基于IEC61131-3标准的分布式智能系统策略组态软件包开发研究

【摘要】：随着网络化技术的飞速发展和现场总线技术的蓬勃兴起以及在工业控制领域的广泛应用,国内外的控制系统生成厂商纷纷推出自己的分布式控制新产品。每一种新型的控制系统的诞生通常总是伴随着一种上位策略组态软件的设计实现。系统控制策略组态软件是分布式控制系统中的上位软件部分,在整个系统中占有着极其重要的地位。IEC61131-3 标准不但完全适用于 PLC 系统,而且在相当多的方面可以应用到 DCS 和 FCS 系统中,对整个工业体系软件的发展具有深远的影响,为分布式智能系统策略组态软件的开发在标准化方面指明了方向。目前国内外在分布式控制系统策略组态软件在标准化及设计开发的多个方面都存在着诸多的问题和缺陷。另一方面,WorldFIP 现场总线技术有着本质的优越性,在世界工控领域内有着广泛的应用,但同时国内外业界在 WorldFIP 现场总线技术应用领域的多个方面还存在着空白,开发基于 WorldFIP 技术的分布式控制系统具有非常现实的意义。因此,开发基于 IEC 标准和 WorldFIP 技术的分布式控制系统策略组态软件,实现完全意义上的分布式控制策略,在国内走出一条自主研发、自主创新的道路的同时为今后国内同行业的组态软件的开发提供切实的指导、为今后进一步的完全适合于国人的组态软件开发指明方向,从理论和实践角度讲,都有着非常现实和积极的意义。 本文以面向基于 WorldFIP 技术的分布式控制系统策略组态软件包的设计开发的全过程为基础,在对国内外分布式控制系统策略组态软件的现状和存在的问题进行分析比较的基础上,详细介绍和阐述了所开发的两种系统的功能、组成、结构及整体和各组成部分的设计开发的详细内容,详尽、系统地阐述和论证了在本系统中对问题的解决和方案的改进的具体的思路、原理和设计、实现的方法,重点介绍了系统中的特色和创新所在。本文主要内容为: (1)首先在几个方面回顾了几种分布式智能系统及其策略组态软件的诞生和发展历程,并从历史和现实的角度系统地剖析了分布式智能系统及其策略组态软件产生和发展的原因,在对理论和现实的背景进行了分析与综合后指出了开发具有自主知识产权的基于现场总线技术的分布式智能系统及其组态软件的重大意义。在对当前国内外分布控制系统策略组态软件的现状和存在的问题以及国内外 WorldFIP技术及基于 WorldFIP 技术的分布式智能系统的应用与研发现状进行分析比较的基础上,进一步引证了课题的重要意义。 (2)阐述和介绍了有关 IEC31131-3 标准的内容。 (3)在国内首次设计实现了具有完全自主知识产权的基于编译后中间码技术、功能较为完善的兼容 IEC61131-3 标准的 WorldFIP 现场总线智能系统策略组态软件FIPCONF;概要性地介绍了 FIPCONF 的功能、服务以及系统面向用户的编程语言选择的依据;系统详细地阐述了 FIPCONF 系统中重要组成部分的设计开发的思路、方案及实现;采用分析比较的方法,在对现有组态软件中存在的问题和局限性进行 摘 要 I I 分析的基础上,对 FIPCONF 系统的创新之处从概念、功能和意义上进行了全面而 详细的阐述和论证。在国内首次提出了基于编译后中间码技术的面向下位设备的指 令码可移植性方案的概念,提出了面向分布式智能系统的“用户组态的硬件设备无 关性”概念,并以此种概念为指导设计实现了该种方案;在 FCS 策略组态软件中提 出了针对组态工程的两种工作模式的概念并对其进行了设计实现;提出了一种“FCS 策略逻辑组态与物理组态相分离”的概念并给出了其具体的设计实现方案;提出了 “在 FCS 组态软件中加入网络通信仿真功能”的概念并对其进行了设计实现;结合 组态软件所针对的下位系统数据通信方案的设计实现,引出了 WorldFIP 现场总线通 信参考模型用户层的概念,以 WorldFIP 现场总线技术在过程控制中的应用为目标, 对用户层数据格式规范进行了研究和探讨。 (4)设计实现了具有完全自主知识产权的基于编译后中间码技术、用户界面 友好的兼容 IEC61131-3 标准的 PLCS 控制系统组态软件,实现了 IEC 全部 5 种标 准化编程语言;详尽、系统地介绍了 LCC2000 的功能和服务,阐述了系统组成和 结构。系统阐述和论证了对 IEC61131-3 标准规定的 5 种编程语言的编辑器与编 译器的设计开发完整过程;在各部分中详细、系统地研究和探讨了其他组态软件 中的各种现存问题,阐述和论证并设计实现了解决方案、并分别从概念、实用性、 易用性等角度指出了针对各种目标的实施方案的特色和创新之处。提出并设计实 现了一种基于块和连接元素流程控制图概念模型的梯形图解析模型;提出并设计实 现了一种面向工业用编译软件开发者的ST编译中间式——OO式并设计实现了应用 OO 式进行表达式编译的方案和流程。 (5)最后一部分对本文作一概括性的总结,从概念、体系、方法、模型等方 面指明了本文的成果与贡献;指出了所开发的系统在今后所应作的进一步改进和优 化的方向;指出了分布式智能系统策略组态软件进一步发展过程中值得考虑的几个 重要的发展方向及其未来的发展趋势。 该组态软件包运行于 Windows 操作系统,功能较为完善,人机界面高度友好, 在批判性地借鉴国内外同行新技术的同时集中了众多组态软件的优点,解决