计算机控制系统实例
计算机控制实例
液位控制系统
液位控制系统是计算机控制技术在工业 领域中的又一应用，主要用于对液位进
行精确控制和调节。
液位控制系统由传感器、控制器、泵或 阀门等组成，通过液位传感器采集液位 数据，控制器根据设定值和实际值进行 比较，输出控制信号给泵或阀门，实现
对液位的精确控制。
液位控制系统的应用范围广泛，如化工 生产、水处理、锅炉系统等领域。
计算机控制的应用领域
工业自动化
计算机控制在工业自动化领 域的应用非常广泛，如生产 线控制、机器人控制等。
智能家居
计算机控制在智能家居领 域的应用包括智能照明、 智能空调、智能安防等。
交通控制
计算机控制在交通控制领域 的应用包括交通信号灯控制
、高速公路监控系统等。
环境监测
计算机控制在环境监测领 域的应用包括空气质量监
03 智能家居控制实例
智能照明系统
自动调节亮度
智能照明系统可以根据环 境光线和时间自动调节亮 度，提供舒适的照明环境。
节能环保
通过智能控制，可以有效 减少不必要的能源浪费， 降低APP远 程控制家中的灯光，方便 快捷。
智能空调系统
自动温度调节
智能空调系统能够根据室内温度 和用户设定自动调节温度，提供
舒适的生活环境。
节能模式
在不需要制冷或制热时，智能空调 可以自动切换到节能模式，降低能 耗。
语音控制
通过与智能音箱的配合，用户可以 通过语音指令控制空调的运行。
智能安防系统
实时监控
智能安防系统可以实时监控家中 的安全状况，及时发现异常情况。
报警功能
当探测到入侵者或火灾等危险情 况时，智能安防系统会自动报警
计算机控制实例
计算机控制技术
§8.2微机控制系统的设计与实现过程
二、确定控制算法 对任何一个具体控制系统进行分析、综合和设计， 首先是建立该系统的数学模型。 数学模型是系统动态特性的表达式，它反映了系 统输入、内部状态和输出之间的逻辑和数量关系。其 为计算机进行处理提供了依据，即由数学模型推出控 制算法。 计算机控制就是计算机按照规定的算法进行控制。 控制算法正确与否直接影响系统的控制品质，甚至影 响整个系统的成败。
§8.1微机控制系统的工程设计方法
二、微机控制系统的设计步骤 2.设计阶段： 主要包括：组建项目研制组、系统总体方案的设 计、方案论证与评审、硬件和软件的细化设计、硬件 和软件的调试、系统的组装。 3.仿真调试阶段： 在实验室环境下，模拟现场条件进行调试。
4.现场运行完善阶段：
将系统与生产过程连接，进行现场调试运行及验收。
§8.1微机控制系统的工程设计方法
一、微机控制系统的设计原则
3.操作性好
具体表现为：使用方便，易于维护。 可充分利用计算机屏幕和制作工艺流程控制台。 方便手动及联机调试。
4.实时性好
表现在对内部及外部事件能及时作出响应和相应 的处理，特别是对故障性事件的紧急处理。
§8.1微机控制系统的工程设一、确定系统整体控制方案 设计的第一步是了解控制对象，构思控制系统的 整体方案。不同的系统考虑的问题可能差别较大。 首先要从系统构成上考虑，是开环还是闭环控制。 当采用闭环时应考虑用何种检测元件和检测精度。 其次考虑执行机构采用的方案。如电液驱动等。 第三考虑是否有特殊的控制要求。如精度快速等。 第四考虑微机在系统中的作用及承担的任务。 第五初步估算成本，比较性能/价格比适合否。 最后绘制系统粗框图，附议必要的说明。
作业 作业：P178页 9-1,9-2
《计算机控制技术》计算机控制系统的设计与实现
在以上硬件设计的每一个阶段，都应该遵循边设计，边调试， 边修改的原则，包括元器件测试、电路模块调试、子系统调试等。 这样，问题发现得越早，对整个控制系统的设计、研制的影响就越 小，付出的代价也越小。
（3）来自控制系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，
如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件 间的相互不匹配使用等。这都属于控制设备制造厂家对系统 内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无 法避免，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经 过考验的系统。
经过上述系统仿真调试，并取得满意控制性能的计算机控 制系统运到现场就可以进行现场安装调试了。现场调试是实际 生产过程对计算机控制系统性能的全面检查与性能评估，与实 验室的半实物调试相比，需要特别注意系统的安全性与抗干扰 等问题。在通过现场安装调试后，就可以投入实际生产过程进 行试运行。在试运行过程中，往往会出现许多错综复杂、时隐 时现的现象，暴露设计缺陷，这时设计者应当认真分析问题根 源，寻求解决方法。同时，系统的可靠性与稳定性也应当长期 考验，针对现场特殊的工作环境，采取行之有效的措施，在经 过一段时间的试运行并取得满意的性能评价之后，整个控制系 统就可以正式投入到实际运行中了。
8.2.4 系统的调试与运行 在硬件、软件的设计过程中，一般已经进行了分模块调试。在系
统投入现场运行之前，还需要在实验室进行硬件、软件的联合调试与 系统的仿真调试。软、硬件联调是整个调试的基础，这个步骤在硬件 设计时就开始了，即逐个功能模块进行边设计边调试，并将调试好的 模块逐步加入硬件系统进行联调。在硬件调试通过的情况下，就可将 软件系统加入进去，进行控制系统硬件软件的联合调试，联合调试的 目的是检验系统硬件、软件设计的正确性与运行的可靠性。在联合调 试过程中，不但会发现软件错误，还会发现一些在硬件调试中未发现 的硬件故障或设计缺陷，可根据情况予以修正。上述软件、硬件的联 合调试一般是脱离实际的被控过程进行的，主要在于检验系统硬件、 软件设计在功能上的正确性，不能全面反映整个控制系统的性能，因 此，还必须经过整个系统的仿真试验来检验系统的实际控制性能是否 能满足指标要求。
计算机控制系统设计实例
u
12.5%
t u
25%
t u
50%
t u
100%
t
图6-3 输出功率与通断时间的关系
+5V
. ..
A
LM 311
图6-4 过零触发电路
. .. ... ... . . .. . .. . ... .
1 MC 14528
+5V
+12V
加热器
Q1 Q2
74LS00 TIL117
~ 220V
P1.3
表6-1 温度-数字量对照表
2. 接口电路
8031 的 接 口 电 路 有 ADC0809 、 8155 和 2732等。本系统采用ADC0809型A/D转换器， 该 芯 片 为 8 位 逐 次 逼 近 型 A/D 转 换 器 。 ADC0809 为 温 度 测 量 电 路 的 输 入 接 口 ； 8155用于键盘和显示接口；2732作为8031 外部程序(ROM)存储器。
+5V
6.3.2 数字控制器的数学模型
闭环调节系统可近似看成一阶惯性环节加一 个延迟环节。因此，根据第4章第 节的推导， 章第5节的推导 个延迟环节 。 因此 ， 根据第 章第 节的推导 ， 可以得出： 可以得出：
D(z)= (1− e-T/τ1 z-1)(1− e-T/τ ) KP (1− e
-T/τ1
开
始
保护现场
采样炉温
数字滤波
图
是
U ( n )= Y max否？
否
U ( n )>Y max否？
否 清上次越限标志
是
6 6 中 断 服 务 程 序 流
0
置本次越限标志
T
三菱PLC编程实例plc编程实例PLC基础实验1
plc 编程实例PLC 基础实验1第一章 可编程控制器的概述可编程序控制器，英文称Programmable Logical Controller ，简称PLC 。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践。
一、可编程控制器的基本结构可编程控制器主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。
1、CPU 模块CPU 模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU ）和存储器组成。
它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。
PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固接触器电磁阀指示灯电源电源限位开关选择开关按钮定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2、I/O模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
PLC实训案例
PT-801B PLC实验训练装置实验指导书前言随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的控制领域。
可编程控制器（简称PLC）作为一种专门用于工业控制的计算机，自从1969年研制成功以来，由于其可靠性高和容易控制等特点，越来越广泛地应用于各种工业控制现场，大大地推进了工业自动化进程。
PLC技术已成为了大中专院校电类专业的重点课程之一。
我公司作为深圳职业技术学院的科研成果转化中心，紧密结合教师的教学实践及PLC现场控制的特点，研制开发了这套专门用于PLC实验的装置，并配备了详尽的使用说明书、理论和实训一体化的教材（人民邮电出版社出版的《电气控制与PLC实训教程》）。
本装置采用日本三菱可编程控制器为主机，配合单元模块可实现上百个项目的实训，将实验室中无法接触的工业控制形象地呈现在学生面前，可以达到深化理论，增加实践和动手能力的目的。
本装置可以用于教材章节后的例行实验，也可以用于学期末的课程设计及毕业设计，将抽象的理论知识变成实实在在的控制器件、控制指令及连接导线，能大大减轻教学难度，将学生从抽象的理论学习中解放出来。
本实验装置已在深圳职业技术学院等院校投入使用，深受广大学校师生的好评。
为了使您获得最佳的使用效果，敬请您对本装置及本手册提出宝贵意见和建议。
深圳市普泰科技有限公司 2007年1月目录第1章使用说明 (1)1.1 用户手册 (1)1.2 操作指南 (3)1.3 软件操作手册 (6)第2章实验指导 (13)2.1 801B—1电机控制 (13)2.2 801B－2七段数码显示、天塔之光 (14)2.3 801B—3交通灯自控和手控 (17)2.4 801B—4水塔水位自动控制 (19)2.5 801B—5自控成型机 (20)2.6 801B—6自控轧钢机 (22)2.7 801B—7多种液体自动混合 (25)2.8 801B—8自动送料装车系统 (27)2.9 801B—9邮件分检机 (29)2.10 801B—10机械手控制系统 (30)2.11 801B—11皮带运输机控制系统 (31)2.12 801B—12四层电梯模拟控制系统 (32)2.13 801B—13五相步进电机模拟控制 (33)2.14 801B—14加工中心刀具库选择控制系统 (34)2.15 801B-15水箱水位控制实验 (36)第3章参考程序 (38)实验梯形图 (38)第1章使用说明1．1 用户手册一、产品性能概述本装置分为实验屏和实验桌两大部分：实验桌是放置实验屏或其它必须设施的工作台面；实验屏是安装电源设施、挂装PLC主机模块和安装实验控制模块的金属构架。
DCS简介分析
DCS的全名是Distributed Control System,它的中文名字叫分散控制系统，它还
有一个名字，叫集散控制系统(Total Distributed Control System )。它主要应用于工 程控制。
过程控制对象的特点是控制回路较多，若采用集中型计算机控制，则主要有
过程管理级
·过程数据采集及检查 ·开环和闭环控制 ·设备监测和统测试及诊断 ·实施安全性、冗余化措施
直接控制级
现场设备
1，直接控制级：
这一级是DCS的基础。在这一级里，过程控制计算机直接与现场各类装置，如变
送器、执行器、电动机等相连，对所连接的装置实施检测、控制，同时它还与上一级 的计算机相连，接收上层的管理信息，转化为命令发给现场装置，并向上一级传递装 置的特性数据和采集到的实时数据。这一级的计算机是过程控制单元，简称DPU。 DPU的工作是独立的，即当上层计算机与之失去通讯时也能维持对现场装置的控制。 2，过程管理级： 这一级的计算机主要有操作员站、工程师站、服务器等。它综合监视各DPU传递 的所有信息，集中显示操作，控制回路组态和参数修改，优化过程处理等等。操作员 一般使用操作员站来监控现场参数和设备，工程师站由维护人员使用来对组态进行修 改。这一级计算机与DPU进行通讯，操作人员对现场设备的操作命令是发给DPU的， 只有DPU才能直接控制现场的设备。
Engineer WS
100Mbps
2.5Mbps 分散处理单元 DPU
586/133
可联结1024点I/O 2000个Block Profibus
12Mbps/1200m
智能变送器
智能仪表
四、DCS的特点：
与其它计算机控制系统，特别是集中型计算机控制系统相比，集散控制系统有以下 特点： 1，自主性 系统中各工作站独立自主地完成分配给自己的规定任务，并通过网络
计算机控制系统实例
第11章计算机控制系统实例●本章的教学目的与要求掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。
●授课主要内容●硫化机计算机群控系统●主要外语词汇Sulfurate Machine:硫化机●重点、难点及对学生的要求说明：带“***”表示要掌握的重点内容，带“**”表示要求理解的内容，带“*”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容●硫化机计算机群控系统的软硬件设计***☆●辅助教学情况多媒体教学课件（POWERPOINT）●复习思考题●硫化机计算机群控系统的软硬件设计●参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义硫化机计算机群控系统内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使用寿命。
目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间，由于硫化中所需的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象，直接影响了内胎的质量。
因此，设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不仅能提高企业的自动化水平，也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，同时也避免了个别硫化操作人员为提高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间，未硫化完毕就开模) ，使内胎的产品质量得到保证。
1.系统总体方案内胎硫化过程共包括四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。
由于所有硫化机的控制方式相同，所以特别适合群控。
在自动模式下，当硫化操作人员装胎合模后，由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。
为克服温度波动的影响，经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius) 经验公式来计算等效硫化时间。
某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。
根据企业的现场情况，借鉴DCS (Distributed Control System ，集散控制系统) 系统结构，使用PLC作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使用工业控制计算机作为管理和监视级。
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第11 章计算机控制系统实例
本章的教学目的与要求
掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。
授课主要内容
硫化机计算机群控系统
主要外语词汇
Sulfurate Machine: 硫化机重点、难点及对学生的要求说明：带“ *** ”表示要掌握的重点内容，带“ ** ”表示要求理解的内容，带“ *”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容
硫化机计算机群控系统的软硬件设计*** ☆
辅助教学情况
多媒体教学课件( POWERPOINT )
复习思考题
硫化机计算机群控系统的软硬件设计
参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义
硫化机计算机群控系统
内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使用寿命。
目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间，由于硫化中所需
的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象，直接影响了内胎的质量。
因此，设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不仅能提高企业的自动化水平，也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，同时也避免了个别硫化操作人员为提高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间，未硫化完毕就开模) ，使内胎的产品质量得到保证。
1. 系统总体方案
内胎硫化过程共包括四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。
由于所有硫化机的控制方式相同，所以特别适合群控。
在自动模式下，当硫化操作人员装胎合模后，由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。
为克服温度波动的影响，经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius) 经验公式来计算等效硫化时间。
某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96 台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。
根据企业的现场情况，借鉴DCS (Distributed Control
System ，集散控制系统) 系统结构，使用PLC 作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使用工业控制计算机作为管理和监视级。
系统总体方案见图11.8。
PLC 通过温度采集模块采集现场的96 台硫化机温度信号，进行等效计算后，按设定
型号的参数计算硫化机的硫化时间并对泄压阀、开模电机动作进行控制，完成内胎的整个硫
界面对96台硫化机的硫化温度和状态进行动态显示，并自动记录相关过程数据，监控软
件还具有参数设置、查询及报表打印等功能。
由于计算机本身及其操作系统的不稳定性，工
业控制计算机不参与控制，即使工业控制计算机出现故障也不会影响PLC的正常运行，
从而也不会影响现场的控制，但是所有的现场参数将不能被监视和存储。
系统共有三种工作方式：自动等效硫化方式、自动定时硫化控制方式和机台原有的延时继电器手动控制方式。
可以根据需要在现场利用操作台上的旋钮选择工作方式。
工业控制计算机采用研华P4 2.4G ，作为控制级的PLC共两套，采用三菱公司的FX2N 128MR。
两套PLC的控制是独立的，分别通过串行口连接到工业控制计算机。
特殊模块FX2N-4AD用来采集现场的热电阻温度信号，并进行模数转换后送往PLC。
热电阻采用PT100，热电阻经过温度变送器变成0-5V的电压信号。
FX2n-4AD模块共有四
路通道，在任一时刻只能有4个温度信号进入PLC，为提高其使用效率，自行研制了模拟转换开关，模拟开关采用
2片CD4501，可以完成16选1的模拟开关功能，利用PLC内部
的编程指令控制模拟转换开关依次选通各个通道，循环将48台热电阻信号采集到PLC。
通讯模块FX2N-485BD（485信号）和通讯转换模块FX2N-485PC-IF（转换计算机的RS232 信号和485BD的485信号）被用来实现PLC和工业控制计算机的串行通讯。
计算机
FX2N 485PCIF
图11.8内胎硫化计算机群控及管理系统总体方警子程序
三菱公司FX2N系列可编程控制器可以使用梯形图、指令表和SFC三种编程方式，指
令多达156种，功能强大，编程非常方便。
从内胎硫化的流程可知，硫化的控制属于过程、
FX2N 485BD
FX2N
4AD
FX2N 128MR
FX2N
4AD
温度变送器
模拟
选通
信号
热电阻
开
关
量
输
入
输
岀
信
号
初始化
■
开模拟开关
聽处理子程拟
■输［
手动/自
■岀
信I
—选通—
信号动
1#—48#硫化机
it
自动温度变效器化计算子程序
热电阻
逻辑动作子程序 "、
泄压、开模等丿
49#—96#硫化机
2•可编程控制器控制软件的设计图11.9控制软件主程序流程简图
模拟开关
FX2N 485BD
PLC FX2N
128MR
数据采
手动
巧仔或定时硫化
位置控制，采用PLC可方便的进行编程，实现内胎硫化机的等效硫化时序。
为提高运行
速度、减少运行指令，在控制软件设计中采用了模块化编程，设计了多种通用子程序，如数据采样及处理子程序、等效硫化计算子程序、报警子程序等。
控制软件主程序流程简图见图11.9。
3.工控机管理软件设计
1•工控机软件总体设计
工控机管理软件采用In prise公司的Delphi7开发，工控机的RS2232串行通讯接口通过FX2N-485PC-IF连接到可编程控制器的通讯模块FX2N-485BD上，以半双工异步串行通
讯方式通讯，读取或设置参数，并在主窗口动态显示，自动记录车间内所有机台在三种控制
方式下生产的产品的过程参数和数量、操作合法性等数据，可以随时查看硫化温度曲线，还
具有报警提示、查询、报表打印等功能。
系统功能图见图11.10。
图11.10内胎硫化计算机管理系统功能图
2 .串行通信接口数据传输的软件设计
用Delphi开发串口通讯软件一般有两种方法：一种是采用Microsoft的MSComm控件，
这种方法实现起来相对比较简单，但效率较低;另一种是利用Windows的通讯A P I函数，
使用AP I编写的串口通讯程序较为复杂，实现的功能强大，特别适合于面向低层的下位机通讯，但是需要编程人员掌握大量的通讯知识，还要掌握多线程编程。
MOXA公司提供了一个可供Delphi调用的串行通讯程序开发工具PComm serial communication library ( PComm 串口通讯库)，PComm Library 是一个动态连接库(DLL )文件，使用Microsoft Win32 API 编写，利用PComm编写串口通讯软件既具有A P I的强大功能，使用起来也比较方便。
11.2.4结束语
本系统在某橡胶制品有限公司投入运行后，控制达到了预定的工艺要求，内胎质量稳定，产品合格率达到99. 8%以上，每年可增加直接经济效益200万元。
同时大幅减轻了工人的劳动强度，改善了工作环境，提高了企业生产的自动化和信息化程度，并且还可方
便地与企业的信息管理系统相连，组成管控一体化的网络系统。
本系统群控机台数量多、投入低、抗干扰能力强、使用方便，集控制与管理于一身，特别适合于在各种型号的硫化机控制中推广。