试论组态现场智能测控仪表软件系统组态原理及扩充策略

论文导读：
【摘 要】 本文主要介绍了关于现场智能测控仪表软件系统的组态原理、体系结构以及扩充方法，以SHCAN2000型现场总线控制系统为主要的背景。此外，这个软件的一些集成技术在巡检仪、积算器、调节器和PLC等等将近二十余种现场智能仪器仪表的开发中已经取得了一定的成功应用。
【关键词】 智能测控仪表软件 多任务操作系统 组态软件 集成技术 扩充方法 总线控制系统
1 现场智能测控仪表软件的发展背景
在PC机的发展史中，从MS-DOS到Windows的操作系统的转向是一个巨大的跨越。为用户们提供非常强大的软件集成技术是Windows的十分重要之处。而这个技术主要体现在了两方面：（1）多任务的操作系统可以提供并行处理的功能，便于软件的操作和管理。（2）com（基于对象）模型软件集成技术是目前以ActiveX控件为标志的软件（开始的时候是OLE2控件），还有比较好的集成技术，这样一来就能极好地快速开发和发展PC机的软件，还能进一步强化软件继承性、复用性还有易维护性。
工业测量这一方面，虽然很多组态软件都有很好的软件模块和集成技术，他们也都在一定程度上对自动化技术的发展成长起到了促进作用。但嵌入式测量的控制组建或者仪表因为其他的许多问题，若系统要求开始于一个繁杂的任务级别，而构架基础的软件却只能长时间滞于实时多任务操作系统，这就非常严重妨碍了开发和完善工业现场智能测控软件，也因此大大影响了产品的市场竞争力。在单片机的角度，本文就以SHCAN2000型现场总线控制系统这个系统来概述这个软件系统的体系结构、功能组态原理以及关怎样写毕业论文www.7ctime.com
于系统的扩充方法。
2 测控仪表的软件体系结构
以“对象模块和组态序列来构成软件解空间”为基础的思想使“对象模块”有了一个对“对象”的概念，维护性、继承性优良，部件都为封装形式并具有信息隐屏功能。组态序列能很好地表现在模块间的互相作用， 有消息序列的基本特性，这些很多都具有面向对象的设计思想。

2.1 实时多任务操作系统核

包括时钟管理、中断管理、单片机片内资源管理、剥夺式优先级任务调度功能，是由系统执行、就绪、睡眠一些状态组成的，还包括信号量、建立时间片、PV等操作原语， 传送数据的功能主要根据数据共享来实现。另外，系统对管理硬件资源和一些信息的隐蔽以及在任务级上支持软件系统加以实现，还保证了对本软件系统的设计、并行调试还有运行，使得每个任务在过程中能完整地用到全部的资源，因而能协调利用其管理功能。

2.2 组态软件

在系统里有四个任务级子系统。在任务级子系统中组合软件组件集成还有功能加以实现。任务一：解译20ms功能模块。主要是完成于组态队列里，必须在20ms里完成一次解译模块这项任务，处理周期是20ms，优先级为1。任务二：解译100ms功能模块。任务和任务一大致相同，周期是100ms，只是优先级变为2。在任务一和二中处理的模块的分界点是不固定的，它是在一个组态队列里不同的位置，被Fun2所标识。而位置在Fun2之前的模块就在任务二里，之后则就处于任务一里。这样就可以极大简化两个组态队列。任务三：人机界面处理。此项任务能修改和显示数据库的数据项。每一个数据都有快、慢两种速度，完成了工程量/百分比这两个操作方式与显示速度的统一。处理周期是100ms，优先级为4。任务四：诊断故障。针对RAM、ROM、CPU这种核心硬部件的故障诊断和有关内容报告。工作方式为不定时循环。把诊断的内容加入到相应功能模块中来进行实现处理，比如模拟量输入断线和CAN总线这样跟功能模块十分密切的故障诊断。此项任务优先级最低。

2.3 实时监控

以实时多任务操作系统为应用程序提供输入命令的处理、修改数据库的数据以及显示数值的功能。对输入命令的处理采用状态顺序编码这一方式，也就是在一定状态下由不同的键号来进行并确定之后的状态，再执行这个键号所下的命令和操作。根据定义修改数据库数据项和显示数值，运用一个任务来完成精确小数点的位置和增量修改的计算、百分比/工程量的转换等过程。数据库的内容能得到实时显示，所以对该软件系统的动态调试过程提供了很好的支持。

2.4 实时数据库的结构

数据库结构就是把处理数据数值的需求信息与该处理过程实现相互分论文导读：统”现场测控组件是实现了多个铁道部科技攻关的项目，其已经在巡检仪、积算器、PLC、调节器等二十余种现场智能仪器仪表产品的软件系统中进行开发，并先后获得了较好的运用和发挥，还可以在现场上来运行，能够承受极大的考验，比如上一页123下一页
离。它有29个组，每组分别包含了16个数据项，而组号和组内的序号则构成了数据项的地址指针。以下是数据项的定义内容：小数位置：显示数据中小数点后的有效位数；内存地址：内存空间里数据所存放的地址；数据性质：数据是浮点数、整数或者开关量等；工程量序号：说明数据是依据哪一组工程量来显示的；特殊处理序号：更改数据后要求的操作功能序列号；修改速度序号：修改数据时需要的修改速度序列号。

2.5 软件模块库

用户功能集合起来就是模块库，而该软件系统的用户功能强弱程度是由其大小与完善程度来决定的。一个模块分别有三个入口： 第一个入口是为缺省模块进行参数值而设定的； 第二个是给开启时的工作参数初值来设定的；第三个才是实现模块功能的入口。在特别的处理周期中才可以实现入口三所定义的功能。
如果是要实现其他功能的软件系统，则须要置换或者扩充一部分的功能模块来实现。本软件系统的模块库就包括了13类一共60种的模块：一个自整定模块；两个巡检模块；三个积算模块；三个模块；四个系统特殊功能；四个CAN 总线模块；四个线性变换模块；四个曲型环节模块；五个A/D、D/A 功能；五个PLC功能模块；六个特殊处理模块；八个PID 控制模块；十一个浮点数处理模块

2.6 序列

是指在固定的处理周期中，系统软件要实现的功能集合包括在其他不同的模块之间的消息传送序列。组态序列则是这个软件系统的用户接口的最终表现形式。
3 组态原理智能测控仪表系统是由实时数据库、模块库还有组态序列而组成的。
当某个模块（包含CAN总线通信、输入/ 输出等等）的响应系统呼叫为系统服务时， 要先进行数据的输入，数据项要来自数据库里要求的，并能在完成相关的操作处理并在完成之后再返回数据库中。由此可见，由很多的模块所组成的模块库能够实现各式各样的不同的用途还有对数据的操作，而数据库则为模块实现了信息的传递、键盘的操作、数字量I/ O、A/D、D/A以及数码显示等一些功能。模块就是输入数据的地址指针、输入常数、服务功能号、输出数据地址指针所组成的。一个模块包含16个单字节参数，第一参数是服务功能号，当第一参数成为零就意味着组态序列结束了。
数据库则由系统数据、模块专用数据、组态用数据寄存单元几项所组成。而模块的对象私有的数据成员是专用数据，当模块在组态队列中出现时，它的私有数据也跟随一起工作，也是为完成功能服务。私有数据成员失去定义也就是说在该模块还没出现在组态队列中时，但它能作为普通的数据寄存源于：职称论文www.7ctime.com
单元并提供给其他的模块进行使用。软件主要所使用的数据单元是系统数据。要是没被模块所使用的话，数据寄存单元也就无定义了，所以说数据寄存单元是专门应用于模块组态的。
这个软件系统的模块组态队列因为分别在任务1和任务2中来进行解译的，所以模块的执行周期就对应的是20ms和100ms。
4 系统扩充方法
（1）模块库的扩充方法。分别有以下几个步骤：1）对模块的私有数据成员则先要在实时数据库中来进行定义。2）在模块的入口1编写同时设定这个模块的缺省参数程序。3）在入口2编写同时设定工作参数的初值程序。4）在入口3编写同时对每个周期的各个模块所需要实现的功能程序进行采样。当模块在扩充时候，输入输出数据都是从实时数据库而来，而只有地址指针是数据入口。上述过程进行完之后，新实现的模块猜能对现场组态所使用。
（2）新构成的方法。根据以下的步骤以该软件系统构成的新系统为基准来实现1）根据键盘操作需求来输入键状态的顺序编码表（采用了状态顺序编码技术而设计）。而对新的键码则应该根据新的键码相对的功能要求，进行编写准确的执行模块的运行程序。2）根据新的系统的操作和功能来进行排列，随后再对实时数据库里的各个不同的数据项进行定义。3）如果现在的模块库没能实现工作上所需要的功能，适当的扩充模块库可能会改善一些问题。4）对新的系统功能组态得到了实现。
5 结语
“SHCAN2000型现场总线控制系统”现场测控组件是实现了多个铁道部科技攻关的项目，其已经在巡检仪、积算器、PLC、调节器等二十余种现场智能仪器仪表产品的软件系统中进行开发，并先后获得了较好的运用和发挥，还可以在现场上来运行，能够承受极大的考验，比如论文导读：
说在可靠性还有安全性这两个方面的性能就得到了很好考验。
此软件采用了汇编语言，程序多达25000多行，占了ROM几乎50k。而软件系统主要是以80C552为核心的，8k不挥发RAM，扩充了64K EPROM，用于管理键盘，还有8279用于显示的，用来CAN2.0B串行通信的SJA1000。有实时数据库29组464个点，现在的模块库具有13大类60个小种类，组态序列的长度不超过100块。而此软件系统波特率高达250kbps，其实时数据库能够通过CAN网络来直接与美国的公司的FIX组态软件实现两方相互通信。最远的距离是1000m，相关数据最小的更新周期则是100ms。此项软件的集成技术研究因为是从产品的研制研究开始发展的，因此理论上仍有很多的不足之处。相关的问题都有待今后继续研究。
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