基于CAN现场总线的电梯监控系统设计

目录

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

0 引言 (4)

0.1电梯监控发展现状 (4)

0.2 CAN总线的应用概况 (5)

0.3 本文主要内容 (5)

1 基础理论与概念 (7)

1.1 监控系统的概念 (7)

1.2电梯远程监控的概念 (8)

1.3 现场总线技术 (9)

1.4 CAN总线技术 (11)

1.4.1 CAN总线概述 (11)

1.4.2 CAN总线的性能特点 (15)

1.4.3 CAN 总线的技术规范 (16)

2 基于CAN总线的电梯监控系统方案 (23)

2.1 CAN总线电缆及波特率 (23)

2.2 基于CAN总线的远程电梯监控的拓扑结构 (23)

2.3 上位机监控软件方案选择 (24)

3 串口-CAN总线适配器设计 (27)

3.1硬件设计软件介绍 (27)

3.2 485-CAN适配器硬件设计 (28)

3.2.1 RS-485系统概述 (28)

3.2.2 CAN-485适配器总体设计和工作原理 (29)

3.2.3适配转换器硬件设计 (31)

3.2.4转换程序设计 (34)

3.3 232-CAN 适配器硬件设计 (37)

3.3.1 RS-232 系统概述 (37)

3.3.2 CAN-232适配器总体设计及原理 (38)

3.2.3 硬件设计 (39)

3.2.4 转换程序设计 (41)

4 监控软件 (45)

4.1 建立工程组态 (45)

4.2 小区主界面设计 (47)

4.3 电梯监控单元界面 (49)

4.4监控系统通讯部分 (50)

4.5 故障模拟 (52)

5 结论与展望 (55)

6参考文献 (56)

7译文 (58)

8原文说明 (70)

摘要

近年来具有先进控制技术的电梯日趋普及,尤其在许多新建的智能建筑中更是选用了各种高档电梯,使得电梯监控和弱电控制之间的有机结合成为可能。但由于传统的管理理念以及电梯制造商和弱电供应商的相对独立性,使得电梯监控和弱电控制之间的相互渗透进展缓慢,大多数电梯监控基本上都是电梯供应商提供一个封闭的系统。

随着计算机技术和网络技术的发展,使得电梯与楼宇自控管理采用CAN总线进行电梯的分布式控制成为了可能。将电梯的控制功能分为若干模块,又用不同的控制器完成各部分特定的功能,各控制器间采用可靠的通信技术控制局域网传递信息,相互进行通信,协同工作。这样,系统可以实现电缆的插接化,并大大减少井道中电缆数量,减少布线工作量和维护成本。而且,可以使得系统中各个控制器有更充裕的时间用于进一步完善其自身的功能,以改善电梯的性能。

本文所设计的系统是基于CAN总线开发的,作为电梯分布式控制的一部分完成对安全回路开关故障的检测,包括检测单元、处理器、CAN总线通信、保护单元等本文主要对一部分己经安装了RS485串行通信的监控系统进行了改造并配以Simatic WinCC组态软件作为监控界面,研究了总线在电梯监控系统中的应用以及实现。

关键词：电梯监控系统， CAN总线， RS-485， WinCC

Elevator Monitoring System based on CAN-bus

ABSTRACT

Advanced control technology in recent years the growing popularity of lift, especially in many new buildings more intelligent use of various high-grade elevator, making the lift between the monitor and control the combination of weak possible.However, traditional management and the elevator manufacturer and supplier of the relative independence of the weak, so weak monitoring and control of elevators between the slow penetration, the majority of the lift elevator monitoring suppliers are basically a closed system. With the computer technology and network technology, making use of elevators and building automation management elevator CAN bus Distributed Control as possible.The elevator's control functions are divided into several modules, but also in different parts of the controller to complete a specific function, the controller uses reliable communication between the control of local area network technology to transmit information, communicate with each other, work together.This system can plug the cable-based and greatly reduce the number of wells in the cable, reducing wiring workload and maintenance costs.Furthermore, each controller can make the system have more time to further improve their own capabilities, to improve the lift

performance.

This detection system is developed based on the bus, distributed control as part of the lift to complete the safety circuit switch fault detection, including detection unit, processor, CAN bus communication, the protection unit, etc. In this paper, has been installed on the part of the RS485 serial communication line monitoring system was modified and accompanied Simatic WinCC configuration software as a control interface to study the bus in the elevator control system application and implementation.

Key words: elevator monitoring system，CAN-bus，RS-485，WinCC

基于CAN现场总线的电梯监控系统设计

冯煜宸 022106134

0 引言

随着城市化建设的快速发展，随着人们生活质量的提高，现代化智能住宅小区不断涌现。智能大楼成为一种趋势。而在智能大楼中，电梯的安全稳定运行，是至关重要的。因此，对于及时发现电梯故障并迅速维修就显得相当必要了。目前国内的电梯服务水平大多仍局限于现场电梯出现了问题，通知维修中心，由维修中心派专人到现场勘查并排除故障。响应速度慢，还需要现场派专人监守。小区中的电梯数量多，位置分散，给物业管理带来极大的不便。电梯远程监控系统能够实现对多台电梯运行状态及故障实时监控，降低服务成本，节省大量人力，是现代物业的一种必要手段。

0.1电梯监控发展现状

具备一定规模的电梯公司均具有结合自己产品的电梯远程监控技术，其特点为：以本公司产品为对象，按照预定接口和通讯方式对电梯运行状态进行监控；不同公司的电梯产品互不兼容。国内90年代以前生产安装的电梯基本无监控接口。

近年来国内有的高校、科研单位、电梯配件生产企业开始进行电梯远程监控技术研究，例如天津大学研制的动态模拟电梯实时远程监控和针对奥的斯电梯的远程监测装置；中国建筑科学研究院建筑机械化分院开发的

人民大会堂电梯远程监测系统等

我国现有电梯各品牌之间均没有一个统一的通信协议，对弱电监控所需的软件和硬件均未作统一的规范，许多甚至不是基本配置。如要作社会集约管理，则对现有电梯的改造工作量将会很大，必须从技术上规范各家电梯供应商对外提供一个统一的通信口和通信协议，从技术上来说应是不成问题的，目前各主要电梯制造商都能做到即使机内的程序不受外界干扰，又可以用一个规范的协议进行通信，向外提供电梯的运行状态或接收来自外部的控制指令。

0.2 CAN总线的应用概况

20世纪80年代, 德国的BOSCH 公司首先应用CAN总线于汽车内部的测控通信。CAN国际标准化的制定,更加推动了它的发展和应用,已有INTEL、MOTOROLA、PHILIPS、S IEMENS等百余家国际大公司支持CAN总线协议。现在,在欧美等国CAN总线已被广泛地应用于汽车、火车、轮船、机器人、智能楼宇、机械制造、数控机床、各种机械设备、交通管理、传感器、自动化仪表等领域。

从“九·五”开始, 我国政府就投资支持现场总线的开发,其中CAN 等总线在国内已经得到较广泛的应用,被大量地应用于工农业监控、电厂测控、火灾报警、变电站控制、煤炭综合监控等。很多大专院校及科研单位也投入大量的人力和资金加强现场总线,尤其是CAN总线技术的研究和开发

0.3 本文主要内容

本文分为五个章节。第一章介绍本文涉及到基础理论与概念。第二章

进行总体方案的设计。第三章进行相关适配器的硬件设计。第四章设计电梯监控系统的上位监控系统及界面。最后一章进行总结。

1 基础理论与概念

1.1 监控系统的概念

典型的闭路监控系统主要由摄像机部分、传输部分、控制与记录部分以及显示部分四大块组成。摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。在被监视场所面积较大时，在摄像机上加装变焦距镜头，使摄像机所能观察的距离更远、更清楚；还可把摄像机安装在电动云台上，可以使云台带动摄像机进行水平和垂直方向的转动，从而使摄像机能覆盖的角度更大。华赛奥监控系统在某些情况下，特别是在室外应用的情况下，为了防尘、防雨、抗高低温、抗腐蚀等，对摄像机及其镜头还应加装专门的防护罩，甚至对云台也要有相应的防护措施。传输部分就是系统的图像信号通路。一般来说，传输部分单指的是传输图像、声音信号。同时，由于需要有控制中心通过控制台对摄像机、镜头、云台等进行控制，因而在传输系统中还包含有控制信号的传输。在传输方式上，近距离一般采用视频线传输，不超过一两公里的距离一般采用同轴电缆传输，更远的距离则可采用光纤传输。对于远距离传输，还需配备视频信号放大、图像信号的较正与补偿设备。控制与记录部分负责对摄像机及其辅助部件（如镜头、云台）的控制，并对图像、声音信号的进行记录。目前硬盘录像机的技术发展得较完善，它不但可以记录图像和声音，而且还包含了画面分割切换、云台镜头控制等功能，基本上取代了以往使用的画面切换器、画面分割器、云台控制器、镜头控制器等产品。如果客户要求能对云台、镜头（特别是高速球）进行非常方便的控制，则可以加配控制键盘。显示部

分一般由几台或多台监视器组成。在摄像机数量不是很多，要求不是很高的情况下，一般直接将监视器接在硬盘录像机上即可。如果摄像机数量很多，并要求多台监视器对画面进行复杂的切换显示，则须配备“矩阵”来实现。基站防盗报警监控系统专用监视器价格较贵，为了节省开支，也可用普通电视机替代。目前监控系统随着计算机的发展水平的提高，已经由模拟系统向数字化系统转变，数字化系统在功能上较模拟系统完善，操作极其智能化和集中化等。监控系统适用场所包括：政府机关、电力电信、监狱、军队、银行、金库、超市、商场、宾馆、小区、学校、办公楼、道路监控等。

1.2电梯远程监控的概念

电梯远程监控系统（Remote Elevator Monitoring System，REMS），是指某个区域（一幢大楼，一群大楼，一个小区，一个城市，一个国家等）中安装多部电梯后，对这些电梯进行集中远程监控，并对这些电梯的数据资料进行管理、维护、统计、分析、故障诊断及救援。其目的是对在用电梯进行远程数据维护，远程故障诊断及处理，故障的早期诊断与早期排除，以及对电梯的运行性能及故障情况进行统计与分析，并在分析的基础之上选择合理的派梯方案。一般的远程监控系统都包括数据采集、信号转换、信号分析与处理、状态显示以及故障报警等几部分。电梯状态数据从电梯控制柜上的通讯接口出来，经由数据采集模块，在采集模块中通过一番处理，包括协议转换和故障判断等。然后，采集模块再将数据传送给上位机，上位机接收到数据后，根据这些数据，或进行状态画面显示，或通过多种手段（现场语音报警、电话报警、手机短信报警）进行故障报警，并把这

些数据存入数据库，进行管理、维护和分析。

1.3 现场总线技术

现场总线是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。按照IEC的解释现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场总线主要用于主要用于制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。

现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成，几乎涵盖了所有连续、离散工业领域，如过程自动化、制造加工自动化、楼半自动化、家庭自动化等等。它的出现和快速发展体现了控制领域对降低成本、提高可靠性、增强可维护性和提高数据采集的智能化的要求。现场总线技术的发展体现为两个方面：一个是低速现场总线领域的不断发展和完善；另一个是高速现场总线技术的发展。而目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。从实际应用状况看，大多数现场总线，都能较好地实现速率要求较低的过程控制。因此，在速率要求较低的控制领域，谁都很难统一整个市场。就目前而言，由于FF基金会几乎集中了世界上主要自动化仪表制造商，其全球影响力日益增加，但其在中国市场营销力度似乎不足，市场份额不是很高，LonWorks形成了全面的分工合作体系，在国内有一些实质性的进展，在

楼宇自动化、家庭自动化、智能通信产品等方面，LonWorks则具有独特的优势。在离散制造加工领域，由于行业应用的特点和历史原因，Profibus 和CAN经在这一领域形成了自己的优势，具有较强的竞争力。国内厂商的规模相对较小，研发能力较差，更多的是依赖技术供应商的支持，比较容易受现场总线技术供应商 (芯片制造商等)对国内的支持和市场推广力度的影响。而且，还有一个不可忽视的一点就是在构建自动化管理系统时，选择的上位机，比如组态软件对总线设备的支持程度，有些监控组态软件，比如紫金桥监控组态软件或者InTouch等对一些主流的总线设备比如Lonworks、PROFIBUS、CAN等有着良好的支持，通过DDE、OPC或者直接连接等方式进行通讯，采集数据。这样可以方便用户的选择，而一些组态软件则支持的种类较少，是用户选择的范围也随之减少。由于目前自动化技术从单机控制发展到工厂自动化FA，发展到系统自动化。工厂自动化信息网络可分为以下三层结构：工厂管理级、车间监控级、现场设备级，而现场总线是工厂底层设备之间的通信网络。这里先介绍一下以太网，本文特指工业以太网，工业以太网是作为办公室自动化领域衍生的工业网络协议，按习惯主要指IEEE 802.3协议，如果进一步采用TCP/IP协议族，则采用“以太网+TCP/IP”来表示，其技术特点主要适合信息管理、信息处理系统，并在IT业得到了巨大的成功。在工厂管理级、车间监控级信息集成领域中，工业以太网已有不少成功的案例，在设备层对实时性没有严格要求场合也有许多应用。由于现场总线目前种类繁多，标准不一，很多人都希望以太网技术能介入设备低层，广泛取代现有现场总线技术，施耐德公司就是该想法的积极倡导者和实践者，目前已有一批工业级产品问

世和实际应用。可是就目前而言，以太网还不能够真正解决实时性和确定性问题，大部分现场层仍然会首选现场总线技术。由于技术的局限和各个厂家的利益之争，这样一个多种工业总线技术并存，以太网技术不断渗透的现状还会维持一段时间。用户可以根据技术要求和实际情况来选择所需的解决方案。

1.4 CAN总线技术

1.4.1 CAN总线概述

CAN是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO 国际标准化的串行通信协议。它是Bosch公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。

随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。

分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5c技术——computer（计算机技术）、 control（自动控制技术）、communication（通信技术）、crt（显示技术）和 change （转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都

具有明显的优越性。

典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线（fieldbus）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网 CAN（controller aeranetwork）正是在这种背景下应运而生的。

由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991年9月Philips Semiconductors制订并发布了 CAN技术规范（version 2.0）。该技术规范包括a和b两部分。2.0a 给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式，能提供11位地址；而2.0b给出了标准的和扩展的两种报文格式，提供29位地址。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。

在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个

LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于r线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且 CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行, 系统的实时性、可靠性较差。

其次,CAN总线通过CAN收发器接口芯片82c250的两个输出端CANh 和CANl与物理总线相连,而CANh端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANl 端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损

坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

另外,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。

CAN 即控制器局域网络,属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,如Benz(奔驰)、Bmw(宝马)、Porsche(保时捷)、Rolls-Royce(劳斯莱斯)和Jaguar(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时,由于CAN总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有： Sae J1939/ISO11783、CANopen、CANaerospace、Devicenet、Nmea 2000等。

1.4.2 CAN总线的性能特点

CAN总线之所以被重视发展和应用于新型工业设备系统中，主要是其具有十分优越的特点，使人们乐于选择，这些特性包括：

1）CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。

2）CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、数据链路层与应用层。

3）CAN可以多主方式工作，本质上也是一种CSMA/CD方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之间有优先级之分，因而通信方式灵活；CAN采用非破坏性位仲裁技术，优先级发送，可以大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好的性能；CAN 可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播等几种方式传送和接收数据。

4）CAN的直接通信距离最远可达10km（传输速率为5Kbps）；最高通信速率可达1Mbps（传输距离为40m）。

5）CAN上的节点数实际可达110个。

6）CAN数据链路层采用短帧结构，每一帧为8个字节，易于纠错；CAN 每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，有效地降低了数据的错误率；CAN 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭的功能，使总线上其它节点不受影响。

7）信号调制解调方式采用 NRZ 编码/解码方式，并且采用插入填充位（位填充）技术。

8）数据位具有支配“0”（Dominant bit）和退让“1”（Recessive bit）

两种逻辑值，采用时钟同步技术，具有硬件自同步和定时时间自动跟踪功能。

CAN总线是一种面向一般工业设备的高速通信总线，它具有精简、实时性高、可靠性强等一系列特点，可以满足大部分工业设备的通信要求，适合低压电器领域的广泛应用。对于电梯智能监控系统，CAN总线技术也是非常适合使用的。

1.4.3 CAN 总线的技术规范

1.4.3.1 CAN基本概念

报文(Messages)：总线上传输的信息即为报文，它们以若干个不同的固定格式发送，但长度受限。当总线空闲时，总线上任何单元均可发送新报文。

信息路由(Information Routing)：在CAN系统中，CAN不对单元分配站地址，报文的寻址内容由报文的标识符指定。标识符不指出报文的目的地，但是这个数据的特定含义使得总线上所有单元可以通过报文滤波来判断该数据是否与它们相符合。

位速率(Bit Rate)：即总线的传输速率。在一个给定的CAN系统中，位速率是唯一的，也是固定的。

优先权(Priorities)：在总线访问期间，标识符定义一个静态的报文优先权。

远程数据请求(Remote Data Request)：当总线上某单元需要请求另一单元发送数据时，可通过发送远程帧实现远程数据请求。

多主机(Multimaster)：总线空闲时，总线上任何单元都可以开始向

总线上传送报文，但只有最高优先权报文的单元可获得总线访问权。

仲裁(Arbitration)：总线空闲时，若同时有两个或两个以上单元开始发送报文，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识符ID解决。

错误标定和恢复时间(Error Signaling and Recovery Time)：任何检测到错误的单元会标志出已被损坏的报文。此报文会失效并将自动重传。如果不再出现错误，则从检测到错误到下一报文的传送开始为止，恢复时间最多为31位的时间。

故障界定(Fault Confinement)：CAN单元能够把永久故障和短暂的干扰区别开来。

连接(Connection)：CAN通信链路是一条可连接多单元的总线。理论上，总线上单元数目是无限制的，实际上，单元数受限于延迟时间和总线的电气负载能力。

单通道(Single Channel)：CAN总线由单一通道组成，借助数据重同步实现信息传输。

总线数据表示(Bus Values)：CAN总线上有两种互补逻辑数值，显性(Dominant)电平和隐性(Recessive)电平。若显性位与隐性位同时发送，总线上数值将是显性。

应答(Acknowledgment)：所有接收器对接收到的报文进行一致性检查。对于一致的报文，接收器给予应答；对于不一致的报文，接收器做出标志。

1.4.3.2 CAN总线的位数值表示与通信距离

CAN总线上用显性(Dominant)和隐性(Recessive)两个互补的逻辑值

表示0和1。当在总线上出现同时发送显性位和隐性位时，总线上数值将出现显性。

图1.1 CAN总线逻辑

表1.1 CAN总线距离速率对照表

CAN总线上任意两单元最大距离及速率对照表

位速率/kbps 1000 500 250 125 100 50 20 10 5

最大距离/m 40 130 270 530 620 1300 3300 6700 10000 1.4.3.3 报文传输和帧结构

报文传输由以下4个不同的帧类型表示和控制：

1）数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接收器。

2）远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数据帧。

3）错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。

4）过载帧：过载帧用于在先行和后续数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。

数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧两种格式。它们用一个帧间空间与前面的帧分隔。

数据帧，它由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据

通信与现场总线课程设计报告书

电气工程学院 通信与现场总线课程设计

目录 一：设计任务 (4) 理想模型： (4) 实验中用到的任务模型 (5) 二：力控软件平台建立的实验模型 (5) 三、实验设备与仪器 (6) 四、设计思路与过程 (6) 五、调试和功能 (13) 六、联机调试：C/S方式的远程控制 (26) 七、课设总结与心得 (29)

（一）本次课程设计题目： 通过三维力控组态软件实现对搅拌罐的网络控制 （二）主要容及要求 在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 独立完成，承担系统设计、系统分析、组态软件的学习与编程、网络系统调试等任务，要求提供最终的解决程序（验收）和相关文件，并以报告论文方式说明实现的思路及工程应用前景。 （三）进度安排： （1）在第一次课堂上了解并知道了Forecontrol V6.1软件的初步使用。 （2）根据相关资料，熟悉并设计并完成客户端组态软件的实际工艺流程界面界面的绘制。 （3）对搅拌罐工程相关控制进行了编程。 （4）熟悉服务器端通信参数的要求，完成C/S的网络控制。 （4）3月30日在实验室完成整个系统的软件调试及最后联机调试。 （5）撰写设计报告。

通过三维力控组态软件实现 对搅拌罐的网络控制 一：设计任务 在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 本次课程设计中，我们主要运用了C/S（客户端/服务器）方式，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 理想模型：

现场总线技术实验指导书

《现场总线技术》实验指导书

RS-485串行通信网络安装技术实验一实验目的一、 PPI通信网络的安装和配置。1、理解 PROFIBUS-DP网络的配置。2、理解 D形连接器的安装。、掌握PROFIBUS电缆和3 4、熟悉线路的故障分析及排除故障的方法。二、实验器材及工具表1 实验所需器材及工具 数序数序名称型号型号名称量号号量CPU226 1 3 改刀S7-200 一字、十字 5 7 2 尖嘴钳A10m 8 SIEMENS DP 型普通紫色 2 3 CPU315-2DP 1 SIEMENS DP 9 S7-300 2 电缆剥线器 DP从站4 EM277 2 DP通信测试仪 BT200 1 10 通信模块1 11 DT2025 C5611/5613(1 可选) DP通信卡万用表5 远程分布式SIEMENS 12 DP总线连接器1 ET200M 3 6 I/O模块 9针D形三、实验内容和步骤1、电缆剥线器的使用和PROFIBUS DP电缆、D形连接器的连装 （1）用电缆剥线器按图1-1所示方法剥制DP电缆。 （2）用DP连接器把剥制好的电缆连接起来。 2、PPI通信网络组建 （1）按图1-2所示，用制作好的带D形连接器的DP电缆把三个CPU226连接成PPI通信网络。通信端口用PORT0。 （2）按图1-2所示，设置D形连接器上的终端电阻。 3、PROFIBUS-DP总线网络组建 （1）按图1-3所示，用制作好的带D形连接器的DP电缆把CPU315-2DP、EM277、CPU226、ET200M连接成PROFIBUS-DP总线网络。 形连接器上的终端电阻。D所示，设置1-3图按）2 （．

现场总线郭琼习题答案

《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》 机电职业技术学院电气工程系 作者：卡尔二毛第一章： 1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？ 答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS） 2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？ 答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。 工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。 3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？ 答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。 4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？ 答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。 输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？ 答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？ 答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。核心思想：集中管理、分散控制。 7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？ 答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级； 分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。 集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。 综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？ 答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。

智能仪表及现场总线设计平台标书一

智能仪表及现场总线设计 平台标书一 Prepared on 21 November 2021

一、项目概况 1、项目名称：智能仪表及现场总线设计平台设备招标 2、招标单位：大连海事大学规划与资产管理处 商务联系人：衣纯婷传真: 技术联系人：赵永生 地址：辽宁省大连市甘井子区凌海路1号邮编：116026 3、项目技术要求：详见需求清单 4、招标时间安排 发标时间：2009年3月18日 发标地点：大连海事大学规划与资产管理处（综合楼620室） 投标日：2009年4月6日（上午11点前） 二、投标须知 1、投标费用：投标方应承担编制投标文件、考察现场与递交投标文件的一切费用。不管投标结果如何，招标单位概不负责此项费用。 2、投标文件包括投标资格证明文件、技术说明书及报价书。投标单位必须详列设备的规格、型号、厂家及报价。 3、招标单位对未中标方不做任何解释。 4、本招标文件未尽事宜按有关规定执行。 5、合格投标方范围：须为设备生产商或指定代理商，具有设计、安装、调试及维护的能力，具有独立法人资格和相关资质，在法律上和财务方面独立，并具有相应的技术、设备、经济能力和良好的社会信誉。

6、投标文件中应包括投标资格证明文件：营业执照、代理证书、投标方简历和概况、以往业绩、已经做过及正在进行的同类工程资料等。 7、投标时需提供代理资格或授权书的复印件。 8、能够提供商业货物销售发票或增值税普通发票 9、付款方式：设备安装调试完毕，验收合格后付款。 10、中标单位需在中标后30日内签定合同。否则视为放弃。 投标文件的编写与递交 1、投标文件由投标书格式、技术说明书、报价、投标资格证明文件组成。投标方保证所提供的全部资料的真实性，否则，投标可能被拒绝。 2、投标方应将投标文件密封，按规定的投标日期及地点送至招标单位，招标单位拒绝投标截止日期后收到的投标文件。投标方签发正本1份；副本4份。 3、投标截止日期后不得修改投标文件。 4、与技术要求有偏离的设备，请填写技术规范偏离表，否则，视为无偏离。 三、开标评标 1、招标单位届时将组成评标委员会。 2、评标委员会将根据技术说明书、供货期、报价、公司资信及售后服务质量进行综合评价。 3、评标期间，招标单位有权要求投标方答疑。 五.其它要求 1.供方必须满足需方提出的技术要求。

DCS与现场总线课程设计

课程设计说明书 名称DCS与现场总线技术典型工程应用案例分析 ——DCS在锅炉系统中的应用2012年6月11日至2012年6月15日共1 周 院系电子信息工程系 班级10电气2 姓名 学号 系主任张红兵 教研室主任邓建平 指导教师

目录 第一章绪论 (2) 1.1 DCS与现场总线技术 (2) 1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 (2) 1.1.2现场总线控制系统（FCS）及其应用 (5) 1.2 典型工程应用案例介绍 (6) 第二章 DCS在锅炉系统中的应用案例分析 (8) 2.1方案的总体设计分析 (8) 2.2案例的系统结构和硬件配置分析 (8) 2.2.1 系统硬件配置 (8) 2.2.2 现场控制站设备配置 (10) 2.3案例的可靠性设计及组态分析 (12) 2.3.1 DCS系统的可靠性原理 (12) 2.3.2 锅炉系统中DCS组态 (13) 2.4案例的抗干扰措施 (13) 2.4.1电源系统的干扰及应采取的措施 (14) 2.4.2电磁干扰及应采取的措施 (14) 2.4.3信号线的传送干扰及应采取的措施 (14) 2.4.4防止静电干扰的措施 (14) 第三章总结 (16) 3.1对上述系统分析 (16) 3.2 心得体会 (16) 参考文献 (17) 附录 (18)

第一章绪论 1.1 DCS与现场总线技术 DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量控制、网络通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。 1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。它的出现是工业控制的一个里程碑。工业过程控制的发展逐步从单机监控、直接数字控制发展到集散控制，也必将由集散控制进展到拥有更广阔应用前景的计算机集成制造，近几年的计算机集成制造(CIMS)技术的成就足以证明这一点。 1、集散控制系统 集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。 集散控制系统一般有以下四部分组成： 一、现场控制级 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 二、过程控制级 又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠

基于物联网的智慧电梯监控系统研究

基于物联网的智慧电梯监控系统研究 发表时间：2018-01-17T14:19:00.583Z 来源：《防护工程》2017年第24期作者：方华平王冰唐王富 [导读] 目前，各电梯生产厂家提供的监控系统都依赖于自己的设备，不同品牌的电梯由于自身的硬件和接口之间存在着巨大差异。 浙江省特种设备检验研究院浙江杭州 310000 摘要：目前，各电梯生产厂家提供的监控系统都依赖于自己的设备，不同品牌的电梯由于自身的硬件和接口之间存在着巨大差异，没有对外提供开放、标准的接口，所以各厂家的监控系统不具备良好的普适性，造成营区内的电梯难以有效进行集中监管，出现故障时不能及时准确地预警和定位，存在严重的安全隐患。本文从物联网技术出发，介绍电梯物联网技术及远程监控以及电梯使用上的应用。 关键词：物联网；电梯物联网；远程监控 物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，是我国战略性新兴产业的重要组成部分。标准先行，是利用物联网技术建设智慧城市的重要思路与原则，同样在城市电梯物联网安全监控领域发挥着先导作用。当前电梯物联网应用标准化的工作重点还应放在采集终端的功能、性能、接口标准，网络传输通信协议标准、数据分析处理标准、应用服务标准，示范工程建设标准等急需标准上。 1 物联网技术在电梯监控领域的推广 作为战略性新兴高技术产业，物联网技术要达到全面的推广应用，服务民生，目前尚有诸多瓶颈亟待突破。标准体系的建立正是其中难点之一。缺乏统一的标准规范，将导致电梯物联网监控推广工作如下： 1.1 数据融合共享难。电梯物联网安全运行监管系统与平台目前均由各地各部门各自开发，各自为战，信息格式、传输方式不尽相同，基础数据不能实现“互联互通互操作”，数据融合价值难以体现。 1.2 未能形成有效的系统建设推广模式。标准的缺失使得电梯物联网安全运行监控系统及各级监管平台的建设，从生产、安装、检测及维护几大环节缺乏统一技术平台，尚未有效协同组合，其规模化发展依然缺乏重要条件。 1.3 基础设施发展不平衡。由于各地对电梯物联网工程建设的理解和认知水平参差不齐，在基础设施建设投入和信息化开发能力等方面还存在较大差异。 2 电梯物联网技术 电梯物联网的体系架构，电梯物联网同样采用感知层、网络层和应用层3 层体系架构。现在电梯普遍采用微控制器来控制，电梯本身就是一个智能设备。因此，电梯控制器是电梯物联网感知层的重要组成部分。感知层除了电梯控制器外，还包括压力传感器、涡流传感器、视频传感器、红外传感器、RFID标签和读写器，用于检测电梯运行状态、轿厢的乘客。这些传感器或直接与网络路由器连接；或与电梯控制器连接后，再由电梯控制器把数据传输到数据采集通信器。考虑到电梯控制柜放置于机房或者井道，接入Internet网存在布线的困难，电梯物联网网络层优先考虑使用2G/3G无线互联网接入技术。无线互联网接入技术不仅能够缩短前期安装及后期维保成本，还能解决在用电梯快速、便利接入的问题。但视频的数据量大，使用2G/3G无线接入则费用高、速度慢，故视频数据可以考虑使用有线以太网传输。应用层通过对电梯静态数据、运行动态数据的分析处理，利用网络管理技术、WEB服务技术、智能手机技术、人工智能技术，向上层用户提供困人应急处理、电梯维保、远程监控、预约用梯、自动召梯等应用。 3 电梯物联网监控系统应用分析 3.1 电梯物联网感知层的总体设计。电梯物联网感知层由各种检测开关、传感器、电梯控制器和数据采集通信器等组成。电梯控制系统本身包括各种检测开关、传感器，用于电梯控制器控制电梯运行。电梯控制器利用这些检测装置，可以得知电梯的位置、运行速度、运行振动、开关门状态、乘客数量、乘客身份等信息。电梯控制器把检测开关、传感器的信息采集和处理后，经过RS485 串行通信，把数据传给无线通信器，再由无线通信器经过2G/3G无线网络把数据传给后台服务器。视频传感器是独立于电梯控制系统的，主要用于小区监控中心视频监视轿厢情况。由于视频的数据量大，可以通过小区的现场总线传到小区监控中心以太网路由器，再通过以太网把数据传到后台服务器。 3.2 电梯物联网应用层总体设计。电梯物联网应用层是基于Windows Visual Studio 平台，采用C#语言开发的。电梯物联网的用户包括物业管理单位、维保单位、检验单位、监督单位、制造厂家、乘客用户。他们在电梯应急处理、维保、远程监控、自动识别召梯和电梯分配调度等方面有使用需求。根据用户需求，电梯物联网应用层设计包括应急处理模块、维保模块、远程监控模块、自动识别召梯模块和电梯分配调度模块五大模块。应急处理模块满足用户在电梯困人时，紧急救人处理方面的需求。维保模块满足用户维修、保养电梯方面的需求。远程监控模块满足用户监控电梯、收集电梯数据、跟踪和处理故障方面的需求。自动识别召梯模块和电梯分配调度模块满足用户在乘坐使用电梯方面的需求。 3.3 物联网技术在电梯应用。电梯应急处理是建立在电梯监控和紧急呼叫系统的基础上的。通过物联网技术，把出现困人或者有紧急呼叫的电梯的位置信息，通过短信的方式告知维保人员，调度距离需紧急处理电梯最近的维保人员前往救援。同时电梯显示屏显示电梯状态信息、播放安抚被困人员的语音提示，避免被困人员惊慌，或者擅自打开轿门寻求逃生。 3.4 物联网技术在电梯维保上的应用。电梯作为特种设备，需要每15 天进行一次维保，以保证电梯的安全运行。但是如今的电梯维保市场混乱，缺乏有效的管理和监督，不少维保单位或维保人员没有严格按规定对电梯进行维保，直接导致电梯困人、甚至伤人事故的发生。利用电梯物联网维保日历管理、电子签到和远程监控应用，能够管理、监督电梯维保的执行。后台服务器把各个联网电梯的数据录入，生成电梯维保日历，结合电梯位置信息、维保人员信息，每天生成维保工作清单表，发到维保人员智能手机终端上。维保人员根据维保工作清单表对电梯维保，需要和电梯控制器通信连接签到、对电梯部件的二维码扫描确认。物业单位、监督单位可以通过电脑、手机等终端查看电梯的维保情况。 3.5 物联网技术在电梯远程监控上的应用。电梯物联网把电梯静态数据、运行动态数据传输到后台服务器，通过WEB服务技术、移动终端技术，物业单位、维保单位、监督单位通过电脑、手机监控电梯的运行情况。当发生故障时，电梯通过物联网把故障信息传到后台服务器，后台通过短信的方式通知物业管理人员、维保人员。应用程序服务器故障专家处理系统进一步收集故障电梯信息，分析电梯故障部

工业控制组态与现场总线设计 课程简介

工业控制组态与现场总线设计（Industrial Control HMI and Field Bus Design） 课程编号：01115050 课程性质：专业方向任选课 开设学期及学时分配：第七学期；32学时 适用专业及层次：机械设计制造及其自动化本科 先行课程：无 后继课程：***** 课程目的、内容与要求： 通过本课程的学习，让学生明确现场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理；了解现场总线网络准入测试、FF的发展及准入测试、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS 的主要技术特点、LonWorks的收发器技术、结点技术等相关知识；掌握工业网络传输控制方式、常用工业网络互连设备、FF通信模型及主要技术、FF功能块及FF的工业组态、PROFIBUS 总线存取协议、PROFIBUS行规、LonWorks技术特点、LonTalk协议等相关内容；能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的一般控制系统。 教材：雷霖：《现场总线控制网络技术（第2版）》，电子工业出版社，2008 推荐参考书： 1.杨卫华，《现场总路线网络》，高等教育出版社，2006 2.甘永梅，《现场总线技术及其应用》，机械工业出版社，2005 3.高安邦，《LonWorks技术开发和应用》，机械工业出版社，2009 4.陈在平，《现场总线及工业控制网络技术》，电子工业出版社，2008 授课教师： 1.主讲教师要具有中级及以上专业技术职称和硕士研究生及以上学历。 2.能履行教师职责，爱岗敬业，为人师表，具有良好的师德教风和较高的业务水平。 3.本课程要求教师应具备现场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理，掌握工业网络传输控制方式、常用工业网络互连设备、FF通信模型及主要技术、FF功能块及FF的工业组态，能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的一般控制系统。 教学与实验设施： 本课程在多媒体教室开展，多媒体要满足课程教学需要，能同时运行office的课件和相关的仿真软件。 教学方法与手段： 本课程教学方法要灵活，可用多媒体课件与板书相结合的教学形式，有些内容可以通过实物或图片演示。教学要充分发挥学生主体性，与学生建立起平等、民主和对话的师生关系，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和探究意识，使学生掌握本课程的核心内容外，指导学生对相关外延知识的获取能力。 课程考核与评价： 本课程的考核应该包括平时成绩、期末考试和期中成绩3个部分，实行百分制。其中平时成绩可以通过个人作业、学习态度、到课率及小组讨论等方式进行评定，期末考试可以采用开卷或闭卷形式，重点考查学生对工业控制组态与现场总线设计基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握程度。

现场总线设计报告

# 重庆科技学院 课程设计报告 院（系）:_电气与信息工程学院专业班级: 测控普2007-01 学生姓名: 黄亮学号: 99 设计地点（单位）__ I502________ __ ______ 设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__ * 完成日期：2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _ 成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________ <

目录

1课程设计任务书 设计题目：基于WinCC和S7-300的温度测控系统 教研室主任：指导教师：胡文金、刘显荣 2010 年 11月 26 日

2温度控制对象概述 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温控系统的控制技术得到了迅速发展，能否成功地将温度控制在所需范围内，关系到整个活动的成败，由于控制对象的多样性和复杂性，导致采用的温控手段的多样性，且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点，给控制带来一定难度。 在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。 功能特点与技术参数 TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块，电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块，温度加热器功率为50W。电压输入为0-5V，电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号，温度传感器采用Pt100，测温范围0-200℃，Pt100采用电桥连接。电阻丝温度变化大概为0-100℃，因此满足实验的要求。 控制手段 温度控制对象由于存在比较大的滞后，控制快速性以及控制精度较难权衡，因此控制比较复杂。针对各种温度控制对象，已经有了各种不同的温度控制方法，包括最经典的PID控制算法，模糊控制算法，神经网络控制，最优控制等等，这些控制算法各有各自的特点及优势。 由于实验的条件以及自身的知识水平，采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。整个控制流程为：由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度，再由温度加热器内部调理电路，将温度信号转换为4-20mA的电流信号，电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端，通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制，然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V（实际程序控制只需输出0-5V）方式电压输出控制温度加热器的加热电压，达到控制温度的目的。此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程，包括实时温度，PID三个参数（Kp、Ti、Td），以及输出控制流量，绘制实时曲线，棒图等。PLC通过DP总线与PC连接，WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接，达到数据传输的目的。 以此，一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。

Powerlink课程设计报告-现场总线技术及应用

大作业 题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 课程名称现场总线技术及应用 院（系、部、中心）自动化学院 专业自动化 班级 学生姓名 学号 设计地点 指导教师

目录 一、课程设计的目的 (3) 二、课程设计题目及要求 (3) 1、题目 (3) 2、设计要求 (3) 三、环境搭建 (3) 1、硬件环境： (3) 2、软件环境： (3) 3、源代码和安装文件： (4) 四、powerlink的原理 (4) 1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述 (4) 2、Powerlink网络建构 (5) 3、通信过程 (5) 3、主站发送参数的配置过程 (8) 4、从站接收配置之通信参数配置 (8) 5、openCONFIGURATOR介绍 (9) 五、操作过程 (9) 1、主从站之间的通信 (9) 2、openCONFIGURATOR应用 (19) 六、实习体会 (28)

一、课程设计的目的 通过对Powerlink的理论学习和完成Powerlink的主站和从站通信的实践工作，将这门课程的理论知识尤其是Powerlink这种现场总线的理论和应用知识进一步巩固和完善，培养学生较强的工程实践能力，为进一步学习专业知识和从事相关专业工作打下坚实的基础。 二、课程设计题目及要求 1、题目 Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 2、设计要求 掌握Powerlink的工作原理，使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。 三、环境搭建 1、硬件环境： 一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站 2、软件环境： a)安装虚拟机VMware player；

现场总线

南京工程学院 课程设计说明书（论 文） 题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 课程名称现场总线技术及应用 院（系、部、中心）自动化学院 专业自动化 班级 学生姓名 学号 指导教师

目录 一课程设计的目的----------------------------------------------3二课程设计题目及要求----------------------------------------3 1题目----------------------------------------------3 2设计要求------------------------------------------3 三环境搭建-------------------------------------------------------3 四powerlink的原理--------------------------------------------4 五操作过程--------------------------------------------------------9 1 主从站之间的通信------------------------------------9 2openCONFIGURATOR应用------------------------------------------19六实习体会--------------------------------------------------------26

Powerlink课程设计报告 一、课程设计的目的 课程设计的目的是使学生能够将《现场总线技术及应用》课程的学习内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握现场总线系统设计的基本思想和方法。 二、课程设计题目及要求 1、题目 Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 2、设计要求 使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。 三、环境搭建 （1）硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站 （2）软件环境： a)安装虚拟机VMware player； b)安装Linux操作系统Ubuntu； c)安装程序文件产生器Doxygen； d)安装编译安装工具CMake e)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动

基于嵌入式的智能电梯控制系统的设计与实现

嵌入式系统在智能电梯中的应用研究 I

目录 一、设计目的与作用 (1) 二、系统整体方案设计 (1) 2.1 电梯控制系统控制策略、方法 (1) 2.2 电梯控制系统总体结构设计 (2) 2.3 电梯主控制器的功能设计 (2) 三、系统硬件设计 (3) 3.1 芯片DSP56F8025MFBE (3) 3.2 控制器组成框图 (4) 3.3 控制器的模块单元功能介绍 (4) 3.3.1 整流滤波单元 (5) 3.3.2 电机速度及转子位置检测单元 (5) 3.3.3 逆变单元 (5) 3.3.4 控制电路电源模块 (6) 3.3.5 看门狗模块 (7) 3.3.6 低电压复位模块 (7) 3.3.7 电流检测模块 (8) 3.3.8 故障报警模块 (8) 3.3.9 编程与仿真接口 (9) 四、系统程序设计 (1) 4.1 主程序流程 (1) 4.2 初始化模块 (1) 4.3 中断模块 (2) 4.4 开关量输入模块 (3) 4.5 故障处理模块 (4) 4.6 检修工作模块 (5) 4.7 消防状态工作模块 (5) 4.8 CAN总线接收的数据处理模块 (6) 4.9 系统断电数据保存模块 (7) 4.10 软件定时器模块 (8) 五、系统性能测试 (9) 5.1系统功能仿真测试 (9) 结论 (10) I

一、设计目的与作用 传统的电梯控制系统各楼层与控制器之间采用以PLC为控制核心的点对点的连接方式，每个呼叫器都有一套数据线与主控器相连，当电梯楼层数比较多时，系统就会有大量的数据线需要连接，使得电梯的安装、维护比较麻烦。特别是不同楼层数的控制系统需要有相应输入输出点数的主控制器相匹配，通用性差，给生产带来许多不便[3]。 以嵌入式微处理器为核心控制器的嵌入式系统作为计算机应用的一个崭新领域，以其简洁、高效等特点越来越多地受到人们的广泛关注。而且在工业控制系统中已得到了广泛的应用，应用于电梯控制系统，具有很大的优越性。 二、系统整体方案设计 2.1 电梯控制系统控制策略、方法 随着计算机技术和网络技术的发展，电梯的分布式控制成为了可能。将电梯的控制功能分为若干模块，由不同的控制器完成各部分特定的功能，各控制器间采用可靠的通信技术控制局域网传递信息，相互进行通信，协同工作。本次课题研究开发的智能电梯控制系统可分为四个主要部分： 2.1.1主控制器 即电梯控制器。它是电梯控制系统的主要部分，负责整个电梯的运行控制。一般主控器和位于楼房的顶部电梯机房内的电梯动力装置曳引机构成了整个电梯控制系统的核心。 2.1.2轿厢 轿厢是电梯系统中运载乘客的装置，它通过轿厢中的键盘、显示屏，使乘客与电梯建立起了相互联系。曳引机通过钢丝牵引轿厢的上下运行，用于运送乘客。在轿顶(轿厢的顶部)还有一个门机控制器，用于电梯的开关门动作。 2.1.3呼梯 它是每一层楼的呼叫装置，给出每一楼层的呼叫请求信息，并且显示电梯当前运行状态。此外，电梯整个系统还包括上、下限位开关，上、下限速开关，限速器，安全闸，对重，随行电缆，平层检测板，道轨和缓冲器等一系列电梯运行机械装置和安全保护设备。 2.1.4控制器之间的通信方式 1

现场总线课程设计本科论文

第一章实训装置说明 第一节系统概述 一、概述 “TH JDS-1A型过程自动化控制系统实训平台”是由对象系统实训平台、S7-200PLC控制系统、智能仪表及远程数据采集控制系统和上位监控PC机四部分组成。本装置是专门为高等院校、职业院校开设的自动化、过程控制装置及自动化、自动控制等专业而研制的，可满足各大高校所开设的《传感器检测与转换技术》、《过程控制》、《自动化仪表》、《自动控制理论》、《计算机控制》、《PLC可编程控制》等课程实训的教学要求。装置选用当前工业现场的典型的被控对象、被控参量和控制流程，可开展现场仪表的调校、被控对象流程的组建、控制系统线路连接、控制算法及组态软件的编程以及控制系统的分析等工作任务，适合职业学校、本科院校的技能训练和研究。 学生通过本实训装置进行综合实训后可掌握以下内容： 1．传感器特性的认识和零点迁移； 2．自动化仪表的初步使用； 3．变频器的基本原理和初步使用； 4．电动调节阀的调节特性和原理； 5．测定被控对象特性的方法； 6．单回路控制系统的参数整定； 7．串级控制系统的参数整定； 8．复杂控制回路系统的参数整定； 9．控制参数对控制系统的品质指标的要求； 10．控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养； 11．各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。 二、系统特点 ●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。 ●被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。 ●具有广泛的扩展性和后续开发功能，所有I/O信号全部采用国际标准IEC信号。 ●具有控制参数和控制方案的多样化。通过不同被控参数、动力源、控制器、执行器及工艺管路的组合可构成几十种过程控制系统实训项目。 ●各种控制算法和调节规律在开放的实训软件平台上都可以实现。实训数据及图表在上位机软件系统中很容易存储及调用，以便实训者进行实训后的比较和分析。 ●多种控制方式：可采用AI智能仪表控制、S7-200PLC控制、远程数据采集模块控制。 ●充分考虑了各大高校自动化专业的大纲要求，完全能满足教学实训、课程设计、毕业设计的需要，同时学生可自行设计实训方案，进行综合性、创造性过程控制系统实训的设计、调试、分析，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。 三、实训装置的安全保护体系 1.三相四线制总电源输入经带漏电保护装置的三相四线制断路器进入系统电源后分为一个三相电源支路和一个单相支路，每一支路都带有各自三相、单相断路器。总电源设有三相通电指示灯和380V三相电压指示表。 2.各种电源及各种仪表均有可靠的自保护功能。 3.强电接线插头采用封闭式结构，以防止触电事故的发生。 4.强弱电连接线采用不同结构的插头、插座，防止强弱电混接。

现场总线技术课程设计报告书

现场总线技术课程设计 课程设计要求及安全操作规程 一、设计前的准备 1.请查阅或借阅相关书籍，比如：西门子S7-300PLC、STEP7组态编程及WINCC组态方面的书籍或资料。 2.认真研读课程设计指导书，了解设计要求，明确设计过程中应注意的问题，并按照各项目要求准备记录等。 3.本次课设使用THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置，该实验装置的总线控制柜由西门子S7-300 PLC组成。实验前应了解实验装置中的对象、水泵和所用控制组件的名称、作用及其所在位置, 以便于在实验中对它们进行操作和观察。熟悉实验装置面板图，要求做到由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置；熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。 二、设计过程的基本要求 1．明确设计任务； 2．提出设计方案； 3．运用STEP7组态软件对系统进行硬件组态设计； 4．编写LAD（梯形图）程序； 5. 运用WINCC组态软件对系统进行界面设计； 5．进行实验操作，做好观测和记录； 6．整理数据，得出结论，撰写课程设计报告。 三、课程设计报告要求 1.要求有封皮、目录； 2.课设内容分章节书写，每个项目包括设计要求、设计过程、结果或效果图及总结分析； 3.报告要求附页码。 四、安全操作规程 1．实验之前确保所有电源开关均处于“关”的位置，储水箱中是否有充足的水； 2．打开电源开关顺序：依次打开PLC控制柜中总电源开关、变频器开关（停大约10S后）、控制站开关、24VDC开关等。 3．关闭电源开关顺序：首先关闭控制站开关，再依次关闭其他电源开关，最后关闭总电源开关。 4. STEP7硬件组态下载程序时，请将PLC控制柜中CPU模块开关置于STOP状态，下载完毕时切换至RUN状态。 5．小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏仪表及模块。 6．严格遵守实验室有关规定。

现场总线控制系统设计

现场总线控制系统设计 发表时间：2019-06-10T16:29:37.333Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：华启国 [导读] 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。 安徽天康（集团）股份有限公司 摘要：根据笔者开发项目现场总线系统的设计和试运经验,全面介绍了现场总线系统的设计原则和方法。同时也介绍了与现场总线控制系统有关的术语和概念。设计原则主要涉及系统的开放性、有效性、安全性、有效性与安全性平衡以及经济适用性等原则;设计方法包含了设计周期的两个部分———概念设计和详细设计。详细设计主要涉及网络设计、设备选型、系统组态及文档创建等。为同类系统的设计提供了可以借鉴的原则和方法。 关键词：现场总线控制系统;有效性;安全性;设计过程 引言 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。具有全数字化、全分布、双向传输、自诊断、低成本、开放性、互操作性、智能化等特点,在石油、石化等领域获得了成功的应用。目前现场总线标准尚未统一,市场上主流产品有40种之多。现场总线控制系统的工程设计是根据生产工艺特点从市场上选择一种符合生产要求的现场总线产品并根据设计原则构建现场总线控制系统。笔者根据多年多套现场总线控制系统的设计、安装和试运经验,以苏丹穆格来得油田开发项目所使用的基金会现场总线系统为例,介绍现场总线控制系统的设计原则和设计方法,为现场总线控制系统的设计提供可以借鉴的经验。 1现场总线控制系统设计原则 1.1有效性原则 有效性是回路正常运行时间占总时间的百分比,其目的是尽量减少生产过程的损失。获得高有效性的工程实现方法有分散、诊断和冗余。分散包括网络分散、结构分散、设备物理位置分散、控制回路分散和有限停车等。冗余要求控制器冗余、链路设备冗余、I/O卡件冗余、通信模件冗余、连接介质冗余、变送器冗余和电源冗余等。除此之外,还有冗余分离、备份主设备等辅助备份技术。系统诊断是指设计中对现场总线设备丰富的状态字节和判断能力的利用,从而迅速确定过程问题、故障设备；减少平均修复时间、系统错误停车；实现备份设备间的正确切换等。另外,还有短路保护、本质安全、故障安全等辅助技术。容错是提高系统有效性的重要手段,容错是指系统在出现故障时仍能正常工作,同时又能查出故障的能力。容错包括三种功能:故障检测、故障鉴别、故障隔离。冗余是实现容错的工程方法。提高系统的诊断覆盖率水平,也可以提高系统有效性。有效性不影响系统的安全性,但系统的有效性低可能会导致装置和工厂无法进行正常生产。 1.2 安全性原则 安全性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。总线控制系统的安全性原则不同于安全相关系统。工程化的设计方法有现场系统诊断功能的利用、正确组态以及安全联锁功能的分散等。诊断包括通信故障诊断、取代差错检查、通信故障停车以及操作员通知等。正确组态包括设备组态和联锁组态。此处的分散是指将停车联锁功能置于现场总线控制设备或去往阀门定位器的通信中,从而实现安全分散。附加的安全性实现方法还有执行器位置反馈引用、动力源丢失保持以及冗余外输设计中的不一致检查等。 1.3经济适用原则 提高系统的有效性和可靠性,必然增加系统的成本。多余的冗余以及富余的安全等级是一种浪费。科学的设计方法就是根据实际的生产过程,选择合理的系统冗余度。现场总线控制系统具有强大的诊断判断功能,合理地组态,充分地利用可以在提高安全性,增加有效性的前提下,实现设计系统经济适用及够用的原则。 2 现场总线控制系统的设计方法 现场总线控制系统的工程设计与常规控制系统一样分为概念设计和详细设计两个阶段。 2.1 概念设计 现场总线变送器具有多通道和多制式的特点,可实现传统系统中多个变送器的功能。现场总线阀门定位器自带软限位参数,可减少系统的离散输入。现场总线变送器自带控制功能模块,统一了总线系统控制点和测量点。模拟和数字信号在现场总线系统中都以数字信号出现。因此,总线系统对模拟和数字以及输入和输出信号不再区别,工程设计初期不再像传统DCS那样分别计算检测、报警及控制“点”的数量,而只需根据工艺过程对控制系统的要求计算检测和控制设备的总数,并根据设备的物理和逻辑分布确定现场总线系统的初步拓扑结构,通信端口数,链路设备或接口模板数。并以此为基础生成系统设备物资清单。 2.2 详细设计 2.2.1 主站级网络设计 操作员对整个工厂的监视依赖于主站级网络的建立和运行,在控制回路使用位于不同现场级网络的设备时,跨越主站级网络的桥接必须使用。为此,工程设计时操作员站应备份,网络介质应冗余,集线器电源应独立,以确保系统有效性。主站级网络冗余有三个层次:介质冗余、整体网络冗余和以太网设备冗余。介质冗余完全工作在物理介质层,与使用协议无关。设备和端口的冗余是在较介质冗余更高的层次上实施的,与使用协议有关。 2.2.2 现场级网络设计 现场网络的拓扑结构主要有总线型和树形两种。区域内设备密度较低且分布范围较广时宜选用总线拓扑结构。根据设备清单确定现场网络数量,并计算网络端口和现场电源数量。依据选定的拓扑结构和电缆类型选择安装附件,原则上一条支线只连接一台设备。尽可能地让同一回路的设备处于同一网段中,避免不同网段间使用桥接功能,从而提高性能。现场级网络的设计应以贯穿故障条件下对系统影响最小为原则。现代工厂是区域和车间的合理划分,区域应有属于主站级网络的独立子网,子网由路由器相连。即使在冗余控制器或链路系统中,中央控

基于工业以太网(EPA)现场总线控制系统的组态控制设计

摘要 电梯作为现代高层建筑最常用的垂直运输工具，广泛应用于社会活动的各个角落，如何保证每台电梯都能够可靠运行，已成为提高物业管理水平和电梯技术进步的关键所在。电梯运行质量直接由控制系统的功能决定，而控制系统软件又直接决定着控制系统运行的好坏。本文介绍了基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统的模拟电梯控制的组态设计的整个过程。文中首先对课题的研究背景及意义做了明确的说明，其次对基于EPA现场总线控制系统设计及组态控制设计所需用到的各种硬件及软件设施做了一定的说明，然后设计了基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统的模拟电梯控制，最后使用组态设计实现对模拟电梯的控制。系统采用PLC_Config进行编程，通过PEC系列模块实现对模拟电梯的控制，使模拟电梯运行起来。组态设计是采用力控ForceControl6.1，力控是我国较早出现的组态软件之一。最近几年，力控得到了长足的发展，最新版本的组态软件在功能、特性、易用性、开放性和I/O驱动数量上都得到了很大的提高。 关键词：电梯；EPA；编程；组态；控制

基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统的组态控制设计（模拟电梯控制） Abstract Lift the most commonly used as a modern high-rise building vertical transportation, social activities are widely used in every corner, how to ensure reliable operation of each elevator can have a lift to improve property management and the key to technological progress. Quality elevator control system functions directly from the decision and control system software and directly determines the quality control system operation. In this paper based on Industrial Ethernet (EPA) field bus control system configuration of the analog design of elevator control the entire process. In the first part of the background and significance of the subject made a clear statement, followed by the EPA based on field bus control system design and configuration control design used in all the necessary hardware and software facilities to do a certain amount of description, and then designed based on Industrial Ethernet (EPA) field bus control system simulation, elevator control, the final design and implementation of simulation using the configuration of the elevator control. Programming system uses PLC_Config by PEC series of modules on the simulation of the elevator control to simulate the elevator up and running. Configuration design is the use of force control ForceControl6.1, power control is the emergence of the configuration software of the earlier one. In recent years, power control has been considerable development, the latest version of the configuration software in functionality, features, ease of use, openness, and I / O-driven number have been greatly improved. Keywords: elevator; EPA; programming; configuration; control - 1 -