计算机控制系统设计与实现(1)

1、第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 第第2 2章章 工业控制计算机工业控制计算机 第第3 3章章 I/O接口与过程通道接口与过程通道 第第4 4章章 顺序控制与数字控制技术顺序控制与数字控制技术 第第5 5章章 数字控制器设计数字控制器设计 第第6 6章章 控制系统的数据处理技术控制系统的数据处理技术 第第7 7章章 复杂控制技术复杂控制技术 第第8 8章章 计算机计算机控制系统设计与实现控制系统设计与实现 第第9 9章章 智能控制技术基础智能控制技术基础 第第1010章章 控制网络技术控制网络技术 第第6 6章章 控制系统的数据处理技术控制系统的数据处理技术 8.1 系统设

2、计的原则与步骤系统设计的原则与步骤 8.2 系统的工程设计与实现系统的工程设计与实现 8.3 电热油炉温度单片机控电热油炉温度单片机控 制系统设计制系统设计 8.4 工控机应用实例工控机应用实例 仿真转台控制系统设计仿真转台控制系统设计 第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 第第2 2章章 工业控制计算机工业控制计算机 第第3 3章章 I/O接口与过程通道接口与过程通道 第第4 4章章 顺序控制与数字控制技术顺序控制与数字控制技术 第第5 5章章 数字控制器设计数字控制器设计 第第7 7章章 复杂控制技术复杂控制技术 第第8 8章章 计算机控制系统设计与实现计算机控制系统设计与

3、实现 第第9 9章章 智能控制技术基础智能控制技术基础 第第1010章章 控制网络技术控制网络技术 8.1 8.1.2 系统设计的步骤系统设计的步骤 8.1.1 系统设计的原则系统设计的原则 8.2 8.2.2 硬件的工程设计与实现硬件的工程设计与实现 8.2.1 系统总体方案设计系统总体方案设计 8.2.3 软件的工程设计与实现软件的工程设计与实现 8.2.4 系统的调试与运行系统的调试与运行 8.3 8.3.2 硬件系统设计硬件系统设计 8.3.1 控制任务与工艺要求控制任务与工艺要求 8.3.3 数学模型与控制算法数学模型与控制算法 8.3.4 软件设计软件设计 8.4 8.4.2 硬件

4、设计硬件设计 8.4.1 系统概述系统概述 8.4.3 软件设计软件设计 8.1.1 8.1.2 工程项目与控制任务的确定阶段 1 工程项目的设计阶段 2 图8.1离线仿真和调试阶段流程如图 离线仿真和调试阶段离线仿真和调试阶段 3 在线仿真和调试阶段在线仿真和调试阶段 4 8.2.1 确定系统的性质和结构 1 确定系统的构成方式 2 现场设备选择 3 确定控制策略和控制算法 4 硬件、软件功能的划分 5 其它方面的考虑 6 系统总体方案 7 。 8.2.2 选择系统的总线和主机机型 1 选择输入输出通道模板 2 据被测参数的种类、量程、被测对象的介质类型和环境来选 择 变送器的具体型号。 选

5、择变送器和执行机构 3 组态软件是一种针对控制系统而设计的面向问题的高级语言，它为用户 提供 了众多的功能模块 8.2.3 编程语言选择 1 数据类型和数据结构规划 2 分 配清单，作为编程依据 资源分配 3 算法、模糊控制算法、最优控制算法等。：实际实现时， 可 选择合适的一种或几种控制算法，来实现控制。 实时控制软件设计 4 调节阀。开关量控制信号驱动各种电气开关。 处理。事件处理用中断服务程序和相应的硬件电路来完成。 8.2.4 离线仿真和调试离线仿真和调试 1 在线仿真和调试在线仿真和调试 2 用热设备，即加热一循环一再加热再循环。其工 艺 流程图如图8.1所示。 8.3.1 系统概述

6、系统概述 1 1 4 5 6 7 P 3 反应釜 2 T1T2 T3 T4 T5 Y T1：出口温度 T2：入口温度 图8.3电热油炉主电路原理图 系统的技术指标系统的技术指标 2 工艺要求工艺要求 3 MO P O TT =10% T 2 VO eTT 图8.5 电热油炉温度控制系统框图 8.3.2 系统的基本工作原理 1 单片机的选择 2 数据存储器扩展 3 设定的温度曲线需要长期保存，扩展一片串行EEPROM AT24C256来保存设定的温度曲线 传感器的选择 4 图图8.6 铂电阻及其信号放大电路图铂电阻及其信号放大电路图 A/D转换器的选择与接口设计转换器的选择与接口设计 5 EA/

7、VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 W R 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89S52 NC 1 NC 2 NC 3 GND 4 VCC 8 TEST 7

8、 SCL 6 SDA 5 U2 AT24C256 NC 1 CS 2 CH0 3 CH1 4 CH2 5 CH3 6 DGND 7 Vcc 14 DI 13 CLK 12 SART 11 DO 10 AGND 8 REF 9 U3 TLC0834 VCC VCC OUT VCC R3 R4 VCC R5 R6 L1 L2 VCC R7 VCC Y1 C2 30pF C1 30pF VCC CS1 CS2 CLKZ DIOZ KEYINT 34 U4B 74F04 12 U4A 7404 1 23 4 U8 SSR R2 R1 VCC VCC + - U7 J1 220V 显示器、键盘接口设计显

9、示器、键盘接口设计 6 R TC C 1 VC C 2 NC 3 GND 4 NC 5 C S 6 C LK 7 DIO 8 KEY 9 SG 10 SF 11 SE 12 SD 13 SC 14 SB 15 SA 16 DP 17 DIG0 18 DIG1 19 DIG2 20 DIG3 21 DIG4 22 DIG5 23 DIG6 24 DIG7 25 C LK0 26 R C 27 R ST 28 U5 ZLG7289A R TC C 1 VC C 2 NC 3 GND 4 NC 5 C S 6 C LK 7 DIO 8 KEY 9 SG 10 SF 11 SE 12 SD 13 SC

10、 14 SB 15 SA 16 DP 17 DIG0 18 DIG1 19 DIG2 20 DIG3 21 DIG4 22 DIG5 23 DIG6 24 DIG7 25 C LK0 26 R C 27 R ST 28 U6 ZLG7289A VC C R 8 VC C Y2C 6 30pF C 5 30pF R 10 R 11 R 12 R 13 R 14 R 15 R 16 R 17 270 VC C R 18 R 19 R 20 R 21 R 22 R 23 R 24 R 25 270 R 26 100K R 27 100K R 28 100K R 29 100K R 30 100K R

11、 31 100K R 32 100K R 33 100K S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 R 26R 27 R ESZLG R ESZLG R C C LK0 R C C LK0 C S1 C S2 C LKZ DIOZ KEYINT C S1 C S2 C LKZ DIOZ KEYINT D1D8 D9D10D11D12 D2 执行器的选择执行器的选择 7 报警电路与状态显示电路报警电路与状态显示电路 8 1 S Ke W S TS 72minT 8min 330K 8.3.3 数学模型建立数学模型建立 1 控制规

12、律的选择和参数计算控制规律的选择和参数计算 2 0 1 t PD I dE PKETEdt dtT 1112 2 D kkPkkkkkk I TT PPkEEEEEE TT 1 / kpokikDikik P K U UK U UT M P K D KM式中： 为已知。 8.3.4 N N 开始 上电复位 初始化 系统自检 正常？ 报警 调LED显示子程序 调键盘输入子程序 N N N N 设置参数 启动油泵 停止加热 停止油泵 油泵启动？ 晶闸管三相调功模块导通 启动A/D转换 数据采样 数字滤波 标度变换 温度显示 温度超限？ 全功率输出 温差10？ PID控制 调键盘输入子程序 加热停止

13、键？ N N N N 有键按下？ 设定键？ 油泵启动键？ 加热启动键？ 加热停止键？ 油泵停止键？ 8.4.1 控制运算 测角电路 功放 上位机 输入 处理 输出 处理 电机 工控机部分 被控对象 控制运算 测角电路 功放 上位机 输入 处理 输出 处理 电机 工控机部分 被控对象 图图8.11 伺服系统组成框图伺服系统组成框图 转台台体部分可分为内环轴、中环轴、外环轴，分别用X轴、 Y轴、Z轴表示。 三轴仿真转台由工业控制计算机、测角电路、功率放大、驱 动电机、被控对象构成闭环控制系统，如图8.10所示。 8.4.2 工业机箱的选择 选择IPC-610-H-02-S 4U高14槽上架式机箱。

14、主要特点如 下： 4U高支持14槽背板 配置300WATX PFC PS/2电源 前端可安装3个半高磁盘驱动器，一个3.5”FDD 和一个内置 3.5”磁盘驱动器 前置USB / PS2 接口 工控机主机的选择工控机主机的选择 1 前置系统状态监测模块 能抗冲击，振荡，并且能在高温下稳定工作 支持ATX 母板和400W PFC电源 主机板的选择 选择PCA6187全长型主机板。PCA6187采用Intel 865G 芯片组，支持Intel Socket 478 Pentium4/Celeron处理器，支 持400/533/800前端总线，由于支持双通道DDR400内存，因 此提供更高的内存带宽

15、。除了支援IDE界面外，PCA6187还 支援SATA界面，可以有更高的磁盘性能表现，更细的更长的 线缆便于布线。其它的特点包括内建高性能VGA显示卡，双 千兆以太网接口，双通道Ultra 160 SCSI界面，六个USB2.0 端口，和两个RS232串口，一个并口，和软驱接口。 无源底板的选择 选择PCA-6114P7-0D3E型底板。 I/O输入输出模块的选择输入输出模块的选择 2 传感器的选择传感器的选择 3 角度的测量选用感应同步器，测量后的数据由集成的 转换模块转换为数字信号，经数字量输入端口读入工 控机。 通信接口通信接口 4 工 控 机 主 板 ISA、 PCI 总 线 模入信号

16、 调理板 模拟量 输出板 HY-6050 显 示 器 打 印 机 键 盘 伺服 放大 数字量 输入输出板 PCI-722 串口 通信 上位机 工 控 机 主 板 ISA、 PCI 总 线 模入信号 调理板 模拟量 输出板 HY-6050 显 示 器 打 印 机 键 盘 伺服 放大 数字量 输入输出板 PCI-722 串口 通信 上位机 图图8.12 IPC硬件组成框图硬件组成框图 8.4.3 开始 初始化 包括初始化 PCL722板卡 创建保存采集 数据的文件 串口数据标志=1 显示采集的数据 数据保存标志=1 有按键按下 报文数据处 理子程序 串口数据 标志=0 保存数据子程序 数据保存标志=0 计数器=0 按键处理 子程序(ESC退出) Y Y Y 开中断 初始化串口 初始化定时器 设定工作方式 图图 8.13 主主 程程 序序 流流 程程 图图 初始化子程序初始化子程序 1 设置控制方式和控制参数子程序设置控制方式和控制参数子程序 2 中断服务子程序 3 定时中断服 务子程序 采集角度数据 选择控制算法，计算控制量 输出控制量 EOI 图8.14 定时中断服务子程序流程图 串行中断服务子 程序 判断中断类型 读入RDR数据 进行报文处理，解析报文命令 传递控制参数到主程序 EOI 图8.15 串行通讯中断服务子程序流程图 当 e(k) 时，即偏差比较小时，采用III