OPC技术在Modbus-TCP工业以太网控制系统中的实现与应用研究

论文题目: OPC技术在Modbus-TCP工业以太网控制系统中的实现与应用研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 计算机应用技术

作者: 白金东

导师: 杨小健

关键词: 工业以太网,协议,服务器

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 目前，以太网技术已被工业用户广泛接受，并正逐渐渗入到控制系统的现场设备层。在现存的多种工业以太网系统中，Modbus-TCP以其开放、易于理解和稳定的性能，加之易于使用的技术和广泛的应用，已逐步成为通过以太网进行工业通信的标准。 传统的控制系统软件开发中，为访问现场数据，软件系统开发商必须为每一个特定的硬件开发专门的驱动程序，由此产生了重复开发、驱动程序间不兼容、驱动程序不能适应硬件特征的变化、使用不同驱动程序的软件对同一硬件的访问冲突等一系列问题。OPC(OLE for Process Control)技术的出现很好地解决了这个问题，它以组件对象模型和分布式组件对象模型(COM／DCOM)技术为基础，采用客户机／服务器的模式，定义了一组COM对象及其接口，实现从现场读取数据的接口的标准化，以实现不同厂商的产品集成。OPC具有开放性、高效性、互联性和产业性的特点，在工厂自动化的实践中已得到了广泛的应用。本课题正是顺应这一技术潮流，选择目前影响最为广泛的Modbus-TCP工业以太网作为突破口进行研究，进而开发出符合OPC 2.0规范的基于Modbus-TCP工业以太网的OPC数据存取服务器。 本文在对Modbus／TCP协议和OPC DA规范进行研究的基础上，详细论述了基于Modbus-TCP工业以太网的OPC数据存取服务器的原理和开发过程，并结合工程实例探讨了该服务器的具体应用。 本论文的创新性在于： 1．研究了工业以太网在控制系统现场设备层的应用。 2．实现了符合OPC 2.0规范的基于Modbus-TCP工业以太网的OPC数据存取服务器，目前国内还没有实现该功能的商业产品。 3．利用Modbus／TCP OPC服务器，访问支持Modbus／TCP协议的设备时就不再需要为每一个设备提供专门的驱动程序。 4．在Modbus／TCP OPC服务器软件中，比较完善地实现了设备管理功能。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 工业以太网的概述

1.1.1 以太网的优点

1.1.2 以太网作为现场总线关键技术的进展

1.1.3 工业以太网的应用层协议

1.2 OPC技术概述

1.2.1 OPC技术的优势

1.2.2 OPC技术的本质—COM/DCOM

1.3 论文的主要研究内容

第2章 Modbus/TCP协议及OPC DA规范研究

2.1 Modbus协议研究

2.1.1 Modbus协议简介

2.1.2 Modbus消息帧

2.2 Modbus/TCP协议研究

2.2.1 概述

2.2.2 面向连接的协议

2.2.3 数据编码

2.2.4 数据表示

2.2.5 协议功能的一致性和功能码

2.2.6 协议结构及数据帧格式

2.2.7 Modbus/TCP客户端设计基础

2.3 OPC数据存取规范研究

2.3.1 概述

2.3.2 OPC对象接口定义

2.3.3 服务器的地址空间和配置

2.3.4 应用层次上的服务器和网络节点选择

2.3.5 OPC同步异步通讯

2.3.6 OPC服务器开发方式

2.4 本章小结

第3章 Modbus/TCP OPC数据存取服务器的总体设计

3.1 OPC服务器的需求分析

3.1.1 研制和开发的目的

3.1.2 OPC服务器的应用框架

3.1.3 OPC服务器应实现的功能

3.1.4 OPC服务器开发环境和工具

3.2 OPC服务器总体设计

3.2.1 基本概念

3.2.2 Modbus/TCP OPC DA服务器软件结构

3.2.3 管理模块

3.2.4 Modbus/TCP通信模块

3.2.5 OPC接口模块(服务器端)

3.3 本章小结

第4章 Modbus/TCP OPC数据存取服务器的详细设计和实现

4.1 管理模块的详细设计和实现

4.1.1 Modbus/TCP设备及数据点映射

4.1.2 预变换及变换算法

4.1.3 设备及数据点发布

4.1.4 数据在线监视的实现

4.2 通信模块的详细设计和实现

4.2.1 Modbus/TCP数据帧定义

4.2.2 通信数据的处理

4.2.3 发送和接收的实现

4.3 OPC接口模块的详细设计和实现

4.3.1 Modbus/TCP OPC服务器中OPC部分的结构

4.3.2 OPC项和Modbus/TCP设备数据点的连接

4.3.3 OPC项的管理

4.3.4 OPC数据传输的实现

4.4 本章小结

第5章 工程应用

5.1 控制系统结构

5.2 OPC服务器与iFIX标签的连接

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间成果

致谢

发布时间: 2007-03-23

参考文献

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