一種通用的DCS嵌入式IO組態(tài)軟件方案設(shè)計(jì)

朱昊林

摘要：該文提出了一種基于XML配置文件的燃機(jī)通用DCS嵌入式IO組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)描述了該方案的開(kāi)發(fā)環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境的組成結(jié)構(gòu)及其間的交互關(guān)系，用戶可以通過(guò)在線、實(shí)時(shí)地修改各層配置文件， 觸發(fā)動(dòng)態(tài)配置，快速完成燃機(jī)控制系統(tǒng)的重配，避免了直接更改軟件帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，減小了軟件的維護(hù)成本，實(shí)際應(yīng)用證明了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：燃機(jī);DCS;嵌入式;組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）24-0045-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

目前國(guó)內(nèi)自行研制的燃機(jī)數(shù)字電子控制器多為集中式控制器，控制軟件的開(kāi)發(fā)也一般采取單臺(tái)定制的方式，每次開(kāi)發(fā)都需要根據(jù)項(xiàng)目需求對(duì)接口進(jìn)行重新調(diào)試，耗費(fèi)了大量的人力資源，此外，在燃機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)用戶需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的接口變更時(shí)，按照現(xiàn)行做法，需要停機(jī)由我所軟件開(kāi)發(fā)人員對(duì)控制軟件進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，完成后燃機(jī)才能重新運(yùn)行，用戶經(jīng)常會(huì)抱怨過(guò)長(zhǎng)的升級(jí)維護(hù)時(shí)間增大了他們的損失。

嵌入式組態(tài)軟件提供了一種解決以上問(wèn)題的方案，國(guó)外以GE公司的Mark Ⅵ控制系統(tǒng)為代表的燃機(jī)數(shù)字電子控制系統(tǒng)提供了一種嵌入式的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)ToolBox，結(jié)合其三冗余，模塊化的IO模塊，開(kāi)發(fā)人員就可以快速地搭建滿足不同項(xiàng)目需求的數(shù)字電子控制器，并完成控制軟件的快速配置，此外，用戶也具有一定的權(quán)限通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的軟件配置，滿足了其連續(xù)生產(chǎn)的需要。

本文根據(jù)IO組態(tài)軟件設(shè)計(jì)要求，提出了一種基于XML配置文件的燃機(jī)通用DCS嵌入式IO組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)描述了該方案的開(kāi)發(fā)環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境的組成結(jié)構(gòu)及其間的交互關(guān)系，用戶可以通過(guò)在線、實(shí)時(shí)地修改各層配置文件， 觸發(fā)動(dòng)態(tài)配置，快速完成燃機(jī)控制系統(tǒng)的重配，避免了直接更改軟件帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，減小了軟件的維護(hù)成本，實(shí)際應(yīng)用證明了該方法的可行性。

2 嵌入式IO組態(tài)軟件設(shè)計(jì)要求

本文研究的嵌入式IO組態(tài)軟件應(yīng)提供一個(gè)較友好的上位機(jī)界面，開(kāi)發(fā)人員通過(guò)該界面可以快速完成針對(duì)某一項(xiàng)目的特定需求控制軟件原型的搭建，基于該原型可以完成所有IO通道處理策略的配置，用戶也可以通過(guò)該工具進(jìn)行簡(jiǎn)單的IO配置。

對(duì)IO組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)要求有：

1） 可完成控制柜中IO硬件模塊的注冊(cè)和卸載;

2） 可讀取控制柜中各IO硬件模塊的注冊(cè)狀態(tài)，已注冊(cè)IO硬件模塊的通道配置狀態(tài);

3） 可完成已注冊(cè)IO硬件模塊各通道配置的修改，校驗(yàn)，并重新編譯生成可執(zhí)行目標(biāo)碼;

4） 可完成新?tīng)顟B(tài)控制軟件代碼的下載。

3 嵌入式IO組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提出了一種嵌入式IO組態(tài)軟件的方案：嵌入式IO組態(tài)軟件是一種用于嵌入式系統(tǒng)的可配置應(yīng)用軟件，分為開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。

開(kāi)發(fā)環(huán)境：開(kāi)發(fā)環(huán)境是運(yùn)行于一臺(tái)Windows操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的組態(tài)配置工具上位機(jī)軟件，該工具是嵌入式IO組態(tài)軟件面向用戶的接口，只允許一定權(quán)限的用戶使用，可以完成嵌入式應(yīng)用軟件的配置，與基礎(chǔ)框架軟件的集成，編譯，可執(zhí)行目標(biāo)代碼和XML配置文件的生成，上下裝等功能。

運(yùn)行環(huán)境：運(yùn)行環(huán)境是采用三通道余度設(shè)計(jì)技術(shù)的燃機(jī)控制系統(tǒng)通用平臺(tái)，A、B、C三個(gè)通道控制器構(gòu)成了控制柜的三余度結(jié)構(gòu)，任何一個(gè)通道都可以完成燃機(jī)全部控制功能，三個(gè)功能完全對(duì)等的通道采用相似余度設(shè)計(jì)，三個(gè)通道間通訊實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)為主、備用RS422總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每個(gè)通道控制器均有獨(dú)立的控制計(jì)算模塊（CPU）、此外還有5種標(biāo)準(zhǔn)的IO模塊：離散量輸入輸出模塊（DIOM）、頻率量輸入模塊（FSPM）、熱電偶處理模塊（TSPM）、模擬量采集及伺服控制模塊（ADCM）、模擬量輸出模塊（DACM），各模塊都有獨(dú)立的微處理器，并裝載有執(zhí)行相關(guān)功能的嵌入式軟件，模塊間通過(guò)EtherCAT總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4 開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境交互協(xié)議設(shè)計(jì)

4.1 IO組態(tài)配置流程設(shè)計(jì)

用戶或開(kāi)發(fā)人員需要對(duì)控制軟件進(jìn)行IO組態(tài)配置需進(jìn)行以下三個(gè)步驟：

1） 上裝：首先需要從運(yùn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)FLASH中將能反映當(dāng)前軟件的配置狀態(tài)的XML數(shù)據(jù)文件按一定協(xié)議通過(guò)EtherCAT，UDP或RS422通訊讀取至組態(tài)配置工具上位機(jī)，并在組態(tài)配置工具上位機(jī)上以圖形化方式顯示當(dāng)前軟件的配置狀態(tài)。

2） 配置與集成編譯：用戶或開(kāi)發(fā)人員在此基礎(chǔ)上完成配置，組態(tài)配置工具箱上位機(jī)隨即自動(dòng)修改了相應(yīng)的配置代碼，對(duì)配置正確性進(jìn)行檢查，并對(duì)配置功能所屬的軟件配置項(xiàng)代碼進(jìn)行重新集成編譯，同時(shí)根據(jù)最新的配置狀態(tài)生成新的XML數(shù)據(jù)文件。

3） 下裝：將最新生成的XML數(shù)據(jù)文件下載至運(yùn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)FLASH中，將最新生成的可執(zhí)行目標(biāo)代碼下載至運(yùn)行環(huán)境的程序FLASH中，并完成控制器復(fù)位。

4.2 XML配置數(shù)據(jù)文件上下裝協(xié)議設(shè)計(jì)

XML配置數(shù)據(jù)文件在上下裝過(guò)程中，開(kāi)發(fā)環(huán)境（組態(tài)配置工具上位機(jī)）和運(yùn)行環(huán)境（燃機(jī)控制器）需按協(xié)議進(jìn)行交互，以此來(lái)完成XML配置數(shù)據(jù)文件的正確接收、解析、填充和發(fā)送，如表1和表2所示，本文設(shè)計(jì)的XML配置數(shù)據(jù)文件上下裝協(xié)議，采用了分包發(fā)送的設(shè)計(jì)方案，既滿足了上下裝過(guò)程中XML配置數(shù)據(jù)文件的穩(wěn)定傳輸，又兼容了不同帶寬的通訊設(shè)備，有一定的擴(kuò)展性。

5 IO組態(tài)配置測(cè)試

針對(duì)嵌入式IO組態(tài)軟件設(shè)計(jì)要求，使用一個(gè)未經(jīng)配置的全新IO模塊作為運(yùn)行環(huán)境，使用自主開(kāi)發(fā)的組態(tài)配置工具上位機(jī)作為開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)該IO模塊ID號(hào)為1～5的通道信息進(jìn)行配置測(cè)試，配置前其默認(rèn)標(biāo)定曲線的X軸均為{0，32767}，Y軸也均為{0，32767}，采集的物理值均等于其數(shù)碼值，隨后設(shè)置這5路信號(hào)的Y軸均為{0，4000}，如圖1所示測(cè)試結(jié)果，組態(tài)配置后這5路信號(hào)的物理值與預(yù)期一致，證明組態(tài)配置成功。

6 結(jié)論

本文針對(duì)燃機(jī)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的IO硬件模塊，設(shè)計(jì)了一種基于XML配置文件的燃機(jī)通用DCS嵌入式IO組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方案，通過(guò)測(cè)試該技術(shù)方案完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求，證明了該方案的可行性，對(duì)其的進(jìn)一步研究將極大提高燃機(jī)控制軟件的開(kāi)發(fā)效率，并極大地拓寬我所燃機(jī)控制系統(tǒng)的市場(chǎng)。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】