计算机控制_12计算机控制系统设计与实现.ppt

第12章 计算机控制系统设计与实现 12.1 计算机控制系统设计原则 对于不同的控制对象，系统设计具体要求是不同的，但设计的基本要求是大体相同的。具体表现在： 1．系统应具有优良的操作性能 操作性能好，包括两个含义，即使用方便和维修容易。硬件和软件设计时都要考虑这个问题。在配置软件时，就应考虑配置什么样的软件才能降低对操作人员专业知识的要求。硬件方面，零部件的配置应便于操作人员维修。 2．通用性好、便于扩充 一个计算机控制系统，一般可以控制多个设备和不同的过程参数，但各个设备和控制对象的要求是不同的，而且控制设备还有更新，控制对象还有增减。系统设计时应考虑能适应各种不同设备和各种不同控制对象，使系统不必大改动就能很快适应新的情况。这就要求系统的通用性要好，能灵活地进行扩充。 3．可靠性高 可靠性高是计算机控制系统设计最重要的一个基本要求。一旦系统出现故障将造成整个生产过程的混乱，引起严重后果。因此在计算机控制系统设计时，通常应考虑后援手段，如配备常规控制装置或手动控制装置作后备。通常可直接采用多台计算机组成热备份（备份机与控制机同时工作但不介入控制，一旦主控制机有故障就切换到备份机上）或冷备份（备份机处于待工作状态，一旦主控机有故障就启动备份机投入工作）等工作方式来提高系统的可靠性。 4．实时性好 工业控制机的实时性，表现在对内部和外部的事件能及时地响应，并做出相应的处理，不丢失信息、不延误操作。 5．设计周期要短，价格要便宜 计算机应用技术发展迅速，各种新技术和产品不断出现，在满足精度、速度和其它性能要求的前提下，应缩短设计周期和尽可能采用价格低的元器件，以降低整个控制系统的费用。 12.2 计算机控制系统设计步骤 1．研究被控对象、确定控制任务 2．确定系统整体方案 (1)确定系统的性质和结构 (2)确定执行机构方案 (3)控制系统总体“黑箱”设计 (4)控制系统层次以及硬件、软件功能划分 在总体方案设计完成后，形成了系统组成的粗线条框图结构、硬件与软件划分等文件，供详细设计使用。以此作为进一步设计的依据。 3．建立数学模型，确定控制算法 4．硬件的设计 (1)确定过程的输入、输出通道及其处理方式 (2)计算机系统选择 (3)过程通道及接口设计 (4)控制台设计 (5)可靠性设计 (6)硬件调试 5．软件的设计 (1) 选择编程语言 ①汇编语言 ②高级语言 ③混合语言 (2) 软件设计步骤 ①问题定义 ②细化设计 ③编制源程序 ④形成可执行代码 ⑤调试 6．系统仿真与调试 (1) 实验室硬件联调 (2) 实验室软件联调 (3) 实验室系统仿真 7．现场安装调试 12.3 计算机控制系统输入／输出通道设计12.3.1 过程输入输出通道的组成与功能 根据过程信息的性质及传送方向，过程通道包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。 要对工业现场实现控制，就必须对它的运行状态进行检测。模拟量输入通道和数字量(开关量)输入通道就是为此而设置的两种检测通道。生产过程的被调参数(一般包括压力、流量、温度、液面高度等等)一般都是随时间变化的模拟量，通过检测元件和传感器，可以把它们转换成模拟电流或电压。由于计算机只能识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道变换成相应的数字信号，才能送入计算机；而生产现场的两态开关、电平的高低、脉冲量等数字或开关信号，则须通过数字量输入通道输入计算机。 计算机控制生产现场的控制通道也有两种:即模拟量输出通道及数字量输出通道。计算机输出的控制信号是以数字形式给出的，有的生产过程的执行元件要求提供模拟电流或电压，故应采用模拟量输出通道实现；有的执行元件只要求提供数字量或开关量，故应采用数字量输出通道。可见，过程通道是计算机和工业生产过程(控制对象)相互交换信息的桥梁。 12.3.2 过程输入输出通道的控制方式 1．过程输入输出通道与CPU交换就信息类型 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： ·数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。 ·状态信息：又叫做应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。 ·控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。 2．过程通道的编址方式 由于计算机控制系统一般都有多个过程输入输出通道，因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。过程通道编址方式有两种： ·过程通道与存储器独立编址方式 ·过程通道与存储器统一编址方式 3．CPU对过程通道的控制方式 计算机的外围设备及过程通道种类繁多，它们的传送速率又很不相同。因此输入输出产生复杂的定时问题，也就是CPU采用什么控制方式向过程通道输入和输出数据。常用的控制方式有三种