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1、1,第9章 计算机控制系统的解决方案,9.1 基于嵌入式系统的解决方案 9.2 基于智能控制仪表的解决方案 9.3 基于PLC可编程逻辑控制器的解决方案 9.4 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案 9.5 基于PAC可编程自动化控制器的解决方案 本章小结 思考题与习题,2,计算机控制系统的解决方案,任务 针对不同被控对象的特点和控制目标的要求，确定计算机控制系统 采用的结构和技术 规划开发的过程和内容 制定实施监控措施 确定评价指标。,3,计算机控制系统的解决方案,考虑因素 全面了解被控对象的特点和控制目标的要求 技术的 先进性和成熟性 结构的 适应性和可靠性 开发和维护人员的 应用水平
2、设备和器件的 成本 开发和实施的 进度,4,9.1 基于嵌入式系统的解决方案,9.1.1 组成和特点 9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,5,9.1.1 组成和特点,组成框图,6,9.1.1 组成和特点,组成 控制单元由嵌入式系统组成。 特点 高度融合，用途专一，结构紧凑，性价比高 适用 批量生产的自动控制产品,7,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,1. 被控对象和目标要求对象结构,8,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,1. 被控对象和目标要求系统结构,9,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,1. 被控对象和目标要求工作时序,
3、10,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,2. 硬件电路,11,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,2. 硬件电路,12,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,2. 硬件电路,13,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,2. 硬件电路,14,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,2. 硬件电路,15,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,3. 软件设计(1). 顺序功能图描述,顶层顺控图,16,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,3. 软件设计(1). 顺序功能图描述,洗涤、漂洗、脱水顺控图
4、,17,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,3. 软件设计(2). 程序结构,程序流程图,18,9.1.2 案例1 由嵌入式系统控制的全自动洗衣机,3. 软件设计(2). 程序结构,定时中断服务程序流程图,19,9.2 基于智能控制仪表的解决方案,9.2.1 组成和特点 9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,20,9.2.1 组成和特点,智能控制仪表的操作面板,21,9.2.1 组成和特点,智能控制仪表的内部结构,22,9.2.1 组成和特点,基于智能控制仪表解决方案的组成结构 对单变量控制的简单应用,23,9.2.1 组成和特点,基于智能控制仪表解决方案的
5、组成结构 复杂的应用,24,9.2.1 组成和特点,组成 控制单元由智能控制仪表组成。 特点 安装方便、配置容易、操作简单、有一定的通用性 适用 小规模的温度、压力、流量等信号的测控系统。,25,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,1. 被控对象和目标要求 一个典型的分段式温度控制时序,26,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,2. 硬件电路,27,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,2. 硬件电路 热电偶2种补偿模式接线图,28,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,2. 硬件电路 可控硅的移相触发和周波过
6、零触发原理,29,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,3. 程序段参数设置,30,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,3. 程序段参数设置,31,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,3. 程序段参数设置,32,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,3. 程序段参数设置,33,9.2.2 案例2 基于智能控制仪表的电阻炉温度控制系统,AI808P仪表的程序段参数设置说明,34,9.3 基于PLC可编程逻辑控制器的解决方案,9.3.1 组成和特点 9.3.2 案例3 PLC控制的工业洗衣机,35,9.3.1 组成
7、和特点,基于PLC解决方案的组成结构,36,9.3.1 组成和特点,组成 以PLC可编程逻辑控制器为控制核心，通过通信接口设置控制参数和进行监控。 特点 开发效率高，可靠性好，扩展方便 适用 顺序控制、程序控制等 机电一体化产品和过程控制系统。,37,9.3.2 案例3PLC控制的工业洗衣机,1. 被控对象和目标要求 某工业洗衣机的外形,38,9.3.2 案例3PLC控制的工业洗衣机,1. 被控对象和目标要求 PLC控制的工业洗衣机框图,39,9.3.2 案例3PLC控制的工业洗衣机,2. 硬件连接和I/O分配,40,9.3.2 案例3PLC控制的工业洗衣机,2. 硬件连接和I/O分配,41,
8、9.3.2 案例3PLC控制的工业洗衣机,3. 程序设计洗涤过程顺控图,42,9.3.2 案例3PLC控制的工业洗衣机,3. 程序设计 进水和脱水过程的LAD程序,43,9.3.2 案例3PLC控制的工业洗衣机,3. 程序设计 网络26、27、37、38、39的FBD描述,44,9.4 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案,9.4.1 组成和特点 9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,45,9.4.1 组成和特点,分布式数据采集模块与PC/IPC的连接,46,9.4.1 组成和特点,控制系统组成结构,47,9.4.1 组成和特点,组成 控制单元由uPAC、PAC、IPC工控机等组
9、成，而控制单元与反馈单元、执行单元之间则通过分布式I/O模块连接。 特点 能够实现分布式数据采集、远程控制，具有简洁的通信网络、扩展灵活的结构、较强的工业现场适应性 适用 需要分布式采集数据、有一定规模的过程控制系统。,48,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,1. 被控对象和目标要求 (1). 被控对象潮流水槽结构示意图,49,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,1. 被控对象和目标要求 潮流水槽计算机检测与控制系统的框图,50,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,1. 被控对象和目标要求 (2). 目标要求 根据月亮和太阳的运行规律，以及不同的地理
10、位置，记录和分析得到潮汐数学模型， 得到潮流变化曲线. 在水槽中通过水位和流速的变化模拟潮流变化，流速的正负方向，分别表示涨潮和退潮. 系统的目标要求就是在水槽中模拟出给定的潮流变化，并记录潮流水槽中实际的水位和流速变化曲线。,51,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,1. 被控对象和目标要求 潮流变化曲线示意图,52,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,2. 系统结构(1). 系统的物理结构,53,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,2. 系统结构(2). 系统的逻辑结构,54,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,(2). 系统的逻辑结
11、构控制单元,55,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,(2). 系统的逻辑结构检测单元,56,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,(2). 系统的逻辑结构执行单元,57,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,2. 系统结构(3). 分布式I/O模块 1). I-7051D数字量输入模块,58,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,(3). 分布式I/O模块 2). I-7080D计数频率输入模块,59,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,(3). 分布式I/O模块 3). I-7060D数字量输入输出模块,60,9.4.2 案例
12、4 潮流水槽计算机检测与控制系统,(3). 分布式I/O模块 4). I-7024模拟量输出模块,61,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,(4).I-7188EGD嵌入式控制器,62,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,3. 软件组成 (1). MiniOS7和IsaGRaF MiniOS7 嵌入式操作系统兼容传统的DOS操作系统。 ISaGRAF 一种符合IEC 61131-3标准的自动化软件，提供了功能丰富的IEC61131标准函数和功能块。 编译通过后，可下载到安装MiniOS7的I-7188EGD中运行。 案例4中 I-7188EGD中的程序是在ISaGR
13、AF应用开发环境下，使用功能块图(FBD)开发完成的。,63,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,3. 软件组成 (2). 应用软件 用户的操作平台主要在工控机上。 系统采用了组态王Kingview 6.53作为监控软件 该软件是一个多用户实时SCADA软件 主要用于过程监控。 使用Kingview设计了 控制流程和监控界面。,64,9.4.2 案例4 潮流水槽计算机检测与控制系统,3. 软件组成监控界面,65,9.5 基于PAC可编程自动化控制器的解决方案,9.5.1 组成和特点 9.5.2 案例5 PAC在桥梁健康检测系统中的应用,66,9.5.1 组成和特点,PAC(Pro
14、grammable Automation Controller) 可编程自动化控制器 PAC=PLC可编程控制器+PC个人电脑 PAC特点 PLC的扩展灵活、结构坚固、安全可靠以及采用IEC-6113开放式的软件架构的特点； 支持与PC机兼容的众多通用外部设备、丰富的共享软件资源。,67,9.5.1 组成和特点,基于PAC控制系统的组成结构,68,9.5.1 组成和特点,组成 控制单元为PAC可编程自动化控制器，它结合了PLC和PC机的各自特点。 特点 在于能够实现复杂的控制运算、高速和大容量的数据处理、提供丰富的人机界面 适用 需要较复杂数据运算和控制算法的应用系统。,69,9.5.2 案例
15、5 PAC在桥梁健康检测系统中的应用,1. 检测对象和目标要求 检测的对象是某一大型桥梁, 主桥结构形式为预应力混凝土矮塔斜拉桥.,北京峪道河大桥,70,9.5.2 案例5 PAC在桥梁健康检测系统中的应用,1. 检测对象和目标要求 功能 实现桥梁的主梁线型监控、主塔塔顶偏位监控、主梁控制截面应力监测、主塔塔底截面应力监测、斜拉索力监控等。 任务 将桥梁各关键部位的温度、应力、位移变化、风力、风向等传感器进行同步采集; 每通道采集精度为16bit，每通道采集速率不低于0.2K; 通过高速光纤网集中提供给专用软件分析处理. 目标 建立日趋完善的健康评估系统。,71,9.5.2 案例5 PAC在桥
16、梁健康检测系统中的应用,2. 系统组成,72,本章小结,控制系统解决方案的主要任务 针对被控对象的特点和控制目标的要求 确定控制系统中反馈单元、执行单元和控制单元的结构和采用的技术. 基于嵌入式系统的解决方案 组成 控制单元由嵌入式系统组成。 特点 高度融合，用途专一，结构紧凑，性价比高 适用 批量生产的自动控制产品。,73,本章小结,基于智能控制仪表的解决方案 组成 控制单元由智能控制仪表组成。 特点 安装方便、配置容易、操作简单、有一定的通用性 适用 小规模的温度、压力、流量等信号的测控系统。,74,本章小结,基于PLC可编程逻辑控制器的解决方案 组成 以PLC可编程逻辑控制器为控制核心，
17、通过通信接口设置控制参数和进行监控。 特点 开发效率高，可靠性好，扩展方便 适用 顺序控制、程序控制等 机电一体化产品和过程控制系统。,75,本章小结,基于基于分布式数据采集与控制模块的解决方案 组成 控制单元由uPAC、PAC、IPC工控机等组成，而控制单元与反馈单元、执行单元之间则通过分布式I/O模块连接。 特点 能够实现分布式数据采集、远程控制，具有简洁的通信网络、扩展灵活的结构、较强的工业现场适应性 适用 需要分布式采集数据、有一定规模的过程控制系统。,76,本章小结,基于PAC可编程自动化控制器的解决方案 组成 控制单元为PAC可编程自动化控制器，它结合了PLC和PC机的各自特点。
18、特点 在于能够实现复杂的控制运算、高速和大容量的数据处理、提供丰富的人机界面 适用 需要较复杂数据运算和控制算法的应用系统。,77,本章小结,要点 各种解决方案有着不同的特点和适用场合; 具体某一应用场合也可能会有多种可行的解决方案 观念 随着技术的发展、器件和设备成本的变化、开发维护人员水平的提高 追求安全、可靠、经济的更适用、更好的解决方案。,78,思考题与习题,1. 计算机控制系统解决方案的主要任务有哪些？ 需要考虑哪些因素？ 2. 基于嵌入式系统的解决方案 有哪些特点和适应场合？ 3. 结合某个应用系统， 提出基于嵌入式系统的解决方案， 给出控制系统的结构框图。 4. 基于智能控制仪表
19、的解决方案 有哪些特点和适应场合？,79,思考题与习题,5. 结合某个应用系统， 提出基于智能控制仪表的解决方案， 给出控制系统的结构框图。 6. 基于PLC可编程逻辑控制器的解决方案 有哪些特点和适应场合？ 7. 结合某个应用系统， 提出PLC可编程逻辑控制器的解决方案， 给出控制系统的结构框图。 8. 基于分布式数据采集与控制模块的解决方案 有哪些特点和适应场合？,80,思考题与习题,9. 结合某个应用系统， 提出分布式数据采集与控制模块的解决方案， 给出控制系统的结构框图。 10. 基于PAC可编程自动化控制器的解决方案 有哪些特点和适应场合？ 11. 结合某个应用系统， 提出PAC可编程自动化控制器的解决方案， 给出控制系统的结构框图。 12. 比较多种控制系统的解决方案， 找出它们存在的不足之处。,