物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù) 課件 A計(jì)控6應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)

第六章

應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)1分析用戶的要求，約占總工作量的10％；明確計(jì)算機(jī)完成哪些任務(wù)、執(zhí)行什么程序，決定輸入輸出的形式，與接口硬件電路的連接配合以及出錯(cuò)處理方法；編寫程序的說(shuō)明，約占10％；程序的設(shè)計(jì)與編碼，約占30％；程序設(shè)計(jì)是利用程序?qū)θ蝿?wù)作出描述，使用的方法有模塊程序設(shè)計(jì)法和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法；編碼是指程序設(shè)計(jì)人員選取一種適當(dāng)?shù)母呒?jí)(或匯編)語(yǔ)言，書寫程序；測(cè)試和調(diào)試，40％以上。調(diào)試就是利用各種測(cè)試方法檢查程序的正確性，根據(jù)調(diào)試中的問(wèn)題對(duì)原設(shè)計(jì)作修改，并對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)和補(bǔ)充。第一節(jié)程序設(shè)計(jì)技術(shù)2

把一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)軟件，分解為若干個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊執(zhí)行單一的功能，且具有單入口單出口結(jié)構(gòu)。一、模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)1、模塊化程序設(shè)計(jì)2）自頂向下模塊化設(shè)計(jì)

實(shí)際常把兩種方法結(jié)合起來(lái)。先開發(fā)高層模塊和關(guān)鍵性低層模塊，并用“結(jié)點(diǎn)”來(lái)代替以后開發(fā)的不太重要的模塊。1）自底向上模塊化設(shè)計(jì)3三種基本結(jié)構(gòu)：順序、選擇、循環(huán)。采用自頂向下逐步求精的設(shè)計(jì)方法和單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)2、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)AB(a)順序結(jié)構(gòu)EXPA(c)循環(huán)結(jié)構(gòu)EXPAEXPAB(b)選擇結(jié)構(gòu)程序的基本控制結(jié)構(gòu)4

用匯編語(yǔ)言編寫的程序，比用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序執(zhí)行速度快，且要求的硬件也少。3、高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程發(fā)揮匯編語(yǔ)言實(shí)時(shí)功能強(qiáng)、高級(jí)語(yǔ)言運(yùn)算能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。即用高級(jí)語(yǔ)言編寫計(jì)算、圖形繪制、顯示、打印程序等，用匯編語(yǔ)言編寫時(shí)鐘管理、中斷管理和輸入輸出程序等。二、高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程1、匯編語(yǔ)言編程2、高級(jí)語(yǔ)言編程5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)功能：硬件組態(tài)、軟件組態(tài)。硬件組態(tài)：常以總線式(PC或STD)工控機(jī)為主進(jìn)行選擇和配置?？偩€式工控機(jī)具有小型化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、組合化、結(jié)構(gòu)開放的特點(diǎn)，因此可根據(jù)不同的控制對(duì)象，選擇相應(yīng)的功能模板，組成各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)。三、工業(yè)控制組態(tài)軟件軟件組態(tài)：常以工業(yè)控制組態(tài)軟件為主來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(guò)程控制軟件，可采用菜單方式，用填表的辦法，對(duì)輸入、輸出信號(hào)用“儀表組態(tài)”方法進(jìn)行軟聯(lián)接。簡(jiǎn)單明了、使用方便，大大減少了重復(fù)性、低層次、低水平應(yīng)用軟件的開發(fā)，提高了軟件的使用效率和價(jià)值，提高了控制的可靠性，縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)周期。61、控制組態(tài)2、圖形生成系統(tǒng)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)、I/O通道登記、單位名稱登記、趨勢(shì)曲線登記、報(bào)警系統(tǒng)登記、報(bào)表生成系統(tǒng)。一般有PID等幾十種基本算法。控制算法組態(tài)生成的兩種實(shí)現(xiàn)方式：模塊宏方式：一個(gè)控制規(guī)律模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)宏命令。功能模塊和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式。圖形畫面主要是用來(lái)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。靜態(tài)畫面：反映監(jiān)視對(duì)象的環(huán)境和相互關(guān)系，它的顯示是不隨時(shí)間的變化的。動(dòng)態(tài)畫面：反映被監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)和數(shù)值等，它隨現(xiàn)場(chǎng)被監(jiān)控對(duì)象的變化而變化。73、顯示組態(tài)畫面顯示一般分為總貌、組貌、回路畫面。顯示組態(tài)操作就是構(gòu)成這些畫面，包括選擇模擬顯示表、定義顯示表及顯示登記方法等操作。調(diào)節(jié)控制表、報(bào)警顯示表、閥位操作表、監(jiān)視操作表、比率設(shè)定表、流量累計(jì)表。1）選擇模擬顯示表

對(duì)所選擇的顯示表的每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行確定，并在畫面上設(shè)定相應(yīng)的值。2）定義模擬顯示表8進(jìn)入系統(tǒng)顯示登記畫面。選擇過(guò)程控制站站號(hào)及工作方式；登記控制組號(hào)、組名，該組員的回路號(hào)，進(jìn)行分組登記操作；顯示表登記(登記每一個(gè)控制回路所用的模擬顯示表)；將顯示登記文件存入后備文件或打印。定義輸入輸出信號(hào)的名稱、含義、上限和下限等。3）顯示登記法4）I/O通道登記主要登記編號(hào)和工程單位名。5）單位名稱登記三種趨勢(shì)曲線數(shù)據(jù)：當(dāng)天、昨天的和歷史的數(shù)據(jù)。趨勢(shì)曲線的規(guī)格主要有：趨勢(shì)曲線幅數(shù)、趨勢(shì)曲線每幅條數(shù)、每條時(shí)間、顯示精度。趨勢(shì)曲線登記表的內(nèi)容主要有：幅號(hào)、幅名、編號(hào)、顏色、曲線名稱、來(lái)源、工程量上限和下限。6）趨勢(shì)曲線登記9報(bào)警顯示畫面分成三級(jí)：報(bào)警概況畫面：顯示系統(tǒng)中所有報(bào)警點(diǎn)的名稱和報(bào)警次數(shù)；報(bào)警信息畫面：是概況畫面的展開與細(xì)化，顯示報(bào)警時(shí)間、消警時(shí)間、報(bào)警點(diǎn)名稱和報(bào)警原因等；報(bào)警畫面：是與報(bào)警點(diǎn)相應(yīng)的各顯示畫面，包括總貌畫面、組畫面、回路畫面、趨勢(shì)曲線畫面等。為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警，應(yīng)填寫登記表。7）報(bào)警系統(tǒng)登記用于系統(tǒng)的報(bào)表及打印輸出，主要功能是定義各種報(bào)表的數(shù)據(jù)來(lái)源、運(yùn)算方式以及報(bào)表打印格式和時(shí)間特性。8）報(bào)表生成系統(tǒng)104、幾種組態(tài)軟件簡(jiǎn)介FIX軟件一般英文簡(jiǎn)稱有三種分別為HMI/MMI/SCADA，對(duì)應(yīng)全稱為HumanandMachineInterface/ManandMachineInterface/ScanControlAlarmDatabase，中文翻譯為：人機(jī)界面軟件/掃描報(bào)警控制數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。目前組態(tài)軟件的發(fā)展迅猛，已經(jīng)擴(kuò)展到企業(yè)信息管理系統(tǒng)，管理和控制一體化，遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)以及在互聯(lián)網(wǎng)上的一系列的數(shù)據(jù)整合。是美國(guó)最著名的工控組態(tài)軟件。適用于各種PLC，例如支持西門子200/300/400，三菱A系列，F(xiàn)x系列，莫迪康，GE等。支持各種工控板卡，RS-232，RS-485，honywell公司R-150，R-160，S9000,各種智能變送器，也可用于工業(yè)控制管理網(wǎng)絡(luò)。11InTouch8.0用于可視化和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制，提供易于配置的圖形。用戶可以快速創(chuàng)建并部署自定義的應(yīng)用程序，連接并傳遞實(shí)時(shí)信息。InTouchHMI具備相當(dāng)?shù)拈_放性和可擴(kuò)展性，提供了強(qiáng)大的連接功能，可以同行業(yè)內(nèi)的各種自動(dòng)化設(shè)備相連接，適用范圍廣泛。12組態(tài)王6.5組態(tài)王6.5的Internet版本采用最新的JAVA2核心技術(shù)，功能豐富，操作簡(jiǎn)單。整個(gè)企業(yè)的自動(dòng)化監(jiān)控以一個(gè)門戶網(wǎng)站的形式呈現(xiàn)給使用者，并且不同工作職責(zé)的使用者使用各自的授權(quán)口令完成各自的操作。組態(tài)王6.5的Internet功能，使操作員在任何時(shí)間任何地點(diǎn)均可實(shí)時(shí)掌控企業(yè)每一個(gè)生產(chǎn)細(xì)節(jié)，輕松瀏覽現(xiàn)場(chǎng)的流程畫面、過(guò)程數(shù)據(jù)、趨勢(shì)曲線、生產(chǎn)報(bào)表(支持報(bào)表打印和數(shù)據(jù)下載)、操作記錄和報(bào)警等。

131、順序查找關(guān)鍵字是唯一標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)元素、結(jié)點(diǎn)和記錄的數(shù)值(或名字)。第二節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用技術(shù)三、數(shù)據(jù)查找技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)無(wú)任何要求。速度較慢。設(shè)有n個(gè)記錄組成的表，平均查找次數(shù)為(n+1)/2。只適用于數(shù)據(jù)記錄個(gè)數(shù)較少的情況。142、折半查找

數(shù)據(jù)表需按關(guān)鍵字大小順序排列。

折半查找過(guò)程如下：例：設(shè)要查找關(guān)鍵字41，查找過(guò)程如下：第一次：1113252739414345

L=1M=4H=8

第二次：1113252739414345

L=5M=6H=8其中：M＝INT((L+H)/2)。153、分塊查找是介于順序查找和折半查找之間的一種折衷方法。將一組關(guān)鍵字均勻地分成若干塊，塊間按大小排序，塊內(nèi)關(guān)鍵字不排序。

分塊查找圖最大關(guān)鍵字表

設(shè)待查記錄的關(guān)鍵字為ki(56)，首先用折半查找法查找最大關(guān)鍵字表，確定ki在那一塊(第三塊)；然后用順序查找法查找ki所在塊，從而查到所需記錄。1215211832284235566447626769727021426472第一塊第二塊第三塊第四塊164、直接查找若記錄的關(guān)鍵字與存儲(chǔ)地址之間符合某一函數(shù)關(guān)系，可通過(guò)函數(shù)運(yùn)算直接求得關(guān)鍵字的所在地址，以便找到相應(yīng)的記錄。例如，某機(jī)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集點(diǎn)記錄的關(guān)鍵字K與存儲(chǔ)地址D之間的函數(shù)式為：

D=K×M+F

其中：M是每個(gè)記錄的字節(jié)數(shù)，

F是數(shù)據(jù)表(記錄)的首地址。

采用直接查找法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列條件：關(guān)鍵字K與存儲(chǔ)地址D之間應(yīng)滿足某個(gè)函數(shù)式D(K)；關(guān)鍵字?jǐn)?shù)值分散性不大。171、插入排序常用數(shù)據(jù)排序方法：插入排序、希爾排序、選擇排序、快速排序。方法是每次把第i個(gè)關(guān)鍵字與前(i-1)個(gè)逐個(gè)進(jìn)行比較，一旦找到合適的位置就進(jìn)行插入。插入排序示例四、數(shù)據(jù)排序技術(shù)182、希爾排序首先反復(fù)比較兩個(gè)相距d1的關(guān)鍵字，按大小排序；然后取d2<d1

，再反復(fù)比較兩個(gè)相距d2的關(guān)鍵字，按大小排序；然后取d3<d2

，再反復(fù)比較兩個(gè)相距d3的關(guān)鍵字，按大小排序。依次類推，直至di

=1為止。

該方法是對(duì)插入排序的改進(jìn)，每一遍以不同的增量進(jìn)行插入排序。減少了數(shù)據(jù)移動(dòng)，提高了排序的速度。希爾排序示例19選擇排序示例

設(shè)共有N個(gè)關(guān)鍵字，首先找出關(guān)鍵字的最小項(xiàng)，將其與表中第一個(gè)關(guān)鍵字大于它的項(xiàng)對(duì)換；然后再在其余N-1個(gè)關(guān)鍵字中找出最小的，將其與表中第一個(gè)關(guān)鍵字大于它的項(xiàng)對(duì)換。依次類推，進(jìn)行關(guān)鍵字從小到大的排序。3、選擇排序

204、快速排序基本原理：首先取表中第一個(gè)關(guān)鍵字kl作為控制關(guān)鍵字，從最末項(xiàng)

j開始往前與kl比較，找到kj-d<k1就交換(d≧0)；再?gòu)牡诙€(gè)關(guān)鍵字k2開始往后與kj-d

比較，找到ki>kj-d再交換(i≧2)。繼續(xù)此過(guò)程，直至把控制關(guān)鍵字kl放在表中某個(gè)合適的位置m，記成kl(m)。使得整個(gè)表以kl(m)為界而分成左、右兩部分。這叫作第一遍排序。再分別對(duì)此兩部分進(jìn)行排序，又把此兩部分各分成更小的兩部分。這樣繼續(xù)下去，直至每部分只剩下一項(xiàng)為止。21首先取控制關(guān)鍵字kl=43，排序過(guò)程為：再對(duì)〔i1，jl〕進(jìn)行排序，取其關(guān)鍵字kl=14：

再對(duì)〔i2，j2〕進(jìn)行排序，取其關(guān)鍵字kl=91：22線性化處理、標(biāo)度變換、系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)。系統(tǒng)誤差：指在相同條件下，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，誤差的數(shù)值(包括大小、符號(hào))保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差。特點(diǎn)：變化規(guī)律和產(chǎn)生誤差的原因是可知的。測(cè)量輸入通道中，一般均存在零點(diǎn)偏移和漂移，產(chǎn)生放大電路的增益誤差及器件參數(shù)的不穩(wěn)定等現(xiàn)象，需自動(dòng)校準(zhǔn)。采用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)偏移的自動(dòng)校準(zhǔn)稱為數(shù)字調(diào)零。第三節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)一、系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)23全自動(dòng)校準(zhǔn)電路1、全自動(dòng)校準(zhǔn)

只適于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號(hào)的場(chǎng)合，且不能校正由傳感器引入的誤差。24

由人工在需要時(shí)接入標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，把測(cè)得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，供以后使用。一般只測(cè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)yR，零信號(hào)的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零來(lái)完成。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測(cè)出的數(shù)據(jù)分別為xR(接校準(zhǔn)輸入yR)和x(接被測(cè)輸入y時(shí))，則可按下式來(lái)計(jì)算：2、人工自動(dòng)校準(zhǔn)25在0～850℃范圍內(nèi)，有：

Pt100鉑電阻適用于-200～850℃全部或部分范圍內(nèi)測(cè)溫，其主要特性是測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好。

Pt100鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系為：在-200～0℃范圍內(nèi)，有：二、線性化處理和非線性補(bǔ)償1、鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系

26

熱電偶的熱電勢(shì)同所測(cè)溫度之間也是非線性關(guān)系。例如，鐵一康銅熱電偶，在0～400℃范圍內(nèi)，當(dāng)允許誤差＜±1℃，按下式計(jì)算溫度：式中：E為熱電勢(shì)〔mV〕，T為溫度〔℃〕2、熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系鎳鉻一鎳鋁熱電偶400～1000℃范圍內(nèi)的計(jì)算式。計(jì)算量大。可分段線性化，以折代曲。27

用孔板測(cè)量氣體或液體的流量，差壓變送器輸出的孔板差壓信號(hào)，同實(shí)際流量F之間成平方根關(guān)系：式中：K是流量系數(shù)，與節(jié)流孔徑、被測(cè)流體比重等因素有關(guān)。采用牛頓迭代法計(jì)算平方根。設(shè)：3、孔板差壓與流量的關(guān)系284、氣體體積流量的非線性補(bǔ)償某些檢測(cè)信號(hào)與真實(shí)值有偏差時(shí)需要補(bǔ)償。當(dāng)被測(cè)氣體的溫度、壓力與孔板設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不同時(shí):式中：T0：設(shè)計(jì)孔板時(shí)的基準(zhǔn)絕對(duì)溫度(K)

P0：設(shè)計(jì)孔板時(shí)的基準(zhǔn)絕對(duì)壓力

T1：被測(cè)氣體的實(shí)際絕對(duì)溫度(K)

P1：被測(cè)氣體的實(shí)際絕對(duì)壓力如流量數(shù)據(jù)處理公式29如精餾塔內(nèi)回流流量：式中：F1：內(nèi)回流流量

F2：外回流流量

CP

：液體比熱

λ

：液體汽化潛熱

△T：塔頂氣相溫度與回流液溫度之差某些參數(shù)無(wú)法直接測(cè)量檢測(cè)有關(guān)參數(shù)，間接計(jì)算求得。30三、標(biāo)度變換方法把A/D轉(zhuǎn)換后的采樣值（無(wú)量綱的數(shù)字量）換算成相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的工程量（原量綱的數(shù)字量工程值）。放大A/DCPU顯示0~48mV0~1200℃0~5V00~FFH0~1200℃標(biāo)度變換原理圖31參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果之間為線性關(guān)系。A/D值工程量ymaxyyminnminxnmaxEDCBA工程量轉(zhuǎn)換進(jìn)行標(biāo)度變換時(shí)，只需進(jìn)行一次乘法和一次加法。簡(jiǎn)化公式：y=

a1·x

+a01、線性變換公式322、公式轉(zhuǎn)換法傳感器輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間呈非線性關(guān)系，該關(guān)系可用解析式表示。采用牛頓迭代法、級(jí)數(shù)展開法等數(shù)值方法求平方根。例如流量與節(jié)流孔板差壓之間的關(guān)系：相應(yīng)的工程量變換公式：33x0x2x1x3x4xn…y0yn……

插值多項(xiàng)式標(biāo)度變換法：傳感器輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間呈非線性關(guān)系，且該關(guān)系無(wú)法用解析式表示，或解析式過(guò)于復(fù)雜，難于直接計(jì)算。xy插值多項(xiàng)式變換法示意圖ab對(duì)于y=f(x)的平滑非線性函數(shù)，可用n次多項(xiàng)式逼近該函數(shù)。取a=x0<x1<x2<···<xn=b有f(x0)=y0,f(x1)=y1,······,

f(xn)=yn求待定系數(shù)：a0,a1,···,an

使Pn(xi)=f(xi)=yi,i=0,1,2,···,nPn(x)=anxn+an-1xn-1+···+a1x+a03、多項(xiàng)式變換法34將n+1個(gè)點(diǎn)分別代入Pn(x)，得：得a0,a1,···,an

的唯一解。因此，在滿足一定精度下，被測(cè)參數(shù)y=f(x)可用y=Pn(x)來(lái)計(jì)算。逼近精度：與插值點(diǎn)、Pn(x)選取有關(guān)。插值點(diǎn)↑、Pn(x)的次數(shù)↑→精度↑、計(jì)算時(shí)間↑。x0x2x1x3x4xn…y0yn……xy插值多項(xiàng)式變換法示意圖ab35分段插值法x0x2x1x3x4y0y4xy分段插值法示意圖ABCDy2y1y3數(shù)據(jù)處理方法：將k0~k3，x0~x4，y0~y4做成數(shù)據(jù)表放在存儲(chǔ)器中；編制求解y=yi+ki(x-xi)的程序；獲取采樣值x后，判斷所在區(qū)域；按相應(yīng)區(qū)域公式計(jì)算。以較小的運(yùn)算量，達(dá)到較高的逼近精度。361）上限報(bào)警若xn＞xmax，則上限報(bào)警。2）下限報(bào)警若xn＜xmin，則下限報(bào)警。3）上下限報(bào)警若xn＞xmax，則上限報(bào)警，否則對(duì)下式做判別：

xn＜xmin?若是則下限報(bào)警，否則繼續(xù)原操作。四、越限報(bào)警處理37第四節(jié)數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器（PID）的控制模塊給定值處理被控量處理偏差處理控制算法控制量處理自動(dòng)手動(dòng)處理SVPVCSVCPVCDVukCMVMV381、給定值處理1）內(nèi)給定狀態(tài)利用軟開關(guān)選擇給定值SV和給定值變化率限制SR。給定值處理

CL位置，選擇操作員設(shè)置的給定值SVL。系統(tǒng)處于單回路控制的內(nèi)給定狀態(tài)，利用給定值鍵可以改變給定值。一、給定值和被控量處理392）外給定狀態(tài)

CR位置，給定值來(lái)自上位計(jì)算機(jī)、主回路或運(yùn)算模塊，由軟開關(guān)CAS/SCC切換。

②CAS位置串級(jí)控制，給定值SVC來(lái)自主調(diào)節(jié)模塊，實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制。

為了減少給定值突變對(duì)控制系統(tǒng)的擾動(dòng)，防止比例、微分飽和，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制。變化率過(guò)小，響應(yīng)變慢，過(guò)大則達(dá)不到限制的目的。

①SCC位置SCC控制，接收來(lái)自上位計(jì)算機(jī)的給定值SVS，實(shí)現(xiàn)二級(jí)計(jì)算機(jī)控制。3）給定值變化率限制SR

需給每個(gè)PID控制模塊提供一段內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，存儲(chǔ)輸入、輸出量和開關(guān)量。402、被控量處理對(duì)被控量PV進(jìn)行上下限報(bào)警處理。當(dāng)PV＞PH(上限值)時(shí)，則上限報(bào)警狀態(tài)(PHA)為“1”；當(dāng)PV＜PL(下限值)時(shí)，則下限報(bào)警狀態(tài)(PLA)為“1”。被控量處理報(bào)警死區(qū)(HY)被控量變化率限制PR。41包括計(jì)算偏差、偏差報(bào)警、非線性特性和輸入補(bǔ)償。偏差處理二、偏差處理421．計(jì)算偏差2、偏差報(bào)警3、輸入補(bǔ)償根據(jù)正/反作用方式(D/R)計(jì)算偏差DV，即：當(dāng)D/R=0，代表正作用，此時(shí)偏差DV+=CPV-CSV；當(dāng)D/R=1，代表反作用，此時(shí)偏差DV-=CSV-CPV；根據(jù)輸入補(bǔ)償方式ICM狀態(tài)，決定偏差DVC與輸入補(bǔ)償量ICV之間的關(guān)系，即：對(duì)于控制要求較高的對(duì)象，不僅要設(shè)置被控制量PV的上、下限報(bào)警，而且要設(shè)置偏差報(bào)警。當(dāng)偏差絕對(duì)值時(shí)，則偏差報(bào)警狀態(tài)DLA為“1”。43

利用加、減輸入補(bǔ)償，可以分別實(shí)現(xiàn)前饋控制和純滯后補(bǔ)償(Smith)控制。當(dāng)K=0時(shí)，帶死區(qū)的PID控制；當(dāng)0＜K＜1時(shí)，非線性PID控制；當(dāng)K=1時(shí)，正常的PID控制。

4、非線性特性非線性特性44

按照各種控制算法的差分方程，計(jì)算控制量U，并進(jìn)行上、下限限幅處理。

在輸出控制量Uk以前，進(jìn)行各項(xiàng)處理和判斷，以便擴(kuò)展控制功能，實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)操作?？刂屏刻幚砣?、控制算法的實(shí)現(xiàn)四、控制量處理451、輸出補(bǔ)償

利用輸出和輸入補(bǔ)償，可擴(kuò)大應(yīng)用范圍，靈活地組成復(fù)雜控制系統(tǒng)。2、變化率限制(MR)3、輸出保持軟開關(guān)FH/NH狀態(tài)來(lái)自系統(tǒng)安全報(bào)警開關(guān)。

NH：保持；FH：正常輸出。4、安全輸出軟開關(guān)FS/NS狀態(tài)來(lái)自系統(tǒng)安全報(bào)警開關(guān)。

NS：安全輸出量MS；FS：正常輸出。461、自動(dòng)/軟手動(dòng)軟開關(guān)SA/SM在SA位置：為自動(dòng)控制量來(lái)自前一級(jí)輸出；SM位置：控制量來(lái)自操作鍵盤或上位機(jī)，為計(jì)算機(jī)手動(dòng)狀態(tài)。使得MH≤MV≤ML，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出0~10mA或4~20mA電流。自動(dòng)手動(dòng)切換五、自動(dòng)手動(dòng)切換2、控制量限幅47HA：自動(dòng)狀態(tài)；HM：手動(dòng)狀態(tài)。3、自動(dòng)/手動(dòng)4、無(wú)平衡無(wú)擾動(dòng)切換在切換前自動(dòng)進(jìn)行對(duì)位平衡操作。手動(dòng)

自動(dòng)：使給定值跟蹤被控量，u(k-1)跟蹤手動(dòng)控制量。自動(dòng)軟手動(dòng)：軟件保證無(wú)擾動(dòng)切換自動(dòng)硬手動(dòng)：手動(dòng)操作器對(duì)位。正確填寫PID數(shù)據(jù)區(qū)，與PID控制程序相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)PID控制。48定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)計(jì)算分為帶、無(wú)符號(hào)位的+、-、×、÷。定點(diǎn)數(shù)負(fù)數(shù)的表示：用最高位“0”－正；“1”－負(fù)。浮點(diǎn)表示法：浮點(diǎn)表示法中小數(shù)點(diǎn)的位置是不固定的。任意二進(jìn)制數(shù)N一般可表示為：N=2P×S

一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分，二者各有表示正負(fù)的階符和數(shù)符，常用存儲(chǔ)格式：第五節(jié)系統(tǒng)的有限字長(zhǎng)數(shù)值問(wèn)題階符階碼數(shù)符尾數(shù)49在微計(jì)算機(jī)中常用的浮點(diǎn)數(shù)表示有：

①四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式

D7D6

……D0第一字節(jié)第二字節(jié)第三字節(jié)第四字節(jié)階符Pf階碼數(shù)符Sf尾數(shù)高字節(jié)尾數(shù)中字節(jié)尾數(shù)低字節(jié)50②三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式D7D6

D5……D0

第一字節(jié)第二字節(jié)第三字節(jié)數(shù)符Sf階符Pf階碼尾數(shù)高字節(jié)尾數(shù)低字節(jié)三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式

511、量化誤差一、量化誤差來(lái)源設(shè)計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為n1，采用定點(diǎn)無(wú)符號(hào)整數(shù)，則機(jī)內(nèi)數(shù)的最小單位：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)控制規(guī)律計(jì)算零階保持器r(t)y(t)被控對(duì)象Tu*(k)u(k)r*(k)A/Dr(k)D/Au(t)A/Dy*(k)y(k)T522、量化誤差來(lái)源

A/D轉(zhuǎn)換值對(duì)應(yīng)的模擬電壓x用量化單位表示，即：式中：L為整數(shù)，余數(shù)ε(ε＜q)可以用截尾或舍入來(lái)處理。

①被測(cè)參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的量化誤差。

②PID參數(shù)的截尾或舍入處理。

③在運(yùn)算過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。

④輸出的數(shù)字控制量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬量，在模擬量輸出裝置內(nèi)產(chǎn)生的量化誤差。53要考慮的因素：輸入信號(hào)x的動(dòng)態(tài)范圍、分辨率。1）輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍二、A/D，D/A及運(yùn)算字長(zhǎng)的選擇1、A/D轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)選擇設(shè)輸入信號(hào)的最大值和最小值之差為：式中：n1為A/D的字長(zhǎng)，l為轉(zhuǎn)換當(dāng)量(mV/bit)。A/D轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)：542）分辨率例如，某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為0至200℃，要求分辨為0.005(即相當(dāng)于1℃)，可求出A/D轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)：因此，取A/D轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)nl為8位。552、D/A轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)選擇3、運(yùn)算的字長(zhǎng)選擇設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為umax，最小輸入值為umin，靈敏度為l，可得D/A轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)：56噪音有兩大類：周期性的、不規(guī)則的。周期性噪音的典型代表為50Hz的工頻干擾，采用積分時(shí)間等于20ms的整數(shù)倍的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可有效地消除其影響。不規(guī)則的噪音為隨機(jī)信號(hào)，可用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。數(shù)字濾波：通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比重。實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷斷技術(shù)等。第六節(jié)軟件抗干擾技術(shù)一、數(shù)字濾波技術(shù)57數(shù)字濾波優(yōu)點(diǎn)：

①用程序?qū)崿F(xiàn)，不需增加硬設(shè)備，可靠性高，穩(wěn)定性好。

②可對(duì)頻率很低(如0.01Hz)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。

③

可根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。58算法：若x1<x2<x3

則y=x2一般N取3、5等奇數(shù)，對(duì)克服偶然因素引起的脈沖噪聲，采樣不穩(wěn)定情況，效果好。適用于慢過(guò)程，如溫度過(guò)程。局限性：二次以上同向干擾，難以濾除1、中位值濾波法

中值濾波程序主要由數(shù)據(jù)排序和取中間值兩部分組成。592、算術(shù)平均值法適用于Q、P、H，對(duì)采樣值頻繁振蕩的干擾有良好的抑制，對(duì)脈沖性干擾平滑不理想。

N大，平滑度高，但靈敏度低；

N小，平滑度較低，但靈敏度高。對(duì)一般流量測(cè)量：N=8～16；對(duì)壓力等測(cè)量：N=4。60算術(shù)平均濾波的改進(jìn)型：1）去極值平均濾波算法：連續(xù)采樣N次，去掉一個(gè)最大值，去掉一個(gè)最小值，再求余下N-2個(gè)采樣值的平均值。2)、移動(dòng)平均濾波方法：先在RAM中建立一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，依順序存放N次采樣數(shù)據(jù)，然后每采進(jìn)一個(gè)新數(shù)據(jù)，就將最早采集的數(shù)據(jù)去掉，最后再求當(dāng)前RAM緩沖區(qū)中的N個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值。613）遞推平均濾波：624）加權(quán)遞推平均當(dāng)系統(tǒng)的τ較大，TS較小，即τ/TS

很大時(shí)，用加權(quán)平均提高反映靈敏度63克服大的隨機(jī)干擾，防止計(jì)算機(jī)誤操作。3、限幅濾波法上、下限限幅，即：限速(亦稱限制變化率