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1、收稿日期：!#$%$#&作者简介：辛勇军（#&()*），男，硕士研究生 采用操作系统设备管理模式的监控系统设计辛勇军#李咸善#胡翔勇#林天宝!（#三峡大学 水电站仿真实验室，湖北 宜昌+%!；!武汉大学 电气工程学院，武汉+%(!）摘要：介绍了计算机操作系统中的设备管理体系，指出这是一个面向对象的开放系统 借鉴操作系统中这种设备管理的方法，设计了一个简单的发电厂监控系统模型 关键词：操作系统；设备驱动程序；监视与控制；面向对象中图分类号：,-)!#),.%#)文献标识码：/文章编号：#($(0#（!#）%$!0$+用过-12345467 的用户都能体会到在 8439 中使用打印机的便利，一个打
2、印对话框，一些选项，再按一下确定按纽，就可以打印出符合格式要求的文档，而且安装一台打印机是非常方便的 同样，用过多媒体播放器的用户都能体会到操作音箱的便利 按一些按钮，选择一些选项，就可以设置音箱，如调节音量，使用左声道、右声道、立体声等 只要先把声卡安装好，音箱的线接好，再在操作系统中安装声卡驱动程序，就可以让音箱工作起来 在同一台计算机中，可以使用不同厂家的声卡、声卡驱动程序 显然，在计算机上安装外设是方便的，使用外设也是方便的 那么，在电厂的监控系统中，能不能做到操作发电机就像在计算机上操作音箱那样简单，扩展一台发电机就像在计算机上安装一个声卡那样简单，不仅能安装这个厂家的发电机，还能安
3、装那个厂家的发电机 基于这些问题，本文借鉴操作系统的设备管理方法来设计电厂的数据采集与监控系统!操作系统中的设备管理系统及其分析!，!#!操作系统中的设备管理系统图#用户与外设的通信图#说明了用户进程和外设之间的通信 当用户要操作一个外设时，用户应用程序进程.通过使用操作系统内核提供的系统调用接口，告诉操作系统用户的请求，内核的:;子系统将接受这些请求，然后:;:?操作系统中，有一个设备开关表，它是一个数据结构 设备开关表分为两类，9AB5C 开关表用于块设备，29AB5A 开关表用于字符设备 操作系统内核为两种开关表各维护一个独立的结构体数组，每个设备驱动程序在相应的数组中，对应于一个数组元
4、素，即一个开关表 典型的开关表数据结构如下：573D27 9AB5C1E7（!9$4FAE）（）；万方数据!#（!$%&()*）（）；!#（!$%)#+,#*-.）（）；!#（!$%)!/*）（）；!#（!$%01,#）（）；2$*3)4 ；开关表定义的是抽象的接口，是所有设备驱动程序的共同标准，驱动程序是遵循这个标准的一个具体实现 5 不同的设备有不同的实现方法，但对外提供的接口都是开关表中所定义的那样 5 如果操作系统想在某个设备上完成某个动作，它先在开关表数组中定位该设备的驱动程序，再调用相应的驱动程序的函数，由驱动程序的函数去与设备控制器中的控制状态寄存器进行数据通信，由设备控制器根据
5、控制状态寄存器中的内容去操作具体的设备，从而完成指定的动作 5!#操作系统中的设备管理系统是开放的面向对象的系统设备开关表相当于类，驱动程序是设备开关表的具体实现，是这个类的对象 5 从计算机操作系统的角度看外设、设备控制器、驱动程序，看到的只是驱动程序的对外接口，看不到具体的设备，看不到驱动程序具体实现，这就是对象封装的特点，因此说这是一个面向对象的系统 5同时这也是一个开放的系统 56777 8 9:;工作组制定的 8 9:;?:标准中指出，一个开放系统具有这样的能力，使其运行在多厂家的计算机系统上；实现对其他开放系统的互操作（包括远程应用）；为用户接口提供一致的工作方式 5 这一定义强调
6、了开放系统中软件接口的标准化和具有融入第三方软件及硬件的能力 5 操作系统可以方便地使用各种厂家的外设和设备驱动程序，融入第三方硬件和软件的能力也是显然的 5 因此操作系统的设备管理系统是开放的面向对象的系统 5#借鉴设备管理模式设计电厂监控系统#!发电厂监控系统的设计图 基于设备管理模式的监控系统中数据通信图借鉴操作系统中的设备管理模式，从总体的角度设计发电厂数据采集与监控系统的模型，如图 所示 5发电厂监控系统的模型和操作系统的设备管理系统是相对应的：各种对象的现场设备集对应于计算机的外设；各种对象的对象控制单元对应于计算机中的设备控制器或适配器；各种对象对应于计算机中设备的驱动程序；发电
7、厂的监控程序对应于用户进程 55959各种对象的现场设备集设计基于设备管理模式的发电厂监控系统，采用了面向对象技术 5 因此，首先就是要划分类，然后定义类 5本文只定义了一二个类来说明设计思想 5对象就是一个封装的整体，它有两个方面的含义：硬件和软件 5 监控系统中的对象，硬件上指现场设备集，软件上指用程序语言对硬件对象的描述 5 如发电机对象的现场设备集包括了发电机、励磁系统、调速系统、继电保护系统等，这样做的好处就是让所有和发电机紧密相关的操作都封装在发电机一个对象中 5 同样，变压器对象的现场设备集包括了变压器、调变比机构、继电保护系统等 5595对象控制单元的功能对象控制单元对应于计算
8、机中的适配器，它的功能和适配器也有许多相似的地方 5 在计算机中，设备控制器的功能有：（9）接收和识别命令 5A8B 可以向控制器发送多种不同的命令，设备控制器应能接收并识别它们 5（）数据交换 5 指 A8B 与控制器之间和控制器与设备之间的数据交换，以及设备状态的了解和报告 5 控制器应记录设备的状态供 A8B 查询 5 为此，控制器中应有状态寄存器 5对象控制单元的功能有：C三 峡 大 学 学 报（自 然 科 学 版）:9 年 D 月万方数据（!）接收和执行指令 接收监控站发来的指令，并对指令进行解释，然后控制现场的执行机构，完成指定的功能（#）采集和发送数据 对象控制单元应能采集现场设
9、备集的实时数据，并把数据发送给监控站（$）为了在现场对设备进行监视与控制，对象控制单元应具有本地监视与控制的功能#!$对象这里说的对象是软件层次上的对象，对应于计算机中的设备驱动程序 驱动程序向操作系统提供一个操作外设的接口，具体实现各种操作设备的功能，以及操作系统隐藏接口 对象也是这样，对象向监控系统提供操作现场设备的接口，如发电机对象将向监控程序提供发电机调节有功功率的接口，调节无功功率的接口等，并实现接口的功能 下面举个发电机对象定义的例子（用%&语言描述）：()*%+,-,.)/0.123(4：5 5 0-*/.2/0.%+,-,.)/0.（）；%+,-,/)/0.（）；5 5 6,/
10、708*9048 06:8;2*/（=(0)/=04-/,.）；5 5发送调节有功功率的指令4-/06?2-/01+,-,.)/0.（300(?2-/01）；5 5发送发电机投入运行、停机指令300(02/A,61（）；5 5监视发电机轴承温度9048:().6A,61（）；5 5轴承温度越限报警9048 A,61A.,-8（）；5 5发电机轴承温度变化趋势监视9048+,/B)/)（）；5 5读取对象控制单元中数据并赋给对象属性9048,-8B)/)（）；5 5发送数据给上级调度中心9048+,/%066)-8（）；5 5获取运行人员或调度中心下发的指令9048%066)-8CD,2/,（）
11、；5 5指令的执行5 5)/.432/,1.49)/,：=(0)/=，=E，=F；5 5发电机有功功率、无功功率、电流=(0)/=G，=A；5 5发电机转速、发电机轴承温度=(0)/H)D，H4-；5 5发电机的输出功率极限=(0)/AH)D；5 5发电机轴承温度极限=(0)/=04-/,.；5 5调节有功功率时指定的输出功率300(?2-/01；监控程序通过调用+,/B)/)（）方法就可以获取发电机运行状态的相关信息，调用 02/A,61（）方法就可以监视发电机轴承温度是否正常，调用,-8B)/)（）方法就可以向上级调度中心发送实时数据，调用+,/%066)-8（）方法就可以获取控制指令，调
12、用%066)-8CD,2/,（）方法就可以执行指令，从而完成一台发电机的监视与控制功能#!I数据采集与控制流程采集数据流程 由对象控制单元采集现场设备集的实时数据，并存放在对象控制单元中；对象控制单元可以采用循环发送的方式向监控站发送数据，也可以采用问答方式在接收到监控站的询问以后向监控站发送数据；监控站调用对象的方法采集对象控制单元中的数据，并对数据进行监视分析 控制流程 监控站调用对象的方法向对象控制单元传送指令，对象控制单元接收到指令以后对其进行解释，并控制现场设备集中的执行机构去完成具体的功能 J#第#$卷第$期辛勇军等采用操作系统设备管理模式的监控系统设计万方数据!系统的优点采用设备
13、管理方法设计电厂监控系统，使得监控系统具有面向对象的开放系统的特点!从软件的开发、维护角度看，监控系统因采用了面向对象技术而具有许多优点!从系统的程序设计可以看出，程序的开发工作可以表述为定义类、定义对象、在监控程序中使用对象!一个个的类是相对独立的，是模块化的，这有利于程序的开发!也正是因为采用了面向对象方法，带来了软件维护、扩展、升级、重用等方面的便利!音箱、声卡、声卡驱动程序是各种各样的，但都能应用于同一台计算机上，因为它们都遵循一个标准!如果电厂监控系统中的类都有一个标准可遵循的话，这个监控系统也将是一个开放的系统!在这样的系统中，安装发电机将会像给计算机配置音箱那样简单，先把发电机的
14、对象控制单元接入电厂监控网络，再在监控程序中定义发电机对象即可!总的来说，把操作系统中的设备管理方法应用到监控系统中来，是一个很好的尝试!#结语本文提出借鉴操作系统中设备管理的方法去设计电厂的数据采集与监控系统，并设计了一个简单的电厂监控模型!要按这种模式去实现一个真正实用的电厂监控系统还有许多工作要做!最难的地方在于建立一个类库，这也是一个标准化的问题!首先是划分类，要把厂站的设备分门别类地归属在一个一个的主题下!其次是定义类，一个类应具有哪些功能，以及这些功能如何实现!参考文献：#$%&()*+)!#,-.高级教程/系统技术内幕 0!聊鸿斌，曲广文，王元鹏，等译!北京：清华大学出版社，11
15、1!2 汤子瀛，哲凤屏，汤小丹!计算机操作系统 0!西安：西安电子科技大学出版社，111!责任编辑王迎春$%&()*+,-.%/0&*/1 2*)3/*4,1&3%5 67&%8*)9%3:*8*+$%0;%97)7(%5%)3*+.%/73)(,1&3%5.+3 45367839+.+)3&)3:8.+)36;5369+3+)3=)52（!5$;5?+A8*)+53 5?:;B$5C5D%$)+53，G5?M*%H$+H)*M36+3%$+36，N8)3#3+FG，N8)3 IJKKO2）=&3/7;3P3)*;&%&%&;&%A 5?B%F+H%A)3)6%A%3 5?5C%$)+36&;
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