计算机控制 第8章计算机控制系统的设计与实现

工业控制机的通用灵活性体现在两方面： 工业控制机的通用灵活性体现在两方面： 硬件模板设计采用标准总线结构， 硬件模板设计采用标准总线结构，配置各种通 用的功能模板，以便在扩充功能时， 用的功能模板，以便在扩充功能时，只需增加功 能模板就能实现； 能模板就能实现； 软件模块或控制算法采用标准模块结构， 软件模块或控制算法采用标准模块结构，用户 使用时不需要二次开发， 使用时不需要二次开发，只需按要求选择各种功 能模块，灵活地进行控制系统组态。 能模块，灵活地进行控制系统组态。 5、原则之五：经济效益高 、原则之五： 经济效益表现在： 经济效益表现在： 一是系统设计的性能价格比要尽可能的高； 一是系统设计的性能价格比要尽可能的高； 二是投入产出比要尽可能地低。 二是投入产出比要尽可能地低。 返回
第八章 计算机控制系统设计与实现
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题， 计算机控制系统的设计，既是一个理论问题， 又是一个工程问题。 又是一个工程问题。 计算机控制系统的理论设计： 计算机控制系统的理论设计： 建立被控对象的数学模型； 建立被控对象的数学模型； 确定满足一定技术经济指标的系统目标函数， 确定满足一定技术经济指标的系统目标函数， 寻求满足该目标函数的控制规律； 寻求满足该目标函数的控制规律； 选择合适的计算方法和程序设计语言； 选择合适的计算方法和程序设计语言； 进行系统功能的软硬件界面的划分， 进行系统功能的软硬件界面的划分， 对硬件提出具体要求； 对硬件提出具体要求；
2、工程项目的设计 、 (1)组建项目研制小组 组建项目研制小组 为了完成系统设计， 为了完成系统设计，应首先把项目组 成员 确定下来。 确定下来。这个项目组 成员应由懂得计算机硬 软件和有控制经验的技术人员组成， 件、软件和有控制经验的技术人员组成，还要明 确分工和相互的协调合作关系。 确分工和相互的协调合作关系。 (2)形成总体方案 形成总体方案 系统总体方案包括硬件总体方案和软件总体 方案。硬件和软件的设计是互相有机联系的。 方案。硬件和软件的设计是互相有机联系的。因 此，在设计时要经过多次的协调和反复，最后才 在设计时要经过多次的协调和反复， 能形成硬件和软件的方块图，并建立说明文档， 能形成硬件和软件的方块图，并建立说明文档， 包括控制策略和控制算法的确定等。 包括控制策略和控制算法的确定等。
8.1.2 系统设计的步骤
1、工程项目与控制任务的确定 、 确定工程项目与控制任务一般由甲、 确定工程项目与控制任务一般由甲、乙共同工 作来实现。所谓甲方，就是任务的委托方； 作来实现。所谓甲方，就是任务的委托方；乙方是 系统工程项目的承接方。 系统工程项目的承接方。 (1)甲方提出任务委托书 (1)甲方提出任务委托书 在委托乙方承接系统工程项目前， 在委托乙方承接系统工程项目前，甲方一定要 提供正式的书面任务委托书， 提供正式的书面任务委托书，该委托书要有明确的 系统技术性能指标要求，还要包含经费、计划进度、 系统技术性能指标要求，还要包含经费、计划进度、 合作方式等内容。 合作方式等内容。
备份工作方式。 ⑴ 备份工作方式。 即一台投入运行，另一台作为系统的备份机。 即一台投入运行，另一台作为系统的备份机。 当投入运行的微机出现故障时， 当投入运行的微机出现故障时，由专用切换装置 将备份机自动投入，接替出故障的主机， 将备份机自动投入，接替出故障的主机，使系统 照常运行；出现故障的微机修复后， 照常运行；出现故障的微机修复后，则作为备份 机使用。 机使用。 主从工作方式。 ⑵ 主从工作方式。 即两台微机同时投入运行。 即两台微机同时投入运行。一台担任主要工 另一台担任从属工作。 作，另一台担任从属工作。当担任主要工作的主 机发生故障时， 机发生故障时，由担任从属工作的从属机接替主 机的工作，保证系统的继续运行。 机的工作，保证系统的继续运行。
2、原则之二：操作维护方便 、原则之二： 操作方便表现在操作简单 直观形象、 表现在操作简单、 操作方便表现在操作简单、直观形象、便于 掌握，并不强求操作工要掌握计算机知识才能操 掌握， 即要体现操作的先进性， 作。即要体现操作的先进性，又要兼顾原有的操 作习惯。 作习惯。 维修方便体现在易于查找故障 体现在易于查找故障， 维修方便体现在易于查找故障，易于排除故 采用标准的功能模板式结构， 障。采用标准的功能模板式结构，便于更换故障 模板。 模板。并在功能模板上安装工作状态指示灯和检 测点，便于维修人员检查，另外配置诊断程序， 测点，便于维修人员检查，另外配置诊断程序， 用来查找故障。 用来查找故障。
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8.1.1 系统设计的原则
1、原则之一：安全可靠 、原则之一： 在工业控制计算机系统中， 在工业控制计算机系统中，可靠性指标一般用 系统的平均无故障间隔时间MTBF和平均维修时间 系统的平均无故障间隔时间 和平均维修时间 MTTR来表示。 来表示。 来表示 MTTR表示系统出现故障后所需维修时间的平 MTTR表示系统出现故障后所需维修时间的平 均值。它表示系统出现故障后立即恢复工作的能力。 均值。它表示系统出现故障后立即恢复工作的能力。 为了预防计算机故障，还常设计后备装置， 为了预防计算机故障，还常设计后备装置，对 于一般的控制回路，选用手动操作作为后备。 于一般的控制回路，选用手动操作作为后备。对于 较重要的控制场合， 较重要的控制场合，常采用双机系统作为控制系统 的核心控制器，一般的方式有： 的核心控制器，一般的方式有：
4、原则之四：通用性好 、原则之四： 系统设计时应考虑能适应不同的设备和不同 的控制对象。 当设备或控制对象有所变更时， 的控制对象。 当设备或控制对象有所变更时，通 用性好的系统一般稍作更改就可适应， 用性好的系统一般稍作更改就可适应，并采用积 木式结构，按照控制要求灵活构成系统， 木式结构，按照控制要求灵活构成系统，并能灵 活地进行扩充。 活地进行扩充。 其次，系统设计时， 其次，系统设计时，各设计指标要留有一定 的余量，为日后系统的扩充创造有利的条件。例 的余量，为日后系统的扩充创造有利的条件。 微机的工作速度、电源功率、内存容量、 如，微机的工作速度、电源功率、内存容量、输 入输出通道、中断等都应留有一定的余量。 入输出通道、中断等都应留有一定的余量。
8.1 系统设计的原则与步骤 8.2 系统的工程设计与实现 8.3 计算机控制系统设计举例 8.4 热处理加热炉智能模糊控制系统
8.1 系统设计的原则与步骤
尽管计算机控制系统的生产过程多种多样， 尽管计算机控制系统的生产过程多种多样， 系统的设计方案和具体的技术指标也是千变万 但在计算机控制系统的设计与实现过程中， 化，但在计算机控制系统的设计与实现过程中， 有共性的设计原则与步骤。 有共性的设计原则与步骤。 8.1.1 系统设计的原则 8.1.2 系统设计的步骤
(5)乙方进行方案可行性论证 乙方进行方案可行性论证 方案可行性论证的目的是要估计承接该项任务的 把握性，并为签订合同后的设计工作打下基础。论证 把握性，并为签订合同后的设计工作打下基础。 的主要内容是：技术可行性；经费可行性； 的主要内容是：技术可行性；经费可行性；进度可行 特别要指出，对控制项目尤其是对可测性和可控 性。特别要指出，对控制项目尤其是对可测性和可控 应给予充分重视。 性应给予充分重视。 (6)签订合同书 签订合同书 合同书是双方达成一致意见的结果， 合同书是双方达成一致意见的结果，也是双方合 作的依据和凭证。合同书应包含如下内容： 作的依据和凭证。合同书应包含如下内容：经过双方 修改和认可的甲方“任务委托书”的全部内容， 修改和认可的甲方“任务委托书”的全部内容，双方 的任务划分和各自应承担的责任，合作方式， 的任务划分和各自应承担的责任，合作方式，付款方 进度和计划安排，验收方式及条件 验收方式及条件， 式，进度和计划安排 验收方式及条件，成果归属及 违约的的局限性， 为避免因行业和专业不同所带来的局限性， 在讨论时应有各方面有经验的人员参加。 在讨论时应有各方面有经验的人员参加。经过确 认或修改过的委托书中不应有 不应有含义不清的的词汇 认或修改过的委托书中不应有含义不清的的词汇 和条款，而且双方的任务和技术界面必须划分清 和条款，而且双方的任务和技术界面必须划分清 楚。 (4)乙方初步进行系统总体方案设计 乙方初步进行系统总体方案设计 由于任务和经费没有落实， 由于任务和经费没有落实，所以这时总体方 案的设计只能是粗线条的。在条件允许的情况下， 案的设计只能是粗线条的。在条件允许的情况下， 多做几个方案以便比较。这些方案应在“ 应多做几个方案以便比较。这些方案应在“粗线 的前提下，尽量详细， 条”的前提下，尽量详细，其把握的尺度是能清 楚地反映出三大关键问题：技术难点，经费概算， 楚地反映出三大关键问题：技术难点，经费概算， 工期。 工期。
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计算机控制系统的工程设计， 计算机控制系统的工程设计，不仅要求掌 握生产过程和工艺要求， 握生产过程和工艺要求，而且要通晓自动检测 技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、 技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、 微电子技术以及控制室规划布置等。 微电子技术以及控制室规划布置等。 通常涉及总体方案设计，体系结构设计， 通常涉及总体方案设计，体系结构设计， 设备选型定货，系统安装调试， 设备选型定货，系统安装调试，工程验收和交 付使用等具体工作。 付使用等具体工作。 本章介绍计算机控制系统工程设计的原则、 本章介绍计算机控制系统工程设计的原则、 方法及系统的设计与实现技术， 方法及系统的设计与实现技术，并提供了典型 设计实例。 设计实例。
3、原则之三：实时性强 、原则之三： 工业控制机的实时性， 工业控制机的实时性，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 部事件能及时地响应，并作出相应的处理， 丢失信息，不延误操作。 丢失信息，不延误操作。 对于定时事件如数据的定时采集， 对于定时事件如数据的定时采集，运算控 制等，系统设置时钟，保证定时处理。 制等，系统设置时钟，保证定时处理。 对于随机事件如事故、报警等， 对于随机事件如事故、报警等，系统设置 中断，并根据故障的轻重缓急， 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。 级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。