1、计算机控制技术计算机控制技术Computer Controlled System中南大学信息科学与工程学院中南大学信息科学与工程学院袁袁 艳艳2023年年1月月18日日中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术第六章第六章 应用程序设计与实现技术应用程序设计与实现技术6.1程序设计技术程序设计技术 6.2数据结构及其应用技术（自学）数据结构及其应用技术（自学）6.3测量数据预处理技术测量数据预处理技术6.4数字控制器的工程实现数字控制器的工程实现（自学）（自学）6.5系统的有限字长数值问题系统的有限字长数值问题6.6软件抗干扰技术软件抗干扰技术中南大学信
2、息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术一、计算机应用系统中的软件一、计算机应用系统中的软件 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，它是包括它是包括程序程序、数据数据及其相关及其相关文档文档的完整集合。的完整集合。程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序列；列；数据是使程序能正常操纵信息的数据结构；数据是使程序能正常操纵信息的数据结构；文档是与程序开发，维护和使用有关的图文材料。文档是与程序开发，维护和使用有关的图文材料。主要包括主要包括系统软件、支持软件、应用软件
3、系统软件、支持软件、应用软件。引言引言中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术u系统软件用来管理计算机系统的资源，并以尽可系统软件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，包括能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（操作操作系统、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、设备驱动系统的扩充、汉化）、网络系统软件、设备驱动程序、通讯处理程序等。操作系统是最基本的系程序、通讯处理程序等。操作系统是最基本的系统软件，操作系统是一个功能强、规模大的管理统软件，操作系统
4、是一个功能强、规模大的管理程序。程序。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术u支持软件辅助软件开发人员进行软件开发工作使支持软件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，提用的各种工具软件，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，它主高软件生产效率，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、要包括软件开发工具、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、数据转换工具、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。库管理系统、
5、网络支持软件以及其他支持软件。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术u应用软件是软件公司或用户为解决某类应用问题应用软件是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而专门研制的软件。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、软件、文字处理软件、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、图象处理软件、应用数据库软件、事务管理软件、辅助类软件、控制类软件等。辅助类软件、控制类软件等。计算机控制系统软件属于应用软件，它主要计算机控制系统软件属于应用软件，它主要实现企业对生产
6、过程的实时控制和管理以及企业实现企业对生产过程的实时控制和管理以及企业整体生产的管理控制。整体生产的管理控制。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术二、计算机控制系统中软件的发展二、计算机控制系统中软件的发展1、小规模的、解决单一问题的应用程序。、小规模的、解决单一问题的应用程序。2、用于满足工业过程计算机控制系统不同控制规模、用于满足工业过程计算机控制系统不同控制规模的商品化软件。的商品化软件。3、规范化、系统化的软件工程程序设计方法。、规范化、系统化的软件工程程序设计方法。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与
7、实现技术三、最基本的计算机控制系统应用软件三、最基本的计算机控制系统应用软件1、直接（控制）程序、直接（控制）程序参与系统的实际控制过程，完成各类信号的采集、处参与系统的实际控制过程，完成各类信号的采集、处理和各类控制信号的输出任务。理和各类控制信号的输出任务。2、规范服务性程序、规范服务性程序如报表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显如报表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显示等。示等。3、辅助程序、辅助程序接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等。接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术四、计算机控
8、制系统软件功能四、计算机控制系统软件功能u实时数据采集：采集现场控制设备的数据，过程实时数据采集：采集现场控制设备的数据，过程控制参数；控制参数；u控制策略：为控制系统提供可供选择的控制策略控制策略：为控制系统提供可供选择的控制策略方案；方案；u闭环输出：在软件支持下进行闭环控制输出，以闭环输出：在软件支持下进行闭环控制输出，以达到优化控制的目的；达到优化控制的目的；u报警监视：处理数据报警及系统报警；报警监视：处理数据报警及系统报警；u画面显示：使来自设备的数据与计算机图形画面画面显示：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；上的各元素关联起来；中南大学信息科学与工程学院自动化专
9、业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术u报表输出：各类报表的生成和打印输出；报表输出：各类报表的生成和打印输出；u数据存储：存储历史数据并支持历史数据的查询数据存储：存储历史数据并支持历史数据的查询u系统保护：自诊断、掉电处理、备用通道切换和为提系统保护：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；高系统可靠性和维护性所采取的措施；u通信功能：各控制单元间、操作站间、子系统间的数通信功能：各控制单元间、操作站间、子系统间的数据通信功能；据通信功能；u数据共享：具有与第三方程序的接口，方便数据共享。数据共享：具有与第三方程序的接口，方便数据共享。中南大学信息科
10、学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术五、衡量一个控制系统软件性能优劣的主要指标五、衡量一个控制系统软件性能优劣的主要指标u系统功能是否完善，能否提供足够多的控制算法（包括系统功能是否完善，能否提供足够多的控制算法（包括若干种高级控制算法）。若干种高级控制算法）。u系统内各种功能能否完善地协调运行，如进行实时采样系统内各种功能能否完善地协调运行，如进行实时采样和控制输出的同时，又能同时显示画面，打印管理报表和控制输出的同时，又能同时显示画面，打印管理报表和进行数据通信操作。和进行数据通信操作。u人机接口是否良好，有丰富的画面和报表形式，较多的人机接口是否良好，有丰
11、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。操作指导信息。另外操作要方便、灵活。u系统的可扩展性能如何，即是否能不断地满足用户的新系统的可扩展性能如何，即是否能不断地满足用户的新要求和一些特殊的需求。要求和一些特殊的需求。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术六、程序设计步骤六、程序设计步骤问题定义：问题定义：明确计算机要完成那些任务、执行什么程序、决明确计算机要完成那些任务、执行什么程序、决定输入输出的形式，与接口硬件电路的连接配合及出错处理定输入输出的形式，与接口硬件电路的连接配合及出错处理方法。方法。程序设计：程序设计：利用程
12、序对任务进行描述，使用的方法有模块程利用程序对任务进行描述，使用的方法有模块程序设计法和结构化程序设计法；序设计法和结构化程序设计法；编码：编码：选用一种适当的高级语言选用一种适当的高级语言(或汇编语言或汇编语言)书写程序；书写程序；调试：调试：利用各种测试方法检查程序的正确性；利用各种测试方法检查程序的正确性；改进和再设计：改进和再设计：根据调试中的问题队员设计作修改，并对程根据调试中的问题队员设计作修改，并对程序进行改进设计和补充。序进行改进设计和补充。返回返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术6.1程序设计技术程序设计技术返回返回6.1.1
13、模块化与结构化程序设计模块化与结构化程序设计6.1.2高级语言与汇编语言混合编程高级语言与汇编语言混合编程6.1.3工业控制组态软件工业控制组态软件中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术6.1.1模块化与结构化程序设计模块化与结构化程序设计 设计过程：通过对软件的需求分析，要明设计过程：通过对软件的需求分析，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，就是使开发出来的软件能够适用并真正解决问题。是使开发出来的软件能够适用并真正解决问题。设计的两大过程：设计的两大过程：总体设计：决定软件的总体结构；总体设计：决定软
14、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。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术1、模块化程序设计、模块化程序设计 (1)概念：按适当的原则把一个复杂的软件划分概念：按适当的原则把一个复杂的软件划分为若干个相关而又相对独立的模块，每个模块为若干个相关而又相对独立的模块，每个模块执行单一的功能，并且具有单入口单出口结构。执行单一的功能，并且具有单入口单出口结构。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术软件划分模块时的原则软件划分模块时的原则u每个模块应
15、具有独立的功能，能产生一个明确的每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果，即模块的高内聚性；结果，即模块的高内聚性；u模块之间的控制耦合应尽量简单，数据耦合应尽模块之间的控制耦合应尽量简单，数据耦合应尽量少，即模块间的低耦合性；量少，即模块间的低耦合性；控制耦合：指模块进入和退出的条件及方式，控制耦合：指模块进入和退出的条件及方式，数据耦合：指模块间的信息交换方式、交换信息量的数据耦合：指模块间的信息交换方式、交换信息量的多少及信息交换的频繁程度。多少及信息交换的频繁程度。u模块长度适中，模块语句的长度通常在模块长度适中，模块语句的长度通常在20100条条的范围较合适。的范围较合适。中南
16、大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术模块化程序设计的优点模块化程序设计的优点单个模块结构的程序功能单一，因而易于编写、单个模块结构的程序功能单一，因而易于编写、调试和修改。调试和修改。便于分工，可由多个程序设计人员同时进行编写、便于分工，可由多个程序设计人员同时进行编写、调试，可加快软件研制进度。调试，可加快软件研制进度。使用频繁的子程序可以汇编成子程序库，以便于使用频繁的子程序可以汇编成子程序库，以便于多个模块调用。多个模块调用。程序的修改可局部进行，而其它部分则可以相对程序的修改可局部进行，而其它部分则可以相对保持不变。保持不变。程序可读性好，便于
17、功能扩充和版本升级。程序可读性好，便于功能扩充和版本升级。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术主模块主模块模块模块A模块模块B模块模块C模块模块E模块模块B模块模块D模块模块F模块模块G模块模块M模块模块D相同的子模块可以出现在不同的层次上。如图中模相同的子模块可以出现在不同的层次上。如图中模块块B和模块和模块C。每个模块应有模块说明，它包括实现模块功能所用每个模块应有模块说明，它包括实现模块功能所用的基本算法，模块入口参数与出口参数，模块的数的基本算法，模块入口参数与出口参数，模块的数据结构及调用子程序等。据结构及调用子程序等。中南大学信息科学与
18、工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术 (2)自顶向下设计的方法自顶向下设计的方法程序设计者在开始设计时就有全局观点，对欲开发的软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。的模块都达到便于管理的目的为止。设计的大概步骤：设计的大概步骤：设计高层管理程序并进行测试，用设计高层管理程序并进行测试，用“结点结点”代替未编码的底层模块；代替未编码的底层模块；对底层模块进行程序设计；对底层模块进行程序设计；对最后形成的整个程序进行测试。对最后
19、形成的整个程序进行测试。此法适合于用高级语言来设计程序。此法适合于用高级语言来设计程序。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术 (3)自底向上设计方法自底向上设计方法首先对最低层模块进行编码、测试和调试；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，就可以用它们在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。来开发较高层的模块。这种方法是汇编语言设计中常用的方法或这种方法是汇编语言设计中常用的方法或是用于解决较小的问题。两种方法各有优缺点，是用于解决较小的问题。两种方法各有优缺点，实际工作中，将两种方法结合使用。实际工
20、作中，将两种方法结合使用。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术2、结构化程序设计、结构化程序设计结构化设计结构化设计是一种程序设计技术，采用自顶向下逐步是一种程序设计技术，采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构。它是从整个求精的设计方法和单入口单出口的控制结构。它是从整个程序的结构出发，突出了程序模块的一种设计方法，它利程序的结构出发，突出了程序模块的一种设计方法，它利用程序结构图表达程序模块之间的关系。用程序结构图表达程序模块之间的关系。程序清晰程序清晰易读性强易读性强调试、修改方便调试、修改方便任何程序都可以由三种基本结构程序构
21、成任何程序都可以由三种基本结构程序构成顺序顺序结构、条件结构和循环结构结构、条件结构和循环结构。每个结构只有一个入口和。每个结构只有一个入口和一个出口，三种结构程序的任意组合和嵌套就构成了结一个出口，三种结构程序的任意组合和嵌套就构成了结构化的程序。构化的程序。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术ABEXPBAAEXPEXPA顺序结构顺序结构选择结构选择结构循环结构循环结构IF-THEN-ELSEDO-WHILE中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术应用程序的质量指标：应用程序的质量指标：1、时间指标时间
22、指标：主要关心执行控制服务程序所：主要关心执行控制服务程序所需的时间，直接关系到计算时延，影响系统的需的时间，直接关系到计算时延，影响系统的性能。性能。2、空间指标空间指标：指程序所占的容量，与之有关：指程序所占的容量，与之有关的因素有所确定的运算程序、所选数字信号的的因素有所确定的运算程序、所选数字信号的数制、所选择程序实现语言（汇编语言编程比数制、所选择程序实现语言（汇编语言编程比高级语言占的容量小）。高级语言占的容量小）。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术实时控制程序的基本流程：实时控制程序的基本流程：以单通道为例，由两部分组成：以单通道为
23、例，由两部分组成：1、初始化程序：用于设置控制参数、采样周期及、初始化程序：用于设置控制参数、采样周期及I/O控制控制方式。方式。2、控制服务程序（、控制服务程序（control service routine）：指在一个控）：指在一个控制步中需要完成的操作。基本操作为数据采集与输入、控制步中需要完成的操作。基本操作为数据采集与输入、控制算法、控制量的输出与存储。制算法、控制量的输出与存储。计算机控制系统应用工程中，还需考虑以下几个问计算机控制系统应用工程中，还需考虑以下几个问题：人机对话程序、输入信号的预处理、故障检测与报警、题：人机对话程序、输入信号的预处理、故障检测与报警、系统运行状态的
24、显示及记录、数制及代码转换程序等。系统运行状态的显示及记录、数制及代码转换程序等。返回返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术6.1.2高级语言与汇编语言混合编程高级语言与汇编语言混合编程1、汇编语言编程、汇编语言编程 汇编语言编写的程序，比用高级语言编写的程序执行汇编语言编写的程序，比用高级语言编写的程序执行速度快，要求硬件资源少，常用来编写时钟管理、中断管速度快，要求硬件资源少，常用来编写时钟管理、中断管理、和理、和I/O程序程序,实时功能强。实时功能强。2、高级语言编程、高级语言编程高级语言用来编写计算、图形绘制、显示、打印程序，高级语言用来
25、编写计算、图形绘制、显示、打印程序，运算功能强。运算功能强。在控制系统的应用程序编程中，常采用高级语言与汇在控制系统的应用程序编程中，常采用高级语言与汇编语言混合编程，混合编程的具体实现细节取决于所采用编语言混合编程，混合编程的具体实现细节取决于所采用的集成编译环境。的集成编译环境。返回返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术6.1.3工业控制组态软件工业控制组态软件 传统的控制系统设计方法：传统的控制系统设计方法：硬件设计：芯片选择硬件设计：芯片选择 电路设计电路设计 模块制作模块制作 系统组装系统组装 调试调试 软件设计：手工编程，工作量大，软
26、件通用性差，可软件设计：手工编程，工作量大，软件通用性差，可靠性低。靠性低。目前较复杂的控制系统设计常采用目前较复杂的控制系统设计常采用硬件组态和软硬件组态和软件组态件组态的方法。的方法。软件组态用工业控制组态软件来实现。工业控制组态软件组态用工业控制组态软件来实现。工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术1、组态软件的基本概念、组态软件的基本概念组态软件是监控系统的指挥中心，是监控系统发展的组态软件是监控系统的指挥中心，是监控系统发展的产物。经
27、历了下面五种发展形式：产物。经历了下面五种发展形式：集中式监控系统。集中式监控系统。以单板机为控制装置，与上位机通过以单板机为控制装置，与上位机通过串行口相连，所有模块集中在若干个机柜中。串行口相连，所有模块集中在若干个机柜中。基于模拟仪表的监控系统。基于模拟仪表的监控系统。这类系统以这类系统以“集散式控制系集散式控制系统统DCS”为理论基础，采用成熟的模拟仪表，以为理论基础，采用成熟的模拟仪表，以“传感器、传感器、变送器、控制器和执行机构变送器、控制器和执行机构”为系统模型构成。一个变为系统模型构成。一个变送器或执行机构用一对传输线来单向传送一个送器或执行机构用一对传输线来单向传送一个420
28、mA或或15V模拟信号。控制器可以是工控机、模拟信号。控制器可以是工控机、PLC、直接现场、直接现场控制器和其他控制器和其他A/D采集设备。采集设备。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术基于智能仪表的监控系统。基于智能仪表的监控系统。智能仪表是集遥测、遥控、智能仪表是集遥测、遥控、遥信于一体的多功能监控装置，由软件算法和硬件电遥信于一体的多功能监控装置，由软件算法和硬件电路组成，具有完备的通信联网功能，能通过网络传输路组成，具有完备的通信联网功能，能通过网络传输数据。这类系统一般由监控主机、数据。这类系统一般由监控主机、CPU模块、模块、I/O模块
29、、模块、智能仪表、带电执行机构、智能仪表、带电执行机构、MODBUS网络等组成。网络等组成。基于现场总路线的监控系统。基于现场总路线的监控系统。FCS运用数字通信、计运用数字通信、计算机、自动控制、网络、智能仪表等先进技术，突破算机、自动控制、网络、智能仪表等先进技术，突破传统传统“点对点点对点”模拟信号控制的局限性，具有全分散、模拟信号控制的局限性，具有全分散、开放性、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多开放性、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多接点、多分支等特点。智能仪表、现场总线是接点、多分支等特点。智能仪表、现场总线是FCS的的技术关键。技术关键。中南大学信息科学与工程学院自动化
30、专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术基于计算机网络的监控系统。基于计算机网络的监控系统。采用采用“TCP/IP以太网协以太网协议标准议标准”，系统变得结构清晰、简单、开放性强，建，系统变得结构清晰、简单、开放性强，建模和仿真容易。在该类系统中，直接模和仿真容易。在该类系统中，直接将将I/O设备连到以设备连到以太网或连到与以太网兼容的太网或连到与以太网兼容的I/O数据集中器上，保留以数据集中器上，保留以太网的物理层及数据链路层协议，应用层使用现场总太网的物理层及数据链路层协议，应用层使用现场总线定义的协议。线定义的协议。组态软件（监控组态软件或工控组态软件）组态软件（监控组态软件或
31、工控组态软件）为自动化工程技术人员提供了采用搭积木的方为自动化工程技术人员提供了采用搭积木的方式制作现场控制过程和控制界面的工具。式制作现场控制过程和控制界面的工具。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术组态的概念最早来自组态的概念最早来自“configuration”，其含义是，其含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。组态软件是面向监控与务，满足使用者要求的目的。组态软件是
32、面向监控与数据采集的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使数据采集的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。用方式灵活，功能强大。大部分大部分DCS厂家的组态软件仍是专用的（即与硬厂家的组态软件仍是专用的（即与硬件相关的），不可相互替代。现在，国内已出现了多件相关的），不可相互替代。现在，国内已出现了多家独立软件商，专门从事工业组态软件的开发。他们家独立软件商，专门从事工业组态软件的开发。他们都在设法提供不同厂家、不同设备的对应都在设法提供不同厂家、不同设备的对应I/O驱动模块，驱动模块，使组态软件越来越趋于通用。使组态软件越来越趋于通用。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计
33、算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术2、组态软件的发展背景、组态软件的发展背景组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。在来的。在20世纪世纪60年代，计算机开始涉足工业过程控年代，计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机人员缺乏工厂仪表和工业过程的知制，但由于计算机人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程控制系统在各行业的推广速识，导致计算机工业过程控制系统在各行业的推广速度比较缓慢。度比较缓慢。20世纪世纪70年代初期，微处理器的出现，年代初期，微处理器的出现，促进了计算机控制技术走向成熟。有代表性的产品是促进了计算机控制
34、技术走向成熟。有代表性的产品是1975年美国年美国Honeywell公司推出的世界上第一套公司推出的世界上第一套DCS TDC-2000。而随后的。而随后的20年间，年间，DCS及计算机控制技术及计算机控制技术日趋成熟，得到广泛应用，但软件仍是专用和封闭的。日趋成熟，得到广泛应用，但软件仍是专用和封闭的。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术20世纪世纪80年代中后期，随着个人计算机的普及和年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统（开放系统（Open system）概念的推广，基于个人计算）概念的推广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮
35、大。组态软件机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。组态软件作为个人计算机监控系统的重要组成部分，比作为个人计算机监控系统的重要组成部分，比PC监控监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。目前，多数组的硬件系统具有更为广阔的发展空间。目前，多数组态软件都是在态软件都是在Windows 3.1或或3.2操作系统下逐渐成熟操作系统下逐渐成熟起来的，绝大多数都运行在起来的，绝大多数都运行在Windows 98/NT/XP环境下。环境下。较理想的运行环境是较理想的运行环境是Windows NT或或Windows 2000操操作系统，可靠性和实时性都较好。作系统，可靠性和实时性都较好。中南大学信息科学与工程
36、学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术国外软件商提供的组态软件产品：国外软件商提供的组态软件产品：德国德国Seimens公司的公司的WinCC 美国美国Wonderware公司的公司的Intouch 美国美国Intellution公司的公司的iFix/Fix 美国美国Rockwell公司的公司的RSView 国内自行开发的产品的组态软件产品：国内自行开发的产品的组态软件产品：北京亚控的组态王、三维力控科技的力控、北京亚控的组态王、三维力控科技的力控、昆仑通态的昆仑通态的MCGS、华富的、华富的Controlx中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用
37、程序设计与实现技术3、组态软件的发展趋势、组态软件的发展趋势组态软件作为单独行业出现是历史的必然。组态软件的组态软件作为单独行业出现是历史的必然。组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。现场总线技术的成熟促进了组态软件的应用，给组态软现场总线技术的成熟促进了组态软件的应用，给组态软件带来更多机遇。件带来更多机遇。能够同时兼容多种操作系统平台是组态软件的发展方向能够同时兼容多种操作系统平台是组态软件的发展方向之一。之一。组态软件在嵌入式方案中将发挥更大作用。分为两种：组态软件在嵌入式方案中将发挥更大作用。分为两种：带显示器带显示器/键盘和不带
38、显示器键盘和不带显示器/键盘。键盘。组态软件在组态软件在CIMS（计算机集成制造系统）应用中将起到（计算机集成制造系统）应用中将起到重要作用。重要作用。信息化社会的到来为组态软件拓展了更多的应用领域。信息化社会的到来为组态软件拓展了更多的应用领域。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术4、组态软件的基本结构、组态软件的基本结构一般由系统开发环境和系统运行环境两大部分构一般由系统开发环境和系统运行环境两大部分构成。成。系统开发环境：系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序其控制方案
39、，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。系统开发用系统，供系统运行环境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。序、实时数据库组态程序等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术系统运行环境：系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内
40、存并投入实时运行。系统程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成。如图形界面运行环境由若干个运行程序组成。如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。运行程序、实时数据库运行程序等。组态软件支持在线组态技术，可在不退出组态软件支持在线组态技术，可在不退出系统运行环境的情况下直接进入组态环境并使系统运行环境的情况下直接进入组态环境并使修改后的组态直接生效。修改后的组态直接生效。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术基本组态软件必备的功能组件包括以下四个部基本组态软件必备的功能组件包括以下四个部分：分：应用程序管理器：应用程序管理
41、器：提供应用程序的搜索、备份、提供应用程序的搜索、备份、解压缩、建立新应用等功能的专用管理工具。解压缩、建立新应用等功能的专用管理工具。图形界面开发图形界面开发/运行程序。运行程序。它是一个进行图形它是一个进行图形系统生成工作所依赖的开发环境，通过建立一系统生成工作所依赖的开发环境，通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统。生成的图形目标应用系统可在图形运行系统。生成的图形目标应用系统可在图形运行环境中运行。环境中运行。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术实时数据库系统组态实时数据库系统组态/运
42、行程序：运行程序：较先进的组较先进的组态软件都有独立的实时数据库组件，以提高系态软件都有独立的实时数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是建立实时数据库的组态工具，可以组态程序是建立实时数据库的组态工具，可以定义实时数据库结构、数据来源、数据连接、定义实时数据库结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数，生成目标实时数数据类型及相关的各种参数，生成目标实时数据库。生成的目标实时数据库可在实时数据库据库。生成的目标实时数据库可在实时数据库运行环境中运行。运行环境中运行。I/O驱动程序：驱动程序：是组态软件中必不可少的组
43、成是组态软件中必不可少的组成部分，用于和部分，用于和I/O设备通信，互相交换数据。设备通信，互相交换数据。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术典型的组态软件还应包括下列功能组件：典型的组态软件还应包括下列功能组件：通用数据库接口（通用数据库接口（ODBC）。）。完成组态软件的完成组态软件的实时数据库与通用数据库的互联，实现双向数实时数据库与通用数据库的互联，实现双向数据交换。据交换。策略（控制方案）编辑策略（控制方案）编辑/生成组件。生成组件。具有很强具有很强的逻辑、算术运算能力和丰富的控制算法。的逻辑、算术运算能力和丰富的控制算法。实时通信程序组
44、件。实时通信程序组件。实现与第三方程序的数据实现与第三方程序的数据交换，是组态软件成为开放系统的标志。交换，是组态软件成为开放系统的标志。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术组态软件的基本功能模块：组态软件的基本功能模块：I/O模块；图形界面生成模块；报警模块；模块；图形界面生成模块；报警模块；数据库生成模块（包括实时数据库和历史数据数据库生成模块（包括实时数据库和历史数据库）；策略模块；数据存档与交换模块；报表库）；策略模块；数据存档与交换模块；报表生成模块；网络配置模块。生成模块；网络配置模块。5、组态软件的特点、组态软件的特点实时多任务、接口
45、开放、使用灵活、功能实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠等。多样、运行可靠等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术6、主要解决的问题、主要解决的问题如何与采集、控制设备间进行数据交换；如何与采集、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起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；来；处理数据报警及系统报警；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询；存储历史数据并支持历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，以适应不同应用
46、为使用者提供灵活、多变的组态工具，以适应不同应用领域的需求；领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。具有与第三方程序的接口，方便数据共享。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术7、组态软件的开发环境、组态软件的开发环境组态软件的开发工具以组态软件的开发工具以C+为主，也有少为主，也有少数使用数使用Delphi或或C+Buider。前者开发的产品。前者开发的产品运行效率更高，程序代码较短，运行速度更快，运行效率更高，程序代码较短，运行速度更快，但开发周期要长一些。但开发周期要长一
47、些。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术8、组态软件的一般使用步骤、组态软件的一般使用步骤将所有将所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格，以备在监点的参数收集齐全，并填写表格，以备在监控组态软件和控组态软件和PLC上组态时使用。上组态时使用。搞清楚所使用的搞清楚所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口类型，采用的通信协议，以便在定义的通信接口类型，采用的通信协议，以便在定义I/O设设备时做出准确选择。备时做出准确选择。将所有将所有I/O点的点的I/O标识收集，并填写表格。标识收集，并填写表格。I/O标识是
48、标识是唯一确定一个唯一确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向点的关键字，组态软件通过向I/O设设备发出备发出I/O标识来请求其对应的数据。标识来请求其对应的数据。根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术接照第接照第1步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。各种变量参数。根据第根据第1、3步的统计结果，在实时数据库中建立实时步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量与数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据
49、连接。点的一一对应关系，即定义数据连接。根据第根据第4步的画面结构和画面草图，组态第一幅静态的步的画面结构和画面草图，组态第一幅静态的操作画面（主要是绘图）。操作画面（主要是绘图）。将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画属性和幅度。连接关系，规定动画属性和幅度。对组态内容进行分段和总体调试。对组态内容进行分段和总体调试。系统投入运行。系统投入运行。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术下面演示的是一些商品化的工控软件组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
50、贝图片，以态图片、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及代表工控软件发展趋势的基于Web技术的技术的HMI（Human Machine Interface）。）。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第六章应用程序设计与实现技术中南大
