工程设计与实践基础知识.doc

1、第一章 工程设计与实践基础知识1.1 基础知识1.1.1 电子器件图例符号常用电子器件有分离元件和集成元件两大类。 分离元件包括电阻器、电容器、电感器、二极管、三极管、晶闸管和场效应管。 集成元件包括集成运算放大器和典型集成器件。1分离元件（1）分离元件图形及基本文字符号（2）电阻器色码图形表示和额定功率通用符号 图1-1 电阻器阻值色码表示图例图1-2 电阻器额定功率的通用符号 （3）二极管、三极管和晶闸管外形图例图1-3 常用二极管外形图例 图1-4 片状封装二极管外形图例 图1-5 三极管外形图例 图1-6 片状三极管 图1-7 复合双三极管 图1-8 晶闸管外形图例2集成元件（1）集成

2、运放的符号和外形图1-10 集成运放外形图例 （2）集成运放的基本应用图1-11 集成运放反馈回路和输入形式1.1.2 控制流程图例符号1工艺设备代号与图例2控制系统常用图例符号（1）图形符号图1-12 检测点的标识（2）字母代号（3）仪表位号3控制流程图示例1.2 设计原则 对于不同的控制对象，系统的设计方案和具体的技术指标是不同的，但系统设计的基本原则是一致的，这就是：系统的可靠性要高，操作性能要好，实时性要强，通用性要好，经济效益要高。 1可靠性要高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。在自动化控制系统中，可靠性指标一般用系统的平均无故障时间（MTBF，Me

3、an Time Between Failures）来表示。MTBF反映了系统可靠工作的能力。但是，组成一个系统的元器件往往有成千上万个，组合的方式也各种各样，一个系统的MTBF再长，也有失效的时候。因此，通常用平均修复时间（MTTR，Mean Time To Repair）表示每次失效（即出现故障）后所需的维修时间的平均值，它表示系统在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，首先要选用高性能的控制计算机，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，如报警、事故预测、事故处理、不间断电源

4、等。在工控系统中，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，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。2操作性要好操作性能好包括两方面含义，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方便用户使用，并且要尽量降低对使用人员的专业知识的要求，使他们能在较短时间内熟悉和掌握操作方法。其次是维修容易，即故障一旦发生时

5、易于排除。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；在硬件方面，从零部件的排列位置，标准化的部件设计，以及能否便于带电插拔等都要通盘考虑，甚至操作顺序等都要从方便用户的角度进行设计，如面板上的控制开关不能太多、太复杂等。3实时性要强工业控制计算机的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并做出相应的处理，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，对此类事件，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，对此类事件，系统应设置中断，并根据故障的轻重

6、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。 4通用性要好 自动化控制的设备对象千变万化，而控制计算机的研制开发又需要有一定的投资和周期，一般来说，不可能为一台设备和一个过程对象研制一台专用计算机。因此，系统设计时应考虑能适应不同的设备和不同的控制对象。当设备或控制对象有所变更时，通用性好的系统一般稍作更改就可适应，这就需要系统能灵活扩充且便于修改功能。要使系统能达到这样的要求，首先必须采用通用的系统总线结构，当需要扩充时，只要增加相应的板卡就能实现。当CPU升级时，也只要更换相应的升级芯片及少量相关电路即可实现系统升级的目的。其次，系统设计时，各设计指标要留有一定的余量，如输入

7、/输出通道指标、内存容量、电源功率等均事先留有一定的余量，将为日后系统的扩充创造有利的条件。5经济效益要高自动化控制应该带来高的经济效益。经济效益表现在两方面：一是系统设计的性能价格比，在满足设计要求的情况下，应尽量采用可靠、廉价的元器件并尽量缩短设计周期；二是投入产出比，应该从提高生产过程的产品质量与产量，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。1.3 实施步骤 作为一个自动化系统工程的实际项目，在设计与实施过程中应该经过哪些步骤，这是需要认真考虑的。如果步骤不清，或者每一步需要做什么都不明确，就有可能引起整个过程的混乱甚至返工。自动化系统工程的设计与实施一般可分为4个阶段：

8、1. 项目确定与合同签订阶段2. 初步设计与详细设计阶段3. 仿真调试与安装运行阶段4. 资料归档与项目验收阶段。 1.3.1 项目确定与合同签订阶段在一个工程项目设计实施的初始阶段，首先是项目的确定与合同的签订，即完成甲方和乙方之间的双方合同关系。这是一种技术性很强的商务合同，所以工程技术人员一开始就应是合同洽谈的主力。一般来说，甲方是任务的委托方，有时是直接用户，有时是本单位的上级主管部门，有时也可能是中介单位（国际上习惯称甲方为买方）。乙方是系统项目的承接方（国际上习惯称为卖方）。随着自动化控制技术的迅速发展和普及，很多技术人员有时是甲方，有时又变成了乙方。因此，有必要了解在签订合同书过

9、程中双方的工作内容。上图给出了项目确定与合同签订阶段的流程。该流程既适合于甲方，也适合于乙方。（1）甲方提出任务委托书 在委托乙方承接系统项目前，甲方一定要提出正式的书面的设计任务委托书，简称任务委托书。该委托书一定要有清楚准确的系统技术性能指标，还要包括项目经费、计划进度和合作方式等内容。（2）乙方研究任务委托书 乙方在接到任务委托书后要认真阅读，并逐条进行研究。对认识上有分歧和需保持或删除的地方要逐条标出，并提出要进一步弄清的问题和修改意见。（3）双方对任务书进行确认性修改 在乙方对任务委托书进行认真研究之后，双方应就任务委托书的确认或修改事宜进行协商和讨论。经过确定或修改过的任务书中不应

10、再有含义不清的词汇和条款，而且双方的任务和技术界面必须划分清楚。（4）乙方初步进行系统总体方案设计 因为任务和经费没有落实，所以这时的设计是粗线条的。但要反映三个关键问题：技术指标、经费概算和完成工期。在条件允许的情况下，应多做几个方案。 （5）乙方进行方案可行性论证 方案可行性论证的目的是要估计承接该项任务的的把握性。并为签订合同后设计阶段的总体设计打下基础。论证的主要内容：技术可行性、经费可行性、进度计划可行性。特别要指出，对控制项目尤其要对可测性和可控性应给予充分重视。 如果论证的结果可行，接着就应做好签合同的准备工作：如果不可行，则应与甲方进一步协商任务委托书的有关内容或对条款进行修改

11、。若不能达成一致意见，则合同不能签订。 （6）签订合同书这是初始准备阶段的最后一个步骤。合同书是双方达成一致意见的结果，也是以后双方合作的唯一依据和凭证。合同书应包含如下内容： 工程设计项目的技术目标与内容(这部分的细节条款常以任务委托书的形式作为商务合同中的附件) 双方的任务划分和各自应承担的责任 合作方式 付款方式 进度和计划安排 验收方式及条件 成果的归属 违约的解决办法1.3.2 初步设计与详细设计阶段控制系统的初步设计，也称总体设计。而详细设计可分为硬件设计与软件设计两大环节。1总体设计根据合同书（设计任务书），以及市场可入手的设备、装置和设计者自身所掌握的技术，对可能满足设计任务书

12、的各类系统及其特征进行分析后，选择有限条件下的最合理方案，并在可能的情况下进行有限实验评价，以便确定系统的最终结构。 （1）确定系统任务与控制方案首先应对控制对象的工艺流程进行透彻分析，明确具体控制要求，确定系统所要完成的任务，然后根据系统要求，以及所选设备的性能价格比、操作的方便程度、可扩展性等，确定一种比较合理的设计方案，例如，采用开环还是闭环控制、简单控制还是复杂控制等。 （2）确定系统的构成方式控制方案确定后，可以进一步确定系统的构成方式，即进行控制装置机型的选择。目前已经生产出许多用于工业控制的计算机装置可供选择，如单片机、可编程调节器、IPC、PLC和DCS、FCS等。在以模拟量为

13、主的中小规模的过程控制环境下，一般优先选择总线式IPC来构成系统；在以数字量为主的中小规模的运动控制环境下，一般优先选择PLC来构成系统。IPC和PLC具有系列化、模块化、标准化和开放式系统结构，有利于系统设计者在系统设计时根据要求任意选择，像搭积木般组建系统。这种方式可提高系统研制和开发速度，提高系统的技术水平和性能，增加可靠性。当系统规模较小、控制回路较少时，可以考虑采用可编程调节器或控制仪表；如果是小型控制装置或智能仪器仪表的研制设计，则可以采用单片机或嵌入式系统。对于系统规模较大，自动化水平要求高，甚至集控制与管理为一体的系统可选用DCS、FCS、高档PLC或其他工控网络构成。 （3）

14、选择现场设备现场设备主要是传感器、变送器和执行器的选择。随着控制技术的发展，出现了能测量各种参数的传感器，如温度、压力、流量、液位、成分、位移、重量、速度等，种类繁多，规格各异；而执行器也有模拟量执行器、数字量执行器及电动、气动、液动等之分。因此，如何正确选择这些现场设备，确实不是一件简单的事情，其中的任何一个环节都会影响系统的控制任务和控制精度。（4）确定控制算法选用什么控制算法才能使系统达到要求的控制指标，也是系统设计的关键问题之一。控制算法的选择与系统的数学模型有关，在系统的数学模型确定后，便可推导出相应的控制算法。所谓数学模型，就是系统动态特性的数学表达式，它表示系统输入/输出及其内部

15、状态之间的关系。一般由实验方法测出系统的阶跃响应特性曲线，然后由曲线确定出其数学模型。当系统模型确定之后，即可确定控制算法。控制系统的主要任务就是按此控制算法进行控制。控制算法的正确与否，直接影响控制系统的调节品质。由于控制对象多种多样，相应的控制模型也各异，所以控制规律及其控制算法也是多种多样的。例如，一般简单的生产过程常采用P、PI、PID控制；对于工况复杂，工艺要求高的生产过程，在一般的PID不能达到性能指标时，应采用其他控制规律如串级、前馈、分程控制等；而对于一些多变量、时变的且又是生产过程关键变量的控制，还可以酌情采用软测量、时滞补偿、自适应以及模糊、神经网络控制等其他智能控制算法。

16、 （5）硬、软件功能的划分当今的控制系统，有一些控制功能既能由硬件实现，也能用软件实现。因此，在进行系统设计时，硬、软件功能的划分要综合考虑。用硬件实现一些功能的好处是可以加快处理速度，减轻主机负担，但要增加部分成本；而软件实现正好相反，可以降低成本，增加灵活性，但要占用主机更多的时间。一般的考虑原则是，视控制系统的应用环境与今后的生产数量而定。对于今后能批量生产的控制系统，为了降低成本，提高产品竞争力，在满足指标功能的前提下，应尽量减少硬件器件，多用软件来完成相应的功能。如果软件实现很困难，而用硬件实现却比较简单，且系统的批量又不大的话，则用硬件实现功能比较妥当。 （6）其他方面的考虑还应考

17、虑人机界面、系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题。最后初步估算一下成本，做出工程概算。对所提出的总体设计方案要进行合理性、经济性、可靠性以及可行性论证。论证通过后，便可进行硬件与软件的详细设计。2硬件设计 硬件设计细分为核心控制装置、现场仪表及设备、控制柜（盘）设计3步。（1）核心控制装置对于通用控制系统，可以首选现成的总线式IPC系统或者PLC装置，以加快设计研制进程，使系统硬件设计的工作量减到最小。这些符合工业化标准的控制装置的模板、模块产品都经过严格测试，并可提供各种软、硬件接口，包括相应的驱动程序等。这些模板、模块产品只要总线标准一致，买回后插入相应空槽中即可运行，构成系统极

18、为方便。除非无法买到满足自己要求的产品，否则绝不要随意决定自行研制。 无论选用现成的IPC，还是采用PLC装置，设计者都要根据系统要求选择合适的模板或模块。选择的内容一般包括：1. 根据控制任务的复杂程度、控制精度以及实时性要求等选择主机板（包括总线类型、主机机型等）。2. 根据AI、AO点数、分辨率和精度，以及采集速度等选择A/D、D/A板（包括通道数量、信号类别、量程范围等）。3. 根据DI、DO点数和其他要求，选择数字量输入/输出板（包括通道数量、信号类别、交直流和功率大小等）。4. 根据人机联系方式选择相应的接口板或显示操作面板（包括参数设定、状态显示、手动自动切换和异常报警等）。5.

19、 根据需要选择各种外设接口、通信板块等。采用通用控制装置构成系统的优点是：系统配置灵活，规模可大可小，扩充方便，维修简单，而且，由于无须进行硬件线路设计，因而对设计人员的硬件技术水平要求不高。一般IPC都配有系统软件，有的还配有各种控制软件包；而有的IPC只提供硬件设计上的方便，而应用软件需自行开发，或者系统设计者希望自己开发研制全部软件，以获取这部分较高的商业利润。而有些是为某项应用而专门设计、开发的专用计算机控制系统，如数控机床控制设备、彩色印刷控制设备、电子称重仪及其他智能数字测控设备等。这些系统偏重于某几项特定的功能，系统的软、硬件比较简单和紧凑，常用于批量的定型产品中。在硬件设计上可

20、以按系统的要求进行自行配置，软件多采用固化的专用芯片和相应器件，一般可采用单片机系统或专用的控制芯片来实现，开发完成后一般不做较大的更动。这种方法的优点是系统针对性强，价格便宜，缺点是设计制造周期长，要求设计人员具备较深的计算机知识，因为系统的全部硬件、软件均需自行开发研制。（2）现场仪表及设备1. 根据工艺要求选择电气动力设备，包括电动机、水泵、风机等的电压、电流等电气参数、型号规格，这部分内容如果细分应归属为电气设计人员。2. 根据工艺流程选择测量装置，包括被测参数种类、量程大小、信号类别、型号规格等。3. 根据工艺流程选择执行装置，包括能源类型、信号类别、型号规格等。4. 根据工艺流程图

21、设计带有测控点的工艺控制流程图、复杂控制系统图、现场管、线缆敷设图及自控设备汇总表、综合材料表等若干工程图。（3）控制柜（盘）控制柜（盘）把核心控制装置及动力系统主回路与控制回路的低压电器装置集成在一起，既为操作人员提供一个良好的监控界面与操作平台，也为维护人员提供一个方便的检测、维修场所。对于大的系统，往往分成动力柜（强电）、控制柜（弱电）、仪表柜（盘）等几种柜（盘）；而对于小系统，可以集成在一个柜（盘）上。 控制柜（盘）的设计不仅是柜（盘）的外形尺寸与框架结构，更主要的是柜（盘）内电器部件的安装接线图，他表示了各电器部件的实际安装位置和它们之间的电气连接，这是实际接线的依据，也是现场安装和

22、检修工作不可缺少的图纸。对此，需要设计电气系统图，电气原理图，柜（盘）的正面布置图、背面配线图及结构尺寸图等。有时还需要设计放置控制柜（盘）的控制室，包括平面面积、立体空间、柜（盘）摆放位置、电源电缆与信号电缆的进出位置与走向，还有灯光照明、接地系统、抗干扰措施、防雷措施等。3软件设计 用IPC或PLC来组建计算机控制系统不仅能减小系统硬件设计的工作量，而且还能减小系统软件设计的工作量。一般它们都配有实时操作系统或实时监控程序以及各种控制、运算软件和组态软件等，可使系统设计者在最短的周期内，开发出应用软件。 如果从选择单片机入手来研制控制系统，那系统的全部硬件、软件均需自行开发研制。自行开发控

23、制软件时，应先画出程序总体流程图和各功能模块流程图，再选择程序设计语言，然后编制程序。软件设计应考虑以下5个方面。（1）编程语言的选择根据机型不同和控制工况不同，可以选择不同的编程设计语言。目前常用的语言有汇编语言、高级语言、组态语言等。汇编语言是使用助记符代替二进制指令码的面向机器的语言。用汇编语言编出的程序质量较高，且易懂、易记、易检查和易修改，但不同的机器有不同的汇编语言，如MC51单片机汇编语言、8086CPU汇编语言等。编程者必须先熟悉这种机器的汇编语言才能编程，这就要求编程者要有较深的计算机软件和硬件知识以及一定程度的程序设计技能与经验。高级语言更接近英语自然语言和数学表达式，程序

24、设计人员只要掌握该种语言的特点和使用方法，而不必了解机器的指令系统就可以编程设计。因而它具有通用性好、功能强、更易于编写等特点，是近年来发展很快的一种编程方式。目前，AT89、51系列单片机常用的高级语言有C-51、PL/M以及MBASIC-51等。高级语言在编写控制算法和图形显示方面具有独特的优点，而汇编语言编写的程序比高级语言编写的程序执行速度快、占用内存少。所以，一种较好的模式是混合使用两种语言，用汇编语言编写中断管理、出入/输出等实时性强的程序，而用高级语言编写计算、图形显示、打印等运算管理程序。组态语言是一种针对控制系统设计的面向问题的高级语言，它为用户提供了众多的功能模块。例如，控

25、制算法模块（如PID），运算模块（包括四则运算、开方、最大值/最小值选择、一阶惯性、超前滞后、工程量变换、上下限报警等数十种），计数/计时模块，逻辑能算模块，输入模块，输出模块，打印模块，CRT显示模块等。系统设计者只需根据控制要求，选择所需的模块就能十分方便地生成系统控制软件，因而软件设计工作量大为减少。常用的组态软件有Intouch、FIX、WinCC、KingView组态王、MCGS、力控等。 在软件技术飞速发展的今天，各种软件开发工具琳琅满目，每种开发语言都有其各自的长处和短处。在设计控制系统的应用程序时，究竟选择哪种语言编程，还是两种语言混合使用，这要根据被控对象的特点、控制任务的要

26、求以及所具备的条件而定。 （2）数据类型和数据结构规划 系统的各个模块之间要进行各种信息传递，如数据采集模块和数据处理模块之间、数据处理模块和显示模块、打印模块之间的接口条件，即各接口参数的数据结构和数据类型必须严格统一规定。按数据类型来分类，可分为逻辑型和数值型。通常将逻辑型数据归到软件标志中去考虑。数值型数据可分为定点数和浮点数，定点数具有直观、编程简单、运算速度快的优点，缺点是表示的数值动态范围小，容易溢出；而浮点数则相反，数值动态范围大、相对精度稳定、不易溢出，但编程复杂，运算速度低。 如果某参数是一系列有序数据的集合，如采样信号序列，则不只有数据类型问题，还有一个数据存放格式问题，即

27、数据结构问题。具体来说，就是按顺序结构、链形结构还是树形结构来存放数据。（3）资源分配 完成数据类型和数据结构的规划后，便开始分配系统的资源。系统资源包括ROM、RAM、定时器/计数器、中断源、I/O地 址等。ROM资源用来存放程序和表格，而I/O地址、定时器/计数器、中断源在任务分析时已经分配好了。资源分配的主要工作是RAM资源的分配。RAM资源规划好后，应列出一张RAM资源的详细分配清单，作为编程依据。 （4）控制软件的设计 数据采集及数据处理程序主要包括模拟量和数字量多路信号的采样、输入变换、存储等。数据处理程序主要包括数字滤波程序、线性化处理和非线性补偿、标度变换程序、越限报警程序等。

28、 控制算法程序控制算法程序是计算机控制系统的核心程序，其内容由控制系统的类型和控制规律所决定。一般有：数字PID控制算法、大林算法、Smith补偿控制算法、最少拍控制算法、串级控制算法、前馈控制算法、解耦控制算法、模糊控制算法、最优控制算法等。实际实现时，可选择合适的一种或几种算法来实现控制。 控制量输出程序控制量输出程序实现对控制量的处理（上下限和变化率处理）、控制量的变换及输出，驱动执行机构或各种电气开关。控制量也包括模拟量和开关量输出两种。 人机界面程序这是面板操作管理程序，包括键盘、开关、薄码盘等信息输入程序，显示器、指示灯、监视器和打印机等输出程序，事故报警以及故障检测程序等。 程序

29、实时时钟和中断处理程序计算机控制系统中有很多任务是按时间来安排的，因此实时时钟是计算机控制系统的运行基础。时钟有绝对时钟和相对时钟两种。绝对时钟与当地的时间同步，相对时钟与当地时间无关。许多实时任务，如采样周期、定时显示打印、定时数据处理等，都必须利用实时时钟来实现，并由定时中断服务程序去执行相对的动作或处理动作状态标志。另外，事故报警、掉电保护等一些重要事件的处理也常常使用中断技术，以使计算机能对事件做出及时处理。 数据管理程序这部分程序用于生产管理，主要包括画面显示、变化趋势分析、报警记录、统计报表打印输出等。 数据通信程序数据通信程序主要完成计算机与计算机之间、计算机与智能设备之间的信息

30、传递和交换。（5）程序设计的方法 应用程序的设计方法可采用模块化程序设计和自顶向下程序设计等方法。 模块化程序设计是把一个较长的程序按功能分成若干个小的程序模块，然后分别进行独立设计、编程、测试和查错，最后把各调试好的程序模块连成一个完整的程序。模块化程序设计的特点是单个小程序模块的编写和调试比较容易；一个模块可以被多个程序调用；检查错误容易，且修改时只需改正该模块即可，无须牵涉其他模块。但这种设计方法在对各个模块进行连接时有一定困难。 自顶向下程序设计时，先设计主程序，从属的程序或子程序用程序符号来代替。主程序编好后，再编写从属的程序，最后完成整个系统的程序设计。这种方法的特点是，设计、测试

31、和连接同时按一个线索进行，比较符合人们的日常思维方式，设计中的矛盾和问题可以较早发现和解决。但这种设计的最大问题就是上一级的程序错误将会对整个程序产生影响，并且局部的修改将牵连全局。 1.3.3 仿真调试与安装运行阶段在控制系统（控制柜）的设计、采购与成套之后，一般到现场安装之前要先在实验室中进行仿真调试，即依次进行硬件调试、软件调试与硬软件统调，最后考机运行，为现场安装投运做好准备。1硬件调试对于各种标准功能模板，应按照说明书检查主要功能，如主机板（CPU板）上RAM区的读写功能、ROM区的读出功能、复位电路、时钟电路等的正确性。在调试A/D和D/A模板之前，必须准备好信号源、数字电压表、电

32、流表等标准仪器。对这两种模板首先检查信号的零点和满量程，然后再分档检查，并且上行和下行来回调试，以便检查线性度是否合乎要求。利用开关量输入和输出程序来检查开关量输入（DI）和开关量输出（DO）模板。测试时可在输入端加开关量信号，检查输入状态的正确性，在输出端用万用表或灯泡检查输出状态的正确性。硬件测试还包括现场仪表和执行器，这些仪表必须在安装之前按说明书要求校验完毕。如果是DCS等通讯网络系统，还要调试通讯功能，验证数据传输的正确性。2软件调试软件调试的顺序是子程序功能模块主程序。 控制模块的调试应分开环和闭环两种情况进行。开环调试检查PID控制模块的开环阶跃响应特性，开环阶跃响应实验分析记录

33、在不同的P、I、D参数下，针对不同阶跃输入幅度、不同控制周期、正反两种作用方向时的纯比例控制、比例积分控制及比例积分微分控制三种主要响应曲线，从而确定较佳的P、I、D、参数。在完成PID控制模块开环特性调试的基础上，还需进一步进行闭环特性调试，即检查PID控制模块的反馈控制功能。被控对象可以使用实验室物理模拟装置，也可以使用电子式模拟实验室设备。实验方法与模拟仪表调节器组成的控制系统类似，即分别做给定值和外部干扰的阶跃响应实验，改变P、I、D参数以及阶跃输入的幅度，分析被控量的阶跃响应曲线和PID控制器输出控制量的记录曲线，判断闭环工作是否正确。在纯PID控制闭环实验通过的基础上，再逐项加入一

34、些计算机控制的特殊功能，如积分分离、微分先行、非线性PID等，并逐项检查是否正确。一般与过程输入/输出通道无关的程序，如运算模块都可用开发装置或仿真器的调试程序进行调试，有时为了调试某些程序，可能还要编写临时性辅助程序。一旦所有的子程序和功能模块调试完毕，就可以用主程序将它们连接在一起，进行整体调试。整体调试的方法是自底向上逐步扩大，首先按分支将模块组合起来，以形成模块子集，调试完各模块子集，再将部分模块子集连接起来进行局部调试，最后进行全局调试。这样经过子集、局部和全局三步调试，完成了整体调试工作。通过整体调试能够把设计中存在的问题和隐藏的缺陷暴露出来，从而基本上消除了编程错误，为以后的系统

35、仿真调试和在线调试及运行打下良好的基础。3系统仿真在硬件和软件分别调试后，必须在进行全系统的硬件、软件统调，即所谓的系统仿真，也称为模拟调试。所谓系统仿真，就是应用相似原理和类比关系来研究事物，也就是用模型来代替实际被控对象进行实验和研究。系统仿真有以下三种类型：全物理仿真、半物理仿真和数字仿真。 全物理仿真即在模拟环境条件下的全实物仿真，对于纯数据采集系统，可以做到全物理仿真；而对于控制系统，是难以做到全物理仿真的，这是因为不可能将实际生产过程搬到自己的实验室中。半物理仿真即硬件闭路动态实验，其被控对象可用实验模型来代替。数字仿真即计算机仿真，是指在计算机中建立系统或被控对象的数学模型，然后

36、进行模型实现和模型实验。一般的自动化工程，系统仿真尽量采用全物理仿真或半物理仿真，而且试验条件或工作状态越接近真实，其效果越好。4考机 最后还要进行考机运行，即进行一定时段的通电运行考验，有时还要根据实际的运行环境，进行特殊运行条件的考验，如高温和低温剧变运行实验、震动和抗电磁干扰实验、电源电压剧变和掉电实验等。 5安装运行阶段 系统调试仿真后便可安装到现场，与生产过程连接在一起，最终进行现场调试和运行。安装过程可参照有关专业的施工安装规范标准进行。 即使实验室中的仿真和调试工作做到了天衣无缝，但现场调试和运行仍可能出现问题。现场调试与投运阶段是一个从小到大、从易到难、从手动到自动、从简单回路

37、到复杂回路的逐步过渡的过程。此前应制订一系列调试计划、实施方案、安全措施和分工合作细则等。为了做到有把握，在线调试前还要进行下列检查：1. 现场设备包括检测元件、变送器、显示仪器、调节阀等必须通过现场的单机与系统校验，以保证一次仪表的正常工作状态和精度要求。2. 各种电气接线和测量导管必须经过检查，保证连接正确。例如，传感器的极性不能接反，各个传感器对号位置不能接错，各个气动导管必须畅通，特别是不能把强电接在弱电端子上。3. 检查系统的干扰情况和接地情况，如果不符合要求，应采取措施。4. 对安全防护措施也要检查。经过检查并已安装正确后，即可进行系统的投运和参数的整定。通过现场调试，进一步修改和

38、完善系统的硬件和软件，使控制系统的各项性能指标达到设计要求，直到控制系统正式投产运行。在现场调试的过程中，可能出现错综复杂、时隐时现的各种奇怪现象，一时难以找到问题的根源。此时，控制系统的设计者们应认真地共同分析，不要轻易地怀疑别人所做的工作，以便尽快找到问题的根源并解决。1.3.4 资料归档与项目验收阶段项目进行的最后阶段是资料归档与项目验收阶段。1资料归档 在调试运行过程中所修改的图纸设计都要一一记录在案，形成施工记录，最终形成一份正确无误的整个项目的设计资料，以作为该系统今后维护、维修的重要依据。乙方还要编写一份该系统的操作使用说明书，必要时还要对甲方操作者进行操作培训，以保证系统能正常、有序地运行。2项目验收 项目验收是系统设计与实施最终完成的标志，应由甲方主持、乙方参加。系统试运行一段时间后，双方应按照合同书（设计任务书）的技术指标要求逐项验收，如有问题还要进行微调直至完全符合要求，最终双方在设计完成确认书上签字，表明工程项目的最终完成。此时，甲方应按照合同约定，把除质量保证金以外的其余工程费用全部支付乙方。.忽略此处.19