课件-第五章-应用程序设计与实现技术

第五章应用程序设计与实现技术5.1程序设计技术5.2测量数据预处理技术5.3数字控制器的工程实现5.1程序设计技术图6.1程序设计过程5.1程序设计技术10%10%15%15%40%5.1程序设计技术5.1.1模块化与结构化程序设计5.1.2面向过程与面向对象的程序设计

5.1.3工业控制组态软件5.1程序设计技术5.1.1模块化与结构化程序设计1模块化程序设计（1）自底向上（2）自顶向下

{2结构化程序设计1965年,

DijkstraEW提出。理论上最基本的控制结构只有两种:顺序结构和循环结构。3程序设计的步骤问题定义，程序设计，编码，调试，改进和再设计。5.1程序设计技术5.1.2面向过程与面向对象的程序设计

5.1程序设计技术1面向过程的程序设计

过程式程序设计是面向功能的。编写程序时首先要定义所要实现的功能，然后设计为这些功能所要执行的步骤，这些步骤就是过程。编写代码实际上就等于分解这些步骤，使每一步直接对应一行代码。5.1.2面向过程与面向对象的程序设计

5.1程序设计技术2面向对象的程序设计面向对象的方法更强调运用人类在逻辑思维中经常采用的思想方法与原则，例如抽象，分类，继承，封装等，使软件开发人员能够用自然思维的方法思考问题。采用了面向对象的设计方法之后，程序不仅易于理解，而且易于维护和修改，从而提高了程序的可靠性和可维护性，同时提高了公共问题领域中程序模块化和重用化的可能性。5.1.3工业控制组态软件1什么是工业控制组态软件？2工业控制组态软件有哪些组态功能？5.1程序设计技术什么是工业控制组态软件？

工业控制组态软件是标准化，规模化，商品化的通用的过程控制软件，控制工程师不必了解计算机的硬件情况下，在离线的状态下就可以通过屏幕完成控制程序的设计，大大减小了重复性，低层次，低水平应用软件的开发，提高了软件的使用效率和价值，提高了控制的可靠性，缩短了开发周期。如组态王，INTOUCH,FIX,WINCC等组态软件。

5.1程序设计技术工业控制组态软件有哪些组态功能？控制组态图形生成系统显示组态

5.1程序设计技术5.2测量数据预处理技术5.2.1系统误差的自动校准5.2.2线性化处理和非线性补偿5.2.3标度变换方法5.2.4越限报警处理5.2.1系统误差的自动校准

系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值保持恒定，或者按照某种已知的规律变化的误差。原则上讲，这类误差是可以通过适当的技术途径来确定并加以校正的。

5.2测量数据预处理技术数字调零电路图5.5数字调零电路5.2测量数据预处理技术自动校准思路：在系统开机后每隔一定的时间自动测量基准参数，然后计算出误差模型，获得并存储误差补偿因子。在正式测量时，根据所测结果和补偿因子来进行校准，从而消除误差。全自动校准人工自动校准5.2测量数据预处理技术全自动校准图5.6全自动校准电路5.2测量数据预处理技术人工自动校准人工测标准输入信号测出的数据为。实际被测信号，测出的信号为，则特别适合传感器特性随时间会发生变化的场合。5.2测量数据预处理技术5.2.2线性化处理和非线性补偿由于检测方法的不同和检测元器件各自原理的不同，实际上很多检测中的被测量是由一些非线性化运算得到的。这些非线性化的计算公式对于计算机来说，占用的计算量较大，费时也长。因此，需进行相应的处理。

5.2测量数据预处理技术5.2.2线性化处理和非线性补偿（1）对其进行分段线性化，然后利用线性化公式计算。首先判断测量数据处于哪一折线段之内，然后按相应段的线性化公式计算出值。（2）事先进行好对应的运算结果，存储到表内、查表。（3）非线性补偿5.2测量数据预处理技术5.2.3标度变换方法计算机控制系统在读入被测模拟信号并转换成数字量后，往往要转换成操作所熟悉的工程值，但一般A/D转换后的数码值仅仅对应了参数值的大小，而与实际被测量的量纲不一样了，所以要将其转换为带量纲的数值后进行运算、显示、打印输出，这种转换成为标度转换。

5.2测量数据预处理技术5.2.3标度变换方法1．线性变换公式5.2测量数据预处理技术5.2.3标度变换方法2．公式转换法有些传感器测出的数据与实际的参数是非线性关系，直接按其解析式来计算。例：差压变送器信号，差压与流量的平方成正比

5.2测量数据预处理技术5.2.3标度变换方法3．其它标度方法无法写出解析式或计算困难，采用多项式插值法或查表法进行表度变换。5.2测量数据预处理技术5.2.4越限报警处理由采样读入的数据或经计算机处理后的数据是否超过工艺参数的范围，计算机要加以判别，如果超越了规定数值，就需要通知操作人员采取相应的措施，确保生产的安全。在控制系统中常用的报警方式是声、光及语言报警，常用的最简单的报警程序是越限报警。超限报警分为上限报警、下限报警及上下限报警。5.2测量数据预处理技术5.3数字控制器的工程实现5.3.1给定值处理5.3.2被控量处理5.3.3偏差处理5.3.4控制算法的实现5.3.5控制量处理5.3.6自动手动切换图5.7数字控制器（PID）的控制模块5.3.1给定值处理（1）选择给定值（2）给定值变化率限制SRSVCSVSSVLCASSCCCRCLCSVSVSV图5.8给定值处理5.3数字控制器的工程实现5.3.1给定值处理（1）选择给定值内给定状态：当软开关CR/CL切向CL位置时，选择操作员设置的给定值SVL。外给定状态：切向CR位置时，选择来自上位机模块，主回路模块式运算模块计算得到的给定值。SSC控制（监督控制）系统：CAS/SCC切向SCC，给定值SVS来自SCC中的上位机。串级控制：CAS/SCC切向CAS，给定值SVS来自主控回路，实现串级控制。（2）给定值变化率限制SR为了减少给定值突变对系统的扰动，防止比例、微分饱和，实现平稳控制，需对SR进行限制。5.3数字控制器的工程实现5.3.2被控量处理（1）上下限报警处理（2）被控量变化率限制PRPVPLAPHACPVPVPHPLHY5.3数字控制器的工程实现5.3.2被控量处理（1）上、下限报警（发声、发光）

PV>PH时，上限报警状态为PHA=1；

PV<PL时，下限报警状态为PLA=1.设置报警死区HY，目的：更安全，使报警维持一段时间，变化不要太频繁。（2）对被控量的变化率的控制PR（为使控制平稳）PR的选取要适当。5.3数字控制器的工程实现5.3.3偏差处理（1）计算偏差（2）偏差报警（3）输入补偿（4）非线性特性图5.10偏差处理5.3数字控制器的工程实现5.3.3偏差处理（1）计算偏差根据正、反作用P/R计算偏差DV

当D/R=0,正作用，DV=CPV-CSV

D/R=1,反作用，DV=CSV-CPV（2）偏差报警

|DV|>DL,偏差报警状态DLA=15.3数字控制器的工程实现5.3.3偏差处理（3）输入补偿

根据输入补偿方式ICM的状态，决定偏差DVS与输入补偿量ICV之间的关系：ICM=0,无补偿，CDV=DVC,ICM=1,加补偿，CDV=DVC+ICV,ICM=2,减补偿，CDV=DVC-ICV,ICM=3,置换补偿，CDV=ICV,5.3数字控制器的工程实现5.3.3偏差处理（4）非线性特性非线性增益K;K=0;为带死区的PID控制；0<K<1;为非线性的PID控制；K=1;为正常的PID控制；图5.11非线性特性5.3数字控制器的工程实现5.3.4控制算法的实现（1）计算控制量（2）微分量选择（3）控制量上下限选择5.12PID计算5.3数字控制器的工程实现5.3.4控制算法的实现（1）微分方式选择软开关DV/PV切向DV，选用偏差微分方式，否则，则选用测量（即被控量）微分方式。（2）对控制量u的限幅u>MH,u=MH,u<ML,u=ML,亦可设上下限报警状态。5.3数字控制器的工程实现5.3.5控制量处理（1）输出补偿（2）变化率限制（3）输出保持（4）安全输出图5.13控制量处理5.3数字控制器的工程实现5.3.5控制量处理（1）输出补偿OCM=0,无补偿，OCM=1,加补偿，OCM=2,减补偿，OCM=3,置换补偿，（2）变化率控制MR5.3数字控制器的工程实现5.3.5控制量处理（3）输出保持软开关FH/NH切向NH时：现时刻的前时刻的；切向FH：正常的输出方式。（4）安全输出软开关FH/NH切向NS：现时刻的输出量＝预置的安全输出量MSFS：正常的输出方式。5.3数字控制器的工程实现两个软开关状态一般来自系统的安全报警开关。5.3.6自动手动切换（1）软自动/软手动（2）控制量限幅（3）自动/手动（4）无平衡无扰动切换MHMLMVSVSHAHMSASMHA/HM图5.14自动手动切换D/AA/D手动操作器执行机构5.3数字控制器的工程实现5.3.6自动手动切换（1）软自动/软手动软开关SA/SM切向SA：系统处于正常的自动状态，称为软自动。SM：控制量采自操作键盘式上位机，处于计算机手动状态，称为软手动。（3）自动/手动软开关HA/HM切向HA：控制量MV通过D/A输出，称为自动状态；HM：计算机不再控制，由人通过手动操作器对执行机构操作，称为手动状态。（2）控制量限幅MLMV=MH5.3数字控制器的工程实现5.3.6自动手动切换（4）无平衡无扰动切换在进行手动自动相切换之前，无须由人工进行控制信号的对位平衡操作，保证切换时不会对执行机构的现有位置产生扰动。