我国中小型企业众多,而且普遍面临着资金短缺、技术匮乏、整体控制水平不高等方面的问题,因此低成本的工业控制自动化系统成为众多企业的首选。在目前工控机成本相对较高的情况下,采用嵌入式技术设计分布式网络控制系统,既可以满足控制要求,同时又能有效地降低成本,这对于提高企业经济效益,以低投入取得高产出和缩短投资回收期等都具有十分重要的意义。 本文通过对小型工业过程控制系统需求进行深入分析的基础上,设计了控制系统的整体架构,研制了现场控制器的硬件系统。控制网络系统采用三层结构,核心是直接控制工业过程的现场控制层。现场控制层主控制器采用模块化设计方式,模块之间采用总线互连。主控制CPU选用的是高性能的32位嵌入式ARM核处理器芯片,模块间通信总线选用SMBus串行总线。 现场控制器软件系统采用嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ作为系统软件平台。在嵌入式实时多任务环境下采用面向任务对象的思想开发现场控制层应用程序,一方面可以充分发挥CPU的性能,同时又大大降低了软件开发和维护的难度。另外针对网络协议的需要扩展了内存管理器和系统时钟管理器,采用多粒度差值定时器管理外部定时事件,简化了多定时事件的处理过程。 为了满足控制层网络通信带宽的要求,现场控制器与监控主机采用以太网组网,上层网络通信协议采用TCP/IP协议。在对TCP/IP协议栈深入分析的基础上对其进行精简,剔除不需要的协议,简化了部分协议的实现方式,使其适应嵌入式应用环境。通过采用以太网及TCP/IP协议,监控主机不需要设计复杂的硬件即可简洁方便的对现场控制器进行监控。