計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

ComputerControlledSystem中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院袁艷Monday,December19,2022計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

ComputerControlledSy計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問(wèn)題，又是一個(gè)工程問(wèn)題。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，不僅要求掌握生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求，而且要通曉自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)甚至控制室規(guī)劃布置等。通常涉及總體方案設(shè)計(jì)，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備選型定貨，系統(tǒng)安裝調(diào)試，工程驗(yàn)收和交付使用等具體工作。本章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的原則、方法及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并提供了一個(gè)典型設(shè)計(jì)實(shí)例。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問(wèn)題，又是一個(gè)工程問(wèn)第八章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例8.4熱處理加熱爐智能模糊控制系統(tǒng)第八章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟返回盡管計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程多種多樣，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和具體的技術(shù)指標(biāo)也是千變?nèi)f化，但在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，有共性的設(shè)計(jì)原則與步驟。

8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟返回盡管計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則1、安全可靠在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，可靠性指標(biāo)一般用系統(tǒng)的平均維修時(shí)間MTTR(Mean-Time-To-Repair)來(lái)表示或平均無(wú)故障時(shí)間(Mean-Time-Before-Failure)。MTTR表示系統(tǒng)每次出現(xiàn)故障后所需維修時(shí)間的平均值。它表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障后立即恢復(fù)工作的能力。8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則1、安全可靠

措施：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)境下能正常運(yùn)行）；設(shè)計(jì)可靠的控制方案，具備各種安全保護(hù)措施；設(shè)計(jì)后備裝置，主要功能分散，可采用DCS或FCS等。對(duì)于一般的控制回路，選用手動(dòng)操作作為后備。對(duì)于較重要的控制場(chǎng)合，常采用雙機(jī)系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的核心控制器，措施：

一般的方式有：⑴備份工作方式即一臺(tái)投入運(yùn)行，另一臺(tái)作為系統(tǒng)的備份機(jī)。當(dāng)投入運(yùn)行的微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由專用切換裝置將備份機(jī)自動(dòng)投入，接替出故障的主機(jī)，使系統(tǒng)照常運(yùn)行；出現(xiàn)故障的微機(jī)修復(fù)后，則作為備份機(jī)使用。

⑵主從工作方式即兩臺(tái)微機(jī)同時(shí)投入運(yùn)行。一臺(tái)擔(dān)任主要工作，另一臺(tái)擔(dān)任從屬工作。當(dāng)擔(dān)任主要工作的主機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由擔(dān)任從屬工作的從屬機(jī)接替主機(jī)的工作，保證系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。一般的方式有：⑶雙工工作方式

在這種系統(tǒng)中，兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)投入系統(tǒng)運(yùn)行，在如何一個(gè)時(shí)刻，都同步執(zhí)行同一個(gè)任務(wù)，并將結(jié)果送到一個(gè)專門的裝置進(jìn)行核對(duì)。如兩臺(tái)機(jī)器輸出結(jié)果相符，說(shuō)明兩臺(tái)主機(jī)都正常，允許將結(jié)果輸出到被控對(duì)象或設(shè)備；如結(jié)果不符，封鎖輸出，如經(jīng)幾次核對(duì)后結(jié)果仍不符，則說(shuō)明其中一臺(tái)發(fā)生故障。這時(shí)調(diào)用診斷程序確定故障所在機(jī)器，并將其換下，讓另一臺(tái)主機(jī)繼續(xù)完成執(zhí)行控制任務(wù)。⑶雙工工作方式⑷分布式控制方案其實(shí)質(zhì)是智能控制單元分別控制各被控對(duì)象，由上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和管理。當(dāng)某一臺(tái)智能控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，它的控制任務(wù)可由上位機(jī)來(lái)承擔(dān)；如上位機(jī)出現(xiàn)故障，則各智能控制單元仍可維持對(duì)各被控對(duì)象的控制，所以大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。⑷分布式控制方案2、系統(tǒng)操作性能好操作性能好包括使用方便和維修容易兩個(gè)含義。操作方便表現(xiàn)在操作簡(jiǎn)單、直觀形象、便于掌握，并不強(qiáng)求操作工要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)才能操作。既要體現(xiàn)操作的先進(jìn)性，又要兼顧原有的操作習(xí)慣。維修方便體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。采用標(biāo)準(zhǔn)的功能模板式結(jié)構(gòu)，便于更換故障模板。并在功能模板上安裝工作狀態(tài)指示燈和檢測(cè)點(diǎn)，便于維修人員檢查，另外配置診斷程序，用來(lái)查找故障。2、系統(tǒng)操作性能好3、實(shí)時(shí)性強(qiáng)工業(yè)控制機(jī)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。對(duì)于定時(shí)事件如數(shù)據(jù)的定時(shí)采集，運(yùn)算控制等，系統(tǒng)設(shè)置時(shí)鐘，保證定時(shí)處理。對(duì)于隨機(jī)事件如事故、報(bào)警等，系統(tǒng)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。3、實(shí)時(shí)性強(qiáng)4、通用性好，便于擴(kuò)充計(jì)算機(jī)控制的對(duì)象千變?nèi)f化，一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)一般可同時(shí)控制多臺(tái)設(shè)備或控制對(duì)象。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能適應(yīng)不同的設(shè)備和不同的控制對(duì)象。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，為日后系統(tǒng)的擴(kuò)充創(chuàng)造有利的條件。如CPU的工作速度、電源功率、內(nèi)存容量、輸入輸出通道數(shù)等指標(biāo)，均應(yīng)留有一定余量。4、通用性好，便于擴(kuò)充工業(yè)控制機(jī)的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：硬件模板設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板，以便再擴(kuò)充功能，只需增加功能模板就能實(shí)現(xiàn)；軟件模塊或控制算法采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時(shí)不需要二次開(kāi)發(fā)，只需按要求選擇各種功能模塊，靈活地進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)。工業(yè)控制機(jī)的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：5、經(jīng)濟(jì)效益高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)該帶來(lái)高的經(jīng)濟(jì)效益，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮性能價(jià)格比，要有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)在：一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能價(jià)格比要盡可能的高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能地低。返回5、經(jīng)濟(jì)效益高返回8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1、工程設(shè)計(jì)的確定確定工程項(xiàng)目與控制任務(wù)一般由甲、乙共同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。所謂甲方，就是任務(wù)的委托方；乙方是系統(tǒng)工程項(xiàng)目的承接方。8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1、工程設(shè)計(jì)的確定第8章-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-課件-(1)甲方提出任務(wù)委托書在委托乙方承接系統(tǒng)工程項(xiàng)目前，甲方一定要提供正式的書面任務(wù)該委托書要明確的系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)要求，還要包含經(jīng)費(fèi)、計(jì)劃進(jìn)度、合作方式等內(nèi)容。(1)甲方提出任務(wù)委托書

(2)乙方研究任務(wù)委托書乙方在接到任務(wù)委托書后要認(rèn)真閱讀，并逐步進(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，并擬定出要進(jìn)一步弄清的問(wèn)題及修改意見(jiàn)。(3)雙方對(duì)委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改在乙方對(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。(2)乙方研究任務(wù)委托書為避免因行業(yè)和專業(yè)不同所帶來(lái)的局限性，在討論時(shí)應(yīng)有各方面有經(jīng)驗(yàn)的人員參加。經(jīng)過(guò)確認(rèn)或修改過(guò)的委托書中不應(yīng)有含義不清的的詞匯和條款，而且雙方的任務(wù)和技術(shù)界面必須劃分清楚。(4)乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)由于任務(wù)和經(jīng)費(fèi)沒(méi)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。在條件允許的情況下，應(yīng)多做幾個(gè)方案以便比較。這些方案應(yīng)在“粗線條”的前提下，盡量詳細(xì)，其把握的尺度是能清楚地反映出三大關(guān)鍵問(wèn)題：技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)費(fèi)概算，工期。為避免因行業(yè)和專業(yè)不同所帶來(lái)的局限性，在討論時(shí)應(yīng)有各方(5)乙方進(jìn)行方案可行性論證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，并為簽訂合同后的設(shè)計(jì)工作打下基礎(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)度可行性。特別要指出，對(duì)控制項(xiàng)目尤其是對(duì)可測(cè)性和可控性應(yīng)給予充分重視。(6)簽訂合同書合同書是雙方達(dá)成一致意見(jiàn)的結(jié)果，也是雙方合作的依據(jù)和憑證。合同書應(yīng)包含如下內(nèi)容：經(jīng)過(guò)雙方修改和認(rèn)可的甲方“任務(wù)委托書”的全部?jī)?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，成果歸屬及違約的解決辦法。(5)乙方進(jìn)行方案可行性論證2、工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)(1)組建項(xiàng)目研制小組為了完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)首先把項(xiàng)目組成員確定下來(lái)。這個(gè)項(xiàng)目組成應(yīng)由懂得計(jì)算機(jī)硬件、軟件和有控制經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員組成，還要明確分工和相互的協(xié)調(diào)合作關(guān)系。

(2)形成總體方案系統(tǒng)總體方案包括硬件總體方案和軟件總體方案。硬件和軟件的設(shè)計(jì)是互相有機(jī)聯(lián)系的。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要經(jīng)過(guò)多次的協(xié)調(diào)和反復(fù)，最后才能形成硬件和軟件的方塊圖，并建立說(shuō)明文檔，包括控制策略和控制算法的確定等。2、工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

(3)方案論證與評(píng)審

方案論證與評(píng)審是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的把關(guān)和最終裁定。評(píng)審后確定的方案是進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和工程實(shí)施的依據(jù)，因此應(yīng)邀請(qǐng)有關(guān)專家、主管領(lǐng)導(dǎo)及甲方代表參加。評(píng)審后應(yīng)重新修改總體方案，評(píng)審過(guò)的方案設(shè)計(jì)應(yīng)該作為正式文件存檔，原則上不應(yīng)再作大的改動(dòng)。(4)硬件和軟件的分別細(xì)化設(shè)計(jì)

此步驟只能在總體方案評(píng)審后進(jìn)行。所謂細(xì)化設(shè)計(jì)就是將方塊圖中的方塊劃到最低層，然后進(jìn)行底層塊內(nèi)的結(jié)構(gòu)細(xì)化設(shè)計(jì)。對(duì)于硬件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，就是選購(gòu)模板以及設(shè)計(jì)制作專用模板；對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，就是將一個(gè)個(gè)模塊編成一條條的程序。(3)方案論證與評(píng)審(5)硬件和軟件的分別調(diào)試實(shí)際上，硬件、軟件的設(shè)計(jì)中都需邊設(shè)計(jì)邊調(diào)試邊修改。往往要經(jīng)過(guò)幾個(gè)反復(fù)過(guò)程才能完成。(6)系統(tǒng)的組裝硬件細(xì)化設(shè)計(jì)和軟件細(xì)化設(shè)計(jì)后，分別進(jìn)行調(diào)試。之后就可進(jìn)行系統(tǒng)的組裝，組裝是離線仿真和調(diào)試階段的前提和必要條件。(5)硬件和軟件的分別調(diào)試3、項(xiàng)目仿真和調(diào)試(1)離線仿真和調(diào)試離線仿真和調(diào)試階段的流程如圖所示。所謂離線仿真和調(diào)試是指在實(shí)驗(yàn)室而不是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的仿真和調(diào)試。離線仿真和調(diào)試試驗(yàn)后，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行?？紮C(jī)的目的是要在連續(xù)不停機(jī)的運(yùn)行中暴露問(wèn)題和解決問(wèn)題。3、項(xiàng)目仿真和調(diào)試所謂離線仿真和調(diào)試是指在實(shí)驗(yàn)室而不是在工業(yè)（2）在線調(diào)試和運(yùn)行系統(tǒng)離線仿真和調(diào)試后便可進(jìn)行在線調(diào)試和運(yùn)行。在線調(diào)試和運(yùn)行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程連接在一起，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行。盡管離線仿真和調(diào)試工作非常認(rèn)真、仔細(xì)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問(wèn)題，因此必須認(rèn)真分析加以解決。系統(tǒng)運(yùn)行正常后，再調(diào)試一段時(shí)間，即可組織驗(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。（2）在線調(diào)試和運(yùn)行整個(gè)過(guò)程如圖所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試試運(yùn)行驗(yàn)收結(jié)束返回整個(gè)過(guò)程如圖所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試試運(yùn)行驗(yàn)收結(jié)束返回8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)返回作為一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程項(xiàng)目，在研制過(guò)程這應(yīng)該經(jīng)過(guò)那些步驟，應(yīng)該怎樣有條不紊地保證工程順利進(jìn)行，這是需要認(rèn)真考慮的。

8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

8.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)返回作為一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工8.2.1系統(tǒng)總體方案設(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。包括：硬件總體方案設(shè)計(jì)：確定系統(tǒng)任務(wù)與控制方案；確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式設(shè)計(jì)；選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備軟件總體方案設(shè)計(jì)：確定控制算法8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)就是要了解控制對(duì)象1、硬件總體方案設(shè)計(jì)硬件總體方案設(shè)計(jì)的方法通常是“黑箱”設(shè)計(jì)。所謂“黑箱”設(shè)計(jì)，就是畫方塊圖的方法。用這種方法做出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只需明確各方塊之間的信號(hào)輸入輸出關(guān)系和功能要求，而不需知道“黑箱”內(nèi)具體結(jié)構(gòu)。1、硬件總體方案設(shè)計(jì)

硬件總體方案設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型根據(jù)系統(tǒng)要求，確定采樣開(kāi)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)控制。實(shí)際可供選擇的控制系統(tǒng)類型有：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；直接數(shù)字控制系統(tǒng)；監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；分級(jí)控制系統(tǒng)等。（2）確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式系統(tǒng)的構(gòu)成方式應(yīng)優(yōu)先選擇工業(yè)控制機(jī)來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的方式。也可以采用可編程控制器或智能調(diào)節(jié)器來(lái)構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的前端機(jī)。硬件總體方案設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：工業(yè)控制機(jī)具有系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放結(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)要求來(lái)任意選擇，像搭積木般地組建系統(tǒng)。這種方式可提高研制和開(kāi)發(fā)速度，提高系統(tǒng)的技術(shù)水平和性能。（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇主要包括傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓、氣動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)等）的選擇，這些裝置的選擇要正確，它是影響系統(tǒng)控制精度的重要因素之一。其他方面的總體設(shè)計(jì)方案中還應(yīng)考慮人－機(jī)聯(lián)系方式、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(wèn)題。工業(yè)控制機(jī)具有系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放結(jié)構(gòu)，有利于2、軟件總體方案設(shè)計(jì)軟件總體方案設(shè)計(jì)通常也是采用結(jié)構(gòu)化的“黑箱”設(shè)計(jì)法。先畫出較高一級(jí)的方框圖，然后再將大的方框分解成小的方框，直到能表達(dá)清楚為止。軟件設(shè)計(jì)方案還應(yīng)考慮確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、控制算法等，選擇合適的控制組態(tài)軟件，也是軟件總體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。軟件總體方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：程序結(jié)構(gòu)規(guī)劃；資源分配；實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘與中斷處理；控制算法、控制量輸出；生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)通信等。2、軟件總體方案設(shè)計(jì)其中重要的任務(wù)是確定控制策略和控制算法：建立對(duì)象與其它部分的數(shù)學(xué)模型，包括系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，反映系統(tǒng)輸入、內(nèi)部狀態(tài)和輸出之間的邏輯與數(shù)量關(guān)系的表達(dá)式或圖表曲線等，為系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計(jì)提供依據(jù)。針對(duì)具體控制對(duì)象和控制指標(biāo)要求選擇合適的控制算法與控制策略，滿足控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的要求。要求快速跟隨的系統(tǒng)：最少拍無(wú)紋波設(shè)計(jì)法；具有純滯后的對(duì)象：Smith補(bǔ)償算法或大林算法；模型中參數(shù)難以確定或波動(dòng)較大時(shí)：模糊算法、自適應(yīng)算法或其它智能算法等。其中重要的任務(wù)是確定控制策略和控制算法：各種控制方法提供了一套通用的算法公式，但應(yīng)用于具體控制對(duì)象時(shí)，應(yīng)有分析地選用，在某些情況下可進(jìn)行必要的修改與補(bǔ)充。如PID數(shù)字算法，若效果不理想，可適當(dāng)修改，加Bang-Bang控制，提高快速性；加FC，響應(yīng)速度加快，超調(diào)量減小等。注意要考慮控制計(jì)算的實(shí)時(shí)性。各種控制方法提供了一套通用的算法公式，但應(yīng)用于具體控制3、系統(tǒng)總體方案將上面的硬件總體方案和軟件總體方案合在一起構(gòu)成系統(tǒng)的總體方案?？傮w方案論證可行后，要形成文件，建立總體方案文檔。系統(tǒng)總體文件的內(nèi)容包括：系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)。原理性方框圖及文字說(shuō)明?？刂撇呗院涂刂扑惴?。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖。3、系統(tǒng)總體方案方案的比較和選擇。保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施?？垢蓴_和可靠性設(shè)計(jì)。機(jī)柜和機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度計(jì)劃的安排。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、可靠性及可行性論證。論證結(jié)束后，便可形成作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)的系統(tǒng)總體方案圖和設(shè)計(jì)任務(wù)書，以指導(dǎo)具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。返回方案的比較和選擇。返回8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)硬件的工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)由于總線式工業(yè)控制機(jī)的高度模塊化和插板結(jié)構(gòu)，因此，可以采用組合方式來(lái)大大簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用總線式工業(yè)控制機(jī)，只需要簡(jiǎn)單的更換幾塊模板，就可以很方便地變成另外一種功能的控制系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一些控制功能既能用硬件實(shí)現(xiàn)，亦能用軟件實(shí)現(xiàn)，故系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，硬件、軟件的功能要綜合考慮。8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)硬件的工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1、選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)類型

（1）選擇系統(tǒng)的總線系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)用戶可根據(jù)需要直接選用符合總線標(biāo)準(zhǔn)的功能模板，而不必考慮模板插件之間的匹配問(wèn)題，使系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。系統(tǒng)可擴(kuò)性好，僅需將按總線標(biāo)準(zhǔn)研制的新的功能模板插在總線槽中即可。系統(tǒng)更新性好，一旦出現(xiàn)新的微處理器、存儲(chǔ)器芯片和接口電路，只要將這些新的芯片及總線標(biāo)準(zhǔn)研制成各類插件，即可取代原來(lái)的模板而升級(jí)更新系統(tǒng)。1、選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)類型①內(nèi)總線選擇常用的工業(yè)控制機(jī)內(nèi)總線有兩種，即PC總線和STD總線。一般常選用PC總線進(jìn)行系統(tǒng)地設(shè)計(jì)。②外總線選擇外總線就是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能儀器或智能外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線。它包括并行通信總線(IEEE－488)和串行通信總線(RS－232C)。另外還有可用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信、多站點(diǎn)互聯(lián)的通信總線RS－422和RS－485。具體選擇哪一種，要根據(jù)通信的速率、距離、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等要求來(lái)綜合分析、才能確定。①內(nèi)總線選擇但需要說(shuō)明的是RS－422和RS－485總線在工業(yè)控制機(jī)的主機(jī)中沒(méi)有現(xiàn)成的接口裝置，必須另外選擇相應(yīng)的通信接口板。要注意現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)是當(dāng)前的優(yōu)先選擇。

（2）選擇主機(jī)機(jī)型在總線式工業(yè)控制機(jī)中，有許多機(jī)型，都因采用的CPU不同而不同。以PC總線工業(yè)控制機(jī)為例，其CPU有8088、8086、80486、Pentium(586、P2、P3)等多種型號(hào)，內(nèi)存、硬盤、主頻、顯示卡也有多種規(guī)格。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)要求合理地進(jìn)行選擇。但需要說(shuō)明的是RS－422和RS－485總線在工業(yè)控制微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它的選擇將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響，一般應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。字長(zhǎng)微處理器字長(zhǎng)會(huì)直接影響數(shù)據(jù)的精度、指令的數(shù)目、尋址能力和執(zhí)行操作的時(shí)間。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，對(duì)提供控制系統(tǒng)的性能越有利，但相應(yīng)地會(huì)增加系統(tǒng)成本。因此應(yīng)根據(jù)不同的對(duì)象和要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇。在過(guò)程控制領(lǐng)域中，一般選擇8位或16位字長(zhǎng)的微處理器就可以達(dá)到要求。微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它的選擇將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影尋址范圍和尋址方式微處理器的地址碼長(zhǎng)度一般決定了它的尋址范圍大小，對(duì)于單片微處理器，有的提供了直接外部存儲(chǔ)器尋址能力，而有的則沒(méi)有，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求的存儲(chǔ)容量要求，選擇相應(yīng)的微處理器。具有豐富的尋址方式的微處理器，在編寫應(yīng)用程序時(shí)，會(huì)使程序長(zhǎng)度大大縮短。指令種類和數(shù)量一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)微處理器的指令種類越多，針對(duì)特定操作的指令也必然多，其處理速度越快，編程靈活方便，程序長(zhǎng)度縮短。尋址范圍和尋址方式微處理器的地址碼長(zhǎng)度一般決內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)性能影響也很大。內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量越多，訪問(wèn)存儲(chǔ)器的次數(shù)就越少，從而加快了執(zhí)行速度。微處理器的速度微處理器的速度越高性能也越好，但是，它應(yīng)該與被控對(duì)象的要求相適應(yīng)，過(guò)高要求會(huì)給系統(tǒng)的安裝和調(diào)試等工作帶來(lái)不必要的麻煩。如高速工作時(shí)，系統(tǒng)中各引線之間的串?dāng)_是系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行中常見(jiàn)的問(wèn)題。中斷處理能力在微機(jī)控制系統(tǒng)中，中斷處理方式是一種主要的輸入輸出方式。中斷功能的強(qiáng)弱，反映了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制的能力和系統(tǒng)硬件與軟件的布局。內(nèi)部寄存器的種類和數(shù)量微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)性

2、選擇輸入輸出通道模板一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，除了工業(yè)控制機(jī)的主機(jī)以外，還必須有各種輸入輸出信道模板，其中包括數(shù)字量I/O(即DI/DO)、模擬量I/O(即AI/AO)等模板。（1）數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸入輸出(DI/DO)模板PC總線的并行I/O接口模板多種多樣，通?？煞譃門TL電平的DI/DO和帶光電隔離的DI/DO。通常和工業(yè)控制機(jī)共地裝置的接口可以采用TTL電平，而其它裝置與工業(yè)控制機(jī)之間則采用光電隔離。對(duì)于大容量的DI/DO系統(tǒng)，往往選用大容量的TTL電平DI/DO板，而將光電隔離及驅(qū)動(dòng)功能安排在工業(yè)控制機(jī)總線之外的非總線模板上，如繼電器板等。2、選擇輸入輸出通道模板（2）模擬量輸入輸出(AI/AO)模板AI/AO模板包括A/D、D/A板及信號(hào)調(diào)理電路等。AI模板輸入可能是0~±5V、1~10V、0~10mA、4~20mA以及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號(hào)。AO模板輸出可能是0~5V、1~10V、0~10mA、4~20mA等信號(hào)。選擇AI/AO模板時(shí)必須注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)中的輸入輸出模板，可按需要進(jìn)行組合，不管哪種類型的系統(tǒng)，其模板的選擇與組合均由生產(chǎn)過(guò)程的輸入?yún)?shù)和輸出控制信道的種類和數(shù)量來(lái)確定。（2）模擬量輸入輸出(AI/AO)模板3、選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）選擇變送器變送器是能將被測(cè)變量轉(zhuǎn)換為可遠(yuǎn)傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的一種儀表，且輸出信號(hào)與被測(cè)變量有一定的連續(xù)關(guān)系。在控制系統(tǒng)中其輸出信號(hào)被送至工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。DDZ-Ⅱ型變送器輸出的是4~20mA信號(hào)，供電電源為24V(DC)且采用二線制，DDZ-Ⅲ型比DDZ-Ⅱ型變送器性能好，使用方便。而DDZ-S型是在總結(jié)DDZ型變送器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的新一代變送器。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線儀表也將被推廣應(yīng)用。3、選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)被測(cè)參數(shù)的種類、量程、被測(cè)對(duì)象的介質(zhì)類型和環(huán)境來(lái)選擇變送器的具體型號(hào)。（2）選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(也稱調(diào)節(jié)閥)是控制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它的作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定規(guī)定的要求正常進(jìn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)被測(cè)參數(shù)的種類、量程、被測(cè)對(duì)象的介質(zhì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)中的重要部分，其作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，改變輸出的角或直線位移，并改變被調(diào)節(jié)的流量或能量，使生產(chǎn)過(guò)程滿足預(yù)定的要求。根據(jù)執(zhí)行器采用的動(dòng)力方式可分為液動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器等三類。

氣動(dòng)執(zhí)行器的輸入信號(hào)為1.96×104~9.8×104Pa；電動(dòng)執(zhí)行器的輸入有連續(xù)信號(hào)和斷續(xù)信號(hào)兩種，連續(xù)信號(hào)為0~10mA或4~20mA，而斷續(xù)信號(hào)為數(shù)字（開(kāi)關(guān)、脈沖）信號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)中的重要部分，其作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的控另外，還有各種有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，也是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)操作。電磁閥作為一種開(kāi)關(guān)閥在工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)連續(xù)的精確的控制目的，必須選用氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。而對(duì)要求不高的控制系統(tǒng)可選用電磁閥。另外，還有各種有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，也是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)各類執(zhí)行器的比較

構(gòu)造體積推力配管配線動(dòng)作滯后維護(hù)檢修使用場(chǎng)合頻率響應(yīng)溫度響應(yīng)價(jià)格液動(dòng)執(zhí)行器簡(jiǎn)單大大復(fù)雜小簡(jiǎn)單注意火花窄大高氣動(dòng)執(zhí)行器簡(jiǎn)單中中較復(fù)雜大簡(jiǎn)單適于防火防爆窄小低電動(dòng)執(zhí)行器復(fù)雜小

簡(jiǎn)單小復(fù)雜隔爆型適用于防火防爆寬大高各類執(zhí)行器的比較

構(gòu)造體積推力配管配線動(dòng)作滯后維護(hù)檢修使用頻傳感器通常由溫度傳感器、壓力傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、力傳感器等。選用傳感器應(yīng)遵循如下的原則：要滿足測(cè)量精度和測(cè)量范圍的要求；傳感器的性能要穩(wěn)定、可靠、重復(fù)性好；盡可能選擇線性度好、線路簡(jiǎn)單、靈敏度高的傳感器；電源種類要盡量少，電源電壓盡量要規(guī)范化。返回傳感器通常由溫度傳感器、壓力傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、力傳感?.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)用工業(yè)控制機(jī)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。一般的工業(yè)控制機(jī)都配有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控程序，各種控制、運(yùn)算軟件、組態(tài)軟件等，可使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在最短的周期里，開(kāi)發(fā)出目標(biāo)系統(tǒng)軟件。一般工業(yè)控制機(jī)把工業(yè)控制所需的各種功能以模塊形式提供給用戶。其中包括：控制算法模塊，運(yùn)算模塊，計(jì)數(shù)/計(jì)時(shí)模塊等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者根據(jù)控制要求，選擇所需的模塊就能生成系統(tǒng)控制軟件，使得軟件設(shè)計(jì)工作量減少。為了便于系統(tǒng)組態(tài)，工業(yè)控制機(jī)提供了組態(tài)語(yǔ)言。8.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)用工業(yè)控制機(jī)來(lái)組建計(jì)算自行開(kāi)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，具體程序設(shè)計(jì)要處理以下內(nèi)容。

1、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃在系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的各個(gè)模塊之間有著各種因果關(guān)系，互相之間要進(jìn)行各種信息傳遞。應(yīng)注意：將每一個(gè)執(zhí)行模塊要用到的參數(shù)和要輸出的結(jié)果列出來(lái)，對(duì)于與不同模塊都有關(guān)的參數(shù)，只取一個(gè)名稱，以保證同一個(gè)參數(shù)只有一種格式，然后為每一參數(shù)規(guī)劃一個(gè)數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。自行開(kāi)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從數(shù)據(jù)類型上來(lái)分類，可分為邏輯型和數(shù)值型，但通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標(biāo)志中去考慮。數(shù)值型可分為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。定點(diǎn)數(shù)有直觀、編程簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是表示的數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍小，容易溢出。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，但編程復(fù)雜，運(yùn)算速度低。如果某參數(shù)是一系列數(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(wèn)題，還有一個(gè)數(shù)據(jù)存放格式問(wèn)題，需要很好的規(guī)劃。從數(shù)據(jù)類型上來(lái)分類，可分為邏輯型和數(shù)值型，但通常將邏輯2、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，便可開(kāi)始分配系統(tǒng)的資源了。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)。2、資源分配3、實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)（1）數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集程序主要包括多路信號(hào)的采樣、輸入變換、存儲(chǔ)等。模擬輸入信號(hào)為mA(DC)或mV(DC)和電阻等?？梢灾苯幼鳛锳/D轉(zhuǎn)換模板的輸入。輸入信號(hào)的點(diǎn)數(shù)可根據(jù)需要選取，每個(gè)信號(hào)的量程和工業(yè)單位用戶必須規(guī)定清楚。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、超限報(bào)警程序等。3、實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)（2）控制算法程序

控制算法程序主要實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律的計(jì)算，產(chǎn)生控制量。其中包括：數(shù)字PID控制算法、大林算法等。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。（3）控制量輸出程序

控制量輸出程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制量的處理、控制量的變換及輸出，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或各種電氣開(kāi)關(guān)?？刂屏恳舶M量和開(kāi)關(guān)量?jī)煞N。模擬控制量由轉(zhuǎn)換模板輸出，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如各種調(diào)節(jié)閥。開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種電氣開(kāi)關(guān)。

（2）控制算法程序（4）實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序?qū)崟r(shí)時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一切與時(shí)間有關(guān)過(guò)程的運(yùn)行基礎(chǔ)。時(shí)鐘有兩種，即絕對(duì)時(shí)鐘和相對(duì)時(shí)鐘。絕對(duì)時(shí)鐘與當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間同步，有年、月、日、時(shí)、分、秒等功能。相對(duì)時(shí)鐘與當(dāng)?shù)貢r(shí)間無(wú)關(guān)，一般只要時(shí)、分、秒就可以，在某些場(chǎng)合要精確到0.1秒甚至毫秒。作為一般情況，假設(shè)系統(tǒng)中有幾個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都有自己的啟動(dòng)和撤銷時(shí)刻。在系統(tǒng)中建立兩個(gè)表格：一個(gè)任務(wù)啟動(dòng)時(shí)刻表，一個(gè)任務(wù)撤銷時(shí)刻表。為使任務(wù)啟動(dòng)和撤銷及時(shí)準(zhǔn)確，這一過(guò)程應(yīng)安排時(shí)鐘中斷子程序來(lái)完成。（4）實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，有很多控制過(guò)程雖與時(shí)間(相對(duì)時(shí)鐘)有關(guān)，但與當(dāng)?shù)貢r(shí)間(絕對(duì)時(shí)鐘)無(wú)關(guān)。相對(duì)時(shí)鐘的運(yùn)行速度與絕對(duì)時(shí)鐘一致，但數(shù)值完全獨(dú)立。這就要求相對(duì)時(shí)鐘必須另外開(kāi)辟存放單元。在使用上，相對(duì)時(shí)鐘要初始化，再開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到后便可喚醒指定任務(wù)。許多實(shí)時(shí)任務(wù)如采樣周期、定時(shí)顯示打印等都必須利用實(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)志等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，有很多控制過(guò)程雖與時(shí)間(相對(duì)時(shí)鐘)有另外，事故報(bào)警、掉電檢測(cè)及處理、重要的事件處理等功能也常常使用中斷技術(shù)，以便使計(jì)算機(jī)能對(duì)事件作出及時(shí)處理。事件處理用中斷服務(wù)程序和相應(yīng)的硬件電路來(lái)完成。（5）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)警記錄等。（6）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。這個(gè)功能主要在分散型控制系統(tǒng)、分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。返回另外，事故報(bào)警、掉電檢測(cè)及處理、重要的事件處理等功能也8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行

系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行分為離線仿真與調(diào)試階段和在線調(diào)試與運(yùn)行階段。離線仿真與調(diào)試階段一般在實(shí)驗(yàn)室或非工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，在線調(diào)試與運(yùn)行階段是在生產(chǎn)過(guò)程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。其中離線仿真與調(diào)試階段是基礎(chǔ)，是檢查硬件和軟件的整體性能，為現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)做準(zhǔn)備，現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)是對(duì)全系統(tǒng)的實(shí)際考驗(yàn)與檢查。

1、離線仿真和調(diào)試（1）硬件調(diào)試8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行分為離線仿對(duì)于各種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊，按照說(shuō)明書檢查主要功能。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。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。利用開(kāi)關(guān)量輸入和輸出程序來(lái)檢查開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出模板。調(diào)試時(shí)在輸入端加開(kāi)關(guān)量信號(hào)，檢查讀入狀態(tài)的正確性；可在輸出端檢查輸出狀態(tài)的正確性。硬件調(diào)試還包括現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些儀表必須在安裝之前按說(shuō)明書要求校驗(yàn)完畢。如是分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分散型控制系統(tǒng)，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。對(duì)于各種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊，按照說(shuō)明書檢查主要功能。在調(diào)試A（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。一般與過(guò)程輸入輸出信道無(wú)關(guān)的程序，都可用開(kāi)發(fā)機(jī)的調(diào)試程序進(jìn)行調(diào)試，不過(guò)有時(shí)為了能調(diào)試某些程序，可能要編寫臨時(shí)性的輔助程序。系統(tǒng)控制模塊的調(diào)試分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種情況進(jìn)行。開(kāi)環(huán)調(diào)試是檢查它的階躍響應(yīng)特性，閉環(huán)調(diào)試是檢查它的反饋控制功能。（2）軟件調(diào)試（3）系統(tǒng)仿真在硬件和軟件分別聯(lián)調(diào)后，并不意味著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和離線調(diào)試已經(jīng)結(jié)束，為此，必須再進(jìn)行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)。這次的統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)，就是通常所說(shuō)的“系統(tǒng)仿真”。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)際生產(chǎn)過(guò)程進(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；半物理仿真；數(shù)字仿真。（3）系統(tǒng)仿真

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)只能做離線半物理仿真。被控對(duì)象可用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛?。不?jīng)過(guò)系統(tǒng)仿真和各種試驗(yàn)，試圖在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中一舉成功的想法是不實(shí)際的。在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的要求，進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗(yàn)。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)2、在線調(diào)試和運(yùn)行為了做到有把握，現(xiàn)場(chǎng)安裝及在線調(diào)試前首先要進(jìn)行下列檢查：檢測(cè)元件、變送器、顯示儀表等必須通過(guò)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)。各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過(guò)檢查，保證連接正確。對(duì)在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要在清洗好引壓導(dǎo)管以后，灌入隔離液。2、在線調(diào)試和運(yùn)行檢查調(diào)節(jié)閥能否正確工作。旁路閥及上下游截?cái)嚅y關(guān)閉或打開(kāi)，要搞清楚。檢查系統(tǒng)的干擾情況，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。經(jīng)過(guò)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)接近于給定位時(shí)再切入自動(dòng)，并進(jìn)行參數(shù)的整定。返回檢查調(diào)節(jié)閥能否正確工作。旁路閥及上下游截?cái)嚅y關(guān)閉或打開(kāi)，要8.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例返回8.3.1啤酒發(fā)酵工藝及控制要求8.3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)8.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)8.3.4系統(tǒng)的安裝調(diào)試運(yùn)行及控制效果8.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例返回8.3.1啤酒發(fā)酵工藝及8.3.1啤酒發(fā)酵工藝及控制要求

1、啤酒發(fā)酵工藝簡(jiǎn)介啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，通常在錐型發(fā)酵罐中進(jìn)行。在20多天的發(fā)酵期間，根據(jù)酵母的活動(dòng)能力和生長(zhǎng)繁殖的快慢，確定發(fā)酵給定溫度曲線，如圖8.3所示。要使酵母的繁殖和衰減、麥汁中糖度的消耗和雙乙醇等雜質(zhì)含量等方面達(dá)到最佳狀態(tài)，必須嚴(yán)格控制各階段的溫度，使其在給定溫度的0.5℃范圍內(nèi)。8.3.1啤酒發(fā)酵工藝及控制要求1、啤酒發(fā)酵工藝簡(jiǎn)介圖8.3發(fā)酵過(guò)程溫度工藝曲線圖8.3發(fā)酵過(guò)程溫度工藝曲線某啤酒廠要求控制10個(gè)200m2的錐型啤酒發(fā)酵罐，內(nèi)層用不銹鋼板焊接而成，外層用白鐵皮包制而成，內(nèi)層與外層間是保溫材料和上中下三段冷卻帶，罐體由上下兩部分組成，上部分是圓柱體，下部分是圓錐體，故稱為錐形發(fā)酵罐。

控制方法：罐內(nèi)溫度低于給定溫度時(shí)，要求關(guān)閉冷卻帶的閥門，使之自然發(fā)酵升溫；罐內(nèi)溫度高于給定溫度時(shí)，則要求接通冷卻帶的閥門，自動(dòng)將冷酒精打入冷卻帶循環(huán)使之降溫，直到滿足工藝要求為止。此外，在發(fā)酵過(guò)程中，還需在各段工藝中實(shí)行保壓，即要求發(fā)酵罐頂部氣體壓力恒定，以保證發(fā)酵過(guò)程的正確進(jìn)行。某啤酒廠要求控制10個(gè)200m2的錐型啤酒發(fā)酵罐，內(nèi)層2、系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)共10個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)罐測(cè)量5個(gè)參數(shù)，即發(fā)酵罐的上中下三段溫度、罐內(nèi)上部氣體的壓力和罐內(nèi)發(fā)酵液的高度，共30個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)、10個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)和10個(gè)液位測(cè)量點(diǎn)。因此共需檢測(cè)50個(gè)參數(shù)。自動(dòng)控制各個(gè)發(fā)酵罐中的上中下三段溫度使其按圖8.3所示的工藝曲線運(yùn)行，溫度控制誤差不大于±0.5℃。共有30個(gè)控制點(diǎn)。2、系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)具有自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、控制室遙控三種工作方式。系統(tǒng)具有掉電保護(hù)、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置和工藝曲線修改設(shè)置功能。系統(tǒng)具有表格、圖形、曲線等顯示和打印功能。

返回系統(tǒng)具有自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、控制室遙控三種工作方式。返回8.3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)1、發(fā)酵罐測(cè)控點(diǎn)的分布及管線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中有10個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)發(fā)酵罐上有5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)和3個(gè)控制點(diǎn)，其中包括上段溫度TTa、中段溫度TTb、下段溫度TTc、罐內(nèi)上部氣體壓力PT、液位LT、上段冷卻帶調(diào)節(jié)閥Tva、中段冷卻帶調(diào)節(jié)閥Tvb、下段冷卻帶調(diào)節(jié)閥Tvc。檢測(cè)點(diǎn)與控制點(diǎn)的分布如圖8.4所示。8.3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)1、發(fā)酵罐測(cè)控點(diǎn)的分布及管線圖8.4發(fā)酵罐的測(cè)控點(diǎn)分布及管線圖圖8.4發(fā)酵罐的測(cè)控點(diǎn)分布及管線圖2、檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)溫度檢測(cè)采用WZP-231鉑熱電阻（Pt100）和RTTB-EKT溫度變送器，其輸入量程為－20℃~＋50℃，輸出4~20mA；壓力檢測(cè)采用CECY-150G電容式壓力變送器，輸入量程為0~0.25Mpa，輸出4~20mA；液位檢測(cè)采用CECU-341G電容式液位變送器，輸入量程（差壓）為0~0.2Mpa，輸出4~20mA。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用ZDLP-6B電動(dòng)調(diào)節(jié)器，通徑為Dg32，等百分比特性，并配有操作器DFQ-2100。2、檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)3、控制規(guī)律啤酒發(fā)酵過(guò)程中，輸入量為冷卻液流量，輸出量為發(fā)酵液溫度，被控對(duì)象具有大慣性和純滯后特性，而且在不同發(fā)酵階段特性參數(shù)變化很大，這是確定控制規(guī)律的依據(jù)。因?yàn)闇囟冉o定值為折線，在恒溫段采用增量型PI控制算法，在升溫、降溫段采用PID控制算法，考慮到被控對(duì)象大慣性和純滯后的特點(diǎn)，在控制軟件設(shè)計(jì)中提供了Smith預(yù)估控制算法。3、控制規(guī)律4、控制系統(tǒng)主機(jī)及過(guò)程通道模板主機(jī)采用康拓IPC-8500工業(yè)控制機(jī)，配有A/D、D/A模板來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程通道中的信號(hào)變換。選擇康拓IPC-5488

32路12位光電隔離A/D板，并配有CMB5419-1B32路I/V變換板，作為系統(tǒng)模擬量輸入通道。選擇IPC-54888路12位光電隔離D/A轉(zhuǎn)換板，作為模擬量輸出通道。5、控制系統(tǒng)的軟件主要包括：采樣、濾波、標(biāo)度變換、控制計(jì)算、控制輸出、中斷、計(jì)時(shí)、打印、顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度給定曲線設(shè)定及修改、報(bào)表、圖形、曲線顯示等功能。返回4、控制系統(tǒng)主機(jī)及過(guò)程通道模板返回8.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)（P270圖8.9）

(1)模擬量輸入通道設(shè)計(jì)對(duì)于溫度，將－20℃~＋50℃變換成4~20mA(DC)信號(hào)，送至32路I/V變換板，變換成1~5V(DC)信號(hào)，最后送至32路12位光電隔離A/D板，實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)據(jù)采集。對(duì)于壓力，將0~0.25Mpa壓力變換成4~20mA(DC)信號(hào)，同樣經(jīng)過(guò)I/V板送至A/D板。對(duì)于液位，將0~0.2Mpa差壓變換成4~20mA(DC)信號(hào)，同樣經(jīng)過(guò)I/V板送至A/D板。8.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)（P27…IPC-8500工業(yè)控制機(jī)鍵盤PCBUS32路A/D板IPC5488RTTB-EKTT1T30P1P10H1H10TV1TV8TV9TV16TV17TV24TV25TV30…32路I/V板CMB5419-1B…RTTB-EKT…RptRpt…CECY-150GCECY-150GCECU-341GCECU-341G……32路I/V板CMB5419-1B32路A/D板IPC5488…ZDLP-6BZDLP-6B…DFQ-2100DFQ-21008路D/A板IPC5486ZDLP-6BZDLP-6BDFQ-2100DFQ-21008路D/A板IPC5486……………ZDLP-6BZDLP-6BDFQ-2100DFQ-21008路D/A板IPC5486………ZDLP-6BZDLP-6BDFQ-2100DFQ-21008路D/A板IPC5486……CRT打印機(jī)………IPC-8500工業(yè)控制機(jī)鍵盤PCBUS32路A/D板IP

(2)模擬量輸出通道設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制30個(gè)溫度，使用30個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)冷卻液流量，達(dá)到控制發(fā)酵溫度的目的。在模擬輸出通道中，將計(jì)算機(jī)輸出的控制量轉(zhuǎn)換成4~20mA（DC）信號(hào)，送至操作器（具有自動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能），輸出4~20mA（DC）信號(hào)，送至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)控制30個(gè)調(diào)節(jié)閥達(dá)到控制溫度的目的。另外，系統(tǒng)還配有+24V(DC)電源給變送器、操作器供電。因采用光電隔離技術(shù)，故A/D板和D/A板都采用了DC/DC電源變換模塊，提供光電隔離所需的工作電源。(2)模擬量輸出通道設(shè)計(jì)

2、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

(1)數(shù)據(jù)采集程序采集30個(gè)溫度信號(hào)、10個(gè)壓力信號(hào)、10個(gè)液位信號(hào)，共采集5次并保存，采樣周期T=2s。

(2)數(shù)字濾波程序

采用中位值加平均值濾波法的數(shù)字濾波算法。對(duì)5個(gè)采樣值排序后取中間3值平均。

(3)標(biāo)度變換程序

溫度的標(biāo)度變換；壓力的標(biāo)度變換；液位的標(biāo)度變換。2、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)①溫度的標(biāo)度變換。溫度的量程范圍為―20~+50℃(1~5V），其標(biāo)度變換計(jì)算公式為

②壓力的標(biāo)度變換。壓力的量程范圍為0~0.25MPa，其標(biāo)度變換計(jì)算公式為①溫度的標(biāo)度變換。②壓力③液位的標(biāo)度變換。液位的量程范圍(壓差)為0~0.2MPa，其標(biāo)度變換公式為式中，D為啤酒的密度，單位為KG／m3；g為重力加速度，單位為m/s2；H的單位為m。③液位的標(biāo)度變換。式中，D為啤酒的密(4)給定工藝曲線的實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算給定工藝曲線由多段折組成，每一段都是直線，采用直線插補(bǔ)算法計(jì)算各采樣周期的給定值r(k)。其中，tn-1≤tk＜tn，(tn-1,rn-1)和(tn,rn)分別是第n段折線的兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)。(4)給定工藝曲線的實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算其中，tn-1≤tk＜tn

(5)控制算法①PID算式及特殊處理采用增量型PID控制算式。特殊處理：保溫段r(k)不變，采用PID控制算式，降溫段采用PID控制算式。為減小被控對(duì)象純滯后的影響，在給定溫度曲線轉(zhuǎn)折處作特殊處理，即由保溫段轉(zhuǎn)至降溫段時(shí)提前開(kāi)大調(diào)節(jié)閥，而在降溫段轉(zhuǎn)到保溫段時(shí)提前關(guān)小調(diào)節(jié)閥，其目的是使溫度轉(zhuǎn)折時(shí)平滑過(guò)渡。對(duì)控制量?u(k)和閥位輸出進(jìn)行限幅，即：(5)控制算法②Smith預(yù)估控制算式

根據(jù)4.3.1中Smith預(yù)估控制算法，如果被控對(duì)象為純滯后一階慣性環(huán)節(jié)，即Δumin=819,Δumax=4095其相應(yīng)的差分方程為②Smith預(yù)估控制算式Δumin=819,Δumax=

(6)其它應(yīng)用程序除測(cè)控程序外，還有計(jì)時(shí)、打印、顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、報(bào)表、圖形、曲線顯示等功能程序。返回(6)其它應(yīng)用程序返回8.3.4系統(tǒng)的安裝調(diào)試運(yùn)行及控制效果現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝時(shí)，首選在現(xiàn)場(chǎng)安裝溫度、壓力變送器、液位變送器、調(diào)節(jié)閥等，然后從現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)屏蔽信號(hào)電纜到控制室，最后將這些線纜接到工業(yè)計(jì)算機(jī)外面的接線端子板上。調(diào)試工作主要是對(duì)變送器進(jìn)行滿度和零點(diǎn)校準(zhǔn)、A/D板和D/A板滿度和零點(diǎn)校準(zhǔn)，另外就是利用試湊法確定PID控制器的控制參數(shù)。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試后，投入運(yùn)行，并滿足系統(tǒng)的控制要求。8.3.4系統(tǒng)的安裝調(diào)試運(yùn)行及控制效果現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝時(shí)

結(jié)論：

該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，性能可靠，采用微機(jī)控制，提高了啤酒質(zhì)量，改善了勞動(dòng)條件，不用人工手動(dòng)操作，消除了人為因素，易于現(xiàn)代化管理和產(chǎn)品質(zhì)量分析，采用表格、圖形、曲線顯示直觀，并有打印輸出功能。返回結(jié)論：返回8.4熱處理加熱爐智能模糊控制系統(tǒng)1、引言

熱處理是一種改善金屬材料及其制品（如機(jī)器零件，工具等）性能的工藝。根據(jù)不同的目的，將材料及其制件加熱到適宜的溫度，保溫，隨后用不同方法冷卻，改變其內(nèi)部組織（有時(shí)僅表面組織改變或表面成分改變），以獲得所要求的性能。熱處理是提高金屬材料及其制品質(zhì)量的重要手段。近年來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)金屬材料的性能提出了更多更高的要求，因而熱處理技術(shù)也向著優(yōu)質(zhì)，高效，節(jié)能和無(wú)公害的方向迅速發(fā)展。

8.4熱處理加熱爐智能模糊控制系統(tǒng)1、引言熱處理加熱爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)爐門、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過(guò)程，基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)控制難以保證加熱工藝曲線要求。它不是一般的電阻爐，它要求按照嚴(yán)格的溫度曲線來(lái)加熱，要求具有掉電保護(hù)功能。為了改善和提高熱處理性能檢驗(yàn)的水平，本文采用兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（上位機(jī)為工控機(jī)，下位機(jī)為自行開(kāi)發(fā)的單片機(jī)智能控制器），以實(shí)現(xiàn)以下主要技術(shù)指標(biāo)。熱處理加熱爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)爐門、加技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)控溫采用智能算法，控制精度5‰；熱偶信號(hào)(mv)直接進(jìn)入下位機(jī)進(jìn)行處理；下位機(jī)能保存一天的數(shù)據(jù)，每分鐘保存一個(gè)數(shù)據(jù)；上位機(jī)在windows98環(huán)境下開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，可分時(shí)監(jiān)控多臺(tái)下位機(jī)；技術(shù)指標(biāo)上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)定曲線和溫度實(shí)時(shí)曲線的不同顏色同時(shí)顯示，曲線全部顯示/部分顯示可選；上位機(jī)管理各種數(shù)據(jù)，如溫度、操作者、材料等，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為1年以上，能對(duì)歷史數(shù)據(jù)方便地查詢、打印等；采用過(guò)零觸發(fā)和通斷率控制，以防止電流沖擊和高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，并提高功率因數(shù)；I/O信號(hào)采用電位隔離，提高工作可靠性。上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)定曲線和溫度實(shí)時(shí)曲線的不同顏色同時(shí)顯示，曲

2、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、爐溫控制、上下位機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、事故檢測(cè)及故障處理與報(bào)警等功能。系統(tǒng)上位機(jī)為586工控機(jī)，在windows98環(huán)境下開(kāi)發(fā)DELPHI應(yīng)用程序；下位機(jī)為自行研制的單片機(jī)智能控制器，采用規(guī)則自尋優(yōu)模糊控制算法進(jìn)行過(guò)程控制；2、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)上下位機(jī)采用485半雙工通訊；熱處理爐主回路采用雙向可控硅控制；雙向可控硅的觸發(fā)通過(guò)過(guò)零觸發(fā)器控制觸發(fā)，下位機(jī)輸出通斷率控制信號(hào)，產(chǎn)生雙向可控硅的過(guò)零觸發(fā)脈沖。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖8.5所示。上下位機(jī)采用485半雙工通訊；圖8.5

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖8.5系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)3、智能模糊控制器軟、硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的下位機(jī)為自行開(kāi)發(fā)的智能控制器。80C196KC單片機(jī)是控制器的主體，它與一些擴(kuò)展電路(程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址鎖存器，地址譯碼器等)構(gòu)成處理器模塊。被測(cè)量的熱偶輸出mV信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大成0~10V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再將此信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的各種命令，通過(guò)模糊控制算法計(jì)算得到控制值，輸出脈沖觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)過(guò)零觸發(fā)電路驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，從而加熱熱處理爐。另外，智能控制器還包括與上位機(jī)的通訊接口，硬件看門狗電路，下位機(jī)數(shù)據(jù)保存電路，故障檢測(cè)電路，數(shù)碼顯示電路以及各種電源等。智能模糊控制器的硬件框圖如圖8.6所示。3、智能模糊控制器軟、硬件設(shè)計(jì)圖8.6智能模糊控制器硬件框圖圖8.6智能模糊控制器硬件框圖

下位機(jī)智能模糊控制器程序的主要流程是：利用定時(shí)器中斷，產(chǎn)生控制周期，控制周期一到，程序則轉(zhuǎn)入控制模塊，調(diào)A/D轉(zhuǎn)換模塊及分度表模塊得到爐溫的反饋信號(hào)，根據(jù)給定值和控制算法得到控制量，經(jīng)HSO輸出口輸出脈沖信號(hào)控制過(guò)零觸發(fā)器。下位機(jī)的啟動(dòng)、停止及復(fù)位等命令和給定值手工設(shè)定利用外部中斷產(chǎn)生，有外部中斷則調(diào)外部中斷服務(wù)程序確定下位機(jī)控制面板命令狀態(tài)；上位機(jī)的命令是通過(guò)串行口中斷到通訊模塊的。程序框圖如圖8.7所示。下位機(jī)智能模糊控制器程序的主要流程是：圖8.7

智能模糊控制器程序流程圖(a)主程序流程圖(b)控制算法流程圖圖8.7智能模糊控制器程序流程圖(a)主程序流程圖4、規(guī)則自尋優(yōu)模糊控制算法研究模糊控制是智能控制中的一大分支，它具有以下特點(diǎn)：它是一種非線性控制方法，工作范圍寬，適用范圍廣，特別適合于非線性系統(tǒng)的控制；它不依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)無(wú)法建?；蚝茈y建模的復(fù)雜對(duì)象，也能利用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)模糊控制器，完成控制任務(wù)。而傳統(tǒng)的控制方法都要已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，才能設(shè)計(jì)控制器；它具有內(nèi)在的并行處理機(jī)制，表現(xiàn)出極強(qiáng)的魯棒性，對(duì)被控對(duì)象的特性變化不敏感，模糊控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)容易選擇調(diào)整；算法簡(jiǎn)單，執(zhí)行快，容易實(shí)現(xiàn)；不需要很多的控制理論知識(shí)，容易普及推廣。4、規(guī)則自尋優(yōu)模糊控制算法研究本系統(tǒng)的對(duì)象熱處理加熱爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，用基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)控制難以保證加熱工藝曲線要求。為此，我們選用模糊控制算法中的規(guī)則自尋優(yōu)算法。

算法的基本原理如下：我們采用解析表達(dá)式描述的控制規(guī)則，它簡(jiǎn)單方便，易于處理。二維控制規(guī)則自尋優(yōu)算法可以用解析表達(dá)式概括為：本系統(tǒng)的對(duì)象熱處理加熱爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，式中：α為修正因子?？刂谱饔萌Q于偏差及偏差變化率，當(dāng)α取不同值時(shí)，對(duì)偏差及偏差變化率的權(quán)重不同，則控制規(guī)則不同。當(dāng)α較大時(shí)，表明控制規(guī)則對(duì)偏差重視程度高，而對(duì)偏差變化率的加權(quán)小，因此超調(diào)大，振蕩幅度大；當(dāng)α較小時(shí)，對(duì)誤差的重視程度較低，超調(diào)較小，振蕩幅度也較小，穩(wěn)定性好。式中：α為修正因子?？刂谱饔萌Q于偏差及偏差變化率，當(dāng)α取可以通過(guò)改變?chǔ)恋拇笮≌{(diào)整控制規(guī)則?？刂葡到y(tǒng)在不同的狀態(tài)下，對(duì)控制規(guī)則中誤差與誤差變化率的加權(quán)程度應(yīng)有不同的要求。如誤差較大時(shí)，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是消除偏差，此時(shí)對(duì)誤差的加權(quán)應(yīng)該大些；當(dāng)誤差小時(shí)，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，減小超調(diào)，此時(shí)要求在控制規(guī)則中誤差變化率的加權(quán)大些。只有根據(jù)不同的狀態(tài)來(lái)選用不同的修正因子，才能更加真實(shí)地體現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，為了獲得好的控制性能，就要求α值在控制過(guò)程中可在線調(diào)整?？梢酝ㄟ^(guò)改變?chǔ)恋拇笮≌{(diào)整控制規(guī)則?？刂葡到y(tǒng)在不同的狀態(tài)為了得到好的控制性能，就要求值在控制過(guò)程中可調(diào)整，即控制規(guī)則可在控制過(guò)程中在線修正。我們采用運(yùn)籌學(xué)中的“優(yōu)選法”對(duì)進(jìn)行在線修正，如下式所示：

本系統(tǒng)控制原理圖如圖8.8所示。為了得到好的控制性能，就要求值在控制過(guò)程中可調(diào)整，即控圖8.8熱處理加熱爐智能模糊控制系統(tǒng)原理圖圖8.8熱處理加熱爐智能模糊控制系統(tǒng)原理圖5、上位機(jī)軟、硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)上位機(jī)采用586工控機(jī)，利用DEPLPHI高級(jí)編程語(yǔ)言在Windows98下進(jìn)行控制程序開(kāi)發(fā)。它主要用來(lái)向下位機(jī)發(fā)布監(jiān)控命令，接收現(xiàn)場(chǎng)控制器發(fā)回的反饋信息，完成記錄、統(tǒng)計(jì)、保存、打印等管理工作。它的組成部分包括各種界面設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理，與下位機(jī)通訊程序的設(shè)計(jì)，溫度設(shè)定計(jì)算等。5、上位機(jī)軟、硬件設(shè)計(jì)

上位機(jī)操作界面包括以下部分：

啟動(dòng)界面：要求輸入口令，口令正確則進(jìn)入主界面，口令錯(cuò)誤3次以后退出系統(tǒng)。主界面：有爐號(hào)選擇、設(shè)定曲線與實(shí)際曲線的顯示、數(shù)據(jù)表格、各爐號(hào)的狀態(tài)顯示，以及有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢、開(kāi)始運(yùn)行、停止本爐、查看報(bào)表、打印報(bào)表、密碼管理、退出系統(tǒng)等控制按鈕。上位機(jī)操作界面包括以下部分：系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)智能模糊控制器的通信采用RS-485通信方式，上、下位機(jī)是主從式通訊，主機(jī)是工控機(jī)，從機(jī)是各爐的智能控制器。主機(jī)單獨(dú)呼叫選通從機(jī)，但從機(jī)不能單獨(dú)呼叫主機(jī)。上位機(jī)可以隨時(shí)將命令、數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī)，而下位機(jī)要給上位機(jī)發(fā)送命令、數(shù)據(jù)則必須等上位機(jī)給下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)用命令才能進(jìn)行。系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)智能模糊控制器的通信采用RS-4856、系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

本系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)了以下三個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）掉電保護(hù)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)某加熱爐處于工作狀態(tài)時(shí)，由于某種原因(人為的或故障引起的)，使本爐未做完就停止了工作。要想使本爐繼續(xù)做完，必須重新啟動(dòng)系統(tǒng)，重新設(shè)定參數(shù)，而不是按原來(lái)的曲線進(jìn)行熱處理。這樣就不能將本爐熱處理加熱曲線完整地保存下來(lái)。為解決此問(wèn)題，本系統(tǒng)增加了掉電保護(hù)功能。即將系統(tǒng)因故障停止工作時(shí)刻點(diǎn)的參數(shù)保存下來(lái)。系統(tǒng)恢復(fù)后又從此時(shí)刻點(diǎn)開(kāi)始工作。這樣保證了熱處理曲線的完整性。6、系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

（2）

電源抗干擾系統(tǒng)開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)電源的干擾抵抗能力差，系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，上、下位機(jī)通信故障率高，放大電路不穩(wěn)定等問(wèn)題。解決此問(wèn)題的方法是，在電路中增加防高頻干擾措施的濾波電路，在系統(tǒng)電源的輸入端增加電器保護(hù)神。（3）死循環(huán)或程序“亂飛”的處理系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)由于某種噪聲干擾的影響，程序會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象，或者出現(xiàn)“亂飛”現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的正常工作。我們通過(guò)采用對(duì)程序進(jìn)行時(shí)間監(jiān)視的辦法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。對(duì)程序進(jìn)行時(shí)間監(jiān)視可以采用單片機(jī)內(nèi)部監(jiān)視定時(shí)器和外接監(jiān)視定時(shí)器。（2）電源抗干擾本系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了用戶的要求，圖8.9是其中一臺(tái)加熱爐的加熱曲線。圖中曲線1為溫度設(shè)定曲線，曲線2為實(shí)際溫度曲線。從圖中可以看出，曲線的跟蹤性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，超調(diào)小。

本系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了用戶的要求，圖8.圖8.9某加熱爐加熱曲線圖8.9某加熱爐加熱曲線7、結(jié)論本文所設(shè)計(jì)的熱處理加熱爐智能模糊控制系統(tǒng)采用兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制，控制對(duì)象是熱處理加熱爐，它是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)控制難以保證加熱工藝曲線要求，用智能模糊控制可以達(dá)到較好的控制效果。本系統(tǒng)的控制算法采用控制規(guī)則自修正模糊算法。7、結(jié)論運(yùn)行結(jié)果表明，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的控制方案合理，跟蹤性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，超調(diào)量小。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，工作可靠性較高。系統(tǒng)控制功能強(qiáng)，控制效果好?？刂扑惴ㄏ冗M(jìn)，具有自學(xué)習(xí)功能，系統(tǒng)控制參數(shù)可自動(dòng)趨于最優(yōu)。人機(jī)界面友好，操作人員操作方便。該系統(tǒng)是較完善的智能控制系統(tǒng)。返回運(yùn)行結(jié)果表明，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：返回第八章結(jié)束第八章結(jié)束計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

ComputerControlledSystem中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院袁艷Monday,December19,2022計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

ComputerControlledSy計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問(wèn)題，又是一個(gè)工程問(wèn)題。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，不僅要求掌握生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求，而且要通曉自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)甚至控制室規(guī)劃布置等。通常涉及總體方案設(shè)計(jì)，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備選型定貨，系統(tǒng)安裝調(diào)試，工程驗(yàn)收和交付使用等具體工作。本章介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的原則、方法及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并提供了一個(gè)典型設(shè)計(jì)實(shí)例。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問(wèn)題，又是一個(gè)工程問(wèn)第八章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例8.4熱處理加熱爐智能模糊控制系統(tǒng)第八章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟返回盡管計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程多種多樣，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和具體的技術(shù)指標(biāo)也是千變?nèi)f化，但在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，有共性的設(shè)計(jì)原則與步驟。

8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟返回盡管計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則1、安全可靠在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，可靠性指標(biāo)一般用系統(tǒng)的平均維修時(shí)間MTTR(Mean-Time-To-Repair)來(lái)表示或平均無(wú)故障時(shí)間(Mean-Time-Before-Failure)。MTTR表示系統(tǒng)每次出現(xiàn)故障后所需維修時(shí)間的平均值。它表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障后立即恢復(fù)工作的能力。8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則1、安全可靠

措施：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)境下能正常運(yùn)行）；設(shè)計(jì)可靠的控制方案，具備各種安全保護(hù)措施；設(shè)計(jì)后備裝置，主要功能分散，可采用DCS或FCS等。對(duì)于一般的控制回路，選用手動(dòng)操作作為后備。對(duì)于較重要的控制場(chǎng)合，常采用雙機(jī)系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的核心控制器，措施：

一般的方式有：⑴備份工作方式即一臺(tái)投入運(yùn)行，另一臺(tái)作為系統(tǒng)的備份機(jī)。當(dāng)投入運(yùn)行的微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由專用切換裝置將備份機(jī)自動(dòng)投入，接替出故障的主機(jī)，使系統(tǒng)照常運(yùn)行；出現(xiàn)故障的微機(jī)修復(fù)后，則作為備份機(jī)使用。

⑵主從工作方式即兩臺(tái)微機(jī)同時(shí)投入運(yùn)行。一臺(tái)擔(dān)任主要工作，另一臺(tái)擔(dān)任從屬工作。當(dāng)擔(dān)任主要工作的主機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由擔(dān)任從屬工作的從屬機(jī)接替主機(jī)的工作，保證系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。一般的方式有：⑶雙工工作方式

在這種系統(tǒng)中，兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)投入系統(tǒng)運(yùn)行，在如何一個(gè)時(shí)刻，都同步執(zhí)行同一個(gè)任務(wù)，并將結(jié)果送到一個(gè)專門的裝置進(jìn)行核對(duì)。如兩臺(tái)機(jī)器輸出結(jié)果相符，說(shuō)明兩臺(tái)主機(jī)都正常，允許將結(jié)果輸出到被控對(duì)象或設(shè)備；如結(jié)果不符，封鎖輸出，如經(jīng)幾次核對(duì)后結(jié)果仍不符，則說(shuō)明其中一臺(tái)發(fā)生故障。這時(shí)調(diào)用診斷程序確定故障所在機(jī)器，并將其換下，讓另一臺(tái)主機(jī)繼續(xù)完成執(zhí)行控制任務(wù)。⑶雙工工作方式⑷分布式控制方案其實(shí)質(zhì)是智能控制單元分別控制各被控對(duì)象，由上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和管理。當(dāng)某一臺(tái)智能控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，它的控制任務(wù)可由上位機(jī)來(lái)承擔(dān)；如上位機(jī)出現(xiàn)故障，則各智能控制單元仍可維持對(duì)各被控對(duì)象的控制，所以大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。⑷分布式控制方案2、系統(tǒng)操作性能好操作性能好包括使用方便和維修容易兩個(gè)含義。操作方便表現(xiàn)在操作簡(jiǎn)單、直觀形象、便于掌握，并不強(qiáng)求操作工要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)才能操作。既要體現(xiàn)操作的先進(jìn)性，又要兼顧原有的操作習(xí)慣。維修方便體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。采用標(biāo)準(zhǔn)的功能模板式結(jié)構(gòu)，便于更換故障模板。并在功能模板上安裝工作狀態(tài)指示燈和檢測(cè)點(diǎn)，便于維修人員檢查，另外配置診斷程序，用來(lái)查找故障。2、系統(tǒng)操作性能好3、實(shí)時(shí)性強(qiáng)工業(yè)控制機(jī)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。對(duì)于定時(shí)事件如數(shù)據(jù)的定時(shí)采集，運(yùn)算控制等，系統(tǒng)設(shè)置時(shí)鐘，保證定時(shí)處理。對(duì)于隨機(jī)事件如事故、報(bào)警等，系統(tǒng)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。3、實(shí)時(shí)性強(qiáng)4、通用性好，便于擴(kuò)充計(jì)算機(jī)控制的對(duì)象千變?nèi)f化，一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)一般可同時(shí)控制多臺(tái)設(shè)備或控制對(duì)象。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能適應(yīng)不同的設(shè)備和不同的控制對(duì)象。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，為日后系統(tǒng)的擴(kuò)充創(chuàng)造有利的條件。如CPU的工作速度、電源功率、內(nèi)存容量、輸入輸出通道數(shù)等指標(biāo)，均應(yīng)留有一定余量。4、通用性好，便于擴(kuò)充工業(yè)控制機(jī)的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：硬件模板設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板，以便再擴(kuò)充功能，只需增加功能模板就能實(shí)現(xiàn)；軟件模塊或控制算法采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時(shí)不需要二次開(kāi)發(fā)，只需按要求選擇各種功能模塊，靈活地進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)。工業(yè)控制機(jī)的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：5、經(jīng)濟(jì)效益高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)該帶來(lái)高的經(jīng)濟(jì)效益，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮性能價(jià)格比，要有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)在：一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能價(jià)格比要盡可能的高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能地低。返回5、經(jīng)濟(jì)效益高返回8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1、工程設(shè)計(jì)的確定確定工程項(xiàng)目與控制任務(wù)一般由甲、乙共同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。所謂甲方，就是任務(wù)的委托方；乙方是系統(tǒng)工程項(xiàng)目的承接方。8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1、工程設(shè)計(jì)的確定第8章-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-課件-(1)甲方提出任務(wù)委托書在委托乙方承接系統(tǒng)工程項(xiàng)目前，甲方一定要提供正式的書面任務(wù)該委托書要明確的系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)要求，還要包含經(jīng)費(fèi)、計(jì)劃進(jìn)度、合作方式等內(nèi)容。(1)甲方提出任務(wù)委托書

(2)乙方研究任務(wù)委托書乙方在接到任務(wù)委托書后要認(rèn)真閱讀，并逐步進(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，并擬定出要進(jìn)一步弄清的問(wèn)題及修改意見(jiàn)。(3)雙方對(duì)委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改在乙方對(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。(2)乙方研究任務(wù)委托書為避免因行業(yè)和專業(yè)不同所帶來(lái)的局限性，在討論時(shí)應(yīng)有各方面有經(jīng)驗(yàn)的人員參加。經(jīng)過(guò)確認(rèn)或修改過(guò)的委托書中不應(yīng)有含義不清的的詞匯和條款，而且雙方的任務(wù)和技術(shù)界面必須劃分清楚。(4)乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)由于任務(wù)和經(jīng)費(fèi)沒(méi)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。在條件允許的情況下，應(yīng)多做幾個(gè)方案以便比較。這些方案應(yīng)在“粗線條”的前提下，盡量詳細(xì)，其把握的尺度是能清楚地反映出三大關(guān)鍵問(wèn)題：技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)費(fèi)概算，工期。為避免因行業(yè)和專業(yè)不同所帶來(lái)的局限性，在討論時(shí)應(yīng)有各方(5)乙方進(jìn)行方案可行性論證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，并為簽訂合同后的設(shè)計(jì)工作打下基礎(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)度可行性。特別要指出，對(duì)控制項(xiàng)目尤其是對(duì)可測(cè)性和可控性應(yīng)給予充分重視。(6)簽訂合同書合同書是雙方達(dá)成一致意見(jiàn)的結(jié)果，也是雙方合作的依據(jù)和憑證。合同書應(yīng)包含如下內(nèi)容：經(jīng)過(guò)雙方修改和認(rèn)可的甲方“任務(wù)委托書”的全部?jī)?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，成果歸屬及違約的解決辦法。(5)乙方進(jìn)行方案可行性論證2、工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)(1)組建項(xiàng)目研制小組為了完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)首先把項(xiàng)目組成員確定下來(lái)。這個(gè)項(xiàng)目組成應(yīng)由懂得計(jì)算機(jī)硬件、軟件和有控制經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員組成，還要明確分工和相互的協(xié)調(diào)合作關(guān)系。

(2)形成總體方案系統(tǒng)總體方案包括硬件總體方案和軟件總體方案。硬件和軟件的設(shè)計(jì)是互相有機(jī)聯(lián)系的。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要經(jīng)過(guò)多次的協(xié)調(diào)和反復(fù)，最后才能形成硬件和軟件的方塊圖，并建立說(shuō)明文檔，包括控制策略和控制算法的確定等。2、工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

(3)方案論證與評(píng)審

方案論證與評(píng)審是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的把關(guān)和最終裁定。評(píng)審后確定的方案是進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和工程實(shí)施的依據(jù)，因此應(yīng)邀請(qǐng)有關(guān)專家、主管領(lǐng)導(dǎo)及甲方代表參加。評(píng)審后應(yīng)重新修改總體方案，評(píng)審過(guò)的方案設(shè)計(jì)應(yīng)該作為正式文件存檔，原則上不應(yīng)再作大的改動(dòng)。(4)硬件和軟件的分別細(xì)化設(shè)計(jì)

此步驟只能在總體方案評(píng)審后進(jìn)行。所謂細(xì)化設(shè)計(jì)就是將方塊圖中的方塊劃到最低層，然后進(jìn)行底層塊內(nèi)的結(jié)構(gòu)細(xì)化設(shè)計(jì)。對(duì)于硬件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，就是選購(gòu)模板以及設(shè)計(jì)制作專用模板；對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，就是將一個(gè)個(gè)模塊編成一條條的程序。(3)方案論證與評(píng)審(5)硬件和軟件的分別調(diào)試實(shí)際上，硬件、軟件的設(shè)計(jì)中都需邊設(shè)計(jì)邊調(diào)試邊修改。往往要經(jīng)過(guò)幾個(gè)反復(fù)過(guò)程才能完成。(6)系統(tǒng)的組裝硬件細(xì)化設(shè)計(jì)和軟件細(xì)化設(shè)計(jì)后，分別進(jìn)行調(diào)試。之后就可進(jìn)行系統(tǒng)的組裝，組裝是離線仿真和調(diào)試階段的前提和必要條件。(5)硬件和軟件的分別調(diào)試3、項(xiàng)目仿真和調(diào)試(1)離線仿真和調(diào)試離線仿真和調(diào)試階段的流程如圖所示。所謂離線仿真和調(diào)試是指在實(shí)驗(yàn)室而不是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的仿真和調(diào)試。離線仿真和調(diào)試試驗(yàn)后，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行?？紮C(jī)的目的是要在連續(xù)不停機(jī)的運(yùn)行中暴露問(wèn)題和解決問(wèn)題。3、項(xiàng)目仿真和調(diào)試所謂離線仿真和調(diào)試是指在實(shí)驗(yàn)室而不是在工業(yè)（2）在線調(diào)試和運(yùn)行系統(tǒng)離線仿真和調(diào)試后便可進(jìn)行在線調(diào)試和運(yùn)行。在線調(diào)試和運(yùn)行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程連接在一起，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行。盡管離線仿真和調(diào)試工作非常認(rèn)真、仔細(xì)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問(wèn)題，因此必須認(rèn)真分析加以解決。系統(tǒng)運(yùn)行正常后，再調(diào)試一段時(shí)間，即可組織驗(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。（2）在線調(diào)試和運(yùn)行整個(gè)過(guò)程如圖所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試試運(yùn)行驗(yàn)收結(jié)束返回整個(gè)過(guò)程如圖所示。現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試試運(yùn)行驗(yàn)收結(jié)束返回8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)返回作為一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程項(xiàng)目，在研制過(guò)程這應(yīng)該經(jīng)過(guò)那些步驟，應(yīng)該怎樣有條不紊地保證工程順利進(jìn)行，這是需要認(rèn)真考慮的。

8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

8.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)返回作為一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工8.2.1系統(tǒng)總體方案設(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。包括：硬件總體方案設(shè)計(jì)：確定系統(tǒng)任務(wù)與控制方案；確定系統(tǒng)的構(gòu)成方