重礦行業(yè)是典型的裝備制造業(yè)，它的生產(chǎn)設(shè)備組成相對(duì)較為分散,，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣,，不易控制。傳統(tǒng)的工業(yè)控制器只是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,，如果設(shè)備運(yùn)行異常則關(guān)斷設(shè)備,，這樣就大大降低了生產(chǎn)效率。而且,，隨著設(shè)備結(jié)構(gòu)及其控制的日益復(fù)雜化,，在控制的過(guò)程中可能存在不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、不同的操作系統(tǒng)以及不同的編程語(yǔ)言,。在實(shí)現(xiàn)它們相互之間通信的時(shí)候,，需要將格式和協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這就給我們開(kāi)發(fā)控制器帶來(lái)了諸多不便,。CORBA技術(shù)具有良好的跨平臺(tái)互操作性,、可移植性、可擴(kuò)展性和編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)性,，解決了異構(gòu)平臺(tái)的對(duì)象互操作問(wèn)題,。它屏蔽了底層的通信機(jī)制，采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ蕴峁┓植际綉?yīng)用軟件的可重用性和可擴(kuò)展性,，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)環(huán)境下通信．這樣既大大簡(jiǎn)化了分布式應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù),，又便于異構(gòu)環(huán)境下的系統(tǒng)集成,，從而可以滿足未來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。本文就是以制造業(yè)嵌入式控制器為背景,，在所選擇的嵌入式硬件和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,，開(kāi)發(fā)基于CORBA技術(shù)的面向重礦行業(yè)的嵌入式控制器。

1,、CORBA技術(shù)簡(jiǎn)介

　　CORBA（Common Object Request Broker Architecture）是國(guó)際對(duì)象組織OMG發(fā)起和制定的分布式對(duì)象的規(guī)范,，它將分布計(jì)算與面向?qū)ο蟮母拍钕嘟Y(jié)合，提高了軟件重用率,，控制冗余度等,；引入Broker的概念并通過(guò)ORB 機(jī)制可以完成遠(yuǎn)程對(duì)象的激活，而不管實(shí)現(xiàn)這些對(duì)象所使用的平臺(tái)和技術(shù),；客戶方程序和服務(wù)方程序的完全分離,，客戶僅僅通過(guò)代理和服務(wù)器發(fā)生關(guān)系，使客戶與服務(wù)器之間的關(guān)系更加靈活,。另外,，CORBA 還為對(duì)象管理提供了一組對(duì)象服務(wù)，如名錄服務(wù),、事件服務(wù),、永久對(duì)象服務(wù)、安全服務(wù)和查詢服務(wù)等,，為分布式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)有力的保證,。

　　CORBA規(guī)范定義了客戶程序與服務(wù)程序中的對(duì)象如何進(jìn)行通信的機(jī)制。對(duì)象請(qǐng)求代理ORB負(fù)責(zé)處理它們之間的通信,。ORB提供了支持分布式處理的機(jī)制：為請(qǐng)求查找具體的對(duì)象實(shí)現(xiàn),，讓對(duì)象實(shí)現(xiàn)作好接收請(qǐng)求的準(zhǔn)備，傳送構(gòu)成請(qǐng)求的數(shù)據(jù)等,?？蛻羲吹降慕涌谕耆?dú)立于對(duì)象所在的物理位置， 實(shí)現(xiàn)對(duì)象的編程語(yǔ)言,， 以及在對(duì)象的接口中沒(méi)有反映出來(lái)的其他特性,。CORBA通過(guò)IDL程序框架或動(dòng)態(tài)程序框架來(lái)定位相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)代碼、傳送參數(shù)以及對(duì)對(duì)象實(shí)現(xiàn)的傳送控制,。

2,、基于CORBA技術(shù)的嵌入式控制器的實(shí)現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)概述

　　我們開(kāi)發(fā)的是基于CORBA規(guī)范的開(kāi)放的可移植、可裁減,、可擴(kuò)展的適合重礦行業(yè)不同層次設(shè)備的嵌入式控制器?？紤]到重礦行業(yè)的特點(diǎn),，設(shè)備控制的復(fù)雜性，沒(méi)備組成生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)設(shè)備相對(duì)較為分散，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣,。通過(guò)建立控制器嵌入式軟,、硬件系統(tǒng)平臺(tái)，設(shè)備和控制器可以通過(guò)無(wú)線或有線的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,，并且可以和監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊,。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，使監(jiān)控人員可以在控制室對(duì)整個(gè)加工線的情況進(jìn)行監(jiān)視,，減少了不必要的設(shè)備關(guān)斷現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),，極大地方便了人工操作。這樣通過(guò)研究礦山開(kāi)采加工中的問(wèn)題,，優(yōu)化工藝參數(shù)和系統(tǒng)之間的協(xié)同工作,，就可以提高質(zhì)量、降低能耗,、減少?gòu)U棄物提高礦石的利用率,、提高設(shè)備的可靠性和效率。

　　2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　整個(gè)控制器包括應(yīng)用層和系統(tǒng)層,。系統(tǒng)層包含硬件和相關(guān)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及應(yīng)用平臺(tái),，應(yīng)用層包含運(yùn)行于應(yīng)用平臺(tái)上的各類(lèi)功能模塊。其總體框架如圖1所示,。

圖1 控制器結(jié)構(gòu)框圖

　　通過(guò)嵌入式控制器不僅可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)成套線的集成控制和管理,，而且可以采集相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行集中監(jiān)控和預(yù)測(cè),。

　　2.2.1 基于CORBA技術(shù)的軟件平臺(tái)

　　本系統(tǒng)在所建立的面向重礦行業(yè)設(shè)備的控制器系統(tǒng)層上構(gòu)建一個(gè)基于CORBA協(xié)議實(shí)時(shí)中間件的應(yīng)用平臺(tái),，為在該平臺(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用模塊提供支持。

　　中間件產(chǎn)品采用華盛頓大學(xué)對(duì)象管理組織的CORBA產(chǎn)品—TAO,，TAO使用了ACE中提供的框架結(jié)構(gòu)對(duì)象與模式,，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)高效與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的中間件架構(gòu)。當(dāng)前的TAO版本基于CORBA2．6規(guī)范,，它包含了網(wǎng)絡(luò)接口,、操作系統(tǒng)、通信協(xié)議以及CORBA中間件對(duì)象以及相關(guān)特性,，并且進(jìn)一步改善了高效性和實(shí)時(shí)性等,。

　　2.2.2 開(kāi)發(fā)適合重礦行業(yè)的應(yīng)用模塊

　　重礦行業(yè)礦山設(shè)備控制有其獨(dú)特的特點(diǎn)， 目前設(shè)備的控制相對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單,，沒(méi)有復(fù)雜的軌跡控制,，但對(duì)加工時(shí)的智能優(yōu)化和邏輯控制有很高的要求。隨著地質(zhì)條件的變化,、對(duì)礦石產(chǎn)品的篩選要求增加,，新型生產(chǎn)工藝的產(chǎn)生,，增加了控制的復(fù)雜性，設(shè)備組成生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)設(shè)備相對(duì)較為分散,，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣,，基于這些特點(diǎn)研究在上述CORBA協(xié)議框架下的應(yīng)用程序模塊，將這些人機(jī)交互,、邏輯控制,、運(yùn)動(dòng)控制、智能過(guò)程控制,、通訊服務(wù)等模塊形成標(biāo)準(zhǔn)化的可裁減的應(yīng)用對(duì)象模塊,。具體模塊如下所示：

　　1）狀態(tài)采集模塊。根據(jù)不同產(chǎn)品監(jiān)控對(duì)象數(shù)據(jù)采集的不同,，構(gòu)建不同的數(shù)據(jù)采集模塊,。包括數(shù)據(jù)采集硬件以及數(shù)據(jù)采集、記錄,、傳送軟件,。例如，針對(duì)振動(dòng)的采集模塊,，振動(dòng)壓力的采集模塊,，振動(dòng)溫度的采集模塊等。

　　2）監(jiān)控模塊,。監(jiān)控模塊包括嵌入式控制器上的應(yīng)用模塊以及遠(yuǎn)程PC平臺(tái)上的分析模塊,。例如，針對(duì)單錘破的監(jiān)控模塊可能就包括對(duì)軸承的監(jiān)控,，通過(guò)對(duì)軸承的不同采集點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)分析,，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上也可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控模塊對(duì)該設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控,，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警,。

　　3）過(guò)程控制模塊。過(guò)程控制模塊可以對(duì)于采礦成套線上的多個(gè)設(shè)備的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行和效率的提高,。

　　4）通訊服務(wù)模塊,。通過(guò)通訊模塊可以將現(xiàn)場(chǎng)采集的各種數(shù)據(jù)（如溫度、轉(zhuǎn)速,、震動(dòng)等）傳輸?shù)奖O(jiān)控室,，便于工作人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高效率,，減少故障發(fā)生率,。另外，根據(jù)需要,，可選視頻圖像采集與壓縮模塊,，將現(xiàn)場(chǎng)圖像等多媒體信息采集下來(lái),，通過(guò)通訊模塊進(jìn)行傳送,，為工作人員提供直觀的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行場(chǎng)景顯示,。

　　控制器的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 控制器分布式應(yīng)用框圖

　　在現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備上的控制器可以獨(dú)立工件,，也叮以通過(guò)有線或無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái),，可以形成一個(gè)監(jiān)控剛絡(luò),部分控制器可以選擇視頻采集功能，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)把圖像傳遞到監(jiān)控PC上,，甚至可以通過(guò)服務(wù)器和Internet向異地計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像傳遞：控制器和監(jiān)控PC的無(wú)線傳輸通過(guò)連接九線模塊進(jìn)行,，無(wú)線數(shù)字收發(fā)模塊負(fù)責(zé)信道估計(jì)、補(bǔ)償,、信號(hào)檢測(cè)與基本的差錯(cuò)控制（如出錯(cuò)重傳,，前向糾錯(cuò)等）。

　　服務(wù)器和Internet的連接也是多種方式：電話,、ADSL,、GSM或CDMA等，服務(wù)器完成數(shù)據(jù)采集,、存儲(chǔ)與管理,，根據(jù)異地計(jì)算機(jī)的要求，形成相應(yīng)的,、基于Web的表單和多媒體流信息,，并向遠(yuǎn)程調(diào)用者發(fā)布。同時(shí),，可以根據(jù)異地計(jì)算機(jī)的指令,，對(duì)設(shè)備監(jiān)控人員發(fā)出操作命令。

　　2.2.3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　分布式控制器將采用國(guó)產(chǎn)的ReWorks操作系統(tǒng),。ReWorks是中國(guó)電子科技集團(tuán)第32所（華東計(jì)算技術(shù)研究所）自主研制的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,，它是一個(gè)集設(shè)計(jì)／開(kāi)發(fā)／調(diào)試／仿真于一體的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與運(yùn)行平臺(tái)，兼容于VxWorks的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),。

　　2.2.4 嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　考慮到系統(tǒng)的開(kāi)放性,，系統(tǒng)硬件選擇X86 CPU 系統(tǒng)，采用成熟的All-in-013e主板,，并支持104總線,。硬件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 硬件體系結(jié)構(gòu)

3,、結(jié)束語(yǔ)

　　基于嵌入式系統(tǒng)的分布式設(shè)備控制器主要面向重礦行業(yè)的設(shè)備控制,，提取這個(gè)行業(yè)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控制模型和控制方式，研究典型的工藝過(guò)程和智能優(yōu)化控制的方法,，研制具有開(kāi)放性的面向重礦行業(yè)的嵌入式控制系統(tǒng),，并在實(shí)際的破碎機(jī)控制器中進(jìn)行調(diào)試和應(yīng)用,，從而形成具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制器。這種控制器的研制成功不僅對(duì)提升我國(guó)重礦行業(yè)的技術(shù)水平具有很大的意義,，而且其本身具有的開(kāi)放性又可以推廣應(yīng)用于其他行業(yè),，控制器本身采用了標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件系統(tǒng)，降低了用戶的購(gòu)買(mǎi)和使用成本,，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,。