基于串口通讯的维护网络设计与开发
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0 引言
随着我国核电站发展春天的到来,“核电站数字化控制保护系统”的数字化和国产化要求也愈加强烈。在保护系统的运行过程中,需要对其进行下装、参数定值整定和监控操作,其目的一方面是实时地监测该系统的运行状态,另一方面,就是为了使该系统运行在最佳的状态下。以上操作可以通过串口(RS-485)组建成的维护网络来实现。该维护网络可作为独立的模块存在,并提供给不同的应用软件使用。当应用软件的需求变更时,只需要更新一下维护网络中的服务,即可满足以上变化,所以该维护网络具有很强的灵活性和适用性。
1 系统主要名词的含义
以下是对该维护网络主要名词进行的解释:
[1].数字化控制保护系统:其英文为nuclear-reaction protection system (简称:RPS)
[2].下装:将配置和算法文件下载到RPS的控制器中,使RPS按照指定的配置和逻辑运行。Download And Check Environment(简称:DANCE)。
[3].参数定值整定:修改RPS控制器参数变量的当前值,以使RPS运行在最佳的状态下。Parameter Tuning Environment(简称:PATENT)。
[4].监视:在RPS运行过程中,通过维护网络查看各个控制器变量当前值,以达到实时检查和监视目的。Real Time Monitor(简称:MONITOR)。
[5].维护网络:用于提供下装、参数定值整定和监视服务的串口通讯网络。Soft GatewayServer (简称SGS)。
图1所示是维护网络(SGS)在RPS中的位置以及和RPS相关部分之间的关系图。
2 维护网络协议的制定
2.1 串口参数的设置及数据包格式
表1所列是对RS-485串口参数进行配置的具体说明。
本文的维护网络协议部分定义了通讯数据包的结构,在数据通讯过程中,发送和接收数据都要以一个完整的数据包进行组织。其数据包结构如图2所示。
2.2 通讯协议
通讯协议部分定义了表2所列的所有通讯服务。在通讯过程中,根据不同的需求,对每类相同或相关数据的交互进行抽象,并把它们定义成若干服务。由于选择其中某些服务的组合可以完成某一项维护功能(例如下装、参数整定和监视)。这样就大大增强了通讯协议的灵活性。
通讯过程采用一对一的”应一答”机制来监控每一包数据的有效性,以达到有效通讯的目的。通讯服务按照角色可分为两类:一类为请求服务;另一类为应答服务。每一个请求服务都可以和一个或几个应答服务相对应,表3所列为请求服务和应答服务的对应关系。
2.3 通讯状态图
使用“状态机”的形式可对通讯过程进行控制和约束,图3给出了通讯过程的总状态图,图4为下装通风状态分图。图5和图6分别为参数整定和监视模块的分状态图。这些图中的“圆圈”表示某个通讯状态,“箭头”表示状态变迁发生的条件或者命令。
3 维护网络的设计与实现
通常可以将SGS封装成动态链接库(SGS.dll)提供给下装、参数整定和监视等应用软件使用(SGS.dll导出一个接口类供应用软件使用),这样做的好处是可将串口通讯的功能进行整合,以达到软件复用之目的。
图7所示为SGS逻辑关系图,通过它可以对通讯任务进行分层处理。图中的数据交互层为SGS.dll的接口类,通过该类可给应用程序提供通讯服务;数据处理层可分析并且存储上行(指RPS控制器到RPS应用软件方向)和下行(指RPS应用软件方向到RPS控制器)的数据;串口通讯层可以用来配置串口资源、控制通讯状态机的跳转、同时可以用来控制数据的接收和发送等。
4 结束语
维护网格是核电站数字化控制保护系统的一个重要组成部分,它作为独立的通讯模块,可为第三方使用提供服务。它不仅具有严格安全的通讯协议,而且结构清晰灵活,与应用程序之间耦合性低,同时易于通讯服务的扩充和软件的复用。