计算机控制系统软件基础.ppt
2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,1,第六章 计算机控制系统软件基础,第一节 计算机控制系统软件概述概述计算机操作系统数据结构计算机控制系统中的数据库第二节 计算机控制系统应用软件概述组态软件控制软件商品化的工业控制软件简介第三节 计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术系统供电与接地技术看门狗（Watchdog）及其电源掉电检测技术,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,2,第一节 Unit 1,计算机控制系统软件概述Introduction of Computer Control System Software,概述计算机控制系统软件基础过程计算机控制系统软件构成过程计算机控制系统软件功能计算机操作系统数据结构计算机控制系统中的数据库,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,3,6-1-1 概述（1）,计算机控制系统软件基础计算机应用系统中的软件系统软件工具软件应用软件数据收集部分数据分析部分监督部分输出控制部分,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,4,6-1-1 概述（2）,计算机控制系统软件构成系统软件计算机控制系统应用软件开发平台和操作平台应用软件 第一级(控制级）：监控平台软件、基本控制软件、先进控制软件、约束控制软件、操作优化软件 第二级（管理级）：最优调度软件和企业计划决策软件等,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,5,6-1-1 概述（3）,计算机控制系统软件功能控制系统软件实现的功能实时数据采集闭环控制输出逻辑控制操控界面：报警监视、画面显示和报表输出可靠性措施：自诊断、掉电处理、备份维护信息管理：文件管理、数据库、趋势、统计分析数据通信应用功能：满足用户需求的各种监管功能（如报表生成、消息发布、电子商务）,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,6,6-1-2 操作系统（1）,操作系统的功能与任务操作系统主要目的是控制与管理计算机的硬件和软件资源。合理地组织计算机工作流程，方便各种用户使用计算机,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,7,6-1-2 操作系统（2）,操作系统的功能作业(job)管理：“脱机”和“联机”两种方式处理机（CPU）管理：作业调度、进程调度存储管理：内存分配、内存保护、内存扩充（虚拟内存）设备管理：设备分配、设备驱动、虚拟设备文件管理：文件存储与检索、文件操作、文件保护与控制,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,8,6-1-2 操作系统（3）,操作系统的分类操作系统按功能分类批处理操作系统分时操作系统实时操作系统按计算机配置分类：大型机和微机、单机和网络系统按用户/任务分类单/多用户，单/多任务,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,9,6-1-2 操作系统（4）,实时多任务操作系统实时多任务操作系统就是能够执行多任务的实时操作系统大多数实时多任务操作系统CPU的负荷率应保证在30%之内实时响应时间随系统的要求而变化应具备的特征异步事件响应：要有异步I/O和中断处理能力切换时间短中断等待时间短优先级中断和调度同步一些著名的实时多任务操作系统Windows NT、OS/2、VMS、RT Linux等，具有很好的通用性、实时性和可靠性。其中Windows NT是实时操作系统的主流,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,10,6-1-4 数据库（1）,数据库的特点集成化的有穷数据集合按照数据间的自然联系，以最佳的方式组织、存储数据，使之具有最小的冗余度提供共享性允许几个用户同时并发地使用数据库具有较高的数据独立性确保数据的安全性和完整性面向数据而不是面向应用,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,11,6-1-4 数据库（2）,数据库系统的组成数据库（DB）物理数据库（工作数据的集合）、描述数据库硬件支持系统服务器、大规模存储设备、网络通信设备、终端等软件支持系统操作系统、宿主语言、实用程序和数据库管理系统等数据库管理员（DBA）管理、开发和使用数据库系统的人员,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,12,6-1-4 数据库（3）,关系型数据库特点是采用关系作为唯一的基本数据结构类型，具有关系完备的数据子语言，在一定程度上实现了数据独立性，确保用户能够依靠关系名、关键字值和属性名的结合用逻辑方式访问数据库中的每一个数据。Oracle和Sybase是典型的代表SQL（Structured Query Language）语言SQL是一种关系数据库语言，已成为国际标准。目前，数据库产品的各个厂家纷纷推出各自的支持SQL的软件或可与SQL接口的软件。,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,13,6-1-4 数据库（4）,SQL的功能数据定义语言DDL：用于定义、撤消和修改数据模式；查询语言QL：用于查询数据；数据操纵语言DML：用于增、删、改数据；数据控制语言DCL：用于数据访问权限的控制。,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,14,6-1-4 数据库（5）,实时数据库系统（RTDBS）事务和数据都具有定时特性或定时限制的数据库系统。而且系统的正确性不仅依赖于逻辑结果，而且还依赖于逻辑结果产生的时间。,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,15,6-1-4 数据库（6）,实时数据库系统（RTDBS）大容量内存实时数据库内存数据库全驻内存和主驻内存（驻内和留外）历史数据库较多应用关系型数据库数据库接口通过动态数据交换（DDE）进行接口采用开放式数据库互连（ODBC）进行接口以及采用目前最新的对象链接和嵌入技术OPC技术实现接口,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,16,第二节 Unit 2,计算机控制系统应用软件Applied Software of Computer Control System,概述计算机控制系统应用软件的组成应用软件设计技术应用软件开发环境及平台组态软件商品化的工业控制软件简介,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,17,6-2-1 计算机控制系统软件组成（1）,计算机控制系统软件组成第一级设备层：负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号控制层：完成对现场工艺过程的实时监测与控制监控层通过对多个控制设备的集中管理，来完成监控生产运行过程的目的监控组态软件一般是位于监控层的专用软件，负责对下集中管理控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。第二级管理层实现对生产数据进行管理、统计和查询。,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,18,6-2-1 计算机控制系统软件组成（2）,监控平台的概念以实时数据库为核心，具有组态功能的通用软件能提供方便地用组态方式实现实时数据的显示、历史趋势的显示、棒图显示、动态数据流程的显示等，形成各种打印报表，并具有与各种DCS及PLC的数据通信等功能具有开放式结构，便于用户将先进控制软件及在线优化软件嵌入其主控程序中；同时它可以方便地实现先进控制系统及在线操作优化算法的投运和切除,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,19,6-2-1 应用软件设计技术（3）,控制系统软件设计的基本原则抽象（abstraction）抽象是一个系统的简化描述或规范说明抽象包括“数据抽象”、“控制抽象”和“过程抽象”细化（refinement）实质是分解模块化（modularity）是软件设计中最古老的一条原则 信息隐藏（information hiding）一个模块内部的数据与过程，应该对没有必要了解这些数据与过程的其它模块隐藏起来其他：一致性、完整性、可验证性等,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,20,6-2-1 控制系统软件设计的方法（4）,自顶向下设计程序设计者在开始设计时就有全局观点，对欲开发的软件有全面的了解；然后由顶层起逐层向下分解，直至所有的模块都达到便于管理的目的为止设计过程中的大概步骤设计管理程序并进行测试对每一个程序标志进行程序设计对最后形成的整个程序进行测试,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,21,6-2-1 控制系统软件设计的方法（5）,面向对象设计随着C+、Delphi等一批面向对象语言的出现，设计人员用“对象”和“消息传递”直接映射客观系统中的“实体”及其“相互关系”变为可能，使得用这类工具设计出来的程序，其结构可与客观系统的抽象模型相同或相似面向对象设计的最大优点改变了按照语言结构来分析问题的传统思维方式，转而按事物的本来面貌来认识系统，建立其抽象模型提高了软件的可重用性,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,22,6-2-1 应用软件开发环境及平台（6）,软件开发环境要求有合适的语言，良好的软硬件工具，有效的编辑和调试手段，以及尽可能丰富的实用程序运行环境基本平台泛指由主机、外部设备、网络产品以及操作系统（如Windows NT）及其界面环境（如WINCC，力控，Fix，LOOKOUT等）集成起来的基本开发与操作环境,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,23,6-2-2 组态软件简介（1）,组态软件是用计算机语言编写的能将各种控制硬件（工业PC机、各种控制板卡、PLC、模块、单片机、数字仪表）组合到一起，形成一个大的能进行实时监控的系统专业应用软件是可对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，特点延续性和可扩充性：当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生变化时，不需做很多修改而方便地完成软件更新和升级封装性（易学易用）：各种功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，用户不须掌握太多编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。通用性：每个用户根据工程实际情况，利用通用工业组态软件提供的底层设备（变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率。,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,24,6-2-2 组态软件简介（2）,组态软件组成图形界面系统实时数据库系统第三方程序接口组件控制功能组件,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,25,6-2-3 商品化的工业控制软件简介,为说明工业控制软件的应用情况，加深大家的印象，下面演示的是一些商品化的工控软件组态图片、实时运行的一些屏幕拷贝图片，以及代表工控软件发展趋势的基于Web技术的HMI（Human Machine Interface）。,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,26,商品化的工业控制组态软件示例之一正在组态过程,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,27,商品化的工业控制组态软件示例之二连续系统,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,28,商品化的工业控制组态软件示例之三间歇系统,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,29,商品化的工业控制组态软件示例之四 异地系统监控,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,30,第三节 Unit 3,计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术Anti-Disturbing and Reliability Techniques of Computer Control Systems,计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术系统供电与接地技术看门狗（Watchdog）及其电源掉电检测技术,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,31,6-3-1 抗干扰技术,干扰来源及种类串模干扰共模干扰长线传输干扰串模干扰(又称横向干扰或正态干扰)串联于信号源回路中的干扰,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,32,6-3-1 串模干扰的抑制措施,用有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号引线可减少电磁感应采用各种滤波器采用双积分式A/D转换器其它措施,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,33,6-3-1 共模干扰,共模干扰（也称纵向干扰或共态干扰）由不同的“地”而引起,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,34,6-3-1 对共模干扰的抑制（1）,共模干扰对输入信号的影响,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,35,6-3-1 对共模干扰的抑制（2）,双端输入变压器隔离光电隔离浮地屏蔽采用仪表放大器提高共模抑制比,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,36,6-3-1 长线传输干扰及其抑制,长线干扰产生原因易受到外界干扰具有信号延时会引起波反射现象消除波反射或将它抑制到最低限度终端阻抗匹配或始端阻抗匹配信号线的选择和敷设,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,37,6-3-2 系统供电技术接地技术,供电系统的一般保护,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,38,6-3-2 系统供电技术,电源异常的保护,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,39,6-3-2 系统接地技术,计算机系统接地的目的抑制干扰,使计算机稳定地工作保护计算机、电器设备和操作人员的安全计算机控制系统中的“地”模拟地，数字地，安全地，系统地，交流地,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,40,6-3-2 系统接地技术,计算机控制系统中的分别回流法单点接地,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,41,6-3-2 系统的低频接地技术,一点接地方式串联接地（或称共同接地）并联接地（或称分别接地）,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,42,6-3-2 系统的低频接地技术,实用的低频接地串联一点接地的综合接法,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,43,6-3-2 系统输入通道的接地技术,电路一点地基准即单端接地：接地点位于信号源端时，放大器电源不接地；当接地点位于放大器端时，信号源不接地。电缆屏蔽层的接地信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,44,6-3-2 其它（1）,主机外壳接地，机芯浮空主机外壳作为屏蔽罩接地，而把机内器件架与外壳绝缘，即机内信号地浮空。,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,45,6-3-2 其它（2）,多机系统的接地近距离多机系统的一点接地（如图示）远距离系统采用隔离的方法,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,46,6-3-3 看门狗（watchdog）技术,看门狗（即监控定时器）作用用来检测系统出错并自动恢复运行也可用来检测硬件的故障,2023/10/4,第七章 计算机控制系统软件基础,47,6-3-3 电源掉电检测技术,系统设计时应采取当掉电发生时的安全措施和保护性处置办法执行机构控制计算机的状态及时检测出发生掉电应用程序设计的措施,
