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第4章基于工控机的微型加热器温度控制系统4.1工控机实验装置4.2系统总体设计4.3系统硬件设计4.4系统软件设计返回总目录4.1工控机实验装置4.1.1工控机实验装置介绍工控机（IPC）实验装置分类：柜式、台式及盒式。研华IPC按结构分类：1、普

通台式——其I/O接口卡插在主机ISA或PCI插槽里，还有分布式RS-485远程控制I/O模块等2、整体式——键盘和显示器均固定在主机上3、模块式——模块种类有电源模块、CPU模块、输入输出I/O接口卡模块、工业以太网接口模块、现场总线接口模块和分布式RS-485远程控制I/

O模块等）多D/A结构（图2-1(a)）和共享D/A结构（图中2-1(b)）。柜式工控机（IPC）加热器圆工作台-旋转编码器工控机IPC-PLC-DCS-单片机实验装置17吋彩色显示器变频器三位数码管、交通灯、舞台灯光1650mm860mm1800mm730mm

420mm开关、交直流电源、继电器、接触器、熔断器、热继电器模块储藏柜IPC信号调理模块、或IPC远程模块、PLC、DCS模块、单片机模块电梯-机械滑台大连轻工业学院信息学院设计工业计算机IPC与ISA及PCI板卡1350mm图4-1IPC实验装置外形与结构

4.1.2控制要求1、硬件设计(1)被控对象设计(2)加热器电源设计(3)主控装置设计(4)加热器控制电路设计(5)加热器电气及电子原理图设计(6)信号调理模块和加热器模块电气及电子工艺设计2、

控制方式与控制指标除了手动方式控制以外，还有自动方式控制。3、软件设计采用中国亚控公司中文组态王Kingview及与其配套的软PLC语言KingACT为编程语言。4.2系统总体设计4.2.1系统设计流程⚫1、系统调研和设计任

务书的拟订⚫自动化系统设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣⚫工验收的依据。⚫2、方案设计⚫对同一控制对象和控制要求，往往有多种控制方案。在满足控制要求⚫的前提下，设计方案应该力求简单、经济和实用，不宜盲目追求高指⚫标。⚫3、安全

性、可靠性考虑⚫4、硬件与软件设计⚫5、系统安装调试4.2.2控制方案设计⚫1、软硬件主要方案（1）硬件部分前面已经叙述过，除了用工控机IPC及其I/O摸板控制已经确定以外，还有：要求采用微型廉价测温传感器测量温度；要求采用高效集成式控制电路控制加热器的加热元件。（

2）软件部分前面已经叙述过，用基于经典自动控制理论模拟PID的数字式恒值温度控制和基于现代控制理论离散型动态规划及最小原理变值温度控制控制，采用中文组态王Kingview及与其配套的软PLC语言KingACT为编程语言。⚫2、控制算法与软件方案的拓宽⚫（1）控制算法⚫（2）编程语言⚫

（3）设计题目树4.3系统硬件设计4.3.1系统组成结构图4-2加热器IPC控制系统组成结构4.3.2系统功能划分1、工控机IPCIPC是整个控制系统的核心和大脑。从自动控制理论的角度出发，IPC属于自动运算、调节和控制环节。2、ISA或PCI多功能卡加热器的IPC控制，既有模

拟量控制，又有开关量控制，故要有AI、AO、DI和DO输入输出点，要选择多功能卡。多功能卡产生TTL级的控制信号。3、通信转换模块及远程模块由于IPC另外还要控制电梯等对象，控制电梯需要较多的DI

、DO点，而多功能卡上的DI、DO点不够用，故要增设这两个模块及RS232/485通信转换模块，兼有远程网络控制的功能。4、信号调理模块5、加热器模块6、AC电源和DC电源4.3.3工控机IPC概述1、IPC硬件研华公司是国际上最早从事工业计算机和自动化控制器的生

产厂商之一研华产品的市场占有率较高。研华主要产品系列有：(1)工业计算机平台(2)电子自动化(3)嵌入式计算机(4)数字视频平台2、IPC软件与组态软件除了可用通用汇编语言、VB和C++语言编程以外，还具有方便用户编程的多实时工业组态软件，而一般IP

C工业监控已较少使用前三种语言编程。工业组态软件特点有：(1)内置实时数据库(2)图形化软PLC语言（梯形图LD和功能块图FBD等）编写非常直观(3)能高速采样与控制(4)拥有同其它语言进行通信的软件接口4

.3.4主控设备选型及配置⚫工控机IPC及其I/O板卡是本课题的主要控制设备。⚫1、IPC主机⚫设备选型⚫(1)选定普通台式IPC。⚫(2)具体选IPC-610型。⚫(3)全长All-in-OneCPU卡选PCA-6187型。⚫(4)1个硬盘，1个光驱，1个鼠标，1个

键盘，1台17英寸彩色显示器。⚫2、插入式数据采集控制⚫考虑到作为一般的IPC实验和低速数据采集控制工业应用，选用⚫PCL-812PG型ISA多功能卡。⚫其性能指标为：⚫16路12位单端模拟量输入AI⚫2路12位AO输出⚫一个Intel8253-5型可编程定时器/计数器⚫16

位数字量输入DI，16位数字量输出DO⚫连接插座⚫3、信号调理模块和端子板⚫(1)PCLD-782型光隔离数字量输入板⚫信号调理模块和端子板用于连接主机箱里的PCL-812PG多功能卡。DI074LS240

1330+5V1+5V4.7K∞－1MSA210KLM3394.7K+5V560500+5VinISA1++5VDICOM0DI01K+图4-3PCLD-782型光隔离数字量输入板内部及外部接口电路⚫(2)PCLD-785型继电器输

出模块DO01+12V+5V470DOCOM0DOB0DOK0a)PCL-812PGAI、AO插座AICOM0AI0b）R2R1C或AOCOM0或AO0图4-4DO0继电器输出通道与PCLD-780型螺旋接线端子板单个通道

电路图⚫(3)PCLD-780型螺旋接线端子板⚫PCLD-780型接线端子板具有2套10通道连接器，其单个通道的电路图如图4-4b⚫所示。⚫共有4种设置方式：⚫直通连接（工厂出厂设置）R1=0Ω，R2和C取消。⚫1.6KHz（3dB）低通滤波器R1=1

0KΩ，C1=0.01μF，R2取消。⚫10比1电压衰减器R1=9Ω，R2=2Ω，C1取消。⚫0～20mA到0～5V（DC）信号转换器R1=0Ω，R2=250Ω，C1取消。⚫4、远程通信模块和远程控制模块⚫(1)通信转换模块⚫选取AIAM-4520型光隔离RS232至RS-422/R

S-485转换模块。⚫(2)远程数字量输入输出模块⚫选取2块AIAM-4050数字量输入输出模块（7点DI，8点DO），输入电压电平0～⚫30V，8路NPN型晶体管集电极开路数字量输出。4.3.5系统电气电子原理图设计⚫一、IPC、I/O插卡、信号调理模块、按钮和指示灯电路的设计⚫工作原理

：⚫图4-5微型加热器IPC控制系统电气原理图(略）。⚫二、加热器电路的设计⚫加热器电路如图4-5所表示。⚫1、加热器的信号输入⚫加热器的信号输入端有两个，分别为AIU0和AII0，分别采用工业控制标准电压信号（0⚫～5V）和电流信号（0～20mA）两种方式。接加热器电压信

号输入端扰动开关130kA3信号调理LNKMFUSB1SB2KMA1工控机IPC-610ISADI1DICOMDI0AI15DI15DI8DI7DOCOMAAI1AI0AICOMAOCOMAO0DO0DO1DO2+18VDO3AO1DO4DOC

OMBDO15DO7DO8+5V+12VR14|R10V14|V10-12V+5V-5VLNDI0COM1+VSGNDTX+TX-RX-RX+DATA+DATA-RS-485RS-422G1直流电源DATA+DATA-D

O0DO1DI0DI1DI6A5ADAM-4050数字量输入输出远程模块A6ADAM-4050数字量输入输出远程模块DO7GNDGNDDATA-DATA+R23AIU02500～5V0～20mAPV1∞R2725022k16R25R26

R2420k1568k13121114458R282kN3LM3524+N4100μ1007812C1+R30200μC2+18VV2010W805020μ+C3R29AD5907619PWM脉宽调制频率0.5HzA100+VS+VSPTSR3110kRP12kRP24.7kR3410k

R3310kR32温度传感器R3750k零点调节R22R35100kR21RP320k20k1k扰动幅度R364.7k3kR38250R39100R4050KR4115kR4315kR44300VV+1kR4550kR42－0～5V5.6VVZ30～20mA++－－

－+信号输入信号输出∞∞∞N1ALF358N1BLF358N2ALF358N2BLF358A2PCL-812PG多功能卡A4ADAM-4520通信转换模块V219013接加热器电压信号输出端AII0AOU0AOI0VZ1VZ25.0V5.0V18324856478324856417+

+++PV2BCDE增益调节GFIH8253芯片端子外计数计数满定时信号VCCSB0～SB7SADI9102HL4|HL0最远达1200m图4-5微型加热器IPC控制系统电气原理图⚫2、输入信号放大与槽形电压表指示⚫输入信号采用单电源运算放大器N1A进行放大⚫所用运算放

大器LM358内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器⚫电压表PV1为槽形电压表⚫稳压二极管VZ1用于保护表头⚫3、SG3524型PWM控制芯片介绍⚫加热元件的加热电阻R30（100Ω，10

W）⚫采用功率管V20高效脉宽调制方式控制⚫SG3524是美国硅通用公司（SiliconGeneral）生产的⚫端推挽输出式脉宽调制器，工作频率高于100kHz，工作⚫温度为0℃～70℃，适宜控制100W～500W中功率开关电⚫源、加热器和直流电动机等。⚫SG3524采用DIP-

16型封装，其内部结构如图4-6所示，管脚功能:⚫引脚1：反相输入，误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反⚫馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成⚫跟随器。⚫引脚2：同相输入，误差放

大器同相输入端。在闭环系统和开环系统中，⚫该端接给定信号。⚫引脚3：振荡器输出，内部振荡器输出。⚫引脚4：限电流（+）输入CLSENSE，采用电流传感器引入，进行限电流⚫保护。⚫引脚5：限电流（-）输入CLSENSE，采用电流传感器引入，进行限电流⚫保护。⚫引脚6：振荡器外接电

阻。⚫引脚7：振荡器外接定时电容。振荡器频率由外接电阻和电容决定。⚫引脚8：地GND。⚫引脚9：补偿、外接RC网络，PWM比较器补偿信号输入端。⚫引脚10：通/断控制：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器⚫输出被禁止。低电平时，输出为高阻状态。⚫引脚11：内部激励发

射极输出。⚫引脚12：内部激励集电极输出。⚫引脚13：内部激励集电极输出B。⚫引脚14：内部激励发射极输出EMITTERB。⚫引脚15：电源电压VIN。⚫引脚16：基准电源电压VRF，+5V，既可用于内部电路，又可用于外⚫部电路。电源电压15S12同相输入反相输入补偿49＋5V通/断控制5升电

流(＋)限电流(－)1020010k20010k1k定时电容CT76定时电阻RT地＋5VRT振荡器输出PTQ振荡器Q发射极输出B集电极输出BQQ基准电源VRF基准电源稳压器∞∞∞831413111216集电极输出A发射极输出A＋5V到内部

电路PWM形成比较器＋5V≥1≥1＋5V触发器A或非门互补输出对管触发器B图4-6SG3524型PWM控制芯片内部原理图⚫4、加热器PWM控制原理⚫(1)参见图4-5。运算放大器N1A的输出端，经R25、R24同R26分⚫压SG3524脚1

6提供的基准电源+5V，而后接至PWM控制芯片SG3524⚫的脚2（误差放大器同相输入端）。脚1（误差放大器反向输入端⚫）和脚9（补偿、外接RC网络端）进行短接，使得内部误差放大器变成⚫射跟随器形式。脚2实际上就是自动控制给定输入端，在此，我们仅对⚫PWM控制芯片

采用模拟式开环控制方式，但是就加热器温度大反馈控制⚫而言，PWM控制芯片作为控制电器，不过是整个温度闭环控制系统的一⚫个执行环节。⚫(2)振荡器脚7须外接电容，脚6须外接电阻。振荡器频率由外接电阻和电⚫容决定。本设计开关频率设定为0.5Hz，可取C=20μF，R=

130kΩ。振荡器⚫的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；⚫另一路以锯齿波形式送至PWM比较器的同相端，比较器的反向端接误差放⚫(3)误差放大器的输出与锯齿波电压在PWM比较器中进行比较，从而在P

WM比⚫较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，此方波脉冲经过RS双稳态触发器A送到两个或非门的输入端。每个或非门的另两个输入端分别为振荡器输出方波电压和另一个触发器B的Q端（两个或非门分别接Q正端和反端）。触发器B的两个输出端互补

，交替输出高低电平，其作用是将PWM脉冲交替送至两个三极管V1及V2的基极，使得推挽输出对管交替输出脉冲宽度调制波，两者相位相差180°。当输出对管并联应用时，其输出脉冲的占空比为0％～90％；⚫当输出对管分开使用时，输出脉

冲的占空比为0％～45％。⚫(4)本设计不用电流反馈，将脚4[限电流（＋）输入]和脚5[限电流（－）输入]接地。通/断控制（脚10）悬空。⚫(5)用中功率管V20（8050型）的开关工作方式控制加热电阻R30（100Ω，10W）的

通断。易算得流过加热电阻R30的最大电流为Imax=180mA。不妨设功率管V20的放大倍数β=60，则PWM控制芯片双输出晶体管（也处于开关工作方式）外接集电极电阻R28的最大电流大约为6mA，而每个晶体管的集电极电流为3mA。易算得R28大约2k，就取R28=2kΩ。⚫(6)本系统不存在

控制死区问题。当控制信号输入端AIU0从0～1变化时，PWM控制芯片给定输入端（脚2）信号就立即变化，使得推挽输出管的通断情况产生变化，进而使得加热电阻的发热情况产生变化。⚫(7)如此，当加热器实际温度低于设定温度时，经过IPC根据某一⚫自动控制算法运算后，IPC送出的AO信

号上升，运算放大器N1A输⚫出信号随之上升，PWM控制芯片给定输入端信号也随之上升，输出⚫的脉冲宽度随之增大，使得加热功率管的导通时间延长，加热功⚫率增大，实际温度上升，如此等等。⚫5、测温传感器AD590介绍⚫AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的⚫主要特性如下：

⚫(1)电流在数值上等于器件所处环境的热力学温度（开尔⚫文）度数，单位为μA；Tk—热力学温度，单位为K。⚫(2)AD590的测温范围为-55℃～+150℃。⚫(3)AD590的电源电压范围为4V～30V。AD590可以承受44V正向电

⚫压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。⚫6、加热器测温电路⚫(1)由于所选用的AD590为电流型器件，所用电源电压为12V，故考虑用AD590与一个电阻R31=10kΩ相串联，另一端接地（如图4-5所示),温

度为0℃时，可算得UB=2.73V；温度为100℃时，UB=3.73V。⚫(2)设置零点调节电阻的目的是当温度为0℃时，使得测温电路的输出，亦即运算放大器N1B的输出为0V。⚫(3)反馈电阻与反相输入电阻

的计算。⚫(4)设置扰动开关S、电阻R32和电位器RP1的目的是模拟环境温度突然降低对加热器温度的影响。⚫(5)测温第2级放大器N2A采用全反馈跟随器形式，其同相输入端的电压变化范围应在0～5V之间，R36=1kΩ，RP3=4.7kΩ，R37=3k

Ω。⚫(6)电压表PV2为槽形电压表，刻度在0～100之间，对应0～100℃。稳压二极管VZ2用于保护表头⚫(7)工业标准信号0～5V到0～20mA转换电路如图4-5所示。显见运算放大器N2B与晶体管V21电路构成负反馈电路，R43为反馈电阻。

我们的设计目标是当UF=0～5V时，晶体管V21的集电极电流随之0～20mA变化，从而发射极亦然。⚫(8)在R40～R43取值已知的情况下，晶体管V21集电极电阻R44=300Ω。⚫(9)由于晶体管V21发射极输出作为0～20mA信号输

出端，而接收电路可能要使之变成电压信号，故V21发射极最大电压为5V，因此设置稳压二极管VZ3（稳压值为5.6V），此管一般情况下并不处于反向导通状态，除非产生保护动作时，才反向导通。⚫(5)测温第2级放大器N2A采用全反馈跟随器形式，其同相输入端的电压⚫变化范围应在0～5V之

间，R36=1kΩ，RP3=4.7kΩ，R37=3kΩ。⚫(6)电压表PV2为槽形电压表，刻度在0～100之间，对应0～100℃。稳压⚫二极管VZ2用于保护表头。⚫(7)工业标准信号0～5V到0～20mA转换电路如图4-5所示。显见运算放大⚫器N2B与晶体管V21

电路构成负反馈电路，R43为反馈电阻。我们的设计⚫目标是当UF=0～5V时，晶体管V21的集电极电流随之0～20mA变化，从而⚫发射极亦然。⚫(8)在R40～R43取值已知的情况下，晶体管V21集电极电阻R44=300Ω。⚫(9)由于晶体管V21发射极输出作为0～20mA信

号输出端，而接收电路可⚫能要使之变成电压信号，故V21发射极最大电压为5V，因此设置稳压二⚫极管VZ3（稳压值为5.6V），此管一般情况下并不处于反向导通状态，⚫除非产生保护动作时，才反向导通。⚫1、机械结构设计⚫所设计的IPC实验

装置为柜式，其外形及结构和各模块的布置如图4-1⚫所示。对此，前面已经作了介绍。机械设计包括机械零件图设计、机⚫械装配图设计、外购件和金属及非金属材料清单汇总等。这些工作一⚫般由机械技术人员承担，电气自动化技术人员密切配合。⚫2、各模

块电气元件布置图设计⚫各模块电气元件布置图是指各模块箱体内电气元件的布置，以便电气⚫元件的安装。必须根据元件产品样本或实物，了解元件的安装形式与⚫尺寸，进行设计。4.3.6系统电气电子工艺设计⚫3、各模块面板设计与制造⚫实验装置上各模块的面板有各元件的接线端子插

座、电位器、开关、按钮、电⚫表、指示灯、发光二极管和数码管等，还要写上电气元件图形符号及文字符号⚫和其它文字。例如，加热器模块的面板PCB制板图如图4-7所示（略）。⚫面板加工图采用Protel软件PCB

文件格式设计（工程上还广泛采用PowerPCB、⚫Cadence和Allegro等软件），随后将PCB文件格式面板加工图送往专业厂进行⚫光绘，将铝合金板材进行喷砂、氧化处理，再涂上一层感光材料，而后感光印⚫刷

、裁剪和打孔。⚫4、加热器PCB图的设计与制造⚫印刷线路制板图一般常用Protel软件的PCB文件格式设计，常称⚫为PCB制板。用户只需在计算机上完成PCB文件的设计，然后发往⚫线路板制造厂。例如，加热器模块的PCB图如图4-8所示。图4-8加热器模块的PCB制

板图4.4系统软件设计4.4.1软件设计流程⚫程序设计是一种高度复杂的创造性劳动，必须遵循科学的软⚫件设计流程，才能使程序设计有条不紊地进行下去。⚫自动化工程控制软件设计的流程一般为：⚫(1)控制规律与控制算法设计。⚫(2)基

于某一控制算法和某一编程语言进行人机界面设计与控制程序设计。⚫对规模较大的系统，要事先编制程序设计框图。⚫(3)自动化工程控制软件并非是单一性软件，它同硬件、实际电气控制设⚫备及被控对象紧密相关，因此要进行软硬件综合调试。4.4.2控制规律与控制算法设

计1、系统动态数学模型的计算、估算与测试熟悉被控对象是进行自动控制系统设计首先要做的事情，而系统建模，即系统动态数学模型的建立，是实施各种控制策略与控制算法的重要依据。系统建模分计算、估算与测试几个环节。测试画面如图4-9所表示。(

1)系统动态数学模型的计算和估算本例只研究传热过程。(2)系统动态数学模型的“飞升曲线法”测试在推导出系统的传递函数之后，还要进一步通过工程测试法获得其具体参数，最常用的测试方法是“飞升曲线法”。测试环境：电网电压为AC220V环境温度为标准室温25℃。这是测定曲线、建立数学模型的标

准条件。环境变了，要作为随机干扰信号处理。测试画面如图4-9所示，测试软件采用中文组态王编制。测温传感器加热电阻IPCAO0AI0PWM电路+18V图4-9在线飞升曲线法测定被控对象的动态特性⚫简述如下

：⚫(1)在组态王工程浏览器/设备/板卡/研华/PCL812PG路径下安装PCL-812PG多功能卡。⚫(2)在组态王工程管理器中定义变量（在组态王中变量无斜体与下标）：模拟量输出AO0，I/O⚫实数（要事先软件安装PCL-812PG多功能卡，并进行I/O变

量连接，选取AO0通道）；输入调节⚫内存实数，由于组态王Y-T图的显示特点，要将内存实数的最大默认值1×109改为5，才能调到⚫5V时满幅显示；放大倍数K0，内存实数；稳态温度，内存实数；加热器温度采集AI0，I/O实数⚫加热器实测温度y，内存实数，类似地，

要将内存实数的最大值改为100，才能当温度为100℃⚫时满幅显示；时间常数T，内存实数；纯滞后时间，内存实数；初始温度，内存实数；稳态温⚫度，内存实数；隐含与可见，内存离散。⚫(3)变量“输入调节”连接游标（可产生输入阶跃信号）、“加热器输入”文本框和实时趋势Y-T图⚫输入阶跃信号曲线；变

量“加热器实测温度y”连接“加热器输出”文本框和实时趋势Y-T图加热⚫器实测温度曲线。⚫(4)组态王画面命令语言（循环扫描时间设置为1000ms）为：⚫加热器实测温度y=（加热器温度采集AI0）*100/40

95⚫模拟量输出AO0=输入调节*4095/5；/*A/D和D/A均为12位转换*/⚫(5)“初始温度”、“稳态温度”和“K0”为3个自制按钮，用工具箱中的矩形图并放置文本而成，它们动画连接“⚫弹起时”的命令语言分别为

：⚫初始温度=加热器实测温度y；和稳态温度=加热器实测温度y；⚫(6)图中的“隐含/可见”按钮用于控制、和的可见与隐含，其“按下时”和“弹起时”的⚫命令语言分别为：⚫隐含/可见=0；和隐含/可见=1；⚫观察图4-9，可见对象是一阶带纯滞后的自平衡对象，并且纯滞后时间系统时间常数⚫3因为测温

传感器离加热电阻很近，故不再考虑。图4-9中参数、的测量是在在线运行⚫时通过人工观察Y-T图测得并通过组态王软键盘（“”和“”为2个自制按钮，用工具箱⚫中的矩形图并放置文本而成，它们的动画连接均选取“模拟值输入”，运行时，若用⚫鼠标操作，可自动弹出小键盘，以便实时键入

观察值，当然也可用普通硬键盘）键⚫入图形画面的，这不可避免地会带来一些观察误差，但适合一般工程的实际应用；⚫当然，也可考虑全自动测定，但是编程较烦琐。⚫2、基于经典控制理论的二阶最佳工程设计及离散化处理⚫3、基于现代控制理论连续型庞特里雅金最小原理的控制算法设计⚫(1)系统的

状态空间描述与控制性能指标⚫4、基于现代控制理论离散型动态规划原理的控制算法设计⚫(1)对象动力学方程的离散化处理⚫要应用现代控制理论之离散型动态规划原理进行控制，必须进行离散化处理⚫将连续型微分方程转换为离散型差分方程⚫(2)系统的状态空间描述与控

制性能指标⚫状态空间描述法用五个空间来完整地描述一个动力系统，因此系统的空间是⚫一个五元组，对本系统，它是离散型状态空间。⚫(3)基于离散型动态规划原理的最优控制计算法⚫动态规划理论创立于二十世纪五十年代初期。

当时由于生产部门和空间科学⚫技术发展的需要，提出了一系列寻求多级决策过程的最优控制问题，动态规⚫划就是为了解决这类问题由美国数学家贝尔曼（R.Ballman）首先提出的。4.4.3系统控制与人机界面设计

1、基于经典二阶最佳工程设计技术的控制与人机界面（1）基于经典二阶最佳工程设计技术控制律与主要参数（2）特殊控制要求（3）人机界面设计（4）I/O设备的安装（5）组态王变量设定（6）控制软件设计（7）动态数据交换DDE通信2、特殊控制要求(1)控制系统“密码启动”。“密码启动”

或“密码启停控制”是工业控制中常用的安全操作方法，也是实现“一人一题”的具体措施之一。(2)只有当系统状态灯HL0、HLR0亮后，IPC上的所有其它操作才能有效。(3)只有当统状态灯HL0、HLR0亮后，将万能转换开关SA置于手动或自动，则相应的硬/软灯HL1/H

LRSD或HL2/HLRZD才能被点亮，也就是使得IPC上的所有其它操作才能有效的具体实现手段。也可用屏幕上的软按钮SBRSD、SBRZD进行转换。⚫(4)只有当手动或自动灯亮以后，按动加热启动硬/软按钮SB2/SBRJR，则加热硬/软灯⚫HL3/HLRNJR被点亮，此时IPC才能真正地产

生AO信号传输到加热器加热控制电路；反之⚫当按动加热停止硬/软按钮SB3/SBRTZ，则加热硬/软灯HL3/HLJR熄灭，AO信号立即变为⚫0，停止加热。⚫(5)设置超温报警灯硬/软灯HL4/HLRBJ，当温度超过90℃时，HL4/HLRBJ立即被点亮，⚫且

HLRBJ闪烁不停；并且还要用组态王的“报警窗口”图形对象进行显示。⚫(6)进行温度恒值控制，用组态王游标进行温度设定，以方便修改与调节。另外的设定⚫方法是：编程时直接数字设定，硬/软递增递/减按钮。⚫(7)系统放大倍数、时间常数编程时直接数

字设定，而积分系数通过编程自动计算，用⚫游标显示（游标是一种双向元件，兼有控制/被控制功能）。⚫(8)设定温度、实际温度用实时趋势图（Y-T图）和文本数字显示方法显示，棒图和游⚫标也是常用的显示方法。⚫(9)根据控制

算法与控制律实时计算所得的加热器理论控制输入和实际控制输入（≥0⚫≤+5V，通过在编程时将理论控制输入进行约束得到）用数字显示。⚫(10)利用组态王的动态数据交换DDE功能，进行组态王与Windows电子表格应用软件⚫Excel的双向数据通信，具体数据为某些重

要的现场控制数据，如设定温度（给定温度⚫和实际温度等，自己拟订。⚫(11)采用实时签名制度：做完实验，在组态王运行状态屏幕上进行实时签名，签上班⚫级名称和姓名，而后用屏幕拷贝形式将加热器温控情况实时复制到实验

报告Word文件里。⚫(12)应有年月/日期显示。⚫3、人机界面设计⚫经组态王工程浏览器/画面，分别建立名为“加热器二阶最佳设计”和“报警显⚫示与DDE通信”的两个人机界面图形对象，前一个为主窗口，分别如图4-

9和⚫4-10所示。⚫4、I/O设备的安装⚫(1)经组态王工程浏览器/设备/板卡安装名为“PCL812PG多功能卡”的设备。⚫(2)经组态王工程浏览器/设备/COM1/PLC安装名为“亚控仿真PLC”的设备，用⚫于将组态王中的某些内存变量如“设定温度TSD”等先用基于“亚控仿真PLC”的

⚫I/O变量替代，而后发送到其它Windows应用程序，如Excel等。⚫(3)经组态王工程浏览器/设备/DDE安装名为“DDE通信Excel”的设备，服务程⚫5、组态王变量设定⚫在组态王工程浏览器/数据库/数据词典中定义变量：⚫(1)转换开关S

A手动、转换开关SA自动、加热启动SB2、加热停止SB3:I/O离散⚫连接设备—PCL812PG多功能卡，寄存器—DI0～DI3，数据类型—bit，读写属⚫性—只读。⚫(2)密码启动SBR0、密码启动SBR1、手动SBRSD、自动

SBRZD、加热启动停止⚫SBRQDTZ（利用图库按钮，按一下为“1”即为启动加热，再按一下为“0”即为⚫停止加热）:内存离散。⚫(3)密码启动步0～码启动步8：内存离散。这些变量用于记忆密码启动软按钮⚫的操作情况。⚫(4)密码启动中

间步计数器CZJB1、密码启动中间步计数器CZJB2：内存整数。⚫这些变量用于记忆密码启动软按钮的操作情况。⚫(5)手动加热调节RPRYB：内存实数。用软游标具体实现。⚫(6)系统状态HL0、手动HL1、自动HL2、加热HL3、报警H

L4:I/O离散，PCL812PG多功能⚫卡，DO0～DO4，bit，只写。⚫(7)系统状态HLRXT、手动HLRSD、自动HLRZD、加热HLRJR、报警HLRBJ:内存离散。(8)实际温度采集TCJ:I/O整数，PCL812PG多功能卡，AI0.F1L5.G1，SHORT，只读，选⚫取允

许DDE访问。⚫(9)温度采集计数器CWDCJ：内存整数。⚫(10)设定温度TSD、实际温度TSJ、实际温度TSJ1～实际温度TSJ4:内存实数。对变量“⚫实际温度TSJ”，在其变量定义窗口的报警定义页

面的“报警限”区域选择：高，90（界⚫限值），高（报警文本）；高高，95（界限值），高高（报警文本）。⚫(11)实际控制输出AO0:I/O整数，PCL812PG多功能卡，AO0，SHORT，只写，选取允许⚫D

DE访问。⚫(12)放大倍数k0、时间常数T、积分系数Ti、采样时间TCY、采样定时器TCYDSQ:内存⚫实数。⚫(13)当前时刻理论控制输出un、前一时刻理论控制输出un_1、当前时刻偏差en:内存实⚫数。2、基于连续型庞特里雅金最小原理的控制与人机界面(1)基于庞特里雅金最小原理控制的

控制律(2)特殊控制要求(3)基于组态王的人机界面和基于软PLC的逻辑与算术运算(4)控制原理简述和操作过程3、基于离散型动态规划原理的控制与人机界面(1)基于离散型动态规划原理控制算法的具体实现方法(2)基于离散型动态

规划原理最优控制的加热器控制软件4.4.4控制系统软硬件综合调试⚫1、硬件电路正确性测试⚫2、先设计人机界面而后定义变量及编制程序⚫3、增设辅助性软对象进行测试⚫4、先手动后自动调试⚫5、达到控温精度的调试⚫(1)对象动态参

数的修正⚫(2)采样时间的修正