RTLinux的实时控制系统.docx

基于RTLinux的实时控制系统摘要：从技术背景、系统结构、硬件和软件设计等方面论述了基于RTLinux的闸门实时控制系统的组成、原理以及实现方法并着重分析了软件实现的关键问题。关键词：RTLinux实时控制TCP/IPMYSQL数据库在水电站闸门控制系统中设备地理位置分散、控制分散基于常规继电器的控制系统不能满足电厂无人值班控制系统和全厂综合自动化的要求必须将智能控制和工业网络相结合实现实时控制的同时又能对设备进行智能管理和维护。目前比较常用的控制系统大多由PLC构成成本较高缺乏客户定制的灵活性。本文从系统功能实现和经济指标两个方面考虑半基于RTLinux的控制平台、工业以太网和数据库技术引入闸门控制系统。1RTLlinux、工业以太网和数据库RTLinux是由新墨西大学的VictorYodaiken等人开发的现在已有商业化的版本推出。在RTLinux面世之前Linux在实时性方面作过一些尝试。在POSIX1.b中规定了实时进程的一些标准但由于Linux内核的不可抢先性真正的实时进程无法在标准的Linux环境下实现。RTLinux采用简单而有效的方法解决了此问题而不用重写Linux内核代码。RTLinux实现了一个高效的可抢先的实时调度核心全面接管中断并把Linux作为此实时核心的一个优先级最低的进程运行。当有实时任务需要处理时RTLinux运行实时任务；无实时任务时RTLinux运行Linux的非实时进程。图1是RTLinux的结构图。为保证实时进程与非实时Linux进程部顺序进行数据交换RTLinux引入了RT-FIFO队列。RT-FIFO被Linux视为字符设备最多可达150个分别命名为/der/rtf0、/dev/rtf1……/dev/rtf63。最大的RT-FIFO数量在系统内核编译时设定。图2说明了RT-FIFO的工作原理。RTLinux程序运行于两个空间：用户空间内核态。RTLinux提供了应用程序接口借助这些API函数将实时处理部分编写成内核模块并装载到RTLinux内核中运行于RTLinux的内核态。非实时部分的应用程序则在Linux下的用户空间中执行这样可以发挥Linux对网络和数据库的强大支持功能。TCP/IP协议和以太网在Internet上的成功应用吸引着越来越多控制程师。尽管以太网的时间不确定性给以太网应用于工业控制现场的实时性带来了很多争论但是实际应用中经网络传输的数据绝大多数用于系统管理和维护等方面用于实时控制的数据传输很少这也是基于管理集中、控制分散的系统设计策略考虑的。在较高的以太网传输速度下现场智能处理单元的处理速度才是传输延迟的主要原因。本系统现场控制单元采用高速处理器并采用RTLinux作为现场控制单元的控制平台直接用以太网传输数据系统的网络层次减少信号的传输实时性也得到提高。目前有许多数据库开发商提供了Linux平台上的数据库软件例如Oracle、Sybase、Informix和MYSQL等都推出了Linux版本。基于RTLinux的控制系统在实时控制领域有巨大的潜力。2系统组成本系统分为现场和集中级。现场控制级由分散在现场的4个现场控制单元控制分别完成闸门位置、油缸油压和油路状态等的采集现场操作按钮的监视以及闸门提升和下降的控制等。集中级由集中监控站、维护站组成分别执行监视、智能维护及诊断等功能。打印机用于数据的硬备份、报表的输出。系统结构如图3所示。2.1系统硬件构成在工业控制系统中通常采用PLC作为现场的控制核心。PLC的不足一方面在于其较高的价格另一方面在于其难以实现非顺序控制算法以及缺乏对TCP/IP灵活的支持。本系统采用嵌入式PC作为控制单元的核心开发人员可自行开发外围接口板根据系统需要灵活组态既经济又能使用高级语言开发控制程序。现场控制闸门的LCU采用相同的硬件配置。CPU板采用研华公司的PCM-5864CPU的Intel公司的PentiumMMX166MHz内存为64MB以太网接口为10MHz的RTL-8139A。CPU板通过PC104总线与采样模块和输出模块相连。此外该板上配有显示、键盘和鼠标等标准接口便于在线修改和检查程序。硬盘选用容量为4.3GB的笔记本硬盘。16通道的A/D采样模块PCM-3718H完成模拟量的采集分辨率为12位；16通道的数字I/O模块PCM-3730用于开关量的采集、控制闸门的启动和停止。为便于现场巡检LCU配有显示中文信息的LCD模块MGLS-240128内置T6963C控制器。系统采用了16端口的HUB。为保证集中站可靠地工作集中监控站、集中维护站采用工业PC配有Intel公司的P处理器256MB内存和40GB的大硬盘TCP/IP通信由3COM公司的10/100MbpsPCI网卡3C905C来完成。2.2系