基于“三大能力”模型的软件案例研究

2022-09-10

一、引言

(一) 信息系统及其三大能力

当今社会已经进入了信息时代, 信息已经成为社会生活中广泛使用的概念, 信息系统已经无处不在。一个系统如何才能称其为信息系统呢?我们认为它必须同时具有三大能力, 即记忆能力、思维能力、交流能力。同时具有这三种能力, 才是信息系统, 缺少任何一种, 都不能算信息系统。

记忆能力就是对信息的存储能力, 是三大能力中最基础的一种能力, 是思维能力和交流能力的基础和前提。思维能力即对信息的处理能力, 是三大能力的核心, 一个信息系统如果不具备思维能力, 就不能对数据进行分析处理, 也不能完成给定的逻辑运算处理。交流能力是指信息系统与外界的交流、交互能力, 一个系统如果与外界全无交流, 其价值就不能体现出来, 这样的系统没有存在的意义。“三大能力”是互相依存、互相关联的, 缺一不可。冯·诺依曼架构及现代计算机的三大部件就是信息系统三大能力的最好体现。

本文将用信息系统“三大能力”的观点来分析压力变送器温度补偿系统, 通过分析, 加深对信息系统及其三大能力模型的理解及认识, 并找出现有系统存在的不足, 便于后期改进。

(二) 压力变送器温度补偿系统简介

压力变送器温度补偿系统 (以下简称为补偿系统) 是为修正压力传感器的零点漂移和温度漂移, 提高压力变送器测量的准确性而开发的一套温度补偿软件。补偿系统以PC机为基础, 通过GPIB总线、RS232总线、HART和PCI总线实现对补偿设备、被补偿压力变送器以及外围电路的控制和操作, 并将获取的原始数据采用一定的拟合算法进行线性修正, 进而消除压力传感器的零点漂移、温度漂移及非线性的问题, 从而实现对压力变送器的温度补偿。补偿系统的总体结构如图1所示。

二、补偿系统之记忆能力

(一) 配置参数

压力变送器分不同的类型, 每种类型又有不同的型号。不同类型、不同型号的压力变送器的补偿压力点和气路控制都是不同的。为保证补偿过程中各种控制的准确无误, 采用配置数据库来存储系统运行的各个参数, 方便操作与维护。配置参数主要有以下几种: (1) 各型号变送器的补偿文件, 用于存储每种型号变送器补偿过程中的温度、压力标定顺序控制压力控制器的各项参数, 是控制压力控制器工作的基础。 (2) 系统温度补偿点, 用于存储温度补偿过程所需设置的恒温控制点及保温时间, 是控制高低温试验箱工作的基础。 (3) 气路切换控制参数。补偿系统通过PCI总线控制外围电路驱动阀门及切换气路, 将每层气路的控制信息存储在配置数据库中, 根据需要获取参数, 实现有效控制。 (4) 通信控制参数。控制原理与气路阀门切换控制相同, 将每个通信口的控制信息进行存储以实现正确无误的切换。 (5) 运行状态参数, 用于存储补偿系统运行的相关信息。当系统异常中断时, 可根据存储的运行状态参数进行断点恢复。 (6) 系统测试参数。将系统各项测试所需的控制参数存储在配置数据库中, 根据测试指令获取相应的测试参数进行测试。

(二) 补偿数据

补偿系统的最终目的是将补偿过程中获取的原始采样数据采用一定的拟合算法进行线性修正, 实现对压力传感器的温度补偿, 所以我们需要将补偿过程中获取的采样数据进行存储, 用于计算及下载。补偿数据有原始采样数据及下载参数两种。 (1) 每台压力变送器的原始采样数据采用单独的excel文件进行存储, 在线性计算之前, 以工位编号来进行命名, 线性计算以后, 以产品编码来进行命名, 使每一台产品的原始数据都能有效地进行存储, 方便后期的查找及追溯。 (2) 下载参数即将原始数据进行先线性拟合后得到的一组系数, 用Microsoft Access数据库进行存储, 供数据下载使用。

(三) 补偿结果

温度补偿结束后, 要标识每台压力变送器的补偿结果状态, 方便区分及追溯。补偿结果采用Microsoft Excel来存储。

三、补偿系统之思维能力

(一) 数据计算

数据计算是补偿系统的重要功能。针对不同型号压力变送器编写不同的算法包, 补偿时根据具体型号选择调用相应的算法包来进行计算得到线性校正系数。

(二) 系统控制

压力变送器的温度补偿需要高低温试验箱提供恒温的环境, 需要高精度压力控制器给定需要的压力。高低温试验箱、高精度压力控制器的控制以及系统的运行等都需要补偿系统来控制。所以系统控制就像人的大脑, 控制着整个温度补偿过程的顺利进行。

(三) 补偿检测

为保证补偿过程的顺利进行, 在补偿系统运行之前需要进行气路泄漏检测及工位通信检测。根据压力变送器安装情况控制压力控制器加压, 判断气路是否存在泄漏, 同时依次给压力变送器发送命令, 判断通信是或否正常。

四、补偿系统之交流能力

补偿系统的运行需要控制高低温试验箱、压力控制器、控制板及和仪表进行通信以采集原始数据, 所以其交流能力 (信息通信能力) 是必不可少的。

(一) RS232

补偿系统应用RS232串行总线口实现对高低温试验箱的控制。在温度补偿过程中实现对高低温试验箱的操作共使用以下4种命令格式: (1) 读高低温试验箱指定地址参数命令格式; (2) 读高低温试验箱指定地址参数命令响应格式; (3) 写参数到PLC指定地址单元命令格式; (4) 写参数到PLC指定地址单元命令响应格式。

(二) GPIB

IEEE488 (GPIB) 通用并行总线接口是国际通用的智能仪器总线接口。通过该接口可以与计算机或其他智能化设备连接通讯, 可以方便地与其他测试仪器一起组成测试系统。补偿系统遵循SCPI语言的使用规则, 采用SCPI可编程仪器标准命令对高精度数字压力控制器进行操作, 实现压力变送器温度补偿流程中的压力标定采样。

(三) PCI

PCI是Peripheral Component Interconnect (外设部件互连标准) 的缩写, 它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口。PC总线传输速率高、可靠性强, 即插即用, 应用非常广泛。补偿系统采用PCI总线控制继电器矩阵阵列, 实现补偿工位变送器HART接口切换和补偿气路夹具阀门的选择。

(四) HART

HART是Highway Addressable Remote Transducer (可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议) 的缩写, 是美国ROSEMOUNT公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。PC机与压力变送器的通信采用国际通用的HART标准协议来实现。

五、补偿系统存在的不足

在分析、研究过程中, 也发现现有压力变送器温度补偿系统存在以下不足, 在后续版本开发中需改进完善。 (1) 信息存储能力方面, 配置参数的存储有待完善, 多增加必要的断点信息存储, 在系统遇到异常恢复时可以更快捷。另外对补偿结果的保存可以加入型号及设备标识, 更方便后期的查找及追溯。 (2) 信息处理能力方面, 配置参数的操作不直观, 需要对其操作进行可视化处理, 使操作更方便。 (3) 信息通信能力方面, 在与用户 (人) 的交互方面还不是很完善, 可以进一步优化, 使用户的体验更好。

六、结语

基于上述分析可以看出, 补偿系统同时具有记忆能力 (信息存储能力) 、思维能力 (信息处理能力) 、交流能力 (信息通信能力) , 属于我们定义的信息系统范畴。同时三大能力紧密联系, 互相依存, 缺一不可。信息处理能力及信息通信能力以信息存储能力为基础, 信息通信能力也要靠信息处理能力来实现。一个系统的实现, 实际上就是三大能力的具体实施, 三大能力实现的好坏关系到系统的优劣。因此在系统设计中引入这一思想, 并贯穿设计全过程是很有必要的。

摘要：本文对信息系统及其三大能力进行了阐述, 并用信息系统“三大能力”, 即记忆能力/信息存储能力、思维能力/信息处理能力、交流能力/信息通信能力的观点对压力变送器温度补偿系统进行分析, 通过分析找出其中的不足, 以利于后期的改进。

关键词：信息系统,记忆能力,思维能力,交流能力,补偿系统