一种DCS系统I/O模块自动化测试的设计与实现

摘要

Distributed Control System（简称DCS）即分布式控制系统，在国内自动化控制行业又称之为集散控制系统。分布式控制系统起源于上世纪七十年代，是相对于集中式控制系统而言的一种计算机控制系统。DCS系统综合了计算机技术(Computer)，通信技术(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等相关的4种主要应用。DCS系统的开发设计思路是强调所有控制操作相对集中、所有控制单元分散分布，在管理架构上倾向于分级别管理并尽可能的有利于灵活的组态和扩展。
　　DCS系统以通信网络为基础，以计算机和自动化仪表为载体，可以实现生产过程中的报表统计、报警显示、故障诊断、远程调度等功能，达到工业现场的自动化监控。DCS系统被广泛用于电力、冶金、化工、造纸等国民经济的重要领域，为提高生产效率、降低劳动强度和改善现场工作环境做出了重要贡献。
　　DCS系统中的I/O模块起到了连接DCS控制器和现场电气设备的作用。一方面，I/O模块负责将控制器的指令转换为现场电气设备能够识别的数字或模拟电信号，从而驱动现场电气设备做出正确的响应；另一方面，I/O模块可以实时检测现场电气设备的工作状态，将采集到的数据上报给控制器，以便工作站测的软件对系统工作状态做出正确的判断。可以说I/O模块是DCS系统中控制器和现场电气设备的桥梁和纽带，它的工作状态直接影响到DCS系统的性能。因此，在DCS系统生产和安装过程中，对I/O模块的测试非常重要。
　　本文以某公司的HPCS系统为基础，实现了一种对DSC系统I/O模块进行自动化测试的方案。该自动化测试平台由运行在Windows操作系统上的CardDebug程序和负责电脑与 I/O模块间协议转换的USB-RS485转换模块组成。CardDebug程序封装了大部分Modbus协议通讯的细节，可以为用户提供友好、可视化的操作界面。程序让测试人员可以摆脱与串口命令行的接触，直接通过鼠标操作即可完成基本的测试项目。同时，CardDebug程序也保留了自定义 Modbus命令的发送功能，为测试人员提供了足够的灵活性和扩展性。通过USB转RS485接口卡的转换和适配，只要拥有USB接口的电脑就可以对DCS系统中的I/O模块进行调试和配置，提高了自动化测试方案在多种硬件平台上的适用性。
　　论文详细描述了基于Visual C++的CardDebug应用程序开发过程，对Modbus协议、基于 VC的串口通信以及线程操作和定时器设置等核心流程都有深入总结；在 USB转RS485接口卡的设计论述中，详细描述了基于FTDI公司FT232B芯片的开发流程和关键技术点。
　　本自动化测试平台已经应用在公司DCS系统I/O模块的生产测试、系统交付等环节中，有效地提高了HPCS系统I/O模块的测试效率，是确保HPCS系统可靠性的重要环节。本课题的设计思路和实现过程对类似系统的自动化测试有一定的参考意义和实用价值。

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目录

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的目标及主要内容

1.4 论文的组织结构及其章节安排

2 总体方案和相关技术

2.1 Modbus技术

2.2 USB技术

2.3 RS485技术

2.4 系统总体方案

2.5 本章小结

3 CardDebug软件的设计与实现

3.1 架构设计

3.2 CardDebug的关键技术

3.3 CardDebug软件的实现

4 USB转RS485模块设计

4.1 需求分析

4.2 芯片方案对比

4.3 转换卡设计

5 系统联调与测试

5.1 系统联调

5.2 测试结果

6 总结与展望

6.1 本文工作小结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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