一种微机监控系统中的通信控制解决新方案.doc

一种微机监控系统中的通信控制解决新方案郭秀云 杨汝奎 王长林（西南交通大学计算机与通信工程学院 四川省成都市 610031）摘要：针对工业过程的控制和监视日益复杂化的实际问题，本文把软件和硬件的深层次模块化结构结合在一起，利用工业控制领域成熟的技术、产品，设计了一种配置灵活、功能扩展容易、开放的通信管理机。该通信管理机具有多种标准类型接口、标准通信协议。关键词：微机监控系统 通信管理机A NEW COMMUNICATION CONTROLLER BASED ON MODULES DESIGNAbstract: A new scheme of communication controller is introduced. In order to meet the needs of different systems, communication controller of industry control system is always modified in hardware design or in software . This paper propose design based on modules in both hardware and software which enhance system flexibility,simplify the maintain work in future.key words: industry automation; monitor and controller system ;communication controller; 1、通信管理机简介普遍用于工业过程控制的微机监控系统一般由中央监控单元、通信控制部分和测控系统三部分组成，如图1所示。测控系统由各种测控装置、智能设备组成。测控系统的智能装置把采集到的遥信、遥测等数据送给通信管理机，通信管理机再根据各个监控单元的不同要求，分别把数据按各个监控单元的规约上送，通信管理机起协议转换的作用。当后台监控对远方开关进行遥控、遥调操作时，通信管理机负责开关定位，还要有防止误操作的功能。测控装置是整个系统的直接数据来源，控制终端，输出的数据量很大，而且各种设备可能来自不同的厂家，接口类型、通信规约都不同。而中央监控单元一般也不只一个，有当地监控、远方监控，不同级别的监控系统需要监视的数据不同，通信规约也不同。这样，通信管理机在进行协议转换时，要处理的数据就非常复杂。而且随着科技的发展，工业自动化水平的提高，现场的智能设备也不可能是固定不变的，一些老的设备将逐渐被淘汰，而一些采用新规约的设备会不断出现。由于现场智能设备的多样性和多变性，通信管理机整体方案设计的开放性和灵活性就变的非常重要。对于用户来讲，开放的系统，灵活的配置将有利于利用已有的软硬件资源，节省投资和长期使用系统的方便。而对于开发者来说，要针对不同级别的用户设计不同规模、不同容量的系统方案，为满足各种用户的个别需要修改软件或硬件方案，开发周期延长，售后维护费用大，重复开发造成财力、人力的浪费。本文介绍的通信控制解决新方案在硬件上和软件上都采用模块化的结构。软件设计采用分时间片实现多任务处理的机制，满足系统的实时性要求。硬件设计基于工业级的板卡设计，避免了芯片级设计系统升级修改硬件的麻烦，节约了成本，减少了系统升级的工作量，提高了效率。本文介绍的方案设计的通信管理机真正实现了系统的开放性、灵活性。2、通信管理机的硬件设计通信管理机的硬件结构采用模块化设计，如图2所示。工控机箱配置多插槽的底板，主CPU卡、CAN接口卡、GPS卡、串口卡每个模块都选用工业级板卡。组态容易，扩展方便，抗干扰能力强，能适应恶劣的工作环境。主CUP卡的选择很灵活，若通信管理机是用于环境恶劣的工业控制，则可靠性是最重要的，应该选择板载CPU，板载内存、电子盘，散热片取代分扇、带有看门狗的CUP卡。系统运行时，尽量避免了机械震动，而且程序死机后看门狗会自动复位系统，提高了系统的可靠性。若通信管理机用于办公自动化的智能设备管理，则运行环境良好，维护方便，就可以选择运算速度快、带硬盘接口的主CUP卡。串口卡可以根据需要选择RS232卡，RS485/422卡，或者RS232和RS485组合的卡或者RS232/485/422跳线可选的卡。用户可以根据自己的需要做出最经济实用的选择。电源模块可以根据用户的已有硬件资源和环境选择直流或交流。如果要对系统进行扩展，只需购买相应功能的板卡，直接插入插槽即可，不需对原有的硬件进行任何改动。系统冗余的实现也非常地方便。用户可以根据自己的需要选择关键部分冗余或整个系统冗余。一般部分冗余有电源的冗余，主CPU卡的冗余。冗余电源通常由直流-直流、直流-交流、交流-交流的电源加UPS构成，电源和UPS都有多种型号的成熟工控产品可供选择。整个系统的冗余可以选择冗余机箱，也可以选择两套完全相同的硬件配置，一套设备为主设备，一套为备用设备。当主通信管理机运行时，和备用通信管理机保持通信，数据交换，当备用通信管理机接收到主通信管理机的命令或与主通信管理机的通信中断超过规定的时间时，备用通信管理机启动，代替主通信管理机工作。 3、通信管理机的软件设计通信管理机的软件设计采用面向对象的模块化的多任务处理机制。主要包括以下几个模块：主控制模块、串口驱动模块、CAN驱动模块、底层收发模块和各个协议模块。面向对象的程序设计，指面向逻辑端口的程序设计。逻辑端口是程序访问的对象，规约、装置类型、装置数、硬件端口地址、通信设置、需要的数据都作为这个对象的元素。程序运行时，主控制模块先读入配置文件，确定有几个逻辑端口，每个逻辑端口配置的规约、装置数和硬件接口类型。然后进行端口初始化，数据库结构的计算。最后进入循环部分，按每个逻辑端口配置的步长轮流访问每一个逻辑端口，在逻辑端口的协议中将要收发的数据，放入对应的缓冲区。时钟中断处理程序中调用底层收发模块，将各个逻辑端口的发缓冲区的内容发送到硬件端口，将对应逻辑端口的硬件端口接收的数据读入接收缓冲区。不管通信端口的硬件为哪一种类型的接口，从编程的角度来看，它只是端口地址。程序中按系统容量建立N个逻辑端口。那么0 N-1就是这N个逻辑端口的端口号。每个规约作为一个独立的模块，每个模块中的函数在调用时都带端口参数（端口号）和步长（时间片长短）参数，全局变量为带端口参数的数组。列如在CDT协议中使用到了全局变量a，则a定义为aN,引用变量a时用aport。通过配置文件可以把各个规约配置到各个逻辑端口上，然后通过把物理端口的地址附给逻辑端口，将规约和物理端口联系起来。主控制模块按步长对所有的逻辑端口分配时间片。有了端口参数，可以把同一个规约运行在不同的端口上。步长参数可以设置为句或报文。步长设置为报文，则程序在一个逻辑端口的协议中收发一条报文后转到其他的端口去，适合装置较少的小系统；步长设置为句，则程序在一个逻辑端口的协议中执行够步长设定的语句数后就转到其他的端口去，适合于系统比较大，装置数多，实时性要求高的情况。步长设置为报文，可以使不同的规约运行在同一个端口上。可见，软件的组态非常灵活。而且有了配置文件，可以在某个端口发生故障时，把对应该硬件端口的逻辑端口配置到其他硬件端口上去，只修改配置文件中的一个地址，轻易实现通信任务的转移，便于现场调试和维护。4、结束语 本文针对当前工业智能设备多样化、复杂化给工业过程控制带来的监控系统通信管理复杂的问题，结合现场用户的实际需求，同时考虑了开发方的研发周期，研发投入和研发成果的市场存活期等问题，提出了一种组态灵活、弹性容量、功能扩展容易的通信管理机的解决方案。通过一个文本格式的配置文件的修改，通信管理机就既能适应协议种类多、装置数量大的大系统的要求，又能适应协议种类少，装置数也少的小系统的要求，通用性强。程序用C语言编写，可移植性强，可再利用。5、参考文献钱清泉 电气化铁路微机监