计算机控制系统第5章ppt课件.ppt

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1、第五章计算机控制系统设计和应用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。计算机控制系统的工程设计，不仅要求掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象的动态和静态特性，而且要通晓自动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、微电子技术等。5.1计算机控制系统的可靠性设计系统的可靠性是指“一个系

2、统在一定的环境下，在规定的时间内完成预定的功能的概率。”可靠性有两个含义：一是采取措施使系统在规定的时间内不发生故障或错误；二是如果发生了故障，应能迅速予以维修，使系统尽快重新投入使用。1提高可靠性的措施(1)提高器件和设备的可靠性(2)采取抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力(3)采取可靠性设计技术(4)采取故障诊断技术2干扰的来源(1)从系统电源和电源引线(包括地线)侵入的干扰(2)从系统的输入、输出传输通道侵入的干扰(3)空间电磁干扰(4)静电噪声(5)其他环境因素的影响3电源与供电系统的抗干扰措施(1)远

3、离干扰源(2)安装电源低通滤波器(3)采取变压器屏蔽和分路供电措施(4)采取措施拓宽对电网波动的适应能力(5)使用亚敏电阻和均衡器(6)直流侧去耦措施(7)供电系统应合理配线和布线①从电源进线到电源的布线原则：电源应放在距电源引进口很近的地方；从电源引进口、经过开关器件和低通滤波器、直到电源的配线应尽量使用粗导线。②电源输出至系统用电设备的导线的布线原则：均应采用双绞线，扭绞的螺距要小，如果导线较粗而无法扭绞时，应把布线距离缩到最短程度；交流线、直流稳压电源线、逻辑信号线、模拟信号线、灯泡和继电器等感性负载驱动线

4、以及非稳压的直流线均应分开布线；尽量采用前述的分路供电措施。(8)电柜接地和公共接地的处理(9)尖峰脉冲干扰的综合防治①“远离”干扰源②用硬件设备抑制尖峰干扰的影响③在大功率用电设备上采取措施抑制尖峰干扰的产生④采用“看门狗”技术4计算机控制系统的软件抗干扰技术(1)数字滤波技术(2)开关量的软件抗干扰技术(3)指令冗余技术(4)软件陷阱技术5.2系统的设计原则与步骤5.2.1系统设计的原则(1)安全可靠(2)操作维护方便(3)实时性强(4)通用性好(5)经济效益高对工业控制的计算机系统最基本的要求是可靠性高。否

5、则，一旦系统出现故障，将造成整个控制过程的混乱，会引起严重的后果，由此造成的损失往往大大超出计算机控制系统本身的价值。在工业生产过程中，特别是在一些连续生产过程的企业中，是不允许故障率高的设备存在的。系统的可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。在计算机控制系统中，可靠性指标一般用系统的平均无故障时间MTBF和平均维修时间MTTR来表示。MTBF反映了系统可靠工作的能力，MTTR表示系统出现故障后立即恢复工作的能力，一般希望MTBF要大于某个规定值，而MTTR值越短越好。（1）安全可靠因此，

6、在系统设计时，首先要选用高性能的工业控制计算机，保证在恶劣的工业环境下仍能正常运行。其次是设计可靠的控制方案，并具备有各种安全保护措施，比如报警、事故预测、事故处理、不间断电源等。为了预防计算机故障，还须设计后备装置。对于一般的控制回路，选用手动操作器作为后备；对于重要的回路，选用常规控制仪表作为后备。这样，一旦计算机出现故障，就把后备装置切换到控制回路中去，以维持生产过程的正常运行。对于特殊的控制对象，可设计两台计算机互为备用地执行控制任务，成为双机系统。对于规模较大的系统，应注意功能分散，即可采用分散控制系统

7、或现场总线控制系统。包括两个含义，即使用方便和维护容易。首先是使用方便。系统设计时要尽量考虑用户的方便使用，尤其是操作面板的设计，既要体现操作的先进性，又要兼顾原有的操作习惯，控制开关不能太多、太复杂，尽量降低对使用人员专业知识的要求，使他们能在较短时间内熟悉和掌握操作。其次是维修容易，即一旦发生故障，易于查找和排除。在硬件方面，从零部件的排列位置，标准化的模板结构，以及能否便于带电插拔等等都要通盘考虑；从软件角度而言，要配置查错程序和诊断程序，以便在故障发生时能用程序帮助查找故障发生的部位，从而缩短排除故障的时

8、间。（2）操作维护方便（3）实时性强计算机控制系统的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并作出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类。一类是定时事件，如数据的定时采集，运算控制等，对此系统应设置时钟，保证定时处理；另一类是随机事件，如事故报警等，对此系统应设置中断，并根据故障的轻重缓急预先分配中断级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。