CN1773480A

CN1773480A - 一种新型的工业控制计算机系统实现方法

Info

Publication number: CN1773480A
Application number: CNA2005100962040A
Authority: CN
Inventors: 石毅; 任获荣; 周崇斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2006-05-17

Abstract

本发明公开了一种新型的工业控制计算机系统实现方法，该方法利用集中于一套计算机系统中的两个CPU和主板系统，实现了一个多任务处理的操作系统平台和一个实时处理的操作系统平台的并行处理及数据交互，既保证了基于多任务处理平台上的多任务处理机制和强大的网络通讯功能，又保证了实时处理平台上的实时测控功能，为工业自动化领域中的分布式实时控制计算机提供了一个崭新的实现方法。

Description

一种新型的工业控制计算机系统实现方法

一、所属技术领域

本发明属于计算机系统，信息处理，网络技术，工业控制技术领域，涉及计算机系统与结构、网络通讯、自动控制和信号处理，主要是创建了一种新型的工业控制计算机系统实现方法，该方法利用集中于一套计算机系统中的两个CPU和主板系统，通过本系统专用软件实现了一个多任务处理的操作系统平台和一个实时处理的操作系统平台的并行处理及数据交互，既保证了基于多任务处理平台上的多任务处理机制和强大的网络通讯功能，又保证了实时处理平台上的实时测控功能。

二、背景技术

随着网络通讯技术的飞速发展，分布式测控系统在工业自动化领域得到普遍关注，目前能够实现分布式测控系统的方法主要有三种：一是以PLC技术为基础的工业自动化集散控制系统，和基于现场总线技术的新一代分布式工业控制系统；二是采用PCI，CompactPCI，PXI，VXI等计算机体系结构结合现代网络通讯技术实现的分布式工业测控系统；三是根据具体应用要求定制开发的嵌入式系统结合标准工业控制计算机实现的分布式工业测控系统。第一种方式相对简单，但功能和性能相对较弱，实时操作能力和网络通讯能力都比较差；第二种方式灵活性比较大，但一套系统一般只能选择采用多任务处理操作平台或实时操作平台中的一种，简单而言，就是只使用一个CPU和主板系统，如果采用多任务操作平台，则实时操作性比较差，如果采用实时操作平台，则不具备很强的网络通讯能力和多任务处理能力；第三种方式虽然能够较好满足用户需求，但需要定制开发嵌入式系统，开发难度相对较大，开发周期相对较长，而且不具备良好的扩展性和灵活性。因此，既具备良好的多任务处理和网络通讯功能，又具备良好的实时处理功能，同时还要具有良好的扩展性、兼容性和灵活性的通用新型工业控制计算机就成为了现代工业控制领域的一个非常迫切的需求。

三、发明内容

本发明就是针对上述需求而提出的一种新型的工业控制计算机系统实现方法，该方法充分发挥了现代计算机兼具的强大的多任务处理、网络通讯功能和实时处理功能，通过使用两块CPU和主板系统，将二者紧密结合，形成新型的工业控制计算机系统。

该系统的主要技术方案是：首先其主要特征如下：

1)双CPU和主板系统：本系统包括一套计算机机箱和电源、双CPU和主板系统、专用软件平台、可扩展配置的板卡和接口模块组成，可以配接各种信号适配系统。在两套CPU和主板中，一套运行多任务处理操作系统，充分发挥其多任务处理，网络通讯和多媒体功能；另一套运行实时处理操作系统，主要完成实时测控的功能。两套CPU和主板系统通过网线、光纤、1394火线或其它方式连接，在专用软件平台的引导下采用TCP/IP或UDP/IP等其它数据通讯协议实现数据交互，完成这两套操作系统的实时数据传递，通过使用可扩展的多功能板卡和接口模块，同时配接信号适配系统，实现通用工业测控功能。

2)具备良好的兼容性和扩展性：实时处理部分主要数据总线为PCI，CompactPCI，ISA等通用总线形式，由于采用这种通用性非常强的总线形式，可以实现许多多功能板卡和接口模块的功能，具有非常强的扩展能力，包括模拟输入和输出、数字输入和输出、定时/计数、继电器输出、现场总线通讯(CAN，PROFIBUS，等)，RS485/232/422接口，1553B接口，429接口等许多功能，用户能够根据实际需求配置不同数量和不同功能的板卡来实现所需功能，所以整套系统具有非常强的扩展和兼容能力。

3)软件功能强大：本系统专用软件分为两部分，一部分运行于多任务处理操作系统平台，主要实现与实时处理系统部分的通讯和交互，网络通讯，多媒体处理，和大量的数据处理功能；另一部分运行于实时处理操作系统平台，与各种板卡和模块配合实现实时工业测控功能，同时完成与多任务处理软件的数据交互和通讯，具有非常良好的实时处理功能，完全可以保证工业测控领域的各种实时测控需求。

4)体积紧凑，结构简单：由于本系统只采用了一套计算机机箱和电源，因此整套系统体积紧凑；而两套CPU和主板系统可以通过网线、光纤、1394火线或其它方式连接，两者之间并无其它复杂连接，因此结构相对简单。

四、附图说明

以下结合附图对本发明做进一步的描述：

附图1是本系统的结构图。

附图2是本系统专用软件的结构框图。

附图3是本系统专用软件的流程图，包括多任务处理程序(左)和实时测控程序(右)两部分。

附图1中，1为实现多任务处理和网络通讯的CPU和主板部分，2为实现实时处理功能的CPU和主板部分，3为LAN，WAN或其它网络结构，4为PCI，CompactPCI，ISA等数据总线，5、6、7、8为实现测控功能的多功能板卡和模块，可按需要扩充种类和数量，9、10为各种接口模块，可按需要扩充种类和数量，11为信号适配系统，12为多任务处理和网络通讯CPU和主板与网络的通讯通道，13为多任务处理和网络通讯CPU和主板与实时处理CPU和主板的通讯通道，14为测控功能板卡与模块、信号适配系统和被测控对象的连接通道，15、16为各种通讯接口模块与被测控对象的连接通道。

附图2中，1为多任务处理和网络通讯部分操作管理软件模块，2为多任务处理和网络通讯部分数据交互软件模块，实现与实时处理部分的数据交互和通讯，3为多任务处理和网络通讯部分网络通讯软件模块，实现与LAN，WAN等网络的通讯功能，4为数据库模块，实现测控数据的保存，1、2、3、4共同组成多任务处理和网络通讯部分的全部软件功能；5为实时处理功能部分的管理软件模块，6为实时测控功能软件模块，7为实时处理功能部分的数据交互软件模块，实现与多任务处理和网络通讯部分的数据交互和通讯，8为实时处理功能部分的数据存储软件模块，完成测控数据在实时处理功能部分的保存功能，9为实现网络通讯的数据信息，10为从被测控对象检测和控制的数据信息。

本系统主要包括以下硬件部分，见附图1：

双CPU和主板系统(多任务处理和网络通讯功能部分1，实时测控功能部分2)，实现测控功能的多功能板卡和模块(5、6、7、8，可根据需求配置类型和数量)，各种接口模块(9、10，可根据需求配置类型和数量)，信号适配系统(11，可根据需求进行配置)，电源部分一套，机箱一套，和其他显示器、计算机人机交互硬件等。

本系统主要包括以下软件模块，见附图2：

a)多任务处理和网络通讯部分操作管理软件模块1，主要功能是完成对多任务处理和网络通讯部分其它软件模块的管理和操作，还包括对实时测控部分软件的配置和控制，通过交互软件传递到实时处理功能部分，然后由实时处理功能部分执行；

b)多任务处理和网络通讯部分数据交互软件模块2，主要实现了多任务处理和网络通讯部分与实时测控处理部分的数据交互和通讯功能，包括对实时处理功能部分产生的实时测试数据的接收和对实时处理功能部分的操作控制指令的传递；

c)多任务处理和网络通讯部分网络通讯软件模块3，主要完成了本系统各种数据和信息与网络(LAN，WAN等)的通讯功能；

d)多任务处理和网络通讯部分数据库模块4，主要进行本系统各种数据和信息的存储，分类，检索和编辑等功能；

e)实时处理功能部分的管理软件模块5，主要功能是实现对实时处理功能部分其它软件模块的管理和操作；

f)实时测控功能软件模块6，主要是根据多任务处理部分传递的测控配置和控制指令，实现实时测控功能；

g)实时处理功能部分的数据交互软件模块7，与多任务处理部分的数据交互软件实现通讯，将实时测控的数据信息传递给多任务处理部分，并接收多任务处理部分的控制指令，提供给实时处理部分管理软件执行进一步的操作；

h)实时处理功能部分的数据存储软件模块8，完成实时测控数据的保存功能。

五、具体实行方式

本系统整体实现多任务处理和网络通讯功能，同时并行完成实时处理功能的具体执行步骤如下(见附图3)：

1)系统开机上电后，首先分别进行多任务处理和网络通讯部分，实时测控处理部分硬件自检，自检通过后，进入下一步，否则分别转入故障处理程序1和2；

2)多任务处理和网络通讯部分与实时测控处理部分进行数据交互和通讯检测，检测通过后，进入下一步，否则转入故障处理程序1和2；

3)多任务处理部分根据需求进行初始化和各种配置，包括多任务处理部分的初始化配置，以及实时测控处理部分的配置信息的设定(这部分配置信息通过两者的交互程序传输到实施测控处理部分)；同时，实时测控处理部分根据多任务处理部分传输过来的配置信息进行初始化设置和各种配置；

4)多任务处理部分发送控制指令给实时测控处理部分，实时测控处理部分接收到控制指令后，发送通讯成功信息，二者同时启动运行；

5)实时测控处理部分通过测控硬件实现对被测控对象的控制和检测工作，采集的测试数据存储入实时处理部分，同时发送测试数据给多任务处理部分，多任务处理部分将数据存储入该部分数据库，如果需要传输到网络(LAN，WAN等)，则将数据处理后实现数据通讯；

6)多任务处理部分控制实时处理部分进行整个操作，通过将控制指令传递到实时处理部分来实现；

7)测控工作完成后，多任务处理部分发送指令，实时处理部分停止运行，多任务处理部分执行其它操作，如数据处理，数据库管理，数据通讯等。

本发明采用双CPU和主板系统，并结合专用的并行处理软件，一方面充分发挥了如Windows，UNIX等多任务处理操作平台强大的多任务处理和网络通讯能力，另一方面又实现了如DOS，LINUX等实时处理操作平台的实时控制能力，同时将二者紧密结合起来并行处理，解决了多任务处理和实时处理不能在一套工业控制计算机系统中同时、并行有效工作的问题，给工业控制行业应用提供了一个崭新的方法。

Claims

1.一种新型的工业控制计算机系统实现方法，该方法利用集中于一套计算机系统中的两个CPU和主板系统，实现了一个多任务处理的操作系统平台和一个实时处理的操作系统平台的并行处理及数据交互，既保证了基于多任务处理平台上的多任务处理机制和强大的网络通讯功能，又保证了实时处理平台上的实时测控功能。

2.一种新型的工业控制计算机系统实现方法，其特征是：

2)实时处理部分主要数据总线为PCI，CompactPCI，ISA等通用总线形式，由于采用这种通用性非常强的总线形式，可以实现许多多功能板卡和接口模块的功能，具有非常强的扩展能力，包括模拟输入和输出、数字输入和输出、定时/计数、继电器输出、现场总线通讯(CAN，PROFIBUS，等)，RS485/232/422接口，1553B接口，429接口等许多功能，用户能够根据实际需求配置不同数量和不同功能的板卡来实现所需功能，所以整套系统具有非常强的扩展和兼容能力。

3)本系统专用软件分为两部分，一部分运行于多任务处理操作系统平台，主要实现与实时处理系统部分的通讯和交互，网络通讯，多媒体处理，和大量的数据处理功能；另一部分运行于实时处理操作系统平台，与各种板卡和模块配合实现实时工业测控功能，同时完成与多任务处理软件的数据交互和通讯，具有非常良好的实时处理功能，完全可以保证工业测控领域的各种实时测控需求。

4)由于本系统只采用了一套计算机机箱和电源，因此整套系统体积紧凑；而两套CPU和主板系统之间可以通过网线、光纤、1394火线或其它方式连接，两者之间并无其它复杂连接，因此结构相对简单。