- 相關推薦
基于RTLinux的實時控制系統
摘要：從技術背景、系統結構、硬件和軟件設計等方面論述了基于RTLinux的閘門實時控制系統的組成、原理以及實現方法，并著重分析了軟件實現的關鍵問題。在水電站閘門控制系統中，設備地理位置分散、控制分散，基于常規繼電器的控制系統不能滿足電廠無人值班控制系統和全廠綜合自動化的要求，必須將智能控制和工業網絡相結合，實現實時控制的同時又能對設備進行智能管理和維護。目前比較常用的控制系統大多由PLC構成，成本較高，缺乏客戶定制的靈活性。本文從系統功能實現和經濟指標兩個方面考慮，半基于RTLinux的控制平臺、工業以太網和數據庫技術引入閘門控制系統。
1 RTLlinux、工業以太網和數據庫
RTLinux是由新墨西大學的Victor Yodaiken等人開發的，現在已有商業化的版本推出。在RTLinux面世之前，Linux在實時性方面作過一些嘗試。
在POSIX1.b中，規定了實時進程的一些標準，但由于Linux內核的不可搶先性，真正的實時進程無法在標準的Linux環境下實現。RTLinux采用簡單而有效的方法解決了此問題而不用重寫Linux內核代碼。RTLinux實現了一個高效的可搶先的實時調度核心，全面接管中斷，并把Linux作為此實時核心的一個優先級最低的進程運行。當有實時任務需要處理時，RTLinux運行實時任務；無實時任務時，RTLinux運行Linux的非實時進程。圖1是RTLinux的結構圖。
為保證實時進程與非實時Linux進程部順序進行數據交換，RTLinux引入了RT-FIFO隊列。RT-FIFO被Linux視為字符設備，最多可達150個，分別命名為/der/rtf0、/dev/rtf1……/dev/rtf63。最大的RT-FIFO數量在系統內核編譯時設定。圖2說明了RT-FIFO的工作原理。
RTLinux程序運行于兩個空間：用戶空間內核態。RTLinux提供了應用程序接口，借助這些API函數將實時處理部分編寫成內核模塊，并裝載到RTLinux內核中，運行于RTLinux的內核態。非實時部分的應用程序則在Linux下的用戶空間中執行，這樣可以發揮Linux對網絡和數據庫的強大支持功能。
TCP/IP協議和以太網在Internet上的成功應用吸引著越來越多控制程師。盡管以太網的時間不確定性給以太網應用于工業控制現場的實時性帶來了很多爭論，但是實際應用中，經網絡傳輸的數據絕大多數用于系統管理和維護等方面，用于實時控制的數據傳輸很少，這也是基于管理集中、控制分散的系統設計策略考慮的。在較高的以太網傳輸速度下，現場智能處理單元的處理速度才是傳輸延遲的主要原因。本系統現場控制單元采用高速處理器，并采用RTLinux作為現場控制單元的控制平臺，直接用以太網傳輸數據，系統的網絡層次減少，信號的傳輸實時性也得到提高。
目前，有許多數據庫開發商提供了Linux平臺上的數據庫軟件，例如Oracle、Sybase、Informix和MYSQL等都推出了Linux版本�；赗TLinux的控制系統在實時控制領域有巨大的潛力。
2 系統組成
本系統分為現場和集中級�，F場控制級由分散在現場的4個現場控制單元控制，分別完成閘門位置、油缸油壓和油路狀態等的采集，現場操作按鈕的監視以及閘門提升和下降的控制等。集中級由集中監控站、維護站組成，分別執行監視、智能維護及診斷等功能。打印機用于數據的硬備份、報表的輸出。系統結構如圖3所示。
2.1 系統硬件構成
在工業控制系統中通常采用PLC作為現場的控制核心。PLC的不足一方面在于其較高的價格，另一方面在于其難以實現非順序控制算法，以及缺乏對TCP/IP靈活的支持。本系統采用嵌入式PC作為控制單元的核心，開發人員可自行開發外圍接口板，根據系統需要靈活組態，既經濟又能使用高級語言開發控制程序。
現場控制閘門的LCU采用相同的硬件配置。CPU板采用研華公司的PCM-5864，CPU的Intel公司的Pentium MMX 166MHz，內存為64MB，以太網接口為10MHz的RTL-8139A。CPU板通過PC104總線與采樣模塊和輸出模塊相連。此外該板上配有顯示、鍵盤和鼠標等標準接口，便于在線修改和檢查程序。硬盤選用容量為4.3GB的筆記本硬盤。
16通道的A/D采樣模塊PCM-3718H完成模擬量的采集，分辨率為12位；16通道的數字I/O模塊PCM-3730用于開關量的采集、控制閘門的啟動和停止。為便于現場巡檢，LCU配有顯示中文信息的LCD模塊MGLS-240128，內置T6963C控制器。系統采用了16端口的HUB。
為保證集中站可靠地工作，集中監控站、集中維護站采用工業PC，配有Intel公司的P處理器，256MB內存和40GB的大硬盤，TCP/IP通信由3COM公司的10/100MbpsPCI網卡3C905C來完成。
2.2 系統軟件構成
系統的軟件也分為兩部分。集中監控站采用Windows2000操作系統，并安裝有MYSQL-3.23.49 for Windows服務器軟件和監控軟件；維護也采用Windows2000操作系統。此外裝有MYSQL的客戶端軟件包和維護及診斷軟件。監控軟件和維護及診斷軟件均用Visual C 開發。
LCU的軟件包括實時Linux操作系統、數據庫客戶端軟件和控制程序。在LCU中，操作系統Redhat6.2經升級和安裝RTLinux后被改造成實時Linux。升級后的核為Linux-2.2.18,RTLinux的版本號為RTLinux2.2 for Linux-2.2.18。數據庫的客戶端程序包為MYSQL-3.23.49RPM�？刂瞥绦虬▽崟r控制程序和非實時程序兩部分。
3 系統設計的關
【基于RTLinux的實時控制系統】相關文章：
工業Ethernet在遠程實時控制系統中的具體應用03-18
基于matlab的節電模糊控制系統03-07
基于WE904的實時圖像無線傳輸設計03-21
基于單片機的實時傳真信息監測系統03-18
基于幀的實時話音變換技術與DSP實現03-07
基于壓鑄機的PLC 控制系統(一)03-07
基于FCS的選礦自動化控制系統設計03-04