计算机控制技术是现代工业自动化的重要组成部分,涉及到对生产过程的精确监控和调节。第6章主要探讨了控制系统设计的一般步骤以及微型计算机在控制系统中的应用。
控制系统设计的首要任务是确定控制任务,这包括深入理解生产过程,明确工艺需求,并提炼出具体的控制要求。在这一阶段,设计师需要对硬件和软件的功能进行分配与协调,考虑到系统的速度、成本、可靠性和灵活性等因素。硬件设计侧重于系统的实时性能、耐用性和成本效益,而软件则关注灵活性和响应速度,同时兼顾开发周期、可靠性和适应性。
接着,接口设计是关键环节,它涉及到扩展I/O接口的数量和管理方式,确保与外部设备的有效通信。此外,通道设计也非常重要,它包括通道的数量、类型,以及如何处理工作方式、参数输入、故障报警和紧急停止等功能。
在微型计算机的选择上,有多种方案可供选择,如组装方案、单板机或单片机方案、通用微型计算机系统方案,以及通用工业控制计算机系统方案。设计师需要根据系统的性能指标,如中断系统、存储容量、I/O通道和实时时钟,来做出决策。此外,PLC和DCS方案也是常见的选择,它们在工业控制中扮演着重要角色。
控制算法设计是控制系统的灵魂,需要根据被控对象的特性和实际需求,选择合适的控制策略,如PID控制、预测控制等,并通过仿真研究进行优化。
硬件设计阶段,会细化总体设计中的硬件规划,包括绘制原理图、实验、PCB制作和调试。软件设计则涉及任务分解、模块化设计和流程图绘制,以构建控制程序和其他应用软件。
系统联调是整个设计过程的最后一环,通过分步进行,从部分到整体,从手动操作到自动控制,确保系统的稳定运行。
在微型计算机控制系统中,软件分为系统软件和应用软件两大部分。系统软件包括操作系统、语言加工系统(如编辑、编译、连接、装配和调试程序),以及数据管理程序。应用软件则涵盖控制程序、数据采集及处理程序和巡回检测程序,它们共同实现控制功能和信息管理。
软件设计通常采用自顶向下的分级设计方法,混合使用高级语言和汇编语言,以达到性能和效率的最佳平衡。在应用程序设计过程中,数字滤波是一个重要的技术,它通过计算程序对信号进行处理,以减少噪声影响。例如,算术平均值滤波和中值滤波是常见的数字滤波方法,前者适用于周期性脉动信号的平滑,后者则在去除脉冲干扰方面表现出色。
计算机控制技术涉及控制任务分析、硬件与软件设计、微型计算机选择、控制算法、接口和通道设计、软件分类与设计等多个层面,是复杂工业自动化系统的基础。每个环节都需要深入理解和精细处理,以确保整个控制系统能够高效、稳定地运行。