9.1 计算机控制系统设计与实现(一)
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计算机控制技术chapter9
绿 红
P1.1 P1.0
PSEN T0
T1
P1.3
EA
WR
RD P3.3
.
... .
9.3.1 硬件电路
CE
1/2
74LS 373
A0 A1 A2
2732
A7~ 0 OC D7~ 0
. ..
.
.
ALE CE IO/M
8155
WR RD A7~ 0
CLK D7~ 0 OE ALE START C IN0 B ACD A 0809 EOC
.
.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
.
.
光 耦
驱 动 器
74LS00TIL117
加热丝
变送器
热电偶
图9-2 电阻炉炉温控制系统原理图
1. 检测元件及变送器
检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为 EU ， 适 用 于 0℃~1000℃ 的 温 度 测 量 范 围 ， 相 应 输出电压为0mV~41.32mV。
变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成： 毫伏变送器用于把热电偶输出的0~41.32mV变换 成0~10mA范围内的电流；电流/电压变送器用于 把毫伏变送器输出的0~10mA电流变换成0~5V范 围内的电压。
表9-1 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。
计算机控制系统PPT_1
生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制， 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。
②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的 速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时 机，控制也就失去了意义。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入数字量输出I/O 通道传感器及 变送器工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
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计算机控制系统的组成框图
第一章 绪 论
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—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量
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第一章 绪 论
36
—计算机控制系统—
1-2-5 计算机控制系统的分类
现场总线控制系统 工作站 — 现场智能仪表-智能电磁流量计
结构模式为：“工作 站一现场总线智能仪 表”二层结构，降低 了成本，提高了可靠 性，并且在统一国际 标准下可实现真正的 开放式互连系统结构。
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第一章 绪 论
25
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（7）
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t＜T, k=0, ±1,
《计算机控制技术》计算机控制系统的设计与实现
输入／输出通道设计、人机操作界面设计及可靠性设计等几个方面。 （1）计算机系统选择与配置 （2）过程输入／输出通道设计 （3）人机交互界面硬件设计 （4）可靠性设计
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。
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。
《集散控制系统》
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
• ③综合信息管理级
• 这一级由管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化服务系统构 成，从而实现整个企业的综合信息管理。综合信息管理主要包括 生产管理和经营管理。
• 生产管理级可根据订货、库存和能源等情况来规划产品结构和生 产规模，并可根据市场情况重新规划和随机更改产品结构。此外， 还可对全厂状况进行观察、产品数量和质量进行监视，并能根据 与经营管理级互相传递数据、报表等。
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《计算机控制技术》
9.1 集散控制系统的发展过程与概念
DCS英文直译为“分散控制系统”。“集散控制系 统”是按中国人习惯理解而称谓的，集散控制系统的 主要特征是它的集中管理和分散控制。
它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中 的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式， 同时也为正在发展的先进过程控制系统提供了必要的 工具和手段。
DCS中MIS的功能
–DCS的综合信息管理级主要由MIS来实现生 产管理和经营管理。
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
• ④通信网络系统 • DCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持，
根据各级的不同要求，通信网络又分成低速、中速、高速 通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中级网络面向 集中操作控制级；高速网络面向高速通信网络管理级。
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
例：TDC-3000网络系统
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《计算机控制技术》
9.2 集散控制系统的体系结构
南邮计算机控制系统设计与实现PPT课件
➢ 如果某参数是—系列有序数据的集合，如采样信号序列，
则不只有数据类型问题，还有一个数据存放格式问题，
即数据结构问题。
.
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3、资源分配
➢ 系统资源包括ROM、RAM、定时器/计数器、个断源、 I/O地址等。
➢ ROM资源用来存放程序和表格，I/O地址、定时器/计数 器、中断源在任务分析时已分配
➢ 因此，资源分配的主要工作是RAM资源的分配，RAM 资源规划好后，应列出一张RAM资源的详细分配清单， 作为编程依据
51系列单片机作为控制器铂电阻温度计作为温度检测元件控制固态继电器的导通和断开时间的长短来控制电热元件的通电时间实现导热油温度控制通过控制过零触发型固态继电器的通断比来控制输入到加热炉的功率从而达到控制温度的目的固态继电器有两个输入控制端另外两端为输出控制端中间利用光电耦合器实现电气隔离输入端只要很小的输入电流便能控制它的导通没有输入电流则截止与有触点的继电器相比固态继电器控制电路简单开关速度快使用寿命长没有噪音等一系列优点462单片机的选择选择at89s52单片机作为控制系统的核心at89s52内部有8k的程序储存器256字节的数据储存器因而无需再扩展储存器使系统大大简化主要完成温度的采集控制显示和报警等功能3数据储存器扩展设定的温度曲线需要长期保存扩展一片串行eepromat24c256来保存设定的温度曲线474传感器的选择目前在温度测量领域内除了广泛使用热电偶以外电阻温度计也得到了广泛的应用尤其工业生产中120500范围内的温度测量常常使用电阻温度计本例中采用铂电阻来测量温度电阻的初值100欧温度每升高一度铂电阻的阻值约增加039欧48图86铂电阻及其信号放大电路图测量部分是一个不平衡电桥铂电阻与固定电阻组成不平衡电桥的四个桥臂为了保证测温的精度采用两次稳压在温度为0时铂电阻的阻值电桥平衡对角线ab两点没有电压差当温度变化时铂电阻的阻值变化其变化值与温度成正比电桥不平衡使对角线ab两点有电压差此电压差送到运算放大器的输入端经过放大后送到ad转换芯片505ad转换器的选择与接口设计eavp31x119x218resetrd17wr16int012int113t014t115p10p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29alep30txd11rxd10u189s52ncu2at24c256ncvcc14di13clk12sart11do10agndu3tlc0834vccvccoutvccr3r4vccr5r6l1l2vccr7vccy1c230pfc130pfvcccs1cs2clkzdiozkeyintu4b74f04u4a7404u8ssrr2r1vccvccu7j1220v516显示器键盘接口设计温度的设定与测量结果通过键盘和数码管显示电路完成
第9章+微型计算机控制系统应用实例
图9-8 阀门定位器的控制原理图
转换成为
9.2信.2号系；统电压的信控号制，要能求够采集阀位反响回来的模拟
最〔后有阀2〕以根门下能定据几位对点器以：对上单采片集机到控制的系信统号的进设行计运要求算、整理， 偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉
冲来控制 压电阀；
〔3〕利用数码管能现场显示输入的参数以及阀 门开度； 〔4〕利用按键能在现场对阀门的工作流量特性 的参数，
表内非易失性内存芯片与IC卡内芯片一样，即 AT24C02〔2〕。煤气表中诸如累积已耗用气量、结 余气量、购气次数等重要数据都存放在AT24C02〔2〕
这样可克服由充电电池长期维持RAM中的信息所潜在的不可靠性。 AT24C02仅有8条引脚，串行通信只用两根口线，做成IC卡时,外接连线 少，作为非易失性内存更是比采用并行EEPROM减少许多连线，PCB布 线更简洁，体积更小。IC卡煤气表中所需存取的重要数据少，且数据存 取速度要求不高，故这种小容量的串行EEPROM非常适用。AT24C02是 I²C总线结构器件，87C51非此类器件，这就要求87C51通过编程使其 P1.0和P1.1完全遵循I²C总线时序及AT24C02的数据传送格式，去分别等 效串行数据线SDA和串行时钟SCL，从而实现两者的通信。
第9章 微型计算机控制系统应用实例
9.1 微型机在煤气表机心负压试漏中的应用 9.2 微型机在阀门定位器中的应用 9.3 IC卡智能煤气表的设计 9.4 微型机实现电加热锅炉系统的自动控制 9.5 单片机与微机RS-485通信 9.6 微机控制的公共汽车自动报站系统 9.7 温度控制系统的设计
9.1.1 煤气表机心负压试漏原理
首先，把煤气表出气口密封住，然后翻开控 制负压的电磁阀，这时高速流动的压缩空气，经 负压阀产生负压，把表内的气体往外抽，表内形 成负压，同时斜管压力计液面往上升，当抽到设 定值时〔煤气表工艺要求斜管压力计显示 270Pa〕，即光电管所在的位置时，关闭电磁阀， 这时斜管压力计的液面要继续往上升，停在一个 确定的位置。如果在规定的时间内〔一般工艺要 求６s〕，斜管压力计的液面不回落到光电管所在 的位置，那么表的密封性好，不漏；相反，表的 密封性不好，漏。
转换成为
9.2信.2号系；统电压的信控号制，要能求够采集阀位反响回来的模拟
最〔后有阀2〕以根门下能定据几位对点器以：对上单采片集机到控制的系信统号的进设行计运要求算、整理， 偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉
冲来控制 压电阀；
〔3〕利用数码管能现场显示输入的参数以及阀 门开度； 〔4〕利用按键能在现场对阀门的工作流量特性 的参数，
表内非易失性内存芯片与IC卡内芯片一样，即 AT24C02〔2〕。煤气表中诸如累积已耗用气量、结 余气量、购气次数等重要数据都存放在AT24C02〔2〕
这样可克服由充电电池长期维持RAM中的信息所潜在的不可靠性。 AT24C02仅有8条引脚，串行通信只用两根口线，做成IC卡时,外接连线 少，作为非易失性内存更是比采用并行EEPROM减少许多连线，PCB布 线更简洁，体积更小。IC卡煤气表中所需存取的重要数据少，且数据存 取速度要求不高，故这种小容量的串行EEPROM非常适用。AT24C02是 I²C总线结构器件，87C51非此类器件，这就要求87C51通过编程使其 P1.0和P1.1完全遵循I²C总线时序及AT24C02的数据传送格式，去分别等 效串行数据线SDA和串行时钟SCL，从而实现两者的通信。
第9章 微型计算机控制系统应用实例
9.1 微型机在煤气表机心负压试漏中的应用 9.2 微型机在阀门定位器中的应用 9.3 IC卡智能煤气表的设计 9.4 微型机实现电加热锅炉系统的自动控制 9.5 单片机与微机RS-485通信 9.6 微机控制的公共汽车自动报站系统 9.7 温度控制系统的设计
9.1.1 煤气表机心负压试漏原理
首先，把煤气表出气口密封住，然后翻开控 制负压的电磁阀，这时高速流动的压缩空气，经 负压阀产生负压，把表内的气体往外抽，表内形 成负压，同时斜管压力计液面往上升，当抽到设 定值时〔煤气表工艺要求斜管压力计显示 270Pa〕，即光电管所在的位置时，关闭电磁阀， 这时斜管压力计的液面要继续往上升，停在一个 确定的位置。如果在规定的时间内〔一般工艺要 求６s〕，斜管压力计的液面不回落到光电管所在 的位置，那么表的密封性好，不漏；相反，表的 密封性不好，漏。
微机原理及接口技术参考PPT
IN AL，DX
；读数据
MOV [SI]，AL
MOV DX，8002H
MOV AL，00H
OUT DX，AL
INC SI ；存放数据的内存地址加1
INC BL ；通道地址加1
MOV AL，BL OUT DX，AL ；送通道地址 MOV DX，8002H
DEC BH JNZ GOON POP AX
MOV AL，01H
•14
9.3 A/D转换器ADC0809及应用
➢ 采样：对连续变化的模拟量要按一定的规律和周期取出其 中的某一瞬时值。
➢ 采样频率：一般要高于或至少等于输入信号最高频率的2 倍，实际应用中采样频率一般是信号频率的4~8倍。
➢ 采样周期：相邻两次采样的间隔时间。一次A/D转换所需 要的时间必须小于采样周期。
•10
➢ 应用举例：利用D/A 转换器来构造波形发生器，如图所 示。假设地址译码输出端口为360H。
图９.8 采用DAC0832 构造的波形发生器
•11
(1) 矩形波。给DAC0832 持续256 次送数据0，然后256 次送 数据FFH，依次重复处理。输出矩形波的程序段如下：
MOV DX，360H ；设定地址译码输出端口 DD0： MOV CX，0FFH
2
多2
N位
路
电
二进制数
… …
模
阻
拟
网
开
络
N
关N
运算 放大器
图9.2 D/A转换器框图
模拟电压输出
•3
1. 加权电阻网络D/A转换器的工作原理
VREF
K1
R1
K2
R2
K3
R3
Kn
Rn
计算机控制系统概要
嵌入式系统和微控制器 集成了更多的外设接口 和功能模块，提高了系 统的集成度和功能多样 性。
实时性与可靠性
嵌入式系统和微控制器 在实时性和可靠性方面 不断提高，满足各种工 业控制和安全关键系统 的要求。
THANKS
感谢观看
远程控制
通过网络对远端的控制系统进行操作和控制，实 现远程维护和调试。
无线控制
利用无线网络技术，实现对控制系统的无线连接 和控制，提高系统的灵活性和便利性。
嵌入式系统与微控制器的应用
小型化与低功耗
嵌入式系统和微控制器 在不断向小型化和低功 耗方向发展，满足各种 便携式和物联网设备的 需求。
高集成度与多功能
自适应控制
通过人工智能技术，使控制系统能够根据环境变 化和系统状态自适应地调整控制策略，提高系统 的稳定性和效率。
故障诊断与预防
利用人工智能技术对系统运行过程中的异常数据 进行检测和分析，提前发现潜在的故障并进行预 防。
网络化与远程控制技术的发展
远程监控
通过网络实现对控制系统的远程监控，方便对系 统的实时状态和运行情况进行了解。
早期阶段
20世纪50年代，计算机开始被应 用于工业控制领域，出现了基于
模拟电路的计算机控制系统。
发展阶段
20世纪70年代，随着微处理器和 集成电路技术的发展，计算机控制 系统逐渐向数字化、智能化方向发 展。
成熟阶段
21世纪初，计算机控制系统已经广 泛应用于各个领域，成为现代工业 生产中不可或缺的重要部分。
控制算法
根据控制系统的要求，采用一定的数 学模型和算法，对数据进行运算和处 理，得到控制信号。
执行机构与传感器
执行机构
根据控制信号调节被控对象的参数，如阀门、电动机等。
实时性与可靠性
嵌入式系统和微控制器 在实时性和可靠性方面 不断提高，满足各种工 业控制和安全关键系统 的要求。
THANKS
感谢观看
远程控制
通过网络对远端的控制系统进行操作和控制，实 现远程维护和调试。
无线控制
利用无线网络技术，实现对控制系统的无线连接 和控制，提高系统的灵活性和便利性。
嵌入式系统与微控制器的应用
小型化与低功耗
嵌入式系统和微控制器 在不断向小型化和低功 耗方向发展，满足各种 便携式和物联网设备的 需求。
高集成度与多功能
自适应控制
通过人工智能技术，使控制系统能够根据环境变 化和系统状态自适应地调整控制策略，提高系统 的稳定性和效率。
故障诊断与预防
利用人工智能技术对系统运行过程中的异常数据 进行检测和分析，提前发现潜在的故障并进行预 防。
网络化与远程控制技术的发展
远程监控
通过网络实现对控制系统的远程监控，方便对系 统的实时状态和运行情况进行了解。
早期阶段
20世纪50年代，计算机开始被应 用于工业控制领域，出现了基于
模拟电路的计算机控制系统。
发展阶段
20世纪70年代，随着微处理器和 集成电路技术的发展，计算机控制 系统逐渐向数字化、智能化方向发 展。
成熟阶段
21世纪初，计算机控制系统已经广 泛应用于各个领域，成为现代工业 生产中不可或缺的重要部分。
控制算法
根据控制系统的要求，采用一定的数 学模型和算法，对数据进行运算和处 理，得到控制信号。
执行机构与传感器
执行机构
根据控制信号调节被控对象的参数，如阀门、电动机等。
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9.2.4 系统的调试与运行
精品课件
第9章 计算机控制系统设计与实现（一）
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是一 个工程问题。
理论设计：建立被控对象的数学模型；确定满足一定 技术经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控 制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统 功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。
N 可行？
Y
精品课件
双方签订合同书
9.1.2 系统设计的步骤
2.工程项目的设计 阶段
组成设计队伍
软件总体设计
软件总体设计
软件总体设计 方案论证与评审
硬件细化设计 硬件调试
软件细化设计 软件调试
软件总体设计
精品课件
9.1.2 系统设计的步骤
3.离线仿真和调试阶段
离线硬件联调
离线软件联调
离线硬件软件统调 考机
9.2.2 硬件的工程设计与实现
1.选择系统的总线和主机机型 (1)选择系统的总线
①内总线选择 常用的工业控制机内总线有两种，即ISA总线和PCI总 线，根据板卡类型需要选择其中一种。 ②外总线选择 选择串行通信总线。 (2)选择主机机型 在总线式工业控制机中，有许多机型，即因采用的 CPU不同而不同。
另外，配置诊断程序，用来查找故障。
精品课件
9.1.1 系统设计的原则
3.实时性强 工业控制机的实时性，表现在对内部和外部事件能及
时地响应，并做出相应的处理，不丢失信息，不延误操 作。
计算机处理的事件一般分为两类： 一类是定时事件，如数据的定时采集，运算控制等。 对于定时事件，系统设置时钟，保证定时处理。 另一类是随机事件，如事故、报警等。对于随机事件， 系统设置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断 级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。
精品课件
9.1.1 系统设计的原则
4.通用性好 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，并采用积木式结构，按照控制要求灵活构成系统。 这就要求系统的通用性要好，并能灵活地进行扩充。
通用灵活性体现在两方面： 一是硬件模板设计采用标准总线结构(如PC总线)，配置 各种通用的功能模板，以便在扩充功能时，只需增加功能 模板就能实现； 二是软件模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用 时不需要二次开发，只需按要求选择各种功能模块，灵活 地进行控制系统组态。
精品课件
9.1.2 系统设计的步骤
4.在线调试和运行阶段 现场安装调试 试运行 验收 结束
精品课件
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9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4
系统总体方案设计 硬件的工程设计与实现 软件的工程设计与实现 系统的调试与运行
精品课件
9.2.1 系统总体方案设计
1.硬件总体方案设计 采用“黑箱”设计法。画方块图，明确各方块之间的
工程设计：掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象 的动态和静态特性；要通晓自动检测技术、计算机技术、 通信技术、自动控制技术、微电子技术等。
精品课件
9.1 系统设计的原则与步骤 9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤
精品课件
9.1.1 系统设计的原则
1.安全可靠 (1)选用高性能的工业控制计算机； (2)设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，
精品课件
9.1.1 系统设计的原则
2.操作维护方便 (1)操作方便表现在操作简单、直观形象、便于掌握
操作工已习惯了PID调节器的面板操作，而就设计成 回路操作显示面板，或在CRT画面上设计成回路操作显 示画面。 (2)维修方便体现在易于查找故障，易于排除故障
采用标准的功能模板式结构，便于更换故障模板。在 功能模板上安装工作状态指示灯和监测点，便于维修人 员检查。
箱的结构设计、抗干扰等方面的问题。
精品课件
9.2.1 系统总体方案设计
2.软件总体方案设计 采用结构化的“黑箱”设计法。
(1)先画出较高一级的方框图，然后再将大的方框分解 成小的方框，直到能表达清楚为止。
(2)软件总体方案还应考虑确定系统的数学模型、控制 策略、控制算法等。
精品课件
9.2.1 系统总体方案设计
信号输入输出关系和功能要求，不需知道“黑箱”内具体 结构。
(1)确定系统的结构和类型 开环还是闭环控制；系统的典型形式。
(2)确定系统的构成方式 IPC、PLC、SLC、ADAM模块、单片机、DSP、ARM等。
(3)现场设备选择 主要包含传感器、变送器和执行机构的选择。
(4)其它方面的考虑 总体方案中还应考虑人机联系方式、系统的要功能、技术指标、原理性方框图及文字说明。
(2)控制策略和控制算法。
(3)系统的硬件结构及配置，主要的软件功能、结构及框图。
(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。
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国家级精品课程
《计算机控制技术》 主讲教师：于海生 教授
青岛大学
第35讲 第9章 计算机控制系统设计与实现（一）
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第9章 计算机控制系统设计与实现（一）
9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤 9.2.1 系统总体方案设计 9.2.2 硬件的工程设计与实现 9.2.3 软件的工程设计与实现
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9.2.2 硬件的工程设计与实现
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
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9.1.1 系统设计的原则
5.经济效益高
一是系统性能价格比要尽可能的高； 二是系统投入产出比要尽可能的低。
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9.1.2 系统设计的步骤
1.工程顶目与控制 任务的确定阶段
开始 甲方提供任务委托书
乙方研究委托书
双方对委托书进行确认方案修改
乙方初步进行系统总体方案设计
乙方进行可行性论证
比如报警、事故预测、事故处理、不间断电源等。 (3)为了预防计算机故障，还常设计后备装置，对于一
般的控制回路，选用手动操作为后备；对于重要的控制回 路，选用常规控制仪表作为后备。
(4)对于特殊的控制对象，设计两台计算机，互为备用 地执行任务，称为双机系统。双机系统的工作方式一般分 为备份工作方 式和双工工作方式两种。
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第9章 计算机控制系统设计与实现（一）
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是一 个工程问题。
理论设计：建立被控对象的数学模型；确定满足一定 技术经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控 制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统 功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。
N 可行？
Y
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双方签订合同书
9.1.2 系统设计的步骤
2.工程项目的设计 阶段
组成设计队伍
软件总体设计
软件总体设计
软件总体设计 方案论证与评审
硬件细化设计 硬件调试
软件细化设计 软件调试
软件总体设计
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9.1.2 系统设计的步骤
3.离线仿真和调试阶段
离线硬件联调
离线软件联调
离线硬件软件统调 考机
9.2.2 硬件的工程设计与实现
1.选择系统的总线和主机机型 (1)选择系统的总线
①内总线选择 常用的工业控制机内总线有两种，即ISA总线和PCI总 线，根据板卡类型需要选择其中一种。 ②外总线选择 选择串行通信总线。 (2)选择主机机型 在总线式工业控制机中，有许多机型，即因采用的 CPU不同而不同。
另外，配置诊断程序，用来查找故障。
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9.1.1 系统设计的原则
3.实时性强 工业控制机的实时性，表现在对内部和外部事件能及
时地响应，并做出相应的处理，不丢失信息，不延误操 作。
计算机处理的事件一般分为两类： 一类是定时事件，如数据的定时采集，运算控制等。 对于定时事件，系统设置时钟，保证定时处理。 另一类是随机事件，如事故、报警等。对于随机事件， 系统设置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断 级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。
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9.1.1 系统设计的原则
4.通用性好 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，并采用积木式结构，按照控制要求灵活构成系统。 这就要求系统的通用性要好，并能灵活地进行扩充。
通用灵活性体现在两方面： 一是硬件模板设计采用标准总线结构(如PC总线)，配置 各种通用的功能模板，以便在扩充功能时，只需增加功能 模板就能实现； 二是软件模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用 时不需要二次开发，只需按要求选择各种功能模块，灵活 地进行控制系统组态。
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9.1.2 系统设计的步骤
4.在线调试和运行阶段 现场安装调试 试运行 验收 结束
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9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4
系统总体方案设计 硬件的工程设计与实现 软件的工程设计与实现 系统的调试与运行
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9.2.1 系统总体方案设计
1.硬件总体方案设计 采用“黑箱”设计法。画方块图，明确各方块之间的
工程设计：掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象 的动态和静态特性；要通晓自动检测技术、计算机技术、 通信技术、自动控制技术、微电子技术等。
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9.1 系统设计的原则与步骤 9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤
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9.1.1 系统设计的原则
1.安全可靠 (1)选用高性能的工业控制计算机； (2)设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，
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9.1.1 系统设计的原则
2.操作维护方便 (1)操作方便表现在操作简单、直观形象、便于掌握
操作工已习惯了PID调节器的面板操作，而就设计成 回路操作显示面板，或在CRT画面上设计成回路操作显 示画面。 (2)维修方便体现在易于查找故障，易于排除故障
采用标准的功能模板式结构，便于更换故障模板。在 功能模板上安装工作状态指示灯和监测点，便于维修人 员检查。
箱的结构设计、抗干扰等方面的问题。
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9.2.1 系统总体方案设计
2.软件总体方案设计 采用结构化的“黑箱”设计法。
(1)先画出较高一级的方框图，然后再将大的方框分解 成小的方框，直到能表达清楚为止。
(2)软件总体方案还应考虑确定系统的数学模型、控制 策略、控制算法等。
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9.2.1 系统总体方案设计
信号输入输出关系和功能要求，不需知道“黑箱”内具体 结构。
(1)确定系统的结构和类型 开环还是闭环控制；系统的典型形式。
(2)确定系统的构成方式 IPC、PLC、SLC、ADAM模块、单片机、DSP、ARM等。
(3)现场设备选择 主要包含传感器、变送器和执行机构的选择。
(4)其它方面的考虑 总体方案中还应考虑人机联系方式、系统的要功能、技术指标、原理性方框图及文字说明。
(2)控制策略和控制算法。
(3)系统的硬件结构及配置，主要的软件功能、结构及框图。
(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。
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第9章 计算机控制系统设计与实现（一）
9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤 9.2.1 系统总体方案设计 9.2.2 硬件的工程设计与实现 9.2.3 软件的工程设计与实现
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9.2.2 硬件的工程设计与实现
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
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5.经济效益高
一是系统性能价格比要尽可能的高； 二是系统投入产出比要尽可能的低。
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9.1.2 系统设计的步骤
1.工程顶目与控制 任务的确定阶段
开始 甲方提供任务委托书
乙方研究委托书
双方对委托书进行确认方案修改
乙方初步进行系统总体方案设计
乙方进行可行性论证
比如报警、事故预测、事故处理、不间断电源等。 (3)为了预防计算机故障，还常设计后备装置，对于一
般的控制回路，选用手动操作为后备；对于重要的控制回 路，选用常规控制仪表作为后备。
(4)对于特殊的控制对象，设计两台计算机，互为备用 地执行任务，称为双机系统。双机系统的工作方式一般分 为备份工作方 式和双工工作方式两种。