【原】复杂控制系统的系统设计方案
一、前言
通过前4年意韩设计的先进理念,结合这4年实战所处项目,总结复杂控制系统的设计方案。
二、架构
2.1 人机交互级
PC或嵌入式系统,用于存储系统数据、人机交互以及上层复杂逻辑控制。
2.2 多级中转板卡
2.2.1 总中转板卡
一端与PC相连,另外一端与各二级板卡相连,负责指令级的中转及调度,并发要求高,FPGA、性能好的MCU或嵌入式系统。
2.2.2 功能转接板卡
- 电源控制转接板,用于电源监控,可选择并发性能好的FPGA。
- 温度控制板,与单元温度控制板相连,可选择并发性能好的FPGA。
- 电磁阀控制板,支持N个标准扩展口,支持独立通道的占空比配置,配套标准接插线材,可选择并发性能好的FPGA。
- 蠕动泵控制板,支持N个标准扩展口,支持独立通道的占空比配置,配套标准接插线材,可选择并发性能好的FPGA。
2.3 单元控制板
- 电机控制单元板,支持复位光耦、防撞光耦、液面探测光耦等。支持电机常规控制,可配置加减速参数功能(拟合方程算法优于点对点算法),电压监控,MCU。
- 注射器控制单元板,支持精准控制,可提供不同注射器规格的参数配置,MCU。
- 温度控制单元板,包含温度检测、存储温度控制(PID)参数,MCU。
- 蠕动泵单元板,蠕动泵正反向控制,支持PWM,支持占空比配置。
2.4 可维护性
- 监控每个输出板卡(单元板)和主板卡(转发板)的电压,提供维护支持。
- 通用接插满足快速更换的维护需求。
- 单元模块化满足快速更换的维护需求。
三、系统控制算法
3.1 系统初始化
主要目的是检查板卡的上电情况、通讯以及板卡逻辑是否正常。从一下几个方面检查:
- 板卡上电情况自检
- 板卡通讯检查,自上至下,识别有效板卡。
初始化过程要求必须在N内完成,每个板卡等待N时间以等待下级初始化。
3.2 控制算法
3.2.1 多线程
总中转板卡支持多线程,
- 嵌入式系统自带,开发难度小,实时性一般
- 通过MCU仿CPU实现,开发难度较大,实时性一般
- FPGA并发也可以,但由于逻辑与常规不同,多线程之间同步是个问题,开发难度大,实时性优秀
3.2.2 资源模式及防冲突机制
每个单元均为独立资源,当一个线程占用时给起标记线程号,其他线程如果使用则等待或报警,当前执行完毕后释放标记的线程号。
3.2.3 线程控制
总中转板卡可接收包含线程内所有指令和顺序逻辑的指令,并依次执行。
注:有的系统需要周期概念,可以将多个线程封装为一条长指令下载,同时增加周期相关控制逻辑即可。
四、指令
指令分为三个层面:线程、任务和动作;能够满足故障处理,并行控制。
线程是指同时并行的最高级流程,一个线程中包含若干个任务,一个线程下的任务是串行执行。
任务包含一系列动作以及所占用的资源,任务开始前需要检查所有资源是否可用,如占用则等待或报警。
动作是指控制单元模块的硬件执行特定的操作,如查询、复位等。
五、故障处理
5.1 故障的定义
故障分为:
- 单元层故障,描述三级板卡单元控制过程的特定故障,比如撞针、超时等。
- 中转层故障,描述二级板卡转发时出现的资源冲突、通讯等问题。
5.2 故障的类型
结合指令的执行,故障可以分为:
提示类,继续执行但上报错误。
动作类,停止当前动作,继续任务的后续动作。
任务类,停止当前任务,继续线程其他任务。
停止类,停止后续所有指令。
5.3 故障的信息
故障信息包含:
- 故障编号,根据单元划分,提高可识别性。
- 故障特定参数。
- 含当前板卡的追溯信息。
N、总结
n.1 吐现在的槽
先谈系统问题,当前使用的系统方案是“中间开花”,有总板卡、一个通用二级板卡和若干个定制二级板卡和个别单元板,问题:
1 “通用二级板卡“的概念太大,难以满足客观需求,硬件板卡一直在改,四年不断的“持续改进”。
2 划分太粗,要么一个板卡包干一堆任务,要么一个板卡就干一点点事,没有细化,高耦合,难以维护,不利于团队开发。
再谈团队及建设问题:
1 刚起步结合特殊行业,招聘难,能力一般。
2 核心成员学科过于专一,相比大企业也不够专精,技术仍然是仍有距离。
3 项目系统架构复杂,技术负责人缺乏组织结构的细化能力,招聘目标模糊,团队扩张缓慢。
4 团队成员的思想乃至三观不一致,决策意见不统一。
5 测试人员对系统方案、系统需求过多干涉、流程复杂化,原“短平快”的模式被打破,项目推进变得笨重。
6 Teamwork持续改进缓慢,缺乏中坚力量,缺乏创新,虽有很多“参考”,但实际上多数还是抱着“拿来主义”的四项,很难摆脱“闭门造车”的局面。
7 企业文化缺失,缺乏激情,缺乏深圳速度,很难想象是深圳的创业公司。
探讨:
1 起点是否决定终点?
个人观点是,不决定,但需要有思想、有能力、有魄力的人,而不仅仅是人。
2 发展评价?
个人观点是,如果没有重大改变,否则很难出精品,很难摆脱“中国制造”,问题一在管理二在研发,都是核心竞争的关键点。最重要的是,没有新鲜血液,很难改变这个局面。
n.2 展未来的望
只能引用”曾经”的销售总监的一句话,毕竟我在这里学到的太少了:前途是光明的,道路是坎坷的。