计算机控制技术项目09计算机控制系统设计ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机控制技术,计算机控制系统总体设计,计算机控制技术计算机控制系统总体设计,计算机控制系统的设计原则,计算机控制系统的设计原则,1,满足工艺要求,在设计计算机控制系统时，首先应满足生产过程所提出的各种要求及性能指标。因为计算机控制系统是为生产过程自动化服务的，因此设计之前必须对工艺过程有一定的熟悉和了解，系统设计人员应该和工艺人员密切结合，才能设计出符合生产工艺要求和性能指标的控制系统。设计的控制系统所达到的性能指标不应低于生产工艺要求，但片面追求过高的性能指标而忽视设计成本和实现上的可能性也是不可取的。,1满足工艺要求 在设计计算机控制系统时，首先应满足生,2,可靠性要高,系统的可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。在现代生产和管理中，计算机控制系统起着非常重要的作用，其安全可靠性，直接影响到生产过程连续、优质、经济运行。计算机控制系统通常都是工作在比较恶劣的环境之中，各种干扰会对系统的正常工作产生影响，各种环境因素（如粉尘、潮湿、震动等）也是对系统的考验。而计算机控制系统所控制的对象往往都是比较重要的，一旦发生故障，轻则影响生产，造成产品质量不合格，带来经济损失；重则会造成重大的人身伤亡事故，产生重大的社会影响。,所以，计算机控制系统的设计总是应当将系统的可靠性放在第一位，以保证生产安全、可靠和稳定地运行。,2可靠性要高 系统的可靠性是指系统在规定的条件下和,3,操作性能要好,一个好的计算机控制系统应该人机界面好、方便操作、运行，易于维护。,操作方便主要体现在操作简单、显示画面形象直观，有较强的人机对话能力，便于掌握。在考虑操作先进性的同时，设计时要真正做到以人为本，尽可能地为使用者考虑，兼顾操作人员的习惯，降低对操作人员专业知识的要求，使他们能在较短时间内熟悉和掌握操作方法，不要强求操作人员掌握计算机知识后才能操作。对于人机界面可以采用,CRT,、,LCD,或者是触摸屏，使得操作人员可以对现场的各种情况一目了然。,3操作性能要好 一个好的计算机控制系统应该人机界面,维护方便主要体现在易于查找故障、排除故障。为此，需要在硬件和软件设计中综合考虑。在硬件方面，宜采用标准的功能模板式结构，并能够带电插拔，便于及时查找并更换故障模板；模板上应配置工作状态指示灯和监测点，便于检修人员检查与维护。在软件方面，设置检测、诊断与恢复程序，用于故障查找和处理。,维护方便主要体现在易于查找故障、排除故障。为此，需要,从软件角度而言，要配置查错程序和诊断程序，以便在故障发生时能用程序帮助查找故障发生的部位，从而缩短排除故障的时间；在硬件方面，从零部件的排列位置，部件设计的标准化以及能否带电插拔等诸多因素都要通盘考虑，系统设计要尽量方便用户，简化操作规程，如面板上的控制开关不能太多、太复杂等。,从软件角度而言，要配置查错程序和诊断程序，以便在故障,4,实时性要强,计算机控制系统的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并作出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类：一类是定时事件，如数据的定时采集，运算控制等，对此系统应设置时钟，保证定时处理；另一类是随机事件，如事故报警等，对此系统应设置中断，并根据故障的轻重缓急预先分配中断级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。,4实时性要强 计算机控制系统的实时性，表现在对内部,通用性是指所设计出的计算机控制系统能根据各种不同设备和不同控制对象的控制要求，灵活扩充、便于修改。工业控制的对象千差万别，而计算机控制系统的研制开发又需要有一定的投资和周期。一般来说，不可能为一台装置或一个生产过程研制一台专用计算机，常常是设计或选用通用性好的计算机控制装置灵活地构成系统。当设备和控制对象有所变更时，或者再设计另外一个控制系统时，通用性好的系统一般稍作更改或扩充就可适应。,5,通用性要好,通用性是指所设计出的计算机控制系统能根据各种不同设备,计算机控制系统的通用灵活性体现在两方面：一是硬件设计方面，首先应采用标准总线结构，配置各种通用的功能模板或功能模块，并留有一定的冗余，当需要扩充时，只需增加相应功能的通道或模板就能实现。二是软件方面，应采用标准模块结构，用户使用时尽量不进行二次开发，只需按要求选择各种功能模块，灵活地进行控制系统组态。,计算机控制系统的通用灵活性体现在两方面：一是硬件设计,6,经济效益要高,在满足计算机控制系统的技术性能指标的前提下，尽可能地降低成本，保证为用户带来更大的经济效益。经济效益表现在两方面：一是系统设计的性能价格比要尽可能的高，在满足设计要求的情况下，尽量采用物美廉价的元器件；二是投入产出比要尽可能的低，应该从提高生产的产品质量与产量、降低能耗、消除污染、改善劳动条件等方面进行综合评估。另外，要有市场竞争意识，尽量缩短开发设计周期，以降低整个系统的开发费用，使新产品尽快进入市场。,6经济效益要高 在满足计算机控制系统的技术性能指标的,7,开发周期要短,如果计算机控制系统的开发时间太长，会使用户无法尽快地收回投资，影响了经济效益的提高；而且，由于计算机技术发展非常快，只要几年的时间原有的技术就会变得过时。设计与开发时间过长，等于缩短了系统的使用寿命。因此，在设计时，如何尽可能地使用成熟的技术，对于关键的元部件或软件，不是万不得已就不要自行开发。,7开发周期要短 如果计算机控制系统的开发时间太长，,计算机控制技术项目09计算机控制系统设计ppt课件,计算机控制系统的设计与,实施步骤,计算机控制系统的设计与,1,可行性研究阶段,开发者要根据被控对象的具体情况，按照企业的经济能力、未来系统运行后可能产生的经济效益、企业的管理要求、人员的素质、系统运行的成本等多种要素进行分析。可行性分析的结果最终是要确定：使用计算机控制技术能否给企业带来一定经济效益和社会效益。这里要指出的是，不顾企业的经济能力和技术水平而盲目地采用最先进的设备是不可取的。,1可行性研究阶段 开发者要根据被控对象的具体情况，按,2,初步设计阶段,也可以称为总体设计。系统的总体设计是进入实质性设计阶段的第一步，也是最重要和最为关键的一步。总体方案的好坏会直接影响整个计算机控制系统的成本、性能、设计和开发周期等。在这个阶段，首先要进行比较深入的工艺调研，对被控对象的工艺流程有一个基本的了解，包括要控制的工艺参数的大致数目和控制要求、控制的地理范围的大小、操作的基本要求等。然后初步确定未来控制系统要完成的任务，写出设计任务说明书，提出系统的控制方案，画出系统组成的原理框图，作为进一步设计的基本依据。,2初步设计阶段 也可以称为总体设计。系统的总体设计,3,详细设计阶段,详细设计是将总体设计具体化。首先要进行详尽的工艺调研，然后选择相应的传感器、变送器、执行器、,I/O,通道装置以及进行计算机系统的硬件和软件的设计。对于不同类型的设计任务，则要完成不同类型的工作。如果是小型的计算机控制系统，硬件和软件都是自己设计和开发；此时，硬件的设计包括电气原理图的绘制、元器件的选择、印刷线路板的绘制与制作；软件的设计则包括工艺流程图的绘制、程序流程图的绘制、将一个个模块编写成对应的程序等。,3详细设计阶段 详细设计是将总体设计具体化。首先要,4,系统实施阶段,要完成各个元器件的制作、购买、安装；进行软件的安装和组态以及各个子系统之间的连接等工作。,4系统实施阶段 要完成各个元器件的制作、购买、安装；,5,系统的调试（测试）阶段,通过整机的调试，发现问题，及时修改，例如检查各个元部件安装是否正确，并对其特性进行检查或测试；检验系统的抗干扰能力等。调试成功后，还要进行考机运行，其目的是通过连续不停机的运行来暴露问题和解决问题。,5系统的调试（测试）阶段 通过整机的调试，发现问题,6,系统运行阶段,该阶段占据了系统生命周期的大部分时间，系统的价值也是在这一阶段中得到体现。在这一阶段应该有高素质的使用人员，并且严格按照章程进行操作，尽可能地减少故障的发生。,6系统运行阶段 该阶段占据了系统生命周期的大部分时,计算机控制系统的总体方案设计,计算机控制系统的总体方案设计,确定计算机控制系统总体方案是进行系统设计的关键而重要的一步。总体方案的好坏，直接影响到整个控制系统的成本、性能、实施细则和开发周期等。总体方案的设计主要是根据被控对象的工艺要求确定。为了设计出一个切实可行的总体方案与实施方案，设计者必须深入了解生产过程，分析工艺流程及工作环境，熟悉工艺要求，确定系统的控制目标与任务。尽管被控对象多种多样，工艺要求各不相同，在总体方案设计中还是有一定共性。,确定计算机控制系统总体方案是进行系统设计的关键而重要,1,工艺调研,1,）调研的任务,经过调研要完成以下几个任务：,掌握系统的规模。要明确控制的范围是一台设备、一个工段、一个车间，还是整个企业。,熟悉工艺流程，并用图形和文字的方式对其进行描述。,初步明确控制的任务。要了解生产工艺对控制的基本要求。要掌握控制的任务是要保持工艺过程稳定，还是要实现工艺过程的优化。要掌握被控制的参量之间是否关联比较紧密，是否需要建立被控制对象的数学模型，是否存在诸如大滞后、严重非线性或比较大的随机干扰等复杂现象。,初步确定,I/O,的数目和类型。通过调研掌握哪些参量需要检测、哪些参量需要控制以及这些参量的类型。,掌握现场的电源情况（是否经常波动，是否经常停电，是否含有较多谐波）和其它情况（如振动、温度、湿度、粉尘、电磁干扰等）。,1工艺调研 1）调研的任务,2,）形成调研报告和初步方案,在完成了调研后，可以着手撰写调研报告，并在调研报告的基础上草拟出初步方案。如果系统不是特别复杂，也可以将调研报告和初步方案合二为一。,在对初步方案进行讨论时，往往会发现一些新问题或是不清楚之处，此时，需要再次调研，然后对原有方案进行修改。一般来说，在工艺调研、方案修改、方案讨论之间往往需要多个循环方能确定最后的总体设计方案。在这个过程中，如果系统开发者对计算机监控技术与自动控制技术的发展现状以及市场情况还不是很清楚的话，同样需要对其进行详细的调研。,2）形成调研报告和初步方案,3,）形成总体设计技术报告,在经过多次的调研和讨论后可以形成总体设计技术报告。它包含以下内容：,工艺流程的描述。,功能描述。,结构描述。,控制算法的确定。,I/O,变量总体描述。,3）形成总体设计技术报告,2,硬件总体方案设计,1,）确定系统的结构和类型,根据系统要求，确定采用开环还是闭环控制。闭环控制还需进一步确定是单闭环还是多闭环控制。实际可供选择的控制系统类型有：数据采集系统（,DAS,）、直接数字控制（,DDC,）系统、监督计算机控制（,SCC,）系统、分散型控制系统（,DCS,）、工业控制网络系统等。,2硬件总体方案设计 1）确定系统的结构和类型,2,）确定系统的构成方式,确定系统的构成方式主要是选择机型。目前可供选择的工业控制计算机产品有可编程控制器,PLC,、可编程调节器、总线式工业控制机、单片机和计算机控制系统等。,一般应优先考虑选择总线式工业控制机来构成系统的方式。工控机具有系列化、模块化、标准化和开放式系统结构，有利于系统设计者在系统设计时根据要求任意选择，像搭积木般地组建系统。这种方式可提高系统研制和开发速度，提高系统的技术水平和性能，增加可靠性。,当系统规模较大，自动化水平要求高时，可选用集散控制、现场总线控制、高档,PLC,等工控网络构成。如果被控量中数字量较多，模拟量较少或没有则可以考虑选用普通,PLC,。如果是小型控制系统或智能仪器仪表，可采用单片机系列。,2）确定系统的构成方式,3,）现场设备选择,现场设备主要包括传感器、变送器和执行机构。传感器是影响系统控制精度的重要因素之一，所以要从信号量程范围、精度、对环境及安装要求等方面综合考虑，正确选择。,执行机构是计算机控制系统重要组成部分之一。常用的执行机构有电动执行机构、气动调节阀、液压伺服机构、步进电动机等，比较各种方案，择优选用。