Entwurf und Implementierung eines fehlertoleranten Datenerfassungssystems für SPS-Steuerungen pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Logos

作者:Norbert Becker

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1997-03-15

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783931216344

丛书系列:

图书标签:

• SPS
• Steuerungstechnik
• Fehlertoleranz
• Datenerfassung
• Industrie 4
• 0
• Automatisierungstechnik
• Echtzeitsysteme
• Zuverlässigkeit
• Embedded Systems
• Softwareentwicklung

基于PLC控制的可靠数据采集系统：原理、设计与实践 本书深入探讨了为工业自动化领域中的可编程逻辑控制器（PLC）系统构建高可靠性数据采集系统的理论基础、设计方法与实践经验。随着工业4.0和智能制造的快速发展，来自现场设备和控制系统的数据对于生产监控、过程优化、故障诊断乃至预测性维护至关重要。然而，工业环境的复杂性、通信链路的不稳定性以及潜在的硬件故障，都对数据采集的可靠性提出了严峻挑战。因此，设计一个能够容忍各种错误并持续稳定运行的数据采集系统，已成为当前工业界亟需解决的关键问题。 本书的研究目标是设计并实现一个能够抵御单点故障、通信中断、数据丢失等典型故障场景，并确保数据完整性与时效性的数据采集解决方案。我们将系统地剖析现有数据采集系统的不足之处，并在此基础上提出一套全新的、集成多种容错机制的设计框架。 第一部分：理论基础与系统建模 本部分将奠定理解本书核心内容的基础。我们将从工业自动化领域数据采集的特点出发，详细阐述PLC在现代工业控制中的作用及其数据交互的机制。随后，我们将深入研究数据采集系统中常见的故障类型，包括但不限于： 硬件故障：传感器故障、通信接口损坏、PLC硬件模块失效等。 软件故障：程序错误、操作系统不稳定、驱动程序冲突等。 通信故障：网络拥堵、线路干扰、连接中断、丢包等。 数据错误：数据越界、异常值、时间戳错误、数据丢失等。 在此基础上，我们将系统性地介绍与容错技术相关的关键概念，如： 冗余技术：硬件冗余（如冗余电源、冗余通信接口）、软件冗余（如备份程序）、数据冗余（如校验和、CRC）。 错误检测与纠正机制：差错校验码（如汉明码、BCH码）、纠错码、状态监控与自诊断。 故障恢复策略：自动切换、重传机制、数据缓存与重放。 分布式系统理论：共识算法、故障检测与隔离。 为了更好地理解系统的行为，我们将采用严谨的数学建模方法，如Petri网、有限状态机等，来描述数据采集系统的不同工作状态和故障转移路径。这将有助于我们分析系统的鲁棒性和可用性。 第二部分：系统设计与关键技术 本部分将聚焦于构建一个真正意义上“容错”的数据采集系统的具体设计方案。我们将从整体架构出发，详细阐述各个模块的设计要点： 数据源接口设计： 如何通过标准接口（如OPC UA, Modbus TCP/IP, Profinet等）可靠地从PLC获取数据。我们将深入探讨如何处理PLC通信的周期性、实时性要求，并设计数据采集的轮询或订阅策略。 数据预处理与过滤： 在数据传输过程中，如何进行有效的数据预处理，包括数据格式转换、单位统一、异常值检测与平滑处理。我们将介绍基于统计学或机器学习的异常检测算法。 通信机制的容错设计： 这是本系统的核心。我们将重点研究： 双通道或多通道通信： 利用冗余的物理或逻辑通信路径，实现无缝切换。 带确认的传输协议： 确保数据可靠送达，并实现丢包重传。 基于缓存的离线数据存储： 在通信中断时，将数据临时存储在本地，待通信恢复后进行补传。 时间同步与一致性： 确保不同数据源的时间戳准确且一致，这对分析至关重要。 数据存储与管理： 如何设计高效、可靠的数据存储方案，以应对大量历史数据的存储需求。我们将考虑数据库的选择（如时序数据库、关系型数据库）以及数据备份与恢复策略。 系统监控与告警： 设计一套完善的系统监控机制，实时检测各组件的运行状态，并在发生异常时发出告警，以便及时干预。 冗余与备份策略： 详细阐述在PLC本身、通信设备、服务器等关键环节如何实施冗余备份，以应对硬件故障。 第三部分：实现与验证 本部分将展示如何将前面章节提出的设计理念转化为实际可运行的系统。我们将选择一种代表性的PLC平台（如西门子S7系列、罗克韦尔ControlLogix系列等）和一套主流的开发工具链。 软件实现细节： 详细介绍数据采集软件的设计与编码，包括模块化的设计思路、并发处理、内存管理以及与操作系统API的交互。我们将重点展示如何集成各种容错算法和通信协议。 硬件选型与配置： 针对工业现场的实际需求，介绍合适的传感器、PLC、通信模块、服务器硬件的选型原则，并给出具体的配置建议。 系统集成与测试： 将软件与硬件进行集成，并设计一系列严格的测试用例，以验证系统的可靠性、稳定性和容错能力。这些测试将涵盖： 负载测试： 模拟高数据量、高频率的采集场景。 故障注入测试： 主动模拟各种硬件、软件和通信故障，观察系统响应。 长时间稳定性测试： 确保系统在长时间运行后依然稳定。 数据准确性验证： 与PLC内部的真实数据进行比对。 性能评估： 对系统的响应时间、吞吐量、资源占用等关键性能指标进行评估，并与未采用容错机制的系统进行对比。 第四部分：应用案例与未来展望 本书的最后部分将通过具体的工业应用案例，来展示所设计的容错数据采集系统的优势和实际效果。我们将选取如智能制造车间、流程工业生产线、能源管理系统等场景，详细描述系统如何在这些环境中发挥作用，解决实际问题。 此外，我们将对未来数据采集技术的发展趋势进行展望，包括： 边缘计算在数据采集中的应用： 如何在数据源端进行更智能的预处理和容错。 人工智能与机器学习在故障诊断与预测性维护中的作用： 如何利用采集到的数据来提升系统自身的智能和可靠性。 新一代通信技术（如5G、TSN）对数据采集的潜在影响。 通过阅读本书，读者将全面掌握设计和实现高可靠性PLC数据采集系统的关键知识和实践技能，为构建更稳定、更智能的工业自动化系统打下坚实基础。本书适合自动化工程师、系统集成商、研发人员以及对工业数据采集和容错技术感兴趣的读者。

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