方案和软件总体方案的组合体。 系统的总体方案反映了整个系统的综合情况，要从正确性、可行性、先进性、可用性和经济性等角度来评价系统的总体方案。 作为总体方案的一部分，设计者还应提供对各子系统功能检测的一些测试依据或标准。对于较大的系统，还要编制专门的测试规范。 四、计算机控制系统的硬件详细设计步骤1选择系统总线 a. 内总线选择 内总线是计算机系统各组成部分之间进行通信的总线，按功能分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线四部分，每种型号的计算机都有自身的内部总线。 b. 外总线选择 外总线是计算机与计算机之间或计算机与其他智能设备之间或智能外设之间进行通信的连线集合，它包括IEEE-488并行通信总线和RS-232C串行通信总线；对于远距离通信、多站点互联通信，还有RS-422和RS-485通信总线。 2 选择主机 3 选择输入输出板卡 选择模拟量输入输出板卡 选择数字量（开关量）输入输出板卡 4 选择传感器和变送器 5 选择执行机构 6 控制操作面板设计 五、计算机控制系统的软件详细设计步骤软件是指完成各种功能的计算机程序的总和，如操作、管理、监视、控制、计算和自诊断等。软件是计算机的中枢神经，整个系统的动作都是在软件指挥下进行协调工作的，决定了整个控制系统的功能强弱。软件可分为系统软件和应用软件两部分。1控制系统对应用软件的要求 a. 实时性 b针对性 c灵活性和通用性 d可靠性和容错性e有效性f可维护性 2 工业控制软件的功能 a. 数据输入输出及报警检测功能 b. 回路控制功能 c. 画面显示功能 d. 报表功能 e. 系统生成功能 f. 通讯功能 3 工业控制软件的种类和模块结构 4 应用软件的设计方法与工具选择 a. 设计过程b. 设计方法模块化程序设计结构化程序设计 c. 应用软件开发工具的选择 用汇编语言编写的程序代码针对性强，代码长度短，程序执行速度快，实时性强，且要求的硬件也少，但编程繁琐，工作量大，调试困难，开发周期长，通用性差，不便于交流推广。高级语言通用性好，编程容易，功能多，数据运算和处理能力强，但实时性相对差些。六、计算机控制系统的联调、测试调试与运行工作流程在系统调试和运行阶段，应做好调试方案、测试数据、图表等记录，并建立完备的调试文档资料。 七、计算机控制系统的可靠性设计1、计算机控制系统的抗干扰设计 计算机控制系统是对生产过程进行监测和控制，它往往工作在工业现场。由于工业现场的环境复杂，并且恶劣，计算机控制系统不可避免地受到各种各样的干扰。这些干扰可能会影响到系统的控制精度，使系统的性能指标下降，降低系统的可靠性，甚至导致系统的运行混乱和故障，进而造成生产事故。1) 干扰信号的来源 a. 内部干扰 b外部干扰 2) 干扰信号的种类 3) 抗干扰技术 接地技术 屏蔽技术 隔离技术4) 干扰信号的抑制 2计算机控制系统的稳定性设计 计算机控制系统对可靠性提出了很高的要求，系统一旦发生故障，既有可能造成经济损失，还有可能造成安全事故。因此，设计控制系统时必须考虑可靠性。可靠性技术涉及到生产过程的多个方面，不仅与设计、制造、安装、维护有关，而且还与生产管理、质量监控体系、使用人员的专业技术水平与素质有关。 1）影响可靠性的因素 内部因素，外部因素2）可靠性设计技术 a. 硬件的可靠性设计技术 元器件级 部件及系统级b. 软件的可靠性设计技术 利用软件提高系统可靠性的具体措施包括： 采用系统信息管理的软件。它与硬件配合，对信息进行保护，这包括防止信息被破坏，在出现故障时保护信息；在故障排除后，恢复信息等。 利用软件冗余，防止信息的输入输出过程及传送过程中出错。如对关键数据采用重复校验方式，对信息采用重复传送并进行校验等。 编制诊断程序，及时发现故障，找出故障的部位并排除，以便缩短修理时间。 用软件进行系统调度。课程名称检查签字计算机控制技术授课时数2授课方法多媒体教学教具投影仪授课时间第14周周三3-4授课班级计控0903教学目的1， 掌握使用单片机进行继电器控制2， 掌握使用单片机进行步进电机控制教