控制系統(tǒng)設(shè)計與工程實(shí)現(xiàn)本章要點(diǎn)1．學(xué)習(xí)計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計原則。2．初步掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟。3．學(xué)習(xí)實(shí)例，加深認(rèn)識與初步掌握單片機(jī)、IPC和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計思路。整理ppt本章主要內(nèi)容

引言

11.1控制系統(tǒng)的設(shè)計原則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)思考題整理ppt引言

前面討論了計算機(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，這就為計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與工程實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。由于控制對象多種多樣，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。整理ppt11.1控制系統(tǒng)的設(shè)計原則對于不同的控制對象，系統(tǒng)的設(shè)計方案和具體的技術(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)時性強(qiáng)，通用性好，經(jīng)濟(jì)效益高。整理ppt主要內(nèi)容

滿足工藝要求

可靠性要高

操作性要好

實(shí)時性要強(qiáng)

通用性要好

經(jīng)濟(jì)效益要高整理ppt

（1）滿足工藝要求

在設(shè)計計算機(jī)控制系統(tǒng)時，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)橛嬎銠C(jī)控制系統(tǒng)是為生產(chǎn)過程自動化服務(wù)的，因此設(shè)計之前必須對工藝過程有一定的熟悉和了解，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)該和工藝人員密切結(jié)合，才能設(shè)計出符合生產(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)計成本和實(shí)現(xiàn)上的可能性也是不可取的。整理ppt（2）可靠性要高

對工業(yè)控制的計算機(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，將造成整個控制過程的混亂，會引起嚴(yán)重的后果，由此造成的損失往往大大超出計算機(jī)控制系統(tǒng)本身的價值。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)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，可靠性指標(biāo)一般用系統(tǒng)的平均無故障時間MTBF和平均維修時間MTTR來表示。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要大于某個規(guī)定值，而MTTR值越短越好。整理ppt

因此，在系統(tǒng)設(shè)計時，首先要選用高性能的工業(yè)控制計算機(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)計可靠的控制方案，并具備有各種安全保護(hù)措施，比如報警、事故預(yù)測、事故處理、不間斷電源等。為了預(yù)防計算機(jī)故障，還須設(shè)計后備裝置。對于一般的控制回路，選用手動操作器作為后備；對于重要的回路，選用常規(guī)控制儀表作為后備。這樣，一旦計算機(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。對于特殊的控制對象，可設(shè)計兩臺計算機(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)場總線控制系統(tǒng)。整理ppt

（3）操作性要好

操作性能好包括兩個含義，即使用方便和維護(hù)容易。首先是使用方便。系統(tǒng)設(shè)計時要盡量考慮用戶的方便使用，尤其是操作面板的設(shè)計，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，盡量降低對使用人員專業(yè)知識的要求，使他們能在較短時間內(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，要配置查錯程序和診斷程序，以便在故障發(fā)生時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間。整理ppt

（4）實(shí)時性要強(qiáng)

計算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時性，表現(xiàn)在對內(nèi)部和外部事件能及時地響應(yīng)，并作出相應(yīng)的處理，不丟失信息，不延誤操作。計算機(jī)處理的事件一般分為兩類。一類是定時事件，如數(shù)據(jù)的定時采集，運(yùn)算控制等，對此系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置時鐘，保證定時處理；另一類是隨機(jī)事件，如事故報警等，對此系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急預(yù)先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生，保證優(yōu)先處理緊急故障。整理ppt（5）通用性要好

工業(yè)控制的對象千差萬別，而計算機(jī)控制系統(tǒng)的研制開發(fā)又需要有一定的投資和周期。一般來說，不可能為一臺裝置或一個生產(chǎn)過程研制一臺專用計算機(jī)，常常是設(shè)計或選用通用性好的計算機(jī)控制裝置靈活地構(gòu)成系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)備和控制對象有所變更時或者再設(shè)計另外一個控制系統(tǒng)時，通用性好的系統(tǒng)一般稍作更改或擴(kuò)充就可適應(yīng)。計算機(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，只要增加相應(yīng)板、塊就能實(shí)現(xiàn)，即便當(dāng)CPU升級時，也只要更換相應(yīng)的升級芯片及少量相關(guān)電路即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級的目的。其次，在系統(tǒng)設(shè)計時，各設(shè)計指標(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)。

整理ppt（6）經(jīng)濟(jì)效益要高

計算機(jī)控制應(yīng)該帶來高的經(jīng)濟(jì)效益，要有市場競爭意識。經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)在兩方面：一是系統(tǒng)設(shè)計的性能價格比要盡可能的高，在滿足設(shè)計要求的情況下，盡量采用物美廉價的元器件；二是投入產(chǎn)出比要盡可能的低，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、改善勞動條件等方面進(jìn)行綜合評估。整理ppt11.2控制工程的實(shí)現(xiàn)步驟

主要知識點(diǎn)

簡單介紹

11.2.1準(zhǔn)備階段

11.2.2設(shè)計階段

11.2.3仿真及調(diào)試階段

整理ppt簡單介紹

作為一個計算機(jī)控制系統(tǒng)的工程項(xiàng)目，在設(shè)計研制過程中應(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。計算機(jī)控制系統(tǒng)的研制過程一般可分為4個階段：準(zhǔn)備階段、設(shè)計階段、仿真及調(diào)試階段和現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行階段。

整理ppt11.2.1準(zhǔn)備階段在一個工程項(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)備階段流程整理ppt14-1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5．乙方進(jìn)行方案可行性論證6．簽訂合同書整理ppt

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)、計劃進(jìn)度及合作方式等內(nèi)容。1．甲方提出任務(wù)委托書整理ppt

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。對含糊不清、認(rèn)識上有分歧和需補(bǔ)充或刪節(jié)的地方要逐條標(biāo)出，并擬訂出要進(jìn)一步弄清的問題及修改意見。

2．乙方研究任務(wù)委托書整理ppt

在乙方對委托書進(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．雙方對委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改整理ppt

由于任務(wù)和經(jīng)費(fèi)沒有落實(shí)，所以這時總體方案的設(shè)計只能是粗線條的。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)計整理ppt

方案可行性論證的目的是要估計承接該項(xiàng)任務(wù)的把握性，并為簽合同后設(shè)計階段的總體設(shè)計打下基礎(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)度計劃可行性。特別要指出，對控制項(xiàng)目尤其是對可測性和可控性應(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)行方案可行性論證整理ppt

這是準(zhǔn)備階段的最后一個步驟。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)入下一個設(shè)計階段。6．簽訂合同書整理ppt11.2.2設(shè)計階段

控制系統(tǒng)的設(shè)計階段又分為總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個步驟。1．總體設(shè)計

硬件設(shè)計3．軟件設(shè)計整理ppt1．總體設(shè)計

總體設(shè)計就是要了解控制對象、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（3）選擇現(xiàn)場設(shè)備（4）確定控制算法（5）硬、軟件功能的劃分（6）其它方面的考慮整理ppt

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計之前，首先應(yīng)對控制對象的工藝流程進(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)而還要確定出整個系統(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)與控制方案整理ppt

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)成方式整理ppt

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)動控制環(huán)境下，一般應(yīng)優(yōu)先選擇PLC來構(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)計者在系統(tǒng)設(shè)計時根據(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，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，則可以采用單片機(jī)系列。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大，自動化水平要求高，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。整理ppt

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、氣動、液動等之分。因此，如何正確選擇這些現(xiàn)場設(shè)備，確實(shí)不是一件簡單的事情，這其中的任何一個環(huán)節(jié)都會影響系統(tǒng)的控制任務(wù)和控制精度。（3）選擇現(xiàn)場設(shè)備整理ppt

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)計的關(guān)鍵問題之一。控制算法的選擇與系統(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）確定控制算法整理ppt

由于控制對象多種多樣，相應(yīng)控制模型也各異，所以控制規(guī)律及其控制算法也是多種多樣的。如一般簡單的生產(chǎn)過程常采用P、PI或PID控制；對于工況復(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，應(yīng)采取其它控制規(guī)律如串級、前饋、自適應(yīng)等；對于快速隨動系統(tǒng)，可選用最少拍控制；對具有純滯后的控制對象，可選用純滯后補(bǔ)償或大林控制；對具有時變、非線性特性的控制對象以及難以建立數(shù)學(xué)模型的控制對象，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。整理ppt

在計算機(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)計時，硬、軟件功能的劃分要綜合考慮。用硬件來實(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，可以降低成本，增加靈活性，但要占用主機(jī)更多的時間。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)品競爭力，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、軟件功能的劃分整理ppt

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、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。對所提出的總體設(shè)計方案要進(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)計依據(jù)的系統(tǒng)總體方案圖和系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書，以指導(dǎo)具體的系統(tǒng)設(shè)計過程。

（6）其它方面的考慮整理ppt2.硬件設(shè)計

對于通用控制系統(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)計研制進(jìn)程，使系統(tǒng)硬件設(shè)計的工作量減到最小。例如STD總線、PC總線IPC有數(shù)十種國內(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)格測試，并可提供各種軟硬件接口，包括相應(yīng)的驅(qū)動程序等。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。整理ppt無論是選用現(xiàn)成的IPC，還是采用PLC裝置，設(shè)計者都要根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的模板或模塊。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A／D、D／A板（包括通道數(shù)量、信號類別、量程范圍等）；整理ppt（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、手動自動切換和異常報警等）；（5）根據(jù)需要選擇各種外設(shè)接口、通信板塊等；（6）根據(jù)工藝流程選擇測量裝置（包括被測參數(shù)種類、量程大小、信號類別、型號規(guī)格等）；（7）根據(jù)工藝流程選擇執(zhí)行裝置（包括能源類型、信號類別、型號規(guī)格等）。整理ppt

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，維修簡單，由于無須進(jìn)行硬件線路設(shè)計，因而對設(shè)計人員的硬件技術(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)計上的方便，而應(yīng)用軟件需自行開發(fā)，或者系統(tǒng)設(shè)計者愿意自己開發(fā)研制全部應(yīng)用軟件。以獲取這部分較高的商業(yè)利潤。整理ppt

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、開發(fā)的計算機(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玫目刂菩酒瑏韺?shí)現(xiàn)，開發(fā)完成后一般不作較大的更動。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)針對性強(qiáng)、價格便宜，缺點(diǎn)是設(shè)計制造周期長，設(shè)計人員應(yīng)具備較深的計算機(jī)知識，系統(tǒng)的全部硬件、軟件均需自行開發(fā)研制。整理ppt3．軟件設(shè)計

用IPC或PLC來組建計算機(jī)控制系統(tǒng)不僅能減小系統(tǒng)硬件設(shè)計工作量，而且還能減小系統(tǒng)軟件設(shè)計工作量。一般它們都配有實(shí)時操作系統(tǒng)或?qū)崟r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)計者在最短的周期內(nèi)，開發(fā)出應(yīng)用軟件。整理ppt

如果從選擇單片機(jī)入手來研制控制系統(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，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)計語言，然后編制程序。程序編制應(yīng)先模塊后整體。軟件設(shè)計應(yīng)考慮以下幾個方面。（1）編程語言的選擇根據(jù)機(jī)型不同和控制工況不同，可以選擇不同的編程設(shè)計語言。目前常用的語言有匯編語言、高級語言、組態(tài)語言等。整理ppt

匯編語言是使用助記符代替二進(jìn)制指令碼的面向機(jī)器的語言。用匯編語言編出的程序質(zhì)量較高，且易讀、易記、易檢查和修改，但不同的機(jī)器有不同的匯編語言，如MCS51單片機(jī)匯編語言、8086CPU匯編語言等。編程者必須先熟悉這種機(jī)器的匯編語言才能編程，這就要求編程者要有較深的計算機(jī)軟件和硬件知識以及一定程度的程序設(shè)計技能與經(jīng)驗(yàn)。高級語言更接近英語自然語言和數(shù)學(xué)表達(dá)式，程序設(shè)計人員只要掌握該種語言的特點(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。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)常用的高級語言有C-51、PL／M-51以及MBASIC-51等。整理ppt

高級語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)，而匯編語言編寫的程序比用高級語言編寫的程序執(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言，用匯編語言編寫中斷管理、輸入輸出等實(shí)時性強(qiáng)的程序，而用高級語言編寫計算、圖形顯示、打印等運(yùn)算管理程序。組態(tài)語言是一種針對控制系統(tǒng)而設(shè)計的面向問題的高級語言，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、上下限報警等數(shù)十種），計數(shù)/計時模塊，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。整理ppt

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)語言都有其各自的長處和短處。在設(shè)計控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序時，究竟選擇哪種語言編程，還是兩種語言混合使用，這要根據(jù)被控對象的特點(diǎn)、控制任務(wù)的要求以及所具備的條件而定。

整理ppt（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、編程簡單、運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是表示的數(shù)值動態(tài)范圍小，容易溢出；而浮點(diǎn)數(shù)則相反，數(shù)值動態(tài)范圍大、相對精度穩(wěn)定、不易溢出，但編程復(fù)雜，運(yùn)算速度低。

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如果某參數(shù)是一系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信號序列，則不只有數(shù)據(jù)類型問題，還有一個數(shù)據(jù)存放格式問題，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。具體說來，就是按順序結(jié)構(gòu)、鏈形結(jié)構(gòu)還是樹形結(jié)構(gòu)來存放數(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、定時器/計數(shù)器、中斷源、I/O地址等。ROM資源用來存放程序和表格，I/O地址、定時器/計數(shù)器、中斷源在任務(wù)分析時已經(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)。整理ppt（4）控制軟件的設(shè)計計算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)時控制應(yīng)用程序一般包括以下幾部分。①數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集程序主要包括模擬量和數(shù)字量多路信號的采樣、輸入變換、存儲等。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、越限報警程序等。②控制算法程序控制算法程序是計算機(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，可選擇合適的一種或幾種控制算法，來實(shí)現(xiàn)控制。整理ppt③控制量輸出程序控制量輸出程序?qū)崿F(xiàn)對控制量的處理（上下限和變化率處理）、控制量的變換及輸出，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或各種電氣開關(guān)?？刂屏恳舶M量和開關(guān)量輸出兩種。④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，事故報警以及故障檢測程序等。⑤程序?qū)崟r時鐘和中斷處理程序計算機(jī)控制系統(tǒng)中有很多任務(wù)是按時間來安排的，因此實(shí)時時鐘是計算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)。時鐘有絕對時鐘和相對時鐘兩種。絕對時鐘與當(dāng)?shù)氐臅r間同步，相對時鐘與當(dāng)?shù)貢r間無關(guān)。整理ppt

許多實(shí)時任務(wù)如采樣周期、定時顯示打印、定時數(shù)據(jù)處理等都必須利用實(shí)時時鐘來實(shí)現(xiàn)，并由定時中斷服務(wù)程序去執(zhí)行相應(yīng)的動作或處理動作狀態(tài)標(biāo)志。另外，事故報警、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)，以使計算機(jī)能對事件做出及時處理。⑥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、變化趨勢分析、報警記錄、統(tǒng)計報表打印輸出等。⑦數(shù)據(jù)通信程序數(shù)據(jù)通信程序主要完成計算機(jī)與計算機(jī)之間、計算機(jī)與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。整理ppt（5）程序設(shè)計的方法應(yīng)用程序的設(shè)計方法可采用模塊化程序設(shè)計和自頂向下程序設(shè)計等方法。模塊化程序設(shè)計是把一個較長的程序按功能分成若干個小的程序模塊，然后分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計、編程、測試和查錯之后，最后把各調(diào)試好的程序模塊連成一個完整的程序。模塊化程序設(shè)計的特點(diǎn)是單個小程序模塊的編寫和調(diào)試比較容易；一個模塊可以被多個程序調(diào)用；檢查錯誤容易，且修改時只需改正該模塊即可，無須牽涉其它模塊。但這種設(shè)計在對各個模塊進(jìn)行連接時有一定困難。整理ppt

自頂向下程序設(shè)計時，先從主程序進(jìn)行設(shè)計，從屬的程序或子程序用程序符號來代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個系統(tǒng)的程序設(shè)計。這種方法的特點(diǎn)是設(shè)計、測試和連接同時按一個線索進(jìn)行，比較符合人們的日常思維方式，設(shè)計中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設(shè)計的最大問題就是上一級的程序錯誤將會對整個程序產(chǎn)生影響，并且局部的修改將牽連全局。整理ppt11.2.3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)場投運(yùn)做好準(zhǔn)備。整理ppt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)

整理ppt1．硬件調(diào)試對于各種標(biāo)準(zhǔn)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)備好信號源、數(shù)字電壓表、電流表等標(biāo)準(zhǔn)儀器。對這兩種模板首先檢查信號的零點(diǎn)和滿量程，然后再分檔檢查，并且上行和下行來回調(diào)試，以便檢查線性度是否合乎要求。整理ppt

利用開關(guān)量輸入和輸出程序來檢查開關(guān)量輸入（DI）和開關(guān)量輸出（DO）模板。測試時可在輸入端加開關(guān)量信號，檢查讀入狀態(tài)的正確性；可在輸出端用萬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)，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。整理ppt2．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?？刂颇K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，針對不同階躍輸入幅度、不同控制周期、正反兩種作用方向時的純比例控制、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)器組成的控制系統(tǒng)類似，即分別做給定值和外部擾動的階躍響應(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。整理ppt

一般與過程輸入輸出通道無關(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，有時為了調(diào)試某些程序，可能還要編寫臨時性的輔助程序。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，以形成模塊子集，調(diào)試完各模塊子集，再將部分模塊子集連接起來進(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)計中存在的問題和隱含的缺陷暴露出來，從而基本上消除了編程上的錯誤，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)。整理ppt

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)系來研究事物，也就是用模型來代替實(shí)際被控對象進(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（即硬件閉路動態(tài)試驗(yàn)）；數(shù)字仿真（即計算機(jī)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。對于純數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般可做到全物理仿真；而對于控制系統(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，被控對象可用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛?。自頂向下程序設(shè)計時，先從主程序進(jìn)行設(shè)計，從屬的程序或子程序用程序符號來代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個系統(tǒng)的程序設(shè)計。這種方法的特點(diǎn)是設(shè)計、測試和連接同時按一個線索進(jìn)行，比較符合人們的日常思維方式，設(shè)計中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設(shè)計的最大問題就是上一級的程序錯誤將會對整個程序產(chǎn)生影響，并且局部的修改將牽連全局。整理ppt4．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)行長時間的運(yùn)行考驗(yàn)，有時還要根據(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)、振動和抗電磁干擾試驗(yàn)、電源電壓劇變和掉電試驗(yàn)等。整理ppt11.2.4現(xiàn)場調(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。整理ppt

盡管上述離線仿真和調(diào)試工作最終做到了天衣無縫，但現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問題?，F(xiàn)場調(diào)試與運(yùn)行階段是一個從小到大、從易到難、從手動到自動、從簡單回路到復(fù)雜回路逐步過渡的過程。此前應(yīng)制定一系列調(diào)試計劃、實(shí)施方案、安全措施、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)場校驗(yàn)。2．各種電氣接線和測量導(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，各個傳感器對號位置不能接錯，各個氣動導(dǎo)管必須暢通，特別是不能把強(qiáng)電接在弱電上。整理ppt3．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)時應(yīng)先切入手動，等系統(tǒng)運(yùn)行接近于給定值時再切入自動。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。在現(xiàn)場調(diào)試的過程中，往往會出現(xiàn)錯綜復(fù)雜、時隱時現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象，一時難以找到問題的根源。此時此刻，計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計者們要認(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。整理ppt11.3控制工程的應(yīng)用實(shí)例要真正成功地完成一個工程項(xiàng)目，除了要講究科學(xué)的設(shè)計方法外，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。

整理ppt主要內(nèi)容11.3.1水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)11.3.2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)整理ppt11.3.1水槽水位單片機(jī)控制系統(tǒng)對于小型測控系統(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)用程序的模式來實(shí)現(xiàn)。下面以一個簡單的水槽水位控制系統(tǒng)為例。

整理ppt主要內(nèi)容1．系統(tǒng)概述

2．硬件電路

3．程序設(shè)計整理ppt1．系統(tǒng)概述通過水槽水位的高低變化來啟停水泵，從而達(dá)到對水位的控制目的，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，水泵應(yīng)停止供水；當(dāng)水位降到下限B以下時，應(yīng)啟動水泵供水；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)。整理ppt圖14-2水槽水位控制電路

動畫鏈接整理ppt2．硬件電路根據(jù)工藝要求，設(shè)計的控制系統(tǒng)硬件電路如圖14-2所示，這是一個用單片機(jī)采集水位信號并通過繼電器控制水泵的小型計算機(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端作為水位信號的采集輸入口，P1.2和P1.3端作為控制與報警輸出口。

(2)水位測量部分：電極A接+5V電源，電極B、C各通過一個電阻與地相連。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)與操作要求，共有4種組合，如表14-1所示。

整理ppt

表14-1水位信號及操作狀態(tài)表C(P1.1)b(P1.0)水位操作00B點(diǎn)以下水泵啟動01B、C之間維持原狀10系統(tǒng)故障故障報警11C點(diǎn)以上水泵停止整理ppt

當(dāng)水位降到下限B以下時，電極B與電極C在水面上方懸空，b點(diǎn)、c點(diǎn)呈低電平，這時應(yīng)啟動水泵供水，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，這時不論水位處于上升或下降趨勢，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，電極B、C通過水導(dǎo)體連到電極A及+5V，因此b點(diǎn)、c點(diǎn)呈高電平，這時水泵應(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)計中還是應(yīng)考慮的。整理ppt(3)控制報警部分：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)動一支發(fā)光二極管發(fā)光進(jìn)行故障報警。整理ppt3．程序設(shè)計程序流程如圖14-3所示。開始P1.1、P1.0=00？啟動水泵P1.2←1設(shè)置堆棧指針P1.1、P1.0=10？P1.1、P1.0=11？停止水泵P1.2←0故障報警P1.3←1整理ppt11.3.2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STD總線IPC控制循環(huán)水動態(tài)模擬試驗(yàn)裝置的實(shí)例。整理ppt主要內(nèi)容1．系統(tǒng)概述

2．硬件電路

3．軟件設(shè)計4．功能畫面整理ppt1．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)冷卻水同時帶來設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕問題，為此利用循環(huán)水動態(tài)模擬試驗(yàn)裝置，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的流態(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)，來評價穩(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。整理ppt（1）工藝流程模擬試驗(yàn)裝置的主要流程如圖14-4所示，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)。整理ppt圖14-4循環(huán)水動態(tài)模擬試驗(yàn)裝置控制流程圖整理ppt（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運(yùn)行，因而計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)同時面向兩臺模擬裝置，集檢測、控制與管理于一體，主要完成如下功能：①10點(diǎn)參數(shù)檢測功能入口水溫、出口水溫、蒸汽溫度、冷卻塔底溫度，共8路溫度，量程為0～100℃，檢測精度為0．2級。兩路循環(huán)水流量，量程為200～1200L／h，檢測精度為1級。還有計算顯示出入口溫差、瞬時污垢熱阻、水閥與風(fēng)閥門開度、試驗(yàn)時間與剩余時間。②22個參數(shù)設(shè)定功能換熱器試管直徑與長度、流量與溫度的給定值、PID控制的比例系數(shù)、積分時間、微分時間以及即時時間與試驗(yàn)時間。整理ppt③10個參數(shù)標(biāo)定功能對8路溫度、2路流量進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定。④PID控制功能實(shí)時控制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±0．5℃；流量控制精度：設(shè)定值±2％FS（FS即FullScale，意為滿刻度或滿量程）。⑤工藝計算、列表繪圖功能根據(jù)污垢熱阻計算公式計算并顯示出瞬時污垢熱阻，而且自動生成試驗(yàn)數(shù)據(jù)列表。自動繪制時間-污垢熱阻曲線。⑥其他功能指標(biāo)所有參數(shù)的采樣、計算、控制周期均為0.25S，刷新顯示周期為2S，試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄時間間隔按工藝要求而定，數(shù)據(jù)保存時間為10年，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有軟件硬件自診斷、自恢復(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。整理ppt2．硬件設(shè)計根據(jù)上述系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)的要求，采用一臺現(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。整理ppt圖14-5IPC硬件組成框圖整理ppt

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)，無論何種原因引起死機(jī)，自診斷系統(tǒng)能在1～28內(nèi)測出并恢復(fù)正常運(yùn)行，整個計算機(jī)系統(tǒng)工作十分可靠。其中的（6）溫度檢測板，是一個由單片機(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，濾波處理，鉑電阻線性化處理。在這個板上利用軟件技術(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)動接口板。計算機(jī)系統(tǒng)檢測兩路塔底溫度與兩路流量，與設(shè)定值進(jìn)行比較，并對其偏差進(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輸出至（8）伺服放大板，從而控制相應(yīng)的4個調(diào)節(jié)閥。其中的（8）伺服放大板，其功能相當(dāng)于電動單元組合儀表中的4個伺服放大器，但其精度及可靠性優(yōu)于常規(guī)的伺服放大器。它接收來自D/A轉(zhuǎn)換板的4路閥位信號，并檢測4個閥的實(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，則使閥動作，達(dá)到與D/A輸出一致的位置后停止，從而實(shí)現(xiàn)計算機(jī)系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的控制。其中的（10）濾波板，對STD總線的有關(guān)信號進(jìn)行濾波處理，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性。其中的（9）流量檢測板，主要由計數(shù)電路組成，檢測兩路來自渦輪流量變送器的脈沖信號。對其實(shí)行濾波、整形、放大、光隔、計數(shù)處理，并向兩個渦輪流量變送器提供+12V電壓，可參考第4.2.2脈沖計數(shù)電路部分與參看書后文獻(xiàn)。整理ppt3．軟件設(shè)計該系統(tǒng)采用了現(xiàn)成的IPC，計算機(jī)廠家已提供了監(jiān)控程序或系統(tǒng)程序，設(shè)計者的軟件設(shè)計任務(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，定時存儲實(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)定各個參數(shù)。由于前者任務(wù)要求適時性較強(qiáng)，且完成任務(wù)所需時間較短，故安排在中斷服務(wù)子程序中完成。而后者屬人機(jī)對話性質(zhì)，任務(wù)完成時間較長，且不需嚴(yán)格適時性，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言編制。

整理ppt圖圖14-7中斷服務(wù)子程序IPC硬件組成框圖整理ppt

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CRT、打印機(jī)工作方式設(shè)定，四個調(diào)節(jié)閥門初始定位及軟件標(biāo)志設(shè)置等。在每一個畫面處理過程中，能夠查看其他畫面，同時完成本畫面應(yīng)完成的一些功能。中斷服務(wù)子程序如圖14-7所示。這是一個時間中斷子程序。系統(tǒng)設(shè)置每隔250ms中斷一次，中斷服務(wù)子程序中各個任務(wù)，應(yīng)能在250ms內(nèi)完成。每四次中斷即時間間隔為1S時，刷新時鐘，處理秒、分、時、日、月、年的遞增，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計時。每八次中斷，即時間間隔為2S時，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，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存儲器中，有效保存時間為10年。整理ppt圖14-6主程序結(jié)構(gòu)框圖整理ppt4．功能畫面該系統(tǒng)共有6個功能畫面，漢字顯示且每個畫面都有提示菜單，向操作者提示操作的方式。通過對這6個菜單的選擇操作，便可實(shí)現(xiàn)本計算機(jī)系統(tǒng)的所有功能。這6個功能畫面分別是參數(shù)檢測畫面、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)。整理ppt11.3.3中水回用PLC控制系統(tǒng)在以數(shù)字量為主的中小規(guī)?？刂骗h(huán)境下，一般應(yīng)首選PLC裝置，下面介紹一個用西門子PLC監(jiān)控中水處理流程的工程實(shí)例。整理ppt主要內(nèi)容1．系統(tǒng)概述

2．硬件設(shè)計

3．程序設(shè)計整理ppt1．系統(tǒng)概述將生活污水進(jìn)行幾級處理，作為除飲用以外的其它生活用水，將形成一個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。（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。整理ppt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

動畫鏈接整理ppt（2）控制要求該流程共有被控設(shè)備（含備用）14臺泵和電機(jī)，4個池的水位需要檢測。水位計的作用：在任何控制方式下，水位計的上上限或下下限到位時，都將發(fā)出聲光報警信號；在全自動、分組自動、半自動控制方式下，水位計的上限、下限分別作為該池排水泵自動開、停的PLC輸入信號。整理ppt

采用4種控制方式：手動、半自動、分組自動和全自動。①手動控制方式即用手操作14個按鈕開停14個被控負(fù)荷，不受水位影響。②生化半自動控制方式指生化池水位機(jī)組的半自動控制方式，也即由生化池水位的上限與下限自動控制生化泵的開、停，而加藥計量泵、CLO2發(fā)生器的開、停由手動操作。③分組自動控制方式為了便于維護(hù)，整個系統(tǒng)分為六個獨(dú)立的機(jī)組：調(diào)節(jié)池水位自動機(jī)組、生化池水位自動機(jī)組、清水池水位自動機(jī)組、集水池水位自動機(jī)組、溢流泵自動機(jī)組、羅茨風(fēng)機(jī)自動機(jī)組?？刂埔螅寒?dāng)按下分組自動按鈕時，被按下按鈕的燈閃亮，當(dāng)選定主、備電機(jī)按鈕后，分組自動按鈕指示燈長亮；當(dāng)水位達(dá)到上限時，電機(jī)停止而按鈕指示燈轉(zhuǎn)為閃亮。④全自動方式控制要求就是當(dāng)全自動準(zhǔn)備按鈕啟動后，首先選擇主、備用電機(jī)，然后啟動全自動開停按鈕，則整個系統(tǒng)進(jìn)入全自動運(yùn)行狀態(tài)。

整理ppt2．硬件設(shè)計（1）PLC系統(tǒng)配置根據(jù)工藝流程與控制要求，要完成14臺被控設(shè)備的啟動、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臺設(shè)備約需5~6個啟、停按鈕及狀態(tài)指示燈等器件，整個控制盤面上大約需要90余個按鈕與指示燈。這將帶來器件成本的增高、控制盤面的增大、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數(shù)器，使1個帶燈按鈕集成了1臺設(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，總計只需配置24個帶燈按鈕，分別代表14臺被控設(shè)備與10種控制方式。整個系統(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。

整理ppt（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1～24AN分別對應(yīng)于PLCI0.0~I1.7與I4.0~I4.7計24個開關(guān)量輸入點(diǎn)；4個水位計的16個水位電極點(diǎn)分別對應(yīng)I2.0~I3.7計16個開關(guān)量輸入點(diǎn)；PLC輸出點(diǎn)Q0.0~Q0.7，Q1.0~Q1.5分別對應(yīng)于14臺輸出設(shè)備；輸出點(diǎn)Q1.6~Q3.7分別對應(yīng)于8臺被控設(shè)備與10種控制方式的狀態(tài)指示燈，共計32個開關(guān)量輸出點(diǎn)；另外6臺被控設(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。整理ppt圖14-9PLC輸入輸出接線圖

整理ppt（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SIMATICS7-200系列最簡潔、價格最低的操作界面。而且連接簡單，不需要獨(dú)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)來自于調(diào)節(jié)池水位計的上上限接點(diǎn)I2.0的輸入響應(yīng)。整理ppt圖14-10TD200中文文本顯示器及其連接整理ppt3．程序設(shè)計（1）主程序流程圖

S7-200系列PLC使用基于Windows平臺的32位編程軟件包STEP-7-Micro/WIN，通常采用語義直觀、功能強(qiáng)大、適合修改和維護(hù)的梯形圖語言。圖14-11給出控制系統(tǒng)主程序流程圖，整個工藝過程分為四種控制方式，在全自動與分組自動方式下，首先要選擇主、備用電機(jī)。整理ppt圖14-11主要程序流程圖PLC上電進(jìn)入手動進(jìn)入手動是全自動嗎？是手動嗎？是生化池半自動嗎？進(jìn)入手動進(jìn)入生化池半自動選擇風(fēng)機(jī)……選擇調(diào)節(jié)池泵進(jìn)入自動狀態(tài)

選擇風(fēng)機(jī)

選擇調(diào)節(jié)池泵分機(jī)分組調(diào)節(jié)池分組自動進(jìn)入手動整理ppt（2）功能按鈕程序

24個帶燈按鈕，分別啟停14臺被控設(shè)備與10種操作方式。通過軟件編程，使按鈕第一次按下時有效，第二次按下時失效(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)計完成了所有的工藝要求，實(shí)現(xiàn)了手動控制、半自動控制、分組自動控制和全自動控制等四種控制方式，而且硬件器件少，控制盤面簡潔，操作簡單靈活，中文界面友好。在現(xiàn)場經(jīng)過調(diào)試后已正常運(yùn)行，工作可靠穩(wěn)定。整理ppt11.3.4火電廠DCS控制系統(tǒng)近年來，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)人員的勞動強(qiáng)度、提高火電廠的綜合自動化水平、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。整理ppt

圖14-12所示為某300MW單元機(jī)組鍋爐控制部分采用美國貝利公司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DCS在火電廠過程控制系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)例。整理ppt圖14-12某300MW機(jī)組鍋爐控制INFI-90系統(tǒng)硬件配置圖整理ppt1．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)，動態(tài)情況下的偏差不能超過額定值的+5~-10C，對控制性能要求比較高。為了克服主汽溫度被控對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噴水減溫的調(diào)溫方式（一級減溫相當(dāng)于粗調(diào)，二級減溫相當(dāng)于細(xì)調(diào)），同時又分為甲乙兩側(cè)進(jìn)行分別控制，這樣共有四個結(jié)構(gòu)類似的控制回路。為了進(jìn)一步克服滯后和慣性對控制的不良影響，兩側(cè)每級的噴水調(diào)節(jié)均采用了串級控制方式，圖14-13為采用噴水調(diào)節(jié)的串級溫度控制系統(tǒng)。除了減溫水量以外，影響主蒸汽溫度的其他主要因素還有蒸汽量擾動和煙氣量擾動，統(tǒng)稱為外部干擾。為了提高控制系統(tǒng)抵御外部干擾的能力，主蒸汽溫度控制系統(tǒng)中還采用了前饋方式。圖14-14為機(jī)組實(shí)際的二級減溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖（SAMA圖），圖中給出了控制回路的基本結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)器跟蹤、手動/自動切換邏輯。整理ppt圖14-13溫度串級控制系統(tǒng)

整理ppt圖14-14主汽溫控制SAMA圖

整理ppt（1）輸入/輸出信號連接在上述溫度控制回路中有5個輸入信號（即主汽溫度、噴水后溫度、主蒸汽流量、送風(fēng)量和閥位信號）以及1個輸出信號（閥位指令）。在INFI-90系統(tǒng)中，對所有的I/O信號都要分配I/O模件與端子單元，端子單元與I/O模件相對應(yīng)。該系統(tǒng)中涉及的I/O模件及其端子單元如表14-2所示。這里使用IMASI03作為熱電偶輸入模件，相應(yīng)端子單元為NTAI06，用于輸入主汽溫度信號和噴水后溫度信號；使用IMFBS01作為電流信號輸入模件，相應(yīng)端子單元為NTAI05，用于輸入主蒸汽流量信號、送風(fēng)量信號和閥位信號；使用IMASO01作為模擬