计算机控制系统第9章研讨.ppt

第9章 计算机控制系统设计;9.1 计算机控制系统的设计方法;1．熟悉工艺过程和控制要求，构思控制系统的整体方案 首先应考虑要构成一个什么样的系统，是开环控制，还是闭环控制，或者只检测不控制。当采用闭环控制时，应选用何种测量元件，测量精度有何要求。 2．系统是否有特殊控制要求 如高可靠性、高精度或快速性的要求，为满足这些要求，应采取什么措施。 3．计算机承担的任务 计算机在整个控制系统中所起的作用，是数据处理，还是直接控制等。 4．编写设计任务书 编写完整设计任务说明书，画出系统组成粗框图，作为整个控制系统设计的基础和依据。 ;9.1.2 选择系统的主机机型;9.1.3 确定控制算法;9.1.4 系统总体方案设计; 一般只有LPC插槽和PCI总线插槽。在特殊情况下，也可以自行设计内部总线，但不具备通用性。 （2）外部总线选择 控制系统中常用的外部总线有多种，如RS-232C、RS-422、RS-485和CAN BUS、LonWorks、PROFIBUS、TCP/IP等现场总线或工业以太网。 具体选择哪一种，要根据通信的速率、距离、系统网络拓扑结构、通信协议等要求来综合分析才能决定。 3．选择输入输出通道模板 一台计算机控制系统，除了主机外，还必须具有各种输入输出通道模板，其中包括模拟量输入（AI）模板、模拟量输出（AO）模板、数字量输入（DI）模板、数字量输出（DO）模板等。 以上模板可以选用市场已有的产品，也可以自行设计。 （1）模拟量输入（AI）模板 AI模板包括A/D转换电路及信号调理电路等。AI模板的输入可以是0~±5V，1~5V，0~10mA、4~20mA以及热电偶（TC）、热电阻（RTD）和各种传感器、变送器的信号。;（2）模拟量输出（AO）模板 AO模板包括D/A转换电路及V/I转换电路等。AO模板的输出可以是0~5V、1~5V、0~10mA、4~20mA等信号。也可以是双极性输出，如－5V~＋5V等。 （3）数字量输入（DI）模板 DI模板包括三态缓冲器及电平转换电路等。DI模板的输入可以是有源或无源接点。当为有源接点时，电平信号可以为TTL或CMOS电平，也可以是+24V，+48V等电压信号。 （4）数字量输出（DO）模板 DO模板包括锁存器及输出电路等。DO模板的输出可以是TTL或CMOS电平，也可以是+24V，+48V???电压信号，也可以是继电器或MOSPHOTO光继电器输出。 4．可靠性设计 在计算机控制系统中，系统的可靠性至关重要，只有系统的高可靠性，才能确保系统的正常运行。 可靠性设计采取的措施主要有硬件措施、软件措施，可靠性要求很高的系统，还应考虑双CPU或双机并行运行。;9.1.5 硬件设计;（7）打印机接口电路 可以是RS-232C或USB串行打印接口，也可以是Centronics并行打印机接口。 （8）显示电路图 （9）电源电路图 如果是购买的产品时，画出有多少路电源，并进行滤波处理；如果是自行设计的电源，应画出电源的详细电路。 绘制以上电路时，一般采用PROTEL99（SE）绘图工具。 每一片集成电路应标明芯片型号、引脚名、引脚号。二极管、三极管应标明型号及编号，电阻应标明阻值和功率，电容应标明容量和耐压。其它元器件也应遵循上述原则。 ;9.1.6 软件设计 ; Smith补偿控制算法，模糊控制算法，串级控制算法，前馈控制算法，最优控制算法等。在具体实现时，可采用一种或几种控制算法的组合实施控制。 3．控制输出程序 控制输出程序根据控制算法的结果送往模拟输出模板，实现数字量到模拟量的变换或根据被控参数的上下限通过数字量输出模板去驱动执行机构或各种电气开关。 4．实时时钟程序 实时时钟是计算机控制系统运行的基础，它包括绝对时钟和相对时钟。绝对时钟与当地时间同步，有年、月、日、时、分、秒、星期等功能；相对时钟与当地时间无关，只与时间起点有关。 数据的采集、控制是由实时时钟决定的。实时时钟可通过软件定时中断或硬件电路（如DS12887和X1205等）实现。 5．数据管理程序 数据管理程序主要包括画面显示、变化趋势分析、报警记录、统计报表、打印输出、数据操作等，主要用于生产管理。;6．数据通信程序 数据通信程序主要实现两台计算机之间或一台计算机与多台计算机控制系统之间的数据传输和交换，形成分布式控制系统。 7．公共服务程序 公共服务程序主要包括基准运算程序、函数运算程序、数码转换程序等。 9.1.7 选择工业自动化仪表 1．传感器和变送器的选取 传感器可以将非电物理量，如温度、压力、流量、位移、液位、气体成份等被测参数变成电信号，如电压、电流或电阻信号，然后通过变送器变成可以远传的统一标准信号（0~5V，1~5V或0~10mA，4~20mA等）。送往AI模板进行数据采集。 ;