專利名稱：一種新型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機系統(tǒng)，信息處理，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及計算機系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動控制和信號處理，主要是創(chuàng)建了一種新型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)實現(xiàn)方法，該方法利用集中于一套計算機系統(tǒng)中的兩個CPU和主板系統(tǒng)，通過本系統(tǒng)專用軟件實現(xiàn)了一個多任務(wù)處理的操作系統(tǒng)平臺和一個實時處理的操作系統(tǒng)平臺的并行處理及數(shù)據(jù)交互，既保證了基于多任務(wù)處理平臺上的多任務(wù)處理機制和強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，又保證了實時處理平臺上的實時測控功能。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，分布式測控系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到普遍關(guān)注，目前能夠?qū)崿F(xiàn)分布式測控系統(tǒng)的方法主要有三種一是以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)自動化集散控制系統(tǒng)，和基于現(xiàn)場總線技術(shù)的新一代分布式工業(yè)控制系統(tǒng)；二是采用PCI，CompactPCI，PXI，VXI等計算機體系結(jié)構(gòu)結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)實現(xiàn)的分布式工業(yè)測控系統(tǒng)；三是根據(jù)具體應(yīng)用要求定制開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計算機實現(xiàn)的分布式工業(yè)測控系統(tǒng)。第一種方式相對簡單，但功能和性能相對較弱，實時操作能力和網(wǎng)絡(luò)通訊能力都比較差；第二種方式靈活性比較大，但一套系統(tǒng)一般只能選擇采用多任務(wù)處理操作平臺或?qū)崟r操作平臺中的一種，簡單而言，就是只使用一個CPU和主板系統(tǒng)，如果采用多任務(wù)操作平臺，則實時操作性比較差，如果采用實時操作平臺，則不具備很強的網(wǎng)絡(luò)通訊能力和多任務(wù)處理能力；第三種方式雖然能夠較好滿足用戶需求，但需要定制開發(fā)嵌入式系統(tǒng)，開發(fā)難度相對較大，開發(fā)周期相對較長，而且不具備良好的擴展性和靈活性。因此，既具備良好的多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊功能，又具備良好的實時處理功能，同時還要具有良好的擴展性、兼容性和靈活性的通用新型工業(yè)控制計算機就成為了現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域的一個非常迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對上述需求而提出的一種新型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)實現(xiàn)方法，該方法充分發(fā)揮了現(xiàn)代計算機兼具的強大的多任務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊功能和實時處理功能，通過使用兩塊CPU和主板系統(tǒng)，將二者緊密結(jié)合，形成新型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)。
該系統(tǒng)的主要技術(shù)方案是首先其主要特征如下1)雙CPU和主板系統(tǒng)本系統(tǒng)包括一套計算機機箱和電源、雙CPU和主板系統(tǒng)、專用軟件平臺、可擴展配置的板卡和接口模塊組成，可以配接各種信號適配系統(tǒng)。在兩套CPU和主板中，一套運行多任務(wù)處理操作系統(tǒng)，充分發(fā)揮其多任務(wù)處理，網(wǎng)絡(luò)通訊和多媒體功能；另一套運行實時處理操作系統(tǒng)，主要完成實時測控的功能。兩套CPU和主板系統(tǒng)通過網(wǎng)線、光纖、1394火線或其它方式連接，在專用軟件平臺的引導(dǎo)下采用TCP/IP或UDP/IP等其它數(shù)據(jù)通訊協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，完成這兩套操作系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)傳遞，通過使用可擴展的多功能板卡和接口模塊，同時配接信號適配系統(tǒng)，實現(xiàn)通用工業(yè)測控功能。
2)具備良好的兼容性和擴展性實時處理部分主要數(shù)據(jù)總線為PCI，CompactPCI，ISA等通用總線形式，由于采用這種通用性非常強的總線形式，可以實現(xiàn)許多多功能板卡和接口模塊的功能，具有非常強的擴展能力，包括模擬輸入和輸出、數(shù)字輸入和輸出、定時/計數(shù)、繼電器輸出、現(xiàn)場總線通訊(CAN，PROFIBUS，等)，RS485/232/422接口，1553B接口，429接口等許多功能，用戶能夠根據(jù)實際需求配置不同數(shù)量和不同功能的板卡來實現(xiàn)所需功能，所以整套系統(tǒng)具有非常強的擴展和兼容能力。
3)軟件功能強大本系統(tǒng)專用軟件分為兩部分，一部分運行于多任務(wù)處理操作系統(tǒng)平臺，主要實現(xiàn)與實時處理系統(tǒng)部分的通訊和交互，網(wǎng)絡(luò)通訊，多媒體處理，和大量的數(shù)據(jù)處理功能；另一部分運行于實時處理操作系統(tǒng)平臺，與各種板卡和模塊配合實現(xiàn)實時工業(yè)測控功能，同時完成與多任務(wù)處理軟件的數(shù)據(jù)交互和通訊，具有非常良好的實時處理功能，完全可以保證工業(yè)測控領(lǐng)域的各種實時測控需求。
4)體積緊湊，結(jié)構(gòu)簡單由于本系統(tǒng)只采用了一套計算機機箱和電源，因此整套系統(tǒng)體積緊湊；而兩套CPU和主板系統(tǒng)可以通過網(wǎng)線、光纖、1394火線或其它方式連接，兩者之間并無其它復(fù)雜連接，因此結(jié)構(gòu)相對簡單。
四以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述附

圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
附圖2是本系統(tǒng)專用軟件的結(jié)構(gòu)框圖。
附圖3是本系統(tǒng)專用軟件的流程圖，包括多任務(wù)處理程序(左)和實時測控程序(右)兩部分。
附圖1中，1為實現(xiàn)多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊的CPU和主板部分，2為實現(xiàn)實時處理功能的CPU和主板部分，3為LAN，WAN或其它網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，4為PCI，CompactPCI，ISA等數(shù)據(jù)總線，5、6、7、8為實現(xiàn)測控功能的多功能板卡和模塊，可按需要擴充種類和數(shù)量，9、10為各種接口模塊，可按需要擴充種類和數(shù)量，11為信號適配系統(tǒng)，12為多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊CPU和主板與網(wǎng)絡(luò)的通訊通道，13為多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊CPU和主板與實時處理CPU和主板的通訊通道，14為測控功能板卡與模塊、信號適配系統(tǒng)和被測控對象的連接通道，15、16為各種通訊接口模塊與被測控對象的連接通道。
附圖2中，1為多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分操作管理軟件模塊，2為多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分?jǐn)?shù)據(jù)交互軟件模塊，實現(xiàn)與實時處理部分的數(shù)據(jù)交互和通訊，3為多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分網(wǎng)絡(luò)通訊軟件模塊，實現(xiàn)與LAN，WAN等網(wǎng)絡(luò)的通訊功能，4為數(shù)據(jù)庫模塊，實現(xiàn)測控數(shù)據(jù)的保存，1、2、3、4共同組成多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分的全部軟件功能；5為實時處理功能部分的管理軟件模塊，6為實時測控功能軟件模塊，7為實時處理功能部分的數(shù)據(jù)交互軟件模塊，實現(xiàn)與多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分的數(shù)據(jù)交互和通訊，8為實時處理功能部分的數(shù)據(jù)存儲軟件模塊，完成測控數(shù)據(jù)在實時處理功能部分的保存功能，9為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊的數(shù)據(jù)信息，10為從被測控對象檢測和控制的數(shù)據(jù)信息。
本系統(tǒng)主要包括以下硬件部分，見附圖1雙CPU和主板系統(tǒng)(多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊功能部分1，實時測控功能部分2)，實現(xiàn)測控功能的多功能板卡和模塊(5、6、7、8，可根據(jù)需求配置類型和數(shù)量)，各種接口模塊(9、10，可根據(jù)需求配置類型和數(shù)量)，信號適配系統(tǒng)(11，可根據(jù)需求進(jìn)行配置)，電源部分一套，機箱一套，和其他顯示器、計算機人機交互硬件等。
本系統(tǒng)主要包括以下軟件模塊，見附圖2a)多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分操作管理軟件模塊1，主要功能是完成對多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分其它軟件模塊的管理和操作，還包括對實時測控部分軟件的配置和控制，通過交互軟件傳遞到實時處理功能部分，然后由實時處理功能部分執(zhí)行；b)多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分?jǐn)?shù)據(jù)交互軟件模塊2，主要實現(xiàn)了多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分與實時測控處理部分的數(shù)據(jù)交互和通訊功能，包括對實時處理功能部分產(chǎn)生的實時測試數(shù)據(jù)的接收和對實時處理功能部分的操作控制指令的傳遞；c)多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分網(wǎng)絡(luò)通訊軟件模塊3，主要完成了本系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)和信息與網(wǎng)絡(luò)(LAN，WAN等)的通訊功能；d)多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分?jǐn)?shù)據(jù)庫模塊4，主要進(jìn)行本系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)和信息的存儲，分類，檢索和編輯等功能；e)實時處理功能部分的管理軟件模塊5，主要功能是實現(xiàn)對實時處理功能部分其它軟件模塊的管理和操作；f)實時測控功能軟件模塊6，主要是根據(jù)多任務(wù)處理部分傳遞的測控配置和控制指令，實現(xiàn)實時測控功能；g)實時處理功能部分的數(shù)據(jù)交互軟件模塊7，與多任務(wù)處理部分的數(shù)據(jù)交互軟件實現(xiàn)通訊，將實時測控的數(shù)據(jù)信息傳遞給多任務(wù)處理部分，并接收多任務(wù)處理部分的控制指令，提供給實時處理部分管理軟件執(zhí)行進(jìn)一步的操作；
h)實時處理功能部分的數(shù)據(jù)存儲軟件模塊8，完成實時測控數(shù)據(jù)的保存功能。
五、具體實行方式本系統(tǒng)整體實現(xiàn)多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊功能，同時并行完成實時處理功能的具體執(zhí)行步驟如下(見附圖3)1)系統(tǒng)開機上電后，首先分別進(jìn)行多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分，實時測控處理部分硬件自檢，自檢通過后，進(jìn)入下一步，否則分別轉(zhuǎn)入故障處理程序1和2；2)多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊部分與實時測控處理部分進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和通訊檢測，檢測通過后，進(jìn)入下一步，否則轉(zhuǎn)入故障處理程序1和2；3)多任務(wù)處理部分根據(jù)需求進(jìn)行初始化和各種配置，包括多任務(wù)處理部分的初始化配置，以及實時測控處理部分的配置信息的設(shè)定(這部分配置信息通過兩者的交互程序傳輸?shù)綄嵤y控處理部分)；同時，實時測控處理部分根據(jù)多任務(wù)處理部分傳輸過來的配置信息進(jìn)行初始化設(shè)置和各種配置；4)多任務(wù)處理部分發(fā)送控制指令給實時測控處理部分，實時測控處理部分接收到控制指令后，發(fā)送通訊成功信息，二者同時啟動運行；5)實時測控處理部分通過測控硬件實現(xiàn)對被測控對象的控制和檢測工作，采集的測試數(shù)據(jù)存儲入實時處理部分，同時發(fā)送測試數(shù)據(jù)給多任務(wù)處理部分，多任務(wù)處理部分將數(shù)據(jù)存儲入該部分?jǐn)?shù)據(jù)庫，如果需要傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)(LAN，WAN等)，則將數(shù)據(jù)處理后實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；6)多任務(wù)處理部分控制實時處理部分進(jìn)行整個操作，通過將控制指令傳遞到實時處理部分來實現(xiàn)；7)測控工作完成后，多任務(wù)處理部分發(fā)送指令，實時處理部分停止運行，多任務(wù)處理部分執(zhí)行其它操作，如數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)庫管理，數(shù)據(jù)通訊等。
本發(fā)明采用雙CPU和主板系統(tǒng)，并結(jié)合專用的并行處理軟件，一方面充分發(fā)揮了如Windows，UNIX等多任務(wù)處理操作平臺強大的多任務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)通訊能力，另一方面又實現(xiàn)了如DOS，LINUX等實時處理操作平臺的實時控制能力，同時將二者緊密結(jié)合起來并行處理，解決了多任務(wù)處理和實時處理不能在一套工業(yè)控制計算機系統(tǒng)中同時、并行有效工作的問題，給工業(yè)控制行業(yè)應(yīng)用提供了一個嶄新的方法。
權(quán)利要求
1.一種新型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)實現(xiàn)方法，該方法利用集中于一套計算機系統(tǒng)中的兩個CPU和主板系統(tǒng)，實現(xiàn)了一個多任務(wù)處理的操作系統(tǒng)平臺和一個實時處理的操作系統(tǒng)平臺的并行處理及數(shù)據(jù)交互，既保證了基于多任務(wù)處理平臺上的多任務(wù)處理機制和強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，又保證了實時處理平臺上的實時測控功能。
2.一種新型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)實現(xiàn)方法，其特征是1)雙CPU和主板系統(tǒng)本系統(tǒng)包括一套計算機機箱和電源、雙CPU和主板系統(tǒng)、專用軟件平臺、可擴展配置的板卡和接口模塊組成，可以配接各種信號適配系統(tǒng)。在兩套CPU和主板中，一套運行多任務(wù)處理操作系統(tǒng)，充分發(fā)揮其多任務(wù)處理，網(wǎng)絡(luò)通訊和多媒體功能；另一套運行實時處理操作系統(tǒng)，主要完成實時測控的功能。兩套CPU和主板系統(tǒng)通過網(wǎng)線、光纖、1394火線或其它方式連接，在專用軟件平臺的引導(dǎo)下采用TCP/IP或UDP/IP等其它數(shù)據(jù)通訊協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，完成這兩套操作系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)傳遞，通過使用可擴展的多功能板卡和接口模塊，同時配接信號適配系統(tǒng)，實現(xiàn)通用工業(yè)測控功能。2)實時處理部分主要數(shù)據(jù)總線為PCI，CompactPCI，ISA等通用總線形式，由于采用這種通用性非常強的總線形式，可以實現(xiàn)許多多功能板卡和接口模塊的功能，具有非常強的擴展能力，包括模擬輸入和輸出、數(shù)字輸入和輸出、定時/計數(shù)、繼電器輸出、現(xiàn)場總線通訊(CAN，PROFIBUS，等)，RS485/232/422接口，1553B接口，429接口等許多功能，用戶能夠根據(jù)實際需求配置不同數(shù)量和不同功能的板卡來實現(xiàn)所需功能，所以整套系統(tǒng)具有非常強的擴展和兼容能力。3)本系統(tǒng)專用軟件分為兩部分，一部分運行于多任務(wù)處理操作系統(tǒng)平臺，主要實現(xiàn)與實時處理系統(tǒng)部分的通訊和交互，網(wǎng)絡(luò)通訊，多媒體處理，和大量的數(shù)據(jù)處理功能；另一部分運行于實時處理操作系統(tǒng)平臺，與各種板卡和模塊配合實現(xiàn)實時工業(yè)測控功能，同時完成與多任務(wù)處理軟件的數(shù)據(jù)交互和通訊，具有非常良好的實時處理功能，完全可以保證工業(yè)測控領(lǐng)域的各種實時測控需求。4)由于本系統(tǒng)只采用了一套計算機機箱和電源，因此整套系統(tǒng)體積緊湊；而兩套CPU和主板系統(tǒng)之間可以通過網(wǎng)線、光纖、1394火線或其它方式連接，兩者之間并無其它復(fù)雜連接，因此結(jié)構(gòu)相對簡單。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)實現(xiàn)方法，該方法利用集中于一套計算機系統(tǒng)中的兩個CPU和主板系統(tǒng)，實現(xiàn)了一個多任務(wù)處理的操作系統(tǒng)平臺和一個實時處理的操作系統(tǒng)平臺的并行處理及數(shù)據(jù)交互，既保證了基于多任務(wù)處理平臺上的多任務(wù)處理機制和強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，又保證了實時處理平臺上的實時測控功能，為工業(yè)自動化領(lǐng)域中的分布式實時控制計算機提供了一個嶄新的實現(xiàn)方法。
文檔編號G06F15/163GK1773480SQ20051009620
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者石毅, 任獲榮, 周崇斌 申請人:石毅, 任獲榮, 周崇斌