控制系统设计与工程实现培训课件.pptx

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1、第第11章章 控制系统控制系统(kn zh x tn)设设计与工程实现计与工程实现本章要点本章要点1 1学习计算机控制系统的设计原则学习计算机控制系统的设计原则(yunz)(yunz)。2 2初步掌握计算机控制系统的设计步骤。初步掌握计算机控制系统的设计步骤。3 3学习实例，加深认识与初步掌握单片机、学习实例，加深认识与初步掌握单片机、IPCIPC和和 PLC PLC控制系统的设计思路。控制系统的设计思路。第一页，共118页。本章本章(B(BN ZHN ZHN)N)主要内容主要内容 引引 言言 11.1 11.1 控制系统的设计原则控制系统的设计原则11.2 11.2 控制工程的实现控制工程的

2、实现(shxin)(shxin)步骤步骤11.3 11.3 控制工程的应用实例控制工程的应用实例本章小结本章小结思考题思考题第二页，共118页。引引 言言v 前前面面讨讨论论了了计计算算机机控控制制系系统统各各部部分分的的结结构构组组成成、工工作作原原理理、硬硬件件和和软软件件技技术术、控控制制规规律律算算法法以以及及典典型型的的控控制制装装置置类类型型，这这就就为为计计算算机机控控制制系系统统的的设设计计与与工工程程实实现现奠奠定定了了基基础础。由由于于控控制制对对象象多多种种多多样样，要要求求(yoqi)(yoqi)控控制制系系统统达达到到的的功功能能也也各各不不相相同同，这这使使得得计计

3、算算机机控控制制系系统统的的构构成成方方式式和和规规模模大小也具有多大小也具有多样样性。性。第三页，共118页。11.1 控制系控制系统统(KN ZH X TN)的的设计设计原原则则对对于于不不同同(b(b tn)tn)的的控控制制对对象象，系系统统的的设设计计方方案案和和具具体体的的技技术术指指标标是是不不同同(b(b tn)tn)的的，但但控控制制系系统统的的设设计计原原则则是是相相同同的的。这这就就是是满满足足工工艺艺要要求求，可可靠靠性性高高，操操作作性性能能好好，实实时时性性强强，通通用用性性好好，经经济济效益高。效益高。第四页，共118页。主要内容主要内容(nirng)(nirng

4、)满足工艺要求满足工艺要求 可靠性要高可靠性要高 操作性要好操作性要好 实时性要强实时性要强 通用性要好通用性要好 经济效益要高经济效益要高第五页，共118页。（1 1）满满足工足工艺艺(G(G NGY)NGY)要求要求 在在设计计设计计算机控制系算机控制系统时统时，首先，首先应满应满足足生生产过产过程所提出的各种程所提出的各种(zh zhn n)要求及性要求及性能指能指标标。因。因为计为计算机控制系算机控制系统统是是为为生生产过产过程程自自动动化服化服务务的，因此的，因此设计设计之前必之前必须对须对工工艺过艺过程有一定的熟悉和了解，系程有一定的熟悉和了解，系统设计统设计人人员应该员应该和工和

5、工艺艺人人员员密切密切结结合，才能合，才能设计设计出符合生出符合生产产工工艺艺要求和性能指要求和性能指标标的控制系的控制系统统。设计设计的控的控制系制系统统所达到的性能指所达到的性能指标标不不应应低于生低于生产产工工艺艺要求，但片面追求要求，但片面追求过过高的性能指高的性能指标标而忽而忽视设视设计计成本和成本和实现实现上的可能性也是不可取的。上的可能性也是不可取的。第六页，共118页。（2 2）可靠性要高可靠性要高 对对工工业业控制的控制的计计算机系算机系统统最基本的要求是可靠性高。否最基本的要求是可靠性高。否则则，一旦系一旦系统统出出现现故障，将造成整个控制故障，将造成整个控制过过程的混乱，

6、会引起程的混乱，会引起严严重的后果，由此造成的重的后果，由此造成的损损失往往大大超出失往往大大超出计计算机控制系算机控制系统统本本身的价身的价值值。在工。在工业业生生产过产过程中，特程中，特别别(tbi)(tbi)是在一些是在一些连续连续生生产产过过程的企程的企业业中，是不允中，是不允许许故障率高的故障率高的设备设备存在的。存在的。系系统统的可靠性是指系的可靠性是指系统统在在规规定的条件下和定的条件下和规规定的定的时间时间内完内完成成规规定功能的能力。在定功能的能力。在计计算机控制系算机控制系统统中，可靠性指中，可靠性指标标一般一般用系用系统统的平均无故障的平均无故障时间时间MTBFMTBF和

7、平均和平均维维修修时间时间MTTRMTTR来表示。来表示。MTBFMTBF反映了系反映了系统统可靠工作的能力，可靠工作的能力，MTTRMTTR表示系表示系统统出出现现故障后故障后立即恢复工作的能力，一般希望立即恢复工作的能力，一般希望MTBFMTBF要大于某个要大于某个规规定定值值，而，而MTTRMTTR值值越短越好。越短越好。第七页，共118页。因此，在系因此，在系统统(xt(xtng)ng)设计时设计时，首先要，首先要选选用高性能的工用高性能的工业业控制控制计计算机，保算机，保证证在在恶恶劣的工劣的工业环业环境下仍能正常运行。境下仍能正常运行。其次是其次是设计设计可靠的控制方案，并具可靠的

8、控制方案，并具备备有各种安全保有各种安全保护护措施，措施，比如比如报报警、事故警、事故预测预测、事故、事故处处理、不理、不间间断断电电源等。源等。为为了了预预防防计计算机故障，算机故障，还须设计还须设计后后备备装置。装置。对对于一般于一般的控制回路，的控制回路，选选用手用手动动操作器作操作器作为为后后备备；对对于重要的回路，于重要的回路，选选用常用常规规控制控制仪仪表作表作为为后后备备。这样这样，一旦，一旦计计算机出算机出现现故障，故障，就把后就把后备备装置切装置切换换到控制回路中去，以到控制回路中去，以维维持生持生产过产过程的正程的正常运行。常运行。对对于特殊的控制于特殊的控制对对象，可象，

9、可设计设计两台两台计计算机互算机互为备为备用地用地执执行控制任行控制任务务，成，成为为双机系双机系统统(xt(xtng)ng)。对对于于规规模模较较大大的系的系统统(xt(xtng)ng)，应应注意功能分散，即可采用分散控制系注意功能分散，即可采用分散控制系统统(xt(xtng)ng)或或现场总线现场总线控制系控制系统统(xt(xtng)ng)。第八页，共118页。（3 3）操作性要好操作性要好 操作性能好包括两个含操作性能好包括两个含义义，即使用方便和，即使用方便和维护维护容易。容易。首先是使用方便。系首先是使用方便。系统设计时统设计时要尽量考要尽量考虑虑用用户户的方便的方便 使用，尤其是操

10、作面板的使用，尤其是操作面板的设计设计，既要体，既要体现现操操作的先作的先进进 性，又要兼性，又要兼顾顾原有的操作原有的操作习惯习惯，控制开关不能太多、太复，控制开关不能太多、太复杂杂，尽量降低，尽量降低对对使用人使用人员专业员专业知知识识的要求，使他的要求，使他们们能在能在较较短短时间时间内熟悉和掌握操作。内熟悉和掌握操作。其次是其次是维维修容易，即一旦修容易，即一旦发发生故障，易于生故障，易于查查找和排除。在硬件方面，从零部件的排列位置，找和排除。在硬件方面，从零部件的排列位置，标标准化准化的模板的模板结结构，以及能否便于构，以及能否便于带电带电插拔等等都要通插拔等等都要通盘盘考考虑虑；从

11、；从软软件角度而言，要配置件角度而言，要配置(pizh)(pizh)查错查错程序和程序和诊诊断程序，以便在故障断程序，以便在故障发发生生时时能用程序帮助能用程序帮助查查找故障找故障发发生的部位，从而生的部位，从而缩缩短排除故障的短排除故障的时间时间。第九页，共118页。（4 4）实时性要强）实时性要强(YOQING)(YOQING)计计算算机机控控制制系系统统的的实实时时性性，表表现现在在对对内内部部和和外外部部事事件件能能及及时时地地响响应应，并并作作出出相相应应的的处处理理，不不丢丢失失信信息息，不不延延误误操操作作。计计算算机机处处理理的的事事件件一一般般分分为为两两类类。一一类类是是定

12、定时时事事件件，如如数数据据的的定定时时采采集集，运运算算控控制制等等，对对此此系系统统应应设设置置时时钟钟(shzhng)(shzhng)，保保证证定定时时处处理理；另另一一类类是是随随机机事事件件，如如事事故故报报警警等等，对对此此系系统统应应设设置置中中断断，并并根根据据故故障障的的轻轻重重缓缓急急预预先先分分配配中中断断级级别别，一旦事故一旦事故发发生，保生，保证优证优先先处处理理紧紧急故障。急故障。第十页，共118页。（5 5）通用性要好通用性要好 工工业业控制的控制的对对象千差万象千差万别别，而，而计计算机控制系算机控制系统统的研制开的研制开发发又需又需要有一定的投要有一定的投资资

13、和周期。一般来和周期。一般来说说，不可能，不可能为为一台装置或一个生一台装置或一个生产产过过程研制一台程研制一台专专用用计计算机，常常是算机，常常是设计设计或或选选用通用性好的用通用性好的计计算机控算机控制装置灵活地构成系制装置灵活地构成系统统。当。当设备设备和控制和控制对对象有所象有所变变更更时时或者再或者再设计设计另外一个控制系另外一个控制系统时统时，通用性好的系，通用性好的系统统一般稍作更改或一般稍作更改或扩扩充就可适充就可适应应。计计算机控制系算机控制系统统的通用灵活性体的通用灵活性体现现在两方面：一是硬件在两方面：一是硬件设计设计方方面，首先面，首先应应采用采用标标准准总线结总线结构

14、，配置各种通用的功能构，配置各种通用的功能(gngnng)(gngnng)模模板或功能板或功能(gngnng)(gngnng)模模块块，以便在需要，以便在需要扩扩充充时时，只要增加相，只要增加相应应板、板、块块就能就能实现实现，即便当，即便当CPUCPU升升级时级时，也只要更，也只要更换换相相应应的升的升级级芯片及少芯片及少量相关量相关电电路即可路即可实现实现系系统统升升级级的目的。其次，在系的目的。其次，在系统设计时统设计时，各，各设设计计指指标标要留有一定的余量，如要留有一定的余量，如输输入入输输出通道指出通道指标标、内存容量、内存容量、电电源源功率等。二是功率等。二是软软件方面，件方面，

15、应应采用采用标标准模准模块结块结构，尽量不构，尽量不进进行二次开行二次开发发，主要是按要求，主要是按要求选择选择各种各种软软件功能件功能(gngnng)(gngnng)模模块块，灵活地，灵活地进进行行控制系控制系统统的的组态组态。第十一页，共118页。（6 6）经济效益）经济效益(J(JN JN J XI XIO YO Y)要高要高 计计算算机机控控制制应应该该带带来来高高的的经经济济效效益益，要要有有市市场场竞竞争争意意识识。经经济济效效益益表表现现在在两两方方面面：一一是是系系统统设设计计的的性性能能价价格格比比要要尽尽可可能能的的高高，在在满满足足设设计计要要求求的的情情况况下下，尽尽量

16、量采采用用(c(ciyng)iyng)物物美美廉廉价价的的元元器器件件；二二是是投投入入产产出出比比要要尽尽可可能能的的低低，应应该该从从提提高高生生产产的的产产品品质质量量与与产产量量、降降低低能能耗耗、消消除除污污染染、改改善善劳劳动动条条件件等等方方面面进进行行综综合合评评估。估。第十二页，共118页。控制工程的实现控制工程的实现(SH(SHXIXIN)N)步骤步骤主要知识点主要知识点 简单介绍简单介绍 11.2.1 11.2.1 准备阶段准备阶段(jidun)(jidun)11.2.2 11.2.2 设计阶段设计阶段(jidun)(jidun)仿真及调试阶段仿真及调试阶段(jidun)

17、(jidun)第十三页，共118页。简单简单(JI(JINDNDN)N)介绍介绍v 作作为为一一个个计计算算机机控控制制系系统统的的工工程程项项目目，在在设设计计研研制制(ynzh)(ynzh)过过程程中中应应经经过过哪哪些些步步骤骤，这这是是需需要要认认真真考考虑虑的的。如如果果步步骤骤不不清清，或或者者每每一一步步需需要要做做什什么么不不明明确确，就就有有可可能能引引起起研研制制(ynzh)(ynzh)过过程程中中的的混混乱乱甚甚至至返返工工。计计算算机机控控制制系系统统的的研研制制(ynzh)(ynzh)过过程程一一般般可可分分为为4 4个个阶阶段段：准准备备阶阶段段、设设计计阶阶段段、

18、仿仿真真及及调试阶调试阶段和段和现场调试现场调试运行运行阶阶段。段。第十四页，共118页。11.2.1 准准备备(ZHNBI)阶阶段段在一个工程项目研制实施的开始阶段在一个工程项目研制实施的开始阶段(jidun)(jidun)，首先碰到的问题是甲方和乙方之，首先碰到的问题是甲方和乙方之间的双方合同关系。甲方是任务的委托方，间的双方合同关系。甲方是任务的委托方，乙方是任务的承接方。图乙方是任务的承接方。图14-114-1给出了系统研给出了系统研制准备阶段制准备阶段(jidun)(jidun)的流程，该流程既适合的流程，该流程既适合于甲方，也适合于乙方。于甲方，也适合于乙方。14-1 14-1 系

19、统研制准备阶段系统研制准备阶段(jidun)(jidun)流程流程第十五页，共118页。14-1 系统研制(ynzh)准备阶段流程1甲方提出任务委托书甲方提出任务委托书2乙方研究任务委托书乙方研究任务委托书3双方双方(shungfng)对委托对委托书进行确认性修改书进行确认性修改4乙方初步进行系统总体乙方初步进行系统总体方案设计方案设计5乙方进行方案可行性论乙方进行方案可行性论证证6签订合同书签订合同书第十六页，共118页。在在委委托托乙乙方方承承接接系系统统项项目目前前，甲甲方方一一定定要要提提供供正正式式的的书书面面任任务务委委托托书书，该该委委托托书书一一定定要要有有清清楚楚准准确确的的

20、系系统统技技术术性性能能指指标标，还还要要包包含含经经费费、计计划划进进度及合作方式度及合作方式(fngsh)(fngsh)等内容。等内容。1甲方提出甲方提出(t ch)任务委托书任务委托书第十七页，共118页。乙乙方方在在接接到到任任务务委委托托书书后后要要认认真真阅阅读读(yud)(yud)，并并逐逐条条进进行行研研究究。对对含含糊糊不不清清、认认识识上上有有分分歧歧和和需需补补充充或或删删节节的的地地方方要要逐逐条条标标出出，并并拟拟订订出出要要进进一步弄清的一步弄清的问题问题及修改意及修改意见见。2乙方研究乙方研究(ynji)任务委托书任务委托书第十八页，共118页。在在乙乙方方对对委

21、委托托书书进进行行了了认认真真研研究究之之后后，双双方方应应就就委委托托书书的的确确认认或或修修改改事事宜宜进进行行协协商商和和讨讨论论。经经过过确确认认或或修修改改过过的的委委托托书书中中不不应应再再有有含含义义不不清清的的词词汇汇(chu)(chu)和和条条款款，而而且且双双方方的的任任务务和和技技术术界界面必面必须须划分清楚。划分清楚。3双方双方(shungfng)对委托书进行确认性对委托书进行确认性修改修改第十九页，共118页。由由于于任任务务和和经经费费没没有有落落实实，所所以以这这时时总总体体方方案案的的设设计计只只能能是是粗粗线线条条的的。但但应应能能反反映映(f(fnyng)n

22、yng)出出三三大大关关键键问问题题：技技术术难难点点；经经费费概概算算；工工期期。乙方乙方应应多做几个不同的方案以便比多做几个不同的方案以便比较较。4乙方初步进行系统乙方初步进行系统(xtng)总体方案设计总体方案设计第二十页，共118页。方案可行性方案可行性论证论证的目的是要估的目的是要估计计承接承接该项该项任任务务的的把握性，并把握性，并为签为签合同后合同后设计阶设计阶段的段的总总体体设计设计打下基打下基础础。论证论证的主要内容是：的主要内容是：技技术术可行性；可行性；经费经费可行性；可行性；进进度度计计划可行性。特划可行性。特别别要指出，要指出，对对控制控制项项目尤其是目尤其是对对可可

23、测测性性和可控性和可控性应给应给予充分重予充分重视视。如果如果论证论证的的结结果可行，接着就果可行，接着就应应做好做好签签合同前的合同前的准准备备工作；如果不可行，工作；如果不可行，则应则应与甲方与甲方进进一步一步协协商任商任务务委委托托书书的有关内容或的有关内容或对对条款条款(tioku(tiokun)n)进进行修改。若不能行修改。若不能修改，修改，则则合同不能合同不能签订签订。5乙方进行乙方进行(jnxng)方案可行性论证方案可行性论证第二十一页，共118页。这这是准是准备阶备阶段的最后一个步段的最后一个步骤骤。合同。合同书书是是双方达成一致意双方达成一致意见见的的结结果，也是以后双方合作

24、的果，也是以后双方合作的唯一依据和凭唯一依据和凭证证。合同。合同书应书应包含如下内容：双方包含如下内容：双方的任的任务务划分和各自划分和各自应应承担的承担的责责任；合作方式；付任；合作方式；付款方式；款方式；进进度和度和计计划安排；划安排；验验收收(ynshu)(ynshu)方式及方式及条件；成果的条件；成果的归归属；属；违约违约的解决的解决办办法等。法等。合同合同书书的最后的最后签订签订，也就意味着双方，也就意味着双方认认可可的系的系统总统总体方案得以确定，可以体方案得以确定，可以进进入下一个入下一个设计设计阶阶段。段。6签订合同书签订合同书第二十二页，共118页。11.2.2 设计阶段设计

25、阶段 控控制制系系统统的的设设计计阶阶段段又又分分为为总总体体设设计计、硬硬件件(yn(yn jin)jin)设设计计、软软件件设设计计等等几几个个步步骤骤。1 1 总总体体设计设计 硬件硬件(yn(yn jin)jin)设计设计3 3 软软件件设计设计第二十三页，共118页。1总体设计总体设计 总体设计(shj)就是要了解控制对象、熟悉控制要求，确定总的技术性能指标，确定系统的构成方式及控制装置与现场设备的选择，以及控制规律算法和其它特殊功能要求。（1）确定系统任务与控制方案（2）确定系统的构成方式设计(shj)（3）选择现场设备（4）确定控制算法（5）硬、软件功能的划分（6）其它方面的考虑

26、第二十四页，共118页。在在进进行行系系统统设设计计之之前前，首首先先应应对对控控制制对对象象的的工工艺艺流流程程进进行行分分析析归归纳纳，明明确确具具体体要要求求，确确定定系系统统所所要要完完成成的的任任务务，一一般般应应同同用用户户讨讨论论并并得得到到用用户户的的认认可可。然然后后根根据据系系统统要要求求，确确定定采采用用开开环环还还是是闭闭环环控控制制；闭闭环环控控制制还还需需进进一一步步确确定定是是单单闭闭环环还还是是多多闭闭环环；进进而而还还要要确确定定出出整整个个(zhngg)(zhngg)系系统统是是采采用用DDCDDC，还还是是采采用用SCCSCC，或或者者采采用用DCSDCS

27、或或FCSFCS。（1）确定）确定(qudng)系统任务与控制方案系统任务与控制方案第二十五页，共118页。控制方案确定后，就可以控制方案确定后，就可以进进一步确定系一步确定系统统的构成方式即的构成方式即进进行控制装置机型的行控制装置机型的选择选择。目前。目前(mqin)(mqin)已已经经生生产产出出许许多用于工多用于工业业控制的控制的计计算机算机装置可供装置可供选择选择，如，如单单片机、可片机、可编编程程调节调节器、器、IPCIPC、PLCPLC和和DCSDCS、FCSFCS等。等。（2）确定系统）确定系统(xtng)的构成方式的构成方式第二十六页，共118页。在以模在以模拟拟量量为为主的

28、中小主的中小规规模的模的过过程控制程控制环环境下，一般境下，一般应优应优先先选择选择总线总线式式IPCIPC来构成系来构成系统统的方式；在以数字量的方式；在以数字量为为主的中小主的中小规规模的运模的运动动控制控制环环境下，一般境下，一般应优应优先先选择选择PLCPLC来构成系来构成系统统的方式。的方式。IPCIPC或或PLCPLC具有系列化具有系列化、模、模块块化、化、标标准化和开放式系准化和开放式系统结统结构，有利于系构，有利于系统设计统设计者在系者在系统设计统设计时时根据要求任意根据要求任意选择选择，象搭，象搭积积木般地木般地组组建系建系统统。这这种方式可提高系种方式可提高系统统研制和开研

29、制和开发发(kif)(kif)速度，提高系速度，提高系统统的技的技术术水平和性能，增加可靠性。水平和性能，增加可靠性。当系当系统规统规模模较较小、控制回路小、控制回路较较少少时时，可以考，可以考虑虑采用可采用可编编程程调节调节器器或控制或控制仪仪表；如果是小型控制装置或智能表；如果是小型控制装置或智能仪仪器器仪仪表的研制表的研制设计设计，则则可可以采用以采用单单片机系列。当系片机系列。当系统规统规模模较较大，自大，自动动化水平要求高，甚至集控化水平要求高，甚至集控制与管理制与管理为为一体的系一体的系统统可可选选用用DCSDCS、FCSFCS、高档、高档PLCPLC或其它工控网或其它工控网络络构

30、构成。成。第二十七页，共118页。主主要要包包含含传传感感器器、变变送送器器和和执执行行器器的的选选择择。随随着着控控制制技技术术的的发发展展，测测量量各各种种参参数数的的传传感感器器，如如温温度度、压压力力、流流量量、液液位位、成成分分、位位移移、重重量量、速速度度等等等等，种种类类繁繁多多，规规格格各各异异；而而执执行行器器也也有有模模拟拟量量执执行行器器、数数字字量量执执行行器器以以及及电电动动、气气动动、液液动动等等之之分分。因因此此，如如何何正正确确选选择择这这些些现现场场设设备备，确确实实不不是是一一件件简简单单的的事事情情，这这其其中中的的任任何何一一个个环环节节(hunji)(

31、hunji)都会影响系都会影响系统统的控制任的控制任务务和控制精度。和控制精度。（3）选择）选择(xunz)现场设备现场设备第二十八页，共118页。选选用什么控制算法才能使系用什么控制算法才能使系统统达到要求的控制指达到要求的控制指标标，也是系，也是系统设计统设计的关的关键问题键问题之一。控制算法的之一。控制算法的选择选择与系与系统统的数学模型有关，的数学模型有关，在系在系统统的数学模型确定后，便可推的数学模型确定后，便可推导导出相出相应应的控制算法。的控制算法。所所谓谓数学模型就是系数学模型就是系统动态统动态特性的数学表达式，它表示系特性的数学表达式，它表示系统统输输入入输输出及其内部状出及

32、其内部状态态之之间间的关系的关系(gun x)(gun x)。一般多由。一般多由实验实验方法方法测测出系出系统统的的阶跃阶跃响响应应特性曲特性曲线线，然后由曲，然后由曲线线确定出其数学模型。当系确定出其数学模型。当系统统模型确定之后，即可确定控制算法。模型确定之后，即可确定控制算法。计计算机控制系算机控制系统统的主要任的主要任务务就是按此控制算法就是按此控制算法进进行控制。因此，控制算法的正确与否，直接影行控制。因此，控制算法的正确与否，直接影响控制系响控制系统统的的调节调节品品质质。（4）确定）确定(qudng)控制算法控制算法第二十九页，共118页。由由于于控控制制对对象象多多种种多多样样

33、，相相应应控控制制模模型型也也各各异异，所所以以控控制制规规律律及及其其控控制制算算法法也也是是多多种种多多样样的的。如如一一般般简简单单的的生生产产过过程程常常采采用用P P、PIPI或或PIDPID控控制制；对对于于工工况况复复杂杂工工艺艺要要求求高高的的生生产产过过程程，一一般般的的PIDPID不不能能达达到到性性能能指指标标时时，应应采采取取其其它它控控制制规规律律如如串串级级、前前馈馈、自自适适应应等等；对对于于快快速速随随动动系系统统，可可选选用用最最少少拍拍控控制制；对对具具有有纯纯滞滞后后的的控控制制对对象象，可可选选用用纯纯滞滞后后补补偿偿或或大大林林控控制制；对对具具有有时

34、时变变、非非线线性性特特性性的的控控制制对对象象以以及及难难以以建建立立数数学学模模型型的的控控制制对对象象，可可选选用用模模糊糊控控制制；另另外外，还还有有随随机机(su(su j)j)控控制制、智智能能控控制等其它控制算法。制等其它控制算法。第三十页，共118页。在在计计算算机机控控制制(kngzh)(kngzh)系系统统中中，一一些些控控制制(kngzh)(kngzh)功功能能既既能能由由硬硬件件实实现现，亦亦能能用用软软件件实实现现。故故系系统统设设计计时时，硬硬、软软件件功功能能的的划划分分要要综综合合考考虑虑。用用硬硬件件来来实实现现一一些些功功能能的的好好处处是是可可以以加加快快

35、处处理理速速度度，减减轻轻主主机机的的负负担担，但但要要增增加加部部件件成成本本；而而软软件件实实现现正正好好相相反反，可可以以降降低低成成本本，增增加加灵灵活活性性，但但要要占占用用主主机机更更多多的的时时间间。一一般般的的考考虑虑原原则则是是视视控控制制(kngzh)(kngzh)系系统统的的应应用用环环境境与与今今后后的的生生产产数数量量而而定定。对对于于今今后后能能批批量量生生产产的的系系统统，为为了了减减低低成成本本，提提高高产产品品竞竞争争力力，在在满满足足指指标标功功能能的的前前提提下下，应应尽尽量量减减少少硬硬件件器器件件，多多用用软软件件来来完完成成相相应应的的功功能能。如如

36、果果软软件件实实现现很很困困难难，而而用用硬硬件件实实现现却却比比较较简简单单，且且系系统统的的批量又不大的批量又不大的话话，则则用硬件用硬件实现实现功能比功能比较较妥当。妥当。（5）硬、软件）硬、软件(run jin)功能的划分功能的划分第三十一页，共118页。还应还应考考虑虑人机界面、系人机界面、系统统(xt(xtng)ng)的机柜或的机柜或机箱的机箱的结结构构设计设计、抗干、抗干扰扰等方面的等方面的问题问题。最后初。最后初步估算一下成本，做出工程概算。步估算一下成本，做出工程概算。对对所提出的所提出的总总体体设计设计方案要方案要进进行合理性、行合理性、经济经济性、可靠性以及可行性性、可靠

37、性以及可行性论证论证。论证论证通通过过后，后，便可形成作便可形成作为为系系统统(xt(xtng)ng)设计设计依据的系依据的系统统(xt(xtng)ng)总总体方案体方案图图和系和系统统(xt(xtng)ng)设计设计任任务书务书，以指以指导导具体的系具体的系统统(xt(xtng)ng)设计过设计过程。程。（6）其它）其它(qt)方面的考虑方面的考虑第三十二页，共118页。2.硬件硬件(YN JIN)设计设计 对对于于通通用用控控制制系系统统，可可以以首首选选现现成成(xinchng)(xinchng)的的总总线线式式IPCIPC系系统统或或者者PLCPLC装装置置，以以加加快快设设计计研研制

38、制进进程程，使使系系统统硬硬件件设设计计的的工工作作量量减减到到最最小小。例例如如STDSTD总总线线、PCPC总总线线IPCIPC有有数数十十种种国国内内外外的的品品牌牌，PLCPLC也也有有十十几几种种品品牌牌几几十十种种系系列列可可供供选选择择。这这些些符符合合工工业业化化标标准准的的控控制制装装置置的的模模板板、模模块块产产品品都都经经过过严严格格测测试试，并并可可提提供供各各种种软软硬硬件件接接口口，包包括括相相应应的的驱驱动动程程序序等等。这这些些模模板板模模块块产产品品只只要要总总线线标标准准一一致致，买买回回后后插插入入相相应应空空槽槽即即可可运运行行，构构成成系系统统极极为为

39、方方便便。所所以以。除除非非无无法法买买到到满满足自己要求的足自己要求的产产品，否品，否则绝则绝不要随意决定自行研制。不要随意决定自行研制。第三十三页，共118页。无论是选用现成无论是选用现成(XI(XINCHNCHNG)NG)的的IPCIPC，还是采用，还是采用PLCPLC装置，设计者都要根据系统要求选择合适的模板或装置，设计者都要根据系统要求选择合适的模板或模块。选择内容一般包括：模块。选择内容一般包括：（1 1）根根据据控控制制任任务务的的复复杂杂程程度度、控控制制精精度度以以及及实实时时性性要要求求等等选选择择主主机机(zhj)(zhj)板板（包包括括总总线线类类型型、主主机机(zhj

40、)(zhj)机型等）；机型等）；（2 2）根根据据AIAI、AOAO点点数数、分分辨辨率率和和精精度度，以以及及采采集集速速度度等等选选A AD D、D DA A板板（包包括括通通道道数数量量、信信号号类别、量程范围等）；类别、量程范围等）；第三十四页，共118页。（3 3）根据）根据DIDI、DODO点数和其它要求，选择开关量输入输点数和其它要求，选择开关量输入输出板（包括通道数量、信号类别、交直流和功率大小等）；出板（包括通道数量、信号类别、交直流和功率大小等）；（4 4）根据人机联系方式选择相应的接口板或显示操作面）根据人机联系方式选择相应的接口板或显示操作面板（包括参数设定、状态显示、

41、手动自动切换和异常报板（包括参数设定、状态显示、手动自动切换和异常报警等）；警等）；（5 5）根据需要选择各种外设接口、通信板块等；）根据需要选择各种外设接口、通信板块等；（6 6）根据工艺流程选择测量装置（包括被测参数种类、）根据工艺流程选择测量装置（包括被测参数种类、量程量程(lingchng)(lingchng)大小、信号类别、型号规格等）；大小、信号类别、型号规格等）；（7 7）根据工艺流程选择执行装置（包括能源类型、信号）根据工艺流程选择执行装置（包括能源类型、信号类别、型号规格等）。类别、型号规格等）。第三十五页，共118页。采采用用通通用用控控制制(kngzh)(kngzh)装装

42、置置构构成成系系统统的的优优点点是是：系系统统配配置置灵灵活活，规规模模可可大大可可小小，扩扩充充方方便便，维维修修简简单单，由由于于无无须须进进行行硬硬件件线线路路设设计计，因因而而对对设设计计人人员员的的硬硬件件技技术术水水平平要要求求不不高高。一一般般IPCIPC都都配配有有系系统统软软件件，有有的的还还配配有有各各种种控控制制(kngzh)(kngzh)软软件件包包；而而有有的的IPCIPC只只提提供供硬硬件件设设计计上上的的方方便便，而而应应用用软软件件需需自自行行开开发发，或或者者系系统统设设计计者者愿愿意意自自己己开开发发研研制制全全部部应应用用软软件。以件。以获获取取这这部分部

43、分较较高的商高的商业业利利润润。第三十六页，共118页。专专用用控控制制系系统统是是指指应应用用领领域域比比较较专专一一，或或者者是是为为某某项项应应用用而而专专门门设设计计、开开发发的的计计算算机机控控制制系系统统，如如数数控控机机床床控控制制设设备备、彩彩色色印印刷刷控控制制设设备备、电电子子称称重重仪仪及及其其它它智智能能数数字字测测控控设设备备等等专专用用的的智智能能化化仪仪器器仪仪表表及及小小型型控控制制系系统统。另另外外，带带有有智智能能控控制制功功能能的的家家电电产产品品也也属属这这类类系系统统。这这些些系系统统偏偏重重于于某某几几项项特特定定(tdng)(tdng)的的功功能能

44、，系系统统的的软软硬硬件件比比较较简简单单和和紧紧凑凑，常常用用于于批批量量的的定定型型产产品品中中。硬硬件件完完全全按按系系统统的的要要求求进进行行配配置置，软软件件多多采采用用固固化化的的专专用用芯芯片片和和相相应应器器件件，一一般般可可采采用用单单片片机机系系统统或或专专用用的的控控制制芯芯片片来来实实现现，开开发发完完成成后后一一般般不不作作较较大大的的更更动动。这这种种方方法法的的优优点点是是系系统统针针对对性性强强、价价格格便便宜宜，缺缺点点是是设设计计制制造造周周期期长长，设设计计人人员员应应具具备备较较深深的的计计算算机机知知识识，系系统统的的全全部硬件、部硬件、软软件均需自行

45、开件均需自行开发发研制。研制。第三十七页，共118页。3软件设计软件设计 用用IPCIPC或或PLCPLC来来组组建建计计算算机机控控制制系系统统不不仅仅能能减减小小系系统统硬硬件件设设计计工工作作量量，而而且且还还能能减减小小系系统统软软件件设设计计工工作作量量。一一般般(ybn)(ybn)它它们们都都配配有有实实时时操操作作系系统统或或实实时时监监控控程程序序以以及及各各种种控控制制、运运算算软软件件和和组组态态软软件件等等，可可使使系系统统设设计计者者在在最最短短的的周期内，开周期内，开发发出出应应用用软软件。件。第三十八页，共118页。如果从如果从选择单选择单片机入手来研制控制系片机入

46、手来研制控制系统统，那系，那系统统的全部的全部硬件、硬件、软软件均需自行开件均需自行开发发研制。自行开研制。自行开发发控制控制软软件件时时，应应先画出程序先画出程序总总体流程体流程图图和各功能模和各功能模块块流程流程图图，再，再选择选择程序程序设计语设计语言，然后言，然后编编制程序。程序制程序。程序编编制制应应先模先模块块后整体。后整体。软软件件设计应设计应考考虑虑(k(kol ol)以下几个方面。以下几个方面。（1 1）编编程程语语言的言的选择选择 根据机型不同和控制工况不同，可以根据机型不同和控制工况不同，可以选择选择不同的不同的编编程程设设计语计语言。目前常用的言。目前常用的语语言有言有

47、汇编语汇编语言、高言、高级语级语言、言、组态语组态语言等。言等。第三十九页，共118页。汇编语汇编语言是使用言是使用(sh(shyng)yng)助助记记符代替二符代替二进进制指令制指令码码的面的面向机器的向机器的语语言。用言。用汇编语汇编语言言编编出的程序出的程序质质量量较较高，且易高，且易读读、易易记记、易、易检查检查和修改，但不同的机器有不同的和修改，但不同的机器有不同的汇编语汇编语言，言，如如MCS51MCS51单单片机片机汇编语汇编语言、言、8086CPU8086CPU汇编语汇编语言等。言等。编编程者程者必必须须先熟悉先熟悉这这种机器的种机器的汇编语汇编语言才能言才能编编程，程，这这就

48、要求就要求编编程程者要有者要有较较深的深的计计算机算机软软件和硬件知件和硬件知识识以及一定程度的程序以及一定程度的程序设计设计技能与技能与经验经验。高高级语级语言更接近英言更接近英语语自然自然语语言和数学表达式，程序言和数学表达式，程序设计设计人人员员只要掌握只要掌握该该种种语语言的特点和使用言的特点和使用(sh(shyng)yng)方法，而不必方法，而不必了解机器的指令系了解机器的指令系统统就可以就可以编编程程设计设计。因而它具有通用性。因而它具有通用性好、功能好、功能强强、更易于、更易于编编写等特点，是近年来写等特点，是近年来发发展很快的一展很快的一种种编编程方式。目前，程方式。目前，AT

49、89AT89、5151系列系列单单片机常用的高片机常用的高级语级语言言有有C-51C-51、PLPLM-51M-51以及以及MBASIC-51MBASIC-51等。等。第四十页，共118页。高高级语级语言在言在编编写控制算法和写控制算法和图图形形显显示方面具有独特的示方面具有独特的优优点，点，而而汇编语汇编语言言编编写的程序比用高写的程序比用高级语级语言言编编写的程序写的程序执执行速度快、占行速度快、占用内存少。所以，一种用内存少。所以，一种较较好的模式是混合使用两种好的模式是混合使用两种语语言，用言，用汇编汇编语语言言编编写中断管理、写中断管理、输输入入输输出等出等实时实时性性强强的程序，而

50、用高的程序，而用高级语级语言言编编写写计计算、算、图图形形显显示、打印等运算管理程序。示、打印等运算管理程序。组态语组态语言是一种言是一种针对针对控制系控制系统统而而设计设计的面向的面向问题问题(wnt)(wnt)的高的高级语级语言，它言，它为为用用户户提供了众多的功能模提供了众多的功能模块块。比如，控制算法模。比如，控制算法模块块（如（如PIDPID），运算模），运算模块块（四（四则则运算、开方、最大运算、开方、最大值值/最小最小值选择值选择、一一阶惯阶惯性、超前滞后、工程量性、超前滞后、工程量变换变换、上下限、上下限报报警等数十种），警等数十种），计计数数/计时计时模模块块，逻辑逻辑运算模