新型dcs现场控制站的控制策略与容错技术研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要DCS(分布式控制系统)是一种集中管理、分散控制的控制系统。自从1975年第一套DCS问世以来，随着计算机技术和微电子技术的发展，DCS正向着信息化和集成化的方向发展。现在，DCS已经广泛应用于化工、冶金、纺织、制药等领域。基于工业以太网与现场总线技术的新型控制系统是在传统的DCS基础上提出的一种控制系统。该系统的现场控制站与上位机的通信采用工业以太网，现场控制站内部采用CAN现场总线进行数据通信。现场控制站作为系统的核心，系统的主要控制功能由它来完成。系统的性能、可靠性等重要指标主要依靠现场控制站

2、保证。现场控制站由主控模块和智能测控模板组成。其中，主控模块是连接上位机和智能测控模板的枢纽，上位机和智能测控模板之间的数据通信必须经过主控模块来实现，上位机组态的控制算法也由主控模块来运行。为了提高整个系统的可靠性，主控模块采用容错技术，具体方法是为主控模块增加冗余部分，实现主控模块和冗余部分的双机热备用。现场控制站主控模块采用工业级的PC／104嵌入式主板作为硬件平台，并在其上移植}tC／OS．II嵌入式系统。I-tC／OS—II嵌入式系统是有源代码的占先式实时多任务内核，并得到美国联邦航空管理局的认证。主控模块的各项

3、功能具体由I-tC／OS．II嵌入式系统的各个任务来实现。在I_tC／OS．II里嵌入CAN总线驱动程序，实现主控模块和智能测控模板之间的通信；在gC／OS．II里嵌入uIPTCP／IP协议栈，实现主控模块和上位机之间的通信。上位机组态的控制算法下传给主控模块，主控模块运行控制算法并向智能测控模板输出运算结果。主控模块的双机热备份也由J_tC／OS．II的具体任务来实现。I-tC／OS．II的每个任务都有不同的运行优先级，任意时刻最多只有一个任务在运行。I_tC／OS．II总是优先运行处于就绪态的优先级最高的任务。主控模块

4、的各个任务按照各自的周期运行。信号量的正确使用是主控模块连续不间断正常运行的关键。控制算法是系统控制的核心部分。由于PID控制器结构简单，调整方便，并且各个参数有着明确的物理意义，工业控制领域的控制器大量采用PID控制山东大学硕士学位论文算法。根据不同的控制对象，对PID控制算法进行改进，可以使系统获得更好的控制效果。在实际的工业控制中，系统的实时性和可靠性是衡量系统性能的重要指标。因此，在保证系统的实时性前提下，应该从各个方面更多地研究提高系统的可靠性。关键词：容错技术；双机热备用；任务：信号量；PID控制算法Ⅱ山东大学

5、硕士学位论文ABSTRACTDCS(DistributedControlSystem)isacontrolsystemofcentralizedmanagementanddecentralizedcontr01．SinceDCSwasbornin1975，alongwiththedevelopmentofcomputertechnologyandmicroelectronictechnology,DCSisbeingdevelopedtowardsInformationandIntegration．Nowadays，DCS

6、iswidelyusedinvariousfields，suchaschemicalindustry,metallurgicalindustry,textileindustryandpharmacy．ThisnewcontrolsystembasedonindustrialEthemetandFieldbusisbroughtforwardfromthetraditionalDCS．IndustrialEthemetiSusedinthecommunicationbetweenFCS(FieldControlStation

7、)andtheuppersupervisorycomputer,andCAN(ControllerAreaNetwork)FieldbusisusedinthecommunicationinsideFCS．FCSisthekernelofcontrolsystem．ThemainfunctionsofsystemareperformedbyFCS，SOsystemperformanceandreliabilitydependonit．FCSconsistsofmastercontrollermoduleandintelli

8、gentmeasuringandcontrollingmodules．Mastercontrollermoduleisthebridgebetweentheuppercomputerandintelligentmodules．Datacommunicationbetweenthemmustpassmas