基于现场总线与工业以太网的现场智能测控单元

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1、山东大学硕士学位论文摘要现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，它是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。PROFIBUS现场总线是一种开放式的总线标准，目前广泛用于加工制造、过程控制和楼宇自动化等领域。其中PROFIBUS-DP主要用于现场设备级的高速数据传送，中央控制器通过高速串行总线同分散的现场设备(如I／O、驱动器、阀门等)进行周期性通信。工业以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、应用技术成熟等优点，主要应用在工业企业综合自动化

2、系统中的资源管理层和执行制造层。随着计算机技术、通信技术、控制技术(3C技术)的发展，控制领域正在发生深刻的技术变革，控制系统将向信号数字化、控制智能化、通信网络化的开放性系统方向发展。现场总线与工业以太网技术在工业控制领域应用越来越广泛，但二者在其技术应用上，各自存在不足之处，如何融合二者的技术优势，使其技术优势互补，将是控制领域一个新的发展方向。本课题在此背景下，利用网络协议的开放性，在剖析研究现场总线PROFIBUS．DP与以太网的协议原理及实现过程的基础上，设计开发现场智能测控单元，技术上融合PROFI

3、BUS．DP和以太网二者的优势，使其满足新型网络控制系统对现场设备的技术要求。测控单元采用了模块化的结构设计，电源、主控卡、各个功能模块相对独立，通过母板连接，支持“即插即用”功能。主控卡的接口设计时，使用西门子公司的协议控制芯片SPC3设计PROFIBUS—DP接口，可接入标准格式的PROFIBUS．DP总线控制网络；使用以太网控制器RTL9019AS设计以太网通信接口，遵循标准的TCP／IP协议。测控单元主控卡主要完成与系统及功能模块的通信，与功能模块通信结构采用了流行的“All-In-One”通信模式。另

4、外，主控卡可根据各个功能扳卡的有效数据，对整个测控单元进行优化控制，突出了集中控制功能，完善了以往分布式系统的集中控制功能。功能测控模块的设计包括数字量输入(DI)、数字量输出(DO)、模拟量输入(AI)，模拟量输出(AO)、毫伏级模拟量输入(如热电阻测量信号、热电偶测量信号等)及协议转换桥等。可方便地对工业现场的信号进行测控工作，并具有良好的系统扩展性，方便第三方设备的接入。功能模块完成工业现场信号的采集，处理转换、故障报警、信号掉线检测等功能。每个模块上都设计了隔离保护措施，以保护模块上的CPU不受工业现场

5、的干扰，同时具有程序自动复位功能，保证系统的运行可靠。论文中给出了测控单元在新型控制系统中的应用，并分析了PROFIBUS．DP和以太网协议接口工作的实时特性，得出相应的结论，为构建工业实时系统提供山东大学硕士学位论文了理论基础。最后，论文中给出了人机界面(HMI)的简单开发过程。关键词：现场总线以太网测控单元PROFIBUS-DPTCP，IP分布式测控系统山东大学硕士学位论文ABSTRACTFieldbusiSoneoftheactivetopicsofthecurrenttechnicaldevelopme

6、ntinautomaticfield,whichiswholescattered,intelligent,bidirectional，interconnected,multivariableandmultipointcommunicationnetworkisusedbetweenlocalmeter,controlsystemandcontrolroom．PROFIBUSisanop@nbusstandard,whichcanbeappliedspreadlyinmanyaspectssuchasmanufa

7、cturingindustry,procedureindustryandbuildingautomation．Inaddition,PROFIBUS-DPisappliedmainlyinhigh-speedtransmissionamonglocaldevices．n圮cycletransmissionisperformedthroughhigh-speedserialbusamongMCUandlocaldevices(suchasI／O，drivers，valvesetc．)．IndustrialEthe

8、rnethasmanyadvantagessuchaSaptly'ragwidely,lowerprice,hi曲baudrate，ete．，whichcanbeappliedinreSOBl'O七managelayerandmanufaeturlayeroftheinduslrialtotalautomaticsystem-Withthedevelopmentofcomputer,c