1、第六章第六章 计算机测控系统的软件设计计算机测控系统的软件设计2 2、计算机测控系统的应用软件设计计算机测控系统的应用软件设计1 1、计算机测控系统的软件概念计算机测控系统的软件概念 3 3、程序设计举例、程序设计举例 . 软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，它是它是程序、数据程序、数据及其相关及其相关文档文档的完整集合；的完整集合；程序程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列；列；数据数据是使程序能正常操纵信息的数据结构；是使程序能正常操纵信息的数据结构；文档文档是与程序开发，维护和使用有关的图
2、文材料。是与程序开发，维护和使用有关的图文材料。1 1 计算机控制系统的软件概念计算机控制系统的软件概念 .根据功能可以分为系统软件和应用软件两类根据功能可以分为系统软件和应用软件两类。 z系统软件系统软件1.11.1计算机软件分类计算机软件分类.系统软件系统软件用来管理计算机系统的资源，并以尽可能用来管理计算机系统的资源，并以尽可能简便的形式向用户提供使用资源的服务，包括操作简便的形式向用户提供使用资源的服务，包括操作系统、系统实用程序、系统扩充程序（操作系统的系统、系统实用程序、系统扩充程序（操作系统的扩充、汉化）、网络系统软件、设备驱动程序、通扩充、汉化）、网络系统软件、设备驱动程序、通
3、讯处理程序等。讯处理程序等。操作系统操作系统是最基本的系统软件，操作系统是一个功是最基本的系统软件，操作系统是一个功能强、规模大的管理程序。能强、规模大的管理程序。 . 单用户操作系统：单用户操作系统：专用于单个微机，如专用于单个微机，如DOS操作操作系统。系统。 多用户操作系统：多用户操作系统：专用于多个终端的主机，如专用于多个终端的主机，如UNIX多用户操作系统。多用户操作系统。 网络操作系统：网络操作系统：专用于网络系统，如专用于网络系统，如NOVELL、Windows NT是网络操作系统。是网络操作系统。 嵌入式操作系统：嵌入式操作系统：专用于嵌入式开发系统，如专用于嵌入式开发系统，如
4、Win CE、Palm OS、Linux等。等。 n 操作系统分类操作系统分类.Windows几代典型的操系统启动界面. 辅助软件开发人员进行软件开发工作使用的各辅助软件开发人员进行软件开发工作使用的各种工具软件，借以完成软件开发工作，提高软件种工具软件，借以完成软件开发工作，提高软件生产效率，改善软件产品的质量等，它主要包括生产效率，改善软件产品的质量等，它主要包括软件开发工具、软件评测工具、界面工具、转换软件开发工具、软件评测工具、界面工具、转换工具、软件管理工具、语言处理程序、数据库管工具、软件管理工具、语言处理程序、数据库管理系统、网络支持软件以及其他支持软件。理系统、网络支持软件以及
5、其他支持软件。 n支撑软件支撑软件. 软件公司或用户为解决某类应用问题而专门研软件公司或用户为解决某类应用问题而专门研制的软件。主要包括科学和工程计算机软件、文字制的软件。主要包括科学和工程计算机软件、文字处理软件、数据处理软件、图形软件、图象处理软处理软件、数据处理软件、图形软件、图象处理软件、应用数据库软件、事务管理软件、辅助类软件、件、应用数据库软件、事务管理软件、辅助类软件、控制类软件等。控制类软件等。 计算机测控系统软件属于应用软件计算机测控系统软件属于应用软件，它主要实，它主要实现企业对生产过程的现企业对生产过程的实时控制实时控制和管理以及企业整体和管理以及企业整体生产的生产的管理
6、控制。管理控制。 n应用软件应用软件. 按按CIMSCIMS模型结构体系，计算机测控系统通常五部模型结构体系，计算机测控系统通常五部分组成，自底向上依次是：分组成，自底向上依次是： 设备控制层设备控制层：实现对车间各设备单独控制，保证：实现对车间各设备单独控制，保证 设备按生产工艺要求正常工作；设备按生产工艺要求正常工作； 过程控制层过程控制层：按工艺生产过程实现控制，选择恰：按工艺生产过程实现控制，选择恰当控制策略和方案进行实时控制，使生产过程目标达当控制策略和方案进行实时控制，使生产过程目标达到最优；到最优； n计算机测控系统软件组成计算机测控系统软件组成. 调度层调度层：协调组织各车间、
7、部门进行按计划进行：协调组织各车间、部门进行按计划进行生产，以满足企业市场要求；生产，以满足企业市场要求； 管理层管理层：对生产过程、生产质量、人员、物料等：对生产过程、生产质量、人员、物料等生产管理要素进行管理；生产管理要素进行管理； 决策层决策层：根据前面各层的数据，进行统计、分析，：根据前面各层的数据，进行统计、分析，为企业领导提供决策支持；为企业领导提供决策支持；.企业长期计划决策企业长期计划决策企业生产最优调度企业生产最优调度生产装置实时全局最优（协调）生产装置实时全局最优（协调）计算机集散控制系统计算机集散控制系统 DCSDCS工工 业业 生生 产产 过过 程程 过程计算机测控系统
8、的软件需求框图过程计算机测控系统的软件需求框图装置优化层装置优化层先进控制层先进控制层直接控制层直接控制层局部优化局部优化先进控制先进控制先进控制先进控制局部优化局部优化先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制先进控制. 实时数据采集：实时数据采集：采集现场控制设备的数据，过采集现场控制设备的数据，过程控制参数；程控制参数； 控制策略：控制策略：为控制系统提供可供选择的控制策为控制系统提供可供选择的控制策略方案；略方案； 闭环输出：闭环输出：在软件支持下进行闭环控制输出，在软件支持下进行闭环控制输出，以达到优化控制的目的；以达到优化控制的目的； 报警监视：报警监视：处理数据报警
9、及系统报警；处理数据报警及系统报警； 画面显示：画面显示：使来自设备的数据与计算机图形画使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；面上的各元素关联起来；1.21.2计算机测控系统软件功能计算机测控系统软件功能 . 报表输出：报表输出：各类报表的生成和打印输出；各类报表的生成和打印输出； 数据存储：数据存储：存储历史数据并支持历史数据查询存储历史数据并支持历史数据查询 系统保护：系统保护：自诊断、掉电处理、备用通道切换和自诊断、掉电处理、备用通道切换和为提高系统可靠性和维护性所采取的措施；为提高系统可靠性和维护性所采取的措施； 通信功能：通信功能：各控制单元间、操作站间、子系统间各控制
10、单元间、操作站间、子系统间的数据通信功能；的数据通信功能； 数据共享：数据共享：具有与第三方程序的接口，方便数据具有与第三方程序的接口，方便数据共享；共享；.(1)(1)控制系统的输入输出软件控制系统的输入输出软件 IO接口程序接口程序IO驱动和调理程序驱动和调理程序实时数据库实时数据库 n测控系统软件的分类测控系统软件的分类 .关于实时系统关于实时系统 对外部事件及时响应并进行处理的系统。可分为对外部事件及时响应并进行处理的系统。可分为实实时过程控制系统时过程控制系统和和实时信息处理系统实时信息处理系统。实时过程控制系统：实时过程控制系统：主要用于各种类型的过程控制，主要用于各种类型的过程控
11、制，对由传感器送来的数据进行及时地加工处理，病根对由传感器送来的数据进行及时地加工处理，病根据处理结果控制相应的执行机构。据处理结果控制相应的执行机构。实时信息处理系统：实时信息处理系统：多用于实时事务处理，接收从多用于实时事务处理，接收从远地终端送来的服务请求，在规定时间内对请求做远地终端送来的服务请求，在规定时间内对请求做出正确回答。出正确回答。.数据和事务都具有数据和事务都具有定时特性定时特性或受到或受到定时限制定时限制的数据的数据库。其本质特征是库。其本质特征是定时限制定时限制，可归纳为两类：，可归纳为两类：与事务相联的定时限制与事务相联的定时限制，比如，比如“截止时间截止时间”；与数
12、据相联的与数据相联的“时间一致性时间一致性”。时间一致性是作为。时间一致性是作为过去的限制的一个时间窗口，引起时间一致性的原过去的限制的一个时间窗口，引起时间一致性的原因的是：数据库中数据的状态与外部环境中对应实因的是：数据库中数据的状态与外部环境中对应实体的实际状态要随时一致，由事务存取的数据状态体的实际状态要随时一致，由事务存取的数据状态在时间上要一致。在时间上要一致。实时数据库实时数据库RTDB(Real-Time Data Base)RTDB(Real-Time Data Base).(2)(2)测控系统的测控系统的运算软件运算软件 连续运算算法：连续运算算法：加减法运算、加减法运算、
13、 乘法运算乘法运算 、除法、除法运算；运算； 逻辑运算算法：逻辑运算算法：如与、或、非、异或；如与、或、非、异或；.(3)(3)测控系统的测控系统的操作显示软件操作显示软件操作显示画面操作显示画面 打印信息打印信息 . 操作监控层监控软件编制可采用两种方法：一是操作监控层监控软件编制可采用两种方法：一是采用采用Visual Basic、Visual C、Delphi、PB等基于等基于Windows平台的开发程序来编制；二是采用监控组态平台的开发程序来编制；二是采用监控组态软件来编制。软件来编制。n组态软件组态软件. 组态软件组态软件是监控系统不可缺少的部分，其是监控系统不可缺少的部分，其作用作
14、用是针对不同应用对象，组态生成不同的数据实体。是针对不同应用对象，组态生成不同的数据实体。 组态过程组态过程是针对具体应用的要求进行各种与实是针对具体应用的要求进行各种与实际应用有关的系统配置及实时数据库、历史数据库、际应用有关的系统配置及实时数据库、历史数据库、控制算法、图形、报表等的定义，使生成的系统满控制算法、图形、报表等的定义，使生成的系统满足应用设计的要求足应用设计的要求. 监控组态软件监控组态软件属于监控层级的软件平台和开发属于监控层级的软件平台和开发环境，以灵活多样的组态方式为用户提供开发界面环境，以灵活多样的组态方式为用户提供开发界面和简捷的使用方法，同时支持各种硬件厂家的计算
15、和简捷的使用方法，同时支持各种硬件厂家的计算机和机和I/O设备。设备。.n测控系统软件性能的主要指标测控系统软件性能的主要指标系统功能是否完善：系统功能是否完善：能否提供足够多的控制算法；能否提供足够多的控制算法；系统内各种功能能否完善地协调运行：系统内各种功能能否完善地协调运行：如进行实时如进行实时采样和控制输出的同时，又能同时显示画面，打印采样和控制输出的同时，又能同时显示画面，打印管理报表和进行数据通信操作。管理报表和进行数据通信操作。人机接口是否良好：人机接口是否良好：有丰富的画面和报表形式，较有丰富的画面和报表形式，较多的操作指导信息。另外操作要方便、灵活。多的操作指导信息。另外操作
16、要方便、灵活。系统的可扩展性能如何：系统的可扩展性能如何：即是否能不断地满足用户即是否能不断地满足用户的新要求和一些特殊的需求。的新要求和一些特殊的需求。. 设计过程通过软件的需求分析，要明确需要软件设计过程通过软件的需求分析，要明确需要软件解决什么问题；而设计的作用，就是使开发出来的解决什么问题；而设计的作用，就是使开发出来的软件能够适应并真正解决问题。软件能够适应并真正解决问题。 设计阶段拿出的结果还不是程序，而是用伪代码设计阶段拿出的结果还不是程序，而是用伪代码或某种图形工具描述的程序的逻辑过程。或某种图形工具描述的程序的逻辑过程。n控制系统软件设计的目的和任务控制系统软件设计的目的和任
17、务2 2 测控系统软件设计测控系统软件设计.总体设计：决定软件的总体结构；总体设计：决定软件的总体结构；详细设计：决定软件中每一模块内部的逻辑过详细设计：决定软件中每一模块内部的逻辑过程。程。n设计的步骤设计的步骤.抽象：抽象：抽象是对一个系统的简化描述或规范说明，抽象是对一个系统的简化描述或规范说明，包括包括“数据抽象数据抽象”、“控制抽象控制抽象”和和“过程抽象过程抽象”细化：细化：实质是分解；实质是分解；模块化：模块化：是软件设计中最古老的一条原则；是软件设计中最古老的一条原则；信息隐藏：信息隐藏：一个模块内部的数据与过程，应该对没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
18、程的其它模块隐藏起来；有必要了解这些数据与过程的其它模块隐藏起来；其他：其他：一致性、完整性、可验证性等。一致性、完整性、可验证性等。n控制系统软件设计的基本原则控制系统软件设计的基本原则. 按适当的原则把软件划分为一个个较小的、相按适当的原则把软件划分为一个个较小的、相关而又相对独立的模块。模块独立性可以从两个方关而又相对独立的模块。模块独立性可以从两个方面来衡量。面来衡量。内聚（模块强度，块内联系）：内聚（模块强度，块内联系）：模块内部各个部分模块内部各个部分之间的联系；之间的联系；耦合（块间联系）：耦合（块间联系）：模块和模块之间的联系；模块和模块之间的联系；软件划分模块时的原则：软件划
19、分模块时的原则：应尽可能使块内联系增强，应尽可能使块内联系增强，块间联系减弱。块间联系减弱。n模块化设计模块化设计. 程序设计者在开始设计时就有全局观点，对欲开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。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：设计过程中的大概步骤： 设计管理程序并进行测试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对最后形成的整个程序进行测试n自顶向下设计自顶向下设计. 首先对最低层模块进行编码、测试和调试，在首先对最低层模块进行编码、测试和调试，在这些模块正常工作的基础上，就可以用它们来开发这些模块正常工作的基础上，就可以用它们来开发较高层的模块，主要用于解决较小的问题。较高层的模块，主要用于解决较小的问题。n自底向上设计自底向上设计.3 3 程序设计举例程序设计举例监控程序的基本组成.监控主程序流程示例.中断流程.中断法和定时法程序框图.查询法程序流程.一键多义键服务程序流程.多中断源识别电路.含自检的操作流程.周期性自检子程序的操作流程.RAM自检流程图.总线检测电路总线检测电路.
