[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)及其管理方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910304266.4
• 申請(qǐng)日: 2009-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101639694A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仲崇權(quán);付樹(shù)東;王俊山;董智超;劉鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工計(jì)算機(jī)控制工程有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其管理方法。

背景技術(shù)

隨著近年來(lái)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化是未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。EPA(Ethernet?for?Plant?Automation)標(biāo)準(zhǔn)作為我國(guó)第一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要用于全分布式控制系統(tǒng)，解決了以太網(wǎng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間通信的確定性和實(shí)時(shí)性、網(wǎng)絡(luò)供電、互可操作、網(wǎng)絡(luò)安全、可靠性與抗干擾等關(guān)鍵性技術(shù)，符合工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展的要求。然而，將基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，存在以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：

第一，EPA標(biāo)準(zhǔn)與其它國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相比，一個(gè)關(guān)鍵的弱點(diǎn)是相應(yīng)的產(chǎn)品種類(lèi)不多，在工業(yè)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用較少，同時(shí)作為一種全新的標(biāo)準(zhǔn)，它只定義了基于以太網(wǎng)的通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在著大量以串行通訊為主的設(shè)備，應(yīng)用時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備同這些設(shè)備的互聯(lián)，也沒(méi)有規(guī)定通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分布式管理的方法。

第二，從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)前大多數(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)一般都是由主控制器和擴(kuò)展設(shè)備組成，主控制器只有一個(gè)，負(fù)責(zé)所有的控制功能，擴(kuò)展設(shè)備可以為多個(gè)，負(fù)責(zé)I/O輸入輸出功能，數(shù)量可根據(jù)控制系統(tǒng)的大小和功能進(jìn)行選擇，不參與系統(tǒng)的控制。而大部分的主控制器只能與自己生產(chǎn)的擴(kuò)展設(shè)備相連，如果系統(tǒng)中擴(kuò)展設(shè)備還要用到其他廠(chǎng)家的產(chǎn)品，接口不同則不能連接，或者是接口相同且主控制器支持編程時(shí)才能通過(guò)編寫(xiě)較復(fù)雜的程序?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)，操作起來(lái)比較繁瑣，有時(shí)甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)系統(tǒng)的性能，并且主控制器完成了所有的控制功能，擴(kuò)展設(shè)備只提供I/O接口，主控制器宕機(jī)后整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)陷入癱瘓狀態(tài)，集中控制的風(fēng)險(xiǎn)較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其管理方法，以基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)為主干網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議擴(kuò)展系統(tǒng)功能，將控制任務(wù)進(jìn)行分散化，達(dá)到系統(tǒng)的分布式控制。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：此控制系統(tǒng)包括主控制器、擴(kuò)展設(shè)備、工程師站和操作員站四部分。

主控制器主要由單片機(jī)、以太網(wǎng)通訊接口、串行RS485通訊接口、數(shù)字量輸入輸出接口和模擬量輸入輸出接口組成，單片機(jī)負(fù)責(zé)主控制器內(nèi)的命令和數(shù)據(jù)處理，以太網(wǎng)通訊接口與工程師站和操作員站連接，串行RS485接口與擴(kuò)展設(shè)備連接，數(shù)字量輸入輸出接口和模擬量輸入輸出接口分別與所控對(duì)象連接。

擴(kuò)展設(shè)備由內(nèi)部擴(kuò)展設(shè)備和其他擴(kuò)展設(shè)備組成，均具備RS485通訊接口和輸入輸出接口，內(nèi)部擴(kuò)展設(shè)備可通過(guò)固定Modbus協(xié)議與主控制器通訊，其他擴(kuò)展設(shè)備通過(guò)配置標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議與主控制器通訊，擴(kuò)展設(shè)備各自的輸入輸出接口分別與所控對(duì)象連接。

工程師站由設(shè)備管理模塊、通信服務(wù)模塊和功能塊組態(tài)模塊組成。設(shè)備管理模塊負(fù)責(zé)主控制器與擴(kuò)展設(shè)備之間的連接關(guān)系管理，分為設(shè)備上線(xiàn)處理模塊、參數(shù)配置查詢(xún)模塊和從設(shè)備管理模塊三部分；通信服務(wù)模塊負(fù)責(zé)工程師站與主控制器的通訊；功能塊組態(tài)模塊負(fù)責(zé)主控制器和內(nèi)部擴(kuò)展設(shè)備的控制程序生成、編譯和上下載。

操作員站負(fù)責(zé)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的操作控制。

工程師站和操作員站通過(guò)以太網(wǎng)接口與主控制器連接，主控制器和擴(kuò)展設(shè)備通過(guò)RS485連接，設(shè)備輸入輸出接口與各自的所控對(duì)象連接。

控制系統(tǒng)管理方法如下：

首先工程師站利用EPA標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)通信服務(wù)模塊與主控制器通信，獲取主控制器與擴(kuò)展設(shè)備的連接關(guān)系信息，然后根據(jù)設(shè)備連接關(guān)系和系統(tǒng)功能要求使用功能塊組態(tài)模塊對(duì)主控制器和擴(kuò)展設(shè)備按用戶(hù)需要進(jìn)行編寫(xiě)程序，并將程序下載至主控制器和擴(kuò)展設(shè)備中，對(duì)擴(kuò)展設(shè)備采用轉(zhuǎn)發(fā)通訊方式下載。下載完成后系統(tǒng)按照功能塊組態(tài)模塊實(shí)現(xiàn)的邏輯功能運(yùn)行，控制系統(tǒng)運(yùn)行后，主從設(shè)備按照用戶(hù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作員站與主控制器連接后進(jìn)入操作界面，通過(guò)數(shù)據(jù)顯示功能將采集的數(shù)據(jù)按照需求進(jìn)行顯示，并可按照操作界面進(jìn)行整個(gè)控制系統(tǒng)的操作。

工程師站使用上、下線(xiàn)機(jī)制管理主控制器設(shè)備，通過(guò)被動(dòng)接收控制系統(tǒng)中主控制器發(fā)送的EPA設(shè)備聲明報(bào)文來(lái)解析報(bào)文判斷設(shè)備類(lèi)型、當(dāng)前狀態(tài)等信息或主動(dòng)發(fā)送設(shè)備查詢(xún)是否在線(xiàn)命令報(bào)文，判斷設(shè)備是否上線(xiàn)，設(shè)備上線(xiàn)后才能對(duì)主控制器進(jìn)行操作。工程師站提供系統(tǒng)參數(shù)查詢(xún)和修改接口，分為系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、主控制器配置信息、擴(kuò)展設(shè)備配置信息、寄存器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息接口，完成對(duì)控制系統(tǒng)的參數(shù)配置和實(shí)施監(jiān)控。