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工控机上位无风扇工控机 机软件的开发历程

blog 2020-11-02 11 0

  上位机软件的主要功能是采集各仪器的数据,然后存储起来,并传送到环保局平台。

  刚开始使用的是组态软件(用以显示流程图),然后再开发了报表软件、数据上传软件。因为组态软件使用的是标准Modbus协议,而很多仪器使用的协议根本就是自定义的,所以还要加一个协议转换软件,把各种各样的协议转换成Modbus协议,让组态软件去读。除此之外,我们还希望软件能够开机启动,就增加了延迟启动的第三方软件。

  这样一来,每个站点要安装和部署的软件非常多和杂乱。加上每个站点都有自己的特点,软件出现了大量的版本。有上位机的版本管理、升级维护时,出现了极大的麻烦,管理成本极高。很多时候会有这样一种情况,前面开发的人走了,后面就没有人能维护他的软件了。

  (1)软件集组态、采集、传输、报表、自动启动等功能于一体,一台工控机只有一个上位机软件。

  (2)上位机只有一个版本,所有站点都一样。站点的不同特点通过配置文件来实现,而这个配置文件不随更新而变化。

  仪器是各种功能都有的,我只举我们在环境监测这方面所用到的仪器。我们要测试水是不是有污染物质,污染到什么程度,我们要测试水体的高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮等值。我们的站房有一个后备电源,我们要知道市电是否断电了,是否在用备用电源。我们的站房是有空调的,嵌入式工控机,我希望知道站房的温度和湿度,于是就有了一个温湿度计。我们可能还会有流量计、DTU、数字仪等仪器。这些仪器跟工控机的连接也不尽相同,有的使用串行线,有的使用网线。用网线的仪器,有的作为客户端,有的作为服务端,有的使用UDP。总之,这些仪器的通讯协议是五花八门的,通信链路也是有区别的。

  其实无论仪器有什么功能,工控机对仪器的操作无非就两个:读和写。读的话,可能是读到测量的值、仪器的状态等;写的话,就是启动仪器测量、修改仪器的参数等。而读和写的操作,都是通过发送和接收完成的。虽然通信协议各不相同,但我们总是可以把发送和接收的内容转化为最基础的字节流。要发送怎样的字节流,接收到的字节流如何解释,就要根据仪器的特性去定义了。

  根据这样的特点,我们为所有仪器定义了一个基类,它包含了发送字节流和接收字节流两个方法。而所有仪器类,都继承自这个基类。

  每个仪器特定的类,只需要完成拼装发送的字节流,和解析接收的字节流即可,它不需要理会如何发送和接收。而实际上的发送和接收,我们知道链路是有多种的,如上面提到的串行线和网线。使用哪种方式去传输,我们需要根据仪器的属性去判断。如下图所示的方法,在基类里实现。

  解决了上面仪器类的结构设计以后,我们需要考虑仪器的属性如何表示和存储。我们把所有仪器都称为设备,设备包含以下内容:

  (2)传输方式,以及传输的参数。例如用串口,那应该有串口号、波特率等。如果用网线,应该有IP、端口等。

  (3)使用的通信协议。选定之后,上位机能够找到相应的通信协议类,对字节流进行操作。顺便一说,我们把通信协议类用反射的方法去做,每个协议是一个dll,选择不同的协议即会执行不同的代码。

  没错,说到这里,我们就发现,设备里有一个因子的概念。因子是什么?这个比较难解释。从最原始的因子来看,因子就是仪器的测量值。例如我们有一台温湿度计,它的测量值会有两个,分别是温度和湿度。我们就把温度和湿度作为两个因子。我们对因子的概念进行扩展,把状态也作为因子。例如仪器的工作状态、故障状态,都可以看作是一个个的因子。甚至,我们把控制仪器的命令,也看成是因子。例如是启动测量、更换运行模式,每一个动作都看成是一个因子。这样下来之后,仪器的所有功能,都变成了因子的列表。因子有很多属性,但不是所有因子都一样的。名称是我们想到的唯一一个共性属性。我们在实际的开发过程中,定义了几种因子:

  (1)实际因子:就是测量值。它应该有单位、超标限制、因子地址(Modbus协议)等属性。

  (2)计算因子:跟实际因子类似,只是它不是直接读取仪器值得到的,而是根据实际因子计算出来的。这样的话,计算因子就要有一个表达式的属性,例如是:温度*9/5+32

  (4)反控因子:对仪器的控制命令。可以用一个数字去表示控制的类型,只需要在协议类里面解释清楚即可。

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