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逻辑组态控制器的研究与实现

作　者: 郭勇
导　师: 朱林
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制工程
关键词: 控制器模块 逻辑组态 工业以太网 uC/OS-Ⅱ TCP/IP
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


现代工业生产过程控制领域，特别是中小型生产过程控制场合，高性能控制器与现场数据采集模块组合，实现流程工业自动化控制，已经是广泛应用而且被业界认可并不断研究、完善的模式。这种模块化的控制方案具有成本低廉、安装调试快捷、扩展维护方便和鲁棒性强等优点。利用高性能的嵌入式微处理器作为整个控制器的核心，既能够按需求采集现场数据，又能够实现各种控制算法，完成控制要求。论文以过程控制为背景，研制了基于嵌入式微处理器、可逻辑组态的控制器模块。控制器模块可以解释执行上位机对控制器中的功能算法模块的组态程序，实现单闭环回路、双闭环回路、前馈控制和串级控制等功能。主要研究内容有：1.研发基于嵌入式微处理器、可组态的工业控制器。完成控制器硬、软件设计和控制器样机；2.基于实时操作系统uC/OS-Ⅱ平台，分析、研究任务间的同步、组态序列的解析方法以及通信任务的状态转换等程序设计中影响系统实时性、鲁棒性的因素；3.深入分析嵌入式TCP/IP协议栈，完成uC/OS-Ⅱ平台下LwIP的移植。整个系统分为上位机组态系统与控制器两个部分。支持以控制系统图形化编程为基础的过程控制。控制器以嵌入式芯片STM32F103ZET6为核心，提供数据采集、控制输出、通讯、显示和组态程序解析等功能。控制器模块作为现场级节点可实现工业以太网接入，实现ARP、UDP、ICMP、TCP协议，具备基本的网络通信功能。运行实验表明，控制器模块能够实现良好的控制效果、较高的采样精度，组态便捷，TCP/IP协议栈为控制器的远程访问和更复杂的控制方法提供了系统支持。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-12
  1.3 工业以太网的发展及应用前景  12-14
  1.4 课题研究的主要内容及技术路线  14-15
    1.4.1 课题研究的主要内容  14
    1.4.2 课题研究技术路线  14-15
  1.5 论文结构  15-16
2 控制器逻辑组态  16-23
  2.1 组态与逻辑组态  16-17
  2.2 控制器逻辑组态的实现  17-22
    2.2.1 系统整体架构  17-18
    2.2.2 功能算法模块编码帧格式  18-20
    2.2.3 目标代码的编码格式  20-21
    2.2.4 PID 参数编码帧格式  21-22
  2.3 本章小结  22-23
3 控制器模块硬件设计  23-36
  3.1 中央处理单元  24-26
    3.1.1 处理器选型  24
    3.1.2 STM32 处理器  24-26
  3.2 电源模块  26-27
  3.3 通讯模块  27-31
    3.3.1 RS232 通讯接口  27-28
    3.3.2 RS485 通讯接口  28-30
    3.3.3 CAN 通讯接口  30-31
  3.4 输入输出电路设计  31-34
    3.4.1 开关量输入/输出电路  31-32
    3.4.2 模拟量输入/输出电路  32-34
  3.5 以太网接口电路  34-35
  3.6 本章小结  35-36
4 软件设计  36-55
  4.1 嵌入式操作系统选型  36-37
  4.2 uC/OS-Ⅱ 操作系统  37-40
    4.2.1 实时操作系统 uC/OS-Ⅱ  37-39
    4.2.2 uC/OS-Ⅱ 操作系统移植  39-40
  4.3 LwIP 协议栈的实现  40-48
    4.3.1 嵌入式 TCP/IP 协议栈 LwIP  40-41
    4.3.2 LwIP 进程模型  41-42
    4.3.3 uC/OS-Ⅱ 平台下 LwIP 的移植  42-48
  4.4 系统软件架构  48-49
  4.5 软件任务的划分  49-50
  4.6 控制器应用程序设计  50-54
  4.7 本章小结  54-55
5 控制器模块功能测试  55-64
  5.1 组态功能测试实验  55-59
    5.1.1 实验、测试平台  55-56
    5.1.2 过程控制实验流程  56-59
  5.2 以太网测试  59-62
    5.2.1 ping 测试  59-60
    5.2.2 TCP 协议测试  60-62
  5.3 本章小结  62-64
结论  64-65
参考文献  65-68
附录A 控制器模块实物图  68-69
附录B 组态序列解析任务部分程序  69-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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