計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)課件

第六章

計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)第一節(jié)計算機控制系統(tǒng)軟件概述概述計算機操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算機控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫第二節(jié)計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件概述組態(tài)軟件控制軟件商品化的工業(yè)控制軟件簡介第三節(jié)計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)系統(tǒng)供電與接地技術(shù)看門狗（Watchdog）及其電源掉電檢測技術(shù)第六章

計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)第一節(jié)計算機控制系統(tǒng)軟件第一節(jié)Unit1

計算機控制系統(tǒng)軟件概述IntroductionofComputerControlSystemSoftware概述計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)過程計算機控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成過程計算機控制系統(tǒng)軟件功能計算機操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算機控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫第一節(jié)Unit1計算機控制系統(tǒng)軟件概述概述6-1-1概述（1）計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)計算機應(yīng)用系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)軟件工具軟件應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)收集部分數(shù)據(jù)分析部分監(jiān)督部分輸出控制部分6-1-1概述（1）計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)6-1-1概述（2）計算機控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成系統(tǒng)軟件計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)平臺和操作平臺應(yīng)用軟件

第一級(控制級）：監(jiān)控平臺軟件、基本控制軟件、先進控制軟件、約束控制軟件、操作優(yōu)化軟件

第二級（管理級）：最優(yōu)調(diào)度軟件和企業(yè)計劃決策軟件等6-1-1概述（2）計算機控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成6-1-1概述（3）計算機控制系統(tǒng)軟件功能控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能實時數(shù)據(jù)采集閉環(huán)控制輸出邏輯控制操控界面：報警監(jiān)視、畫面顯示和報表輸出可靠性措施：自診斷、掉電處理、備份維護信息管理：文件管理、數(shù)據(jù)庫、趨勢、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)通信應(yīng)用功能：滿足用戶需求的各種監(jiān)管功能（如報表生成、消息發(fā)布、電子商務(wù)）6-1-1概述（3）計算機控制系統(tǒng)軟件功能6-1-2操作系統(tǒng)（1）操作系統(tǒng)的功能與任務(wù)操作系統(tǒng)主要目的是控制與管理計算機的硬件和軟件資源。合理地組織計算機工作流程，方便各種用戶使用計算機各種應(yīng)用程序編譯程序、工具軟件操作系統(tǒng)裸機計算機軟件的構(gòu)成示意圖6-1-2操作系統(tǒng)（1）操作系統(tǒng)的功能與任務(wù)各種應(yīng)用程序編6-1-2操作系統(tǒng)（2）操作系統(tǒng)的功能作業(yè)(job)管理：“脫機”和“聯(lián)機”兩種方式處理機（CPU）管理：作業(yè)調(diào)度、進程調(diào)度存儲管理：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、內(nèi)存擴充（虛擬內(nèi)存）設(shè)備管理：設(shè)備分配、設(shè)備驅(qū)動、虛擬設(shè)備文件管理：文件存儲與檢索、文件操作、文件保護與控制6-1-2操作系統(tǒng)（2）操作系統(tǒng)的功能6-1-2操作系統(tǒng)（3）操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)按功能分類批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)按計算機配置分類：大型機和微機、單機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按用戶/任務(wù)分類單/多用戶，單/多任務(wù)6-1-2操作系統(tǒng)（3）操作系統(tǒng)的分類6-1-2操作系統(tǒng)（4）實時多任務(wù)操作系統(tǒng)實時多任務(wù)操作系統(tǒng)就是能夠執(zhí)行多任務(wù)的實時操作系統(tǒng)大多數(shù)實時多任務(wù)操作系統(tǒng)CPU的負荷率應(yīng)保證在30%之內(nèi)實時響應(yīng)時間隨系統(tǒng)的要求而變化應(yīng)具備的特征異步事件響應(yīng)：要有異步I/O和中斷處理能力切換時間短中斷等待時間短優(yōu)先級中斷和調(diào)度同步一些著名的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)WindowsNT、OS/2、VMS、RTLinux等，具有很好的通用性、實時性和可靠性。其中WindowsNT是實時操作系統(tǒng)的主流6-1-2操作系統(tǒng)（4）實時多任務(wù)操作系統(tǒng)6-1-4數(shù)據(jù)庫（1）數(shù)據(jù)庫的特點集成化的有窮數(shù)據(jù)集合按照數(shù)據(jù)間的自然聯(lián)系，以最佳的方式組織、存儲數(shù)據(jù)，使之具有最小的冗余度提供共享性允許幾個用戶同時并發(fā)地使用數(shù)據(jù)庫具有較高的數(shù)據(jù)獨立性確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性面向數(shù)據(jù)而不是面向應(yīng)用6-1-4數(shù)據(jù)庫（1）數(shù)據(jù)庫的特點6-1-4數(shù)據(jù)庫（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫（DB）物理數(shù)據(jù)庫（工作數(shù)據(jù)的集合）、描述數(shù)據(jù)庫硬件支持系統(tǒng)服務(wù)器、大規(guī)模存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、終端等軟件支持系統(tǒng)操作系統(tǒng)、宿主語言、實用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）管理、開發(fā)和使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員6-1-4數(shù)據(jù)庫（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成6-1-4數(shù)據(jù)庫（3）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫特點是采用關(guān)系作為唯一的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，具有關(guān)系完備的數(shù)據(jù)子語言，在一定程度上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)獨立性，確保用戶能夠依靠關(guān)系名、關(guān)鍵字值和屬性名的結(jié)合用邏輯方式訪問數(shù)據(jù)庫中的每一個數(shù)據(jù)。Oracle和Sybase是典型的代表SQL（StructuredQueryLanguage）語言SQL是一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言，已成為國際標(biāo)準。目前，數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的各個廠家紛紛推出各自的支持SQL的軟件或可與SQL接口的軟件。6-1-4數(shù)據(jù)庫（3）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫6-1-4數(shù)據(jù)庫（4）SQL的功能數(shù)據(jù)定義語言DDL：用于定義、撤消和修改數(shù)據(jù)模式；查詢語言QL：用于查詢數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)操縱語言DML：用于增、刪、改數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)控制語言DCL：用于數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的控制。6-1-4數(shù)據(jù)庫（4）SQL的功能6-1-4數(shù)據(jù)庫（5）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）事務(wù)和數(shù)據(jù)都具有定時特性或定時限制的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。而且系統(tǒng)的正確性不僅依賴于邏輯結(jié)果，而且還依賴于邏輯結(jié)果產(chǎn)生的時間。過程實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)串行通信網(wǎng)絡(luò)支持動態(tài)流程顯示報警歷史數(shù)據(jù)報表打印功能應(yīng)用軟件棒圖過程I/O歷史趨勢自動化系統(tǒng)中以過程實時數(shù)據(jù)庫為核心的監(jiān)控平臺…6-1-4數(shù)據(jù)庫（5）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）過程實時6-1-4數(shù)據(jù)庫（6）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）大容量內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)存數(shù)據(jù)庫全駐內(nèi)存和主駐內(nèi)存（駐內(nèi)和留外）歷史數(shù)據(jù)庫較多應(yīng)用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫接口通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）進行接口采用開放式數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）進行接口以及采用目前最新的對象鏈接和嵌入技術(shù)OPC技術(shù)實現(xiàn)接口6-1-4數(shù)據(jù)庫（6）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）第二節(jié)Unit2

計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件AppliedSoftwareofComputerControlSystem概述計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件的組成應(yīng)用軟件設(shè)計技術(shù)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境及平臺組態(tài)軟件商品化的工業(yè)控制軟件簡介第二節(jié)Unit2計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件概述6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（1）

計算機控制系統(tǒng)軟件組成第一級設(shè)備層：負責(zé)將物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字或標(biāo)準的模擬信號控制層：完成對現(xiàn)場工藝過程的實時監(jiān)測與控制監(jiān)控層通過對多個控制設(shè)備的集中管理，來完成監(jiān)控生產(chǎn)運行過程的目的監(jiān)控組態(tài)軟件一般是位于監(jiān)控層的專用軟件，負責(zé)對下集中管理控制層，向上連接管理層，是企業(yè)生產(chǎn)信息化的重要組成部分。第二級管理層實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行管理、統(tǒng)計和查詢。6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（1）計算機控制系統(tǒng)軟件6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（2）監(jiān)控平臺的概念以實時數(shù)據(jù)庫為核心，具有組態(tài)功能的通用軟件能提供方便地用組態(tài)方式實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的顯示、歷史趨勢的顯示、棒圖顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)流程的顯示等，形成各種打印報表，并具有與各種DCS及PLC的數(shù)據(jù)通信等功能具有開放式結(jié)構(gòu)，便于用戶將先進控制軟件及在線優(yōu)化軟件嵌入其主控程序中；同時它可以方便地實現(xiàn)先進控制系統(tǒng)及在線操作優(yōu)化算法的投運和切除6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（2）監(jiān)控平臺的概念6-2-1應(yīng)用軟件設(shè)計技術(shù)（3）

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的基本原則抽象（abstraction）抽象是一個系統(tǒng)的簡化描述或規(guī)范說明抽象包括“數(shù)據(jù)抽象”、“控制抽象”和“過程抽象”細化（refinement）實質(zhì)是分解模塊化（modularity）是軟件設(shè)計中最古老的一條原則

信息隱藏（informationhiding）一個模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)與過程，應(yīng)該對沒有必要了解這些數(shù)據(jù)與過程的其它模塊隱藏起來其他：一致性、完整性、可驗證性等6-2-1應(yīng)用軟件設(shè)計技術(shù)（3）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的基本原6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（4）

自頂向下設(shè)計程序設(shè)計者在開始設(shè)計時就有全局觀點，對欲開發(fā)的軟件有全面的了解；然后由頂層起逐層向下分解，直至所有的模塊都達到便于管理的目的為止設(shè)計過程中的大概步驟設(shè)計管理程序并進行測試對每一個程序標(biāo)志進行程序設(shè)計對最后形成的整個程序進行測試6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（4）自頂向下設(shè)計6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（5）

面向?qū)ο笤O(shè)計隨著C++、Delphi等一批面向?qū)ο笳Z言的出現(xiàn)，設(shè)計人員用“對象”和“消息傳遞”直接映射客觀系統(tǒng)中的“實體”及其“相互關(guān)系”變?yōu)榭赡?，使得用這類工具設(shè)計出來的程序，其結(jié)構(gòu)可與客觀系統(tǒng)的抽象模型相同或相似面向?qū)ο笤O(shè)計的最大優(yōu)點改變了按照語言結(jié)構(gòu)來分析問題的傳統(tǒng)思維方式，轉(zhuǎn)而按事物的本來面貌來認識系統(tǒng)，建立其抽象模型提高了軟件的可重用性6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（5）面向?qū)ο笤O(shè)計6-2-1應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境及平臺（6）軟件開發(fā)環(huán)境要求有合適的語言，良好的軟硬件工具，有效的編輯和調(diào)試手段，以及盡可能豐富的實用程序運行環(huán)境基本平臺泛指由主機、外部設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品以及操作系統(tǒng)（如WindowsNT）及其界面環(huán)境（如WINCC，力控，F(xiàn)ix，LOOKOUT等）集成起來的基本開發(fā)與操作環(huán)境6-2-1應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境及平臺（6）軟件開發(fā)環(huán)境6-2-2組態(tài)軟件簡介（1）組態(tài)軟件是用計算機語言編寫的能將各種控制硬件（工業(yè)PC機、各種控制板卡、PLC、模塊、單片機、數(shù)字儀表）組合到一起，形成一個大的能進行實時監(jiān)控的系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)用軟件是可對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的專用軟件，特點延續(xù)性和可擴充性：當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生變化時，不需做很多修改而方便地完成軟件更新和升級封裝性（易學(xué)易用）：各種功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，用戶不須掌握太多編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能。通用性：每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用工業(yè)組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（變頻器等）的I/ODriver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大的提高了集成效率。6-2-2組態(tài)軟件簡介（1）組態(tài)軟件是用計算機語言編寫的能6-2-2組態(tài)軟件簡介（2）組態(tài)軟件組成圖形界面系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第三方程序接口組件控制功能組件6-2-2組態(tài)軟件簡介（2）組態(tài)軟件組成6-2-3商品化的工業(yè)控制軟件簡介為說明工業(yè)控制軟件的應(yīng)用情況，加深大家的印象，下面演示的是一些商品化的工控軟件組態(tài)圖片、實時運行的一些屏幕拷貝圖片，以及代表工控軟件發(fā)展趨勢的基于Web技術(shù)的HMI（HumanMachineInterface）。6-2-3商品化的工業(yè)控制軟件簡介為說明工業(yè)控制軟件的應(yīng)用商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之一——正在組態(tài)過程商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之一——正在組態(tài)過程商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之二——連續(xù)系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之二——連續(xù)系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之三——間歇系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之三——間歇系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之四——異地系統(tǒng)監(jiān)控商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之四——異地系統(tǒng)監(jiān)控第三節(jié)Unit3

計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)Anti-DisturbingandReliabilityTechniquesofComputerControlSystems計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)系統(tǒng)供電與接地技術(shù)看門狗（Watchdog）及其電源掉電檢測技術(shù)第三節(jié)Unit3計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)計算6-3-1抗干擾技術(shù)干擾來源及種類串模干擾共模干擾長線傳輸干擾串模干擾(又稱橫向干擾或正態(tài)干擾)串聯(lián)于信號源回路中的干擾A放大器VnVsA放大器VsC1C2干擾線In串模干擾示意圖(a)(b)6-3-1抗干擾技術(shù)干擾來源及種類A放大器VnVsA放大器6-3-1串模干擾的抑制措施用有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜作信號引線可減少電磁感應(yīng)采用各種濾波器采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器其它措施6-3-1串模干擾的抑制措施用有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜作6-3-1共模干擾共模干擾（也稱縱向干擾或共態(tài)干擾）由不同的“地”而引起

信號源

VsZrAVc(a)VsVcZr(b)共模干擾示意圖6-3-1共模干擾共模干擾（也稱縱向干擾或共態(tài)干擾）信號6-3-1對共模干擾的抑制（1）共模干擾對輸入信號的影響VsZcZcVcmm(a)單端輸入被測信號的輸入方式VsZs1Zc1Vcmm(b)雙端輸入Zc1Zs26-3-1對共模干擾的抑制（1）共模干擾對輸入信號的影響V6-3-1對共模干擾的抑制（2）雙端輸入變壓器隔離光電隔離浮地屏蔽采用儀表放大器提高共模抑制比6-3-1對共模干擾的抑制（2）雙端輸入6-3-1長線傳輸干擾及其抑制長線干擾產(chǎn)生原因易受到外界干擾具有信號延時會引起波反射現(xiàn)象消除波反射或?qū)⑺种频阶畹拖薅冉K端阻抗匹配或始端阻抗匹配信號線的選擇和敷設(shè)6-3-1長線傳輸干擾及其抑制長線干擾產(chǎn)生原因6-3-2系統(tǒng)供電技術(shù)接地技術(shù)供電系統(tǒng)的一般保護交流穩(wěn)壓器低通濾波器直流穩(wěn)壓器計算機一般計算機控制系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)220VAC6-3-2系統(tǒng)供電技術(shù)接地技術(shù)供電系統(tǒng)的一般保護交6-3-2系統(tǒng)供電技術(shù)電源異常的保護具有不間斷電源的供電結(jié)構(gòu)

電池充電器電池組直流穩(wěn)壓器220VAC逆變器交流穩(wěn)壓器控制器計算機6-3-2系統(tǒng)供電技術(shù)電源異常的保護具有不間斷電源的供電結(jié)6-3-2系統(tǒng)接地技術(shù)計算機系統(tǒng)接地的目的抑制干擾,使計算機穩(wěn)定地工作保護計算機、電器設(shè)備和操作人員的安全計算機控制系統(tǒng)中的“地”模擬地，數(shù)字地，安全地，系統(tǒng)地，交流地6-3-2系統(tǒng)接地技術(shù)計算機系統(tǒng)接地的目的6-3-2系統(tǒng)接地技術(shù)計算機控制系統(tǒng)中的分別回流法單點接地

數(shù)字地橫匯流條數(shù)字地縱匯流條模擬地橫匯流條模擬地縱匯流條接地板安全地(機殼地)系統(tǒng)板大地分別回流法接地示例圖6-3-2系統(tǒng)接地技術(shù)計算機控制系統(tǒng)中的分別回流法單點接地6-3-2系統(tǒng)的低頻接地技術(shù)一點接地方式串聯(lián)接地（或稱共同接地）并聯(lián)接地（或稱分別接地）電路1電路2電路3r1r2r3I3I2I1CBAI3I2+I3I1+I2+I3串聯(lián)一點接地電路1電路2電路3r1r2r3I3I2I1CBA并聯(lián)一點接地6-3-2系統(tǒng)的低頻接地技術(shù)一點接地方式電路1電路2電路36-3-2系統(tǒng)的低頻接地技術(shù)實用的低頻接地串聯(lián)一點接地的綜合接法信號地線噪聲地線金屬件地線實用低頻接地方式信號地線：低電平電路地線噪聲地線：繼電器、電動機等的地線金屬件地線：設(shè)備機殼地線6-3-2系統(tǒng)的低頻接地技術(shù)實用的低頻接地信號地線噪聲地線6-3-2系統(tǒng)輸入通道的接地技術(shù)電路一點地基準即單端接地：接地點位于信號源端時，放大器電源不接地；當(dāng)接地點位于放大器端時，信號源不接地。電纜屏蔽層的接地信號電路是一點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點接地6-3-2系統(tǒng)輸入通道的接地技術(shù)電路一點地基準6-3-2其它（1）主機外殼接地，機芯浮空主機外殼作為屏蔽罩接地，而把機內(nèi)器件架與外殼絕緣，即機內(nèi)信號地浮空。機芯主機外殼大地外殼接地，機芯浮空示意圖6-3-2其它（1）主機外殼接地，機芯浮空機主機外殼大地外6-3-2其它（2）多機系統(tǒng)的接地近距離多機系統(tǒng)的一點接地（如圖示）遠距離系統(tǒng)采用隔離的方法主機打印機繪圖儀操作臺

過程通道大地近距離多機系統(tǒng)的接地示意圖地線6-3-2其它（2）多機系統(tǒng)的接地主打印機繪圖儀操作6-3-3看門狗（watchdog）技術(shù)看門狗（即監(jiān)控定時器）作用用來檢測系統(tǒng)出錯并自動恢復(fù)運行也可用來檢測硬件的故障定時或啟動或清零

定時器CPU定時到復(fù)位或中斷時鐘CLK看門狗(Watchdog)電路6-3-3看門狗（watchdog）技術(shù)看門狗（即監(jiān)控定時6-3-3電源掉電檢測技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)采取當(dāng)?shù)綦姲l(fā)生時的安全措施和保護性處置辦法執(zhí)行機構(gòu)控制計算機的狀態(tài)及時檢測出發(fā)生掉電應(yīng)用程序設(shè)計的措施6-3-3電源掉電檢測技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)采取當(dāng)?shù)綦姲l(fā)生時的安第六章

計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)第一節(jié)計算機控制系統(tǒng)軟件概述概述計算機操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算機控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫第二節(jié)計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件概述組態(tài)軟件控制軟件商品化的工業(yè)控制軟件簡介第三節(jié)計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)系統(tǒng)供電與接地技術(shù)看門狗（Watchdog）及其電源掉電檢測技術(shù)第六章

計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)第一節(jié)計算機控制系統(tǒng)軟件第一節(jié)Unit1

計算機控制系統(tǒng)軟件概述IntroductionofComputerControlSystemSoftware概述計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)過程計算機控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成過程計算機控制系統(tǒng)軟件功能計算機操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算機控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫第一節(jié)Unit1計算機控制系統(tǒng)軟件概述概述6-1-1概述（1）計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)計算機應(yīng)用系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)軟件工具軟件應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)收集部分數(shù)據(jù)分析部分監(jiān)督部分輸出控制部分6-1-1概述（1）計算機控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)6-1-1概述（2）計算機控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成系統(tǒng)軟件計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)平臺和操作平臺應(yīng)用軟件

第一級(控制級）：監(jiān)控平臺軟件、基本控制軟件、先進控制軟件、約束控制軟件、操作優(yōu)化軟件

第二級（管理級）：最優(yōu)調(diào)度軟件和企業(yè)計劃決策軟件等6-1-1概述（2）計算機控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成6-1-1概述（3）計算機控制系統(tǒng)軟件功能控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能實時數(shù)據(jù)采集閉環(huán)控制輸出邏輯控制操控界面：報警監(jiān)視、畫面顯示和報表輸出可靠性措施：自診斷、掉電處理、備份維護信息管理：文件管理、數(shù)據(jù)庫、趨勢、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)通信應(yīng)用功能：滿足用戶需求的各種監(jiān)管功能（如報表生成、消息發(fā)布、電子商務(wù)）6-1-1概述（3）計算機控制系統(tǒng)軟件功能6-1-2操作系統(tǒng)（1）操作系統(tǒng)的功能與任務(wù)操作系統(tǒng)主要目的是控制與管理計算機的硬件和軟件資源。合理地組織計算機工作流程，方便各種用戶使用計算機各種應(yīng)用程序編譯程序、工具軟件操作系統(tǒng)裸機計算機軟件的構(gòu)成示意圖6-1-2操作系統(tǒng)（1）操作系統(tǒng)的功能與任務(wù)各種應(yīng)用程序編6-1-2操作系統(tǒng)（2）操作系統(tǒng)的功能作業(yè)(job)管理：“脫機”和“聯(lián)機”兩種方式處理機（CPU）管理：作業(yè)調(diào)度、進程調(diào)度存儲管理：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、內(nèi)存擴充（虛擬內(nèi)存）設(shè)備管理：設(shè)備分配、設(shè)備驅(qū)動、虛擬設(shè)備文件管理：文件存儲與檢索、文件操作、文件保護與控制6-1-2操作系統(tǒng)（2）操作系統(tǒng)的功能6-1-2操作系統(tǒng)（3）操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)按功能分類批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)按計算機配置分類：大型機和微機、單機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按用戶/任務(wù)分類單/多用戶，單/多任務(wù)6-1-2操作系統(tǒng)（3）操作系統(tǒng)的分類6-1-2操作系統(tǒng)（4）實時多任務(wù)操作系統(tǒng)實時多任務(wù)操作系統(tǒng)就是能夠執(zhí)行多任務(wù)的實時操作系統(tǒng)大多數(shù)實時多任務(wù)操作系統(tǒng)CPU的負荷率應(yīng)保證在30%之內(nèi)實時響應(yīng)時間隨系統(tǒng)的要求而變化應(yīng)具備的特征異步事件響應(yīng)：要有異步I/O和中斷處理能力切換時間短中斷等待時間短優(yōu)先級中斷和調(diào)度同步一些著名的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)WindowsNT、OS/2、VMS、RTLinux等，具有很好的通用性、實時性和可靠性。其中WindowsNT是實時操作系統(tǒng)的主流6-1-2操作系統(tǒng)（4）實時多任務(wù)操作系統(tǒng)6-1-4數(shù)據(jù)庫（1）數(shù)據(jù)庫的特點集成化的有窮數(shù)據(jù)集合按照數(shù)據(jù)間的自然聯(lián)系，以最佳的方式組織、存儲數(shù)據(jù)，使之具有最小的冗余度提供共享性允許幾個用戶同時并發(fā)地使用數(shù)據(jù)庫具有較高的數(shù)據(jù)獨立性確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性面向數(shù)據(jù)而不是面向應(yīng)用6-1-4數(shù)據(jù)庫（1）數(shù)據(jù)庫的特點6-1-4數(shù)據(jù)庫（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫（DB）物理數(shù)據(jù)庫（工作數(shù)據(jù)的集合）、描述數(shù)據(jù)庫硬件支持系統(tǒng)服務(wù)器、大規(guī)模存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、終端等軟件支持系統(tǒng)操作系統(tǒng)、宿主語言、實用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）管理、開發(fā)和使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的人員6-1-4數(shù)據(jù)庫（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成6-1-4數(shù)據(jù)庫（3）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫特點是采用關(guān)系作為唯一的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，具有關(guān)系完備的數(shù)據(jù)子語言，在一定程度上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)獨立性，確保用戶能夠依靠關(guān)系名、關(guān)鍵字值和屬性名的結(jié)合用邏輯方式訪問數(shù)據(jù)庫中的每一個數(shù)據(jù)。Oracle和Sybase是典型的代表SQL（StructuredQueryLanguage）語言SQL是一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言，已成為國際標(biāo)準。目前，數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的各個廠家紛紛推出各自的支持SQL的軟件或可與SQL接口的軟件。6-1-4數(shù)據(jù)庫（3）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫6-1-4數(shù)據(jù)庫（4）SQL的功能數(shù)據(jù)定義語言DDL：用于定義、撤消和修改數(shù)據(jù)模式；查詢語言QL：用于查詢數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)操縱語言DML：用于增、刪、改數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)控制語言DCL：用于數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的控制。6-1-4數(shù)據(jù)庫（4）SQL的功能6-1-4數(shù)據(jù)庫（5）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）事務(wù)和數(shù)據(jù)都具有定時特性或定時限制的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。而且系統(tǒng)的正確性不僅依賴于邏輯結(jié)果，而且還依賴于邏輯結(jié)果產(chǎn)生的時間。過程實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)串行通信網(wǎng)絡(luò)支持動態(tài)流程顯示報警歷史數(shù)據(jù)報表打印功能應(yīng)用軟件棒圖過程I/O歷史趨勢自動化系統(tǒng)中以過程實時數(shù)據(jù)庫為核心的監(jiān)控平臺…6-1-4數(shù)據(jù)庫（5）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）過程實時6-1-4數(shù)據(jù)庫（6）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）大容量內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)存數(shù)據(jù)庫全駐內(nèi)存和主駐內(nèi)存（駐內(nèi)和留外）歷史數(shù)據(jù)庫較多應(yīng)用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫接口通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）進行接口采用開放式數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）進行接口以及采用目前最新的對象鏈接和嵌入技術(shù)OPC技術(shù)實現(xiàn)接口6-1-4數(shù)據(jù)庫（6）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDBS）第二節(jié)Unit2

計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件AppliedSoftwareofComputerControlSystem概述計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件的組成應(yīng)用軟件設(shè)計技術(shù)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境及平臺組態(tài)軟件商品化的工業(yè)控制軟件簡介第二節(jié)Unit2計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件概述6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（1）

計算機控制系統(tǒng)軟件組成第一級設(shè)備層：負責(zé)將物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字或標(biāo)準的模擬信號控制層：完成對現(xiàn)場工藝過程的實時監(jiān)測與控制監(jiān)控層通過對多個控制設(shè)備的集中管理，來完成監(jiān)控生產(chǎn)運行過程的目的監(jiān)控組態(tài)軟件一般是位于監(jiān)控層的專用軟件，負責(zé)對下集中管理控制層，向上連接管理層，是企業(yè)生產(chǎn)信息化的重要組成部分。第二級管理層實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行管理、統(tǒng)計和查詢。6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（1）計算機控制系統(tǒng)軟件6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（2）監(jiān)控平臺的概念以實時數(shù)據(jù)庫為核心，具有組態(tài)功能的通用軟件能提供方便地用組態(tài)方式實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的顯示、歷史趨勢的顯示、棒圖顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)流程的顯示等，形成各種打印報表，并具有與各種DCS及PLC的數(shù)據(jù)通信等功能具有開放式結(jié)構(gòu)，便于用戶將先進控制軟件及在線優(yōu)化軟件嵌入其主控程序中；同時它可以方便地實現(xiàn)先進控制系統(tǒng)及在線操作優(yōu)化算法的投運和切除6-2-1計算機控制系統(tǒng)軟件組成（2）監(jiān)控平臺的概念6-2-1應(yīng)用軟件設(shè)計技術(shù)（3）

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的基本原則抽象（abstraction）抽象是一個系統(tǒng)的簡化描述或規(guī)范說明抽象包括“數(shù)據(jù)抽象”、“控制抽象”和“過程抽象”細化（refinement）實質(zhì)是分解模塊化（modularity）是軟件設(shè)計中最古老的一條原則

信息隱藏（informationhiding）一個模塊內(nèi)部的數(shù)據(jù)與過程，應(yīng)該對沒有必要了解這些數(shù)據(jù)與過程的其它模塊隱藏起來其他：一致性、完整性、可驗證性等6-2-1應(yīng)用軟件設(shè)計技術(shù)（3）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的基本原6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（4）

自頂向下設(shè)計程序設(shè)計者在開始設(shè)計時就有全局觀點，對欲開發(fā)的軟件有全面的了解；然后由頂層起逐層向下分解，直至所有的模塊都達到便于管理的目的為止設(shè)計過程中的大概步驟設(shè)計管理程序并進行測試對每一個程序標(biāo)志進行程序設(shè)計對最后形成的整個程序進行測試6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（4）自頂向下設(shè)計6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（5）

面向?qū)ο笤O(shè)計隨著C++、Delphi等一批面向?qū)ο笳Z言的出現(xiàn)，設(shè)計人員用“對象”和“消息傳遞”直接映射客觀系統(tǒng)中的“實體”及其“相互關(guān)系”變?yōu)榭赡?，使得用這類工具設(shè)計出來的程序，其結(jié)構(gòu)可與客觀系統(tǒng)的抽象模型相同或相似面向?qū)ο笤O(shè)計的最大優(yōu)點改變了按照語言結(jié)構(gòu)來分析問題的傳統(tǒng)思維方式，轉(zhuǎn)而按事物的本來面貌來認識系統(tǒng)，建立其抽象模型提高了軟件的可重用性6-2-1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的方法（5）面向?qū)ο笤O(shè)計6-2-1應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境及平臺（6）軟件開發(fā)環(huán)境要求有合適的語言，良好的軟硬件工具，有效的編輯和調(diào)試手段，以及盡可能豐富的實用程序運行環(huán)境基本平臺泛指由主機、外部設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品以及操作系統(tǒng)（如WindowsNT）及其界面環(huán)境（如WINCC，力控，F(xiàn)ix，LOOKOUT等）集成起來的基本開發(fā)與操作環(huán)境6-2-1應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境及平臺（6）軟件開發(fā)環(huán)境6-2-2組態(tài)軟件簡介（1）組態(tài)軟件是用計算機語言編寫的能將各種控制硬件（工業(yè)PC機、各種控制板卡、PLC、模塊、單片機、數(shù)字儀表）組合到一起，形成一個大的能進行實時監(jiān)控的系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)用軟件是可對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的專用軟件，特點延續(xù)性和可擴充性：當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生變化時，不需做很多修改而方便地完成軟件更新和升級封裝性（易學(xué)易用）：各種功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，用戶不須掌握太多編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能。通用性：每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用工業(yè)組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（變頻器等）的I/ODriver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制?？s短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大的提高了集成效率。6-2-2組態(tài)軟件簡介（1）組態(tài)軟件是用計算機語言編寫的能6-2-2組態(tài)軟件簡介（2）組態(tài)軟件組成圖形界面系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第三方程序接口組件控制功能組件6-2-2組態(tài)軟件簡介（2）組態(tài)軟件組成6-2-3商品化的工業(yè)控制軟件簡介為說明工業(yè)控制軟件的應(yīng)用情況，加深大家的印象，下面演示的是一些商品化的工控軟件組態(tài)圖片、實時運行的一些屏幕拷貝圖片，以及代表工控軟件發(fā)展趨勢的基于Web技術(shù)的HMI（HumanMachineInterface）。6-2-3商品化的工業(yè)控制軟件簡介為說明工業(yè)控制軟件的應(yīng)用商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之一——正在組態(tài)過程商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之一——正在組態(tài)過程商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之二——連續(xù)系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之二——連續(xù)系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之三——間歇系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之三——間歇系統(tǒng)商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之四——異地系統(tǒng)監(jiān)控商品化的工業(yè)控制組態(tài)軟件示例之四——異地系統(tǒng)監(jiān)控第三節(jié)Unit3

計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)Anti-DisturbingandReliabilityTechniquesofComputerControlSystems計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)系統(tǒng)供電與接地技術(shù)看門狗（Watchdog）及其電源掉電檢測技術(shù)第三節(jié)Unit3計算機控制系統(tǒng)的抗干擾與可靠性技術(shù)計算6-3-1抗干擾技術(shù)干擾來源及種類串模干擾共模干擾長線傳輸干擾串模干擾(又稱橫向干擾或正態(tài)干擾)串聯(lián)于信號源回路中的干擾A放大器VnVsA放大器VsC1C2干擾線In串模干擾示意圖(a)(b)6-3-1抗干擾技術(shù)干擾來源及種類A放大器VnVsA放大器6-3-1串模干擾的抑制措施用有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜作信號引線可減少電磁感應(yīng)采用各種濾波器采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器其它措施6-3-1串模干擾的抑制措施用有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜作6-3-1共模干擾共模干擾（也稱縱向干擾或共態(tài)干擾）由不同的“地”而引起

信號源

VsZrAVc(a)VsVcZr(b)共模干擾示意圖6-3-1共模干擾共模干擾（也稱縱向干擾或共態(tài)干擾）信號6-3-1對共模干擾的抑制（1）共模干擾對輸入信號的影響VsZcZcVcmm(a)單端輸入被測信號的輸入方式VsZs1Zc1Vcmm(b)雙端輸入Zc1Zs26-3-1對共模干擾的抑制（1）共模干擾對輸入信號的影響V6-3-1對共模干擾的抑制（2）雙端輸入變壓器隔離光電隔離浮地屏蔽采用儀表放大器提高共模抑制比6-3-1對共模干擾的抑制（2）雙端輸入6-3-1長線傳輸干擾及其抑制長線干擾產(chǎn)生原因易受到外界干擾具有信號延時會引起波反射現(xiàn)象消除波反射或?qū)⑺种频阶畹拖薅冉K端阻抗匹配或始端阻抗匹配信號線的選擇和敷設(shè)6-3-1長線傳輸干擾及其抑制長線干擾產(chǎn)生原因6-3-2系統(tǒng)供電技術(shù)接地技術(shù)供電系統(tǒng)的一般保護交流穩(wěn)壓器低