軟件模塊化思想在變頻器系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

劉曉榮

摘 ? 要：文章詳細闡述了具有系統(tǒng)組態(tài)功能的模塊化軟件設(shè)計的思想和過程，并結(jié)合變頻器系統(tǒng)設(shè)計平臺給出了詳細的設(shè)計理念。實踐證明，該思想確實可行，并具有很大的推廣價值。

關(guān)鍵詞：軟件;模塊化;連接子;變頻器

模塊化軟件設(shè)計是程序設(shè)計過程中常用的方法和思想，簡單地說，就是將一個大程序按照它的功能劃分為一個個相對獨立的小程序模塊，并定義好這些小程序模塊之間的關(guān)系，調(diào)試好各個框架之間的輸入、輸出連接關(guān)系。在本變頻器系統(tǒng)中，由于實現(xiàn)的功能較多，本文參照西門子傳動系統(tǒng)的編程思想，實現(xiàn)具有系統(tǒng)組態(tài)功能的模塊化軟件設(shè)計[1]。

1 ? ?軟件模塊化的基本思想

1.1 ?模塊的分割

作為一個龐大的變頻器控制系統(tǒng)，需要實現(xiàn)龐大的控制功能、通信功能。本研究站在系統(tǒng)的角度上，將實現(xiàn)不同控制的功能劃分為各個不同的子模塊，各模塊功能相對獨立，和其他子模塊之間信息交換量較小。把子模塊定義一個名詞—功能塊。對于該變頻器系統(tǒng)，本研究將整個程序分割為以下主要功能塊：開環(huán)（閉環(huán)）控制功能、通信功能以及監(jiān)控和操作器控制功能。這些功能模塊相對獨立，可通過參數(shù)設(shè)置而自由聯(lián)結(jié)。

相互聯(lián)結(jié)相當(dāng)于將各個功能模塊用工程方法進行連接，即用導(dǎo)線連接集成電路或其他元件。因此，各個功能模塊都有自己相應(yīng)的功能框圖。

1.2 ?各模塊的運行

軟件運行的微處理器要按順序完成各模塊（功能塊）的運行，但為了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，在功能塊被執(zhí)行時，本研究按照在系統(tǒng)中各模塊要求被執(zhí)行的快慢，有意將各模塊分為若干等級，例如，分為9個等級，執(zhí)行要求最快的為等級1，執(zhí)行最慢的為等級9。

為保證每個模塊能準確地按時間周期執(zhí)行，本研究運用中斷的概念，因為在系統(tǒng)時鐘確定的情況下，對于某一中斷而言，兩次中斷之間的時間間隔是確定的。所以介紹一個時基的概念，本研究采用定時器T0中斷來說明（當(dāng)然可以采用定時器T1或者外部中斷）。把每兩個T0中斷之間的時間間隔（例如1.2 ms）定位為程序執(zhí)行的基本時間間隔—時基，以T0為基礎(chǔ)，可以得到特別準確的時間2T0，4T0，8T0，…，256T0等。明確起見，把T0，2T0，4T0，8T0，…，256T0等時間段稱之為時隙[2]，時隙相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

這樣可以確定每個功能塊所處的時隙。

時隙按其優(yōu)先級順序處理，其中，時隙T2優(yōu)先級最高，T10優(yōu)先級最低。每個高優(yōu)先級的時隙能夠中斷低優(yōu)先級時隙。系統(tǒng)順序控制自動地啟動每個時隙。如果高優(yōu)先級時隙被啟動，則雖然其他時隙正進行處理，在被中斷的時隙進行進一步處理之前，低優(yōu)先級的時隙被停止，然后處理高優(yōu)先級時隙。低優(yōu)先級時隙排成一行但不進行處理，直到高優(yōu)先級時隙結(jié)束。

需要說明的是，時隙T20僅作為存儲之用，在實際應(yīng)用時不被執(zhí)行。這樣可以把不需要執(zhí)行的功能塊時隙改為T20，節(jié)約系統(tǒng)時間，如在軟件中包含了“串口通信模塊”，但在某現(xiàn)場應(yīng)用時未使用此串口。

可以將其時隙改為T20，各功能塊的時隙可以根據(jù)需要進行自由修改，如由塊改慢，或由慢改快。

時基T0的時間也可以進行修改。時基T0并不一定要是定時器T0兩次中斷的時間間隔，可以為多次T0中斷的時間。

各時隙同T0的時間關(guān)系選擇偶數(shù)倍關(guān)系，而非奇數(shù)倍關(guān)系的原因是判斷更容易。在軟件中可以設(shè)定一個8位計數(shù)器，當(dāng)?shù)?位為1時，執(zhí)行時隙為1×T0的時隙T2，第1位為1時，執(zhí)行時隙為2×T0的時隙T3。以此類推，判斷時只按位判斷，各位正好按照256，128，64，32，16，8，4，2，1碼編碼。

1.3 ?模塊內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定

軟件的模塊化不僅體現(xiàn)在模塊的分割上，而且還體現(xiàn)在模塊內(nèi)部，圖1給出了某個功能塊或功能塊的一部分。

圖1右上角橢圓型框表明該功能塊所處的時隙。內(nèi)部又引入了一堆代號為P×××，K×××，B×××的參數(shù)。在軟件中，它們有以下幾種參數(shù)：

這些參數(shù)其實就是變量，編程時只需要按其尋址方式進行，而變量取值可以進行修改，故稱參數(shù)。其中，P，H參數(shù)為設(shè)定參數(shù)，分為兩種尋址方式：立即尋址和間接尋址。圖1中P235，P240，U953.14為直接尋址方式，而P228為間接尋址方式。P228=[KK0152]，即KK0152的內(nèi)容為多少，則P228的值是多少。

B××××開關(guān)量連接器參數(shù)，K××××連接器參數(shù)（16位），KK××××雙連接器參數(shù)（32位）是某一特定功能的輸出量，例如，圖1中B0310為從460頁功能圖輸出的速度調(diào)節(jié)器釋放與否位，K0153為圖1中速度調(diào)節(jié)器輸出量。

B××××，K××××和KK××××參數(shù)作為連接器參數(shù)，可以被設(shè)定參數(shù)P，H，U，L以間接尋址的方式所設(shè)定。

一旦設(shè)定參數(shù)P，H，U，L設(shè)置不同的B××××，K××××和KK××××參數(shù)，則構(gòu)成了不同的框圖、不同的電路。因此，除特定功能的固定連接之外，整個功能塊內(nèi)部都是特別自由、松散的若干塊，使用者可根據(jù)不同的需要，通過設(shè)定P，H，U，L構(gòu)成自己理想的電路。

通過輸出量控制的連接子，把需要的量輸出至模擬量口或開關(guān)量口輸出，實現(xiàn)不同的控制功能。用該思想可以想象把任何需要設(shè)定的量或接口都初始化為不同的可設(shè)定參數(shù)，如電源電壓、電源頻率、輸出電壓等，可以實現(xiàn)用一種軟件實現(xiàn)不同種設(shè)備的控制思想。但需要注意的是，設(shè)定參數(shù)需要事先設(shè)定上、下限，以防止非正常數(shù)據(jù)的輸入。設(shè)定參數(shù)的缺省值也是必要的，特別是出廠設(shè)定時顯得更加重要。

1.4 ?自由連接子的實現(xiàn)

自由連接子的實現(xiàn)，其實質(zhì)是如何用設(shè)定參數(shù)把連接變量連接過來的方法。事先在程序中開辟兩個變量表，K變量表和B變量表。分別為K0000，K0001，K0002，…，（K參數(shù)和KK參數(shù)公用一個變量表，因為K參數(shù)和KK參數(shù)的序號是不重復(fù)的）;B0000，B0001，B0002，…，尋址B參數(shù)或K參數(shù)時，首先，將指針指向B0000或K0000地址，其次，再設(shè)定到設(shè)定參數(shù)的數(shù)值作為偏移量，按該偏移量間接尋址即可實現(xiàn)連接。

需要說明的是：編程時，B參數(shù)表、K參數(shù)表，需要實現(xiàn)設(shè)定初值。因為B參數(shù)、K參數(shù)是某一特定功能的輸出量，所以在程序運行過程中，B參數(shù)、K參數(shù)應(yīng)該自動刷新。整個一套軟件的參數(shù)不能重復(fù)，所以自由連接可以在同一功能塊間、不同功能塊間自由連接，即時把某一輸出又連到其輸入。P參數(shù)和r參數(shù)、H參數(shù)和d參數(shù)、U參數(shù)和n參數(shù)、L參數(shù)和c參數(shù)不重復(fù)。

2 ? ?結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對自動化產(chǎn)品的模塊化、網(wǎng)絡(luò)化都有了更高的要求，軟件模塊化更是軟件編制、維護的最好選擇。本文提出的軟件思想，不但在變頻器產(chǎn)品上有很重要的應(yīng)用，也可以推廣應(yīng)用于其他控制產(chǎn)品、自動化及工控產(chǎn)品中。

[參考文獻]

[1]武貴林.單元串聯(lián)中壓大功率變頻器的研究與設(shè)計[D].西安：西安科技大學(xué)，2005.

[2]馮垛生，曾越蘭.無速度傳感器矢量控制原理與實踐[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.