第10章

計算機控制系統的設計與實施

Designing&ImplementationofComputerControlSystems9/22/20231計算機控制技術計算機控制系統的設計，既是一個理論問題，又是一個工程問題

進行計算機控制系統的工程設計，不僅要掌握生產過程的工藝要求、被控對象的動態和靜態特性，還要熟悉檢測、計算機、通信、自動控制、微電子等技術9/22/20232計算機控制技術計算機控制系統的理論設計包括：建立被控對象的數學模型；確定滿足一定技術經濟指標的系統目標函數，尋求滿足該目標函數的控制規律；選擇適宜的計算方法和程序設計語言；進行系統功能的軟、硬件界面劃分，并對硬件提出具體要求。9/22/20233計算機控制技術計算機控制系統設計原則和步驟系統工程設計與實施本章主要內容9/22/20234計算機控制技術10.1計算機控制系統設計原則和步驟

計算機控制系統設計原則計算機控制系統設計步驟DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem9/22/20235計算機控制技術10.1.1計算機控制系統設計原則操作性能好，維護與維修方便通用性好，便于擴展可靠性高實時性好，適應性強經濟效益好9/22/20236計算機控制技術1、操作性能好，維護與維修方便系統的人機界面要友好，操作起來要簡單、方便且便于維護,增加操作的魯棒性等易于查找故障、排除故障;硬件上宜采用標準的功能模板式結構，便于及時查找并更換故障模板。模板上還應安裝工作狀態指示燈和監測點，便于檢修人員檢查與維修。在軟件上應配備檢測與診斷程序，用于查找故障源。必要時還應考慮設計容錯程序，在出現故障時能保證系統的安全

10.1.1計算機控制系統設計原則9/22/20237計算機控制技術10.1.1計算機控制系統設計原則2、通用性好，便于擴展盡可能地采用標準化設計，采用積木式模塊化結構考慮在設備更新時，整個系統不需要大的改動就能立即適應新的情況。如盡可能采用通用的系統總線結構；接口部件盡量采用標準通用的大規模集成電路芯片；盡可能把接口硬件部分的操作功能用軟件來替代；系統的各項設計指標留有一定余量，也是可擴充的首要條件。9/22/20238計算機控制技術10.1.1計算機控制系統設計原則3、可靠性高首先，考慮選用高性能的工控機擔任工程控制任務，以保證系統的惡劣的工業環境下仍能長時間正常運行；其次，在設計控制方案時考慮各種安全保護措施，使系統具有異常報警、事故預測、故障診斷與處理、安全聯鎖、不間斷電源等功能。第三，采用雙機系統和多微機集散控制。

備份工作方式主從工作方式9/22/20239計算機控制技術10.1.1計算機控制系統設計原則4、實時性好，適應性強實時性是工業控制系統最主要的特點之一，它要對內部和外部事件都能及時地響應，并在規定的時限內做出相應的處理。在開發計算機控制系統時，一定要考慮到其應用環境，保證在可能的環境下可靠地工作。

9/22/202310計算機控制技術10.1.1計算機控制系統設計原則5、經濟效益好除了滿足生產工藝所必需的技術質量要求以外，也應該帶來良好的經濟效益。一方面是系統性能價格比要盡可能高，而投入產出比要盡可能低，回收周期要盡可能地短。另一方面還要從提高產品質量與產量，降低能耗，減少污染、改善勞動條件等經濟、社會效益各方面進行綜合評估，有可能是一個多目標優化問題。9/22/202311計算機控制技術10.1.2計算機控制系統設計步驟確定任務階段工程設計階段離線仿真和調試階段在線調試和投運階段9/22/202312計算機控制技術10.1.2計算機控制系統設計步驟1、確定任務階段甲方提出任務委托書乙方研究任務委托書雙方對任務委托書進行確認性修改。乙方初步進行系統總體方案設計乙方進行方案可行性論證簽訂合同書甲方指的是任務的委托方乙方則是系統工程的承接方。國際上習慣稱甲方為“買方”，稱乙方為“賣方”9/22/202313計算機控制技術10.1.2計算機控制系統設計步驟2、工程設計階段組建項目研制小組系統總體方案設計方案論證與評審硬件和軟件的細化設計硬件和軟件的調試系統組裝9/22/202314計算機控制技術10.1.2計算機控制系統設計步驟3、離線仿真和調試階段硬件細化設計和軟件細化設計后，分別進行調試，之后就可以進行系統的組裝。組裝是離線仿真和調試階段的前提和必要條件。9/22/202315計算機控制技術10.1.2計算機控制系統設計步驟4、在線調試和投運階段所謂在線調試和運行就是將系統和生產過程聯接在一起，進行現場調試和運行。不管上述離線仿真和調試工作多么認真、仔細，現場調試和運行仍可能出現問題，因此必須認真分析加以解決系統正常運行后，再仔細試運行一段時間，如果不出現其他問題，即可組織驗收。驗收是系統項目最終完成的標志，應由甲方主持乙方參加，雙方協同辦理。驗收完畢應形成文件存檔。9/22/202316計算機控制技術10.2系統工程設計與實施DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem計算機控制系統總體方案設計硬件工程設計與實現軟件工程設計與實現系統調試與運行9/22/202317計算機控制技術10.2.1計算機控制系統總體方案設計硬件總體方案設計軟件總體方案設計系統總體方案9/22/202318計算機控制技術10.2.1計算機控制系統總體方案設計1、硬件總體方案設計確定系統的結構和類型確定系統的構成方式現場設備選擇其他方面考慮，如人機接口、機柜機箱、抗干擾9/22/202319計算機控制技術10.2.1計算機控制系統總體方案設計2、軟件總體方案設計依據用戶任務的技術要求和已作過的初步方案，進行軟件的總體設計。采用結構化的“黑箱”設計法。先畫出較高一級的方框圖，然后再將大的方框分解成小的方框，直到能表達清楚功能為止。軟件總體方案還應考慮確定系統的數學模型、控制策略、控制算法等。9/22/202320計算機控制技術10.2.1計算機控制系統總體方案設計3、系統總體方案將上面的硬件和軟件總體方案合在一起構成系統總體方案。總體方案論證后形成文件，建立總體方案文檔系統總體文件的內容包括：系統主要功能、技術指標、原理性方框圖及文字說明控制策略和控制算法，如PID控制、串級控制系統的硬件結構及配置，主要軟件功能、結構及框圖方案比較和選擇。保證性能指標要求的技術措施。抗干擾和可靠性設計。機柜或機箱的機構設計。經費和進度計劃的安排。

9/22/202321計算機控制技術10.2.2硬件工程設計與實現選擇系統總線和主機機型選擇輸入輸出通道模板選擇變送器和執行機構9/22/202322計算機控制技術10.2.2硬件工程設計與實現1、選擇系統總線和主機機型選擇系統的總線

采用總線可簡化硬件設計，系統可擴性好，系統更新性好內部總線：PC總線和STD總線外部總線：并行通信總線（如IEEE-488）和串行通信總線（如RS-232C、RS-422和RS-485）

選擇主機機型在總線式工業控制機中，有許多機型。CPU、內存、硬盤