控制软件设计论文

2022-05-13

今天小编为大家精心挑选了关于《控制软件设计论文(精选3篇)》的文章,希望能够很好的帮助到大家,谢谢大家对小编的支持和鼓励。摘要:在当下经济发展的浪潮中,DCS自动控制系统已逐步展露其优势。而DCS自动控制系统的设计理念则充分决定了系统实现、运行效果以及所代表的自动化水平等多项问题。因此,着眼于DCS自动控制系统软件的设计分析十分重要。本文将从系统软件结构设计、硬件结构设计以及系统数据库设计三方面着手对DCS自动控制系统的设计进行分析。

第一篇:控制软件设计论文

水文缆道测流控制软件分析与设计

摘要:优化缆道测流控制软件的设计,完善缆道测流控制软件的功能对提升水文测验工作效率和自动化水平具有比较重要的推动作用。本文以实现缆道测流软件设计的优化为目的,对系统总体结构、功能模块等进行了分析与讨论。

关键词:水文缆道测验;系统设计;测流控制软件

1 问题提出

我国水文缆道从研究、试制、发展到稳定提高经历了 60 余年的发展历程。历经手动操作水文缆道、电动水文缆道、自动化水文缆道、全自动水文缆道四个阶段。随着我国科学技术的进步,水文缆道技术水平不断提高,缆道测流技术势必向智能化、远程监测、移动监测管理方向发展。

全国中小河流水文监测系统建设工作完成以来,新建水文站与水文监测人员不足之间的矛盾日益突出。一种高效、可靠、先进功能与架构的智能水文缆道测控系统需求日益突出。新缆道测流控制系统软件的研制成功,将极大的减轻测量人员工作量,并提升流量测量的工作效率。

2 系统硬件结构

缆道主要由变频调速控制子系统、动力控制子系统、计算机测流控制子系统、信号处理子系统、电源控制子系统、防雷子系统及附属配套线缆、接插件、开关等组成。变频调速控制子系统主要部件为变频器、水文绞车等;动力控制子系统主要部件为PLC(动力控制部分)、接触器、继电器、现地按钮等;工作时由工控机或现地控制按钮通过PLC(动力控制部分)利用RS485口控制变频器正反转、加减速;PLC(动力控制部分)、接触器、继电器控制绞车电机上电。

数据采集及信号处理子系统主要部件为PLC(信号处理部分)、水文综合信号源、光栅编码器、限位开关等。水文综合信号源产生水面、河底、流速仪信号,供电为太阳能锂电池充电;光栅编码器产生起点距、入水深信号;限位开关产生上提、下降、归零开关量信号;以上信号皆接入PLC(信號处理部分)进行处理。

3 测流控制软件设计与开发

3.1系统功能

缆道测流控制软件采用C/S架构,服务中心安装在中心站服务器上也可安装在控制台计算机,Client端可安装在内网任何一台电脑上。测流控制软件采用C#语言WinForm形式开发,选用Mysql数据库管理系统作为数据库平台,利用数据库管理技术和高级编程语言,实现图、文、表一体化表现缆道测流过程。

缆道测流控制软件主要开发功能如下:

参数配置: 测站信息管理、流速仪管理、断面管理、垂线配置管理

缆道测流: 自动测流、半自动测流

报表打印: 可生成流量报表

系统管理: 用户管理

系统帮助: 可查看一些帮助文档

视频监控: 调取当前测站的实时视频信息

3.2系统设计

3.2.1数据库的设计

软件采用MySql数据库,MySql是一个全面的数据库平台,提供了企业级的数据管理。数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能。本软件的数据库实体包括测站、测验人员、测流信息、测流成果、垂线信息等。

3.2.2 业务流程设计

水文缆道测流分为自动测流和半自动测流,自动测流是计算机按照事先配置好的断面信息、垂线信息、测流参数信息,自动完成测流的过程;半自动测流与自动测流过程是一样的,唯一不同的就是铅鱼的控制有人员参与,而自动测流是由计算机自动完成,半自动测流需求分析与自动测流相同[1]。其业务流程图如下:

3.2.3 各个功能模块设计与分析

系统测流模块:系统测流分为自动测流和半自动测流。系统根据垂线配置信息(包括测流类型、测流垂线信息、测站测流信息等)进行水文测流。

参数配置模块:系统公共参数配置,实测断面数据配置,流速仪数据信息配置,测流垂线与测流参数配置[2]。

数据分析模块:测流结束后,软件根据水文流量测验规范自动生成流量测验报表。

系统管理模块:系统管理包括用户管理、权限管理、系统支持等功能。

4 结语

本文针对现有的水文缆道测流系统现状和水文测验工作需求,对缆道测流控制软件进行设计与分析。在实际的水文测验过程中,测验软件能大大提高测验工作的效率,并减少了测验人员的工作强度。

参考文献:

[1]河流流量测验规范(GB 50179-2015)[S].北京:中国计划出版社,2016.

[2]水文资料整编规范(SL/T 247-2020)[S].北京:中国水利水电出版社,2021.

作者:李亚涛 张永兵 朱剑峰

第二篇:DCS自动控制系统软件设计分析

摘 要:在当下经济发展的浪潮中,DCS自动控制系统已逐步展露其优势。而DCS自动控制系统的设计理念则充分决定了系统实现、运行效果以及所代表的自动化水平等多项问题。因此,着眼于DCS自动控制系统软件的设计分析十分重要。本文将从系统软件结构设计、硬件结构设计以及系统数据库设计三方面着手对DCS自动控制系统的设计进行分析。

关键词:DCS自动控制系统;软件设计;硬件设计

DCS自动控制系统的广泛应用,对于现今各种生产制造行业来说是生产方式方面跨越性的进步。DCS自动控制系统通过网络监视、控制、数据处理等功能,实现了生产过程的系统化、规模化,提高生产效率,有效降低生产成本,有利于DCS系统用户与管理层对数据的快速分析,从而进行生产决策,提高生产效益。

一、DCS系统概述

(一)DCS系统的发展

自上世纪九十年代DCS系统第一次出现至今,其发展过程分别从系统功能、控制功能以及开发性三个方面进行了技术性跨越。为跟随科技发展进步的趋势,人类的在生活方式以及生产行为的观念有所改变,从单一的生产方式转变为当下网络集中监控,即以计算机为中心运作的自动控制系统。当前,DCS自动控制系统已经广泛应用于各加工制造行业。

(二)典型的DCS系统

典型的DCS系统结构可理解为由过程控制级和过程监控级组成的多级计算机系统,由厂管理网为出发点,包含2各以上中央操作站,以可靠性较高的计算机为主体,可配备相关打印机,形成包含多个控制站的控制网络,以流畅完整地完成系统的监控、操作及反馈工作,实现对现场信号的收集、处理、监视、操作、控制、记录、生成等功能。因而,管理者能通过操作人员的反馈,明晰本厂生产流程及运行情况,并通过控制结果进行决策分析,降低生产成本,提高产品质量,保证整厂的内部控制制度合理实施,实现生产效益最大化。

(三)DCS自动控制系统的特点

高可靠性。DCS自动控制系統具有非常高的可靠性,原因在于DCS将整个控制系统分为若干各分散的子系统,其不同功能的实现也分散在不同的计算机,因此,分配至每台计算机的任务较为简单,错误关联性较小,而组成系统的可靠性也因此提高,同时也利于系统的维护。

抗干扰性。DCS自动控制系统中,各计算机之间在信息传输的过程中,如有改善扩充系统功能时,由于DCS的设计采用标准化、开放化、系统化、模块化的理念,在进行改变的过程中不会影响整个系统功能。

此外,DCS自动控制系统具有较高的适用性,且性价比高,使得本厂可以低成本投资,获得高效率的控制系统,以满足厂的生产管理模式,提高生产效益。

二、DCS自动控制系统的设计分析

(一)系统软件结构设计

DCS自动控制系统的功能可主要分为3部分,即监控、控制及分析。因此,在软件结构设计的过程中首先要根据需求考虑其功能。在软件设计体系中,包括支撑软件与运行软件,支撑软件包括操作系统软件与网络通信软件,运行软件指系统组态软件和系统监控软件。在此基础上,可以通过支撑软件,保证系统硬件与软件的正常运行,并支持通信协议,结合系统运行软件,可进行数据的收集与处理,同时实现监视、操作与控制等功能。

当下,采用最为广泛的DCS设计与实现的方式是集成方式,在DCS系统软件实现的过程中,必须采用较为成熟规范的环境,并以此为起点进行系统应用软件的开发。

操作系统软件和工具软件均可采用微软产品,要注意系统组态软件的支持软件类型。网络通信软件的实现方法需根据控制网络来选定,可选取通信网络基础软件与硬件相配的软件,同时通过编程完成接下来的功能。系统监控软件一般采用自主开发的形式,而创立系统监控软件的关键之处在于系统实施数据库的创建。首先要确定的是数据库的各个组成部分,进行其结构描述与关联操作。

监控软件可从其实现的功能入手,其功能主要包括数据处理、控制、报警、记录、报表生成、生成历史比较趋势图等。数据处理功能主要通过收集系统的数字信号,结合计算机的数据连接、数据变化等技术实现;控制功能可通过组态软件实现顺序、连锁以及回路控制;报警功能可预先设定优先报警级别,区分时态和属性;记录主要针对重要事件、重要数据与参数等进行记录,并连接数据库进行存储;报表生成功能可根据数据连接技术,连接实时数据库和历史数据库产生报表,便于用户和管理者对数据信息的使用等。

(二)系统数据库的设计

系统数据库的设计可包括实时数据库的设计和历史数据库的设计。

实施数据库是以系统中硬件与软件的操作基础上形成的,可通过I/O设备以及I/O驱动软件为收集现场数据提供端口,从而对原始数据进行处理。然而,由于实时数据库的储存空间有限,其定期清理与备份是十分必要的。在删除旧数据,输入新数据的同时,客户端将会收到数据库更新提醒。

系统中的历史数据库会将某些因时间而变化而产生的信息自动储存至稳定性较好的设备中,这种数据可生成多种图表形式,便于用户及管理者理解。历史数据库的存储量受存储介质空间大小的影响,同时也严格要求时间的标注,具有可靠性、共享性等特点。

(三)DCS自动控制系统硬件结构设计

DCS自动控制系统硬件包含现场控制、过程控制、过程管理、经营管理四个级次,相互协调,共同实现数据的收集、控制与处理。DCS自动控制系统的数据收集过程设备时通过I/O来完成,其表现形式为模块化,每个模块有多个通道,有利于传感器与执行器的连接。每个I/O都会通过独立的通道以单点卡或者对应连接箱电缆排序的方式连接现场的接线箱,为简化维修过程,可针对每个不同的I/O连接通道采用不同类型的I/O卡。此外,用户是根据实际需求来选择I/O卡,在系统设计的过程中,可用2块I/O卡公共的冗余接线底座,可提高其适应性。

三、总结

DCS自动控制系统对现代工业的生产方式产生了一定规模的影响,对自动化水平的提高起到了积极促进作用。同时,随着近年来计算机网络通讯技术的飞速发展,同时也要求DCS自动控制系统不断地完善与提高,我国工业生产模式也将进一步提升与飞跃。

参考文献:

[1]郭春秀.刍议DCS自动控制系统软件体系的设计与实现[J].河南科技,2013,(12):17-34.

[2]张钢如.DCS在加热炉自动控制系统中的应用[J].科技资讯,2010 (24):66.

[3]杨超.刍议DCS自动控制系统软件体系的设计与实现[J].城市建设理论研究,2014 (11).

作者:蔡震宇 刘芳

第三篇:机电系统控制辅助开发软件设计与实现

摘 要:论文系统地总结了自动控制理论和工程应用,以及针对机电系统工程的应用发展概况。针对该项目的开发目标和实际需求较为系统地讨论了该软件的功能分析,包括系统的整体功能、针对控制系统的建模功能、针对控制系统运行的分析计算功能等。在系统分析的基础上较为系统地讨论了针对工程师用户的控制系统辅助开发功能,着重论述了各类系统模型的建模设计,系统运行分析计算功能的设计,其中包括对用户最有价值的稳定性分析计算、时域和频域分析计算等功能的软件设计。

关键词:反馈控制 频域分析 时域分析

1、前言

面向机电系统控制研发背景实际需要和培训机电系统研发工程师的实际需求,本文论述车辆机电系统控制辅助开发软件的设计和实现。该项目基于通用计算机平台,面向车辆机电系统控制的特点和要求进行开发,以最大限度提高开发效率同时降低开发试验成本和培训成本。

2、自动控制基本概念

自动控制是目前工业社会和信息社会运转的重要支柱性技术,作为实现各种自动化过程的重要的技术手段,能够解决多种类型的复杂问题、承担多种类型的技术和生产任务。任何技术设备、机器、和生产过程都必须按要求运行。

3、机电控制系统及其发展概况

机电控制技术的直接应用就是各类工业控制系统,第一代工业机电控制系统是基于5-13psi的气动信号标准(气动控制系统PCS)的简单的就地操作模式。

第二代机电控制系统为模拟式或ACS式,是基于0-10mA或4-20mA的电流模拟信号。

第三代机电控制系统是计算机控制系统,70年代开始了数字计算机的应用,产生了巨大的技术优势,人们在测量、模拟和逻辑控制领域率先使用,从而产生了第三代基于计算机的数字控制系统。

第四代机电控制系统特征为分布式控制系统。随着半导体制造技术的飞速发展,微处理器的普遍使用,计算机技术可靠性的大幅度增加,目前普遍使用的是第四代控制系统或分布式数字控制系统。

第五代机电控制控制系统以现场总线控制系统:FCS是从DCS发展而来。主要的总线有Profibus,LonWorks等工业标准。

4、功能分析

机电系统建模,包括对控制器、伺服器和外部干扰过程的定量建模和模拟。根据需要应该包含线性时域分析和频域分析技术,也应该实现基于状态空间的分析技术。系统综合,根据建模和分析结果进行控制系统的参数优化和结构优化计算。控制方案综合评价,在以上辅助设计和分析的基础上针具定量和半定量准则分析对比各种控制方案的性能和其他相关因素,排选最优设计方案。

4.1系统建模功能分析

这部分功能是该软件系统的核心功能之一,具体包括对机电控制系统各组成部分如控制器和伺服器的建模、对输入信号过程建模、外部环境建模以及随机干扰信号的建模等方面。对各类控制系统通常建模的核心目的之一是模拟如何调节系统中的被控设备,例如在各类给定工况下调节驱动电机转速和满足调速指标等。

对机电控制系统结构的建模针对控制系统整体结构进行。因为运用同样或同类的子系统或功能环节可以通过不同的组合方式构成新的整体特性,因此该模块要能够支持高效实现对系统结构的调整、试组合、对应的响应计算和优化。

4.2系统分析功能

根据控制工程的常见要求,该软件需要提供的系统分析功能包括频域分析计算功能、根轨迹分析功能和时域分析计算功能。对时域分析,该软件需要具体实现稳定性分析、动态响应特性分析(如对单位脉冲响应、单位阶跃响应)、自激振荡特性等,对频域分析则需要实现常用的伯德图、奈奎斯特图的自动生成计算能力。

对线性离散系统该软件要能够根据用户设置的该离散系统的输入参数或类型计算出响应的时间序列、分析出该离散系统的稳定或不稳定区域等功能,支持工程师正确判断该系统的响应品质。

4.3系统校正与优化功能

该系统主要实现对现行系统校正要求的支持,具体功能是对在前面系统分析的基础上对控制器加入一定的参数以用来进行性能调节。工程师用户在确定被控设备对象的动态特性后,按照被控对象的工况条件,例如被控信号应该具有的最大速度和加速度要求、反馈测量精度要求等,先初步选定执行器元器件的类型、特性和参数,第二步根据测量精度、抗干扰要求、被检测信号的物理性质、测量过程中的惯性以及非线性因素选择合用的测量转换元件,第三步在该基础上通过该软件系统的辅助分析计算功能设计增益可调节的前置放大器和功率放大器。

4.4系统功能框架

将以上功能汇总就可以给出该软件系统整体的功能框架。该软件在功能构成上分两个层次,高层主要为交互式方式工作,实现系统和信号的建模功能、系统的运行分析功能、校正和优化功能以及必要的输出管理和数据管理功能。较为底层的是自动实现的各种具体的分析计算功能,最底层为模型库和数据库管理功能,就和那个用户建立和分析的模型以及模拟运行数据进行存储和重用。此外该软件还应该针对工业应用中的各种特殊的非标准设备和特性提供管理功能以支持更面向实际的系统建模和分析。

4.5稳定性分析设计

稳定性是控制系统的最重要的品质之一,也是能够正常运行的首要条件,它保证系统运行不受环境变化、干扰因素以及参数变化等影响。稳定性使任何偏离预定状态的干扰最终都不会导致大的偏差,因此稳定性分析时对任何控制系统设计方案进行评估和分析的必备步骤。

4.6时域分析

时域分析的主要设计内容就是实现各类模型對象中的响应函数的算法,具有良好通用性,具体计算过程随具体模型类型不同,整体逻辑设计如图1所示。

图1 系统运行的时域分析流程

4.7频域分析

软件提供的线性系统频域分析功能反映机电控制系统在交变输入信号作用下的运行特性,它基于工程师用户设定的设备和元器件和频率响应特性以及所涉及的控制方案,分析计算整体系统稳态运行的频率特性。该功能可以兼顾系统的动态响应和干扰抑制两方面的运行品质,在一定程度上适合于对非线性系统的分析和评价。

与系统工程师分析频率特性的习惯一致,该系统也分别提供幅频特性和相频特性的计算分析,但两者在算法上是一致的进行设计。系统频域分析模块的计算流程如图2。

图2 系统频域特性分析流程

5、结论

本文对车辆机电控制系统辅助开发软件进行了较为系统的论述。此外,这些对象还需要提供这样的接口,使用户可以修改参数、加入扩展功能或替换新功能,由此从原来的对象衍生出新的对象,即原始对象的继承类,这些新对象按照面向对象分析和设计的理念与原则和原来的对象一样可以组合成系统模型,从而大大增强了系统的灵活性。最后,该软件环境还提供这样一类的接口,使用户可以定义完全新的对象,包括新对象的属性和方法以便任意扩展现有环境的表达能力。

参考文献:

1.贺海龙.自动控制系统[M].北京:化学工业出版社,2006.

2.何丽波.机电一体化系统概论[M].北京:宇航出版社,2007.

3.陈伯时.电力控制系统[M].北京:清华大学出版社,2005.

作者:毛琴