工业控制网络系统集成与数据交换应用研究

论文摘要

工业控制技术作为信息技术的重要应用领域,在信息技术的带动下迅速发展。计算机控制系统向集成化、网络化、智能化发展成为一种趋势。现场总线控制系统凭借其开放性,分散性和可互操作性等特点,成为目前工业控制系统研究和应用的主流。由于多种原因,目前多种现场总线协议标准共存是不争的客观事实。随着现场总线系统在工业企业中的广泛应用,对多种不同协议标准的现场总线之间实现相互信息交换己成为广大工业企业急需解决的问题。同时,工业控制应用中仍存在着大量传统控制系统如分布式控制系统,在今后一段时间内,分布式控制系统将会与现场总线控制系统共存。因此研究解决不同现场总线系统及现场总线系统与其它系统之间的集成具有重要的工程实际意义,对总线控制技术和系统集成技术及其应用的研究一直成为学术界和工程界研究的热点。论文介绍了工业控制系统的发展及现状,现场总线的技术特点,现场总线控制系统的发展现状和趋势,并研究了现场总线控制系统的结构,特别对PROFIBUS现场总线技术进行了详细的介绍。论文阐述了几种不同的总线系统集成方案,包括传统的分布式控制系统与现场总线控制系统,不同的现场总线控制系统之间以及现场总线控制系统与信息网络之间的集成。论文还对系统集成技术进行了研究,介绍了几种常用的系统集成技术方案,经过对比分析,着重介绍了OPC技术的原理,并基于OPC技术设计了一种异构系统集成的方案。本文以楼宇设备智能控制实验室为研究平台,分别搭建了“基于PROFIBUS总线技术的中央空调模拟监控系统”和“基于ADAM模块的分布式模拟监控系统”,并分别采用WINCC和组态王组态软件进行监控系统设计。论文分别研究了这两个模拟实验系统的网络结构,硬件安装组态,数据交换与集成,监控界面设计等内容。最后,采用OPC技术,以组态软件WINCC为纽带,对两个异构系统进行了集成,并对系统结构和集成步骤进行了介绍。通过实验研究,验证了现场总线控制系统在工业控制中的应用,探索了以OPC技术和组态软件为基础进行系统集成和数据交换的途径。论文对总线控制技术和系统集成技术进行了理论研究和实验分析,内容丰富,对总线控制技术及系统集成技术的理论研究和工程应用具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文课题的意义
• 1.2 相关研究现状
• 1.2.1 工业控制系统的发展与现状
• 1.2.2 系统集成
• 1.2.3 组态软件技术简介
• 1.3 课题主要研究内容
• 1.4 课题的研究思路及论文主要工作
• 1.5 论文章节安排
• 2 现场总线控制系统及PROFIBUS 现场总线技术
• 2.1 现场总线及现场总线控制系统
• 2.1.1 现场总线的概念
• 2.1.2 现场总线技术的特点和优点
• 2.1.3 现场总线控制系统的常见结构
• 2.1.4 现场总线技术应用现状
• 2.2 PROFIBUS 现场总线技术
• 2.2.1 PROFIBUS 现场总线基本概念及其优越性
• 2.2.2 PROFIBUS-DP 的通信协议
• 2.2.3 PROFIBUS-DP 主要设备类型
• 2.2.4 PROFIBUS 传输技术
• 2.2.5 PROFIBUS 总线拓扑结构
• 2.2.6 PROFIBUS 控制系统结构形式
• 2.3 本章小结
• 3 系统集成及数据交换研究
• 3.1 系统集成及其应用
• 3.1.1 系统集成概述
• 3.1.2 系统集成的基本原则
• 3.1.3 工业控制系统数据交换与集成
• 3.2 常用系统集成技术
• 3.2.1 DDE 技术
• 3.2.2 OPC 技术
• 3.2.3 小结
• 3.3 基于OPC 技术的异构总线系统集成架构
• 3.3.1 架构功能说明
• 3.4 本章小结
• 4 基于PROFIBUS 总线技术的中央空调模拟监控系统
• 4.1 中央空调系统及其控制原理简介
• 4.1.1 水系统
• 4.1.2 空气调节系统
• 4.2 模拟监控系统总体结构与硬件配置
• 4.2.1 系统结构
• 4.2.2 网络方案的选择依据
• 4.2.3 主要硬件设备介绍
• 4.2.4 硬件安装与组态
• 4.3 组态监控系统设计
• 4.3.1 WINCC 组态软件介绍
• 4.3.2 监控软件设计内容
• 4.3.3 系统组态设计
• 4.3.4 系统特点
• 4.4 本章小结
• 5 基于ADAM 模块的分布式模拟监控系统
• 5.1 系统简介
• 5.1.1 实验室供配电监控系统
• 5.1.2 远程数据采集与控制模拟系统
• 5.2 系统结构设计与硬件配置
• 5.2.1 系统结构设计
• 5.2.2 RS-485 标准和ADAM 模块网络结构
• 5.2.3 主要硬件设备选型介绍
• 5.2.4 硬件安装与组态设置
• 5.3 计算机组态监控界面设计
• 5.3.1 组态软件介绍
• 5.3.2 画面组态
• 5.4 本章小结
• 6 OPC 技术应用
• 6.1 OPC 通用客户端开发
• 6.1.1 OPC 客户端开发基本步骤
• 6.1.2 自动化接口的OPC 服务器的客户端访问过程
• 6.1.3 使用Visual Basic 6.0 开发OPC 客户端
• 6.2 基于OPC 技术的实验室系统集成网络架构概述
• 6.3 实验室异构系统集成实现
• 6.3.1 OPC 组态
• 6.3.2 系统特点
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 后续研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A：作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B：部分WINCC 脚本程序