1、 軟件是工業(yè)控制機的程序系統(tǒng)，軟件是工業(yè)控制機的程序系統(tǒng)，它可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用它可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。軟件。 所謂應(yīng)用軟件就是面向控制系統(tǒng)本身的程序，它是根據(jù)系所謂應(yīng)用軟件就是面向控制系統(tǒng)本身的程序，它是根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，由用戶自己設(shè)計的。統(tǒng)的具體要求，由用戶自己設(shè)計的。1.1.模塊化程序設(shè)計模塊化程序設(shè)計2.2.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計一個完整的程序設(shè)計過程可以用左圖來說一個完整的程序設(shè)計過程可以用左圖來說明。明。 首先要分析用戶的要求，這大約占整個程首先要分析用戶的要求，這大約占整個程序設(shè)計工作量的序設(shè)計工作量的10%10%；然后編寫程序的說明，這大約也占然后編寫程序的說明，這

2、大約也占10%10%；接著進行程序的設(shè)計與編碼，這大約占接著進行程序的設(shè)計與編碼，這大約占30%30%左右，其中設(shè)計與編碼幾乎各占左右，其中設(shè)計與編碼幾乎各占15%15%；最后進行測試和調(diào)試，這要花費整個程序最后進行測試和調(diào)試，這要花費整個程序設(shè)計工作量的設(shè)計工作量的40%40%以上。以上。 240H240H 計算機控制系統(tǒng)的組態(tài)功能可分為兩個主要方面，即硬件計算機控制系統(tǒng)的組態(tài)功能可分為兩個主要方面，即硬件組態(tài)和軟件組態(tài)。組態(tài)和軟件組態(tài)。 硬件組態(tài)常以總線式硬件組態(tài)常以總線式(PC(PC總線或總線或STDSTD總線總線) )工業(yè)控制機為主進工業(yè)控制機為主進行選擇和配置。行選擇和配置。 工業(yè)控

3、制組態(tài)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、商品化的通用過程工業(yè)控制組態(tài)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、商品化的通用過程控制軟件控制軟件 。 組態(tài)工作是在組態(tài)軟件支持下進行的，組態(tài)軟件主要包括：組態(tài)工作是在組態(tài)軟件支持下進行的，組態(tài)軟件主要包括：控制組態(tài)、圖形生成系統(tǒng)、顯示組態(tài)、控制組態(tài)、圖形生成系統(tǒng)、顯示組態(tài)、I IO O通道登記、單位名通道登記、單位名稱登記、趨勢曲線登記、報警系統(tǒng)登記、報表生成系統(tǒng)共稱登記、趨勢曲線登記、報警系統(tǒng)登記、報表生成系統(tǒng)共8 8個方個方面的內(nèi)容。面的內(nèi)容。 計算機控制系統(tǒng)的畫面顯示一般分為三級即總貌畫面、組貌計算機控制系統(tǒng)的畫面顯示一般分為三級即總貌畫面、組貌畫面、回路畫面。若想構(gòu)成這些

4、畫面，就要進行顯示組態(tài)操作。畫面、回路畫面。若想構(gòu)成這些畫面，就要進行顯示組態(tài)操作。 顯示組態(tài)操作包括選擇模擬顯示表、定義顯示表及顯示登記顯示組態(tài)操作包括選擇模擬顯示表、定義顯示表及顯示登記方法等操作。方法等操作。 返回返回返回返回返回 傳感器把生產(chǎn)過程的信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后用傳感器把生產(chǎn)過程的信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后用A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器把模擬信號變成數(shù)字信號，讀入計算機中。把模擬信號變成數(shù)字信號，讀入計算機中。 對于這樣得到的數(shù)據(jù)，一般要進行一些預(yù)處理，其中最基本對于這樣得到的數(shù)據(jù)，一般要進行一些預(yù)處理，其中最基本的處理有的處理有線性化處理、標(biāo)度變換和誤差自動校準(zhǔn)線性化處理、標(biāo)度變換和

5、誤差自動校準(zhǔn)。 RVV)(010 xxxx 采用這種方法測得的采用這種方法測得的V V與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，與與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，與V V和和R R的精度也無關(guān)。這樣可大大提高測量精度，降低對電路器的精度也無關(guān)。這樣可大大提高測量精度，降低對電路器件的要求。件的要求。 xxyyRR 數(shù)字控制器算法的工程實現(xiàn)中，應(yīng)注意的問題，由以下五數(shù)字控制器算法的工程實現(xiàn)中，應(yīng)注意的問題，由以下五部分給出部分給出 : : (2) (2)外給定狀態(tài)外給定狀態(tài) 當(dāng)軟開關(guān)當(dāng)軟開關(guān)CLCLCRCR切向切向CRCR位置時，給定值來自上位計算機、主位置時，給定值來自上位計算機、主回路或運算模塊。這時系統(tǒng)

6、處于外給定狀態(tài)。在此狀態(tài)下，可以回路或運算模塊。這時系統(tǒng)處于外給定狀態(tài)。在此狀態(tài)下，可以實現(xiàn)以下兩種控制方式。實現(xiàn)以下兩種控制方式。 SCCSCC控制控制: :當(dāng)軟開關(guān)當(dāng)軟開關(guān)CASCASSCCSCC切向切向SCCSCC位置時，接收來自上位置時，接收來自上位計算機的給定值位計算機的給定值SVSSVS，以便實現(xiàn)二級計算機控制。，以便實現(xiàn)二級計算機控制。 串級控制串級控制: :當(dāng)軟開關(guān)當(dāng)軟開關(guān)CASCASSCCSCC切向切向CASCAS位置時，給定值位置時，給定值SVSSVS來自主調(diào)節(jié)模塊，實現(xiàn)串級控制。來自主調(diào)節(jié)模塊，實現(xiàn)串級控制。 (3) (3)給定值變化率限制給定值變化率限制 為了減少給定值

7、突變對控制系統(tǒng)的擾動，防止比例、積分為了減少給定值突變對控制系統(tǒng)的擾動，防止比例、積分飽和，以實現(xiàn)平穩(wěn)控制，需要對給定值的變化率飽和，以實現(xiàn)平穩(wěn)控制，需要對給定值的變化率SRSR加以限制。加以限制。變化率的選取要適中，過小會使響應(yīng)變慢，過大則達不到限制變化率的選取要適中，過小會使響應(yīng)變慢，過大則達不到限制的目的。的目的。 綜上所述，在給定值處理中，共具有三個輸入量綜上所述，在給定值處理中，共具有三個輸入量(SVL(SVL，SVCSVC，SVS)SVS)，兩個輸出量，兩個輸出量(SV(SV，CSV)CSV)，兩個開關(guān)量，兩個開關(guān)量(CL(CLCRCR，CASCASSCC)SCC)，一個變化率，一

8、個變化率(SR)(SR)。為了便于。為了便于PIDPID控制程序調(diào)用這些量，控制程序調(diào)用這些量，需要給每個需要給每個PIDPID控制模塊提供一段內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，來存儲以上變量。控制模塊提供一段內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，來存儲以上變量。3 3輸入補償輸入補償 根據(jù)輸入補償方式根據(jù)輸入補償方式ICMICM狀態(tài)，決定偏差狀態(tài)，決定偏差DVCDVC與輸入補償量與輸入補償量ICVICV之間的關(guān)系，即之間的關(guān)系，即 當(dāng)當(dāng)ICM=0ICM=0，代表無補償，此時，代表無補償，此時CDV=DVCCDV=DVC； 當(dāng)當(dāng)ICM=1ICM=1，代表加補償，此時，代表加補償，此時CDV=DVC+ICV;CDV=DVC+ICV; 當(dāng)當(dāng)IC

9、M=2ICM=2，代表減補償，此時，代表減補償，此時CDV=DVC-ICV;CDV=DVC-ICV; 當(dāng)當(dāng)ICM=3ICM=3，代表置換補償，此時，代表置換補償，此時CDV=ICVCDV=ICV。 利用加、減輸入補償，可以分別實現(xiàn)前饋控制和純滯后補利用加、減輸入補償，可以分別實現(xiàn)前饋控制和純滯后補償償(Smith)(Smith)控制?？刂啤? 4非線性特性非線性特性 為了實現(xiàn)非線性為了實現(xiàn)非線性PIDPID控制或帶死區(qū)的控制或帶死區(qū)的PIDPID控制，設(shè)置了非線控制，設(shè)置了非線性區(qū)性區(qū)-A-A至至+A+A和非線性增益和非線性增益K K，非線性特性如圖所示。即，非線性特性如圖所示。即 當(dāng)當(dāng)K=0

10、K=0時，則為帶死區(qū)的時，則為帶死區(qū)的PIDPID控制；控制； 當(dāng)當(dāng)0 0K K1 1時，則為非線性時，則為非線性PIDPID控制；控制； 當(dāng)當(dāng)K=1K=1時，則為正常的時，則為正常的PIDPID控制?？刂啤?偏差處理數(shù)據(jù)區(qū)共存放一個輸入補償量偏差處理數(shù)據(jù)區(qū)共存放一個輸入補償量ICVICV，兩個輸出量，兩個輸出量DLADLA和和CDVCDV，兩個狀態(tài)量，兩個狀態(tài)量D DR R和和ICMICM，以及四個參數(shù)，以及四個參數(shù)DLDL、-A-A、+A+A和和K K。 112121nnq112121nnq)1 (logminmax21 xxn)11 (021Dlogn)1 (logminmax21uun

11、執(zhí)行機構(gòu)的最大輸入值為執(zhí)行機構(gòu)的最大輸入值為u umaxmax最小輸入值為最小輸入值為u uminmin靈敏度為靈敏度為 1.1.測控系統(tǒng)軟件的基本要求測控系統(tǒng)軟件的基本要求（1 1）易理解、易維護）易理解、易維護指軟件系統(tǒng)容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修指軟件系統(tǒng)容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補充。改和補充。（2 2）實時性）實時性要求系統(tǒng)及時響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結(jié)果。要求系統(tǒng)及時響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結(jié)果。（3 3）可測試性）可測試性兩方面含義：其一是比較容易制定出測試準(zhǔn)則，并根據(jù)這些準(zhǔn)兩方面含義：其一是比較容易制定出測試準(zhǔn)則，并根據(jù)這些

12、準(zhǔn)則對軟件進行測試；其二軟件設(shè)計完成后，首先在模擬環(huán)境下則對軟件進行測試；其二軟件設(shè)計完成后，首先在模擬環(huán)境下運行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運行，證明正確無誤后才可投運行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運行，證明正確無誤后才可投入實際運行。入實際運行。（4 4）準(zhǔn)確性）準(zhǔn)確性算法選擇、位數(shù)選擇等要符合要求。算法選擇、位數(shù)選擇等要符合要求。（5 5）可靠性）可靠性最重要的指標(biāo)之一，兩方面含義：第一是運行參數(shù)環(huán)境發(fā)最重要的指標(biāo)之一，兩方面含義：第一是運行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化時，軟件能可靠運行并給出準(zhǔn)確結(jié)果，即軟件應(yīng)具生變化時，軟件能可靠運行并給出準(zhǔn)確結(jié)果，即軟件應(yīng)具有自適應(yīng)性；第二是工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴(yán)重，

13、軟件有自適應(yīng)性；第二是工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴(yán)重，軟件必須保證在嚴(yán)重干擾條件下也能可靠運行。必須保證在嚴(yán)重干擾條件下也能可靠運行。2.2.軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容(1)(1)采用軟件的方法抑制疊加在輸入輸出信號上噪聲影響，采用軟件的方法抑制疊加在輸入輸出信號上噪聲影響，如模擬輸入信號的數(shù)字濾波技術(shù)；如模擬輸入信號的數(shù)字濾波技術(shù)；(2)(2)由于干擾而使程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循由于干擾而使程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)，采取使程序納入正規(guī)的措施，如指令冗余、軟件陷阱、環(huán)，采取使程序納入正規(guī)的措施，如指令冗余、軟件陷阱、“看門狗看門狗”技術(shù)等；技術(shù)等；(

14、3)(3)發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決系統(tǒng)恢復(fù)正常運行的方法，如重發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決系統(tǒng)恢復(fù)正常運行的方法，如重要信息的恢復(fù)，系統(tǒng)重入的條件等；要信息的恢復(fù)，系統(tǒng)重入的條件等；7.6.1 7.6.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點: :(1)(1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好?？煽啃愿?，穩(wěn)定性好。(2)(2)數(shù)字濾波可以對頻率很低數(shù)字濾波可以對頻率很低( (如如0.01HZ)0.01HZ)的信號實現(xiàn)濾波，的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷?？朔四M濾波器的

15、缺陷。主要數(shù)字濾波算法：算術(shù)平均值法、中位值濾波法、限幅濾主要數(shù)字濾波算法：算術(shù)平均值法、中位值濾波法、限幅濾波法、慣性濾波法波法、慣性濾波法 1.1.算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法第術(shù)平均值法是對輸入的第術(shù)平均值法是對輸入的N N個采樣數(shù)據(jù)個采樣數(shù)據(jù)xi(i=1xi(i=1N)N)，尋找這樣，尋找這樣一個一個y y，使，使y y與各采樣值間的偏差的平方和為最小，使與各采樣值間的偏差的平方和為最小，使由一元函數(shù)求極值原理可得：由一元函數(shù)求極值原理可得：N1i2ixyE)(minN1iixN1y例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：序序 號號采樣值采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在采樣數(shù)據(jù)明顯存

16、在被被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+ 26+23)/10=28 26+23)/10=28干擾被平均到采樣值中去了干擾被平均到采樣值中去了 3 3）、平均值濾波法一般適用于具有周期性干擾噪聲的信號，）、平均值濾波法一般適用于具有周期性干擾噪聲的信號，但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，濾波效果尚不理想。但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，濾波效果尚不理想。 特點：特點：1 1）、）、N N值決定了信號平滑度和靈敏度。隨著值決

17、定了信號平滑度和靈敏度。隨著N N的增大，平滑的增大，平滑度提高，靈敏度降低。應(yīng)該視具體情況選擇度提高，靈敏度降低。應(yīng)該視具體情況選擇N N，以便得到滿，以便得到滿意的濾波效果。意的濾波效果。2 2）、對每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即）、對每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即1/N1/N。在不同采。在不同采樣時刻采集數(shù)據(jù)受到同樣重視。實際上某些場合需要增加新樣時刻采集數(shù)據(jù)受到同樣重視。實際上某些場合需要增加新采樣值在平均值中的比重，可采用加權(quán)平均值濾波法。濾波采樣值在平均值中的比重，可采用加權(quán)平均值濾波法。濾波公式為：公式為：Y=RY=R0 0Y Y0 0+ R+ R1 1Y Y1 1+ R+

18、R2 2Y Y2 2+ RmYm+ RmYm。特點特點: :中位值濾波法對脈沖干擾信號等中位值濾波法對脈沖干擾信號等偶然因素引發(fā)的干擾有偶然因素引發(fā)的干擾有良好的濾波效果良好的濾波效果。如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用。如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法會收到良好的濾波效果；對流量、速度等快速變化的參數(shù)此法會收到良好的濾波效果；對流量、速度等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波法一般不宜采用中位值濾波法中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會更中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會更好。即在每個采樣周期，先用中位值濾波法得到好。即在每個采樣周期，先用中位值濾

19、波法得到m m個濾波值，個濾波值，再對這再對這m m個濾波值進行算術(shù)平均，得到可用的被測參數(shù)。也稱個濾波值進行算術(shù)平均，得到可用的被測參數(shù)。也稱為為去脈沖干擾平均值濾波法去脈沖干擾平均值濾波法. . 例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：序序 號號采樣值采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：25對對1、2、3次采樣中位值濾波后值：次采樣中位值濾波后值：24對對4、5、6次采樣中位值濾波后值：次采樣中位值濾波后值：27對對7、8、9次采樣中位值濾波后值

20、：次采樣中位值濾波后值：25sTsxsyf11)()()()() 1()(nxnyTnynyTsf) 1()()1 () 1()()(nynxnyTTTnxTTTnysffsfs1.1.開關(guān)量開關(guān)量( (數(shù)字量數(shù)字量) )信號信號輸入輸入抗干擾措施抗干擾措施 干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一特點，我們干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一特點，我們在采集某一開關(guān)量信號時，可在采集某一開關(guān)量信號時，可多次重復(fù)采集多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或，直到連續(xù)兩次或兩次以上兩次以上結(jié)果完全一致結(jié)果完全一致方為有效。方為有效。7.6.3 指令冗余技術(shù)指令冗余技術(shù)CPU受干擾后，往往將操作數(shù)當(dāng)作操作

21、碼執(zhí)行，造成程序混亂。受干擾后，往往將操作數(shù)當(dāng)作操作碼執(zhí)行，造成程序混亂。當(dāng)程序彈飛到一單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌；當(dāng)程序彈飛到一單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌；當(dāng)程序彈飛到一雙字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)），有當(dāng)程序彈飛到一雙字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)），有可能落到操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯；可能落到操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯；當(dāng)程序彈飛到一三字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)、操當(dāng)程序彈飛到一三字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)、操作數(shù)），因其有兩個操作數(shù)，從而繼續(xù)出錯機會更大作數(shù)），因其有兩個操作數(shù)，從而繼續(xù)出錯機會更大 。 應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵地方人為插入一些單字應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵

22、地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，提高彈飛程序納入節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，提高彈飛程序納入正軌的機會，這便是指令冗余。正軌的機會，這便是指令冗余。實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法：在一些對程序流向起決定作用的在一些對程序流向起決定作用的指令之前指令之前插入兩條插入兩條NOP指令，指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。這些指令有：以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。這些指令有：RET、RETI、LCALL、LJMP、JZ/JNZ、JC/JNC、JB/JNB、JBC、CJNE、DJNZ等。等。如：利用減法比較兩無符號數(shù)的大小程序（數(shù)放如：利用減法比較兩無符號數(shù)的大小程序（數(shù)放A、B中）：中）：無指令冗余程序無指令冗余程序：CLRCSUBB A,BJCBBIGBBIG:NOP.有指令冗余的情況：有指令冗余的情況：CLRCSUBB A,BNOPNOPJCBBIGBBIG:NOP.指令冗余缺點：指令冗余缺點：降低指令執(zhí)行效率降低指令執(zhí)行效率指令冗余特點指令