论文部分内容阅读
集散控制系统DCS(Distributed Control System)中的工业控制器是整个DCS的核心,它负责数据的处理和交互,其性能直接影响了整个系统的实时性、可靠性等综合性能。国内现有DCS控制器存在运算能力较弱、通信效率较低、掉电数据保存有缺陷等关键问题已难以满足当前大型流程工业的需求。本文结合新型DCS研究课题,设计并实现了新的高性能工业控制器,重点解决上述问题。本文的主要工作：(1)在运算性能上,本文控制器采用了高性能的PowerPC处理器与高速、可靠的DDR2 SDRAM主内存,解决了现有控制器中处理器运算速率低下,主内存SDRAM数据率低、不可靠的问题。通过对PowerPC处理器关键技术与高速内存技术的深入研究,对影响其运算性能的关键模块进行了优化设计,提高了控制器的运算能力。(2)在通信速率上,本文采用冗余的千兆工业以太网提高了控制器与上层系统网的通信效率；采用冗余的百兆工业以太网提高了控制器与下层现场控制网的通信效率；在控制器间冗余通信方面,采用了高速的PCI-Express总线技术,解决了现有串行接口通信速率低下的问题,大大提高了通信的效率。通过对上述通信技术的深入研究与分析,从硬件与软件角度进行了设计与实现,提高了控制器整体的通信效率。(3)在掉电数据保存上,本文提出了一种法拉电容储能方案,它利用法拉电容存储大容量电能维持控制器在掉电后工作,并采用快速、可靠的非易失闪存NAND保存掉电数据,解决了现有带电池保护的SRAM方案占用大量CPU资源的问题,并实现了对掉电数据的长期保存,提高了控制器的可靠性。(4)开发了控制器样机,在样机上对其运算性能、通信效率做了一系列测试,对掉电数据保护方案做了验证,并与国内主流DCS控制器进行了对比,结果表明本文设计的控制器各方面的性能均得到明显改善,具有很强的应用价值。