小型计算机控制系统的设计与实现..docx

小 型 计 算 机 控 制 系 统 的 设 计 与 实 现摘 要: 小 型 计 算 机 控 制 系 统 以 中 小 规 模 应 用 为 重 点 , 采 用 了 嵌 入 式 和 Modbus 现 场 总 线 技 术、 开 放 式 的 智 能 I /O模块 、 实 时 在 线 的 控制 策略 , 具 有 控 制 及 人 机 界 面 易 于 编 程 、 系 统 性 能 可 靠 、 可 扩 展 性 强 、 价 格 较 低 等 优 点 。关 键 词 : 计 算 机 控制 系 统 ; Linux; Modbus; 控制 策略 ; 自 动 组 态Design and Implementation of Mini-computer Control SystemAbstract: The mini-computer control system is developed mainly for smaller scale industry applications. Adopting the embedding system and Modbus field bus technology, opening intelligent I /O module and real-time on-line control strategy, the system has flexible controlling and human-machine interface, better reliability and stability, strong extensibility and lowprice, etc.Key words: Computer Control System; Linux; Modbus; Control Strategy; Auto Configuration1 引 言随着计算机技术以及网络技术的发展,计算机技术在工业控制系统中 得到了广泛的应用, 形成了计算机控 制系统。采用计算机控制系统 技术将有利于生产过程的 监 视、 管理以及可靠性。 但目前在工业控制领域, 控制系统价格普遍昂贵并且规模较大, 如西门子和霍尼 威尔的集散式控制系统 。小规模的生产过程却缺乏一套功能完善 、 可靠稳定和技术先进的小型计算机控制系统 。本系统针对目前这一现象,以中小规模应用为重点,采用 Linux 操作 系统和现场总线 Modbus 技术、功能强大的智能I /O模块、 在线实 时控制策略技术, 系统具有控制及人机界面易于编程、可移植性好、 可扩展性强、价格较低 等优点。同时采用了嵌入式技术,因而具有 性能可靠、 低功耗和体积小等特点[ 1] ;在硬件和软件的设计上, 采用 了模块化和层次化的设计, 因此系统有很好的灵活性和扩展性;操作 系统使用 Linux, 故可以利用其高可靠的内核以及丰富的软件资源。2 系统结构本系统分为两层结构,即现场控制层和控制管理层。系统结构图如图 1 所示。在现场控制层上,现场控制单元直接与现场各类装置相连,对 所连的装置实施监测控制, 同时它还向控制管理层的计算机传递装 置所需的特性数据和采集到的实时数据,并接收上层的管理信息。现场控制单元由三种模块组成,即主控单元模块、I /O接口模块和 I /O 单元模块。主控单元模块的主要功能是控制算法的运行和现场数据 采集的调度,其所用的操作系统为 Linux 嵌入式操作系统;I /O接口 模块的主要功能是模拟量的 A/D 转换以及 I /O 单元模块的驱动; I /O单元模块的主要功能是信号的采集和调理,根据 I /O 单元模块是 否具有自主数据采集以及控制功能, 可将其分为智能I /O单元模块和 非智能 I /O 单元模块, 同时根据 I /O 接口模块驱动的是智能还是非智能 I /O 单元模块可以将其分为智能和非智能 I /O 接口模块。控制管理层由基于 Windows 的操作站组成, 用于监视现场控制单元 的相关信息集中显示操作、控制回路组态和参数修改、优化过程处理等。该系统包括四种通信网络:主控单元模块与接口板之间的PC-104 总 线、非智能 I /O 模块之间互连的自定义64针底板总线、智能I /O模 块之间互连的Modbus Over RS-485总线和现场控制层与控制管理层之间通信所用的Modbus Over TCP/IP 总线。其中,自定义64针底板 总 线与Modbus Over RS- 485 总线一起构成了底板总线 。3 硬件结构系统硬件由主控板和扩展板构成, 其中扩展板最多可以是三块。主 控板由主控单元模块、 非智能 I /O 接口模块、智能I /O接口模块、 智能和非智能 I /O 输入输出单元模块以及电源模块组成; 扩 展板 由非智能模拟量输入