第9章计算机控制系统设计精品PPT课件
合集下载
第九章计算机控制系统
(3)工厂集中控制级 它可根据上 (4)企业管理级 制定长期发展现 级下达的任务和本厂情况，制定生 划、生产销计划，发命令至各工厂， 产计划、安排本厂工作、进行人员 并接受反馈信息，实现全企业的总 （2)车间监督级(SCC级) 它根据 调配及各车间的协调，并及时向上 调度。 厂级计算机下达的命令和通过装臵 级报告。 控制级获得的生产过程数据，进行 最优化控制。
1．数字量输入信号处理
计算机不能直接接受生产现场的状态量因此，必须通过 输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。 整形电路 电平变换电 路
数字量通道
信号和接口 信号变换 电路 电路 图1.2 计算机控制系统的组成框图
2．模拟量输入信号处理
检测各种非电量过程变量， 并将其转换为电信号。 将模拟信号转换为二 采样保持器对模拟信号 放大器将传感器输出的 进制数字信号 进行采样，在模/数转换 微弱电信号放大到A/D转 期间对采样信号进行保 接口电路提供模拟量 换器所需要的电平 持 输入通道与计算机之 间的控制信号和数据 传送通路 将多路模拟信号按 要求分时输出
一个连续时间信号ƒ(t)，设其频带宽度是有限的，其最 跟采样回路数和采样时间有关， 高频率为ƒmax，如果在等间隔点上对该信号ƒ(t)进行连续 一般根据具体情况选用。 ƒs≥（5~10）ƒmax 采样，为了使采样后的离散信号ƒ*(t)能包含原信号ƒ(t)的 全部信息量，则采样频率只有满足下面的关系
4 分级控制系统
生产过程中既存在控制问题，也存在大 量的管理问题。 由若干台微处理器或微机分别承担部分控制 任务，代替了集中控制的计算机。 这种系统的特点是将控制功能分散，用多台 计算机分别完成不同的控制功能，管理则采用集 中管理。
第九章计算机控制系统设计与实现课件
NOP NOP JMP ERR
软件陷阱安排在以下4种地方： （a）未使用的中断向量区； (b)未使用的大片ROM空间；
(c)表格；
(d)程序区。
(2). 设置监视跟踪定时器
也称为看门狗定时器(Watchdog)，可以使陷入“死机” 的系统产生复位，重新启动程序运行。
9.2系统设计的原则与步骤
34
12
（5）直流稳压系统
包括整流器、滤波器、直流稳压器和高频滤波 器等几部分。
13
简易直流稳压电源结构为：
14
b、电源系统的异常保护
（1）不间断电源UPS 在正常情况下，由交流电网向微机系统供电，并
同时给UPS的电池组充电。一旦交流电网出现断电， 则不间断电源UPS自动切换到逆变器供电，逆变器将 电池组的直流电压逆变成为与工频电网同频的交流电 压，此电压送给直流稳压器后继续保持对系统的供电。
9.1 抗干扰技术 9.2 系统设计的原则与步骤
1
9.1 抗干扰技术
2
硬件抗干扰：效率高，但要增加成本和体积 软件抗干扰：投资低，但要降低系统的工作效率
3
外部干扰：空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气 象条件
内部干扰：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电 磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点 接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡 引起的干扰，甚至元器件产生的噪声也属 于内部干扰
37
(2). 测量元件的选择 实际中被测量有温度、流量、压力、液位、成分、位移
、重量、速度等，所以相应的传感器种类也很多，而且规 格各异，因此，必须正确合理地选择测量元件。
（集成化传感器）
(3). 执行机构的选择 常用的执行机构有电动执行机构、气动薄膜调节阀、伺
第九章 计算机控制系统.ppt
(5) 友善的人机接口
(6) 高可靠性 硬件、软件采用冗余技术
2019-7-21
谢谢欣赏
11
10.2.2 集散控制系统的发展
第一个集散控制系统——TDC2000：1975年，美国 Honeywell 三个时期： •初创期（1975~1980） •成熟期（1980~1985） •扩展期（1985年以后）
过程
图10-5 DCS的基本结构
2019-7-21
谢谢欣赏
它可以控制一个或多
个回路，具有较强的
运算和控制功能，并
可以进行连续控制和
顺序控制。
18
过程接口单元（PIU）：又称为过程输入输出单元、 数据采集单元、现场监视站、I/O扩展单元等。
它的组成与过程控制单元类似，是以微处理器为核心 的数据采集设备，负责采集非控制变量数据，并将其 数据经过通信系统传递给CRT操作站或上位管理计算 机。
2019-7-21
谢谢欣赏
20
上位管理机：是DCS的主计算机，它通过通信系统与 各个工作站联系，综合管理全系统的所有信息，能对 整个系统起到优化控制和管理作用。
通信系统：是具有高速通信能力的信息总线，可由双 绞线、同轴电缆或光纤构成。
早期的集散系统采用专门的通信标准或通信协议，
系统兼容和互连性差。国际电工委员会(IEC)、国际标 准化组织(ISO)、美国电子电气工程师协会(IEEE)、工 厂自动化协议集团(MAP)为不同层次网络制定了相应 的标准。
现场级的智能化 是指现场传感器或变送器智能化，
现场仪表可以由现场通信器或系统的工作站进行远程 访问、组态、调零、调量程及自动标定。传感器输出 的数字信号直接在现场仪表的通信网络上传递。
2019-7-21
(6) 高可靠性 硬件、软件采用冗余技术
2019-7-21
谢谢欣赏
11
10.2.2 集散控制系统的发展
第一个集散控制系统——TDC2000：1975年，美国 Honeywell 三个时期： •初创期（1975~1980） •成熟期（1980~1985） •扩展期（1985年以后）
过程
图10-5 DCS的基本结构
2019-7-21
谢谢欣赏
它可以控制一个或多
个回路，具有较强的
运算和控制功能，并
可以进行连续控制和
顺序控制。
18
过程接口单元（PIU）：又称为过程输入输出单元、 数据采集单元、现场监视站、I/O扩展单元等。
它的组成与过程控制单元类似，是以微处理器为核心 的数据采集设备，负责采集非控制变量数据，并将其 数据经过通信系统传递给CRT操作站或上位管理计算 机。
2019-7-21
谢谢欣赏
20
上位管理机：是DCS的主计算机，它通过通信系统与 各个工作站联系，综合管理全系统的所有信息，能对 整个系统起到优化控制和管理作用。
通信系统：是具有高速通信能力的信息总线，可由双 绞线、同轴电缆或光纤构成。
早期的集散系统采用专门的通信标准或通信协议，
系统兼容和互连性差。国际电工委员会(IEC)、国际标 准化组织(ISO)、美国电子电气工程师协会(IEEE)、工 厂自动化协议集团(MAP)为不同层次网络制定了相应 的标准。
现场级的智能化 是指现场传感器或变送器智能化，
现场仪表可以由现场通信器或系统的工作站进行远程 访问、组态、调零、调量程及自动标定。传感器输出 的数字信号直接在现场仪表的通信网络上传递。
2019-7-21
计算机控制系统 ppt课件
计算机系统
– A/D
– D/A
– 数字计算机
ppt课件
16
§1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统工作过程
实时数据采集
对被控量的瞬时值进行检测与输入 周
实时控制决策
而
根据输入量按照控制算法计算输出 复
实时控制输出
始
对执行机构发出控制信号
ppt课件
17
§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
实时计反必算应须机和对在控输线制入，信在息线以不足一够定快的实速时度进行处理、
在线
生产过程、设备直接与计算机连接
离线
生产过程、设备不直接与计算机连接
ppt课件
14
火炮位置计算机控制系统
ppt课件
15
§1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统构成
被控对象: 火炮炮身
执行机构: 直流电机
测量装置: 测量电位计、测速电机
特点:
–系统结构
模拟和数字混合
–工作方式：
计算机可控制多个回路 控制方式采用软件实现
ppt课件
18
§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
优点
–易于实现复杂的控制规律 现代适的应控性制强系,灵统活大度多高数采用计算机控制 –性价比高 –控制与管理结合
有利于实现更高层次的自动化
§1.1 计算机控制系统的概念 §1.2计算机控制系统的发展与应用
ppt课件
4
第一章 绪论
§1.1 计算机控制系统的概念 §1.2计算机控制系统的发展与应用
ppt课件
5
§1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统的设计与实现PPT课件
.
18
9.5 系统的软件设计
9.5.1 应用软件的基本要求
1、可靠性：应用程序中没有隐藏的错误（如溢出、偏差值 反号、程序错误分枝、内存单元被冲以及死循环等）。
2、实时性：应用软件应能保证在被控对象允许的时间间隔 内，完成对系统的控制运算和相应处理。
3、针对性：每个应用软件都是针对具体的系统要求、具体 的运行过程、具体的工作效果来设计的。
脉冲量I/O （所使用器件的工作频率要能满系统脉冲量的需要）
模件由隔离元件、分频或倍频电路、计数器、定时器等组成。
.
16
9.4.5 现场设备的选择
1 变送器：将被测量转换为统一信号
根据被测参数的种类、量程、被测对象的介质类型和环境 来选择变送器的具体型号。
2 执行机构：将控制信号转换为调节机构动作
硬件总体方案设计内容：
1、确定系统的结构和类型； 2、确定系统的构成方式和控制设备； 3、接口和逻辑电路的选择； 4、现场设备选择； 5、操作台的设计； 6、其它方面的考虑
.
7
9.3.2 软件总体设计——“黑箱”设计法
先画较高一级的方框图，然后将大的方框分解成小的 方框，直到清楚表达出所有应用软件的功能和流程
•不同比例带、不同积分时间、不同阶跃幅度输入、不同控制周 期下，正、反两个作用方向的PI控制的阶跃响应；
•不同比例带、不同积分时间、不同微分时间、不同阶跃幅度输
入、不同控制周期下，正、反两个作用方向的PID控制的响应。
.
25
（2）闭环特性调试 ——检查控制模块的反馈控制功能
计算机 R + Σθ
y-
3. 离线仿真和调试阶段 4. 在线调试和运行阶段
.
3
计算机控制系统ppt课件
主计算机
通用操作站
系统管理模块 ……
局 部 网 络 LAN
网关
D H W
多功能控制器
增强型 操作站
网关
其 它 网络
……
9
DCS的发展及典型产品
• DCS的扩展期（1985年以后）
• 第三代DCS的主要特点是：
– 开放式的系统通信，向上能与MAP和Ethernet接口， 或者通过网间连接器与其它网络联系，构成综合管理 系统；向下支持现场总线。
现场总线FB
… 现场总 线设备
图9-13 具有两层结构的FCS
38
运行员
运行员
操作站 … 操作站
…
控制站
现场总
现
线设备
场
总
线
现场总
FB
线设备
… …
工程师 工作站
高速以太网HSE
控制站
现场总
现
线设备
场
总
线
现场总
FB
线设备
9-14 具有三层结构的FCS
39
– 控制站使用32位微处理器，控制功能更强，体积更小， 可靠性更高。
– 操作站采用高档微型计算机，增强图形显示功能，多 窗口技术和触摸屏技术。
– 过程控制组态使用CAD方法，更加直观方便；引入专 家系统，实现参数自整定。
10
DCS的发展及典型产品
• 典型产品有
– Honeywell 公司的TDC 3000/PM – YOKAGAWA 公司的Centum-XL – Foxboro 公司的I/A Series – TAILOR Instruments 公司的Mod 300 – Bailey Control公司的INFI-90等
第9章-计算机过程控制系统-过程控制与自动化仪表-潘永湘PPT课件
1.数据分类： 在集散控制系统中，根据系统对数据响应速度的不同要求，对数据进行
了分类。对于要求实时传送而且变化很快（约为毫秒级）的数据定为第一 级，将操作员需要的数据定为第二级 ，第三级数据主要包括组态数据、算 法等。
2.分类通信 根据数据的不同类型采用不同的通信方式 。
16
9.1.3 集散控制系统的软件及组态
9.1.2.3 生产管理与经营管理级
集散控制系统的过程控制级和过程管理级实现了生产装置或生产过程的 集中操作和分散优化控制，而生产管理和经营管理级则对整个企业的生产和 经营实现最优化管理。
TDCS-3000系统构成框图
LCN为局部控制网络; US为通用操作站; CG、HG、PG、UG为 通信网络连接器; CM为计算模件; BC为基本控制器; RBC为备用基本控制器; RCD为备用控制器指挥器; AM为应用模件; MC为多功能控制器; HM为历史模件; RMC为备用多功能控制器; RMCD为备用多功能控制器指挥器 PIU为过程接口单元; LOS为局部操作站。
2 、分散型过程计算机 控制系统。。。
3、 集散型过程计算机 控制系统
集散控制系统的
基本结构由分散控
制装置、集中操作
与管理系统和通信
系统三部分组成。
3
集散控制系统的结构及相互关系
二、集散控制系统的功能
（1）数据采集功能。。。 （2）监视操作功能。。。
（3）过程控制功能。。。
4
三、集散控制系统的特点
13
9.1.3 集散控制系统的通信网络
一、通信网络的形式 集散控制系统的通信网络一般采用两种基二、通信网络的组成
集散控制系统的通信网络主要由两部分组成，即传输电缆（或其他媒介）
和接口设备。传输电缆有同轴电缆、双股电缆、屏蔽双绞线、光缆等；接口
了分类。对于要求实时传送而且变化很快（约为毫秒级）的数据定为第一 级，将操作员需要的数据定为第二级 ，第三级数据主要包括组态数据、算 法等。
2.分类通信 根据数据的不同类型采用不同的通信方式 。
16
9.1.3 集散控制系统的软件及组态
9.1.2.3 生产管理与经营管理级
集散控制系统的过程控制级和过程管理级实现了生产装置或生产过程的 集中操作和分散优化控制，而生产管理和经营管理级则对整个企业的生产和 经营实现最优化管理。
TDCS-3000系统构成框图
LCN为局部控制网络; US为通用操作站; CG、HG、PG、UG为 通信网络连接器; CM为计算模件; BC为基本控制器; RBC为备用基本控制器; RCD为备用控制器指挥器; AM为应用模件; MC为多功能控制器; HM为历史模件; RMC为备用多功能控制器; RMCD为备用多功能控制器指挥器 PIU为过程接口单元; LOS为局部操作站。
2 、分散型过程计算机 控制系统。。。
3、 集散型过程计算机 控制系统
集散控制系统的
基本结构由分散控
制装置、集中操作
与管理系统和通信
系统三部分组成。
3
集散控制系统的结构及相互关系
二、集散控制系统的功能
（1）数据采集功能。。。 （2）监视操作功能。。。
（3）过程控制功能。。。
4
三、集散控制系统的特点
13
9.1.3 集散控制系统的通信网络
一、通信网络的形式 集散控制系统的通信网络一般采用两种基二、通信网络的组成
集散控制系统的通信网络主要由两部分组成，即传输电缆（或其他媒介）
和接口设备。传输电缆有同轴电缆、双股电缆、屏蔽双绞线、光缆等；接口
化工仪表及其自动化控制九章计算机控制系统
第三节 计算机控制系统的发展过程
1. 直接数字量控制（Direct Digital Control－DDC） 2. 集中型计算机控制系统
3. 集散控制系统（Distributed Control System－DCS）
4. 现场总线控制系统（Fieldbus Control System－FCS）
08.04.2019 化工仪表及其自动化控制课件
DCS的特点 根本：管理集中和控制分散 具体表现在： 分级递阶结构
经营管理级 生产管理级 控制管理级 过程控制级
DCS必不可少的两级
现场仪表，各种检测仪表、执行器……
08.04.2019 化工仪表及其自动化控制课件
DCS的发展趋势
• 向开放式系统发展 • 智能变送器、远程I/O和现场总线的发展，进一步使现场测控 功能下移分散 • DCS、PLC、PCCS相互渗透融合，形成数字化、模块化、 网络化的分布式控制系统 • 现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势 • ① 现场总线于DCS系统I/O总线上的集成 • ② 现场总线于DCS系统网络层的集成 • ③ 现场总线通过网关与DCS系统并行集成 • 未来的DCS将采用智能化仪表和现场总线技术，从而彻底实现分 散控制，并可节约大量的布线费用，提高系统的易展性。OPC标 准的出现从根本上解决了控制系统的共享问题，使系统的集成更 加方便，从而导致控制系统价格的下降。 • 基于PC机的解决方案将使控制系统更具有开放性。Internet技术在 控制系统中的应用，将使操作界面更加友好、数据访问更加方便， 并且Window NT将成为控制系统的优秀平台。总之，DCS通过不 08.04.2019 化工仪表及其自动化控制课件 断采用新技术将向标准化、开放化、通用化的方向发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.硬件总体方案设计
方法：“黑箱”设计法，即画方块图的方法。用此方法做出 的系统结构设计，只需明确各方块之间的信号输入输出关系 和功能要求，而不需知道“黑箱”内的具体结构。
2.软件总体方案设计 画出方框图，确定系统的数学模型、控制策略、控制算
法。 3.系统总体方案设计
将上面的硬件、软件总体方案合在一起构成系统总体方 案。总体方案论证可行后，要形成文件，建立总体方案文 档。
3.传输总线 选取485总线作为传感器和PLC控制单元以及触摸屏之
间的传输总线。 4.触摸屏、电磁阀
触摸屏选用步科MT4522T10.1寸TFT触摸屏。电磁阀采 用DN40电动蝶阀，4-20mA控制。
系统的硬件框图 如图9-6所示：
四 软件设计
本系统的软件设计分为 两部分：PLC的软件编 程和触摸屏的界面设计。 1.PLC的软件编程
顺序：子程序、功能模块、主程序。 系统控制程序应分为开环和闭环，开环调试是检查 它的阶跃响应特性，闭环调试是检查它的反馈控制功 能。 整体调试：对模块之间连接关系的检查。 （3）系统仿真 2.在线仿真和调试 现场调试运行过程是从小到大、从易到难、从手动到 自动、从简单到复杂逐步过渡。
9.3 某新型建材厂全自动预加水控制系统设计
限报警等处理。 （2）控制算法程序
控制算法设计要根据具体的对象、控制性能指标要求 以及所选择的微型计算机对数据的处理能力来进行。 （3）控制量输出程序 （4）实时时钟和中断处理程序 （5）数据管理程序 （6）数据通信程序
9.2.4 系统的调试与运行
1.离线仿真和调试 （1）硬件调试 （2）软件调试
在线联调 试运行 验收 结束
在线调试和运行就是将系统和生产 过程联接在一起，进行现场调试和运行。
系统运行正常后，再试运行一段时 间，即可组织验收。
验收是系统项目最终完成的标志， 应由甲方主持乙方参加，双方协同办理。 验收完毕应形成文件存档。
图9-3在线调试和运行流程
9.2 系统的工程设计和实现
一： 系统总体方案设计
一： 工程概述
图9-4当前控制对象：来料以及原料的含水率的测量。 主要任务要求： （1）来料参数的测量 （2）来料以及原料含水率的智能控制 （3）实时数据的人机界面显示 （4）通过触摸屏完成人机对话，实现过程的可视化及操 作人员的过程控制等
1.划分模块 程序设计应先模块后整体。 划分模块时要注意四点：一是一个模块不宜划分得太长或
太短；二是力求各模块之间界线分明，逻辑上彼此独立；三 是力图使模块具有通用性；四是简单任务不必模块化。 2.资源的分配 资源分配的主要工作是RAM的分配。
3、实时控制软件设计 （1）数据的采集及数据处理程序
数据的采集：包括信号的采集、输入变换、存储。 数据处理：包括数字滤波、标度变换、线性化、越
软件总体设计
系统总体方案 方案论证与评审
硬件细化设计 硬件调试
软件细化设计 软件调试
1）组建设计队伍 2）各成员要明确分工和相互 的 协调合作关系。
3）系统总体方案 4）方案论证与评审 5）硬件和软件的分别细化设 计
6）硬件和软件的分别调试 7）系统组装(是离线仿真和调 试阶段的前提和必要条件。)
系统组装
第9章 计算机控制系统设计
9.1 控制系统设计的原则与步骤 9.2 系统的工程设计和实现 9.3 某新型建材厂全自动预加水控制系统设计 9.4 基于单片机的智能车模型设计 9.5 基于DSP2812的离网型智能光伏逆变器
9.1 控制系统设计的原则与步骤
设计原则: 1.安全可靠 3.实时性强 5.经济效益高
系统的软件流程图如 图9-7所示
N
2）乙方研究任务委托书 3）双方对委托书进行确认性修改 4）乙方初步进行系统总体方案设计 5）乙方进行可行性研究
目的:估计承接该项任务的把握性，并为签订合同 后的设 计打下基础 主要内容：技术可行性；经费可行性；进度可行性 6）签订合同书
阶段2.工程项目的设计阶段——如下图所示
组建设计队伍
硬件总体设计
2.操作维护方便 4.通用性好
系统设计的步骤
系统工程项目的研制分四个阶段： ❖ 工程项目和控制任务的确定阶段； ❖ 工程项目的设计阶段； ❖ 离线仿真和调试阶段； ❖ 在线调试和运行阶段。
阶段1.工程项目和控制任务的确定阶段
1）甲方一定要提供正式的书面委托书，要有明确的系统技 术性能指标要求、经费、计划进度、合作方式等。
阶段3.离线仿真和调试阶段——如图9-2所示
离线硬件联调
离线软件联调
离线硬件软件联调 拷机
离线仿真和调试是指在实验室 而不是在工业现场进行的仿真 和调试。在离线仿真和调试试 验后，还要进行拷机运行，其 目的是要在连续不断的运行中 暴露问题和解决问题。
图9-2离线仿真和调试流程图
阶段4.在线调试和运行阶段——如图9-3所示
包括A/D、D/A板和信号调理电路等。选择AI/AO模板 时必须注意分辨率、转换速度、量程范围等技术指标。
3、选择变送器和执行机构
变送器：将被测变量转换为可远传的统一标准的电信号。 执行机构：电动调节阀、气动调节阀、液动调节阀三种类型， 另有有触点开关、无触点开关、电磁阀等。
三： 软件的工程设计和实现
2.确定系统的总体控制方案 系统的整体框图如下图所示
触摸屏
输入 模块
PLC控制器
输出 模块
电磁 阀
控制对象
CCD水分检测电路
三 硬件设计
图9-5系统总体框图
1.智能控制单元PLC 本系统采用西门子S7-200PLC作为智能控制单元。
2.水分测量仪CCD 本项目的测量要求和使用条件确定选择数字CCD摄像头。
二： 硬件的工程设计和实现
1.选择系统总线和主机机型 内总线：常用有PC总线和STD总线两种，一般选PC总线。 外总线：指计算机与计算机、计算机与智能仪表、智能外 设之间的通信的总线。 主机机型的选择应根据微型计算机在控制系统中所承担的 任务来确定。
2.选择输入输出通道模板 1）数字量（开关量）输入输出（DI/DO）模板；并行接 口模板分：TTL电平DI/DO模板；带光电隔离的DI/DO模板 2）模拟量输入输出（AI/AO）模板。
方法：“黑箱”设计法，即画方块图的方法。用此方法做出 的系统结构设计，只需明确各方块之间的信号输入输出关系 和功能要求，而不需知道“黑箱”内的具体结构。
2.软件总体方案设计 画出方框图，确定系统的数学模型、控制策略、控制算
法。 3.系统总体方案设计
将上面的硬件、软件总体方案合在一起构成系统总体方 案。总体方案论证可行后，要形成文件，建立总体方案文 档。
3.传输总线 选取485总线作为传感器和PLC控制单元以及触摸屏之
间的传输总线。 4.触摸屏、电磁阀
触摸屏选用步科MT4522T10.1寸TFT触摸屏。电磁阀采 用DN40电动蝶阀，4-20mA控制。
系统的硬件框图 如图9-6所示：
四 软件设计
本系统的软件设计分为 两部分：PLC的软件编 程和触摸屏的界面设计。 1.PLC的软件编程
顺序：子程序、功能模块、主程序。 系统控制程序应分为开环和闭环，开环调试是检查 它的阶跃响应特性，闭环调试是检查它的反馈控制功 能。 整体调试：对模块之间连接关系的检查。 （3）系统仿真 2.在线仿真和调试 现场调试运行过程是从小到大、从易到难、从手动到 自动、从简单到复杂逐步过渡。
9.3 某新型建材厂全自动预加水控制系统设计
限报警等处理。 （2）控制算法程序
控制算法设计要根据具体的对象、控制性能指标要求 以及所选择的微型计算机对数据的处理能力来进行。 （3）控制量输出程序 （4）实时时钟和中断处理程序 （5）数据管理程序 （6）数据通信程序
9.2.4 系统的调试与运行
1.离线仿真和调试 （1）硬件调试 （2）软件调试
在线联调 试运行 验收 结束
在线调试和运行就是将系统和生产 过程联接在一起，进行现场调试和运行。
系统运行正常后，再试运行一段时 间，即可组织验收。
验收是系统项目最终完成的标志， 应由甲方主持乙方参加，双方协同办理。 验收完毕应形成文件存档。
图9-3在线调试和运行流程
9.2 系统的工程设计和实现
一： 系统总体方案设计
一： 工程概述
图9-4当前控制对象：来料以及原料的含水率的测量。 主要任务要求： （1）来料参数的测量 （2）来料以及原料含水率的智能控制 （3）实时数据的人机界面显示 （4）通过触摸屏完成人机对话，实现过程的可视化及操 作人员的过程控制等
1.划分模块 程序设计应先模块后整体。 划分模块时要注意四点：一是一个模块不宜划分得太长或
太短；二是力求各模块之间界线分明，逻辑上彼此独立；三 是力图使模块具有通用性；四是简单任务不必模块化。 2.资源的分配 资源分配的主要工作是RAM的分配。
3、实时控制软件设计 （1）数据的采集及数据处理程序
数据的采集：包括信号的采集、输入变换、存储。 数据处理：包括数字滤波、标度变换、线性化、越
软件总体设计
系统总体方案 方案论证与评审
硬件细化设计 硬件调试
软件细化设计 软件调试
1）组建设计队伍 2）各成员要明确分工和相互 的 协调合作关系。
3）系统总体方案 4）方案论证与评审 5）硬件和软件的分别细化设 计
6）硬件和软件的分别调试 7）系统组装(是离线仿真和调 试阶段的前提和必要条件。)
系统组装
第9章 计算机控制系统设计
9.1 控制系统设计的原则与步骤 9.2 系统的工程设计和实现 9.3 某新型建材厂全自动预加水控制系统设计 9.4 基于单片机的智能车模型设计 9.5 基于DSP2812的离网型智能光伏逆变器
9.1 控制系统设计的原则与步骤
设计原则: 1.安全可靠 3.实时性强 5.经济效益高
系统的软件流程图如 图9-7所示
N
2）乙方研究任务委托书 3）双方对委托书进行确认性修改 4）乙方初步进行系统总体方案设计 5）乙方进行可行性研究
目的:估计承接该项任务的把握性，并为签订合同 后的设 计打下基础 主要内容：技术可行性；经费可行性；进度可行性 6）签订合同书
阶段2.工程项目的设计阶段——如下图所示
组建设计队伍
硬件总体设计
2.操作维护方便 4.通用性好
系统设计的步骤
系统工程项目的研制分四个阶段： ❖ 工程项目和控制任务的确定阶段； ❖ 工程项目的设计阶段； ❖ 离线仿真和调试阶段； ❖ 在线调试和运行阶段。
阶段1.工程项目和控制任务的确定阶段
1）甲方一定要提供正式的书面委托书，要有明确的系统技 术性能指标要求、经费、计划进度、合作方式等。
阶段3.离线仿真和调试阶段——如图9-2所示
离线硬件联调
离线软件联调
离线硬件软件联调 拷机
离线仿真和调试是指在实验室 而不是在工业现场进行的仿真 和调试。在离线仿真和调试试 验后，还要进行拷机运行，其 目的是要在连续不断的运行中 暴露问题和解决问题。
图9-2离线仿真和调试流程图
阶段4.在线调试和运行阶段——如图9-3所示
包括A/D、D/A板和信号调理电路等。选择AI/AO模板 时必须注意分辨率、转换速度、量程范围等技术指标。
3、选择变送器和执行机构
变送器：将被测变量转换为可远传的统一标准的电信号。 执行机构：电动调节阀、气动调节阀、液动调节阀三种类型， 另有有触点开关、无触点开关、电磁阀等。
三： 软件的工程设计和实现
2.确定系统的总体控制方案 系统的整体框图如下图所示
触摸屏
输入 模块
PLC控制器
输出 模块
电磁 阀
控制对象
CCD水分检测电路
三 硬件设计
图9-5系统总体框图
1.智能控制单元PLC 本系统采用西门子S7-200PLC作为智能控制单元。
2.水分测量仪CCD 本项目的测量要求和使用条件确定选择数字CCD摄像头。
二： 硬件的工程设计和实现
1.选择系统总线和主机机型 内总线：常用有PC总线和STD总线两种，一般选PC总线。 外总线：指计算机与计算机、计算机与智能仪表、智能外 设之间的通信的总线。 主机机型的选择应根据微型计算机在控制系统中所承担的 任务来确定。
2.选择输入输出通道模板 1）数字量（开关量）输入输出（DI/DO）模板；并行接 口模板分：TTL电平DI/DO模板；带光电隔离的DI/DO模板 2）模拟量输入输出（AI/AO）模板。