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基于VxWorks的PLC通信管理模件的研究与开发

作者：张小平 Publish: 2007-10-12 Hits:-

【中文题名】

基于VxWorks的PLC通信管理模件的研究与开发

【英文题名】

Research and Development on the VxWorks-based Communications Management Module for PLC

【学科专业】

控制理论与控制工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-10-12

【中关键词】

通信管理模件,VxWorks,嵌入式系统,结构化分析法,循环队列,IEC

【英关键词】

Communications Management Module,VxWorks,Embedded System,Structured Analysis,Circular Queue,IEC 61850 Gateway,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>自动控制、自动控制系统>计算机控制、计算机控制系统

【论文摘要】

现地控制单元是水电厂监控系统的重要组成部分，在以专用PLC为基础的现地控制装置中，采用通信管理模件与单元内调速装置，励磁装置和继电保护装置的通信是一种有效的现场通信解决方案。本课题是以金智科技水电事业部的现地控制装置的升级改造项目为背景，针对工程实际需求而进行的对该装置的研究与开发。本文首先界定了通信管理模件在现地控制单元中的地位，完成功能需求分析，根据功能需求确定出模件采用嵌入式系统平台；其次，对比分析了目前主流的嵌入式系统解决方案，选择出VxWorks作为本模件的操作系统；然后，根据本模件的应用需求和接口要求确定了硬件结构平台，并完成VxWorks向硬件平台的移植，构建了本模件基础运行开发环境；接着，使用结构化分析方法对应用软件进行系统分析，根据系统分析，开始在本模件的基础运行开发环境中设计开发流程，并详细设计系统调试模块的循环队列结构；最后对本模件的发展趋势进行探讨，提出在电力系统通信规约向统一化的过渡过程中，本模件的一种可能存在形式——IEC 61850网关的结构。本文对软件的构成细节进行了详细研究，希望对其它嵌入式系统应用软件的开发提供一定的参考。

【论文题纲】

摘要	5-6
ABSTRACT	6-7
目录	7-10
第一章绪论	10-18
1.1 水电厂监控系统概述	10-11
1.2 现地控制单元发展概述	11-15
1.2.1 PLC的发展概述	12-14
1.2.2 问题的提出	14
1.2.3 问题的解决方案	14-15
1.3 通信管理模件设计的意义	15-16
1.4 本论文的内容安排	16-18
第2章通信管理模件的功能设计	18-33
2.1 通信管理模件的需求分析	18-19
2.1.1 通信管理模件的功能描述	18
2.1.2 通信管理模件的功能需求分析	18-19
2.2 实时操作系统的选型设计	19-24
2.2.1 实时操作系统的概述	20-21
2.2.2 实时操作系统选型设计过程	21-24
2.2.2.1 任务模式	21-22
2.2.2.2 接口全面程度	22-24
2.2.2.3 其他重要因素	24
2.2.3 实时操作系统选型结论	24
2.3 现场设备通讯规约概述	24-31
2.3.1 Modbus规约概述	25-28
2.3.1.1 Modbus通信原理	26-27
2.3.1.2 Modbus协议的信文格式	27
2.3.1.3 Modbus协议的传输模式	27-28
2.3.2 IEC 60870-5-103规约概述	28-30
2.3.2.1 IEC 60870-5-103规约的传输机制	28-29
2.3.2.2 IEC 60870-5-103规约的应用层数据单元结构	29-30
2.3.3 DBJ2.0保护监控通讯协议概述	30-31
2.4 规约标准化的意义	31-33
第3章通信管理模件的硬件结构设计	33-39
3.1 通信管理模件对硬件平台的需求分析	33
3.2 通信管理模件硬件平台的选型分析	33-34
3.3 通信管理模件嵌入式硬件平台结构	34-39
3.3.1 处理器与存储器	34-35
3.3.2 CAN总线接口	35
3.3.3 多功能智能串行通讯接口	35-36
3.3.4 以太网接口	36
3.3.5 通信管理模件硬件平台的板极支持包	36-39
第4章 VxWorks实时操作系统及其定制	39-48
4.1 VxWorks实时操作系统主要特点及性能分析	39-42
4.1.1 VxWorks的体系结构	39-42
4.1.1.1 VxWorks的微内核	39
4.1.1.2 VxWorks任务间通讯	39-40
4.1.1.3 VxWorks的可裁剪性	40
4.1.1.4 VxWorks的网络支持功能	40-41
4.1.1.5 兼容 POSIX 1003.1b标准	41
4.1.1.6 VxWorks的移植与硬件兼容性	41-42
4.2 VxWorks的应用程序开发平台	42-44
4.2.1 Tornado开发环境概述	42-43
4.2.2 通信管理模件的开发平台	43-44
4.3 VxWorks在硬件平台上的定制过程	44-48
4.3.1 第一次启动目标机	45
4.3.2 定制 VxWorks系统映像	45-46
4.3.3 装载应用程序	46-48
第5章通信管理模件的软件设计	48-76
5.1 通信管理模件软件系统分析	48-54
5.1.1 多协议系统基础分析	48
5.1.2 通信管理模件软件系统分析	48-54
5.2 通信管理模件软件设计	54-69
5.2.1 通信管理模件任务间通信机制设计	54-55
5.2.2 通信管理模件任务设计	55-65
5.2.2.1 调试类任务	56-58
5.2.2.2 CPU通信管理类任务	58-61
5.2.2.3 装置通信管理类任务	61
5.2.2.4 辅助任务	61-65
5.2.3 通信管理模件对时功能设计	65
5.2.4 调试信息队列的设计	65-69
5.3 通信管理模件系统的运行情况	69-76
5.3.1 通信管理模件系统的基本状况	70-73
5.3.2 通信管理模件系统的性能测试	73-76
第6章总结	76-80
6.1 本文所做工作的总结	76
6.2 通信管理模件的发展趋势探讨	76-80
参考文献	80-85
致谢	85-86
附录	86

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.386151



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