计算机控制系统设计与实现.ppt

1、计算机控制系统的设定修订既是理论问题，也是工程问题。 计算机控制系统的理论设定修订包括：建立受控对象的数学模型，确定符合一定技术经济指标(包括建立受控对象的数学模型)的系统目标函数，选择适当的修订计算方法和编程语言，求出符合该目标函数的控制规则计算机控制系统的工程不仅要掌握生产过程的过程要求，而且要掌握被控对象的动态和静态特性，熟悉自动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、微电子技术等。第8章计算机控制系统的设置修订和实现、8.1系统的设置修订原则和程序、8.1.1系统设置修订原则、安全可靠(环境差、干扰、备份系统、故障诊断)操作维护的便利性实时性高(定时事件、随机事件) 通用性好(硬

2、件标准总线和模块结构如果不这样做，系统发生故障，整个控制过程就会混乱，导致严重的结果，所造成的损失往往大大超过计算机控制系统本身的价值。 工业生产过程，特别是连续生产过程的企业，不允许存在故障率高的设备。 系统可靠性是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。 在纠错机控制系统中，一般将可靠性指标表示为系统的平均无故障时间MTBF和平均维护时间MTTR。 MTBF反映了系统的可靠工作能力，MTTR表示系统一出现故障就恢复工作的能力，通常MTBF大于某个规定值，希望MTTR值越短越好。 (1)因为安全可靠，在系统设定订正时，首先选择高性能的产业控制订正机，保证在严酷的产业环境下也能正常工

3、作。 其次，制定可靠的控制方案，具备警报、事故预测、事故处理、不间断电源等安全对策。 为了预防电脑的故障，也有必要修订后备装置。 对于一般的控制回路，选择手动操作器作为备份。对于重要回路，选择通常的控制仪表作为备份。 如果计算机发生故障，则将备用装置切换到控制电路，维持生产过程的正常工作。 对于特殊的控制对象，可以设定为2台修正机相互预备地执行控制任务，成为2台系统。 在大型系统中，考虑到功能的分散，应采用分散控制系统或现场总线控制系统。 具有使用方便和维护方便的两个意义。 首先，方便使用。 在系统设定修改时，应尽量考虑用户的易用性，特别是操作面板的设定修改，体现操作的先进性，同时考虑原来的操

4、作习惯。 控制开关不太多也不复杂，尽量降低使用者对专业知识的要求，使他们能够在短时间内熟悉操作。 其次，易于维护，如果发生故障，便于检索和故障排除。 在硬件方面，从必须考虑部件的排列位置、标准化的模板构造、带电插拔是否容易等的软件的观点来看，为了能够通过程序发现故障发生时发生故障的地方，构成错误检查程序和诊断程序(2)操作维护方便，(3)实时性强，修正机控制系统的实时性能够对内部和外部的事件实时响应，进行相应的处理，不丢失信息，不延迟操作。 计算机处理的事件通常分为两类。 一个是时序事件，例如数据的时序收集、运算控制等，必须在该系统中设定时钟，保证时序处理的另一个是随机事件，例如事故警报等，对

5、该系统设定中断，根据故障的优先顺序进行中断(4)通用性强，工业控制对象千差万别，但修正机控制系统的开发需要一定的投资和周期。 一般地，该系统不能为一个装置或一个生产过程开发一台专用计算机，而且通常设置或选择通用的计算机控制器以灵活地配置。 在设备或控制对象发生了变更、或者设定其他控制系统时，通用性高的系统一般只要稍加变更或扩展就可以对应。 计算机控制系统的共同灵活性体现在两个方面：一是在硬件设置修改方面，首先采用标准总线结构，配置各种共同的功能模板或功能模块，在需要扩展时，添加相应的板块即可实现。 接着，在系统设定纠正时，各设定纠正指标保留输入输出信道指标、存储器容量、电源功率等一定的容量。

6、二是在软件方面，采用标准模块结构，尽量不进行二次开发，主要根据要求选择各种软件功能模块，灵活进行控制系统的构成。 (5)经济效益高，修订机控制应该带来高的经济效益，需要市场竞争意识。 经济效益表现在两个方面：一是系统设置修订的性价比尽可能高，在满足设置修订要求的情况下，尽可能采用物美便宜的部件；二是投入生产比尽可能低，提高生产产品的质量和生产量，降低能耗，消除污染，改善劳动条件等计算机控制系统工程项目的研发分为四个阶段：工程项目和控制任务的确定阶段(1)甲方修改任务委托书(系统技术性能指标、经费、修订进度、合作方式等) (2)乙方研究任务委托书(3)双方修改委托书(4) 乙方初步签订了系统整体

7、方案的设定修订合同(双方任务分别为责任、合作方式、支付方式、进度和修订计划的安排、检查方式和条件、成果的归属和违约的解决办法等)、8.1.2系统设定修订的步骤(1)组成项目研发小组(明确分工和协调的合作关系) 系统总体方案(硬件总体方案、软件总体方案) (3)方案论证和审查(4)硬件和软件各自的细分设置修订(5)硬件和软件各自的调整(6)离线模拟和调试后，不断停止4、在线调试和运行阶段联系系统和生产过程，进行现场调试和运行。 系统正常运行后，可以组织检查。 检查是表示系统项目最终完成的标志。8.2系统的工程设施修订和实现8.2.1系统整体方案设施修订整体修订是指理解控制对象，熟悉控制要求，确定

8、综合的技术性能指标，确定系统的构成方式和控制装置和现场设备的选择，确定控制规则算法和其他特殊的功能要求。 (1)确定系统任务和控制方案(2)确定系统的配置方案设置校正(3)选择现场设备(4)确定控制算法(5)确定硬件和软件功能的划分(6)其它考虑方法1 .硬件总体方案设置校正(1)方案对于确定SCC、DCS、FCS等) (2)系统构成方式(采用机床、PLC、智能调节器、积木式模块结构)的通用控制系统，优先现有的总线式IPC系统或PLC装置，加快设定、修正、研发的过程例如，PC总线IPC有几十种国内外品牌，PLC也有十几种品牌几十种系列。经过严格测试，这些符合工业化标准的控制器模板、模块产品可以

9、提供各种硬件和软件接口(包括相应的驱动程序等)。 这些模板模块产品只要总线标准一致，就可以在购买后插入相应的空插槽进行运行，对于系统的构成非常方便。 所以。 只要买不到满足自己要求的产品，就不要随便决定自己开发。 2、在整个软件方案修订中，使用IPC或PLC构建计算机控制系统不仅能够减少系统硬件设置修订工作量，还能够减少系统软件设置修订工作量。 一般来说这些具备实时OS和实时监视程序、各种控制运算软件和配置软件等，系统设定修正者能够以最短的周期开发应用软件。 3、系统总体方案(1)系统的主要功能、技术指标、原理图和文字描述(2)控制策略和控制算法(3)系统硬件结构和配置(4)方案比较和选择(5

10、)保证性能指标要求的技术措施(6)抗干扰和可靠性设定纠正(6) 8.2.2硬件工程的设定订正和实现1 .选择系统的总线和主机类型(1)选择系统的总线是内总线和外总线选择(2)选择主机机种2 .选择输入输出通道模板(1)数字量(开关量)输入输出(DI/DO 选择发信器(2)选择执行机构(电动、气压、液动)8.2.3软件的工程设定修订和实现1 .数据类型和数据结构修订画面2 .资源分配(RAM/ROM、I/f计时器等)3.实时控制软件设定修订是数据控制量输出程序和实时时钟、中断处理程序、数据管理程序和数据通信程序、8.2.4系统的调试和运行1 .离线模拟和调试(硬件调试检查正确安装，系统8.3计算

11、机控制系统设置修订例以啤酒发酵过程计算机控制系统为例，8.3.1啤酒发酵工艺和控制要求控制发酵槽按照下图的温度工艺曲线运行，8.3.2系统总体方案修订1 .发酵槽的测点分布和管道结构，系统共10个发酵各罐测定5个残奥表，有3个控制点的他们分别是上段温度TTa、中段温度TTb、下段温度TTc、罐内上部气体压力PT、液位LT、上段冷帯调节阀TVa、中段冷帯调节阀TVb、下段冷帯调节阀TVc。 2 .检测装置和致动器的温度检测采用WZP-231铂热电阻和RTTB-EKT温度变送器的压力检测采用CECY-150G静电电容式压力变送器液位检测采用CECU-341G静电电容式液位变送器致动器采用ZDLP-6B电动调节阀3， 控制规则在恒温阶段采用增量型PI控制算法，在升温、降温阶段采用PID控制算法， 在控制软件设置修订中提供Smith估计控制算法的4 .控制系统主体和过程信道模板控制主体选择康拓IPC-8500工业控制功能过程信道模板选择康拓IPC-5488 12位光电隔离板5的8.3.3系统硬件设定订正，2 .软件设定订正(1)数据收集程序，共有