WorldFIP现场总线分布式控制系统的研究与开发

【摘要】： 现场总线控制系统是近年控制系统的一个重要发展方向。WorldFIP是现场总线IEC61158国际标准中的第七种类型,适用于工业控制现场。国内外在Wor1dFIP现场总线应用主要集中在监控层,而在现场总线控制系统方面的应用研究方面还是一片空白。因此,开发基于Wor1dFIP技术的现场总线分布式控制系统,走出一条自主研发、自主创新的现场总线国产化道路有着非常现实和积极的意义。 论文首次研发了一整套拥有自主知识产权的WorldFIP现场总线控制系统产品原型,详细讨论了关键技术和难点问题的解决方案与新方法。具体研究内容及取得的主要成果体现在以下四个方面: (1)基于WorldFIP协议提出了用户层和总线访问子层(FAS)通信协议,开发了整套WorldFIP协议软件。FAS定义了报文规范和上层服务接口。用户层的研究工作包括功能块和功能块应用进程。开发了系统管理软件模块,给出了具体实现方案,包括设备存在与地址分配,时间同步、功能块调度等。确立了以XML语言为基础的WorldFIP设备描述技术,设计了描述文件解析软件模块。 (2)完成了WorldFIP智能主设备的研发。提出了以ARM9和VxWorks为软硬件平台、具有快速以太网接口的WorldFIP智能主设备的设计方案。用CPLD解决了硬件模块间的时序匹配问题。描述了整体软件结构,开发了设备所特有的总线系统管理软件模块,包括总线仲裁器、设备工厂、功能块交互中心等。 (3)完成了WorldFIP总线仪表通用平台和四款代表性的总线仪表的开发。提出了ARM7和VxWorks为基础的通用平台的详细设计方案,进而研发了WorldFIP总线万能输入变送器、FI转换器、电力参数测量仪以及差压变送器四款仪表。在仪表开发过程中,提出了几项新颖的测量技术:多路隔离的万能输入模块、基于FPGA的自同步整周期交流采样技术和电容膜盒压力传感器的数字化测量电路。 (4)研发了一款面向功能块技术的WorldFIP总线控制系统组态软件。组态软件采用了三层C/S整体架构。中间件服务器FipServer通过FAS协议访问总线设备,采用DLL技术开发。组态软件客户端为单文档多视图的Windows桌面软件,由七个模块构成,重点开发的模块包括系统管理、功能块参数组态、控制策略的图形组态、简单下载和实时监控等。 基于上述研发成果,组建了一个WorldFIP现场总线控制系统,并将其在一个实际的过程控制系统中进行了实验与试用。整个系统顺利完成了多项测试,能够可靠稳定地运行,达到了预期的设计目标,具有良好的产业化前景。