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第1篇：控制軟件設計論文范文

    本文根據中小型油庫發油系統控制管理發展現狀,針對中小型油庫發油系統 中所存在的問題,設計了中小型油庫自動化發油系統,編寫了上位機監控軟 件和下位機 PLC 控制程序及管理軟件。 在中小型油庫發油系統的設計和開發中我主要完成了下面的工作:

    (1)根據該項目設計的要求:對系統進行了總體設計。構建了以通用 PC 機 為上位機,可編程序控制器(S7-200PLC)為下位機的控制系統。

    (2)控制軟件編程:控制軟件采用自適應設計,使系統的穩定性發揮到最佳 狀態。采用提前量自整定的控制算法并編寫了 PLC 程序,實現了提高了發油精 度的設計目標。

    (3)組態軟件設計:利用組態軟件實現上位機對系統的組態控制。 

    由于時間有限,本課題難免存在一些不足,需在以后的研究中進一步完善。 后續工作應集中在以下幾方面:

    (1)本系統設計主要是針對中小型油庫而設計的,總的發油鶴位小于十個, 如果油庫的規模再大些,可以采用 S7-300PLC 作控制主站,S7-200PLC 通過 PROFIBUS 現場總線掛接在 S7-300 上作為控制從站,形成 PROFIBUS 現場總線 結構,系統的適應能力會更強大。

    (2)為了加強系統的可靠性,如果條件允許,還可以增加雙設備冗余或雙 機熱備功能。

    (3)在原有控制程序的算法上加入人工智能方法(專家系統、模糊邏輯、神 經網絡),實現智能控制,從而提高控制系統的性能。

    6 技術經濟分析

    本文是針對中小型油庫設計的。設計的對象是自動發油系統;設計的目的是在日益激烈的國際市場競爭面前,提高油庫效率,加快周轉,加強安全管理,減少人為差錯,增強竟爭力和提升企業形象。信息化、自動化、規范化是油庫發展的必然趨勢。

    以PLC為控制器投資比較大。一臺西門子S7-200的PLC加上擴展模塊售價為5000元;油泵每臺2500元以內;電動機每臺2000元,總投資為23000元。它比DCS系統和以太網系統要貴一些,但是,它以良好的人機界面、發油的穩定性和兼容性為以后的維修和長時間的使用打下了基礎,后期的維修費用大大降低了。

    致謝

    本論文是老師的悉心指導下完成的,在課題進展的全過程中,宋老師精心指導,嚴格要求,可以說自己每一步的前進都是與老師的指導分不開的。 宋老師學識淵博、治學嚴謹,具有豐富的實際科研項目經驗。宋老師待人熱情,從不以長者自居,他是學生的良師益友。總而言之,無論是在做學問還是在做人方面,宋老師為我樹立了榜樣,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。最后,我再一次向曾經支持和幫助過我的老師、同學表示衷心 的感謝!

    參考文獻

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    [5]  周萬珍,高鴻斌.PLC 分析與設計應用.電子工業出版社,2004:141~173

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    [10] 曾茹,相軍,丁清一.周灌中.黃島油庫自動化控制系統.石油規劃設計.2002 ,13(4) :33~34

第2篇：控制軟件設計論文范文

關鍵詞：OPC技術；技術規范；工業控制系統

中圖分類號：TP274+.5文獻標識碼： A 文章編號：

1OPC技術的原理及特點

OPC是一個工業標準，采用客戶／服務器模式，以微軟的組件對象模型（COM／DCM／COM＋）技術為基礎，為工業控制軟件定義了一套標準的對象、接口和屬性，通過這些對象接口，應用軟件之間能夠無縫地集成在一起，實現了應用程序間數據交換方式的標準化。OPC客戶是數據的使用方，處理OPC服務器提供的數據；OPC服務器又是數據的供應方，負責為OPC客戶提供所需的數據。OPC已成為一種工業技術標準，應用此技術可以方便地把不同供應商提供的驅動程序與應用程序集成在一起。

OPC的優越性及特點：

1)在過程控制和機器制造工業領域的“即插即用”；

2)允許在不同供應商開發的硬件裝置和應用軟件之間通過共同的接口進行數據交換，Windows技術和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發大量專用的通訊接口程序，由此節省了人、財、物；

3)使從辦公室產品到過程數據的訪問簡單易行而且靈活可靠；

4)OPC客戶可與所有接受OPC服務器的軟件進行數據交換，并在數據庫系統上建立了OPC規范，OPC客戶也可與之實現數據交互。

2 服務器的功能及優點

0PC服務器對象為一組數據信息源進行訪問(讀/寫)或者通信提供了一種方式。源變量的類型是一套服務器執行的功能函數。通過OPC接口部件，一個OPC客戶應用程序能連接到OPC服務器，而且可以與OPC服務器進行通信，并處理相應的數據信息。OPC服務器對象為OPC客戶應用程序建立和利用OPC組對象提供了相應的功能特性。這種組對象允許客戶應用程序將它們所希望訪問的數據信息有效地組織起來。

利用OPC技術可以對現場設備及驅動程序進行封裝，形成OPC服務器，OPC服務器向下對設備數據進行采集，向上與OPC客戶應用程序通信完成數據交換。OPC服務器屏蔽了現場層的設備驅動程序，控制系統的趨勢之一就是網絡化，控制系統內部采用網絡技術，控制系統與控制系統之間也網絡連接，組成更大的系統，而且整個控制系統與企業的管理系統也網絡連接，控制系統只是整個企業網的一個子網。在實現這樣的企業網絡過程中，OPC發揮了重要作用。在企業的信息集成包括現場設場設備與監控系統之間、監控系統內部各組件之間、監控系統與企業管理系統之間、以及監控系統與Internet之間的信息集成。OPC作為連接件，按一套標準的COM對象、方法和屬性，提供了方便的信息流通和交換。無論是管理系統還是控制系統，無論是PLC可編程控制器，還是DCS或者是FCS現場總線控制系統，都可以通過OPC快速可靠的彼此交換信息。換句話說，OPC是整個企業網絡的數據接口規范。所以，OPC服務器提升了控制系統的功能，增強了網絡的功能，提高了工業自動化及企業管理水平。

3 OPC技術在工業自動化控制系統中的應用

隨著工業生產的不斷發展，由于生產規模的擴大和過程復雜程度的提高，工業自動化控制軟件設計面臨巨大挑戰，即要集成數量和種類不斷增多的現場信息。在傳統的控制系統中，智能設備之間及智能設備與控制系統軟件之間的信息共享是通過驅動程序實現的，不同廠家的設備使用不同的驅動程序，迫使工業控制軟件中包含越來越多的底層通信模塊；另外，由于相對特定應用的驅動程序一般不支持硬件的變化，使得工業自動化控制軟硬件的升級和維護極其不便。同時，在同一時刻，兩個客戶不能對同一個設備進行數據讀寫，因為擁有不同的、相互獨立的驅動程序，同時對同一個設備進行操作，可能會引起存取沖突，甚至導致系統崩潰。OPC技術的出現很好地解決了這些問題。OPC以OLE／COM／DCOM技術為基礎，采用客戶／服務器模式，為工業自動化軟件面向對象的開發提供了統一的標準，標準定義了應用Microsoft操作系統在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法。采用這項標準后，硬件開發商將取代軟件開發商為自己的硬件產品開發統一的 OPC接口程序，而軟件開發者可免除開發驅動程序的工作，把更多的精力投入到其核心產品的開發上。這樣不但可避免開發的重復性，也提高了系統的開放性和互操作性。但在應用過程中必須注意服務器測試、設備驅動程序開發中的異構等相關問題的處理。

3.1服務器測試

OPC服務器必須經過OPC基金會的測試,需要加入OPC基金會,成為其會員,然后從OPC基金會下載測試軟件,進行詳細的兼容性測試,只有成功通過,這個服務器才可得到OPC基金會的認可的產品,OPC基金會會在網上公布其產品。

3.2設備驅動程序開發中的異構問題

隨著計算機技術的不斷發展，用戶需求的不斷提高，以DCS（集散控制系統）為主體的工業控制系統功能日趨強大，結構日益復雜，規模也越來越大，一套工業控制系統往往選用了幾家甚至十幾家不同公司的控制設備或系統集成一個大的系統，但由于缺乏統一的標準，開發商必須對系統的每一種設備都編寫相應的驅動程序，而且，當硬件設備升級、修改時，驅動程序也必須跟隨修改。同時，一個系統中如果運行不同公司的控制軟件，也存在著互沖突的風險。

3.2.1 現場總線系統中異構網段之間的數據交換

由于現場總線系統存在多種總線并存的局面，因此系統集成和異構控制網段之間的數據交換面臨許多困難。有了OPC作為異構網段集成的中間件，只要每個總線段提供各自的OPC服務器，任一OPC客戶端軟件都可以通過一致的OPC接口訪問這些OPC服務器，從而獲取各個總線段的數據，并可以很好地實現異構總線段之間的數據交互。而且，當其中某個總線的協議版本做了升級，也只需對相對應總線的程序作升級修改。

3.2.2可作為訪問專有數據庫的中間件

在實際應用中，許多控制軟件都采用專有的實時數據庫或歷史數據庫，這些數據庫由控制軟件的開發商自主開發。對這類數據庫的訪問不像訪問通用數據庫那么容易，只能通過調用開發商提供的API函數或其它特殊的方式。然而不同開發商提供的API函數是不一樣的，這就帶來和硬件驅動器開發類似的問題。要訪問不同監控軟件的專有數據庫，必須編寫不同的代碼，這樣顯然十分繁瑣。采用OPC則能有效解決這個問題，只要專有數據庫的開發商在提供數據庫的同時也能提供一個訪問該數據庫的OPC服務器，那么當用戶要訪問時只需按照OPC規范的要求編寫OPC客戶端程序而無需了解該專有數據庫特定的接口要求。

3.2.3便于集成不同的數據

OPC便于集成不同的數據，為控制系統向管理系統升級提供了方便。當前控制系統的趨勢之一就是網絡化，控制系統內部采用網絡技術，控制系統與控制系統之間也網絡連接，組成更大的系統，而且，整個控制系統與企業的管理系統也網絡連接，控制系統只是整個企業網的一個子網。在實現企業網絡過程中，OPC技術發揮了重要作用。

3.2.4使控制軟件能夠與硬件分別設計

OPC使控制軟件能夠與硬件分別設計、生產和發展，并有利于獨立的第三方軟件供應商產生與發展，從而形成新的社會分工，有更多的競爭機制，為社會提供更多更好的產品。OPC作為一項逐漸成型的技術已得到國內外廠商的高度重視，許多公司都在原來產品的基礎上增加了對OPC的支持。由于統一了數據訪問的接口，使控制系統進一步走向開放，實現信息的集成和共享，用戶能夠得到更多的方便。OPC技術改變了原有的控制系統模式，給國內系統生產廠商提出了一個發展的機遇和挑戰，符合OPC規范的軟、硬件也已被廣泛應用，給工業自動化領域帶來了勃勃生機。

3.2.5數據的刷新及斷開連接

先在“引用”將近 Siemens OPC DAAutomation 2.0加入，然后開始定義全局變量。在本程序中，使用了兩個OPC組進行OPC訪問，所以定義了全局變量。首先要定義OPC服務類型與計算機結點名。定義OPC組與OPC標簽組。并定義OPC的標簽數組與值數，注意，值數組一定要設為Variant。

OPC處理：只對WINCC

Const ServerName = "OPCServer.WinCC" ‘OPC的類型

Const NodeName = "GUK" ‘結點名，即計算機名

‘Dim NodeName As String

Dim WithEvents MyOPCServer As OPCServer ‘OPC服務

Dim MyOPCGroupColl As OPCGroups ‘

Dim WithEvents MyOPCGroupOut As OPCGroup ‘OPC組，本程序用兩個組進行OPC連接

Dim WithEvents MyOPCGroupIn As OPCGroup

Dim MyOPCItemCollIn As OPCItems ‘OPC標簽組

Dim MyOPCItemCollOut As OPCItems

Dim ServerHandlesIn() As Long ‘句柄

Dim ServerHandlesOut() As Long

Dim ErrorsIn() As Long ‘錯誤句柄

Dim ErrorsOut() As Long

Dim WatchDataReadItem(100) As String 記錄OPC的標簽

Dim WatchDataReadValue(100) As Variant 存放OPC的值

Dim WatchDataWriteItem(100) As String 記錄OPC的標簽

Dim WatchDataWriteValue(100) As Variant 存放OPC的值

在定義所有變量后，要進行OPC連接,先要配置要訪問的OPC標簽名，在WatchDataReadItem、WatchDataWriteItem中加入相應的標簽名，注意：這兩個數組必須由1開始，不能由0開始。

配置好標簽后就要進行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標簽的值時可要用到

2)生成OPC對象，

3)進行OPC標簽連接。

4 OPC技術應用及發展前景

隨著基于OPC標準的控制組件的推廣與普及，不僅使控制組件的增設和組件的置換更加簡單，而且使過程數據的訪問也變得容易。比如過程控制程序可以直接和數據分析軟件包或電子表格應用程序連接，從而達成高度的工廠控制系統的信息化。當今軟件在自動化領域內使用的重要性與日俱增，無論項目是否涉及到操作、可視化、數據存檔或控制向純粹的、基于PC的軟件解決方案的發展趨勢是不可阻擋的。因此，隨著Internet技術的廣泛應用與發展，OPC技術及標準將應用于更加廣泛的領域，OPC技術必將賦予現代工業自動化控制軟件更強的生命活力，前景十分廣闊。

參考文獻

[1]汪輝.OPC技術的實現與應用.合肥:合肥工業大學出版社，2003

第3篇：控制軟件設計論文范文

軟件開發論文2900字(一)：動調式陀螺儀數據處理解釋軟件開發與應用論文

摘要：動調式陀螺測斜儀是一種新型精密陀螺測斜系統，適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測量及在完井后的套管內或鉆桿內進行測量。該儀器漂移很小，有效地提高了井眼軌跡測量結果的準確性。為了匹配儀器測量精度，測試數據處理采用空間曲線積分法，實現井眼軌跡空間展布的精細描述，開發出對應測斜資料分析方法與解釋平臺，為老井軌跡復測、側鉆井等提供實施依據。

關鍵詞：動調式陀螺；井眼軌跡；空間曲線積分法；陀螺測斜解釋平臺

0引言

為提高油氣井利用率和開發效果，地質部門在開發過程中，經常在原井眼基礎上進行開窗側鉆，對井眼軌跡的準確性提出了更高的要求。以往由于受儀器精度及設備技術條件限制，井眼軌跡的測量結果往往存在較大偏差，從而影響了對地層的正確評估。所以，為了提高側鉆井的成功率，就需對某些老井復測井眼軌跡[1-2]。本文采用動調式陀螺儀進行井眼軌跡測量，為匹配儀器測量精度，測試數據處理采用空間曲線積分法，實現井眼軌跡空間展布的精細描述，開發出對應測斜資料分析方法與解釋平臺，為老井軌跡復測、側鉆井等提供實施依據。

1陀螺測斜儀

常用2種陀螺測斜儀測量井眼軌跡。一種是框架式陀螺測斜儀[3]，其原理是利用高速旋轉的物體具有定軸性的原則實現方位測量，由于高速旋轉的運動存在摩擦力，容易產生漂移，而且這種因漂移而產生的偏差會隨著時間而增大。另外，框架式陀螺無法直接測量方位，需要在開始測量前用人工確定正北作為基準，這樣容易帶來人為誤差。由于框架式陀螺測斜儀的漂移偏差無法預測和克服，導致井眼軌跡測量結果不穩定。而動調式陀螺儀采用了更為先進的撓性支撐，因而漂移很小，有效地提高了井眼軌跡測量結果的準確性。動調式陀螺測斜儀是一種精密陀螺測斜系統，采用慣性導航原理，利用撓性陀螺儀和石英撓性加速度計作為主要測量元件，通過定點測量儀器各軸的地球自轉角速度和加速度分量，經過系統解算后得到當前位置的井斜度、方位角。然后，根據各測量點的方位、傾斜角確定井眼軸線的空間位置，同時為了與鉆具配合，必須隨時得到工具面角[4]。特別適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測量及在完井后的套管內或鉆桿內進行測量。

2井眼軌跡曲線算法優化

井眼軌跡算法有很多種，常用方法有平均角法、圓柱螺線法、最小曲率法和曲率半徑法[5-6]。這些計算方法大多是將測量段內的井眼軌跡假設為直線、折線、圓柱螺線和斜面圓弧曲線等簡單曲線模型[8]。井眼軌跡計算是通過測量井眼的斜深、井斜角和方位角，然后，再用一定的計算方法將這些測量數據解釋為XYZ空間坐標數據[9]。

井眼軌跡計算的積分法是一種基于空間曲線的方法，它將相鄰的2個井斜測點的連線視為一漸變空間曲線[5-8]，這更符合鉆井工作的實際，其精度高于常用的井眼軌跡計算方法。在實際井眼軌跡測試時，通過優化工藝方案，制定合理資料錄取方案，采取連續測斜或加密測點方案，可以最大程度地逼近軌跡空間曲線形態。

3處理解釋系統設計

陀螺測斜解釋平臺采用C#開發完成，充分利用人工智能，與上游基礎數據庫緊密銜接，用戶僅需進行簡單輸入工作便可完成井眼軌跡評價，大大提高了單井處理效率。軟件設計3個功能模塊，主要實現數據處理、圖表繪制、報告生成(見圖1)。

3.1數據處理

動調式陀螺測井儀主要采取點測方式進行，在開窗側鉆位置或最大井斜位置采取加密測點或重復測試某深度點的工藝提高測試數據精度。在數據處理上實現數據質量自動檢查，如果相鄰測點測深增量ΔL=0，說明這2點為重復測試數據，需要計算其平均井斜角和方位角。再采用空間曲線積分法依次計算相鄰測點垂深增量ΔH、水平位移增量ΔS、東西位移增量ΔE、南北位移增量ΔN，并對n個測點位移累積求和就是某點的垂深、水平位移、東西位移和南北位移。

3.2圖表繪制

對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，需要考慮實現新老井眼軌跡對比功能。因為早期的陀螺測井測量和分析誤差相對較大，在開展動調式陀螺儀對老井數據進行普查，落實真正的井眼軌跡時，進行新老井眼軌跡對比繪圖(見圖2)。

三維軌跡圖主要利用計算機圖形化計算，采用OPENGL繪圖方式，實現井眼軌跡的三維縮放、旋轉等功能，使用戶對井眼軌跡走向更能直觀準確地觀察和掌握(見圖3)。

3.3報告生成

陀螺測試井眼軌跡報告內容包括井基礎數據、現場測試情況、井的三維軌跡圖、垂直剖面圖、水平投影圖、解釋結論表等。井基礎數據或軌跡對比所需老井井眼數據直接通過油田上游信息系統A2數據庫中獲取，只需輸入正確的井號，便可連接A2系統。

報告形式以Word格式表現，利用MicrosoftOffice系統中word模板編輯功能，可以預先對報告內容進行整體編輯排版。系統以word標簽查找方式，完成計算結果、各種表格、圖件等內容對應添加到Word文檔中，實現一鍵自動生成報告的功能，滿足不同用戶、不同地質需求，大大降低了單井處理解釋時間。

4陀螺測井技術應用

4.1克服磁性干擾，指導加密井鉆進

油田開發后期，依靠打定向井、加密井或老井側鉆穩產增效[8]。動調式陀螺測井儀由于其不受磁性干擾的特點，可以在井距較小：磁性干擾強烈的環境下，準確測取井筒的傾斜角、方位角、工具面角等參數，進一步計算可得出垂深、南北偏移、東西偏移、閉合方位等參數，指導新井鉆進。

TJH油田計劃在的G71井附近打1口水平井，由于該區塊為低滲透區塊，井距普遍較小。為了保證側鉆順利完成，該井在側鉆過程中，對本井及鄰井均分別進行了陀螺定向及測斜，發現水平井設計井眼軌跡存在問題，該井與水平井的最小距離只有18.58m，存在安全隱患，隨后根據計算結果及時調整鉆井方案，保證了水平井順利施工，投入正常生產后初期日產油近50t。

4.2應用陀螺定向，提高側鉆中靶成功率

在剩余油富集區實施側鉆井是老井產能建設的重要手段，陀螺定向在油田廣泛用于老井開窗側鉆，減少定向時間，提高了側鉆中靶率[9-10]。

BQ油田B19-1斷塊計劃在高部位部署BS24-7K井，實施前對BS24-7井進行陀螺測試，總水平位移與原來的認識相差204.2m(見圖4、圖5)，根據結果及時進行調整鉆井方案，避免井位落空。該井投產后，初期日產油9.8t。

5結論

(1)動調式陀螺測斜儀不受鐵磁物質的影響，適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測量及在完井后的套管內或鉆桿內進行測量。無需人工校北并且采用先進的撓性支撐，更有效地提高了井眼軌跡測量結果的準確性。

(2)開發了井眼軌跡分析平臺，采用與動調式陀螺測斜儀測量精度相匹配的空間曲線積分法，能夠更加精細描述井眼曲線空間展布。

(3)動調式陀螺測井技術在油田落實井眼軌跡、判斷油水井在油層中具置、指導加密井部署、提高側鉆中靶率等方面提供可靠了依據，能夠取得很好的地質應用效果。

軟件開發畢業論文范文模板(二)：隨采地震監測數據采集控制軟件開發論文

摘要：隨采地震能夠對工作面前方地質異常體進行連續探測和實時預報，成為近幾年的研究熱點，但是目前還沒有能夠在煤礦井下開展隨采地震長期連續監測的裝備及配套軟件。為了解決這個問題，基于MicrosoftFoundationClasses(MFC)開發框架，開發了一套隨采地震監測數據采集軟件，在室內、野外進行了為期3個月的聯調測試，并且在貴州巖腳煤礦與井下隨采地震監測設備開展了為期3個月的全面試運行。測試表明，軟件實現了隨采地震信號的高效采集、完全存儲和處理軟件的實時通信功能，具有運行穩定、操作便捷、處理高效、便于維護、無人值守等優點。

關鍵詞：隨采地震監測；數據采集；軟件設計

我國的煤礦以井下開采為主，與國外相比，我國煤炭行業的信息化水平較低，礦山空間信息仍然以圖表和文字作為主要的存儲介質，信息基礎設施未能跟上時代變化的腳步，使得煤礦企業的競爭力受到嚴重的制約[1]。煤礦井下危險具有多變性、隱蔽性，導致安全問題成為威脅煤礦工人生命的核心問題[2]。而采掘工作面更是礦井水害、頂板、火災以及瓦斯等多種災害事故的多發區，同時也是工作人員聚集區，因此，也是導致重大生命財產損失的高危區域[3-7]。隨采地震勘探[8]是利用采掘活動激發的震動作為震源，探測工作面內部或者掘進面前方一定區域內地質構造的一種地震勘探技術，可以擺脫放炮的安全隱患及對正常采掘生產的影響，實現了采掘的同時進行超前探測[9-11]。隨采地震所用震源信號是連續、非可控的，只有進行連續、長期監測，記錄遠場信號，將其與遠場信號作互相關，得到清晰的相關峰值，才能將其轉化為脈沖子波，代替炸藥震源進行地震勘探[12]。

因此，研制隨采地震監測裝備及控制軟件成為當務之急。本文針對隨采地震監測裝備的特點，充分分析其觀測系統和監測數據的特點，利用數據庫和文件系統的優點，設計了軟件的數據結構；考慮處理軟件的特點，設計了與處理軟件之間的接口；最后基于MicrosoftFoundationClasses(簡稱MFC)開發框架，開發了數據采集軟件，聯合測試成功后，并在貴州巖腳煤礦進行了3個月的野外采集工作。

1隨采地震觀測系統及其特點

為了能夠獲得工作面內部煤層劇烈變化情況、斷層和陷落柱位置與規模以及應力集中區等信息，目前的隨采地震觀測系統采用復雜部署模式。如圖1所示，采用H形布局，共72道，其中孔中部署24道，分4個深孔，每個鉆孔內部署6道，由一個孔中多級檢波器串承擔；其余的48道部署于工作面兩側巷道的錨桿上，圖1中綠色圓點為巷道檢波器。

數據采集分站為6通道，整個觀測系統共需12臺分站，數據處理時主要使用煤層中的槽波，而槽波的頻率較高，可以達到500Hz，為了采集高質量的數據，采樣間隔為250μs，這就對數據采集系統提出了新的要求，不僅僅數據道數多，采樣率較高，而且是長期連續實時監測。

觀測系統隨著工作面的推進而移動，當工作面推進到檢波器測點附近時，要依次將檢波器拆卸，避免被埋入采空區中，當工作面推進到距離圖2中黃色深孔檢波器10~20m時，要將全部的黃色測點移動到藍色測點位置，以此類推直到工作面回采結束。

2隨采地震監測數據采集軟件設計

2.1軟件架構設計

針對分站多、數據量大、觀測系統多變化、實時性要求高以及需要與數據處理分析軟件進行通信的特點，采集軟件利用多線程技術分別進行數據采集和存儲，軟件框架設計見圖3。

2.2軟件數據結構設計

采集軟件中的數據可以分為兩類，一類為數據量不大，變化周期較長的數據，比如：監測分站信息、觀測系統信息等；另一類為數據量較大，而且變化周期很短的數據，比如：監測數據。根據數據特點，采集軟件采用數據庫與文件系統相結合的方式保存數據，以提高數據存儲效率。監測數據采用文件系統保存，其他數據采用數據庫方式保存。

a.數據庫設計

數據庫主要保存測區信息、采樣率、每個文件的采樣時長、采集分站信息、傳感器信息、觀測系統以及監測數據的保存路徑等信息，其E-R模型見圖4。

b.文件結構設計

監測數據的輔助信息，如采樣率、觀測系統、道數等信息全部保存在數據庫中的監測數據表datafile_info中，按照采樣順序將每道數據作為一塊寫入文件，塊的順序與道號一致，樣點值采用有符號的浮點型數據類型保存，詳見圖5。文件名為第一個樣點的采樣時間，格式為：YYYY-MM-DD_HH_MM-SS，不足兩位數的補零。

2.3軟件交互接口設計

本軟件需要分別與井下采集分站和隨采地震數據處理軟件進行交互，主要涉及到兩個接口。

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協議相結合的通信模式，采集軟件的查詢指令通過UDP協議與采集分站通信，通知指令和數據傳輸則采用TCP協議傳輸，其通信流程見圖6。

b.與數據處理軟件接口

為了提高數據存儲效率，采集軟件采用數據庫與文件系統相結合的方式存儲監測數據，大量的監測數據保存在文件中，但是文件的相關信息，如：道數、采集時間、采樣率、觀測系統等信息保存在數據庫表datafile_info，與數據處理軟件的通信也通過數據庫來完成，數據記錄表中專門設計一個字段為數據狀態標志，數據采集時狀態為0，采集結束后為1，數據處理軟件不斷查詢該表中數據狀態標志為1的記錄，一旦有這樣的記錄，則根據數據庫中的信息讀取監測數據進行處理，處理結束后將該標志改為2，具體處理流程見圖7。

3隨采地震監測數據采集軟件實現

3.1開發環境

軟件基于VisualStudio的微軟基礎庫類(micro-softfoundationclasses，MFC)開發框架，采用C++語言編寫，充分利用其圖形用戶界面(graphicaluserinterface，GUI)，大大提高軟件的開發效率。在功能開發方面，為了滿足隨采地震監測的需要，提供數據采集和數據保存功能，采用菜單欄和對話框方式來實現軟件與用戶之間的人機交互。在整個應用框架的基礎上進行功能性、界面性的填充。將軟件開發分成若干部分，有效地提高軟件研發效率和可讀性，同時也便于后期維護升級。

3.2軟件的實現

為了提高軟件的運行效率，將軟件操作界面、數據采集、保存和整理以及設備狀態監測與恢復功能分別由單獨的線程來完成。

a.數據庫實現

數據庫中最主要的兩張表為傳感器信息表和監測數據表，傳感器信息表為觀測系統表的基礎，而且隨著工作面的回采傳感器移動后，傳感器的位置信息就會發生變化，觀測系統隨之變化；監測數據表是數據采集軟件與處理軟件通信的基礎，表中需要包含大數據文件路徑、觀測系統、采樣率、采樣時間和時長等重要信息，具體見表1和表2。

傳感器信息表中(表1)以Station_ID、Channel和Modify_Time為聯合主鍵，這樣表中可以把同一個傳感器在不同時間的坐標都保存起來，隨時可以獲取任何時間段的觀測系統。

監測數據表中(表2)由File_Index為主鍵，該值為根據時間自動生成一個與時間有關的數，確保唯一性，同時將大數據文件的相關數據信息全部存入該表中，以方便數據處理軟件隨時查詢。

b.軟件操作界面

隨采地震監測軟件屬于監測類軟件，具有自動化程度高、人工干預少等特點，因此，需要用戶的操作很少，主要是一些參數設置和監測分站運行狀態的顯示：系統中監測分站的數量、每臺分站的傳感器數量及其工作狀態。

傳感器參數設置功能主要包括傳感器的安裝位置及其坐標、所屬監測分站號、通道號、測點號等信息的增加、刪除和修改，由修改傳感器的時間為主鍵，即可獲得該時刻的觀測系統。

c.數據采集功能

數據采集功能主要包括數據采集軟件與監測分站之間的通信、監測分站狀態查詢與控制、數據采集等。為了達到隨時能夠與監測分站通信的目的，與監測分站的通信通過UDP和TCP協議兩種方式來實現，其中監測分站的信息和狀態查詢由UDP協議實現，指令的發送、參數設置和數據采集通過TCP協議實現。TCP協議中采集軟件為服務器端，監測分站為客戶端，服務器端采用完成端口技術來接收多個監測分站上傳的數據，為了便于數據保存，每個通道的數據分別存放在獨立的緩存區中，緩存區采用循環數組的設計，當數據寫入緩存區中后，循環數組的數據采集下標iColDataIndex+1，數據采集詳細流程見圖8。

d.數據保存

為了提高數據存儲的效率，將數據存儲分為數據保存和整理兩個步驟，分別由兩個線程執行。數據保存線程監測緩存區中數據采集下標iColData-Index與已保存數據下標iSaveDataIndex之差，當該差值達到預設值時，從數據緩存區中讀取數據并保存成數據文件(采用異步模式將每道單獨存儲為一個文件)。數據保存完成后，循環數組的已保存數據下標iSaveDataIndex+1，其數據保存詳細流程見圖9。

e.數據整理

為方便數據處理需要把同一時段的各道檢波器的數據保存為一個文件，當由于檢波器或者采集分站故障導致數據缺失時做填零處理。因而增加一個專門進行數據整理的子模塊，由一個單獨的線程來處理，其數據整理詳細流程見圖10。

f.系統自恢復

井下的供電系統或者網絡經常檢修或者故障，導致隨采地震監測設備出現故障，當故障解決后，系統應該能夠自動恢復，但是該系統是由多個監測分站組成的，分站之間需要不斷進行時間同步，當一臺分站出現故障后，該分站停止采集，其他分站仍然正常采集，當該分站故障解決后，要想恢復采集，必須要把系統中所有的分站進行重啟。圖11所示流程，就是用來檢測網絡是否出現故障，如果出現故障，則一直檢測，直到故障修復，然后重新啟動系統。

4隨采地震監測數據采集軟件聯調與測試

4.1運行環境

數據采集軟對運行環境的要求如下：

操作系統：windows7及其以上；CPU：2.5GHz，4核；內存：8GB；硬盤：500GB。

4.2聯調與測試

該軟件與井下監測分站以及數據處理系統在實驗室進行為期1個月的聯調測試，聯調過程中對采集軟件與監測分站和數據處理軟件的接口進行了修改和完善，并在野外進行了為期2個月的穩定運行后，各項性能指標都達到了設計要求，軟件實時波形界面見圖12所示。最后在貴州巖腳煤礦進行為期3個月全面試運行，無論是采集數據還是與數據處理軟件的通信都正常工作。

5結論

a.整個軟件的設計契合了隨采地震監測系統的特點，實現了隨采地震信號的高效采集、完全存儲和與處理軟件的實時通信，軟件具有運行穩定、操作便捷、處理高效、便于維護等優點。

第4篇：控制軟件設計論文范文

[論文摘要]電力營銷系統的信息化建設和應用，是電力營銷系統創新發展的重要支持手段。分析應用營銷管理信息系統的現狀，提出營銷管理信息系統設計建設應該遵循的原則與開發建設。

一、應用營銷管理信息系統的現狀

影響電力營銷管理信息系統開發應用的原因主要有以下兩個方面：（1）通道問題是導致各供電營業所單機獨立運行的主要原因。由于各供電營業所地理位置分布較廣，在全區范圍內鋪設光纜到各供電營業所，成本和維護費用太大，而傳統的電話撥號連接又不能滿足信息系統的帶寬要求。（2）目前計算機的應用雖然越來越普及，但在地域上分布非常不均，一般也只是在城市或相對較大的城鎮，而供電營業所廣泛分布在小城鎮，對計算機的認識水平還比較低，特別是當機器出現故障時無法及時處理。

隨著全社會通訊網絡建設的飛速發展，電信、網通、廣電的基礎通訊設施已經相當完善，網絡的連接可以解決由于操作人員應用計算機水平低引起的系統維護難的問題。在應用工作站安裝遠程控制軟件，通過遠程控制可以維護一些簡單計算機操作的問題。操作員可以運用本地自動更新模塊來自動更新維護；信息系統數據庫集中存放，這樣系統管理員只需維護數據庫就可以了，而操作員只要客戶端網絡通暢，應用系統就沒有問題。

二、系統設計原則

（一）開放的系統設計。設計時，應充分考慮到電力企業資源的統一規劃，可以與其他相關的開放的生產管理系統、人力資源系統、財務系統、辦公系統、設備管理系統等的無縫連接。

（二）靈活性。不同的供電企業或同一供電企業的不同時期，其業務處理過程、方式可能有非常大的不同。我們的目標就是適應電力企業快速轉型需要，根據企業的生產、經營、銷售情況迅速制定不同的企業解決方案。

（三）先進的技術。建議采用當前流行的企業信息系統解決方案設計與軟件設計思想，充分利用先進的信息技術與網絡技術，進行分布式、模塊化的組件開發，可提供各種專業接口，為系統問的互聯和系統的擴展提供強大的技術支撐。

（四）安全性。通過客戶權限管理、用戶加密、數據備份、分布式應用服務以及系統出錯處理等各種方法來保證系統的數據與網絡安全性。其中用戶權限設置應將系統用戶的工作權限定義到具體功能，保證數據的訪問與處理安全性。應用服務通過負載平衡算法保證系統的安全與穩定運行。

三、營銷管理信息系統的開發建設

（一）系統功能劃分。根據營銷系統各項業務要求，系統功能可劃分為：用電營銷管理信息系統（包括核心業務模塊、管理功能模塊）和與其它系統的接口兩部分，核心業務模塊包括業擴管理、抄表管理、電量電費管理、收費與賬務管理、計量管理、用電檢查管理、系統維護管理子系統，管理功能模塊是輔助決策等，系統接口包括銀電聯網、客服系統接口、財務系統接口、電能計量系統及各類電能采集裝置的接口、OA接口、觸摸屏查詢等。

（二）電力營銷管理信息系統。電力營銷管理信息系統應有業擴報裝、電費計算、檔案管理、物資管理、資料管理等部分，實行數據集中管理，各供電營業所通過廣電網絡建立廣域網實行數據共享。業擴流程納入計算機管理并加以業擴監控，逐步達到單軌制無紙化流程。利用廣電網絡作為數據庫通道建立供電局與各供電營業所之間的物理連接，數據庫服務器放置在供電局大樓信息中心統一管理。數據庫采用Oracle，系統開發工具采用Delphi。由于系統數據統一集中管理，保證了系統數據的唯一性、合法性、一致性，系統軟件的升級只要將文件寫入相應的數據表，操作員運行一下本地的自動更新程序即可。

（三）系統功能要求。

1．在數據處理能力方面，要求數據的存儲和管理性能靈活（包括對歷史數據的轉儲及處理），保證數據的完整性、可追憶性、可恢復性、可操作性、共享性和安全性，方便查詢及分類統計。2．在報表功能方面，應能充分利用數據庫信息按要求靈活生成各類統計報表，提供靈活的報表格式。

3．在圖形功能方面，應充分利用數據庫信息進行動態分析，能以棒圖、餅圖和條形圖、曲線等示之，并能按A4紙打印；圖形要求美觀、比例恰當、布局合理。在統計功能方面，對系統所要求的各類數據庫進行一般性統計和按某種需求進行統計；統計可以由用戶自定義；統計結果可以按自定義的格式用A4紙打印。

4．在保密及授權方面，應具有良好的授權機制，訪問權限具有足夠的授權設置級別和嚴密的控制管理。

5．在系統維護方面，要求方便、快捷、可靠、安全。

（四）業擴報裝。

1．電力客戶服務中心為新裝增容用電和用電變更一口對外管理部門。

2．低壓客戶（綜合配變供電的客戶）的報裝等相應事宜在所屬供電所辦理，各供電所應建立相應的客戶檔案，并及時向客戶服務中心備案。

3．10kV及以上客戶的報裝業務在電力客戶服務中心。

4．客戶服務中心負責受理客戶申請、客戶建檔、組織竣工驗收、簽訂供用電合同等，生技科專責人負責現場勘察、確定供電方案等方面的工作，營銷部負責計量等方面的工作，實業總公司負責客戶施工等工作，生技科負責方案審核。

5．客戶業擴工程竣工后，由客戶中心組織生技科、營銷部、供電所及實業總公司等有關人員，對工程進行驗收，各相關科室積極配合，接到驗收通知后要按時參加，及時為客戶驗收送電。

6．電力客戶服務中心全面負責對外業務服務，對內負責有關業務流程的調度，按時完成各環節工作。

（五）電費計算。通過設立綜合變用戶和公用變用戶這兩種只計量不計費的關口表用戶，來統計線損。主要功能有：讀數錄入，電費計算，電價字典維護，電費臺賬生成與打印，電量電費報表匯總，銀行數據接口（委托銀行代開發票、代收費的，按一定格式生成銀行所需數據）。

（六）檔案管理。提供模糊查詢功能，輸入相應的參數，能夠在數據庫中調出數據，供查詢用戶文件、表計文件、農村綜合變、小城鎮公用變、表庫文件等資料。

（七）物資管理。實行進、銷、存操作，對各供電營業所的物資進行計算機管理，統一編碼，實時統計庫存量，便于物資合理利用。包括：材料編碼、材料進倉、材料核價、材料銷售，材料結存。

四、結語

通過對各類業務模塊的細分，滿足供電企業營銷各級管理群體的需要，既減輕了軟件維護的工作量，又方便了各供電營業所相互之間的應用交流，滿足數據結構統一、編碼統一、運行模式統一的設計目標。全面提高供電企業的管理水平、工作效率、服務質量和決策水平，促進電力營銷管理的現代化。

參考文獻：

第5篇：控制軟件設計論文范文

關鍵詞：ZigBee；PLC；GPRS；豬舍；無線監控系統

中圖分類號：TU264.3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20151032019

引 言

為了提高畜牧業的生產效率，降低生產成本，合理利用資源，將現代化的電子，通信，計算機和自動控制等技術應用于畜牧業生產中是現代畜牧業發展的必然趨勢[1]。本文采用分散測量控制加集中管理，也就是以微處理器為核心的計算機集散監控模式。具體來說，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，實現生豬養殖環境數據的監測； 同時再以工業控制計算機作為實施的現場監控上位機，并通過GPRS無線遠傳等方式與下位機實現其連接。上述監控方式解決了由于豬舍養殖環境的復雜性帶來的布線困難，并且線路容易遭到破壞或腐蝕老化，監測系統的可靠性差，運營成本高； 監控區域有限，多數不具備網絡功能，難以實現遠程監控等問題 [2]。對大型豬舍的生產需求具有重要意義，本設計已投入實際使用，并且也取得了良好效果。

1 系統總體設計

該系統是根據物聯網的分層體系思想和數據傳輸特性，將豬舍環境監控系統劃分成5個層面，系統總體結構框圖如圖2-1所示。在傳感層，傳感器的布置和環境調控以單棟豬舍為一個獨立監控區域。同一豬舍內飼養的通常都是同一類型的豬，且他們對環境的要求基本相同。不同類型的傳感器通過有線或無線的方式組成監控網絡 [3]。在近距離傳輸層，也就是ZigBee拓撲網絡結構層。不同編號地址的采集節點通過事先確定好的測量點將該點的溫度、濕度、光照、氣體等傳感器采集到的數據傳遞給ZigBee協調節點。在控制層，PLC主要負責數據的傳遞和對上位機發出的報文的處理來實現整個系統的控制部分。在遠距離傳輸層，數據通過485物理接口與GPRS-DTU連接，通過SIM卡以走流量的方式將數據上傳到上位機。在應用層，實現數據的管理和應用。使用組態軟件做監測界面，使用數據庫技術管理采集到的數據，搭建數學模型調控豬舍環境，控制方法通過軟件編程實現。模型根據環境信息的輸入產出對應的控制輸出，控制系統設備的運行，調節豬舍環境。

2 監測系統硬件總體結構

硬件系統是整個生豬養殖環境監測系統的物理基礎，以此為平臺，可使得硬件系統在支撐生豬養殖環境監測的功能要求得以滿足的同時，還需要將系統的精確度、無線傳感網絡的傳輸距離以及傳輸速度等重要指標實現無損、高效的傳輸。本文即是將圖1所示的系統總體方案設計中的感知層、傳輸層、控制層的無線傳感網絡組網設備和環境監控設備劃歸入硬件系統中，這4層設備的作用主要是負責生豬養殖環境參數的監測、數據的傳輸、以及對執行機構的控制。硬件總體結構如圖2所示。

2.1 環境監測感知設備

豬舍環境條件惡劣，粉塵多，相對濕度較高、硫化氫氣等惡臭氣體具有一定的腐燭性，傳感器安裝不當，還有可能被動物破塊。因此豬舍環境監控系統傳感器的選擇除了要考慮量程、精度、價格和接口等幾個常見的指標外，還要結合豬舍環境的特點，綜合考慮傳感器在相應環境條件下的耐久性和可靠性[3]。下面就幾種不同類型傳感器的選擇作簡要介紹。

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處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標定的數字信號。該傳感器響應迅速、抗干擾能力強、性價比高，具有較高的可靠性和長期的穩定性。

光照傳感器選擇光敏元件為ON9658光敏管，是一個光電集成傳感器[3]。典型入射波長為520nm，內置雙敏感元件接收器，可見光范圍內高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。

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

氨氣傳感器選擇的是美國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，響應時間小于10min，靈敏度高，穩定性可靠。

2.2 無線數據傳輸設備

本文中對無線數據的傳輸主要采用了2種方式。近距離傳輸采用ZigBee拓撲網絡結構，遠距離的傳輸采用GPRS上傳服務器。為此系統則具有免布線、運營維護簡單的特點，并且特別需要一提的就是，還非常適合于對老舊生豬養殖場所實現二次改造[2]。

ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱（又稱紫蜂協議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。ZigBee協議從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網絡層（NWK）、應用層（APL）等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定[7]。

近地端數據傳輸過程選擇的ZigBee模塊是深圳隔壁科技生產的GB-SMA-10系列的無線傳輸模塊。它的特點是底板結構清晰、擴展通道數量較多、網絡自組織、數據傳輸透明、簡單易用。

GPRS （General Packet Radio Service） 通用分組無線業務，是一種基于包的無線通訊服務。它將使得通訊速率從56一直上升到114Kbps，并且支持計算機和移動用戶的持續連接。較高的數據吞吐能力使得可以使用手持設備和筆記本電腦電腦進行電視會議和多媒體頁面以及類似的應用。GPRS是基于Global System for Mobile（GSM），并且能完成現有的一些服務，例如：蜂窩電話電路交換（circuit-switched）連接和短消息服務（SMS）。本文即是根據GPRS與移動客戶端的連接將采集的幾種參數通過資費流量的方式傳送到遠程數據庫。

遠程數據傳輸過程選擇的GPRS模塊是北京天同誠業科技有限公司生產的無線通信模塊COMWAY WG-8010，該模塊具有性能可靠、使用簡單、兼容性好等特點。

2.3 系統控制執行設備

PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業控制的核心部分。將邏輯控制設備應用于本系統中，主要是從它的高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學易用、體積小、重量輕、以及因近幾年技術的更新換代使得一些低端PLC的價格比較低廉的特點出發。實現了畜牧業生產與工業控制的一次完美結合。

該系統通過詳細分析工藝過程的特點和控制要求。從以下幾個方面對PLC進行選型：估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性，較高性價比。最后選擇了S7-200CN系列的CPU 226 CN。

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括ZigBee組網的程序設計、PLC邏輯控制梯形圖的設計、GPRS驅動程序的設計及上位機監測軟件設計。

3.1 ZigBee組網的程序設計

3.1.1 模塊的組網方式

每個模塊都有其自己的組網方式，有如下幾種：廣播、組播、點播。本設計主要以廣播為主。一般在一個ZigBee網絡中的n個 CC2530 模塊，有一個協調器（也就是俗話說的 zigbee 總節點），和 n 個終端模塊（俗話說的就是子節點）。而協調器一般被設置為廣播，就是協調器可以向其他 n 個所有終端模塊發送數據。進一步解釋就是協調器廣播數據，其他 n 個終端都可以收到數據，并處理數據。而終端一般被設置為向協調器單播，就是所有的 n 個終端，都向協調器發送數據。協調器，終端組好網了，那下面就是如何發數據和接受數據了。

3.1.2 如何發送數據

在 EnddeviceEB.c 中我們調用了無線發送數據函數 AF 函數。部分程序如下：

AF_DataRequest（ &GenericApp_DstAddr， &GenericApp_epDesc，

GENERICAPP_wenshidu_CLUSTERID，

5，//這個參數為發送數據的長度

strTemp， //這個參數為發送數據的內容

&GenericApp_TransID，

AF_DISCV_ROUTE，

AF_DEFAULT_RADIUS ） ；

3.1.3 如何接受數據并處理

協調器收到終端發送來的數據后，對數據進行處理。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計

本文中PLC的作用是與主協調器進行通訊，將數據傳送到PLC的存儲映射區，最后通過RS485傳送至上位機進行監控，同時命令也可以通過上位機回傳給PLC并對其執行機構進行控制。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化為功能碼，程序如下：

3.3 GPRS驅動程序的設計

智能DTU內嵌了TCP/IP協議，提供了RS232/485接口，可以廣泛應用于數據采集，工業監控，遠程遙測等領域。因此對GPRS的驅動程序進行簡單的編寫就可以實現數據的發送和接收。GPRS通訊程序流程圖如圖3所示。

3.4 上位機監測軟件設計

上位機系統管理軟件，是必備的用于生產操作和監視的控制軟件包，是整個控制系統的重要組成部分。文中應用了亞控科技的組態王kingview6.53，集成了對亞控科技自主研發的工業實時數據庫（KingHistorian）的支持[8]。且具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。其主要功能為：對邏輯控制器PLC各控制站的狀態信號進行監控：利用直觀的動態畫面來模擬控制對象的工作狀態：可以通過計算機控制被控對象的啟、停等工作狀態，并可進行參數設置：可以進行各工作參數（溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等）的趨勢曲線圖顯示或累計值顯示及報表打印功能；可以進行操作歸檔，以保證操作的安全性；可進行故障報警與顯示；參數的修改。實現操作人員對生產過的人工干預，如修改給定值、控制參數和報警限等。

4 結束語

基于ZigBee/GPRS技術以可編程邏輯控制器PLC為核心的生豬養殖遠程實時監控系統，是可以實現無線數據采集、遠程監控相結合的多參數環境監控的系統方案。該系統不僅為畜牧業生產與工業控制的結合開辟了新的思路，而且還非常適合于對老舊生豬養殖場所實現改造升級，應用領域廣泛。

參考文獻

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[5]楊鵬，史旺旺，劉松. 基于WSN的二氧化碳傳感器節點設計與實現[J].工業控制計算機，2012，25（5）：8-9.

[6]鞠洪巖，付大光等. 濕度對聚苯胺氨氣傳感器性能影響的研究[J].高分子學報，2013（1）：156-163.

[7]劉玉梅，張長利，王樹文等.基于ZigBee技術的水產養殖環境監測系統設計[J].自動化技術與應用，2011（3）：50-53.

第6篇：控制軟件設計論文范文

關鍵詞：電子節氣門 控制系統 C8051F020 農用拖拉機

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0109-03

傳統的節氣門采用機械控制方式，加速踏板與節氣門之間采用拉索或拉桿連接，駕駛員通過加速踏板控制節氣門的開度。這種方式能夠較好地實現按駕駛員的駕駛意圖控制發動機的工作狀態，但是發動機的運行狀態與拖拉機的實際情況之間很難得到最佳匹配。

電子節氣門控制系統通過微處理器、傳感器以及各類驅動裝置實現節氣門與加速踏板之間的無機械連接，這種連接方式兼顧駕駛員的加速意圖、發動機的運行狀態、拖拉機的工作情況，對節氣門的開度進行智能控制，保證發動機工作在最佳的狀態，能提高拖拉機的安全性、動力性和舒適性。

盡管電子節氣門有諸多優點，但目前還只是用在家用轎車上，在農用拖拉機上的應用還比較少見。隨著農業現代化的不斷推進，對農用拖拉機的駕駛舒適度、性能的要求會越來越高，將先進的電子節氣門控制技術引入拖拉機產品成為必然。本文設計了一種基于C8051F020的電子節氣門控制系統。

1 電子節氣門控制系統組成

1.1 電子節氣門體

電子節氣門主要包括驅動電機、閥片、節氣門位置傳感器復位彈簧以及齒輪機構等。通常用于電子節氣門的是永磁有刷直流電機，電機轉軸與節氣門轉軸之間的傳動比為2∶1。圖1和圖2顯示了電子節氣門的實物圖和機構示意圖。

由圖可知，在電子節氣門中，節氣門和駕駛踏板之間不再使用機械部件進行連接，駕駛踏板只是用來檢測駕駛員的駕駛意圖，節氣門的控制過程則完全由控制系統實現。控制系統首先根據加速踏板的信號對駕駛員的駕駛意圖進行分析，從而得出合適的控制策略，對節氣門的開度進行調整。

1.2 電子節氣門控制系統

由上述分析可知，電子節氣門控制系統的作用就是根據駕駛踏板的角度對節氣門的開度進行控制，屬于一類單輸入單輸出的控制系統，其結構如圖3所示。

當駕駛員操作加速踏板時，加速踏板位置傳感器輸出節氣門開度信號，以此信號作為控制系統的參考信號。控制系統將此參考信號通過CAN總線送給整車控制單元，由整車控制單元綜合分析駕駛員的駕駛意圖、發動機運行情況、汽車的運行情況，采用一定的控制策略，計算出合理的節氣門開度，再通過CAN總線返回給電子節氣門控制系統。最后又控制單元將期望值與當前實際的開度反饋值進行對比分析，根據預定的控制策略對電機的轉動角度進行調整，實現節氣門開度的跟隨。

1.3 驅動控制單元組成及工作原理

在電子節氣門中，節氣門的期望開度除了與加速踏板的位置有關，還與車輛行駛工況等有關，因此期望開度的計算一般由整車控制單元綜合考慮各種信息后通過一定的控制策略給出，并通過CAN總線送給電子節氣門控制系統。本文主要研究驅動控制單元的電路設計以及控制策略的實現。

圖4所示是驅動控制單元的結構框圖。直流電機的電流方向發生變化，便可對節氣門開度增加、減小進行切換；直流電機通電時間不同，電機轉動的轉角也會有變化，通過這種方法便可控制節氣門開度的大小。節氣門位置傳感器的輸出電壓隨節氣門的位置變化而改變，可以用作驅動控制單元的反饋信號。

2 硬件系統設計

2.1 節氣門位置測量電路設計

圖5分別顯示了電子節氣門的電路原理圖以及引腳位置圖，共有6個引腳，其中4個是節氣門位置傳感器的信號線和電源線，2個是電機的電源線。

設計的電路如圖6所示。由于系統所用電源為+5V，C8051F020自帶AD的輸入電壓范圍為0～2.5V，因此先設計一電壓跟隨電路，實現阻抗轉換，再利用0.1%高精度電阻實現分壓，將0～5V信號電壓衰減為0～2.5V。

2.2 電機驅動電路設計

在拖拉機行駛過程中，不可避免的需要增加、減小節氣門的開度，因此電子節氣門中的直流電機需要有正轉和反轉兩種工作狀態。為了實現這一功能，需要采用H橋電路實現PWM驅動，圖7顯示了H橋的工作原理。

圖7中，Q1和Q4構成一對開關，Q2和Q3構成一對開關。同一對開關必須同時導通、同時切斷，不同對的開關不能同時導通。當Q1和Q4導通時，電流沿著圖7中的A方向流過電機，電機正轉，當Q2和Q3導通時，電流沿著圖7中B方向流過電機，電機反轉。

本研究采用MC33886專用芯片設計H橋驅動電路，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信號的占空比就可以調整電機轉速。

3 節氣門驅動控制單元軟件設計

3.1 系統主程序流程圖

實時控制軟件由3部分組成：節氣門電機驅動子程序、節氣門位置信號采集子程序以及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算法實現電子節氣門的控制，設為抽樣序號，為抽樣周期，離散化PID算法的控制輸出為：

（1）

式（1）中，為時刻的控制器輸出，是時刻設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。PID控制中，、、三個系數非常重要，較大的可以增加系統的相應速度，減少系統靜態誤差，但是如果取值過大，系統容易出現較大超調，甚至出現震蕩等現象。越大，系統的超調量越小，系統更加穩定，但是消除系統靜態誤差的速度會降低。增加會加快系統響應速度，但抗干擾能力會受到影響。

4 實驗測試

進行了兩組波形信號跟隨實驗和兩組階躍信號跟隨實驗，以驗證設計的拖拉機電子節氣門控制系統的性能。

圖10和圖11先是了階躍信號跟隨實驗的實驗結果。電子節氣門的開度從5%增加到95%，需要8個控制周期，系統的穩定時間需要160 ms。當目標開度設定在95%，設計的電子節氣門實際開度在94.5%～95.5%之間波動，穩態誤差大約為1%。電子節氣門的開度從95%降低到5%時，需要10個控制周期，系統的穩定時間需要200 ms，從圖11中可以看出，穩態誤差也較小（

圖12和圖13分別顯示了正弦波和三角波的跟蹤實驗結果。從圖中可以看出，設計的電子節氣門實際輸出與設定的期望曲線之間有較好的重合度，誤差較小，說明實際的節氣門開度輸出能較好第跟隨設定的開度曲線。

5 結論

針對農用拖拉機的具體應用，采用單片機設計了一種電子節氣門的控制系統，給出了詳細的軟硬件設計方案，并進行了4組實驗。實驗結果表明，設計的電子節氣門控制系統具有較快的相應速度、較低的系統誤差，能滿足農用拖拉機的實際需求。

參考文獻

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[2] 馬樂，王紹銚，電子節氣門控制系統的構建[J]，內燃機工程，2005，26（4）：20-23.

[3] 馮能蓮，董春波，賓洋，等.電子節氣門控制系統研究[J].汽車技術，2004（1）：1-4.

[4] 錢程，王德福，陳琛.電子節氣門驅動電路設計及系統響應分析[J].內燃機與動力裝置，2011（2）：21-24.

第7篇：控制軟件設計論文范文

關鍵詞：PLC 氣密性 壓差檢測 溫度補償 自動化

中圖分類號:TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0021-02

工業生產中，氣密性的檢測是衡量產品質量的關鍵指標之一，然而目前國內企業對氣密性的檢測依然是采用的水泡法，這種方法既落后，又耗費財力物力，還不能檢測到目測無法完成的定量，從而直接影響了產品的性能。近年來，隨著工業自動化技術的進步，越來越的場合需要現代工業技術的進入。而控制技術、信息處理技術和傳感器的迅速發展，使得氣密檢測理論以及測試方法都有了很大的改善提高，目前自動定量檢測成了氣密性檢測的基本發展方式。

在國內工業領域還沒有放棄傳統的水泡法或者肥皂泡法，并且多數研究所機構也沒有研制出技術先進又節省工時的檢測方法；在國外也只有少數幾個科技發達的國家擁有相關的技術及儀器，但價格昂貴。為改變這一現狀，根據國內外工業環境中對氣密性檢測的技術要求，以及現有的氣密性檢測裝置，本文主要采用PLC控制系統，利用差壓傳感器，設計了一套具有溫度補償功能的高效率高性能的氣密性檢測裝置。檢測精度高，快捷方便，具有很好的市場應用前景。

1、差壓泄漏檢測

根據熱力學定理，在一個密封容器內的理想氣體，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。根據此定理，利用體積變化，壓力變化的差壓方式進行氣密性檢測。差壓方式檢測原理：在相同的環境條件下，采用精密對稱的儀器，其中一個為理想條件下的無泄漏的對比工件，另一個為要進行氣密性檢測的產品工件，在檢測階段，利用差壓傳感器采集差壓數據，利用上位機開發的系統軟件，進行數據分析，從而判斷其泄漏量[1]。差壓檢測氣路原理圖如圖1所示。

根據理想氣體狀態平衡方程和熱力學原理，可以推斷出泄漏率和壓力差之間的關系方程公式[2]：

Q=P×Ve/Patm×t m （1）

其中：Q為標準大氣壓下的泄漏率，P為單位時間內產品因泄露產生的壓差，Ve為產品的有效容積，Patm為標準大氣壓，tm為測試時間。

2、系統溫度補償

根據熱力學方程和氣體狀態平衡方程，差壓測量原理是建立在等溫過程的基礎上的，參數對模型對溫度有極其敏感的效應。在實際測量過程中，溫度的起伏變化對檢漏儀的測試精度起著至關重要的作用，它不但關系到測試過程的每一個節點，而且對不同的檢測對象也有不同的影響，因此引入溫度參數補償修正可以有效的改善測量結果，對系統測量精度起到至關重要的作用。在產品檢測的實驗周期內，壓力、溫度及時間的相互關系如圖2所示。

在氣密檢測過程中，被測件和標準件由于在材料、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，如果將被測工件的氣密性檢測中的溫度影響轉化為“溫度等效泄露”，從實際測試結果中減去。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為標準件和被測件的初始平衡壓力，T為標準件和被測件的最終溫度差，T0為標準件和被測件的初始溫度。因此，通過公式（2）可以計算出氣密檢測的溫度補償公式為：

P=Pt×T0/TSt-P0×T/TSt （3）

3、系統組成及硬件設計

氣密性檢測系統主要：信號采集系統、PLC控制系統、氣路系統、電氣系統、HMI系統和電源系統等幾部分組成。其中信號采集系統主要采用羅克韋爾的差壓傳感器檢測被測件的壓力變化；PLC控制系統是氣密性檢測系統的核心，主要通過采集的數據進行分析，控制電磁閥、調節閥等進行相應的動作操作，實現系統的自動檢測；氣路系統設計了2路或者4路的多路測量系統，通過電磁閥、調節閥、過濾閥和壓力傳感器等，實現了標準件和被測件之間的氣路循環；電氣系統主要有指示燈、鑰匙開關、USB接口、執行元件（電磁閥、調節閥、氣動閥、氣泵等）等輔助電路組成，按照系統工藝的要求，根據PLC應用控制程序的設計，實現系統的電氣應用功能；HMI系統通過6寸的觸摸屏實現參數設置、權限登陸、曲線顯示、報表打印等功能；電源系統主要有220VAC、24VDC、±5VDC規格組成[3]、[4]。

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

4、PLC控制軟件設計

系統圖案件系統主要采用模塊化的思想，先設計主程序結構，主要包括壓力以及溫度信號檢測處理程序，液晶顯示，參數輸入修改等各個功能模塊的子程序，從而便于程序的編寫、測試、修改和維護。主程序主要實現對各個模塊子程序調用，是一個順序執行的無限循環的程序。在接通電源開始工作時，PLC實現上電初始化階段，包括硬件初始化，I/O模塊配置初始化，停電保持范圍設定，系統通信參數配置及其他初始化處理[6]。然后依次進入掃描過程以及出錯處理等級段。在此階段，PLC完成氣密檢測儀的自動循環檢測。其檢測過程大致可分為四個部分：充氣階段、平衡階段、測量階段以及排期階段。在每個階段都有各自特定的掃描運行時間，以便完成其正確測量，得出正確的結果。其主程序流程圖如圖3所示。

充氣階段:系統收到準備好啟動信號后，發出控制信號，使充氣閥打開，排氣閥關閉，同時向產品工件和標準工件充氣，并充氣到指定的壓力。直到壓力達到規定壓力，PLC控制器發出信號使充氣閥關閉，充氣階段結束。

平衡階段:在平衡階段，充氣閥和排氣閥均關閉。由于容器內溫度和外界溫度不平衡，從而進行熱交換，PLC給其提供足夠的時間使其進行，以達到平穩狀態。此階段結束后，產品工件和標準工件內部壓力相等，PLC將整個檢測系統的壓力、溫度值保存起來，以作為氣體泄漏后的壓力參考值。

測量階段:在平衡階段結束后的一段時間內，PLC控制器可以去檢測其他工件的氣密性，直到該檢測有足夠的時間泄漏氣體，達到新的平衡狀態。在測量階段，各個閥門均和平衡階段的閥門狀態相同，如果有氣體泄漏，其內部壓力減小，產生的壓差可由壓差傳感器測得，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，排氣閥打開，把標準工件和產品工件中的氣體全部排入大氣，所有閥門回到初始狀態。為下一次工件氣密性檢測做好準備。

5、檢測數據分析

根據工業系統的實際應用環境，模擬實驗采用泄漏率為100kPa，5.16mL/min的標定漏孔作為泄漏空，使用容積為100mL的密封容器作為被測件和標準件，檢測壓力為100kPa，允許偏差為1kPa，平衡容積為100mL，被測容積為120mL。經過差壓傳感器信號采集，得到一組差壓數據[7]。

采用溫度補償算法，依據泄漏率計算公式，對所測數據分析。可得：Q=4.306mL/min，絕對誤差=5.16―4.306=0.854（mL/min），相對誤差σ=0.854/5.16×100%=16.55%；考慮溫度影響時，Q=5.1566mL/min，絕對誤差=5.16―5.1566=0.0034（mL/min），相對誤差σ=0.0034/5.16×100%=0.066%。

從以上數據可以看出，5.16mL標準值的相對誤差和絕對誤差已經小的多，經過溫度補償之后的檢測結果，更加接近于真實值。

6、結語

氣密封性能檢測裝備的設計，為工業產品的氣密性檢測提供了可靠地設備。采用優化設計后的PLC控制的檢測設備，使的精度更加準確、自動化程度更高、性能更加穩定。在控制算法中植入了溫度修正補償算法，從而避免了由于溫度影響造成的檢測結果是真的誤差。經實際測量，系統檢測結果的重復性和精度都要遠遠優于同類氣密性檢測儀。該產品對企業提高生產效率、減輕工作強度、提高產品質量以及降低企業成本有著重要的意義。

參考文獻

[1]黃軍壘.溫度補償性氣密性檢測儀研究的研制[D].鄭州輕工業學院碩士學位論文,2009:17―21.

[2]朱小明,氣壓檢漏儀原理及其應用[J].現代零部件,2005(8):48―50.

[3]劉春,胡建平,郭磊,侯波.基于PLC控制的氣密檢測儀的設計原理[J].2011年(06).

[4]傅曉云,杜經民,李寶仁.氣密自動監測裝置的研究[J].液壓與氣動,2005(5).

[5]SMC(中國有限公司),現代實用啟動技術[M].北京:機械工業的出版社,1999.

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

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