基于单片机的集散控制系统下位机控制模块的调度设计

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以MCS- -51单片机为硬件系统,基于操作系统的思想,设计了命令进程调用、控制模块数据结构、控制模块队列,选择
: M" e& `- Y2 r  y6 v先来先服务调度算法,实现了集散控制系统下位机控制模块的调度。
1组态生成方式的选择
在集散控制系统(DCS)中,各个控制算法是以控制模块的
) U) v2 g) z% p6 M1 ~' F* T形式提供给用户，而用户可以利用系统所提供的模块,用组态软
件生成自己所需的控制策略，并将该控制策略下装到现场控制
站去运算执行。目前国际上流行的DCS中,控制算法的组态生
8 D3 ~! T' B, d5 A' @成在软件.上可以分为两种方式:一种方式是在上位机中采用模
' c) g5 E) Y, G9 A' p  U! C块宏的方式，即一个控制规律模块对应- - 个宏命令(子程序)。在
组态生成时,每用到一个控制模块,在产生的执行文件中就将该
' K# E6 w. @5 g# y0 t& _( _宏所对应的算法换入执行文件，将最终生成的执行文件下装到
下位机。另一种方式是将各控制算法编制成各个独立的可以反
$ W" y+ J) D& q* Q7 u  F3 b: t复调用的功能模块,对应每-模块有一个数据结构,该数据结构
$ H, y, h" d: Q" h( y4 o1 e( x定义了该控制算法所需的各个参数,这些模块存储在下位机中，
2 W+ n$ E9 y, n( T9 T, G, O6 {由下位机的OS根据组态下发的命令进行调用，最终形成控制
0 P: o1 j; Y3 S+ u. N( ]: |指令输出。比较这两种方式,后一种方式具有明显的优点:
1)下位机接收的代码是经上位机组态后生成的与CPU无关.
的中间代码，在下位机硬件系统升级或发生变动时，上位机的软
件系统不受影响，易于系统扩展。
! f+ b5 e4 S6 Q0 m2)随着单片机技术的发展,存储器的容量问题已不再是制
0 ?! X; n6 I$ r: T" W: d  T; o约系统开发的主要因素。因而,前一种方式中占用存储空间少的
优点不再突出。
- [+ k3 v/ \: T本文基于后-种组态生成方式,讨论在MCS-51单片机上
4 q2 _. \( J% d! K! ?' l$ b实现控制模块调度的方法,并详细分析了该调度策略的特点。
4 P; _& G6 z# o; O5 P6 j0 Y2下位机命令进程的调用
9 ]% t; s# Z, f$ f/ s: Q( j& ]要实现下位机的监测与控制功能，至少应设置五类命令进
程,分别为:手动读点、手动写点、停止运行、自动运行和修改参
7 i8 |# \- p: f: t数。在系统进入正常运行后,接收到这些命令进程的调用命令，
根据这些任务的紧要程度不同，可以将它们划分为两类:
1)实时性要求非常强，接收到命令后，要立即对其进行命令
解释并执行,如停止运行命令。
2)实时性要求略差-点,接收到命令后，允许等待一段时
" W9 a4 h* h9 \间，再对其进行命令解释并执行,如手动读点、手动写点、自动运
4 F% _: p2 E3 w, O行和修改参数命令。
2 O" H, z8 e7 p. \0 z( i当系统进入正常运行,在控制模块运行过程中,若上位机发
出新的命令,下位机进入通信中断接收程序，接收数据存放后，
中断返回到当前运行的控制模块程序中。这时,对实时性要求非
常强的命令，如果把当前正在运行的控制模块进程的信息进行
- s: W# |4 q' ?; o存储，转要府接敢到的系统调用,对51单片机系统,由于其内
4 W4 ^# s+ U+ W$ [7 t3 H
部存储器容量很少，从外部数据存储器存取数据需要占用较长
" N4 j& B+ m2 y7 _( q1 f时间,这样就不能保证命令执行的实时性。因此,将停止运行命
令的调用放在通信中断接收程序中,接收数据存放后,对接收到
; J. q+ \/ }% D. a( ^4 g的命令进行判断,如果命令是停车命令,将立刻执行,执行结束
后再中断返回,利用硬件中断保证其任务的实时性，调用过程如
6 c8 o9 H4 {3 ~; @, p& k$ z图1所示。
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MCS- -51单片机可以模块化设计

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