基于FDT-OPC的多现场总线设备集成研究

摘要

现场总线的产生和发展引发了工业控制领域的一场革命。现场总线以其全数字、全分散、全开放的特点成为控制领域的一个热点，基于现场总线的控制系统正在逐步取代传统控制系统，代表了先进控制系统的发展方向。同时，目前现场总线种类繁多，且各自在不同领域得到广泛应用，没有哪种现场总线能完全适用于所有应用领域。因而，多种现场总线共存的局面将在一个很长的时间内存在。各种现场总线产品由于协议的不同而无法实现互操作、协同工作，严重妨碍了用户的选择，因此，多总线集成己成为必然的趋势。 OPC (OLE forprocess control)是由OPC基金会组织倡导的，由在全世界范围内自动化领域中处于领导地位的厂商协作制定的自动化领域软件的接口标准。这是专为过程控制软件交互数据而设计的基于COM/DCOM技术的规范。OPC规范的提出，为多总线集成提供了一个非常有效的解决方法。采用OPC技术，各现场总线能实现信息共享和无缝集成，以及现场设备的即插即用(Plug ＆ Play)，大大提高了多现场总线控制系统的互操作性和适应性。 但是，用OPC技术解决多现场总线控制系统的集成，必须要为每个不同的现场总线网段开发一个OPC数据访问(Data Access)服务器，同时需要实现与现场设备之间进行数据存取。因此，在多现场总线控制系统下，OPC DA服务器开发人员要熟悉不同现场设备的数据采集方式和总线通讯协议，并在此基础上编写现场设备的通讯驱动程序。因此，OPC服务器的开发依赖于设备的现场总线类型、厂商和设备类型，这导致了开发OPC服务器的工作量和难度都大大地增加。 同时，为了实现不同现场总线网段之间的数据交换，还必须在OPC DA服务器基础上，实现OPC Data eXchange规范。 FDT(Field Device Tool)技术规范是由ZVEI(德国电工器材工会)提出并于2000年由PROFIBUS协议用户组织(PNO)发布。它的推出迅速得到了众多自动化行业的大型公司的支持，并在2003年成立了专门的非盈利组织FDT JIG来负责研究开发推广这项技术，规范现已成为IEC国际标准。FDT定义了FDT框架应用程序对象及其接口，设备厂商提供的设备相关软件组件和主系统厂商的工程软件之间的标准接口，使得主系统厂商通过一个工程工具软件就可以集成不同厂商、不同现场总线协议、不同类型的设备。 针对OPC技术解决多现场总线控制系统集成问题所存在的不足，本文通过对FDT技术及其解决设备访问独立于设备的现场总线类型、厂商和设备类型的有关技术与机制进行深入地研究，并在此基础上，提出了一个基于FDT技术的OPC DA服务器开发模型，利用该开发模型解决了在多现场总线控制系统下OPC服务器开发依赖于设备的现场总线类型、厂商和设备类型的问题。本文最后还给出了开发模型的OPC-FDT框架应用程序、服务器地址空间及数据管理和数据转换等模块的实现方法，并通过OPC快速开发工具包实现了一个OPC DA服务器，为开发模型的下一步应用实现打下基础。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2现场总线控制系统的现状与发展

1.2.1现场总线的现状

1.2.2现场总线及其FCS的发展趋势

1.3 OPC技术的发展

1.3.1 OPC技术概述

1.3.2 OPC技术的发展现状

1.4论文的研究内容

第二章OPC数据访问规范

2.1 OPC技术的基础

2.1.1 COM技术概述

2.1.2 COM对象及接口

2.1.3 COM模型

2.2 OPC基本结构

2.3 OPC DA规范总体分析

2.4 OPC DA对象与接口分析

2.4.1 OPC服务器对象及其接口

2.4.2 OPC组对象及其接口

2.5 OPC数据访问方式

2.5.1同步访问方式

2.5.2异步访问方式

2.5.3订阅访问方式

第三章多现场总线控制系统的集成

3.1多现场总线的集成研究现状

3.1.1通信协议级的集成

3.1.2中间件级的集成

3.1.3现场总线互操作集成技术的比较

3.2基于网关技术多现场总线集成

3.2.1两种现场总线间的网关技术集成

3.2.2多种现场总线间的网关技术集成

3.3基于OPC技术的多现场总线集成

第四章FDT技术

4.1 FDT(Field Device Tool)简介

4.2 FDT基本原理

4.2.1体系结构

4.2.2 FDT框架应用程序

4.2.3 DTM

4.3 FDT技术基础

第五章基于FDT的OPC DA服务器开发模型

5.1模型的提出

5.1.1现有OPC技术解决方案的不足

5.1.2模型基本思想

5.2模型的设计与分析

5.2.1设备DTM

5.2.2通讯接口模块

5.2.3 OPC-FDT框架应用程序

5.2.4服务器地址空间及数据管理

5.3模型的网络拓扑结构

5.3.1现场控制层

5.3.2操作监控层

5.3.3生产管理层

第六章OPC DA服务器的实现

6.1开发环境

6.2模型的实现技术路线

6.3 OPC DA服务器的开发

6.3.1动态链接库的设计

6.3.2服务器的注册

6.3.3动态链接库的初始化

6.3.4创建过程标签

6.3.5服务器退出

6.4 OPC DA服务器的测试

第七章总结与展望

7.1论文总结

7.2未来的工作

参考文献

致谢

在学期间发表的主要文章

在学期间参加的主要科研项目