异构网络可编程设备互操作技术研究

论文摘要

由于在不同工业领域总线技术的竞争，形成了不同总线标准并存的局面，实现各种总线之间的设备互联和互操作成为了系统集成技术急需解决的问题，因此对异构网络可编程设备互操作技术进行研究具有着重要的意义。在研究了多种控制网络通信协议、设备资源和变量定义的基础上，提出了一种基于XML的设备通信描述技术。研究了基于描述技术的网络通信的工作原理、实现方法和执行机制，给出了现场设备自动选择通信目标、配置通信接口、生成通信报文、处理通信数据的描述文件和解析、执行方法，解决了异构网络设备间相互通信的问题。研究了IEC61131标准的编程模型和通信模型，介绍了可编程控制器PEC7000硬件和软件系统，定义了控制器的存储区和变量寻址方法，给出了功能块定义和程序扫描执行原理。给出了工业以太网和RS485网络管理和数据传输的通信模型，应用通信描述技术实现了可编程控制器在异构网络中与其它设备的数据传输和互相操作。开发了功能块组态软件PLC Config，用于管理现场设备和组态编程。给出了软件的系统结构，包括现场设备管理模块、可视化组态模块、现场设备监控模块、信息报告模块、文件管理模块、通信服务模块等。实现了对网络上所有设备的资源配置、管理和组态，使网络设备成为一个有机的整体，协同工作，共同完成控制任务。给出了可编程控制器在异构网络中与不同协议设备之间互操作的应用方案，并在工程实际中得到了应用和验证。通过描述技术解决异构网络中设备互操作问题，可以减少应用程序开发工作量、降低应用难度、提高项目开发效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 工业控制网络的应用现状
• 1.2 异构网络化控制系统的概念
• 1.3 网络互操作的概念
• 1.4 可编程设备的状况和发展趋势
• 1.4.1 国外PLC的状况
• 1.4.2 国内PLC的状况
• 1.4.3 PLC的发展趋势
• 1.5 网络互操作技术研究的现状和存在的问题
• 1.5.1 现场总线基金会的互操作
• 1.5.2 Profibus现场总线的互操作
• 1.5.3 DeviceNet,ControNet,Ethernet/IP现场总线的互操作
• 1.5.4 不同现场总线协议下的互操作
• 1.5.5 各种互操作解决方案所存在的问题
• 1.6 异构网络可编程设备互操作技术研究的意义
• 1.7 本文研究的工作概要及章节安排
• 2 课题研究的相关技术介绍
• 2.1 网关技术
• 2.1.1 面向资源互操作的网关
• 2.1.2 面向信息获取互操作的网关
• 2.1.3 网关实现不同总线协议互操作的优点和局限性
• 2.2 IEC61131-3标准软件模型
• 2.2.1 组态
• 2.2.2 程序组织单元
• 2.2.3 变量通信
• 2.2.4 语言单元
• 2.2.5 功能块编程语言
• 2.3 IEC61131-5通信模型
• 2.4 本章小结
• 3 基于XML的设备通信描述技术设计与实现
• 3.1 通信描述技术的工作原理
• 3.2 通信描述技术的实现方法
• 3.2.1 描述文件的内容
• 3.2.2 描述文件的结构
• 3.2.3 描述文件的转换
• 3.3 描述技术的执行方案
• 3.4 本章小结
• 4 异构网络可编程设备的研究与设计
• 4.1 可编程控制器的硬件资源
• 4.2 PEC7000的通信模型
• 4.3 存储区定义
• 4.3.1 固定存储区
• 4.3.2 变量存储区
• 4.4 变量的类型定义和寻址方法设计
• 4.4.1 变量的类型定义
• 4.4.2 变量的寻址方法设计
• 4.4.3 变量的描述方法
• 4.5 功能块的设计与实现
• 4.5.1 功能块的设计
• 4.5.2 功能块的执行
• 4.6 功能块程序的执行
• 4.7 通信描述执行程序的设计
• 4.8 通信调度管理器的设计
• 4.9 本章小结
• 5 网络可编程设备组态软件的设计
• 5.1 组态软件的总体设计
• 5.2 现场设备管理模块
• 5.3 文件管理模块
• 5.4 视化组态模块
• 5.4.1 视化工程管理
• 5.4.2 可视化功能块组态
• 5.4.3 可视化通信描述配置器
• 5.5 现场设备监控模块
• 5.6 通信服务模块
• 5.7 信息报告模块
• 5.8 本章小结
• 6 可编程控制器在异构网络中的应用
• 6.1 可编程控制器的典型应用方案
• 6.2 可编程控制器的现场应用
• 6.2.1 控制系统简介
• 6.2.2 系统总体结构
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢