计算机控制技术第7章 计算机控制系统软件设计.ppt

1、第七章计算机控制系统的软件设计，7.1编程技术，7.2人机界面/监控系统技术，7.3测量数据预处理技术，7.4数字控制器的工程实现，7.5系统有限字长的数值问题，7.6软件抗干扰技术，软件是工业控制机的程序系统，可分为系统软件和应用软件。所谓的应用软件是一个面向控制系统本身的程序，由用户根据系统的具体要求来设计。7.1编程技术，7.1.1模块化和结构化编程，7.1.2面向过程和面向对象编程，7.1.3高级语言输入/输出控制台编程，7.1.1模块化和结构化编程，1。模块化编程。结构化编程，一个完整的编程过程可以用左图来说明。首先，我们必须分析用户的需求，这大约占整个程序设计工作量的10%；然后写

2、一个程序的描述，其中也占10%左右；然后对程序进行设计和编码，约占30%，其中设计和编码各占近15%；最后，测试和调试占整个程序设计工作的40%以上。1。模块化编程，(1)自下而上的模块化设计。首先，对最底层的模块进行编码、测试和调试。这些模块正常工作后，可以用来开发更高级别的模块。这种方法常用于汇编语言设计。(2)自顶向下模块化设计首先对顶层进行编码、测试和调试。为了测试这些顶层模块，可以用“节点”代替未编码的低层模块。这些“节点”的输入和输出满足程序描述的要求，但功能要少得多。这种方法通常适用于用高级语言设计程序。2.结构化程序设计，仅用三种基本控制结构就能实现任何单入口和单出口程序。这三

3、种基本控制结构是“顺序”、“选择”和“循环”。如右图所示。7.1.2面向过程和面向对象的编程。面向过程的编程及其局限性。面向对象编程上述两种方法在概念上有以下主要区别：(1)模块和对象(2)过程调用和消息传输(3)类型和类(4)静态链接和动态链接，7.1.3高级语言输入/输出控制台编程，对于PC总线，Turbo C通常具有允许直接访问输入/输出端口的库函数。输入/输出端口例程在conio.h中定义.例如：a=in port w(0x 210)B=in port B(0x 220)第一条指令指示端口210H的16位二进制数(一个字)输入到变量a，第二条指令指示端口220H的8位二进制数(一个字节

4、)输入到变量B.在c语言中，0 x以十六进制数开始。在另一个例子中：outbourtw(0x 230，0x 3435)outbourtb(0x 240，0x26)，第一条指令指示两个字节的数目是3435H，第二条指令指示单个字节的数目是230H。7.2人机界面/监控与数据采集技术，7.2.1人机界面/监控与数据采集的含义，7.2.2基于工业控制组态软件的人机交互界面设计，7.2.3基于VB/VC语言的人机交互界面设计，7.2.1人机界面/监控与数据采集的含义，人机界面(HMI)被广义地解释为“用户与机器之间的通信、沟通和沟通”任何具有系统监控和数据采集功能的软件都可以称为监控和数据采集软件。监

5、控系统软硬件设备的连接方式可归纳为三种类型：(1)标准通信协议。(2)标准数据交换接口。(3)本地驱动程序。7.2.2人机交互界面基于工业控制组态软件设计，1控制组态2图形生成系统3显示组态，计算机控制系统的组态功能可分为硬件组态和软件组态两个主要方面。硬件配置通常主要由总线(PC机总线或标准总线)工业控制器来选择和配置。工业控制组态软件是一种标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。组态工作在组态软件的支持下进行，主要包括控制组态、图形生成系统、显示组态、输入输出通道注册、公司名称注册、趋势曲线注册、报警系统注册和报表生成系统。1.控制组态时，控制算法的组态生成在软件中可以分为两种方式：一种

6、方式是采用模块化宏，即一个控制律模块(如PID运算)对应一个宏命令(子程序)，当组态生成时，每个控制模块都被使用，组态生成控制算法，与宏对应的算法被转换成执行文件。另一种常见的方法是将每个控制算法编译成可重复调用的独立功能模块，每个模块都有一个数据结构，该结构定义了控制算法所需的每个参数。因此，只要定义了这些参数，就可以确定控制律。使用这些算法模块，可以生成大多数控制函数。2.图形显示技术越来越多地应用于图形生成系统和计算机控制系统的人机界面中。图形屏幕主要用于监控生产过程，并通过操作屏幕上的对象来控制生产过程。图形图片一般有两种，即静态图片(或背景图片)和动态图片。静态图片通常用于反映环境和

7、被监控对象的相互关系，其显示不会随时间而改变。动态图片一般用于反映被监控对象和被控制对象的状态和数值，在显示过程中，动态图片会随着被监控对象的变化而变化。生成图形图片时，不仅要有静态图片，还要有“动态”部分，即动态图片。3。显示配置，(1)选择模拟显示表，(2)定义模拟显示表，(3)显示注册方法，(4)输入输出通道注册，(5)公司名称注册，(6)趋势曲线注册，(7)报警系统注册，(8)报告生成系统。计算机控制系统的屏幕显示一般分为三个层次，即通用外观屏幕、组外观屏幕和循环屏幕。如果要形成这些图片，必须执行显示配置操作。显示配置操作包括选择模拟显示表、定义显示表和显示注册方法。(1)选择模拟显示

8、表由于在计算机控制系统的显示屏上经常使用各种模拟显示表来显示测量值、设定值和输出值，通常有六种模拟显示表可供显示配置，即调节控制表、报警显示表、阀门位置操作表、监控操作表、比率设定表和流量累计表。返回，返回，(2)选择回路的模拟显示表后，需要确定显示表的每个参数，并在屏幕上设置相应的值。(3)显示注册方法显示注册方法是进入系统显示注册屏幕。选择过程控制站的站号和工作模式；注册控制组号、组名和组成员的循环号，并进行分组注册操作；显示表注册(注册每个控制回路使用的模拟显示表)；将显示注册文件保存在备份文件中或打印出来。(4)输入输出通道注册计算机控制系统可以支持各种类型的信号输入输出。从生产过程来

9、看，每个输入和输出都有不同的名称和含义，因此有必要将输入和输出定义为特定的含义，即输入输出通道注册。输入输出通道主要是模拟输入输出和开关输入输出通道。(5)单位名称注册对于需要在系统各种屏幕上显示的工程单位名称，采用注册的方式。所有中文和英文符号都可以用来注册和生成自己唯一的单位名称、主要注册号和单位名称。系统硬盘中有三种趋势曲线数据，即当日数据、昨日数据和历史数据。当天的趋势曲线数据将被系统保存在一定的时间段内。到第二天，我们将用今天的数据覆盖昨天的数据。历史数据是当你需要某一天的数据时，把它从硬盘拷贝到软盘并保存下来。趋势曲线的规格趋势曲线登记表的内容主要包括：幅值编号、幅值名称、编号、颜

10、色、曲线名称、来源、工程量上限和下限。(6)趋势曲线登记并返回，报警显示屏分为三级，即报警总览屏、报警信息屏和报警屏。报警概览屏幕是第一级，显示系统中所有报警点的名称和报警时间；报警信息屏幕是第二级，是第一级屏幕的扩展和细化。它可以调出相应的报警信息画面，观察报警时间、报警时间、报警点名称和报警原因等。报警画面为第三级，可调出与报警点对应的各种显示画面，包括一般外观画面、分组画面、循环画面、趋势曲线画面等。为了完成报警登记，应填写登记表。内容包括：编号、名称、原因类型、原因参数、图片类型和图片参数。(7)报警系统登记和返回(8)报告生成系统报告生成系统用于系统报告和打印输出。因此，报表系统的主

11、要功能是定义各种报表的数据源、操作模式、打印格式和时间特性。7.2.3设计基于VB/VC语言的人机交互界面。Visual Basic 2。VC，7.3测量数据预处理技术，7.3.1误差自动校准，7.3.2线性化处理和非线性补偿，7.3.3标度变换方法，7.3.4超限报警处理，其中传感器将生产过程中的信号转换成电信号，然后用模数转换器转换成模拟信号。对于这样获得的数据，一般需要一些预处理，其中最基本的处理是线性化、标度变换和误差自动校准。7.3.1误差自动校准，定义：系统误差是指在相同条件下多次测量后，其数值(包括大小和符号)保持不变或根据某种已知规则发生变化的误差。特点：在一定的测量条件下，可

12、以掌握变化规律，误差产生的原因是众所周知的。方法：失调校准在实践中应用广泛，通常通过程序实现，称为数字调零。调零电路的实现：测量时，将多路输入连接到一组待测的输入电压上，测量输入值为x1，然后将多路开关的输入接地，当获得零输入时，测量模数转换器的输出为x0，从x1中减去x0，得到实际输入电压x。除数字调零外，还可以自动校准失调和增益误差。1.自动校准。用这种方法测得的电压与放大器的漂移和增益变化无关，与电压和电流的精度无关，这样可以大大提高测量精度，降低对电路器件的要求。2.手动自动校准。手动自动校准的原理是在必要时，手动连接标准参数进行校准和测量，并将测量数据存储起来以备后用。通常，手动自动

13、校准仅测量一个标准输入信号yR，零信号补偿通过数字调零完成。如果数字调零后的测量数据是xR(当连接到校准输入yR时)和X(当连接到测量输入Y时)，则可以通过以下公式计算Y。如果在校准过程中计算并存储yRxR的值，则测量校准时只需要一次乘法。手动自动校准特别适合传感器特性随时间变化的情况。如常用的湿度传感器，如湿度敏感电容器。7.3.2线性化处理和非线性补偿，1铂电阻与温度的关系，2热电势与热电偶温度的关系，3孔板压差与流量的关系，4气体体积流量的非线性补偿，7.3.3标度转换方法，计算机控制系统读入测量的模拟信号并将其转换成数字量后，通常转换成操作人员熟悉的工程值。这是因为被测对象的各种数据的

14、维数不同于模数转换的输入值。例如，压力的单位是帕，流量的单位是立方米，温度的单位是。这些参数由传感器和模数转换器转换以获得服务有各种类型的标度变换，这取决于具有测量参数的传感器的类型。应根据实际需要选择合适的尺度转换方法。1线性变换公式2公式变换方法3其他比例变换方法1。线性变换公式y=(Ymax-Ymin)(x-Nmin)(Nmax-Nmin)Ymin y表示参数测量值，Ymax表示最大参数范围，Ymin表示最小参数范围，Nmax表示对应于Ymax的AD转换输入值，Nmin表示对应于范围起始点ymin 2的AD转换输入值。公式换算法一些传感器测得的数据与实际参数并不呈线性关系，但它们之间存在

15、由传感器和测量方法决定的函数关系，这些函数关系可以用解析公式来表示，所以我们可以用解析公式直接计算。3.许多非线性传感器不能像上面提到的流量传感器那样写一个简单的公式，或者尽管它们可以写，但计算相当困难。此时，可以使用多项式插值方法，或者可以使用线性插值方法或查找表进行比例变换。7.3.4超限报警处理。超限报警是工业控制过程中常见而又实用的报警形式，分为上限报警、下限报警和上下限报警。如果待判断的报警参数为xn，且该参数的上限和下限约束值分别为xmax和xmin，则上限报警和下限报警的物理意义如下：(1)如果上限报警为xnxmax，则给出上限报警，否则继续原操作。(2)下限报警如果是xnxmi

16、n，则发出下限报警，否则继续原来的操作。(3)如果上限和下限报警为xnxmax，则给出上限报警，否则，判断如下公式：Xnxmin没有？如果是，则发出下限报警，否则继续原操作。根据上述规定，程序可以检查被控参数y、偏差e和控制量u的上下限，7.4数字控制器的工程实现，7.4.1给定值和控制量的处理，7.4.2偏差处理，7.4.3控制算法的实现，7.4.4控制量的处理，7.4.5自动/手动切换技术，以及数字控制器算法工程实现中应注意的问题。和7.4.1的给定值由以下五部分给出。通过选择软开关CLCR，它可以构成内部给定状态或外部给定状态。 选择软开关CASSCC可以形成串级控制或串级控制。(1)在给定状态下，当CLCR软开关处于切线位置时，选择操作员设定的给定值SVL。此时，系统处于单回路控制的给定状态，使用给定值键可以改变给定值。(2)外部给定状态当软开关CLCR与铬位置相切时，给定值来自上位机、主电路或操作模块。此时，系统处于外部给定状态。在这种状态下，可以实现以下两种控制模式。当软开关CASSCC与SCC位置相切时，SCC控制：从上位机接收给定值SVS，实现二次计算机控制。串级控制：当软开关CASSCC切向CAS位置时，给定值SVS来自主调节模块，实现串级控制。(3)给定值变