现场总线在水电站机组控制中的应用

论文摘要

随着控制技术的发展,以集中管理、分散控制为核心思想的集散控制系统（DCS）越来越不能满足用户的要求。现场总线控制系统FCS正是顺应了用户要求,采用了现场总线这一开放的、可互连的网络技术将现场的各种控制器和仪表设备相互连接,把控制功能彻底下放到现场,降低了安装成本和维护费用。因此FCS系统实质上是一种开放的、可以互连的、彻底分散的分布式控制系统。现在现场总线技术正逐渐成为自动化领域的发展热点之一。本文通过研究水电站机组控制的要求,研究了采用PROFIBUS现场总线进行现场级的通信控制的可行性,并进行了相关软硬件的设计、开发。首先,本文对PROFIBUS现场总线技术的特点和优点等进行了介绍,阐述了PROFIBUS-DP的基本特性、协议结构、传输技术和总线存取协议等。对PROFIBUS-DP物理层、数据链路层和应用层的传输过程进行了分析。然后,根据水电站机组控制的要求,描述了采用从站专用集成芯片SPC3和SPM2开发PROFIBUS-DP智能从站的系统设计方法,包括从站硬件电路的设计、软件的设计、设备数据库文件（GSD）的编写和智能从站的软硬件调试。最后,利用SIEMENS公司提供的PROFIBUS-DP系统软硬件设备和开发的PROFIBUS-DP智能从站构建了一套系统,用VC++开发了自己的用户程序。该课题研究开发的PROFIBUS-DP智能从站节点达到了最初的设计要求,实现了PROFIBUS-DP智能从站要求的基本功能,并成功的连入了PROFIBUS-DP系统。这为今后进行更加深入的研究打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1. 1 什么是现场总线
• 1. 2 现场总线技术的发展背景
• 1. 3 现场总线的特点与优点
• 1. 3. 1 现场总线系统的结构特点
• 1. 3. 2 现场总线系统的技术特点
• 1. 3. 3 现场总线的优点
• 1. 4 现场总线的标准
• 1. 5 现场总线发展前景
• 1. 6 课题的背景、意义及内容
• 第二章 过程现场总线PROFIBUS
• 2. 1 过程现场总线PROFIBUS的概述
• 2. 2 PROFIBUS基本特征
• 2. 2. 1 协议结构
• 2. 2. 2 总线存取协议
• 2. 2. 3 传输技术
• 2. 2. 4 PROFIBUS-DP
• 2. 2. 5 PROFIBUS-FMS
• 2. 2. 6 PROFIBUS-PA
• 2. 3 物理层服务和规范
• 2. 3. 1 物理层的物理、电气、机械特性
• 2. 3. 2 物理层（PHY）与数据链路层（FDL）的接口
• 2. 3. 2 物理层和介质冗余（可选）
• 2. 4 数据链路层服务和协议规范
• 2. 4. 1 FDL用户与FDL的接口服务
• 2. 4. 2 介质存取方式和令牌传递
• 2. 4. 3 数据传输结构
• 2. 5 应用层服务和协议规范
• 2. 5. 1 故障安全模式
• 2. 5. 2 PROFIBUS-DP从站的状态机制
• 2. 5. 3 报文顺序
• 2. 6 PROFIBUS总线控制系统配置形式
• 2. 7 本章小结
• 第三章 水电站机组控制系统综述
• 3. 1 水电站机组控制系统概述
• 3. 2 水电站机组控制系统功能
• 3. 3 水电站机组控制系统构成
• 3. 4 本章小节
• 第四章 机组控制系统的设计
• 4. 1 机组控制系统的总体设计思想
• 4. 1. 1 系统冗余设计及原理分析
• 4. 1. 2 PROFIBUS-DP总线控制系统设计
• 4. 1. 3 系统对I／O设备的设计要求及其设计方案
• 4. 2 DP从站的设计方案比较分析
• 4. 2. 1 用单片机实现
• 4. 2. 2 用专用协议芯片实现
• 4. 3 I／O设备的设计
• 4. 3. 1 1#I／O设备的设计
• 4. 3. 2 3#I／O设备的设计
• 4. 4 系统其它部分的设计
• 4. 4. 1 光电转换模块设计
• 4. 5 抗干扰问题
• 4. 6 本章小节
• 第五章 系统组态与应用程序开发
• 5. 1 系统组态
• 5. 1. 1 GSD文件编写
• 5. 1. 2 系统硬件组态
• 5. 2 应用软件开发
• 5. 2. 1 应用程序开发
• 5. 2. 2 库函数介绍
• 5. 3 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢