网络型过程控制系统开发

　　摘要:过程控制系统及其网络化是现代工业自动化的核心技术。本文通过综述目前过程控制系统实验室的发展现状,提出当前过程控制系统实验室教育所面临的主要问题与不足,同时设计了网络实验室的构架。
　　关键词:网络化实验室过程控制系统建设方案课程开发 　　
　　1 网络型过程控制系统简介
　　1.1过程控制系统实验室现状
　　1.2网络控制实验系统简介
　　本过程控制实验系统是将现有的6套过程控制实验装置连接为一个整体的控制网络实验系统,可以使其中的一台计算机控制任意一台AE2000系统设备,实现网络控制。其中服务器可以对任意一台客户机实现监控,随时动态的检测各系统的运行情况。
　　
　　2网络型过程控制系统实验室建设总体结构
　　网络型过程控制系统实验室建设由4部分组成:现场实验设备(控制对象、信号检测设备、执行器等)、控制台(各种智能调解器、变送器接线端子、电源等)、现场计算机、远端计算机。
　　控制台通过智能仪表可以独立完成对现场设备的控制任务并能记录历史、实时曲线。现场计算机通过RS485与控制台的智能调节仪相连获得现场数据并进行PID运算,将所产生的各类控制值写入调节仪,通过调节仪对现场设备进行控制。在进行远程网络控制实验时,现场计算机作为远端计算机与调节仪表进行数据交换的中间环节,同时可以对实验现场和实验过程进行监视,从而正确的指导实验地进行。
　　2.2现场计算机数据采集系统的实现
　　网络型过程控制实验系统的数据采集可以采集液位、温度、流量、压力四大参数。这些参数通过变送器输出1-5V标准电压信号,经过RS485总线送出传入计算机。计算机提供的总线接口一般为RS232接口,将RS485总线传出的信号送入计算机,要解决总线接口的转换问题,比如:加入RS232和RS485的转换器模块。采用RS485总线的结构主要是比较适合长距离、无干扰的信号传送。
　　2.3远端计算机数据采集的实现
　　在探索远程实验教学发展的前提下,借助互联网完成一套远程控制实验室系统。系统采用基于互联网的浏览器/服务器模式。现场计算机、校内PC、校外PC机的操作系统都选用Windows 2000 Professional,服务器选用Windows2000 Server,数据库选用SQL Server 2000,软件开发平台在客户端采用JavaApplet建立Socket客户端程序,在服务器端采用Java语言建立Socket服务器程序。
　　
　　3 网络型过程控制系统实验室系统的软件结构
　　3.1 系统软件总体设计
　　设计系统软件时要充分考虑各种因素,力求性能可靠、功能齐全、界面人性化、使用方便。系统的软件平台由三部分组成:实验控制软件、网络服务器软件和客户机软件。客户端与实验管理服务器之间是基于TCP/IP协议进行通信的,实验管理服务器与后台实验控制服务器之间的通信也是基于TCP/IP或FTP协议实现的。FTP协议(文件传输协议)是建立在TCP协议基础之上的应用层协议,用于实现动态链接库的上传。而客户机访问Web服务器资源时采用HTTP协议实现,只要客户机安装了浏览器,用户就可对服务器数据库的数据进行存取、修改、查询。
　　3.2客户端简介
　　客户端是过程控制系统网络实验室设计的一个重要部分。客户端只需安装相应
　　的组态软件—MCGS,即可在软件提供的界面下完成实验,得出实验结果。客户端的设计依据实验者选择“实验代号”及“实验方式”向实验服务器传送实验参数并采集曲线数据。每个实验方式有:单机模式、仿真版模式、网络仿真版模式。
　　客户端最为重要的功能是:传送实验参数,对服务器及硬件设备运行状况实时观测,获得处理并保存服务器传来数据及图形。为了方便实验者进行实验,设计的重点为图形、数据处理功能,通用性的实验设置功能,对话功能等。
　　3.3 网络服务器功能简介
　　服务器是连接客户端和底层下位机的中间媒质。一方面它需要有强大的处理能力,才能同时完成与客户端和下位机的通讯。另一方面它也需要有巨大的存储容量,以便将众多下位机处理后的实验结果保存。网络服务器包括Web服务器、实验管理服务器。后台过程控制系统和网络服务器位于同一实验室,两者都连接到100M的快速以太局域网上,组成远程实验系统的服务器。实验客户机位于网络实验用户终端,通过校园网或Internet实现与服务端之间的交互,现场计算机通过数据采集与控制装置连接到被控对象上。校内、外PC机上的实验用户可随时访问服务器中的信息资料或进行远程实验动态实时的从网络上获取实验数据,并通过网络视频来观看实验对象和实验过程,能够看到整个实验的运行情况。同时该系统还可与学校的管理系统联网,实现信息资源共享。

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　　在建成后的网络过程控制系统实验室,所提供的网络平台适合多种应用实验需要,同时在所建成的多个片区中,每个片区都可以独立成为实验小组,实现同一时段多人做实验,能够做到整体的经济、实用性。实验室拓朴结构可以进行灵活组合,可以进行多区域分布实验,也可以合并在一起组成大实验环境。实验室中所使用的设备具备增强的管理功能,并且提供各自的管理窗口及其管理功能,管理员可以通过设备面板,直观显示端口的连接状态。另外,厂方提供的网络设备扩展插槽、模块、端口丰富,可以方便进行系统升级与扩展。
　　网络实验室完全模拟了真实的使用环境,做到实验有效的与实际环境结合,可让师生更深入学习网络知识,有效提高动手能力。 在本高校网络实验室成功建设的案例,设计者通过综合考虑网络3层架构的全面均衡设计,达到了从网络应用性能到安全监管理,兼顾有线、无线综合网络应用的目的,很好的满足了学校网络实验室教学、科研的需要,而且具有较高的性价比,实用性很强。
　　
　　参考文献
　　[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2002.
　　[2] 陈炳和.计算机控制系统基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.

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