原复杂控制系统的系统设计方案

Posted 2020-10-06 Lanny Priest

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。