第八章-微型计算机控制系统的设计PPT课件

设计原则 操作性好 实施性强 通用性好 经济效益高 可靠性高 一般设计步骤 系统总体控制方案设计 微型计算机选择 控制算法设计 硬件设计 软件设计 系统联调 8 1控制系统设计的一般步骤 一 确定系统总体控制方案 构思系统的整体方案 应从以下几方面入手 考虑系统结构 执行机构采用什么方案 有否特殊控制要求 特殊要求应采取那些措施 确定计算机在整个控制系统中所起的作用 8 1控制系统设计的一般步骤 二 确定控制算法 三 选择计算机所选计算机应满足以下要求 完善的中断系统 足够的存储容量 完备的I O通道和实时时钟 8 1控制系统设计的一般步骤 四 系统总体设计 硬件软件功能分配与协调大量使用硬件会增加成本 影响系统可靠性 增加软件 系统速度相应降低 8 1控制系统设计的一般步骤 四 系统总体设计 接口设计接口设计内容 扩充接口 安排接口电路的I O信号及交换方式 常用的扩充方法 选用专门的功能接口板 选用通用接口电路 用集成电路自行设计接口电路接口电路I O信号的交换方式 中断控制读取I O方式 直接存储器存取方式 8 1控制系统设计的一般步骤 四 系统总体设计 通道设计系统I O通道 数字量I O通道 开关量I O通道 模拟量I O通道 脉冲量I O通道在总体设计中 应确定本系统应设置什么样的通道 每个通道由几部分组成 各部分选用什么器件等 8 1控制系统设计的一般步骤 四 系统总体设计 操作员控制台设计包括 各种转换开关 按钮 键盘 数字显示器 状态故障指示灯等 可靠性设计 8 1控制系统设计的一般步骤 五 硬件设计任务 根据系统总体框图 设计出系统的电气原理图 再按照电气原理图选购元件和进行施工设计 包括 接口电路和I O通道的扩充 组合逻辑或时序逻辑电路 供电电源 光电隔离 电平转换 驱动放大电路等 8 1控制系统设计的一般步骤 六 软件设计 软件 系统软件应用软件 组织应用软件的内容及步骤 确定具体要求 软件规划 程序编制 软件调试 善后工作 8 1控制系统设计的一般步骤 六 软件设计 软件 系统软件应用软件 组织应用软件的内容及步骤 确定具体要求 管理要求 输入输出要求 语言加工要求 功能处理要求 8 1控制系统设计的一般步骤 六 软件设计 软件规划 模式选择 语言选择 汇编语言 高级语言 确定数据结构 划分程序块 确定程序编制顺序 8 1控制系统设计的一般步骤 六 软件设计 软件规划 内存安排 用符号来代替某部分程序的首址 粗略估算各部分容量 根据具体情况对内存作精确安排 程序编排和分配 软件装配和总调 软件设计的善后工作 软件 系统软件应用软件 操作系统语言加工系统诊断系统 控制程序数据采集及处理程序巡回检测程序数据管理程序 编辑程序编译程序连接 装配程序调试程序子程序库 数据可靠性检查程序A D转换及采样程序数字滤波程序线性化处理程序 数据采集程序越限报警程序事故预告程序画面显示程序 8 2控制系统的可靠性设计 控制系统可靠性 在规定的工作条件下和规定的时间内 这个系统正确完成规定功能的能力 一 可靠性的基本概念 固有可靠性工作可靠性可靠度失效率 平均寿命 产品的可靠性包括 8 2控制系统的可靠性设计 二 系统故障的来源造成计算机控制系统故障的因素 内部因素和环境因素 三 提高系统可靠性的措施提高硬件可靠性的措施 1 改进元 部件的可靠性 老化筛选 选用优质器件 按照器件手册所提供的参数 指标设计 使用集成电路芯片 适当地降级使用元件 8 2控制系统的可靠性设计 三 提高系统可靠性的措施提高硬件可靠性的措施 2 低使用应力水准3 简化系统结构4 采用冗余设计冗余设计的形式 热备份 冷备份5 提高维护技术 8 2控制系统的可靠性设计 三 提高系统可靠性的措施提高软件可靠性的措施 1 分析掌握软件设计要求2 选择合适的程序设计语言及其开发软件3 采用正确的编程方法 采用模块化结构 尽量避免程序结构语句 语法上的错误 程序应有详尽的注释 调试程序应有完整的记录 便于发现潜在问题 程序应具有良好的抗干扰能力 8 2控制系统的可靠性设计 三 提高系统可靠性的措施提高软件可靠性的措施 4 仔细检查 测试 试运行5 正确选用软件的存储介质 8 3微型计算机温度控制系统的设计 网带式多温区电阻炉微型计算机温度控制系统的设计 一 系统总体设计1 确定系统的控制任务控制对象 六温区网带式连续烧结电阻炉 设计要求 每个温区的温度在600 1000 范围内连续可控 各温区的温度以及网带的运行速度可自行设定 要求系统能够对六个温区的温度及网带运行速度巡回检测 显示和定时打印 8 3微型计算机温度控制系统的设计 网带式多温区电阻炉微型计算机温度控制系统的设计 一 系统总体设计1 确定系统的控制任务计算机控制系统应完成的主要任务有 六个温区温度的闭环直接数字控制 网带拖动直流调速系统的速度给定和速度检测 六个温区温度及网带运动速度的巡回检测 显示和定时打印 8 3微型计算机温度控制系统的设计 系统组成 微型计算机 输入通道 输出通道 2 输入输出通道及其接口设计1 温度检测模拟输入通道设计 特点 采用了由V F变换器和定时计数器组成的A D转换器 2 输入输出通道及其接口设计1 温度检测模拟输入通道设计 V F转换输入通道的结构通常为 设V F变换器的额定输出频率为F 计数器对输出脉冲的计数时间为Ts A D转换结果的分辨率为i 则有 取Ts 1s 则在V F的输出频率范围0 10kHz内 可以得到13位的A D转换结果 2 输入输出通道及其接口设计 2 晶闸管数字触发输出通道设计 晶闸管简介晶闸管 可控硅整流器 功率放大器件 晶闸管的工作方式有 调压方式 调功方式 调压方式 是通过利用移相触发脉冲调节晶闸管的导通角 使输入到电加热元件的电压改变 达到调节用电器的输入功率 来实现控制目的 调功方式 触发电路采用的是过零触发方式 外加正弦电压过零时控制信号才使晶闸管的触发导通 则负载上得到的电压是一个正弦波 调功方式输入电炉的平均功率为 P 输入电炉的功率 R 负载有效电阻 U 电网电压 n 允许导通的波头数 N 设定的波头数 当n 0时 电炉的输入功率为零 n N 电炉的输入功率为满功率 晶闸管数字触发输出通道设计过零检测同步脉冲电路 3 拨码盘给定输入通道拨码盘作为数字量的输入设备 设定和修改码盘值可作为控制系统的给定值 输入非数字信息时 需要事先将非数字信息转换为数字代码 再由拨码盘输入 4 数码显示输出通道包括 数字量输出接口电路 锁存译码驱动电路 七段数码管显示器炉温显示 一位显示温区代号 四位显示4位温度值 网带速度显示 一位显示网带速度代号 四位显示网带速度 5 打印机输出通道 系统配置了通用打印机接口电路 打印内容包括表头 制表 采样数据和采样时间 二 微型计算机选择控制系统选取采用STD总线标准的模块式工业控制计算机 本系统 主机板采用8098单片机多功能CPU模板 主频6MHz 配置了显示及操作面板接口模板 打印机接口模板 非通用数字触发控制模板 反馈通道的V F变换及A D转换模板 三 控制算法设计整个系统属于多变量系统 其数学描述传递矩阵为 其中 离散后可近似为 式中 y k 6 6矩阵 U k 6 1矩阵 A 6 6矩阵 B 6 6矩阵 对于系统的每一个温区 其简化动态结构 广义传递函数为 广义脉冲传递函数为 系统的闭环脉冲传递函数为 数字控制器的脉冲传递函数为 进一步简化为 式中 差分化后得到控制器差分方程 四 硬件设计硬件电路设计有 前级放大器及多路模拟转换开关 A D转换模板 数字触发控制模板 五 软件设计 系统控制程序的任务 系统初始化 多路模拟转换开关的切换控制 温度反馈信号采样和数字滤波 线性化处理 读给定输入值 且将BCD码转换为二进制码 完成系统的控制算法和控制输出 定点或巡回显示温度值和网带速度值 定时打印时间 温度和网带运行速度 系统控制程序的模块化按控制功能将程序分成三个程序模块 系统初始化程序模块 系统初始化包括 设置堆栈 清除动态数据缓冲区 初始化打印缓冲区 设置8253计数器的控制字和计数初