數(shù)據(jù)處理與控制策略

第10章

計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)施

Designing&ImplementationofComputerControlSystems1/2/20231計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，既是一個理論問題，又是一個工程問題

進(jìn)行計算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計，不僅要掌握生產(chǎn)過程的工藝要求、被控對象的動態(tài)和靜態(tài)特性，還要熟悉檢測、計算機(jī)、通信、自動控制、微電子等技術(shù)1/2/20232計算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計包括：建立被控對象的數(shù)學(xué)模型；確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，尋求滿足該目標(biāo)函數(shù)的控制規(guī)律；選擇適宜的計算方法和程序設(shè)計語言；進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對硬件提出具體要求。1/2/20233計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則和步驟系統(tǒng)工程設(shè)計與實(shí)施本章主要內(nèi)容1/2/2023410.1計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則和步驟

計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計步驟DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem1/2/2023510.1.1計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則操作性能好，維護(hù)與維修方便通用性好，便于擴(kuò)展可靠性高實(shí)時性好，適應(yīng)性強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益好1/2/202361、操作性能好，維護(hù)與維修方便系統(tǒng)的人機(jī)界面要友好，操作起來要簡單、方便且便于維護(hù),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(biāo)準(zhǔn)的功能模板式結(jié)構(gòu)，便于及時查找并更換故障模板。模板上還應(yīng)安裝工作狀態(tài)指示燈和監(jiān)測點(diǎn)，便于檢修人員檢查與維修。在軟件上應(yīng)配備檢測與診斷程序，用于查找故障源。必要時還應(yīng)考慮設(shè)計容錯程序，在出現(xiàn)故障時能保證系統(tǒng)的安全

10.1.1計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則1/2/2023710.1.1計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則2、通用性好，便于擴(kuò)展盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，采用積木式模塊化結(jié)構(gòu)考慮在設(shè)備更新時，整個系統(tǒng)不需要大的改動就能立即適應(yīng)新的情況。如盡可能采用通用的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)；接口部件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)通用的大規(guī)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(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計指標(biāo)留有一定余量，也是可擴(kuò)充的首要條件。1/2/2023810.1.1計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則3、可靠性高首先，考慮選用高性能的工控機(jī)擔(dān)任工程控制任務(wù)，以保證系統(tǒng)的惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍能長時間正常運(yùn)行；其次，在設(shè)計控制方案時考慮各種安全保護(hù)措施，使系統(tǒng)具有異常報警、事故預(yù)測、故障診斷與處理、安全聯(lián)鎖、不間斷電源等功能。第三，采用雙機(jī)系統(tǒng)和多微機(jī)集散控制。

備份工作方式主從工作方式1/2/2023910.1.1計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計原則4、實(shí)時性好，適應(yīng)性強(qiáng)實(shí)時性是工業(yè)控制系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)之一，它要對內(nèi)部和外部事件都能及時地響應(yīng)，并在規(guī)定的時限內(nèi)做出相應(yīng)的處理。在開發(fā)計算機(jī)控制系統(tǒng)時，一定要考慮到其應(yīng)用環(huán)境，保證在可能的環(huán)境下可靠地工作。

1/2/20231010.1.1計算算機(jī)控制系系統(tǒng)設(shè)計原原則5、經(jīng)濟(jì)效效益好除了滿足生生產(chǎn)工藝所所必需的技技術(shù)質(zhì)量要要求以外，，也應(yīng)該帶帶來良好的的經(jīng)濟(jì)效益益。一方面是系系統(tǒng)性能價價格比要盡盡可能高，，而投入產(chǎn)產(chǎn)出比要盡盡可能低，，回收周期期要盡可能能地短。。另一方面還還要從提高高產(chǎn)品質(zhì)量量與產(chǎn)量，，降低能耗耗，減少污污染、改善善勞動條件件等經(jīng)濟(jì)、、社會效益益各方面進(jìn)進(jìn)行綜合評評估，有可可能是一個個多目標(biāo)優(yōu)優(yōu)化問題。。12/24/20221110.1.2計算算機(jī)控制系系統(tǒng)設(shè)計步步驟確定任務(wù)階階段工程設(shè)計階階段離線仿真和和調(diào)試階段段在線調(diào)試和和投運(yùn)階段段12/24/20221210.1.2計算算機(jī)控制系系統(tǒng)設(shè)計步步驟1、確定任任務(wù)階段甲方提出任任務(wù)委托書書乙方研究任任務(wù)委托書書雙方對任務(wù)務(wù)委托書進(jìn)進(jìn)行確認(rèn)性性修改。乙方初步進(jìn)進(jìn)行系統(tǒng)總總體方案設(shè)設(shè)計乙方進(jìn)行方方案可行性性論證簽訂合同書書甲方指的是是任務(wù)的委委托方乙方則是系系統(tǒng)工程的的承接方。。國際上習(xí)慣慣稱甲方為為“買方””，稱乙方方為“賣方方”12/24/20221310.1.2計算算機(jī)控制系系統(tǒng)設(shè)計步步驟2、工程設(shè)設(shè)計階段組建項(xiàng)目研研制小組系統(tǒng)總體方方案設(shè)計方案論證與與評審硬件和軟件件的細(xì)化設(shè)設(shè)計硬件和軟件件的調(diào)試系統(tǒng)組裝12/24/20221410.1.2計算算機(jī)控制系系統(tǒng)設(shè)計步步驟3、離線仿仿真和調(diào)試試階段硬件細(xì)化設(shè)設(shè)計和軟件件細(xì)化設(shè)計計后，分別別進(jìn)行調(diào)試試，之后就就可以進(jìn)行行系統(tǒng)的組組裝。組裝是離線線仿真和調(diào)調(diào)試階段的的前提和必必要條件。。12/24/20221510.1.2計算算機(jī)控制系系統(tǒng)設(shè)計步步驟4、在線調(diào)調(diào)試和投運(yùn)運(yùn)階段所謂在線調(diào)調(diào)試和運(yùn)行行就是將系系統(tǒng)和生產(chǎn)產(chǎn)過程聯(lián)接接在一起，，進(jìn)行現(xiàn)場場調(diào)試和運(yùn)運(yùn)行。不管上述離離線仿真和和調(diào)試工作作多么認(rèn)真真、仔細(xì)，，現(xiàn)場調(diào)試試和運(yùn)行仍仍可能出現(xiàn)現(xiàn)問題，因因此必須認(rèn)認(rèn)真分析加加以解決系統(tǒng)正常運(yùn)運(yùn)行后，再再仔細(xì)試運(yùn)運(yùn)行一段時時間，如果果不出現(xiàn)其其他問題，，即可組織織驗(yàn)收。驗(yàn)收是系統(tǒng)統(tǒng)項(xiàng)目最終終完成的標(biāo)標(biāo)志，應(yīng)由由甲方主持持乙方參加加，雙方協(xié)協(xié)同辦理。。驗(yàn)收完畢畢應(yīng)形成文文件存檔。。12/24/20221610.2系系統(tǒng)工程程設(shè)計與與實(shí)施DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem計算機(jī)控控制系統(tǒng)統(tǒng)總體方方案設(shè)計計硬件工程程設(shè)計與與實(shí)現(xiàn)軟件工程程設(shè)計與與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試試與運(yùn)行行12/24/202217計計算機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)總體體方案設(shè)設(shè)計硬件總體體方案設(shè)設(shè)計軟件總體體方案設(shè)設(shè)計系統(tǒng)總體體方案12/24/202218計計算機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)總體體方案設(shè)設(shè)計1、硬件件總體方方案設(shè)計計確定系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)和類型型確定系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)成成方式現(xiàn)場設(shè)備備選擇其他方面面考慮，，如人機(jī)機(jī)接口、、機(jī)柜機(jī)機(jī)箱、抗抗干擾12/24/202219計計算機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)總體體方案設(shè)設(shè)計2、軟件件總體方方案設(shè)計計依據(jù)用戶戶任務(wù)的的技術(shù)要要求和已已作過的的初步方方案，進(jìn)進(jìn)行軟件件的總體體設(shè)計。。采用結(jié)構(gòu)構(gòu)化的““黑箱””設(shè)計法法。先畫畫出較高高一級的的方框圖圖，然后后再將大大的方框框分解成成小的方方框，直直到能表表達(dá)清楚楚功能為為止。軟件總體體方案還還應(yīng)考慮慮確定系系統(tǒng)的數(shù)數(shù)學(xué)模型型、控制制策略、、控制算算法等。。12/24/202220計計算機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)總體體方案設(shè)設(shè)計3、系統(tǒng)統(tǒng)總體方方案將上面的的硬件和和軟件總總體方案案合在一一起構(gòu)成成系統(tǒng)總總體方案案?？傮w體方案論論證后形形成文件件，建立立總體方方案文檔檔系統(tǒng)總體體文件的的內(nèi)容包包括：系統(tǒng)主要要功能、、技術(shù)指指標(biāo)、原原理性方方框圖及及文字說說明控制策略略和控制制算法，，如PID控制制、串級級控制系統(tǒng)的硬硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)及配置置，主要要軟件功功能、結(jié)結(jié)構(gòu)及框框圖方案比較較和選擇擇。保證性能能指標(biāo)要要求的技技術(shù)措施施?？垢蓴_和和可靠性性設(shè)計。。機(jī)柜或機(jī)機(jī)箱的機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計計。經(jīng)費(fèi)和進(jìn)進(jìn)度計劃劃的安排排。12/24/202221硬硬件工工程設(shè)計計與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)選擇系統(tǒng)統(tǒng)總線和和主機(jī)機(jī)機(jī)型選擇輸入入輸出通通道模板板選擇變送送器和執(zhí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)12/24/202222硬硬件工工程設(shè)計計與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)1、選擇系統(tǒng)統(tǒng)總線和和主機(jī)機(jī)機(jī)型選擇系統(tǒng)統(tǒng)的總線線采用總線線可簡化化硬件設(shè)設(shè)計，系系統(tǒng)可擴(kuò)擴(kuò)性好，，系統(tǒng)更更新性好好內(nèi)部總線線：PC總線和和STD總線外部總線線：并行行通信總總線（如如IEEE-488））和串行行通信總總線（如如RS-232C、RS-422和和RS-485）選擇主機(jī)機(jī)機(jī)型在總線式式工業(yè)控控制