一 實時通信調(diào)度 傳輸規(guī)劃 下面的討論主要針對主從式 原始的辦法是采用輪詢方式 無法保證系統(tǒng)的確定的時態(tài)特性 對通信的滯后無法預(yù)測和控制 采取恰當(dāng)?shù)恼{(diào)度策略 1 通信數(shù)據(jù)的實時性通信是用來節(jié)點之間交換數(shù)據(jù) 這些數(shù)據(jù) 1 實時數(shù)據(jù) 包括周期實時數(shù)據(jù)和非周期性實時數(shù)據(jù) 2 非實時數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的實時性是以數(shù)據(jù)的截止期來表示的 所謂實時通信既是滿足任務(wù)截止期的通信 工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)截止期滿足采樣周期和系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求 2 通信調(diào)度的基本方法兩種基本方法 時間觸發(fā) TT 事件觸發(fā) ET 時間觸發(fā)適合周期性任務(wù)的調(diào)度 如現(xiàn)場傳感器 變送器 節(jié)點狀態(tài)數(shù)據(jù)以及執(zhí)行器的控制更新數(shù)據(jù) 對于周期性的任務(wù)調(diào)度國內(nèi)外學(xué)者研究得較多 相對也比較成熟 JiaXu和DavidLorgeParnas給出了周期性傳輸過程的描述 以及對應(yīng)的靜態(tài)和動態(tài)的傳輸方法 產(chǎn)生一個大規(guī)劃周期的傳輸規(guī)劃時刻表 由于大周期是各個周期過程的周期的最小公倍數(shù) 而事件觸發(fā)的調(diào)度方法適合突發(fā)任務(wù)的調(diào)度 如具有硬實時要求的調(diào)度 緊急停車 報警 故障處理 1 Tindell和Clark1994年最早提出了事件觸發(fā)的任務(wù)的調(diào)度模型 采用周期性的任務(wù)策略來傳輸突法任務(wù)的傳輸 其周期為最小的兩個任務(wù)之間的間隔 2 基于中斷的傳輸策略有的學(xué)者在時間觸發(fā)的基礎(chǔ)上 提出了擴展的時間調(diào)度方法 FTT 即TDMA協(xié)議的基礎(chǔ)上 每個時間片采用兩階段 周期數(shù)據(jù)傳輸階段和非周期數(shù)據(jù)傳輸階段 3 CAN協(xié)議現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實時通信調(diào)度 1 優(yōu)先級相同的數(shù)據(jù)傳輸下面討論假設(shè) 系統(tǒng)工作在主從方式 現(xiàn)場從節(jié)點是通過硬件中斷接收主機發(fā)送的信息 回收的報文也在該中斷服務(wù)程序中完成的 考慮現(xiàn)場節(jié)點的信息優(yōu)先級相同 即實時性相同 分析協(xié)議 我們可以看出 只要確定通信的目的地址和通信報文的用途 命令字 即可根據(jù)命令字和主節(jié)點的有關(guān)信息組成一個完整的報文 所以將主機和現(xiàn)場節(jié)點通信的所有報文的目的地址和命令字提取出來 組成一個任務(wù)列表 一個報文占一個任務(wù) 具體分析如下 設(shè)某一報文的目的地址和命令字為NODEx和CMDx 則主機根據(jù)事先制定的協(xié)議 命令字 可以組成一個完整的發(fā)送報文 現(xiàn)場節(jié)點收到該報文后 根據(jù)NODEx和CMDx可以組成一個回收報文 所以 NODEx CMDx 可以唯一確定這一次傳輸過程 即一個任務(wù) 下面為簡化起見 稱 NODEx CMDx 為一個任務(wù) 將系統(tǒng)內(nèi)所有需要的 NODEx CMDx 即可組成任務(wù)列表 unsignedchartask tab N 2 NODE1 CMD1 NODE2 CMD2 NODEx CMDx NODEN CMDN 按照等優(yōu)先級的假設(shè) 相鄰兩個任務(wù)之間的發(fā)送時間間隔相等 設(shè)為T1 則將所有任務(wù)列表執(zhí)行一次的時間為T N T1 如果時間T能滿足系統(tǒng)的實時性要求 則選取的T1是合適的 如果不能滿足要求 適當(dāng)修改T1 原則上這個時間不能太小 T1 2ms 要留出一部分時間給其他程序 可以得到如下的一個傳輸時序示意圖 如圖二所示 2 多種優(yōu)先級任務(wù)傳輸策略根據(jù)系統(tǒng)的信息實時性 將系統(tǒng)中的傳輸任務(wù)分為若干種不同周期的任務(wù) 一般不要超過四種 這樣就可形成若干種不同周期的任務(wù)列表 在定時中斷服務(wù)程序中 每中斷一次 只能完成某一類任務(wù)列表的某一個任務(wù) 在這幾類任務(wù)中 周期短的任務(wù)優(yōu)先級最高 周期長的任務(wù)優(yōu)先級低 只有當(dāng)高一級的任務(wù)列表中的任務(wù)在其循環(huán)周期內(nèi)完成傳輸后 才進入下一級的任務(wù)的傳輸 高一級的任務(wù)傳輸可以打斷優(yōu)先級低的任務(wù)傳輸循環(huán) 當(dāng)高一級的任務(wù)在其循環(huán)周期傳輸完成后 接著進行被中斷的任務(wù)傳輸循環(huán) 不管是哪一種任務(wù) 其單個任務(wù)的傳輸過程和一般周期性任務(wù)的傳輸過程一樣 3 非周期性的數(shù)據(jù)傳輸策略A 緊急任務(wù)傳輸首先 一個緊急任務(wù)也是由 NODEex CMDex 來表示的 所以對某一次的緊急任務(wù)的傳輸和一個一般的任務(wù)的傳輸過程一樣 對于非周期性的實時性要求強的任務(wù) 采用緊急任務(wù)進行傳輸 首先查詢是否有緊急任務(wù) 有 傳輸緊急任務(wù)列表中的表頭任務(wù) 緊急任務(wù)采取隊列形式 先進先出 在一個傳輸周期中 只傳送一個緊急任務(wù) 對于緊急任務(wù)的傳輸 采用確認措施 只有確認一個緊急任務(wù)的傳輸過程完成 才將其從緊急任務(wù)的隊列中刪除 否則重新傳輸這個緊急任務(wù) 只有在緊急任務(wù)傳輸全部結(jié)束后也就是在緊急任務(wù)隊列中無緊急任務(wù)傳輸時 才傳輸一般的周期性任務(wù) B采用周期性任務(wù)傳輸策略 二 8套色圓網(wǎng)一共有10個節(jié)點 PC104人機界面主節(jié)點 導(dǎo)帶節(jié)點 1號圓網(wǎng)控制節(jié)點 8號圓網(wǎng)控制節(jié)點 節(jié)點地址分別設(shè)置為1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖中除PC104外 其它為自主開發(fā)的節(jié)點 首先定義命令字的具體含義 1 主機 PC104 向?qū)Ч?jié)點發(fā)送命令取編碼器脈沖數(shù) 命令字為1 2 主機向圓網(wǎng)控制節(jié)點發(fā)送命令取工藝數(shù)據(jù) 狀態(tài)信息等 命令字為2 3 主機向圓網(wǎng)控制節(jié)點發(fā)送控制數(shù)據(jù) 命令字為3 4 主機向?qū)Ч?jié)點發(fā)送控制信號 命令字為4 采用等優(yōu)先級的報文傳輸策略 則得到主機發(fā)送的任務(wù)列表為 unsignedchartask tab N 2 2 1 2 4 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 2 10 2 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 二 人機界面技術(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)可分為 運動控制系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)中有采用專用系統(tǒng)人機界面 如機床行業(yè) 大多采用PLC 人機界面 另外配組態(tài)軟件 過程控制系統(tǒng) 計算機組態(tài)目前現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的人機界面開發(fā) 1 PLC制造商提供的現(xiàn)場總線 如Profibus ControlNet采用專用的組態(tài)軟件 如RSview32等 2 采用過程控制的組態(tài)軟件 如Intouch Fix 國內(nèi)研華genie 組態(tài)王 杰控FameView Mcgs 3 自主開發(fā)語言 匯編 c vc vb硬件 單片機 pc104嵌入式計算機 pc工控機 1 布鋏絲光機現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 2 蠟印機 3 圓網(wǎng)印花機CANBUS控制系統(tǒng) 4 76M陶瓷輥邊窯CANBUS控制系統(tǒng) 人機界面對陶瓷輥道窯各電機運行狀態(tài)進行監(jiān)控和故障報警 顯示溫度實時曲線和歷史曲線 對風(fēng)機 傳動電機等進行啟停控制 與WEB實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換 實現(xiàn)遠程訪問 PLC接受人機界面操作信息以及來自CANIO 2416 CANIO 0808的輸入信息 進行邏輯運行 輸出開關(guān)量至IO2