（材料加工工程專業(yè)論文）基于rs485網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)研究.pdfVIP

兩南交通大學(xué)碩士研究生舉位論文 第1 頁 摘要 基予r s 一4 8 5 瓣終靜微機(jī)控制系統(tǒng)是在對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行分析的基獺上 應(yīng)用自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的用于加工控制的自動化 控制系綾。整個系統(tǒng)漿梭予r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)體系績李每，逶過鼴終的傳竣，實(shí) 。， 現(xiàn)一臺計算視同時懿控多個工侔站點(diǎn)的工作狀態(tài)，每個站點(diǎn)可獨(dú)立進(jìn)行工 作，互不干擾。 詩簿援遺過竄符緩誓霸r s 4 8 5 瓣絳連綏，囂終上援羧1 8 令a d a m 模塊，每個模塊和個單片機(jī)相逡。通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對工作過程的數(shù)據(jù)采 集，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)，主機(jī)根據(jù)梭測的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的處理， 勢濤控麓指令通過瓣絳傳送給單跨褪來實(shí)臻對鑲個系統(tǒng)熬簸控。 經(jīng)過實(shí)際運(yùn)用表明，本系統(tǒng)軟硬件設(shè)計合理，性能穩(wěn)定，可靠性離， 操作簡舉。具有廣闊的推廣應(yīng)用價俊。 【關(guān)鍵詞】( r s ，4 8 礦 a d a m 模塊自動控制 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 頁 一一一 a b s t r a c t t h ec o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mb a s e do nr s 一4 8 5i s a na u t o m a t i cc o n t r o l s y s t e mu s e d f o r p r o c e s s i n g a u t o m a t i o n t h et e s t i n gs y s t e m ，b a s e d o nt h e a n a l y s i so f t h ea c t u a ls y s t e m ，i sd e v e l o p e df r o mt h ea p p l i c a t i o no f a u t o m a t i c c o n t r o lt e c h n i q u e ，c o m p u t e rt e c h n i q u ea n dn e t w o r kt e c h n i q u ed e v e l o p m e n t t h ew h o l es y s t e m ，t h r o u g ht h en e t w o r kt r a n s m i s s i o n ，m o n i t o ra n dc o n t r o l m a n yw o r k s t a t i o n ss i m u l t a n e o u s l yc o n t r o l l e db yo n ec o m p u t e rw h e r e a se a c h s t a t i o nc a np e r f o r mt e s t i n gi n d e p e n d e n t l ya n dd o s en o t i n t e r f e r ew i t he a c h o t h e r t h ec o m p u t e ri sc o n n e c t e dt or s 一4 8 5n e t w o r kt h r o u g ht h ec o m p o r t 18 a d a mm o d u l e s ，e a c ho fw h i c hi sc o n n e c t e dt os c m ，a r ec o n n e c t e dt ot h e n e t w o r k t h ep r o c e s so ft e s t i n gi sa c h i e v e da sf o l l o w s ：t h es c mp e r f o r m st h e t a s ko fd a t ac o l l e c t i o nf o rt h ep r o c e s so ft e s t i n g ，t h en e t w o r kt r a n s m i t st h e d a t at ot h ec o m p u t e r ，t h ec o m p u t e rr e a c t sc o r r e s p o n d i n g l yt ot h ed a t aa n d t r a n s m i t sc o n t r o li n s t r u c t i o n st ot h es c mt h r o u g ht h en e t w o r k t h es i t ec o m m i s s i o n i n gs h o w st h a tt h es y s t e mi sc h a r a c t e r i z e db yt h e r e a s o n a b l ed e s i g n ，s t a b l ep e r f o r m a n c e ，h i g hr e l i a b i l i t ya n ds i m p l eo p e r a t i o n f o ri t ss o f t w a r ea n dh a r d w a r e ，a n da sar e s u l t ，i th a sg r e a tv a l u eo f a p p l i c a t i o n a n dp o p u l a r i z a t i o n 【k e yw o r d s 】r s 一4 8 5 a d a mm o d u l ea u t o m a t i cc o n t r o l 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1 頁 第一章緒論 計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)是現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的重要組成 部分，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的核- i l , 先導(dǎo)技術(shù)。計算機(jī)控制是計算機(jī)技術(shù)與自 動控制理論及自動化技術(shù)緊密結(jié)合并應(yīng)用于實(shí)際的結(jié)果。它的應(yīng)用領(lǐng)域非 常廣泛，不但是國防、航天航空、導(dǎo)彈等高精尖學(xué)科必不可少的組成部分， 而且在熱加工行業(yè)、鐵路的現(xiàn)代化改造過程當(dāng)中也發(fā)揮著重要作用。 九十年代高性能計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及多媒體技術(shù)的發(fā)展，使計算機(jī)應(yīng) 用向網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、集成化、智能化發(fā)展，使自動控制技術(shù)更廣泛地應(yīng) 用于工業(yè)、交通等各行各業(yè) 5 , 6 1 。設(shè)計自動化、生產(chǎn)自動化、經(jīng)營管理自 動化進(jìn)一步發(fā)展和相互滲透與結(jié)合，形成管理控制一體化系統(tǒng)。 隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展及其在工程中的廣泛應(yīng)用，控制系統(tǒng)越來越 復(fù)雜，一個系統(tǒng)往往由分散目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能儀表等幾 部分組成，它們之間存在著長距離通信的問題i 。串行通信作為一種簡單、 廉價的通信方式在自動控制工程中廣泛應(yīng)用。正是基于這一背景，r s 一4 8 5 總線型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)得到了推廣與發(fā)展。 隨著中國加入w t o ，中國正逐漸成為世界加工中一1 2 , ，而熱加工作為 一種加工手段，在其中所扮演的角色至關(guān)重要。目前我國整個熱加工行業(yè) 的自動化程度還很低，大多數(shù)的設(shè)備目前還是采用原始的控制方式，在加 工過程中很多操作由手工完成，工作效率低且生產(chǎn)誤差大，人為影響因素 多，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的精度和質(zhì)量。生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)幾乎沒有記錄，即 使有記錄，其數(shù)據(jù)的記錄、報送、管理也都是手工填寫，紙張化作業(yè)，人 工傳送的方式，這使得以后數(shù)據(jù)的檢查，存檔極不方便。為解決這一問題， 我們提出了研發(fā)計算機(jī)控制的集中控制系統(tǒng)。要求其可同時監(jiān)控多個單元 西南交遴夾學(xué)磙士磷究生學(xué)位諗交 第2 菱 的工作過程，每個單元的工作按“集中控制、獨(dú)立操作”的方式進(jìn)行。各 蠡狻立操俸，至不予魏。 基于上述情況，根據(jù)圈內(nèi)現(xiàn)有的條件，針對系統(tǒng)要求為“多單元、遠(yuǎn) 躐離”這一特點(diǎn)，按照提府生產(chǎn)效率、試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、系統(tǒng)操作簡單的原 鯔設(shè)詩了基予r s 一4 8 5 隧終豹徽狡控翻系統(tǒng)。 使用基于r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)的微機(jī)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)工作過程的自動化， 降低了操作人奠的勞動強(qiáng)魔；工作過稷結(jié)果由計算機(jī)自動判斷，降低了誤 麓及人為予貔因素；工佟過程數(shù)據(jù)鑫秘傈存在計算穢內(nèi)，隨時可供查誨、 打印，還可以通過網(wǎng)絡(luò)上傳至上級部門，以備檢查、存檔。所以微機(jī)控制 的基予r s 一4 8 5n 絡(luò)的控制系統(tǒng)具有極大螅開發(fā)識究徐蘧。 耀素窩淹夾攀疆士磷究璽鬻位涂交 囂3 黃 第五章r s 一4 8 5 察行道信 第一節(jié)警稽逢信 詩葵搬輔黯壹麓忿爨壤在大蘩暴懲懿簽羧方戎，蓑壤麓攀麓囂爨轉(zhuǎn)送 方式裁蹩捷爆宰囂瀵痿。r s 一2 3 2 串行遺繽波螽戇使震琶獲為蟄逮，蘧蓑 時代的遴步以及硬件開發(fā)的集成化、簡單化，同屬串行通信的r s 一4 8 5 網(wǎng) 縫大萋纛溪予_ i 鼗秘浚孛，囊長鞭鴦、捷噪聲戇譙點(diǎn)迄嫠獒褥到邋猛發(fā)愛。 侍么器通信? 麓肇瓣說，逶稼裁怒褥個人之麓的海遴，墩可以說蹩鼴 個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。人類之間的通信使用諸如電話、書信等工具進(jìn)行， 掰設(shè)備之弱蛹邋整辯麓簌爝邀譬號。簸罄臻戇德號簧遂贛蹩便溺邀囂麴改 蜜來達(dá)爨表示不褥狀態(tài)鶼疆鵑。黻計算橇為鍘，麓電位代表r 一種狀態(tài)， 箍低電像代表了另一種狀怒，在綴合了綴多的電健狀態(tài)后就形成了魂鞘t 設(shè) 餐之闋秘數(shù)攝交獲i 4 j 。 最簡犖的傳送方式，就蹩條信號線路采傳邀電壓的變化麗達(dá)到傳送 信息的黯的，只要準(zhǔn)螽溝邂的雙方蜜先定義好什么樣的狀態(tài)代裘侍么櫸的 惑憨，郄么通過這一條線藏霹撥莰雙方遴薦數(shù)據(jù)交狡。 在計蘑機(jī)內(nèi)部，所有的數(shù)據(jù)都是使用位米存儲的，每一位都是電位的 一個狀態(tài)詩簿極中以0 、l 表承) ；囂舞規(guī)魂部健掰組合在一怒戇8 燕代 裘輯繾懲瓣字符、數(shù)字及一些符號，爨鼴0 1 0 0 0 0 1 靛霞襲一個字符。一 般來說，必須傳遞這必數(shù)字或符號才能算是數(shù)據(jù)交換，如粲象上面所討論 瀚使愛一條線鼴寒贊遞蘩憊驁謠，8 個位藕努須焱綾鼴羔淺續(xù)變億8 個狀 態(tài)方葬怒完成一令字符豹傳遞。邃釋一次其薅遴個位翡方法麓楚率符逶 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第4 頁 信；換個角度講，如果我們可以使用多條線路來傳遞數(shù)據(jù)，這些位就可以 更快一點(diǎn)傳送完畢，并行傳輸使用了8 條信號線將一個字符全部傳送完畢， 其速度理論上是串行通信的8 倍，例如打印機(jī)端口就是一個典型的例子。 串行通信以r s 一2 3 2 和r s 一4 8 5 為代表，二者各有其應(yīng)用領(lǐng)域，使用范 疇也不盡相同，但二者卻都屬于串行通信的方法，以下介紹這兩種方法。 一、 r s 一2 3 2 串行通信端口( s e r i a lc o m m u n i c a t i o np o r t ) 在系統(tǒng)控制的范疇中一直 扮演著極其重要的角色，隨著技術(shù)的發(fā)展，在規(guī)格上越來越先進(jìn)，應(yīng)用也 越來越廣泛。串行通信端口( r s 一2 3 2 ) 是計算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置，用途上則 以連接調(diào)制解調(diào)器來傳輸數(shù)據(jù)最為常見。 r s 一2 3 2 通信端口是每臺計算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置，通常有c o m l 與c o m 2 兩個端口，均以9 引腳的接頭接出。最早的串行端口是專門用來和調(diào)制解 調(diào)器連接的，因此它的各個引腳的定義也和調(diào)制解調(diào)器有關(guān)，每個引腳有 專門的電氣定義。技術(shù)發(fā)展到今天，很多其它的設(shè)備也是通過r s 一2 3 2 和 計算機(jī)進(jìn)行連接，因此只要合理利用各個引腳，計算機(jī)就可以方便的和各 個設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或聯(lián)機(jī)控制了。 通常和計算機(jī)連接的設(shè)備，最簡單的通信接口就是r s 一2 3 2 ，不僅操 作簡單，而且價格也便宜。在市面上可以見到的數(shù)碼相機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等 很多都是使用r s 一2 3 2 作為與計算機(jī)通信的接口。 串行端口的狀態(tài)或數(shù)值是通過一連串的電壓變化而得到的，串行芯片 將電壓信號作處理后變成了用戶可以了解的各個狀態(tài)或信息。 i t u ( 國際電氣通信協(xié)會) 咨詢機(jī)構(gòu)c c i t t ( 國際通信電話咨詢委員會) 公布了r s 一2 3 2 規(guī)范，之后該規(guī)范由e i a ( 美國電子工業(yè)協(xié)會) 制定。很多 匿贏窩避犬掌磺憊戮究璽拳霞論文 第5 賽 圍家都依此為模板。在r s 一2 3 2 的規(guī)范中，電壓在+ 3 v “+ 1 5 v 之間為0 ，一 般被熏為“o n ”。泡壓程一3 v 一一1 5 v 之麓為l ，一般被麓鴦“o f f ”。 計算機(jī)上的r s 一2 3 2 常常被用來與調(diào)制解調(diào)囂連接，而腳位的定義也 是依據(jù)和調(diào)制解調(diào)器的交妹連接而制定的。9 支管腳的定義如表2 1 所示 表2 1r s 一2 3 2 管鬢定義 管腳 簡寫意義 |pin1 c d 載波檢查 p i n2r x d 接收字符 p i n3 t x b 傳送字符 p i n4d t r 數(shù)據(jù)端就緒 p i n5 g n d 地線 p i n6d 8 r 數(shù)據(jù)就緒 p i n7 r 塵s 凝求傳送 p i n8c t s 清除傳送 p i n9r i 響鈴檢測 二、r s 一4 8 5 出于串行通信豹筒單易用，在工業(yè)上廣泛使用串符蘧倍作為數(shù)據(jù)交換 的手段；可怒工韭環(huán)境通常會有噪聲千抗傳輸線路，在用r s 一2 3 2 作傳輸 時經(jīng)常會受到外界的電氣干擾而使信號發(fā)生錯誤；此外r s 一2 3 2 的最大距 離疰不熬緩沖器鮑壤提下只有i 5 米。為了瑟決上述閹題，r s 一4 8 5 戇逶績 方式就產(chǎn)生了。 圖2 - 1r s - 2 3 2 的信號傳輸模式 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第6 頁 r s 一2 3 2 的信號傳輸模式如圖2 一l 所示 由圖中可知，r s 一2 3 2 的信號標(biāo)準(zhǔn)是參考地線來的，傳輸端參考接地 端來傳送數(shù)據(jù)；接收端則參考接地端來還原出傳輸端的信號：在兩個接地 端同電位的情況下，傳輸端與接收端的信號會呈現(xiàn)出相同的結(jié)果。如果有 噪聲進(jìn)入到傳輸線路的話，可能會產(chǎn)生干擾，如圖2 2 所示： 圖2 - 2 r s 一2 32 信號與噪聲 干擾信號在地線和信號上均會產(chǎn)生影響，原始信號在加上于擾信號后 依然傳送到接收端；而地線的信號則被地電位給抵消掉了，因此，信號便 發(fā)生了扭曲，當(dāng)然整個信號就不對了。 而r s 一4 8 5 的信號傳輸方式如圖2 3 所示： 圖2 - 3 r s 。4 8 5 信號傳輸模式 r s 一4 8 5 的信號在傳送出去之前先分解成正負(fù)的兩條線路，當(dāng)?shù)竭_(dá)接 收端后，再將信號相減還原成原來的信號。如果將原來的信號標(biāo)注為( d t ) ， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第7 頁 而被分解后的信號分別標(biāo)注為( d + ) 和( d 一) ，則原始信號與分解后的信 號在傳輸端傳送出去時的運(yùn)算關(guān)系如下： ( d t ) = ( d + ) 一( d 一) 同樣地，接收端在接收到信號后，也按上述的關(guān)系將信號還原為原來 的樣子。而如果線路受到干擾，其情況可能如圖2 4 所示： 圖2 4r s - 2 3 2 信號與噪聲 這時候在兩條傳輸線上的信號也會分別成為( d + ) + n o i s e 和( d 一) + n o i s e ，如果接收端接收此信號，它必須按照一定的方式將其合成，合成 的方程式如下： ( d t ) = ( d + ) + n o i s e 】一 ( d 一) + n o i s e 此方程式與前一方程式的結(jié)果是一樣的。 所以使用r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)可以有效地防止噪聲干擾，也正因?yàn)檫@種特性， 工業(yè)上比較適合使用這種串行傳輸方式2 1 。 三、工作模式 通信是由雙方的數(shù)據(jù)相互交換所形成，而交換當(dāng)然是借助一定的線路 來達(dá)到。計算機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收時，傳輸線上的數(shù)據(jù)流動情況( 也 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第8 頁 就是線上兩端的溝通) 可以分成3 種情況( 如圖2 - 5 所示) ；當(dāng)線上的數(shù) 據(jù)流動只有一個方向時，稱為“單工”，相當(dāng)于“單行道”；當(dāng)數(shù)據(jù)流動的 方向?yàn)殡p向，但同一時間只能一個方向行進(jìn)，稱為“半雙工”( h a l f d u p l e x ) ，相當(dāng)于“調(diào)撥車道”；當(dāng)同時具有兩個方向的傳輸能力時，稱為 “全雙工”( f u l ld u p l e x ) ，相當(dāng)于“雙向車道”。就串行通信而言，r s2 3 2 使用的是全雙工的模式；r s 一4 8 5 則使用半雙工。 圖2 5 工作模式 r s 一4 8 5 屬于半雙工，r s 一2 3 2 屬于全雙工；r s 一2 3 2 之所以能達(dá)到全 雙工的功能，是因?yàn)槠湟_在設(shè)計上就是接收與傳輸分屬兩個不同的引腳 與線路。不同的工作模式可以應(yīng)用在不同的地方，也各有其優(yōu)點(diǎn)，一個工 作模式不能夠用在所有串行通信的場合。 因此，同時可以利用的傳輸線路就決定了工作模式。r s 一2 3 2 上擁有 兩條特殊的線路，其信號標(biāo)準(zhǔn)電位是參照地線所得到的，分別用于數(shù)據(jù)的 傳送和接收，為全雙工的模式，這種參考到地線所得到信號標(biāo)準(zhǔn)電位的傳 導(dǎo)方式稱為單接點(diǎn)式輸入；r s 4 8 5 上的數(shù)據(jù)線路雖然也有兩條，不過這 兩條線路卻是一個信號標(biāo)準(zhǔn)電位的正負(fù)端，真正的信號必須是兩條線路相 減所得到的，因此在一個時間點(diǎn)內(nèi)，只可以有一個方向的數(shù)據(jù)在傳送，也 就形成了半雙工的模式，這種不參考地線而由兩條信號標(biāo)準(zhǔn)電位相減，從 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第9 頁 而得到信號標(biāo)準(zhǔn)電位的傳導(dǎo)方式稱為差動式輸入。 r s 一4 8 5 與r s 一2 3 2 的傳輸模式比較如表2 - 2 所示 表2 2 t l s 一2 32 r s - 48 5 傳輸模式的比較 標(biāo)準(zhǔn)類別 r s 一23 2r s 一4 8 5 信號模式單點(diǎn)接入差動式 接線方式 9 線3 線2 線 傳輸距離 1 5 m1 2 0 0 m 傳輸速率 1 15 2 0 0 b p s 1 0 m b p s 傳輸類型全雙工半雙工 第二節(jié)分布式監(jiān)控與a d a m 模塊 使- 用各種各樣的機(jī)器達(dá)到自動化是現(xiàn)代工業(yè)的大趨勢，這些配有各式 各樣先進(jìn)技術(shù)的機(jī)器，能夠在很大程度上減輕人類的負(fù)擔(dān)，并且可以極大 的提高生產(chǎn)力。與此同時，因?yàn)椴捎昧藱C(jī)器來幫助人類工作，所以使用者 必須隨時都知道現(xiàn)場所發(fā)生的一切及其原因，這就是監(jiān)視。在知道了機(jī)器 的相關(guān)消息后，使用者還必須針對不同的情況，給出相應(yīng)的命令，以期達(dá) 到系統(tǒng)的要求，這就是控制。將現(xiàn)場結(jié)果傳回系統(tǒng)控制者，系統(tǒng)控制者再 按照一定的判斷法則做出相應(yīng)的控制輸出，這就形成了一個監(jiān)控系統(tǒng)t ”。 一、分布式監(jiān)控 在工作過程中，信號通過傳感器傳到控制室，但是信號不可能傳輸太 遠(yuǎn)的距離，一般的傳感器信號為電壓型，如果傳輸距離過遠(yuǎn)，會造成信號 的衰減，如此一來，將得不到正確結(jié)果，因此傳感器的信號處理工作必須 盡可能在監(jiān)測點(diǎn)完成，處理后的結(jié)果再傳回到主監(jiān)控室( 或主監(jiān)控機(jī)) ， 這種把監(jiān)控工作分散到各地，而把監(jiān)控結(jié)果集中管理的結(jié)構(gòu)就是分布式監(jiān) _ _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ - _ h _ _ - - * 一一 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第10 頁 控的概念1 引。如圖2 - 6 所示 圖2 6 分布式監(jiān)控 圖2 6 在不同的地方裝上分布式模塊或其它設(shè)備，這些模塊和設(shè)備可 能含有數(shù)字輸入、輸出：模擬輸入、輸出等功能。每個模塊負(fù)責(zé)日己的一 塊區(qū)域，實(shí)際的物理現(xiàn)象會輸入到各個模塊中：所有模塊再用r s 一4 8 5 網(wǎng) 絡(luò)連接起來，一起送到主監(jiān)控機(jī)，從而達(dá)到分布式監(jiān)控的目的。 為什么使用的是r s - 4 8 5 ，而不是r s 一2 3 2 呢? 我們從以前兩種串行方 式的比較上可以發(fā)現(xiàn)，面對噪聲較多，傳輸距離較長的情況時，使用 r s 一4 8 5 要比r s 一2 3 2 好：其次由于串行通信的實(shí)現(xiàn)比其它傳輸接口容易， 因此分布式數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)多采用r s 一4 8 5 作傳輸接口。 二、a d a m 模塊 a d a m 模塊是臺灣研華公司開發(fā)，用于工業(yè)控制自動化的系列產(chǎn)品。 通過r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)，以及模塊命令的設(shè)置可以和計算機(jī)進(jìn)行直接通訊，模 塊結(jié)構(gòu)小巧，功能強(qiáng)大。具有較強(qiáng)的靈活適應(yīng)性2 。 一般，根據(jù)信號種類的不同，使用不同信道進(jìn)入控制器時，大概可分 為數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬輸入、模擬輸出、計數(shù)頻率輸入等模塊。在 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第11 頁 本系統(tǒng)中用到了4 5 2 0 ，4 0 5 0 兩種模塊，下文做重點(diǎn)介紹。 1 、信號標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模塊4 5 2 0 不管是r s 一4 8 5 還是r s 一2 3 2 ，都是串行通信的一種，對用戶來說， 如果可以使用和r s 一2 3 2 相同的方式在r s 一4 8 5 上通信是比較方便的。由 于r s 一4 8 5 與r s 一2 3 2 所采用的i c 不一樣，他們之間的信號標(biāo)準(zhǔn)電位也不 相同，如果使用r s 一2 3 2 來代替r s 一4 8 5 ，就必須將r s 一2 3 2 的標(biāo)準(zhǔn)電位作 一下轉(zhuǎn)換，4 5 2 0 即起這一轉(zhuǎn)換作用。其規(guī)格如下： 協(xié)議：雙線式r s 一4 8 5 協(xié)議 連接器：插卡式螺絲固定的接線盒 速度：3 0 0b p s 1 1 52 0 0b p s 范圍可調(diào) 沒有中繼器時一個r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)最多允許有2 5 6 個模塊 一個r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)在配中繼器時最多允許有2 0 4 8 個模塊 隔離電壓：3 0 0 0 v 需要中繼器：40 0 0 英尺或超過2 5 6 個模塊 電源要求：+ 1 0 v + 3 0 v d c 耗電量：2 2 w ( m a x ) 2 、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出模塊4 0 5 0 本模塊用作數(shù)字輸入、數(shù)字輸出用，提供7 信道的數(shù)字輸入，8 信道 的數(shù)字輸出。規(guī)格中與4 5 2 0 相同的不再重復(fù)。4 0 5 0 的波特率范圍為3 0 0b p s 3 84 0 0b p s 。其外觀如圖2 7 所示： 模塊各管腳功能說明如下： 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第12 頁 圖2 - 7a d a m 4 0 5 0 結(jié)構(gòu)圖 電源：表明了+ v s 和g n d 的兩支腳分別是電源正極和接地線，電 源正極必須接上+ 1 0v + 3 0v 之間的電壓，使用的理由是模塊使用的場 合電壓通常會有一些變化，不夠穩(wěn)定，有了較寬的電源使用范圍可以保護(hù) 模塊正常運(yùn)行。最好是使用獨(dú)立的+ 2 4 v 電源。 信號傳輸：d a t a + 和d a t a 一是r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)所使用的數(shù)據(jù)連接線， 需特別注意的是，所有r s - 4 8 5 網(wǎng)絡(luò)上的d a t a + 必須接在一起，而d a t a 一 也必須接在一起。否則信號會錯亂。 模塊初始化：i n i t 管腳用來對模塊做初始化作用。當(dāng)模塊必須初 始化或需要調(diào)整默認(rèn)參數(shù)時，將i n i t 和g n d 管腳連接在一起就可通過程 序修改參數(shù)值。 數(shù)字輸入：d io d i6 為數(shù)字輸入端口，0 v + l v 范圍之問稱為0 ， + 3 5 v + 3 0 v 之間為1 。 數(shù)字輸出：d o0 - d o7 為數(shù)字輸出端口。輸出電壓可自行調(diào)整。 本系統(tǒng)中高電平輸出為+ 2 4 v 。 三、模塊運(yùn)作方式 黧黧篇篇黼 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第13 頁 每個分布式模塊都與r s 一4 8 5 連接，每個模塊內(nèi)部均可傳送、接收數(shù) 據(jù)。每個模塊平時各自獨(dú)立工作，與其它模塊之間沒有直接的數(shù)據(jù)交換， 整個r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)上的模塊控制通常是通過一部主控計算機(jī)來控制模塊。 最常用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式也就是圖4 - 5 的方式，利用一部計算機(jī)、一個 r s 一2 3 2 r s 一4 8 5 轉(zhuǎn)換模塊，就可l 以控制整個r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)上的其它i o 模 塊。由于r s 一2 3 2 是計算機(jī)上的基本配置，因此這種方式對計算機(jī)來說非 常簡單，也就被廣泛地使用。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1 4 頁 第三章系統(tǒng)總體設(shè)計 一、系統(tǒng)分析 目前國內(nèi)的熱加工設(shè)備一般的控制方式幾乎都為分散式控制系統(tǒng)，即 每個操作者負(fù)責(zé)一臺設(shè)備，各設(shè)備之間互相獨(dú)立，彼此之間沒有信息交換。 隨著我國市場經(jīng)濟(jì)步伐的加快，各行業(yè)都在要求達(dá)到i s o 標(biāo)準(zhǔn)。而要達(dá)到 i s o 標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的記錄和產(chǎn)品質(zhì)量的判斷體系至關(guān)重要。目前 在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)記錄和產(chǎn)品質(zhì)量的判斷方面一條行之有效的途徑就是 生產(chǎn)過程的計算機(jī)控制。 但由于生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備很多，如果都采用計算機(jī)控制，需要的計 算機(jī)控制系統(tǒng)很多，這是國內(nèi)很多企業(yè)無法承受的。而集中控制是用一臺 微機(jī)同時對多臺設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，可以大大降低成本，提高生產(chǎn)效率，計算 機(jī)統(tǒng)一管理每個設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)的真實(shí)、可靠，實(shí)現(xiàn)科學(xué) 化管理，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)質(zhì)量分析了奠定基礎(chǔ)。 本系統(tǒng)設(shè)定為一臺計算機(jī)控制18 個生產(chǎn)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)布局如圖3 1 所示： 圖3 一i 根據(jù)我國目前的條件，系統(tǒng)設(shè)計要達(dá)到以下目的： 1 ) 每個設(shè)備的控制獨(dú)立進(jìn)行，操作靈活、方便； 2 ) 某個臺位出現(xiàn)故障時，不能影響其它臺位或系統(tǒng)的工作 西素交遴夾學(xué)碩士磷究壘學(xué)位諗交 籌1 5 舞 3 ) 操作人員在設(shè)備上可以監(jiān)、控生產(chǎn)過程： 4 ) 捺佟人熒哥蓬露方使逮凌生產(chǎn)孛豹產(chǎn)品稼怠、生產(chǎn)避稷售怠及數(shù) 據(jù)與主機(jī)進(jìn)行通訊： 5 ) 維修及更換方便。 二、國內(nèi)間行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 基茲國內(nèi)縋熱熱工設(shè)備戇擻規(guī)控瓤系統(tǒng)可分為單臺位式微巍控到系 統(tǒng)和集中式微機(jī)控制系統(tǒng)兩類。單臺餓式微視控制系統(tǒng)在很多生產(chǎn)現(xiàn)場得 到應(yīng)用，這種控制方式的指導(dǎo)思想是臺計算機(jī)控制一臺設(shè)備，計算機(jī)完 袋設(shè)蚤生產(chǎn)過程靜控涮以及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)懿記錄纛警毽，其系縫戇設(shè)詩一 般較為簡單，容易在各行業(yè)推廣。其缺點(diǎn)是每臺設(shè)備需要一臺計算機(jī)，如 果需要控制的設(shè)備數(shù)較多的話，其費(fèi)用很高，且各念計算機(jī)之間沒有信息 秘交流，對熬令生產(chǎn)工廠( 或辜耀) 熬產(chǎn)菇震羹餐毽蘩韻不大。鱺暴露要 信息的交流，一般是通過i n t e r n e t 或局域網(wǎng)進(jìn)行，而這兩種通訊方式往往 怒生產(chǎn)現(xiàn)場所不具備的。 對蒸熱王設(shè)備黲集中式微氍控裁系統(tǒng)，晷湊囂藏海無定型產(chǎn)菇，有部 分廠家對一些特殊環(huán)節(jié)生產(chǎn)一些專用設(shè)備。通過分析它的產(chǎn)品，我們發(fā)現(xiàn) 這類設(shè)備在使弼過程中存程一些不足。 1 數(shù)據(jù)采集模式 數(shù)據(jù)的采集一般通過計算機(jī)串口和汁算機(jī)板卡兩種模式。計算機(jī)根據(jù) 所聚集進(jìn)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處邂，莠擻出鞠應(yīng)的控鍘。叛卡懿數(shù)據(jù)采集模式具 有它一定的 尤點(diǎn)。由于板卡與計算機(jī)主板總線直接襁連，其a d 轉(zhuǎn)換速度 以及數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理遴度要優(yōu)于串嗣通訊 3 8 , 3 9 。但其不足之處是其計 籬掇可供努囂沒備零j 矮耱慧線t t o 翻數(shù)豢毒限。霾麓國瘸理搿產(chǎn)菇孛，其 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第16 頁 數(shù)據(jù)采集大多采用數(shù)據(jù)采集板卡，由于其i o 口數(shù)量的限制，一臺計算機(jī) 可同時控制的生產(chǎn)對象有限，如果控制對象較多的時候往往需要多臺計算 機(jī)。而且多臺計算機(jī)之間還要聯(lián)成局域網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。在一定程 度上造成了使用者的不便和資源的浪費(fèi)。 2 生產(chǎn)過程中過多的人為干擾因素 在生產(chǎn)過程中，操作人員要將產(chǎn)品型號、產(chǎn)品編號、產(chǎn)品配件種類、 配件編號等產(chǎn)品的基本信息傳輸給計算機(jī)。試驗(yàn)現(xiàn)場計算機(jī)中心控制室和 操作臺位有一定的距離，最遠(yuǎn)達(dá)到2 0 0m 。目前國內(nèi)現(xiàn)行產(chǎn)品是操作者通 過對講機(jī)將產(chǎn)品型號、產(chǎn)品編號、產(chǎn)品配件種類、配件編號等產(chǎn)品信息告 訴計算機(jī)室的值班員，由值班員將這些信息輸入計算機(jī)。當(dāng)生產(chǎn)過程中， 要求現(xiàn)場的操作人員進(jìn)行操作時，計算機(jī)室的值班員又要通過對講機(jī)通知 現(xiàn)場的操作人員進(jìn)行相關(guān)操作。生產(chǎn)控制過程煩瑣。而且現(xiàn)場的干擾信號 多，對講機(jī)通話質(zhì)量不夠穩(wěn)定，如果出現(xiàn)信息的傳輸錯誤，很容易造成誤 操作。 3 生產(chǎn)現(xiàn)場的操作人員無法監(jiān)視生產(chǎn)的整個過程 由于操作臺只有控制部分沒有監(jiān)視設(shè)備，現(xiàn)場的操作人員無法知道生 產(chǎn)的進(jìn)行狀況，無法對生產(chǎn)過程進(jìn)行很好的判斷。 4 系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 由于其系統(tǒng)設(shè)計是采用星型結(jié)構(gòu)，各臺位的數(shù)據(jù)采集、控制線路都要 通過計算機(jī)板卡進(jìn)入計算機(jī)，一般完成整個集中式微機(jī)控制系統(tǒng)需要的計 算機(jī)和外圍設(shè)備的連線往往要幾百根，使安裝、調(diào)試以及以后的維護(hù)都存 在一定的難度，同時也使得設(shè)備的可靠性大大下降。 三、總體方案設(shè)計 匿素交港夾學(xué)疆：b 磷凳生學(xué)位滁斃 黎 7 舞 一一一一 吸取同行業(yè)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，并對尉內(nèi)目前的實(shí)酥生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行分析后， 鋅對系凌要求為“多革元、運(yùn)鼙離”這一特點(diǎn)，按照鬟褰生產(chǎn)效率、生產(chǎn) 過程數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、系統(tǒng)操作簡單的原則設(shè)計了基予r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)的集中式微 機(jī)控制系統(tǒng)。設(shè)計方案如下： ) n 路傀靛甏：壺撼r s 一4 8 5 髓絳技零，戳a d a m 霹臻控裁模襲為 控制核心，采用總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將l8 個操作臺位級聯(lián)在一起，最后送 入計算楓進(jìn)行控剃，可大大城步中心控制臺與各零螽豹連接線，提嘉系統(tǒng) 可靠性。 2 ) 多路儲號檢測：為了提高系娩的適應(yīng)性，盡可能滿足髂行業(yè)的要 求，系統(tǒng)建立71 1 個模擻埝a 遴遭，在一致績況“f 莓漬是務(wù)行建霹生產(chǎn) 避程信怠采集的需要。臻產(chǎn)過程信息的采集，使得計算橇髓根據(jù)采集的信 息剝生產(chǎn)過程進(jìn)行適時控制，可提高生產(chǎn)效率、掇商產(chǎn)品質(zhì)量，既保證了 壘產(chǎn)嚴(yán)疆茨照：l = 芝卡裁囊璐工藝遙行，又霹為產(chǎn)熟懿曩量羚簸挺供象據(jù)。 3 ) 實(shí)蕊人機(jī)對話：甜對熱加工的生產(chǎn)特點(diǎn)農(nóng)每個臺位。t 設(shè)置一臺 操作屏，通過操作屏與微機(jī)進(jìn)行通訊。試驗(yàn)人員譙操作屏上可進(jìn)行產(chǎn)品信 息魏錄天、生產(chǎn)工藝瓣逸攝愛生產(chǎn)越稚靜整裁。撩作羼在凌驗(yàn)過程孛噩示 生產(chǎn)進(jìn)程、生產(chǎn)規(guī)范，操作者可以通過操作屏進(jìn)行人機(jī)對話，控制生產(chǎn)進(jìn) 稷。操作屏獨(dú)立工作，保誕了每個臺能操作靈活、獨(dú)立。 4 ) 計算撬鼴鳋話獲制：1 8 令搡俸裔位蓰或總線登霹終系統(tǒng)，壹一臺 計算機(jī)控制所有臺位的生產(chǎn)過程和數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)謝詢、打印及網(wǎng)絡(luò)傳輸。 本控制戇統(tǒng)采用詩算枧串臼技術(shù)，以工業(yè)控制計算視為控制孩心，通 避r s 一4 8 5 總線瘟矮簌聯(lián)豹方式j(luò) 冬各令單元串聯(lián)麓寨。各單元的搡佟述避 個單片機(jī)榮統(tǒng)來完成，單片機(jī)通過串行方式將生產(chǎn)過程的適時數(shù)據(jù)采集 進(jìn)來，并接定靜通訊汝議通過r s 4 8 5 翅終黃邋給主稅，主執(zhí)褥銎信息 焉侔出稻應(yīng)的簸遞，著褥撩裁指令馥健給單片祝系綴。系統(tǒng)遙過控鍘扶蠢 蓮露交遴犬學(xué)硬奎磷究生拳盈諗炎 簿 s 莛 機(jī)構(gòu)的動作濃控制生產(chǎn)的進(jìn)程。各操作臺位通過a d a m 模塊的地址號相 送囊。生產(chǎn)過程交詩篝貔搡綴撬孬視稔來進(jìn)行?？刂撇净羟薬 d a m 蒺安、 媾片機(jī)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)等。 工控機(jī)的主程序采用v b 6 0 編寫，幽計算機(jī)來控制生產(chǎn)豹魁個過程，并 游皋集懿數(shù)攥遙行努輯艨褥窶靜繕暴傺存在鼗據(jù)庫中。整個生產(chǎn)過程中計 算機(jī)室可實(shí)現(xiàn)全自動無人倦守。開放式的v b 6 0 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)便于維護(hù) 釉蓉理，系統(tǒng)可壹動繯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并珂隨對調(diào)用、查找試驗(yàn)數(shù)據(jù)，自動 釕竄強(qiáng)表。主橇冒與李闋內(nèi)的焉玻網(wǎng)戲i n t e r n e t 襁聯(lián)，壹接將試驗(yàn)肇栗上 傳麓上級單位。可隨時供上級單位查閱。 愛臻集中式皴撬控制系統(tǒng)將戮翦巍人工寶藏羽生產(chǎn)過程入王控期、生 產(chǎn)過程數(shù)器鵑人工記錄秘產(chǎn)晶質(zhì)量的人工判斷改為計算視控耩生產(chǎn)遂程， 計苒機(jī)采集數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)值對產(chǎn)黼質(zhì)量進(jìn)行自動判斷。 鬻鬻嶷逶夾攀磺童輯究釜攀緩埝文 第篷耄硬釋澄計 豢縫疆件幫努熬浚贛+ 霆 蠢鬻絳系縫懿菠謗、瓣鯔。燮這鶿豢襞莰裳鞠 蔽標(biāo)，蒸祭毓必須其锫黼下功熊： i ) 備捺辮基位遇避袋s 一4 8 5 秘絳舄詩箕稅德逡，鍪螽德志瓣必縷耀戛 獨(dú)立豢巷，箋不予黧。 2 ) 譽(yù)蕊勰夠采纂黲路模攢燮，并髓夠倦燧給計算穰，斑計算稅幕撩 粼整個焦產(chǎn)遴程。 3 ) 搽攙螽甕蠆接液童爭舞爨辯撩篷贊令，稔搿捩費(fèi)橇捧黲韻癢栗潷濺 生產(chǎn)過程n ， 4 ) 聰爨凝終又爨霹黢遴遘操終螽簿a 產(chǎn)撼蕊惑，鼓及生產(chǎn)王藝參數(shù) 楚，著褥焚傳遞繪孛毒禳鏹室鷺量 黲嘏。 5 ) 攆俸螽可以強(qiáng)示臌在進(jìn)行的嫩產(chǎn)進(jìn)程，雌鼴糟關(guān)鰳數(shù)據(jù)信感，艇 蕊爨囂爨佟天溪酉焱蕊羧整令生產(chǎn)逡糕。 萋予皇述要求，鞭v f 警系凌戇浚i 量胃潑努為三部分： 1 、執(zhí)稽枧槐蛉設(shè)計。 2 、 r s - 4 8 5 霾絡(luò)藏a d a m 旗魏髓瓣鬻象凌臻褪鬻黧。 3 、 攀片視愛擻揀螽系統(tǒng)懿裰喜卡。 繁繁魏褥壤梅麴沒詩 薄熱魏王浚簧奎產(chǎn)避糕麓接裁，橫攙英冀瓣設(shè)舞苓爨，程逢產(chǎn)孛鬟燹 捺灝魏鬈象不霹。辯鬟氣誨僳轤辮融辯委控糕辮接魄漉鰱太小，磋搖黧蠖 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 0 頁 弧焊時需要控制電弧電壓和焊接電流的大小，點(diǎn)焊時需要控制壓力的大小 以及各個焊接階段的時間，在熱處理時需要控制加熱爐的溫度和保溫時間 等。對不同的生產(chǎn)設(shè)備，由于控制對象的多元化，因而要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)各 不相同。對于集中式微機(jī)控制系統(tǒng)而言，研制一個通用化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)難度 很大。 在本系統(tǒng)中，以生產(chǎn)過程的過程控制為對象，提供八位繼電器輸出控 制信號，通過采集生產(chǎn)中的氣體壓力值的大小來控制八個繼電器的得電與 失電來控制八個電磁氣閥的通斷，從而達(dá)到控制生產(chǎn)過程的目的。 一、壓力采集系統(tǒng)的設(shè)計 國內(nèi)目前生產(chǎn)現(xiàn)場氣源壓力一般在6 5 0k p a 7 5 0k p a 之問，考慮到 現(xiàn)場氣源壓力的波動，系統(tǒng)采用額定壓力為1m p a 的壓力傳感器。由于現(xiàn) 場氣源含有較多的水和油，而水和油的存在，如采用一般的傳感器，其壽 命會大大降低，為了提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)采用隔離型壓力傳感器( 傳 感元件與被測氣體通過硅杯隔離) 。傳感器系統(tǒng)通過激光調(diào)校，傳感器精 度達(dá)到0 2 級，遠(yuǎn)高于一般指針壓力表的1 級的精度。同時，考慮到現(xiàn)場 的干擾和傳輸時的損耗，本系統(tǒng)采用電流型傳感器，在0 lm p a 的壓力 環(huán)境下，傳感器輸出為4 2 0 m a 。 二、氣體自動控制系統(tǒng)的設(shè)計 氣體控制系統(tǒng)原理如圖4 一i 所示。在圖4 1 中，由八個電磁氣閥組成 系統(tǒng)氣路控制系統(tǒng)，八個電磁氣閥分別控制八個不同的工作過程。電磁氣 閥得電，風(fēng)路開通，執(zhí)行動作；電磁氣閥失電，氣路關(guān)斷，動作復(fù)位。每 個閥的排氣口裝一個金屬塞門，塞門的大小按照不同的大小來開孔，閥的 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第21 頁 導(dǎo)通與關(guān)斷可模擬控制不同的動作劉象。 圖4 1 氣體導(dǎo)通控制系統(tǒng)圖 風(fēng)源 圖4 - 2a d a m 信號輸出原理圖 a d a m 模塊的數(shù)據(jù)輸出d o 口只有8 個，由于每一時刻系統(tǒng)只能有 一個固定的工作過程，即每一時刻系統(tǒng)只能有一個電磁氣閥導(dǎo)通，為充分 有效地利用d o 口，由d 0 6 d 0 8 三個d o 口通過 一個譯碼器c c 4 0 51 芯片得到7 路信號來控制閥 的通斷。其電氣原理圖如圖4 2 所示： c c 4 0 5l 是單8 通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，其結(jié) 構(gòu)圖見4 3 。有三個二進(jìn)制控制輸入端a 、b 、c 和i n h 輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電 流。當(dāng)i n h 輸入端= “1 ”時所有的通道截止。三 圖4 - 34 0 5 1 芯片 位二進(jìn)制信號選通8 通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 2 頁 a 、b 、c 三個數(shù)據(jù)輸入端接收a d a m 模塊d 0 6 d 0 8 的輸出信號， 由x 0 x 7 數(shù)據(jù)輸出端將譯碼結(jié)果輸出。由于系統(tǒng)并不需要i n h 的截止功 能，所以將i n h 端腳直接與g n d 相連，使芯片始終處于譯碼工作狀態(tài)。 a d a m 的3 個輸出端高低電平的變化可輸出8 個信號狀態(tài)，可以滿 足電磁閥工位的變化。這樣通過a d a md 0 6 d 0 8 的電平組合就可以圓滿 地完成八個控制信號的輸出。 考慮到系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的標(biāo) 準(zhǔn)化程度，系統(tǒng)內(nèi)部電磁氣閥均采用臺 灣a i r t e k 二位五通閥，線包電壓 t o c c 4 0 5 d c 2 4 v ，控制功率6 5 w ，對所選用的 電磁氣閥，c c 4 0 5 1 無法直接驅(qū)動。在 本系統(tǒng)中，對c c 4 0 5 1 的輸出信號，通 圖4 - 4 功率放大原理圖 過一個功率放大環(huán)節(jié)，然后再驅(qū)動電磁氣閥。功率放大環(huán)節(jié)電氣原理見如 圖4 4 所示： 在圖4 - 4 中，由c c 4 0 5 l 輸出的1 2 v 的信號通過10 0 q 電阻驅(qū)動場效 應(yīng)管i r f 8 3 0 ，場效應(yīng)管的輸出極控制電磁氣閥線包的通斷。當(dāng)c c 4 0 5 1 輸 出高電平+ 1 2 v 時，場效應(yīng)管飽和導(dǎo)通，電磁氣閥線包得電；當(dāng)c c 4 0 5 1 輸出處于高阻狀態(tài)時，場效應(yīng)管柵極通過5 1 k 電阻接地，場效應(yīng)管截止， 電磁氣閥線包斷電。 第二節(jié)r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計 r s 一4 8 5 是一個在工業(yè)中廣泛使用的通訊協(xié)議，尤其適用于工業(yè)控制 自動化過程中遠(yuǎn)距離傳輸和接收數(shù)據(jù)6 1 。在許多工業(yè)環(huán)境中為了使設(shè)備簡 蟊南交遴夫?qū)W硬圭磷究生學(xué)位論文 簿2 3 菱 壤、成本低和維護(hù)方便，總希望用最少的信號線來究成數(shù)據(jù)的采集和控制， r s 一4 8 5 翻其有這樣翡撬點(diǎn)。r s 一4 8 5 棗紛逶薅廣泛澎震予工受控裁中。其 標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會e i a 制定的串行物理接口協(xié)議。它的u 抗干擾能力 強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸遵率高。在傳輸速率為9 6 0 0b i t s 時傳輸距離可達(dá) 1 ，2k m 1 , 2 上，鼗嵩籬簸速率爵達(dá)1 0m b i t s ，置只鬻普逶雙絞線繇霹，露 一對雙絞線可以掛接多達(dá)2 5 6 個以上的終端。r s 4 8 5 是一個發(fā)展較為成 熟，已廣泛使髑的協(xié)議，其基本內(nèi)容識括： 每段簸大長度不怒過1 2 0 0m 高阻抗、抗干擾、差動式傳輸模式 每段最多可帶2 5 6 個模塊，超越2 5 6 個模塊戲傳翰距離大子1 2 0 0 m 剛需要加中繼器 帶寬可達(dá)1 0m b 雙絞線縫穩(wěn) r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計怒一個較為規(guī)范的模式，一般都采用主機(jī)c o m 口 與個r s 一2 3 2 r s 一4 8 5 的轉(zhuǎn)換接頭相連，將2 3 2 信號轉(zhuǎn)換為4 8 5 信號， 然囂在r s 一4 8 5 爨臻上逶援模獲。 一、a d a m 模塊的選擇 在微機(jī)集中控制系統(tǒng)中，計算機(jī)與外部控制臺之間要傳遞的信息包括 模擬量( 生產(chǎn)過程信息) a i ，數(shù)字量輸入( 產(chǎn)品基本信息、生產(chǎn)工藝設(shè)置) 轉(zhuǎn) - 數(shù)字譬羧趣( 魏行撬鶼控裁整患、生產(chǎn)述抒獲態(tài)) d o 等。在一羧蘩 況下，模擬髓輸入和輸出可以考慮采用研華模擬量輸入輸出模塊 a d a m 4 0 1 7 ，a d a m 4 0 1 7 輿有6 路a i 輸入和兩路a o 輸出，在本系統(tǒng)中， 滲及餮豹攘叛囊鴦l l 貉摸羧量轅入，a d a m 4 0 1 7 穰一般德滋下瑟兩頭藏 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 4 頁 能滿足要求。a d a m 4 0 1 7 為1 6 位雙積分型a d 轉(zhuǎn)換器，具有非常高的轉(zhuǎn) 換精度，但由于采用的為雙積分型a d 轉(zhuǎn)換，使得轉(zhuǎn)換速度較慢，每秒鐘 轉(zhuǎn)換頻率小于1 0 h z ，在1 8 個臺位同時工作時，對每個臺位的每個信號循 環(huán)采集一遍需要的時間接近2 0 秒，這一速度不能滿足生產(chǎn)過程運(yùn)行參數(shù) 的數(shù)據(jù)采集要求。 在臺灣研華公司的r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)模塊a d a m 4 0 0 0 系列中，其數(shù)字量模 塊的交換速度很快，最高的波特率可以達(dá)到3 8 4k h z 。在v b 6 0 程序中， 利用其自帶的串口通訊控件，其交換的次數(shù)可以達(dá)到1 0 0 次s ；如果使用 能夠直接對端口操作的程序，則交換的次數(shù)可大大提高。 有鑒于此，本系統(tǒng)采用臺灣研華公司數(shù)字量輸入、輸出模塊 a d a m 4 0 5 0 來完成系統(tǒng)的信息交換。對于系統(tǒng)所要求的模擬量的輸入，采 用外圍逐次逼近型a d 轉(zhuǎn)換器高速完成所要求的a d 轉(zhuǎn)換，利用外圍單 片機(jī)控制其a d 轉(zhuǎn)換，通過單片機(jī)采集a d 轉(zhuǎn)換結(jié)果，并通過單片機(jī)對 a d 轉(zhuǎn)換值進(jìn)行編碼，將單片機(jī)直接和a d a m 4 0 5 0 進(jìn)行連接，單片機(jī)將 所采集到的a d 轉(zhuǎn)換結(jié)果按照控制系統(tǒng)自定義的編碼傳送至計算機(jī)，計算 機(jī)通過a d a m 4 0 5 0 輸入其編碼值，并將其還原為生產(chǎn)過程參數(shù)。采用該 方案，能提高系統(tǒng)的a d 轉(zhuǎn)換頻率，同時降低設(shè)計成本。 二、r s 一4 8 5 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計 采用r s - 4 8 5 網(wǎng)絡(luò)的一個最大的優(yōu)點(diǎn)就是一臺計算機(jī)可以同時控制多 臺設(shè)備。以本系統(tǒng)為例，在不加中繼的情況下，一臺計算機(jī)可以控制2 5 6 個操作臺，這使得生產(chǎn)現(xiàn)場的工業(yè)控制成本大大降低。本系統(tǒng)為一臺計算 機(jī)控制1 8 個工作點(diǎn)的系統(tǒng)，在每個工作點(diǎn)采用一個a d a m 4 0 5 0 ，現(xiàn)場的 通訊距離小于3 0 0m ，且連接的模塊數(shù)目為1 8 個，因此系統(tǒng)采用1 8 個 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第2 5 頁 a d a m 4 0 5 0 級連不加中繼。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4 - 5 所示 計算機(jī)h r s 2 3 2 r s 4 8 5 l2 “i 4 0 5 0 模ll 模i 塊il 塊i 盟 片 機(jī) 系 統(tǒng) 墮 片 機(jī) 系 統(tǒng) 圖4 - 5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 7 “| | 1 8 # 模| | 模 塊| | 塊 盟 片 機(jī) 系 統(tǒng) 墮 片 機(jī) 系 統(tǒng) 三、a d a m 模塊的設(shè)置 a d a m 模塊本身在出廠時都有設(shè)置默認(rèn)值，一般地址號為1 ，采用 “9 6 0 0 ，n ，8 ，l ”的傳輸格式。它表示所使用的通信端口是以每秒9 6 0 0 位的速度作傳輸，不作校驗(yàn)位的檢查，每個數(shù)據(jù)單元是8 位，而停止位是 一個位。在實(shí)際的應(yīng)用中肯定要對這些參數(shù)進(jìn)行修改，最主要是對地址號 和波特率的調(diào)整。研華公司的a d a m 模塊有配套的調(diào)試軟件，只要按操 作說明將a d a m 模塊的i n i t 和g n d 兩個管腳短接，就可通過計算機(jī)軟 件對模塊的設(shè)置進(jìn)行修改，將地址號和波特率改為所需的值( 端腳結(jié)構(gòu)分 布見圖2 7 ) 。為提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，本程序的波特率調(diào)為3 8 4 0 0b p s ，采 用“3 8 4 0 0 ，n ，8 ，1 ”的傳輸格式。 四、a d a m 模塊與r s 一4 8 5 的連接 從r s 一2 3 2 r s 一4 8 5 轉(zhuǎn)換模塊接口出來的4 8 5 線分別以d a t a + 和 囂南交遴夫?qū)W疆圭磷究壘學(xué)位諗文 第2 6 美 d a t a 一相標(biāo)注( 端腳結(jié)構(gòu)分布見圖2 7 ) ，a d a m 模塊與r s 一4