24 6.1 应用程序设计与实现技术(一).pptx

第1页：第24讲第6章应用程序设计与实现技术（一

第24讲第6章应用程序设计与实现技术（一

第2页：软件是工业控制机的程序系统

软件是工业控制机的程序系统：它可分为系统软件和应用软件。所谓应用软件就是面向控制系统本身的程序，它是根据系统的具体要求，由用户自己设计的。软件设计的方法：利用计算机语言自己编制特定功能的应用程序；也可以利用组态软件工具开发应用程序。

第3页：6.1 程序设计技术6.2测量数据预处理

6.1 程序设计技术6.2测量数据预处理

• 程序设计技术
• 测量数据预处理技术第6章应用程序设计与实现技术（一）

第4页：6.1.1 模块化与结构化程序设计一个完

6.1.1 模块化与结构化程序设计一个完：过程可以用左图来说明。首先要分析用户的要求，这大约占整个程序设计工作量的10%；然后编写程序的说明文件，这大约也占10%；接着进行程序的设计与编码，这大约占30%左右，其中设计与编码几乎各占15%；最后进行测试和调试，这要花费整个程序设计工作量的40%以上。

第5页：1 模块化程序设计

1 模块化程序设计

• 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。
• 自顶向下模块化设计首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测试这些最高层模块，可以用“结点”来代替还未编码的较低层模块，这些“结点”的输入和输出满足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。

第6页：2 结构化程序设计1966年

2 结构化程序设计1966年：C.Bohm和G.Jacopini证明了只用三种基本的控制结构就能实现任何单入口单出口的程序。这三种基本的控制结构是“顺序”、“选择”、“循环”。如图所示。

第7页：结构化程序设计

2 结构化程序设计

第8页：结构化程序设计

2 结构化程序设计

第9页：6.1.2 面向过程与面向对象的程序设计

6.1.2 面向过程与面向对象的程序设计

• 面向过程的程序设计及其局限性2.面向对象的程序设计在概念上异同：
• 模块与对象
• 过程调用和消息传递
• 类型和类
• 静态链接和动态链接

第10页：6.1.3 高级语言I/O控制台编程对于

6.1.3 高级语言I/O控制台编程对于

6.1.3高级语言I/O控制台编程对于PC总线工业控制机，我们以Turbo C为例来说明其访问I/O端口的编程。Turbo C通常有库函数，允许直接访问I/O端口，头文件〈conio.h〉中定义了I/O端口例程。例如：a=inportw(0x210)b=inportb(0x220)第一条指令表示将端口210H的16位二进制数(一个字)输入给变量a，第二条指令表示将端口220H的8位二进制数(一个字节)输入给变量b。在C语言中，0x起头的是16进制数。-

第11页：6.1.3 高级语言I/O控制台编程又如

6.1.3 高级语言I/O控制台编程又如

6.1.3高级语言I/O控制台编程又如：outportw(0x230,0x3435)outportb(0x240,0x26)第一条指令表示将二字节数3435H输出到端口230H中第二条指令表示将单字节数26H输出到端口240H中。

第12页：传感器把生产过程的信号转换成电信号

传感器把生产过程的信号转换成电信号：然后用A／D转换器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，其中最基本的处理有：误差自动校准线性化处理标度变换

第13页：6.2.1 误差自动校准定义

6.2.1 误差自动校准定义

校准方法

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。

第14页：数字调零

数字调零：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，测出这时的输入值为x1,然后把多路开关的输入接地，测出零输入时A／D转换器的输出为x0，用x1减去x0即为实际输入电压x。除了数字调零外，还可以采用偏移和增益误差的自动校准。

第15页：1 全自动校准先把开关接地

1 全自动校准先把开关接地：测出这时的输入值x0，然后把开关接VR，测出输入值x1，并存放x1、x0，在正式测量时，如测出的输入值为x，则这时的V可用下式计算

第16页：1 全自动校准采用这种方法测得的V与放大

1 全自动校准采用这种方法测得的V与放大：漂移和增益变化无关，与V和R的精度也无关。这样可大大提高测量精度，降低对电路器件的要求。

第17页：2 人工自动校准

2 人工自动校准：人工自动校准只测一个标准输入信号yR，零信号的补偿由数字调零来完成。设数字调零后测出的数据分别为xR(接校准输入yR时)和x(接被测输入y时)，则可按下式来计算y。如果在校准时，计算并存放yR／xR的值，则测量校准时，只需行一次乘法即可。人工自动校准特别适于传感器特性随时间会发生变化的场合。如常用的湿敏电容等湿度传感器。

第18页：6.2.2 线性化处理和非线性补偿

6.2.2 线性化处理和非线性补偿

• 铂热电阻的阻值与温度的关系
• 热电偶的热电势与温度的关系
• 孔板差压与流量的关系
• 气体体积流量的非线性补偿

第19页：6.2.3 标度变换方法在工业测控系统中

6.2.3 标度变换方法在工业测控系统中：如，压力的单位为Pa，流量的单位为m3／h，温度的单位为℃等，这些参数经传感器和A／D转换后得到一系列的数码，这些数码值并不一定等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数值的大小，故必须把它转换成带有量纲的工程值后才能运算、显示或打印输出，这种转换就是标度变换。标度变换有各种类型，它取决于被测参数的传感器的类型，应根据实际要求来选用适当的标度变换方法。

第20页：1 线性变换公式Y=(Ymax-Ymin

1 线性变换公式Y=(Ymax-Ymin

• X-Nmin)／(Nmax-Nmin)+YminY表示参数测量值，Ymax表示参数量程最大值，Ymin表示参数量程最小值，Nmax表示Ymax对应的A／D转换后的输入值，Nmin表示量程起点Ymin对应的A／D转换后的输入值，X表示测量值Y对应的A／D转换值。
• 公式转换法可采用直接按解析式来计算。
• 其它标度变换法可采用多项式插值法，也可以用线性插值法或查表进行标度变换。

第21页：6.2.4 越限报警处理

6.2.4 越限报警处理：越限报警是工业控制过程常见而又实用的一种报警形式，它分为上限报警、下限报警及上下限报警。如果需要判断的报警参数是xn，该参数的上下限约束值分别是xmax和xmin，则上下限报警的物理意义如下： (1)上限报警若xn＞xmax，则上限报警，否则继续执行原定操作。(2)下限报警若xn＜xmin，则下限报警，否则继续执行原定操作。(3)上下限报警若xn＞xmax，则上限报警，否则对下式做判别；xn＜xmin否?若是则下限报警，否则继续原定操作。根据上述规定，程序可以实现对被控参数y、偏差e以及控制量u进行上下限检查。

第22页：6.2.5 量化误差来源

6.2.5 量化误差来源：1.量化误差量化单位q,也就是机内数的最小单位。举例，8位和12位的A/D转换器，在0-5V时的q通过A／D转换可计算出模拟电压x相当于多少个整量化单位，即:x=Lq+ε,式中L为整数，对于余数ε(ε＜q)可以用截尾或舍入来处理。

第23页：6.2.5 量化误差来源

6.2.5 量化误差来源：1.量化误差所谓截尾就是舍掉数值中小于q的余数ε(ε＜q)，其截尾误差εt为：εt=xt-x，式中x为实际数值，xt为截尾后的数值。显然-q＜εt≤0。所谓舍入是指，当被舍掉的余数ε大于或等于量化单位的一半时，则最小有效位加1；而当余数ε小于量化单位的一半时，则舍掉ε。这时舍入误差为εr=xr-x，式中x为实际数值，xr舍入后的数值。显然，-q/2≤εr≤q/2。

第24页：2 量化误差来源从下图可以看出

2 量化误差来源从下图可以看出：产生量化误差的原因主要有以下几个方面：(1)A/D转换的量化效应(2)控制规律计算中的量化效应。(3)控制参数的量化效应(4)D/A转换的量化效应

第25页：1 A/D转换器的字长选择为把量化误差限

1 A/D转换器的字长选择为把量化误差限：所允许的范围内，应使A/D转换器有足够的字长。确定字长要考虑的因素是：输入信号x的动态范围和分辨率。 (1)输入信号的动态范围λ为转换当量(2)分辨率D06.2.6 A/D、D/A及运算字长的选择

第26页：2 D/A转换器的字长选择执行机构的最大

2 D/A转换器的字长选择执行机构的最大：值为umax最小输入值为umin灵敏度为λ

第27页：3 运算的字长选择由8位或12位A/D变

3 运算的字长选择由8位或12位A/D变：采集数据之后，为了保证运算精度，在CPU内几乎毫无例外的至少采用16位字长运算。运算精度不仅取决于字长，而且还取决于采用定点数或浮点数。如果采用浮点数，运算精度可以大大提高。不管采用定点还是浮点数，输入标准数0至1对应A/D转换结果的全0至全1；输出标准数0至1对应D/A转换器数字位状态的全0至全1。

第28页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。