第10章 计算机控制系统设计原则与步骤
2020-03-01 133浏览
- 1.“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 国家精品课程教材 计算机控制系统（第2版） 第10章 计算机控制系统设计原则与步骤
- 2.第10章 计算机控制系统设计原则与步骤 学习目标： l了解计算机控制系统的设计原则 l掌握计算机控制系统的设计步骤 l熟悉计算机控制系统的设计具体过程 2019-9-2 2
- 3.第一节 计算机控制系统设计原则 1．安全可靠 对工业控制计算机系统最基本的要求是安全性和可靠性高。 在计算机控制系统的整个设计过程中，务必将安全可靠性放 在首位。 首先要选用高性能的工业控制计算机或其它的主机模式， 保证其在恶劣的工业现场环境下，仍能正常运行。 其次设计可靠的控制方案，并且具有各种安全保护措施， 比如异常报警、事故预测、故障诊断与处理、安全联锁、不 间断电源等功能。 再次控制系统要设计完善的抗干扰措施，硬件抗干扰措施 有屏蔽、隔离、滤波和接地等，软件抗干扰方法有数字滤波、 软件陷阱和看门狗技术等，另外还要考虑电源的抗干扰问题。 yyyy/M/d 2019-9-2 3
- 4.2．操作、维护与维修方便 操作方便表现在系统便于学习掌握、操作简单，而且画 面显示直观。维护、维修方便体现在易于查找故障、排除故 障。 3．实时性强 实时性是计算机控制系统的重要指标之一，要求系统对 内部和外部事件能及时地响应，并在规定的时间内做出相应 的处理。 4．通用性好 在设计开发计算机控制系统时，应尽量采用积木式的模 块化结构，便于以后系统稍做改动就能适应新的要求。 5．经济性高 经济性主要体现在两个方面：一方面是系统的性能价格 比要尽可能高，另一方面还要从提高产品质量与产量、节能 降耗、减少污染、改善劳动条件等经济、社会效益各方面进 行综合评估。 yyyy/M/d 2019-9-2 4
- 5.第二节 计算机控制系统设计步骤 1．工程项目与控制任务的确定阶段 （1）甲方提出任务委托书:有明确的系统技术性能指标要求， 还要包含经费、计划进度、合作方式等内容。 （2）乙方研究任务委托书 （3）双方对委托书进行确认修改 （4）乙方初步进行系统总体方案设计:由于任务和经费尚未 落实，这时的总体方案设计只能是粗线条的。如果条件允许， 应多做几种方案以便比较。 （5）乙方进行方案可行性论证:论证的主要内容是技术可行 性、经费可行性、进度可行性。 （6）签订合同书 yyyy/M/d 2019-9-2 5
- 6.2．工程项目的设计阶段 工程项目的设计阶段主要包括组建项目研制小组、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、 制作调试、系统组装等。 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不是在工业现场 进行的仿真和调试。离线仿真和调试后，还要进行拷机运行。 拷机的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 系统离线仿真和调试后便可进行在线调试和运行。在 线调试和运行就是将系统和生产过程联接在一起，进行现场 调试和运行。 yyyy/M/d 2019-9-2 6
- 7.第三节 计算机控制系统的工程设计与实现 一、计算机控制系统的总体方案设计 总体设计方案中首先要确定整个控制系统的结 构和类型。 另外总体设计方案中还要包括硬件设计与软件 设计两大部分，具体设计时一般采用“黑箱”设计方 法，就是根据控制要求，将完成控制任务所需的各功 能单元、模块以及控制对象，采用方块图表示，从而 形成系统的总体框图。 yyyy/M/d 2019-9-2 7
- 8.1．硬件总体方案设计 计算机控制系统的硬件总体设计主要包括以下各方面 的内容：系统的构成方式；现场设备及自动化仪表的选择； 人-—机接口方式；系统的控制机箱结构设计；抗干扰措施等。 2．软件总体方案设计 软件总体方案设计的内容主要是确定软件平台、软件结 构、任务分解，建立系统的数学模型、控制策略和算法的实 现等。 3．总体方案文档 其内容包括：（1）系统的主要功能、技术指标、原理 性方框图及文字说明。（2）控制策略与算法。（3）系统的 硬件结构与配置，主要的软件功能、结构、平台及实现框图。 （4）方案的比较与选择。（5）抗干扰措施与可靠性设计。 （6）机柜或机箱的结构与外形设计。（7）经费和进度计划 的安排。（8）对现场条件的要求。 yyyy/M/d 2019-9-2 8
- 9.二、硬件的工程设计与实现 1．选择系统的总线 2．选择输入输出通道 （1）数字量（开关量）输入输出（DI/DO）模板 （2）模拟量输入输出（AI/AO）模板 3．选择现场设备 （1）选择变送器 （2）选择执行机构 （3）其他现场设备 yyyy/M/d 2019-9-2 9
- 10.三、软件的工程设计与实现 1．程序结构规划 在系统总体方案设计中，系统各个模块之间存在着各种因 果关系，相互之间要进行各种信息的传递。各模块之间的关系 体现在程序的流程上。 2．资源分配 资源分配主要是RAM资源的分配。RAM资源分配好以后， 应列出一张RAM资源的详细分配清单，作为编程的依据。 3．实时控制软件设计 实时控制软件是软件设计中的主体部分，包括数据采集及 数据处理、实时时钟与中断处理、控制算法、控制量输出、生 产管理与数据通信等程序。 yyyy/M/d 2019-9-2 10
- 11.四、控制系统的调试与运行 1．离线仿真和调试 （1）硬件调试 对于各种标准功能模块，按照说明书检查主要功能。比 如主机板（CPU板）上RAM区的读写功能、ROM区的读出功 能、复位电路、时钟电路等的正确性。 在调试A/D和D/A板之前，必须准备好信号源、数字电压 表、电流表等。对这两种模板首先检查信号的零点和满量程， 然后再分档检查，比如满量程的25%、50%、75%、100%， 并且上行和下行循环调试，以便检查线性度是否符合要求。 如果有多路开关板，应测试各通路是否正确切换。 利用开关量输入和输出程序来检查开关量输入（DI）和 开关量输出（DO）模板。 yyyy/M/d 2019-9-2 11
- 12.（2）软件调试 软件调试包括对各个子程序、功能模块、主程序的分 别调试以及整体程序的联合调试。 软件调试的方法一般采取自下而上逐级调试。 系统控制模块的调试分为开环和闭环两种情况进行。 开环调试是检查系统的阶跃响应特性，闭环调试是检查系 统的反馈控制功能。 一旦所有的子程序和功能模块调试完毕，就可以用主 程序将它们连接在一起进行整体调试， yyyy/M/d 2019-9-2 12
- 13.2．系统仿真 在硬件和软件分别联调后，并不意味着系统的设计和 离线调试已经结束，必须再进行全系统的硬件、软件统调。 这次的统调实验，就是通常所说的“系统仿真”（也称为 模拟调试）。 系统仿真尽量采用全物理或半物理仿真。试验条件或工作 状态越接近真实生产过程，其效果也就越好。 在系统仿真的基础上，进行长时间的拷机实验，并根据实 际运行环境的要求，需要进行特殊运行条件的考验。 3．在线调试和运行 在所有的准备工作做好之后，即可开始在线调试和运 行。 yyyy/M/d 2019-9-2 13
- 14.本章内容结束 2019-9-2 14
