1、第 11章 控制系统设计与工程实现本章要点 1学习计算机控制系统的设计原则。 2初步掌握计算机控制系统的设计步骤。 3学习实例，加深认识与初步掌握单片机、 IPC和 PLC控制系统的设计思路。引 言 11.1 控制系统的设计原则11.2 控制工程的实现步骤11.3 控制工程的应用实例本章小结思考题v 前面讨论了计算机控制系统各部分的结构组成、工作原理、硬件和软件技术、控制规律算法以及典型的控制装置类型，这就为计算机控制系统的设计与工程实现奠定了基础。由于控制对象多种多样，要求控制系统达到的功能也各不相同，这使得计算机控制系统的构成方式和规模大小也具有多样性。 对于不同的控制对象，系统的设计方案
2、和具体的技术指标是不同的，但控制系统的设计原则是相同的。这就是满足工艺要求，可靠性高，操作性能好，实时性强，通用性好，经济效益高。主要内容1. 满足工艺要求2. 可靠性要高3. 操作性要好4. 实时性要强5. 通用性要好6. 经济效益要高在设计计算机控制系统时，首先应满足生产过程所提出的各种要求及性能指标。因为计算机控制系统是为生产过程自动化服务的，因此设计之前必须对工艺过程有一定的熟悉和了解，系统设计人员应该和工艺人员密切结合，才能设计出符合生产工艺要求和性能指标的控制系统。设计的控制系统所达到的性能指标不应低于生产工艺要求，但片面追求过高的性能指标而忽视设计成本和实现上的可能性也是不可取的
3、。 对工业控制的计算机系统最基本的要求是可靠性高。否则，一旦系统出现故障，将造成整个控制过程的混乱，会引起严重的后果，由此造成的损失往往大大超出计算机控制系统本身的价值。在工业生产过程中，特别是在一些连续生产过程的企业中，是不允许故障率高的设备存在的。 系统的可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。在计算机控制系统中，可靠性指标一般用系统的平均无故障时间 MTBF和平均维修时间 MTTR来表示。 MTBF反映了系统可靠工作的能力， MTTR表示系统出现故障后立即恢复工作的能力，一般希望 MTBF要大于某个规定值，而 MTTR值越短越好。 因此，在系统设计时，首先要选用高性
4、能的工业控制计算机，保证在恶劣的工业环境下仍能正常运行。其次是设计可靠的控制方案，并具备有各种安全保护措施，比如报警、事故预测、事故处理、不间断电源等。 为了预防计算机故障，还须设计后备装置。对于一般的控制回路，选用手动操作器作为后备；对于重要的回路，选用常规控制仪表作为后备。这样，一旦计算机出现故障，就把后备装置切换到控制回路中去，以维持生产过程的正常运行。对于特殊的控制对象，可设计两台计算机互为备用地执行控制任务，成为双机系统。对于规模较大的系统，应注意功能分散，即可采用分散控制系统或现场总线控制系统。 操作性能好包括两个含义，即使用方便和维护容易。 首先是使用方便。系统设计时要尽量考虑用
5、户的方便 使用，尤其是操作面板的设计，既要体现操作的先进 性，又要兼顾原有的操作习惯，控制开关不能太多、太复杂，尽量降低对使用人员专业知识的要求，使他们能在较短时间内熟悉和掌握操作。 其次是维修容易，即一旦发生故障，易于查找和排除。在硬件方面，从零部件的排列位置，标准化的模板结构，以及能否便于带电插拔等等都要通盘考虑；从软件角度而言，要配置查错程序和诊断程序，以便在故障发生时能用程序帮助查找故障发生的部位，从而缩短排除故障的时间。计算机控制系统的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并作出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类。一类是定时事件，如数据的定时采集，运算控制等，对此系统应设置时钟，保证定时处理；另一类是随机事件，如事故报警等，对此系统应设置中断，并根据故障的轻重缓急预先分配中断级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。
