第八章计算机控制系统设计与实现.pptVIP

8.5 计算机控制系统应用实例 电阻炉炉温的控制，根据工艺的要求不同而有所变化，但大体上可归纳为以下几个过程： (1)自由升温段，即根据电阻炉自身约条件对升温速度没有控制的自然升温过程。 (2)恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率进行。 (3)保温段，即要求在这一过程中炉温基本保持不变。 (4)慢速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率进行。 (5)自由降温段。 第29页，共46页，编辑于2022年，星期一 1．工艺要求 要求电阻炉炉内的温度，应按图8.6所示的规律变化； 从室温t0开始到a点为自由升温段，当温度一旦到达a点(即Ta点)，就进入系统调节。从b点到c点为保温段，要始终在系统控制之下，以保证所需的炉内温度的精度。加工结束，即由c到d点为自然降温段。保温段的时间为50～100分钟。炉温变化曲线对各项品质指标的要求如下： a b c d Ta 图8.6 炉温控制要求 T0 ℃ 0 t0 t1 t2 t3 t 第30页，共46页，编辑于2022年，星期一 过渡过程时间：即从升温开始到进入保温段的时间t1≤100分钟 超调量：即升温过程的温度最大值(TM)与保温值(T0)之差与保温值之比； 静态误差：即当温度进入保温段后的实际温度值(T)与保温值(T0)之差与保温值之比。 温度保温值的变化范围：50～100℃。设保温值为100℃。 第31页，共46页，编辑于2022年，星期一 2．系统的组成和基本工作原理 本电阻炉炉温自动控制系统方块图如图8.7所示。 计算机 D/A 变送器1 可控硅 电阻炉 检测 元件 A/D 变送器2 图8.7 电阻炉炉温自动控制系统 第32页，共46页，编辑于2022年，星期一 控制过程：计算机定时(即采样周期)对炉温进行测量和控制一次，炉内温度是由一铂电阻温度计来进行测量，其信号经放大送到模数转换芯片换算成相应的数字量后，再送入计算机中进行判别和运算，得到应有的电功率数(增量值)，经过数模转换芯片转换成模拟量信号，供给可控硅功率调节器进行调节，使其达到炉温变化曲线的要求。 第33页，共46页，编辑于2022年，星期一 第八章计算机控制系统设计与实现 第1页，共46页，编辑于2022年，星期一 对于不同的控制对象，系统设计具体要求是不同的，但设计的基本要求是大体相同的。具体表现在： 1．系统应具有优良的操作性能 操作性能好，包括两个含义，即使用方便和维修容易。硬件和软件设计时都要考虑这个问题。在配置软件时，就应考虑配置什么样的软件才能降低对操作人员专业知识的要求。硬件方面，零部件的配置应便于操作人员维修。 8.1 计算机控制系统设计原则 第2页，共46页，编辑于2022年，星期一 2．通用性好、便于扩充 一个计算机控制系统，一般可以控制多个设备和不同的过程参数，但各个设备和控制对象的要求是不同的，而且控制设备还有更新，控制对象还有增减。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，使系统不必大改动就能很快适应新的情况。这就要求系统的通用性要好，能灵活地进行扩充。 第3页，共46页，编辑于2022年，星期一 3．可靠性高 可靠性高是计算机控制系统设计最重要的一个基本要求。一旦系统出现故障将造成整个生产过程的混乱，引起严重后果。因此在计算机控制系统设计时，通常应考虑后援手段，如配备常规控制装置或手动控制装置作后备。通常可直接采用多台计算机组成热备份（备份机与控制机同时工作但不介入控制，一旦主控制机有故障就切换到备份机上）或冷备份（备份机处于待工作状态，一旦主控机有故障就启动备份机投入工作）等工作方式来提高系统的可靠性。 第4页，共46页，编辑于2022年，星期一 4．实时性好 工业控制机的实时性，表现在对内部和外部的事件能及时地响应，并做出相应的处理，不丢失信息、不延误操作。 5．设计周期要短，价格要便宜 计算机应用技术发展迅速，各种新技术和产品不断出现，在满足精度、速度和其它性能要求的前提下，应缩短设计周期和尽可能采用价格低的元器件，以降低整个控制系统的费用。 第5页，共46页，编辑于2022年，星期一 8.2 计算机控制系统设计步骤 1．研究被控对象、确定控制任务 2．确定系统整体方案 (1)确定系统的性质和结构 (2)确定执行机构方案 (3)控制系统总体“黑箱”设计 (4)控制系统层次以及硬件、软件功能划分 在总体方案设计完成后，形成了系统组成的粗线条框图结构、硬件与软件划分等文件，供详细设计使用。以此作为进一步设计的依据。 第6页，共46页，编辑于2022年，星期一 3．建立数学模型，确定控制算法 4．硬件的设计 (1)确定过程的输入、输出通道及其处理方式 (