计算机控制系统 第2版 教学课件 作者 刘士荣 计算机控制系统第9章计算机控制系统设计与实现.ppt

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1、计算机控制系统第9章计算机控制系统设计与实现9.1原则与步骤9.1.1系统设计的原则1.安全可靠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。平均无故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailure）MTBF反映了系统可靠工作的能力。平均维修时间MTTR（MeanTimeToRestoration）MTTR表示系统出现故障后立即恢复工作的能力。（1）高性能的主控模板。（2）可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，比如报警、事故预测、事故处理和不间断电源等。（3）后备装置。对于一般的控制回路选用手动操作为后备；对于重要的控制回路，选用常规控制仪表

2、作为后备。（4）各种软、硬件的冗余设置。2.满足工艺要求3.操作维护方便4.实时性强5.通用性好6.经济效益高9.1.2系统设计的步骤（1）工程项目与控制任务的确定阶段；（2）工程项目的设计阶段；（3）离线仿真和调试阶段；（4）在线调试和运行阶段。1.工程项目与控制任务的确定阶段(1)甲方提出任务委托书(2)乙方研究任务委托书(3)双方对委托书进行确认性修改(4)乙方初步进行系统总体方案设计(5)乙方进行方案可行性论证(6)签订合同书(1)组建项目研制小组(2)系统总体方案设计1)系统总线与主机机型2)I/O接口3)变送器4)执行机构5)其它现场设备(3)方案论证与评审(4)硬

3、件和软件的细化设计(5)硬件和软件的调试(6)系统的组装2.工程项目的设计阶段3.离线仿真和调试阶段4.在线调试和运行阶段图9-1离线仿真和调试阶段流程9.2计算机控制系统的可靠性技术1.计算机控制系统的抗干扰技术(1)长线传输干扰及其抑制(2)信号线的选择和敷设1)信号线的选择（表9－1）9.2.1控制系统的抗干扰设计2)信号线的敷设①模拟信号线与数字信号线不能合用同一股电缆，更要绝对避免信号线与电缆线合用同一股电缆。②屏蔽系统的屏蔽层应该接地。在频率低于1MHz时，一点接地即可。当频率高于1MHz时，最好在多个位置接地。③信号线的敷设尽量远离干扰源，避免敷设在大容量变压器、

4、电动机等电器设备的近旁。如果有条件，应将信号线单独穿管配线，在电缆沟内从上到下依次架设信号电缆、直流电源电缆、交流低压电缆、交流高压电缆等。④信号电缆与电源电缆必须分开，并尽量避免平行敷设。当信号电缆与电源电缆不得不敷设在一起时应满足：电缆沟内设置隔板，且隔板与大地连接；电源电缆使用屏蔽罩；电缆沟内用电缆架或在沟底自由敷设时，信号电缆与电源电缆间距要大于15cm；如电源电缆无屏蔽且交流电压220VAC电流10A时，两者间距应在60cm以上。供电系统的一般保护2.系统供电与接地技术电源异常的保护由于计算机控制系统的供电不允许中断，一般采用不间断电源UPS。正常情况下由交流电网供电

5、，同时给电池组充电。如果交流电供电中断，电池组经逆变器输出交流代替外界交流供电，这是一种无触点的不间断的切换。UPS用电池组作为后备电源，如果外界交流电中断时间长，就需要大容量的蓄电池组。此外为了确保供电安全，可以采用交流发电机，或第二路交流供电线路。模拟地系统中的传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。数字地计算机中各种数字电路的零电位，为避免对模拟信号造成数字脉冲的干扰，数字地应与模拟地分开。安全地又称为保护地或机壳地，其目的是让设备机壳（包括机架、外壳、屏蔽罩等）与大地等电位，以免因机壳带电而影响人身及设备安全。系统地上述几类地的最终回流点，直接与

6、大地相连，如图9-3所示。交流地计算机交流供电电源地，即动力线地，其地电位很不稳定。接地系统分析回流法单点接地①一点接地方式低频接地技术一般在低频时采用串联一点接地的综合接法，即分组接法：将低电平电路经一组共同的地线接地；高电平电路经另一组共同地线接地，也就是说在同一组中的电路功率、噪声电平均相差不大。在一般的过程计算机控制系统中为避免噪声耦合至少有三条分开的地线，如图9-6所示。一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等的地线（称为“噪声”地线）；一条是设备机壳地线（称为“金属件”地线）。若设备使用交流电源，则电源地线应和金属件地线相连。这三条地线应在一点连接接地。使用这种

7、接地方法可解决计算机控制系统的大部分接地问题。②实用的低频接地图9-6实用低频接地方式若几台计算机的距离比较近（如安装在同一机房内），可采用类似图9-8所示的多机一点接地的方法。各机柜用绝缘板垫起来，以防多点接地。对于远距离的计算机网络，则通过隔离的办法把地分开，例如采用变压器隔离技术、光电隔离技术和无线电通信技术等。多机系统的接地采用三级浪涌电压保护器（也叫瞬态过电压保护器，SPD）是计算机控制系统目前比较理想的防雷保护措施。第一级在变压器二次侧、进线柜断路器后的三根相线和中性线上，分别对