第十章实施技术.ppt

1、2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,1,第十章计算机控制系统的设计与实施,Designing & Implementation of Computer Control Systems,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,2,本章主要内容,过程计算机控制系统设计原则和步骤 过程计算机控制系统的设计与实施 计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术 过程计算机控制系统的应用实例,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,3,第一节 Unit 1,计算机控制系统设计原则和步骤 Designing Principles & Steps of Compute

2、r Control System,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,4,本节主要内容,过程计算机控制系统设计原则 设计与实施过程计算机控制系统的步骤,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,5,10-1-1 计算机控制系统设计原则,安全可靠 操作、维护与维修方便 实时性强 通用性好 经济效益高,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,6,10-1-2 设计与实施计算机控制系统的步骤,确定任务 工程项目的设计 离线仿真和调试 在线调试和投运,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,7,第二节 Unit 2,计算机控制系统的设计

3、与实施 Design and Implementation of Computer Control System,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,8,本节主要内容,计算机控制系统的总体方案设计 硬件的工程设计与实现 软件的工程设计与实现 控制系统的调试与实现,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,9,10-2-1 计算机控制系统总体方案设计,硬件总体方案设计 软件总体方案设计 系统总体方案,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,10,10-2-2 硬件的工程设计与实现,系统总线与主机机型 I/O接口 选择现场设备 变送器 执行机构 其

4、它现场设备,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,11,10-2-3 软件的工程设计与实现,程序结构规划 资源分配 实时控制软件设计 数据采集及数据处理、实时时钟与中断处理 控制算法、控制量输出 生产管理、数据通信等,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,12,10-2-4 控制系统的调试与投运,离线仿真和调试 在线调试和投运,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,13,第三节 Unit 3,计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术 Anti-Disturbing and Reliability Techniques of Computer Co

5、ntrol Systems,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,14,本节主要内容,过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术 系统供电与接地技术 看门狗（Watchdog）及其电源掉电检测技术,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,15,10-3-1 过程计算机控制系统的抗干扰技术,干扰来源及种类 串模干扰(又称横向干扰或正态干扰) 串联于信号源回路中的干扰,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,16,10-3-1 串模干扰的抑制措施,用有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号引线 可减少电磁感应 采用各种滤波器 采用双积分式A/D转换器 其它措施

6、,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,17,10-3-1 共模干扰,共模干扰（也称纵向干扰或共态干扰） 由不同的“地”而引起,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,18,10-3-1 对共模干扰的抑制（1）,共模干扰对输入信号的影响,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,19,10-3-1 对共模干扰的抑制（2）,双端输入 变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽 采用仪表放大器提高共模抑制比,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,20,10-3-1 长线传输干扰及其抑制,长线干扰产生原因 易受到外界干扰 具有信号延时 会引起波反

7、射现象 消除波反射或将它抑制到最低限度 终端阻抗匹配或始端阻抗匹配,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,21,10-3-1 信号线的选择和敷设,信号线的选择 屏蔽信号线性能列表见教材表10.1 信号线的敷设,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,22,10-3-2 系统供电技术（1）,供电系统的一般保护,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,23,10-3-2 系统供电技术（2）,电源异常的保护,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,24,10-3-2 系统接地技术,计算机系统接地的目的 抑制干扰, 使计算机稳定地工作

8、保护计算机、电器设备和操作人员的安全 计算机控制系统中的“地” 模拟地，数字地，安全地，系统地，交流地,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,25,10-3-2 系统接地技术,计算机控制系统中的分别回流法单点接地,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,26,10-3-2 系统的低频接地技术（1）,一点接地方式 串联接地（或称共同接地） 并联接地（或称分别接地）,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,27,10-3-2 系统的低频接地技术（2）,实用的低频接地 串联一点接地的综合接法,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,2

9、8,10-3-2 系统输入通道的接地技术,电路一点地基准 即单端接地：接地点位于信号源端时，放大器电源不接地；当接地点位于放大器端时，信号源不接地。 电缆屏蔽层的接地 信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,29,10-3-2 其它（1）,主机外壳接地，机芯浮空 主机外壳作为屏蔽罩接地，而把机内器件架与外壳绝缘，即机内信号地浮空。,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,30,10-3-2 其它（2）,多机系统的接地 近距离多机系统的一点接地（如图示） 远距离系统采用隔离的方法,2020/8/16,第十章 计算

10、机控制系统的设计与实施,31,10-3-3 看门狗（watchdog）技术,看门狗（即监控定时器）作用 用来检测系统出错并自动恢复运行 也可用来检测硬件的故障,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,32,10-3-3 电源掉电检测技术,系统设计时应采取当掉电发生时的安全措施和保护性处置办法 执行机构 控制计算机的状态 及时检测出发生掉电 应用程序设计的措施,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,33,第四节 Unit 4,过程计算机控制系统的实例 The Application Examples of Computer Control System,2020

11、/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,34,本节主要内容,控制系统的总体设计 纸机控制系统的硬件设计 纸机控制系统的软件结构 系统的安装、调试和运行 经济核算 结论,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,35,10-4-1 控制系统的总体设计（1）,典型的长网造纸机工艺流程简介 纸机计算机控制系统的总体控制方案 控制的质量指标：定量、水份 产品质量的影响因素众多 控制方案 其它需要考虑的问题 显示、横向分布、报警、断纸处理、统计报表等等,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,36,10-4-1 控制系统的总体设计（2）,纸机定量水份控制系统方块图,

12、2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,37,10-4-1 控制系统的总体设计（3）,建立纸机定量水份系统的数学模型 建模方法 机理分析法 测试辨识法 机理-辨识结合法 语言类模型,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,38,10-4-1 控制系统的总体设计（4）,纸机定量水份系统的数学模型,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,39,10-4-1 造纸过程的控制策略,解决大纯滞后、耦合、干扰多、慢时变、非线性等控制难点 一般参数的回路可采用PID 定量水份系统采用过许多先进控制 预测控制、模糊控制、自适应控制、最小方差控制、自校正控制、鲁棒

13、控制、最优控制等等 控制系统仿真试验,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,40,10-4-2 纸机控制系统的硬件设计,计算机（包括相应外围设备） 检测仪表与执行机构 特殊变量需要专用仪表测量 环境恶劣，对仪表可靠性有较高要求 需要扫描设备 安装要求高,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,41,10-4-3 纸机控制系统的软件结构,造纸过程控制系统软件结构示意图,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,42,10-4-4 系统的安装、调试和运行,系统的安装 工艺管道改造 机房建设 现场仪表安装 电缆敷设与接线 调试工作：仪表校验、测试、参数

14、整定 系统的运行：先开环观察、然后进行参数调整 最后闭环输出控制,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,43,10-4-5 系统的经济核算（1）,系统的硬件、软件及人力等投资 估算系统投运后直接或间接的经济效益 纸机定量水份计算机控制系统实施后的经济效益分析 增加产量、提高质量 降低成本、纸机运转率提高 减轻操作工人的劳动强度,2020/8/16,第十章 计算机控制系统的设计与实施,44,10-4-5 系统的经济核算（2）,纸机定量水份系统实施后 提高水份1%3% 减少纤维用量2%以上 提高车速5% 减少断纸60%以上 增产5%15% 节约蒸汽10% 并大大减少定量的偏差，提高纸张的质