【文章內容簡介】 一些重要事件的處理也常常使用中斷技術，以使計算機能對事件做出及時處理。⑥ 數(shù)據(jù)管理程序 這部分程序用于生產管理，主要包括畫面顯示、變化趨勢分析、報警記錄、統(tǒng)計報表打印輸出等。⑦ 數(shù)據(jù)通信程序 數(shù)據(jù)通信程序主要完成計算機與計算機之間、計算機與智能設備之間的信息傳遞和交換。（ 5）程序設計的方法 應用程序的設計方法可采用模塊化程序設計和自頂向下程序設計等方法。 模塊化程序設計是把一個較長的程序按功能分成若干個小的程序模塊，然后分別進行獨立設計、編程、測試和查錯之后，最后把各調試好的程序模塊連成一個完整的程序。模塊化程序設計的特點是單個小程序模塊的編寫和調試比較容易；一個模塊可以被多個程序調用；檢查錯誤容易，且修改時只需改正該模塊即可，無須牽涉其它模塊。但這種設計在對各個模塊進行連接時有一定困難。 自頂向下程序設計時，先從主程序進行設計，從屬的程序或子程序用程序符號來代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個系統(tǒng)的程序設計。這種方法的特點是設計、測試和連接同時按一個線索進行，比較符合人們的日常思維方式，設計中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設計的最大問題就是上一級的程序錯誤將會對整個程序產生影響，并且局部的修改將牽連全局。? 離線仿真及調試階段一般在實驗室進行，首先進行硬件調試與軟件調試，然后進行硬件軟件統(tǒng)調，最后考機運行，為現(xiàn)場投運做好準備。主要內容1． 硬件調試2． 軟件調試3． 系統(tǒng)仿真4． 考機 ?1．硬件調試? 對于各種標準功能模板，應按照說明書檢查主要功能。比如主機板（ CPU板）上 RAM區(qū)的讀寫功能、 ROM區(qū)的讀出功能、復位電路、時鐘電路等的正確性。? 在調試 A/D和 D/A模板之前，必須準備好信號源、數(shù)字電壓表、電流表等標準儀器。對這兩種模板首先檢查信號的零點和滿量程，然后再分檔檢查，并且上行和下行來回調試，以便檢查線性度是否合乎要求。? 利用開關量輸入和輸出程序來檢查開關量輸入（ DI）和開關量輸出（ DO）模板。測試時可在輸入端加開關量信號，檢查讀入狀態(tài)的正確性；可在輸出端用萬用表或燈泡檢查輸出狀態(tài)的正確性。? 硬件調試還包括現(xiàn)場儀表和執(zhí)行器，這些儀表必須在安裝之前按說明書要求校驗完畢。? 如是 DCS等通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，還要調試通信功能，驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。? 2．軟件調試? 軟件調試的順序是子程序、功能模塊和主程序。? 控制模塊的調試應分為開環(huán)和閉環(huán)兩種情況進行。開環(huán)調試是檢查 PID控制模塊的開環(huán)階躍響應特性，開環(huán)階躍響應實驗是分析記錄在不同的 P、 I、 D參數(shù)下，針對不同階躍輸入幅度、不同控制周期、正反兩種作用方向時的純比例控制、比例積分控制以及比例積分微分控制等三種主要響應曲線，從而確定較佳的 P、 I、 D參數(shù)。? 在完成 PID控制模塊開環(huán)特性調試的基礎上，還必須進行閉環(huán)特性調試，即檢查 PID控制模塊的反饋控制功能。被控對象可以使用實驗室物理模擬裝置，也可以使用電子式模擬實驗室設備。實驗方法與模擬儀表調節(jié)器組成的控制系統(tǒng)類似，即分別做給定值和外部擾動的階躍響應實驗，改變 P、 I、 D參數(shù)以及階躍輸入的幅度，分析被控制量的階躍響應曲線和 PID控制器輸出控制量的記錄曲線，判斷閉環(huán)工作是否正確。在純 PID控制閉環(huán)實驗通過的基礎上，再逐項加入一些計算機控制的特殊功能，如積分分離、微分先行、非線性 PID等，并逐項檢查是否正確。? 一般與過程輸入輸出通道無關的程序，如運算模塊都可用開發(fā)裝置或仿真器的調試程序進行調試，有時為了調試某些程序，可能還要編寫臨時性的輔助程序。? 一旦所有的子程序和功能模塊調試完畢，就可以用主程序將它們連接在一起，進行整體調試。整體調試的方法是自底向上逐步擴大，首先按分支將模塊組合起來，以形成模塊子集，調試完各模塊子集，再將部分模塊子集連接起來進行局部調試，最后進行全局調試。這樣經過子集、局部和全局三步調試，完成了整體調試工作。通過整體調試能夠把設計中存在的問題和隱含的缺陷暴露出來，從而基本上消除了編程上的錯誤，為以后的系統(tǒng)仿真調試和在線調試及運行打下良好的基礎。? 3．系統(tǒng)仿真? 在硬件和軟件分別調試后，必須再進行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調，即所謂的系統(tǒng)仿真，也稱為模擬調試。所謂系統(tǒng)仿真，就是應用相似原理和類比關系來研究事物，也就是用模型來代替實際被控對象進行實驗和研究。系統(tǒng)仿真有以下三種類型：全物理仿真（即在模擬環(huán)境條件下的全實物仿真）；半物理仿真（即硬件閉路動態(tài)試驗）；數(shù)字仿真（即計算機仿真）。? 系統(tǒng)仿真盡量采用全物理或半物理仿真。試驗條件或工作狀態(tài)越接近真實，其效果也就越好。對于純數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般可做到全物理仿真；而對于控制系統(tǒng)，要做到全物理仿真幾乎是不可能的。這是因為，我們不可能將實際生產過程搬到自己的實驗室中。因此，控制系統(tǒng)只能做離線半物理仿真，被控對象可用實驗模型代替。自頂向下程序設計時，先從主程序進行設計，從屬的程序或子程序用程序符號來代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個系統(tǒng)的程序設計。這種方法的特點是設計、測試和連接同時按一個線索進行，比較符合人們的日常思維方式，設計中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設計的最大問題就是上一級的程序錯誤將會對整個程序產生影響，并且局部的修改將牽連全局。?4．考機? 在系統(tǒng)仿真的基礎上，還要進行考機運行，即進行長時間的運行考驗，有時還要根據(jù)實際的運行環(huán)境，進行特殊運行條件的考驗，如高溫和低溫劇變運行試驗、振動和抗電磁干擾試驗、電源電壓劇變和掉電試驗等。 現(xiàn)場調試運行階段? 系統(tǒng)離線仿真和調試后便可將控制系統(tǒng)和生產過程聯(lián)接在一起，進行在線現(xiàn)場調試和運行，最后經過簽字驗收，才標志著工程項目的最終完成。? 盡管上述離線仿真和調試工作最終做到了天衣無縫，但現(xiàn)場調試和運行仍可能出現(xiàn)問題。現(xiàn)場調試與運行階段是一個從小到大、從易到難、從手動到自動、從簡單回路到復雜回路逐步過渡的過程。此前應制定一系列調試計劃、實施方案、安全措施、分工合作細則等。為了做到有把握，在線調試前還要進行下列檢查：? 1．檢測元件、變送器、顯示儀表、調節(jié)閥等必須通過校驗，保證精確度要求。作為檢查，可進行一些現(xiàn)場校驗。? 2．各種電氣接線和測量導管必須經過檢查，保證連接正確。例如，傳感器的極性不能接反，各個傳感器對號位置不能接錯，各個氣動導管必須暢通，特別是不能把強電接在弱電上。? 3．檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應采取措施。? 4．對安全防護措施也要檢查。 ? 經過檢查并已安裝正確后，即可進行系統(tǒng)的投運和參數(shù)的整定。投運時應先切入手動，等系統(tǒng)運行接近于給定值時再切入自動。有關控制參數(shù)的整定，可按第 數(shù)字 PID參數(shù)的整定介紹的方法進行。? 在現(xiàn)場調試的過程中，往往會出現(xiàn)錯綜復雜、時隱時現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象，一時難以找到問題的根源。此時此刻，計算機控制系統(tǒng)的設計者們要認真地共同分析，不要輕易地懷疑別人所做的工作，以便盡快找到問題的根源并解決。? 系統(tǒng)運行正常后，再試運行一段時間，即可組織簽字驗收。驗收是系統(tǒng)項目最終完成的標志，應由甲方主持、乙方參加，雙方協(xié)同辦理。驗收完畢應形成驗收文件存檔。 控制工程的應用實例216。 要真正成功地完成一個工程項目，除了要講究科學的設計方法外，還要借助于豐富的實踐經驗。因此，我們應當總結和學習一些成功項目的實踐經驗。下面分別介紹四種典型控制裝置的工程應用實例。 主要內容 水槽水位單片機控制系統(tǒng) 循環(huán)水裝置 IPC系統(tǒng) 中水回用 PLC控制系統(tǒng) 火電廠 DCS控制系統(tǒng) 水槽水位單片機控制系統(tǒng)? 對于小型測控系統(tǒng)或者某些專用的智能化儀器儀表，一般可采用以單片機為核心、配以接口電路和外圍設備、再編制應用程序的模式來實現(xiàn)。下面以一個簡單的水槽水位控制系統(tǒng)為例。 主要內容1． 系統(tǒng)概述 2． 硬件電路 3． 程序設計? 1．系統(tǒng)概述? 通過水槽水位的高低變化來啟停水泵，從而達到對水位的控制目的，這是一種常見的工藝控制。如 圖 142點劃線框內所示，一般可在水槽內安裝 3個金屬電極 A、 B、 C，它們分別代表水位的下下限、下限與上限。工藝要求：當水位升到上限 C以上時，水泵應停止供水；當水位降到下限 B以下時，應啟動水泵供水；當水位處于下限 B與上限 C之間，水泵應維持原有的工作狀態(tài)。圖 142 水槽水位控制電路 動畫鏈接? 2．硬件電路 ? 根據(jù)工藝要求，設計的控制系統(tǒng)硬件電路如 圖142所示，這是一個用單片機采集水位信號并通過繼電器控制水泵的小型計算機控制系統(tǒng)。主要組成部分的功能如下：? (1) 系統(tǒng)核心部分：采用低檔型 AT89C2051單片機，用 ， 。? (2) 水位測量部分：電極 A接 +5V電源，電極 B、 C各通過一個電阻與地相連。 b點電平與 c點電平分別接到 ，可以代表水位的各種狀態(tài)與操作要求，共有 4種組合，如 表 141所示。 ? 表 141 水位信號及操作狀態(tài)表C() b() 水位水位 操作操作 0 0 B點以下點以下 水泵啟動水泵啟動 0 1 B、 C之之間間 維持原狀維持原狀 1 0 系統(tǒng)故障系統(tǒng)故障 故障報警故障報警 1 1 C點以上點以上 水泵停止水泵停止 ? 當水位降到下限 B以下時，電極 B與電極 C在水面上方懸空， b點、 c點呈低電平，這時應啟動水泵供水，即是表中第一種組合；當水位處于下限與上限之間，由于水的導電作用，電極 B連到電極 A及 +5V，則 b點呈高電平，而電極 C? 仍懸空則 c點為低電平，這時不論水位處于上升或下降趨勢，水泵都應繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài)，見表中第二種組合；當水位上升達到上限時，電極 B、 C通過水導體連到 ? 電極 A及 +5V，因此 b點、 c點呈高電平，這時水泵應停止供水，如表中第四種組合；還有第三種組合即水位達到電極 C卻未達到電極 B，即 c點為高電平而 b點為低電平，這在正常情況下是不可能發(fā)生的，作為一種故障狀態(tài)，在設計中還是應考慮的。? (3) 控制報警部分：由 平，經反相器使光耦隔離器導通，繼電器線圈 KM得電，常開觸點 KA閉合，啟動水泵運轉；當 ，經反相器使光耦隔離器截止，繼電器線圈 J失電，常開觸點斷開，則使水泵停轉。由 ，經反相器變?yōu)榈碗娖?，驅動一支發(fā)光二極管發(fā)光進行故障報警。? 3．程序設計? 程序流程如圖 143所示。開始、 =00？啟動水泵 ←1設置堆棧指針