计算机控制系统软件设计

应用软件
➢过程监视： •巡回检测 •数据处理（有效性检验、数字滤波、标度变换、报警…) •过程分析 •人机界面…
➢过程控制：开环/闭环控制（简单、复杂、先进控制）
➢信息管理
◆ 分类
▪ 按功能可分为
执行软件
概述
完成过程信息的采集、 处理、运算、显示、打 印、控制输出等实质性 的功能，偏重算法效率、 强调实时性。
接口驱动程序
数据处理及控制算法程序
人机界面程序等
管理软件: 起组织调度作用，着眼全局、逻辑严密。
2类开发方法：编程和组态
① 编程：难度大、周期长，但针对性强、易实现复杂控制（如最优、先进控制等） ② 组态：简单易学、可靠性高，易实现常规控制。复杂控制算法软件包须另购或
自行开发。
概述
● 开发应用软件的一般过程
限幅滤波
数字滤波
数字滤波
限速滤波
中值滤波 算术平均 加权平均
惯性滤波 复合滤波
yn mediom(x1, x2,..., xn )
yn
1 N
N
xi
i 1
递推平均
yn
1 N
Hale Waihona Puke Baidu
N 1
xni
i0
N 1
N 1
yn Ci xni , Ci 1且C 0 C1 ... CN 1 0
i0
i0
Y (s) 1 离散化： X (s) T f s 1 y(n) (1 a) y(n 1) ax(n) y(n 1) a[x(n) y(n 1)]
软件滤波
数字滤波
能有效地抑 制低频干扰
数字滤波是对采样信号进行平滑加工， 提高信噪比、消除或减少各种干扰信号 的影响，以保证计算机数据采集或控制 系统的可靠工作 。
常采用的数字滤波方法： 限幅/限速滤波 算术平均/加权滤波 中值滤波 惯性滤波
采样信号Xi
（i=1~n）
数字滤波
Yn(供CPU作进一步处理)
开发系统
➢数据库管理系统： •大型数据库（DB2、Oracle、Sybase、Informix…） •Web数据库 •桌面数据库（Excel、Access、SQL Server…） •实时数据库（InfoPlus、PI、ONSPCE…)
➢工控软件平台（几十种）：如组态王
KingView、KingACT；InTouch、InControl； iFIX；Citcet；WinCC、Step7…
◆ 数据采集系统的软件设计流程图 ◆数据采集系统的数据处理
软件由主程序和时间中断服务程序 （包含各种功能模块）构成。
数字滤波、线性化、工程量转换、报 警等。
数据采集程序流程
查询 定时 中断
DMA
◆ 有效性检查 ◆ 数字滤波 ◆ 线性化处理 ◆ 工程量(标度)变换 ◆ 报警处理
数据处理
滤波
滤波
硬件滤波：如RC滤波器（能有效地抑制高频干扰）
●线性化的方法
计算法 --可用数学方程描述“被测参数（输出）与可测量值（输入）之间关系” 处理方法：热电偶、平方根 查表法
非计算法（难以用数学方程描述的处理方法） 折线法 插值法
线性化处理
■计算法 ◆热电偶的线性化处理
热电偶输出的热电势EAB（t，t0）与温度t 之间往往是非线性的 。
t℃= a4E4 + a3E3 + a2E2 + a1E + a0
计算机控制系统-软件设计与应用
➢概述 ➢数据采集系统的软件设计 ➢人机接口及人机界面简介 ➢工控软件简介 ➢计算机控制技术 ➢本章小结 ➢思考题
计算机软件
计算机控制系统软件构成
系统软件
操作系统：Windows、Unix、Linux、OS/2
➢程序设计语言：汇编、高级语言（VB、 VC、C++、C#、Delphi…）
组态软件的开放性：遵从IEC61131-3标准、 OPC规范 利用通用、开放的工控软件（由软件制造商提供，集成了多种硬件设备驱动程序，使 之适用于不同的硬件配置和控制领域）进行二次开发。 组态软件包括监控组态软件（用于数据采集和人机监控画面的组态，如组态王 /Citect/Intouch、FIX/iFIX等）和控制组态软件（用于控制策略的组态，如Genie KingACT/InControl等）
数据采集系统的软件设计
◆ 数据采集系统的构成及功能
➢对生产过程的各种参数（信息）进 行定时采集、检查（有效性及越限检 查）、处理（数字滤波、线性化、工 程量转换等）、存储、显示（以数字、 图形方式等） 、打印（定时制表、 CALL制表） 、报警（按不同级别） 等。
DAS硬件构成 = AI/DI通道 + 计算机系统
惯性滤波 ：可视为一阶低通RC滤波器的数字形式，是一种动态滤波方法；
适合高频或低频的干扰信号。
复合滤波：两种以上滤波方法的结合，以得到较好的滤波效果 。如：将中
值滤波与算术平均滤波相结合，即连续采样N次，去掉Xmax、
Xmin，再计算
N
1
2
N 2 i 1
xi
Yn ，则既可去掉脉冲干扰，
又可滤去周期性干扰，这对快慢参数均适用。
a Tf T Tf
数字滤波
限幅/限速滤波：对抑制带有随机性的干扰较为有效。 算术/梯推平均法：对周期性的干扰有良好的抑制作用，适于快变参数。
适用于压力、流量等信号的平滑加工，其平滑程度 取决于N 的大小 。一般，流量取N=12，压力取N=4 。
加权平均法: 适用于纯滞后较大的对象；中值滤波：有效地滤去脉冲干扰。
线性化处理
●为何要进行线性化处理?
➢许多传感器、变送器输出的信号与被测参数之间常存在明显的非线性，如：热电 偶的热电势EAB（t，t0）与温度t 、流量F与△P等。 ➢采集进计算机的值是EAB（t，t0）、 △P，欲得实际被测参数的值（如：温度t、 流量F），需对采样值进行线性化处理之后才能获得并显示。
■非计算法
有序表格：顺序查表法、计算查表法、
查表法
对分查表法
无序表格：顺序查表法
插值法
线性插值法(以直线代替曲线) 二次插值法(以抛物线代替曲线)
折线法（分段线性化 ）：因简单实用，在工程上 得到广泛应用。
Yx=Yk-1+ Kk（X –Xk-1）
线性化处理
◆平方根处理 平方根关系是工程
实际中经常遇到的一种 非线性 ，如节流式流量 计: F = K △P 。 实测到的是压差△P，为获得流量 F，需对采样值△P求平方根。
平方根可用牛顿迭代公式/高级语 言的平方根函数来计算。
牛顿迭代公式为：
Yn=（Yn-1+ X / Yn-1）/2
线性化处理