CN101751023A - 用于多参数实时测量与控制系统的主控部分及方法 - Google Patents

Abstract

本发明充分利用上述新兴计算机软硬件技术，具有模块化、通用化、组态化的特点，提高了大型综合环境模拟试验设备的试验效率，节省试验时间和经费，具有良好的经济效益。本发明提供了一种用于多参数实时测量与控制系统的主控部分和方法，其特征在于包括：任务管理部分；实时数据测控部分，用于进行环境控制参数的采集；实时数据显示部分，用于完成相关的显示；实时数据管理部分，用于进行与所述多参数实时测量与控制系统的试验数据有关的操作；实时数据传输部分，用于进行与所述主控部分之外的部分的数据交换，其中所述任务管理部分对所述实时数据测控部分、所述实时数据显示部分、所述实时数据管理部分、所述实时数据传输部分的工作和数据交互进行控制和协调。

Description

用于多参数实时测量与控制系统的主控部分及方法

技术领域

本发明涉及用于多参数实时测量与控制系统的主控部分及方法，及其模块化、通用化的功能实现方法。属于计算机测控总体设计领域。

背景技术

目前，环境模拟设备及环境试验技术正经历着由单参数模拟到多参数模拟、从静态模拟到动态模拟、从产品环境试验到人机系统环境试验的发展道路。多参数环境模拟系统中的测量控制参数包括温度、压力、流量、物位、湿度、浓度、转速、加速度等，对应的控制对象包括电加热器、涡轮(透平)机组、调节阀、电机等。不同的测控对象，测量控制方式不同。然而总体来看，环境模拟试验的现有测控系统存在测量控制参数单一，功能单一，自动控制技术水平较低，现代化管理程度不高，试验效率较低的缺点，因此还需要在其测控技术上进一步改进和提高。

同时，随着科学技术的进步，计算机集散式控制系统DCS得到了完善和发展。可充分利用其资源对实验过程进行实时监控和管理，在实现环境模拟设备的自动控制的同时，对实验过程集中管理和分散控制，达到多个设备同时工作，多项实验同时进行，多组实验信息同时获取同时处理的目的。目前DCS系统大多采用组态的方法组织控制系统，也出现了各种针对不同的工业过程的DCS产品，但其灵活性较差，符合环境模拟试验需求的针对性不强，一般不适合环境模拟试验的控制系统的开发，本发明采用了自行设计的集散控制系统。

COM组建模型技术结合面向对象的编程思想，可构建模块化的系统功能人机交互平台，增强数据的管理，便于系统功能的维护和扩充，使系统的通用性、可扩展性、稳定性和可靠性得到全面的升级，但是采用这种技术需要结合面向对象的数据模型、描绘控制系统才能满足环境模拟试验的需求、充分发挥COM组建模型技术的优势。本发明将COM组建模型技术和数据库技术相结合，建立环境模拟试验设备的信息数据库和试验结果数据库，使实验人员直接通过友好的界面操作试验，对不同试验数据进行管理。

本发明充分利用上述新兴计算机软硬件技术，具有模块化、通用化、组态化的特点。提高了大型综合环境模拟试验设备的试验效率，节省试验时间和经费，具有良好的经济效益。

发明内容

本发明提供了一种用于多参数实时测量与控制系统的主控部分，其特征在于包括：任务管理部分；实时数据测控部分，用于进行环境控制参数的采集；实时数据显示部分，用于完成相关的显示；实时数据管理部分，用于进行与所述多参数实时测量与控制系统的试验数据有关的操作；实时数据传输部分，用于进行与所述主控部分之外的部分的数据交换，其中所述任务管理部分对所述实时数据测控部分、所述实时数据显示部分、所述实时数据管理部分、所述实时数据传输部分的工作和数据交互进行控制和协调。

本发明的效果：本环境模拟试验设备的测控系统，完成了基于集散式DCS的硬件管理系统设计，方便了试验人员对试验参数进行集中管理，对被控对象进行分散控制，并取得了良好的效果，实现了较高的参数控制精度，满足了大型综合环境模拟试验的要求。开发出的环境模拟系统监控软件一“环境模拟测控系统”采用模块化的总体构架设计、面向对象数据模型的数据库、高效合理的内存管理、多线程任务调度和管理、远程网络监控以及软件动画界面设计方法，具有模块化、网络化、通用化的特点。提高了代码的重用性、大大减少了代码编写的时间，并具有较高的可靠性、稳定性，满足了用户现代化管理试验的需求。目前，该测控系统及配套硬软件，已应用于多项环境模拟试验中包括：双路热动力试验，低气压与温度冲击试验，温度高度试验，砂尘环境试验，高空环境模拟舱试验等多项环境模拟试验的测控系统中。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的集散式系统的架构图。

图2是根据本发明的一个实施例的控制台的外型图。

图3是本发明的一个实施例的模块功能表达框图。

图4是本发明的一个实施例的任务管理模块功能流程框图。

图5是本发明的一个实施例的实时数据测控模块流程框图。

图6是本发明的一个实施例的实时数据显示模块流程框图。

图7是本发明的一个实施例的实时数据管理模块流程框图。

图8是本发明的一个实施例的实时数据传输模块流程框图。

图9是本发明的一个实施例的实时数据采集模块流程框图。

图10是本发明的一个实施例的高速数据采集模块流程框图。

图11是本发明的一个实施例的流程图显示模块流程框图。

图12是本发明的一个实施例的曲线显示模块流程框图。

图13是本发明的一个实施例的数据列表显示模块流程框图。

图14是本发明的一个实施例的UDP网络通讯模块流程框图。

图15是本发明的一个实施例的设备通讯模块流程框图。

图16是本发明的一个实施例的串口通讯模块流程框图。

图17是本发明的一个实施例的多线程同步流程图。

图18是本发明的一个实施例的任务管理模块的功能框图

图19是根据本发明的一个实施例的面向对象的数据模型的关系图。

图20是根据本发明的一个实施例的数据库的功能结构图。

图21是根据本发明的一个实施例的远程网络监控的原理图

具体实施方式

以下结合图1-图7，详细说明本发明的具体实施放案。

图1所示的是根据本发明的一个实施例的一种集散式系统架构。该控制系统总体可包括：

●现场设备层、直接测控层、中央管理层和远程管理层。现场设备层：指现场信号测量传感器(1)与设备执行机构(2)。包括温度、露点、压力、流量、转速等参数测量和气动调节阀等设备的执行。

●直接测控层：由系统控制台(3)和数据采集装置(4)组成，它和现场设备层相连，除可直接显示现场测量参数值以外，还主要担负着控制现场执行机构的运行。

●中央管理层：它由上位主控计算机(5)、数据采集计算机(6)、打印机(7)及接口电路组成。它与直接测控层(下位控制级)通过RS485多设备控制的通讯接口(14)和/或信号电缆(13)相连，直接从下位控制级获得各种试验数据，并处理和管理试验数据，生成曲线及报表，实时监控试验运行状况，执行现有设备报警与安全保护，在线修正试验参数和试验状态。

●远程管理层：主要由远程客户端(12)、网络打印机(13)、路由器(10)、工业以太网(15)互联组成。它可以通过路由器(10)、防火墙(9)直接访问中央管理层的服务器(8)，具有远程浏览试验流程、监控试验数据和曲线的功能。

图2显示了根据本发明的一个实施例的控制台(201)的外型图。

图3显示了本发明的一个实施例的模块功能表达框图。可以看出，它主要由主控部分(3100)、数据采集部分(3200)、高速测量部分(3300)、数据处理系统部分(3500)、试验结果数据库(3600)、试验信息数据库(3700)、以及一些外部功能模块和硬件设备组成。根据环境模拟系统的设计要求，环境模拟试验由模拟环境条件的固定试验和在固定试验营造的环境条件下进行各种测试的测试品试验组成。在固定试验中对模拟的环境参数进行测量后，还需要对加温、制冷、抽空等设备进行控制，使模拟的环境参数符合试验要求，因此针对固定试验的要求本发明设计主控部分(3100)及其相关外部模块，可完成对温度、压力、流量、物位、湿度、浓度和转速等信号的测量和控制。测试品试验是在固定试验提供的环境条件下完成对测试品的测试工作，主要对测试品的测试参数进行采集分析，不需要进行参数的控制，本发明的数据采集部分(3200)针对测试品试验的要求可完成非控制参数的数据采集。当测量信号的频率较高时，例如在对某环境条件下振动测试的加速度信号进行测量时，需要较高的采样频率，短时间内产生较大的数据量，本发明针对这种情况设计振动信号高速测量部分(3300)，可完成振动信号等高频信号的测量。数据处理系统部分(3500)主要完成对试验结果数据的查看和处理、历史曲线的回放功能。

其中主控部分(3100)和数据采集部分(3200)可通过访问试验信息数据库(3700)获得上次试验的信息数据，修改并保存本次试验的信息数据，完成试验状态的初始化。并且，主控部分(3100)可将模拟环境参数的测量结果及控制参数实时存入试验结果数据库(3600)中，数据采集部分(3200)也可将测试品的测试结果数据实时存入试验结果数据库(3600)中。此外，主控部分(3100)和数据采集部分(3200)通过工业以太网互联以保证实时同步数据交互，为测试品的某些性能参数计算提供主控部分(3200)测控的数据。因为采样频率较高，数据量较大，振动信号高速测量部分(3300)直接将试验数据储存在内存中，在试验结束后再将数据存入试验结果数据库(3600)中，因此该部分数据只与数据库交互。这种设计方法既可实现各部分之间的独立工作，减少相互之间的干扰，又可实现数据的共享，

上述主要几个部分的具体功能是通过内部功能模块，及其需要调用的外部功能模块实现的。其中主要的内部模块功能包含以下几个：

*运行功能模块(3108)：主要完成准备、开始和停止操作，触发任务管理模块(3101)中的各项任务。该模块可通过窗口消息响应循环实现。

*任务管理模块(3101)：是主控部分功能实现的的核心，起到调度各模块工作和数据交互的作用。并且保证系统实时运行，及时响应用户的命令。该模块采用时钟管理，保证系统运行的实时性及周期性，完成任务间同步、通讯，数据互斥保护；若着重实时处理，则会影响消息的及时处理，不能建立良好的人机交互；若着重人机交互，则实时处理就会受到影响，不能及时的完成数据的采集、显示及控制任务。为了解决这个问题采用了单进程多线程的技术来管理，并且采用临界区和事件触发方式实现任务间的同步、通讯与互斥。根据本系统处理器的使用率不同划分为以下几个线程：实时采集与控制线程、实时流程图绘制线程、实时试验数据存储线程，实时硬件通讯线程、实时网络通讯线程。

*实时数据测控模块(3102)：该模块是试验控制任务的核心，主要完成采集试验各测点的数据，完成工程单位的转换，根据试验工况，解算控制算法控制设备，输出各种控制信号的功能。时钟同步方式采用了多媒体定时器的时钟定时方式，即设置周期为T的时钟，每一次触发完成数据采集控制一次。其算法描述如下：①进入主循环之前，设置周期为T的时钟定时；②主循环开始阻塞等待触发事件，该事件由任务管理模块(3101)触发；③接收事件到进入本次循环处理，完成数据采集、控制算法解算等任务；④本次循环完成之后，阻塞等待下一次触发事件。

*显示功能模块(3111)：主要完成对试验流程的监控显示、试验数据的曲线显示、试验报表的显示、以及历史数据的显示。它主要调用几个外部模块来完成该项功能包括：流程图显示模块(3404)、数据窗口显示模块(3405)、数据列表显示模块(3406)和曲线显示模块(3407)。其中，流程图显示采用面向对象的设计方法，用图形绘制窗口类管理。流程图显示窗口模拟试验的现场工作情况，把实时数据显示在实际的现场采样点附近，便于观察试验状态。流程图采用Windows位图格式及24位真彩绘制，显示时调用此位图，并根据流程图中测量点的位置建立了各个测量点的子窗口用于显示数据。试验数据用不同颜色以区别是否超限报警。综合数据显示采用面向对象的设计方法，用数据窗口类管理。该窗口主要显示试验数据表格、试验时间等。试验数据用不同颜色以区别是否超限报警。考虑到曲线显示模块的通用性和可再用性，曲线绘制采用了面向对象的设计方法，设计了一个曲线窗口类来管理。为了利用现有的MFC类库资源，该类可从窗口类继承并进行扩充。

*实时数据显示模块(3103)：通过调用显示功能模块(3111)完成监控试验设备状态，显示所有的参数信息，流程图窗口实时显示系统流程各测点的试验数据，曲线图窗口实时绘制趋势图，综合数据显示窗口显示所有的试验数据在报警窗口显示报警信息，并且完成各个显示页面的切换的功能。

*实时数据管理模块(3104)：定时存储试验数据，即时打印试验数据，处理试验数据，完成数据表格打印、曲线处理打印等，提供更方便外部接口。该模块采用数据库技术管理试验数据，用数据文件的形式备份数据。其主要调用的外部模块为测量结果数据库模块(3417)，通过该模块完成对试验结果数据库(3600)的读写操作。此部分数据是各时刻点现场数据的集合，现场数据包括现场各测点的数值和时间戳。试验数据是测控系统的关键数据，为了保证不丢失和数据的安全性，同时也采用了数据库存储试验数据。在试验中数据量不是很大，因而采用了Micosoft Access 2000中小型数据库来管理数据。数据库驱动接口采用了ADO技术实现。在试验运行前，根据试验变量信息在数据库中动态创建数据表；试验运行期，试验数据定时存入数据表中。

*控制功能模块(3112)：本发明中采用较多的控制算法为PID控制算法。该功能模块主要完成对控制参数包括P、I、D参数的记录和修改，以及对其它控制算法的选择。它调用外部控制算法模块(3413)，根据用户选择的不同控制算法计算控制量。并且将计算结果送给实时控制计算模块(3105)。

*实时控制计算模块(3105)：该模块存在主控软件中，完成对控制参数的计算。首先它由任务管理模块获得测量数据，并且由实验人员选择不同的控制算法后，通过该模块访问控制功能模块(3112)，间接访问到外部控制算法模块(3413)，然后将控制量计算结果实时的传给任务管理模块，再由实时数据测控模块将控制量输出给硬件，实现参数的控制过程。

*实时数据传输模块(3106)：主要完成与其它应用程序之间的数据交换功能，以独立线程的模式存在，直接调用外部网络通信模块(3414)。由于系统中的网络通信只用于主控部分和数据采集部分之间的数据通信，有一定的实时性要求，并且通信数据量不大，所以比较适合采用无连接的UDP协议。TCP/IP的进程之间的通信经常使用C/S(客户/服务器)方式。在本发明中，设计主控部分作为服务器端，数据采集部分作为客户端。前者不断把采集的环境参数数据发送到指定IP上的特定端口，后者则不断读取数据，作相应的处理应用。

*硬件功能模块(3113)：主要具有硬件设备驱动(3803)的各项功能。可以调用外部的串口通讯模块(3415)和设备通讯模块(3416)通过板卡(3802)、硬件模块(3804)、仪表(3805)从传感器(3801)获得数据。

*硬件管理模块(3107)：管理所有的硬件功能板卡，添加、删除硬件及其驱动程序，进行硬件自测试、自诊断。该模块的主要通过调用硬件板卡提供的API接口函数对设备进行操作，用户通过这些API函数与硬件设备进行交互和通讯，而对板卡的底层管理和操作由API接口函数完成。这些与API接口函数屏蔽了不同的硬件设备在物理结构上的不同，操作人员无需了解不同硬件的底层物理结构，也无须采用底层的汇编语言来操作各种功能板卡，本发明针对需要调用的API接口函数的详细流程进行封装，以获得可以复用的设备通讯模块，提供更简单的硬件操作接口供使用。

*初始化数据结构模块(3109)：主要具有访问外部信息数据库，初始化试验信息的功能。因此该模块的功能首先被调用，通过访问外部初始化数据库模块(3401)获得试验信息数据库中的初始试验信息，并储存在内存中。操作人员可通过设置和管理功能模块(3110)与该模块交互，修改试验信息数据，并再通过外部初始化数据库模块(3401)将本次试验的信息数据保存入数据库，完成试验开始前的信息数据准备工作。

*设置和管理功能模块(3110)：主要用于用户修改本次试验信息，并通过调用初始化数据结构模块(3109)将修改后的试验信息存储在数据库中。此模块还通过调用外部表达式计算模块(3402)和曲线计算模块(3403)修改试验需要的公式变量和设定曲线的函数。使试验可按照特定的公式计算无法测量的参数如：效率等。也可以使试验参数按照一定的设定曲线趋势变化。

数据采集部分(3200)与主控部分的内部功能具有相同的几个功能模块。本发明根据数据采集不需要对测量参数进行控制的特点，设计了实时数据采集模块(3201)，该模块的功能实现方法类同于实时数据测控模块(3102)的实现方法，根据试验要求不包括控制算法解算的任务，只完成数据采集的任务。

同样，高速测量部分(3300)的功能包含的内部模块与数据采集部分(3200)几个功能模块相同，但考虑需要较高的采样频率，本发明设计了高速数据采集模块(3301)。本发明为了能够正确获得振动信号的实际情况，采样周期T设置为0.1ms～1ms，所以需要在实时采集线程的时钟中断方式中使用精度较高的定时器来确保采样周期的精度。如果采用Windows API提供的多媒体定时器，定时范围只可以在1ms以上任意设置，而且计数精度仅为30ms，误差较大不能满足要求。如果使用Sleep()函数，存在不仅误差较大，而且CPU占用率较高的问题。考虑上述原因，在本发明中采用获得CPU内部定时器的时钟频率，然后在需要定时的时间发生之前和发生之后分别获得两次计数值，并将两次获得的计数之差除以时钟频率，计算出事件经历的精确时间的方法，其精度可达1μs。高速采集线程每隔时间T执行一次中断处理函数向其他线程发送事件触发其运行。

在本系统中包含的多个外部模块以控件的形式存在，供主控部分、数据采集部分以及高速测量部分中的内部模块调用。有些外部模块又包含自己的子模块，这些外部模块包括：

*初始化数据库模块(3401)：在初始化数据库模块中，采用直接使用ADO对象的方法访问数据库，主要通过引入ADO动态链接库、初始化OLE/COM库环境、创建ADO与数据源的连接方式获得数据库中的记录集、遍历记录集。主要功能是获得已有试验的信息，并初始化本次试验的信息。试验信息数据包括试验的属性、试验人员、试验数据变量信息、传感器信息、仪表信息、控制回路信息、I/O设备信息、各种网络参数信息等。

*表达式计算模块(3402)：在程序中利用ActiveX Scripting实现对脚本语言的支持以实现表达式等的编辑操作。该模块可以采用控件的方式进行封装设计。

*曲线计算模块(3403)：该模块用于计算设定曲线的线形，将用户选择曲线的设定值计算结果传递给主控程序。。该模块可以采用控件的方式进行封装设计。

*流程图显示模块(3404)：该模块是重要的流程图监控模块，起到流程图的计算机界面显示作用，主要职能包括流程程图的绘制，实时数据显示，实时控制设备的绘制与状态显示，计算机数据报警显示的功能。其主要子模块包括：电加热器绘制模块(3408)、数据窗口绘制模块(3409)、流向线绘制模块(3410)、阀门绘制模块(3411)、状态指示灯绘制模块(3412)。所有的绘图方法均采用Windows GDI绘图方式实现。

*数据窗口显示模块(3405)：数据窗口显示的实现也是测控系统的用户界面的一部分，这一部分主要采用了MFC绘图机制来绘制或从打印机打印表格并显示实时测量试验数据。

*数据列表显示模块(3406)：实时进行数据列表的更新显示。该模块可以采用控件的方式进行封装设计。

*曲线显示模块(3407)：在监控系统中，对监控变量的监测以曲线监控的方式最为直观有效。在试验中，试验员需要监测数据实时动态、需要察看历史曲线等等；试验后，检验系统控制精度，分析试验产品性能同样需要数据的曲线绘制。考虑到曲线显示模块的通用性，曲线绘制采用了面向对象的设计方法，设计了曲线窗口类来管理。该类从窗口类继承而来，并对之进行了扩充。设计曲线信息结构体，包含曲线名称、曲线索引，曲线颜色、曲线线型、曲线线宽。曲线信息存放在数组里，因而曲线可动态增加和删除。

*智能控制算法接口模块(3413)：该模块是为用户访问控制算法提供接口的重要外部调用模块。

*网络通信模块(3414)：网络通信模块采用当前流行的TCP/IP协议，主要起到到网络管理层设备数据交互的作用。它主要通过网络来完成系统主控部分和数据采集两部分之间的数据通讯、实现数据共享。该模块主要完成的任务包括主控部分向数据采集部分发送主控部分的测量数据，数据采集部分接收主控部分发送的固定试验段测量数据，测试以太网网络通讯。主控部分与数据采集部分的网络通讯的实现方法可采用MFC提供的应用程序框架，使用Socket套接字来实现网络的连接和网络的数据传输。为提高网络通讯的速度，选用数据报的方式，即UDP协议。

*串口通讯模块(3415)：串口通信采用Windows API编程控制串口。根据相应的通信协议，实现串口设备包括仪表(3805)和硬件模块(3804)的各种功能操作函数。

*设备通讯模块(3416)：系统中采用A/D，D/A，DI，DO等I/O功能板卡(3802)。设备通讯模块的主要功能就是对上述各种I/O功能板进行管理访问操作。

*测量结果数据库模块(3417)：测量结果数据库模块用于提供试验信息和试验结果数据处理功能。该数据库是用于存储需要存储的试验信息和每次试验的结果数据，对于试验信息需要建立一个简单的关系数据模型用于在数据库中存储试验信息，而对于试验结果数据则采用每次试验开始时动态创建数据表的方式创建。

*数据处理系统部分(3500)主要完成对历史数据查看、曲线复现、以及数据分析的功能。数据处理作为单独的部分设计。数据处理模块主要由表格打印及曲线处理打印两个功能组成。同时为了试验数据的安全性和更强的处理能力，试验数据采用ADO技术，可以转化到Access 2000数据库中，并可从该数据库中恢复试验数据；还采用了COM技术将试验数据转化为Excel文件，并可利用Excel强大的数据处理能力进一步的深入分析试验数据。

上述各部分模块功能可由软件实现。具体各模块的实现方式如图4至图16所示。

图4为任务管理模块(3101)实现流程，首先是进行初始化步骤(S310101)，主要包括任务管理模块中的数据类型的初始化。进入退出判断(S310102)，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之发送事件(S310103)通知其它线程启动。进入临界区(S310104)对数据共享区的数据进行读共享区数据(S310105)的操作，根据用户对实验参数的控制方式如自动、手动等设置控制状态(S310106)，根据用户对参数的是否报警的选择和报警上下限的设置，进行是否报警(S310107)判断，如果该参数需要报警，并且实验参数符合报警条件则置报警信息标志(S310108)，并进入离开临界区(S310109)步骤，否则直接进入离开临界区的步骤。最后发送事件(S310110)通知其它线程进行相关操作。线程同步操作实现步骤由图20给出。

图5为实时数据测控模块(3102)实现流程，首先是进行初始化步骤(S310201)，主要包括实时数据测控模块中的数据类型的初始化。进入退出判断(S310202)，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之进入等待触发事件(S310203)等待任务管理的触发事件。一旦接收到触发事件后进行数据采集(S310204)步骤，包括调用串口通讯模块(S310207)和调用设备通讯模块(S310205)步骤，完成后进入临界区(S310207)进行写共享区数据(S310208)的操作，对于需要控制的试验参数进行控制算法结算(S310209)，然后输出控制量通过D/A、D/0(S310210)控制执行机构，最后离开临界区(S310211)，并回到步骤(S310202)进行下一周期的循环。

图6为实时数据显示模块(3103)实现流程，首先是进行初始化步骤(S310301)，主要包括实时数据显示模块中的数据类型的初始化。进入退出判断(S310302)，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之进入等待触发事件(S310303)等待任务管理的触发事件。一旦接收到触发事件后置显示数据标志(S310304)步骤，进入临界区(S310305)进行读共享区数据(S310206)的操作，然后离开临界区(S310207)，调用流程图显示模块(S310308)显示系统流程图、调用曲线显示模块(S310309)显示曲线、调用数据列表显示模块(S310310)显示数据列表，进行是否报警(S310311)判断，如果该参数需要报警显示报警信息(S310312)并回到步骤(S310302)进行下一周期的循环，否则直接进入步骤(S310302)。其中流程图显示模块(S310308)、曲线显示模块(S310309)、数据列表显示模块(S310310)的流程在图11、图12、图13中具体介绍。

图7为实时数据管理模块(3104)实现流程，首先是进行初始化步骤(S310401)，主要包括实时数据管理模块中的数据类型的初始化。进入退出判断(S310402)，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之进入等待触发事件(S310403)等待任务管理的触发事件。一旦接收到触发事件后置数据存储标志(S310404)步骤，进入临界区(S310405)进行读共享区数据(S310406)的操作，然后将试验数据存储于数据库(S310407)，置数据存储完成标志(S310408)，离开临界区(S310409)，并回到步骤(S310402)进行下一周期的循环。

图8为实时数据传输模块(3106)实现流程，首先是进行初始化步骤(S310601)，主要包括实时数据传输模块中的数据类型的初始化。进入退出判断(S310602)，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之进入等待触发事件(S310603)等待任务管理的触发事件。一旦接收到触发事件后置进入临界区(S310604)进行读共享区数据(S310605)的操作，获得网络数据(S310606)，然后离开临界区(S310207)，进行是否发送/接收(S310607)判断，如果该参数需要进行发送/接收操作则传递给网络通讯模块(S310608)，最后离开临界区(S310609)并回到步骤(S310602)进行下一周期的循环，否则回到步骤(S310606)继续获得网络数据。其中网络通讯模块(S310608)的具体实现步骤在图14中详细介绍。

图9为实时数据采集模块(3201)实现流程，首先是进行初始化步骤(S320101)，主要实时数据采集模块中的数据类型的初始化。初始化后等待其它线程就绪(S320102)，设置周期为T的时钟定时(S320103)，并等待采集触发事件(S320104)，一旦接收到采集事件之后进入查询运行状态(S320105)的步骤，当为运行状态时进入采集数据(S320106)步骤，然后进入临界区(S320109)，执行写共享区数据(S320111)步骤，完成后离开临界区(S320103)，并向其它线程发送事件(S320114)后回到等待触发事件步骤(S320104)。当查询状态为停止时则进入停止处理(S320107)步骤，为其它时进入复位处理(S320108)，然后通知其它线程退出(S3201110)，并等待其它线程退出(S320112)，最后退出。

图10为高速数据采集模块(3201)实现流程，首先是进行初始化步骤(S330101)，主要高速数据采集模块中的数据类型的初始化。初始化后等待其它线程就绪(S330102)，设置周期为T的采样周期(S330103)，进入退出判断(S330104)的步骤，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之进入等待触发事件(S330105)等待任务管理的触发事件。一旦接收到触发事件后首先判断数据是否溢出(S330106)，如果数据已经溢出则进入是否存储数据(S330108)的判断，如果需要存储数据进入存储数据(S330109)，存储后退出，不需要存储时直接退出。如果数据没有溢出则置运行状态(S330107)，进入精确定时(S330110)，并进入临界区(S330111)，采集数据(S330112)，然后写共享区数据(S330113)，离开临界区(S330114)，并回到步骤(S330104)进行下一周期的采集循环。

图11为流程图显示模块(3404)实现流程，首先是进行初始化步骤(S340101)，主要高速数据采集模块中的数据类型的初始化。初始化后开启定时器(S340102)，进入是否停止判断(S340103)步骤，如果用户选择退出，则终止操作停止定时器(S340104)进入退出步骤，反之进入绘制流程图各元素(S340105)步骤。更新各部分数据(S340106)，将更新的数据分别送绘制电加热器模块(S340107)、绘制数据子窗口模块(S340108)、绘制流向线模块(S340109)、绘制阀门模块(S340110)、绘制状态指示灯模块(S340111)。最后置绘制完成标志(S340112)，最后送屏幕显示(S340113)，并回到步骤(S330103)进行下一周期的显示循环。

图12为数据列表显示模块(3405)实现流程，首先是进行初始化步骤(S340501)，主要进行数据列表模块中的数据类型的初始化。初始化后开启定时器(S340502)，进入是否停止判断(S340503)步骤，如果用户选择退出，则终止操作停止定时器(S340504)进入退出步骤，反之进入绘制列表(S340505)步骤。更新各部分数据(S340506)，将更新的数据送屏幕显示(S340507)，并回到步骤(S340503)进行下一周期的显示循环。

图13为曲线显示模块(3406)实现流程，首先是进行初始化步骤(S340601)，主要进行曲线显示模块中的数据类型的初始化。初始化后开启定时器(S340602)，进入是否停止判断(S340603)步骤，如果用户选择退出，则终止操作停止定时器(S340604)进入退出步骤，反之进入绘制曲线(S340605)步骤。更新各部分数据(S340607)，将更新的数据送屏幕显示(S340607)，并回到步骤(S340603)进行下一周期的显示循环。

图14为UDP网络通讯模块(3414)实现流程，首先在服务器端进行初始化步骤(S341401)，主要进行服务器端网络通讯中数据类型的初始化。初始化后开创键套接字(S341402)，设置地址和端口(S341403)，进行退出事件是否有效判断(S341404)步骤，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之则接收阻塞等待客户端数据并接收数据(S341405)步骤。然后处理数据包(S341406)，最后发送数据(S341407)。在客户端进行初始化步骤(S341408)，主要进行客户端网络通讯中数据类型的初始化。初始化后开创键套接字(S341409)，进行退出事件是否有效判断(S341410)步骤，如果用户选择退出，则终止操作进入退出步骤，反之则发送请求服务(S341411)。然后接收数据(S341412)，最后回到退出事件是否有效(S341410)步骤进行下一循环。

图15为设备通讯模块(3416)实现流程，首先是进行设备初始化步骤(S341601)，设置硬件属性(S341602)，打开硬件设备(S341603)，调用驱动函数(S341604)，进入模拟量/数字量电压输入(S341605)，然后进入储存数据(S341606)步骤，判断是否重复(S341607)，该判断为真的时候回到调用驱动函数(S341604)步骤，该判断结果为假时进入关闭设备(S341608)步骤，执行退出操作。

图16为串口通讯模块(3415)实现流程，首先是进行打开串口(S341501)操作，然后进行串口初始化步骤(S341502)，主要高速数据采集模块中的数据类型的初始化。初始化后开启定时器(S340102)，进入修改标志是否为真的判断(S341503)步骤，如果此时标志为假，则进行读取数据操作，首先获取仪表地址、型号(S341504)，选择通讯命令码(S341505)，发送通讯命令(S341506)，进入写串口成功判断(S314507)，写串口成功判断结果为假则进行错误提示(S341512)，关闭串口(S341526)后退出，写串口成功判断结果为真的话进入读串口成功判断(S341508)，读串口成功判断结果为假则进行错误提示(S341512)，关闭串口(S341526)后退出，读串口成功判断结果为真则从返回码提取状态数据(S341509)，进行数制转换(S341510)，将数据存储(S341511)，然后关闭串口(S341526)后退出。当修改标志是否为真的判断(S341503)为真时进入修改仪表状态操作，首先获取仪表地址、型号(S341513)，置仪表通讯状态(S341514)，进入修改控制状态判断(S341515)，判断结果为真时进入自动/手动选择设定(S341518)；进入修改设定值判断(S341516)，判断结果为真时进入设定值转换为16进制整数(S341519)；进入修改控制参数判断(S341517)，判断结果为真时进入设置控制参数(S341520)操作；可根据仪表功能扩充判断类型。判断结束后发送通讯命令(S341521)步骤。最后进入写串口成功判断(S314522)，写串口成功判断结果为假则进行错误提示(S341524)，取消仪表通讯状态(S341525)后关闭串口(S341526)退出，写串口成功判断结果为真的话进入读串口成功判断(S341523)，读串口成功判断结果为假则进行错误提示(S341524)，关闭串口(S341526)后退出，读串口成功判断结果为真时不进行错误提示直接取消仪表通讯状态(S341525)，然后关闭串口(S341526)后退出。

图17所示的，是根据本发明的一个实施例的多线程同步方案的流程图。在本发明的一个示例性实施例中，根据系统的任务，系统划分了五个工作者：任务管理线程、实时数据测控线程、实时数据显示线程，实时数据管理线程、实时数据传输线程。系统中触发串口通信的事件、触发板卡采集的事件、触发界面绘制线程的事件和触发网络线程的事件都属于自动重置事件。每个周期需要由任务管理线程来协调运作。

图18所示的，是根据根据本发明的一个实施例的任务管理模块(3101)功能框图。该模块具有发送测控事件(310101)触发实时数据测控模块(3102)、并从实时数据测控模块(3102获取采集数据(310102)、控制流程处理(310103)、发送数据显示存储管理事件(310104)给实时数据显示(3103)、实时数据管理(3104)、实时控制计算(3105)和实时数据传输(3106)的功能。具体流程可参看图4。

图19显示的是根据本发明的一个实施例的面向对象的数据模型的关系图。本发明所适用的测控系统中可具有很多数据信息，包括测量值(4100)、开关量(4115)、传感器(4111)、公式值(4118)、控制量(4109)、报警量信息(4113)、控制回路(4108)等，它们具有共同属性Id、Name等。因此设计基类“数据对象”，测量值、开关量、公式值、控制量、报警量信息继承于基类“数据对象”。

对于测量值(4100)，其有PV等属性，以及操作这些属性的方法等。测量值信息的值可以来自设备测量、公式计算或者网络接收。因此由测量值信息派生出“来自于设备的测量值信息”(Device)、“来自于公式计算的测量值信息”(Equation)、“来自于网络的测量值”(Net)，分别拥有自己的属性以及操作这些属性的方法。另外，他们将覆盖父类方法，以子类特殊的操作过程来实现对继承属性PV的操作。

公式值(4118)、控制量(4109)、报警量信息(4113)又分别有报警信息相关变量(4114)、控制参数变量(4110)、报警信息相关变量(4114)的数据模型与之相对应。

同样，流程图(4101)、数据窗口(4102)、流向线(4103)、流向线相关参数(4104)、电加热器(4105)、阀门(4106)的数据模型中通过定义流程图ID(FlowChartID)相关联。

曲线(4116)和曲线相关参数的数据模型(4117)如图所示。

综合以上建立的面向对象数据模型以及对象之间的联系，通过关系数据模型和面向对象数据模型的相互映射，将对象的消息集合和方法集合溶入由面向对象数据模型构建的测控系统软件，通过测控系统软件来实现数据结构上的操作。

图20所示的，是根据本发明的一个实施例的数据库的功能结构图。数据库(500)为界面编辑程序(508)和主控程序(509)提供信息数据的存取，为主控程序(509)和数据采集程序(510)提供试验数据的保存，为网络程序(511)提供实时数据的更新。因此在其数据管理模块(504)中设计信息数据存储子模块(505)、试验数据存储模块(506)、网络数据刷新子模块(507)通过ADO接口完成磁盘管理器(501)对信息数据表(502)、试验数据表(503)的存储。

图21所示的是根据本发明的一个实施例的远程网络监控方案的原理图。远程网络监控是计算机通过浏览器向Web服务器(602)端发出请求，Web服务器处理后，调用相应的ASP文件到数据库服务器(601)上进行查询，查询结果送回Web服务器后，以HTML页面的形式返回到浏览器(603)。

在用户端浏览器所见到的是纯HTML表现的画面，例如用表格来表现的后台数据库表中的字段内容。系统中的远程网络监控系统提供了测控系统(600)中流程界面测点的数据监控(604)和测点的曲线监控(605)。在流程监控的界面，流程图作为网页的背景，各测点处用表单显示测点数据。曲线监控采用网页上加载测控系统中设计的通用曲线ActiveX控件，进行曲线显示。每周期测控系统将实时采集的数据写入数据库，ASP服务程序则从数据库中读取采集信息，将数据实时显示在Web浏览器上。

图面标识：

1传感器    2执行机构    3系统控制台    4数据采集装置

5主控计算机    6采集计算机    7打印机         8服务器

9防火墙        10路由器       11网络打印机    12远程客户端

13信号电缆     14通讯总线     15工业以太网

201系统控制台

3100主控部分          3101任务管理(多线程)    3102实时数据测控

3103实时数据显示      3104实时数据管理        3105实时控制计算

3106实时数据传输      3107硬件管理            3108运行功能

3109初始化数据结构    3110设置管理功能        3111显示功能

3112智能控制功能      3113硬件功能            3200数据采集部分

3201实时数据采集      3300振动信号高速测量部分3301高速数据采集

3401初始化数据库模块  3402表达式计算模块      3403曲线计算模块

3404流程图显示模块    3405数据窗口显示模块    3406数据列表显示模块

3407曲线显示模块      3408电加热绘制模块      3409数据窗口绘制模块

3410流向线绘制模块    3411阀门绘制模块        3412状态指示灯绘制模块

3413智能控制算法接口模块  3414网络通讯模块  3415串口通讯模块

3416设备通讯模块    3417测量结果数据库模块  3500数据处理系统部分

3600试验信息数据库  3700试验结果数据库      3800传感器

3802板卡      3803设备驱动      3804硬件模块       3805仪表

S310101任务管理初始化  S310102任务退出判断  S310103发送事件

S310104进入临界区      S310105读共享区数据  S310106设置控制状态

S310107报警判断        S310108置报警信息标志S310109离开临界区

S310110发送事件

S310201实时数据初始化  S310202退出判断      S310203等待触发事件

S310204采集数据        S310205调用设备通讯模块S310206调用串口通讯模块

S310207进入临界区S310208写共享区数据          S310209控制算法解算

S310210输出控制量(D/A、DO)                    S310211离开临界区

S310301实时数据初始化S310302数据显示退出判断S310303等待触发事件

S310304置显示数据标志S310305进入临界区      S310306读共享区数据

S310307离开临界区    S310308流程图显示      S310309曲线显示模块

S3103010数据列表显示 S310311报警判断        S310312显示报警信息

S310401数据管理初始化S310402退出判断        S310403等待触发事件

S310404置数据存储标志S310405进入临界区      S310406读共享区

S310407试验数据存储  S310408置数据存储完成标志S310409离开临界区

S310601数据传输初始化S310602退出判断        S310603等待触发事件

S310604进入临界区    S310605读共享区数据    S310606获得网络数据

S310607发送接受判断  S310608传递网络通讯模块S310609离开临界区

S320101数据传输初始化S320102等待其它线程就绪S320103设置时钟中断周期

S320104等待采集事件  S320105查询运行状态    S320106采集数据

S320107停止处理      S320108复位处理        S320109进入临界区

S320110通知其它线程退出S320111写共享区    S320112等待其它线程退出

S320113离开临界区S320114项其它线程发送事件S320115发送采集事件

S330101高速采集初始化S330102等待其它线程就绪S330103设置时钟采样周期

S330104退出判断      S330105等待触发事件    S330106数据溢出判断

S330107运行状态      S330108数据存储判断    S330109存储数据

S330110精确定时      S330111进入临界区      S330112采集数据

S330113写共享区      S330114离开临界区

S340101流程图初始化    S340102开启定时器        S340103停止判断

S340104停止定时器      S340105绘制流程图各元素  S340106更新数据

S340107调用绘制电加热器模块S340108调用绘制数据字窗口模块S340109调用绘制流向线模块

S340110调用绘制阀门模块S340111调用绘制状态指示灯模块S340112绘制完成

S340113显示

S340501数据列表显示初始化S340502开启定时器     S340503停止判断

S340504停止定时器        S340505绘制列表       S340506更新数据

S340507显示

S340601曲线显示初始化    S340602开启定时器     S340603停止判断

S340604停止定时器        S340605绘制曲线       S340606更新数据

S340607显示

S341401服务器通讯初始化S341402创建套接字  S341403设置地址和端口

S341404退出判断        S341405等待数据    S341406处理数据包

S341407发送数据        S341408客户端通讯初始化S341409创建套接字

S341410退出判断        S341411发送请求服务S341412接受数据

S341501打开串口        S341502串口初始化  S341503修改标志判断

S341504获取仪表地址型号S341505选择通讯命令码S341506发送通讯命令

S341507写串口成功判断  S341508读串口成功判断S341509从返回码提取状态数据

S341510数制转换        S341511数据存储      S341512错误提示

S341513获取仪表地址、型号S341514置仪表通讯状态S341515修改控制状态

S341516修改设定值    S341517修改控制参数  S341518自动/手动选择

S341519数制转换      S341520设置控制参数  S341521发送通讯命令

S341522写串口判断    S341523读串口判断    S341524错误提示

S341525取消通讯状态  S341526关闭串口

S341601设备初始化    S341602设置硬件属性  S341603打开设备

S341604调用驱动函数  S341605模拟量/数字量电压输入

S341606存数

S341607重复判断      S341608关闭设备

4100测控变量数据模型 4101流程图数据模型  4102数据窗口数据模型

4103流向线数据模型   4104流向线参数数据模型 4105电加热器数据模型

4106阀门数据模型  4107网络参数数据模型  4108控制回路数据模型

4109控制变量数据模型 4110控制参数数据模型 4111传感器数据模型

4112设备数据模型    4113报警变量数据模型  4114报警参数数据模型

4115开关量数据模型  4116曲线数据模型      4117曲线参数数据模型

4118公式数据模型    4119公式参数数据模型

500数据库功能结构   501磁盘管理器         502信息数据表

503试验数据表       504数据管理模块       505信息数据存储子模块

506试验数据存储子模块507网络数据刷新子模块508界面编辑程序

509主控程序          510数据采集程序      511网络程序

600测控系统          601数据库服务器      602网页服务器

603网页浏览器        604流程监控功能      605曲线监控功能

Claims (10)

1.用于多参数实时测量与控制系统的主控部分，其特征在于包括：

任务管理部分(3101)，

实时数据测控部分(3102)，用于进行环境控制参数的采集；

实时数据显示部分(3103)，用于完成相关的显示；

实时数据管理部分(3104)，用于进行与所述多参数实时测量与控制系统的试验数据有关的操作；

实时数据传输部分(3106)，用于进行与所述主控部分之外的部分的数据交换，

其中所述任务管理部分(3101)对所述实时数据测控部分(3102)、所述实时数据显示部分(3103)、所述实时数据管理部分(3104)、所述实时数据传输部分(3106)的工作和数据交互进行控制和协调。

2.根据权利要求1所述的主控部分，其特征在于，所述任务管理部分(3101)进一步包括：

测控事件触发部分，用于向所述主控实时数据测控部分(3102)发送主控测控事件；

控制流程部分，进行主控流程有关的控制流程处理；

显示/管理/传输事件触发部分，用于向所述主控实时数据显示部分(3103)、所述主控实时数据管理部分(3104)、所述主控实时数据传输部分(3106)中的至少一个发送相关处理的触发事件。

3.根据权利要求1所述的主控部分，其特征在于进一步包括：

实时控制计算模块(3105)，用于根据从所述任务管理部分获得的测量数据，完成对控制参数的计算。

4.根据权利要求1所述的主控部分，其特征在于实时数据显示部分(3103)能够进行包括流程图显示、曲线显示、数据列表的多种显示。

5.根据权利要求1所述的主控部分，其特征在于进一步包括：

硬件管理部分(3107)，用于管理所述主控部分的硬件功能板卡。

6.用于多参数实时测量与控制系统的主控方法，其特征在于包括：

任务管理操作，

实时数据测控操作，用于进行环境控制参数的采集；

实时数据显示操作，用于完成相关的显示；

实时数据管理操作，用于进行与所述多参数实时测量与控制系统的试验数据有关的操作；

实时数据传输操作，用于进行与所述主控部分之外的部分的数据交换，

其中在所述任务管理操作进行对所述实时数据测控操作、所述实时数据显示操作、所述实时数据管理操作、所述实时数据传输操作的工作和数据交互的控制和协调。

7.根据权利要求6所述的主控方法，其特征在于，所述任务管理操作进一步包括：

发送主控测控事件；

进行主控流程有关的控制流程处理；

发送与主控实时数据显示、主控实时数据管理、主控实时数据传输中的至少一个处理相关的事件。

触发测控事件，发送用于所述实时数据测控操作、所述实时数据显示操作、所述实时数据管理操作、所述实时数据传输操作中的至少一个操作的测控事件

控制流程操作，

显示/管理/传输事件触发操作

8.根据权利要求6所述的主控方法，其特征在于进一步包括：

实时控制计算操作，其根据所述任务管理操作提供的测量数据，完成对控制参数的计算。

9.根据权利要求6所述的主控方法，其特征在于实时数据显示操作能够进行包括流程图显示、曲线显示、数据列表的多种显示。

10.根据权利要求6所述的主控方法，其特征在于进一步包括：

硬件管理操作，用于管理所述主控部分的硬件功能板卡。

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