第八章 计算机控制系统设计与实现

1. 第八章 计算机控制系统设计与实现 主讲人：朱云芳

2. 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,也是一个工程问题。本章主要介绍计算机系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。

3. 8.1 系统的设计原则与步骤 8.1.1 系统设计的原则 • 安全可靠 • 操作维护方便 • 实时性强 • 通用性好 • 经济效益高

4. 8.1.2 系统设计的步骤 • 计算机控制系统的工程项目的研制可分为四个阶段： • 工程项目与控制任务的确定阶段 • (1)甲方提出任务委托书 • (2)乙方研究任务委托书 • (3) 双方对委托书进行修改 • (4)乙方初步进行系统总体方案设计 • (5) 乙方进行方案可行性论证 • (6)签订合同书

5. 2.工程项目与控制任务的确定阶段 (1)组建项目研制小组 (2)制定系统的总体方案 (3)方案的论证与送审 (4)硬件与软件的分别细化设计 (5)硬件和软件的分别调试 (6)系统的组装

6. 3. 离线仿真和调试阶段 在实验室而不是在工业现场进行仿真和调试。离线仿真和调试后还要进行考机运行，以便在连续不停机的运行中暴露问题和解决问题 4. 在线调试和运行阶段 即将系统和生产过程联接在一起，进行现场调试和运行。系统正常运行后，可组织验收。验收是系统项目最终完成的标志

7. 8.2 系统的工程设计与实现 8.2.1 系统总体方案设计 1. 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 (3) 现场设备选择 (4) 其它方面的考虑 2. 软件总体方案设计

8. 3. 系统总体方案 (1) 系统主要功能、技术指标、原理图及文字说明 (2) 控制策略和控制算法 (3) 系统硬件结构及配置 (4) 方案比较和选择 (5) 保证性能指标要求的技术措施 (6) 抗干扰和可靠性设计 (7) 机柜或机箱的结构设计 (8) 经费和进度计划的安排

9. 8.2.2 硬件工程的设计与实现 1. 选择系统的总线和主机类型 (1)选择系统的总线 包括内总线和外总线选择 (2)选择主机机型 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 (2)模拟量输入输出(AI/AO)模板

10. 3. 选择变送器和执行机构 (1)选择变送器 (2)选择执行机构 8.2.3 系统总体方案设计 1. 数据类型和数据结构规划 2. 资源分配 3. 实时控制软件设计 包括数据采集及数据处理程序、控制算法程序、控制量输出程序和实时时钟、中断处理程序 、数据管理程序和数据通信程序

11. 8.2.4 系统的调试与运行 1. 离线仿真和调试 2. 在线调试和运行 在现场进行调试之前应对各种仪器、设备、抗干扰和接地情况以及安全防护措施进行检查。经检查并安装正确之后，就可以进行系统的投运和参数整定。

12. 8.3 计算机控制系统设计举例 以啤酒发酵过程计算机控制系统为例 8.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求 要求控制发酵罐按下图的工艺曲线运行

13. 8.3.2系统总体方案设计 1. 发酵罐测控点分布及管线结构

14. 2. 检测装置和执行机构 温度检测采用WZP-231铂热电阻和RTTB-EKT温度变 送器；压力检测采用CECY-150G电容式压力变送器；液位检测采用CECU-341G电容式液位变送器;执行机构采用ZDLP-6B电动调节阀 3. 控制规律 在恒温阶段采用增量型PI控制算法，在升温、降温阶段采用PID控制算法，在控制软件设计中提供了Smith 预估控制算法

15. 4. 控制系统主机及过程通道模板 控制主机选用康拓IPC-8500工业控制机 过程通道模板选用康拓IPC-5488 12位光电隔离板 5. 控制系统软件 包括采样、滤波、标度变换、控制输出、中断、计时、打印显示、报警、参数修改及报表、图形、曲线显示等功能

16. 8.3.3 系统硬体和软件设计 1. 硬件设计

17. 2. 软件设计 (1)数据采集程序 (2)数字滤波程序 (3)标度变换程序 (4)给定工艺曲线的实时插补计算 (5)控制算法 (6)其它应用程序

18. 8.3.4 系统的安装调试运行及控制效果· 系统投入运行之后，满足了系统的控制要求。 该系统操作简便，使用维护方便，性能可靠；采用 微机控制，提高了啤酒质量；改善了劳动条件，消 除了人为因素；易于现代化管理和产品质量分析。