第9章 计算机控制系统设计与实现.ppt

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1、第9章计算机控制系统设计与实现计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是一个工程问题。计算机控制系统的理论设计包括：建立被控对象的数学模型；确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。9.1系统设计的原则与步骤9.1.1系统设计的原则9.1.2系统设计的步骤9.1.1系统设计的原则1.满足工艺要求2.安全

2、可靠3．使用维护方便4．实时性5．通用性和扩展性好6．经济合理7．保密性好9.1.2系统设计的步骤1.工程顶目与控制任务的确定阶段2.工程项目的设计阶段3.离线仿真和调试阶段4.在线调试和运行阶段1.工程顶目与控制任务的确定阶段甲方提出任务委托书乙方研究任务委托书双方共同对委托书进行确认性修改乙方初步进行系统总体方案设计乙方进行方案可行性研究签订合同书2.工程顶目的设计阶段组建项目研制小组系统总体方案的设计方案论证与评审硬件和软件的细化设计硬件和软件的调试系统的组装3.离线仿真和调试阶段所谓离线仿真和调试是指在实验室而

3、不是在工业现场进行的仿真。离线仿真和调试试验后，好要进行考机运行，目的是要在连续不停机的运行中暴露问题和解决问题。4.在线调试和运行阶段所谓在线调试和运行是指将系统和生产过程连接在一起，进行现场调试和运行。系统运行正常后，再试运行一段时间，即可组织验收。9.2系统的工程设计与实现9.2.1系统总体方案设计9.2.2硬件的工程设计与实现9.2.3软件的工程设计与实现9.2.4系统的调试与运行9.2.1系统总体方案设计1.硬件总体方案设计2.软件总体方案设计3.系统总体方案1.硬件总体方案设计（1）确定计算机控制系统的结构

4、和类型确定操作指导控制系统、直接数字控制(DDC)系统、监督计算机控制(SCC)系统、分级控制系统、分散型控制系统(DCS)还是工业测控网络系统等。（2）确定系统的构成方式优先选择工业控制机来构成系统。（3）分时控制方式选择一台微机DDC系统有时要控制多个回路。在每个回路均要完成采样、决策与输出控制三项工作，而这些工作是分时完成的。因此，微机控制系统常采用分时控制的方法，即将某一回路的采样和A/D转换、运算、输出三部分时间与其前后回路错开。（4）系统现有资源的分配和接口扩展在设计系统时，首先考虑计算机自身固有的硬件资源

5、。包括：内存单元、定时/计算单元、输入输出接口、通信单元等。如果现有硬件资源不够用，就需要扩展接口。（5）人机接口设计要设计一组操作人员专用的控制台，便于操作人员操作。控制台一般包括：数据输入键，用于输入或更新给定值、参数等；功能键或转换开关，用于操作系统；显示装置，用于实时观察系统运行状态；急停按钮，用于处理意外事故。（6）现场设备选择正确选择传感器、变送器和执行机构。（7）其他方面的考虑如机柜或机箱等结构设计。2.软件总体方案设计先画出总体设计框图，然后将大的框图分解为小的框图，直到能表达清楚为止。软件总体方案还要

6、考虑系统的数学模型、控制策略、控制算法等。3.系统总体方案设计将硬件总体方案和软件总体方案合在一起构成系统的总体方案。此外，还应考虑硬件与软件的协调平衡问题。硬件与软件的协调平衡在进行系统设计时，应充分考虑硬件和软件的特点，合理地进行功能分配。随着计算机运行速度的不断提高，尽可能用软件来实现系统的各种功能。对于实际的控制系统，要综合考虑系统速度、可靠性、抗干扰性能、灵活性、成本等因素，合理分配硬件和软件的功能。系统的主要功能、技术指标、原理性方框图及文字说明；控制算法和控制策略；系统的硬件结构及配置，软件的功能框图；保

7、证性能指标要求的技术措施；抗干扰和可靠性设计；机柜的结构设计；经费和进度计划的安排。总体方案要形成文件，内容包括：9.2.2硬件的工程设计与实现1．选择系统的总线和主机机型2．选择输入输出通道模板3．选择变送器和执行机构1．选择系统的总线和主机机型（1）选择系统总线内部总线的选择（PCI或ISA）外部总线的选择（USB、RS-232、RS-422、RS-485）采用总线的优点：简化硬件设计；系统可扩充性好；系统更新性能好；1）微型计算机组成方案选择采用工业PC机采用通用可编程序控制器(PLC)采用智能调节器采用单片机做

8、控制核心器件采用集散控制系统DCS（2）选择主机机型2）微型计算机性能指标选择完善的终端系统足够的存储容量足够的数据处理能力字长、执行速度、指令系统等。用工控机组建控制系统用工控机组建控制系统时，接口电路选择内容包括：根据AI、AO点数、分辨率等选则A/D、D/A板；根据DI、DO点数和功率大小等选择开关量输入/输出板；根据程序和