CN102213960A - 一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统及设立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统及设立方法，系统包括有系统总线，模块设置地址控制总线，监控总线以及若干个具有相同结构的功能模块，所有功能模块都连接在系统总线和模块设置地址控制总线上；所有功能模块通过模块设置地址控制总线给定地址的不同而确定为以下各个模块：系统操作模块，系统监控模块，参数存储器，工况测试输入模块，执行输出模块。本系统显著特点是采用了二个及以上“核”来共同完成燃气用具的操作和安全控制任务，且由于大部分“核”单元在结构和性能上完全相同即所谓“同构”，根据给定地址的不同来确定其最终功能结构，便于采用大规模集成工艺进一步简化系统降低成本，提高可靠性。

Description

一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统及设立方法

[技术领域]

本发明涉及一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统及设立方法，适用于高安全和可靠性要求的电自动控制系统。

[背景技术]

燃气用具电自动控系统，特别是无人值守的燃气取暖系统，较其它电自动控制系统的安全和可靠性要求要高得多，这是由于燃气一旦泄漏所带来的不良后果所决定的。目前市场上燃气用具普遍采用单片MCU处理器(简称：核)电控系统的基本架构，它一方面要负责燃气燃烧器的安全防护；同时又要处理：恒温控制、用户界面、操作控制等工作。此架构存在如下缺点：一是：工作状态缺乏有效监控措施，在非正常工作状态下为了确保系统安全，往往会停止正常工作切断气源并进入安全锁定状态，以致使系统频繁“跳闸”影响用户正常使用；二是：单核电控系统需要借助功能复用和硬件互锁等措施来处理燃气用具使用中的检测、数据处理、执行控制和安全保护的工作，因此控制器电路结构和系统程序结构都比较复杂，导致使用时故障率偏高、生产检测和维护难度增大；三是：单核电控系统使用专用器件较多(模拟集成电路)除技术难度大以外成本相对较高。四是：单核电控系统扩充难度大系统结构移植性不强。

[发明内容]

本发明克服了上述技术的不足，提供了一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统，本系统显著特点是采用了二个及以上“核”来共同完成燃气用具的操作和安全控制任务，且由于大部分“核”单元在结构和性能上完全相同即所谓“同构”，根据给定地址的不同来确定其最终功能结构，将燃气用具的系统操作、运行数据管理、安全监控和执行分别由不同的处理器(核)单元来完成，合理的实现了功能分离从而避免安全隐患，在部件结构方面采用了“同构”设计思想，大大的简化了功能单元的设计，减少了组成系统的器件型号。便于采用大规模集成工艺进一步简化系统降低成本，提高可靠性。

为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统，其特征在于包括有：

系统总线，模块控制网络线，监测网络线以及若干个具有相同结构的功能模块，所有功能模块都连接在系统总线上；

所有功能模块通过地址定义端口状态进行地址设置给定地址的不同而确定为以下各个模块：

系统操作模块，通过系统总线负责以下各个模块的运行环境设置和运行参数管理以及用户操作指令的分解和执行，在系统操作模块上设置有用户操作界面；

系统监控模块，通过系统总线、模块控制网络线、监测网络线定时收集被检测单元的工作状态，并判断其正常与否，异常时发出容错控制请示或向安全锁定电源输出触发信号切断燃气通道；

参数存储器，用于存放系统设置参数和操作信息；

工况测试输入模块，用于从感应探头检测出燃气用具工作状况信号；

执行输出模块，用于向执行部件发出命令控制燃气用具器件动作；

工况测试输入模块和执行输出模块通过模块控制网络线与系统监控模块连接，所述监测网络线连接在系统监控模块与执行部件之间。

所述参数存储器为EEPROM存储器。

所述系统操作模块，系统监控模块，参数存储器，工况测试输入模块，执行输出模块具有相同的ADC测试单元、信号输出单元、数字I/O单元、PID运算及处理单元、总线通讯单元、状态记录及输出单元、地址管理标准的输入输出单元以及运算处理单元。

一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统的设立方法，包括如下步骤：

第一步、设置系统总线，模块控制网络线，监测网络线；

第二步、将模块与总线连接，将若干个具有相同结构的模块都连接在系统总线或模块控制网络线上；

第三步、设定功能模块，所有模块在安装时都通过硬件端口的相应地址码设置，以备操作模块根据其地址进行功能制定和参数设置，确定为以下各个模块：系统操作模块，系统监控模块，参数存储器，工况测试输入模块，执行输出模块；

所述系统操作模块通过系统总线负责以下各个模块的运行环境设置和运行参数管理以及用户操作指令的分解和执行；所述系统监控模块通过系统总线、模块控制网络线、监测网络线定时收集被检测单元的工作状态，并判断其正常与否，异常时发出容错控制请示或向安全锁定电源输出触发信号切断燃气通道；所述参数存储器用于存放系统设置参数和操作信息；所述工况测试输入模块用于从感应探头那里检测出燃气用具工作状况信号；

第四步、设置安全锁定状态，将系统监控模块与安全锁定电源连接，并用系统监控模块对所有部件进行状态核准，无误后解除系统监控模块与安全锁定电源之间的信号锁定状态；

第五步、在工况测试输入模块上连接有用于检测燃气用具工作状况的感应探头，在执行输出模块上连接有用于控制燃气具器件动作的执行部件；

第六步、将监控网线连接在系统监控模块与执行部件之间；

第七步、在系统操作模块上设置有用户操作界面。

本发明的有益效果是：

1、利用多“核”架构组成的系统，各“核”单元之间的进行协同工作关系，实现了燃气用具控制功能，如：用户界面、系统操作、系统监控、驱动负荷和工况检测等功能的合理分离，不同处理器用来完成特定任务。从而实现了系统的有效工作监控，为达到燃气用具的高可靠性，安全、容错处理和用户操作奠定了硬件系统的基础。

2、本发明基于现代数据通讯总线为系统架构的核心，组成了一个小型局域网，信息在不同处理器之间传递的同时，通过系统接口也可能与第三检测系统或外部互联网实现数据共享；通过适当的系统容易实现生产过程和使用维护的智能化和透明化。

3、单元结构上，本发明采用准“同构”多核的硬件结构形式，通过对“同构”单元模块的应用地址定义和系统针对这一地址的工作状态设置，一个标准模块可分别用于燃气控制系统中的电磁阀、比例阀、供风机、温度检测、水流量检测等等性能完全不同的执行单元。实现了控制系统中控制单元的模块标准化，系统能像搭积木一样进行功能结构设计，一方面，能够大大的缩短了系统开发周期，增加了系统的可靠性能；另一方面，系统的可维修性能提高、维护成本都将明显下降。有关系统安全的单元独立起来，当某一单元出现故障时其它单元或者监控部件做出反应，确保系统安全可靠。

4、可扩充性大大加强，在信息通信总线联接的基础上，需要增加系统模块时，只是在将这一模块挂到总线上，再对这一模块实现功能和安全管理；除此以外还可以实现功能模块的“外挂”即：在执行部件上集成驱动模块(机电一体化部件)，系统通过总线对这一部件进行控制，从而使系统具备优良的扩充性能。

5、实现专门安全监控，本发明采用专门安全监控模块用来实现燃气用具安全管理，安全监控模块通过三个渠道来管理系统安全，一是：通过系统总线收集系统内所有功能单元模块的自检“数据”；二是：通过状态标记线对相应单元的状态进行检测和控制；三是，通过白带独立的检测端对被监控对象关键参数、工作条件等参数进行独立检测。安全监控模块收集以上数据后通过自备的处理程序对系统状态进行分析，并根据所发现问题的轻重缓急进行合理的安全管理处置，如：报警但不停止工作；降级使用作限制性安全防护；立即停机并实现安全锁定等等处理，为容错处理奠定了硬件基础。

6、在安全监控内容上，时钟、ADC基准电压、PWM输出结果一致、数字输出级状态、燃气总阀电源控制和风机强吹风控制。

7、采用跨平台适应性的柔性结构，使得功能模块经过再定义后可以改变用途，同一块电路板可以适应不同平台的控制要求。

[附图说明]

图1为本发明的系统结构方框图：

[具体实施方式]

如图1，一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统，包括有系统总线10，模块设置地址控制总线11，监控总线12以及若干个具有相同结构的功能模块，所有功能模块都连接在系统总线10和模块设置地址控制总线11上；模块设置地址控制总线11用于定义数据分区，其中数据分为：系统设置区、操作模式调用区(缺省值)用户设置数据存储区和系统工作记录区等。

所有功能模块通过模块设置地址控制总线11给定地址的不同而确定为以下各个模块：系统操作模块1，系统监控模块3，参数存储器5，工况测试输入模块6，执行输出模块8。工况测试输入模块6和执行输出模块8通过模块控制网络线11与系统监控模块3连接所述监控总线12连接在系统监控模块3与执行部件9之间。

系统操作模块1通过系统总线10负责以下各个模块的运行环境设置和运行参数管理以及用户操作指令的分解和执行，在系统操作模块1上设置有用户操作界面2；

系统监控模块3通过系统总线10定时收集被检测单元的工作状态，对系统状态进行监测和监控，一般情况下监控器通过总线定时收集各受监测单元工作状态值，并判断其正常与否；由各受监测单元将其工作状态用“0”标记正常、“1”标记故障，监控模块通过标记输入端读入各监单元并与总线上传数据统一分析；并判断其正常与否，异常时控制安全锁定电源4锁定。另外仅对那些需要监控的重要单元如，燃气阀、风机等的输出状态进行独立测试，并与总线上相应单元上传测试结果进行比较，发现系统问题并做出相应处理决定。由以上三方面信息和安全锁定共同组成安全监控网络体系，达到确保系统安全的目的。

参数存储器5用于存放系统设置参数和操作信息；所述参数存储器5为EEPROM存储器。

工况测试输入模块6用于从感应探头7那里检测出燃气用具工作状况信号；工况测试输入模块6的输入端可以是数字信号输入，也可以是模拟量(ADC)输入，工况测试输入模块6对ADC正常范围进行自我监控或采用多端口冗余采集后进行对比分析，自我测试或监控结果一方面能过总线以数据形式向用户操作模块传送，另一方面通过状态标记端口传送到系统监控模块3。工况测试输入模块6根据感应探头7类型和数量的不同还可以是多通道或多个“同构”单元的组合体。

执行输出模块8用于向执行部件9发出命令控制燃气具器件动作；运行参数通过系统操作模块1从参数存储器5中调取，执行输出模块8的输出端可以是数字信号输出，也可以是模拟量(PWM/DAC)输出结果由负载检测端反馈回处理器进行自我监控，根据执行输出模块8的输出端和负载检测端可以是两通道以上，自我监控结果一方面通过总线以数据形式向用户操作模块传送，另一方面通过状态标记端口传送到系统监控模块3。执行输出模块8根据执行部件9类型和数量的不同还可以是多通道或多个“同构”单元的组合体。

所述系统操作模块1，系统监控模块3，参数存储器5，工况测试输入模块6，执行输出模块8具有相同ADC测试单元、信号输出单元、数字I/O单元、PID运算及处理单元、总线通讯单元、状态记录及输出单元、地址管理标准的输入输出单元以及运算处理单元。

本发明系统的工作过程为：

1、上电期间进行系统初始化工作

首先各模块根据模块设置地址控制总线11给出的地址码，解释成程序模块起用标志和端口定义，安全电路设置要求构成不同功能的系统，后系统操作模块通过总线对本系统内单元一一查寻，确定系统内各模块初始化或功能设置的正确性，当所有单元都正确设置后系统操作模块1从参数存储器5中读出系统设置参数分别将工作范围、运行精度、故障代码存入各单元的寄存器中用以控制它们的“行为”，并读入各功能模块的状态数据确认其正确无误后进入“就续”状态；

系统监控模块3在系统操作初始化完成后展开工作，监控各功能模块的状态信息，并对关键部件进行状态核准无误后通过安全锁定端口控制安全锁定电源解除安全断开锁定状态，如：开放燃气阀总电源等。安全保护锁定状态：如果出现燃气调节与控制、供风机等故障时，系统就将进入安全保护锁定状态。

初始化结束后，如果系统状态良好则进入正常下工作状态；

容错处理状态；如系统中某些单元不良但不影响系统运行时则系统起用备用通道，进入限制性运行状态，如：功率限定、出水温升限定和使用时间限定等；如：系统中某些关键部件出现不良但不影响燃烧器控制时，系统一方面起用备用通道对故障部件进行监测，另一方面将更加严格的限制运行模式。

2、用户使用系统的过程：

用户通过用户操作界面2将操作要求通知系统操作模块1，系统操作模块1根据用户设置的工作参数记录到参数存储器5中同时通过系统总线10对有关功能模块下达工作指令，指示其动作及范围。

各功能模块执行后将执行结果，放到总线上供系统操作模块1和系统监控模块3查阅，当系统工作状态正常和各功能模块工作正常时系统处于正常工作状态；当系统不良时系统根据情况进入容错处理工作状态下或安全停止锁定工作状态。

本发明同时介绍了一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统的设立方法，包括如下步骤：

第一步、设置三条总线，分别为系统总线10，模块设置地址控制总线11，监控总线12；

第二步、将模块与总线连接，将若干个具有相同结构的模块都连接在系统总线10和模块设置地址控制总线11上；

第三步、设定功能模块，将所有模块通过模块设置地址控制总线11给定地址的不同而确定为以下各个模块：系统操作模块1，系统监控模块3，参数存储器5，工况测试输入模块6，执行输出模块8；

所述系统操作模块1通过系统总线10负责以下各个模块的运行环境设置和运行参数管理以及用户操作指令的分解和执行；所述系统监控模块3通过系统总线10定时收集被检测单元的工作状态，并判断其正常与否，异常时向安全锁定电源4输出触发信号；所述参数存储器5用于存放系统设置参数和操作信息；所述工况测试输入模块6用于从感应探头7那里检测出燃气用具工作状况信号；

第四步、设置安全锁定状态，将系统监控模块3与安全锁定电源连接，并用系统监控模块3对所有部件进行状态核准，无误后解除系统监控模块3与安全锁定电源之间的信号锁定状态；

第五步、在工况测试输入模块6上连接有用于检测燃气具工作状况的感应探头7，在执行输出模块8上连接有用于控制燃气具器件动作的执行部件9；

第六步、将监控总线12连接在系统监控模块3与执行部件9之间；

第七步、在系统操作模块1上设置有用户操作界面2。

Claims (4)

1.一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统，其特征在于包括有：

系统总线(10)，模块控制网络线(11)，监测网络线(12)以及若干个具有相同结构的功能模块，所有功能模块都连接在系统总线(10)上；

所有功能模块通过地址定义端口状态进行地址设置给定地址的不同而确定为以下各个模块：

系统操作模块(1)，通过系统总线(10)负责以下各个模块的运行环境设置和运行参数管理以及用户操作指令的分解和执行，在系统操作模块(1)上设置有用户操作界面(2)；

系统监控模块(3)，通过系统总线(10)、模块控制网络线(11)、监测网络线(12)定时收集被检测单元的工作状态，并判断其正常与否，异常时发出容错控制请示或向安全锁定电源(4)输出触发信号切断燃气通道；

参数存储器(5)，用于存放系统设置参数和操作信息；

工况测试输入模块(6)，用于从感应探头(7)检测出燃气用具工作状况信号；

执行输出模块(8)，用于向执行部件(9)发出命令控制燃气用具器件动作；

工况测试输入模块(6)和执行输出模块(8)通过模块控制网络线(11)与系统监控模块(3)连接，所述监测网络线(12)连接在系统监控模块(3)与执行部件(9)之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统，其特征在于所述参数存储器(5)为EEPROM存储器。

3.根据权利要求1所述的一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统，其特征在于所述系统操作模块(1)，系统监控模块(3)，参数存储器(5)，工况测试输入模块(6)，执行输出模块(8)具有相同的ADC测试单元、信号输出单元、数字I/O单元、PID运算及处理单元、总线通讯单元、状态记录及输出单元、地址管理标准的输入输出单元以及运算处理单元。

4.一种基于同构多核架构的燃气用具数控系统的设立方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步、设置系统总线(10)，模块控制网络线(11)，监测网络线(12)；

第二步、将模块与总线连接，将若干个具有相同结构的模块都连接在系统总线(10)或模块控制网络线(11)上；

第三步、设定功能模块，所有模块在安装时都通过硬件端口的相应地址码设置，以备操作模块根据其地址进行功能制定和参数设置，确定为以下各个模块：系统操作模块(1)，系统监控模块(3)，参数存储器(5)，工况测试输入模块(6)，执行输出模块(8)；

所述系统操作模块(1)通过系统总线(10)负责以下各个模块的运行环境设置和运行参数管理以及用户操作指令的分解和执行；所述系统监控模块(3)通过系统总线(10)、模块控制网络线(11)、监测网络线(12)定时收集被检测单元的工作状态，并判断其正常与否，异常时发出容错控制请示或向安全锁定电源(4)输出触发信号切断燃气通道；所述参数存储器(5)用于存放系统设置参数和操作信息；所述工况测试输入模块(6)用于从感应探头(7)那里检测出燃气用具工作状况信号；

第四步、设置安全锁定状态，将系统监控模块(3)与安全锁定电源连接，并用系统监控模块(3)对所有部件进行状态核准，无误后解除系统监控模块(3)与安全锁定电源之间的信号锁定状态；

第五步、在工况测试输入模块(6)上连接有用于检测燃气用具工作状况的感应探头(7)，在执行输出模块(8)上连接有用于控制燃气具器件动作的执行部件(9)；

第六步、将监控网线(12)连接在系统监控模块(3)与执行部件(9)之间；

第七步、在系统操作模块(1)上设置有用户操作界面(2)。

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