控制軟件設(shè)計(jì)論文精選(九篇)

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第1篇：控制軟件設(shè)計(jì)論文范文

    本文根據(jù)中小型油庫(kù)發(fā)油系統(tǒng)控制管理發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)中小型油庫(kù)發(fā)油系統(tǒng) 中所存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了中小型油庫(kù)自動(dòng)化發(fā)油系統(tǒng),編寫(xiě)了上位機(jī)監(jiān)控軟 件和下位機(jī) PLC 控制程序及管理軟件。 在中小型油庫(kù)發(fā)油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中我主要完成了下面的工作:

    (1)根據(jù)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要求:對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。構(gòu)建了以通用 PC 機(jī) 為上位機(jī),可編程序控制器(S7-200PLC)為下位機(jī)的控制系統(tǒng)。

    (2)控制軟件編程:控制軟件采用自適應(yīng)設(shè)計(jì),使系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)揮到最佳 狀態(tài)。采用提前量自整定的控制算法并編寫(xiě)了 PLC 程序,實(shí)現(xiàn)了提高了發(fā)油精 度的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

    (3)組態(tài)軟件設(shè)計(jì):利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)控制。 

    由于時(shí)間有限,本課題難免存在一些不足,需在以后的研究中進(jìn)一步完善。 后續(xù)工作應(yīng)集中在以下幾方面:

    (1)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)中小型油庫(kù)而設(shè)計(jì)的,總的發(fā)油鶴位小于十個(gè), 如果油庫(kù)的規(guī)模再大些,可以采用 S7-300PLC 作控制主站,S7-200PLC 通過(guò) PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)掛接在 S7-300 上作為控制從站,形成 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的適應(yīng)能力會(huì)更強(qiáng)大。

    (2)為了加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性,如果條件允許,還可以增加雙設(shè)備冗余或雙 機(jī)熱備功能。

    (3)在原有控制程序的算法上加入人工智能方法(專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊邏輯、神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)),實(shí)現(xiàn)智能控制,從而提高控制系統(tǒng)的性能。

    6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

    本文是針對(duì)中小型油庫(kù)設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的對(duì)象是自動(dòng)發(fā)油系統(tǒng);設(shè)計(jì)的目的是在日益激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)面前,提高油庫(kù)效率,加快周轉(zhuǎn),加強(qiáng)安全管理,減少人為差錯(cuò),增強(qiáng)竟?fàn)幜吞嵘髽I(yè)形象。信息化、自動(dòng)化、規(guī)范化是油庫(kù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

    以PLC為控制器投資比較大。一臺(tái)西門(mén)子S7-200的PLC加上擴(kuò)展模塊售價(jià)為5000元;油泵每臺(tái)2500元以?xún)?nèi);電動(dòng)機(jī)每臺(tái)2000元,總投資為23000元。它比DCS系統(tǒng)和以太網(wǎng)系統(tǒng)要貴一些,但是,它以良好的人機(jī)界面、發(fā)油的穩(wěn)定性和兼容性為以后的維修和長(zhǎng)時(shí)間的使用打下了基礎(chǔ),后期的維修費(fèi)用大大降低了。

    致謝

    本論文是老師的悉心指導(dǎo)下完成的,在課題進(jìn)展的全過(guò)程中,宋老師精心指導(dǎo),嚴(yán)格要求,可以說(shuō)自己每一步的前進(jìn)都是與老師的指導(dǎo)分不開(kāi)的。 宋老師學(xué)識(shí)淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),具有豐富的實(shí)際科研項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。宋老師待人熱情,從不以長(zhǎng)者自居,他是學(xué)生的良師益友?？偠灾?無(wú)論是在做學(xué)問(wèn)還是在做人方面,宋老師為我樹(shù)立了榜樣,指明了方向。

    本論文之所以能順利完成,還要感謝同學(xué)們的熱心幫助,我還要向自己的父母、親戚和朋友表示感激,感謝他們的全力支持和鼓勵(lì)。最后,我再一次向曾經(jīng)支持和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)表示衷心 的感謝!

    參考文獻(xiàn)

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第2篇：控制軟件設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞：OPC技術(shù)；技術(shù)規(guī)范；工業(yè)控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274+.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

1OPC技術(shù)的原理及特點(diǎn)

OPC是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶(hù)／服務(wù)器模式，以微軟的組件對(duì)象模型（COM／DCM／COM＋）技術(shù)為基礎(chǔ)，為工業(yè)控制軟件定義了一套標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象、接口和屬性，通過(guò)這些對(duì)象接口，應(yīng)用軟件之間能夠無(wú)縫地集成在一起，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)交換方式的標(biāo)準(zhǔn)化。OPC客戶(hù)是數(shù)據(jù)的使用方，處理OPC服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)；OPC服務(wù)器又是數(shù)據(jù)的供應(yīng)方，負(fù)責(zé)為OPC客戶(hù)提供所需的數(shù)據(jù)。OPC已成為一種工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用此技術(shù)可以方便地把不同供應(yīng)商提供的驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序集成在一起。

OPC的優(yōu)越性及特點(diǎn)：

1)在過(guò)程控制和機(jī)器制造工業(yè)領(lǐng)域的“即插即用”；

2)允許在不同供應(yīng)商開(kāi)發(fā)的硬件裝置和應(yīng)用軟件之間通過(guò)共同的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，Windows技術(shù)和OPC接口使之有可能將可編程控制端的硬件和軟件組合在一起而不需要開(kāi)發(fā)大量專(zhuān)用的通訊接口程序，由此節(jié)省了人、財(cái)、物；

3)使從辦公室產(chǎn)品到過(guò)程數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)簡(jiǎn)單易行而且靈活可靠；

4)OPC客戶(hù)可與所有接受OPC服務(wù)器的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)上建立了OPC規(guī)范，OPC客戶(hù)也可與之實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

2 服務(wù)器的功能及優(yōu)點(diǎn)

0PC服務(wù)器對(duì)象為一組數(shù)據(jù)信息源進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)(讀/寫(xiě))或者通信提供了一種方式。源變量的類(lèi)型是一套服務(wù)器執(zhí)行的功能函數(shù)。通過(guò)OPC接口部件，一個(gè)OPC客戶(hù)應(yīng)用程序能連接到OPC服務(wù)器，而且可以與OPC服務(wù)器進(jìn)行通信，并處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。OPC服務(wù)器對(duì)象為OPC客戶(hù)應(yīng)用程序建立和利用OPC組對(duì)象提供了相應(yīng)的功能特性。這種組對(duì)象允許客戶(hù)應(yīng)用程序?qū)⑺鼈兯ＭL(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)信息有效地組織起來(lái)。

利用OPC技術(shù)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行封裝，形成OPC服務(wù)器，OPC服務(wù)器向下對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，向上與OPC客戶(hù)應(yīng)用程序通信完成數(shù)據(jù)交換。OPC服務(wù)器屏蔽了現(xiàn)場(chǎng)層的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，控制系統(tǒng)的趨勢(shì)之一就是網(wǎng)絡(luò)化，控制系統(tǒng)內(nèi)部采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間也網(wǎng)絡(luò)連接，組成更大的系統(tǒng)，而且整個(gè)控制系統(tǒng)與企業(yè)的管理系統(tǒng)也網(wǎng)絡(luò)連接，控制系統(tǒng)只是整個(gè)企業(yè)網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)。在實(shí)現(xiàn)這樣的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，OPC發(fā)揮了重要作用。在企業(yè)的信息集成包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)場(chǎng)設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)之間、監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部各組件之間、監(jiān)控系統(tǒng)與企業(yè)管理系統(tǒng)之間、以及監(jiān)控系統(tǒng)與Internet之間的信息集成。OPC作為連接件，按一套標(biāo)準(zhǔn)的COM對(duì)象、方法和屬性，提供了方便的信息流通和交換。無(wú)論是管理系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)，無(wú)論是PLC可編程控制器，還是DCS或者是FCS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，都可以通過(guò)OPC快速可靠的彼此交換信息。換句話(huà)說(shuō)，OPC是整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口規(guī)范。所以，OPC服務(wù)器提升了控制系統(tǒng)的功能，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的功能，提高了工業(yè)自動(dòng)化及企業(yè)管理水平。

3 OPC技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和過(guò)程復(fù)雜程度的提高，工業(yè)自動(dòng)化控制軟件設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)，即要集成數(shù)量和種類(lèi)不斷增多的現(xiàn)場(chǎng)信息。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，智能設(shè)備之間及智能設(shè)備與控制系統(tǒng)軟件之間的信息共享是通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的，不同廠(chǎng)家的設(shè)備使用不同的驅(qū)動(dòng)程序，迫使工業(yè)控制軟件中包含越來(lái)越多的底層通信模塊；另外，由于相對(duì)特定應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)程序一般不支持硬件的變化，使得工業(yè)自動(dòng)化控制軟硬件的升級(jí)和維護(hù)極其不便。同時(shí)，在同一時(shí)刻，兩個(gè)客戶(hù)不能對(duì)同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，因?yàn)閾碛胁煌?、相互?dú)立的驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)對(duì)同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作，可能會(huì)引起存取沖突，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。OPC技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這些問(wèn)題。OPC以O(shè)LE／COM／DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶(hù)／服務(wù)器模式，為工業(yè)自動(dòng)化軟件面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶(hù)機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后，硬件開(kāi)發(fā)商將取代軟件開(kāi)發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的 OPC接口程序，而軟件開(kāi)發(fā)者可免除開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作，把更多的精力投入到其核心產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上。這樣不但可避免開(kāi)發(fā)的重復(fù)性，也提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性和互操作性。但在應(yīng)用過(guò)程中必須注意服務(wù)器測(cè)試、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)中的異構(gòu)等相關(guān)問(wèn)題的處理。

3.1服務(wù)器測(cè)試

OPC服務(wù)器必須經(jīng)過(guò)OPC基金會(huì)的測(cè)試,需要加入OPC基金會(huì),成為其會(huì)員,然后從OPC基金會(huì)下載測(cè)試軟件,進(jìn)行詳細(xì)的兼容性測(cè)試,只有成功通過(guò),這個(gè)服務(wù)器才可得到OPC基金會(huì)的認(rèn)可的產(chǎn)品,OPC基金會(huì)會(huì)在網(wǎng)上公布其產(chǎn)品。

3.2設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)中的異構(gòu)問(wèn)題

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶(hù)需求的不斷提高，以DCS（集散控制系統(tǒng)）為主體的工業(yè)控制系統(tǒng)功能日趨強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，規(guī)模也越來(lái)越大，一套工業(yè)控制系統(tǒng)往往選用了幾家甚至十幾家不同公司的控制設(shè)備或系統(tǒng)集成一個(gè)大的系統(tǒng)，但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)商必須對(duì)系統(tǒng)的每一種設(shè)備都編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，而且，當(dāng)硬件設(shè)備升級(jí)、修改時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序也必須跟隨修改。同時(shí)，一個(gè)系統(tǒng)中如果運(yùn)行不同公司的控制軟件，也存在著互沖突的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)中異構(gòu)網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)交換

由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)存在多種總線(xiàn)并存的局面，因此系統(tǒng)集成和異構(gòu)控制網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)交換面臨許多困難。有了OPC作為異構(gòu)網(wǎng)段集成的中間件，只要每個(gè)總線(xiàn)段提供各自的OPC服務(wù)器，任一OPC客戶(hù)端軟件都可以通過(guò)一致的OPC接口訪(fǎng)問(wèn)這些OPC服務(wù)器，從而獲取各個(gè)總線(xiàn)段的數(shù)據(jù)，并可以很好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)總線(xiàn)段之間的數(shù)據(jù)交互。而且，當(dāng)其中某個(gè)總線(xiàn)的協(xié)議版本做了升級(jí)，也只需對(duì)相對(duì)應(yīng)總線(xiàn)的程序作升級(jí)修改。

3.2.2可作為訪(fǎng)問(wèn)專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)的中間件

在實(shí)際應(yīng)用中，許多控制軟件都采用專(zhuān)有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)或歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)由控制軟件的開(kāi)發(fā)商自主開(kāi)發(fā)。對(duì)這類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)不像訪(fǎng)問(wèn)通用數(shù)據(jù)庫(kù)那么容易，只能通過(guò)調(diào)用開(kāi)發(fā)商提供的API函數(shù)或其它特殊的方式。然而不同開(kāi)發(fā)商提供的API函數(shù)是不一樣的，這就帶來(lái)和硬件驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)類(lèi)似的問(wèn)題。要訪(fǎng)問(wèn)不同監(jiān)控軟件的專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)，必須編寫(xiě)不同的代碼，這樣顯然十分繁瑣。采用OPC則能有效解決這個(gè)問(wèn)題，只要專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)商在提供數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)也能提供一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)該數(shù)據(jù)庫(kù)的OPC服務(wù)器，那么當(dāng)用戶(hù)要訪(fǎng)問(wèn)時(shí)只需按照OPC規(guī)范的要求編寫(xiě)OPC客戶(hù)端程序而無(wú)需了解該專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)特定的接口要求。

3.2.3便于集成不同的數(shù)據(jù)

OPC便于集成不同的數(shù)據(jù)，為控制系統(tǒng)向管理系統(tǒng)升級(jí)提供了方便。當(dāng)前控制系統(tǒng)的趨勢(shì)之一就是網(wǎng)絡(luò)化，控制系統(tǒng)內(nèi)部采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間也網(wǎng)絡(luò)連接，組成更大的系統(tǒng)，而且，整個(gè)控制系統(tǒng)與企業(yè)的管理系統(tǒng)也網(wǎng)絡(luò)連接，控制系統(tǒng)只是整個(gè)企業(yè)網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)。在實(shí)現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，OPC技術(shù)發(fā)揮了重要作用。

3.2.4使控制軟件能夠與硬件分別設(shè)計(jì)

OPC使控制軟件能夠與硬件分別設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和發(fā)展，并有利于獨(dú)立的第三方軟件供應(yīng)商產(chǎn)生與發(fā)展，從而形成新的社會(huì)分工，有更多的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，為社會(huì)提供更多更好的產(chǎn)品。OPC作為一項(xiàng)逐漸成型的技術(shù)已得到國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)商的高度重視，許多公司都在原來(lái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了對(duì)OPC的支持。由于統(tǒng)一了數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的接口，使控制系統(tǒng)進(jìn)一步走向開(kāi)放，實(shí)現(xiàn)信息的集成和共享，用戶(hù)能夠得到更多的方便。OPC技術(shù)改變了原有的控制系統(tǒng)模式，給國(guó)內(nèi)系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)商提出了一個(gè)發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，符合OPC規(guī)范的軟、硬件也已被廣泛應(yīng)用，給工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)了勃勃生機(jī)。

3.2.5數(shù)據(jù)的刷新及斷開(kāi)連接

先在“引用”將近 Siemens OPC DAAutomation 2.0加入，然后開(kāi)始定義全局變量。在本程序中，使用了兩個(gè)OPC組進(jìn)行OPC訪(fǎng)問(wèn)，所以定義了全局變量。首先要定義OPC服務(wù)類(lèi)型與計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)名。定義OPC組與OPC標(biāo)簽組。并定義OPC的標(biāo)簽數(shù)組與值數(shù)，注意，值數(shù)組一定要設(shè)為Variant。

OPC處理：只對(duì)WINCC

Const ServerName = "OPCServer.WinCC" ‘OPC的類(lèi)型

Const NodeName = "GUK" ‘結(jié)點(diǎn)名，即計(jì)算機(jī)名

‘Dim NodeName As String

Dim WithEvents MyOPCServer As OPCServer ‘OPC服務(wù)

Dim MyOPCGroupColl As OPCGroups ‘

Dim WithEvents MyOPCGroupOut As OPCGroup ‘OPC組，本程序用兩個(gè)組進(jìn)行OPC連接

Dim WithEvents MyOPCGroupIn As OPCGroup

Dim MyOPCItemCollIn As OPCItems ‘OPC標(biāo)簽組

Dim MyOPCItemCollOut As OPCItems

Dim ServerHandlesIn() As Long ‘句柄

Dim ServerHandlesOut() As Long

Dim ErrorsIn() As Long ‘錯(cuò)誤句柄

Dim ErrorsOut() As Long

Dim WatchDataReadItem(100) As String 記錄OPC的標(biāo)簽

Dim WatchDataReadValue(100) As Variant 存放OPC的值

Dim WatchDataWriteItem(100) As String 記錄OPC的標(biāo)簽

Dim WatchDataWriteValue(100) As Variant 存放OPC的值

在定義所有變量后，要進(jìn)行OPC連接,先要配置要訪(fǎng)問(wèn)的OPC標(biāo)簽名，在WatchDataReadItem、WatchDataWriteItem中加入相應(yīng)的標(biāo)簽名，注意：這兩個(gè)數(shù)組必須由1開(kāi)始，不能由0開(kāi)始。

配置好標(biāo)簽后就要進(jìn)行OPC連接了。如下面子程序：

1)ClientHandles1先配置名柄索引，這將在讀取OPC標(biāo)簽的值時(shí)可要用到

2)生成OPC對(duì)象，

3)進(jìn)行OPC標(biāo)簽連接。

4 OPC技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景

隨著基于OPC標(biāo)準(zhǔn)的控制組件的推廣與普及，不僅使控制組件的增設(shè)和組件的置換更加簡(jiǎn)單，而且使過(guò)程數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)也變得容易。比如過(guò)程控制程序可以直接和數(shù)據(jù)分析軟件包或電子表格應(yīng)用程序連接，從而達(dá)成高度的工廠(chǎng)控制系統(tǒng)的信息化。當(dāng)今軟件在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)使用的重要性與日俱增，無(wú)論項(xiàng)目是否涉及到操作、可視化、數(shù)據(jù)存檔或控制向純粹的、基于PC的軟件解決方案的發(fā)展趨勢(shì)是不可阻擋的。因此，隨著Internet技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，OPC技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)將應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域，OPC技術(shù)必將賦予現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制軟件更強(qiáng)的生命活力，前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]汪輝.OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2003

第3篇：控制軟件設(shè)計(jì)論文范文

軟件開(kāi)發(fā)論文2900字(一)：動(dòng)調(diào)式陀螺儀數(shù)據(jù)處理解釋軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用論文

摘要：動(dòng)調(diào)式陀螺測(cè)斜儀是一種新型精密陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測(cè)量及在完井后的套管內(nèi)或鉆桿內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。該儀器漂移很小，有效地提高了井眼軌跡測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了匹配儀器測(cè)量精度，測(cè)試數(shù)據(jù)處理采用空間曲線(xiàn)積分法，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡空間展布的精細(xì)描述，開(kāi)發(fā)出對(duì)應(yīng)測(cè)斜資料分析方法與解釋平臺(tái)，為老井軌跡復(fù)測(cè)、側(cè)鉆井等提供實(shí)施依據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)調(diào)式陀螺；井眼軌跡；空間曲線(xiàn)積分法；陀螺測(cè)斜解釋平臺(tái)

0引言

為提高油氣井利用率和開(kāi)發(fā)效果，地質(zhì)部門(mén)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常在原井眼基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)窗側(cè)鉆，對(duì)井眼軌跡的準(zhǔn)確性提出了更高的要求。以往由于受儀器精度及設(shè)備技術(shù)條件限制，井眼軌跡的測(cè)量結(jié)果往往存在較大偏差，從而影響了對(duì)地層的正確評(píng)估。所以，為了提高側(cè)鉆井的成功率，就需對(duì)某些老井復(fù)測(cè)井眼軌跡[1-2]。本文采用動(dòng)調(diào)式陀螺儀進(jìn)行井眼軌跡測(cè)量，為匹配儀器測(cè)量精度，測(cè)試數(shù)據(jù)處理采用空間曲線(xiàn)積分法，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡空間展布的精細(xì)描述，開(kāi)發(fā)出對(duì)應(yīng)測(cè)斜資料分析方法與解釋平臺(tái)，為老井軌跡復(fù)測(cè)、側(cè)鉆井等提供實(shí)施依據(jù)。

1陀螺測(cè)斜儀

常用2種陀螺測(cè)斜儀測(cè)量井眼軌跡。一種是框架式陀螺測(cè)斜儀[3]，其原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的物體具有定軸性的原則實(shí)現(xiàn)方位測(cè)量，由于高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)存在摩擦力，容易產(chǎn)生漂移，而且這種因漂移而產(chǎn)生的偏差會(huì)隨著時(shí)間而增大。另外，框架式陀螺無(wú)法直接測(cè)量方位，需要在開(kāi)始測(cè)量前用人工確定正北作為基準(zhǔn)，這樣容易帶來(lái)人為誤差。由于框架式陀螺測(cè)斜儀的漂移偏差無(wú)法預(yù)測(cè)和克服，導(dǎo)致井眼軌跡測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定。而動(dòng)調(diào)式陀螺儀采用了更為先進(jìn)的撓性支撐，因而漂移很小，有效地提高了井眼軌跡測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。動(dòng)調(diào)式陀螺測(cè)斜儀是一種精密陀螺測(cè)斜系統(tǒng)，采用慣性導(dǎo)航原理，利用撓性陀螺儀和石英撓性加速度計(jì)作為主要測(cè)量元件，通過(guò)定點(diǎn)測(cè)量?jī)x器各軸的地球自轉(zhuǎn)角速度和加速度分量，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)解算后得到當(dāng)前位置的井斜度、方位角。然后，根據(jù)各測(cè)量點(diǎn)的方位、傾斜角確定井眼軸線(xiàn)的空間位置，同時(shí)為了與鉆具配合，必須隨時(shí)得到工具面角[4]。特別適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測(cè)量及在完井后的套管內(nèi)或鉆桿內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

2井眼軌跡曲線(xiàn)算法優(yōu)化

井眼軌跡算法有很多種，常用方法有平均角法、圓柱螺線(xiàn)法、最小曲率法和曲率半徑法[5-6]。這些計(jì)算方法大多是將測(cè)量段內(nèi)的井眼軌跡假設(shè)為直線(xiàn)、折線(xiàn)、圓柱螺線(xiàn)和斜面圓弧曲線(xiàn)等簡(jiǎn)單曲線(xiàn)模型[8]。井眼軌跡計(jì)算是通過(guò)測(cè)量井眼的斜深、井斜角和方位角，然后，再用一定的計(jì)算方法將這些測(cè)量數(shù)據(jù)解釋為XYZ空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)[9]。

井眼軌跡計(jì)算的積分法是一種基于空間曲線(xiàn)的方法，它將相鄰的2個(gè)井斜測(cè)點(diǎn)的連線(xiàn)視為一漸變空間曲線(xiàn)[5-8]，這更符合鉆井工作的實(shí)際，其精度高于常用的井眼軌跡計(jì)算方法。在實(shí)際井眼軌跡測(cè)試時(shí)，通過(guò)優(yōu)化工藝方案，制定合理資料錄取方案，采取連續(xù)測(cè)斜或加密測(cè)點(diǎn)方案，可以最大程度地逼近軌跡空間曲線(xiàn)形態(tài)。

3處理解釋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陀螺測(cè)斜解釋平臺(tái)采用C#開(kāi)發(fā)完成，充分利用人工智能，與上游基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)緊密銜接，用戶(hù)僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單輸入工作便可完成井眼軌跡評(píng)價(jià)，大大提高了單井處理效率。軟件設(shè)計(jì)3個(gè)功能模塊，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、圖表繪制、報(bào)告生成(見(jiàn)圖1)。

3.1數(shù)據(jù)處理

動(dòng)調(diào)式陀螺測(cè)井儀主要采取點(diǎn)測(cè)方式進(jìn)行，在開(kāi)窗側(cè)鉆位置或最大井斜位置采取加密測(cè)點(diǎn)或重復(fù)測(cè)試某深度點(diǎn)的工藝提高測(cè)試數(shù)據(jù)精度。在數(shù)據(jù)處理上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量自動(dòng)檢查，如果相鄰測(cè)點(diǎn)測(cè)深增量ΔL=0，說(shuō)明這2點(diǎn)為重復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)，需要計(jì)算其平均井斜角和方位角。再采用空間曲線(xiàn)積分法依次計(jì)算相鄰測(cè)點(diǎn)垂深增量ΔH、水平位移增量ΔS、東西位移增量ΔE、南北位移增量ΔN，并對(duì)n個(gè)測(cè)點(diǎn)位移累積求和就是某點(diǎn)的垂深、水平位移、東西位移和南北位移。

3.2圖表繪制

對(duì)井眼軌跡的描述主要采用水平投影圖、垂直剖面圖和三維軌跡圖方式。繪制水平投影圖和垂直剖面圖時(shí)，需要考慮實(shí)現(xiàn)新老井眼軌跡對(duì)比功能。因?yàn)樵缙诘耐勇轀y(cè)井測(cè)量和分析誤差相對(duì)較大，在開(kāi)展動(dòng)調(diào)式陀螺儀對(duì)老井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行普查，落實(shí)真正的井眼軌跡時(shí)，進(jìn)行新老井眼軌跡對(duì)比繪圖(見(jiàn)圖2)。

三維軌跡圖主要利用計(jì)算機(jī)圖形化計(jì)算，采用OPENGL繪圖方式，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的三維縮放、旋轉(zhuǎn)等功能，使用戶(hù)對(duì)井眼軌跡走向更能直觀(guān)準(zhǔn)確地觀(guān)察和掌握(見(jiàn)圖3)。

3.3報(bào)告生成

陀螺測(cè)試井眼軌跡報(bào)告內(nèi)容包括井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況、井的三維軌跡圖、垂直剖面圖、水平投影圖、解釋結(jié)論表等。井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或軌跡對(duì)比所需老井井眼數(shù)據(jù)直接通過(guò)油田上游信息系統(tǒng)A2數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，只需輸入正確的井號(hào)，便可連接A2系統(tǒng)。

報(bào)告形式以Word格式表現(xiàn)，利用MicrosoftOffice系統(tǒng)中word模板編輯功能，可以預(yù)先對(duì)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行整體編輯排版。系統(tǒng)以word標(biāo)簽查找方式，完成計(jì)算結(jié)果、各種表格、圖件等內(nèi)容對(duì)應(yīng)添加到Word文檔中，實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)生成報(bào)告的功能，滿(mǎn)足不同用戶(hù)、不同地質(zhì)需求，大大降低了單井處理解釋時(shí)間。

4陀螺測(cè)井技術(shù)應(yīng)用

4.1克服磁性干擾，指導(dǎo)加密井鉆進(jìn)

油田開(kāi)發(fā)后期，依靠打定向井、加密井或老井側(cè)鉆穩(wěn)產(chǎn)增效[8]。動(dòng)調(diào)式陀螺測(cè)井儀由于其不受磁性干擾的特點(diǎn)，可以在井距較?。捍判愿蓴_強(qiáng)烈的環(huán)境下，準(zhǔn)確測(cè)取井筒的傾斜角、方位角、工具面角等參數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算可得出垂深、南北偏移、東西偏移、閉合方位等參數(shù)，指導(dǎo)新井鉆進(jìn)。

TJH油田計(jì)劃在的G71井附近打1口水平井，由于該區(qū)塊為低滲透區(qū)塊，井距普遍較小。為了保證側(cè)鉆順利完成，該井在側(cè)鉆過(guò)程中，對(duì)本井及鄰井均分別進(jìn)行了陀螺定向及測(cè)斜，發(fā)現(xiàn)水平井設(shè)計(jì)井眼軌跡存在問(wèn)題，該井與水平井的最小距離只有18.58m，存在安全隱患，隨后根據(jù)計(jì)算結(jié)果及時(shí)調(diào)整鉆井方案，保證了水平井順利施工，投入正常生產(chǎn)后初期日產(chǎn)油近50t。

4.2應(yīng)用陀螺定向，提高側(cè)鉆中靶成功率

在剩余油富集區(qū)實(shí)施側(cè)鉆井是老井產(chǎn)能建設(shè)的重要手段，陀螺定向在油田廣泛用于老井開(kāi)窗側(cè)鉆，減少定向時(shí)間，提高了側(cè)鉆中靶率[9-10]。

BQ油田B19-1斷塊計(jì)劃在高部位部署B(yǎng)S24-7K井，實(shí)施前對(duì)BS24-7井進(jìn)行陀螺測(cè)試，總水平位移與原來(lái)的認(rèn)識(shí)相差204.2m(見(jiàn)圖4、圖5)，根據(jù)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行調(diào)整鉆井方案，避免井位落空。該井投產(chǎn)后，初期日產(chǎn)油9.8t。

5結(jié)論

(1)動(dòng)調(diào)式陀螺測(cè)斜儀不受鐵磁物質(zhì)的影響，適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測(cè)量及在完井后的套管內(nèi)或鉆桿內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。無(wú)需人工校北并且采用先進(jìn)的撓性支撐，更有效地提高了井眼軌跡測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)開(kāi)發(fā)了井眼軌跡分析平臺(tái)，采用與動(dòng)調(diào)式陀螺測(cè)斜儀測(cè)量精度相匹配的空間曲線(xiàn)積分法，能夠更加精細(xì)描述井眼曲線(xiàn)空間展布。

(3)動(dòng)調(diào)式陀螺測(cè)井技術(shù)在油田落實(shí)井眼軌跡、判斷油水井在油層中具置、指導(dǎo)加密井部署、提高側(cè)鉆中靶率等方面提供可靠了依據(jù)，能夠取得很好的地質(zhì)應(yīng)用效果。

軟件開(kāi)發(fā)畢業(yè)論文范文模板(二)：隨采地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集控制軟件開(kāi)發(fā)論文

摘要：隨采地震能夠?qū)ぷ髅媲胺降刭|(zhì)異常體進(jìn)行連續(xù)探測(cè)和實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，成為近幾年的研究熱點(diǎn)，但是目前還沒(méi)有能夠在煤礦井下開(kāi)展隨采地震長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)的裝備及配套軟件。為了解決這個(gè)問(wèn)題，基于MicrosoftFoundationClasses(MFC)開(kāi)發(fā)框架，開(kāi)發(fā)了一套隨采地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集軟件，在室內(nèi)、野外進(jìn)行了為期3個(gè)月的聯(lián)調(diào)測(cè)試，并且在貴州巖腳煤礦與井下隨采地震監(jiān)測(cè)設(shè)備開(kāi)展了為期3個(gè)月的全面試運(yùn)行。測(cè)試表明，軟件實(shí)現(xiàn)了隨采地震信號(hào)的高效采集、完全存儲(chǔ)和處理軟件的實(shí)時(shí)通信功能，具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作便捷、處理高效、便于維護(hù)、無(wú)人值守等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：隨采地震監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)采集；軟件設(shè)計(jì)

我國(guó)的煤礦以井下開(kāi)采為主，與國(guó)外相比，我國(guó)煤炭行業(yè)的信息化水平較低，礦山空間信息仍然以圖表和文字作為主要的存儲(chǔ)介質(zhì)，信息基礎(chǔ)設(shè)施未能跟上時(shí)代變化的腳步，使得煤礦企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力受到嚴(yán)重的制約[1]。煤礦井下危險(xiǎn)具有多變性、隱蔽性，導(dǎo)致安全問(wèn)題成為威脅煤礦工人生命的核心問(wèn)題[2]。而采掘工作面更是礦井水害、頂板、火災(zāi)以及瓦斯等多種災(zāi)害事故的多發(fā)區(qū)，同時(shí)也是工作人員聚集區(qū)，因此，也是導(dǎo)致重大生命財(cái)產(chǎn)損失的高危區(qū)域[3-7]。隨采地震勘探[8]是利用采掘活動(dòng)激發(fā)的震動(dòng)作為震源，探測(cè)工作面內(nèi)部或者掘進(jìn)面前方一定區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的一種地震勘探技術(shù)，可以擺脫放炮的安全隱患及對(duì)正常采掘生產(chǎn)的影響，實(shí)現(xiàn)了采掘的同時(shí)進(jìn)行超前探測(cè)[9-11]。隨采地震所用震源信號(hào)是連續(xù)、非可控的，只有進(jìn)行連續(xù)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，記錄遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)，將其與遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)作互相關(guān)，得到清晰的相關(guān)峰值，才能將其轉(zhuǎn)化為脈沖子波，代替炸藥震源進(jìn)行地震勘探[12]。

因此，研制隨采地震監(jiān)測(cè)裝備及控制軟件成為當(dāng)務(wù)之急。本文針對(duì)隨采地震監(jiān)測(cè)裝備的特點(diǎn)，充分分析其觀(guān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；考慮處理軟件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了與處理軟件之間的接口；最后基于MicrosoftFoundationClasses(簡(jiǎn)稱(chēng)MFC)開(kāi)發(fā)框架，開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)采集軟件，聯(lián)合測(cè)試成功后，并在貴州巖腳煤礦進(jìn)行了3個(gè)月的野外采集工作。

1隨采地震觀(guān)測(cè)系統(tǒng)及其特點(diǎn)

為了能夠獲得工作面內(nèi)部煤層劇烈變化情況、斷層和陷落柱位置與規(guī)模以及應(yīng)力集中區(qū)等信息，目前的隨采地震觀(guān)測(cè)系統(tǒng)采用復(fù)雜部署模式。如圖1所示，采用H形布局，共72道，其中孔中部署24道，分4個(gè)深孔，每個(gè)鉆孔內(nèi)部署6道，由一個(gè)孔中多級(jí)檢波器串承擔(dān)；其余的48道部署于工作面兩側(cè)巷道的錨桿上，圖1中綠色圓點(diǎn)為巷道檢波器。

數(shù)據(jù)采集分站為6通道，整個(gè)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)共需12臺(tái)分站，數(shù)據(jù)處理時(shí)主要使用煤層中的槽波，而槽波的頻率較高，可以達(dá)到500Hz，為了采集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，采樣間隔為250μs，這就對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了新的要求，不僅僅數(shù)據(jù)道數(shù)多，采樣率較高，而且是長(zhǎng)期連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

觀(guān)測(cè)系統(tǒng)隨著工作面的推進(jìn)而移動(dòng)，當(dāng)工作面推進(jìn)到檢波器測(cè)點(diǎn)附近時(shí)，要依次將檢波器拆卸，避免被埋入采空區(qū)中，當(dāng)工作面推進(jìn)到距離圖2中黃色深孔檢波器10~20m時(shí)，要將全部的黃色測(cè)點(diǎn)移動(dòng)到藍(lán)色測(cè)點(diǎn)位置，以此類(lèi)推直到工作面回采結(jié)束。

2隨采地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)

2.1軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)分站多、數(shù)據(jù)量大、觀(guān)測(cè)系統(tǒng)多變化、實(shí)時(shí)性要求高以及需要與數(shù)據(jù)處理分析軟件進(jìn)行通信的特點(diǎn)，采集軟件利用多線(xiàn)程技術(shù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，軟件框架設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

2.2軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采集軟件中的數(shù)據(jù)可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)為數(shù)據(jù)量不大，變化周期較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，比如：監(jiān)測(cè)分站信息、觀(guān)測(cè)系統(tǒng)信息等；另一類(lèi)為數(shù)據(jù)量較大，而且變化周期很短的數(shù)據(jù)，比如：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，采集軟件采用數(shù)據(jù)庫(kù)與文件系統(tǒng)相結(jié)合的方式保存數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用文件系統(tǒng)保存，其他數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫(kù)方式保存。

a.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)主要保存測(cè)區(qū)信息、采樣率、每個(gè)文件的采樣時(shí)長(zhǎng)、采集分站信息、傳感器信息、觀(guān)測(cè)系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的保存路徑等信息，其E-R模型見(jiàn)圖4。

b.文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的輔助信息，如采樣率、觀(guān)測(cè)系統(tǒng)、道數(shù)等信息全部保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表datafile_info中，按照采樣順序?qū)⒚康罃?shù)據(jù)作為一塊寫(xiě)入文件，塊的順序與道號(hào)一致，樣點(diǎn)值采用有符號(hào)的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)類(lèi)型保存，詳見(jiàn)圖5。文件名為第一個(gè)樣點(diǎn)的采樣時(shí)間，格式為：YYYY-MM-DD_HH_MM-SS，不足兩位數(shù)的補(bǔ)零。

2.3軟件交互接口設(shè)計(jì)

本軟件需要分別與井下采集分站和隨采地震數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行交互，主要涉及到兩個(gè)接口。

a.與采集分站接口

為了便于和井下采集分站通信，采用UDP與TCP協(xié)議相結(jié)合的通信模式，采集軟件的查詢(xún)指令通過(guò)UDP協(xié)議與采集分站通信，通知指令和數(shù)據(jù)傳輸則采用TCP協(xié)議傳輸，其通信流程見(jiàn)圖6。

b.與數(shù)據(jù)處理軟件接口

為了提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率，采集軟件采用數(shù)據(jù)庫(kù)與文件系統(tǒng)相結(jié)合的方式存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存在文件中，但是文件的相關(guān)信息，如：道數(shù)、采集時(shí)間、采樣率、觀(guān)測(cè)系統(tǒng)等信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)表datafile_info，與數(shù)據(jù)處理軟件的通信也通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)完成，數(shù)據(jù)記錄表中專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)字段為數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志，數(shù)據(jù)采集時(shí)狀態(tài)為0，采集結(jié)束后為1，數(shù)據(jù)處理軟件不斷查詢(xún)?cè)摫碇袛?shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)志為1的記錄，一旦有這樣的記錄，則根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息讀取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)束后將該標(biāo)志改為2，具體處理流程見(jiàn)圖7。

3隨采地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)

3.1開(kāi)發(fā)環(huán)境

軟件基于VisualStudio的微軟基礎(chǔ)庫(kù)類(lèi)(micro-softfoundationclasses，MFC)開(kāi)發(fā)框架，采用C++語(yǔ)言編寫(xiě)，充分利用其圖形用戶(hù)界面(graphicaluserinterface，GUI)，大大提高軟件的開(kāi)發(fā)效率。在功能開(kāi)發(fā)方面，為了滿(mǎn)足隨采地震監(jiān)測(cè)的需要，提供數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)保存功能，采用菜單欄和對(duì)話(huà)框方式來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件與用戶(hù)之間的人機(jī)交互。在整個(gè)應(yīng)用框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能性、界面性的填充。將軟件開(kāi)發(fā)分成若干部分，有效地提高軟件研發(fā)效率和可讀性，同時(shí)也便于后期維護(hù)升級(jí)。

3.2軟件的實(shí)現(xiàn)

為了提高軟件的運(yùn)行效率，將軟件操作界面、數(shù)據(jù)采集、保存和整理以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與恢復(fù)功能分別由單獨(dú)的線(xiàn)程來(lái)完成。

a.數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫(kù)中最主要的兩張表為傳感器信息表和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表，傳感器信息表為觀(guān)測(cè)系統(tǒng)表的基礎(chǔ)，而且隨著工作面的回采傳感器移動(dòng)后，傳感器的位置信息就會(huì)發(fā)生變化，觀(guān)測(cè)系統(tǒng)隨之變化；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表是數(shù)據(jù)采集軟件與處理軟件通信的基礎(chǔ)，表中需要包含大數(shù)據(jù)文件路徑、觀(guān)測(cè)系統(tǒng)、采樣率、采樣時(shí)間和時(shí)長(zhǎng)等重要信息，具體見(jiàn)表1和表2。

傳感器信息表中(表1)以Station_ID、Channel和Modify_Time為聯(lián)合主鍵，這樣表中可以把同一個(gè)傳感器在不同時(shí)間的坐標(biāo)都保存起來(lái)，隨時(shí)可以獲取任何時(shí)間段的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表中(表2)由File_Index為主鍵，該值為根據(jù)時(shí)間自動(dòng)生成一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的數(shù)，確保唯一性，同時(shí)將大數(shù)據(jù)文件的相關(guān)數(shù)據(jù)信息全部存入該表中，以方便數(shù)據(jù)處理軟件隨時(shí)查詢(xún)。

b.軟件操作界面

隨采地震監(jiān)測(cè)軟件屬于監(jiān)測(cè)類(lèi)軟件，具有自動(dòng)化程度高、人工干預(yù)少等特點(diǎn)，因此，需要用戶(hù)的操作很少，主要是一些參數(shù)設(shè)置和監(jiān)測(cè)分站運(yùn)行狀態(tài)的顯示：系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)分站的數(shù)量、每臺(tái)分站的傳感器數(shù)量及其工作狀態(tài)。

傳感器參數(shù)設(shè)置功能主要包括傳感器的安裝位置及其坐標(biāo)、所屬監(jiān)測(cè)分站號(hào)、通道號(hào)、測(cè)點(diǎn)號(hào)等信息的增加、刪除和修改，由修改傳感器的時(shí)間為主鍵，即可獲得該時(shí)刻的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。

c.數(shù)據(jù)采集功能

數(shù)據(jù)采集功能主要包括數(shù)據(jù)采集軟件與監(jiān)測(cè)分站之間的通信、監(jiān)測(cè)分站狀態(tài)查詢(xún)與控制、數(shù)據(jù)采集等。為了達(dá)到隨時(shí)能夠與監(jiān)測(cè)分站通信的目的，與監(jiān)測(cè)分站的通信通過(guò)UDP和TCP協(xié)議兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中監(jiān)測(cè)分站的信息和狀態(tài)查詢(xún)由UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，指令的發(fā)送、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集通過(guò)TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。TCP協(xié)議中采集軟件為服務(wù)器端，監(jiān)測(cè)分站為客戶(hù)端，服務(wù)器端采用完成端口技術(shù)來(lái)接收多個(gè)監(jiān)測(cè)分站上傳的數(shù)據(jù)，為了便于數(shù)據(jù)保存，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)分別存放在獨(dú)立的緩存區(qū)中，緩存區(qū)采用循環(huán)數(shù)組的設(shè)計(jì)，當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩存區(qū)中后，循環(huán)數(shù)組的數(shù)據(jù)采集下標(biāo)iColDataIndex+1，數(shù)據(jù)采集詳細(xì)流程見(jiàn)圖8。

d.數(shù)據(jù)保存

為了提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分為數(shù)據(jù)保存和整理兩個(gè)步驟，分別由兩個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行。數(shù)據(jù)保存線(xiàn)程監(jiān)測(cè)緩存區(qū)中數(shù)據(jù)采集下標(biāo)iColData-Index與已保存數(shù)據(jù)下標(biāo)iSaveDataIndex之差，當(dāng)該差值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取數(shù)據(jù)并保存成數(shù)據(jù)文件(采用異步模式將每道單獨(dú)存儲(chǔ)為一個(gè)文件)。數(shù)據(jù)保存完成后，循環(huán)數(shù)組的已保存數(shù)據(jù)下標(biāo)iSaveDataIndex+1，其數(shù)據(jù)保存詳細(xì)流程見(jiàn)圖9。

e.數(shù)據(jù)整理

為方便數(shù)據(jù)處理需要把同一時(shí)段的各道檢波器的數(shù)據(jù)保存為一個(gè)文件，當(dāng)由于檢波器或者采集分站故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失時(shí)做填零處理。因而增加一個(gè)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理的子模塊，由一個(gè)單獨(dú)的線(xiàn)程來(lái)處理，其數(shù)據(jù)整理詳細(xì)流程見(jiàn)圖10。

f.系統(tǒng)自恢復(fù)

井下的供電系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常檢修或者故障，導(dǎo)致隨采地震監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障，當(dāng)故障解決后，系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動(dòng)恢復(fù)，但是該系統(tǒng)是由多個(gè)監(jiān)測(cè)分站組成的，分站之間需要不斷進(jìn)行時(shí)間同步，當(dāng)一臺(tái)分站出現(xiàn)故障后，該分站停止采集，其他分站仍然正常采集，當(dāng)該分站故障解決后，要想恢復(fù)采集，必須要把系統(tǒng)中所有的分站進(jìn)行重啟。圖11所示流程，就是用來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)故障，如果出現(xiàn)故障，則一直檢測(cè)，直到故障修復(fù)，然后重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

4隨采地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集軟件聯(lián)調(diào)與測(cè)試

4.1運(yùn)行環(huán)境

數(shù)據(jù)采集軟對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求如下：

操作系統(tǒng)：windows7及其以上；CPU：2.5GHz，4核；內(nèi)存：8GB；硬盤(pán)：500GB。

4.2聯(lián)調(diào)與測(cè)試

該軟件與井下監(jiān)測(cè)分站以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行為期1個(gè)月的聯(lián)調(diào)測(cè)試，聯(lián)調(diào)過(guò)程中對(duì)采集軟件與監(jiān)測(cè)分站和數(shù)據(jù)處理軟件的接口進(jìn)行了修改和完善，并在野外進(jìn)行了為期2個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行后，各項(xiàng)性能指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，軟件實(shí)時(shí)波形界面見(jiàn)圖12所示。最后在貴州巖腳煤礦進(jìn)行為期3個(gè)月全面試運(yùn)行，無(wú)論是采集數(shù)據(jù)還是與數(shù)據(jù)處理軟件的通信都正常工作。

5結(jié)論

a.整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)契合了隨采地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了隨采地震信號(hào)的高效采集、完全存儲(chǔ)和與處理軟件的實(shí)時(shí)通信，軟件具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作便捷、處理高效、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

第4篇：控制軟件設(shè)計(jì)論文范文

[論文摘要]電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)的信息化建設(shè)和應(yīng)用，是電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展的重要支持手段。分析應(yīng)用營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)應(yīng)該遵循的原則與開(kāi)發(fā)建設(shè)。

一、應(yīng)用營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀

影響電力營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的原因主要有以下兩個(gè)方面：（1）通道問(wèn)題是導(dǎo)致各供電營(yíng)業(yè)所單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的主要原因。由于各供電營(yíng)業(yè)所地理位置分布較廣，在全區(qū)范圍內(nèi)鋪設(shè)光纜到各供電營(yíng)業(yè)所，成本和維護(hù)費(fèi)用太大，而傳統(tǒng)的電話(huà)撥號(hào)連接又不能滿(mǎn)足信息系統(tǒng)的帶寬要求。（2）目前計(jì)算機(jī)的應(yīng)用雖然越來(lái)越普及，但在地域上分布非常不均，一般也只是在城市或相對(duì)較大的城鎮(zhèn)，而供電營(yíng)業(yè)所廣泛分布在小城鎮(zhèn)，對(duì)計(jì)算機(jī)的認(rèn)識(shí)水平還比較低，特別是當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法及時(shí)處理。

隨著全社會(huì)通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的飛速發(fā)展，電信、網(wǎng)通、廣電的基礎(chǔ)通訊設(shè)施已經(jīng)相當(dāng)完善，網(wǎng)絡(luò)的連接可以解決由于操作人員應(yīng)用計(jì)算機(jī)水平低引起的系統(tǒng)維護(hù)難的問(wèn)題。在應(yīng)用工作站安裝遠(yuǎn)程控制軟件，通過(guò)遠(yuǎn)程控制可以維護(hù)一些簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)操作的問(wèn)題。操作員可以運(yùn)用本地自動(dòng)更新模塊來(lái)自動(dòng)更新維護(hù)；信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)集中存放，這樣系統(tǒng)管理員只需維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)就可以了，而操作員只要客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò)通暢，應(yīng)用系統(tǒng)就沒(méi)有問(wèn)題。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（一）開(kāi)放的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到電力企業(yè)資源的統(tǒng)一規(guī)劃，可以與其他相關(guān)的開(kāi)放的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等的無(wú)縫連接。

（二）靈活性。不同的供電企業(yè)或同一供電企業(yè)的不同時(shí)期，其業(yè)務(wù)處理過(guò)程、方式可能有非常大的不同。我們的目標(biāo)就是適應(yīng)電力企業(yè)快速轉(zhuǎn)型需要，根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、銷(xiāo)售情況迅速制定不同的企業(yè)解決方案。

（三）先進(jìn)的技術(shù)。建議采用當(dāng)前流行的企業(yè)信息系統(tǒng)解決方案設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)思想，充分利用先進(jìn)的信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行分布式、模塊化的組件開(kāi)發(fā)，可提供各種專(zhuān)業(yè)接口，為系統(tǒng)問(wèn)的互聯(lián)和系統(tǒng)的擴(kuò)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

（四）安全性。通過(guò)客戶(hù)權(quán)限管理、用戶(hù)加密、數(shù)據(jù)備份、分布式應(yīng)用服務(wù)以及系統(tǒng)出錯(cuò)處理等各種方法來(lái)保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)安全性。其中用戶(hù)權(quán)限設(shè)置應(yīng)將系統(tǒng)用戶(hù)的工作權(quán)限定義到具體功能，保證數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)與處理安全性。應(yīng)用服務(wù)通過(guò)負(fù)載平衡算法保證系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。

三、營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)建設(shè)

（一）系統(tǒng)功能劃分。根據(jù)營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)要求，系統(tǒng)功能可劃分為：用電營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)（包括核心業(yè)務(wù)模塊、管理功能模塊）和與其它系統(tǒng)的接口兩部分，核心業(yè)務(wù)模塊包括業(yè)擴(kuò)管理、抄表管理、電量電費(fèi)管理、收費(fèi)與賬務(wù)管理、計(jì)量管理、用電檢查管理、系統(tǒng)維護(hù)管理子系統(tǒng)，管理功能模塊是輔助決策等，系統(tǒng)接口包括銀電聯(lián)網(wǎng)、客服系統(tǒng)接口、財(cái)務(wù)系統(tǒng)接口、電能計(jì)量系統(tǒng)及各類(lèi)電能采集裝置的接口、OA接口、觸摸屏查詢(xún)等。

（二）電力營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)。電力營(yíng)銷(xiāo)管理信息系統(tǒng)應(yīng)有業(yè)擴(kuò)報(bào)裝、電費(fèi)計(jì)算、檔案管理、物資管理、資料管理等部分，實(shí)行數(shù)據(jù)集中管理，各供電營(yíng)業(yè)所通過(guò)廣電網(wǎng)絡(luò)建立廣域網(wǎng)實(shí)行數(shù)據(jù)共享。業(yè)擴(kuò)流程納入計(jì)算機(jī)管理并加以業(yè)擴(kuò)監(jiān)控，逐步達(dá)到單軌制無(wú)紙化流程。利用廣電網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)庫(kù)通道建立供電局與各供電營(yíng)業(yè)所之間的物理連接，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器放置在供電局大樓信息中心統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具采用Delphi。由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中管理，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的唯一性、合法性、一致性，系統(tǒng)軟件的升級(jí)只要將文件寫(xiě)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，操作員運(yùn)行一下本地的自動(dòng)更新程序即可。

（三）系統(tǒng)功能要求。

1．在數(shù)據(jù)處理能力方面，要求數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理性能靈活（包括對(duì)歷史數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)及處理），保證數(shù)據(jù)的完整性、可追憶性、可恢復(fù)性、可操作性、共享性和安全性，方便查詢(xún)及分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。2．在報(bào)表功能方面，應(yīng)能充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)信息按要求靈活生成各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，提供靈活的報(bào)表格式。

3．在圖形功能方面，應(yīng)充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，能以棒圖、餅圖和條形圖、曲線(xiàn)等示之，并能按A4紙打??；圖形要求美觀(guān)、比例恰當(dāng)、布局合理。在統(tǒng)計(jì)功能方面，對(duì)系統(tǒng)所要求的各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一般性統(tǒng)計(jì)和按某種需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；統(tǒng)計(jì)可以由用戶(hù)自定義；統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以按自定義的格式用A4紙打印。

4．在保密及授權(quán)方面，應(yīng)具有良好的授權(quán)機(jī)制，訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限具有足夠的授權(quán)設(shè)置級(jí)別和嚴(yán)密的控制管理。

5．在系統(tǒng)維護(hù)方面，要求方便、快捷、可靠、安全。

（四）業(yè)擴(kuò)報(bào)裝。

1．電力客戶(hù)服務(wù)中心為新裝增容用電和用電變更一口對(duì)外管理部門(mén)。

2．低壓客戶(hù)（綜合配變供電的客戶(hù)）的報(bào)裝等相應(yīng)事宜在所屬供電所辦理，各供電所應(yīng)建立相應(yīng)的客戶(hù)檔案，并及時(shí)向客戶(hù)服務(wù)中心備案。

3．10kV及以上客戶(hù)的報(bào)裝業(yè)務(wù)在電力客戶(hù)服務(wù)中心。

4．客戶(hù)服務(wù)中心負(fù)責(zé)受理客戶(hù)申請(qǐng)、客戶(hù)建檔、組織竣工驗(yàn)收、簽訂供用電合同等，生技科專(zhuān)責(zé)人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)勘察、確定供電方案等方面的工作，營(yíng)銷(xiāo)部負(fù)責(zé)計(jì)量等方面的工作，實(shí)業(yè)總公司負(fù)責(zé)客戶(hù)施工等工作，生技科負(fù)責(zé)方案審核。

5．客戶(hù)業(yè)擴(kuò)工程竣工后，由客戶(hù)中心組織生技科、營(yíng)銷(xiāo)部、供電所及實(shí)業(yè)總公司等有關(guān)人員，對(duì)工程進(jìn)行驗(yàn)收，各相關(guān)科室積極配合，接到驗(yàn)收通知后要按時(shí)參加，及時(shí)為客戶(hù)驗(yàn)收送電。

6．電力客戶(hù)服務(wù)中心全面負(fù)責(zé)對(duì)外業(yè)務(wù)服務(wù)，對(duì)內(nèi)負(fù)責(zé)有關(guān)業(yè)務(wù)流程的調(diào)度，按時(shí)完成各環(huán)節(jié)工作。

（五）電費(fèi)計(jì)算。通過(guò)設(shè)立綜合變用戶(hù)和公用變用戶(hù)這兩種只計(jì)量不計(jì)費(fèi)的關(guān)口表用戶(hù)，來(lái)統(tǒng)計(jì)線(xiàn)損。主要功能有：讀數(shù)錄入，電費(fèi)計(jì)算，電價(jià)字典維護(hù)，電費(fèi)臺(tái)賬生成與打印，電量電費(fèi)報(bào)表匯總，銀行數(shù)據(jù)接口（委托銀行代開(kāi)發(fā)票、代收費(fèi)的，按一定格式生成銀行所需數(shù)據(jù)）。

（六）檔案管理。提供模糊查詢(xún)功能，輸入相應(yīng)的參數(shù)，能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出數(shù)據(jù)，供查詢(xún)用戶(hù)文件、表計(jì)文件、農(nóng)村綜合變、小城鎮(zhèn)公用變、表庫(kù)文件等資料。

（七）物資管理。實(shí)行進(jìn)、銷(xiāo)、存操作，對(duì)各供電營(yíng)業(yè)所的物資進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理，統(tǒng)一編碼，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)庫(kù)存量，便于物資合理利用。包括：材料編碼、材料進(jìn)倉(cāng)、材料核價(jià)、材料銷(xiāo)售，材料結(jié)存。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)各類(lèi)業(yè)務(wù)模塊的細(xì)分，滿(mǎn)足供電企業(yè)營(yíng)銷(xiāo)各級(jí)管理群體的需要，既減輕了軟件維護(hù)的工作量，又方便了各供電營(yíng)業(yè)所相互之間的應(yīng)用交流，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、編碼統(tǒng)一、運(yùn)行模式統(tǒng)一的設(shè)計(jì)目標(biāo)。全面提高供電企業(yè)的管理水平、工作效率、服務(wù)質(zhì)量和決策水平，促進(jìn)電力營(yíng)銷(xiāo)管理的現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)：

第5篇：控制軟件設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞：ZigBee；PLC；GPRS；豬舍；無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU264.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20151032019

引 言

為了提高畜牧業(yè)的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，合理利用資源，將現(xiàn)代化的電子，通信，計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)中是現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。本文采用分散測(cè)量控制加集中管理，也就是以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)集散監(jiān)控模式。具體來(lái)說(shuō)，這一模式就是以PLC可編程邏輯器件、ZigBee模塊和傳感器件等作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)； 同時(shí)再以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為實(shí)施的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控上位機(jī)，并通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳等方式與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)其連接。上述監(jiān)控方式解決了由于豬舍養(yǎng)殖環(huán)境的復(fù)雜性帶來(lái)的布線(xiàn)困難，并且線(xiàn)路容易遭到破壞或腐蝕老化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性差，運(yùn)營(yíng)成本高； 監(jiān)控區(qū)域有限，多數(shù)不具備網(wǎng)絡(luò)功能，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控等問(wèn)題 [2]。對(duì)大型豬舍的生產(chǎn)需求具有重要意義，本設(shè)計(jì)已投入實(shí)際使用，并且也取得了良好效果。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的分層體系思想和數(shù)據(jù)傳輸特性，將豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)劃分成5個(gè)層面，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。在傳感層，傳感器的布置和環(huán)境調(diào)控以單棟豬舍為一個(gè)獨(dú)立監(jiān)控區(qū)域。同一豬舍內(nèi)飼養(yǎng)的通常都是同一類(lèi)型的豬，且他們對(duì)環(huán)境的要求基本相同。不同類(lèi)型的傳感器通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的方式組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) [3]。在近距離傳輸層，也就是ZigBee拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層。不同編號(hào)地址的采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)事先確定好的測(cè)量點(diǎn)將該點(diǎn)的溫度、濕度、光照、氣體等傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳遞給ZigBee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)。在控制層，PLC主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳遞和對(duì)上位機(jī)發(fā)出的報(bào)文的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制部分。在遠(yuǎn)距離傳輸層，數(shù)據(jù)通過(guò)485物理接口與GPRS-DTU連接，通過(guò)SIM卡以走流量的方式將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。在應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。使用組態(tài)軟件做監(jiān)測(cè)界面，使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管理采集到的數(shù)據(jù)，搭建數(shù)學(xué)模型調(diào)控豬舍環(huán)境，控制方法通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)。模型根據(jù)環(huán)境信息的輸入產(chǎn)出對(duì)應(yīng)的控制輸出，控制系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行，調(diào)節(jié)豬舍環(huán)境。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)是整個(gè)生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，以此為平臺(tái)，可使得硬件系統(tǒng)在支撐生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)的功能要求得以滿(mǎn)足的同時(shí)，還需要將系統(tǒng)的精確度、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離以及傳輸速度等重要指標(biāo)實(shí)現(xiàn)無(wú)損、高效的傳輸。本文即是將圖1所示的系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)中的感知層、傳輸層、控制層的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控設(shè)備劃歸入硬件系統(tǒng)中，這4層設(shè)備的作用主要是負(fù)責(zé)生豬養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)的傳輸、以及對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。硬件總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)感知設(shè)備

豬舍環(huán)境條件惡劣，粉塵多，相對(duì)濕度較高、硫化氫氣等惡臭氣體具有一定的腐燭性，傳感器安裝不當(dāng)，還有可能被動(dòng)物破塊。因此豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)傳感器的選擇除了要考慮量程、精度、價(jià)格和接口等幾個(gè)常見(jiàn)的指標(biāo)外，還要結(jié)合豬舍環(huán)境的特點(diǎn)，綜合考慮傳感器在相應(yīng)環(huán)境條件下的耐久性和可靠性[3]。下面就幾種不同類(lèi)型傳感器的選擇作簡(jiǎn)要介紹。

溫濕度傳感器選擇SHT11，屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的貼片封裝系列[4]。傳感器將傳感元件和信號(hào)處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)。該傳感器響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高，具有較高的可靠性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。

光照傳感器選擇光敏元件為ON9658光敏管，是一個(gè)光電集成傳感器[3]。典型入射波長(zhǎng)為520nm，內(nèi)置雙敏感元件接收器，可見(jiàn)光范圍內(nèi)高度敏感，輸出電流隨照度呈線(xiàn)性變化。

二氧化碳傳感器選擇的是藍(lán)月科技制造的B-530[5]。用的是紅外NIRD檢測(cè)原理，量程范圍為0～5000ppm，精度/分辨率為10ppm，使用壽命可達(dá)10a以上。

氨氣傳感器選擇的是美國(guó)RAE Systems公司制造的4NH3-100傳感器[6]。量程范圍為0～100ppm，分辨率為0.5 ppm，響應(yīng)時(shí)間小于10min，靈敏度高，穩(wěn)定性可靠。

2.2 無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

本文中對(duì)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸主要采用了2種方式。近距離傳輸采用ZigBee拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)距離的傳輸采用GPRS上傳服務(wù)器。為此系統(tǒng)則具有免布線(xiàn)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，并且特別需要一提的就是，還非常適合于對(duì)老舊生豬養(yǎng)殖場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)二次改造[2]。

ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。這一名稱(chēng)（又稱(chēng)紫蜂協(xié)議）來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。其中物理層和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[7]。

近地端數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程選擇的ZigBee模塊是深圳隔壁科技生產(chǎn)的GB-SMA-10系列的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。它的特點(diǎn)是底板結(jié)構(gòu)清晰、擴(kuò)展通道數(shù)量較多、網(wǎng)絡(luò)自組織、數(shù)據(jù)傳輸透明、簡(jiǎn)單易用。

GPRS （General Packet Radio Service） 通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，是一種基于包的無(wú)線(xiàn)通訊服務(wù)。它將使得通訊速率從56一直上升到114Kbps，并且支持計(jì)算機(jī)和移動(dòng)用戶(hù)的持續(xù)連接。較高的數(shù)據(jù)吞吐能力使得可以使用手持設(shè)備和筆記本電腦電腦進(jìn)行電視會(huì)議和多媒體頁(yè)面以及類(lèi)似的應(yīng)用。GPRS是基于Global System for Mobile（GSM），并且能完成現(xiàn)有的一些服務(wù)，例如：蜂窩電話(huà)電路交換（circuit-switched）連接和短消息服務(wù)（SMS）。本文即是根據(jù)GPRS與移動(dòng)客戶(hù)端的連接將采集的幾種參數(shù)通過(guò)資費(fèi)流量的方式傳送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程選擇的GPRS模塊是北京天同誠(chéng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的無(wú)線(xiàn)通信模塊COMWAY WG-8010，該模塊具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、兼容性好等特點(diǎn)。

2.3 系統(tǒng)控制執(zhí)行設(shè)備

PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。將邏輯控制設(shè)備應(yīng)用于本系統(tǒng)中，主要是從它的高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活，易學(xué)易用、體積小、重量輕、以及因近幾年技術(shù)的更新?lián)Q代使得一些低端PLC的價(jià)格比較低廉的特點(diǎn)出發(fā)。實(shí)現(xiàn)了畜牧業(yè)生產(chǎn)與工業(yè)控制的一次完美結(jié)合。

該系統(tǒng)通過(guò)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)和控制要求。從以下幾個(gè)方面對(duì)PLC進(jìn)行選型：估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性，較高性?xún)r(jià)比。最后選擇了S7-200CN系列的CPU 226 CN。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括ZigBee組網(wǎng)的程序設(shè)計(jì)、PLC邏輯控制梯形圖的設(shè)計(jì)、GPRS驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)及上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)。

3.1 ZigBee組網(wǎng)的程序設(shè)計(jì)

3.1.1 模塊的組網(wǎng)方式

每個(gè)模塊都有其自己的組網(wǎng)方式，有如下幾種：廣播、組播、點(diǎn)播。本設(shè)計(jì)主要以廣播為主。一般在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的n個(gè) CC2530 模塊，有一個(gè)協(xié)調(diào)器（也就是俗話(huà)說(shuō)的 zigbee 總節(jié)點(diǎn)），和 n 個(gè)終端模塊（俗話(huà)說(shuō)的就是子節(jié)點(diǎn)）。而協(xié)調(diào)器一般被設(shè)置為廣播，就是協(xié)調(diào)器可以向其他 n 個(gè)所有終端模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。進(jìn)一步解釋就是協(xié)調(diào)器廣播數(shù)據(jù)，其他 n 個(gè)終端都可以收到數(shù)據(jù)，并處理數(shù)據(jù)。而終端一般被設(shè)置為向協(xié)調(diào)器單播，就是所有的 n 個(gè)終端，都向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器，終端組好網(wǎng)了，那下面就是如何發(fā)數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)了。

3.1.2 如何發(fā)送數(shù)據(jù)

在 EnddeviceEB.c 中我們調(diào)用了無(wú)線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) AF 函數(shù)。部分程序如下：

AF_DataRequest（ &GenericApp_DstAddr， &GenericApp_epDesc，

GENERICAPP_wenshidu_CLUSTERID，

5，//這個(gè)參數(shù)為發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度

strTemp， //這個(gè)參數(shù)為發(fā)送數(shù)據(jù)的內(nèi)容

&GenericApp_TransID，

AF_DISCV_ROUTE，

AF_DEFAULT_RADIUS ） ；

3.1.3 如何接受數(shù)據(jù)并處理

協(xié)調(diào)器收到終端發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。部分程序如下：

static void GenericApp_MessageMSGCB（ afIncomingMSGPacket_t *pkt ）

{

unsigned char str_uart[5]；

switch （ pkt->clusterId ）

{

case GenericApp_wendu_CLUSTERID：

str_uart[0] = 'w'；

osal_memcpy（&str_uart [1]，pkt->cmd.Data，3）；

HalUARTWrite（0， str_uart， 4）；

HalUARTWrite（0， "＼n"， 1）；

break；

}

}

3.2 PLC邏輯控制梯形圖的設(shè)計(jì)

本文中PLC的作用是與主協(xié)調(diào)器進(jìn)行通訊，將數(shù)據(jù)傳送到PLC的存儲(chǔ)映射區(qū)，最后通過(guò)RS485傳送至上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)命令也可以通過(guò)上位機(jī)回傳給PLC并對(duì)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。由于梯形圖與功能碼在邏輯編程中的含義相同，此處將控制部分梯形圖轉(zhuǎn)化為功能碼，程序如下：

3.3 GPRS驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

智能DTU內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議，提供了RS232/485接口，可以廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集，工業(yè)監(jiān)控，遠(yuǎn)程遙測(cè)等領(lǐng)域。因此對(duì)GPRS的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的編寫(xiě)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GPRS通訊程序流程圖如圖3所示。

3.4 上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)系統(tǒng)管理軟件，是必備的用于生產(chǎn)操作和監(jiān)視的控制軟件包，是整個(gè)控制系統(tǒng)的重要組成部分。文中應(yīng)用了亞控科技的組態(tài)王kingview6.53，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（KingHistorian）的支持[8]。且具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。其主要功能為：對(duì)邏輯控制器PLC各控制站的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控：利用直觀(guān)的動(dòng)態(tài)畫(huà)面來(lái)模擬控制對(duì)象的工作狀態(tài)：可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制被控對(duì)象的啟、停等工作狀態(tài)，并可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：可以進(jìn)行各工作參數(shù)（溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等）的趨勢(shì)曲線(xiàn)圖顯示或累計(jì)值顯示及報(bào)表打印功能；可以進(jìn)行操作歸檔，以保證操作的安全性；可進(jìn)行故障報(bào)警與顯示；參數(shù)的修改。實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)的人工干預(yù)，如修改給定值、控制參數(shù)和報(bào)警限等。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于ZigBee/GPRS技術(shù)以可編程邏輯控制器PLC為核心的生豬養(yǎng)殖遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合的多參數(shù)環(huán)境監(jiān)控的系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)不僅為畜牧業(yè)生產(chǎn)與工業(yè)控制的結(jié)合開(kāi)辟了新的思路，而且還非常適合于對(duì)老舊生豬養(yǎng)殖場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)改造升級(jí)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

參考文獻(xiàn)

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第6篇：控制軟件設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞：電子節(jié)氣門(mén) 控制系統(tǒng) C8051F020 農(nóng)用拖拉機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0109-03

傳統(tǒng)的節(jié)氣門(mén)采用機(jī)械控制方式，加速踏板與節(jié)氣門(mén)之間采用拉索或拉桿連接，駕駛員通過(guò)加速踏板控制節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度。這種方式能夠較好地實(shí)現(xiàn)按駕駛員的駕駛意圖控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，但是發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與拖拉機(jī)的實(shí)際情況之間很難得到最佳匹配。

電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)通過(guò)微處理器、傳感器以及各類(lèi)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門(mén)與加速踏板之間的無(wú)機(jī)械連接，這種連接方式兼顧駕駛員的加速意圖、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、拖拉機(jī)的工作情況，對(duì)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行智能控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳的狀態(tài)，能提高拖拉機(jī)的安全性、動(dòng)力性和舒適性。

盡管電子節(jié)氣門(mén)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但目前還只是用在家用轎車(chē)上，在農(nóng)用拖拉機(jī)上的應(yīng)用還比較少見(jiàn)。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，對(duì)農(nóng)用拖拉機(jī)的駕駛舒適度、性能的要求會(huì)越來(lái)越高，將先進(jìn)的電子節(jié)氣門(mén)控制技術(shù)引入拖拉機(jī)產(chǎn)品成為必然。本文設(shè)計(jì)了一種基于C8051F020的電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)。

1 電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)組成

1.1 電子節(jié)氣門(mén)體

電子節(jié)氣門(mén)主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、閥片、節(jié)氣門(mén)位置傳感器復(fù)位彈簧以及齒輪機(jī)構(gòu)等。通常用于電子節(jié)氣門(mén)的是永磁有刷直流電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)軸之間的傳動(dòng)比為2∶1。圖1和圖2顯示了電子節(jié)氣門(mén)的實(shí)物圖和機(jī)構(gòu)示意圖。

由圖可知，在電子節(jié)氣門(mén)中，節(jié)氣門(mén)和駕駛踏板之間不再使用機(jī)械部件進(jìn)行連接，駕駛踏板只是用來(lái)檢測(cè)駕駛員的駕駛意圖，節(jié)氣門(mén)的控制過(guò)程則完全由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。控制系統(tǒng)首先根據(jù)加速踏板的信號(hào)對(duì)駕駛員的駕駛意圖進(jìn)行分析，從而得出合適的控制策略，對(duì)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整。

1.2 電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)

由上述分析可知，電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的作用就是根據(jù)駕駛踏板的角度對(duì)節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行控制，屬于一類(lèi)單輸入單輸出的控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

當(dāng)駕駛員操作加速踏板時(shí)，加速踏板位置傳感器輸出節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)，以此信號(hào)作為控制系統(tǒng)的參考信號(hào)。控制系統(tǒng)將此參考信號(hào)通過(guò)CAN總線(xiàn)送給整車(chē)控制單元，由整車(chē)控制單元綜合分析駕駛員的駕駛意圖、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況、汽車(chē)的運(yùn)行情況，采用一定的控制策略，計(jì)算出合理的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，再通過(guò)CAN總線(xiàn)返回給電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)。最后又控制單元將期望值與當(dāng)前實(shí)際的開(kāi)度反饋值進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)預(yù)定的控制策略對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的跟隨。

1.3 驅(qū)動(dòng)控制單元組成及工作原理

在電子節(jié)氣門(mén)中，節(jié)氣門(mén)的期望開(kāi)度除了與加速踏板的位置有關(guān)，還與車(chē)輛行駛工況等有關(guān)，因此期望開(kāi)度的計(jì)算一般由整車(chē)控制單元綜合考慮各種信息后通過(guò)一定的控制策略給出，并通過(guò)CAN總線(xiàn)送給電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)。本文主要研究驅(qū)動(dòng)控制單元的電路設(shè)計(jì)以及控制策略的實(shí)現(xiàn)。

圖4所示是驅(qū)動(dòng)控制單元的結(jié)構(gòu)框圖。直流電機(jī)的電流方向發(fā)生變化，便可對(duì)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增加、減小進(jìn)行切換；直流電機(jī)通電時(shí)間不同，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角也會(huì)有變化，通過(guò)這種方法便可控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的大小。節(jié)氣門(mén)位置傳感器的輸出電壓隨節(jié)氣門(mén)的位置變化而改變，可以用作驅(qū)動(dòng)控制單元的反饋信號(hào)。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 節(jié)氣門(mén)位置測(cè)量電路設(shè)計(jì)

圖5分別顯示了電子節(jié)氣門(mén)的電路原理圖以及引腳位置圖，共有6個(gè)引腳，其中4個(gè)是節(jié)氣門(mén)位置傳感器的信號(hào)線(xiàn)和電源線(xiàn)，2個(gè)是電機(jī)的電源線(xiàn)。

設(shè)計(jì)的電路如圖6所示。由于系統(tǒng)所用電源為+5V，C8051F020自帶AD的輸入電壓范圍為0～2.5V，因此先設(shè)計(jì)一電壓跟隨電路，實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換，再利用0.1%高精度電阻實(shí)現(xiàn)分壓，將0～5V信號(hào)電壓衰減為0～2.5V。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

在拖拉機(jī)行駛過(guò)程中，不可避免的需要增加、減小節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，因此電子節(jié)氣門(mén)中的直流電機(jī)需要有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種工作狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，需要采用H橋電路實(shí)現(xiàn)PWM驅(qū)動(dòng)，圖7顯示了H橋的工作原理。

圖7中，Q1和Q4構(gòu)成一對(duì)開(kāi)關(guān)，Q2和Q3構(gòu)成一對(duì)開(kāi)關(guān)。同一對(duì)開(kāi)關(guān)必須同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)切斷，不同對(duì)的開(kāi)關(guān)不能同時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流沿著圖7中的A方向流過(guò)電機(jī)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流沿著圖7中B方向流過(guò)電機(jī)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

本研究采用MC33886專(zhuān)用芯片設(shè)計(jì)H橋驅(qū)動(dòng)電路，具體電路如圖8所示。OUT1引腳上的輸出電壓有IN1引腳上輸入端PWM信號(hào)決定，由于IN2接地，輸出引腳OUT2上的電壓始終為0。OUT1和OUT2之間的壓差受IN1控制，控制器只需要改變IN1引腳上PWM信號(hào)的占空比就可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。

3 節(jié)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)控制單元軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主程序流程圖

實(shí)時(shí)控制軟件由3部分組成：節(jié)氣門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序、節(jié)氣門(mén)位置信號(hào)采集子程序以及PID控制子程序。程序流程圖如圖9所示。

3.2 PID控制算法

本研究中采用PID算法實(shí)現(xiàn)電子節(jié)氣門(mén)的控制，設(shè)為抽樣序號(hào)，為抽樣周期，離散化PID算法的控制輸出為：

（1）

式（1）中，為時(shí)刻的控制器輸出，是時(shí)刻設(shè)定值與反饋值之間的誤差，、、分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù)。PID控制中，、、三個(gè)系數(shù)非常重要，較大的可以增加系統(tǒng)的相應(yīng)速度，減少系統(tǒng)靜態(tài)誤差，但是如果取值過(guò)大，系統(tǒng)容易出現(xiàn)較大超調(diào)，甚至出現(xiàn)震蕩等現(xiàn)象。越大，系統(tǒng)的超調(diào)量越小，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但是消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差的速度會(huì)降低。增加會(huì)加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，但抗干擾能力會(huì)受到影響。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

進(jìn)行了兩組波形信號(hào)跟隨實(shí)驗(yàn)和兩組階躍信號(hào)跟隨實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的拖拉機(jī)電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)的性能。

圖10和圖11先是了階躍信號(hào)跟隨實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電子節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度從5%增加到95%，需要8個(gè)控制周期，系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間需要160 ms。當(dāng)目標(biāo)開(kāi)度設(shè)定在95%，設(shè)計(jì)的電子節(jié)氣門(mén)實(shí)際開(kāi)度在94.5%～95.5%之間波動(dòng)，穩(wěn)態(tài)誤差大約為1%。電子節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度從95%降低到5%時(shí)，需要10個(gè)控制周期，系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間需要200 ms，從圖11中可以看出，穩(wěn)態(tài)誤差也較?。?/p>

圖12和圖13分別顯示了正弦波和三角波的跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖中可以看出，設(shè)計(jì)的電子節(jié)氣門(mén)實(shí)際輸出與設(shè)定的期望曲線(xiàn)之間有較好的重合度，誤差較小，說(shuō)明實(shí)際的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度輸出能較好第跟隨設(shè)定的開(kāi)度曲線(xiàn)。

5 結(jié)論

針對(duì)農(nóng)用拖拉機(jī)的具體應(yīng)用，采用單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種電子節(jié)氣門(mén)的控制系統(tǒng)，給出了詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了4組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)具有較快的相應(yīng)速度、較低的系統(tǒng)誤差，能滿(mǎn)足農(nóng)用拖拉機(jī)的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：控制軟件設(shè)計(jì)論文范文

關(guān)鍵詞：PLC 氣密性 壓差檢測(cè) 溫度補(bǔ)償 自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào):TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416(2012)02-0021-02

工業(yè)生產(chǎn)中，氣密性的檢測(cè)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，然而目前國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)氣密性的檢測(cè)依然是采用的水泡法，這種方法既落后，又耗費(fèi)財(cái)力物力，還不能檢測(cè)到目測(cè)無(wú)法完成的定量，從而直接影響了產(chǎn)品的性能。近年來(lái)，隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越的場(chǎng)合需要現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)入。而控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和傳感器的迅速發(fā)展，使得氣密檢測(cè)理論以及測(cè)試方法都有了很大的改善提高，目前自動(dòng)定量檢測(cè)成了氣密性檢測(cè)的基本發(fā)展方式。

在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域還沒(méi)有放棄傳統(tǒng)的水泡法或者肥皂泡法，并且多數(shù)研究所機(jī)構(gòu)也沒(méi)有研制出技術(shù)先進(jìn)又節(jié)省工時(shí)的檢測(cè)方法；在國(guó)外也只有少數(shù)幾個(gè)科技發(fā)達(dá)的國(guó)家擁有相關(guān)的技術(shù)及儀器，但價(jià)格昂貴。為改變這一現(xiàn)狀，根據(jù)國(guó)內(nèi)外工業(yè)環(huán)境中對(duì)氣密性檢測(cè)的技術(shù)要求，以及現(xiàn)有的氣密性檢測(cè)裝置，本文主要采用PLC控制系統(tǒng)，利用差壓傳感器，設(shè)計(jì)了一套具有溫度補(bǔ)償功能的高效率高性能的氣密性檢測(cè)裝置。檢測(cè)精度高，快捷方便，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1、差壓泄漏檢測(cè)

根據(jù)熱力學(xué)定理，在一個(gè)密封容器內(nèi)的理想氣體，同等條件下，氣體溫度變化相同的情況下，壓力和體積的積是常數(shù)。根據(jù)此定理，利用體積變化，壓力變化的差壓方式進(jìn)行氣密性檢測(cè)。差壓方式檢測(cè)原理：在相同的環(huán)境條件下，采用精密對(duì)稱(chēng)的儀器，其中一個(gè)為理想條件下的無(wú)泄漏的對(duì)比工件，另一個(gè)為要進(jìn)行氣密性檢測(cè)的產(chǎn)品工件，在檢測(cè)階段，利用差壓傳感器采集差壓數(shù)據(jù)，利用上位機(jī)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而判斷其泄漏量[1]。差壓檢測(cè)氣路原理圖如圖1所示。

根據(jù)理想氣體狀態(tài)平衡方程和熱力學(xué)原理，可以推斷出泄漏率和壓力差之間的關(guān)系方程公式[2]：

Q=P×Ve/Patm×t m （1）

其中：Q為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的泄漏率，P為單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品因泄露產(chǎn)生的壓差，Ve為產(chǎn)品的有效容積，Patm為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，tm為測(cè)試時(shí)間。

2、系統(tǒng)溫度補(bǔ)償

根據(jù)熱力學(xué)方程和氣體狀態(tài)平衡方程，差壓測(cè)量原理是建立在等溫過(guò)程的基礎(chǔ)上的，參數(shù)對(duì)模型對(duì)溫度有極其敏感的效應(yīng)。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，溫度的起伏變化對(duì)檢漏儀的測(cè)試精度起著至關(guān)重要的作用，它不但關(guān)系到測(cè)試過(guò)程的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且對(duì)不同的檢測(cè)對(duì)象也有不同的影響，因此引入溫度參數(shù)補(bǔ)償修正可以有效的改善測(cè)量結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度起到至關(guān)重要的作用。在產(chǎn)品檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，壓力、溫度及時(shí)間的相互關(guān)系如圖2所示。

在氣密檢測(cè)過(guò)程中，被測(cè)件和標(biāo)準(zhǔn)件由于在材料、容積等方面的差別，從而溫度的變化也不同，并引起二者的壓力變化差不同，形成壓差，如果將被測(cè)工件的氣密性檢測(cè)中的溫度影響轉(zhuǎn)化為“溫度等效泄露”，從實(shí)際測(cè)試結(jié)果中減去。而溫度引起的壓差變化可有公式（2）表示：

Pt=P0×(T/T0) （2）

其中：P0為標(biāo)準(zhǔn)件和被測(cè)件的初始平衡壓力，T為標(biāo)準(zhǔn)件和被測(cè)件的最終溫度差，T0為標(biāo)準(zhǔn)件和被測(cè)件的初始溫度。因此，通過(guò)公式（2）可以計(jì)算出氣密檢測(cè)的溫度補(bǔ)償公式為：

P=Pt×T0/TSt-P0×T/TSt （3）

3、系統(tǒng)組成及硬件設(shè)計(jì)

氣密性檢測(cè)系統(tǒng)主要：信號(hào)采集系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、HMI系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等幾部分組成。其中信號(hào)采集系統(tǒng)主要采用羅克韋爾的差壓傳感器檢測(cè)被測(cè)件的壓力變化；PLC控制系統(tǒng)是氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的核心，主要通過(guò)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制電磁閥、調(diào)節(jié)閥等進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)；氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)了2路或者4路的多路測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)電磁閥、調(diào)節(jié)閥、過(guò)濾閥和壓力傳感器等，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件和被測(cè)件之間的氣路循環(huán)；電氣系統(tǒng)主要有指示燈、鑰匙開(kāi)關(guān)、USB接口、執(zhí)行元件（電磁閥、調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)閥、氣泵等）等輔助電路組成，按照系統(tǒng)工藝的要求，根據(jù)PLC應(yīng)用控制程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電氣應(yīng)用功能；HMI系統(tǒng)通過(guò)6寸的觸摸屏實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、權(quán)限登陸、曲線(xiàn)顯示、報(bào)表打印等功能；電源系統(tǒng)主要有220VAC、24VDC、±5VDC規(guī)格組成[3]、[4]。

另外在氣密檢測(cè)裝置中還要提供動(dòng)力源，這里主要由驅(qū)動(dòng)氣源、增壓氣源和氣泵組成，主要用于提供氣動(dòng)控制和工作壓力氣體[5]。

4、PLC控制軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)圖案件系統(tǒng)主要采用模塊化的思想，先設(shè)計(jì)主程序結(jié)構(gòu)，主要包括壓力以及溫度信號(hào)檢測(cè)處理程序，液晶顯示，參數(shù)輸入修改等各個(gè)功能模塊的子程序，從而便于程序的編寫(xiě)、測(cè)試、修改和維護(hù)。主程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊子程序調(diào)用，是一個(gè)順序執(zhí)行的無(wú)限循環(huán)的程序。在接通電源開(kāi)始工作時(shí)，PLC實(shí)現(xiàn)上電初始化階段，包括硬件初始化，I/O模塊配置初始化，停電保持范圍設(shè)定，系統(tǒng)通信參數(shù)配置及其他初始化處理[6]。然后依次進(jìn)入掃描過(guò)程以及出錯(cuò)處理等級(jí)段。在此階段，PLC完成氣密檢測(cè)儀的自動(dòng)循環(huán)檢測(cè)。其檢測(cè)過(guò)程大致可分為四個(gè)部分：充氣階段、平衡階段、測(cè)量階段以及排期階段。在每個(gè)階段都有各自特定的掃描運(yùn)行時(shí)間，以便完成其正確測(cè)量，得出正確的結(jié)果。其主程序流程圖如圖3所示。

充氣階段:系統(tǒng)收到準(zhǔn)備好啟動(dòng)信號(hào)后，發(fā)出控制信號(hào)，使充氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，同時(shí)向產(chǎn)品工件和標(biāo)準(zhǔn)工件充氣，并充氣到指定的壓力。直到壓力達(dá)到規(guī)定壓力，PLC控制器發(fā)出信號(hào)使充氣閥關(guān)閉，充氣階段結(jié)束。

平衡階段:在平衡階段，充氣閥和排氣閥均關(guān)閉。由于容器內(nèi)溫度和外界溫度不平衡，從而進(jìn)行熱交換，PLC給其提供足夠的時(shí)間使其進(jìn)行，以達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。此階段結(jié)束后，產(chǎn)品工件和標(biāo)準(zhǔn)工件內(nèi)部壓力相等，PLC將整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的壓力、溫度值保存起來(lái)，以作為氣體泄漏后的壓力參考值。

測(cè)量階段:在平衡階段結(jié)束后的一段時(shí)間內(nèi)，PLC控制器可以去檢測(cè)其他工件的氣密性，直到該檢測(cè)有足夠的時(shí)間泄漏氣體，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。在測(cè)量階段，各個(gè)閥門(mén)均和平衡階段的閥門(mén)狀態(tài)相同，如果有氣體泄漏，其內(nèi)部壓力減小，產(chǎn)生的壓差可由壓差傳感器測(cè)得，并傳送至PLC控制器，從而做出正確的分析。

排期階段:在所有工序完成后，充氣閥處于閉合狀態(tài)，排氣閥打開(kāi)，把標(biāo)準(zhǔn)工件和產(chǎn)品工件中的氣體全部排入大氣，所有閥門(mén)回到初始狀態(tài)。為下一次工件氣密性檢測(cè)做好準(zhǔn)備。

5、檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，模擬實(shí)驗(yàn)采用泄漏率為100kPa，5.16mL/min的標(biāo)定漏孔作為泄漏空，使用容積為100mL的密封容器作為被測(cè)件和標(biāo)準(zhǔn)件，檢測(cè)壓力為100kPa，允許偏差為1kPa，平衡容積為100mL，被測(cè)容積為120mL。經(jīng)過(guò)差壓傳感器信號(hào)采集，得到一組差壓數(shù)據(jù)[7]。

采用溫度補(bǔ)償算法，依據(jù)泄漏率計(jì)算公式，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)分析?？傻茫篞=4.306mL/min，絕對(duì)誤差=5.16―4.306=0.854（mL/min），相對(duì)誤差σ=0.854/5.16×100%=16.55%；考慮溫度影響時(shí)，Q=5.1566mL/min，絕對(duì)誤差=5.16―5.1566=0.0034（mL/min），相對(duì)誤差σ=0.0034/5.16×100%=0.066%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，5.16mL標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差已經(jīng)小的多，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償之后的檢測(cè)結(jié)果，更加接近于真實(shí)值。

6、結(jié)語(yǔ)

氣密封性能檢測(cè)裝備的設(shè)計(jì)，為工業(yè)產(chǎn)品的氣密性檢測(cè)提供了可靠地設(shè)備。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的PLC控制的檢測(cè)設(shè)備，使的精度更加準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度更高、性能更加穩(wěn)定。在控制算法中植入了溫度修正補(bǔ)償算法，從而避免了由于溫度影響造成的檢測(cè)結(jié)果是真的誤差。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性和精度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于同類(lèi)氣密性檢測(cè)儀。該產(chǎn)品對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、減輕工作強(qiáng)度、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及降低企業(yè)成本有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉春,胡建平,郭磊,侯波.基于PLC控制的氣密檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)原理[J].2011年(06).

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[6]王永華主編.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第2版）[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008年2月.

[7]李銀華,安小宇,黃軍壘.工業(yè)部件密封性能檢測(cè)裝置的研究[J].自動(dòng)化與儀表,2010(05).