本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于組態(tài)元件的分布式控制器之間的數(shù)據(jù)共享方法。

背景技術(shù)：

復(fù)雜工業(yè)控制系統(tǒng)通常采用分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將現(xiàn)場(chǎng)傳感器、控制器及執(zhí)行器有效地集合，使得區(qū)域內(nèi)不同地址的工作站之間可以實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)同操作。由于復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題復(fù)雜、控制器節(jié)點(diǎn)繁多，如何利用分布式通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)地域上分布的各個(gè)物理控制單元之間信息和控制信號(hào)的有效共享是該領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)重要問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，現(xiàn)有的控制系統(tǒng)往往出于用戶友好界面的考慮，會(huì)將數(shù)據(jù)共享的代碼任務(wù)屏蔽掉，僅為工程師提供控制應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的功能。然而隨著控制系統(tǒng)功能日趨復(fù)雜化、并行程序開(kāi)發(fā)等新需求的出現(xiàn)，控制工程師們所關(guān)心的問(wèn)題已發(fā)生了轉(zhuǎn)變，他們不僅僅關(guān)心控制算法的設(shè)計(jì)和組態(tài)等控制應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，也極其注重復(fù)雜控制程序的數(shù)據(jù)同步及其通信效率。

對(duì)于分布式控制器之間的數(shù)據(jù)共享，現(xiàn)有技術(shù)中控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商所提供的組態(tài)軟件工具通常使用廣播通信的技術(shù)手段對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)控制器間的所有全局變量及其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)同步更新，這種方式的主要缺點(diǎn)在于：

1、存在許多不必要的網(wǎng)絡(luò)通信，特別是針對(duì)復(fù)雜的控制任務(wù)和并行的控制任務(wù)，大規(guī)?？刂乒?jié)點(diǎn)間不當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)共享后所帶來(lái)的問(wèn)題是數(shù)據(jù)傳輸量增加導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時(shí)延增大，進(jìn)而造成系統(tǒng)整體控制性能下降，實(shí)時(shí)性降低，甚至影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2、數(shù)據(jù)共享的功能模塊已預(yù)先集成在組態(tài)軟件中，工程師只能通過(guò)指定特定的網(wǎng)段或控制器節(jié)點(diǎn)的IP地址來(lái)介入數(shù)據(jù)共享配置，其操作自主程度和靈活性仍不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種基于組態(tài)元件的分布式控制器之間的數(shù)據(jù)共享方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中工程師難以靈活配置分布式控制器之間的數(shù)據(jù)共享策略，以及控制器間的數(shù)據(jù)共享對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、控制器性能影響大的技術(shù)問(wèn)題；有效地提高控制器間數(shù)據(jù)共享的靈活程度，也可減少不必要的數(shù)據(jù)共享對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、控制器性能的影響。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于組態(tài)元件的分布式控制器之間的數(shù)據(jù)共享方法，在各個(gè)分布式控制器內(nèi)設(shè)置共享內(nèi)存，通過(guò)共享元件，判定哪些數(shù)據(jù)進(jìn)入共享內(nèi)存，并與其他分布式控制器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步；所述共享元件直接與分布式控制器IO通道關(guān)聯(lián)，共享元件的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)分布式控制器指定的共享內(nèi)存區(qū)域；共享元件通過(guò)圖形元件有序連接的方式，直接參與控制邏輯的組態(tài)編程過(guò)程，共享元件的實(shí)時(shí)值動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)在組態(tài)畫(huà)面中，通過(guò)共享元件實(shí)現(xiàn)對(duì)指定共享數(shù)據(jù)的獲取和輸出，且共享數(shù)據(jù)透明，能在線監(jiān)測(cè)；每個(gè)分布式控制器節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)通過(guò)廣播通信的方式同步到其他節(jié)點(diǎn)中對(duì)應(yīng)的共享內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)。

進(jìn)一步的，所述組態(tài)元件是執(zhí)行模擬量或邏輯量操作的控制功能模塊，多個(gè)元件之間的有序連接形成系統(tǒng)的邏輯組態(tài)程序，不同類(lèi)型的元件通過(guò)元件符號(hào)標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分，多個(gè)同類(lèi)型的元件通過(guò)元件下標(biāo)號(hào)來(lái)區(qū)分；所述組態(tài)元件包括輸入元件、輸出元件、策略元件以及共享元件；所述輸入元件、輸出元件、策略元件用于編寫(xiě)常規(guī)的邏輯組態(tài)程序；所述共享元件包括共享輸入元件和共享輸出元件。

進(jìn)一步的，所述共享輸入元件和共享輸出元件：均包括模擬量輸入/輸出元件、數(shù)字量輸入/輸出元件、中間模擬量輸入/輸出元件和中間數(shù)字量輸入/輸出元件；所述中間模擬量/數(shù)字量輸入元件位于輸入側(cè)，可將內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞至策略元件或輸出元件；所述中間模擬量/數(shù)字量輸出元件位于輸出側(cè)，用于讀取和存儲(chǔ)中間邏輯的計(jì)算結(jié)果；所述共享輸入元件和共享輸出元件：均能加入到邏輯組態(tài)畫(huà)面中參與邏輯組態(tài)程序的編輯；邏輯組態(tài)程序運(yùn)行時(shí)，均能在組態(tài)畫(huà)面中動(dòng)態(tài)地顯示自身的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；在邏輯組態(tài)的過(guò)程中，同類(lèi)的元件都會(huì)自動(dòng)地生成唯一的下標(biāo)號(hào)。

進(jìn)一步的，所述共享輸入/輸出元件是與工業(yè)控制系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)控制器的IO通道關(guān)聯(lián)，并與控制器中特定的物理共享內(nèi)存地址相對(duì)應(yīng)；通過(guò)共享輸入/輸出元件，操作人員能自主地選擇特定的數(shù)據(jù)載入共享內(nèi)存，并與其他分布式控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述共享輸入/輸出元件與普通的輸入/輸出元件在內(nèi)存分配存儲(chǔ)上按照分區(qū)的方式進(jìn)行管理和區(qū)分，每個(gè)分區(qū)在控制器內(nèi)存中均有開(kāi)辟對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域與之對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步的，控制器層中多個(gè)分布式控制器間的數(shù)據(jù)共享方式如下：對(duì)每個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)配置全局共享內(nèi)存區(qū)域，所述全局共享內(nèi)存區(qū)域包含所有分布式控制器節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)信息，即每個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)的全局共享區(qū)既包含本地節(jié)點(diǎn)提供的共享數(shù)據(jù)，也包含源自其他節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)；

采用物理內(nèi)存統(tǒng)一編址的方式，對(duì)所有分布式控制器的全局共享內(nèi)存空間進(jìn)行定義；所述共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)同步策略是各個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)采用廣播通信的方式，同步到其他節(jié)點(diǎn)中共享內(nèi)存區(qū)相應(yīng)的物理內(nèi)存地址上，同時(shí)執(zhí)行周期性數(shù)據(jù)刷新操作。

進(jìn)一步的，所述方法中共享數(shù)據(jù)是通過(guò)共享輸入元件從對(duì)應(yīng)分布式控制器的共享內(nèi)存中獲取，具體為：S1、編輯邏輯組態(tài)程序，確定需要接收共享數(shù)據(jù)的組態(tài)元件M；

S2、采用圖形元件有序連接的組態(tài)方式，拖動(dòng)共享輸入元件到邏輯組態(tài)畫(huà)面，連接到所述組態(tài)元件M中；

S3、配置所述共享輸入元件的關(guān)聯(lián)信息，鏈接到對(duì)應(yīng)的控制器指定的共享內(nèi)存地址上；

S4、運(yùn)行邏輯組態(tài)程序，從所述指定的共享內(nèi)存地址處周期性地讀取實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)地更新到邏輯組態(tài)畫(huà)面中，并將其實(shí)時(shí)值顯示在共享輸入元件的一側(cè)。

進(jìn)一步的，所述方法中共享數(shù)據(jù)是通過(guò)共享輸出元件寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)分布式控制器的共享內(nèi)存相應(yīng)區(qū)域，具體為：S1、編輯邏輯組態(tài)程序，選擇需要共享數(shù)據(jù)的組態(tài)元件N，將其輸出數(shù)據(jù)作為共享數(shù)據(jù)；

S2、采用圖形元件有序連接的組態(tài)方式，拖動(dòng)共享輸入元件到邏輯組態(tài)畫(huà)面，連接到所述組態(tài)元件N中；

S3、配置共享輸出元件的關(guān)聯(lián)信息，鏈接到對(duì)應(yīng)控制器指定的共享內(nèi)存地址上；

S4、運(yùn)行邏輯組態(tài)程序，將共享輸出元件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送并存儲(chǔ)到所述指定的共享內(nèi)存地址；

S5、將所述指定的共享內(nèi)存地址中的共享數(shù)據(jù)周期性地同步到其他控制器節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、工程師能夠自主地決定哪些控制器、哪些數(shù)據(jù)參與分布式數(shù)據(jù)共享，從而有效地避免因不當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)共享所造成的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增大、控制性能顯著降低等問(wèn)題；

2、數(shù)據(jù)共享操作簡(jiǎn)單靈活，符合工程師的組態(tài)編程習(xí)慣，并且通信數(shù)據(jù)高度透明，可視化程度高，支持在線監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的分布式控制器間的數(shù)據(jù)共享方法的原理圖。

圖2為本發(fā)明共享數(shù)據(jù)的獲取方法流程示意圖。

圖3為本發(fā)明共享數(shù)據(jù)的輸出方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1至圖3所示，一種基于組態(tài)元件的分布式控制器之間的數(shù)據(jù)共享方法，在各個(gè)分布式控制器內(nèi)設(shè)置共享內(nèi)存，通過(guò)共享元件，判定哪些數(shù)據(jù)進(jìn)入共享內(nèi)存，并與其他分布式控制器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步；所述共享元件直接與分布式控制器IO通道關(guān)聯(lián)，共享元件的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)分布式控制器指定的共享內(nèi)存區(qū)域；共享元件通過(guò)圖形元件有序連接的方式，直接參與控制邏輯的組態(tài)編程過(guò)程，共享元件的實(shí)時(shí)值動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)在組態(tài)畫(huà)面中，通過(guò)共享元件實(shí)現(xiàn)對(duì)指定共享數(shù)據(jù)的獲取和輸出，且共享數(shù)據(jù)透明，能在線監(jiān)測(cè)；每個(gè)分布式控制器節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)通過(guò)廣播通信的方式同步到其他節(jié)點(diǎn)中對(duì)應(yīng)的共享內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)。

本發(fā)明的一種面向組態(tài)數(shù)據(jù)的共享元件的設(shè)計(jì)方法，用于連接用戶編寫(xiě)的控制邏輯和所對(duì)應(yīng)的控制器的共享內(nèi)存。

具體功能特征如下：

1、所述組態(tài)元件是執(zhí)行模擬量或邏輯量操作的控制功能模塊，多個(gè)元件之間的有序連接形成系統(tǒng)的邏輯組態(tài)程序，不同類(lèi)型的元件通過(guò)元件符號(hào)標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分，多個(gè)同類(lèi)型的元件通過(guò)元件下標(biāo)號(hào)來(lái)區(qū)分。所述組態(tài)元件包括輸入元件、輸出元件、策略元件和共享元件。所述輸入元件、輸出元件、策略元件用于編寫(xiě)常規(guī)的邏輯組態(tài)程序。所述共享元件是一種特殊的組態(tài)元件，包括共享輸入元件和共享輸出元件。

2、所述共享輸入/輸出元件和普通的輸入/輸出元件的相同點(diǎn)：

①均包括模擬量輸入/輸出元件、數(shù)字量輸入/輸出元件、中間模擬量輸入/輸出元件和中間數(shù)字量輸入/輸出元件；所述中間模擬量/數(shù)字量輸入元件位于輸入側(cè)，可將內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞至策略元件或輸出元件；所述中間模擬量/數(shù)字量輸出元件位于輸出側(cè)，用于讀取和存儲(chǔ)中間邏輯的計(jì)算結(jié)果。

②均可加入到邏輯組態(tài)畫(huà)面中參與邏輯組態(tài)程序的編輯；

③邏輯組態(tài)程序運(yùn)行時(shí)，均可在組態(tài)畫(huà)面中動(dòng)態(tài)地顯示自身的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

④在邏輯組態(tài)的過(guò)程中，同類(lèi)的元件都會(huì)自動(dòng)地生成唯一的下標(biāo)號(hào)；

例如，第101號(hào)加法運(yùn)算器元件可表示為ADD 101，其對(duì)應(yīng)的控制器也將為其分配相應(yīng)的內(nèi)存空間。

3、所述共享輸入/輸出元件和普通的輸入/輸出元件的不同之處在于：

①所述普通的輸入/輸出元件是與系統(tǒng)工藝設(shè)備對(duì)應(yīng)的IO數(shù)據(jù)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，負(fù)責(zé)從現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備或設(shè)備仿真模型中讀取/輸出實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)，該部分?jǐn)?shù)據(jù)并不完全參與分布式控制器的數(shù)據(jù)共享；

②所述共享輸入/輸出元件是與系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)控制器的IO通道關(guān)聯(lián)，并與控制器中特定的物理共享內(nèi)存地址相對(duì)應(yīng)。通過(guò)共享輸入/輸出元件，工程師可以自主地選擇特定的數(shù)據(jù)載入共享內(nèi)存，并與其他分布式控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

③所述共享輸入/輸出元件與普通的輸入/輸出元件在內(nèi)存分配存儲(chǔ)上按照分區(qū)的方式進(jìn)行管理和區(qū)分，每個(gè)分區(qū)在控制器內(nèi)存中均有開(kāi)辟對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域與之對(duì)應(yīng)。

例如，可以將所有的輸入/輸出元件按照A-Z 26個(gè)字母符號(hào)進(jìn)行分區(qū)，并指定S區(qū)為共享輸入/輸出元件的存儲(chǔ)區(qū)域，其余分區(qū)用于存儲(chǔ)普通的輸入/輸出元件相應(yīng)的數(shù)據(jù)，可提供S區(qū)數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)共享。進(jìn)一步的，AO 003可以用于表示第003號(hào)普通的模擬量輸出元件；AOS 005可以用于表示第005號(hào)S區(qū)模擬量輸出元件，即第005號(hào)模擬量共享輸出元件。

(二)、本發(fā)明提供的基于組態(tài)元件的分布式控制器之間的數(shù)據(jù)共享方法，另一主要特征在于：采用圖形元件有序連接的組態(tài)方式，通過(guò)共享輸入和輸出元件實(shí)現(xiàn)對(duì)指定共享數(shù)據(jù)的獲取和輸出，且共享數(shù)據(jù)透明可見(jiàn)，能夠在線監(jiān)測(cè)。

具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

1、本發(fā)明中控制器層多個(gè)分布式控制器間的數(shù)據(jù)共享方法如下：

①對(duì)每個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)配置全局共享內(nèi)存區(qū)域，所述全局共享內(nèi)存區(qū)域包含所有分布式控制器節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)信息，即每個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)的全局共享區(qū)既包含本地節(jié)點(diǎn)提供的共享數(shù)據(jù)，也包含源自其他節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)。

②采用物理內(nèi)存統(tǒng)一編址的方法，對(duì)所有分布式控制器的全局共享內(nèi)存空間進(jìn)行定義。

③所述共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)同步策略是各個(gè)控制器節(jié)點(diǎn)的共享數(shù)據(jù)采用廣播通信的方式，同步到其他節(jié)點(diǎn)中共享內(nèi)存區(qū)相應(yīng)的物理內(nèi)存地址上，同時(shí)執(zhí)行周期性數(shù)據(jù)刷新操作。

2、本發(fā)明中指定共享數(shù)據(jù)是通過(guò)共享輸入元件從對(duì)應(yīng)控制器的共享內(nèi)存中獲取的。

具體步驟方法如下：

S1、編輯邏輯組態(tài)程序，確定需要接收共享數(shù)據(jù)的組態(tài)元件M；

以圖1為例，策略元件B’001即為待接收共享數(shù)據(jù)的組態(tài)元件。

S2、采用圖形元件有序連接的組態(tài)方式，拖動(dòng)共享輸入元件到邏輯組態(tài)畫(huà)面，連接到所述組態(tài)元件M中；

S3、配置所述共享輸入元件的關(guān)聯(lián)信息，鏈接到對(duì)應(yīng)的控制器指定的共享內(nèi)存地址上；

以圖1為例，將工作站K中的共享輸入元件“SI 001”關(guān)聯(lián)到控制器節(jié)點(diǎn)K上節(jié)點(diǎn)1所對(duì)應(yīng)的共享內(nèi)存地址，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器節(jié)點(diǎn)1共享數(shù)據(jù)的共享配置；

S4、運(yùn)行邏輯組態(tài)程序，從所述指定的共享內(nèi)存地址處周期性地讀取實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)地更新到邏輯組態(tài)畫(huà)面中，并將其實(shí)時(shí)值顯示在共享輸入元件的一側(cè)。

3、本發(fā)明中指定共享數(shù)據(jù)是通過(guò)共享輸出元件寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)控制器的共享內(nèi)存相應(yīng)區(qū)域的。

具體步驟方法如下：

S1、編輯邏輯組態(tài)程序，選擇需要共享數(shù)據(jù)的組態(tài)元件N，將其輸出數(shù)據(jù)作為共享數(shù)據(jù)；

S2、采用圖形元件有序連接的組態(tài)方式，拖動(dòng)共享輸入元件到邏輯組態(tài)畫(huà)面，連接到所述組態(tài)元件N中；

以圖1為例，策略元件B 001和輸入元件D’002即為提供共享數(shù)據(jù)的組態(tài)元件。

S3、配置共享輸出元件的關(guān)聯(lián)信息，鏈接到對(duì)應(yīng)控制器指定的共享內(nèi)存地址上；

以圖1為例，將工作站1中的共享輸出元件“SO 001”關(guān)聯(lián)到控制器節(jié)點(diǎn)1中用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)1共享數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)策略元件B 001數(shù)據(jù)的共享配置；將工作站K中的共享輸出元件“SO’002”關(guān)聯(lián)到控制器節(jié)點(diǎn)K中用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)K共享數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入元件D’002數(shù)據(jù)的共享配置。

S4、運(yùn)行邏輯組態(tài)程序，將共享輸出元件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送并存儲(chǔ)到所述指定的共享內(nèi)存地址；

S5、將所述指定的共享內(nèi)存地址中的共享數(shù)據(jù)周期性地同步到其他控制器節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域。

總之，本發(fā)明不僅繼承了廣播通信數(shù)據(jù)同步方法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述不足。該方法中不同物理控制器間的數(shù)據(jù)共享策略是通過(guò)組態(tài)元件的方式在上位機(jī)中操作實(shí)現(xiàn)的，工程師能夠更加自主地決定信息共享策略，選擇指定的數(shù)據(jù)在多控制器節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這種方式不僅可以有效地提高控制器間數(shù)據(jù)共享的靈活程度，也可減少不必要的數(shù)據(jù)共享對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、控制器性能的影響。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而不是用于對(duì)本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。