新型DCS智能测控模板的开发

论文摘要

在当今社会，工业生产规模日益扩大，集散控制系统(DCS)在工业过程控制领域的应用越来越广泛，已经成为控制领域的主流。而且DCS属于不断发展的控制系统，每一种新技术的应用都推动着它的发展。随着现场总线技术和工业以太网的迅速发展和应用，DCS呈现出新的结构模式，即DCS与现场总线技术及工业以太网相结合，发展成为一种新型的DCS系统，使其拥有了新的更强的竞争力。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。CAN总线是目前应用最广泛的现场总线之一，它适用于过程控制、纺织机械、机器人、数控机床及传感器等很多领域。CAN总线具有低成本、高可靠性、实时性、抗干扰能力强等特点，因而具有很好的发展前景。工业以太网在技术上与商用以太网兼容，但在产品设计上能够满足工业现场的严格要求，由于工业以太网通信具有快速性、确定性、实时性、稳定性及可靠性等特点，因而它在自动化控制领域得到了迅速发展。如何将现场总线与工业以太网技术相融合，使二者优势互补，弥补不足，将是控制领域的新的研究方向。本课题在此背景下，通过研究CAN总线的工作原理及实现过程，设计开发智能型现场测控模板，使其满足新型DCS对现场设备的技术要求。测控模板采用了模块化的结构设计，可插入控制站的插槽中，支持“即插即用”功能，并通过CAN总线与主控站通讯。智能测控模板主要完成现场数据的采集及与主控站的数据传输，现场测控模板采集工业现场的数据，进行运算处理，将数据打包通过CAN总线送到主控站，同时测控模板可随时接收主控站发送的组态命令，进行通道配置等相应操作并返回确认信息，实现集中控制。智能测控模板的种类包括数字量输入模板(DI)、数字量输出模板(DO)、标准信号输入模板(AI)、标准信号输出模板(AO)、毫伏级模拟量输入模板(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。测控模板完成工业现场信号的采集、处理转换、故障报警、信号断线检测等功能。每个模板都设计了隔离保护措施，以保护模板的CPU不受工业现场的干扰，同时具有故障诊断功能，保证系统的运行可靠。作为新型DCS系统的重要组成部分，测控模板的性能越来越稳定，并向智能型发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 DCS 概述
• 1.1.1 DCS 的发展历程
• 1.1.2 传统 DCS 的体系结构及特点
• 1.2 现场总线技术
• 1.3 新型 DCS 系统的整体构架
• 第二章 智能测控模板的设计方案
• 2.1 智能测控模板通讯总线及 CPU选择
• 2.1.1 CAN总线特点
• 2.1.2 MC9S12D64单片机
• 2.2 智能测控模板的整体结构设计
• 第三章 智能测控模板外围电路设计
• 3.1 CPU 外围电路设计
• 3.2 CAN 总线接口电路设计
• 3.2.1 CAN 通讯模块 MSCAN 简介
• 3.2.2 CAN 总线接口电路
• 第四章 智能测控模板的具体功能设计
• 4.1 智能测控模板概述
• 4.2 隔离型数字量输入模板
• 4.2.1 硬件结构
• 4.2.2 软件设计
• 4.3 标准信号输入模板
• 4.3.1 结构框架及器件选择
• 4.3.2 硬件电路设计
• 4.3.3 软件实现方案
• 4.4 热电阻信号输入模板
• 4.4.1 硬件设计
• 4.4.2 测量算法设计
• 4.4.3 程序设计
• 4.5 标准信号输出模板
• 4.5.1 硬件电路设计
• 4.5.2 控制算法与软件设计
• 第五章 智能测控模板在系统中的应用
• 5.1 智能测控模板在现场控制站中的应用
• 5.2 系统扩展应用
• 第六章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表