计算机控制系统软件设计.pptx
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1、模块化与结构化程序设计模块化与结构化程序设计1.1.模块化程序设计模块化程序设计2.2.结构化程序设计结构化程序设计一个完整的程序设计过程可以用左图来说一个完整的程序设计过程可以用左图来说明。明。首先要分析用户的要求,这大约占整个程首先要分析用户的要求,这大约占整个程序设计工作量的序设计工作量的10%10%;然后编写程序的说明,这大约也占然后编写程序的说明,这大约也占10%10%;接着进行程序的设计与编码,这大约占接着进行程序的设计与编码,这大约占30%30%左右,其中设计与编码几乎各占左右,其中设计与编码几乎各占15%15%;最后进行测试和调试,这要花费整个程序最后进行测试和调试,这要花费整
2、个程序设计工作量的设计工作量的40%40%以上。以上。第1页/共72页1.1.模块化程序设计模块化程序设计 (1 1)自底向上模块化设计自底向上模块化设计 首先对最低层模块进行编码、测试和调试。这首先对最低层模块进行编码、测试和调试。这些模块正常工作后,就可以用它们来开发较高层的些模块正常工作后,就可以用它们来开发较高层的模块。这种方法是汇编语言设计常用的方法。模块。这种方法是汇编语言设计常用的方法。(2 2)自顶向下模块化设计)自顶向下模块化设计 首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测试这些最高层模块,可以用试这些最高层模块,可以用“结点结点”来代替
3、还未编来代替还未编码的较低层模块,这些码的较低层模块,这些“结点结点”的输入和输出满足的输入和输出满足程序的说明部分要求,但功能少得多。程序的说明部分要求,但功能少得多。该方法一般适合用高级语言来设计程序。该方法一般适合用高级语言来设计程序。第2页/共72页2.2.结构化程序设计结构化程序设计只用三种基本只用三种基本的控制结构就的控制结构就能实现任何单能实现任何单入口单出口的入口单出口的程序。这三种程序。这三种基本的控制结基本的控制结构是构是“顺序顺序”、“选择选择”、“循环循环”。如右。如右图所示。图所示。第3页/共72页面向过程与面向对象的程序设计面向过程与面向对象的程序设计 1.1.面向
4、过程的程序设计及其局限性面向过程的程序设计及其局限性2.2.面向对象的程序设计面向对象的程序设计 以上两种方法在概念上存在以下主要区别:以上两种方法在概念上存在以下主要区别:(1 1)模块与对象)模块与对象 (2 2)过程调用和消息传递)过程调用和消息传递 (3 3)类型和类)类型和类 (4 4)静态链接和动态链接)静态链接和动态链接 第4页/共72页高级语言高级语言I/OI/O控制台编程控制台编程 对于对于PCPC总线工业控制机,我们以总线工业控制机,我们以Turbo CTurbo C为例来说明其为例来说明其访问访问I/OI/O端口的编程。端口的编程。Turbo CTurbo C通常有库函数
5、,允许直接访通常有库函数,允许直接访问问I/OI/O端口,头文件端口,头文件conio.hconio.h中定义了中定义了I/OI/O端口例程。端口例程。例如例如:a=inportw(0 x210)a=inportw(0 x210)b=b=inportb(0 x220)inportb(0 x220)第一条指令表示将端口第一条指令表示将端口210H210H的的1616位二进制数位二进制数(一个字一个字)输入给变量输入给变量a a,第二条指令表示将端口,第二条指令表示将端口220H220H的的8 8位二进制数位二进制数(一个字节一个字节)输入给变量输入给变量b b。在。在C C语言中,语言中,0 x
6、0 x起头的是起头的是1616进制进制数。数。又如:又如:outportw(0 x230,0 x3435)outportw(0 x230,0 x3435)outportb(0 x240,0 x26)outportb(0 x240,0 x26)第一条指令表示将二字节数第一条指令表示将二字节数3435H3435H输出到端口输出到端口230H230H中,中,第二条指令表示将单字节数第二条指令表示将单字节数26H26H输出到端口输出到端口240H240H中。中。第5页/共72页7.2 7.2 人机接口(人机接口(HMI/SCADAHMI/SCADA)技术)技术的含义的含义基于工业控制组态软件设计人机交
7、互界面基于工业控制组态软件设计人机交互界面基于基于VB/VC+VB/VC+语言设计人机交互界面语言设计人机交互界面第6页/共72页的含义的含义 HMI HMI(Human Machine InterfaceHuman Machine Interface)广义的解)广义的解释就是释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口一个接口”。一般而言,。一般而言,HMIHMI系统必须有几项基本的系统必须有几项基本的能力:能力:实时资料趋势显示实时资料趋势显示 历史资料趋势显示历史资料趋势显示 自动记录资料自动记录资料 警报的产生与记录警报的产生与记录 报表的产
8、生与打印报表的产生与打印 图形接口控制图形接口控制第7页/共72页 凡是具有系统监控和数据采集功能的软件,都可凡是具有系统监控和数据采集功能的软件,都可称为称为 SCADA(Supervisor Control And Data SCADA(Supervisor Control And Data Acqusition)Acqusition)软件。软件。SCADASCADA软件和硬件设备的连接方软件和硬件设备的连接方式主要可归纳为三种:式主要可归纳为三种:(1)(1)标准通讯协议。标准通讯协议。(2)(2)标准的资料交换接口。标准的资料交换接口。(3)(3)绑定驱动绑定驱动(Native dri
9、ver)(Native driver)。第8页/共72页基于工业控制组态软件设计人机交互界面1 1控制组态控制组态 2 2图形生成系统图形生成系统3 3显示组态显示组态 计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面,即硬件计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面,即硬件组态和软件组态。组态和软件组态。硬件组态常以总线式硬件组态常以总线式(PC(PC总线或总线或STDSTD总线总线)工业控制机为主进工业控制机为主进行选择和配置。行选择和配置。工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件控制软件 。组态工作是在组态软件支持下进行的,组
10、态软件主要包括:组态工作是在组态软件支持下进行的,组态软件主要包括:控制组态、图形生成系统、显示组态、控制组态、图形生成系统、显示组态、I IO O通道登记、单位名通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8 8个方个方面的内容。面的内容。第9页/共72页1.1.控制组态控制组态 控控制制算算法法的的组组态态生生成成在在软软件件上上可可以以分分为为两两种种实实现方式:现方式:一一种种方方式式是是采采用用模模块块宏宏的的方方式式,即即一一个个控控制制规规律律模模块块(如如PIDPID运运算算)对对应应一一个个宏宏命命令令(
11、子子程程序序),在在组组态态生生成成时时,每每用用到到一一个个控控制制模模块块,则则组组态态生生成成控控制制算算法法,产产生生的的执执行行文文件件中中就就将将该该宏宏所所对对应应的的算算法法换换入执行文件。入执行文件。另另一一种种常常用用的的方方式式是是将将各各控控制制算算法法编编成成各各个个独独立立的的可可以以反反复复调调用用的的功功能能模模块块,对对应应每每一一模模块块有有一一个个数数据据结结构构,该该数数据据结结构构定定义义了了该该控控制制算算法法所所需需要要的的各各个个参参数数。因因此此,只只要要这这些些参参数数定定义义了了,控控制制规规律律就就定定了了。有有了了这这些些算算法法模模块
12、块,就就可可以以生生成成绝绝大大多多数的控制功能。数的控制功能。第10页/共72页2.2.图形生成系统图形生成系统 计计算算机机控控制制系系统统的的人人机机界界面面越越来来越越多多地地采采用用图图形形显显示示技技术术。图图形形画画面面主主要要是是用用来来监监视视生生产产过过程程的的状状况况,并并可可通通过过对对画画面面上上对对象象的的操操作作,实实现现对对生生产产过过程程的的控控制。制。图图形形画画面面一一般般有有两两种种即即静静态态画画面面(或或背背景景画画面面)和和动态画面。动态画面。静静态态画画面面一一般般用用来来反反映映监监视视对对象象的的环环境境和和相相互互关关系,它的显示是不随时间
13、的变化的。系,它的显示是不随时间的变化的。动动态态画画面面一一般般用用以以反反映映被被监监视视对对象象和和被被控控对对象象的的状状态态和和数数值值等等,它它在在显显示示过过程程中中是是随随现现场场被被监监控控对对象象的的变变化化而而变变化化的的。在在生生成成图图形形画画面面时时,不不但但要要有有静静态态画面,而且还要有画面,而且还要有“活活”的部分即动态画面。的部分即动态画面。第11页/共72页3.3.显示组态显示组态 (1)(1)选择模拟显示表选择模拟显示表 (2)(2)定义模拟显示表定义模拟显示表 (3)(3)显示登记法显示登记法 (4)I(4)IO O通道登记通道登记 (5)(5)单位名
14、称登记单位名称登记 (6)(6)趋势曲线登记趋势曲线登记 (7)(7)报警系统登记报警系统登记 (8)(8)报表生成系统报表生成系统 计算机控制系统的画面显示一般分为三级即总貌画面、组貌计算机控制系统的画面显示一般分为三级即总貌画面、组貌画面、回路画面。若想构成这些画面,就要进行显示组态操作。画面、回路画面。若想构成这些画面,就要进行显示组态操作。显示组态操作包括选择模拟显示表、定义显示表及显示登记显示组态操作包括选择模拟显示表、定义显示表及显示登记方法等操作。方法等操作。第12页/共72页(1)(1)选择模拟显示表选择模拟显示表 由于计算机控制系统显示画面常采用各由于计算机控制系统显示画面常
15、采用各种模拟显示表来显示测量值、设定值和输出种模拟显示表来显示测量值、设定值和输出值,因此,显示组态一般可用值,因此,显示组态一般可用6 6种模拟显示表,种模拟显示表,即调节控制表、报警显示表、阀位操作表、即调节控制表、报警显示表、阀位操作表、监视操作表、比率设定表、流量累计表。监视操作表、比率设定表、流量累计表。第13页/共72页返回第14页/共72页返回(2 2)选择了回路的模拟显示表后,尚须对显示表的)选择了回路的模拟显示表后,尚须对显示表的每一个参数进行确定,并在画面上设定相应的值。每一个参数进行确定,并在画面上设定相应的值。第15页/共72页(3)(3)显示登记法显示登记法 显示登记
16、法是进入系统显示登记画面。选择过显示登记法是进入系统显示登记画面。选择过程控制站站号及工作方式;登记控制组号、组名,程控制站站号及工作方式;登记控制组号、组名,该组员的回路号,进行分组登记操作;显示表登该组员的回路号,进行分组登记操作;显示表登记记(登记每一个控制回路所用的模拟显示表登记每一个控制回路所用的模拟显示表);将;将显示登记文件存入后备文件或打印。显示登记文件存入后备文件或打印。第16页/共72页(4 4)I IO O通道登记通道登记 计算机控制系统能支持多种类型的信号输入计算机控制系统能支持多种类型的信号输入和输出。从生产过程来看,每一输入输出都有不和输出。从生产过程来看,每一输入
17、输出都有不同的名称和意义,因此需将输入输出定义成特定同的名称和意义,因此需将输入输出定义成特定的含义,这就是的含义,这就是I IO O通道登记。通道登记。I IO O通道主要是通道主要是模拟量模拟量I IO O和开关量和开关量I IO O等通道。等通道。第17页/共72页第18页/共72页(5 5)单位名称登记)单位名称登记 对系统各种画面中需要显示的工程单位名称采用登记的方法,可使用中英文一对系统各种画面中需要显示的工程单位名称采用登记的方法,可使用中英文一切符号,登记生成自己特有的单位名称,主要登记编号和单位名。切符号,登记生成自己特有的单位名称,主要登记编号和单位名。第19页/共72页
18、系系统统的的硬硬盘盘中中保保存存有有三三种种趋趋势势曲曲线线数数据据,即即当天的、昨天的和历史的数据。当天的、昨天的和历史的数据。当当天天的的趋趋势势曲曲线线数数据据,系系统统以以一一定定的的周周期期将将数数据据保保存存起起来来。到到第第二二天天就就 将将当当天天的的数数据据覆覆盖盖昨昨天天的的数数据据。历历史史数数据据是是当当你你需需要要某某天天的的数数据据时时,从硬盘拷贝到软盘保存起来。从硬盘拷贝到软盘保存起来。趋势曲线的规格主要有:趋势曲线幅数、趋趋势曲线的规格主要有:趋势曲线幅数、趋势曲线每幅条数、每条时间、显示精度。趋势曲势曲线每幅条数、每条时间、显示精度。趋势曲线登记表的内容主要有
19、:幅号、幅名、编号、颜线登记表的内容主要有:幅号、幅名、编号、颜色、曲线名称、来源、工程量上限和下限。色、曲线名称、来源、工程量上限和下限。(6 6 6 6)趋势曲线登记)趋势曲线登记)趋势曲线登记)趋势曲线登记第20页/共72页返回第21页/共72页报报警警显显示示画画面面分分成成三三级级即即报报警警概概况况画画面面、报报警警信信息息画面、报警画面。画面、报警画面。报报警警概概况况画画面面是是第第一一级级,它它显显示示系系统统中中所所有有报警点的名称和报警次数;报警点的名称和报警次数;报报警警信信息息画画面面是是第第二二级级,它它是是第第一一级级画画面面的的展展开开与与细细化化,可可调调出出
20、相相应应报报警警信信息息画画面面,即即可可观观察察到报警时间,消警时间,报警点名称和报警原因等;到报警时间,消警时间,报警点名称和报警原因等;报报警警画画面面是是第第三三级级,可可调调出出与与报报警警点点相相应应的的各各显显示示画画面面,包包括括总总貌貌画画面面、组组画画面面、回回路路画画面面、趋势曲线画面等。趋势曲线画面等。为了完成报警登记,还要填写登记表。内容包括:为了完成报警登记,还要填写登记表。内容包括:编号、名称、原因类型、原因参数、画面类型、画编号、名称、原因类型、原因参数、画面类型、画面参数。面参数。(7)(7)(7)(7)报警系统登记报警系统登记报警系统登记报警系统登记第22页
21、/共72页返回第23页/共72页(8 8)报表生成系统)报表生成系统 报表生成系统用于系统的报表及打印输出。因而报表系统主要功能是定义各种报表的数据来源、运算方报表生成系统用于系统的报表及打印输出。因而报表系统主要功能是定义各种报表的数据来源、运算方式以及报表打印格式和时间特性。式以及报表打印格式和时间特性。第24页/共72页返回第25页/共72页基于基于VB/VC+VB/VC+语言设计人机交互界面语言设计人机交互界面1.Visual Basic1.Visual Basic2.VC+2.VC+第26页/共72页7.3 7.3 测量数据预处理技术测量数据预处理技术误差自动校准误差自动校准 线性化
22、处理和非线性补偿线性化处理和非线性补偿 标度变换方法标度变换方法 越限报警处理越限报警处理 传感器把生产过程的信号转换成电信号,然后用传感器把生产过程的信号转换成电信号,然后用A AD D转换器转换器把模拟信号变成数字信号,读入计算机中。把模拟信号变成数字信号,读入计算机中。对于这样得到的数据,一般要进行一些预处理,其中最基本对于这样得到的数据,一般要进行一些预处理,其中最基本的处理有的处理有线性化处理线性化处理、标度变换标度变换和和误差自动校准误差自动校准。第27页/共72页误差自动校准误差自动校准定义:定义:系统误差是指在相同条件下,经过多次测量,系统误差是指在相同条件下,经过多次测量,误
23、差的数值误差的数值(包括大小符号包括大小符号)保持恒定,或按某种已知保持恒定,或按某种已知的规律变化的误差。的规律变化的误差。特点:特点:在一定的测量条件下,其变化规律是可以掌握在一定的测量条件下,其变化规律是可以掌握的,产生误差的原因一般也是知道的。的,产生误差的原因一般也是知道的。方法:方法:偏移校准在实际中应用最多,并且常采用程序偏移校准在实际中应用最多,并且常采用程序来实现,称为数字调零。来实现,称为数字调零。调零电路的实现:调零电路的实现:在测量时,先把多路输入接到所需在测量时,先把多路输入接到所需测量的一组输入电压上进行测量,测出这时的输入值测量的一组输入电压上进行测量,测出这时的
24、输入值为为x x1 1,然后把多路开关的输入接地,测出零输入时然后把多路开关的输入接地,测出零输入时A AD D转换器的输出为转换器的输出为x x0 0,用,用x x1 1减去减去x x0 0即为实际输入电压即为实际输入电压x x。除了数字调零外,还可以采用偏移和增益误差的除了数字调零外,还可以采用偏移和增益误差的自动校准。自动校准。第28页/共72页1.1.全自动校准全自动校准 采用这种方法测得的采用这种方法测得的V V与放大器的漂移和增益变化无关,与与放大器的漂移和增益变化无关,与V V和和R R的精度也无关。这样可大大提高测量精度,降低对电路器的精度也无关。这样可大大提高测量精度,降低对
25、电路器件的要求。件的要求。第29页/共72页2.人工自动校准 人人工工自自动动校校准准的的原原理理是是由由人人工工在在需需要要时时接接入入标标准准的的参参数数进进行行校校准准测测量量,把把测测得得的的数数据据存存贮贮起起来来,供供后后使使用用。一一般般人人工工自自动动校校准准只只测测一一个个标标准准输输入入信信号号y yR R,零零信信号号的的补补偿偿由由数数字字调调零零来来完完成成。设设数数字字调调零零后后测测出出的的数数据据分分别别为为x xR R(接接校准输入校准输入y yR R时时)和和x(x(接被测输入接被测输入y y时时),则可按下式来计算,则可按下式来计算y y。如如如如果果果果
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- 计算机控制 系统软件 设计
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