开放式工业自动化控制系统的软件框架

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开放式工业自动化控制系统的软件框架

2282007,43(13)ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用

开放式工业自动化控制系统的软件框架

易凡,徐华,王家廒,贾培发

YIFan1,2XUHua1,2WANGJia—xin1,2JIAPei—fa,

1.清华大学智能技术与系统国家重点实验室.北京100084

2.清华大学计算机科学与技术系,北京100084

1.StateKeyLabofIntelligentTechnologyandSystems,TsinghuaUniversity,Beijing10008 4,China

2.DepartmentofComputerScienceandTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084, China

E-mail:yi-f04@.an

YIFan,XUHua,WANGJia—xin,etal?Softwareframeworkofopencontrolsystemsforindustrialautomation?Computer EngineeringandApplications,2007,43(13):228-232.

Abstract:Thispaperproposesasoftwareframeworkofopencontrolsystemsforindustrialaut omation,OCSIAsoftwareframework

forshort,whichhashierarchicalarchitectureandcomprisesbasedrivelayer,corecontrollaye randsupervisoryapplicationlayer

frombottomtotop.Basedrivelayerisresponsiblefordirectdrivingphysicaldevicesofvariou skindsofinterfacetypesincluding

serialport,parallelportandfieldbus,and,providestoptwolayerswithHardwareIndependent Interfaceintheformofchannels

asadataserver.Corecontrollayerachievesindirectcontrolofphysicaldevicesbycommunica tingwithbasedriverlayerthrough

channels,monitorssystemstatusesinread—timemodeandpostsalarminform~iontosupervisoryapplicationlayerwhenan

exceptionalstatusOCCUrs.Supervisoryapplicationlayerprovidesinteractiveinterfacesbe tweensystemsupervisorandsystem, facilitatessystemsupervisortosuperviseandcontrolthewholesysteminreal-timemode.The correctnessandfeasibilityofOCSIA softwareframeworkisvalidatedbydesigningandimplementinganinstancemodelofatransf ercontrolsystem.

Keywords:opencontrolsystems;softwareframework;industrialautomation

摘要:提出了一种用于工业自动化领域的开放式控制系统软件框架.简称OCSIA 软件框架.OCSIA软件框架具有层次化结构,

从低到高依次是基础驱动层,核心控制层和监管应用层.基础驱动层负责直接驱动包括串口,并口,现场总线等各种接口类型的物

理设备.并作为数据服务器.以通道的形式向上层提供硬件无关接口.核心控制层通过通道与基础驱动层通信,实现对物理设备的

间接控制:并实时监测系统状态,在系统状态发生异常时,向监管应用层发送报警信息.监管应用层提供系统监管人员与系统的交

互接口.方便系统监管人员对系统运行环境的实时监视和控制.通过设计和实现一个传输控制系统的实例模型验证了OCSIA软

件框架的正确性和可行性.

关键词:开放式控制系统;软件框架;工业自动化

文章编号:1002—8331(2007)13—0228—05文献标识码:A中图分类号:TP3l1

1引言

我国正在走一条"以工业化带动信息化.以信息化促进工

业化"的新型工业化道路.快速发展的信息技术在工业中的广

泛应用能够显着提高工业生产的效率和效益.更快,更好地促

进工业的现代化建设.

工业自动化是工业信息化建设中的一个重要方面,自动化

控制系统是自动化硬件设备和自动化软件系统的总称.由于世

界上不同设备供应商提供的硬件设备纷繁复杂.有些甚至不相

兼容.如何构建一个软件系统来有效集成工业自动化系统中所

需的各种硬件设备成为一个关键问题.开放式控制系统l1_,包

括四个特性:可扩展性,互操作性,可移植性和可伸缩性,能够

较好解决上述问题.

在开放式控制系统的研究中,影响较大的包括美国的O.

MAC,日本的OSEC和欧洲的OSACA.其中,欧洲OSACAm是

用于FA系统的一种参考平台.PC—ORC[1是基于OSACA参考

模型提出的一种开放式机器人控制系统参考平台,包括硬件平

台,操作系统模块和应用软件模块三个层次,并在应用软件模

块中根据功能不同,进一步细分出管理模块,应用编程接口模

块和网络模块三个子组件.RT0CH是基于OSACA参考平台和

PC—ORC参考模型提出的一种基于RTLinux的开放式控制系

统.整个系统采用层次化,模块化设计,结构清晰,便于二次开

发.具有开放式控制系统的多种特性.

随着信息技术的快速革新,一些标准化技术已经应用到开

放式工厂自动化系统的构建中.其中包括Linux开放源码操作

系统,面向对象软件工程,平台无关的Java编程语言,基于

Web的信息发布等,以及其他一些规范和标准,如SQL语言方

便了数据的存储,查询和管理,OPC(OLEforProcessContro1)

和XML语言使得系统中不同应用程序间可以正确地交互,现

场总线技术方便了智能现场设备间的快速互联和通信.Mi.

和C#语言也为这一领域带来了新的机遇[61.

易凡,徐华,王家廒,等:开放式工业自动化控制系统的软件框架2007,43(13)229 以RTOC~为参考.本文提出了一种具有层次化结构的开

放式工业自动化控制系统OCSIA(OpenControlSystemsfor IndustrialAutomation)的软件框架.这个软件框架具有基础驱

动层,核心控制层和监管应用层三个层次,能够为工业自动化

控制系统的开发提供一个良好的框架支持.本文第2部分简要

介绍面向对象方法学,设计模式和框架,第3部分概述这一层

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