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1、第七章直接數(shù)字控制系統(tǒng)設計第一節(jié)系統(tǒng)設計原則與步驟一般來說，設計計算機控制系統(tǒng)時都需要遵循可靠性高、操作性好、實時性強、通用性好、經濟效益高基本原則。1．可靠性高首先要選用高性能、高可靠性的工業(yè)控制計算機，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，仍能正常運行。其次是設計可靠的控制方案，并具有各種安全保護措施，比如報警、事故預測、事故處理、不間斷電源等。同時，為了保證計算機控制系統(tǒng)安全可靠，通常要設計后備裝置，對于一般的控制回路，選用手動操作為后備。對于較重要的控制場合，常采用雙機系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的核心控制器。一、計算
2、機控制系統(tǒng)的設計原則一般的方式有：(1)備份工作方式。即一臺投入運行，另一臺作為系統(tǒng)的備份機。當投入運行的微機出現(xiàn)故障時，由專用切換裝置(過程控制)將備份機自動投入運行，接替出故障的主機，使系統(tǒng)照常運行；出現(xiàn)故障的微機修復后，則作為備份機使用。(2)主從工作方式。即兩臺微機同時投入運行。一臺擔任主要工作，另一臺擔任從屬工作。當擔任主要工作的主機發(fā)生故障時，由擔任從屬工作的從屬機接替主機的工作，保證系統(tǒng)的繼續(xù)運行。(3)雙工工作方式。在這種系統(tǒng)中，兩臺主機同時投入系統(tǒng)運行，在任何一個時刻，都同步執(zhí)行同一
3、個任務，并將結果送到一個專門的裝置進行核對。如兩臺機器輸出結果相符，說明兩臺主機都屬正常，允許將結果輸出到被控對象或設備；如核對結果有異，就封鎖輸出，通知兩臺主機對上一處理結果重復運行，然后再次核對。如經幾次核對操作后結果仍不相符，則說明其中一臺發(fā)生故障。這時，需調用診斷程序確定故障所在的機器位置，并將診斷出有故障的主機從系統(tǒng)中切換下來，讓另一臺主機繼續(xù)執(zhí)行控制任務。(4)分布式控制方案。即分級分布式控制方式。其實質是智能控制單元分別控制各被控對象，由上一級計算機進行監(jiān)視和管理。當某一臺智能控制單元出
4、現(xiàn)故障時，其影響僅限于出故障單元所涉及的局部范圍內，而它的控制任務可由上位機來承擔；如上位機也出現(xiàn)故障，則各智能控制單元仍可維持對各被控對象的控制，所以大大提高了整個系統(tǒng)的可靠性。2．操作性好操作性包括使用方便和維修容易兩個含義。操作方便表現(xiàn)在操作簡單、直觀形象、便于掌握，并不強求操作人員要掌握計算機知識才能操作。既要體現(xiàn)操作的先進性，又要兼顧原有的操作習慣。例如，操作人員已習慣了常規(guī)控制儀表的面板操作，而在CRT畫面上就可以設計成回路操作顯示畫面。維修方便體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。采用標準的
5、功能模板式結構，便于更換故障模板。并在功能模板上安裝工作狀態(tài)指示燈和監(jiān)測點，便于維修人員檢查。另外配置診斷程序，用來查找故障。3．實時性強工業(yè)控制計算機機的實時性，表現(xiàn)在對內部和外部事件能及時地響應，并做出相應的處理，不丟失信息，不延誤操作。計算機處理的事件一般分為兩類：一類是定時事件，如數(shù)據(jù)的定時采集，運算控制等；另一類是隨機事件，如事故、報警等。對于定時事件，系統(tǒng)設置時鐘，保證定時處理。對于隨機事件，系統(tǒng)設置中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急，預先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生，保證優(yōu)先處理緊急故障。4．通用
6、性好計算機控制的對象千變萬化，一個工業(yè)控制系統(tǒng)一般可同時控制多臺設備或控制對象。系統(tǒng)設計時應考慮能適應不同的設備和不同的控制對象。當設備或控制對象有所變更時，通用性好的系統(tǒng)一般稍作更改就可適應，并采用積木式結構，按照控制要求靈活構成系統(tǒng)，并能靈活地進行擴充。其次，系統(tǒng)設計時，各設計指標要留有一定的余量，如輸入輸出通道、內存容量、電源功率等均事先留有一定的余量，則為日后系統(tǒng)的擴充創(chuàng)造了有利的條件。工業(yè)控制計算機的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：一是硬件模板設計采用標準總線結構(如PC總線)，配置各種通用的功能模
7、板，以便在擴充功能時，只需增加功能模板就能實現(xiàn)；二是軟件模塊或控制算法采用標準模塊結構，用戶使用時不需要二次開發(fā)，只需按要求選擇各種功能模塊，靈活地進行控制系統(tǒng)組態(tài)。5.經濟效益高計算機控制應該帶來高的經濟效益，系統(tǒng)設計時要考慮性能價格比，要有市場競爭意識。經濟效益表現(xiàn)在兩個方面：一是系統(tǒng)設計的性能價格比要盡可能的高；二是投入產出比要盡可能的低。由于計算機應用技術發(fā)展迅速，新老產品更迭速度很快，硬件價格一直呈周期性下降趨勢，因此在滿足精度、速度和其它性能要求的前提下，應盡量縮短設計周期，以降低整個系統(tǒng)
8、的開發(fā)費用。其它如精度、速度、體積、監(jiān)控手段、外部配套設備等隨不同應用系統(tǒng)會有不同的要求，具體設計時需要綜合平衡各種因素進行綜合考慮。二計算機控制系統(tǒng)的設計步驟系統(tǒng)工程項目的研制可分為四個階段：項目的可行性論證階段（工程項目與控制任務的確定階段）；項目的工程設計階段；離線仿真和調試階段；在線調試和運行驗收階段。1．項目可行性論證項目可行性論證流程如圖所示，可行性論證主要包括：技術可行性、經費可行性、進度可行性等內容，并形成可行性論證報告。特別要指出，對項
