嵌入式数字信号处理课程设计.doc

目 录第1章 组态软件概述11.1 组态及组态软件简介11.2 组态软件的特点和主要解决问题11.3 国内外组态软件2第2章 系统设计32.1 整个系统的功能设计32.2 详细设计32.3 系统流程设计42.4 界面及动画设计42.5 报警设计52.6 报表输出和曲线显示分析设计52.7 安全机制设计6第3章 系统实施73.1 系统分工73.2 模块功能与处理过程设计73.2.1 主界面设计73.2.2 报警数据窗口的设计113.2.3 安全机制123.3 程序设计13第4章 设计总结14参考文献1516东北石油大学本科生程设计（论文）第1章 组态软件概述1.1 组态及组态软件简介“组态”的概念最早来自英文Configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。也就是通过对软件采用非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能。与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个 “部件” 都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。1.2 组态软件的特点和主要解决问题随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。通用组态软件主要特点：（1）提供开发环境和运行环境；（2）采用客户机/服务器模式；（3）软件采用组件方式构成；（4）采用DDE、OLE、COM/DCOM、Active X技术；（5）提供ODBC、OPC、API接口；（6）支持分布式应用；（7）支持多种系统结构，如单用户、多用户（网络），甚至多层网络结构；（8）支持Internet应用。 组态软件主要解决的问题：（1）如何与采集、控制设备间进行数据交换；（2）将设备数据与计算机图形画面的各元素关联；（3）处理数据报警及系统报警；（4）存储历史数据并支持历史数据的查询；（5）各类报表的生成和打印输出；（6）为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；（7）最终生成的应用系统运行稳定可靠；（8）具有与第三方程序的接口，方便数据共享。1.3 国内外组态软件常用国外软件有：In touch、WinCC、罗克韦尔（Rockwell）、iFix常用国内软件有：亚控-组态王、力控、紫金桥、昆仑组态本系统设计使用MCGS（昆仑组态）组态软件。MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS 具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。第2章 系统设计2.1 整个系统的功能设计本次课程设计使用mcgs组态软件模拟设计了一个水泥厂生产流程监控系统。该系统演示了从原料添加、生产化合到成品输出一系列完整的生产流程；实现了数据超限报警、数据报表和数据曲线的查看功能；使用包含了用户登录、注销、管理的安全机制。2.2 详细设计系统运行时首先进入欢迎画面，画面中对欢迎文字设置字符颜色变化的动画，使文字产生颜色变化的动态效果。在欢迎画面右下角有一个进入系统主界面的按钮，点击后进入主界面。主界面是整个系统核心部分，包括整个水泥生产流程图。当原料罐中的原料值小于下限1时，箭头闪烁提示加砂，传送带将原料砂传到提升管道后，提升管道中的流动快开始流动，显示原料进入到原料罐。当原料罐中原料值大于下限1时，原料阀打开，原料进入合成罐，合成罐中的值大于上限或小于下限时报警产生，指示灯由绿变红。催化剂罐中的催化剂量通过滑动输入器由手动进行添加，当罐内值大于1时，流入合成罐。当合成罐中的值当小于下限时产生报警同时停止加热，大于上限时也产生报警，并且成品阀打开，成品输出到干燥器进行干燥后由传送带运送到储藏罐，传送带尽头设有一个产品计数器，每当有一个成品通过时，累加1。左下角的报警数据按钮点击后可进入报警数据界面。右面的旋转仪表实时显示原料罐、合成罐的值。报警数据界面显示每次报警产生的提示，包括时间、对象名、报警类型、报警时间、当前值、界限值和报警描述。数据报表界面和曲线显示界面用表格形式和曲线形式表示了系统原料罐、合成罐及催化剂罐的实时和历史值变化。通过窗口上的菜单可以连接到数据报表界面，并通过该界面的两个按钮可回到主界面和打开曲线显示界面。菜单还包括用户登录、注销、管理的安全机制，可根据登陆用户的权限不同，限制用户可进行的操作。2.3 系统流程设计欢迎画面点击进入按钮面主界面运行开始提示加砂原料值1 原料阀开启成品传送带储藏罐 计数器加1成品阀关闭原料值1催化剂罐手动添加催化剂原料值7混合物值9原料传送到原料罐混合物值1 成品阀开启合成罐混合物值”，单击则进入动画组态属性设置窗口。设置“大小变化”的表达式为原料值，最大变化百分比100对应的表达式的值为8其它属性不变。设置好后，按确定，再按确定，变量连接成功。对于催化剂罐，只需要把表达式改为“催化剂值”；最大变化百分比100，对应的表达式的值由10改为6即可。对于合成罐，只需要把表达式改为“混合物值”；最大变化百分比100，对应的表达式的值改为10即可。双击原料阀，设置其填充颜色为绿色时的可见度为：原料阀=1时对应图符可见，设置其填充颜色为红色时的可见度为：原料阀=1时对应图符不可见，按钮动作的数据对象值操作为取反，单击“?”添加变量“原料阀”。成品阀设置其颜色填充的表达式为“成品阀”，填充颜色连接：0为绿色，1为红色。单击“按钮动作”的“?”，加入开关变量“成品阀”。设置原料传送带与原料罐之间的流动块的流动属性为：原料水平移动距离=90时，流块开始流动；原料罐与合成罐间的流动块流动属性为：原料阀=1时开始流动；催化剂罐与合成罐间的流动块：催化剂值=1时开始流动；合成罐与成品传送带间的流动块：成品阀=1时开始流动。原料传送带和成品传送带上的图符的动画属性如图3-3和3-4所示： 图3-3 原料移动动画设置 图3-4 成品移动动画设置手动添加催化剂的滑动输入器的动画设置如下图3-5： 图3-5 滑动输入器的动画设置原料罐报警指示灯和合成罐报警指示灯的动画设置见图3-6和3-7。图3-6 原料罐报警指示灯动画设置 图3-7 合成罐报警指示灯动画设置产量计数器的显示输出的动画设置为：“计数器”，“数值量输出”，“向中对齐”。火焰标识的可见度设置为混合物值1时对应图符可见。报警数据按钮的操作属性设为：打开用户窗口“报警数据”。设置进砂的黄色箭头的闪烁效果为原料值=1时用图元可见度变化实现闪烁。两个旋转仪表分别显示原料罐和合成罐的值的变化，其中原料罐旋转仪表动画设置如图3-8所示。合成罐的与其类似，只需把表达式改为“混合物值”，最大顺时钟角度对应值改为10即可。 图3-8 原料罐旋转仪表动画设置（3） 模拟设备模拟设备是MCGS 软件根据设置的参数产生一组模拟曲线的数据，以供用户调试工程使用。本构件可以产生标准的正弦波，方波，三角波，锯齿波信号，且其幅值和周期都可以任意设置。现在我们通过模拟设备，可以使动画自动运行起来，而不需要手动操作，具体操作如下：在“设备窗口”中双击“设备窗口”进入，点击工具条中的“工具箱” 图标，打开“设备工具箱”，如果在“设备工具箱”中没有发现“模拟设备”，请单击“设备工具箱”中的“设备管理”进入。在“可选设备”中您可以看到我们MCGS 组态软件所支持的大部分硬件设备。在“通用设备”中打开“模拟数据设备”，双击“模拟设备”，按确认后，在“设备工具箱”中就会出现“模拟设备”，双击“模拟设备”，则会在“设备窗口”中加入“模拟设备”。双击“设备0”，进入模拟设备属性设置，在“设备属性设置”中，点击“内部属性”，会出现图标，单击进入“内部属性”设置，把通道1的最大值设为10，通道2的最大值设为8，其它不变，设置好后按”确认”按钮退到“基本属性”页。在“通道连接”中“对应数据对象”中输入变量，第一个通道对应输入混合物值，第二个通道对应输入原料值，在“设备调试”中就可看到数据变化。3.2.2 报警数据窗口的设计添加一个文字标题“报警数据”，和一个报警显示元件。在报警显示元件的基本属性对应的数据对象名称中加入“液位组”，最大纪录次数改为10，其他不变。报警功能就实现了。在窗口右下角添加一个按钮，设置其操作属性为：打开主界面，关闭报警数据窗口。报警窗口的平面图如图3-9所示。图3-9 报警数据界面3.2.3 安全机制为了整个系统能安全地运行，需要对系统权限进行管理，具体操作如下：用户权限管理：在菜单“工具”中单击“用户权限管理”，弹出“用户管理器”。点击“用户组名”下面的空白处，再单击“新增用户组”会弹出“用户组属性设置”；点击“用户名”下面的空白处，再单击“新增用户”会弹出“用户属性设置”，设置属性后按“确认”按钮，退出。在MCGS组态平台上的“主控窗口”中，按“菜单组态”按钮，打开菜单组态窗口。在“系统管理”下拉菜单下，单击工具条中的“新增菜单项” 图标，会产生“操作0”菜单。连接单击“新增菜单项” 图标，增加三个菜单，分别为“操作1”、“操作2”、“操作3”。登录用户：登录用户菜单项是新用户为获得操作权，向系统进行登录用的。双击“操作0”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在“菜单属性”中把“菜单名”改为：登录用户。进入“脚本程序”属性页，在程序框内输入代码!LogOn()。这里利用的是MCGS提供的内部函数或在“脚本程序”中单击“打开脚本程序编辑器”，进入脚本程序编辑环境，从右侧单击“系统函数”，再单击“用户登录操作”，双击“!LogOn()”也可。如下图示，这样在运行中执行此项菜单命令时，调用该函数，变会弹出MCGS登录窗口。退出登录：用户完成操作后，如想交出操作权，可执行此项菜单命令。双击“操作1”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。进入属性设置窗口的“脚本程序”页，输入代码!LogOff()（MCGS系统函数），如下图示，在运行环境中执行该函数，便会弹出提示框，确定是否退出登录。用户管理：双击“操作2”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在属性设置窗口的“脚本程序”页中，输入代码!Editusers()（MCGS 系统函数）。该函数的功能是允许用户在运行时增加、删除用户，修改密码。修改密码：双击“操作3”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在属性设置窗口的“脚本程序”页中输入代码!ChangePassWord()（MCGS系统函数）。如下图示，该函数的功能是修改用户原来设定的操作密码。3.3 程序设计在“运行策略”中，双击“循环策略”进入，双击图标进入“策略属性设置”，如下图，只需要把“循环时间”设为：200ms，按确定即可。在策略组态中，单击工具条中的“新增策略行” 图标，在策略组态中，如果没有出现策略工具箱，请单击工具条中的“工具箱” 图标，弹出“策略工具箱”。单击“策略工具箱”中的“脚本程序”，把鼠标移出“策略工具箱”，会出现一个小手，把小手放在灰色方框上，单击鼠标左键，再双击就可进入脚本程序编写环境。写入以下程序：IF 原料值1 THEN 原料阀=0ELSE 原料阀=1ENDIFIF 混合物值100 then原料水平移动距离=0ENDIFIF 原料水平移动距离=100 THEN计