【文章內(nèi)容簡介】 一些重要事件的處理也常常使用中斷技術(shù)，以使計(jì)算機(jī)能對(duì)事件做出及時(shí)處理。⑥ 數(shù)據(jù)管理程序 這部分程序用于生產(chǎn)管理，主要包括畫面顯示、變化趨勢分析、報(bào)警記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。（ 5）程序設(shè)計(jì)的方法 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法可采用模塊化程序設(shè)計(jì)和自頂向下程序設(shè)計(jì)等方法。 模塊化程序設(shè)計(jì)是把一個(gè)較長的程序按功能分成若干個(gè)小的程序模塊，然后分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、編程、測試和查錯(cuò)之后，最后把各調(diào)試好的程序模塊連成一個(gè)完整的程序。模塊化程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是單個(gè)小程序模塊的編寫和調(diào)試比較容易；一個(gè)模塊可以被多個(gè)程序調(diào)用；檢查錯(cuò)誤容易，且修改時(shí)只需改正該模塊即可，無須牽涉其它模塊。但這種設(shè)計(jì)在對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行連接時(shí)有一定困難。 自頂向下程序設(shè)計(jì)時(shí)，先從主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，從屬的程序或子程序用程序符號(hào)來代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。這種方法的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)、測試和連接同時(shí)按一個(gè)線索進(jìn)行，比較符合人們的日常思維方式，設(shè)計(jì)中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設(shè)計(jì)的最大問題就是上一級(jí)的程序錯(cuò)誤將會(huì)對(duì)整個(gè)程序產(chǎn)生影響，并且局部的修改將牽連全局。? 離線仿真及調(diào)試階段一般在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，首先進(jìn)行硬件調(diào)試與軟件調(diào)試，然后進(jìn)行硬件軟件統(tǒng)調(diào)，最后考機(jī)運(yùn)行，為現(xiàn)場投運(yùn)做好準(zhǔn)備。主要內(nèi)容1． 硬件調(diào)試2． 軟件調(diào)試3． 系統(tǒng)仿真4． 考機(jī) ?1．硬件調(diào)試? 對(duì)于各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板，應(yīng)按照說明書檢查主要功能。比如主機(jī)板（ CPU板）上 RAM區(qū)的讀寫功能、 ROM區(qū)的讀出功能、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等的正確性。? 在調(diào)試 A/D和 D/A模板之前，必須準(zhǔn)備好信號(hào)源、數(shù)字電壓表、電流表等標(biāo)準(zhǔn)儀器。對(duì)這兩種模板首先檢查信號(hào)的零點(diǎn)和滿量程，然后再分檔檢查，并且上行和下行來回調(diào)試，以便檢查線性度是否合乎要求。? 利用開關(guān)量輸入和輸出程序來檢查開關(guān)量輸入（ DI）和開關(guān)量輸出（ DO）模板。測試時(shí)可在輸入端加開關(guān)量信號(hào)，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(diào)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(yàn)完畢。? 如是 DCS等通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。? 2．軟件調(diào)試? 軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。? 控制模塊的調(diào)試應(yīng)分為開環(huán)和閉環(huán)兩種情況進(jìn)行。開環(huán)調(diào)試是檢查 PID控制模塊的開環(huán)階躍響應(yīng)特性，開環(huán)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)是分析記錄在不同的 P、 I、 D參數(shù)下，針對(duì)不同階躍輸入幅度、不同控制周期、正反兩種作用方向時(shí)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(yīng)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(diào)試的基礎(chǔ)上，還必須進(jìn)行閉環(huán)特性調(diào)試，即檢查 PID控制模塊的反饋控制功能。被控對(duì)象可以使用實(shí)驗(yàn)室物理模擬裝置，也可以使用電子式模擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。實(shí)驗(yàn)方法與模擬儀表調(diào)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(dòng)的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，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(yīng)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(shí)驗(yàn)通過的基礎(chǔ)上，再逐項(xiàng)加入一些計(jì)算機(jī)控制的特殊功能，如積分分離、微分先行、非線性 PID等，并逐項(xiàng)檢查是否正確。? 一般與過程輸入輸出通道無關(guān)的程序，如運(yùn)算模塊都可用開發(fā)裝置或仿真器的調(diào)試程序進(jìn)行調(diào)試，有時(shí)為了調(diào)試某些程序，可能還要編寫臨時(shí)性的輔助程序。? 一旦所有的子程序和功能模塊調(diào)試完畢，就可以用主程序?qū)⑺鼈冞B接在一起，進(jìn)行整體調(diào)試。整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大，首先按分支將模塊組合起來，以形成模塊子集，調(diào)試完各模塊子集，再將部分模塊子集連接起來進(jìn)行局部調(diào)試，最后進(jìn)行全局調(diào)試。這樣經(jīng)過子集、局部和全局三步調(diào)試，完成了整體調(diào)試工作。通過整體調(diào)試能夠把設(shè)計(jì)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(cuò)誤，為以后的系統(tǒng)仿真調(diào)試和在線調(diào)試及運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。? 3．系統(tǒng)仿真? 在硬件和軟件分別調(diào)試后，必須再進(jìn)行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)，即所謂的系統(tǒng)仿真，也稱為模擬調(diào)試。所謂系統(tǒng)仿真，就是應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來研究事物，也就是用模型來代替實(shí)際被控對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)物仿真）；半物理仿真（即硬件閉路動(dòng)態(tài)試驗(yàn)）；數(shù)字仿真（即計(jì)算機(jī)仿真）。? 系統(tǒng)仿真盡量采用全物理或半物理仿真。試驗(yàn)條件或工作狀態(tài)越接近真實(shí)，其效果也就越好。對(duì)于純數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般可做到全物理仿真；而對(duì)于控制系統(tǒng)，要做到全物理仿真幾乎是不可能的。這是因?yàn)?，我們不可能將?shí)際生產(chǎn)過程搬到自己的實(shí)驗(yàn)室中。因此，控制系統(tǒng)只能做離線半物理仿真，被控對(duì)象可用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛妗Ｗ皂斚蛳鲁绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)，先從主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，從屬的程序或子程序用程序符號(hào)來代替。主程序編好后，再編寫從屬的程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。這種方法的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)、測試和連接同時(shí)按一個(gè)線索進(jìn)行，比較符合人們的日常思維方式，設(shè)計(jì)中的矛盾和問題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。但這種設(shè)計(jì)的最大問題就是上一級(jí)的程序錯(cuò)誤將會(huì)對(duì)整個(gè)程序產(chǎn)生影響，并且局部的修改將牽連全局。?4．考機(jī)? 在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，即進(jìn)行長時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，有時(shí)還要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗(yàn)，如高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗(yàn)、振動(dòng)和抗電磁干擾試驗(yàn)、電源電壓劇變和掉電試驗(yàn)等。 現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行階段? 系統(tǒng)離線仿真和調(diào)試后便可將控制系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進(jìn)行在線現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行，最后經(jīng)過簽字驗(yàn)收，才標(biāo)志著工程項(xiàng)目的最終完成。? 盡管上述離線仿真和調(diào)試工作最終做到了天衣無縫，但現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問題?，F(xiàn)場調(diào)試與運(yùn)行階段是一個(gè)從小到大、從易到難、從手動(dòng)到自動(dòng)、從簡單回路到復(fù)雜回路逐步過渡的過程。此前應(yīng)制定一系列調(diào)試計(jì)劃、實(shí)施方案、安全措施、分工合作細(xì)則等。為了做到有把握，在線調(diào)試前還要進(jìn)行下列檢查：? 1．檢測元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校驗(yàn)，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場校驗(yàn)。? 2．各種電氣接線和測量導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。例如，傳感器的極性不能接反，各個(gè)傳感器對(duì)號(hào)位置不能接錯(cuò)，各個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)管必須暢通，特別是不能把強(qiáng)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(yīng)采取措施。? 4．對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。 ? 經(jīng)過檢查并已安裝正確后，即可進(jìn)行系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)的整定。投運(yùn)時(shí)應(yīng)先切入手動(dòng)，等系統(tǒng)運(yùn)行接近于給定值時(shí)再切入自動(dòng)。有關(guān)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(jìn)行。? 在現(xiàn)場調(diào)試的過程中，往往會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜、時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象，一時(shí)難以找到問題的根源。此時(shí)此刻，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們要認(rèn)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(yùn)行正常后，再試運(yùn)行一段時(shí)間，即可組織簽字驗(yàn)收。驗(yàn)收是系統(tǒng)項(xiàng)目最終完成的標(biāo)志，應(yīng)由甲方主持、乙方參加，雙方協(xié)同辦理。驗(yàn)收完畢應(yīng)形成驗(yàn)收文件存檔。 控制工程的應(yīng)用實(shí)例216。 要真正成功地完成一個(gè)工程項(xiàng)目，除了要講究科學(xué)的設(shè)計(jì)方法外，還要借助于豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，我們應(yīng)當(dāng)總結(jié)和學(xué)習(xí)一些成功項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。下面分別介紹四種典型控制裝置的工程應(yīng)用實(shí)例。 主要內(nèi)容 水槽水位單片機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)? 對(duì)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(jī)為核心、配以接口電路和外圍設(shè)備、再編制應(yīng)用程序的模式來實(shí)現(xiàn)。下面以一個(gè)簡單的水槽水位控制系統(tǒng)為例。 主要內(nèi)容1． 系統(tǒng)概述 2． 硬件電路 3． 程序設(shè)計(jì)? 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(dá)到對(duì)水位的控制目的，這是一種常見的工藝控制。如 圖 142點(diǎn)劃線框內(nèi)所示，一般可在水槽內(nèi)安裝 3個(gè)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(dāng)水位升到上限 C以上時(shí)，水泵應(yīng)停止供水；當(dāng)水位降到下限 B以下時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)水泵供水；當(dāng)水位處于下限 B與上限 C之間，水泵應(yīng)維持原有的工作狀態(tài)。圖 142 水槽水位控制電路 動(dòng)畫鏈接? 2．硬件電路 ? 根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)硬件電路如 圖142所示，這是一個(gè)用單片機(jī)采集水位信號(hào)并通過繼電器控制水泵的小型計(jì)算機(jī)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(jī)，用 ， 。? (2) 水位測量部分：電極 A接 +5V電源，電極 B、 C各通過一個(gè)電阻與地相連。 b點(diǎn)電平與 c點(diǎn)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(hào)及操作狀態(tài)表C() b() 水位水位 操作操作 0 0 B點(diǎn)以下點(diǎn)以下 水泵啟動(dòng)水泵啟動(dòng) 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(bào)警故障報(bào)警 1 1 C點(diǎn)以上點(diǎn)以上 水泵停止水泵停止 ? 當(dāng)水位降到下限 B以下時(shí)，電極 B與電極 C在水面上方懸空， b點(diǎn)、 c點(diǎn)呈低電平，這時(shí)應(yīng)啟動(dòng)水泵供水，即是表中第一種組合；當(dāng)水位處于下限與上限之間，由于水的導(dǎo)電作用，電極 B連到電極 A及 +5V，則 b點(diǎn)呈高電平，而電極 C? 仍懸空則 c點(diǎn)為低電平，這時(shí)不論水位處于上升或下降趨勢，水泵都應(yīng)繼續(xù)維持原有的工作狀態(tài)，見表中第二種組合；當(dāng)水位上升達(dá)到上限時(shí)，電極 B、 C通過水導(dǎo)體連到 ? 電極 A及 +5V，因此 b點(diǎn)、 c點(diǎn)呈高電平，這時(shí)水泵應(yīng)停止供水，如表中第四種組合；還有第三種組合即水位達(dá)到電極 C卻未達(dá)到電極 B，即 c點(diǎn)為高電平而 b點(diǎn)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(shè)計(jì)中還是應(yīng)考慮的。? (3) 控制報(bào)警部分：由 平，經(jīng)反相器使光耦隔離器導(dǎo)通，繼電器線圈 KM得電，常開觸點(diǎn) KA閉合，啟動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng) ，經(jīng)反相器使光耦隔離器截止，繼電器線圈 J失電，常開觸點(diǎn)斷開，則使水泵停轉(zhuǎn)。由 ，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，?qū)動(dòng)一支發(fā)光二極管發(fā)光進(jìn)行故障報(bào)警。? 3．程序設(shè)計(jì)? 程序流程如圖 143所示。開始、 =00？啟動(dòng)水泵 ←1設(shè)置堆棧指針