现场总线数据处理系统的设计与实现

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现场总线是连接智能现场设备和其他自动化系统的双向全数字的多站通信系统。现按照技术领域的划分,场总线系统属于工业数据总线范畴,解决了工业现场的智能化仪器仪表、控制器与执行机构等现场设备之间的通信问题,并且为现场控制设备和高级控制或应用系统之间的信息交互提供了必备的通讯网络。现场总线技术是集成了计算机,通信和控制技术的综合性系统,其突出特征是配置灵活、分散管理、分级调度与集中控制。现场总线技术起步较早,在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)就已经着手开始制定现场总线的标准。但是,现场总线技术在发展的过程中,由于现场总线技术主要应用于关系到国民经济基础的工业控制领域,存在巨大的市场空间与经济效益,各公司为达到在总线通信协议领域进行技术垄断的目的,纷纷推出具有自主知识产权的总线通信协议,造成协议之间的开放性和互操作性还难以统一,导致了该技术标准在世界范围内至今未形成统一的规范。由于现场总线是一种面向工业底层设备控制的通信网络,所以其应用范畴具有明显的局限性。首先,互联网不能与现场总线所在的工业网络直接互连,两套网络系统不能实现远程信息共享;其次,现有的总线接口卡与以太网接口卡不兼容,并且价格非常昂贵,需要进行通讯转换才能实现与上位计算机系统的直接通信;最后,制约现场总线技术发展的根本问题是没有统一的国际标准,各类现场总线制定了各自不同的体系结构和标准,受协议多样性的制约,过高的系统整合成本使现场总线的开放性受限。从系统组成方面来看,现有的现场总线控制系统是由仪器仪表,总线传输设备与软件系统共同组成,其中软件系统按照系统功能,可划分为测量系统、控制系统、管理系统,数据处理系统四个组成部分。其中,现场总线控制系统中的数据处理系统,通常与控制系统部署在一起,通过组态技术,在工业总线网络运行过程中,对系统实时采集数据、进行数据处理与计算。此外,数据处理系统负责自动化控制网与计算机之间的双向信息交互,打破了工业总线网络与企业办公网络之间的封闭性。针对以上问题,论文的主要工作分为系统方案,系统设计,系统实现与系统测试四个阶段。在系统分析阶段,针对网络通信数据并发处理,数据协议解析以及应用系统的业务支撑问题进行分析与讨论,采用网络通信技术解决数据并发问题,利用协议版本管理与中间数据格式进行通信协议的解析,数据处理系统采用订阅/发布的服务机制向其他系统进行数据发布;在系统设计阶段,根据系统的整体建设方案,系统采用通讯层,逻辑层与应用层共同组成的三层体系设计方案,并描述了系统的工作流程和功能定义。对系统参与角色进行用例分析,确定系统角色与用例模型,然后,根据系统执行逻辑设计工作流程,确定了系统各层次间之间进行通讯所采用中间数据格式。最后,根据系统的设计规范,实现了系统各功能模块并进行了系统测试。本系统是基于.NET平台进行开发的,.NET平台是由微软开发的一套基于敏捷软件开发、快速应用开发、平台无关性和网络透明化的软件开发平台,为开发人员提供了一个跨语言的统一编程环境,其核心构成包括三个主要组成部分:公共语言运行时、服务框架和上层应用模板。本系统在.NET平台下进行开发,极大的提高了数据处理系统的安全性,执行效率以及可扩展性。
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