专利名称：嵌入式一体化工控机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工控设备，具体涉及嵌入式一体化工控机。
背景技术：
在自动化控制以及商业上的人机交互领域，系统的功能越来越复杂，用户的需求越来越 高，市场上现有通用产品，价格贵，无法完全满足用户个性化定制产品的要求。嵌入式硬件 产品的种类越来越多，功能越来越强，价格越来越低。基于x86、 ARM、 PowerPC等体系的低 价位、低功耗的CPU芯片不断出现。嵌入式操作系统得到不断完善，可靠性、实时性不断提 高，完全满足自动化产品和嵌入式行业应用项目的需求。
但是嵌入式系统使用的门槛较高，通常需要根据不同行业的需要，编制不同的程序才能 实现专用的嵌入式应用系统。
实用新型内容
为了让嵌入式系统能够广泛推广，不需要编程即可快速生成专用的嵌入式应用系统，本 实用新型提供一种嵌入式一体化工控机。
实现上述目的的技术方案为
嵌入式一体化工控机，包括组态嵌入式模块，组态嵌入5^硬件，平台中间件，组件式体 系模块，实时处理调度中心模块，实时数据库模块，嵌入式历史数据库模块，用户操作响应 中心模块，外部数据访问管理中心模块，其中实时处理调度中心模块通过软总线对组态嵌入
式模块进行数据交换；实时数据库模块和嵌入式历史数据库模块有其他模块数据访问的接口； 用户操作响应中心模块与实时处理调度中心模块连接；外部数据访问管理中心模块包含以脚 本语言形式开发的工具；
以上模块经过封装成为一体，封装体外部设有访问接口。
所述的组态嵌入式模块包括中文人机界面，数据库模块，网络模块和通讯模块。 所述的组态嵌入式模块通过以太网或串口与组态嵌入式硬件连接。
3所述的软总线为开放性访问接口和二次开发接口。 所述的访问接口为WEB、 XML和0PC DX接口 。
平台中间件为多种嵌入式CPU、硬件系统和嵌入式操作系统上提供标准访问接口，屏蔽 硬件特性和软件特性，提供方便的移植功能。
组件式体系模块，可根据最终应用的不同，使用裁减后的应用环境，以实现侧重于不同 方面的嵌入式系统，如嵌入式人机界面，实时控制系统等。
实时处理调度中心模块对整个嵌入式组态软件进行实时调度，所有的子模块通过软总线 进行数据交换，以提供最大的扩充灵活性。
用户操作响应中心负责处理用户通过鼠标、键盘、触摸屏等方式的输入，并交由实时处 理调度中心进行处理。
实时数据库模块和嵌入式历史数据库模块保存并处理系统的数据，并提供其他模块数据 访问的标准接口。
外部数据访问管理中心模块为外部访问提供标准的接口，并提供最终用户以脚本语言形 式开发的工具，保证系统扩充的灵活性和简便性，多数的设备驱动程序是通过平台无关的脚 本语言编制。
本实用新型采用以下关键技术，解决了现有技术中的问题。
1)在嵌入环境下实现嵌入式组态软件的完整功能
嵌入式应用环境需要人机界面，数据库系统，存盘系统，网络和通讯等多方面的功能， 并能够针对应用的不同进行灵活的组态设置。但嵌入式系统的内存容量、存]C容量、指令执 行速度等都受到限制、需要软件对资源的利用更加高效，在有限的资源中实现工控组态软件 完整的文件系统、图形界面IDE、网络通信协议栈、系统管理和执行调度等功能的实现。
其难度主要体现在两个方面 一方面是提供什么样的功能集合，以便能够覆盖嵌入式应 用环境所需要的绝大部分功能，又具备方便易用的特性，成为软件预制件。 一般来说，直接 提供最底层的操作系统功能封装，能够最大限度覆盖嵌入式应用系统的功能需求，但是这是 最难以为行业用户所理解和使用。而直接封装程序逻辑，如SCADA系统，数据后处理系统， 能够很方便的为目标行业的用户理解和使用，但对其他非目标行业用户来说，这就变成了毫无意义的功能堆砌封装。对组态逻辑系统进行高度抽象，确实能够同时解决上面两个问题， 但由此带来的组态模型难于理解以及必须通过脚本之类的手段来控制实际运行逻辑，又增大 了用户学习和理解的难度。因此如何平衡以上三类组态功能集合，构成和谐完备的功能集，
是组态软件能否成功的取代硬编码系统的关键；
另一方面是如何设置组态，提供给组态用户一个什么样的组态应用功能模型系统，以便 用户能够灵活的学习，掌握和确定最终嵌入式应用的执行逻辑，保证其性能损失与直接硬编 码的应用系统相比，在可以接受的范围之内。通过精心设计的应用逻辑组态系统，在通常的 组态应用中，此性能损失小于20—30%，这样的性能损失很容易从新的硬件体系得到的性能 提高中获得补偿，同时获得的好处是比硬编码系统快得多的开发速度和可靠性，以及低廉的 开发代价。
2) 嵌入式中间件技术
随着嵌入式系统的不断发展，新的CPU、新的嵌入式硬件会层出不穷；嵌入式操作系统 也会不断增加；通过嵌入式中间件技术，可以最大程度减少软件对硬件和操作系统的依赖性，
提高系统的移植能力，扩大系统的应用范围。
在本系统中的中间件技术，主要应用于消除存储系统，网络系统，GUI系统的平台差异。 因此是作为独立的项目进行开发的。
中间件开发的难度主要来源于CPU平台和操作系统平台的差异性。由于嵌入式软硬件平 台并不像桌面应用平台(Wintel)那样高度一致，其各自的发展程度，成熟程度甚至商品化 程度有非常大的区别。再考虑到操作系统各自的侧重，比如侧重于微内核，或者侧重于多任 务实时响应，或者侧重于小的资源占用，会导致巨大的系统差别。因此必须要对各种操作系 统进行深入的研究，以及辅助开发工作，才能提供给用户平台透明的功能集。
3) 嵌入式组态软件的软总线技术
通过嵌入软总线技术，可以方便用户定制和裁剪，也有利于系统的扩充，为系统的开发 和调试带来方便。新的功能模块的添加，必须能够在不影响原先模块运行机制的情况下进行， 通过软总线策略，可以方便的向系统中挂接和卸载功能模块。是嵌入式组态软件进行行业化 扩充模块开发不可缺少的部分。嵌入式软总线实际上是直接规定了各个模块之间的执行算法逻辑，规定了数据映像和访 问方式。在实际应用时，对于通常的人机界面系统，实时控制系统或者数据库交互系统，实 际上使用的是不同的软总线，因为他们的主要程序驱动逻辑，数据映像有质的不同。当某个 软总线成为主要的程序驱动逻辑时，其他的软总线要么完全卸载，要么作为一个挂在主软总 线下的功能模块内部的数据交换总线，使用一个较低的优先级执行。
4) 嵌入式组态软件的组件式结构体系
组件式结构体系可以配合软总线技术，方便的添加和卸出功能组件。组件的类型有多种， 包括用于数据存盘的组件，用于数据抽象和逻辑配置的组件，以及纯粹的特殊界面显示组件， 特殊算法组件等等。通过配置安装到最终运行环境中的组件，才能用一个系统构造出特性截 然不同的嵌入式系统，如人机界面，实时控制系统，或者电子地图系统等等。
5) 基于WEB、 XML和OPC DX的外部访问接口技术
Internet网络技术应用于嵌入式领域将导致该领域传统运行维护模式的一场变革将 web服务器"植入"嵌入式系统后接入internet可以实现远程实时控制、调节与维护，将克 服传统本地监控维护方式存在的低效率、高成本的缺陷。但是，传统的web技术路线方案不 能直接用于构造嵌入式系统中的web服务器。传统web服务器以具有高运算处理能力和海量 存储容量的工作站或pc机为硬件工作平台，以非实时操作系统为软件工作平台，其上运行的 是大型复杂的服务器程序，服务器的这种高档配置方案对于嵌入式工控系统而言是不现实的 要求。基于嵌入式技术的嵌入式web服务器的技术为解决以上问题开辟了一条崭新途径。
XML提供一种格式来描述结构化数据。允许在任意应用程序和网络中传输结构化数据， 并且可以跨平台地进行数据内容的定义声明。通过XML与WEB方式的整合方案，可简便地实 现嵌入式系统直接接入Internet及XML格式的网络任务请求和处理及任务的XML格式化的永 久性存储。使得嵌入式系统具有更好的扩展性和更强大的远程访问能力。
0PC为工业自动化系统中的各种不同的现场器件之间的通信提供了一个公共接口，为不 同的应用之间交换数据提供了一种标准的机制。OPCDX是OPC的工业以太网扩充版本，定义 了一组工业标准的接口，能在采用不同应用层协议的以太网上所连接的器件和控制器之间， 实现可互操作的数据交换。在嵌入式组态软件中引入OPCDX技术，可能最大范围内提供标准 的访问接口。在嵌入式组态软件中，同时采用多个外部数据访问接口，可以满足不同用户的具体需求， 拓展系统的应用范围，为管控一体化的应用提供了各种可选的标准设备配套终端。
6)基于脚本语言的设备通讯驱动开发技术
通用组态软件都提供了脚本功能，但是目前的组态软件中，脚本功能都是应用在软件的 策略执行等方面，对外部设备的驱动程序，由于需要控制整个通讯应答过程，并进行协议的 编码和解码，因此都采用VB、 VC、 DELra等高级语言编制。 一般用户难以掌握。
而是否能方便的与其他外部设备或计算机系统进行通讯，是嵌入式组态应用能够适应行 业化需求最重要的一个应用门槛。最好能够简单到行业专家自己就能完成，而不需要专门的 计算机人员的程度，因为对于这种设备本身的掌握，行业专家比专门的计算机人员要更为娴 熟。
而脚本程序编写驱动恰恰提供了这样一种可能性。通过运用脚本程序语言，行业专家可 以使用自己能够掌握的脚本语言，根据自己需要，编写与设备或者外部系统通讯中编码和解 码部分的程序，并传送到合适的内存区域，整个通讯应答过程可以由脚本语言控制，也可以 由系统按照预先定义的模版来控制。
本技术中，所有外部设备的驱动程序都是采用与其它策略脚本兼容的脚本语言编写，最 终用户可以直接采用脚本编写其需要的设备驱动程序。这极大地简化了与外部设备通讯的编 程难度，解决了组态软件应用的瓶颈问题。同时，脚本语言的跨平台性，可以使得编制的脚 本驱动程序在多种操作系统下不需编译直接运行，这也直接帮助实现了一次组态，处处运行 的应用目标。
本实用新型的有益效果为
1、 本实用新型的工控机入门简单、功能强大、适用性强、定制能力强，不需编程即可快 速生成嵌入式应用系统。
2、 应用广泛，可应用于工业、环保、建筑、军工等诸多领域。
3、 降低开发成本，通过嵌入式中间技术，可以最大程度减少软件对硬件和操作系统的依 赖性，提高系统的移植能力，扩大系统的应用范围；通过嵌入式软总线技术，可以方便用户 定制和裁剪，也有利于系统的扩充，为系统的开发和调试带来方便。4、 降低维护成本，嵌入式全中文组态软件系统结构的简化性、开放性和对操作系统较低 的依赖性使后期维护工作强度大大降低，因此具有降低维护成本的经济价值。
5、 扩大应用领域，嵌入式全中文组态软件几种体现最新技术的应用，解决了嵌入式应用 系统的开发难度问题，通过扩展到嵌入式领域，为行业化应用提供优越的性能价格比，因此 较大范围的扩充了应用范围也因此具有更大的市场价值。
6、 使用中间件实现平台应用的透明性，使用软总线实现系统扩充架构。
图1为本实用新型嵌入式一体化工控机的结构示意图具体实施方式
图1显示了本实用新型的一种实施例。
嵌入式一体化工控机，包括组态嵌入式模块中文人机界面、数据库模块、网络模块和 通讯模块，组态嵌入式硬件，平台中间件，组件式体系模块，实时处理调度中心模块，实时 数据库模块，嵌入式历史数据库模块，用户操作响应屮心模块，外部数据访问管理中心模块， 其中组态嵌入式模块通过以太网或串口与组态嵌入式硬件连接；实时处理调度中心模块通过 软总线对组态嵌入式模块进行数据交换，软总线为开放性访问接口和二次开发接口；实时数 据库模块和嵌入式历史数据库模块有其他模块数据访问的接口；用户操作响应中心模块与实
时处理调度中心模块连接；外部数据访问管理中心模块包含以脚本语言形式开发的工具；
以上模块经过封装成为一体，封装体外部设有访问接口 WEB、 XML和0PC DX接口。
平台中间件为多种嵌入式CPU、硬件系统和嵌入式操作系统上提供标准访问接口，屏蔽 不同硬件的差异性和操作系统特性，提供方便的移植功能。
组件式体系模块，可根据最终应用的不同，使用裁减后的应用环境，以实现侧重于不同 方面的嵌入式系统，如嵌入式人机界面，实时控制系统等。
实时处理调度中心模块对整个嵌入式组态软件进行实时调度，所有的子模块通过软总线 进行数据交换，以提供最大的扩充灵活性。
用户操作响应中心负责处理用户通过鼠标、键盘、触摸屏等方式的输入，并交由实时处
8理调度中心进行处理。
实时数据库模块和嵌入式历史数据库模块保存并处理系统的数据，并提供其他模块数据 访问的标准接口。
外部数据访问管理中心模块为外部访问提供标准的接口，并提供最终用户以脚本语言形 式开发的工具，保证系统扩充的灵活性和简便性，多数的设备驱动程序是通过平台无关的脚 本语言编制。
请仔细核对以上技术方案撰写的是否正确，另外请核对说明书附图的连接关系是否正确， 如不正确请修改。
权利要求1、嵌入式一体化工控机，其特征为包括组态嵌入式模块，组态嵌入式硬件，平台中间件，组件式体系模块，实时处理调度中心模块，实时数据库模块，嵌入式历史数据库模块，用户操作响应中心模块，外部数据访问管理中心模块，其中实时处理调度中心模块通过软总线对组态嵌入式模块进行数据交换；实时数据库模块和嵌入式历史数据库模块有其他模块数据访问的接口；用户操作响应中心模块与实时处理调度中心模块连接；外部数据访问管理中心模块包含以脚本语言形式开发的工具；以上模块经过封装成为一体，封装体外部设有访问接口。
2、 根据权利要求1所述的嵌入式一体化工控机，其特征为所述的组态嵌入式模块包括 中文人机界面，数据库模块，网络模块和通讯模块。
3、 根据权利要求1所述的嵌入式一体化工控机，其特征为所述的组态嵌入式模块通过以 太网或串口与组态嵌入式硬件连接。
4、 根据权利要求1所述的嵌入式一体化工控机，其特征为所述的软总线为开放性访问接 口和二次开发接口。
5、 根据权利要求1所述的嵌入式一体化工控机，其特征为所述的访问接口为WEB、 XML 和0PC DX接口。
6、 根据权利要求1所述的嵌入式一体化工控机，其特征为平台中间件为多种嵌入式CPU、 硬件系统和嵌入式操作系统上提供标准访问接口 。
专利摘要本实用新型嵌入式一体化工控机，涉及工控设备。现有的嵌入式系统使用的门槛较高，通常需要根据不同行业的需要，编制不同的程序才能实现专用的嵌入式应用系统。本实用新型提供嵌入式一体化工控机，包括组态嵌入式模块，组态嵌入式硬件，平台中间件，组件式体系模块，实时处理调度中心模块，实时数据库模块，嵌入式历史数据库模块，用户操作响应中心模块，外部数据访问管理中心模块，以上模块经过封装成为一体，封装体外部设有访问接口。本实用新型不需要编程即可快速生成专用的嵌入式应用系统。
文档编号G05B19/02GK201237713SQ200820132829
公开日2009年5月13日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年8月6日
发明者刘志军 申请人:北京昆仑通态自动化软件科技有限公司