第十章 计算机控制系统设计原则与步骤

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第十章 计算机控制系统设计原则与步骤 第一节 计算机控制系统设计原则 第二节 计算机控制系统设计步骤 第三节 计算机控制系统的工程设计与实现

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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.

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2.操作,维护与维修方便 .操作, 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.

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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

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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.

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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.总体设计中还应包括 控制系统对现场工艺的要求,比如为了安装某个关键的现场仪 表,需要改装某根管道;为了控制方案的实施,需要工艺人员 的配合,增加现场气源等.总之,总体方案是整个控制系统设 计的关键,要实现一个好的设计必然离不开对生产工艺的深入 了解以及工艺技术人员的支持与配合.

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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.

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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

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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.

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