低耦合现场总线控制系统设计和实现

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1、低耦合现场总线控制系统设计和实现　　摘要：设计并实现了一种低耦合现场总线控制系统，能帮助开发者较容易地开发出各种应用系统。该系统的核心服务器基于PC平台设计实现，采用数据库技术管理系统的监控信息，通过设计modbus通信总线服务器和操作站Web服务器完成系统通信任务。实验表明，该系统具有易于实现、低耦合、应用开发灵活和运行稳定可靠等优点。关键词：现场总线；远程监控；modbus；Web服务器中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2014）001010902作者简介作者简介：朱志伟（1979-），男，硕士，

2、武汉铁路职业技术学院讲师，研究方向为微机控制技术。0引言8随着工控要求的不断提高，工业控制系统不仅要能够对生产过程进行集中监控，还要能够通过局域网实现远程监控管理。FCS即现场总线控制系统，能够很好地满足这一要求，但FCS核心服务器设备成本较高，操作站监控界面开发专业性强，给中小型FCS的广泛应用带来了一定困难。针对这种情况，本文设计实现了一种全开放、低耦合、易于实现和应用开发的FCS。该系统的核心服务器以PC为平台设计，运用数据库技术管理系统监控信息，选用modbus协议现场总线，远程监控设备采用客户机/服务器模式。应用开发者只需面向数

3、据库独立开发所需的监控界面即可进行监控。1低耦合现场总线控制系统总体结构设计该FCS系统采用操作站—现场智能设备的二层结构模式，连接这两层设备的是FCS服务器，如图1所示。FCS服务器下接modbus通信协议现场总线，上接局域网（LAN或WLAN），是整个分布式系统的核心，也是系统设计的最主要和最关键部分。为了达到系统易于实现的目的，服务器采用PC平台设计实现，这样系统开发就不需要投入额外的工控设备，也可以利用计算机软硬件资源。由于本系统设计定位为易于实现的中小型FCS系统，现场总线采用广泛使用的modbus通信协议和RS-232C通信接

4、口，只要是支持modbus通信协议的现场设备即可直接接入系统。局域网通过无线路由器把FCS服务器、操作站和无线操作站组网，只要能接入局域网的设备都可作为监控设备。2基于PC平台的FCS服务器设计8低耦合现场总线控制系统设计的核心内容是低耦合FCS服务器设计。FCS服务器基于PC平台设计，其主要功能包括：①通过局域网接收来自监控设备的控制命令信息和向监控设备发送现场设备信息的功能；②通过modbus通信总线把接收到的控制命令发送给对应现场设备并接收来自现场设备的应答信息。为了让FCS系统在软件开发上具有全开放性与低耦合性，且各部分有序高效运

5、行，把FCS服务器设计成3部分：系统监控信息数据库、modbus通信总线服务器和操作站Web服务器。2.1系统监控信息数据库设计本系统的监控信息主要包括现场设备数据信息、监控设备发出的命令信息、系统工作状态信息和系统用户信息。系统监控信息数据库作为FCS服务器的枢纽部分，不仅是FCS系统监控信息管理中心，也是modbus通信总线服务器和操作站Web服务器间的数据交换中心。这样的设计让FCS系统所有软件模块的开发全都面向数据库，进一步从系统软件开发上提高系统的开放性，最大可能降低系统软件开发过程中的耦合性。8数据库具体设计上，为了降低硬件设

6、备与数据库的关联，在数据库中为每个现场设备建立一个设备监控信息表，每个设备监控信息表完全相同，且名称为现场设备的ID号。以ID为15号现场设备监控信息表作设计说明，表名为“ID_015”，按modbus协议命令功能号建立7条记录，记录的14个字段包含系统全部监控信息，系统工作状态信息字段有系统控制模式webcontrol、命令执行状态标志flage、现场设备应答状态标志ackflage，命令信息字段有命令功能号function、数据首地址startaddr、数据总数datanum，现场设备数据信息字段有现场设备数据value0-value

7、7。此外，系统监控信息数据库还设计有一个用户信息表，管理用户登录信息和权限。2.2现场总线服务器设计现场总线服务器设计是FCS服务器设计的主要任务，采用VB语言开发环境进行开发设计。现场总线服务器作为FCS服务器的一个关键部分，其设计的主要任务是modbus协议总线通信设计。由于modbus协议是一种主从式通信协议，且FCS系统所有的监控信息都由数据库管理，所以其具体通信任务设计成下述5个步骤：①按固定周期查询数据库中未执行的命令信息记录，即在各现场设备监控信息表中命令执行状态标志flage为1的记录；②把未执行的命令信息记录转化成mod

8、bus协议的命令帧；③通过现场总线向现场设备发送命令帧，把命令执行状态标志flage设置为已执行状态0，并且把现场设备应答状态标志ackflage设置为未应答状态1；④串口监听并接收现场设备应