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工控北斗通信系统方案设计报告_V1.8_20160516(非密)课件
会 签
档 号
编 号
保管期限
密 级
阶段标记
F
版 次
1.7
版
名 称
北斗工业控制管理系统平台方案设计报告
单 位
北京航天自动控制研究所
编 写
校 对
审 核
标 审
批 准
北京航天自动控制研究所
内容摘要:
主题词 北斗工业控制 ModBus 方案设计 更改栏 更改单号 更改日期 更改人 更改办法
概述
北斗工业控制管理系统平台旨在提供一套基于北斗短报文数据服务和标准工业控制通信协议的远程工业控制解决方案。平台利用北斗通信链路实现工业现场数据获取和远程控制的目的。北斗工业控制管理系统平台定制开发的软、硬件包括:由北斗工控通信服务软件、北斗工业控制管理系统终端软件、北斗工业控制管理系统终端机三部分组成。
设计依据及原则
设计依据
《北斗工业控制管理系统平台二期技术要求0418A》
《基于Modbus协议的工业自动化网络规范》(GB/T 19582-2008)
《军用装备实验室环境试验方法》(GJB 150-2009)
《电子设备可靠性设计准则》(YW1314-97)
设计原则
该设计方案在充分理解任务要求的基础上,贯彻航天型号产品研制的相关规定,在设计中具体遵循以下原则:
实用性原则:以贴近实际、方便使用为设计宗旨,在充分了解客户需求的基础上进行软、硬件设计,尽量方便用户的操作和观察。
可靠性原则:设计时把可靠性放于首位,供电、对外接口与内部数字控制电路的隔离等设计均保证数据通信的可靠与安全;软件设计时充分考虑用户异常操作时对系统的保护,保证各种情况下的系统安全性,保证设备工作的稳定性。
可扩展性原则:设计时应充分考虑硬件和软件的开放性、灵活性,方便后期功能修改。
总体方案
图3.1北斗工业控制平台系统结构框图
服务器监控软件通过Modbus TCP/IP协议连接到北斗工业控制平台,北斗通信链路服务器为服务器监控软件提供链接转换和数据传输服务。北斗工业控制平台向外提供4个独立的以太网口,每个IP地址支持250个PLC/RTU设备,设备号为1-250,北斗工业控制平台根据IP地址和设备号实现目标PLC/RTU设备连接的北斗设备地址的转换;北斗通信链路服务器编码后将数据帧传输至北斗终端,北斗终端设备解码后转换为Modbus TCP/IP协议发送给PLC/RTU设备进行数据采集和控制。
表1 以太网口和设备号与PLC/RTU设备、连接的北斗终端组成的对应关系映射
Modbus 协议指定地址 PLC/RTU设备IP地址 对应的北斗终端地址 以太网端口 Modbus设备号 1 1-250 250个PLC/RTU设备IP地址 250个北斗设备ID 2 1-250 250个PLC/RTU设备IP地址 250个北斗设备ID 3 1-250 250个PLC/RTU设备IP地址 250个北斗设备ID 4 1-250 250个PLC/RTU设备IP地址 250个北斗设备ID
北斗工业控制平台由北斗工控通信服务软件、北斗工业控制管理系统终端软件、北斗工业控制管理系统终端机组成。
北斗工控通信服务软件:实现对服务器监控服务器的服务响应,利用北斗信道与北斗终端双向传输自定义协议实现数据采集和控制功能;针对北斗工业控制平台进行设置,实现以太网口和设备号与北斗地址映射关系管理、各个终端的指令预配置;
北斗工业控制管理系统终端软件:提供标准的北斗通信功能,并支持ModBus协议编解码,支持自定义协议,实现数据采集和控制功能;
北斗工业控制管理系统终端机:实现现场设备和北斗链路的双向通信的硬件平台。
软件设计共包括两部分:北斗工控通信服务软件、北斗工业控制管理系统终端软件。其中北斗工控通信服务软件按照功能划分为信道服务器软件设计、信道配置软件设计、自定义协议设计、MODBUS服务器与客户端软件设计。北斗工业控制管理系统终端软件按照功能划分为终端软件设计、MODBUS服务器与客户端软件设计。
图3.2北斗工业控制平台软件结构框图
信道服务器软件负责对服务器监控软件的MODBUS指令进行响应,负责服务器监控软件的MODBUS协议与北斗自定义协议的转换,负责对北斗指挥机进行数据收发控制。软件通过数据映射缓存的方式实现北斗和工控现场带宽不匹配的问题。北斗数据按照用户等级实现不同的数据更新频度,服务器端数据实现秒级更新频度。
终端软件负责控制北斗终端收发北斗自定义协议,负责北斗自定义协议与MODBUS协议的转换,负责与终端PLC/RTU设备通过MODBUS协议进行控制与查询。
信道配置软件负责服务器软件与终端软件的指令配置、资源配置以及通信链路映射关系配置。
基于地址映射的北斗传输协议与MODBUS协议
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