基于EPA标准的功能块研究与实现

论文摘要

目前分布式控制系统已经被生产制造和过程控制工业所广泛接受。EPA作为一种分布式以太网现场总线标准于2007年8月被作为现场总线国际标准IEC61158（第四版）中的第十四类型正式出版。功能块是EPA现场总线控制系统中基本控制单元,是现场设备组成控制策略的关键部分,对功能块进行研究有利于EPA现场总线的推广。根据IEC61499标准提供的功能块结构和概念,对EPA现场总线控制系统的功能块进行设计。针对提高功能块的自诊断、自适应能力的问题,采用功能块参数状态传递和模式转换的方式,实现功能块的故障状况检测与处理、防积分饱和、工作模式无扰动切换。针对功能块个数固定引起的现场设备资源的不合理使用,采用功能块散列表来管理标准功能块,实现标准功能块动态实例化。对于功能块的执行控制算法,实现了IEC61499标准提出的时间触发和事件触发这两种功能块触发方式。针对标准功能块种类相对单一,不能完全满足工程应用要求,提出了利用柔性块来实现用户可编辑的功能块。柔性块功能结构中动态申请输入和输出参数存储区实现功能块输入输出参数类型及个数的动态变化,同时定义这两个存储区为两个特殊变量区,实现其与柔性块算法内部定义的变量区共同操作。柔性块算法及内部变量的编辑采用IEC61131-3标准定义的PLC编程语言进行编辑。同时使用柔性块算法域对象管理柔性块,实现柔性块动态实例化。柔性块的执行采用扫描解析柔性块算法中各功能指令的方式来实现。为保证系统的稳定性和实时性要求,以流水线并行技术和紧凑模式定义设备中功能块任务和通信任务的执行,并在事件触发方式的基础上使用截止期最早优先算法确定事件执行次序,实现功能块调度策略,同时确定该功能块调度策略对应的链路层调度策略,即每个设备周期报文发送时间片的划分及宏周期的大小。给出了功能块在实际系统中应用的验证,表明该软件能够应用于多设备之间组成多个控制回路的场合,实现分布式控制,并可通过柔性块的编辑实现用户可编辑的功能块。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 工业以太网的现状与发展
• 1.2 功能块的发展现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 主要内容和结构
• 2 基于IEC61499标准的功能块设计
• 2.1 软硬件开发环境
• 2.1.1 硬件平台
• 2.1.2 软件平台
• 2.2 功能块标准简介
• 2.2.1 功能块应用进程
• 2.2.2 设备模型
• 2.2.3 功能块模型
• 2.3 功能块整体设计
• 2.4 功能块参数状态和模式
• 2.4.1 功能块参数状态
• 2.4.2 功能块模式
• 2.4.3 模式转换
• 2.5 功能块实例化
• 2.5.1 功能块资源管理
• 2.5.2 功能块实例化流程
• 2.6 功能块触发方式
• 2.6.1 事件触发
• 2.6.2 时间触发
• 2.7 本章小结
• 3 基于IEC61131-3标准的柔性块设计
• 3.1 IEC61131-3标准简介
• 3.1.1 基本编程概念和公共元素
• 3.1.2 编程语言
• 3.2 柔性块概念
• 3.3 柔性块结构设计
• 3.4 柔性块算法设计
• 3.4.1 变量通信模型
• 3.4.2 寻址方式
• 3.4.3 算法报文结构
• 3.5 柔性块执行
• 3.7 本章小结
• 4 功能块调度
• 4.1 EPA链路调度规程简介
• 4.2 问题提出
• 4.3 功能块调度策略
• 4.4 应用实例
• 4.5 本章小结
• 5 功能块在实际系统中的验证
• 5.1 验证平台
• 5.2 EPA功能块功能验证
• 5.2.1 标准功能块组态验证
• 5.2.2 柔性块组态验证
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 表示参数质量细节的子状态
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢