第九章：微型计算机控制系统设计.ppt

第9章 微型计算机控制系统设计 9.1 微机控制系统设计的基本要求与步骤 9.1.1 系统设计的基本要求 1．可靠性要求高 系统的可靠性主要是指系统应该具备高质量、高抗干扰能力，有较长的平均无故障时间。 目前，计算机控制系统或PLC控制系统常用的有如下一些方法来保障可靠性。 1) 采用双机系统 ①备份工作方式 ; ②主从工作方式 ; ③双工工作方式 . 2) 采用分布式控制系统 2．系统操作性能要好 3．实时性强 4．通用性好、可扩充性强 5．经济效益高 9.1.2 微机控制系统设计的一般步骤 1 系统总体方案设计 1） 确定控制任务 在设计总体方案前要进行综合论证，考察内容： (1)必要性：可行性估计。 (2)微机控制系统对控制过程性能指标的改善程度，可靠性，可维护性。 (3)成本、经济效益。 2) 确定控制要求： （1）对象数目确定及要求； （2）检测数目确定及要求； （3）显示与打印内容的确定及要求； （4）保护装置的确定及要求； （5）报警点的确定及要求； （6）其他需要考虑的特殊要求。 3) 系统总体结构 确定采用集中控制还是分散控制，是开环控制还是闭环控制； 确定系统需要检测的过程参量的个数，所需采用的检测元件及其检测精度:根据检测内容选择相应的检测元件，如位置检测可采用光电传感器、微动开关（行程开关）等，温度检测可采用热敏电阻、半导体、热电偶等 ； 确定系统输出机构的方案，一般情况下，输出机构有电动、气动、液动或其它驱动方式; 确定计算机在整个控制系统中所起的作用，是直接数字控制还是数据处理、监督控制等； 确定计算机应承担哪些任务，为完成这些任务计算机应具备哪些功能，需要设计哪些输入输出通道和配置什么样的外围设备。 5) 控制系统的结构框图和系统主要技术指标提出的一般要求 建立结构框图：为硬件、软件的具体设计规定正确方向同时明确微机各种外部设备间的关系。 系统的主要技术指标：硬、软件具体设计的数据依据。 技术指标要提得既切实可行，又够水平。 技术指标太高：增加成本、技术难度，有时造成浪费。 技术指标太低：难以达到控制目标，无扩充潜力，水平低，无推广价值。 6)硬件与软件的协调平衡 计算机控制系统是由硬件和软件两部分共同组成。 在一个具体的控制系统中，某些功能既可由硬件实现，又可由软件实现(如定时、延时等)。在进行系统设计时，应充分考虑硬件和软件的特点，合理地进行功能分配。 从快速性方面来考虑，多采用硬件可以提高系统的反应速度， 简化软件设计工作； 从可靠性和抗干扰能力方面考虑，过多地采用硬件，会增加系统元器件数目降低系统的可靠性， 同时，硬件的增加也使系统的抗干扰性能下降； 从系统成本方面来考虑，多采用软件可以降低成本。 随着计算机运行处理速度的不断提高，尽可能地用软件来实现系统的各种功能已成为可能。 对于实际的控制系统，要综合考虑系统速度、可靠性、抗干扰性能、灵活性、成本来合理地分配系统硬件和软件的功能。 7) 系统现有资源的分配和接口扩展 8)人机接口设计 控制台一般应有如下功能： (1)有一组或几组数据输入键（数字键盘或拨码开关），用于输入或更新给定值，修改控制器参数或其他必要的数字。 (2)有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，启动、停止系统运行或完 成某些特定的系统操作功能。 (3)有一个显示装置或显示屏，用于显示状态、参数及故障信号等。 (4)有一个“紧急停车”按钮，用于在紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。 9 ) 操作规范制定：是系统软件设计的主要依据，内容如下： 1.开机步骤； 2.用键盘输入信息和修改参数的方法； 3.显示内容、格式、时间及其意义； 4.打印的内容、格式时间； 5.报警值的确定及报警方式； 6.发生故障的应急处理办法。 10)采样周期的选择 实际工程中，将被控对象的工作频率分为三档：1000HZ以上；1000~50HZ；50HZ以下。采用频率按这三档分别取值，即要考虑稳定性和动态品质，又要考虑CPU的处理时间，执行机构的响应速度。 2 微型计算机的选择 1) 微型计算机系统构成方案选择 (1) 组装方案 (2)单片机方案 (3) 通用微型计算机系统方案 (4) 专用工业控制计算机系统方案 2) 微型计算机性能指标选择 作为工业控制用计算机，应满足下述基本要求。 (1) 完善的中断系统 (2) 足够的存储容量 (3) 微处理器具有足够的数据处理能力 3 控制算法设计 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。在设计中注意以下几个问题： (1) 由于控制算法对系统性能指标有直接的影响，因此，选定的控制算法必须满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要