基于IEC 61499工业过程测量和控制系统的研究

论文摘要

IEC 61499是用于分布式工业过程测量与控制系统（IPMCS）用功能块的国际标准。作为新型工业标准,IEC 61499定义了一套设计模块化、可重用、分布式控制应用的基本概念和思想,为工业分布式控制系统的发展提供了坚实的基础。基于IEC 61499的控制系统具有十分广阔的应用前景,代表了新一代工业过程测量和控制系统的必然趋势。针对目前IEC 61499标准和IEC 61499功能块的基础性研究还很欠缺,本文面向理论分析和工程应用,深入研究了IEC 61499尤其是IEC 61499功能块的概念和思想,重点介绍了实验室自主研发的基于IEC 61499的MMB（Micro Message Bus）功能块和MMB控制系统,给出了基于MMB功能块的装配实例。从实例中可以看出,MMB功能块设计思想规范了工程化、工业化的软件设计方法。MMB功能块封装性（将控制算法进行封装,只暴露标准接口）,使得那些不擅长复杂算法的开发者也可以非常容易理解和应用。MMB功能块的重用性,实现了软件复用,对于控制一个特定的工程,实现不再是从底层的开发,而是在已经开发好的MMB功能块的基础上。因此,基于MMB功能块的开发不同于传统的模式,它从应用系统开发转变为应用系统的集成,极大提高了系统设计的效率和准确性。MMB控制系统避免因个别功能块的崩溃而波及到整个系统,提高了系统的可靠性。尽管目前MMB控制系统还没有完全符合IEC 61499标准,存在一些不足之处,但MMB控制系统开辟了一条基于功能块设计开发的实践化道路,对于IEC 61499标准的推广与应用,有很强现实意义。论文最后以具体的控制系统西门子S7-300PLC为例,研究了PLC的具体实现和存在的缺陷,总结出了基于IEC 61499的PLC发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 IEC 61499 及其功能块的基本概念
• 1.1 IEC 61499 标准的由来
• 1.1.1 从PLC 到IEC 61131-3
• 1.1.2 从IEC 61131-3 到IEC 61499
• 1.2 IEC 61499 标准简介
• 1.3 IEC 61499 标准定义的模型
• 1.3.1 系统模型
• 1.3.2 设备模型
• 1.3.3 资源模型
• 1.3.4 应用模型
• 1.4 IEC 61499 功能块
• 1.4.1 功能块概念
• 1.4.2 功能块模型
• 1.4.3 功能块类型
• 1.4.4 功能块特征
• 1.5 IEC 61499 特殊功能块——服务接口功能块
• 1.5.1 服务接口功能块外部接口
• 1.5.2 服务接口功能块实例行为
• 1.5.3 通信功能块
• 1.5.4 管理功能块
• 本章小结
• 第二章 基于IEC 61499 的MMB 功能块设计与实现
• 2.1 MMB 功能块模型与实现
• 2.1.1 功能块模型
• 2.1.2 编译实现
• 2.2 MMB 功能块实例
• 2.3 MMB 服务接口功能块
• 2.3.1 MMB 过程映射功能块
• 2.3.2 MMB 通信映射功能块
• 2.4 MMB 功能块库
• 2.4.1 基础设施与公共服务
• 2.4.2 应用基础功能块
• 2.4.3 控制系统应用功能块
• 本章小结
• 第三章 基于IEC 61499 的MMB 控制系统及其应用
• 3.1 MMB 控制系统结构
• 3.2 MMB 装配语言
• 3.3 MMB 集成开发环境（MMBIDE）
• 3.3.1 组态文件的编辑和编译
• 3.3.2 组态调试和参数实时监控
• 3.4 MMB 通讯方式
• 3.5 基于MMB 功能块的PID 自整定仿真实例
• 3.5.1 PID 自整定原理
• 3.5.2 组态程序
• 3.5.3 仿真结果
• 3.6 基于MMB 的化工生产过程控制应用实例
• 3.6.1 系统控制任务及要求
• 3.6.2 MMB 编程实现
• 本章小结
• 第四章 MMB 控制系统实现特点以及需要改进的地方
• 4.1 MMB 实现特点
• 4.2 MMB 需要改进的地方
• 本章小结
• 第五章 具体的控制系统S7-300PLC 与IEC 61499
• 5.1 S7-300PLC 系统结构
• 5.2 S7-300PLC 用户程序结构
• 5.2.1 程序中的块
• 5.2.2 程序设计方法
• 5.3 S7-300PLC 编程语言
• 5.4 S7-300PLC 通讯方式
• 5.5 S7-300PLC 在污水处理项目中的应用
• 5.5.1 污水处理控制系统流程及要求
• 5.5.2 程序编写
• 5.5.3 程序仿真分析
• 5.6 基于IEC 61499 的PLC 发展方向
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢