通用控制系統:簡介,定義,系統設計思想,系統硬體結構,監控計算機,監控管理計算機,

通用控制系統, 是一種投資小, 通用性好, 組合靈活, 操作簡單, 使用方便, 一機多用, 可適應不同生產對象, 能運行在各種生產環境的高性價比控制系統，可大可小, 較為實用。

基本介紹

中文名：通用控制系統
外文名：general purpose control system
系統要求：僅需最小的改動就可適應不同要求
優點：可大可小, 較為實用
簡介：能運行在各種生產環境的控制系統
套用學科：控制科學、計算機科學、電器科學

簡介,定義,系統設計思想,系統硬體結構,監控計算機,監控管理計算機,系統軟體設計,監控機軟體,監控管理機軟體,機器人通用控制系統,研究意義及系統要求,系統軟體結構,

簡介

定義

隨著工業控制計算機(IPC)越來越便宜，產品質量越來越可靠，相應的套用軟體越來越豐富，以IPC為核心的計算機監控系統的開發工作也越來越受到人們的普遍關注。針對我國中小型企業生產現狀，從我國現有技術條件出發，為滿足中小型企業技術改造的需要，多年來科學家們致力於研究開發以IPC為主要核心機的通用控制系統，力求投資小，通用性好，組合靈活，操作簡單，使用方便，一機多用，開發出一種可適應不同生產對象，能運行在各種生產環境，控制系統可大可小，較為實用，性價比高的工控機通用控制系統。

系統設計思想

不同的生產工藝，其生產過程往往存在較大差異，但從測控的任務來看，主要需解決一般工藝參數的監測或重要被控參數的控制問題。當然，在實施過程中，監控系統具備輔助管理生產的功能也很重要。因此，集測、控、管為一體的計算機監控系統可滿足大多數中小企業生產測控要求。

為適應工業監控領域先進性、可靠性和通用性的要求，選擇價格低廉，質量可靠，接口板豐富，運行環境好的IPC，配置相應的外圍設備，採用先進的工業控制軟體為支撐，構成通用的控制計算機監控系統。

系統硬體結構

一般情況下，系統採用二級監控結構，第一級為現場監控級，第二級為監控管理級，需要時，可增加終端機級。

監控計算機

選用IPC作為監控用計算機，可以單機、雙機熱備份，上下位機等構建監控模式，配置相應接口板卡後可完成以下任務。可通過內置卡(A/D、DI、熱偶、熱阻)實時採集各被測模擬和數字輸入量，或通過外置數據採集系統進行測量。

可進行相應的控制運算，並將控制輸出量通過相應板卡(D/A、DO)送出，實施各測控迴路的線上調節。顯示系統當前的運行工況，包括總貌圖、控制流程圖、實時動態趨勢、歷史數據曲線、虛擬儀錶盤等內容以定時中斷方式與監控管理機通訊，傳送實時採集數據及工況運行信息等，以隨機中斷方式接收監控管理機送出的工作指令及調節信號。

手操控制器具有手動/自動雙向無擾動切換、手動遙控、電壓電流轉換等功能。手動控制輸出通過儀表面板薄膜鍵盤的鍵入方式，通過數字電位器來實現輸出的增大與減小。輸出值可由手操器面板上的數碼管顯示，並可存儲在EEPROM中，屬於非易失記憶型手操器。正常工作時，可將D/A送來的1～5VDC轉換成4～20mADC信號送往執行器。當監控機出現故障或生產需要時，可切向手動實現遙控操作。切換方式有軟切換(通過計算機鍵盤實現)和硬切換(通過控制器面板按鍵實現)，切換的優先權屬硬手動遙控方式。

監控管理計算機

採用IPC或PC機作為監控管理計算機，配置相應外圍設備後可完成下列任務。以定時方式與各子系統監控計算機通訊，獲取實時顯示及數據處理所需的數據，以隨機方式傳送管理機對各子系統監控計算機的工作指令或管理命令。對生產過程重要數據及當前運行工況進行圖形、文本或報警顯示。建立生產信息資料庫，具備對運行數據的分析統計、歷史數據的存儲、查詢功能。

系統內的各台工控機及管理機在Windows環境下，藉助交換機(監控管理計算機)連線為一個區域網路。通過UB中的控制項開發了網路環境下的通訊程式，可根據實際情況採用TCP(傳播控制協定)或UDP(用戶數據報協定)進行通訊聯繫和數據傳輸。軟硬體的設計開發較簡單，而數據傳輸速度卻比傳統RS—422快數倍，並且抗干擾能力強。通過該區域網路。可將生產信息經數據管理系統整合後，傳遞給生產管理及生產調度部門，從而實現信息共享與協調。

系統軟體設計

系統軟體模組包括監控機軟體，監控管理機軟體，終端機軟體等。

監控機軟體

組態軟體，主要由工程瀏覽器和畫面運行系統兩部分組成。工廠瀏覽器內嵌畫面開發，用於完成畫面的設計開發，畫面運行系統則為瀏覽器生成的總貌圖、儀錶盤、對象狀態等動畫提供一個運行環境。採用VisualBasic語言設計應用程式，實現各種圖形與曲線的顯示、數據運算、控制算法、報表列印等功能，對於監控機擴展接口板的訪問，採用Delphi語言編寫程式庫來實現，可完成套用系統中大量實時數據的採集與控制。

監控管理機軟體

監控管理機軟體與前述監控機軟體模組基本相同。只有當監控機是作為上、下位控制方式中的上位控制計算機，或是作為雙機熱備份控制結構中的備用控制機時，否則監控管理機主要作用是進行生產運行的監控與管理，生產信息和管理指令通過通訊網進行交換，套用軟體仍可由組態軟體與VB兩部分組成。

機器人通用控制系統

研究意義及系統要求

近年來，機器人控制系統的結構與特性越來越為人們所重視。特別是在與機器人控制有關的研究中，為了從關節這一級來改善和提高系統的性能，迫切要求機器人具有開放和人機互動特性。

為建立一個開放式機器人通用控制系統，需要解決以下兩方面問題:

(1)針對“開放式”結構要求，應設法給用戶提供一個標準的控制界面和一個常規的語言(如MicrosoftC)環境，藉此，可實現對機器人結構參數的設定和可控參數的調節，以及對機器人進行其他一切作業級的操作與控制。

(2)針對“通用性”要求，應使所建立的系統不經任何改動或者僅需最小的改動就可適應不同機器人本體的要求。

系統軟體結構

圖為對應的機器人控制系統的軟體結構。它由用戶操作平台，PC運動函式館，用戶套用程式，PC通訊程式，通訊緩衝區，DSP通訊程式，DSP中斷服務程式，DSP運動函式館以及DSP主控程式所組成。由於這裡用戶操作平台建立在流行的PC機上，且提供常規的MSC語言離線編程環境，控制系統對用戶具有全開放特性:用戶不僅可以通過互動式操作平台對機器人本體進行基本操作和線上調試，而且還可以通過常規MSC語言離線編程環境，進行關節級的控制算法研究。現將系統軟體各模組功能簡述如下。

用戶控制平台
它是一個在DOS或windows環境下運行的、使用鍵盤和滑鼠雙重操作的互動式多功能人機界面。其主要功能是:對系統結構參數進行設定;對系統的可控參數(如PID參數)進行線上調節;系統動態回響特性分析與圖形動態顯示;系統狀態監控模式選擇以及一些常規操作如啟動，檔案處理，演示和緊急停機等。
MSC運動函式館
用戶可在MSC標準環境下，用C語言編寫自己的套用程式，並可在程式中調用該函式館中所有函式，實現對機器人本體作業級的運動操作與控制。
用戶套用程式
用戶可在常規MSC環境下，針對特定的作業要求，編寫機器人運動控制程式，並可對其進行編譯、連線和執行。
通訊程式·通訊緩衝區·DSP通訊程式
這一部分構成控制軟體的通訊模組。它把低層的DSP控制程式與上層PC主機控制程式在邏輯上連線起來
DSP函式館
該函式館提供由時鐘中斷服務程式(ISR)調用的全部控制函式。包括運動學模型，運動規劃，控制算法，讀編碼器操作，控制模式轉換，軟、硬限位檢查，錯誤處理以及數據存儲等。
DSP主控程式
DSP主控程式的功能是在前台監控ISR程式的運行狀態，在後台回響用戶輸入的實時控制命令，控制底層控制環節正常運行。
ISR程式
ISR程式是DSP多軸運動控制器的主控模組，由它周期地執行各種運動控制指令。每個軸的伺服更新速率可以高達40_s/軸。圖為ISR程式的流程圖。這裡，緊急停機採用“反電壓法”。實驗表明這種方法制動效果好，且十分可靠。“反電壓法”的主要過程是:如果緊急停機標誌置“1”，就向指定的電機輸出其當前工作電壓的反電壓(其數值為最大輸出電壓的一半)，直到該電機速度減為零。然後，將電機保持在速度為零的位置。

通用控制系統