第七章 计算机直接控制.doc

第七章 计算机直接控制（DDC）系统 本章主要内容： 计算机控制系统的结构与特点，系统设计的基本要求，系统设计的特点。 计算机控制系统设计的几个阶段 计算机控制系统设计的一般步骤，总体设计的主要内容，硬件设计的主要内容，软件设计的主要内容。 要求： 计算机控制系统的结构与特点，系统设计的基本要求，了解系统设计的特点。 了解计算机控制系统设计过程中各个阶段的主要工作。 掌握计算机控制系统设计的步骤，如何确定控制任务，如何选择控制计算机，采用何种控制方法和控制算法，如何起草系统总体设计方案，软硬件设计时应考虑哪些问题以及设计的一般步骤。 准备阶段主要是根据厂方要求，进行现场考察，写出可行性报告，包括技术难点、经费估算、工期以及项目投入使用以后的经济效益分析等；然后是可行性报告的方案论证，包括技术可行性、经费可行性和计划进度的可行性。 设计阶段主要是根据系统要求，进行详细的系统总体方案设计，总体方案设计以后便是系统硬件设计和软件设计。 实验室仿真和调试包括实验室硬件联调、软件联调和仿真。仿真包括三种类型：数字仿真(或称计算机仿真)、半物理仿真(或称硬件闭路动态试验)及全物理仿真(或称在模拟环境下的全实物仿真)。 现场联调投入运行阶段包括仪表及控制设备的安装与检查，设备安全防护措施，手动运行，自动运行，组织验收等过程。 7.1 计算机DDC系统的组成和特点 计算机DDC系统的典型结构和工作过程见教材P157图7-1所示。 典型的计算机DDC系统有下列特点 时间上的离散型：香弄采样定理；A/D、D/A转换器的自唱一般选取12或14位就足以满足绝大部分控制系统的精度要求。 采用分时控制方式：每一个回路都要完成采样、A/D、运算和控制输出信号的工作。 人机对话功能 灵活性和可靠性高：控制算法由软件实现，可实现复杂控制规律。 7.2 计算机DDC系统的总体设计 计算机DDC系统的总体设计一般包括总体方案设计、硬件设计和软件设计3大部分。 总体方案的设计，一般需要经过论证及确定初步方案、在设计和工作过程中不断修正、最后定案这样3个阶段。它大致包括以下几个主要步骤。 一、确定控制要求 作为计算机DDC系统的设计人员，在进行总体方案设计时，首先应对控制对象的工作过程作深入细致的调查分析，要熟悉其工艺过程，详细了解各生产环节对工艺参数要求，充分考虑用户（操作者）对生产过程（或装置）进行控制时的操作规律。这样，才能根据实际应用中的问题提出具体合理的控制要求，确定系统所要完成的任务，最后以设计任务说明书的形式制订出整个计算机DDC系统的控制方案，作为各项设计的依据。 计算机DDC系统的控制要求一般由设计人员与用户一起，根据生产过程（或装置）的实际情况提出，它包括： （1）控制回路数的确定和要求； （2）检测回路数的确定和要求； （3）需要显示和打印信号的确定和要求； （4）保护装置的确定和要求； （5）报警信号点的确定和要求； （6）其它需要考虑的特殊要求。 二、总体设计内容 总体方案设计需要考虑的内容主要是计算机DDC系统的控制回路、检测元件、采样周期、计算机选型、控制算法、字长的选择、操作规范以及系统运行的可靠性、通用性和可扩充性。 1．控制回路 控制回路需要解决的问题是确定回路数和对输出控制信号的要求。 控制回路数的确定，要从安全可靠和经济因素综合考虑。计算机的功能强弱可以决定控制回路数的多少，采用单片机的DDC系统控制回路数一般宜取8个或8个以下。 输出控制信号的形式是根据执行机构的要求确定的。常用的执行机构有电动的、气动的和液动的几大类。不同的执行器对输出控制信号会提出不同的要求（如模拟量、数字量、开关量还是脉冲量，电平高低，负载大小，是否隔离等等）。总体设计时应该根据这些要求来配置DDC系统的输出接口。 2．检测元件 检测元件就是传感器，又称“一次测量元件”。它是把控制对象的原始状态的非电参数转化成电量的重要设备，其转换精度影响到整个控制系统的精度。选择传感器时应尽可能采用数字化传感器，这样可以直接向计算机提供数字信号，减少了A/D转换环节，有利于提高响应速度和系统精度。 3．采样周期 　　采样周期按香农定理来确定，由于实际上按香农采样定理来确定一个控制系统的采样周期十分困难，一般实际设计时都按经验来确定系统的采样周期。采样周期的确定需要设计人员统筹考虑，周期取大会使系统的稳定性和动态品质变差，而取小了则会受到CPU运算速度、控制程序运行时间和执行机构动作响应速度的限制。 4．计算机的机型选择 机型选择的准则是，字长适宜，速度较快，指令丰富和中断功能强。 计算机的字长应符合两个要求，一是要符合精度要求，二是要与数据总线的线数相适配。字长长则处理数值的范围宽、精度也高，