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1、计算机控制系统软件设计算机控制系统软件设计计本讲稿第一页，共七十三页7.1 程序设计技术 7.1.1 7.1.1 模块化与结构化程序设计模块化与结构化程序设计模块化与结构化程序设计模块化与结构化程序设计 7.1.2 7.1.2 面向过程与面向对象的程序设计面向过程与面向对象的程序设计面向过程与面向对象的程序设计面向过程与面向对象的程序设计 7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 高级语言高级语言I/OI/OI/OI/O控制台编程控制台编程控制台编程控制台编程 本讲稿第二页，共七十三页7.1.1 7.1.1 模块化与结构化程序设计模块化与结构化程序设计1.1.模块化程序设计模块化程序设计
2、2.2.结构化程序设计结构化程序设计一个完整的程序设计过程可以用左图来说明。一个完整的程序设计过程可以用左图来说明。首先要分析用户的要求，这大约占整个程序首先要分析用户的要求，这大约占整个程序设计工作量的设计工作量的10%10%；然后编写程序的说明，这大约也占然后编写程序的说明，这大约也占10%10%；接着进行程序的设计与编码，这大约占接着进行程序的设计与编码，这大约占30%30%左左右，其中设计与编码几乎各占右，其中设计与编码几乎各占15%15%；最后进行测试和调试，这要花费整个程序设计最后进行测试和调试，这要花费整个程序设计工作量的工作量的40%40%以上。以上。本讲稿第三页，共七十三页1
3、.1.模块化程序设计模块化程序设计 （1 1）自底向上模块化设计）自底向上模块化设计）自底向上模块化设计）自底向上模块化设计 首先对最低层模块进行编码、测试和调试。这些模块正首先对最低层模块进行编码、测试和调试。这些模块正首先对最低层模块进行编码、测试和调试。这些模块正首先对最低层模块进行编码、测试和调试。这些模块正常工作后，就可以用它们来开发较高层的模块。这种方法是常工作后，就可以用它们来开发较高层的模块。这种方法是常工作后，就可以用它们来开发较高层的模块。这种方法是常工作后，就可以用它们来开发较高层的模块。这种方法是汇编语言设计常用的方法。汇编语言设计常用的方法。汇编语言设计常用的方法。汇
4、编语言设计常用的方法。（2 2 2 2）自顶向下模块化设计）自顶向下模块化设计）自顶向下模块化设计）自顶向下模块化设计 首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测试这些最首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测试这些最首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测试这些最首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测试这些最高层模块，可以用高层模块，可以用高层模块，可以用高层模块，可以用“结点结点结点结点”来代替还未编码的较低层模块，来代替还未编码的较低层模块，这些这些“结点结点”的输入和输出满足程序的说明部分要求，的输入和输出满足程序的说明部分要求，但功能少得多。但功能少得多。该方法一般适合用高级语言来设
5、计程序。该方法一般适合用高级语言来设计程序。本讲稿第四页，共七十三页2.2.结构化程序设计结构化程序设计只用三种基本的只用三种基本的控制结构就能实控制结构就能实现任何单入口单现任何单入口单出口的程序。这出口的程序。这三种基本的控制三种基本的控制结构是结构是“顺序顺序顺序顺序”、“选择选择选择选择”、“循循环环”。如右图所。如右图所示。示。本讲稿第五页，共七十三页7.1.2 7.1.2 面向过程与面向对象的程序设计面向过程与面向对象的程序设计 1.1.1.1.面向过程的程序设计及其局限性面向过程的程序设计及其局限性面向过程的程序设计及其局限性面向过程的程序设计及其局限性2.2.面向对象的程序设计
6、面向对象的程序设计面向对象的程序设计面向对象的程序设计 以上两种方法在概念上存在以下主要区别：以上两种方法在概念上存在以下主要区别：以上两种方法在概念上存在以下主要区别：以上两种方法在概念上存在以下主要区别：（1 1 1 1）模块与对象）模块与对象）模块与对象）模块与对象 （2 2 2 2）过程调用和消息传递）过程调用和消息传递）过程调用和消息传递）过程调用和消息传递 （3 3）类型和类）类型和类）类型和类）类型和类 （4 4 4 4）静态链接和动态链接）静态链接和动态链接 本讲稿第六页，共七十三页7.1.3 7.1.3 高级语言高级语言I/OI/O控制台编程控制台编程 对于对于对于对于PCP
7、CPCPC总线工业控制机，我们以总线工业控制机，我们以总线工业控制机，我们以总线工业控制机，我们以Turbo CTurbo CTurbo CTurbo C为例来说明其访问为例来说明其访问为例来说明其访问为例来说明其访问I/OI/OI/OI/O端口端口端口端口的编程。的编程。的编程。的编程。Turbo CTurbo CTurbo CTurbo C通常有库函数，允许直接访问通常有库函数，允许直接访问通常有库函数，允许直接访问通常有库函数，允许直接访问I/OI/OI/OI/O端口，头文件端口，头文件端口，头文件端口，头文件conio.hconio.hconio.hconio.h中定义了中定义了中定义
8、了中定义了I/OI/OI/OI/O端口例程。端口例程。端口例程。端口例程。例如：例如：例如：例如：a=inportw(0 x210)a=inportw(0 x210)a=inportw(0 x210)a=inportw(0 x210)b=b=b=b=inportb(0 x220)inportb(0 x220)inportb(0 x220)inportb(0 x220)第一条指令表示将端口第一条指令表示将端口第一条指令表示将端口第一条指令表示将端口210H210H210H210H的的的的16161616位二进制数位二进制数位二进制数位二进制数(一个字一个字一个字一个字)输入给变量输入给变量输入给
9、变量输入给变量a a a a，第二条指令表示将端口第二条指令表示将端口第二条指令表示将端口第二条指令表示将端口220H220H220H220H的的的的8 8 8 8位二进制数位二进制数位二进制数位二进制数(一个字节一个字节一个字节一个字节)输入给变量输入给变量输入给变量输入给变量b b b b。在在在在C C C C语言中，语言中，语言中，语言中，0 x0 x0 x0 x起头的是起头的是起头的是起头的是16161616进制数。进制数。进制数。进制数。又如：又如：又如：又如：outportw(0 x230,0 x3435)outportw(0 x230,0 x3435)outportw(0 x2
10、30,0 x3435)outportw(0 x230,0 x3435)outportb(0 x240,0 x26)outportb(0 x240,0 x26)outportb(0 x240,0 x26)outportb(0 x240,0 x26)第一条指令表示将二字节数第一条指令表示将二字节数第一条指令表示将二字节数第一条指令表示将二字节数3435H3435H3435H3435H输出到端口输出到端口输出到端口输出到端口230H230H230H230H中，第二条指令中，第二条指令中，第二条指令中，第二条指令表示将单字节数表示将单字节数表示将单字节数表示将单字节数26H26H26H26H输出到端口
11、输出到端口输出到端口输出到端口240H240H240H240H中。中。中。中。本讲稿第七页，共七十三页7.2 7.2 人机接口（人机接口（HMI/SCADAHMI/SCADA）技术）技术7.2.1 HMI/SCADA7.2.1 HMI/SCADA的含义的含义7.2.2 7.2.2 基于工业控制组态软件设计人机交互界面基于工业控制组态软件设计人机交互界面7.2.3 7.2.3 基于基于基于基于VB/VC+VB/VC+语言设计人机交互界面语言设计人机交互界面本讲稿第八页，共七十三页7.2.1 HMI/SCADA7.2.1 HMI/SCADA的含义的含义 HMIHMIHMIHMI（Human Mac
12、hine InterfaceHuman Machine InterfaceHuman Machine InterfaceHuman Machine Interface）广义的解释就是）广义的解释就是）广义的解释就是）广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口”。一般。一般。一般。一般而言，而言，而言，而言，HMIHMIHMIHMI系统必须有几项基本的能力：系统必须有几项基本的能力：系统必须有几项基本的能力：系统必须有几项基本的能力：n n 实时资
13、料趋势显示实时资料趋势显示实时资料趋势显示实时资料趋势显示n n 历史资料趋势显示历史资料趋势显示历史资料趋势显示历史资料趋势显示n n 自动记录资料自动记录资料自动记录资料自动记录资料n n 警报的产生与记录警报的产生与记录警报的产生与记录警报的产生与记录n n 报表的产生与打印报表的产生与打印报表的产生与打印报表的产生与打印n n 图形接口控制图形接口控制图形接口控制图形接口控制本讲稿第九页，共七十三页 凡是具有系统监控和数据采集功能的软件，都可称为凡是具有系统监控和数据采集功能的软件，都可称为凡是具有系统监控和数据采集功能的软件，都可称为凡是具有系统监控和数据采集功能的软件，都可称为 S
14、CADA(Supervisor Control And Data Acqusition)SCADA(Supervisor Control And Data Acqusition)SCADA(Supervisor Control And Data Acqusition)SCADA(Supervisor Control And Data Acqusition)软件。软件。软件。软件。SCADASCADA软件和硬件设备的连接方式主要可归纳为三种：软件和硬件设备的连接方式主要可归纳为三种：软件和硬件设备的连接方式主要可归纳为三种：软件和硬件设备的连接方式主要可归纳为三种：(1)(1)(1)(1)标准通
15、讯协议。标准通讯协议。标准通讯协议。标准通讯协议。(2)(2)(2)(2)标准的资料交换接口。标准的资料交换接口。(3)(3)绑定驱动绑定驱动绑定驱动绑定驱动(Native driver)(Native driver)(Native driver)(Native driver)。本讲稿第十页，共七十三页7.2.2 基于工业控制组态软件设计人机交互界面1 1 1 1控制组态控制组态控制组态控制组态 2 2 2 2图形生成系统图形生成系统图形生成系统图形生成系统3 3显示组态显示组态显示组态显示组态 计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件计算机控制系统的组态功能可分为两个主要
16、方面，即硬件组态和软件组态。组态。硬件组态常以总线式硬件组态常以总线式(PC(PC总线或总线或STDSTD总线总线)工业控制机为主进行选择工业控制机为主进行选择和配置。和配置。工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控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制软件 。组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：控制组态、组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：控制组态、图形生成系统、显示组态、图形生成系统、显示组态、I IO O通道登记、单位名称登记、趋势曲线登通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共记、报警系统登记、报
17、表生成系统共8 8个方面的内容。个方面的内容。本讲稿第十一页，共七十三页1.1.控制组态控制组态 控制算法的组态生成在软件上可以分为两种实现方式：控制算法的组态生成在软件上可以分为两种实现方式：控制算法的组态生成在软件上可以分为两种实现方式：控制算法的组态生成在软件上可以分为两种实现方式：一一一一种种种种方方方方式式式式是是是是采采采采用用用用模模块块宏宏的的方方式式，即即即即一一一一个个个个控控控控制制制制规规规规律律律律模模模模块块块块(如如如如PIDPIDPIDPID运运运运算算算算)对对对对应应应应一一一一个个个个宏宏宏宏命命命命令令令令(子子程程序序)，在在在在组组组组态态态态生生生
18、生成成成成时时时时，每每每每用用用用到到到到一一一一个个个个控控控控制制制制模模模模块块块块，则则则则组组组组态态态态生生生生成成成成控控控控制制制制算算算算法法法法，产产产产生生生生的的的的执执执执行行行行文文文文件中就将该宏所对应的算法换入执行文件。件中就将该宏所对应的算法换入执行文件。件中就将该宏所对应的算法换入执行文件。件中就将该宏所对应的算法换入执行文件。另另另另一一一一种种种种常常常常用用用用的的的的方方方方式式式式是是是是将将将将各各各各控控控控制制制制算算算算法法法法编编编编成成成成各各各各个个个个独独独独立立立立的的的的可可可可以以以以反反反反复复复复调调调调用用用用的的的的
19、功功功功能能能能模模模模块块块块，对对对对应应应应每每每每一一一一模模模模块块块块有有有有一一一一个个个个数数数数据据据据结结结结构构构构，该该该该数数数数据据据据结结结结构构构构定定定定义义义义了了了了该该该该控控控控制制制制算算算算法法法法所所所所需需需需要要要要的的的的各各各各个个个个参参参参数数数数。因因因因此此此此，只只只只要要要要这这这这些些些些参参参参数数数数定定定定义义义义了了了了，控控控控制制制制规规规规律律律律就就就就定定定定了了了了。有有有有了了了了这这这这些些些些算算算算法法法法模模模模块块块块，就就就就可可可可以生成绝大多数的控制功能。以生成绝大多数的控制功能。以生成
20、绝大多数的控制功能。以生成绝大多数的控制功能。本讲稿第十二页，共七十三页2.2.图形生成系统图形生成系统 计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的人人人人机机机机界界界界面面面面越越越越来来来来越越越越多多多多地地地地采采采采用用用用图图图图形形形形显显显显示示示示技技技技术术术术。图图图图形形形形画画画画面面面面主主主主要要要要是是是是用用用用来来来来监监监监视视视视生生生生产产产产过过过过程程程程的的的的状状状状况况况况，并并并并可可可可通通通通过过过过对对对对画画画画面面面面上上上上对对对对象的操作，实现对生产过程的控制。象的操作，实现对生产过程的控制。象的操作，
21、实现对生产过程的控制。象的操作，实现对生产过程的控制。图图形形画画面面一一般般有有两两种种即即静静态态画画面面(或或背背景景画画面面)和和和和动动动动态态态态画面。画面。画面。画面。静静态态画画面面一一般般用用来来反反映映监监视视对对象象的的环环境境和和相相互互关关系系，它的显示是不随时间的变化的。它的显示是不随时间的变化的。动动动动态态态态画画画画面面面面一一一一般般般般用用用用以以以以反反反反映映映映被被被被监监监监视视视视对对对对象象象象和和和和被被被被控控控控对对对对象象象象的的的的状状状状态态态态和和和和数数数数值值值值等等等等，它它它它在在在在显显显显示示示示过过过过程程程程中中中
22、中是是是是随随随随现现现现场场场场被被被被监监监监控控控控对对对对象象象象的的的的变变变变化化化化而而而而变变变变化化化化的的的的。在在在在生生生生成成成成图图图图形形形形画画画画面面面面时时时时，不不不不但但但但要要要要有有有有静静静静态态态态画画画画面面面面，而而而而且且且且还还还还要要要要有有有有“活活”的的的的部部部部分分分分即即即即动态画面。动态画面。动态画面。动态画面。本讲稿第十三页，共七十三页3.3.显示组态显示组态 (1)(1)(1)(1)选择模拟显示表选择模拟显示表选择模拟显示表选择模拟显示表 (2)(2)定义模拟显示表定义模拟显示表 (3)(3)(3)(3)显示登记法显示登
23、记法 (4)I(4)I(4)I(4)IO O通道登记通道登记通道登记通道登记 (5)(5)(5)(5)单位名称登记单位名称登记单位名称登记单位名称登记 (6)(6)(6)(6)趋势曲线登记趋势曲线登记趋势曲线登记趋势曲线登记 (7)(7)报警系统登记报警系统登记报警系统登记报警系统登记 (8)(8)(8)(8)报表生成系统报表生成系统报表生成系统报表生成系统 计算机控制系统的画面显示一般分为三级即总貌画面、组貌画面、回路计算机控制系统的画面显示一般分为三级即总貌画面、组貌画面、回路画面。若想构成这些画面，就要进行显示组态操作。画面。若想构成这些画面，就要进行显示组态操作。显示组态操作包括选择模
24、拟显示表、定义显示表及显示登记方法等操作。显示组态操作包括选择模拟显示表、定义显示表及显示登记方法等操作。本讲稿第十四页，共七十三页(1)(1)选择模拟显示表选择模拟显示表 由于计算机控制系统显示画面常采用各种模拟显由于计算机控制系统显示画面常采用各种模拟显示表来显示测量值、设定值和输出值，因此，显示组示表来显示测量值、设定值和输出值，因此，显示组态一般可用态一般可用6 6种模拟显示表，即调节控制表、报警种模拟显示表，即调节控制表、报警显示表、阀位操作表、监视操作表、比率设定表、显示表、阀位操作表、监视操作表、比率设定表、流量累计表。流量累计表。本讲稿第十五页，共七十三页返回本讲稿第十六页，共
25、七十三页返回（2 2 2 2）选择了回路的模拟显示表后，尚须对显示表的每一个参）选择了回路的模拟显示表后，尚须对显示表的每一个参）选择了回路的模拟显示表后，尚须对显示表的每一个参）选择了回路的模拟显示表后，尚须对显示表的每一个参数进行确定，并在画面上设定相应的值。数进行确定，并在画面上设定相应的值。数进行确定，并在画面上设定相应的值。数进行确定，并在画面上设定相应的值。本讲稿第十七页，共七十三页(3)(3)显示登记法显示登记法 显示登记法是进入系统显示登记画面。选择过程显示登记法是进入系统显示登记画面。选择过程控制站站号及工作方式；登记控制组号、组名，该组控制站站号及工作方式；登记控制组号、组
26、名，该组员的回路号，进行分组登记操作；显示表登记员的回路号，进行分组登记操作；显示表登记(登记每登记每登记每登记每一个控制回路所用的模拟显示表一个控制回路所用的模拟显示表一个控制回路所用的模拟显示表一个控制回路所用的模拟显示表)；将显示登记文件存入；将显示登记文件存入；将显示登记文件存入；将显示登记文件存入后备文件或打印。后备文件或打印。后备文件或打印。后备文件或打印。本讲稿第十八页，共七十三页（4 4 4 4）I I I IO O O O通道登记通道登记通道登记通道登记 计算机控制系统能支持多种类型的信号输入和输出。计算机控制系统能支持多种类型的信号输入和输出。计算机控制系统能支持多种类型的
27、信号输入和输出。计算机控制系统能支持多种类型的信号输入和输出。从生产过程来看，每一输入输出都有不同的名称和意义，从生产过程来看，每一输入输出都有不同的名称和意义，从生产过程来看，每一输入输出都有不同的名称和意义，从生产过程来看，每一输入输出都有不同的名称和意义，因此需将输入输出定义成特定的含义，这就是因此需将输入输出定义成特定的含义，这就是因此需将输入输出定义成特定的含义，这就是因此需将输入输出定义成特定的含义，这就是I I I IO O O O通道通道通道通道登记。登记。登记。登记。I I I IO O O O通道主要是模拟量通道主要是模拟量通道主要是模拟量通道主要是模拟量I I I IO
28、O O O和开关量和开关量I IO O O O等通道。等通道。等通道。等通道。本讲稿第十九页，共七十三页本讲稿第二十页，共七十三页（5 5）单位名称登记）单位名称登记 对系统各种画面中需要显示的工程单位对系统各种画面中需要显示的工程单位名称采用登记的方法，可使用中英文一切符名称采用登记的方法，可使用中英文一切符号，登记生成自己特有的单位名称，主要登号，登记生成自己特有的单位名称，主要登记编号和单位名。记编号和单位名。本讲稿第二十一页，共七十三页 系系系系统统统统的的的的硬硬硬硬盘盘盘盘中中中中保保保保存存存存有有有有三三三三种种种种趋趋趋趋势势势势曲曲曲曲线线线线数数数数据据据据，即即即即当当
29、当当天天天天的的的的、昨天的和历史的数据。昨天的和历史的数据。昨天的和历史的数据。昨天的和历史的数据。当当当当天天天天的的的的趋趋趋趋势势势势曲曲曲曲线线线线数数数数据据据据，系系系系统统统统以以以以一一一一定定定定的的的的周周周周期期期期将将将将数数数数据据据据保保保保存存存存起起起起来来来来。到到到到第第第第二二二二天天天天就就就就 将将将将当当当当天天天天的的的的数数数数据据据据覆覆覆覆盖盖盖盖昨昨昨昨天天天天的的的的数数数数据据据据。历历历历史史史史数数数数据据据据是是是是当当当当你你你你需需需需要要要要某某某某天天天天的的的的数数数数据据据据时时时时，从从从从硬硬硬硬盘盘盘盘拷拷拷拷
30、贝贝贝贝到到到到软软软软盘盘盘盘保保保保存存存存起起起起来来来来。趋势曲线的规格主要有：趋势曲线幅数、趋势曲趋势曲线的规格主要有：趋势曲线幅数、趋势曲线每幅条数、每条时间、显示精度。趋势曲线登记表线每幅条数、每条时间、显示精度。趋势曲线登记表的内容主要有：幅号、幅名、编号、颜色、曲线名称、的内容主要有：幅号、幅名、编号、颜色、曲线名称、来源、工程量上限和下限。来源、工程量上限和下限。（6 6 6 6）趋势曲线登记）趋势曲线登记）趋势曲线登记）趋势曲线登记本讲稿第二十二页，共七十三页返回本讲稿第二十三页，共七十三页报报报报警警警警显显显显示示示示画画画画面面面面分分分分成成成成三三三三级级级级即
31、即即即报报报报警警警警概概概概况况况况画画画画面面面面、报报报报警警警警信信信信息息息息画画画画面面面面、报报报报警画面。警画面。警画面。警画面。报报警警概概况况画画面面是是第第一一级级，它它显显示示系系统统中中所所有有报报警警点点的名称和报警次数；的名称和报警次数；报报报报警警警警信信信信息息息息画画画画面面面面是是是是第第第第二二二二级级级级，它它它它是是是是第第第第一一一一级级级级画画画画面面面面的的的的展展展展开开开开与与与与细细细细化化化化，可可可可调调调调出出出出相相相相应应应应报报报报警警警警信信信信息息息息画画画画面面面面，即即即即可可可可观观观观察察察察到到到到报报报报警警警
32、警时时时时间间间间，消警时间，报警点名称和报警原因等；消警时间，报警点名称和报警原因等；消警时间，报警点名称和报警原因等；消警时间，报警点名称和报警原因等；报报报报警警警警画画画画面面面面是是是是第第第第三三三三级级级级，可可可可调调调调出出出出与与与与报报报报警警警警点点点点相相相相应应应应的的的的各各各各显显显显示示示示画画画画面，包括总貌画面、组画面、回路画面、趋势曲线画面等。面，包括总貌画面、组画面、回路画面、趋势曲线画面等。面，包括总貌画面、组画面、回路画面、趋势曲线画面等。面，包括总貌画面、组画面、回路画面、趋势曲线画面等。为了完成报警登记，还要填写登记表。内容包括：编号、为了完成
33、报警登记，还要填写登记表。内容包括：编号、名称、原因类型、原因参数、画面类型、画面参数。名称、原因类型、原因参数、画面类型、画面参数。(7)(7)(7)(7)报警系统登记报警系统登记本讲稿第二十四页，共七十三页返回本讲稿第二十五页，共七十三页（8 8）报表生成系统）报表生成系统 报表生成系统用于系统的报表及打印输报表生成系统用于系统的报表及打印输出。因而报表系统主要功能是定义各种报表出。因而报表系统主要功能是定义各种报表的数据来源、运算方式以及报表打印格式和的数据来源、运算方式以及报表打印格式和时间特性。时间特性。本讲稿第二十六页，共七十三页返回本讲稿第二十七页，共七十三页7.2.3 7.2.
34、3 基于基于VB/VC+VB/VC+语言设计人机交互界面语言设计人机交互界面1.Visual Basic1.Visual Basic2.VC+2.VC+本讲稿第二十八页，共七十三页7.3 7.3 测量数据预处理技术测量数据预处理技术 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 误差自动校准误差自动校准误差自动校准误差自动校准 7.3.2 7.3.2 线性化处理和非线性补偿线性化处理和非线性补偿线性化处理和非线性补偿线性化处理和非线性补偿 7.3.3 7.3.3 标度变换方法标度变换方法标度变换方法标度变换方法 7.3.4 7.3.4 7.3.4 7.3.4 越限报警处理越限报警处理越限报警
35、处理越限报警处理 传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用A AD D转换器把转换器把模拟信号变成数字信号，读入计算机中。模拟信号变成数字信号，读入计算机中。对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有线性化处理线性化处理、标度变换标度变换和和误差自动校准误差自动校准。本讲稿第二十九页，共七十三页7.3.1 7.3.1 误差自动校准误差自动校准定义：定义：定义：定义：系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的系统误差是指在相同
36、条件下，经过多次测量，误差的系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值数值数值数值(包括大小符号包括大小符号包括大小符号包括大小符号)保持恒定，或按某种已知的规律变化的误保持恒定，或按某种已知的规律变化的误保持恒定，或按某种已知的规律变化的误保持恒定，或按某种已知的规律变化的误差。差。差。差。特点：特点：特点：特点：在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的，在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的，产生误差的原因一般也是知道的。产生误差的原因一般也是知道的。方法：方法：偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序来实现，称偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序来实现，称偏移校准在实际
37、中应用最多，并且常采用程序来实现，称偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序来实现，称为数字调零。为数字调零。为数字调零。为数字调零。调零电路的实现：调零电路的实现：调零电路的实现：调零电路的实现：在测量时，先把多路输入接到所需测量的一在测量时，先把多路输入接到所需测量的一在测量时，先把多路输入接到所需测量的一在测量时，先把多路输入接到所需测量的一组输入电压上进行测量，测出这时的输入值为组输入电压上进行测量，测出这时的输入值为组输入电压上进行测量，测出这时的输入值为组输入电压上进行测量，测出这时的输入值为x x x x1 1 1 1,然后把多路开然后把多路开然后把多路开然后把多路开关的输入接地
38、，测出零输入时关的输入接地，测出零输入时关的输入接地，测出零输入时关的输入接地，测出零输入时A AD D D D转换器的输出为转换器的输出为x x x x0 0 0 0，用，用，用，用x x x x1 1减减减减去去去去x x x x0 0即为实际输入电压即为实际输入电压即为实际输入电压即为实际输入电压x x x x。除了数字调零外，还可以采用偏移和增益误差的自动除了数字调零外，还可以采用偏移和增益误差的自动校准。校准。本讲稿第三十页，共七十三页1.1.1.1.全自动校准全自动校准全自动校准全自动校准 采用这种方法测得的采用这种方法测得的V V与放大器的漂移和增益变化无关，与与放大器的漂移和增
39、益变化无关，与V V和和R R的精度也无关。这样可大大提高测量精度，降低对电路器件的要求。的精度也无关。这样可大大提高测量精度，降低对电路器件的要求。本讲稿第三十一页，共七十三页2.人工自动校准 人人人人工工工工自自自自动动动动校校校校准准准准的的的的原原原原理理理理是是是是由由由由人人人人工工工工在在在在需需需需要要要要时时时时接接接接入入入入标标标标准准准准的的的的参参参参数数数数进进进进行行行行校校校校准准准准测测测测量量量量，把把把把测测测测得得得得的的的的数数数数据据据据存存存存贮贮贮贮起起起起来来来来，供供供供后后后后使使使使用用用用。一一一一般般般般人人人人工工工工自自自自动动动
40、动校校校校准准准准只只只只测测测测一一一一个个个个标标标标准准准准输输输输入入入入信信信信号号号号y y y yR R R R，零零零零信信信信号号号号的的的的补补补补偿偿偿偿由由由由数数数数字字字字调调调调零零零零来来来来完完完完成成成成。设设设设数数数数字字字字调调调调零零零零后后后后测测测测出出出出的的的的数数数数据据据据分分分分别为别为别为别为x x x xR R R R(接校准输入接校准输入接校准输入接校准输入y y y yR R R R时时时时)和和和和x(x(x(x(接被测输入接被测输入接被测输入接被测输入y y y y时时时时)，则可按下式来计算，则可按下式来计算，则可按下式来
41、计算，则可按下式来计算y y y y。如如如如果果果果在在在在校校校校准准准准时时时时，计计计计算算算算并并并并存存存存放放放放y y y yR R R Rx x x xR R R R的的的的值值值值，则则则则测测测测量量量量校校校校准准准准时时时时，只只只只需需需需行行行行一次乘法即可。一次乘法即可。一次乘法即可。一次乘法即可。人人人人工工工工自自自自动动动动校校校校准准准准特特特特别别别别适适适适于于于于传传传传感感感感器器器器特特特特性性性性随随随随时时时时间间间间会会会会发发发发生生生生变变变变化化化化的的的的场场场场合合合合。如如如如常常常常用的湿敏电容等湿度传感器。用的湿敏电容等湿
42、度传感器。用的湿敏电容等湿度传感器。用的湿敏电容等湿度传感器。本讲稿第三十二页，共七十三页7.3.2 7.3.2 线性化处理和非线性补偿线性化处理和非线性补偿1 1 1 1铂热电阻的阻值与温度的关系铂热电阻的阻值与温度的关系铂热电阻的阻值与温度的关系铂热电阻的阻值与温度的关系 2 2 2 2热电偶的热电势与温度的关系热电偶的热电势与温度的关系热电偶的热电势与温度的关系热电偶的热电势与温度的关系 3 3孔板差压与流量的关系孔板差压与流量的关系孔板差压与流量的关系孔板差压与流量的关系4 4 4 4气体体积流量的非线性补偿气体体积流量的非线性补偿气体体积流量的非线性补偿气体体积流量的非线性补偿 本讲
43、稿第三十三页，共七十三页7.3.3 标度变换方法 计算机控制系统在读入被测模拟信号并转换成数字量计算机控制系统在读入被测模拟信号并转换成数字量后，往往要转换成操作人员所熟悉的工程值。这是因为被后，往往要转换成操作人员所熟悉的工程值。这是因为被测量对象的各种数据的量纲与测量对象的各种数据的量纲与A AD D转换的输入值是不一样的。转换的输入值是不一样的。转换的输入值是不一样的。转换的输入值是不一样的。例如，压力的单位为例如，压力的单位为例如，压力的单位为例如，压力的单位为PaPaPaPa，流量的单位为，流量的单位为，流量的单位为，流量的单位为m m m m3 3 3 3h h，温度的单位为，温度
44、的单位为，温度的单位为，温度的单位为等。这些参数经传感器和等。这些参数经传感器和等。这些参数经传感器和等。这些参数经传感器和A A A AD D D D转换后得到一系列的数码，转换后得到一系列的数码，这些数码值并不一定等于原来带有量纲的参数值，它仅仅这些数码值并不一定等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数值的大小，故必须把它转换成带有量纲的数值对应于参数值的大小，故必须把它转换成带有量纲的数值后才能运算、显示或打印输出，这种转换就是标度变换。后才能运算、显示或打印输出，这种转换就是标度变换。标度变换有各种类型，它取决于被测参数的传感器的类型，标度变换有各种类型，它取决于被测参数的传感器的类
45、型，标度变换有各种类型，它取决于被测参数的传感器的类型，标度变换有各种类型，它取决于被测参数的传感器的类型，应根据实际要求来选用适当的标度变换方法。应根据实际要求来选用适当的标度变换方法。应根据实际要求来选用适当的标度变换方法。应根据实际要求来选用适当的标度变换方法。1 1线性变换公式线性变换公式 2 2公式转换法公式转换法 3 3其它标度变换法其它标度变换法 本讲稿第三十四页，共七十三页 1.1.线性变换公式线性变换公式 Y=(YY=(YY=(YY=(Ymaxmaxmaxmax-Y-Y-Y-Yminmin)(X-N)(X-N)(X-N)(X-Nminminminmin)(N(N(N(Nmax
46、maxmaxmax-N-N-N-Nminmin)+Y)+Yminmin Y Y Y Y表表表表示示示示参参参参数数数数测测测测量量量量值值值值，Y Y Y Ymaxmaxmaxmax表表示示参参数数量量程程最最大大值值，Y Y Y Yminminminmin表表表表示示示示参参参参数数数数量量量量程程程程最最最最小小小小值值值值，N N N Nmaxmaxmaxmax表表表表示示示示 Y Y Y Ymaxmax对对对对应应应应的的的的A AD D转转转转换换换换后后后后的的的的输输输输入入入入值值值值，N Nminminminmin表表示示量量程程起起点点Y Y Y Yminminminmin
47、对对对对应应应应的的的的A A A AD D D D转转换换后后的的输输入入值值，X X X X表表示示测量值测量值Y Y Y Y对应的对应的对应的对应的A A A AD D D D转换值。转换值。转换值。转换值。2.2.2.2.公式转换法公式转换法 有些传感器测出的数据与实际的参数不是线性关系，它们有些传感器测出的数据与实际的参数不是线性关系，它们有些传感器测出的数据与实际的参数不是线性关系，它们有些传感器测出的数据与实际的参数不是线性关系，它们有着由传感器和测量方法决定的函数关系，并且这些函数关有着由传感器和测量方法决定的函数关系，并且这些函数关有着由传感器和测量方法决定的函数关系，并且这
48、些函数关有着由传感器和测量方法决定的函数关系，并且这些函数关系可用解析式来表示，这时我们可采用直接按解析式来计算。系可用解析式来表示，这时我们可采用直接按解析式来计算。系可用解析式来表示，这时我们可采用直接按解析式来计算。系可用解析式来表示，这时我们可采用直接按解析式来计算。3.3.3.3.其它标度变换法其它标度变换法其它标度变换法其它标度变换法 许多非线性传感器并不象上面讲的流量传感器那样，可许多非线性传感器并不象上面讲的流量传感器那样，可许多非线性传感器并不象上面讲的流量传感器那样，可许多非线性传感器并不象上面讲的流量传感器那样，可以写出一个简单的公式，或者虽然能够写出，但计算相当以写出一
49、个简单的公式，或者虽然能够写出，但计算相当以写出一个简单的公式，或者虽然能够写出，但计算相当以写出一个简单的公式，或者虽然能够写出，但计算相当困难。这时可采用多项式插值法，也可以用线性插值法或困难。这时可采用多项式插值法，也可以用线性插值法或困难。这时可采用多项式插值法，也可以用线性插值法或困难。这时可采用多项式插值法，也可以用线性插值法或查表进行标度变换。查表进行标度变换。查表进行标度变换。查表进行标度变换。本讲稿第三十五页，共七十三页7.3.4 7.3.4 越限报警处理越限报警处理 越越越越限限限限报报报报警警警警是是是是工工工工业业业业控控控控制制制制过过过过程程程程常常常常见见见见而而
50、而而又又又又实实实实用用用用的的的的一一一一种种种种报报报报警警警警形形形形式式式式，它它它它分分分分为为为为上上上上限限限限报报报报警警警警、下下下下限限限限报报报报警警警警及及及及上上上上下下下下限限限限报报报报警警警警。如如如如果果果果需需需需要要要要判判判判断断断断的的的的报报报报警警警警参参参参数数数数是是是是x x x xn n n n，该该该该参参参参数数数数的的的的上上上上下下下下限限限限约约约约束束束束值值值值分分分分别别别别是是是是x x x xmaxmaxmaxmax和和和和x x x xminminminmin，则则则则上上上上下下下下限限限限报报报报警警警警的的的的物