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基于OPC DX技术的异构系统集成优化研究

作　者: 郝永亮
导　师: 陈在平
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 系统集成 OPC 实时性协调控制现场总线
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

现场总线技术的出现与发展体现了工业现场对控制、计算机、通信等技术的发展需求,应用于电力自动化、过程自动化、交通自动化以及楼宇自动化等领域,是作用于工厂底层的数据通信网络。它的快速发展不仅为自动化领域降低了成本,而且提高了系统智能化水平,同时增强了可靠性、可维护性等。然而由于当前多种现场总线并存,不同现场总线有着各自不同的通信协议规范,因此不同现场总线之间的集成通信问题成为了广大工业企业发展的瓶颈,这偏离了制定现场总线标准的目的。因此,本课题研究基于OPC DX技术的异构现场总线控制系统的集成具有重要的实际意义。本课题在分析了不同现场总线通信瓶颈问题的基础上展开研究,主要研究了异构现场总线控制系统的的集成方案,以及集成方案的优化问题。通过对OPC DA和OPC DX技术规范的研究,得出OPC DX规范相对于OPC DA规范在通信方式以及数据传输方面存在这很大的差异,主要表现为在异构系统集成中OPC DA规范实现了异构系统数据的垂直访问,而OPC DX规范实现了异构系统数据的水平传输；OPC DA规范实现了“服务器-客户端"方式的通信方式,而OPC DX规范实现了“服务器-服务器”方式的通信方式。本课题在研究了两种规范的异同之处后设计了基于OPC DX规范的集成方案,并搭建硬件平台实现了罗克韦尔系统与西门子系统的集成；然后设计了通信性能测试方案,对两种集成方案的通信性能测试比较；最后通过测试结果分析,验证了本文提出的集成方案的有效性和可行性。根据本课题开展的研究工作,本文的主要内容有：1.本文首先论述了现场总线控制系统之间的集成方案,主要有基于硬件网关的系统集成与基于软件网关OPC技术的系统集成。然后本文对OPC技术规范做了简要叙述,并对OPC DA规范及OPC DX规范做了理论上的分析比较。最后提出了一种基于OPCDX规范的异构系统集成方案；2.分析比较了几种典型的工业以太网协议规范,描述了课题实现的网络环境。对硬件实现的方案做了详细分析与论证,并对搭建的实验平台及通信组态方式做了详细介绍。最后通过设计测试方案,测试了集成方案的有效性；3.设计了基于OPC DA与OPC DX技术的实时性测试方案,并搭建硬件平台对实时性进行了测试。通过对测试结果的分析比较,得出本课题提出的基于OPC DX技术的集成方案与基于OPC DA技术的集成方案在实时性方面有很大提高；4.研究了协调控制理论,对基于多控制器的协调控制系统做了详细的描述,提出了一种协调控制测试方案,对基于OPC DX技术实现的异构集成系统的控制器之间的协调控制性能进行了测试,并得出了预期的测试结果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-13
  1.1 OPC技术的国内外研究现状  10-11
    1.1.1 国内外研究现状  10-11
    1.1.2 目前国内外研究所存在的问题  11
  1.2 课题研究的目的和意义  11-12
  1.3 课题研究的主要内容  12
  1.4 本章小结  12-13
第二章现场总线控制系统集成相关技术  13-21
  2.1 现场总线控制系统之间的集成  13-15
    2.1.1 基于硬件网关的集成  13-14
    2.1.2 基于OPC软网关的集成  14-15
  2.2 OPC技术规范分析  15-19
    2.2.1 OPC DA技术  15-17
    2.2.2 OPC DX技术  17-19
  2.3 基于OPC DX技术集成方案的提出  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章基于OPC DX技术异构系统集成的实现  21-32
  3.1 工业以太网技术  21-25
    3.1.1 以太网的优势  21-22
    3.1.2 以太网认识的误区  22-23
    3.1.3 典型的工业以太网  23-25
  3.2 硬件平台的搭建  25-27
    3.2.1 实验室网络环境的搭建  25-26
    3.2.2 集成方案的硬件平台  26-27
  3.3 通信组态及测试  27-30
    3.3.1 控制系统网络组态  27-28
    3.3.2 DX服务器组态  28-30
  3.4 互操作性测试  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第四章 OPC DX与OPC DA技术实时性比较分析  32-41
  4.1 实时性测试方案概述  32
  4.2 基于DX与DA技术读取DeviceNet总线数据的实时性比较  32-36
    4.2.1 实时性比较测试平台结构  33
    4.2.2 OPC DA服务器组态  33-34
    4.2.3 OPC DA客户端组态  34-35
    4.2.4 实时性测试及结果分析  35-36
  4.3 基于DX与DA技术读取PROFIBUS总线数据的实时性比较  36-40
    4.3.1 实时性比较测试平台结构  36-37
    4.3.2 OPC DA服务器组态  37
    4.3.3 OPC DA客户端组态  37-38
    4.3.4 实时性测试及结果分析  38-40
  4.4 本章小结  40-41
第五章基于OPC DX技术的异构系统协调控制测试  41-48
  5.1 协调控制理论  41-44
    5.1.1 协调控制理论提出  41
    5.1.2 多控制器协调系统分类  41-44
    5.1.3 多控制器之间的协调与协作  44
  5.2 协调控制测试方案  44-45
  5.3 硬件平台的搭建  45-46
    5.3.1 平面坐标控制系统  45
    5.3.2 协调控制测试平台的搭建  45-46
  5.4 异构系统控制器通信组态  46-47
  5.5 协调控制测试结果  47
  5.6 本章小结  47-48
第六章总结与展望  48-50
  6.1 全文总结  48-49
  6.2 工作展望  49-50
参考文献  50-52
发表论文和科研情况说明  52-53
致谢  53

基于OPC DX技术的异构系统集成优化研究

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