第8章計算機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)二五四8.1系統(tǒng)設計的原則與步驟8.2系統(tǒng)的工程設計與實現(xiàn)8.3啤酒發(fā)酵過程計算機控制系統(tǒng)設計8.1系統(tǒng)設計的原則與步驟一系統(tǒng)設計的原則

1、安全可靠

2、操作維護方便

3、實時性強

4、通用性

5、經(jīng)濟效益高二系統(tǒng)設計的步驟

系統(tǒng)工程項目的研制可分為四個階段：

工程項目與控制任務的確定階段工程項目的設計階段離線仿真和調(diào)試階段在線調(diào)試和運行階段1、工程項目與控制任務的確定階段圖8-1確定控制任務的流程2、工程項目的設計階段圖8-2工程項目的設計階段流程3、離線仿真調(diào)試階段及在線調(diào)試運行階段圖8-3離線仿真調(diào)試及在線調(diào)試運行流程8.2系統(tǒng)的工程設計與實現(xiàn)一系統(tǒng)總體方案設計

1、硬件總體方案設計

(1)確定系統(tǒng)的控制策略

(2)確定系統(tǒng)的類型

(3)確定系統(tǒng)的構成方式

(4)現(xiàn)場設備選擇

(5)其他方面的考慮2、軟件總體方案設計

依據(jù)合同書(或協(xié)議書)的技術要求和已做過的初步方案，進行軟件的總體設計。軟件總體設計和硬件總體設計一樣，也是采用結(jié)構化的“黑箱”設計法。先畫出較高一級的方框圖，然后再將大的方框分解成小的方框，直到能表達清楚為止。3、軟件總體方案設計(1)系統(tǒng)的主要功能、技術指標、原理性方框圖及文字說明(2)控制策略和控制算法(3)系統(tǒng)的硬件結(jié)構及配置，主要的軟件功能、結(jié)構及框圖。(4)方案比較和選擇。(5)保證性能指標要求的技術措施。(6)抗干擾和可靠性設計。(7)機柜或機箱的結(jié)構設計。(8)經(jīng)費和進度計劃的安排。二硬件的工程設計與實現(xiàn)1、選擇系統(tǒng)的總線和主機機型2、選擇輸入輸出通道模板3、選擇變送器和執(zhí)行機構4、控制操作面板設計三軟件的工程設計與實現(xiàn)

1、控制系統(tǒng)對應用軟件的要求

2、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構規(guī)劃

3、資源分配

4、實時控制軟件設計四系統(tǒng)的調(diào)試與運行

1、離線仿真和調(diào)試

(1)硬件調(diào)試

(2)軟件調(diào)試圖8-4開環(huán)特性調(diào)試原理框圖

圖8-5PID控制模塊的閉環(huán)調(diào)試框圖2、在線調(diào)試和運行

現(xiàn)場安裝及在線調(diào)試前先要進行硬件檢查，經(jīng)過檢查并已安裝正確后，可進行系統(tǒng)的投運和參數(shù)的整定。8.3啤酒發(fā)酵過程計算機控制系統(tǒng)設計一啤酒發(fā)酵工藝及控制要求啤酒發(fā)酵工藝簡介圖8-6發(fā)酵過程溫度工藝曲線示意圖二系統(tǒng)總體方案的設計1、發(fā)酵罐測控點的分布及管線結(jié)構圖8-7檢測點與控制點的分布圖

2、檢測裝置和執(zhí)行機構3、控制規(guī)律為適應溫度給定值為折線的情況，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，考慮到被控對象大慣性和純滯后的特點，在控制軟件設計中提供了施密斯（Smith）預估控制算法。4、控制系統(tǒng)主機及過程通道模板5、控制系統(tǒng)的軟件

三系統(tǒng)硬件和軟件的設計1、系統(tǒng)硬件的設計圖8-8啤酒發(fā)酵過程計算機控制系統(tǒng)硬件框圖

2、系統(tǒng)軟件的設計(1)數(shù)據(jù)采集程序(2)數(shù)字濾波程序(3)標度變換程序①溫度的標度變換②壓力的標度變換③液位的標度變換(4)給定工藝曲線的實時插補計算(5)控制算法(6)其他應用程序四系統(tǒng)的安裝調(diào)試運行及控制效果

調(diào)試工作主