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DCS(分布式控制系统)是一种分散控制、集中操作、分级管理的系统,是随着工业控制的不断发展而产生的,在工业领域得到了广泛的应用。随着计算机技术、现场总线技术和工业以太网技术的发展,DCS与这些技术相结合呈现出了一种新的结构模式。新型DCS是在传统DCS基础上增加了现场总线和以太网技术后产生的。比较典型的是现场控制站与工程师站之间的数据通信使用以太网技术；在主控制卡与智能测控板卡之间使用现场总线CAN进行数据传输。现场控制站是DCS系统中直接与现场进行I/O数据采集、信息交互、控制运算和逻辑控制的核心单元,完成整个工业过程的实时控制功能。现场控制站的性能设计直接决定了整个DCS系统的可靠性和稳定性。现场控制站的硬件主要由主控制卡、测控板卡和现场仪表设备组成。本课题中主控制卡以意法半导体公司生产的Cortex-M3内核的32位微控制器STM32F107为硬件平台,以实时操作系统μC/OS-Ⅱ为软件平台,通过应用程序各个任务之间的协调来共同完成数据通信、组态算法下传、控制策略的实现和与其他站的数据传输等。测控板卡的种类包括模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、数字量输入板卡、数字量输出板卡、脉冲量输入板卡、热电偶输入板卡和热电阻输入板卡。本论文主要介绍模拟量输入板卡、模拟量输出板卡、热电偶输入板卡和数字量输出板卡的硬件和软件设计。测控板卡的开发使用意法半导体公司生产的32位微控制器STM32F103,为了提高板卡的智能化,硬件设计上增加了故障自动诊断和健康状态指示功能,从可靠性考虑还采用了点点隔离的保护措施；软件设计实现现场信号的采集、控制输出、故障检测及报警和通过CAN总线与主控制卡之间的数据通信。微控制器自带以太网模块,通过外接PHY芯片可实现以太网硬件接口,大大简化了主控制卡的硬件设计。主控制卡与上位机之间采用以太网技术进行通信,通过在实时操作系统μC/OS-Ⅱ中嵌入TCP/IP协议栈LwIP来实现。LwIP协议栈中主要包括ARP、IP、ICMP、TCP和UDP协议。微控制器内部自带CAN控制器,通过外围电路增加CAN收发器可实现主控制卡和测控板卡之间的CAN通信。上位机通过以太网下传CAN通信命令,主控制卡收到命令后通过CAN总线传给测控板卡。测控板卡收到命令后根据CAN数据帧通信格式作出相应的应答。现场控制站内部采用CAN总线传输数据,大大提高了数据传输的可靠性和实时性。