基于ARM的分布式控制系统控制器的硬件设计

摘要

随着社会的发展和科技的进步，工业生产规模逐渐扩大，人力已经无法满足需求，使得工业生产中对自动化设备的依赖不断增多，对设备可靠性的要求也不断提高。分布式控制系统的控制器是整个系统的核心部分，它主要负责处理数据、运行控制算法，其性能的好坏直接影响整个系统能否正常运行。当前国内市场对于分布式控制系统的需求量十分大，因此提升其控制器的运算能力和通信速率等方面的性能具有一定的研究价值。
　　在这样的背景下，本文通过对分布式控制系统的研究，根据具体的功能需求和可靠性分析，设计了基于ARM的分布式控制系统控制器的具体方案，并完成了详细的电路设计。控制器主要包括双机判决模块、CAN现场总线通信模块、以太网通信模块、存储模块、日历时钟模块、电源模块等。
　　本文所设计的控制器系统主要由两个硬件配置完全相同的子控制器组成，两个子控制器工作在主从模式的双机热备状态下。控制器系统要实现与监控管理层上位机的以太网通信，与现场设备的CAN总线通信，还要能够运行、存储控制算法和组态软件。为了提高系统的可靠性，除了对控制器系统进行了双机热备的设计外，以太网通信网络和CAN现场总线通信网络也同样做了冗余处理。与监控管理层上位机通信的以太网网络，由两条平行的以太网网络构成，均可独立完成通信工作。与现场设备通信的CAN现场总线网络，由双CAN环型通信网络构成，有效提高了系统通信的可靠性。根据详细电路设计可以看出，本文设计的基于ARM的分布式控制系统控制器是可行的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 该领域的国内外现状

1．2．1 分布式控制系统控制器的国外现状

1．2．2 分布式控制系统控制器的国内现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 分布式控制系统控制器和CAN总线

2．1 分布式控制系统控制器

2．1．1 分布式控制系统控制器的结构

2．1．2 分布式控制系统控制器的特点

2．2 CAN总线技术

2．2．1 CAN总线协议技术

2．2．2 CAN总线冗余技术

2．3 本章小结

第3章 控制器的需求分析与总体设计

3．1 控制器的需求及可靠性分析

3．1．1 控制器的需求分析

3．1．2 控制器的可靠性分析

3．2 控制器的处理单元选型分析

3．3 控制器的总体方案设计

3．4 本章小结

第4章 控制器的硬件电路设计

4．1 控制器的硬件架构设计

4．2 处理单元最小系统

4．3 双机判决模块设计

4．3．1 双机主从竞争模块设计

4．3．2 双机状态监测模块设计

4．4 通信模块设计

4．4．1 CAN现场总线通信模块设计

4．4．2 以太网通信模块设计

4．5 存储模块设计

4．5．1 数据存储模块设计

4．5．2 程序存储模块设计

4．6 日历时钟模块设计

4．7 状态指示模块设计

4．8 电源模块设计

4．9 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢