軟件模塊化思想在變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉曉榮

摘 ? 要：文章詳細(xì)闡述了具有系統(tǒng)組態(tài)功能的模塊化軟件設(shè)計(jì)的思想和過(guò)程，并結(jié)合變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)理念。實(shí)踐證明，該思想確實(shí)可行，并具有很大的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：軟件;模塊化;連接子;變頻器

模塊化軟件設(shè)計(jì)是程序設(shè)計(jì)過(guò)程中常用的方法和思想，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將一個(gè)大程序按照它的功能劃分為一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)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(gè)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(shí)現(xiàn)的功能較多，本文參照西門(mén)子傳動(dòng)系統(tǒng)的編程思想，實(shí)現(xiàn)具有系統(tǒng)組態(tài)功能的模塊化軟件設(shè)計(jì)[1]。

1 ? ?軟件模塊化的基本思想

1.1 ?模塊的分割

作為一個(gè)龐大的變頻器控制系統(tǒng)，需要實(shí)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(shí)現(xiàn)不同控制的功能劃分為各個(gè)不同的子模塊，各模塊功能相對(duì)獨(dú)立，和其他子模塊之間信息交換量較小。把子模塊定義一個(gè)名詞—功能塊。對(duì)于該變頻器系統(tǒng)，本研究將整個(gè)程序分割為以下主要功能塊：開(kāi)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(duì)獨(dú)立，可通過(guò)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(gè)功能模塊用工程方法進(jìn)行連接，即用導(dǎo)線連接集成電路或其他元件。因此，各個(gè)功能模塊都有自己相應(yīng)的功能框圖。

1.2 ?各模塊的運(yùn)行

軟件運(yùn)行的微處理器要按順序完成各模塊（功能塊）的運(yùn)行，但為了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在功能塊被執(zhí)行時(shí)，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(jí)，例如，分為9個(gè)等級(jí)，執(zhí)行要求最快的為等級(jí)1，執(zhí)行最慢的為等級(jí)9。

為保證每個(gè)模塊能準(zhǔn)確地按時(shí)間周期執(zhí)行，本研究運(yùn)用中斷的概念，因?yàn)樵谙到y(tǒng)時(shí)鐘確定的情況下，對(duì)于某一中斷而言，兩次中斷之間的時(shí)間間隔是確定的。所以介紹一個(gè)時(shí)基的概念，本研究采用定時(shí)器T0中斷來(lái)說(shuō)明（當(dāng)然可以采用定時(shí)器T1或者外部中斷）。把每?jī)蓚€(gè)T0中斷之間的時(shí)間間隔（例如1.2 ms）定位為程序執(zhí)行的基本時(shí)間間隔—時(shí)基，以T0為基礎(chǔ)，可以得到特別準(zhǔn)確的時(shí)間2T0，4T0，8T0，…，256T0等。明確起見(jiàn)，把T0，2T0，4T0，8T0，…，256T0等時(shí)間段稱(chēng)之為時(shí)隙[2]，時(shí)隙相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

這樣可以確定每個(gè)功能塊所處的時(shí)隙。

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

需要說(shuō)明的是，時(shí)隙T20僅作為存儲(chǔ)之用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不被執(zhí)行。這樣可以把不需要執(zhí)行的功能塊時(shí)隙改為T(mén)20，節(jié)約系統(tǒng)時(shí)間，如在軟件中包含了“串口通信模塊”，但在某現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)未使用此串口。

可以將其時(shí)隙改為T(mén)20，各功能塊的時(shí)隙可以根據(jù)需要進(jìn)行自由修改，如由塊改慢，或由慢改快。

時(shí)基T0的時(shí)間也可以進(jìn)行修改。時(shí)基T0并不一定要是定時(shí)器T0兩次中斷的時(shí)間間隔，可以為多次T0中斷的時(shí)間。

各時(shí)隙同T0的時(shí)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(gè)8位計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)?位為1時(shí)，執(zhí)行時(shí)隙為1×T0的時(shí)隙T2，第1位為1時(shí)，執(zhí)行時(shí)隙為2×T0的時(shí)隙T3。以此類(lèi)推，判斷時(shí)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(gè)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(shí)隙。內(nèi)部又引入了一堆代號(hào)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(shí)就是變量，編程時(shí)只需要按其尋址方式進(jìn)行，而變量取值可以進(jìn)行修改，故稱(chēng)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(kāi)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(yè)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(gè)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(guò)設(shè)定P，H，U，L構(gòu)成自己理想的電路。

通過(guò)輸出量控制的連接子，把需要的量輸出至模擬量口或開(kāi)關(guān)量口輸出，實(shí)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(shí)現(xiàn)用一種軟件實(shí)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(shí)顯得更加重要。

1.4 ?自由連接子的實(shí)現(xiàn)

自由連接子的實(shí)現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是如何用設(shè)定參數(shù)把連接變量連接過(guò)來(lái)的方法。事先在程序中開(kāi)辟兩個(gè)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(gè)變量表，因?yàn)镵參數(shù)和KK參數(shù)的序號(hào)是不重復(fù)的）;B0000，B0001，B0002，…，尋址B參數(shù)或K參數(shù)時(shí)，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(shí)現(xiàn)連接。

需要說(shuō)明的是：編程時(shí)，B參數(shù)表、K參數(shù)表，需要實(shí)現(xiàn)設(shè)定初值。因?yàn)锽參數(shù)、K參數(shù)是某一特定功能的輸出量，所以在程序運(yùn)行過(guò)程中，B參數(shù)、K參數(shù)應(yīng)該自動(dòng)刷新。整個(gè)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(shí)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(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)自動(dòng)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(hù)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(dòng)化及工控產(chǎn)品中。

[參考文獻(xiàn)]

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

[2]馮垛生，曾越蘭.無(wú)速度傳感器矢量控制原理與實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.