DDC第05章-1-final

计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社计算机控制系统第1章DDC系统的概述第2章DDC系统的算法第3章DDC系统的硬件第4章DDC系统的软件第5章DDC系统的设计和应用√计算机控制系统第1编直接数字控制（DDC）计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社DDC第5章DDC系统的设计和应用5.1DDC系统的设计5.2DDC系统的应用计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社第5章DDC系统的设计和应用DDC★前面讨论了◆DDC系统的算法、◆DDC系统的硬件、◆DDC系统的软件，★为DDC系统的设计准备了条件。★DDC是计算机控制系统的基础。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社★设计类型：◆⑴开发设计：生产最终用户所需的硬件和软件◆⑵应用设计：选择控制对象所需的硬件和软件，方案设计，施工设计，组态调试，现场调试。第5章DDC系统的设计和应用DDC计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社★本章内容：◆设计原则◆设计过程◆设计方法◆应用设计◆应用实例第5章DDC系统的设计和应用DDC计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社DDC第5章DDC系统的设计和应用5.1DDC系统的设计√5.2DDC系统的应用计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社第5章DDC系统的设计和应用5.1DDC系统的设计★设计者的知识：◆计算机硬件和软件◆检测仪表和执行机构◆控制理论◆设计规范★设计者的能力：◆有专业知识◆有实践经验◆熟悉被控对象计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社第5章DDC系统的设计和应用5.1DDC系统的设计5.1.1DDC系统的设计原则√5.1.2DDC系统的设计过程5.1.3DDC系统的设计方法计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1DDC系统的设计5.1.1DDC系统的设计原则★设计原则：◆1.可靠性，◆2.冗余性，◆3.实时性，◆4.操作性，◆5.维修性，◆6.通用性，◆7.灵活性，◆8.开放性，◆9.经济性。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则1.可靠性★由于工业控制计算机的工作环境比较恶劣，若出现故障，轻者影响生产，重者造成事故。★所以必须把安全可靠放在首位。★可靠性指标：平均故障间隔时间(MTBF)MTBF(MeanTimeBetweenFailure)★可靠性体现：◆高性能的控制计算机◆可靠的控制方案◆完善的安全保护措施计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则2.冗余性★⑴双机系统★⑵后备装置◆特殊的控制对象，选用双机系统或冗余系统。◆重要的控制回路，选用回路操作器作为后备装置。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则★⑴双机系统：◆①备份工作方式◆②双机工作方式2.冗余性计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则★⑴双机系统：◆①备份工作方式：●A机投入系统运行，B机处于热备份状态；●A机故障自动切换到B机工作，反之，类推。AB2.冗余性计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则5.1.1DDC系统的设计原则2.冗余性★⑴双机系统：◆②双机工作方式：●A、B机并行工作，并比较两机执行结果。◎若相同，则正常；◎若不同，则起动故障诊断，并切除故障机。ABC计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则2.冗余性★⑵后备装置◆选用回路操作器◆重要的控制回路，选用回路操作器(L1~L4)作为后备。主机CL1L2L3L4L1~L64回路操作器(L1~L4)计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则3.实时性★含义：◆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。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则5.1.1DDC系统的设计原则3.实时性★定时事件：◆保证周期性地按时处理。例如，数据的定时采集，策略的运算控制等；★随机事件：◆按轻重缓急或优先级依次处理，保证不丢失事件，不延误事件处理。例如，事故、报警等。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则4.操作性★含义：◆操作简单◆直观形象◆图文并茂◆便于掌握★既要体现操作的先进性和友好性，★又要兼顾原有的操作习惯。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则5.维修性★硬件：◆标准模板或模块结构，便于带电拔插。★软件：◆自动查找故障和报告故障★含义：◆易于查找故障◆易于排除故障★维修性指标：平均维修时间(MTTR)MTTR(meantimetorepair)计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则6.通用性★通用性体现在输入、输出、控制、操作这4个方面。◆输入：0~10mADC，4~20mADC，mV，热电偶，热电阻◆输出：0~10mADC，4~20mADC◆控制：常规PID控制，单回路、串级，前馈、比值、选择和分程等◆操作：回路操作方式计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则7.灵活性★硬件：◆积木式结构◆按总线标准设计功能模板或模块★软件：◆功能块组态方式◆用功能块构成控制回路计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则8.开放性★硬件：◆提供标准通信接口，如RS-232RS-422RS-485以太网(Ethernet)接口……等等计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则★软件：◆网络通信软件◆数据交换技术如DDE(DynamicDataExchange)OLE(ObjectLinkEmbedding)OPC(OLEforProcessControl)ODBC(OpenDataBaseConnectivity)8.开放性计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.1DDC系统的设计原则9.经济性★性能价格比：◆在满足要求的情况下，尽量采用廉价的零部件；★投入产出比：●提高产品质量与产量，●降低能耗，●消除环境污染，●改善劳动条件，等方面进行综合评估。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社第5章DDC系统的设计和应用5.1DDC系统的设计5.1.1DDC系统的设计原则5.1.2DDC系统的设计过程√5.1.3DDC系统的设计方法计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1DDC系统的设计5.1.2DDC系统的设计过程★设计类型：◆1.开发设计：生产最终用户所需的硬件和软件◆2.应用设计：选择控制对象所需的硬件和软件，方案设计，施工设计，组态调试，现场调试。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社1.开发设计★任务：◆生产出满足用户所需的硬件和软件5.1.2DDC系统的设计过程★步骤：◆1)市场调查，了解用户的需求；◆2)系统设计，落实具体的技术指标；◆3)制造调试，检验合格；◆4)市场销售。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社1.开发设计5.1.2DDC系统的设计过程★原则：◆⑴标准化◆⑵模板化◆⑶模块化◆⑷系列化计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社⑴标准化★硬件：◆标准总线例如，PC总线(ISA，PCI)，…◆通用元器件例如，Pentium系列CPU，…★软件：◆操作系统◆数据库◆通信软件◆算法语言1.开发设计5.1.2DDC系统的设计过程计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.2DDC系统的设计过程⑵硬件模板化★含义：◆按功能把硬件分成若干个模板(块)★类型：●主控板●电源板●AI板●AO板●DI板●DO板●通信板●总线底板●等等1.开发设计模板模块AdvantechAdvantech计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1.2DDC系统的设计过程1.开发设计⑶软件模块化★含义：◆按功能把软件分成若干个功能模块★类型：●输入模块●输出模块●运算模块●控制模块●网络通信模块●监控组态模块计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社⑷系列化★含义：◆硬件系列化◆软件系列化◆硬件和软件要配套◆主机和辅件要配套5.1.2DDC系统的设计过程1.开发设计计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程★任务：◆选择控制对象所需的硬件和软件◆方案设计◆施工设计◆组态调试◆现场调试计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社★阶段：◆⑴可行性研究◆⑵初步设计◆⑶详细设计◆⑷组态设计◆⑸应用组态◆⑹安装调试◆⑺现场投运2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑴可行性研究★准备：◆统计输入/输出信号数量◆统计控制回路数量◆市场询价◆估算投资◆写可行性研究报告★评审：◆聘请专家论证◆审查系统方案◆确定系统规模计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑵初步设计★依据：◆可行性研究报告的方案和系统规模◆管道仪表设备图(PID)(PipeInstrumentDevice，PID)过热器蒸汽温度PID图TC2TC1减温器减温水过热器1过热器2T1T2V2TE2过热蒸汽TE1计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑵初步设计★内容：◆详细统计输入/输出信号种类和数量◆详细统计控制回路数量和控制功能◆确定硬件和软件的基本配置：●现场仪表：传感器、变送器、执行器，等等；●控制计算机：控制单元、输入输出单元、操作显示单元，等等；●软件：系统软件、应用软件。计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑶详细设计★依据：◆可行性研究和初步设计文件，◆工艺、设备、电气等专业的具体要求。★目的：◆详细设计图纸文件◆详细设计说明书计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑶详细设计★内容：◆管道仪表设备(PID)图◆设计说明书◆I/O信号分类设计表◆控制回路原理图◆现场仪表：●数据表●位置图●安装图●安装材料表●供电/气图●电缆布置图◆控制室：●布置图●供电图计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑷组态设计★依据：◆详细设计图纸文件◆控制回路原理图★内容：◆输入模块表◆输出模块表◆控制模块表◆运算模块表◆操作显示画面◆打印报表计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑸应用组态★条件：◆监控组态软件◆组态设计图纸文件★内容：◆控制回路◆操作显示画面◆打印报表★结果：◆组态文件(将组态设计图纸变成组态文件)计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程⑹安装调试★条件：◆详细设计图纸文件◆组态文件★内容：◆安装现场仪表◆布置信号电缆◆安装控制室计算机及其设备◆安装系统软件和应用软件◆调试：●输入点●输出点●控制回路●操作显示画面●打印报表●等等计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社⑺现场投运★含义：◆生产装置投料开车◆控制计算机在线运行★方法：◆边生产边调试◆逐步完善各项功能★结果：◆达到设计要求◆安全稳定运行2.应用设计5.1.2DDC系统的设计过程计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社第5章DDC系统的设计和应用5.1DDC系统的设计5.1.1DDC系统的设计原则5.1.2DDC系统的设计过程5.1.3DDC系统的设计方法√计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社5.1DDC系统的设计5.1.3DDC系统的设计方法★1.规范化设计方法★2.结构化设计方法★3.集成化设计方法计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社1.规范化设计方法★含义：◆技术标准化◆文档规格化★优点：◆设计人员有章可询、有案可查◆保证设计过程的顺利进行◆达到所要求的技术性能指标5.1.3DDC系统的设计方法计算机控制系统王锦标编著清华大学出版社⑴技术标准化★含义：◆采用国际和行业标准或规范：●总线标准●通信标准●软件标准●机械标准★优点：◆保证产品的开放性和兼容性◆增加产品的竞争能