新型dcs现场控制站主控模块运行软件的研究与开发

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1、山东大学硕士学位论文摘要当今社会，随着工业生产规模日益扩大，集散控制系统(DCS)在工业过程控制领域的应用越来越广泛，已经成为控制领域的主流。而且DCS属于不断发展的控制系统，每一种新技术的应用都推动着它的发展。随着现场总线技术和工业以太网的迅速发展和应用，DCS呈现出新的结构模式，即DCS与现场总线技术及工业以太网相结合，发展成为一种新型的DCS系统，使其拥有了新的更强的竞争力。本文在此背景下，研究开发基于工业以太网和现场总线技术的DCS现场控制站主控模块的整个运行软件。现场控制站的核心是主控模块，它负

2、责协调控制站内的所有软硬件关系和各项控制任务，它采用CAN总线通信协议采集各I／O模块的数据，采用工业以太网与系统的工程师站和操作员站进行通信。它的功能和性能将直接影响系统的可用性、实时性、可维护性和可靠性。在研究国内外DCS发展现状的基础上，阐述了现场总线和TCP／IP技术的基本概念，总结提出了新型DCS系统的整体构架，然后分析了现场控制站主控模块的基本功能。设计了主控模块运行软件的整体方案，对系统任务做出明确的划分，并阐述了各个任务之间的相互关系。对系统的实时性能进行测试分析，分别测试了系统中断响应时

3、间、任务切换时间、CAN中断服务子程序的执行时间以及系统运行时单位时间内的任务切换次数，并在此基础上计算分析了单位时间内系统因为调度以及中断等原因造成的额外消耗，对系统的实时性能做出合理的判断。主控模块运行软件以嵌入式实时操作系统“C／OS．II为系统软件平台，移植嵌入式TCP／IP协议栈l上IPl．0，并编写基于RTL8100的网卡驱动程序，实现上位机通信，使用pC／OS．II的多任务信息流和任务同步机制编写CAN总线驱动，实现主控模块和智能测控模板的通信，同时制定了主控模块与上位机以及测控模板之间的通

4、信数据格式。使用eC／OS．II的多任务机制及信号量机制实现现场实时数据的采集及处理，使用pC／OS．II的内存管理、任务管理、信号量管理机制实现主控模块中控制算山东大学硕士学位论文法的运行和在线修改，其中包括控制算法的新建、删除和修改，并制定了控制算法组态信息下传的数据结构形式，以此为控制算法在线修改功能的实现创造了基础。另外，本文为了提高DCS系统的可靠性和安全性，对控制卡做出了双机热各冗余设计，分析了主控制卡和从控制卡的功能，并在此基础上设计了冗余控制的整体软件模型，然后分析了基于gC／OS．II的

5、冗余软件的设计思路。关键词：现场总线，工业以太网，I上C／OS—II，控制算法，冗余II山东大学硕士学位论文皇詈皇詈!暑!鼍皇曼詈!曼曼!曼!!曼皇曼曼暑詈曼!鼍鼍!皇!!皇曼鼍Ilira——

6、⋯⋯m—I—I——I=_鼍皇皇!!!苎曼鼍葛ABSTRACTNowadays，、^，i吐1thescaleofindustrialproductionincreasingeveryday，theDistributedControlSystem(DCS)hasbeenappliedmoreandmorewidelya

7、ndhasbecomethemainstreaminthecontrolfield．Asadevelopingsystem，applicationsofeverynewtechnologypromotethedevelopmentofDCS．Along、析mtherapiddevelopmentandapplicationsoffieldbustechnologyandindustrialEthemet，thereisanewstructureforDCS．ThatiS，DCScombineswithfi

8、eldbusandindustrialEthernettechnology,andbecomesanewtypeofDCSwhichbringsanewcompetition．Underthisbackground，thethesisresearchedanddevelopedtherunningsoftwareofthemastermoduleinDCSfieldcontrolstation，whichWasbasedonindustryEthemetandfieldbustechnology．neco

9、reofthecontrolstationWasmastermodule，whichcorrespondstheconnectionofitssoftwareandhardware，andeverycontrolassignment．ItadoptedCANbuscommunicationprotocoltocollectdatafromeveryI／Omodule，andadoptedEthemetinterfacetoco