基于功能安全的多协议智能流量变送平台的软件系统研究

摘要

过程仪表一直以来都是自动化控制领域的研究热点。借助其对过程工业生产中各类关键参量的合理监控，可使整个生产过程始终保持在最佳的工作状态，从而有效地保证了产品产量增加，质量提高和能耗减少。近年来，随着过程仪表的应用领域不断扩大并相继与诸多新兴技术结合，对仪表的研究工作逐渐向着智能化、安全化和总线化的方向发展。在这种趋势的引导下，论文选择满足功能安全要求并具备多种总线协议支持的智能流量仪表系统作为最终的研究对象。
　　论文中主要从两个方面对目标系统进行了讨论。一方面，针对功能安全的需求，结合IEC61508标准对其理论体系和评估方法做了比较深入的研究，并总结出一些切实可行的应对策略。之后，以上述工作的成果做指导，分别从硬件在线诊断和协议安全控制两个层面对仪表中的安全相关子系统进行了设计，给出了相应的硬件诊断流程和协议控制算法。另一方面，为了保证仪表系统具备与多种不同总线接口的分布式控制系统通信的能力，论文借鉴“流水线”的思想采用多种组件协作的方式进行处理。基于以上的设计思想，分别对仪表中协议转换子系统的总线协议栈、内存映射表、数据源管理器以及外部协议扩展框架等核心组件给出了实现方法，并设计了用于系统中各组件间通信的内部通信协议。最后，论文对所实现的仪表系统进行了测试，获得了较为满意的实验结果。

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第一章 引 言

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 课题的来源

1.4 本论文的主要工作

1.3 本论文的章节安排

第二章 系统的总体结构及子系统框架

2.1 目标系统的总体结构

2.2 二次仪表系统的总体结构

2.3 安全相关子系统的管理框架

2.4 协议转换子系统的管理框架

2.5 本章小结

第三章 安全相关子系统的关键技术问题及解决

3.1 硬件结构及软件流程

3.2 硬件系统的在线诊断

3.3 Modbus协议的安全控制

3.4 功能安全相关的其他技术

3.5 本章小结

第四章 协议转换子系统的核心组件设计与实现

4.1 子系统核心组件的结构设计

4.2 内部通信协议

4.3 Modbus协议栈的实现

4.4 内存映射表的实现

4.5 数据源管理器的实现

4.6 外部协议扩展框架的实现

4.7 本章小结

第五章 系统的测试

5.1 单元测试

5.2 集成测试

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献