1、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)本章要點(diǎn)1學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。2初步掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。3學(xué)習(xí)實(shí)例，加深認(rèn)識(shí)與初步掌握單片機(jī)、IPC和 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。本章主要內(nèi)容 引 言 11.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則11.2 控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟11.3 控制工程的應(yīng)用實(shí)例本章小結(jié)思考題引 言 前面討論了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、硬件和軟件技術(shù)、控制規(guī)律算法以及典型的控制裝置類型，這就為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。由于控制對(duì)象多種多樣，要求控制系統(tǒng)達(dá)到的功能也各不相同，這使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成方式和規(guī)模大小也具有多樣性。11.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則對(duì)于不同

2、的控制對(duì)象，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和具體的技術(shù)指標(biāo)是不同的，但控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是相同的。這就是滿足工藝要求，可靠性高，操作性能好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，通用性好，經(jīng)濟(jì)效益高。主要內(nèi)容 滿足工藝要求 可靠性要高 操作性要好 實(shí)時(shí)性要強(qiáng) 通用性要好 經(jīng)濟(jì)效益要高 （1）滿足工藝要求 在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)滿足生產(chǎn)過程所提出的各種要求及性能指標(biāo)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是為生產(chǎn)過程自動(dòng)化服務(wù)的，因此設(shè)計(jì)之前必須對(duì)工藝過程有一定的熟悉和了解，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該和工藝人員密切結(jié)合，才能設(shè)計(jì)出符合生產(chǎn)工藝要求和性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)所達(dá)到的性能指標(biāo)不應(yīng)低于生產(chǎn)工藝要求，但片面追求過高的性能指標(biāo)而忽視設(shè)計(jì)成本和實(shí)

3、現(xiàn)上的可能性也是不可取的。（2）可靠性要高 對(duì)工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最基本的要求是可靠性高。否則，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將造成整個(gè)控制過程的混亂，會(huì)引起嚴(yán)重的后果，由此造成的損失往往大大超出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)本身的價(jià)值。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，特別是在一些連續(xù)生產(chǎn)過程的企業(yè)中，是不允許故障率高的設(shè)備存在的。 系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，可靠性指標(biāo)一般用系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間MTBF和平均維修時(shí)間MTTR來(lái)表示。MTBF反映了系統(tǒng)可靠工作的能力，MTTR表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障后立即恢復(fù)工作的能力，一般希望MTBF要大于某個(gè)規(guī)定值，而MTTR值越短越好。 因此，

4、在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選用高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍能正常運(yùn)行。其次是設(shè)計(jì)可靠的控制方案，并具備有各種安全保護(hù)措施，比如報(bào)警、事故預(yù)測(cè)、事故處理、不間斷電源等。 為了預(yù)防計(jì)算機(jī)故障，還須設(shè)計(jì)后備裝置。對(duì)于一般的控制回路，選用手動(dòng)操作器作為后備；對(duì)于重要的回路，選用常規(guī)控制儀表作為后備。這樣，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，就把后備裝置切換到控制回路中去，以維持生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行。對(duì)于特殊的控制對(duì)象，可設(shè)計(jì)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)互為備用地執(zhí)行控制任務(wù)，成為雙機(jī)系統(tǒng)。對(duì)于規(guī)模較大的系統(tǒng)，應(yīng)注意功能分散，即可采用分散控制系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。 （3）操作性要好 操作性能好包括兩個(gè)含義，即使用方便和維護(hù)

5、容易。 首先是使用方便。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量考慮用戶的方便 使用，尤其是操作面板的設(shè)計(jì)，既要體現(xiàn)操作的先進(jìn) 性，又要兼顧原有的操作習(xí)慣，控制開關(guān)不能太多、太復(fù)雜，盡量降低對(duì)使用人員專業(yè)知識(shí)的要求，使他們能在較短時(shí)間內(nèi)熟悉和掌握操作。 其次是維修容易，即一旦發(fā)生故障，易于查找和排除。在硬件方面，從零部件的排列位置，標(biāo)準(zhǔn)化的模板結(jié)構(gòu)，以及能否便于帶電插拔等等都要通盤考慮；從軟件角度而言，要配置查錯(cuò)程序和診斷程序，以便在故障發(fā)生時(shí)能用程序幫助查找故障發(fā)生的部位，從而縮短排除故障的時(shí)間。 （4）實(shí)時(shí)性要強(qiáng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，表現(xiàn)在對(duì)內(nèi)部和外部事件能及時(shí)地響應(yīng)，并作出相應(yīng)的處理，不丟失信息，不延誤操作

6、。計(jì)算機(jī)處理的事件一般分為兩類。一類是定時(shí)事件，如數(shù)據(jù)的定時(shí)采集，運(yùn)算控制等，對(duì)此系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置時(shí)鐘，保證定時(shí)處理；另一類是隨機(jī)事件，如事故報(bào)警等，對(duì)此系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急預(yù)先分配中斷級(jí)別，一旦事故發(fā)生，保證優(yōu)先處理緊急故障。（5）通用性要好 工業(yè)控制的對(duì)象千差萬(wàn)別，而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制開發(fā)又需要有一定的投資和周期。一般來(lái)說，不可能為一臺(tái)裝置或一個(gè)生產(chǎn)過程研制一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，常常是設(shè)計(jì)或選用通用性好的計(jì)算機(jī)控制裝置靈活地構(gòu)成系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)備和控制對(duì)象有所變更時(shí)或者再設(shè)計(jì)另外一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，通用性好的系統(tǒng)一般稍作更改或擴(kuò)充就可適應(yīng)。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：一是硬件設(shè)計(jì)

7、方面，首先應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板或功能模塊，以便在需要擴(kuò)充時(shí)，只要增加相應(yīng)板、塊就能實(shí)現(xiàn)，即便當(dāng)CPU升級(jí)時(shí)，也只要更換相應(yīng)的升級(jí)芯片及少量相關(guān)電路即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)的目的。其次，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，各設(shè)計(jì)指標(biāo)要留有一定的余量，如輸入輸出通道指標(biāo)、內(nèi)存容量、電源功率等。二是軟件方面，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，盡量不進(jìn)行二次開發(fā)，主要是按要求選擇各種軟件功能模塊，靈活地進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)。 （6）經(jīng)濟(jì)效益要高 計(jì)算機(jī)控制應(yīng)該帶來(lái)高的經(jīng)濟(jì)效益，要有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)在兩方面：一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能價(jià)格比要盡可能的高，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，盡量采用物美廉價(jià)的元器件；二是投入產(chǎn)出比要盡可能

8、的低，應(yīng)該從提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量、降低能耗、消除污染、改善勞動(dòng)條件等方面進(jìn)行綜合評(píng)估。11.2控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟主要知識(shí)點(diǎn) 簡(jiǎn)單介紹 11.2.1 準(zhǔn)備階段 11.2.2 設(shè)計(jì)階段 11.2.3仿真及調(diào)試階段 簡(jiǎn)單介紹 作為一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)研制過程中應(yīng)經(jīng)過哪些步驟，這是需要認(rèn)真考慮的。如果步驟不清，或者每一步需要做什么不明確，就有可能引起研制過程中的混亂甚至返工。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制過程一般可分為4個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、設(shè)計(jì)階段、仿真及調(diào)試階段和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行階段。 11.2.1 準(zhǔn)備階段在一個(gè)工程項(xiàng)目研制實(shí)施的開始階段，首先碰到的問題是甲方和乙方之間的雙方合同關(guān)系。甲方是任

9、務(wù)的委托方，乙方是任務(wù)的承接方。圖14-1給出了系統(tǒng)研制準(zhǔn)備階段的流程，該流程既適合于甲方，也適合于乙方。14-1 系統(tǒng)研制準(zhǔn)備階段流程14-1 系統(tǒng)研制準(zhǔn)備階段流程1甲方提出任務(wù)委托書2乙方研究任務(wù)委托書3雙方對(duì)委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改4乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)5乙方進(jìn)行方案可行性論證6簽訂合同書 在委托乙方承接系統(tǒng)項(xiàng)目前，甲方一定要提供正式的書面任務(wù)委托書，該委托書一定要有清楚準(zhǔn)確的系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)，還要包含經(jīng)費(fèi)、計(jì)劃進(jìn)度及合作方式等內(nèi)容。1甲方提出任務(wù)委托書 乙方在接到任務(wù)委托書后要認(rèn)真閱讀，并逐條進(jìn)行研究。對(duì)含糊不清、認(rèn)識(shí)上有分歧和需補(bǔ)充或刪節(jié)的地方要逐條標(biāo)出，并擬訂出要進(jìn)一步弄清的問

10、題及修改意見。 2乙方研究任務(wù)委托書 在乙方對(duì)委托書進(jìn)行了認(rèn)真研究之后，雙方應(yīng)就委托書的確認(rèn)或修改事宜進(jìn)行協(xié)商和討論。經(jīng)過確認(rèn)或修改過的委托書中不應(yīng)再有含義不清的詞匯和條款，而且雙方的任務(wù)和技術(shù)界面必須劃分清楚。3雙方對(duì)委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改 由于任務(wù)和經(jīng)費(fèi)沒有落實(shí)，所以這時(shí)總體方案的設(shè)計(jì)只能是粗線條的。但應(yīng)能反映出三大關(guān)鍵問題：技術(shù)難點(diǎn)；經(jīng)費(fèi)概算；工期。乙方應(yīng)多做幾個(gè)不同的方案以便比較。 4乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 方案可行性論證的目的是要估計(jì)承接該項(xiàng)任務(wù)的把握性，并為簽合同后設(shè)計(jì)階段的總體設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。論證的主要內(nèi)容是：技術(shù)可行性；經(jīng)費(fèi)可行性；進(jìn)度計(jì)劃可行性。特別要指出，對(duì)控制項(xiàng)目尤其是

11、對(duì)可測(cè)性和可控性應(yīng)給予充分重視。 如果論證的結(jié)果可行，接著就應(yīng)做好簽合同前的準(zhǔn)備工作；如果不可行，則應(yīng)與甲方進(jìn)一步協(xié)商任務(wù)委托書的有關(guān)內(nèi)容或?qū)l款進(jìn)行修改。若不能修改，則合同不能簽訂。 5乙方進(jìn)行方案可行性論證 這是準(zhǔn)備階段的最后一個(gè)步驟。合同書是雙方達(dá)成一致意見的結(jié)果，也是以后雙方合作的唯一依據(jù)和憑證。合同書應(yīng)包含如下內(nèi)容：雙方的任務(wù)劃分和各自應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任；合作方式；付款方式；進(jìn)度和計(jì)劃安排；驗(yàn)收方式及條件；成果的歸屬；違約的解決辦法等。 合同書的最后簽訂，也就意味著雙方認(rèn)可的系統(tǒng)總體方案得以確定，可以進(jìn)入下一個(gè)設(shè)計(jì)階段。6簽訂合同書11.2.2 設(shè)計(jì)階段 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段又分為總體設(shè)計(jì)、

12、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)步驟。1 總體設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)3 軟件設(shè)計(jì)1總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)就是要了解控制對(duì)象、熟悉控制要求，確定總的技術(shù)性能指標(biāo)，確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式及控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的選擇，以及控制規(guī)律算法和其它特殊功能要求。 （1）確定系統(tǒng)任務(wù)與控制方案（2）確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式設(shè)計(jì)（3）選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（4）確定控制算法（5）硬、軟件功能的劃分（6）其它方面的考慮 在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)對(duì)控制對(duì)象的工藝流程進(jìn)行分析歸納，明確具體要求，確定系統(tǒng)所要完成的任務(wù)，一般應(yīng)同用戶討論并得到用戶的認(rèn)可。然后根據(jù)系統(tǒng)要求，確定采用開環(huán)還是閉環(huán)控制；閉環(huán)控制還需進(jìn)一步確定是單閉環(huán)還是多閉環(huán)；進(jìn)而還要確定出整個(gè)系

13、統(tǒng)是采用DDC，還是采用SCC，或者采用DCS或FCS。（1）確定系統(tǒng)任務(wù)與控制方案 控制方案確定后，就可以進(jìn)一步確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式即進(jìn)行控制裝置機(jī)型的選擇。目前已經(jīng)生產(chǎn)出許多用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)裝置可供選擇，如單片機(jī)、可編程調(diào)節(jié)器、IPC、PLC和DCS、FCS等。（2）確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式 在以模擬量為主的中小規(guī)模的過程控制環(huán)境下，一般應(yīng)優(yōu)先選擇總線式IPC來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的方式；在以數(shù)字量為主的中小規(guī)模的運(yùn)動(dòng)控制環(huán)境下，一般應(yīng)優(yōu)先選擇PLC來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的方式。IPC或PLC具有系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)要求任意選擇，象搭積木般地組建系統(tǒng)。這種方式可提高

14、系統(tǒng)研制和開發(fā)速度，提高系統(tǒng)的技術(shù)水平和性能，增加可靠性。 當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小、控制回路較少時(shí)，可以考慮采用可編程調(diào)節(jié)器或控制儀表；如果是小型控制裝置或智能儀器儀表的研制設(shè)計(jì)，則可以采用單片機(jī)系列。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大，自動(dòng)化水平要求高，甚至集控制與管理為一體的系統(tǒng)可選用DCS、FCS、高檔PLC或其它工控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。 主要包含傳感器、變送器和執(zhí)行器的選擇。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量各種參數(shù)的傳感器，如溫度、壓力、流量、液位、成分、位移、重量、速度等等，種類繁多，規(guī)格各異；而執(zhí)行器也有模擬量執(zhí)行器、數(shù)字量執(zhí)行器以及電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等之分。因此，如何正確選擇這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，確實(shí)不是一件簡(jiǎn)單的事情，這其中的任何一

15、個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響系統(tǒng)的控制任務(wù)和控制精度。（3）選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 選用什么控制算法才能使系統(tǒng)達(dá)到要求的控制指標(biāo)，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一?？刂扑惴ǖ倪x擇與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有關(guān)，在系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型確定后，便可推導(dǎo)出相應(yīng)的控制算法。 所謂數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它表示系統(tǒng)輸入輸出及其內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。一般多由實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性曲線，然后由曲線確定出其數(shù)學(xué)模型。當(dāng)系統(tǒng)模型確定之后，即可確定控制算法。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是按此控制算法進(jìn)行控制。因此，控制算法的正確與否，直接影響控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。（4）確定控制算法 由于控制對(duì)象多種多樣，相應(yīng)控制模型也各異，所以控制規(guī)律及其控

16、制算法也是多種多樣的。如一般簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過程常采用P、PI或PID控制；對(duì)于工況復(fù)雜工藝要求高的生產(chǎn)過程，一般的PID不能達(dá)到性能指標(biāo)時(shí)，應(yīng)采取其它控制規(guī)律如串級(jí)、前饋、自適應(yīng)等；對(duì)于快速隨動(dòng)系統(tǒng)，可選用最少拍控制；對(duì)具有純滯后的控制對(duì)象，可選用純滯后補(bǔ)償或大林控制；對(duì)具有時(shí)變、非線性特性的控制對(duì)象以及難以建立數(shù)學(xué)模型的控制對(duì)象，可選用模糊控制；另外，還有隨機(jī)控制、智能控制等其它控制算法。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一些控制功能既能由硬件實(shí)現(xiàn)，亦能用軟件實(shí)現(xiàn)。故系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，硬、軟件功能的劃分要綜合考慮。用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)一些功能的好處是可以加快處理速度，減輕主機(jī)的負(fù)擔(dān)，但要增加部件成本；而軟件實(shí)現(xiàn)正好相反，

17、可以降低成本，增加靈活性，但要占用主機(jī)更多的時(shí)間。一般的考慮原則是視控制系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境與今后的生產(chǎn)數(shù)量而定。對(duì)于今后能批量生產(chǎn)的系統(tǒng)，為了減低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，在滿足指標(biāo)功能的前提下，應(yīng)盡量減少硬件器件，多用軟件來(lái)完成相應(yīng)的功能。如果軟件實(shí)現(xiàn)很困難，而用硬件實(shí)現(xiàn)卻比較簡(jiǎn)單，且系統(tǒng)的批量又不大的話，則用硬件實(shí)現(xiàn)功能比較妥當(dāng)。（5）硬、軟件功能的劃分 還應(yīng)考慮人機(jī)界面、系統(tǒng)的機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗干擾等方面的問題。最后初步估算一下成本，做出工程概算。 對(duì)所提出的總體設(shè)計(jì)方案要進(jìn)行合理性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及可行性論證。論證通過后，便可形成作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)的系統(tǒng)總體方案圖和系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書，以指導(dǎo)

18、具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。 （6）其它方面的考慮2.硬件設(shè)計(jì) 對(duì)于通用控制系統(tǒng)，可以首選現(xiàn)成的總線式IPC系統(tǒng)或者PLC裝置，以加快設(shè)計(jì)研制進(jìn)程，使系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的工作量減到最小。例如STD總線、PC總線IPC有數(shù)十種國(guó)內(nèi)外的品牌，PLC也有十幾種品牌幾十種系列可供選擇。這些符合工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的控制裝置的模板、模塊產(chǎn)品都經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試，并可提供各種軟硬件接口，包括相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序等。這些模板模塊產(chǎn)品只要總線標(biāo)準(zhǔn)一致，買回后插入相應(yīng)空槽即可運(yùn)行，構(gòu)成系統(tǒng)極為方便。所以。除非無(wú)法買到滿足自己要求的產(chǎn)品，否則絕不要隨意決定自行研制。無(wú)論是選用現(xiàn)成的IPC，還是采用PLC裝置，設(shè)計(jì)者都要根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的模板或模

19、塊。選擇內(nèi)容一般包括：（1）根據(jù)控制任務(wù)的復(fù)雜程度、控制精度以及實(shí)時(shí)性要求等選擇主機(jī)板（包括總線類型、主機(jī)機(jī)型等）；（2） 根據(jù)AI、AO點(diǎn)數(shù)、分辨率和精度，以及采集速度等選AD、DA板（包括通道數(shù)量、信號(hào)類別、量程范圍等）；（3）根據(jù)DI、DO點(diǎn)數(shù)和其它要求，選擇開關(guān)量輸入輸出板（包括通道數(shù)量、信號(hào)類別、交直流和功率大小等）；（4）根據(jù)人機(jī)聯(lián)系方式選擇相應(yīng)的接口板或顯示操作面板（包括參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、手動(dòng)自動(dòng)切換和異常報(bào)警等）；（5）根據(jù)需要選擇各種外設(shè)接口、通信板塊等；（6）根據(jù)工藝流程選擇測(cè)量裝置（包括被測(cè)參數(shù)種類、量程大小、信號(hào)類別、型號(hào)規(guī)格等）；（7）根據(jù)工藝流程選擇執(zhí)行裝置（包括

20、能源類型、信號(hào)類別、型號(hào)規(guī)格等）。 采用通用控制裝置構(gòu)成系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)配置靈活，規(guī)?？纱罂尚?，擴(kuò)充方便，維修簡(jiǎn)單，由于無(wú)須進(jìn)行硬件線路設(shè)計(jì)，因而對(duì)設(shè)計(jì)人員的硬件技術(shù)水平要求不高。一般IPC都配有系統(tǒng)軟件，有的還配有各種控制軟件包；而有的IPC只提供硬件設(shè)計(jì)上的方便，而應(yīng)用軟件需自行開發(fā)，或者系統(tǒng)設(shè)計(jì)者愿意自己開發(fā)研制全部應(yīng)用軟件。以獲取這部分較高的商業(yè)利潤(rùn)。 專用控制系統(tǒng)是指應(yīng)用領(lǐng)域比較專一，或者是為某項(xiàng)應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)、開發(fā)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床控制設(shè)備、彩色印刷控制設(shè)備、電子稱重儀及其它智能數(shù)字測(cè)控設(shè)備等專用的智能化儀器儀表及小型控制系統(tǒng)。另外，帶有智能控制功能的家電產(chǎn)品也屬這類系

21、統(tǒng)。這些系統(tǒng)偏重于某幾項(xiàng)特定的功能，系統(tǒng)的軟硬件比較簡(jiǎn)單和緊湊，常用于批量的定型產(chǎn)品中。硬件完全按系統(tǒng)的要求進(jìn)行配置，軟件多采用固化的專用芯片和相應(yīng)器件，一般可采用單片機(jī)系統(tǒng)或?qū)Ｓ玫目刂菩酒瑏?lái)實(shí)現(xiàn)，開發(fā)完成后一般不作較大的更動(dòng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)針對(duì)性強(qiáng)、價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備較深的計(jì)算機(jī)知識(shí)，系統(tǒng)的全部硬件、軟件均需自行開發(fā)研制。3軟件設(shè)計(jì) 用IPC或PLC來(lái)組建計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅能減小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)工作量，而且還能減小系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作量。一般它們都配有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控程序以及各種控制、運(yùn)算軟件和組態(tài)軟件等，可使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在最短的周期內(nèi)，開發(fā)出應(yīng)用軟件。 如果從

22、選擇單片機(jī)入手來(lái)研制控制系統(tǒng)，那系統(tǒng)的全部硬件、軟件均需自行開發(fā)研制。自行開發(fā)控制軟件時(shí)，應(yīng)先畫出程序總體流程圖和各功能模塊流程圖，再選擇程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，然后編制程序。程序編制應(yīng)先模塊后整體。軟件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。（1）編程語(yǔ)言的選擇 根據(jù)機(jī)型不同和控制工況不同，可以選擇不同的編程設(shè)計(jì)語(yǔ)言。目前常用的語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、組態(tài)語(yǔ)言等。 匯編語(yǔ)言是使用助記符代替二進(jìn)制指令碼的面向機(jī)器的語(yǔ)言。用匯編語(yǔ)言編出的程序質(zhì)量較高，且易讀、易記、易檢查和修改，但不同的機(jī)器有不同的匯編語(yǔ)言，如MCS51單片機(jī)匯編語(yǔ)言、8086CPU匯編語(yǔ)言等。編程者必須先熟悉這種機(jī)器的匯編語(yǔ)言才能編程，這就要求編程者

23、要有較深的計(jì)算機(jī)軟件和硬件知識(shí)以及一定程度的程序設(shè)計(jì)技能與經(jīng)驗(yàn)。 高級(jí)語(yǔ)言更接近英語(yǔ)自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)表達(dá)式，程序設(shè)計(jì)人員只要掌握該種語(yǔ)言的特點(diǎn)和使用方法，而不必了解機(jī)器的指令系統(tǒng)就可以編程設(shè)計(jì)。因而它具有通用性好、功能強(qiáng)、更易于編寫等特點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展很快的一種編程方式。目前，AT89、51系列單片機(jī)常用的高級(jí)語(yǔ)言有C-51、PLM-51以及MBASIC-51等。 高級(jí)語(yǔ)言在編寫控制算法和圖形顯示方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，而匯編語(yǔ)言編寫的程序比用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少。所以，一種較好的模式是混合使用兩種語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言編寫中斷管理、輸入輸出等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的程序，而用高級(jí)語(yǔ)言編寫計(jì)算、圖形

24、顯示、打印等運(yùn)算管理程序。 組態(tài)語(yǔ)言是一種針對(duì)控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的面向問題的高級(jí)語(yǔ)言，它為用戶提供了眾多的功能模塊。比如，控制算法模塊（如PID），運(yùn)算模塊（四則運(yùn)算、開方、最大值/最小值選擇、一階慣性、超前滯后、工程量變換、上下限報(bào)警等數(shù)十種），計(jì)數(shù)/計(jì)時(shí)模塊，邏輯運(yùn)算模塊，輸入模塊，輸出模塊，打印模塊，CRT顯示模塊等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只需根據(jù)控制要求，選擇所需的模塊就能十分方便地生成系統(tǒng)控制軟件，因而軟件設(shè)計(jì)工作量大為減小。常用的組態(tài)軟件有Intouch、FIX、WinCC、KingView組態(tài)王、MCGS、力控等。 在軟件技術(shù)飛速發(fā)展的今天，各種軟件開發(fā)工具琳瑯滿目，每種開發(fā)語(yǔ)言都有其各自的長(zhǎng)處

25、和短處。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序時(shí)，究竟選擇哪種語(yǔ)言編程，還是兩種語(yǔ)言混合使用，這要根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)、控制任務(wù)的要求以及所具備的條件而定。 （2）數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃 系統(tǒng)的各個(gè)模塊之間要進(jìn)行各種信息傳遞，如數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊之間、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊、打印模塊之間的接口條件，也即各接口參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型必須嚴(yán)格統(tǒng)一規(guī)定。 從數(shù)據(jù)類型上來(lái)分類，可分為邏輯型和數(shù)值型。通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標(biāo)志中去考慮。數(shù)值型數(shù)據(jù)可分為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)，定點(diǎn)數(shù)具有直觀、編程簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是表示的數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍小，容易溢出；而浮點(diǎn)數(shù)則相反，數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍大、相對(duì)精度穩(wěn)定、不易溢出，但編

26、程復(fù)雜，運(yùn)算速度低。 如果某參數(shù)是一系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信號(hào)序列，則不只有數(shù)據(jù)類型問題，還有一個(gè)數(shù)據(jù)存放格式問題，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。具體說來(lái)，就是按順序結(jié)構(gòu)、鏈形結(jié)構(gòu)還是樹形結(jié)構(gòu)來(lái)存放數(shù)據(jù)。（3）資源分配 完成數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃后，便開始分配系統(tǒng)的資源。系統(tǒng)資源包括ROM、RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷源、I/O地址等。ROM資源用來(lái)存放程序和表格，I/O地址、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷源在任務(wù)分析時(shí)已經(jīng)分配好了。因此，資源分配的主要工作是RAM資源的分配。RAM資源規(guī)劃好后，應(yīng)列出一張RAM資源的詳細(xì)分配清單，作為編程依據(jù)。（4）控制軟件的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用程序一般包括以下

27、幾部分。 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序 數(shù)據(jù)采集程序主要包括模擬量和數(shù)字量多路信號(hào)的采樣、輸入變換、存儲(chǔ)等。數(shù)據(jù)處理程序主要包括數(shù)字濾波程序、線性化處理和非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換程序、越限報(bào)警程序等。 控制算法程序 控制算法程序是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心程序，其內(nèi)容由控制系統(tǒng)的類型和控制規(guī)律所決定。一般有：數(shù)字PID控制算法、大林算法、Smith補(bǔ)償控制算法、最少拍控制算法、串級(jí)控制算法、前饋控制算法、解耦控制算法、模糊控制算法、最優(yōu)控制算法等。實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，可選擇合適的一種或幾種控制算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制?？刂屏枯敵龀绦?控制量輸出程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制量的處理（上下限和變化率處理）、控制量的變換及輸出，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或各

28、種電氣開關(guān)?？刂屏恳舶M量和開關(guān)量輸出兩種。人-機(jī)界面程序 這是面板操作管理程序，包括鍵盤、開關(guān)、撥碼盤等信息輸入程序，顯示器、指示燈、監(jiān)視器和打印機(jī)等輸出程序，事故報(bào)警以及故障檢測(cè)程序等。程序?qū)崟r(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中有很多任務(wù)是按時(shí)間來(lái)安排的，因此實(shí)時(shí)時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)。時(shí)鐘有絕對(duì)時(shí)鐘和相對(duì)時(shí)鐘兩種。絕對(duì)時(shí)鐘與當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間同步，相對(duì)時(shí)鐘與當(dāng)?shù)貢r(shí)間無(wú)關(guān)。 許多實(shí)時(shí)任務(wù)如采樣周期、定時(shí)顯示打印、定時(shí)數(shù)據(jù)處理等都必須利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)，并由定時(shí)中斷服務(wù)程序去執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或處理動(dòng)作狀態(tài)標(biāo)志。另外，事故報(bào)警、掉電保護(hù)等一些重要事件的處理也常常使用中斷技術(shù)，以使計(jì)算機(jī)能對(duì)

29、事件做出及時(shí)處理。數(shù)據(jù)管理程序 這部分程序用于生產(chǎn)管理，主要包括畫面顯示、變化趨勢(shì)分析、報(bào)警記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印輸出等。數(shù)據(jù)通信程序 數(shù)據(jù)通信程序主要完成計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。（5）程序設(shè)計(jì)的方法 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法可采用模塊化程序設(shè)計(jì)和自頂向下程序設(shè)計(jì)等方法。 模塊化程序設(shè)計(jì)是把一個(gè)較長(zhǎng)的程序按功能分成若干個(gè)小的程序模塊，然后分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試和查錯(cuò)之后，最后把各調(diào)試好的程序模塊連成一個(gè)完整的程序。模塊化程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是單個(gè)小程序模塊的編寫和調(diào)試比較容易；一個(gè)模塊可以被多個(gè)程序調(diào)用；檢查錯(cuò)誤容易，且修改時(shí)只需改正該模塊即可，無(wú)須牽涉其它模塊。但這種

30、設(shè)計(jì)在對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行連接時(shí)有一定困難。 自頂向下程序設(shè)計(jì)時(shí)，先從主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，從屬的程序或子程序用程序符號(hào)來(lái)代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。這種方法的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)、測(cè)試和連接同時(shí)按一個(gè)線索進(jìn)行，比較符合人們的日常思維方式，設(shè)計(jì)中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設(shè)計(jì)的最大問題就是上一級(jí)的程序錯(cuò)誤將會(huì)對(duì)整個(gè)程序產(chǎn)生影響，并且局部的修改將牽連全局。11.2.3仿真及調(diào)試階段離線仿真及調(diào)試階段一般在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，首先進(jìn)行硬件調(diào)試與軟件調(diào)試，然后進(jìn)行硬件軟件統(tǒng)調(diào)，最后考機(jī)運(yùn)行，為現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)做好準(zhǔn)備。主要內(nèi)容1硬件調(diào)試2軟件調(diào)試3系統(tǒng)仿真4考機(jī) 1硬件調(diào)試 對(duì)于各種標(biāo)準(zhǔn)

31、功能模板，應(yīng)按照說明書檢查主要功能。比如主機(jī)板（CPU板）上RAM區(qū)的讀寫功能、ROM區(qū)的讀出功能、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等的正確性。 在調(diào)試 A/D和 D/A模板之前，必須準(zhǔn)備好信號(hào)源、數(shù)字電壓表、電流表等標(biāo)準(zhǔn)儀器。對(duì)這兩種模板首先檢查信號(hào)的零點(diǎn)和滿量程，然后再分檔檢查，并且上行和下行來(lái)回調(diào)試，以便檢查線性度是否合乎要求。 利用開關(guān)量輸入和輸出程序來(lái)檢查開關(guān)量輸入（DI）和開關(guān)量輸出（DO）模板。測(cè)試時(shí)可在輸入端加開關(guān)量信號(hào)，檢查讀入狀態(tài)的正確性；可在輸出端用萬(wàn)用表或燈泡檢查輸出狀態(tài)的正確性。 硬件調(diào)試還包括現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器，這些儀表必須在安裝之前按說明書要求校驗(yàn)完畢。 如是DCS等通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

32、，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。 控制模塊的調(diào)試應(yīng)分為開環(huán)和閉環(huán)兩種情況進(jìn)行。開環(huán)調(diào)試是檢查PID控制模塊的開環(huán)階躍響應(yīng)特性，開環(huán)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)是分析記錄在不同的P、I、D參數(shù)下，針對(duì)不同階躍輸入幅度、不同控制周期、正反兩種作用方向時(shí)的純比例控制、比例積分控制以及比例積分微分控制等三種主要響應(yīng)曲線，從而確定較佳的P、I、D參數(shù)。 在完成PID控制模塊開環(huán)特性調(diào)試的基礎(chǔ)上，還必須進(jìn)行閉環(huán)特性調(diào)試，即檢查PID控制模塊的反饋控制功能。被控對(duì)象可以使用實(shí)驗(yàn)室物理模擬裝置，也可以使用電子式模擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。實(shí)驗(yàn)方法與模擬儀表調(diào)節(jié)器組成的控制系

33、統(tǒng)類似，即分別做給定值和外部擾動(dòng)的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，改變P、I、D參數(shù)以及階躍輸入的幅度，分析被控制量的階躍響應(yīng)曲線和PID控制器輸出控制量的記錄曲線，判斷閉環(huán)工作是否正確。在純PID控制閉環(huán)實(shí)驗(yàn)通過的基礎(chǔ)上，再逐項(xiàng)加入一些計(jì)算機(jī)控制的特殊功能，如積分分離、微分先行、非線性PID等，并逐項(xiàng)檢查是否正確。 一般與過程輸入輸出通道無(wú)關(guān)的程序，如運(yùn)算模塊都可用開發(fā)裝置或仿真器的調(diào)試程序進(jìn)行調(diào)試，有時(shí)為了調(diào)試某些程序，可能還要編寫臨時(shí)性的輔助程序。 一旦所有的子程序和功能模塊調(diào)試完畢，就可以用主程序?qū)⑺鼈冞B接在一起，進(jìn)行整體調(diào)試。整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大，首先按分支將模塊組合起來(lái)，以形成模塊子集，

34、調(diào)試完各模塊子集，再將部分模塊子集連接起來(lái)進(jìn)行局部調(diào)試，最后進(jìn)行全局調(diào)試。這樣經(jīng)過子集、局部和全局三步調(diào)試，完成了整體調(diào)試工作。通過整體調(diào)試能夠把設(shè)計(jì)中存在的問題和隱含的缺陷暴露出來(lái)，從而基本上消除了編程上的錯(cuò)誤，為以后的系統(tǒng)仿真調(diào)試和在線調(diào)試及運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。 3系統(tǒng)仿真 在硬件和軟件分別調(diào)試后，必須再進(jìn)行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)，即所謂的系統(tǒng)仿真，也稱為模擬調(diào)試。所謂系統(tǒng)仿真，就是應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來(lái)研究事物，也就是用模型來(lái)代替實(shí)際被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。系統(tǒng)仿真有以下三種類型：全物理仿真（即在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真）；半物理仿真（即硬件閉路動(dòng)態(tài)試驗(yàn)）；數(shù)字仿真（即計(jì)算機(jī)仿真）。

35、 系統(tǒng)仿真盡量采用全物理或半物理仿真。試驗(yàn)條件或工作狀態(tài)越接近真實(shí)，其效果也就越好。對(duì)于純數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般可做到全物理仿真；而對(duì)于控制系統(tǒng)，要做到全物理仿真幾乎是不可能的。這是因?yàn)?，我們不可能將?shí)際生產(chǎn)過程搬到自己的實(shí)驗(yàn)室中。因此，控制系統(tǒng)只能做離線半物理仿真，被控對(duì)象可用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛妗Ｗ皂斚蛳鲁绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)，先從主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，從屬的程序或子程序用程序符號(hào)來(lái)代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。這種方法的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)、測(cè)試和連接同時(shí)按一個(gè)線索進(jìn)行，比較符合人們的日常思維方式，設(shè)計(jì)中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設(shè)計(jì)的最大問題就是上一級(jí)的程序錯(cuò)誤將會(huì)對(duì)整個(gè)程序產(chǎn)

36、生影響，并且局部的修改將牽連全局。4考機(jī) 在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，即進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，有時(shí)還要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗(yàn)，如高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗(yàn)、振動(dòng)和抗電磁干擾試驗(yàn)、電源電壓劇變和掉電試驗(yàn)等。11.2.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行階段系統(tǒng)離線仿真和調(diào)試后便可將控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進(jìn)行在線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行，最后經(jīng)過簽字驗(yàn)收，才標(biāo)志著工程項(xiàng)目的最終完成。 盡管上述離線仿真和調(diào)試工作最終做到了天衣無(wú)縫，但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問題?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與運(yùn)行階段是一個(gè)從小到大、從易到難、從手動(dòng)到自動(dòng)、從簡(jiǎn)單回路到復(fù)雜回路逐步過渡的過程。此前應(yīng)制定一系列調(diào)試計(jì)劃、實(shí)施方案、安全

37、措施、分工合作細(xì)則等。為了做到有把握，在線調(diào)試前還要進(jìn)行下列檢查：1檢測(cè)元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校驗(yàn)，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。2各種電氣接線和測(cè)量導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。例如，傳感器的極性不能接反，各個(gè)傳感器對(duì)號(hào)位置不能接錯(cuò)，各個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)管必須暢通，特別是不能把強(qiáng)電接在弱電上。 3檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。 4對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。 經(jīng)過檢查并已安裝正確后，即可進(jìn)行系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)的整定。投運(yùn)時(shí)應(yīng)先切入手動(dòng)，等系統(tǒng)運(yùn)行接近于給定值時(shí)再切入自動(dòng)。有關(guān)控制參數(shù)的整定，可按第9.1.4 數(shù)字PID參數(shù)的整定介紹的方法進(jìn)行。

38、 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的過程中，往往會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜、時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象，一時(shí)難以找到問題的根源。此時(shí)此刻，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們要認(rèn)真地共同分析，不要輕易地懷疑別人所做的工作，以便盡快找到問題的根源并解決。 系統(tǒng)運(yùn)行正常后，再試運(yùn)行一段時(shí)間，即可組織簽字驗(yàn)收。驗(yàn)收是系統(tǒng)項(xiàng)目最終完成的標(biāo)志，應(yīng)由甲方主持、乙方參加，雙方協(xié)同辦理。驗(yàn)收完畢應(yīng)形成驗(yàn)收文件存檔。11.3 控制工程的應(yīng)用實(shí)例要真正成功地完成一個(gè)工程項(xiàng)目，除了要講究科學(xué)的設(shè)計(jì)方法外，還要借助于豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，我們應(yīng)當(dāng)總結(jié)和學(xué)習(xí)一些成功項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。下面分別介紹四種典型控制裝置的工程應(yīng)用實(shí)例。 主要內(nèi)容11.3.1 水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)1

39、1.3.2 循環(huán)水裝置IPC系統(tǒng)11.3.3 中水回用PLC控制系統(tǒng)11.3.4 火電廠DCS控制系統(tǒng)11.3.1 水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于小型測(cè)控系統(tǒng)或者某些專用的智能化儀器儀表，一般可采用以單片機(jī)為核心、配以接口電路和外圍設(shè)備、再編制應(yīng)用程序的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的水槽水位控制系統(tǒng)為例。 主要內(nèi)容1系統(tǒng)概述 2硬件電路 3程序設(shè)計(jì)1系統(tǒng)概述 通過水槽水位的高低變化來(lái)啟停水泵，從而達(dá)到對(duì)水位的控制目的，這是一種常見的工藝控制。如圖14-2點(diǎn)劃線框內(nèi)所示，一般可在水槽內(nèi)安裝3個(gè)金屬電極A、B、C，它們分別代表水位的下下限、下限與上限。工藝要求：當(dāng)水位升到上限C以上時(shí)，水泵應(yīng)停止供水；當(dāng)

40、水位降到下限B以下時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)水泵供水；當(dāng)水位處于下限B與上限C之間，水泵應(yīng)維持原有的工作狀態(tài)。圖14-2 水槽水位控制電路 動(dòng)畫鏈接2硬件電路 根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)硬件電路如圖14-2所示，這是一個(gè)用單片機(jī)采集水位信號(hào)并通過繼電器控制水泵的小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。主要組成部分的功能如下： (1) 系統(tǒng)核心部分：采用低檔型AT89C2051單片機(jī)，用P1.0和P1.1端作為水位信號(hào)的采集輸入口，P1.2和P1.3端作為控制與報(bào)警輸出口。 (2) 水位測(cè)量部分：電極A接+5V電源，電極B、C各通過一個(gè)電阻與地相連。b點(diǎn)電平與c點(diǎn)電平分別接到P1.0和P1.1輸入端，可以代表水位的各種狀態(tài)與操作

41、要求，共有4種組合，如表14-1所示。 表14-1 水位信號(hào)及操作狀態(tài)表C(P1.1) b(P1.0) 水位 操作 00B點(diǎn)以下 水泵啟動(dòng) 01B、C之間 維持原狀 10系統(tǒng)故障 故障報(bào)警 11C點(diǎn)以上 水泵停止 當(dāng)水位降到下限B以下時(shí)，電極B與電極C在水面上方懸空，b點(diǎn)、c點(diǎn)呈低電平，這時(shí)應(yīng)啟動(dòng)水泵供水，即是表中第一種組合；當(dāng)水位處于下限與上限之間，由于水的導(dǎo)電作用，電極B連到電極A及+5V，則b點(diǎn)呈高電平，而電極C仍懸空則c點(diǎn)為低電平，這時(shí)不論水位處于上升或下降趨勢(shì)，水泵都應(yīng)繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài)，見表中第二種組合；當(dāng)水位上升達(dá)到上限時(shí)，電極B、C通過水導(dǎo)體連到電極A及+5V，因此b點(diǎn)、c

42、點(diǎn)呈高電平，這時(shí)水泵應(yīng)停止供水，如表中第四種組合；還有第三種組合即水位達(dá)到電極C卻未達(dá)到電極B，即c點(diǎn)為高電平而b點(diǎn)為低電平，這在正常情況下是不可能發(fā)生的，作為一種故障狀態(tài)，在設(shè)計(jì)中還是應(yīng)考慮的。 (3) 控制報(bào)警部分：由P1.2端輸出高電平，經(jīng)反相器使光耦隔離器導(dǎo)通，繼電器線圈KM得電，常開觸點(diǎn)KA閉合，啟動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)P1.2端輸出低電平，經(jīng)反相器使光耦隔離器截止，繼電器線圈J失電，常開觸點(diǎn)斷開，則使水泵停轉(zhuǎn)。由P1.3端輸出高電平，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，?qū)動(dòng)一支發(fā)光二極管發(fā)光進(jìn)行故障報(bào)警。3程序設(shè)計(jì)程序流程如圖14-3所示。開始P1.1、P1.0=00？啟動(dòng)水泵P1.21設(shè)置堆棧指針P1.

43、1、P1.0=10？P1.1、P1.0=11？停止水泵P1.20故障報(bào)警P1.3111.3.2 循環(huán)水裝置IPC系統(tǒng)在以模擬量為主的中小規(guī)?？刂茥l件下，應(yīng)優(yōu)先選擇IPC控制裝置，下面介紹用一臺(tái)STD總線IPC控制循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置的實(shí)例。主要內(nèi)容1系統(tǒng)概述 2硬件電路 3軟件設(shè)計(jì)4功能畫面1系統(tǒng)概述 大型化工企業(yè)普遍采用冷卻水循環(huán)使用技術(shù)，但循環(huán)冷卻水同時(shí)帶來(lái)設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕問題，為此利用循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的流態(tài)水質(zhì)、流速、金屬材質(zhì)和循環(huán)冷卻水進(jìn)出口溫度等主要參數(shù)，來(lái)評(píng)價(jià)穩(wěn)定水質(zhì)的配方、阻垢效果及尋求相應(yīng)的操作工藝條件。（1）工藝流程 模擬試驗(yàn)裝置的主要流程如圖14-4所

44、示，左下方水槽中的冷水經(jīng)水泵、調(diào)節(jié)閥打入換熱器，與蒸汽換熱后，導(dǎo)入冷卻塔與冷風(fēng)換冷，噴淋而下回落到水槽，再由水泵打循環(huán)。圖14-4 循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置控制流程圖（2）控制要求 通常情形是用戶配置兩套這樣的模擬裝置同時(shí)運(yùn)行，因而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)面向兩臺(tái)模擬裝置，集檢測(cè)、控制與管理于一體，主要完成如下功能： 10點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)功能 入口水溫、出口水溫、蒸汽溫度、冷卻塔底溫度，共8路溫度，量程為0100，檢測(cè)精度為02級(jí)。兩路循環(huán)水流量，量程為2001200Lh，檢測(cè)精度為1級(jí)。還有計(jì)算顯示出入口溫差、瞬時(shí)污垢熱阻、水閥與風(fēng)閥門開度、試驗(yàn)時(shí)間與剩余時(shí)間。 22個(gè)參數(shù)設(shè)定功能 換熱器試管直徑與長(zhǎng)度、流

45、量與溫度的給定值、PID控制的比例系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間以及即時(shí)時(shí)間與試驗(yàn)時(shí)間。 10個(gè)參數(shù)標(biāo)定功能 對(duì)8路溫度、2路流量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。 PID控制功能 實(shí)時(shí)控制2路入口水溫與2路循環(huán)水流量，溫度控制精度：設(shè)定值 05；流量控制精度：設(shè)定值2 FS（FS即Full Scale，意為滿刻度或滿量程）。 工藝計(jì)算、列表繪圖功能 根據(jù)污垢熱阻計(jì)算公式計(jì)算并顯示出瞬時(shí)污垢熱阻，而且自動(dòng)生成試 驗(yàn)數(shù)據(jù)列表。自動(dòng)繪制時(shí)間-污垢熱阻曲線。 其他功能指標(biāo) 所有參數(shù)的采樣、計(jì)算、控制周期均為0.25S，刷新顯示周期為2S，試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔按工藝要求而定，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有軟件硬件自診斷、自

46、恢復(fù)功能，具有永不“死機(jī)”的高度可靠性。 上述所有參數(shù)均以漢字分屏幕顯示，且附有提示菜單以便操作。2硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)上述系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)的要求，采用一臺(tái)現(xiàn)成的STD總線IPC較為適宜。選用北京工業(yè)大學(xué)電子工廠的IPC產(chǎn)品，共由10塊功能模板及外設(shè)組成，如圖14-5所示。圖14-5 IPC硬件組成框圖 圖中（1）CPU板及打印機(jī)、（2）CRT板及CRT、（3）鍵盤接口及自診斷板及鍵盤、（4）存儲(chǔ)器板、（5）電源，構(gòu)成了STD工業(yè)控制機(jī)基本系統(tǒng)。在自診斷板中使用了WDT看門狗技術(shù)，無(wú)論何種原因引起死機(jī)，自診斷系統(tǒng)能在128內(nèi)測(cè)出并恢復(fù)正常運(yùn)行，整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作十分可靠。 其中的（6）溫度檢測(cè)板，

47、是一個(gè)由單片機(jī)構(gòu)成的智能型溫度接口板，該板本身能夠完成8路溫度的檢測(cè)，濾波處理，鉑電阻線性化處理。在這個(gè)板上利用軟件技術(shù)從根本上克服了溫度漂移問題。 其中的（7）D/A轉(zhuǎn)換板是流量及溫度控制的驅(qū)動(dòng)接口板。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)兩路塔底溫度與兩路流量，與設(shè)定值進(jìn)行比較，并對(duì)其偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬電壓信號(hào)輸出至（8）伺服放大板，從而控制相應(yīng)的4個(gè)調(diào)節(jié)閥。其中的（8）伺服放大板，其功能相當(dāng)于電動(dòng)單元組合儀表中的4個(gè)伺服放大器，但其精度及可靠性優(yōu)于常規(guī)的伺服放大器。它接收來(lái)自D/A轉(zhuǎn)換板的4路閥位信號(hào)，并檢測(cè)4個(gè)閥的實(shí)際位置，如果實(shí)際位置與D/A轉(zhuǎn)換板輸出的閥位有偏差，則使閥動(dòng)

48、作，達(dá)到與D/A輸出一致的位置后停止，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)閥的控制。 其中的（10）濾波板，對(duì)STD總線的有關(guān)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 其中的（9）流量檢測(cè)板，主要由計(jì)數(shù)電路組成，檢測(cè)兩路來(lái)自渦輪流量變送器的脈沖信號(hào)。對(duì)其實(shí)行濾波、整形、放大、光隔、計(jì)數(shù)處理，并向兩個(gè)渦輪流量變送器提供+12V電壓，可參考第4.2.2 脈沖計(jì)數(shù)電路部分與參看書后文獻(xiàn)。3 軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)采用了現(xiàn)成的IPC，計(jì)算機(jī)廠家已提供了監(jiān)控程序或系統(tǒng)程序，設(shè)計(jì)者的軟件設(shè)計(jì)任務(wù)主要是進(jìn)行系統(tǒng)的應(yīng)用軟件編制。 該應(yīng)用軟件主要完成兩方面的任務(wù)：（1）8路溫度、兩路流量的采集與處理，入口溫度與流量的控制，定

49、時(shí)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（2）允許操作者查看、打印各種數(shù)據(jù)，設(shè)定、標(biāo)定各個(gè)參數(shù)。 由于前者任務(wù)要求適時(shí)性較強(qiáng)，且完成任務(wù)所需時(shí)間較短，故安排在中斷服務(wù)子程序中完成。而后者屬人機(jī)對(duì)話性質(zhì)，任務(wù)完成時(shí)間較長(zhǎng)，且不需嚴(yán)格適時(shí)性，故放于主程序中完成。 圖14-7 中斷服務(wù)子程序由于該控制系統(tǒng)小、比較簡(jiǎn)單，功能畫面要求也不復(fù)雜，因而軟件部分全部采用匯編語(yǔ)言編制。 圖圖14-7 中斷服務(wù)子程序IPC硬件組成框圖 主程序結(jié)構(gòu)框圖如圖14-6所示。在初始化過程中，主要完成對(duì)CRT、打印機(jī)工作方式設(shè)定，四個(gè)調(diào)節(jié)閥門初始定位及軟件標(biāo)志設(shè)置等。 在每一個(gè)畫面處理過程中，能夠查看其他畫面，同時(shí)完成本畫面應(yīng)完成的一些功能。 中

50、斷服務(wù)子程序如圖14-7所示。這是一個(gè)時(shí)間中斷子程序。系統(tǒng)設(shè)置每隔250ms中斷一次，中斷服務(wù)子程序中各個(gè)任務(wù)，應(yīng)能在250ms內(nèi)完成。每四次中斷即時(shí)間間隔為1S時(shí)，刷新時(shí)鐘，處理秒、分、時(shí)、日、月、年的遞增，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。每八次中斷，即時(shí)間間隔為2S時(shí)，采集8路溫度、2路流量，利用軟件實(shí)現(xiàn)濾波處理，以消除瞬間干擾的影響?？刂撇捎脗鹘y(tǒng)的PID控制方式，實(shí)行輸出速率限定，即在2S控制周期內(nèi)，輸出變化幅度不大于輸出全范圍的5。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，若系統(tǒng)在強(qiáng)穩(wěn)過程中，則每隔5min記錄一次，若系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過程中，則每隔120min記錄一次。實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)、設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件及各參數(shù)的標(biāo)定值存于系統(tǒng)的 E2ROM

51、存儲(chǔ)器中，有效保存時(shí)間為10年。圖14-6 主程序結(jié)構(gòu)框圖4功能畫面 該系統(tǒng)共有6個(gè)功能畫面，漢字顯示且每個(gè)畫面都有提示菜單，向操作者提示操作的方式。通過對(duì)這6個(gè)菜單的選擇操作，便可實(shí)現(xiàn)本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有功能。 這6個(gè)功能畫面分別是參數(shù)檢測(cè)畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、參數(shù)標(biāo)定畫面、數(shù)據(jù)列表畫面、熱阻曲線畫面和系統(tǒng)狀態(tài)畫面。由于篇幅所限，不一一贅述，讀者可查閱書后參考文獻(xiàn)。11.3.3 中水回用PLC控制系統(tǒng)在以數(shù)字量為主的中小規(guī)模控制環(huán)境下，一般應(yīng)首選PLC裝置，下面介紹一個(gè)用西門子PLC監(jiān)控中水處理流程的工程實(shí)例。主要內(nèi)容1系統(tǒng)概述 2硬件設(shè)計(jì) 3程序設(shè)計(jì)1系統(tǒng)概述 將生活污水進(jìn)行幾級(jí)處理，作為除飲

52、用以外的其它生活用水，將形成一個(gè)非常寶貴的回用水資源。其中用PLC作為主要控制裝置已成為一種共識(shí)。 （1）工藝流程 中水處理主要工藝流程如圖14-8所示。生活污水首先通過格柵機(jī)濾除固態(tài)雜物，進(jìn)入調(diào)節(jié)池緩沖，再進(jìn)入生化池，利用生物接觸氧化、化學(xué)絮凝和機(jī)械過濾方法使水中COD、BOD5等幾種水質(zhì)指標(biāo)大幅度降低，再采用活性炭和碳纖維復(fù)合吸附過濾方式，使出水達(dá)到生活使用要求。圖14-8 中水處理工藝流程圖格柵機(jī)調(diào)節(jié)池生化池 壓濾罐清水池集水池加藥 加氯 排掉 回用 風(fēng)機(jī) 反沖洗 污水 動(dòng)畫鏈接（2）控制要求 該流程共有被控設(shè)備（含備用）14臺(tái)泵和電機(jī)，4個(gè)池的水位需要檢測(cè)。 水位計(jì)的作用：在任何控制方

53、式下，水位計(jì)的上上限或下下限到位時(shí)，都將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；在全自動(dòng)、分組自動(dòng)、半自動(dòng)控制方式下，水位計(jì)的上限、下限分別作為該池排水泵自動(dòng)開、停的PLC輸入信號(hào)。 采用4種控制方式：手動(dòng)、半自動(dòng)、分組自動(dòng)和全自動(dòng)。 手動(dòng)控制方式 即用手操作14個(gè)按鈕開停14個(gè)被控負(fù)荷，不受水位影響。 生化半自動(dòng)控制方式 指生化池水位機(jī)組的半自動(dòng)控制方式，也即由生化池水位的上限與下 限自動(dòng)控制生化泵的開、停，而加藥計(jì)量泵、CLO2發(fā)生器的開、停由手動(dòng)操作。 分組自動(dòng)控制方式 為了便于維護(hù)，整個(gè)系統(tǒng)分為六個(gè)獨(dú)立的機(jī)組：調(diào)節(jié)池水位自動(dòng)機(jī) 組、生化池水位自動(dòng)機(jī)組、清水池水位自動(dòng)機(jī)組、集水池水位自動(dòng)機(jī) 組、溢流泵自動(dòng)機(jī)組

54、、羅茨風(fēng)機(jī)自動(dòng)機(jī)組。 控制要求：當(dāng)按下分組自動(dòng)按鈕時(shí)，被按下按鈕的燈閃亮，當(dāng)選定 主、備電機(jī)按鈕后，分組自動(dòng)按鈕指示燈長(zhǎng)亮；當(dāng)水位達(dá)到上限時(shí)， 電機(jī)停止而按鈕指示燈轉(zhuǎn)為閃亮。 全自動(dòng)方式控制要求 就是當(dāng)全自動(dòng)準(zhǔn)備按鈕啟動(dòng)后，首先選擇主、備用電機(jī)，然后啟動(dòng)全自動(dòng)開停按鈕，則整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 2硬件設(shè)計(jì)（1）PLC 系統(tǒng)配置 根據(jù)工藝流程與控制要求，要完成14臺(tái)被控設(shè)備的啟動(dòng)、停止按鈕操作，運(yùn)行、停止、故障狀態(tài)的燈指示以及4種控制方式，如果采用常規(guī)的控制模式，1臺(tái)設(shè)備約需56個(gè)啟、停按鈕及狀態(tài)指示燈等器件，整個(gè)控制盤面上大約需要90余個(gè)按鈕與指示燈。這將帶來(lái)器件成本的增高、控制盤面的增

55、大、人工操作的雜亂。本系統(tǒng)采用軟件編程的方法，充分利用PLC內(nèi)部的輸入輸出變量及軟件計(jì)數(shù)器，使1個(gè)帶燈按鈕集成了1臺(tái)設(shè)備的全部控制與狀態(tài)指示功能，加上4種控制方式及其切換，總計(jì)只需配置24個(gè)帶燈按鈕，分別代表14臺(tái)被控設(shè)備與10種控制方式。 整個(gè)系統(tǒng)需要開關(guān)量輸入40點(diǎn)與開關(guān)量輸出32點(diǎn)。因此，選用德國(guó)SIEMENS的S7-200主機(jī)CPU226，有開關(guān)量24輸入16輸出點(diǎn)，數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223，提供開關(guān)量16輸入/16輸出點(diǎn)，總計(jì)正好構(gòu)成了系統(tǒng)要求的40點(diǎn)輸入/32點(diǎn)輸出。操作界面選用TD200中文文本顯示器。 （2）PLC輸入輸出接線圖 PLC輸入輸出接線如圖14-9所示，輸入按鈕12

56、4AN分別對(duì)應(yīng)于PLC I0.0I1.7與I4.0I4.7計(jì)24個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)；4個(gè)水位計(jì)的16個(gè)水位電極點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)I2.0I3.7計(jì)16個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)；PLC輸出點(diǎn)Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.5分別對(duì)應(yīng)于14臺(tái)輸出設(shè)備；輸出點(diǎn)Q1.6Q3.7分別對(duì)應(yīng)于8臺(tái)被控設(shè)備與10種控制方式的狀態(tài)指示燈，共計(jì)32個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)；另外6臺(tái)被控設(shè)備的運(yùn)行指示燈由相應(yīng)的中間繼電器觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。圖14-9 PLC輸入輸出接線圖 （3）TD200中文顯示器 與SIEMENS主機(jī)配套的顯示器的種類很多，而TD200中文文本顯示器是所有SIMATIC S7-200系列最簡(jiǎn)潔、價(jià)格最低的操作界面。而且連接簡(jiǎn)單，不需要獨(dú)

57、立電源，只需專用電纜連接到S7-200CPU的PPI接口上即可，如圖14-10所示。 S7-200系列的CPU中保留了一個(gè)專用區(qū)域用于與TD200交換數(shù)據(jù)，TD200直接通過這些數(shù)據(jù)區(qū)訪問CPU。如信息顯示內(nèi)容“調(diào)節(jié)池水位已達(dá)上上限”，其地址應(yīng)來(lái)自于調(diào)節(jié)池水位計(jì)的上上限接點(diǎn)I2.0的輸入響應(yīng)。圖14-10 TD200中文文本顯示器及其連接3程序設(shè)計(jì)（1）主程序流程圖 S7-200系列PLC使用基于Windows平臺(tái)的32位編程軟件包STEP-7-Micro/WIN，通常采用語(yǔ)義直觀、功能強(qiáng)大、適合修改和維護(hù)的梯形圖語(yǔ)言。圖14-11給出控制系統(tǒng)主程序流程圖，整個(gè)工藝過程分為四種控制方式，在全自

58、動(dòng)與分組自動(dòng)方式下，首先要選擇主、備用電機(jī)。圖14-11 主要程序流程圖PLC上電進(jìn)入手動(dòng)進(jìn)入手動(dòng)是全自動(dòng)嗎？是手動(dòng)嗎？ 是生化池 半自動(dòng)嗎？ 進(jìn)入手動(dòng) 進(jìn)入生化池 半自動(dòng) 選擇風(fēng)機(jī) 選擇調(diào)節(jié)池泵 進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài) 選擇風(fēng)機(jī) 選擇調(diào)節(jié)池泵 分機(jī)分組調(diào)節(jié)池分組自動(dòng)進(jìn)入手動(dòng)（2）功能按鈕程序 24個(gè)帶燈按鈕，分別啟停14臺(tái)被控設(shè)備與10種操作方式。通過軟件編程，使按鈕第一次按下時(shí)有效，第二次按下時(shí)失效(復(fù)位)。 有關(guān)細(xì)節(jié)內(nèi)容可查閱書后參考文獻(xiàn)。 本設(shè)計(jì)完成了所有的工藝要求，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)控制、半自動(dòng)控制、分組自動(dòng)控制和全自動(dòng)控制等四種控制方式，而且硬件器件少，控制盤面簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單靈活，中文界面友好。在現(xiàn)

59、場(chǎng)經(jīng)過調(diào)試后已正常運(yùn)行，工作可靠穩(wěn)定。11.3.4 火電廠DCS控制系統(tǒng)近年來(lái)，DCS在火電廠過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及，應(yīng)用水平提高得很快。DCS從單一功能向多功能、一體化方向發(fā)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了包括數(shù)據(jù)采集（DAS）、模擬量控制（MCS）、開關(guān)量控制（SCS）、汽輪機(jī)控制（DEH）、旁路控制（BPS）、電氣控制（ECS）等多項(xiàng)功能，在減輕運(yùn)行維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高火電廠的綜合自動(dòng)化水平、改善火電機(jī)組運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性等多方面發(fā)揮了極為重要的作用。 圖14-12所示為某300MW單元機(jī)組鍋爐控制部分采用美國(guó)貝利公司INFI-90系統(tǒng)的硬件配置圖，下面以其中的鍋爐主蒸汽溫度控制為例，給出一個(gè)DC

60、S在火電廠過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)例。圖14-12 某300MW機(jī)組鍋爐控制INFI-90系統(tǒng)硬件配置圖1主汽溫度控制方案 主汽溫度是單元機(jī)組主要的安全經(jīng)濟(jì)參數(shù)，在正常運(yùn)行工況下主汽溫度的偏差要求控制在2C范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)情況下的偏差不能超過額定值的+5-10C，對(duì)控制性能要求比較高。為了克服主汽溫度被控對(duì)象的滯后慣性大的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力，大型單元機(jī)組的主汽溫度控制一般采用二級(jí)噴水減溫的調(diào)溫方式（一級(jí)減溫相當(dāng)于粗調(diào)，二級(jí)減溫相當(dāng)于細(xì)調(diào)），同時(shí)又分為甲乙兩側(cè)進(jìn)行分別控制，這樣共有四個(gè)結(jié)構(gòu)類似的控制回路。為了進(jìn)一步克服滯后和慣性對(duì)控制的不良影響，兩側(cè)每級(jí)的噴水調(diào)節(jié)均采用了串級(jí)控制方式，圖14-1