基于FF现场总线的FCS系统研究

现场总线控制系统（FCS）是近年来控制系统发展方向。传统的DCS系统经过几十年的发展，现在已经到达了一个相当完善的程度，但是它存在着几个弱点，其一是控制现场的仪表与DCS的控制站之间仍然采用模拟信号传送传感器的测量值，容易受到干扰；其二是各种DCS系统基本上都是封闭的体系，每一个生产厂家都有自己的的一套体系结构，尽管这些系统都很类似，但是它们之间无法互换部件。控制软件也是不可通用的。其三是它的所有控制功能都集中于控制站，未实现彻底的分散化。 基于基金会现场总线协议FF的现场总线控制系统则能够较好地解决上述问题。 基金会现场总线分低速（FF-H1）和高速（FF-HSE）两部分，并且均被现场总线国际标准IEC61158所采用。由于FF协议的把通信和控制两大部分功能结合在一起，因此协议本身的体系结构复杂。从实现方面来说，虽然FF协议本身是公开的，但是它并不涉及协议的实现，因此有许多有关实现的工作要做。 本文的工作主要包括以下几个方面： 一、对各种现场总线进行研究（第1章），比较它们的特点和性能， 同时分析了FF协议的体系结构。 二、开发FF协议H1标准的通信栈（第2、3章），包括开发符合 FF的H1物理层协议标准的板卡；开发符合FF的H1基本设 备规范的数据链路层；开发符合FF的H1链路主设备规范的 数据链路层；开发符合FF的H1协议的应用层，以及与之相 关的网络管理和系统管理程序。在实现中硬件上采用符合H1 协议的低功耗、本安等技术；软件实现上采用RTOS、特殊的 内存分配管理技术。作为与上位机的接口，实现了驱动程序和 opc接口。 三、开发FF协议H1标准的用户层协议（第4、5章），并实现了 功能块并应用到仪表开发中。作为应用实例，开发成功符合 FF协议的智能温度变送器，以及FF的PC接口卡，并与包含 PID、AO功能块的执行器组成小型试验温控系统，以验证FCS 系统的可行性。n 浙江大学博士学位论文 四、研究FF。HSB协议（第六章），开发出其中下层的以太网实体 中的部分协议，如UDP、IP、ARP、AnAl，等．并对提高采用 HSE的系统的性能提出一些方祛。 五、对以＊和HSB设备为手段淘没各种大小规板的FCS系统的 可行性做一分拆第七章），提出与DCS混会的FCS系统的方 案，以解决过汲阶段的系统的结构问＠。