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随着信息技术和控制技术的发展,嵌入式系统在工业控制系统中发挥着越来越重要的作用,同时随着以太网技术的飞速发展和企业现代化管理水平的提高,嵌入式系统和以太网相结合、实现企业的信息管理网络和控制网络的一体化也是一个重要的发展趋势,工业控制网络的数据和信息管理网络相关数据的采集、存储与管理是管控一体化中一个很重要的问题,同时也是基于以太网的控制网络发展所必须的。
本课题是基于2006年山东省教育厅科技计划项目(编号J06G61)研究基础上进一步的开发,主要以信息管理系统和工业控制网络系统提供及时的控制数据,实现真正意义上的管控一体化为主要目的,开发以ARM微处理器为硬件核心,以嵌入式Linux为操作系统,以BerkeleyDB数据库开发包为数据库开发平台的工业数据采集网络节点,建立网络节点数据库及其管理系统,实现网络数据的接收与发送、高速刷新、故障恢复等功能,实现网络技术、工业控制与信息管理的有机结合,实现真正意义上的管控一体化。
本课题所设计的嵌入式工业数据采集网络节点,避免了传统的数据采集与集中管理的管理模式,控制网络中每个节点设立一个包括全网数据的分布式数据库,采用广播协议,使全网分布数据库高速刷新,从而实现全网所有分布数据库的一致相等,单个分布数据库包括了全网的动态数据,每个节点只需与本节点数据库交换数据就完成了全网的通信功能,免除了通讯及编程,并实现了高速响应。在该数据库通讯平台之上,可免去对以太网TCP/IP协议的编程,缩短系统软件开发周期,更大限度地保证应用系统在现场运行的可靠性,同时与传统通讯设备的组网只要使用串口便可轻松实现。该平台支持CAN、RS232、RS485和LAN等网络硬件。
本论文主要从以下几个部分开展了研究工作:
(1)对课题的背景和意义进行简要介绍,提出论文的研究内容和预期达到的目标;
(2)结合网络节点的要求进行嵌入式微处理器和操作系统的选择,在硬件选型上,以三星公司的ARM9内核的S3C2410为核心处理器,选择开源的嵌入式Linux为嵌入式操作系统;
(3)完成网络节点的硬件原理图设计,将硬件设计分解为核心模块和应用模块两部分,核心模块接口使用金手指,使其具有灵活性、广泛性;
(4)基于嵌入式数据库BerkdeyDB的开发软件包,在ARM和嵌入式Linux环境下建立了网络节点数据库,具有占有内存小、存储速度快、数据安全可靠的显著特点;
(5)建立嵌入式Linux发平台,为开发应用程奠定基础,嵌入式应用程序的开发采用目标板和宿主机的开发模式,宿主机运行RedHat9.0;
(6)应用软件的实现,主要包括:串口232、485串行通讯和网络通讯协议的编写,实现应用免编程;网络节点中数据的存储和管理、广播与接收、动态刷新、故障恢复等。
本课题的研究基于开源的嵌入式Linux操作系统和嵌入式数据库开发平台,开发工业数据采集网络节点数据库管理系统,通过本课题的研究开发,实现了网络数据的高速存取,动态更新,故障恢复等,同时整个网络各节点数据可以保持一致性,降低了系统对网络及专用数据服务器的要求,使得工业控制网络系统的构建简单易行,而且可为信息管理系统提供及时的控制数据,实现真正意义上的管控一体化。
论文最后对本课题进行总结,提出收获和不足,并结合课题的实际研究过程,针对不足之处提出了改进意见,指出了下一步工作的重点,并做出进一步的展望。