第七章 计算机控制系统
设计与实现
7.1 控制系统的工程设计方法
7.2 控制系统可靠性技术
7.3 控制系统的工程设计与实现
7.5 控制系统集成式设计与实现范例
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.1系统设计的原则
? 安全可靠
? 系统操作性能好
? 实时性强
? 通用性好
? 经济效益高
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.2 确定工程项目与控制任务
? 甲方提出任务委托书
? 乙方研究任务委托书
? 双方对委托书进行确认性修改
? 乙方初步进行系统总体方案设计
? 乙方进行方案可行性论证
? 签订合同书
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.3工程项目的设计
? 组建项目研制小组
? 形成总体方案
? 方案论证与评审
? 硬件和软件的分别细化设计
? 硬件和软件的分别调试
? 系统的组装
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.4 项目仿真与调试
? 离线仿真和调试
? 在线调试和运行
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.1系统的结构设计
? 采用模块化、积木化、标准化结构
? 模板的精心设计
? 系统的电源配置及散热措施
? 机械强度和抗振措施
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.2元器件的选择，老化筛选
? 选用优质名牌元器件
? 选用 CMOS器件
? 元件的老化、测试、筛选
? 电路参数的设计
? 电路的安全措施
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.3信号、电源、接地的抗干扰措施
? 信号系统的抗干扰措施
? 电源系统的抗干扰措施
? 接地与抗干扰
? 感性负载回路的抗干扰措施
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.4 多重多重化结构技术（ S6-390-392）
? 常用参数介绍
? 串联结构及其可靠性计算
? 双重结构系统可靠性
? 双重结构系统的平均故障间隔时间
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.5信号隔离技术
? 光电耦合电路
? 变压器耦合电路（也称隔离放大器）
? 看门狗（ Watchdog）技术
? 电源掉电检测技术
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.6过程通道抗干扰措施（ S2-125-126）
? 程序高速循环法
? 输出反馈、表决和周期刷新
? 存储器使用技巧
? 实时诊断技术
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.7软件可靠性措施（ S6-401-403）
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.1 系统总体方案设计
? 硬件总体方案设计
– ⑴确定系统的结构和类型
– ⑵确定系统的构成方式
– ⑶现场设备选择
– ⑷其它方面的考虑
? 软件总体方案设计
? 系统总体方案
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.2硬件的工程设计与实现
? 选择系统的总线和主机机型
– ⑴选择系统的总线
? ①内总线选择
? ②外总线选择
– ⑵选择主机机型
? 选择输入输出通道模板
– ⑴数字量（开关量）输入输出（ DI／ DO）模板
– ⑵模拟量输入输出（ AI／ AO）模板
? 选择变送器和执行机构
– ⑴选择变送器
– ⑵选择执行机构
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.2硬件的工程设计与实现
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.3 软件的工程设计与实现
? 数据类型和数据结构规划
? 资源分配
? 实时控制软件设计
– ⑴数据采集及数据处理程序
– ⑵控制算法程序
– ⑶控制量输出程序
– ⑷实时时钟和中断处理程序
– ⑸数据管理程序
– ⑹数据通信程序
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.4系统的调试与运行
? 离线仿真和调试
– ⑴硬件调试
– ⑵软件调试
– ⑶系统仿真
? 在线调试和运行
– ⑴检测元件，保证精确度要求。
– ⑵各种接线和导管必须经过检查，保证连接
正确。
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.4系统的调试与运行
– ⑶ 对在流量中采用隔离液的系统，要在清洗
好引压导管以后，灌入隔离液 。
– ⑷检查调节阀能否正确工作。
– ⑸检查系统的干扰情况和接地情况 。
– ⑹对安全防护措施也要检查。
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.4.1 概 述
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.4.2 方案设计
? 方案设计的重点放在基于单片机设计开
发专用控制计算机系统上，这方面的成
效决定了开发工作量的大小，系统成本
的高低，控制效果及质量的优劣。
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.4.3 硬软件设计与调试
? 基本结构
? 温度测量和给定值输入
? 双向可控硅控制
? 控制系统软件结构
? 系统开发、仿真、调试与运行
7.5控制系统集成式设计与实现范例
7.5.1 概 述
? 范例对象描述与需求分析
? 各设备及功能概述
? 控制任务与要求
7.5控制系统集成式设计与实现范例
7.5.2 方案设计系统集成
? 系统结构设计
? 硬件系统集成
? 软件平台与软件开发
– ⑴上位机使用 WINDOWS NT系统和世纪星
监控组态软件
– ⑵西门子编程软件 STEP 7-Micro/WIN32开发
7-200系列的模块程序
– ⑶上、下位机编程任务
7.5控制系统集成式设计与实现范例
7.5.2 方案设计系统集成
– ⑷ 配料精度和供料速度编程解决方案
– ⑸ 程序流程框图（见图 7-5-7）
? 习题
设计与实现
7.1 控制系统的工程设计方法
7.2 控制系统可靠性技术
7.3 控制系统的工程设计与实现
7.5 控制系统集成式设计与实现范例
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.1系统设计的原则
? 安全可靠
? 系统操作性能好
? 实时性强
? 通用性好
? 经济效益高
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.2 确定工程项目与控制任务
? 甲方提出任务委托书
? 乙方研究任务委托书
? 双方对委托书进行确认性修改
? 乙方初步进行系统总体方案设计
? 乙方进行方案可行性论证
? 签订合同书
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.3工程项目的设计
? 组建项目研制小组
? 形成总体方案
? 方案论证与评审
? 硬件和软件的分别细化设计
? 硬件和软件的分别调试
? 系统的组装
7.1 控制系统的工程设计方法
7.1.4 项目仿真与调试
? 离线仿真和调试
? 在线调试和运行
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.1系统的结构设计
? 采用模块化、积木化、标准化结构
? 模板的精心设计
? 系统的电源配置及散热措施
? 机械强度和抗振措施
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.2元器件的选择，老化筛选
? 选用优质名牌元器件
? 选用 CMOS器件
? 元件的老化、测试、筛选
? 电路参数的设计
? 电路的安全措施
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.3信号、电源、接地的抗干扰措施
? 信号系统的抗干扰措施
? 电源系统的抗干扰措施
? 接地与抗干扰
? 感性负载回路的抗干扰措施
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.4 多重多重化结构技术（ S6-390-392）
? 常用参数介绍
? 串联结构及其可靠性计算
? 双重结构系统可靠性
? 双重结构系统的平均故障间隔时间
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.5信号隔离技术
? 光电耦合电路
? 变压器耦合电路（也称隔离放大器）
? 看门狗（ Watchdog）技术
? 电源掉电检测技术
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.6过程通道抗干扰措施（ S2-125-126）
? 程序高速循环法
? 输出反馈、表决和周期刷新
? 存储器使用技巧
? 实时诊断技术
7.2 控制系统可靠性技术
7.2.7软件可靠性措施（ S6-401-403）
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.1 系统总体方案设计
? 硬件总体方案设计
– ⑴确定系统的结构和类型
– ⑵确定系统的构成方式
– ⑶现场设备选择
– ⑷其它方面的考虑
? 软件总体方案设计
? 系统总体方案
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.2硬件的工程设计与实现
? 选择系统的总线和主机机型
– ⑴选择系统的总线
? ①内总线选择
? ②外总线选择
– ⑵选择主机机型
? 选择输入输出通道模板
– ⑴数字量（开关量）输入输出（ DI／ DO）模板
– ⑵模拟量输入输出（ AI／ AO）模板
? 选择变送器和执行机构
– ⑴选择变送器
– ⑵选择执行机构
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.2硬件的工程设计与实现
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.3 软件的工程设计与实现
? 数据类型和数据结构规划
? 资源分配
? 实时控制软件设计
– ⑴数据采集及数据处理程序
– ⑵控制算法程序
– ⑶控制量输出程序
– ⑷实时时钟和中断处理程序
– ⑸数据管理程序
– ⑹数据通信程序
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.4系统的调试与运行
? 离线仿真和调试
– ⑴硬件调试
– ⑵软件调试
– ⑶系统仿真
? 在线调试和运行
– ⑴检测元件，保证精确度要求。
– ⑵各种接线和导管必须经过检查，保证连接
正确。
7.3控制系统的工程设计与实现
7.3.4系统的调试与运行
– ⑶ 对在流量中采用隔离液的系统，要在清洗
好引压导管以后，灌入隔离液 。
– ⑷检查调节阀能否正确工作。
– ⑸检查系统的干扰情况和接地情况 。
– ⑹对安全防护措施也要检查。
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.4.1 概 述
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.4.2 方案设计
? 方案设计的重点放在基于单片机设计开
发专用控制计算机系统上，这方面的成
效决定了开发工作量的大小，系统成本
的高低，控制效果及质量的优劣。
7.4 控制系统经济式设计与实现范例
7.4.3 硬软件设计与调试
? 基本结构
? 温度测量和给定值输入
? 双向可控硅控制
? 控制系统软件结构
? 系统开发、仿真、调试与运行
7.5控制系统集成式设计与实现范例
7.5.1 概 述
? 范例对象描述与需求分析
? 各设备及功能概述
? 控制任务与要求
7.5控制系统集成式设计与实现范例
7.5.2 方案设计系统集成
? 系统结构设计
? 硬件系统集成
? 软件平台与软件开发
– ⑴上位机使用 WINDOWS NT系统和世纪星
监控组态软件
– ⑵西门子编程软件 STEP 7-Micro/WIN32开发
7-200系列的模块程序
– ⑶上、下位机编程任务
7.5控制系统集成式设计与实现范例
7.5.2 方案设计系统集成
– ⑷ 配料精度和供料速度编程解决方案
– ⑸ 程序流程框图（见图 7-5-7）
? 习题
