計算機測控系統(tǒng)的設計

計算機測控系統(tǒng)李江全石河子大學機電學院電氣工程系2009年11月——計算機測控系統(tǒng)設計計算機測控系統(tǒng)的設計原則

1．滿足工藝要求在設計計算機測控系統(tǒng)時，首先應滿足生產(chǎn)過程所提出的各種要求及性能指標。因為計算機測控系統(tǒng)是為生產(chǎn)過程自動化服務的，因此設計之前必須對工藝過程有一定的熟悉和了解，系統(tǒng)設計人員應該和工藝人員密切結(jié)合，才能設計出符合生產(chǎn)工藝要求和性能指標的測控系統(tǒng)。設計的測控系統(tǒng)所達到的性能指標不應低于生產(chǎn)工藝要求，但片面追求過高的性能指標而忽視設計成本和實現(xiàn)上的可能性也是不可取的。

2．可靠性要高

系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。在現(xiàn)代生產(chǎn)和管理中，計算機測控系統(tǒng)起著非常重要的作用，其安全可靠性，直接影響到生產(chǎn)過程連續(xù)、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。計算機測控系統(tǒng)通常都是工作在比較惡劣的環(huán)境之中，各種干擾會對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響，各種環(huán)境因素（如粉塵、潮濕、震動等）也是對系統(tǒng)的考驗。而計算機測控系統(tǒng)所控制的對象往往都是比較重要的，一旦發(fā)生故障，輕則影響生產(chǎn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，帶來經(jīng)濟損失；重則會造成重大的人身傷亡事故，產(chǎn)生重大的社會影響。

所以，計算機測控系統(tǒng)的設計總是應當將系統(tǒng)的可靠性放在第一位，以保證生產(chǎn)安全、可靠和穩(wěn)定地運行。

3．操作性能要好

一個好的計算機測控系統(tǒng)應該人機界面好、方便操作、運行，易于維護。操作方便主要體現(xiàn)在操作簡單、顯示畫面形象直觀，有較強的人機對話能力，便于掌握。在考慮操作先進性的同時，設計時要真正做到以人為本，盡可能地為使用者考慮，兼顧操作人員的習慣，降低對操作人員專業(yè)知識的要求，使他們能在較短時間內(nèi)熟悉和掌握操作方法，不要強求操作人員掌握計算機知識后才能操作。對于人機界面可以采用CRT、LCD或者是觸摸屏，使得操作人員可以對現(xiàn)場的各種情況一目了然。

維護方便主要體現(xiàn)在易于查找故障、排除故障。為此，需要在硬件和軟件設計中綜合考慮。在硬件方面，宜采用標準的功能模板式結(jié)構(gòu)，并能夠帶電插拔，便于及時查找并更換故障模板；模板上應配置工作狀態(tài)指示燈和監(jiān)測點，便于檢修人員檢查與維護。在軟件方面，設置檢測、診斷與恢復程序，用于故障查找和處理。

從軟件角度而言，要配置查錯程序和診斷程序，以便在故障發(fā)生時能用程序幫助查找故障發(fā)生的部位，從而縮短排除故障的時間；在硬件方面，從零部件的排列位置，部件設計的標準化以及能否帶電插拔等諸多因素都要通盤考慮，系統(tǒng)設計要盡量方便用戶，簡化操作規(guī)程，如面板上的控制開關(guān)不能太多、太復雜等。

4．實時性要強

計算機測控系統(tǒng)的實時性，表現(xiàn)在對內(nèi)部和外部事件能及時地響應，并作出相應的處理，不丟失信息，不延誤操作。計算機處理的事件一般分為兩類：一類是定時事件，如數(shù)據(jù)的定時采集，運算控制等，對此系統(tǒng)應設置時鐘，保證定時處理；另一類是隨機事件，如事故報警等，對此系統(tǒng)應設置中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急預先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生，保證優(yōu)先處理緊急故障。

通用性是指所設計出的計算機測控系統(tǒng)能根據(jù)各種不同設備和不同控制對象的控制要求，靈活擴充、便于修改。工業(yè)控制的對象千差萬別，而計算機測控系統(tǒng)的研制開發(fā)又需要有一定的投資和周期。一般來說，不可能為一臺裝置或一個生產(chǎn)過程研制一臺專用計算機，常常是設計或選用通用性好的計算機測控裝置靈活地構(gòu)成系統(tǒng)。當設備和控制對象有所變更時，或者再設計另外一個控制系統(tǒng)時，通用性好的系統(tǒng)一般稍作更改或擴充就可適應。

5．通用性要好計算機測控系統(tǒng)的通用靈活性體現(xiàn)在兩方面：一是硬件設計方面，首先應采用標準總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板或功能模塊，并留有一定的冗余，當需要擴充時，只需增加相應功能的通道或模板就能實現(xiàn)。二是軟件方面，應采用標準模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時盡量不進行二次開發(fā)，只需按要求選擇各種功能模塊，靈活地進行控制系統(tǒng)組態(tài)。

6．經(jīng)濟效益要高在滿足計算機測控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標的前提下，盡可能地降低成本，保證為用戶帶來更大的經(jīng)濟效益。經(jīng)濟效益表現(xiàn)在兩方面：一是系統(tǒng)設計的性能價格比要盡可能的高，在滿足設計要求的情況下，盡量采用物美廉價的元器件；二是投入產(chǎn)出比要盡可能的低，應該從提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量、降低能耗、消除污染、改善勞動條件等方面進行綜合評估。另外，要有市場競爭意識，盡量縮短開發(fā)設計周期，以降低整個系統(tǒng)的開發(fā)費用，使新產(chǎn)品盡快進入市場。

7．開發(fā)周期要短

如果計算機測控系統(tǒng)的開發(fā)時間太長，會使用戶無法盡快地收回投資，影響了經(jīng)濟效益的提高；而且，由于計算機技術(shù)發(fā)展非常快，只要幾年的時間原有的技術(shù)就會變得過時。設計與開發(fā)時間過長，等于縮短了系統(tǒng)的使用壽命。因此，在設計時，如何盡可能地使用成熟的技術(shù)，對于關(guān)鍵的元部件或軟件，不是萬不得已就不要自行開發(fā)。

計算機測控系統(tǒng)的設計與實施步驟

1．可行性研究階段開發(fā)者要根據(jù)被控對象的具體情況，按照企業(yè)的經(jīng)濟能力、未來系統(tǒng)運行后可能產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、企業(yè)的管理要求、人員的素質(zhì)、系統(tǒng)運行的成本等多種要素進行分析?？尚行苑治龅慕Y(jié)果最終是要確定：使用計算機控制技術(shù)能否給企業(yè)帶來一定經(jīng)濟效益和社會效益。這里要指出的是，不顧企業(yè)的經(jīng)濟能力和技術(shù)水平而盲目地采用最先進的設備是不可取的。

2．初步設計階段

也可以稱為總體設計。系統(tǒng)的總體設計是進入實質(zhì)性設計階段的第一步，也是最重要和最為關(guān)鍵的一步?？傮w方案的好壞會直接影響整個計算機測控系統(tǒng)的成本、性能、設計和開發(fā)周期等。在這個階段，首先要進行比較深入的工藝調(diào)研，對被控對象的工藝流程有一個基本的了解，包括要測控的工藝參數(shù)的大致數(shù)目和測控要求、測控的地理范圍的大小、操作的基本要求等。然后初步確定未來測控系統(tǒng)要完成的任務，寫出設計任務說明書，提出系統(tǒng)的控制方案，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖，作為進一步設計的基本依據(jù)。

3．詳細設計階段

詳細設計是將總體設計具體化。首先要進行詳盡的工藝調(diào)研，然后選擇相應的傳感器、變送器、執(zhí)行器、I/O通道裝置以及進行計算機系統(tǒng)的硬件和軟件的設計。對于不同類型的設計任務，則要完成不同類型的工作。如果是小型的計算機測控系統(tǒng)，硬件和軟件都是自己設計和開發(fā)；此時，硬件的設計包括電氣原理圖的繪制、元器件的選擇、印刷線路板的繪制與制作；軟件的設計則包括工藝流程圖的繪制、程序流程圖的繪制、將一個個模塊編寫成對應的程序等。

4．系統(tǒng)實施階段

要完成各個元器件的制作、購買、安裝；進行軟件的安裝和組態(tài)以及各個子系統(tǒng)之間的連接等工作。

5．系統(tǒng)的調(diào)試（測試）階段

通過整機的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，及時修改，例如檢查各個元部件安裝是否正確，并對其特性進行檢查或測試；檢驗系統(tǒng)的抗干擾能力等。調(diào)試成功后，還要進行考機運行，其目的是通過連續(xù)不停機的運行來暴露問題和解決問題。

6．系統(tǒng)運行階段

該階段占據(jù)了系統(tǒng)生命周期的大部分時間，系統(tǒng)的價值也是在這一階段中得到體現(xiàn)。在這一階段應該有高素質(zhì)的使用人員，并且嚴格按照章程進行操作，盡可能地減少故障的發(fā)生。

計算機測控系統(tǒng)的總體方案設計

確定計算機測控系統(tǒng)總體方案是進行系統(tǒng)設計的關(guān)鍵而重要的一步。總體方案的好壞，直接影響到整個測控系統(tǒng)的成本、性能、實施細則和開發(fā)周期等?？傮w方案的設計主要是根據(jù)被控對象的工藝要求確定。為了設計出一個切實可行的總體方案與實施方案，設計者必須深入了解生產(chǎn)過程，分析工藝流程及工作環(huán)境，熟悉工藝要求，確定系統(tǒng)的測控目標與任務。盡管被控對象多種多樣，工藝要求各不相同，在總體方案設計中還是有一定共性。

1．工藝調(diào)研

1）調(diào)研的任務

2）形成調(diào)研報告和初步方案

3）形成總體設計技術(shù)報告

2．硬件總體方案設計

1）確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型

2）確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式

3）現(xiàn)場設備選擇

4）其他方面的考慮

3．軟件總體方案設計

軟件總體方案設計的內(nèi)容主要是確定軟件平臺、軟件結(jié)構(gòu)，任務分解，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型、控制策略和控制算法等。在軟件設計也應采用結(jié)構(gòu)化、模塊化、通用化的設計方法，自上而下或自下而上地畫出軟件結(jié)構(gòu)方框圖，逐級細化，直到能清楚地表達出控制系統(tǒng)所要解決的問題為止。

在確定系統(tǒng)總體方案時，對系統(tǒng)的軟件、硬件功能的劃分要做統(tǒng)一的綜合考慮，因為一些控制功能既能由硬件實現(xiàn)，也可用軟件實現(xiàn)，如計數(shù)、邏輯控制等。采用何種方式比較合適，應根據(jù)實時性要求及整個系統(tǒng)的性能價格比綜合比較后確定。4．系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)總體方案是硬件總體方案和軟件總體方案的組合體。

系統(tǒng)的總體方案反映了整個系統(tǒng)的綜合情況，要從正確性、可行性、先進性、可用性和經(jīng)濟性等角度來評價系統(tǒng)的總體方案。

作為總體方案的一部分，設計者還應提供對各子系統(tǒng)功能檢測的一些測試依據(jù)或標準。對于較大的系統(tǒng)，還要編制專門的測試規(guī)范。

計算機測控系統(tǒng)的硬件設計

選擇系統(tǒng)總線

1．內(nèi)總線選擇

內(nèi)總線是計算機系統(tǒng)各組成部分之間進行通信的總線，按功能分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線四部分，每種型號的計算機都有自身的內(nèi)部總線。

2．外總線選擇

外總線是計算機與計算機之間或計算機與其他智能設備之間或智能外設之間進行通信的連線集合，它包括IEEE-488并行通信總線和RS-232C串行通信總線；對于遠距離通信、多站點互聯(lián)通信，還有RS-422和RS-485通信總線。

選擇主機

如果控制現(xiàn)場環(huán)境比較好，對可靠性的要求又不是特別高，可以選擇普通的個人計算機，否則還是選擇工控機為宜。在主機的配置上，以留有余地、滿足需要為原則，不一定要選擇最高檔的配置。在微機控制系統(tǒng)中，可供選擇的微機有許多系列和種類。選擇微機應從以下幾個方面考慮。

1．字長

2．速度

3．中斷系統(tǒng)

4．輸入輸出通道

選擇輸入輸出板卡

1．選擇模擬量輸入輸出板卡

對與模擬量輸入板卡，一般都有單端輸入與雙端輸入兩種選擇，以采用雙端輸入為好，以提高抗干擾能力。對模擬輸入通道的設計應滿足兩個要求：

1）能滿足生產(chǎn)工藝需要的轉(zhuǎn)換精度，這主要體現(xiàn)在A／D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和精度上；

2）要有較強的抗干擾能力。2．選擇數(shù)字量（開關(guān)量）輸入輸出板卡

PCI總線I/O接口板卡多種多樣，通常可以分為TTL電平的開入開出和帶光電隔離的開入開出。通常和工業(yè)控制機共地裝置的接口可以采用TTL電平，而其他裝置與工業(yè)控制機之間則采用光電隔離。

在采用工業(yè)控制計算機的控制系統(tǒng)中，輸入輸出板卡可根據(jù)需要組合，不管哪種類型的系統(tǒng)，其板卡的選擇與組合均由生產(chǎn)過程的輸入?yún)?shù)和輸出控制通道的種類和數(shù)量來確定。選擇傳感器和變送器

計算機控制系統(tǒng)要實現(xiàn)自動控制，首先要實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的自動檢測，這個任務是由檢測儀表來完成的，因此系統(tǒng)設計者必須根據(jù)現(xiàn)場的具體要求、工藝過程信號的檢測原理、安裝環(huán)境等諸多因素選擇合適的檢測儀表。傳感器和變送器均屬于檢測儀表。設計人員可根據(jù)被測參數(shù)的種類、量程、精度、被測對象的介質(zhì)類型和環(huán)境來選擇傳感器和變送器的具體型號。

選擇執(zhí)行機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)工作原理可分為氣動、電動和液壓三種類型。氣動執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用可靠、維護容易、防火防爆等優(yōu)點；電動執(zhí)行機構(gòu)具有體積小、種類多、使用方便、響應速度快，與計算機接口容易等優(yōu)點；液壓執(zhí)行機構(gòu)的特點是輸出功率大、能傳送大扭矩和較大推力，控制和調(diào)節(jié)簡單，方便省力等。

在系統(tǒng)設計中，需根據(jù)系統(tǒng)的要求來選擇執(zhí)行機構(gòu)，如對于要實現(xiàn)連續(xù)的精確的控制，必須選用氣動或電動調(diào)節(jié)閥，而對于要求不高的控制系統(tǒng)可選用電磁閥。執(zhí)行機構(gòu)是自動控制的最后一道環(huán)節(jié)，必須考慮環(huán)境要求、行程范圍、驅(qū)動方式、調(diào)節(jié)介質(zhì)、防爆等級等方面的因素?？刂撇僮髅姘逶O計

控制操作面板也稱為控制操作臺，是人機對話的紐帶，也是微機控制系統(tǒng)中的重要設備。根據(jù)具體情況，操作面板可大可小，大到可以是一個龐大的操作臺，小到只是幾個功能鍵和開關(guān)，如智能儀器中，操作面板都比較小。不同系統(tǒng)，操作面板可能差異很大，所以一般需要根據(jù)實際需要自行設計。在設計中應遵循安全可靠、使用方便、操作簡單、板面布局適宜美觀、符合人性工程學要求的原則。計算機測控系統(tǒng)的軟件設計

軟件是指完成各種功能的計算機程序的總和，如操作、管理、監(jiān)視、控制、計算和自診斷等。軟件是計算機的中樞神經(jīng)，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件指揮下進行協(xié)調(diào)工作的，決定了整個控制系統(tǒng)的功能強弱。軟件可分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分。測控系統(tǒng)對應用軟件的要求

1．實時性由于工業(yè)測控系統(tǒng)是實時測控系統(tǒng)，即能夠在被控對象允許的時間間隔內(nèi)完成對系統(tǒng)的控制、計算和處理等任務，尤其是對于多回路系統(tǒng)，更應高度重視控制系統(tǒng)的實時性問題。為此，除在硬件上采取必要的措施外，還應在軟件設計上加以考慮，提高軟件的響應和處理速度。

為了提高軟件的實時性，可以從以下幾個方面考慮：對于應用軟件中實時性要求高的部分，可使用匯編語言；運用編程技巧可以提高處理速度；對于那些需要隨機間斷處理的任務可采用中斷系統(tǒng)來完成；在滿足要求的前提下，應盡量降低采樣頻率，以減輕整個系統(tǒng)的負擔。

2．靈活性和通用性

在應用程序設計中，為了節(jié)省內(nèi)存和具有較強的適應能力，通常要求有一定的靈活性和通用性。在進行軟件設計時要做到以下幾點：程序的模塊化設計和結(jié)構(gòu)化設計；盡量將共用的程序編寫成子程序；另外要求系統(tǒng)容量的可擴展性和系統(tǒng)功能的可擴充性。

3.可靠性和容錯性

計算機測控系統(tǒng)的可靠性，不僅取決于硬件可靠性，而且還取決于軟件的可靠性，兩者的可靠性同等重要。為確保軟件的可靠性，可從下面幾方面考慮：在軟件設計中采用模塊化的結(jié)構(gòu)，有利于排錯；設置檢測與診斷程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件與軟件檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤及時處理；采用冗余設計技術(shù)等。

4．有效性和針對性

有效性是指對系統(tǒng)主要資源的使用效率。這些資源主要包括CPU、存儲器、I/O接口、中斷、定時/計數(shù)器、遠程通信等。在設計中應充分利用系統(tǒng)資源，簡化軟件設計，提高軟件運行效率。由于應用程序是針對一個具體系統(tǒng)，因此應根據(jù)具體系統(tǒng)的要求和特性來設計，選用合適的算法。

5．可維護性

可維護性是指軟件能夠被理解、檢查、測試、校正、適應和改進的難易程度。所設計的軟件應該易于維護、測試，便于理解、改進。為此，應按照軟件工程的要求，在軟件編制設計中，應使程序具有良好的程序結(jié)構(gòu)，易于閱讀，便于理解。加入適當?shù)淖⑨?，以閱讀和理解源程序。

工業(yè)測控軟件的功能

1．數(shù)據(jù)輸入／輸出及報警檢測功能過程數(shù)據(jù)輸入／輸出是測控軟件的基本功能。數(shù)據(jù)輸入包括來自現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換值、讀數(shù)值、狀態(tài)值等以及來自控制臺的各種輸入值（如設定值、報警限等）。數(shù)據(jù)輸出包括送往現(xiàn)場的控制量、控制邏輯信號以及送往控制臺的各種指示信號。

2．回路控制功能

回路控制是測控軟件最重要的功能。計算機測控系統(tǒng)的基本任務和周期性任務就是根據(jù)設定值與現(xiàn)場測量值獲得偏差信號，由偏差信號經(jīng)一定控制算法獲得輸出控制量，并將該控制量送往執(zhí)行器，通過調(diào)節(jié)物料流量或能量，使控制對象的被控量逼近系統(tǒng)的目標值（設定值）。由于信號的輸入、輸出構(gòu)成了一個環(huán)路，且控制過程是周期性的，因此稱之為回路控制。一個系統(tǒng)有多少個控制點就有多少個控制回路，檢測點的數(shù)目至少等于控制回路的數(shù)目。

3．畫面顯示功能

不同的測控系統(tǒng)所要求的顯示畫面是不同的。但畫面的種類大體包括總貌顯示畫面、棒圖顯示畫面、細目顯示畫面、實時趨勢畫面、歷史趨勢畫面、報警畫面、回路控制畫面、參數(shù)總表畫面、操作記錄畫面、事故追憶畫面及工藝流程畫面等。

4．報表功能

報表的種類是多種多樣的，不同的測控系統(tǒng)、不同的用戶對報表的格式有不同的要求。但根據(jù)報表的打印啟動方式來看，主要有定時報表、隨機報表和條件報表等。時報表、班報表、周報表、月報表及年報表均視為定時報表，定時報表在定時時間到點時由系統(tǒng)自動打印輸出。隨機報表可由操作人員隨時啟動報表打印輸出；條件報表則只有條件滿足時由系統(tǒng)自動啟動打印操作，如：出現(xiàn)某個事故或報警信號時，自動打印有關(guān)數(shù)據(jù)。

5．系統(tǒng)生成功能

專用的測控軟件一般不具有系統(tǒng)生成功能，而一個通用的測控軟件往往具有系統(tǒng)生成功能。系統(tǒng)生成功能即系統(tǒng)組態(tài)功能，主要包括數(shù)據(jù)庫生成、歷史數(shù)據(jù)庫生成、圖形生成、報表生成、順序控制生成及連續(xù)控制生成等諸多子系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫生成子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫點記錄編輯、數(shù)據(jù)庫點記錄打印、數(shù)據(jù)庫記錄轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)庫記錄連接等多項功能，通用測控軟件的數(shù)據(jù)庫往往可以和市面上的主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和電子表格軟件進行數(shù)據(jù)交換。

歷史庫生成子系統(tǒng)具有歷史記錄的編輯、歷史執(zhí)行記錄的生成、歷史庫與實時點的連接等功能；

圖形生成子系統(tǒng)具有流程圖背景畫面編輯、顯示畫面編輯、實時顯示點及歷史顯示點的編輯以及動畫的編輯等功能，許多通用的測控軟件往往將商用圖形制作工具作為圖形子系統(tǒng)，測控軟件實際上只提供了圖形格式識別功能。也有的組態(tài)軟件提供了自己的圖形生成子系統(tǒng)和常用的圖庫，如組態(tài)王就是這樣的軟件。

報表生成子系統(tǒng)能生成各種格式的報表和各種打印條件的報表，有的組態(tài)軟件提供的報表系統(tǒng)和商用表格軟件的數(shù)據(jù)格式兼容，比如許多報表系統(tǒng)生成的報表和EXCEL兼容。

順序控制生成子系統(tǒng)提供邏輯控制、順序控制生成功能，并能夠以梯形圖、文本語言進行編輯和組態(tài)。

連續(xù)控制生成子系統(tǒng)提供單回路控制、多回路控制、解耦控制、最優(yōu)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)等多種控制策略，并能夠以框圖方式、表格方式和文本方式等進行回路組態(tài)和編輯。

6．通訊功能

運行在單機控制系統(tǒng)的測控軟件一般不具有通訊功能，即使有通訊功能，也只是為擴充系統(tǒng)所作的考慮。運行在多機系統(tǒng)的測控軟件必須具有通訊功能。多機控制系統(tǒng)往往又是二級或多級控制系統(tǒng)。上位機與上位機之間一般采用通用的網(wǎng)絡通信，如以太網(wǎng)、TCP／IP協(xié)議等。上位機與下位機之間一般都采用RS-485總線式通訊網(wǎng)絡或具有實時性的通訊網(wǎng)絡及其協(xié)議，以確保控制功能的實時性和可靠性。

7.其它功能控制策略：為控制系統(tǒng)提供可供選擇的控制策略方案；數(shù)據(jù)存儲：存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢；系統(tǒng)保護：自診斷、掉電處理、備用通道切換和為提高系統(tǒng)可靠性、維護性采取的措施；

數(shù)據(jù)共享：具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。

工業(yè)測控軟件的種類

工控軟件有單任務和多任務兩大類。單任務工控軟件完成的任務比較簡單或程序所執(zhí)行的任務是預先安排好的，這種單任務工控軟件也可以引入中斷處理程序。多任務工控軟件比較復雜，系統(tǒng)并行地運行多個任務，分別處理不同的事件，并以某種方式分時占用計算機資源。多任務工控軟件往往需要多任務操作系統(tǒng)的支持，由操作系統(tǒng)來完成多任務的調(diào)度工作。

工控軟件又分為專用和通用兩大類。專用控制軟件針對某個特定的控制系統(tǒng)而研制，檢測點數(shù)、控制回路數(shù)、控制策略、顯示畫面以及報表功能都是相對固定，無法做大的改動。通用控制軟件也稱之為組態(tài)軟件，它不針對具體的控制對象，而是提供一種開發(fā)平臺，使設計者能快速地根據(jù)不同的控制對象構(gòu)成具體的控制系統(tǒng)。

工業(yè)測控軟件的模塊結(jié)構(gòu)

1）數(shù)據(jù)采集及處理模塊實時數(shù)據(jù)采集程序，主要是完成多路信號（包括模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量和脈沖量）的采樣、輸入變換、存儲等；數(shù)據(jù)處理程序，包括：數(shù)字濾波程序，用來濾除干擾造成的錯誤數(shù)據(jù)或不宜使用的數(shù)據(jù)；線性化處理程序，對檢測元件或變送器的非線性用軟件補償；標度變換程序，把采集到的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工程量；數(shù)字信號采集與處理程序，對數(shù)字輸入信號進行采集及碼制之間的轉(zhuǎn)換

2）控制模塊

控制算法程序是計算機控制系統(tǒng)中的一個核心程序模塊，主要實現(xiàn)所選控制規(guī)律的計算，產(chǎn)生對應的控制量。它主要實現(xiàn)對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，它根據(jù)各種各樣的控制算法和千差萬別的被控對象的具體情況來編寫，控制程序的主要目標是滿足系統(tǒng)的性能指標。常用的有數(shù)字式PID調(diào)節(jié)控制程序、最優(yōu)控制算法程序、順序控制及插補運算程序等。還有運行參數(shù)設置程序，對控制系統(tǒng)的運行參數(shù)進行設置。

3）監(jiān)控報警模塊

由采樣讀入的數(shù)據(jù)或經(jīng)計算機處理后的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視；根據(jù)控制策略，判斷是否超出工藝參數(shù)的范圍，計算機要加以判別，如果超越了限定值，就需要由計算機或操作人員采取相應的措施，實時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制，或輸出其它有關(guān)信號，如報警信號等，確保生產(chǎn)的安全。

4）系統(tǒng)管理模塊

首先用來將各個功能模塊程序組織成一個程序系統(tǒng)，并管理和調(diào)用各個功能模塊程序；其次用來管理數(shù)據(jù)文件的存儲和輸出。系統(tǒng)管理程序一般以文字菜單和圖形菜單的人-機界面技術(shù)來組織、管理和運行系統(tǒng)程序。

5）數(shù)據(jù)管理模塊這部分程序用于生產(chǎn)管理部分，主要包括變化趨勢分析、報警記錄、統(tǒng)計報表，打印輸出、數(shù)據(jù)操作、生產(chǎn)調(diào)度及庫存管理等程序。

分為兩部分：人機對話程序包括顯示、鍵盤、指示等程序；畫面顯示程序包括用圖、表及曲線在CRT屏幕上形象地反映生產(chǎn)狀況的遠程監(jiān)控程序等。

6)人機交互模塊

7）數(shù)據(jù)通信模塊

數(shù)據(jù)通信程序是用于完成計算機與計算機之間、計算機與智能設備之間大信息傳遞和交換。它的主要功能有：設置數(shù)據(jù)傳送的波特率（速率）；上位機向數(shù)據(jù)采集站發(fā)送機號；上位機接收和判斷數(shù)據(jù)采集站發(fā)回的機號；命令相應的數(shù)據(jù)采集站傳送數(shù)據(jù)；上位機接收數(shù)據(jù)采集站傳送來的數(shù)據(jù)。

應用軟件的設計流程1）需求分析

2）程序說明

3）軟件設計

4）軟件編碼

5）軟件測試與調(diào)試

6）軟件維護

1）需求分析需求分析是分析用戶的要求，主要是確定待開發(fā)軟件的功能、性能、數(shù)據(jù)、界面等要求。系統(tǒng)的功能要求，即列出應用軟件必須完成的所有功能；系統(tǒng)的性能要求，如響應時間、處理時間、振蕩次數(shù)、超調(diào)量等；數(shù)據(jù)要求，如采集量、導出量、輸出量、顯示量等，確定數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等；系統(tǒng)界面要求描述了系統(tǒng)的外部特性；系統(tǒng)的運行要求，如對硬件、支撐軟件、數(shù)據(jù)通信接口等的要求；安全性、保密性和可靠性方面的要求；異常處理要求，即在運行過程中出現(xiàn)異常情況時應采取的行動及需顯示的信息。

2）程序說明

根據(jù)需求分析，編寫程序說明文檔，作為軟件設計的依據(jù)。其中一個重要的工作是繪制流程圖。我們可以把測控系統(tǒng)整個軟件分解為若干部分，它們各自代表了不同的分立操作，把這些不同的分立操作用方框表示，并按一定順序用連線連接起來，表示它們的操作順序。這種互相聯(lián)系的表示圖稱為功能流程圖。

3）軟件設計

可分為概要設計和詳細設計。概要設計的任務是確定軟件的結(jié)構(gòu)，進行模塊劃分，確定每個模塊的功能和模塊間的接口，以及全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設計。詳細設計的任務是為每個模塊實現(xiàn)的細節(jié)和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設計。所有設計中的考慮都應以設計說明書的形式加以描述，以供后續(xù)工作使用。

4）軟件編碼

它的任務是用某種語言編寫程序。編寫程序可用機器語言、匯編語言或各種高級語言。究竟采用何種語言則由程序長度、測控系統(tǒng)的實時性要求及所具備的研制工具而定。在復雜的系統(tǒng)軟件中，一般采用高級語言。對于規(guī)模不大的應用軟件，大多用匯編語言來編寫，因為從減少存儲容量、降低器件成本和節(jié)省機器時間的觀點來看，這樣做比較合適。

5）軟件測試與調(diào)試測試是保證軟件質(zhì)量的重要手段，是微機測控系統(tǒng)軟件設計中很關(guān)鍵的一步，其目的是為了在軟件引入測控系統(tǒng)之前，找出并改正邏輯錯誤或與硬件有關(guān)的程序錯誤?？衫酶鞣N測試方法檢查程序的正確性，發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤，修改程序編碼，改進程序設計，直至程序運行達到預定要求為止。

文檔編制也是軟件設計的重要內(nèi)容。它不僅有助于設計者進行查錯和測試，而且對程序的使用和擴充也是必不可少的。如果文檔編得不好，不能說明問題，程序就難于維護、使用和擴充。一個完整的應用軟件文檔，一般應包括流程圖、程序的功能說明、所有參量的定義清單、存儲器的分配圖、完整的程序清單和注釋、測試計劃和測試結(jié)果說明。

6)文檔編制

軟件的維護是指軟件的修復、改進和擴充。當軟件投入現(xiàn)場運行后，一方面可能會發(fā)生各種現(xiàn)場問題，因而必須利用特殊的診斷方式和其他的維護手段，像維護硬件那樣修復各種故障；另一方面，用戶往往會由于環(huán)境或技術(shù)業(yè)務的變化，提出比原計劃更多的要求，因而需要對原來的應用軟件進行修改或擴充，以適應情況變化的需要。因此，一個好的應用軟件，不僅要能夠執(zhí)行規(guī)定的任務，而且在開始設計時，就應該考慮到維護和再設計的方便，使它具有足夠的靈活性、可擴充性和可移植性。

7）軟件維護

應用軟件的設計方法

1）模塊化程序設計模塊化程序設計是把一個復雜的應用軟件，分解為若干個功能模塊，形成模塊化層次結(jié)構(gòu)。頂層模塊調(diào)用它的下層模塊以實現(xiàn)完整功能，每個下層模塊再調(diào)用更下層的模塊，底層模塊完成最具體的功能。2）結(jié)構(gòu)化程序設計

結(jié)構(gòu)化程序設計采用自頂向下逐步求精的設計方法和單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)。自頂向下逐步求精的設計方法符合抽象和分解的原則，是解決復雜問題時常用的方法。在設計一個模塊的實現(xiàn)算法時先考慮整體后考慮局部，先抽象后具體，通過逐步細化，最后得到詳細的實現(xiàn)算法。

應用軟件開發(fā)工具的選擇

編寫應用程序首先面臨的一個問題是選用什么語言設計程序?？梢赃x用機器語言、匯編語言、高級語言以及組態(tài)語言來編寫程序。

用匯編語言編寫的程序代碼針對性強，代碼長度短，程序執(zhí)行速度快，實時性強，且要求的硬件也少，但編程繁瑣，工作量大，調(diào)試困難，開發(fā)周期長，通用性差，不便于交流推廣。高級語言通用性好，編程容易，功能多，數(shù)據(jù)運算和處理能力強，但實時性相對差些。匯編語言和高級語言各有其優(yōu)點和局限性。在程序設計中，應發(fā)揮匯編語言實時功能強、高級語言運算能力強的優(yōu)點，所以在應用軟件設計中，一般采用高級語言與匯編語言混合編程的方法，即用高級語言編寫數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理、圖形繪制、顯示、打印、網(wǎng)絡管理程序等；用匯編語言編寫時鐘管理、中斷管理、輸入輸出、數(shù)據(jù)通信程序等。組態(tài)軟件

它是一種針對控制系統(tǒng)而設計的面向問題的開發(fā)軟件，它為用戶提供了眾多的功能模塊，比如控制算法模塊（如PID）、運算模塊（四則運算、開方、最大值/最小值選擇、一階慣性、超前滯后、工程量變換、上下限報警等數(shù)十種）、計數(shù)/計時模塊、邏輯運算模塊、輸入模塊、輸出模塊、打印模塊、CRT顯示模塊等。系統(tǒng)設計者只需根據(jù)控制要求，選擇所需的模塊就能十分方便地生成系統(tǒng)控制軟件，因而軟件設計工作量大為減少。

工業(yè)控制軟件包是由控制專業(yè)公司開發(fā)的現(xiàn)成控制軟件產(chǎn)品，它具有標準化、模塊組合化、組態(tài)生成化等特點，通用性強，實時性和可靠性高。利用工業(yè)控制軟件包和用戶組態(tài)軟件，設計者可根據(jù)控制系統(tǒng)的需求來組態(tài)生成各種實際的應用軟件。這種開發(fā)方式極大地方便了設計者，他們不必過多地了解和掌握如何編制程序的技術(shù)細節(jié)，只需要掌握工業(yè)控制軟件包和組態(tài)軟件的操作規(guī)程和步驟，就能開發(fā)、設計出符合需要的控制系統(tǒng)應用軟件，從而大大縮短研制時間，也提高了軟件的可靠性。

計算機測控系統(tǒng)的調(diào)試與運行

系統(tǒng)的調(diào)試與運行可分為離線仿真與調(diào)試和在線調(diào)試與運行兩個階段。離線仿真與調(diào)試一般是在實驗室或非工業(yè)現(xiàn)場進行，而在線調(diào)試與運行是在生產(chǎn)過程工業(yè)現(xiàn)場進行。離線仿真與調(diào)試是基礎，是檢查系統(tǒng)硬件和軟件的整體性能，為在線調(diào)試與現(xiàn)場運行做準備?，F(xiàn)場運行是對全系統(tǒng)的實際考驗與檢查。圖9-3示出了系統(tǒng)調(diào)試與運行階段的工作流程。圖中硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、硬件與軟件統(tǒng)調(diào)（即系統(tǒng)仿真）和考機屬于離線仿真與調(diào)試階段，而現(xiàn)場安裝調(diào)試、驗收和現(xiàn)場運行屬于在線調(diào)試與運行階段。1．硬件調(diào)試對于自行開發(fā)的硬件電路板，首先需要用萬用表或邏輯測試筆逐步按照邏輯圖檢查電路板中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。有時為了保護集成芯片，先對各管座電位（或電源）進行檢查，確定其無誤后再插入芯片。再根據(jù)設計說明、設計要求和預定技術(shù)指標對電路板功能進行功能性檢查，測試其是否滿足要求。對于各種標準功能模板，應按照說明書要求檢查主要功能。在檢查過程中，最好利用仿真器或開發(fā)系統(tǒng)，有時需要編制一些短小有針對性的測試程序?qū)Ω鞴δ茈娐愤M行分別測試，以檢測這些電路的正確性或存在的問題。對于A/D和D/A模板首先檢查信號的零點和滿量程，然后再分欄檢查。比如滿量程的10％、25％、50％、75％、100％，并且上行和下行來回調(diào)試，以便檢查線性度是否合乎要求。如有多路開關(guān)板（或電路），還應測試各通路是否能正確切換。檢查開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出模板，需利用開關(guān)量輸入和輸出程序來進行。對于開關(guān)量的輸入，可在各輸入端加開關(guān)量信號，并讀入以檢查讀入狀態(tài)的正確性。對于開關(guān)量的輸出，運行開關(guān)量輸出測試程序，在輸出端檢查（用萬用表或在輸出端接測試信號器件電路）輸出狀態(tài)的正確性。對于現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu)，如溫度變送器、流量變送器、壓力變送器、差壓變送器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器以及電動或氣動調(diào)節(jié)閥等。這些儀表和執(zhí)行機構(gòu)必須在安裝前按說明書要求進行校驗。分級計算機控制系統(tǒng)和分布式計算機控制系統(tǒng)，需要測試其通信功能，檢查數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。實際硬件調(diào)試中，并非在硬件總裝后才進行硬件系統(tǒng)調(diào)試，而是邊裝邊調(diào)試。2．軟件調(diào)試軟件測試一般安排在硬件調(diào)試之后。有了正確的硬件作保證，就很容易發(fā)現(xiàn)軟件的錯誤。在軟件測試過程中，有時也會發(fā)現(xiàn)硬件故障。一般情況下，軟件測試后，硬件中的隱藏問題大部分能被發(fā)現(xiàn)和糾正。

軟件一般有主程序、功能模塊和子程序。一般測試順序為子程序、功能模塊和主程序。有些程序的測試比較簡單，利用仿真器或開發(fā)系統(tǒng)提供的測試程序就可進行測試。近年來出現(xiàn)一種所謂仿真軟件，可不用硬件直接在微機上測試匯編語言程序，待基本測試好以后，再移到硬件系統(tǒng)中去測試。這種軟件、硬件并行測試方法，可大大加快系統(tǒng)開發(fā)速度。一般與過程輸入/輸出通道無關(guān)的程序，如運算模塊都可用開發(fā)裝置或仿真器的調(diào)試程序進行測試，有時為了測試某些程序，可能還要編寫臨時性的輔助程序。一旦所有的子程序和功能模塊測試完畢，就可以用主程序?qū)⑺鼈冞B接在一起，進行整體測試。整體測試的方法是自底向上逐步擴大，首先按分支將模塊組合起來，以形成模塊子集，測試完各模塊子集，再將部分模塊子集連接起來進行局部測試，最后進行全局測試。這樣經(jīng)過子集、局部和全局三步測試，完成了整體測試工作。通過整體測試能夠把設計中存在的問題和隱含的缺陷暴霹出來，從而基本上消除了編程上的錯誤，為以后的系統(tǒng)仿真測試和在線測試及運行打下良好的基礎。3．系統(tǒng)仿真在硬件和軟件分別調(diào)試后，需要再進行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)，以進一步在實驗室條件下把存在的問題充分暴露，并加以解決。硬、軟件統(tǒng)調(diào)試驗，就是通常所說的“系統(tǒng)仿真”。所謂系統(tǒng)仿真就是應用相似原理和類比關(guān)系來研究事物，也就是用模型來代替實際系統(tǒng)來進行試驗和研究。系統(tǒng)仿真有以下三種類型：數(shù)字仿真（或稱計算機仿真）、全物理仿真（或稱為在模擬環(huán)境條件下的全實物仿真）、半物理仿真（或稱硬件閉路動態(tài)試驗）。系統(tǒng)仿真應該盡量采用全物理仿真或半物理仿真。試驗條件或工作狀態(tài)越接近真實，其效果也就越好。對于純數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般可做到全物理仿真；而對于控制系統(tǒng)，全物理仿真幾乎不可能。因此，控制系統(tǒng)一般采用半物理仿真進行試驗。被控對象用實驗模型（數(shù)學模型）來代替。不經(jīng)過系統(tǒng)仿真和各種試驗，試圖在現(xiàn)場調(diào)試中一舉成功是不實際的，往往會被現(xiàn)場調(diào)試工作的現(xiàn)實所否定。4．考機在系統(tǒng)仿真結(jié)束后，還要進行考機運行試驗。測控系統(tǒng)中有些問題和缺陷在短時間運行，可能不能暴露，只有長時間運行才能出現(xiàn)。因此，考機的目的是要在連續(xù)不停機的運行中，暴露問題和解決問題，同時也是檢驗整個系統(tǒng)的可靠性。在考機過程中，可根據(jù)現(xiàn)場可能出現(xiàn)的運行條件和周圍環(huán)境，設計一些特殊運行條件和外部干擾，以考驗系統(tǒng)的運行情況和抗干擾能力。例如，可設計高溫和低溫劇變運行試驗；振動和抗電磁干擾試驗；電源電壓波動、劇變，甚至掉電試驗等。計算機控制系統(tǒng)的抗干擾設計

計算機控制系統(tǒng)是對生產(chǎn)過程進行監(jiān)測和控制，它往往工作在工業(yè)現(xiàn)場。由于工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境復雜，并且惡劣，計算機控制系統(tǒng)不可避免地受到各種各樣的干擾。這些干擾可能會影響到系統(tǒng)的控制精度，使系統(tǒng)的性能指標下降，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導致系統(tǒng)的運行混亂和故障，進而造成生產(chǎn)事故。

對計算機控制系統(tǒng)來說，干擾是客觀存在的。干擾可能來自外部，也可能來自內(nèi)部；它可通過不同的途徑作用于控制系統(tǒng)，且其作用程度及引起的后果與干擾的性質(zhì)及干擾強度等有關(guān)。為了保證系統(tǒng)能長期、穩(wěn)定、可靠地工作，系統(tǒng)設計時必須考慮抑制干擾問題，并采取行之有效的抗干擾措施，以保證工業(yè)控制系統(tǒng)的正常運行。

干擾信號的來源

1．內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾是指控制系統(tǒng)內(nèi)部電子電路的各種干擾。主要來自：分布電容、分布電感引起的耦合感應，電磁場輻射感應，長線傳輸?shù)牟ǚ瓷洌帱c接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾以及電子元件內(nèi)部的熱噪聲等。2．外部干擾源外部干擾是指與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)無關(guān)的，由外界竄入到控制系統(tǒng)內(nèi)的各種干擾，一般來自：電網(wǎng)電壓的波動，大型用電設備（天車、電爐、大電機、電焊機）的啟停，高壓設備和電磁開關(guān)的電磁輻射，通信設備發(fā)出的電磁波以及傳輸電纜的共模干擾等。除此之外，太陽和其他天體輻射的電磁波、雷電，甚至氣溫、濕度等氣象條件也會造成干擾。

干擾信號的種類

1．按干擾耦合的形式分類1）靜電干擾。靜電耦合是干擾電場通過電容耦合方式竄入其他回路中。在控制系統(tǒng)中，互容現(xiàn)象是很普遍的。兩根導線之間構(gòu)成電容；印刷電路板的印刷導線之間存在電容；變壓器的線匝之間和繞組之間也都會構(gòu)成電容。電容為信號的傳輸提供了一條通路，造成電場干擾信號。2）電磁干擾。在任何通電導體周圍空間都會產(chǎn)生磁場，而且電流的變化必然引起磁場的變化，變化的磁場就要在其周圍閉合回路中產(chǎn)生感應電動勢。在設備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁會引起干擾；在設備外部，當兩根導線在很長的一段區(qū)間架設時，也會產(chǎn)生干擾。

3）漏電耦合干擾。漏電耦合又稱為電阻性耦合。當相鄰的元件或?qū)Ь€間絕緣電阻降低時，有些信號便通過這個降低了的絕緣電阻耦合到信號傳送的輸入端而形成干擾。

4）共阻抗感應干擾。在控制系統(tǒng)的回路之間不可避免地存在公共耦合阻抗。例如電源引線、匯流排等都具有一定的阻抗，對于多回路來說就是一個公共阻抗，盡管數(shù)值很小，但當流過較大電流時，其作用就像一根天線，將干擾信號引入各回路。2．按干擾的作用方式分類1）串模干擾信號串模干擾信號是指串聯(lián)于有用信號源回路之中的干擾，也稱橫向干擾或常態(tài)干擾。其表現(xiàn)形式如圖9-4所示。當串模干擾的幅值與有用信號相接近時，系統(tǒng)就無法正常工作，即這時提供給微機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)會嚴重失真，甚至是錯誤的。2）共模干擾信號

共模干擾信號是指由于對地電位的變化所形成的干擾信號，也稱為對地干擾、橫向干擾或不平衡干擾。共模干擾示意圖見圖9-5。

3）長線傳輸干擾

在計算機控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場信號到控制計算機以及控制計算機到現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)，都經(jīng)過一段較長的線路進行信號傳輸，即長線傳輸。對于高速信號傳輸?shù)木€路，即在高頻信號電路中，多長的傳輸線可作為長線，取決于電路信號頻率的大小，在有些情況下，可能1米左右的線就應作為長線看待。長線傳輸干擾主要有：外界干擾；信號延時干擾；信號反射干擾。3．按干擾信號的性質(zhì)分類1）隨機干擾信號。隨機干擾信號是無規(guī)律的隨機性干擾信號，如突發(fā)性脈沖干擾信號，連續(xù)性脈沖干擾信號。2）周期干擾信號。屬于周期干擾信號的有交流聲、嘯叫、汽船聲等自激振蕩。4．按干擾源的類型分類1）外部干擾信號。外部干擾信號是指來源于系統(tǒng)外部、與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)的的干擾源。在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的外部干擾源種類繁多，干擾性強，隨機性大，主要有電源、用電設備、自然界的雷電、帶電的物體等。2）內(nèi)部干擾信號。內(nèi)部干擾信號是由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、線路設計、元器件性能變化和漂移等原因所形成的存在于系統(tǒng)內(nèi)部的干擾信號?？垢蓴_技術(shù)所謂抗干擾是指把竄入微機控制系統(tǒng)的干擾衰減到一定的強度以內(nèi)，保證系統(tǒng)能夠正常工作或者達到要求的測量控制精度。提高設備的抗干擾能力，必須從設計階段開始，要考慮到電磁兼容性（EMC）的設計。電磁兼容性設計要求所設計的電子設備在運行時，既不受周圍電磁干擾而能正常工作，又不對周圍設備產(chǎn)生干擾。常用抗干擾技術(shù)主要有：濾波、接地、屏蔽、隔離、設置干擾吸收網(wǎng)絡及合理布線等。1．接地技術(shù)將電路、單元與充作信號電位公共參考點的一個等位點或等位面實現(xiàn)低阻抗連接，稱為接地。一個系統(tǒng)涉及到許多接地點，它對系統(tǒng)的工作性能有極大的影響。良好的接地處理有利于抑制干擾信號和穩(wěn)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，接地處理不當則導致系統(tǒng)不能正常工作，甚至根本不能工作。接地的目的通常有兩個：一是為了安全，即安全接地；二是為了給系統(tǒng)提供一個基準電位，并給高頻干擾提供低阻通路，即工作接地。

1）接地方式（1）安全接地：設備金屬外殼的接地。

（2）工作接地：信號回路接于基準導體或基準電位點。（3）屏蔽接地：電纜、變壓器的屏蔽層的接地。

2）浮地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)

3）交流地與直流地分開

4）模擬地與數(shù)字地分開

5）印刷電路板的地線安排

6）屏蔽地

2．屏蔽技術(shù)

1）電場屏蔽

2）電磁屏蔽

3）磁屏蔽

3．隔離技術(shù)

1）光電隔離

2）變壓器隔離

3）繼電器隔離

干擾信號的抑制

干擾是客觀存在的，為了減少干擾對計算機控制系統(tǒng)的影響，必須采取各種抗干擾措施，以保證系統(tǒng)能正常工作?？垢蓴_是一個綜合性問題，涉及面較廣，既要盡可能地消除干擾源，遠離干擾源，也要防止干擾信號的竄入，甚至干擾產(chǎn)生影響后的保護措施等。

1．串模干擾的抑制1）在信號電路中加裝濾波器

2）選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器

3）采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)

4）盡可能早地進行前置放大或者盡可能早地完成模／數(shù)變換；或采用隔離和屏蔽等措施5）使用電流信號傳輸

6）使用數(shù)字信號輸出

7）對測量儀表進行良好的電磁屏蔽；信號線應選用帶有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜線，并應有良好的接地措施，

8）用光電耦合器隔離干擾；配備高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源等

2．共模干擾的抑制

1）可以選擇隔離技術(shù)，使共模干擾不能構(gòu)成回路2）采用浮空輸入法

3）模擬量輸入板卡或模塊的前置放大器采用差分輸入

4）使用較好的穩(wěn)壓電源

3．長線傳輸中的抗干擾問題

長線傳輸一般選用同軸電纜或雙絞線，不宜選用一般平行導線。在電場干擾較強時可采用屏蔽雙絞線在用雙絞線作傳輸線時，應注意；1）盡可能采用平衡式傳輸線路；2）若將雙絞線的一根接地，就變成非平衡的傳輸線路3）當多根雙絞線一起敷設時，最好使用節(jié)距不同的雙絞線4．電源干擾的抑制

1）過程通道板卡上的每塊集成電路芯片的電源與地線引入端之間接一個容量為0.01∽0.1μF的去耦電容器

2）大功率器件和邏輯器件可以使用不同的電源

3）采用能抑制交流電源干擾的計算機系統(tǒng)電源

4）微機用不間斷電源UPS5）當現(xiàn)場的強電設備較多時，工控機系統(tǒng)控制柜電源應該使用控制變壓器

5．軟件抗干擾措施

在計算機控制系統(tǒng)中，雖然采用了硬件抗干擾措施，但由于干擾的頻譜較廣，干擾的來源多和影響復雜，仍可能會有一些干擾進入系統(tǒng)，并作用于輸入信號和系統(tǒng)。為此，在硬件抗干擾的基礎上，應再采用軟件抗干擾措施，使兩者相互配合，進一步提高控制系統(tǒng)的可靠性。

1）數(shù)字濾波當各種干擾信號的存在使被測信號中混入了無用成分時，可以采用濾波器濾掉信號中的無用成分，以提高信號質(zhì)量。濾波器分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種類型。模擬濾波器在低頻或甚低頻時實現(xiàn)是比較困難的，而數(shù)字濾波器則不存在這些問題。它具有高精度、高可靠性和高穩(wěn)定性的特點，因此在工控機控制系統(tǒng)中被廣泛用于克服隨機誤差。

常用的數(shù)字濾波包括一階慣性濾波、限幅濾波、中位值濾波、算術(shù)平均值濾波、滑動平均值濾波、加權(quán)滑動平均濾波、復合濾波和卡爾曼濾波等。

2）數(shù)字信號的軟件抗干擾措施（1）輸入開關(guān)量信號的抗干擾對于開關(guān)量信號來說，干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短。利用這一特點，在采集某一開關(guān)量信號時，可多次重復采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上采集結(jié)果完全一致方為有效。若多次采集后，信號總是變化不定，可停止采集，給出報警信號。對開關(guān)量信號的采集不能采用多次平均方法，而是比較兩次或