基于c-s架构的嵌入式监控组态外设扩展机制研究与应用

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1、基于C/S架构的嵌入式监控组态外设扩展机制研究与应用摘要：针对现有组态软件外设接口单一、扩展困难等问题，结合嵌入式设备资源有限、实时性要求高等特点，提出一套基于客户端/服务器(Client/Server,C/S)架构的嵌入组态软件外设扩展机制，对其客户端、服务器端和传输协议等关键技术进行重点介绍。通过使用即插即用的服务器端和客户端对外设变量和组态变量进行管理，实现组态与外设交互。通过将其应用于监控组态软件开发，证明该方法具有可行性，能有效解决传统方法中的资源浪费问题，灵活性好，稳定性高。关键词：嵌入式组态软件；设备扩展；客户端；服务器DOID

2、OI：10.11907/rjdk.151498中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：16727800(2015)006004704作者简介作者简介：熊俊(1983-)，男，江西萍乡人，硕士，三一智能控制设备有限公司嵌入式软件所所长、中级工程师，研究方向为组态软件开发、嵌入式软件开发、工程机械智能化；吴丹(1985-)，女，湖南衡阳人，硕士，三一智能控制设备有限公司中级工程师，研究方向为显示组态、嵌入式软件技术；李智勇(1983-)，男，湖南郴州人，三一智能控制设备有限公司中级工程师，研究方向为嵌入式软件技术。0引百嵌入式组态软件(Em

3、beddedConfigurationSoftware,ECS)因其友好的人机交互界面和强大的通信功能，已广泛应用于控制系统的实时监控中；嵌入式设备资源有限、实时性要求高，但数据处理能力较弱，计算能力差，难以实现复杂控制策略［1］。现有监控系统中，复杂计算和控制等功能主要由控制器、工控机等外设协助完成。现有组态软件外设接口单一，常采用直接固化外设驱动或通过标准数据访问机制(如0PC协议)实现组态软件［2］与外设通信。前者可扩t性不强；后者为兼顾大部分领域开发需求，功能较多，所耗资源大，不适合嵌入式显示设备低处理能力、低内存配置应用。因此，如何

4、通过一种方便快捷的方式，实现嵌入式组态软件与外部设备之间的数据交互，是嵌入式组态软件开发领域急待解决的技术问题。本文提出一套基于客户端/服务器架构的嵌入组态软件外设扩展机制，简称为C/S外设扩展(C/Speripheralexpansion,CSPE)。引入客户端、服务器端思想分别对组态变量和外设变量进行管理［3］，通过以太网等通信协议，实现组态软件与外设资源共享，以达到外部设备在组态软件中的真正的即插即用。通过其在某工程机械监控软件中的应用，证明此方法可行，有效解决了嵌入式组态软件外设扩展难，通用性差等问题。1体系结构与原理首先介绍使用此协

5、议的嵌入式组态软件（EmbeddedConfigurationSoftware，ECS）和对应的外部设备。ECS由开发环境和运行环境两部分构成，开发环境主要包括组态的应用界面开发的图形编辑器和脚本编辑器；运行环境相对复杂，主要部分为实时数据库、外部设备驱动等[4]。用户在开发环境组态目标图形系统，加载外部设备变量描述文件、编辑控制脚本，编译成工程资源描述信息后下载至运行环境，运行环境加载工程资源描述信息后将其解析，根据目标图形系统实时显示工业现场信息。外部设备是指与ECS运行设备（如显示屏）交换数据的设备，如控制器等。CSPE主要包括CSPE

6、服务器端、CSPE变量客户端及CSPE通讯协议三大模块，各部分功能相对独立又相互协作，形成统一整体。基本架构如图1所示。CSPE服务端作为一个独立进程运行于外部设备（如控制器），主要完成两个方面工作：向上为CSPE客户端提供变量访问接口，向下完成变量数据获取。CSPE客户端包括变量信息获取和变量值获取两个模块，前者独立于ECS开发环境和运行环境，主要完成外设变量信息（设变量名、变量索引、变量值等）的获取和变量描述文件的生成。后者作为ECS运行环境中设备驱动的一部分，用于完成显示设备与外设的变量值交互。CSPE协议包括变量信息访问与变量值访问协

7、议，分别与客户端的变量信息获取和变量值获取对应。CSPE客户端与服务器端数据交互过程如下：①CSPE客户端向CSPE服务器端发出变量获取请求；②CSPE服务器端通过预留的变量操作接口遍历内部变量管理组，并通过CSPE通讯协议将变量属性信息（变量名、变量类型等）输出给CSPE客户端；③客户端生成组态开发环境需要的变量描述文件，对需此设备进行通信的组态工程，用户在组态开发环境中导入INI文件后，即可在项目中使用对应的外设变量，从而实现外设真正即插即用。组态软件开发环境编译生成工程资源描述信息后通过以太网下载至运行环境，运行环境加载工程资源描述信息

8、后将其解析，CSPE客户端根据需求，向位于外设的CSPE服务器端发送读写变量请求，CSPE服务器收到请求后，完成外设变量相应读写操作。2CSPE关键技术与实现2.1