基于串口通讯的维护网络设计与开发

0 引言

随着我国核电站发展春天的到来，“核电站数字化控制保护系统”的数字化和国产化要求也愈加强烈。在保护系统的运行过程中，需要对其进行下装、参数定值整定和监控操作，其目的一方面是实时地监测该系统的运行状态，另一方面，就是为了使该系统运行在最佳的状态下。以上操作可以通过串口(RS-485)组建成的维护网络来实现。该维护网络可作为独立的模块存在，并提供给不同的应用软件使用。当应用软件的需求变更时，只需要更新一下维护网络中的服务，即可满足以上变化，所以该维护网络具有很强的灵活性和适用性。

1 系统主要名词的含义

以下是对该维护网络主要名词进行的解释：

[1]．数字化控制保护系统：其英文为nuclear-reaction protection system (简称：RPS)

[2]．下装：将配置和算法文件下载到RPS的控制器中，使RPS按照指定的配置和逻辑运行。Download And Check Environment(简称：DANCE)。

[3]．参数定值整定：修改RPS控制器参数变量的当前值，以使RPS运行在最佳的状态下。Parameter Tuning Environment(简称：PATENT)。

[4]．监视：在RPS运行过程中，通过维护网络查看各个控制器变量当前值，以达到实时检查和监视目的。Real Time Monitor(简称：MONITOR)。

[5]．维护网络：用于提供下装、参数定值整定和监视服务的串口通讯网络。Soft GatewayServer (简称SGS)。

图1所示是维护网络(SGS)在RPS中的位置以及和RPS相关部分之间的关系图。

2 维护网络协议的制定

2.1 串口参数的设置及数据包格式

表1所列是对RS-485串口参数进行配置的具体说明。

本文的维护网络协议部分定义了通讯数据包的结构，在数据通讯过程中，发送和接收数据都要以一个完整的数据包进行组织。其数据包结构如图2所示。

2.2 通讯协议

通讯协议部分定义了表2所列的所有通讯服务。在通讯过程中，根据不同的需求，对每类相同或相关数据的交互进行抽象，并把它们定义成若干服务。由于选择其中某些服务的组合可以完成某一项维护功能(例如下装、参数整定和监视)。这样就大大增强了通讯协议的灵活性。

通讯过程采用一对一的”应一答”机制来监控每一包数据的有效性，以达到有效通讯的目的。通讯服务按照角色可分为两类：一类为请求服务；另一类为应答服务。每一个请求服务都可以和一个或几个应答服务相对应，表3所列为请求服务和应答服务的对应关系。

2.3 通讯状态图

使用“状态机”的形式可对通讯过程进行控制和约束，图3给出了通讯过程的总状态图，图4为下装通风状态分图。图5和图6分别为参数整定和监视模块的分状态图。这些图中的“圆圈”表示某个通讯状态，“箭头”表示状态变迁发生的条件或者命令。

3 维护网络的设计与实现

通常可以将SGS封装成动态链接库(SGS．dll)提供给下装、参数整定和监视等应用软件使用(SGS．dll导出一个接口类供应用软件使用)，这样做的好处是可将串口通讯的功能进行整合，以达到软件复用之目的。

图7所示为SGS逻辑关系图，通过它可以对通讯任务进行分层处理。图中的数据交互层为SGS．dll的接口类，通过该类可给应用程序提供通讯服务；数据处理层可分析并且存储上行（指RPS控制器到RPS应用软件方向）和下行（指RPS应用软件方向到RPS控制器）的数据；串口通讯层可以用来配置串口资源、控制通讯状态机的跳转、同时可以用来控制数据的接收和发送等。

4 结束语

维护网格是核电站数字化控制保护系统的一个重要组成部分，它作为独立的通讯模块，可为第三方使用提供服务。它不仅具有严格安全的通讯协议，而且结构清晰灵活，与应用程序之间耦合性低，同时易于通讯服务的扩充和软件的复用。