DCS现场控制站控制软件研究与实现

论文摘要

DCS(分散式控制系统)具有集中监控、分散危险的优点。计算机技术、通信技术、显示技术、控制技术和制造工艺的发展使DCS的可靠性得以提高。因此,在各种工业控制中DCS得到了广泛的应用。现场控制站作为DCS控制系统的核心部件,必须满足实时性和可靠性指标。其主要作用有:现场数据的采集和处理、数据的传输和网络通信、控制方案的实施等。网络通信是整个控制系统的神经中枢。本文基于QNX操作系统在DCS现场控制站控制模板上实现了系统网络(SNet)功能,利用广播和多播的通信方式,实现了多个控制站间、主从控制模板间、控制站与操作站间的实时数据通信。对不同的数据信息以不同的方式进行网络传输,确保了系统的实时性和可靠性。控制算法是控制系统的核心。在DCS控制软件中,基于配置文件和动态连接库实现了FBD功能块图。通过学习比较PID控制,模糊控制等多种控制算法设计并实现了一种简易的模糊PID控制算法,该算法适用于工业过程控制中PID控制参数难以整定、或操作员能力不高等场合。经过现场调试证明,该算法易于实现,方便操作,能够较好满足实际生产过程的需求。本控制系统支持多控制程序并行运行,但是在DCS控制系统的实际运行中,当多个不同周期的功能块同时运行时,操作系统的调度往往不能同时能满足系统并行性和实时性的要求,这就需要对待运行的程序模块进行前期的调度处理。针对这一情况,本文设计并实现了一种基于相位偏移的非抢占式的程序调度方法,该方法简单、易实现,实验证明能够较好的解决上述问题,符合系统实时性要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 分布式控制系统概述
• 1.1.1 分布式控制系统
• 1.1.2 分布式控制系统的体系结构
• 1.2 DCS现场控制站
• 1.2.1 DCS现场控制站的发展
• 1.2.2 DCS现场控制站的发展现状及趋势
• 1.2.3 DCS控制站的硬件结构
• 1.2.4 DCS控制站的软件
• 1.3 本文的研究内容和论文结构
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 论文结构
• 第2章 理论基础
• 2.1 广播/多播通信技术
• 2.1.1 单播、广播和多播
• 2.1.2 广播地址
• 2.1.3 多播地址
• 2.2 TCP 和UDP 网络传输协议
• 2.2.1 TCP 协议
• 2.2.2 UDP 协议
• 2.3 套接口编程
• 2.3.1 套接字概述
• 2.3.2 TCP 套接字
• 2.3.3 UDP 套接字
• 2.4 操作系统基础理论
• 2.4.1 任务、进程与线程
• 2.4.2 进程间的通信方式
• 2.5 本章小结
• 第3章 网络通信模块的设计与实现
• 3.1 DCS系统的总体网络结构
• 3.2 Snet系统网络的工作方式
• 3.2.1 系统各进程间的作用
• 3.2.2 控制模板上数据的传输方式
• 3.2.3 SNet上传输的数据结构
• 3.3 SNet的工作流程
• 3.3.1 SNet工作的主线程
• 3.3.2 消息处理和定时处理的主要工作
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于相位偏移的非抢占式任务调度算法
• 4.1 常见的系统调度算法
• 4.1.1 进程调度的一般原则
• 4.1.2 常见进程调度的方法
• 4.2 基于相位偏移的非抢占式任务调度方法
• 4.2.1 传统调度算法的局限性
• 4.2.2 用户程序调度算法设计思想
• 4.3 调度算法的实现
• 4.3.1 非抢占式相位偏移的程序调度算法流程
• 4.3.2 算法仿真实现
• 4.3.3 小结
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制算法模块的设计与实现
• 5.1 算法功能块库
• 5.1.1 算法功能块库的组成
• 5.1.2 算法模块的具体表现形式
• 5.2 算法模块的功能实现
• 5.2.1 算法模块的组成
• 5.2.2 算法模块功能的实现
• 5.3 简易模糊PID控制模块
• 5.3.1 液位控制问题
• 5.3.2 水箱液位控制系统
• 5.3.3 PID参数自整定
• 5.3.4 简易模糊PID控制算法
• 5.3.5 水箱液位控制仿真效果
• 5.4 模糊PID控制在实际液位控制中的实现与应用
• 5.4.1 算法模块的设计
• 5.4.2 控制模块功能详解
• 5.4.3 模糊PID功能块在液位控制中的应用
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要