[發明專利]一種基于EPA標準的控制系統及其管理方法

無效

• 申請號: 200910304266.4
• 申請日: 2009-07-13
• 公開（公告）號: CN101639694A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 仲崇權;付樹東;王俊山;董智超;劉鑫
• 申請（專利權）人: 大連理工計算機控制工程有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及屬于工業自動化控制技術領域，提供了一種自動化控制系統及其管理方法。

背景技術

隨著近年來工業自動化控制系統的進一步發展，網絡化、智能化、集成化是未來工業自動化控制系統的發展趨勢。EPA(Ethernet?for?Plant?Automation)標準作為我國第一個擁有自主知識產權的現場總線國家標準，主要用于全分布式控制系統，解決了以太網用于工業現場設備間通信的確定性和實時性、網絡供電、互可操作、網絡安全、可靠性與抗干擾等關鍵性技術，符合工業自動化控制系統發展的要求。然而，將基于EPA標準的控制系統實際應用于現場時，存在以下兩個方面的問題：

第一，EPA標準與其它國際標準相比，一個關鍵的弱點是相應的產品種類不多，在工業控制系統上的應用較少，同時作為一種全新的標準，它只定義了基于以太網的通訊協議標準，而目前工業現場存在著大量以串行通訊為主的設備，應用時無法實現基于EPA標準的設備同這些設備的互聯，也沒有規定通過串口實現系統分布式管理的方法。

第二，從控制系統的結構來說，當前大多數的自動化控制系統一般都是由主控制器和擴展設備組成，主控制器只有一個，負責所有的控制功能，擴展設備可以為多個，負責I/O輸入輸出功能，數量可根據控制系統的大小和功能進行選擇，不參與系統的控制。而大部分的主控制器只能與自己生產的擴展設備相連，如果系統中擴展設備還要用到其他廠家的產品，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才能通過編寫較復雜的程序實現互聯，操作起來比較繁瑣，有時甚至會影響到整個系統的性能，并且主控制器完成了所有的控制功能，擴展設備只提供I/O接口，主控制器宕機后整個系統就會陷入癱瘓狀態，集中控制的風險較大。

發明內容

本發明提供了一種自動化控制系統及其管理方法，以基于EPA標準的以太網為主干網絡，通過標準Modbus協議擴展系統功能，將控制任務進行分散化，達到系統的分布式控制。

本發明采用的技術方案是：此控制系統包括主控制器、擴展設備、工程師站和操作員站四部分。

主控制器主要由單片機、以太網通訊接口、串行RS485通訊接口、數字量輸入輸出接口和模擬量輸入輸出接口組成，單片機負責主控制器內的命令和數據處理，以太網通訊接口與工程師站和操作員站連接，串行RS485接口與擴展設備連接，數字量輸入輸出接口和模擬量輸入輸出接口分別與所控對象連接。

擴展設備由內部擴展設備和其他擴展設備組成，均具備RS485通訊接口和輸入輸出接口，內部擴展設備可通過固定Modbus協議與主控制器通訊，其他擴展設備通過配置標準Modbus協議與主控制器通訊，擴展設備各自的輸入輸出接口分別與所控對象連接。

工程師站由設備管理模塊、通信服務模塊和功能塊組態模塊組成。設備管理模塊負責主控制器與擴展設備之間的連接關系管理，分為設備上線處理模塊、參數配置查詢模塊和從設備管理模塊三部分；通信服務模塊負責工程師站與主控制器的通訊；功能塊組態模塊負責主控制器和內部擴展設備的控制程序生成、編譯和上下載。

操作員站負責用戶對系統的操作控制。

工程師站和操作員站通過以太網接口與主控制器連接，主控制器和擴展設備通過RS485連接，設備輸入輸出接口與各自的所控對象連接。

控制系統管理方法如下：

首先工程師站利用EPA標準通過通信服務模塊與主控制器通信，獲取主控制器與擴展設備的連接關系信息，然后根據設備連接關系和系統功能要求使用功能塊組態模塊對主控制器和擴展設備按用戶需要進行編寫程序，并將程序下載至主控制器和擴展設備中，對擴展設備采用轉發通訊方式下載。下載完成后系統按照功能塊組態模塊實現的邏輯功能運行，控制系統運行后，主從設備按照用戶需求進行數據交換。操作員站與主控制器連接后進入操作界面，通過數據顯示功能將采集的數據按照需求進行顯示，并可按照操作界面進行整個控制系統的操作。

工程師站使用上、下線機制管理主控制器設備，通過被動接收控制系統中主控制器發送的EPA設備聲明報文來解析報文判斷設備類型、當前狀態等信息或主動發送設備查詢是否在線命令報文，判斷設備是否上線，設備上線后才能對主控制器進行操作。工程師站提供系統參數查詢和修改接口，分為系統運行狀態、主控制器配置信息、擴展設備配置信息、寄存器實時數據信息接口，完成對控制系統的參數配置和實施監控。