CN108107775A - 一种用于微型燃气轮机发电站远程测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于微型燃气轮机发电站多机并联远程测控系统，能够远程的进行控制并升级操作。包括上位机和嵌入式控制系统；其中上位机包括交互模块、任务处理模块和通讯模块；嵌入式控制系统包括通讯单元、数据处理单元和Flash控制单元。本发明通过上位机和嵌入式控制系统的数据传输，实现了发电站多机并联远程测控升级，大大提高了执行时间。

Description

一种用于微型燃气轮机发电站远程测控系统

技术领域

本发明涉及一种用于微型燃气轮机发电站远程测控系统，属于远程测控技术领域。

背景技术

发电站主要被应用于抗灾救灾、重大自然灾害、地质勘探、海上作业及边远山区的供电。尽管电站的应用焦点是分布式发电，但是由于日益严格的排放控制，对能源有效利用问题的解决在我国已经非常迫切。MCF5235单片机的出现，以它的高集成度、低功耗和强大的处理能力提高了系统的可靠性、减少了系统的体积；尤其是基于以太网技术的使用，进一步提高了系统的可靠性，增强了系统的实时性、网络性，减小了系统复杂性。

电站控制系统将基于以太网的以高性能的32位微处理器MCF5235程序为核心的加载原理，并根据这些原理实现MCF5235单片机程序的受控加载，使得 MCF5235单片机程序的加载与启动可直接受控于上位机，根据需要对各个控制模块的主控MCF5235单片机加载不同的程序，通过配备高性能的接口模块、高性能电源模块和专用功能模块构建微电站的控制系统，方便灵活的控制它的启动运行以及调配各分系统的指令。

随着航天技术的发展，电站控制系统向高精度和小型化发展，高精度要求电站的稳定性要好，能够适应复杂的外界环境，因此控制算法比较复杂而计算方法要准确、精度要高，小型化则对电站控制系统的重量、体积及管理提出了更高的要求，要求重量体积越小越好，管理越方便越好。传统的升级方式是派技术人员到现场，用代码烧写工具在设备使用现场完成代码的升级工作， MCF5235单片机程序的加载与运行都主要依赖于仿真器，这使得电站控制系统的调试很不灵活方便，且基于MCF5235单片机的系统一旦脱离仿真器就只能运行事前载入的单一的程序，也使系统的灵活性和软件的更新和维护带来了难度，因此能够方便、快捷地对嵌入式系统进行远程升级和维护就显得越来越重要。

发明内容

本发明提出一种用于微型燃轮机发电站多机并联远程测控系统，能够远程的进行控制并升级操作。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种用于微型燃轮机发电站多机并联远程测控系统，包括上位机和嵌入式控制系统；其中上位机包括交互模块、任务处理模块和通讯模块；嵌入式控制系统包括通讯单元、数据处理单元和Flash控制单元；其中：

交互模块：用于接收用户的操作输入和参数设置，并将该操作输入和参数设置传递给任务处理模块进行处理；

任务处理模块：用于处理交互模块和通讯模块发送来的数据，根据不同的数据、任务要求进行相应的操作；

通讯模块：用于接收嵌入式控制系统上传的协议报文，将报文解析后发送给任务处理模块；

通讯单元：用于接收从CAN或TCP/IP方式传递的数据报文，将数据报文解析处理后传递给数据处理单元，并从数据处理单元接收数据并将数据封装为协议报文发送给上位机；

数据处理单元：用于接收通讯单元发送的数据，根据数据中的命令完成指定的操作，并通过通讯单元及时向上位机返回执行状态；当接收到上位机升级更新数据时，将数据发送给Flash控制单元；

Flash控制单元用于控制对Flash的烧写操作，包括擦除、编程、数据校验。

本发明的有益效果：

本发明通过上位机和嵌入式控制系统的数据传输，实现了发电站多机并联远程测控升级，大大提高了执行时间。

附图说明

图1为本发明远程测控系统框图；

图2为本发明上位机组成框图；

图3为本发明上位机工作流程示意图；

图4为本发明嵌入式控制系统组成框图；

图5为本发明嵌入式控制系统工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步介绍。

本发明的远程测控及升级系统主要由上位机系统及嵌入式控制系统两部分组成。系统的总体结构图如图1所示。

上位机为嵌入式控制系统的外部终端，一般为PC机。该终端的作用是对嵌入式控制系统进行远程控制并监控嵌入式控制系统的运行状态。上位机上运行本系统的PC端程序，提供远程更新等服务，主要包括交互模块、通讯模块、文件处理、任务处理四大关键模块。嵌入式控制系统是运行在远端嵌入式控制设备上软件系统，也就是本系统所需要控制管理的对象，负责引导、监控和更新嵌入式设备上的用户程序，并能够接收控制平台程序发送的数据命令等，完成指定的功能。由通讯单元，核心处理单元和Flash控制单元关键单元组成。上位机和嵌入式控制系统通过以太网TCP/IP协议簇的方式传输数据。

1、上位机

系统上位机部分主要是PC端程序。PC端程序的结构如图2所示，图为PC 端程序的数据流图。如图3所示，PC端程序数据流主要包括交互模块、通讯模块、文件处理、任务处理四大模块。

1.1交互模块

交互模块负责与用户的主要交互功能，该模块提供数据显示、数据输入等交互功能。数据显示部分需要包含系统状态显示界面，该界面显示当前系统状态，如显示当前系统配置，显示PC端与嵌入式系统端的通讯状态信息和嵌入式系统端的状态信息等。

除了状态显示界面外，数据显示部分还应具有功能显示界面，用来显示控制平台程序所能提供的功能等。数据显示部分的数据从任务处理模块获得，当数据动态更改时任务处理模块会根据任务处理的要求更新显示部分的数据。

数据输入部分主要分为用户操作输入和文件导入，用户操作输入是用户根据需要选择相应的功能操作，数据输入部分接收用户的这些操作输入和参数等的设置，这些输入和参数设置完成一项或多项特定的功能，数据输入部分将得到的这些输入传递给任务处理模块进行处理完成用户指定的功能；文件导入则不同于用户输入，其接收的是文件，数据输入部分会将文件按特定要求读入，并在任务处理模块的控制下将文件传递给文件处理模块进行处理变成合适的数据形态以供任务处理模块使用。

1.2通讯模块

通讯模块，该模块负责数据通讯传输，接收和发送数据。任务处理模块需要传输数据时将数据传递给通讯模块，通讯处理模块按照通讯协议的要求将数据封装成必要的格式通过指定的通讯途径发送出去；当接收到数据时，通讯模块会将数据报文取出，同样按照通讯协议的规则将数据从数据报文中解析出来，通知任务处理模块数据到达并传递数据。

该模块主要分为通讯协议处理和接口两部分，通讯协议处理部分负责依据通讯协议的要求组合/解析数据，发送数据报文，依照协议管理通讯过程等。接口部分负责与任务处理模块进行交互，同时还负责与通讯硬件设备控制器进行交互。接口部分提供给任务处理模块调用，任务处理模块只需将必要的数据传递给接口部分，通知其希望通讯模块进行的任务即可，接口模块会接收这些数据传递给协议处理部分处理。一旦协议处理部分处理完毕，接口部分将调用指定通讯途径的控制驱动程序来发送数据。接口部分同时也要在接收到数据时能够传递报文给协议处理模块进行处理，再将数据和有关信息传递给任务处理模块。接口部分提供参数设置手段，使得任务处理模块可以对通讯模块进行设置，控制其软硬件的执行动作。

1.3文件处理模块

文件处理模块负责本系统文件处理的相关操作。用户提供的嵌入式设备的程序文件由于设备的不同而千差万别，若对每一种文件类型都进行解析处理则系统将会变得臃肿复杂，不利于日后的扩展和维护，本系统采用了一种系统专用的特殊文件格式来统一所有设备的程序文件，这样对系统来说输入的文件类型只有一种，方便了系统对文件的操作。因而用户输入的程序文件需要经过文件处理模块的处理，将其转换为本系统所使用的特殊的文件格式。文件转换完成后，当任务处理模块请求文件数据时，文件处理模块将文件数据解析为任务处理模块所需要的数据传递给任务处理模块。由于文件处理模块需要应对不同的嵌入式设备的程序文件类型，所以文件处理模块需有一定的扩展能力以扩展其文件转换功能。为了保证数据的安全性，在进行文件转换的过程中有可能还需要进行一定的数据加密，防止外界通过解析文件或窥探通讯信道而得到程序文件内容，因此文件处理模块提供文件加密的安全功能，保证本系统的安全。

1.4任务处理模块

任务处理模块，该模块是整个PC端控制平台程序的核心控制处理模块，交互模块、通讯模块和文件处理模块的数据将进入任务处理模块进行处理，根据不同的数据、任务要求，来进行有关任务的操作，同时任务处理模块还负责对整个控制平台程序的执行进行统筹规划，控制其他模块的运转。任务处理模块作为核心模块需要管理控制平台程序的各种操作，如通讯，数据交互、文件处理等，管理控制平台程序的各项配置，调整系统的运行。一个用户发起的控制流程首先是交互模块向任务处理模块传输用户输入的数据，根据用户输入数据的类型和内容任务处理模块判断出用户将要执行何种操作，如与嵌入式系统建立通讯连接，修改控制平台程序系统参数等，执行相关操作，若需要其他模块参与的，如需要通讯模块向总线发送数据，则任务处理模块将有关数据传递至目标模块，控制其动作。当操作执行完毕后，任务处理模块从自身或从其他模块获得操作结果或状态，并将这些信息通过交互模块最终反映给用户。

2、嵌入式控制系统

嵌入式控制系统由几个不同的嵌入式微控制器组成，如图4所示，其中5235 微控制器作为中央主控制器负责核心控制和管理。中央主控制器有两个外部通讯接口：CAN通讯接口和TCP/IP通讯接口。中央主控制器通过这两个接口与上位机进行数据通讯。其余的微控制器作为子控制器通过CAN总线与中央主控制器相连并建立数据通讯。

嵌入式控制系统的引导程序(底层程序)负责引导、监控和更新嵌入式设备上的用户程序，并能够接收控制平台程序发送的数据命令等，完成指定的功能。引导程序可以分为通讯单元，数据处理单元和Flash控制单元，数据流图如图5 所示。

2.1通讯单元

通讯单元负责通讯处理，该单元需要接收从CAN或TCP/IP方式上传递过来的数据报文，数据报文解析处理后，将解析出来的数据传递给数据处理单元，并从核心处理单元接收数据并将数据封装为协议报文发送到总线上去。此外，该单元还需要检测通讯状态，处理异常错误等，其基本功能与结构与控制平台程序的通讯模块相似，但是该单元在不同的设备上运行的方式是不同的，各个设备上的CAN或TCP/IP通讯控制器的执行方式不同并且各个设备的运行机制也不尽相同，这就不可能采用相同的程序在不同设备运行，每类设备只能依照其自身的程序规范和使用方法来编写各自的程序，但所有这些程序的逻辑过程必须是一样的。

2.2数据处理单元

数据处理单元是引导程序的核心，其需要负责协调引导程序的各个单元的运行，控制各个模块的动作，将各个模块所发送的数据汇总处理，决定需要进行的操作。嵌入式系统启动之后，数据处理单元负责进行必要的系统初始化操作，这些初始化操作将配置系统的资源，启动其他模块，并根据系统状态引导用户程序的运行。当控制平台程序发送的命令和数据被通讯单元接收解析传递给数据处理单元后，数据处理单元则响应这些命令和数据，完成指定的操作，并通过通讯单元及时向控制平台程序返回执行状态。数据处理单元需要对各个模块的状态进行跟踪，处理各个模块的异常状况，如通讯错误、Flash错误等，其异常处理机制必须能够保证系统任何状态下都可以回到一个可控状态，维持系统的稳定。在安全性方便，对应于控制平台所提供的文件加密功能，数据处理单元也要提供对应的解密功能，能够准确快速的对加密过的数据进行解密，并能判断解密是否成功。当设备有自身的安全模块时，本单元还需要管理和使用这些安全模块，进一步保证设备的安全性特点。除了核心处理单元的基本功能之外，作为主控设备的引导程序，其数据处理单元还要负责对其从属设备进行管理。主控设备中需要监控各个从属设备的执行情况，当控制平台需要从属设备进行某些操作时，主控设备能够对从属设备进行控制完成所需操作，并将从属设备的返回的状态信息传递给控制平台。

2.3Flash控制单元

Flash控制单元需要控制Flash部件的运行，进行擦除、烧写和校验操作。擦除操作需要将Flash上用户程序对应的Flash区域全部擦除，使这些程序无效。烧写是将新的用户程序写入指定的Flash区域，该区域必须是空白区域(未使用或已经擦除等)；校验是校验指定区域数据的正确性，保证检测出烧写异常所导致的数据错误。

该单元执行的方式比较特殊，执行的操作有潜在的风险性，需要有严格的异常和错误处理机制，并且需要保证在出现异常时能够使设备恢复到一个确定的状态，保证其运行的绝对可靠性。此外，对于Flash控制单元这种比较特殊的功能块来说，需要根据目标设备的错误异常的特点进行异常保护，保护关键部分的正常工作。

Claims (4)

1.一种用于微型燃轮机发电站多机并联远程测控系统，其特征在于，包括上位机和嵌入式控制系统；其中上位机包括交互模块、任务处理模块和通讯模块；嵌入式控制系统包括通讯单元、数据处理单元和Flash控制单元；其中：

交互模块：用于接收用户的操作输入和参数设置，并将该操作输入和参数设置传递给任务处理模块进行处理；

任务处理模块：用于处理交互模块和通讯模块发送来的数据，根据不同的数据、任务要求进行相应的操作；

通讯模块：用于接收嵌入式控制系统上传的协议报文，将报文解析后发送给任务处理模块；

通讯单元：用于接收从CAN或TCP/IP方式传递的数据报文，将数据报文解析处理后传递给数据处理单元，并从数据处理单元接收数据并将数据封装为协议报文发送给上位机；

数据处理单元：用于接收通讯单元发送的数据，根据数据中的命令完成指定的操作，并通过通讯单元及时向上位机返回执行状态；当接收到上位机升级更新数据时，将数据发送给Flash控制单元；

Flash控制单元用于控制对Flash的烧写操作，包括擦除、编程、数据校验。

2.如权利要求1所述的一种用于微型燃轮机发电站多机并联远程测控系统，其特征在于，所述测控系统还包括文件处理模块，所述的操作输入为导入接收的文件时，交互模块将文件读入，然后将文件传递给文件处理模块进行处理变成合适的数据以供任务处理模块使用。

3.如权利要求2所述的一种用于微型燃轮机发电站多机并联远程测控系统，其特征在于，所述文件处理模块处理文件时进行加密处理。

4.如权利要求1或2所述的一种用于微型燃轮机发电站多机并联远程测控系统，其特征在于，通讯模块包括通讯协议处理单元和通讯接口，所述的通讯协议处理单元负责依据通讯协议封装或解析任务处理模块或外部发送来的数据；接口单元负责与任务处理模块或外部进行交互。