基于工业以太网和OPC技术的异构系统集成研究

论文摘要

随着网络化控制的发展,工业控制领域内形成了各种控制系统和各种现场总线共存并协同工作的局面。它们由于网络结构和通信协议各不相同而无法实现信息共享和互操作,这严重制约着企业自动化的发展。网络化控制发展的最终目标就是将各个孤立的异构系统集成到一起发挥出整体效应,并最终建立综合自动化系统。所以在各大工业现场,如何既能够最大限度的保护企业现有投资,又能够和新系统集成到一起,便成了当今乃至今后长期面临的问题。本文对异构控制系统的集成技术做了全面的学习后,重点针对控制领域内的三大控制系统PLC、DCS、FCS的系统集成做了深入的研究,提出以工业以太网为网络平台,对各异构系统在网络结构和协议上进行同构。在通信接口方面,采用OPC技术对异构控制系统的通信接口进行了统一。利用OPC DA和DX两种规范分别实现了三种异构控制系统在垂直和水平两个方向上的集成。同时,对企业信息网络和控制网络的集成做了一定的探讨。课题来源于某冶炼厂自动化改造项目,本人从头至尾参与了该项目的设计与调试,故课题思想直接来源于工程实践。在文章的最后一章里面直接引用该项目为应用实例。在该项目中,直接应用本文方案实现了烧结车间PLC控制系统、硫酸车间DCS系统和熔炼车间FCS系统三种异构系统的在厂调度中心监控室的系统集成和集中监控。实现了从管理层到现场层的透明访问。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及内容
• 1.2 异构网络控制系统的分析
• 1.2.1 概念及问题
• 1.2.2 解决思路
• 1.3 网络化控制的发展趋势
• 1.3.1 新型DCS
• 1.3.2 现场总路线的发展趋势
• 1.3.3 新一代的现场总线技术——工业以太网
• 1.4 本文研究的工作概要
• 第2章 系统集成的研究及主要方法
• 2.1 系统集成的意义
• 2.1.1 解决自动化孤岛问题
• 2.1.2 管控一体化
• 2.2 异构网络控制系统集成的分析
• 2.2.1 网络平台分析
• 2.2.2 通信接口问题
• 2.3 集成方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 工业以太网在系统集成中应用研究
• 3.1 工业以太网
• 3.1.1 工业以太网技术
• 3.1.2 工业以太网的协议
• 3.1.3 工业以太网的发展趋势
• 3.1.4 以太控制解决的关键问题
• 3.2 PROFINet
• 3.2.1 PROFINet简介
• 3.2.2 PROFINet的技术特点
• 3.2.3 PROFINet网络结构
• 3.3 Profinet和现场总线集成的应用实例
• 3.3.1 PROFINet项目简介
• 3.3.2 PROFINet和PROFIBUS集成设计
• 3.3.3 全集成自动化（TIA）组网调试
• 3.4 本章小结
• 第4章 OPO技术在系统集成中的应用研究
• 4.1 OPC基础
• 4.1.1 OPC的定义
• 4.1.2 OPC的相关技术
• 4.1.3 OPC的体系结构
• 4.1.4 OPC结构模式
• 4.1.5 OPC服务器的对象与接口
• 4.1.6 OPC的技术特点及应用范围
• 4.2 OPC在异构系统集成方案
• 4.2.1 OPC的软件主板功能设计
• 4.2.2 利用OPC连接FCS、DCS、与PLC
• 4.2.3 OPC应用程序开发研究
• 4.3 基于OPC的Excel与WINCC实时数据交换设计与实现
• 4.3.1 VBA实现OPC客户端的设计
• 4.3.2 实验效果
• 4.4 基于OPC的MATLAB与WINCC实时数据交换设计与实现
• 4.4.1 接口设计
• 4.4.2 实验效果
• 4.4 本章小结
• 第5章 工业以太网和OPC在某冶炼厂异构系统中的应用
• 5.1 系统介绍及控制要求
• 5.1.1 课题研究在项目中的任务
• 5.1.2 系统集成要求
• 5.2 系统现状介绍及分析
• 5.2.1 熔炼车间FCS分析
• 5.2.2 硫酸车间DCS分析
• 5.2.3 烧结车间PLC分析
• 5.3 系统网络结构及方案设计
• 5.3.1 厂调中控室的设计（纵向集成）
• 5.3.2 各车间互操作的设计（横向集成）
• 5.3.3 总体方案设计
• 5.4 实现及调试
• 5.4.1 熔炼车间集成设计
• 5.4.2 烧结车间集成设计
• 5.4.3 硫酸车间集成设计
• 5.4.4 网络组态及参数设置
• 5.4.5 系统抗干扰措施
• 5.4.6 最终调试结果
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录