四、调度端的软件

一套微机远动系统，它配置了全部硬件设备还是不能工作，必须还要有工作的程序才能工作。程序和相应的数据、说明书等构成软件。

1.程序启动及允许响应迟延

微机远动装置的特点是用程序来完成传统远动装置硬件的功能，对于远动装置周而复始地发送与接收远动数字信息的特点来说，微机远动装置的软件应该带有周期性。其主干程序原则上可以用位驱动脉冲来同步，但目前大多采用信息字的节拍来同步。

（1）工作模式

踏步同步和中断工作模式：用S表示主干程序的启动点，F表示主干程序的结束点，整个主干程序的执行过程可用图2-7来表示。途中P表示主干程序本身，箭头表示程序的执行方向。为了达到远动装置循环的目的，应该通过某种形式把S与F连接起来并构成环路。

踏步同步方式程序的踏步同步由程序的长度来控制，要求执行周期小于信道发送的一个信息的周期的长度。每当程序到达F点时，主机重复做一条查信道发送信息时刻T是否到的标志。直到查到一个信道发送信息的标志后，立即执行S条程序，其模式如图2-8所示。

（2）程序的扫查

在一个程序主循环的时间内，当主机完成某一程序之后，接下去按固定次序一个一个地调查是否执行下一个程序，这个过程称为程序扫查。

软件从层次上来分，可分为三大类，即系统软件、支持软件和应用软件。一般出厂的通用微机都带有操作系统软件，从而构成一定功能的微机。

2.系统软件

系统软件由计算机公司提供，面向计算机本身，其算法和功能不依赖于特定的用户。它的主要任务是使硬件所提供的能力得到充分的利用，支持用户的应用软件的运行并提供恰当的服务。系统软件的主要内容有：为用户编制、调试程序提供的手段和工具；对计算机进行调度和管理的操作系统；其他服务程序。

（1）操作系统

操作系统是微机最基本的系统软件，是硬件机器的第一级扩充，由它来管理内存分配、键盘操作、屏幕显示、驱动软盘、硬盘等外设，在操作系统的支持下，可以很容易地操纵各种外设。操作系统有一部分固化在主机内存中，大部分是在开机后，从软盘或硬盘调入内存。操作系统软件是针对计算机本身，不针对任何一个特定的用户，具有一般性，采用实时多任务操作系统，其特征是多任务并行处理和资源共享。操作系统通过分时服务系统完成不同用户提出的服务要求。它的主要功能是使用户可以充分利用系统的资源，同时又提供各种简便易懂的方式来帮助用户方便地使用资源。

远动监控系统调度端采用的是操作系统软件，早期是在DOS3.0的基础上，用汇编语言编制软件，而后不断发展，现采用DOS6.0操作系统，配上Windows支持软件，用C语言，或C++语言编制软件；也可采用UNIX操作系统，配上UNIXC，用C语言编制软件。操作系统分三类：

①批处理系统。在批处理系统中，用户一般不直接操作计算机，而是将作业递交给系统管理人员。

②分时系统。分时系统允许多个用户同时联机与系统进行交互通信。用户可以在终端上向系统发出服务请求，等待机器的处理结果并决定下一步的处理。操作系统接收每个用户的命令，采用时间片轮换的方式处理用户的服务要求，即按照某个轮换次序给每个用户分配一段CPU时间，进行各自的处理。当某个用户的处理要求时间需要较长时，则分成几个时间片来处理。这样，对每个用户而言，都仿佛“占有”了整个计算机。由于分时系统可以同时接纳数十个甚至上百个用户，内存空间又有限，所以往往采用“滚进”、“滚出”的存储方法，即将未“轮到的”的作业放入磁盘，一旦“轮到”再将其调入内存，而时间片用完的作业则存回磁盘，使同一存储区或轮番地为多个用户服务。

分时系统设计中应考虑的主要问题是保证用户合理的响应时间，即不致使用户等待每一个命令处理结果时间过长。它适用于需要频繁交互的情形。通常的计算机系统中往往同时使用批处理方式和分时方式来为用户服务，即时间要求不强的作业放入“后台”（批处理），需频繁交互的作业放在“前台”（分时）处理。

③实时系统。实时操作系统的一个主要特点在于有严格的时间限制，即每一个信息接收、分析处理和发送的过程必须在规定的时间范围内完成。这就要求系统的一切活动都必须在一个严格的计时程序的控制下运行，中断信号对系统具有支配作用，而不像批处理系统（时间限制弱）和分时系统（时间限制不严格）那样在作业调度时较少考虑时间上的要求。

以上是三种主要的操作系统。此外，还有网络操作系统、分布式操作系统等，在远动系统中使用较多的是实时多任务操作系统。

（2）实时多任务操作系统

①任务与任务调度。任务是系统中处于活动状态的目标，它执行系统的工作。有时也把它称为进程。任务总是具有五种状态中的一种状态。这五种状态是睡眠态、挂起态、挂起睡眠态、就绪态和运行态。

就绪态。具备执行条件，按优先级排队等待占用CPU时所处状态。一般任务在建立启动后即进入此状态。

运行态。任务占有CPU而得到运行时所处的状态。在一个CPU系统中，在任一时刻，系统中只能有一个任务处于运行态。

睡眠态。任务请求等待信息或延迟一段时间时所处状态。此状态为不可执行态。

挂起态。任务被自己或其他任务挂起时所处的状态，此状态为不可执行状态。

挂起睡眠态。睡眠中的任务又被另一任务实行挂起而进入的一种状态，此状态为不可执行状态。

调度程序在其参数区保留着几个任务链，它们是挂起任务链、睡眠任务链、挂起睡眠任务链和就绪任务链。它完成任务切换，即停止运行状态的任务，并启动就绪任务链中的最高优先级任务。一个处于运行状态的任务将继续运行直到发生下列情况之一：

该任务发出一个等待事件调用，它将处于挂起等待状态，直到有事件到达。

该任务发出一个调用，请求一个不存在的资源（如内存，I/O等），那么该任务也被挂在挂起链中。

该任务发出系统调用，请求进入睡眠状态，则该任务被挂在睡眠任务链上。

该任务被一个更高优先级的任务抢占，使其挂在就绪链上。

任务的调度主要有以下两种方式：循环调度（Round-robin Scheduling）；基于优先级的抢占式调度（Preemptive-Scheduling）。

②任务的同步和互斥。多任务系统中的各个任务之间本无需内在的同步关系。它们以独立的速度向前推进。然而，在大多数实时多任务软件的设计中，有许多任务必须一起工作，在此之间存在着不同程度的同步关系。此外，有许多任务的执行需要同时间有某种关系。

任务的时间同步。几乎所有的实时多任务操作系统都提供了一些与时间有关的调用。一般的操作系统支持两种形式的时间功能调用来协调任务的时间同步：延时和定时。支持延时的调度通知该任务一段固定的延时已到时间，而定时调用（往往还支持周期性定时激活）则通知调用任务某时某刻已到。

任务的启动和停止。多任务系统中任务的启动和停止是一种简单的同步控制。

任务之间的互斥。利用临界区（Critica1-Section）实现任务之间互斥；利用测试和设置来实现任务间的互斥。

③任务之间的通信和数据传递。实时多任务操作系统中，每个任务都是一个无参数的过程，而且它们彼此以自己的执行速度向前推进，但任务之间有时需要共享某些资源，或者彼此之间要同步。在另外一些情况下，任务之间需要互传数据，以使多任务有序地执行，完成一个整体功能。几乎所有的实时多任务操作系统的核心都支持任务之间的通信功能。任务之间的通信一般传递两种信息：任务间的同步与互斥的信息；任务间交换的数据。

④实时多任务操作系统的选择。

对实时操作系统的要求除了包含对普通操作系统的要求之外，往往还要求它有友好的人—机接口方式，操作系统的可配置性和较强的资源管理能力，以及一些满足有效执行程序的其他目标。例如：实时操作、多程序、多任务、有效调度、优先级等，此外还有系统的可靠性和安全性等。要选择一个实时多任务操作系统，一般要注意以下几点：

a.操作系统的功能；

b.应用方便；

c.文档齐全易懂；

d.人—机接口方便，调试工具丰富；

e.具有汉字平台。

3.支持软件

远动系统的软件主要包括支持软件、应用软件、系统软件，而支持软件主要有数据库管理、人机联系管理、备用计算机切换管理等服务性软件。

（1）数据库管理系统

数据库管理系统包括建立数据库、修改数据、提取数据和存储数据。

①实时数据库的内容。微机监控系统的实时数据库采用分布式数据结构，监控中心站、现场被控站都有各自的数据库系统，监控中心和现场被控站的数据内容及结构是通过监控中心建立和修改，并通过通信途径下装给现场被控站的。系统中的数据库系统在不同的层次（或部分）采用的结构不同。在现场被控站上，存储着该站所用的各种点记录的全部记录信息。现场被控站有模拟量、开关量和（计算）设定量几种类型的记录。

实时数据库生成的第一步工作就是建立各个现场被控站的各点记录并用一个数据文件来存储，也可以分成数个数据文件来存储。具体的文件数可以根据系统现场被控站的数据容量来确定。因为各种数据的存储格式是固定的，所以每种类型的点数一旦确定，它所占据的存储空间也就确定了。数据库的建立大都用键盘输入各记录项内容，键盘输入的是文本字符。

因此，我们可以先不进行转换，直接将输入的文本字符按具体的数据记录格式存放起来，生成一个文本源文件，然后再将该文件转换成各类数据格式（如整数、浮点数等）。另一种方法是一边输入一边转换。前一种方法的优点是源文件还可以用作其他用途（如可以用来打印，产生硬拷贝，供应用设计人员检查和存档用）。

②数据库生成软件的功能。数据库的建立就是利用某种填表格式建立起各现场被控站的数据记录内容，并转化生成下载文件。

数据库的编辑过程一般支持各种记录文件的建立、各点记录的加入、删除、内容修改、点记录的拷贝等功能。同时，一般还支持记录文件的格式打印功能。而编译过程则支持数据格式的转换、点索引号的自动生成、现场被控站下载文件和监控中心下装文件的自动生成和对各种非法内容的自动检查。如数据编译过程可以检查输入数据项的范围格式（如有的为整数，有的为浮点数）、输入点名是否重复、输入的硬件地址是否合法、是否相重等。这些功能有效地避免了系统执行时的有关错误。

（2）人—机联系系统

在微机远动系统中，包含有多种人机联系设备，如彩色屏幕显示器、模拟盘、打印机、鼠标键盘、光笔等，由于彩色屏幕显示器的重要性和复杂性远远超过其他人联系设备，因而我们将重点讨论在微机远动装置中，彩色屏幕显示器作为人机联系设备的主要功能、技术指标以及画面设计的一些原则。现以牵引供电系统微机远动装置为例来说明：

①人—机联系系统功能。人机联系系统功能主要包括：目标系统-牵引供电系统运行情况的监视，控制系统自身运行情况的监视，以及系统维护和应用软件的开发等三部分。牵引供电系统的监视是人机联系系统最主要的功能。其主要包括：

首先必须能在屏幕显示器上以接线图的形式显示牵引供电系统的运行情况。要能动态地显示断路器，隔离开关的分、合位置，动态地显示母线电压、变压器的有功、无功功率等。在不正常的状态出现时，能以闪光或改变颜色等方式表示出处于不正常状态下的元件。

然后要能以表格方式显示牵引供电系统的运行参数并定时打印记录。除了对正常运行状态的记录外，还能以表格方式显示顺序事件记录。在顺序记录中，应包括事件发生的时间、地点及内容。最新发生的事件除在屏幕上显示外，同时应在打印机上自动打印记录。

同时要具有显示棒形图的能力以及在指定画面上进行某些操作的能力。

对人机联系系统的技术要求：响应速度快、刷新周期短、操作方便、生成画面容易、使用可靠。

②监控画面的种类。远动系统中的监控画面主要有以下几种：

a.系统布局图；

b.被控系统实时接线图，如变电所（分区亭、开闭所）主接线图；

c.各种曲线图、棒形图；

d.数据表格；

e.调度自动化系统运行状态图；

f.主要事件顺序显示。

③画面的调用方式。

画面的调用方式主要有以下几种：

a.大键盘方式：每个键对应一幅画面；

b.利用图号调用，每一幅画面都编好图号，利用数字键按图号调用；

c.利用系统全图上的灵敏点（PokePoint）调用分图。

④大画面的显示方法。

大画面的显示方法主要有以下几种：

a.多台CRT显示方式；

b.采用移动画面方式；

c.翻页面技术；

d.分层显示方法。

4.应用软件

应用软件是最终实现调度自动化各种功能的软件，内容有：SCADA软件，数据处理软件，画面编辑软件等。应用软件是面向用户，针对用户的要求，根据远动监控功能的要求编制的，具有针对性。