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基于FF现场总线的FCS系统研究

汤健彬

  现场总线控制系统(FCS)是近年来控制系统发展方向。传统的DCS系统经过几十年的发展,现在已经到达了一个相当完善的程度,但是它存在着几个弱点,其一是控制现场的仪表与DCS的控制站之间仍然采用模拟信号传送传感器的测量值,容易受到干扰;其二是各种DCS系统基本上都是封闭的体系,每一个生产厂家都有自己的的一套体系结构,尽管这些系统都很类似,但是它们之间无法互换部件。控制软件也是不可通用的。其三是它的所有控制功能都集中于控制站,未实现彻底的分散化。基于基金会现场总线协议FF的现场总线控制系统则能够较好地解决上述问题。基金会现场总线分低速(FF-H1)和高速(FF-HSE)两部分,并且均被现场总线国际标准IEC61158所采用。由于FF协议的把通信和控制两大部分功能结合在一起,因此协议本身的体系结构复杂。从实现方面来说,虽然FF协议本身是公开的,但是它并不涉及协议的实现,因此有许多有关实现的工作要做。本文的工作主要包括以下几个方面:一、对各种现场总线进行研究(第1章),比较它们的特点和性能,同时分析了FF协议的体系结构。二、开发FF协议H1标准的通信栈(第2、3章),包括开发符合FF的H1物理层协议标准的板卡;开发符合FF的H1基本设备规范的数据链路层;开发符合FF的H1链路主设备规范的数据链路层;开发符合FF的H1协议的应用层,以及与之相关的网络管理和系统管理程序。在实现中硬件上采用符合H1协议的低功耗、本安等技术;软件实现上采用RTOS、特殊的内存分配管理技术。作为与上位机的接口,实现了驱动程序和opc接口。三、开发FF协议H1标准的用户层协议(第4、5章),并实现了功能块并应用到仪表开发中。作为应用实例,开发成功符合FF协议的智能温度变送器,以及FF的PC接口卡,并与包含PID、AO功能块的执行器组成小型试验温控系统,以验证FCS系统的可行性。n浙江大学博士学位论文四、研究FF。HSB协议(第六章),开发出其中下层的以太网实体中的部分协议,如UDP、IP、ARP、AnAl,等.并对提高采用HSE的系统的性能提出一些方祛。五、对以*和HSB设备为手段淘没各种大小规板的FCS系统的可行性做一分拆第七章),提出与DCS混会的FCS系统的方案,以解决过汲阶段的系统的结构问@。……   
[关键词]:FF现场总线控制系统;FF通信栈;H1;HSE
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2001年