[發(fā)明專利]控制系統(tǒng)虛擬化方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310617081.5
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103631228A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海慧控信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種控制系統(tǒng)虛擬化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用基本分為PLC控制系統(tǒng)和PC-Based控制系統(tǒng)。

PLC生產(chǎn)廠家眾多，每個廠家均有自己的PLC開發(fā)軟件，其思路和開發(fā)方法五花八門，開發(fā)者不得不學(xué)習(xí)各種軟件系統(tǒng)，在PLC硬件控制系統(tǒng)進(jìn)行改動時，原先開發(fā)的程序需要耗費很大的精力才能移植到新的系統(tǒng)上，代價不菲，而且周期長。

PC-Based控制系統(tǒng)同樣面臨硬件系統(tǒng)繁雜的問題，雖然基于Windows平臺，在一定程度上解決了軟件移植性問題，但其對開發(fā)者的要求更高，往往需要開發(fā)者精通數(shù)種開發(fā)語言和工具。

目前傳統(tǒng)的工控系統(tǒng)往往是定制系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家出于對自身利益的保護(hù)，開發(fā)代碼不能互相通用，一旦選定某種硬件平臺，將很難進(jìn)行切換。這給用戶造成了很多的實際困難：

1、開發(fā)成本。由于硬件系統(tǒng)的定制性，開發(fā)人員不得不學(xué)習(xí)和掌握眾多的開發(fā)軟件平臺，并對各控制器的各自特點的用法進(jìn)行深入的研究。花費太多時間在開發(fā)工具上，在真正需要工藝改良提高上的投入時間不足。

2、改型問題。廠家需要根據(jù)市場變化，動態(tài)選擇合適的控制系統(tǒng)以提高競爭力，但控制系統(tǒng)的換型是代價巨大的，原因在于硬件系統(tǒng)沒有互換性，造成了軟件系統(tǒng)無法重用。用戶的選擇被大大的束縛了。

3、時效問題。工業(yè)設(shè)備的使用壽命往往大于工控，當(dāng)控制系統(tǒng)損毀時，該型號的配套元器件已經(jīng)停產(chǎn)或淘汰，用戶不得不進(jìn)行升級改造，投入的軟硬件成本很大，改造周期也很長。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種控制系統(tǒng)虛擬化方法，其特點為：硬件系統(tǒng)軟件化、定制系統(tǒng)通用化、系統(tǒng)移植無縫化；即硬件接口模擬統(tǒng)一，硬件系統(tǒng)模擬統(tǒng)一。

本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)虛擬化方法，使得控制系統(tǒng)的開發(fā)不再受限于具體的硬件系統(tǒng)，大大簡化開發(fā)流程，靈活的適應(yīng)各種不同類型的硬件控制器；且最大程度的提高程序代碼的重復(fù)使用，為企業(yè)累計工藝智慧，尤其在設(shè)備需要進(jìn)行硬件系統(tǒng)改動的情況下，更凸顯本發(fā)明的優(yōu)勢。

本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)虛擬化方法的原理構(gòu)架，如圖1所示：

硬件層：在控制系統(tǒng)中，各種物理量通過真實的、各種規(guī)格的接口與被控制對象鏈接，通常分類為數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等；根據(jù)不同的應(yīng)用場合，其接口規(guī)格也不盡相同。

虛擬層：為使各種不同規(guī)格的PLC控制系統(tǒng)、PC-Based系統(tǒng)以及專用定制系統(tǒng)可以統(tǒng)一，虛擬層定義了統(tǒng)一的接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將真實的硬件接口，分類虛擬化到開發(fā)環(huán)境。

知識層：硬件被抽象到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中后，在其上開發(fā)的系統(tǒng)以數(shù)字化的形式保存起來，供將來使用。

基于上述原理，本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)虛擬化方法通過一下步驟實現(xiàn)：

步驟1、硬件虛擬

用戶在虛擬層中創(chuàng)建新的工程項目，開發(fā)過程中既可以從企業(yè)已有的知識庫中調(diào)用歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)、程序，同時也可以將開發(fā)中的功能、知識模塊等存儲在企業(yè)知識庫中公用。

市場上的硬件系統(tǒng)的種類繁多，分析其控制功能，基本分為數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出及運動控制輸入輸出等幾種形式，硬件的不同體現(xiàn)在電氣接口、機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)等方面。本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)虛擬化方法根據(jù)硬件系統(tǒng)控制功能的工藝含義，將各種硬件系統(tǒng)的接口“虛擬化”為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，針對每一種類型的控制器開發(fā)相應(yīng)的“驅(qū)動”程序?qū)崿F(xiàn)硬件虛擬化。通過該驅(qū)動程序，所有的硬件設(shè)備被虛擬化并封裝在驅(qū)動程序中形成硬件虛擬層。

圖2為硬件數(shù)字量輸入點的虛擬化原理示例圖。

硬件虛擬采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)映射方法。每一種硬件平臺的接口，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存儲位置、使用標(biāo)識均不一樣。本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)虛擬化方法針對不同硬件，由雙向解釋模塊共同組成硬件平臺的驅(qū)動程序：

1）虛擬層服務(wù)程序。常駐虛擬層，是虛擬層的接口守護(hù)程序。用于接收用戶的資源調(diào)用并將其編譯發(fā)往控制器端。

2）控制器服務(wù)程序。常駐于特定硬件控制器，用于接收來自虛擬層的數(shù)據(jù)定義，并將其翻譯成該硬件平臺的可用數(shù)據(jù)及反向數(shù)據(jù)傳輸。該程序并不參與硬件的控制功能，僅做數(shù)據(jù)交互、解析，其功能包括項目的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)維護(hù)；控制系統(tǒng)邏輯、功能設(shè)計；控制系統(tǒng)模擬、調(diào)試和監(jiān)控；功能、工藝知識的數(shù)字化等。

這兩個模塊，通過RS485/CAN/Ethernet等通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，其功能類似于Windows系統(tǒng)的服務(wù)程序。