數(shù)據(jù)處理與控制策略

第10章

計算機控制系統(tǒng)的設計與實施

Designing&ImplementationofComputerControlSystems1/2/20231計算機控制系統(tǒng)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(tǒng)的工程設計，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、通信、自動控制、微電子等技術(shù)1/2/20232計算機控制系統(tǒng)的理論設計包括：建立被控對象的數(shù)學模型；確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟指標的系統(tǒng)目標函數(shù)，尋求滿足該目標函數(shù)的控制規(guī)律；選擇適宜的計算方法和程序設計語言；進行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對硬件提出具體要求。1/2/20233計算機控制系統(tǒng)設計原則和步驟系統(tǒng)工程設計與實施本章主要內(nèi)容1/2/2023410.1計算機控制系統(tǒng)設計原則和步驟

計算機控制系統(tǒng)設計原則計算機控制系統(tǒng)設計步驟DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem1/2/2023510.1.1計算機控制系統(tǒng)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(jīng)濟效益好1/2/202361、操作性能好，維護與維修方便系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，便于及時查找并更換故障模板。模板上還應安裝工作狀態(tài)指示燈和監(jiān)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(xiàn)故障時能保證系統(tǒng)的安全

10.1.1計算機控制系統(tǒng)設計原則1/2/2023710.1.1計算機控制系統(tǒng)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(jié)構(gòu)考慮在設備更新時，整個系統(tǒng)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(tǒng)總線結(jié)構(gòu)；接口部件盡量采用標準通用的大規(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)的各項設計指標留有一定余量，也是可擴充的首要條件。1/2/2023810.1.1計算機控制系統(tǒng)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(tǒng)的惡劣的工業(yè)環(huán)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(tǒng)具有異常報警、事故預測、故障診斷與處理、安全聯(lián)鎖、不間斷電源等功能。第三，采用雙機系統(tǒng)和多微機集散控制。

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

1/2/20231010.1.1計算算機控制系系統(tǒng)設計原原則5、經(jīng)濟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，，也應該帶帶來良好的的經(jīng)濟效益益。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、、社會效益益各方面進進行綜合評評估，有可可能是一個個多目標優(yōu)優(yōu)化問題。。12/24/20221110.1.2計算算機控制系系統(tǒng)設計步步驟確定任務階階段工程設計階階段離線仿真和和調(diào)試階段段在線調(diào)試和和投運階段段12/24/20221210.1.2計算算機控制系系統(tǒng)設計步步驟1、確定任任務階段甲方提出任任務委托書書乙方研究任任務委托書書雙方對任務務委托書進進行確認性性修改。乙方初步進進行系統(tǒng)總總體方案設設計乙方進行方方案可行性性論證簽訂合同書書甲方指的是是任務的委委托方乙方則是系系統(tǒng)工程的的承接方。。國際上習慣慣稱甲方為為“買方””，稱乙方方為“賣方方”12/24/20221310.1.2計算算機控制系系統(tǒng)設計步步驟2、工程設設計階段組建項目研研制小組系統(tǒng)總體方方案設計方案論證與與評審硬件和軟件件的細化設設計硬件和軟件件的調(diào)試系統(tǒng)組裝12/24/20221410.1.2計算算機控制系系統(tǒng)設計步步驟3、離線仿仿真和調(diào)試試階段硬件細化設設計和軟件件細化設計計后，分別別進行調(diào)試試，之后就就可以進行行系統(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計算算機控制系系統(tǒng)設計步步驟4、在線調(diào)調(diào)試和投運運階段所謂在線調(diào)調(diào)試和運行行就是將系系統(tǒng)和生產(chǎn)產(chǎn)過程聯(lián)接接在一起，，進行現(xiàn)場場調(diào)試和運運行。不管上述離離線仿真和和調(diào)試工作作多么認真真、仔細，，現(xiàn)場調(diào)試試和運行仍仍可能出現(xiàn)現(xiàn)問題，因因此必須認認真分析加加以解決系統(tǒng)正常運運行后，再再仔細試運運行一段時時間，如果果不出現(xiàn)其其他問題，，即可組織織驗收。驗收是系統(tǒng)統(tǒng)項目最終終完成的標標志，應由由甲方主持持乙方參加加，雙方協(xié)協(xié)同辦理。。驗收完畢畢應形成文文件存檔。。12/24/20221610.2系系統(tǒng)工程程設計與與實施DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem計算機控控制系統(tǒng)統(tǒng)總體方方案設計計硬件工程程設計與與實現(xiàn)軟件工程程設計與與實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試試與運行行12/24/202217計計算機機控制系系統(tǒng)總體體方案設設計硬件總體體方案設設計軟件總體體方案設設計系統(tǒng)總體體方案12/24/202218計計算機機控制系系統(tǒng)總體體方案設設計1、硬件件總體方方案設計計確定系統(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)場設備備選擇其他方面面考慮，，如人機機接口、、機柜機機箱、抗抗干擾12/24/202219計計算機機控制系系統(tǒng)總體體方案設設計2、軟件件總體方方案設計計依據(jù)用戶戶任務的的技術(shù)要要求和已已作過的的初步方方案，進進行軟件件的總體體設計。。采用結(jié)構(gòu)構(gòu)化的““黑箱””設計法法。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，直直到能表表達清楚楚功能為為止。軟件總體體方案還還應考慮慮確定系系統(tǒng)的數(shù)數(shù)學模型型、控制制策略、、控制算算法等。。12/24/202220計計算機機控制系系統(tǒng)總體體方案設設計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。總體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、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。保證性能能指標要要求的技技術(shù)措施施。抗干擾和和可靠性性設計。。機柜或機機箱的機機構(gòu)設計計。經(jīng)費和進進度計劃劃的安排排。12/24/202221硬硬件工工程設計計與實現(xiàn)現(xiàn)選擇系統(tǒng)統(tǒng)總線和和主機機機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)行機構(gòu)構(gòu)12/24/202222硬硬件工工程設計計與實現(xiàn)現(xiàn)1、選擇系統(tǒng)統(tǒng)總線和和主機機機型選擇系統(tǒng)統(tǒng)的總線線采用總線線可簡化化硬件設設計，系系統(tǒng)可擴擴性好，，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）選擇主機機機型在總線式式工業(yè)控控制