计算机控制技术及工程应用第十四章

1、回到总目录，学习第十四章控制系统的设计和工程的实现，本章要点： 1计算机控制系统的设计原则。 2初步掌握计算机控制系统的设计程序。 学习三个实例，认识和初步掌握单片机、仪表、IPC和PLC控制系统的设计思路。 本章的主要内容是，为了满足14.1控制系统的设计原则14.2控制工序的实现步骤14.3控制工序的应用例子、14.1控制系统的设计原则流程的要求，需要提高生产过程中提出的要求和性能指标的可靠性。 用系统的平均故障和平均修理时间测量操作性能，易于使用、维护、实时性强，外部时间通用性强，软件移植经济效益高，系统成本效益高，投入产出率低， 14.2控制工序的实现步骤主要知识要点14.2.1准备阶

2、段14.2.2设计阶段14.2.3仿真和调试阶段14.2.4现场调试运行阶段、14.2.1准备阶段、14.2.2设计阶段，1 .整体设计根据控制对象的要求主要是决定系统的任务和控制方案决定系统的构成方式选择现场设备，决定控制算法的硬件功能的另一方面，(1)根据控制任务的复杂性、控制精度、实时性的要求等选择主板(总线类型(2)从ai、AO点数、分辨率和精度、收集速度等中选择AD、DA板(包含通道数、信号种类、范围等) (3)根据di、DO点数和其他要求，选择开关量输入输出板(包含通道数、信号种类、交流直流和电力的大小等) 根据机器的联系人选择相应的接口板或显示操作面板(包括参数设定、状态显示、手

3、动自动切换和异常警报等) (5)根据需要选择各种外围接口、通信板等(6)基于进程流程(7)根据进程流程选择执行装置(包括能量类型、信号种类、型号规格等)。 2 .硬件设计、编程语言的选择数据类型和数据结构计划资源分配控制软件的设计1 )数据收集和数据处理程序2 )控制算法程序3 )控制量输出程序4 )人机接口程序5 )实时时钟和数据管理和数据通信程序设计方法采用模块化和自上而下程序设计方法，3软件设计具体步骤： 1硬件调试2软件调试3系统模拟4试验机，14.2.3模拟和调试阶段， 硬件调试主要包括各种标准功能模板、输入输出信号、现场仪表、致动器和通信网络系统的调试。 2软件调试软件的调试顺序是

4、子程序、功能模块、主程序。 1硬件调试、系统仿真应用类似的原理和模拟关系研究事物，即代替实际被控制对象而用模型进行实验和研究，也称为模拟调试。 系统模拟类型：全物理模拟(即，模拟环境条件下的全实物模拟)半物理模拟(即，硬件闭路动态试验)数字模拟(计算机模拟)。 4试验机根据系统仿真，进行试验机的运行，即长时间的运行试验，有时根据实际的运行环境，进行高温和低温的骤变运行试验、振动和电磁干扰试验、电源电压的骤变和停电试验等特殊的运行条件的试验。 3在系统仿真、在线调试前进行以下检查： 1检测元件、变送器、显示仪表、调节阀等必须通过检查，保证精度。 作为检查，有几种现场验证是可能的。 2各种电线和测

5、量导管必须检查，确保正确连接。 3 .检查系统的干扰情况和接地情况，不满足要求的，必须采取措施。 4也必须检查安全防护措施。14.2.4现场调试运行阶段，主要内容是14.3.1水槽水位单片机控制系统14.3.2循环水装置IPC系统14.3.3水循环PLC控制系统14.3.4集约釜温度计控制系统14.3.5PLC和14.3控制工序的应用例1系统概要2硬件电路3程序设计，14.3.1水槽水位单片机控制系统，动画链接，图14-2水槽水位控制电路，1系统概要，2硬件电路，3程序设计，1系统概要2硬件电路14.3.2循环水装置IPC系统，(1)工艺流程，1系统概要10点参数检测功能22个参数设定功能PI

6、D控制功能工艺计算，列表描绘功能其他功能指标，(2)控制要求，2硬件设计，(1)以中断方式完成，3软件设计，(2) 1系统概要2硬件设计3程序设计，14.3.3水回收PLC控制系统，动画链接，(1)工艺流程，1系统概要，(2)控制要求构成14台泵和马达，4池的水位检测。 在水位计作用使用时的声光警报全自动、分组自动、半自动控制方式中，水位计的上限、下限分别是该池排水泵自动on、off的PLC输入信号。 手动控制方式手动操作按钮停止14个负荷，不受水位的影响。 生化半自动控制方式在生化池水位的上限和下限自动控制生化泵的开、关，给药计量泵、CLO2发生器的开、关是手动操作的。 组自动控制方式在整个

7、系统中调节池水位、生化池水位、清水池水位、集池水位、溢流泵、罗茨风机自动机组。 控制要求：按下自动组按钮后，被按下的按钮的灯闪烁，选择主、备用马达按钮后，自动组按钮的灯点亮，水位达到上限时，马达停止，按钮灯闪烁。 作为全自动方式控制要求的全自动准备按钮一启动，系统就变成全自动运转状态，硬件设计是PLC系统配置、PLC配线图、中文显示器(1)PLC系统配置过程要求： 14台被控制设备以on、on、4种控制方式运转、停止， 故障状态的灯指示PLC配置：软件编程方法中一台带灯按钮显示一台设备的全部控制和状态指示功能， 4种控制方式及其切换在配置了24个带灯按钮的系统整体上选择开关量输入40点和开关量

8、输出32点为德国SIEMENS的S7-200主机CPU226，开关量24输入16点、数字量扩展模块EM223、开关量16输入/16输出(2)提供PLC输入输出布线图，(3)中文显示器操作界面选择TD200中文文本显示器。 特征：简洁，价格低，操作接口连接简单，不需要独立电源，用电缆连接S7-200CPU的PPI接口，3程序设计，14.3.4聚合釜温度计控制系统，1系统概要2整体方案3硬件设计4软件设计，1系统工艺流反应物流入聚合釜，发生化学反应开始产生气体，排出口被导入气相色谱，在线检测气体成分和含量。 釜内的反应物介质是酸性腐蚀性气体，会产生高压力。 2 )测定要求温度为200oC5oC，压

9、力最高为10Mpa。 要求在计算机显示器上实时显示，能够记录4个釜中的4点的温度和压力的数据变化，并且显示记录参数的时间周期可以在秒、分、小时之间任意调整。 电加热器的电力为1000W、220VAC。 2整体方案，本例采用基础观测控制、上层监视的上下双层控制方案。 整个系统只有4个温度控制电路和4个压力检测参数，温度、压力传感器的输出信号是模拟信号，所以基础测量装置采用智能数字仪表，同时通过RS485现场总线连接上位机，实现计算机数据采集、信号处理、数据3硬件设计，1 )过程控制流程图设计，(1)温度传感器WREK-191E型护套热电偶，规格1.51003000mm。 (2)压力传感器离子束薄

10、膜压力传感器，型号TQ-551，量程016MPa，工作电压24V，输出电流420mA，精度为0.1，适应-40 400的温度环境，且具有高稳定性、振动冲击、耐腐蚀的全不锈钢结构。 2 )选定测量传感器，3 )温度显示控制器选定厦门宇光电子公司的AI人工智能工业调节器/温度控制器4台，型号为AI708/A/G/S。 4 )压力循环测量器选定厦门宇光电子公司的AI系列测量器，型号为AI704M/A/J5/J5/S4。 5 )使用测量系统和仪表盘设计、4软件设计、亚控制公司的生态软件进行编程。基于14.3.5PLC和IPC的锅炉综合控制系统、1系统概要2整体方案3硬件构成4控制策略5 PLC软件设计

11、6站软件设计、1系统概要、锅炉室10t/h温水锅炉2台、20t/h温水锅炉1台和6t/h 其中蒸汽锅炉被用来给浴室、食堂、中央空调等供给蒸汽，根据需要增加汽水热交换装置来补充热。 三台温水锅炉用于全院教育区、宿舍区和家庭区的供暖。 设计将所有采暖面积根据地形和地理位置分为5个独立的供热区域，分别分为高区教育区、低区教育区、高区生活区、低区生活区和综合实验区，在各区域设置一个交换站，设置两台板式水-水交换器，实现各区域的独立供热。 如此，三台温水锅炉作为供热系统的一次网循环，五个交换站作为二次循环，实现校园整体的供热任务。 4台锅炉的送风、送风以及一次、二次网循环泵是用变频调速器控制的。 1 )

12、对象介绍，计算机控制系统的任务是实现对1台蒸汽锅炉、3台温水锅炉和5台热交换站的监控和控制，具体如下。 (1)蒸汽锅炉的控制电路包括滚筒水位控制、蒸汽压力控制、吹气控制、炉膛负压控制。 (2)温水锅炉控制电路包括出水温度控制、吹气(控制、炉膛负压控制)。 (3)一次循环系统控制回路包括循环压力控制、水补充压力控制。 (4)二次热交换站的控制回路包括循环压力(控制、二次网出水温度控制、水补充压力控制)。 其中，蒸汽锅炉的测量点为滚筒水位等20点，温水锅炉的测量点为19点，热交换站和公共部分的测量点为40点。 2 )控制任务，2整体方案吸收DCS、PLC和FCS的各优点，采用由IPC构成软件PLC

13、构成的分散型控制系统方案，其系统结构由管理层、监视层和现场控制层三层构成。3硬件构成，1 )工作站选择研华公司制造的奔腾4控制台，配置了10/100MHz以太网卡和支持Profibus、MPI、PPI等总线方式的5611通信卡。 2 )现场控制站(1)1#控制站。 PLC1控制1#、2#和3#温水锅炉。 (2)2#控制站。 即PLC2负责4#蒸汽锅炉、公共部分和5个交换站的控制和监视任务。 (3)作业台和仪表。 操作台上安装有电脑、显示器、手动操作器、变频器的起动、停止按钮等。 (4)变频器。 系统整体有22台变频器，均选定了美国洛克威尔公司(原美国AB公司)的鼓风机、泵类专用变频器Power

14、Flex400系列。 4控制策略，1 )数据采集和处理由PLC负责，进行数字滤波器、测量比例转换、热电阻、热电偶的线性化等处理。 2 )鼓水位控制采用由级联前馈构成的三脉冲控制策略。 3 )蒸汽压力控制利用智能PID算法控制蒸汽压力回路，将蒸汽流量作为前馈量导入，迅速消除负荷的混乱。 4 )锅炉吹气控制自动优化算法。 5 )将炉膛负压控制吹气量作为负压控制电路的前馈量来消除干扰。 6 )出水温度控制锅炉出水温度的设定曲线是与室外温度和昼夜时间相关的函数。7 )根据安全保护故障的等级，自动地进行不同等级的保护动作，直到停止为止。5 PLC软件设计、6站软件设计、系统画面中包含锅炉系统的流程图、系统别流程图、热交换站的流程图等，能够以锅炉系统整体的过程为形象动态显示设计了条形图显示画面、报告打印画面、实时趋势、历史趋势画面和系统自检画面等，实现锅炉和供暖系统的监控功能。 简述思考问题，1计算机控制系统的设计原则。 2制定整个计算机控制系统的设计方案时应考虑的问题是什么？ 3图1