测试系统设计方案范文

导语：如何才能写好一篇测试系统设计方案，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：智能变电站； 综合性能测试

随着智能变电站及数字化变电站大量投运，各类智能变电站新型设备（电子式互感器、合并单元、智能终端、网络交换机）将数据从源头规范数字化，达到信息集成、数据共享的目的。作为智能变电站综合性能测试系统，在对智能变电站现场级IED设备测试过程中，必须保证测试结果的准确性。

一 智能变电站综合性能测试系统需求分析

1. 传统的智能变电站测试时，保护安装处的各电气量状态是由测试人员经过计算判断得到的，人为因素降低了测试结果准确性。为此，可以设计一个数字化仿真平台来解决该问题，通过数字仿真建立系统模型，将变电站一次设备运行状况一目了然，测试人员通过简单操作可模拟系统的各种故障，减少人为因素对测试环节中的影响。

2. 目前智能变电站通过合并单元就地将互感器采样值数字化输出SV报文发送给所需此采样的间隔层设备，变电站现场不同间隔之间距离远，用传统设备从不同间隔加量难度大同时试验线过长造成衰耗影响试验效果。因此，可以采用无线传输方式，主机和模拟器之间通过无线方式以数字量传输，就不会存在上述问题。

3. 传统智能变电站测试设备的适用性和测试效率比较低，为此，需要一种新型的智能变电站综合测试平台，可适用于各种试验环境，减少误差，减少配置工作提高测试效率。

二 智能变电站综合性能测试系统设计方案

为了满足上述系统需求，提高智能变电站测试精度，本文分别设计了三个平台：数字化仿真平台、无线传输平台及智能变电站综合测试平台。由这三个平台组成智能变电站综合性能测试系统。

1 数字化仿真平台

数字化仿真平台要能够实现智能变电站设备和线路的建模，模拟动态和时域仿真，对仿真结果进行辅助分析和显示，同时将仿真数据传送到无线控制主机。基于上述分析，数字化仿真平台需要包括以下几个模块：图形建模模块、电力系统仿真模块、模拟量波形显示模块和控制试验模块及电脑。

各模块功能：图形化建模模块用来构建电力系统中主要电气设备的模型库，完成智能变电站及直连设备、电源。电力系统仿真模块将“图形化建模软件”建立的智能变电站仿真模型构建微分方程组，对于设定的时序和故障对象，先模拟动态仿真过程，再完成时域仿真。模拟量波形显示模块对仿真结果的进行辅助分析，将模拟量的时域仿真结果以波形的方式显示出来。控制模块对试验条件、时序参数进行设置，实现试验控制功能。通用计算机用来提供功能软件运行的硬件环境。

数字化仿真平台支持用电力设备功能模块构建变电站及周边电网仿真模型，建模方法快捷、简单，经简单培训即可具备建模能力；模型结构和功能与运行单位采用的表达方法保持一致；故障仿真能力满足对电网继电保护进行功能和性能进行检验的要求；对于变电站仿真模型和事件过程，仿真软件可自动建立微分方程组，以获得试验数据组。对于复杂继电保护装置的特殊配合试验，系统仿真能力完全可以实现。

2无线传输平台

无线传输平台要能够实现实验系统的同步对时，接收数字化仿真平台的时域仿真结果，并将时域仿真结果以无限传输方式下装到采集模拟器，图1为无线控制主机系统试验示意图。

基于上述分析，本文设计的无线传输平台包括以下几个模块：GPS对时模块、高稳定主时钟模块、基于无线方式的IEEE 1588授时模块、无线收发控制模块。各模块功能如下：

GPS对时模块：接收来自GPS卫星的时钟信号，并向“高稳定时钟模块”授时。

高稳定时钟模块：根据GPS对时模块的授时信号以完成对时，为试验系统提供同步时钟。

无线1588授时模块：将“高稳定时钟模块”时钟信号以无线1588方式向“采集器模拟器”、“开关模拟器”授时。

无线收发控制模块：接收“智能变电站仿真平台”的控制命令和时域仿真数据，以无线方式发送试验控制命令和时域仿真数据包；接收“无线控制主机”的仿真数据包、试验控制命令、时钟同步信号；将“仿真数据包”和“试验控制命令”转送到“输出控制模块”，将“时钟同步信号”转送到“高稳定从时钟模块”。

3 智能变电站性能综合测试平台

智能变电站性能综合测试平台的对象是“电子式互感器”，“合并单元”，“保护装置”及“智能终端”，要能够实F数据的处理、各装置同步性能测试以及系统级校验。综合测试平台包括以下几个模块：数据处理模块、延时测试模块以及校验模块。

数据处理模块统计合并单元发送报文的丢包数及丢包率；分析合并单元输出信号；分析合并单元发送报文时间抖动特性。

延时测试模块测试电子式互感器及合并单元稳态绝对延时时间和暂态绝对延时时间；保护装置GOOSE变位延时时间；智能终端DI变位延时时间；合并单元额定延时时间。

校验模块完成电子式互感器及合并单元的稳态和暂态准确度校验；互感器极性校验。

三 结语

方案中的智能变电站系统级综合测试系统，能够实现模拟全站运行工况的网络分析工具，实现智能变电站各种智能设备的全站测试，涵盖智能变电站的所有测试环节，包括研发、试验、生产、现场调试、运行维护等，并实现测试模型、方法和数据共享和重用，实现智能变电站运行全过程的准确、完整记录，为智能电网提供全景数据，能够满足国家智能电网智能变电站的系统测试需求，同时该系统可广泛应用于智能电网的智能变电站系统，并在电力系统的生产、科研领域获得应用。

参考文献：

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温湿度传感器SHT91ATmega16单片机OCMJ液晶显示器

1 绪论

1.1背景及意义

随着现代化的发展，工业化程度的提高，自动化技术的发展，在现代化的厂房里已经基本实现了机械化，自动化。而很多的精密机械正常工作都需要一定的环境，当环境中的某些指标超出了其工作范围时机器就无法正常工作，甚至会出现一些危险事故，造成巨大损失。温度，湿度就是其中的很重要的两个因素。因此做一个基于单片机的温湿度控制系统有其重要的现实意义。

2基于单片机的温湿度控制系统总体设计方案

2.1系统总体设计方案

系统的总体设计方案框图如图2-1所示，主要由温湿度监测仪和上位PC机两部分组成。两部分之间通过RS-485串行通信总线连接，完成仓库环境湿度的在线测量、数据远距离传输和集中显示管理等。

3硬件电路设计

本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，本设计以ATmega16基本系统为核心的一套检测控制系统，其中包括单片机、复位电路、温度检测、湿度检测及显示、报警电路控制系统、系统软件等部分的设计。

3.1信号采集模块

在整个温度湿度监测系统中，信号采集模快起着非常重要的作用。整个系统的好坏主要取决于传感器性能的优劣，传感器的精度在一定程度上决定了整个系统的精度。综合来考虑，最后选用推DHT91这款温湿度传感器。该传感器在极为精确的恒温室中进行标定，以镜面冷凝式露点仪为参照。测量精度为±3%RH，并且品质卓越、响应超快、抗干扰能力强、极高的性价比。

3.2电源模块

电源模块可以直接提供正5V的直流电压，但是由于在一些工业环境中并不提供直流电源，而都是交流电源，为确保其实用性，在电源这一部分，提供了整流稳压电路，可以把交流电压变成5V的电压，为整个电路板提供电源。

3.4显示模块

显示模块采用OCMJ4*8C液晶显示器，它是汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16*16点阵）、128个字符（8*16点阵）及64*256点阵显示RAM（GDRAM）。具有多种软件功能，如：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。

3.5报警模块

报警器在整个系统中也起着非常重要的作用，它是高电平报警，一旦监测到的温度、湿度值的任意一个超过其设定范围，马上通过蜂鸣器发出报警声音，提示使用者出现报警状态，以保证仓库处在最佳环境中。

4软件部分的设计

4.1软件组成

软件部分的设计采用模块化程序设计与结构程序设计的思想，即将程序整体分解为几个相对独立的模块。主要包括主程序模块、数据采集模块、显示模块、报警模块、控制模块等，各模块的软件共同作用，完成仓库环境温湿度的监测任务。

4.2主程序模块

主程序模块的主要任务是将各个模块进行协调处理和实现数据交互。其首先完成初始化工作，初始化后进入循环处理，在循环的过程中，主处理获得采集模块的数据，并将数据进行处理，处理后的结果通过显示模块显示。

4.3数据采集模块

由于DHT91温湿度传感器的输出为数字信号，无须进行A/D转换。此采集模块主要是单片机通过I/O端口采集信号，通过延时程序来控制采集的时间间隔，并通过使确认位ACK为高电平来结束湿度的测量。

4.4显示模块

显示模块主要完成数据的显示功能。首先当模块接受指令前，单片机必须确认模块内部处于非忙碌状态，然后根据接受到指令显示相关的内容在屏幕上。

4.5报警模块

单片机通过对所测的湿度值与上下限进行比较，判断是否超出范围，如果一旦发现超出，通过PC0口输出低电平进行报警。

5结论

本次设计的基于单片机的仓库温度湿度控制系统，通过DHT91传感器器对仓库内环境的微弱信号湿度的采集，直接输出数字数字信号到低功耗单片机AVR集中处理，然后通过液晶显示器显示。这样不仅可以通过对周围环境的湿度的自动监测以保证仓库的最佳储存环境，而且也降低了能耗，测量的精度也较高。因此，在仓库储存的应用领域有着良好的前景。

但电路的设计中还有许多需要改进的地方，这将在以后的设计里还有待于进一步完善。

参考文献：

[1]满红，邹存名，冀勇钢.现代电子技术.2011（9）.

[2]乐嘉华.温度检测技术的现状和未来[J].煤油化工自动化，1998（3）.

[3]樊尚春.传感器技术及应用[M].北京航空航天大学出版社，2004.

[4]张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社.

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关键词：大屏幕显示系统；软件测试；测试用例

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-02

为了验证基于网络大屏幕显示系统设计方案的正确性以及可实现性，在完成功能设计和代码编写后，需要对设计的各个功能模块进行测试。软件测试是一项十分复杂多样化的工作，它在软件的整个生产周期中占据重要的位置，测试的结果作为考核设计正确性的重要指标，对软件可靠性的保证具有极其重要的意义。

一、建立测试准则

本次软件测试的系统由六部分组成，分别负责系统配置、屏幕抓取与显示、数据压缩与解压缩、鼠标控制、同步控制、网络通信。由于是实用软件的设计，所以各个模块之间并没有明显的界限，比如网络通信会贯穿于每个模块；而且大屏幕显示系统只有两端同时运行才能检测系统的正常与否。因此采取的测试方案包括：单线程测试、多线程测试、图像传输测试、同步效果测试。

二、确定测试用例

（一）单线程测试

测试目的：系统单线程显示时是否正常运行测试用例见表1。

（二）多线程测试

（1）测试目的：系统多线程显示时是否正常运行测试用例见表2。

测试小结：系统多线程显示时能够正常运行。

（三）图像传输测试

测试目的：测试图像传输的速度，综合测试屏幕抓取与显示模块中的图像对比传输、数据压缩与解压、网络通信的效果。

测试小结：从测试结果上看，当演示PPT、WORD等一类文件时，系统运行效果很好，每秒30帧的速度也能够满足在视觉上流畅性的要求；在播放一些流媒体类的文件是，系统也能正常运行，但是每秒10帧的速度有时会会让人感觉出明显的不流畅。

（四）同步效果测试

测试目的：测试控制端与拼接显示端、拼接显示端的各个显示主机之间的同步效果。

测试用例见表4。

测试小结：当系统运行时，控制端与拼接显示端图像基本同步，各个拼接显示端之间完全同步。

三、结束语

本文首先针对本系统各个模块之间分割模糊、联系密切的特点，建立测试准则，确定测试方案，方案内容分为四个部分：单线程测试、多线程测试、图像传输测试、同步效果测试；然后针对各个测试内容确定测试用例，对结果进行预测，根据实际效果对系统性能进行评估。

参考文献：

[1]郝爱语.软件测试方案分析与研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009（12）.

[2]朱文球，向华政.软件测试在机房管理系统开发中的应用[J].中国包装工业，2002（05）.

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1教学目标

1．1提高设计能力

课程设计可以采用集中培训的方式、开放式实验的方式、或电子设计竞赛的方式进行［1］。集中培训指将所有学生集中起来，老师集体辅导，学生自己动手做的方式进行。开放式实验是把学有余力的学生集中起来，每周上一到二次课，学生利用课余时间进行。电子设计竞赛是把少数相对较好的学生集中培训，可参加全国或陕西省举办的各种竞赛，倘若获奖，将对学生是一个极大的鼓励。

1．2提升综合设计能力

通过选题、方案论证、系统设计、系统实现、装配调试、系统测试和总结报告几个步骤，提升学生的综合设计能力及系统架构能力［2］。

1．3培养自主创新能力

可以让学生自主命题，自选方案，将创新性作为考核目标，提高学生自主创新能力［3］。

2实现方法

2．1进行理论教学改革

以前我们的理论教学方式是以课本为主，习题为辅，提高学生做题能力的训练，忽视了对学生实践能力的培养，以至于学生只会做题，不会做实验。很多学生在课前问老师实验应该怎么做，这就表明学生并没有真正掌握所学的知识，或者已经掌握了所学知识但不会灵活运用。因此，我认为能在理论教学中加入一些实践方面的知识，让学生掌握一些基本的实验方法还是很有必要的［4］。

2．2结合EDA（PSPICE、MULTISIM等）技术

在老师的指导下鼓励学生自行设计电路，然后在软件上仿真验证，使学生对课题有一个全面的理解和掌握［5］。

2．3开放实验室

我们的电工电子基础实验室设备齐全，规模较大，承担着全院的基础实验课。但课余时间基本不用，应充分发挥实验室的功能。实验室应在整个学期都对学生开放，期间学生可以自行约定时间进实验室，为学生的个性化设计提供必要条件。

2．4开放元器件

学院应拨一定经费，可由老师统一购买元器件发给学生。

3实施步骤

3．1选题

（1）采用难度适当的指定题目或自选题目。

（2）鼓励使用结合实际应用的最新芯片与开发工具。

（3）使学生在规定的时间内工作量饱满，经努力能完成任务。

3．2提出设计方案

（1）查找资料。

（2）元器件市场调研。

（3）方案论证。

3．3设计方案点评

（1）对设计方案进行分析、评价。

（2）备齐器件。

3．4设计方案实施

（1）系统实现。

（2）系统测试。

3．5总结

（1）提交总结报告。

（2）提交最终作品。

4课题举例音响放大器的设计与实现。

4．1实验目标

（1）小型多级放大系统设计、实现与联调方法。

a．多级放大系统增益分配设计。

b．多级放大系统级联调试方法。

（2）音调特性控制方法与实现原理。

（3）音量控制方法与实现原理。

（4）集成功率放大器内部电路工作原理与应用。

（5）音响放大器主要性能参数的测试方法。

4．2实验内容

（1）功能要求：具有话筒扩音、音调控制、音量控制、电子混响、卡拉OK伴唱等功能。主要技术指标可自定。

（2）音响放大系统及模块设计。

（3）音调控制特性仿真。

（4）测量内容a．测量音调控制特性，并绘制音调控制特性曲线。b．测量频率为1kHz时的输出功率Po及整机电压增益Av。

（5）测量整机频率响应特性曲线。

（6）实际系统音效及控制效果试听。

4．3实验教学过程与要点

（1）音响放大系统框图、信号流程与工作原理。

（2）音响放大系统主要技术指标及测试方法。

（3）电路安装与调试技术。

4．4实验结果与验收要求

（1）带载特性参数测量与实验记录结果的比对。

（2）系统音效试听。

（3）结合实验内容进行提问。

（4）根据验收情况，给出并登记验收成绩。

5遇到的困难

当然要开设电子技术课程设计还有许多困难，比如实验室协调问题、经费问题等，我相信只要我们上下一心，知难而上，总会找到解决的办法。

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关键词 EDA技术；电子工程设计；机械工程

中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0156-01

1 EDA技术简介

EDA技术在机械电子工程设计当中是新技术，其在应用过程当中的主要载体就是能够进行大规模编程的逻辑器件，进行编程过程当中采用的主要表达方式是硬件描述语言，EDA技术在应用过程当中需要利用到较多高科技工具，包括计算机和可编程逻辑器件等，这样一些工具的应用主要是作为开发软件或者是试验软件来加以利用，其应用的最终目的就是对特定的目标芯片进行适配编译和逻辑映射并最终形成集成电子系统或者是专用集成芯片。

通过上述分析就可以看到，EDA技术实际上也可以看作是在电子电路CAD技术之上发展起来的计算机软件系统，其主要部件包括编译器、综合器、下载器和适配器。其中，综合器是用将设计者设计完成的设计文件转换成为该系统的门级电路描述，实际上也就是实现硬件和软件连接的主要桥梁；适配器的主要作用则是生成最终的下载文件，并将其安排到指定的器件当中去。到目前为止，EDA技术都是机械电子工程设计当中最为核心的技术，这主要就是因为EDA技术当中利用的是HDL高级语言，该语言可以实现公开利用、描述范围十分广泛，能够对机械电子工程设计工作起到非常多的辅助作用，设计者在进行后期的交流、修改和保存时也十分方便，最重要的是，这样一种语言的使用时的现有的设计完成的设计方案还能够自动进行在线升级。除此之外，值得关注的是EDA技术还拥有非常高的自动化程度，因此一些常规的仿真、纠错和调试工作都是能够十分方便和快捷的完成。

2 机械电子工程中EDA技术研究

EDA技术在长期的发展过程当中不断实现完善和优化，且其实际应用范围也越来越广泛，到目前为止，已经全面应用到了电子工程、通信、生物、医药以及航空航天等多个领域，尤其是在机械电子工程当中，更是十分核心的技术，这主要是因为在电子工程设计当中需要通过EDA技术中的虚拟仪器来对产品进行必要的测试，其具体应用分析如下。

2.1 在电子设计当中进行仿真分析

机械电子工程设计方案完全确定以后就需要通过适当的系统仿真或者结构模拟来对其科学性、合理性以及可行性进行分析和研究，以此来保证所设计方案能够在后续实践当中顺利应用。此时采用EDA技术的好处就在于能够通过各个环节当中的传递函数进行数学建模来进行所需要的仿真分析，经过这样一种构建和处理的仿真系统，能够很好对机械电子工程系统设计方案进行推广和使用，并准确验证一些理论和构思的实际合理性。除此之外，EDA技术在仿真分析完成之后还能够对各个电路的实际结构进行分析，同时对电路结构的正确性和性能指标进行分析，实现分析过程的量化。可以看到的是，这样一种量化的仿真分析确实使得我们国家电子工程设计整体水平得到了极大程度的提高。

2.2 电路特性的优化设计

想要保证电子元件在应用过程当中尽可能的安全和稳定，最重要的就是要保证其拥有最佳的容差和工作环境温度，但是在实际的工作环境下，传统电子工程设计方法是很难对电子元件的实际容差以及环境温度进行全面的勘测和分析的，因此就容易导致所得到的设计方案存在着各个方面的漏洞和误差，电子元件的容差以及工作环境温度当然也很难得到有效的保障。通过EDA技术则能够较好的解决该问题，这主要是因为EDA技术能够对温度进行统计分析，并根据分析结果确定出最佳的电子元件参数和电路结构来，相应的也就能够获取适宜的工作环境温度，这样一来，不仅能够对电子工程设计方案本身进行必要的完善和优化，还使得其实际工作环境也有了相当好的保证，可谓是一举两得。

2.3 对电路特性进行有效分析

事实上，对电路特性进行有效分析是EDA技术当中非常重要的一部分内容，这主要是因为在电子工程设计当中，基本上所有的理论分析都是基于数据测试和特性分析来进行的，因此这样两部分数据获得的及时性和准确性都是非常关键的。在传统的电子工程设计当中，由于受到硬件和技术等各个方面的局限，其测试结构和测试方法都存在较多方面的问题，使得电路测试的实际精度受到非常大的影响，严重时候甚至有可能干涉到产品的后期使用稳定性。而EDA技术的应用则能够对整个系统进行全面而精确的测试，既能够避免方案在局部出现结构性差异，还能够对方案整体性和合理性予以保障。

2.4 机械结构中注意防止静电

机械结构主要是指根据一定的原理方案，设计出具体的结构图，并应用于实物，最终达到要求功能的结构。随着高科技的发展，尤其是以轻、薄为发展趋势的电子产品的发展，对集成电路元器件的要求也越来越高，愈加缩小的线路和密集的电子元件排列对都静电防治提出了更高要求。静电电场和静电电流是造成电子元件毁坏的致命因素。静电电场和电流对周围电荷的强大吸引力，破坏了绝缘体造成元器件敏感度的急剧下降，甚至电路导体烧融，电子产品爆炸等。

3 结束语

通过上文说明和分析就可以看到，EDA技术在机械电子工程当中的应用和发展给我们国家的电子工程设计带来了巨大的变革，通过EDA技术设计出来的机械电子产品不仅使用性能好，而且专业化程度也有着非常大的提升。机械电子工程设计人员在工作过程当中采用该技术不但能够较大程度的提高工作效率，还能够获得更多具有高附加值的电子产品来。在本文当中，对EDA技术进行了简要介绍，并重点分析其在机械电子工程当中的重要应用。

参考文献

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（淮安信息职业技术学院，江苏 淮安 223003）

【摘要】在微控制器中嵌入TCP/IP协议，并利用HTTP协议实现嵌入式WEB服务器，计算机可通过WEB服务器实现对电源开关的远程控制功能。根据功能需求，给出系统设计方案。

关键词 微控制器；以太网；TCP/IP协议；嵌入式WEB服务器

基金项目：江苏省淮安市科技支撑计划（工业）专项基金项目（HAG2012056）。

作者简介：索明何（1979—），男，山东淄博人，淮安信息职业技术学院，讲师、工程师，研究方向为嵌入式系统与物联网技术。

宋刚永（1980—），男，江苏宿迁人，淮安信息职业技术学院，讲师、工程师，研究方向为电子技术及应用。

0引言

在许多用电场所包括工业用电及生活用电，电源的通与断都需要人工操作，这会带来许多不便，并且有时在无人管理的情况下会造成电能的超级浪费甚至会带来危险因素。在此提出一种解决方案——基于嵌入式WEB服务器的远程电源开关设计。

1系统硬件设计方案

远程电源开关的总体结构框架如图1所示。由微控制器、以太网接口模块和控制模块三大部分组成。

其中，为使电源控制开关接入以太网，需通过以太网接口模块将其接入以太网。为了简化电路设计，亦可选择内部集成以太网控制器的微控制器；控制模块可选继电器或可控硅等器件，实现单片机弱电控制用电器强电。

2系统软件设计方案

系统软件设计的核心是嵌入式TCP/IP协议的设计。

2.1嵌入式TCP/IP协议构架

如图2所示，在应用层，主要设计两个应用程序：（1）使用HTTP协议，实现嵌入式WEB服务器，用于计算机与电源开关的远程通信控制。（2）调用Ping命令，测试计算机与远程电源开关之间的连通性。

在传输层，主要使用TCP协议。应用层的HTTP协议封装成TCP协议的格式。

在网络层，使用IP协议和ICMP协议。其中，传输层的TCP协议和UDP协议以及本层的ICMP协议都要封装成IP协议格式进行传输。

在网络层及以上各层，使用的是32位的IP地址，而数据链路层使用的是48位的MAC地址，因此使用了ARP协议。

要实现远程开关接入以太网，还需要以太网控制器的驱动程序设计，主要完成以太网控制器的的初始化和读写程序。

2.2嵌入式WEB服务器的设计

一个 WEB 服务器也称为 HTTP 服务器，它通过 HTTP 协议与客户端通信。这个客户端通常指的是 WEB 浏览器。HTTP 是一种让 WEB 服务器与浏览器（客户端）通过Internet 发送与接收数据的协议。它是一个请求、响应协议——客户端发出一个请求，服务器响应这个请求。HTTP 运用可靠的TCP连接，通常用的TCP 80端口。

从功能上来讲，WEB服务器监听用户端的服务请求，根据用户请求的类型提供相应的服务，用户端使用WEB浏览器和WEB服务器进行通信。用户请求有两种：GET请求和POST请求。WEB服务器在接收到用户端的请求后，处理用户请求并返回需要的数据。在 HTTP 中，客户端总是通过建立一个连接与发送一个 HTTP 请求来发起一个事务。服务器不能主动去与客户端联系，也不能给客户端发出一个回叫连接。客户端与服务器端都可以提前中断一个连接。

嵌入式WEB服务器的设计流程如图3所示。

3结束语

本系统设计方案，遵循了节约能源的原则且自身造价低，因此具有广阔的应用前景及巨大的市场潜力，可广泛应用于智能小区、学校、公司等多种场合，并易于推广，有极好的实际意义及较高的社会价值。

参考文献

［1］索明何.基于Internet的嵌入式远程控制开关设计与实现[J].科技信息,2010（35）.

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关键词：暖通；系统设计；高层

暖通空调系统类型较为多样，按照工作原理的差异，暖通空调系统可以划分为全水系统、全空气系统和空气-水系统三种。全水系统就是指室内空气湿度和室内温度的调节完全由水进行处理和改善的空调系统。全水系统的作用原理在于空气和水的比热关系，由于水的比热大于空气，因此能够通过水循环，在借助风机盘管设备的作用下对室内空气进行置换，以达到保温、保湿、空气流通的目的。全空气系统则是利用空气来对室内负荷进行调节的空调系统。全空气系统优点较多，首先能够降低对水资源的依赖，其次能够有效降低空调系统的能耗，并且在噪声污染方面也能够进行很好的预防。空气-水系统，则是将水系统和空气系统进行结合，利用水循环将室内热负荷进行改善，并且增加室内空气湿度，利用空气保持室内气体流动，维持空气清新和空气质量。

一、高层建筑暖通空调系统设计前的准备工作

高层建筑暖通空调系统设计严禁盲目性和随意性，以避免设计方案和实际施工相差甚远，进而影响到施工周期和施工成本。高层建筑暖通空调系统设计前期，必须要做好必要的准备工作来保证系统的整体性能。首先，系统设计人员应该加强对工程整体施工设计图纸的研究，了解工程施工的主要内容，以及建筑内管道和线路的具体走向，这对于系统方案的设计来说十分重要。暖通空调系统方案设计人员一定要做好高层建筑的现场勘查和了解工作，在设计之前需要前往施工现场了解现场情况，以及周边环境情况。高层建筑暖通空调系统需要和周围的建筑保持一致，周围建筑的供热情况、供水情况以及线路的敷设情况都能够为系统设计提供可靠的参考和依据，从而提升设计效率和设计质量。

系统设计之前，还应该严格阅读和了解国内相关法律和技术规定，以确保系统设计的规范性。随着我国社会经济的不断发展，政府对于高层建筑的施工要求逐渐细化，并且对暖通空调系统的设计和施工也制定了对应的条例和规定，相关设计人员必须要做到全面了解，这样才能够使设计方案在满足建筑施工要求的基础上，满足国家技术规定要求，确保施工验收和质量检测工作的顺利完成。

二、高层建筑暖通空调系统设计原则

1、安全性

安全性是高层建筑暖通空调系统设计时首先需要遵循的原则。建筑安全是人们普遍关注和重视的话题，特别是对于高层建筑而言，随着建筑高度的不断增加，建筑火灾事故发生之后所造成的损失和伤亡也更加巨大。为此，在高层建筑暖通空调系统设计过程中，必须要遵循安全性原则，减少火灾隐患。安全性主要体现在环境安全、线路安全以及运行安全。环境安全，是指暖通空调施工过程中，必须要远离易燃易爆物品，特别是在某些库房等场所安装暖通空调系统时，应该尽量将易燃易爆物品挪开，并且在系统中添加一定的防火措施，防止火灾事故的发生。线路安全，是指暖通空调系统进行设计过程中，必须要注重线路的敷设和线路的走势，避免由于线路敷设问题所造成的安全隐患。这就要求设计人员必须要深入了解高层建筑的施工设计图纸，了解电源线路、燃气管道等线路的敷设情况，以更好的规避相关线路，避免安全问题的发生。运行安全，则是指在暖通空调系统设计过程中，加强对空调运行过程中相关问题的研究和评估，并采取一定的措施来提升安全系数。暖通空调系统是一个较为复杂的系统，暖通空调系统动力区域必须要加强管理，并且需要设计一定的安全报警系统和通风系统，并设计一定的人员管理和检测系统，以充分规避运行过程中的安全隐患。

2、节能环保性

节能环保性，对于高层建筑暖通空调系统设计来说也非常重要。随着社会经济的不断发展，能源危机日渐恶化，能耗问题已经成为人们普遍关注的重要话题，加强能源节约，降低能源消耗是各个行业所研究的重要领域。高层建筑在暖通空调系统设计过程中，必须要强调建筑的节能性，实现节能减排的目的。在暖通空调系统设计中，首先要加强对线路敷设的设计和研究，尽量保证线路的最短敷设，以降低能源在线路传输中的消耗。同时，尽量采取自动化控制系统，减少人工费用，降低运行成本。而针对水系统、水-空气系统的暖通空调系统，应该适当引入雨水收集和循环系统，利用雨水维持内部的水循环，减少对市政水资源的依赖和消耗，以达到节能的最终目的。环保性在高层建筑暖通空调系统设计中同样非常重要。对于暖通空调系统，其运行过程中将产生一定的废水和废气，并且会伴有一定的固体废物生成，废物的直接排出，将会给外部环境构成一定的影响，导致周围环境的恶化。因此，在暖通空调系统的设计过程中，需要将废物处理设备和系统添加其中，对废弃物进行适当的处理之后，才能够排放到外部环境当中，达到保护环境的目的。

3、经济性

高层建筑暖通空调系统方案设计，最终目的在于落实建筑工程施工，确保建筑的正常使用。高层建筑暖通空调设计中，需要明确施工方的利益，在保证系统正常运行的情况下，降低成本支出。在方案设计过程中，为达到经济性目的，应该从设计的科学性、合理性以及全面性入手，使系统的成本得到有效的控制。首先，高层建筑暖通空调系统必须适用于建筑本身，建筑系统中设备的选择应该强调设备的实用和先进，严格控制采购环节，以确保设备质量符合系统设计的实际要求。其次，高层建筑暖通空调的系统的设计方案一定要科学合理，具备较强的可操作性，而不能够盲目的压缩工程成本，以致系统无法正常使用，或者系统的使用效果大打折扣，这最终会给施工方和建筑商带来严重的信誉损伤。此外，在全面性方面，系统设计人员必须要具备良好的职业素养，并且具备丰富的专业知识，对于系统设计中的相关数据和信息必须要做好认真的评估和核算，明确计算标准，控制计算误差，以有效降低系统成本。同时，对于暖通空调系统设计方案中的各项费用，如安装费用、调试费用、测试费用等相关费用，也要由相关人员进行全面、认真的核算，对于不必要的支出应该予以削减，以实现对成本的有效控制。

三、总结

随着社会的不断发展，我国高层建筑数量逐渐增多，在节约土地资源，加快城市化进程等方面都起到了非常积极的作用。高层建筑暖通空调系统是高层建筑施工过程中的重要环节，建设施工企业必须要加强对暖通空调系统设计和施工的关注和重视，在设计前期做好现场的调查和分析工作，在设计过程中强调安全性、环保性和经济性等必要原则，在保证系统畅通运行的同时，降低能源消耗，加强成本控制，以更好地促进我国建筑行业的健康稳步发展。

参考文献

[1]高志强.对民用建筑暖通空调系统节能设计措施的探讨[J].山西建筑，2013

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关键词：系统形式：暖通设计；分析

Abstract: the civil building heating and ventilation air conditioning system design scheme economy or not the analysis judgment, not only consider the height of the initial investment, still should consider its running the cost. This paper mainly to statistics and data analysis method, and find out the produce this professional do air-conditioning design about the causes of the economy and the control points for your reference.

Key words: the system form: hvac design; analysis

中图分类号:TU96+2文献标识码：A文章编号：

1引言

由于空调采暖通风设备的运行能耗占到了民用建筑总能耗的40％以上，是项目建成后影响运行成本的最重要因素之一。因此，对民用建筑空调采暖通风系统设计方案经济性与否的分析判断，不能只考虑其初投资的高低，还应考虑其运行费用的多少。合理的方法应是以系统中最主要设备(一般是空调主机)的经济使用寿命周期为基础，分析计算出来的综合性价比优秀者为最佳方案。但在实际工程的设计中，由于受项目专业设计人员的素质、项目组各专业设计的整体技术水平及项目管理水平、外部条件等诸多因素的影响，并非每个项目都能做到采用综合性价比优秀的方案。本文主要以统计及数据分析的方法，找出产生本专业所做空调设计方案有关经济性问题的原因及控制点。

2 暖通空调专业经济性设计的现状分析

2．1暖通空调专业常见设计方案的经济性问题

根据对近百个项目的统计，以及本专业技术人员对出现经济性设计问题的项目的现场测试、业主反馈问题、系统运行数据记录等的统计分析，归纳出空调系统设计出现较多的经济性问题是：

(1)空调主机容量偏大；

(2)冷热源系统选择不合理；

(3)设备管道的配置不合理。

2．2 空调主机容量偏大的原因分析

毫无疑问，主机容量偏大的原因在于负荷计算不准确，负荷计算不准确的原因是基础数据的选用不准确，而基础数据的选用不准确的原因则主要在于下述几个方面：

(1)专业配合不到位。例如：建筑专业提资不准确，外墙构造、门窗的尺寸或材料、屋面保温材料等与实际不符导致K值及护结构负荷计算错误；电气专业提资不准确，室内照明负荷、发热设备的数量及发热量取值错误。

(2)设计标准选择错误：对项目的档次把握不准导致室内计算温度偏低、室内人员密度偏大、新风量偏高等。

(3)项目管理不科学：过短的设计周期和缺少专业配合及专业人员与业主之间的必要沟通导致设计人员无法依据计算软件进行准确的计算，转而套用误差较大的且保守的经验数据估算。

2．3冷、热源系统选择不合理的原因分析

冷、热源系统选择在经济性方面的不合理情况，主要表现在：①初投资过高；②不满足业主在年运行费用及管理方便方面的要求；③达不到业主要求的计费及低负荷运行节能的要求等。该问题产生的主要原因有：①设计人员对项目所在地的能源结构及能源价格不了解；② 设计人员对项目所在地的气候、水(包括地表水、地下水)资源等自然条件不了解；③ 设计人员对各类型空调系统的特性、使用条件限制等了解不透彻；④业主对建筑物的主要功能随意改动，且强行提出某些不合理要求等；⑤ 由于项目设计周期过短，设计人员无法做方案比较。显然，冷热源系统的选择要求专业设计人员具备较高的专业技能和对方案总体的把握能力。

2．4设备管道的配置不合理原因分析

熟悉和掌握各种空调设备的工作原理、特性与内部构造以及各种管道材料的特性和适用场所是空调设计人员必备的基本功之一，由于技术进步和知识更新较快，其中的许多知识在教科书和设计手册中是学不到的，需要设计人员不断的从市场、从与生产企业和同行中的专家交流中学习。因此笔者认为，空调系统设计中设备管道配置出现经济性不合理的原因主要在于：空调设计人员对专业技术与市场的变化缺乏足够的认识和了解，未掌握各种空调设备和管道材料的性能与价格比，未能根据项目的具体情况正确选择空调设备和管道材料。

3 暖通空调专业经济性设计的外部环境分析

3．1国家政策导向

由于全球能源价格暴涨，国内能源、电力供应紧张，建筑节能的必要性日益凸显，相关部门陆续出台了《节能中长期专项规划》、《公共建筑节能设计标准》等强制性节能规范和标准，对于耗能大户的空调系统来说，在空调系统形式的选择上提出了更高的要求。

3．2 客户要求

概括而言，客户对空调系统经济性设计的具体要求是：系统及设备安全可靠、主要设备性能好、系统初投资要低、管理方便和运行费用低。必须注意，客户的上述要求，在多数时候是相互矛盾的，且由于投资主体不同等原因所产生的影响，常会遇到客户提出一些较为主观片面的甚至是不合理的要求，因此专业设计人员与业主的充分沟通显得十分重要。

3．3相关专业的影响

现在的时代是知识经济的时代，各种新知识、新技术呈爆炸式发展，各专业的技术交流与相互关联较过去紧密得多。例如，建筑专业在有些建筑上使用的低辐射、热反射中空玻璃以及隔热性能好的墙体材料，会使得空调冷热负荷降低不少；但在某些看上去很现代的建筑上使用的透光性好、隔热性能差的膜式屋面又会大大增加空调冷热负荷；智能专业在自动化控制技术方面的进步，带来空调系统的管理方便及安全节能运行，同时也会带来初投资的增加；太阳能利用技术与空调冷凝热回收技术及吸收式制冷技术的进步，又使得暖通专业与给排水专业之间在制冷供热的同时又与供应生活热水方面发生紧密系。

4 如何做好暖通空调专业的经济性设计控制

根据上述分析，笔者认为暖通空调专业要做好空调系统的经济性设计控制，应认识并把握好如下几点：

(1)专业技术人员的专业素养是最重要的，应在下述相关方面加强培训与管理：①平时多训练基本功，不断学习和掌握本专业新技术，不但要掌握了解各种节能型空调系统的性能参数及设计技术，还应清楚相关空调系统的投资造价和设备价格，熟悉和了解相关专业的相关技术的发展，把握好国家政策导向；② 学习与业主沟通的技巧，清楚了解哪些问题应询问业主，哪些问题应主动告知业主；③ 做方案之前，除应掌握相关的专业技术和与业主沟通外，还应事先主动了解项目所在地的气候、周围环境、能源结构与能源价格、水资源情况等等。

(2)建立专业档案资料库(包括电子文档与书籍文字资料)，以方便专业技术人员平时的学习和做项目准备时的查阅。

(3)配备功能较强的专业软件，认真做好冷热负荷计算，保证所选择的设计方案建立在数据准确的基础之上。

(4)设计方案的经济性与否与质量管理密切相关，应根据ISO质量管理，要求本专业的设计、校核、审核及审定人员，都必须在设计项目中充分重视对空调负荷计算、冷热源系统选择、设备管道系统的配置这几个对空调系统的经济性设计影响较大的问题，做好设计方案。

(5)加强设计方案的评审工作，要求对达到一定投资规模和等级标准的项目，在向其他专业和业主提资前都应提交给院专业技术委员会评审，以保证设计方案的技术经济合理。

(6)充分重视本专业经济性设计的难点问题，必要时组织Qc小组研究或进行攻关课题研究。

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关键词：信号源；虚拟仪器；DDS；FPGA

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)31-0979-02

The Design of Signal Source Based on FPGA and LabVIEW

QI Jing-jing, HUANG Cai-xia

(Electroic Information Engineering College,Henan Uinversity of Science & Technology, Luoyang 471039, China)

Abstract: Hardware design of signal source use of the DDS technology FPGA-based and the interface of signal source based on LabVIEW graphical programming tools, a signal source design based on virtual instrument platformis completed. It can produce peak-peak from 0.1 V to 8.5 V adjustable, frequencies from 0.005 Hz to 2 MHz adjustable sine, triangle, square wave produced three digital waveform.

Key words: signal source; virtual instrument; DDS; FPGA

1 引言

随着微电子技术的迅猛发展，现场可编程逻辑器件(Field Programmable Gate Array, FPGA)的规模和速度迅速增大，而价格却不断降低。由于FPGA器件编程方便、速度快、开发费用低、周期短等特点，受到了广大系统设计人员的青睐。DDS作为频率合成技术使输出信号受频率控制码和相位控制码以及参考时钟控制，很容易实现调频、连续调相、线性调频和其他各种频率、相位、幅度调制。具有高速的频率转换时间、极高的频率分辨率、低相位噪声等优点。[1]正是基于这些特点，本设计基于FPGA运用DDS技术实现信号源的硬件功能。为了更好的实现一个基于虚拟仪器平台的信号源，系统采用外置型，功能卡与PC通过串口连接。PC端采用LabVIEW图形编程工具设计实现美观方便的交互界面完成对信号源各项功能的控制以产生所需信号。虽然虚拟仪器常用PCI总线或ISA总线插卡的方式以提高传送速率，却也增加系统设计复杂度，而且内置式可能会同计算机已有可插拔硬件冲突，而设计成外置式虚拟仪器无需驱动，插拔更为方便，避免硬件冲突问题。[2]

2 系统设计

本设计主要有两大部分组成:LabVIEW部分与FPGA部分，也可以称之为上位机与下位机。

2.1 方案论证

在本设计中有两种设计方案：

方案一：用LabVIEW软件为开发平台，在LabVIEW程序中进行各个波形数据的采集并把数据发送到串口上，FPGA通过RS-232接受波形数据，串行数据在FPGA中处理后经过一D/A转换后在示波器上显示结果。

此方案通过串口发送的是波形数据。设计流程图如图1。

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图1 方案一流程图图2 方案二流程图

方案二：用LabVIEW软件为开发平台，在LabVIEW程序中把各个波形的波形参数（频率，频段，峰峰值）发送到串口上，FPGA通过RS-232接受波形指令，波形参数在FPGA中处理后运用DDS技术产生波形经过D/A转换后在示波器上显示结果。此方案通过串口发送的是波形指令。设计流程图如图2。

方案一发送的是波形数据，根据设计要求生成的最高频率为2Mhz，当2Mhz时最少需要采样四个点，每个点都是8Bit，因此需要最低的串口传送速率为64Mbit/s。优点是FPGA方面不需要太多的编程，只要一个串口接收模块即可；缺点是串口需要传输大量数据。

方案二发送的是波形指令，此方案不需要在 LabVIEW中采样产生波形数据，是把波形数据直接作成ROM表的形式，当把波形指令发送出来以后，FPGA根据波形参数通过DDS技术产生信号波形。优点是串口传输只需要发送很少数据，实时性好；缺点是在FPGA里产生波形受ROM表里波形数据限制，易失真。

通过对上述两个方案的比较及RS-232串口传输最大速率（20Mbit/s）的限制，考虑到波形发生的实时性，本设计采用方案二。把LabVIEW与FPGA结合起来，以发送波形指令的方式控制产生波形信号。

2.2 设计思想

由于选择的是方案二即发送波形命令的形式来控制波形就大大降低了串口的发送负担，使得串口的发送速率能够满足设计要求达到实时性，具体的设计流程是把每种波形的参数都设定为不同的数字（三角波用0表示，正弦波用1表示，方波用2表示），一共有四个波形参数分别为波形类型，频率系数（即在某个频段内的频率旋钮调节值），频段，峰峰值。波形类型由于有三种波形，其参数为0～2（十进制）占一位；频率系数由于在200K～2Mhz频段内步进为5Khz，因此可用0～359表示这频段内的360个不同频率，占三位。频段有七段分别为2Hz，20Hz，200Hz，2Khz，20Khz，200Khz，2Mhz.因此用0～6表示，占一位。峰峰值是以0.1V为步进的，而经测量D/A转换的最大峰峰值为8.5V，可用0～84表示这85个不同值，占2位。这四种参数加起来一共要发送7位的十进制数，把这些数字连接到一起组成一帧按照一定的波特率发到串口，而且每当这七位数字有变化时就把新的数据发送到串口。如发送数据为0123456七位数字，就表示要产生的波形为三角波，频率系数为123，频段为4，峰峰值系数为56。之后用FPGA设计一串口接收模块，按照设定好的波特率及编码方式解码，得到的波形指令通过DDS技术产生数字波形，再经过一D/A转换发送到示波器上验证结果。

2.3 上位机设计

LabVIEW设计主要运用的是虚拟仪器技术，利用它设计人机交互界面并且送波形参数。主要有以下几个部分：波形选择、幅值调节、频段选择、频率调节、串口发送。串口配置为8位数据位、一位停止位、无奇偶校验。用到了CIN节点、移位寄存器、比较VI、字符串连接VI、输入输出显示VI、逻辑运算VI、VISAVI、CASE结构、IF结构、事件结构等。其程序框图如图3。

2.4 下位机设计

下位机设计主要运用DDS技术，它运用VHDL语言编程设计主要有串口接收、串口转换、地址发生、ROM查询、波形选择、峰峰值调节、D/A转换等模块完成接收串口数据并运用DDS技术合成数字波形的功能，其流程图如图4。在硬件程序设计流程图中我们可以看到串口接收接受串口数据，频段选择模块根据接收到的频段参数进行分频；频率系数x与地址发生器的步进值n关系为n=x+41；波形类型用于波形类型的选择；峰峰值参数调节峰峰值。

3 结果测试

下面就是整个系统的结果实时测试如图5-6，通过操作人机交互界面，产生一个峰峰值为8.0V，频率为2.05KHz的正弦波，对应的在数字示波器上的显示波形可以看到正弦波峰峰值为7.99V，频率为2.053KHz。峰峰值步进为0.1V，误差0.01V；频率步进为50Hz，误差3Hz。结果比较满意。

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图5 实时检测人机交互界面

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图6 实时检测示波器界面

4 结束语

本文探讨了构建虚拟信号源的方法，采用了“FPGA+接口+PC”的设计方案，实现了一个生成频率0～2MHz，峰峰值0.1～8.5V可调，可产生方波，正弦波，三角波三种波形的信号源。通过此方法，不仅可以实现信号源，而且，可以相继开发出频谱分析仪、示波器、扫频仪、网络分析仪等常用的电子仪器，构成一个通用灵活的虚拟仪器平台。“接口”更可以根据条件采用USB、红外、蓝牙等多种方式。

参考文献：

[1] 廖日坤.CPLD/FPGA嵌入式应用开发技术白金手册[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007.

[3] NationalIn struments Corporation.LabVIEW:Code Interface Reference Manual[S].2004

[4] National Instruments Corporation.LabVIEW:User Manual[S].2004

[5] 吴立力.信号采集系统中的数据传输、显示与处理[D].北京工业大学,2001.

[6] 应怀樵.“虚拟”仪器与计算机采集测试分析仪器的发展和展望[J].振动.测试与诊断,2000(3).

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一、现代工控系统的特点

1.实时性

控制系统需要与外部环境交互，具有较强的实时性。要求对系统的输入信号在限定的时间内给出输出结果，设计的复杂性比较高。

2.网络化

现代工控系统大量使用现场总线、工业以太网等网络控制技术，实现了安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向传输、多分支结构的通信。

3.软件化

现代工控系统的一个典型特征是设计重点逐渐向工业组态软件方面转移。这主要有两个原因，一方面计算机的性能不断提高，过去必须由硬件完成的实时性能可以通过实时软件来实现，使设计的灵活性提高，成本下降；另一方面由于机械系统的产品生命周期一般是5～20年，而硬件和软件的生命周期一般是3～5年。当一个原型产品设计完成后，后续的主要工作变成系统维护和软件升级，要求在设计阶段就要考虑软件的可维护性、可移植性、可升级性。

二、工控系统设计方法

工控系统的总体设计从设计步骤看一般由需求分析、体系结构设计，软、硬件设计、系统集成和系统测试5个阶段构成。各个阶段之间往往要求不断地反复和修改，直至完成最终设计目标。

1.可行性调研

可行性调研的目的，是分析完成这个项目的可能性。进行这方面的工作，可参考国内外有关资料，看是否有人进行过类似的工作。如果有，则可分析他人是如何进行这方面工作的，有什么优点和缺点，有什么是值得借鉴的；如果没有，则需作进一步的调研，此时的重点应放在能否实现这个环节，首先从理论上进行分析，探讨实现的可能性 ，所要求的客观条件是否具备(如环境、测试手段、仪器设计、资金等)，然后结合实际情况，再决定能否立项的问题。

2.系统总体方案设计

在进行可行性调研后，如果可以立项，下一步工作就是系统总体方案的设计。工作的重点应放在该项目的技术难度上，此时可参考这一方面更详细、更具体的资料，根据系统的不同部分和要实现的功能，参考国内外同类产品的性能，提出合理而可行的技术指标，编写出设计任务书，确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格说明书，作为正式设计指导和验收的标准。系统的需求一般分功能性需求和非功能性需求两方面。功能性需求是系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；非功能需求包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。从而完成系统总体方案设计。

3.体系结构设计

一旦总体方案决定下来，下一步的工作就是将该项目细化，即需明确哪些部分用硬件来完成 ，哪些部分用软件来完成。由于硬件结构与软件方案会相互影响，因此，从简化电路结构、降低成本、减少故障率、提高系统的灵活性与通用性方面考虑，提倡软件能实现的功能尽可能由软件来完成；但也应考虑以软件代硬件的实质是以降低系统实时性、增加处理进行为代价的，而且软件设计费用、研制周期也将增加，因此系统的软、硬件功能分配应根据系统的要求及实际情况而合理安排，统一考虑。在确定软硬件功能的基础上，设计者的工作就开始涉及到一些具体问题，如设备的体积及与具体技术指标相对应的硬件实现方案，软件的总体规划等。上面这几部分工作是必不可少的，否则，可能导致设计方案的整体更改，甚至可能导致方案无法实现造成人力、物力的浪费。

4.硬件设计

对于PLC 工控系统的硬件设计包括两大部分内容：一是硬件的选型，包括控制网络的选择，PLC、变频器、各功能模块的选择，如信号测量功能模块、信号控制功能模块、人机对话功能模块、通讯功能模块等，为使系统设计更加合理，系统的设计应注意以下几个方面：

（1）在选型的时候，因为各种PLC都有大型、中型、小型的分别，这些分别主要是由CPU模块的性能不同造成的。在实际上，并非一定大型的功能就是合适的。除了价格方面的考量之外，主要是，如果控制点数不多，小型的CPU模块完全可以胜任，则小型的CPU反而比大型的CPU模块工作还要可靠一些。因为，小型的CPU所涉及的资源少，而大型CPU的资源多，在程序执行中，为处理那些程序不需用到的资源时，也要分配时间去处理，这样不仅造成资源的浪费，可能在程序处理上不及小型CPU可以更单纯和稳定地工作。

（2）在条件允许的情况下，尽可能选用功能强、集成度高的专用模块和器件。因为采用这种模块，不仅元件数量、接插件和相互连线减少，使系统可靠性增加。提高设计的成功率和结构的灵活性。

（3）在对硬件系统总体结构考虑时，注意选择通用性强、市场货源充足的元器件，尤其对需大批量生产的场合，更应注意这方面的问题。其优点是：一旦某种元器件无法获得，也能用其他元器件直接替换或对电路稍作改动后用其它器件代替。

（4）硬件参数的设定。系统的硬件具体应用时，首要问题是进行详细的技术论证。就硬件系统来讲，电路的各部分都是紧密相关、互相协调的，任何一部分电路的考虑不充分，都会给其他部分带来难以预料的影响，轻则使系统整体结构受破坏，重则导致硬件总体大返工，由此造成的后果是可想而知的。从时间花费上看，硬件设计的绝大部分工作量往往在最初方案的设计阶段，一个好的设计方案往往会有事半功倍的效果。一旦总体方案确定下来，下一步的工作就会很顺利进行，即使需要作部分修改，也只是在此基础上进行一些完善工作，而不会造成整体返工。在进行硬件的总体方案设计时，所涉及到的具体电路可借鉴他人在这方面进行的工作。

（5）系统的扩展及各功能模块的设计。在满足应用系统功能要求的基础上，系统的扩展及各功能模块应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。实际上，工控系统的设计一次成功而不作任何修改的情况是很少的，如果在设计之初未留有任何余地，后期很可能因为一点小小的改动或扩展而被迫进行全面返工。

（6）新技术的应用。设计时应尽可能地作些调研，采用最新的技术。因为PLC发展迅速，更新换代很快，市场上不断推出性能更优、功能更强的设备，要时刻注意这方面的发展动态，采用这些新技术。

（7）工艺的设计。工控系统还要注意工艺的设计，包括配电箱、操作面板、配线、接插件等，这是一个初次进行系统设计人员容易疏忽但又十分重要的问题。在设计时要充分考虑到安装、调试、维修的方便。描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对硬件、软件系统的功能划分。一个好的体系结构是设计成功与否的关键。

三、工控系统的调试

系统设计好后，必须经过软件调试和硬件调试，才能应用到实际生产中。从实质上讲，软硬件的调试是一次综合调试，一方面要排除软件错误，同时进一步解决硬件的故障。调试时可以将系统分为模块一个一个分开进行，再将它们连在一起统调。

到了现场后，进行系统调试前，需要考虑安装环境是否满足PLC的使用环境要求，这一点可以参考各类产品的使用手册。系统中PLC常常需要与人机界面进行、变频器需要进行通讯，或者本地CPU模块与远程单元模块的通讯。系统设计中，最容易出问题的地方是通讯，现场调试最麻烦的地方也是通讯，所以对于通讯的部分，你必须清晰了解系统的框架结构，并且对需要进行通讯的东西在出发前就要全部进行一遍调试，而且要确认其中的所有需要通讯的模块是可以通讯的。比如，操作台电脑、触摸屏、PLC、变频器、其他的PLC、一些智能仪表和仪器，必须要确认它们相互之间是否可以通讯的，如果系统较大，远程单元、本地机架数量、每个机架的模块数量的限制，并非出于系统功能和技术上的限制，而是由于使用规范性的限制。在系统硬件组态时，要考虑这些模块的搭配作用。发现了原来编程时的错误，需要对已经编好的程序进行修改。

四、系统的运行

系统经过调试通过后，就可以进行系统的运行，初次运行，首先在监控状态下看设备的工作状态，这时可继续使用依次改变控制要求和带上相应负载的方法检查程序和控制设备及负载的运行情况是否正常。然后再进行相应的修改。直到完全能适应设计要求。