计算机实施技术

—计算机控制系统—1第十章计算机控制系统的设计与实施2020/2/242020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1第十章计算机控制系统的设计与实施Designing&ImplementationofComputerControlSystems—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2本章主要内容过程计算机控制系统设计原则和步骤过程计算机控制系统的设计与实施计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术过程计算机控制系统的应用实例—计算机控制系统—3第十章计算机控制系统的设计与实施2020/2/242020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3第一节Unit1计算机控制系统设计原则和步骤DesigningPrinciples&StepsofComputerControlSystem—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施4本节主要内容过程计算机控制系统设计原则设计与实施过程计算机控制系统的步骤—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施510-1-1计算机控制系统设计原则安全可靠操作、维护与维修方便实时性强通用性好经济效益高—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施610-1-2设计与实施计算机控制系统的步骤确定任务工程项目的设计离线仿真和调试在线调试和投运—计算机控制系统—7第十章计算机控制系统的设计与实施2020/2/242020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施7第二节Unit2计算机控制系统的设计与实施DesignandImplementationofComputerControlSystem—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施8本节主要内容计算机控制系统的总体方案设计硬件的工程设计与实现软件的工程设计与实现控制系统的调试与实现—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施910-2-1计算机控制系统总体方案设计硬件总体方案设计软件总体方案设计系统总体方案—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1010-2-2硬件的工程设计与实现系统总线与主机机型I/O接口选择现场设备•变送器•执行机构•其它现场设备—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1110-2-3软件的工程设计与实现程序结构规划资源分配实时控制软件设计•数据采集及数据处理、实时时钟与中断处理•控制算法、控制量输出•生产管理、数据通信等—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1210-2-4控制系统的调试与投运离线仿真和调试在线调试和投运—计算机控制系统—13第十章计算机控制系统的设计与实施2020/2/242020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施13第三节Unit3计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术Anti-DisturbingandReliabilityTechniquesofComputerControlSystems—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施14本节主要内容过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术系统供电与接地技术看门狗（Watchdog）及其电源掉电检测技术—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1510-3-1过程计算机控制系统的抗干扰技术干扰来源及种类串模干扰(又称横向干扰或正态干扰)•串联于信号源回路中的干扰A放大器VnVsA放大器VsC1C2干扰线In串模干扰示意图(a)(b)—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1610-3-1串模干扰的抑制措施用有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号引线•可减少电磁感应采用各种滤波器采用双积分式A/D转换器其它措施—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1710-3-1共模干扰共模干扰（也称纵向干扰或共态干扰）•由不同的“地”而引起信号源VsZrAVc(a)VsVcZr(b)共模干扰示意图—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1810-3-1对共模干扰的抑制（1）共模干扰对输入信号的影响VsZcZcVcmm(a)单端输入被测信号的输入方式VsZs1Zc1Vcmm(b)双端输入Zc1Zs2—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施1910-3-1对共模干扰的抑制（2）双端输入变压器隔离光电隔离浮地屏蔽采用仪表放大器提高共模抑制比—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2010-3-1长线传输干扰及其抑制长线干扰产生原因易受到外界干扰具有信号延时会引起波反射现象消除波反射或将它抑制到最低限度终端阻抗匹配或始端阻抗匹配—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2110-3-1信号线的选择和敷设信号线的选择屏蔽信号线性能列表见教材表10.1信号线的敷设—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2210-3-2系统供电技术（1）供电系统的一般保护交流稳压器低通滤波器直流稳压器计算机一般计算机控制系统供电结构220VAC—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2310-3-2系统供电技术（2）电源异常的保护具有不间断电源的供电结构电池充电器电池组直流稳压器220VAC逆变器交流稳压器控制器计算机—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2410-3-2系统接地技术计算机系统接地的目的抑制干扰,使计算机稳定地工作保护计算机、电器设备和操作人员的安全计算机控制系统中的“地”模拟地，数字地，安全地，系统地，交流地—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2510-3-2系统接地技术计算机控制系统中的分别回流法单点接地数字地横汇流条数字地纵汇流条模拟地横汇流条模拟地纵汇流条接地板安全地(机壳地)系统板大地分别回流法接地示例图—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2610-3-2系统的低频接地技术（1）一点接地方式串联接地（或称共同接地）并联接地（或称分别接地）电路1电路2电路3r1r2r3I3I2I1CBAI3I2+I3I1+I2+I3串联一点接地电路1电路2电路3r1r2r3I3I2I1CBA并联一点接地—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2710-3-2系统的低频接地技术（2）实用的低频接地串联一点接地的综合接法信号地线噪声地线金属件地线实用低频接地方式信号地线：低电平电路地线噪声地线：继电器、电动机等的地线金属件地线：设备机壳地线—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2810-3-2系统输入通道的接地技术电路一点地基准•即单端接地：接地点位于信号源端时，放大器电源不接地；当接地点位于放大器端时，信号源不接地。电缆屏蔽层的接地•信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施2910-3-2其它（1）主机外壳接地，机芯浮空主机外壳作为屏蔽罩接地，而把机内器件架与外壳绝缘，即机内信号地浮空。机芯主机外壳大地外壳接地，机芯浮空示意图—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3010-3-2其它（2）多机系统的接地近距离多机系统的一点接地（如图示）远距离系统采用隔离的方法主机打印机绘图仪操作台过程通道大地近距离多机系统的接地示意图地线—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3110-3-3看门狗（watchdog）技术看门狗（即监控定时器）作用•用来检测系统出错并自动恢复运行•也可用来检测硬件的故障定时或启动或清零定时器CPU定时到复位或中断时钟CLK看门狗(Watchdog)电路—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3210-3-3电源掉电检测技术系统设计时应采取当掉电发生时的安全措施和保护性处置办法•执行机构•控制计算机的状态及时检测出发生掉电应用程序设计的措施—计算机控制系统—33第十章计算机控制系统的设计与实施2020/2/242020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施33第四节Unit4过程计算机控制系统的实例TheApplicationExamplesofComputerControlSystem—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施34本节主要内容控制系统的总体设计纸机控制系统的硬件设计纸机控制系统的软件结构系统的安装、调试和运行经济核算结论—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3510-4-1控制系统的总体设计（1）典型的长网造纸机工艺流程简介纸机计算机控制系统的总体控制方案•控制的质量指标：定量、水份•产品质量的影响因素众多•控制方案•其它需要考虑的问题•显示、横向分布、报警、断纸处理、统计报表等等—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3610-4-1控制系统的总体设计（2）定量水份控制蒸汽压力给定值浆流量控制浆浓度控制蒸汽压力控制造纸过程浆浓度测量蒸汽阀控制白水阀控制浆流量测量浆阀控制蒸汽压力测量浆流量给定值定量测量水份测量纸机定量水份控制系统方块图—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3710-4-1控制系统的总体设计（3）建立纸机定量水份系统的数学模型建模方法•机理分析法•测试辨识法•机理-辨识结合法•语言类模型—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3810-4-1控制系统的总体设计（4）纸机定量水份系统的数学模型G4(s)G1(s)G2(s)G7(s)G3(s)G8(s)G10(s)G6(s)G5(s)G9(s)浆阀u1I段蒸汽阀u2II段蒸汽阀u3施胶前水份y2成纸水份y1成纸水份y3表面温度T2表面温度T1烘缸烘缸网前箱纸浆浓度c1典型长网纸机定量水份系统数学模型示意图—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施3910-4-1造纸过程的控制策略解决大纯滞后、耦合、干扰多、慢时变、非线性等控制难点一般参数的回路可采用PID定量水份系统采用过许多先进控制•预测控制、模糊控制、自适应控制、最小方差控制、自校正控制、鲁棒控制、最优控制等等控制系统仿真试验—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施4010-4-2纸机控制系统的硬件设计计算机（包括相应外围设备）检测仪表与执行机构•特殊变量需要专用仪表测量•环境恶劣，对仪表可靠性有较高要求•需要扫描设备•安装要求高—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施4110-4-3纸机控制系统的软件结构造纸过程控制系统软件结构示意图纸机模型控制策略断纸事件处理监控程序硬件接口软件人机接口软件信号输入信号处理控制输出图形显示报表显示报表打印键盘输入—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施4210-4-4系统的安装、调试和运行系统的安装•工艺管道改造•机房建设•现场仪表安装•电缆敷设与接线调试工作：仪表校验、测试、参数整定系统的运行：先开环观察、然后进行参数调整最后闭环输出控制—计算机控制系统—2020/2/24第十章计算机控制系统的设计与实施4310-4-5系统的经济核算（1）系统的硬件、软件及人力等投资估算系统投运后直接或间接的经济效益纸机定量水份计算机控制系统实