基于现场总线的工控网络体系构建及其组态软件数据交换模式的研究
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摘要
作为近年来国际上迅速发展起来的、备受关注的控制网络新技术，现场总线是一种应用于生产现场、在微机化测量控制设备之间实现开放式、双向串行多节点数字通信的底层控制网络。控制网络通常指以控制事物对象为特征、主要面向某个企业或某个系统的底层的计算机网络，在企业综合自动化的条件下，现场总线控制系统（FCS）不再是孤立的底层现场设备网络，而是企业信息网的测控子网，是整个网络数据信息流的起点。基于现场总线控制系统和工业控制网络的企业综合信息化自动化系统可以实现从最高决策层到最低设备层的综合管理控制一体化，从而形成一个完整的企业网络信息系统。
本文的研究工作是密切结合重庆某汽车制造厂面漆车间涂装生产线的自动化改造工程设计实践进行的。本文针对工业控制网络和现场总线控制系统（FCS）进行了网络构建及数据交换模式的研究工作，提出了一个基本的建立在现场总线控制系统上的企业控制网络模型，阐明了具体实现方法，并通过监控组态软件的数据交换实现了控制网络和信息网络的系统集成。本文研究的目的在于增强企业生产过程现场与管理决策层之间进行实时数据传输和信息交换的实时性、可靠性，提高企业综合信息化自动化水平和现场管理水平，最终实现管理控制一体化运行模式。论文共分6章：第1章简要阐述了现场总线技术和工业控制网络的产生、发展现状和企业网络信息系统的一般层次结构。第2章讨论了现场总线与控制网络技术以及监控组态软件的研究现状和研究方向。第3章阐述了运用三菱CC-Link现场总线以及三菱Melsec Net\10 工业控制网络对某汽车制造厂面漆车间涂装生产线的自动化改造工程设计的控制网络改造方案。第4章首先剖析CC-Link现场总线的基本特性和通信协议，在此基础上详细阐述了构建一个基于现场总线控制系统的工业控制网络过程中进行系统集成的具体实现方法。第5章详细讨论了Windows环境下进行数据交换设计的一些基本问题，给出了采用DDE协议在监控组态软件Intellution iFIX2.2和VB应用程序间通过数据交换实现控制网络和信息网络系统集成的一个具体实现；此外本章还详细分析了OPC模式，对OPC标准的自动化设备驱动程序和软件接口的开发实现，给出了一些具有一定参考价值的设计思想。第6章总结了论文工作。
The present dissertation is based on an automation revamping project in which the latest Fieldbus Control System (FCS) and control network techniques of Mitsubishi Electric are adopted, in a paint-coating workshop of Chang'an automobile company, ChongQing. The major contribution of this dissertation lies in: A scheme for a specific renovation project with Fieldbus Control System (FCS) and control network technique, specifically the means of CC-Link fieldbus control system and Melsec Net/10 control network, is designed and presented in the dissertation. Besides that, an in-depth demonstration and presentation on the development of fieldbus, the integration means of control network and information network and its potential help for realizing enterprise information automation and integration of combined management and control, is given. This dissertation breaks down as follows：Chapter 1 gives a general presentation on the genesis of fieldbus technique with the research directions of the new technique of personal notion provided. In chapter 2 the present situation of the application of FCS-based industry control network and SCADA Configuration Software is studied . In chapter 3, a FCS-based control network of Mitsubishi CC-Link and Melsec Net/10 renovation solution is presented for the automation project in a automobile paint-coating shop, with the scheme designed and evaluation on its advantages made. In chapter 4 the fundamental communication features of FCS and its typical communication protocol is analyzed, with some instances of the realization of real-time communication among the nodes inside the FCS and the nodes between control network and information network presented, for the purpose of integrating the two sorts of network presented. In chapter 5, some certain problems associated with data exchange of SCADA Configuration Software under the environment of Windows are presented and analyzed. The development and realization of drive program for automation equipment and software interface with OPC standard gives some valuable hints on conducting further research of such software. Finally, in chapter 6 a summing-up on the research work presented in the forgoing chapters is made.
本文的研究工作是密切结合重庆某汽车制造厂面漆车间涂装生产线的自动化改造工程设计实践进行的。本文针对工业控制网络和现场总线控制系统（FCS）进行了网络构建及数据交换模式的研究工作，提出了一个基本的建立在现场总线控制系统上的企业控制网络模型，阐明了具体实现方法，并通过监控组态软件的数据交换实现了控制网络和信息网络的系统集成。本文研究的目的在于增强企业生产过程现场与管理决策层之间进行实时数据传输和信息交换的实时性、可靠性，提高企业综合信息化自动化水平和现场管理水平，最终实现管理控制一体化运行模式。论文共分6章：第1章简要阐述了现场总线技术和工业控制网络的产生、发展现状和企业网络信息系统的一般层次结构。第2章讨论了现场总线与控制网络技术以及监控组态软件的研究现状和研究方向。第3章阐述了运用三菱CC-Link现场总线以及三菱Melsec Net\10 工业控制网络对某汽车制造厂面漆车间涂装生产线的自动化改造工程设计的控制网络改造方案。第4章首先剖析CC-Link现场总线的基本特性和通信协议，在此基础上详细阐述了构建一个基于现场总线控制系统的工业控制网络过程中进行系统集成的具体实现方法。第5章详细讨论了Windows环境下进行数据交换设计的一些基本问题，给出了采用DDE协议在监控组态软件Intellution iFIX2.2和VB应用程序间通过数据交换实现控制网络和信息网络系统集成的一个具体实现；此外本章还详细分析了OPC模式，对OPC标准的自动化设备驱动程序和软件接口的开发实现，给出了一些具有一定参考价值的设计思想。第6章总结了论文工作。
The present dissertation is based on an automation revamping project in which the latest Fieldbus Control System (FCS) and control network techniques of Mitsubishi Electric are adopted, in a paint-coating workshop of Chang'an automobile company, ChongQing. The major contribution of this dissertation lies in: A scheme for a specific renovation project with Fieldbus Control System (FCS) and control network technique, specifically the means of CC-Link fieldbus control system and Melsec Net/10 control network, is designed and presented in the dissertation. Besides that, an in-depth demonstration and presentation on the development of fieldbus, the integration means of control network and information network and its potential help for realizing enterprise information automation and integration of combined management and control, is given. This dissertation breaks down as follows：Chapter 1 gives a general presentation on the genesis of fieldbus technique with the research directions of the new technique of personal notion provided. In chapter 2 the present situation of the application of FCS-based industry control network and SCADA Configuration Software is studied . In chapter 3, a FCS-based control network of Mitsubishi CC-Link and Melsec Net/10 renovation solution is presented for the automation project in a automobile paint-coating shop, with the scheme designed and evaluation on its advantages made. In chapter 4 the fundamental communication features of FCS and its typical communication protocol is analyzed, with some instances of the realization of real-time communication among the nodes inside the FCS and the nodes between control network and information network presented, for the purpose of integrating the two sorts of network presented. In chapter 5, some certain problems associated with data exchange of SCADA Configuration Software under the environment of Windows are presented and analyzed. The development and realization of drive program for automation equipment and software interface with OPC standard gives some valuable hints on conducting further research of such software. Finally, in chapter 6 a summing-up on the research work presented in the forgoing chapters is made.
引文
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[2] OPC Foundation，OPC Data Access Automation Interface Standard, Version 2.03, July27, 2000, http//www.opcfoudation.org/OPC_secification.htm
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[4] OPC Foundation，OPC White Paper. DCOM, OPC and Performance Issues, June14, 2001, http//www.opcfoudation.org/OPC_secification.htm
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[11] Fieldbus Foundation, Foundation Specification -Fieldbus Message Specification Version1.6, 2000。
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