【正文】 ? 本章在討論計算機控制系統(tǒng)設計的一般原則和工程的實現(xiàn)步驟之后，分別介紹了針對不同控制對象的四種典型控制裝置的工程應用實例，意在說明不同的控制對象總會有一種較優(yōu)的控制裝置以及如何融合硬、軟件技術。將這些組態(tài)圖編譯后下裝到控制模件后，控制模件就可以執(zhí)行組態(tài)時指定的功能。 DCS從單一功能向多功能、一體化方向發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)了包括數(shù)據(jù)采集（ DAS）、模擬量控制（ MCS）、開關量控制（ SCS）、汽輪機控制（ DEH）、旁路控制（ BPS）、電氣控制（ ECS）等多項功能，在減輕運行維護人員的勞動強度、提高火電廠的綜合自動化水平、改善火電機組運行安全經(jīng)濟性等多方面發(fā)揮了極為重要的作用。? 整個系統(tǒng)需要開關量輸入 40點與開關量輸出 32點。 中水回用 PLC控制系統(tǒng)? 在以數(shù)字量為主的中小規(guī)模控制環(huán)境下，一般應首選 PLC裝置，下面介紹一個用西門子 PLC監(jiān)控中水處理流程的工程實例。? 圖 147 中斷服務子程序由于該控制系統(tǒng)小、比較簡單，功能畫面要求也不復雜，因而軟件部分全部采用匯編語言編制。選用北京工業(yè)大學電子工廠的 IPC產(chǎn)品，共由10塊功能模板及外設組成， 如圖 145所示。開始、 =00？啟動水泵 ←1設置堆棧指針、 =10？、 =11？停止水泵 ←0故障報警 ←1 循環(huán)水裝置 IPC系統(tǒng)? 在以模擬量為主的中小規(guī)?？刂茥l件下，應優(yōu)先選擇 IPC控制裝置，下面介紹用一臺 STD總線 IPC控制循環(huán)水動態(tài)模擬試驗裝置的實例。 要真正成功地完成一個工程項目，除了要講究科學的設計方法外，還要借助于豐富的實踐經(jīng)驗。此前應制定一系列調試計劃、實施方案、安全措施、分工合作細則等。? 3．系統(tǒng)仿真? 在硬件和軟件分別調試后，必須再進行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調，即所謂的系統(tǒng)仿真，也稱為模擬調試。? 利用開關量輸入和輸出程序來檢查開關量輸入（ DI）和開關量輸出（ DO）模板。另外，事故報警、掉電保護等一些重要事件的處理也常常使用中斷技術，以使計算機能對事件做出及時處理。 ROM資源用來存放程序和表格， I/O地址、定時器 /計數(shù)器、中斷源在任務分析時已經(jīng)分配好了。? 高級語言在編寫控制算法和圖形顯示方面具有獨特的優(yōu)點，而匯編語言編寫的程序比用高級語言編寫的程序執(zhí)行速度快、占用內存少。硬件完全按系統(tǒng)的要求進行配置，軟件多采用固化的專用芯片和相應器件，一般可采用單片機系統(tǒng)或專用的控制芯片來實現(xiàn)，開發(fā)完成后一般不作較大的更動。? 對所提出的總體設計方案要進行合理性、經(jīng)濟性、可靠性以及可行性論證?？刂扑惴ǖ倪x擇與系統(tǒng)的數(shù)學模型有關，在系統(tǒng)的數(shù)學模型確定后，便可推導出相應的控制算法。? 合同書的最后簽訂，也就意味著雙方認可的系統(tǒng)總體方案得以確定，可以進入下一個設計階段。141 系統(tǒng)研制準備階段流程141 系統(tǒng)研制準備階段流程1．甲方提出任務委托書2．乙方研究任務委托書3．雙方對委托書進行確認性修改4．乙方初步進行系統(tǒng)總體方案設計5．乙方進行方案可行性論證6．簽訂合同書 在委托乙方承接系統(tǒng)項目前，甲方一定要提供正式的書面任務委托書，該委托書一定要有清楚準確的系統(tǒng)技術性能指標，還要包含經(jīng)費、計劃進度及合作方式等內容。計算機處理的事件一般分為兩類。? 系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力。? 2．初步掌握計算機控制系統(tǒng)的設計步驟。（ 2） 可靠性要高? 對工業(yè)控制的計算機系統(tǒng)最基本的要求是可靠性高。? 其次是維修容易，即一旦發(fā)生故障，易于查找和排除。 準備階段在一個工程項目研制實施的開始階段，首先碰到的問題是甲方和乙方之間的雙方合同關系。 5．乙方進行方案可行性論證? 這是準備階段的最后一個步驟。隨著控制技術的發(fā)展，測量各種參數(shù)的傳感器，如溫度、壓力、流量、液位、成分、位移、重量、速度等等，種類繁多，規(guī)格各異；而執(zhí)行器也有模擬量執(zhí)行器、數(shù)字量執(zhí)行器以及電動、氣動、液動等之分。如果軟件實現(xiàn)很困難，而用硬件實現(xiàn)卻比較簡單，且系統(tǒng)的批量又不大的話，則用硬件實現(xiàn)功能比較妥當。 專用控制系統(tǒng)是指應用領域比較專一，或者是為某項應用而專門設計、開發(fā)的計算機控制系統(tǒng)，如數(shù)控機床控制設備、彩色印刷控制設備、電子稱重儀及其它智能數(shù)字測控設備等專用的智能化儀器儀表及小型控制系統(tǒng)。? 高級語言更接近英語自然語言和數(shù)學表達式，程序設計人員只要掌握該種語言的特點和使用方法，而不必了解機器的指令系統(tǒng)就可以編程設計。具體說來，就是按順序結構、鏈形結構還是樹形結構來存放數(shù)據(jù)。時鐘有絕對時鐘和相對時鐘兩種。比如主機板（ CPU板）上 RAM區(qū)的讀寫功能、 ROM區(qū)的讀出功能、復位電路、時鐘電路等的正確性。整體調試的方法是自底向上逐步擴大，首先按分支將模塊組合起來，以形成模塊子集，調試完各模塊子集，再將部分模塊子集連接起來進行局部調試，最后進行全局調試。 現(xiàn)場調試運行階段? 系統(tǒng)離線仿真和調試后便可將控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進行在線現(xiàn)場調試和運行，最后經(jīng)過簽字驗收，才標志著工程項目的最終完成。驗收是系統(tǒng)項目最終完成的標志，應由甲方主持、乙方參加，雙方協(xié)同辦理。? (3) 控制報警部分：由 平，經(jīng)反相器使光耦隔離器導通，繼電器線圈 KM得電，常開觸點 KA閉合，啟動水泵運轉；當 ，經(jīng)反相器使光耦隔離器截止，繼電器線圈 J失電，常開觸點斷開，則使水泵停轉。? ⑥ 其他功能指標? 所有參數(shù)的采樣、計算、控制周期均為 ，刷新顯示周期為 2S，試驗數(shù)據(jù)記錄時間間隔按工藝要求而定，數(shù)據(jù)保存時間為 10年，系統(tǒng)內部設有軟件硬件自診斷、自恢復功能，具有永不 “ 死機 ” 的高度可靠性。? 該應用軟件主要完成兩方面的任務：? （ 1） 8路溫度、兩路流量的采集與處理，入口溫度與流量的控制，定時存儲實驗數(shù)據(jù)；? （ 2）允許操作者查看、打印各種數(shù)據(jù)，設定、標定各個參數(shù)。通過對這 6個菜單的選擇操作，便可實現(xiàn)本計算機系統(tǒng)的所有功能。 ? 2．硬件設計? （ 1） PLC 系統(tǒng)配置? 根據(jù)工藝流程與控制要求，要完成 14臺被控設備的啟動、停止按鈕操作，運行、停止、故障狀態(tài)的燈指示以及 4種控制方式，如果采用常規(guī)的控制模式， 1臺設備約需 5~6個啟、停按鈕及狀態(tài)指示燈等器件，整個控制盤面上大約需要 90余個按鈕與指示燈。? 本設計完成了所有的工藝要求，實現(xiàn)了手動控制、半自動控制、分組自動控制和全自動控制等四種控制方式，而且硬件器件少，控制盤面簡潔，操作簡單靈活，中文界面友好?？刂颇＜泄袒?200余種算法模塊，用戶通過組態(tài)的方式生成自己的控制回路。圖 1416為針對本例所作的一個簡單的主汽溫系統(tǒng)顯示操作畫面。 ? 2．在做計算機控制系統(tǒng)總體設計方案時， 要考慮哪些問題？? 3．分析說明圖 142單片機控制水槽水位電路中各元器件的功能，并解釋說明表 142所列出的水位操作控制碼。其中APID（即功能碼 FC156）為改進的 PID控制算法，是一種具有相當完善功能的數(shù)字 PID算法，具有完善的跟蹤、抗積分飽和、高低限幅、前饋輸入等功能； M/A（即功能碼 FC80）為控制接口站，提供與數(shù)字量控制站、操作員接口單元、管理命令系統(tǒng)和計算機接口單元等裝置之間的接口，它可以實現(xiàn)基本、串級和比率設定點控制以及手動 /自動站轉換。為了克服主汽溫度被控對象的滯后慣性大的影響，增強系統(tǒng)抗干擾能力，大型單元機組的主汽溫度控制一般采用二級噴水減溫的調溫方式（一級減溫相當于粗調，二級減溫相當于細調），同時又分為甲乙兩側進行分別控制，這樣共有四個結構類似的控制回路。 ? （ 2） PLC輸入輸出接線圖? PLC輸入輸出接線如 圖 149所示，輸入按鈕 1～ 24AN分別對應于 PLC ~~ 24個開關量輸入點； 4個水位計的 16個水位電極點分別對應 ~ 16個開關量輸入點； PLC輸出點 ~，~ 14臺輸出設備；輸出點 ~ 8臺被控設備與 10種控制方式的狀態(tài)指示燈，共計 32個開關量輸出點；另外 6臺被控設備的運行指示燈由相應的中間繼電器觸點驅動。? （ 1）工藝流程? 中水處理主要工藝流程如 圖 148所示。? 在每一個畫面處理過程中，能夠查看其他畫面，同時完成本畫面應完成的一些功能。? 其中的（ 6）溫度檢測板，是一個由單片機構成的智能型溫度接口板，該板本身能夠完成 8路溫度的檢測，濾波處理，鉑電阻線性化處理。圖圖 144 循環(huán)水動態(tài)模擬試驗裝置控制流程圖循環(huán)水動態(tài)模擬試驗裝置控制流程圖? （ 2）控制要求? 通常情形是用戶配置兩套這樣的模擬裝置同時運行，因而計算機系統(tǒng)應同時面向兩臺模擬裝置，集檢測、控制與管理于一體，主要完成如下功能：? ① 10點參數(shù)檢測功能? 入口水溫、出口水溫、蒸汽溫度、冷卻塔底溫度，共 8路溫度，量程為 0～ 100℃ ，檢測精度為 0． 2級。 主要內容 水槽水位單片機控制系統(tǒng) 循環(huán)水裝置 IPC系統(tǒng) 中水回用 PLC控制系統(tǒng) 火電廠 DCS控制系統(tǒng) 水槽水位單片機控制系統(tǒng)? 對于小型測控系統(tǒng)或者某些專用的智能化儀器儀表，一般可采用以單片機為核心、配以接口電路和外圍設備、再編制應用程序的模式來實現(xiàn)。? 2．各種電氣接線和測量導管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。? 系統(tǒng)仿真盡量采用全物理或半物理仿真。? 如是 DCS等通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，還要調試通信功能，驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。（ 5）程序設計的方法 應用程序的設計方法可采用模塊化程序設計和自頂向下程序設計等方法。（ 4）控制軟件的設計 計算機控制系統(tǒng)的實時控制應用程序一般包括以下幾部分。比如，控制算法模塊（如 PID），運算模塊（四則運算、開方、最大值 /最小值選擇、一階慣性、超前滯后、工程量變換、上下限報警等數(shù)十種），計數(shù) /計時模塊，邏輯運算模塊，輸入模塊，輸出模塊，打印模塊， CRT顯示模塊等。一般它們都配有實時操作系統(tǒng)或實時監(jiān)控程序以及各種控制、運算軟件和組態(tài)軟件等，可使系統(tǒng)設計者在最短的周期內，開發(fā)出應用軟件。例如 STD總線、 PC總線 IPC有數(shù)十種國內外的品牌， PLC也有十幾種品牌幾十種系列可供選擇。當系統(tǒng)模型確定之后，即可確定控制算法。 （ 1） 確定系統(tǒng)任務與控制方案（ 2） 確定系統(tǒng)的構成方式設計（ 3） 選擇現(xiàn)場設備（ 4） 確定控制算法（ 5） 硬、軟件功能的劃分（ 6） 其它方面的考慮? 在進行系統(tǒng)設計之前，首先應對控制對象的工藝流程進行分析歸納，明