基于CAN总线的FDCS的开发与应用

论文摘要

集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来,集散控制系统已经在工业控制领域得到了广泛的应用。集散控制系统的主要特征是它的集中管理和分散控制。而且,随着计算机技术的发展,现场总线技术被引入集散控制系统中,使集散控制系统发展成为现场总线集散控制系统(FDCS),这是对过程控制和过程仪表的一次新的革命。现场总线集散控制系统将被广泛应用到工业控制领域中。 本文首先阐述FDCS的定义与结构,然后介绍DCS的发展,现场总线的发展与现状以及FDCS与DCS的关系。 其次详细介绍集散控制系统的数据通信,主要内容包括现场总线通信协议模型、现场总线通信协议、CAN总线数据通信的原理与体系结构。 本文的重点是基于CAN总线的FDCS的开发。从基于CAN总线的网络通信单元、数据采集单元和输出控制单元三个方面进行阐述,对各个单元的硬件和软件的设计进行了详细的介绍。此外还介绍了基于CAN总线的FDCS系统管理和监控软件的设计,内容包括系统初始化、数据处理与监控、实时数据库设计、报警处理、故障诊断以及控制算法。 最后以阳山输煤程控系统为例,介绍基于CAN现场总线的集散控制系统在实际工业控制过程中的应用,内容包括系统的总体结构及其组态、上位机子系统、下位机子系统、网络通信模块。由IFiX组态软件对上位机子系统进行组态;由前置机D3208、D2620、A415组成下位机子系统;由CAN总线控制芯片SJA1000和CAN总线接口芯片82C250组成网络通信模块实现上位机与下位机的数据通信。本FDCS于2004年12月投入运行,满足了输煤控制的各项要求,证明这套设备能高效、安全、可靠地运行在工业生产过程中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 FDCS的定义与结构
• 1.3 DCS的发展
• 1.4 现场总线的发展与现状
• 1.5 FDCS与DCS的关系
• 1.6 本文的主要研究工作
• 第2章 集散控制系统的数据通信
• 2.1 现场总线通信
• 2.1.1 现场总线标准
• 2.1.2 现场总线通信协议模型
• 2.1.3 现场总线通信协议
• 2.2 CAN控制器局域网络
• 2.2.1 CAN总线的原理及体系结构
• 2.2.2 CAN协议的分层结构
• 2.2.3 报文传送及其帧结构
• 2.2.4 错误类型和界定
• 2.2.5 位定时与同步
• 2.2.6 CAN总线媒体装置特性
• 2.2.7 应用层协议
• 第3章 基于CAN总线的FDCS控制单元的设计
• 3.1 基于CAN总线的网络通信单元的设计
• 3.1.1 CAN转换器的硬件设计
• 3.1.2 CAN转换器的程序设计
• 3.2 基于CAN总线的数据采集和控制输出单元的设计
• 3.2.1 D3208数字量采集前置机的软硬件设计
• 3.2.2 A415模拟量采集前置机的软硬件设计
• 3.3 FDCS各个控制单元的调试
• 本章小结
• 第4章 基于CAN总线的FDCS的软件设计
• 4.1 FDCS系统软件的组成
• 4.2 FDCS系统软件的设计
• 4.2.1 系统初始化设计
• 4.2.2 数据处理与监控的设计
• 4.2.3 实时数据库的设计
• 4.2.4 报警处理的设计与实现
• 4.2.5 故障诊断的设计与实现
• 4.3 FDCS的控制算法
• 本章小结
• 第5章 基于CAN总线的FDCS系统的应用
• 5.1 引言
• 5.2 系统总体结构及其组态
• 5.2.1 系统的总体结构
• 5.2.2 系统的组态
• 5.2.3 运煤系统控制要求
• 5.2.4 运行设备联锁关系
• 5.2.5 配煤控制功能
• 5.2.6 输煤程控设备
• 5.3 上位机子系统
• 5.3.1 IFIX监控系统
• 5.3.2 IFiX3.5、驱动程序、转换器之间的动态数据交换
• 5.4 下位机子系统
• 5.5 系统的网络通信
• 本章小结
• 结论
• 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
• 附录B 攻读学位期间参与的研究项目