基于rs485通訊的智能儀表數(shù)據采集系統(tǒng)的設計【畢業(yè)設計】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p>　　基于RS485通訊的智能儀表數(shù)據采集系統(tǒng)的設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>

3、</p><p>　　在測試控制系統(tǒng)中，數(shù)據采集系統(tǒng)作為一個主要的組成部分，為測試管理與控制實時提供數(shù)據，為實驗人員進行產品性能分析提供重要依據。PLC控制數(shù)據采集系統(tǒng)目前在工業(yè)自動糊控制領域中應用最廣泛。PLC與其他微型計算機相比，更適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運行，且數(shù)據處理功能大大增強，編程指令具有模塊化功能，能夠解決就地編程、監(jiān)控、通訊等問題。</p><p>　　本文主要介紹串口通訊的

4、原理，通過分析溫控表的通訊協(xié)議以及相關操作，用串口調試軟件測試了部分指令，這樣可以確保指令的正確性以及確定溫控表是否能正常通訊。接著用永宏PLC的編程軟件WinProLadder編寫了這個數(shù)據采集系統(tǒng)程序的梯形圖，并對關鍵程序進行了解釋說明。最后，用組態(tài)軟件對該數(shù)據采集系統(tǒng)進行組態(tài)，做出了主畫面以及其溫度曲線和報表系統(tǒng)。</p><p>　　關鍵詞：RS-485串口通訊，智能溫控表，通訊協(xié)議，PLC,組態(tài)軟件&l

5、t;/p><p>　　Based on RS485 communication intelligent instrument data acquisition system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the test control system, data acquisition

6、 system as one of the main part for testing management and control, real-time provide data and experimental personnel to provide important basis for product performance analysis. PLC control data acquisition systems curr

7、ently in industrial automatic pasting control the most widely used in the field. Compared with other microcomputer PLC, the more suitable for in bad industrial environments, and data processing functions have been enhanc

8、ed, featuring mo</p><p>　　This paper mainly introduces the principle of serial communication, through the analysis of the temperature control meter communication protocol and relevant operation, use the seri

9、al port debug software testing part, can ensure so instructions commands the correctness of temperature control instrument and determine whether can normal communication. Then use yonghong PLC programming software WinPro

10、Ladder write the data acquisition system programming ladder diagram, and procedure of part explanat</p><p>　　Keywords: RS-485 Serial Communication,Intelligent Temperature Control Meter, Communication Protoco

11、l, PLC, Configuration Software</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的來源1</p><p>　　1

12、.2 課題的意義1</p><p>　　第二章 數(shù)據采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　2.1 RS-485、智能儀表及數(shù)據采集系統(tǒng)的國內外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　2.1.1 RS-485的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　2.1.2 智能儀表的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　2.1.3 數(shù)據采集

13、系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　2.2 課題研究的主要內容4</p><p>　　第三章 數(shù)據采集系統(tǒng)的的總體設計6</p><p>　　3.1 數(shù)據采集系統(tǒng)的方案設計6</p><p>　　3.2 該數(shù)據采集系統(tǒng)現(xiàn)場布線應注意的問題7</p><p>　　第四章 數(shù)據采集系統(tǒng)的具體設計8</p

14、><p>　　4.1 智能儀表的相關操作以及參數(shù)的設定8</p><p>　　4.2 串口通訊11</p><p>　　4.3 PLC的編程16</p><p>　　4.3.1 PLC的聯(lián)機17</p><p>　　4.3.2 實際溫度的讀取18</p><p>　　4.3.3 溫度異常的

15、報警21</p><p>　　4.3.4 設置設定溫度22</p><p>　　4.3.5 計算指令的校驗碼23</p><p>　　4.4組態(tài)軟件24</p><p><b>　　第五章 總結27</b></p><p><b>　　參考文獻28</b><

16、/p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附錄30</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題的來源</b></p><p>　　智能儀表是隨著80年代初單片機技術的成

17、熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯(lián)網通信接口。最初是數(shù)據模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS-232接口，這種接口可以實現(xiàn)點對點的通信方式，但這種方式不能實現(xiàn)聯(lián)網功能。隨后出現(xiàn)的RS-485解決了這個問題。</p><p>　　20世紀90年代至今，在國際上技術先進的國家，數(shù)據采集技術已經在軍事、航空電子設備及宇

18、航技術、工業(yè)等領域被廣泛應用[11]。數(shù)據采集技術已經成為一種專門的技術，在工業(yè)領域得到了廣泛的應用。該階段數(shù)據采集系統(tǒng)采用更先進的模塊式結構，根據不同的應用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結合系統(tǒng)編程，就可擴展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個新的系統(tǒng)。 </p><p><b>　　1.2 課題的意義</b></p><p>　　RS-485串行通訊總線標準及接口技術已

19、廣泛應用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網絡、機電一體化產品等諸多領域。在數(shù)據通信、計算機網絡以及工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中,經常需要采用串行通信來達到遠程信息交換的目的。由于RS2485 具有性能優(yōu)異、組網簡單的優(yōu)點,它在集中控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)中的應用相當廣泛,特別是在要求遠距離傳輸?shù)膽弥小?lt;/p><p>　　PLC控制數(shù)據采集系統(tǒng)目前在工業(yè)自動糊控制領域中應用最廣泛。PLC與其他微型計算機相比，更適于在

20、惡劣的工業(yè)環(huán)境中運行，且數(shù)據處理功能大大增強，編程指令具有模塊化功能，能夠解決就地編程、監(jiān)控、通訊等問題。</p><p>　　第二章 數(shù)據采集系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　2.1 RS-485、智能儀表及數(shù)據采集系統(tǒng)的國內外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　2.1.1 RS-485的研究現(xiàn)狀</p><p>　　RS-485是串行數(shù)據接

21、口的標準，是為彌補RS-232通信距離短、速率低等缺點而產生的，是在RS-422基礎上制定的標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅動能力和沖突保護特性。RS-485標準只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應用層通信協(xié)議。它與RS-232不同，數(shù)據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，A、B之間的正電平在+2

22、～+6 V，表示邏輯狀態(tài)“l(fā)”；負電平在-2～-6 V，表示邏輯狀態(tài)“0”[14]。</p><p>　　RS-485標準[1]的最大傳輸距離約為1200m，最大傳輸速率為10 Mbps。通常，RS-485網絡采用平衡雙絞線作為傳輸介質。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，只有在20 kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來說，100 m長雙絞線最大傳輸速率僅為

23、1 Mbps。如果采用光電隔離方式，則通信速率一般還會受到光電隔離器件響應速度的限制。在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485 串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS485用于多點互連時非常方

24、便，可以省掉許多信號線。應用RS-485 可以聯(lián)網構成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅動器和32臺接收器。</p><p>　　2.1.2 智能儀表的研究現(xiàn)狀</p><p>　　微電子技術和計算機技術的不斷發(fā)展，引起了儀表結構的根本性變革，以微型計算機為主體，將計算機技術和檢測技術有機結合，組成新一代“智能化儀表”，在測量過程自動化、測量數(shù)據處理及功能多樣化方面與傳統(tǒng)儀表的常規(guī)測量電路

25、相比較，取得了巨大進展。隨著微電子技術的不斷發(fā)展，集成了CPU、存儲器、定時器/計數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器甚至A/D、D/A轉換器等電路在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路芯片(即單片機)出現(xiàn)了。以單片機為主體，將計算機技術與測量控制技術結合在一起，又組成了所謂的“智能化測量控制系統(tǒng)”，也就是智能儀器[2]。</p><p>　　智能儀器與微處理器相結合，取代了許多笨重的硬件，內部結構和前面板大為改觀，

26、節(jié)省了許多開關和調節(jié)旋鈕。智能儀器不再是簡單的硬件實體，而是硬件與軟件的結合，微處理器通過鍵盤或遙控接口接受命令和信號，并用來控制儀器的運行，執(zhí)行常規(guī)測量，對數(shù)據進行智能分析和處理，并對數(shù)據進行數(shù)字顯示和傳送，軟件在儀器智能化高低水平方面起著重要作用，這些都是傳統(tǒng)的模擬方法很難做到的。智能儀器通常具有以下幾個特點：</p><p>　　1、開發(fā)性強，可靠性高</p><p>　　在不增加硬

27、件設備的情況下，以軟件代替硬件，通過開發(fā)不同的應用軟件使檢測系統(tǒng)實現(xiàn)不同的功能，使得智能儀器儀表的研制開發(fā)費用低、周期短。由于“硬件軟化"，簡化了硬件電路，減少了元器件，也就減少了故障發(fā)生率，提高了儀器儀表的可靠性。</p><p><b>　　2、性能好，精度高</b></p><p>　　利用微處理器的運算和邏輯判斷功能，按照一定的算法可以消除由于漂移、

28、增益變化、干擾等因素引起的誤差，提高儀器的測量精度。同時還有利于傳感器的非線性校正和動態(tài)特性補償，改善了儀器的性能。</p><p>　　3、具有數(shù)據處理功能</p><p>　　數(shù)據處理功能是智能儀器的主要優(yōu)點之一。智能儀器由于采用了單片機或微控制器，使得許多原來用硬件邏輯難以解決或者根本無法解決的問題，現(xiàn)在可以用軟件非常靈活得加以解決。例如，傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表只能測量電阻，交直流電壓、電

29、流等，而智能型的數(shù)字萬用表不僅可以進行上述測量，而且還具有對測量結果進行諸如零點平移、取平均值、求極值、統(tǒng)計分析等復雜的數(shù)據處理功能，使用戶從繁重的數(shù)據處理中解放出來。</p><p><b>　　4、智能化</b></p><p>　　智能儀器儀表不僅可以對被測信號進行測量、存儲和運算，還具有自校準、自動調零、量程自動轉換、故障自診斷等功能，大大地改善了儀器的自動化

30、水平。與些儀器采用了專家系統(tǒng)技術，可根據控制指令和外部信息自動地改變工作狀態(tài)，并進行復雜的計算、推理。</p><p>　　5、具有友好的人機對話能力</p><p>　　操作人員可通過鍵盤輸入命令，控制儀器完成某種測量和處理功能。儀器還可以通過顯示器顯示儀器的運行狀況、工作狀態(tài)以及對測量數(shù)據的處理結果，使儀器的操作更加方便直觀。</p><p>　　6、具有可程控

31、操作的能力</p><p>　　目前的智能儀器儀表都配有RS-232C、RS-485、USB等通信接口，可以很方便地與計算機聯(lián)系，接收計算機的命令，使其具有可程控操作的功能。與計算機或其他儀器構成的集散控制系統(tǒng)可以完成更復雜的測試任務。</p><p>　　溫控儀是調控一體化智能溫度控制儀表，它采用了全數(shù)字化集成設計，具有溫度曲線可編程或定點恒溫控制、多重PID調節(jié)、輸出功率限幅曲線編程、

32、手動/自動切換、軟啟動、報警開關量輸出、實時數(shù)據查詢、與計算機通訊等功能，將數(shù)顯溫度儀表和ZK晶閘管電壓調整器合二為一，集溫度測量、調節(jié)、驅動于一體，儀表直接輸出晶閘管觸發(fā)信號，可驅動各類晶閘管負載。</p><p>　　2.1.3 數(shù)據采集系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　將模擬信號轉換為數(shù)字信號、并進行存儲和計算機處理顯示的過程稱為數(shù)據采集，而相應的系統(tǒng)則為數(shù)據采集系統(tǒng)。數(shù)據采集技術

33、是信息科學的一個重要分支，它研究信息數(shù)據的采集、存儲、處理及控制等工作，它與傳感器技術、信號處理技術、計算機技術一起構成了現(xiàn)代檢測技術的基礎。</p><p>　　由于數(shù)據采集技[3]術可以使許多抽象的模擬量數(shù)字化，進而給出其量值，或通過信號處理對該模擬量進行分析。與模擬系統(tǒng)相比，數(shù)字系統(tǒng)具有精度高、可靠性高等優(yōu)點，因而，數(shù)據采集技術的應用越來越廣泛，如溫度、壓力、位置、流量等模擬量，可以通過不同類型的傳感器將其

34、轉換為電信號模擬量(如電壓、電流或電脈沖等)，再通過適當?shù)男盘栒{理將信號送給模擬數(shù)字轉換器，使其轉換為可以進一步處理的數(shù)字信號送給數(shù)字信號處理器或微處理機。反之，數(shù)字信號處理或微處理機可通過數(shù)字模擬轉換器將其產生的數(shù)字信號轉換為模擬信號，再通過信號調理進行輸出。</p><p>　　隨著微電子學的進步以及計算機應用的日益廣泛，數(shù)據采集系統(tǒng)取得了巨大的進展，主要得益于硬件集成電路的不斷發(fā)展。工業(yè)計算機、單片機和大規(guī)

35、模集成電路的組合，加上用軟件管理，使數(shù)據采集系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加。同時由于科學技術的發(fā)展和數(shù)據采集技術的廣泛應用，對數(shù)據采集系統(tǒng)的許多技術指標，如采樣率、分辨率、存儲深度、數(shù)字信號處理速度、抗干擾能力等方面提出了越來越高的要求。</p><p>　　數(shù)據采集是整個企業(yè)實現(xiàn)工業(yè)行業(yè)自動化的最前端，數(shù)據采集系統(tǒng)的測試精度、數(shù)據處理速度以及實現(xiàn)這些功能的成本是幾個重要因素，數(shù)據采集器也正朝著高精度，高

36、速度，低成本，小型化的智能化方向發(fā)展。高速、實時數(shù)據采集在工業(yè)自動化領域有著非常重要的應用。用戶的需求促進了技術的發(fā)展和新產品大量的出現(xiàn)，對高速數(shù)據采集儀器的需求遠遠超過目前實際可以實現(xiàn)的程度。</p><p>　　2.2 課題研究的主要內容</p><p>　　本文研究的數(shù)據采集系統(tǒng)主要是采集溫控表的溫度，綜合利用各種通信接口，實現(xiàn)測試數(shù)據的實時采集、處理及存儲，并將采集的數(shù)據實時傳送給

37、管理系統(tǒng)。這就需要了解溫控表的通訊協(xié)議，以及會用相關串口調試軟件對指令進行檢測，然后通過PLC的編程軟件對該數(shù)據采集系統(tǒng)編程，最后用組態(tài)軟件繪制該數(shù)據采集系統(tǒng)的組態(tài)界面。</p><p>　　在完成上述步驟的前提下，要做到以下幾點要求：實時性、可靠性、可配置性。</p><p>　　實時性即在采樣周期規(guī)定的時間內，實現(xiàn)工控機、PLC、智能儀表之間的正常通訊，并將數(shù)據實時地返回到工控機。&l

38、t;/p><p>　　可靠性就是要保證數(shù)據采集系統(tǒng)的穩(wěn)定，在硬件方面，要保障通訊接口，通訊總線的正常以及工控機、PLC、智能儀表之間的連接正常；軟件方面，要有可靠的通訊實現(xiàn)代碼，使智能儀表與工控機正常通訊。</p><p>　　可配置性，在該數(shù)據采集系統(tǒng)的設計中，我們采用配置文件與配置界面相結合的方式，對智能儀表及通信接口的選擇和相關參數(shù)設置等進行初始化配置，減少對軟件代碼的改動，提高軟件開發(fā)

39、效率。</p><p>　　第三章 數(shù)據采集系統(tǒng)的的總體設計</p><p>　　3.1 數(shù)據采集系統(tǒng)的方案設計</p><p>　　數(shù)據采集是指將模擬量（模擬信號）采集、轉換成數(shù)字量（數(shù)字信號）后，再由計算機進行存儲、處理、顯示或輸出的過程。用于數(shù)據采集的成套設備稱為數(shù)據采集系統(tǒng)[8]。</p><p>　　數(shù)據采集[18]是計算機與外部世

40、界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據采集技術是信息科學的重要組成部分，已廣泛應用于國民經濟和國防建設的各個領域，并且隨著科學技術的發(fā)展，尤其是計算機技術的發(fā)展與普及，數(shù)據采集技術將有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　任何一個系統(tǒng)，其整體設計的合理與否，從用戶的角度上來說，關系著操作的方便程度，系統(tǒng)性能的優(yōu)劣等；從軟件開發(fā)人員的角度來講，合理化的整體設計有助于軟件詳細設計和編程的實現(xiàn)，優(yōu)化系統(tǒng)硬件資源配置[

41、10]。</p><p>　　數(shù)據采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分如下圖：</p><p>　　圖 3-1 數(shù)據采集系統(tǒng)的總體設計硬件部分</p><p>　　如上圖，我要實現(xiàn)的是編寫PLC的程序，通過RS-485并線來實現(xiàn)對儀表1、儀表2、…...、儀表8這8個溫控表的數(shù)據采集以及進行相關的溫度控制。然后用組態(tài)軟件“組態(tài)王”對該系統(tǒng)組態(tài)畫面，用于更直觀的控

42、制這8個溫控表。由于我采用的永宏PLC（FBS-32MA）支持RS-232通訊端口，連接PLC和工控機用一根RS-232連接線即可。</p><p>　　3.2 該數(shù)據采集系統(tǒng)現(xiàn)場布線應注意的問題</p><p>　　RS-485有幾種常見的通訊故障：</p><p>　?。?）、通訊不上，無反應。</p><p>　　（2）、可以上傳數(shù)據，

43、但不可以下載數(shù)據。</p><p>　?。?）、通訊時，系統(tǒng)提示受到干擾?；蛘卟煌ㄓ崟r，通訊指示燈也不停地閃爍。</p><p>　?。?）、有時能通訊上，有時通訊不上，有的指令可以通，有的指令不可以通。</p><p>　　因此在現(xiàn)場對RS-485通訊布線的過程中需注意幾點[4]：</p><p>　　（1）、由于RS-485信號使用的是一

44、對非平衡差分信號，意味RS-485網絡中的每一個設備都必須通過一個信號回路連接到地，以減少數(shù)據線上的噪音，所以數(shù)據線最好由雙絞線組成，并且在外面加上屏蔽層作為地線，將RS-485網絡中RS-485設備連接起來，并且在一個點可靠接地。</p><p>　?。?）、在工業(yè)現(xiàn)場當中，現(xiàn)場情況非常復雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓，RS-485接口使用的是差分傳輸方式，有抗共模干擾能力，但是當共模電壓大于+12V或者小

45、于-9V時，超過RS-485接收器的極限接收電壓[15]。接收器就無法工作，甚至可能會燒毀芯片和一起設備。可以在RS-485總線中使用RS-485光隔離中繼器，將485信號及電源完全隔離，從而消除共模電壓的影響。</p><p>　?。?）、 RS-485總線隨著傳輸距離的延長，會產生回波反射信號，如果RS-485總線的傳輸距離如果超過100米，建議施工時在RS-485通訊的開始端和結束端接上120歐姆的終端電阻

46、。</p><p>　?。?）、 RS-485總線中RS-485節(jié)點要盡量減少與主干之間的距離，一般建議RS-485總線采用手牽手的總線拓撲結構。星型結構會產生反射信號，影響RS-485通信質量。如果在施工過程中必須要求RS-485節(jié)點離RS-485總線主干的距離超過一定距離，使用485中繼器可以作出一個RS-485總線的分叉。如果施工過程中要求布線使用星型拓撲結構，可以使用RS-485集線器可以解決這個問題[1

47、9][20]。</p><p>　?。?）、 RS-485信號線盡量不要和強電電源線一同走線，因為強電具有強烈的電磁信號對弱電進行干擾，從而導致RS-485信號不穩(wěn)定，導致通信不穩(wěn)定。</p><p>　　第四章 數(shù)據采集系統(tǒng)的具體設計</p><p>　　4.1 智能儀表的相關操作以及參數(shù)的設定</p><p>　　本畢業(yè)設計采用的智能儀表

48、是國龍TCW-32A系列的溫度控制儀，它有如下特點：</p><p>　　1、上海國龍儀器儀表廠1995年研制的TCW-32系列智能化溫控儀集微電腦與工業(yè)自動化控制技術于一體，是傳統(tǒng)溫度控制儀的升級換代產品。</p><p>　　2、集數(shù)顯、測量、觸發(fā)于一體，能直接驅動控制元件。</p><p>　　3、儀表以CPU為計算中心，參數(shù)設置和精度校準采用微型鍵盤操作；具

49、有斷電記憶功能。</p><p>　　4、設定參數(shù)和控制參數(shù)采用密碼鎖定防止誤操作。</p><p>　　5、在線設定或修改參數(shù)，無須暫停運行。</p><p>　　6、具有傳感器接反指示和超溫報警指示。</p><p>　　7、具有對三組觸發(fā)回路分別可調的功能。</p><p>　　8、可配接標準RS485或RS42

50、2等串行數(shù)據接口，實現(xiàn)遠程控制。</p><p>　　9、允許一組“開關信號輸入”，用以控制儀表的輸出。</p><p>　　儀表通電后，PV窗口顯示當前溫度，SV窗口顯示出廠設定溫度，如圖：</p><p>　　圖 4-1 溫控表通電初始狀態(tài)</p><p>　　點擊“SEL”鍵，進入一級菜單，然后再儀表處于一級菜單時，長按“SEL”鍵約1

51、0秒可進入二級菜單，如圖：</p><p>　　圖 4-2 溫控表的二級菜單</p><p>　　上圖顯示的是手動輸出（E）功能，然后依次點擊“SEL”鍵，功能依次為A相限幅（A）、B相限幅（b）、C相限幅（c）、調節(jié)范圍（P）、積分調節(jié)（I）、微分調節(jié)（d）、功率偏置（U）、調節(jié)周期（t）、環(huán)境溫度補償、密碼位（0）、密碼位（1）、密碼位（2）、密碼位（3）、學習功能（ddL）、密碼位（

52、4）、導通角上限（Hd）、導通角下限（Ld）、密碼位（5）、打印功能（Pd）、下限報警（bd）、電流限幅功能(Ad)。</p><p>　　再點擊一次“SEL”鍵，進入通訊功能（td），如圖：</p><p>　　圖 4-3 通訊功能</p><p>　　通過“△”和“▽”鍵將td值改為90，td設為0時關閉通訊功能，td設為90時開啟通訊功能。如圖：</p&

53、gt;<p>　　圖 4-4 通訊功能td設為90</p><p>　　接著設置自動運行功能（Ud）的參數(shù)，通過“△”和“▽”鍵將Ud值改為90。如圖：</p><p>　　圖 4-5 自動運行功能Ud設為90</p><p>　　Ud=90時，儀表保持斷電前的工作狀態(tài)：</p><p>　　1、儀表處于運行狀態(tài)時斷電，恢復供電

54、3秒后處于運行狀態(tài)；</p><p>　　2、儀表處于停止狀態(tài)時斷電?；謴凸╇姾筇幱谕Ｖ範顟B(tài)；</p><p>　　3、Ud=0時，不管斷電前處于何種狀態(tài)，恢復供電后軍處于停止狀態(tài)。</p><p>　　接著設置通訊速率（bt）的參數(shù)，出廠設置為06，如圖：</p><p>　　圖4-6 通訊速率功能</p><p>

55、　　bt值與通訊速率對應值如下：</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　接著設置下位機號（b）的參數(shù)，通過“△”和“▽”鍵將下位機號b設為01，如圖</p><p>　　圖 4-7 下位機號b設為01</p><p><b>　　這里須注意的幾點：</b></p&g

56、t;<p>　　1、在通訊系統(tǒng)中，我們約定，將工控機稱為上位機，將溫控表稱為下位機，因此下位機號即儀表編號；</p><p>　　2、設置范圍為0-99；</p><p>　　3、工作時，在同一系統(tǒng)中下位機號必須唯一。</p><p><b>　　4.2 串口通訊</b></p><p>　　串行接口簡稱串

57、口，也稱串行通信接口（通常指COM接口）。</p><p>　　串行接口Serial Interface是指數(shù)據一位位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)雙向通信，并可以利用電話線，從而大大降低了成本，特別適用于遠距離通信，但傳送速度較慢。一條信息的各位數(shù)據被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點是：數(shù)據位傳送，傳按位順序進行，最少只需一根傳輸線即可完成；成本低但送速度慢。串行

58、通訊的距離可以從幾米到幾千米；根據信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為單工、半雙工和全雙工三種。</p><p>　　串行接口按電氣標準及協(xié)議來分包括RS-232、RS-422、RS-485等。RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。</p><p>　　串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（by

59、te）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據的同時用另一根線接收數(shù)據。它很簡單并且能夠實現(xiàn)遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設備線總長不得超過20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據同時在另一根線上接收數(shù)據。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據位、停止位和奇偶校驗。對

60、于兩個進行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配： </p><p>　　a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率

61、和距離成反比。</p><p>　　b，數(shù)據位：這是衡量通信中實際數(shù)據位的參數(shù)。當計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據使用簡單的文本（標準 ASCII碼），那么每個數(shù)據包使用7位數(shù)據。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據位取

62、決于通信協(xié)議的選取，術語“包”指任何通信的情況。 </p><p>　　c，停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據傳輸率同時也越慢。 </p>&l

63、t;p>　　d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設備能夠知道一

64、個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據是否不同步。</p><p>　　我采用的串口通訊軟件：</p><p>　　在進行通訊前需要了解該智能儀表的通訊協(xié)議。</p><p>　　TCW-32A系列儀表可配置通訊接口實現(xiàn)對電路運行過程進行遠程實時監(jiān)控，接口電平符合RS-485標準，數(shù)據格式為1個起始位，8個數(shù)據位，一個校驗（偶驗），一個停止

65、位。通訊速率為9600bit/s。一個通訊接口最多可接32臺儀表，通訊距離最長可達1500m。</p><p><b>　　1、通訊指令</b></p><p>　　工作中，往往要求一個通訊接口上連有多臺儀表，為了區(qū)分方便，需將每臺儀表獨立編號，約定稱為下位機號。</p><p>　　本儀表通訊協(xié)議規(guī)定，地址指令為兩字節(jié)，數(shù)值范圍（16進制）是

66、80H-BFH，兩字節(jié)必須相同，為下位機號+80H。例：下位機號Nb=11（16進制數(shù)為0BH），0BH+80H，則該機地址指令為8BH 8BH</p><p>　　注：上位機主機一般采用IBM/PC兼容機，主機每向儀表發(fā)一個指令，儀表返回一個數(shù)據，上位機待儀表返回數(shù)據后才能發(fā)下一個指令，否則將引起錯誤，如果儀表超過最大響應時間仍沒有回答，則發(fā)出的是無效指令，原因可能是通訊線路故障，儀表未開機或下位機號不符等。&

67、lt;/p><p><b>　　參數(shù)代碼見下表：</b></p><p><b>　　表4-2 參數(shù)代碼</b></p><p>　　2、參數(shù)指令(5DH)</p><p>　　上位機發(fā)指令格式：機號 機號 5DH 參數(shù)代號 校驗碼（CRC）</p><p>　?。ㄐｒ灤a

68、=機號⊕機號⊕5DH⊕參數(shù)代號）</p><p>　　下位機返數(shù)據格式：L H CRC （CRC=L⊕H）</p><p>　　說明：校驗碼（CRC）放在指令的最后，CRC值為指令參數(shù)的異或值。</p><p>　　例：讀取下位機Nb=10的儀表C相功率限幅百分比=70</p><p>　　上位機發(fā)指令： 8AH 8AH 5DH 06H

69、 5BH</p><p>　　下位機返數(shù)據： 46H 00H 46H</p><p>　　3、寫參數(shù)指令（43H）</p><p>　　上位機發(fā)指令格式：機號 機號 43H 參數(shù)代碼 L H CRC</p><p>　　下位機返數(shù)據格式：L H CRC</p><p>　　例：設置下位機Nb=2的儀表

70、的參數(shù)D=100</p><p>　　上位機發(fā)指令：82H 82H 43H 0BH 64H 00H 2CH</p><p>　　下位機返數(shù)據: 64H 00H 64H</p><p>　　這里需要注意兩點：第一點，如果向儀表讀取或寫入的參數(shù)號不符，則返回錯誤信號：7FH 7FH；第二點，如果儀表返回校驗碼（CRC）值為00，表示出錯。</p><

71、p>　　了解了TCW-32A系列智能儀表的通訊協(xié)議后，下一步就是解決智能儀表與電腦的通訊問題。從該溫控表的通訊協(xié)議上可以看出，該溫控表是RS-485接口，而電腦的串口是RS-232，所以需要一個RS-232~RS-485轉換器。如下圖：</p><p>　　圖 4-8 RS-232~RS-485轉換器</p><p>　　然后用一根RS-232數(shù)據線連在電腦的串口，另外一端連在轉換器

72、的RS-232側。轉換器與溫控表之間的連接需用一根雙絞線，轉換器的“D+/A”與溫控表的“A”相連，轉換器的“D-/B”與溫控表的“B”相連。</p><p>　　雙擊 ，打開串口調試助手窗口。</p><p>　　串口調試助手通常用來測試串口通信環(huán)境是否正?；蛘哒{試串口程序。例如，上位機發(fā)指令82H 82H 5DH 00H 5DH，讀取實際溫度（此時室溫為26℃），如圖

73、：</p><p>　　圖 4-9 串口調試助手</p><p>　　接收區(qū)顯示：1A 00 1A （26℃）</p><p>　　如果向智能儀表發(fā)送的指令錯誤，則返回錯誤信號 7FH 7FH 。如圖：</p><p>　　圖 4-10 指令出錯時的返回信號</p><p>　　4.3 PLC的編程 </p

74、><p>　　本溫度數(shù)據采集系統(tǒng)采用的是永宏FATEK FBS 系列的PLC—— FBS-32MA。FBS-32MA有20點24VDC數(shù)字量輸入，12點數(shù)字量輸出，一個RS232 或USB 通訊端口(最大擴展到3個)。</p><p>　　在通訊系統(tǒng)中，要保證PLC與智能設備之間正常的、可靠的進行數(shù)據通訊，需遵循以下幾點要領：</p><p><b>　　1、

75、硬件界面的選擇</b></p><p>　　在使用通訊時，首先要考慮硬件接口標準，即選擇RS-232或RS-485者界面。這個選擇根據系統(tǒng)的實際要求來確定。例如要進行多站遠距離的通訊，那就要選擇RS‐485 通訊。</p><p>　　2、保證主從站的通訊協(xié)議一致性</p><p>　　所有的通信設備中,主站的數(shù)據格式必須與從站一致,才能保證從站識別數(shù)據

76、。另外還需注意每個設備都要設定獨有的站號地址。</p><p><b>　　3、通訊參數(shù)的設置</b></p><p>　　在保證以上2 個條件外，同時還需注意各個設備的通訊端口的參數(shù)設定，如波特率、數(shù)據位、停止位、校驗位等，也要保證設定一樣的參數(shù)。</p><p>　　4、通訊命令程序的編寫</p><p>　　程序的

77、好壞直接影響整個系統(tǒng)的通訊質量，合理的通訊程序能有效的提高通訊效率。這個與編程軟件操作的便利性、指令的簡便性和個人的實踐經驗有這很大的關系。</p><p>　　永宏PLC的編程軟件WinProLadder 提供相當便利的通訊指令FUN150ModBus 和FUN151C‐Link，同時配合表格命令格式來完成通訊數(shù)據的交換。</p><p>　　4.3.1 PLC的聯(lián)機</p>

78、<p>　　PLC與工控機的聯(lián)機應選擇相應的端口，以及設置PLC的工作站號碼、通訊端口編號、通訊速率、同位檢查、資料位數(shù)、停止位數(shù)。</p><p>　　打開WinProLadder，點擊“PLC”，然后點“聯(lián)機”進行設置，如圖：</p><p>　　圖 4-11 PLC聯(lián)機的相關設置</p><p>　　4.3.2 實際溫度的讀取</p>

79、<p>　　首先我編寫一小段程序，用來實現(xiàn)讀取一個溫控表的實際溫度，而且將實際溫度存放在緩存器R206里面用來數(shù)據的處理。聯(lián)機并運行，緩存器的資料如下圖：</p><p>　　圖 4-12 讀取溫控表實際溫度的程序</p><p>　　圖 4-13 讀取溫度的表格資料</p><p>　　用WinProLadder軟件編程的好處之一在于對連續(xù)的緩存器進

80、行賦值時可以采用表格，省去了大量的MOV指令。</p><p>　　梯形圖的第一條指令是通訊聯(lián)機便利指令，MD為1時表示與具有RS-232/RS-485 通訊端口的智能型外圍設備聯(lián)機。</p><p>　　第二條指令是對溫控表返回的數(shù)據進行驗證，即取高字節(jié)和低字節(jié)的異或值。當他們的異或值R200等于校驗碼R111時，計算出溫控表返回數(shù)據顯示的實際溫度，并將該溫度值存放在緩存器R206里。&

81、lt;/p><p>　　其中SR：數(shù)據傳送表格的起始緩存器。</p><p>　　表 4-3 數(shù)據傳送表格的起始緩存器</p><p>　　WR：指令執(zhí)行起始緩存器</p><p>　　表 4-4指令執(zhí)行起始緩存器</p><p>　　4.3.3 溫度異常的報警</p><p>　　如果采集到的溫度

82、超出了允許的范圍，我們需設定一個報警信號，如當采集的實際溫度大于700℃或者小于500℃超過一分鐘時，將報警信號R120置“1”。如下圖：</p><p>　　圖 4-14 報警程序</p><p>　　M1957設置為1，使定時器“計時到”時，現(xiàn)在值CV 不再累加而保持在設定值。這樣當實際溫度大于700℃或者小于500℃時，1秒定時器T200開始計時，T200計時到60時，報警信號R12

83、0置“1”。</p><p>　　4.3.4 設置設定溫度</p><p>　　需要設定溫度值存放在緩存器R200（32位）里，而我需要設置溫控表的設定溫度，如圖：</p><p>　　圖 4-15 設定溫度的指令</p><p>　　圖 4-16 設定溫度的表格資料</p><p>　　由溫控表的通訊協(xié)議可知，設定的

84、溫度的格式為低字節(jié)、高字節(jié)。這就需要把R200里的高16位和低16位分別移入緩存器R308、R307。</p><p>　　255的二進制數(shù)為0000 0000 1111 1111。</p><p>　　-256的二進制數(shù)為1111 11111 0000 0000。</p><p>　　這樣可以用邏輯運算的“與”運算來實現(xiàn)，如下圖：</p><p

85、>　　圖 4-16 分離設定溫度的高字節(jié)和低字節(jié)</p><p>　　4.3.5 計算指令的校驗碼</p><p>　　在設置溫控表的溫度前，需算出指令的校驗碼。由上面介紹的數(shù)據傳送表格的起始緩存器SR可知，傳送資料是從SR+3開始，如要設定設定溫度為650度，發(fā)送的指令為：82H 82H 43H 02H 8AH 02H C9H，那么需要算出82H⊕82H⊕43H⊕02H⊕8AH⊕0

86、2H的值，也就是這條指令的校驗碼。如圖：</p><p>　　圖 4-17 獲得設定溫度指令的校驗碼</p><p>　　這是一段循環(huán)語句，先將R2000與R303異或，異或值放在緩存器R2000里，然后將R2000與R304異或，這樣依次循環(huán)6次，最后的異或值也就是校驗碼存放在R309中。</p><p>　　該數(shù)據采集系統(tǒng)的總設計的關鍵程序見附錄。</p&

87、gt;<p><b>　　4.4組態(tài)軟件</b></p><p>　　組態(tài)軟件是一些數(shù)據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問題。其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產

88、品，與高可靠的工控計算機和網絡系統(tǒng)結合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。</p><p>　　自2000年以來，國內監(jiān)控組態(tài)軟件產品、技術、市場都取得了飛快的發(fā)展，由北京亞控公司開發(fā)的“組態(tài)王”吸收了國外組態(tài)軟件的優(yōu)點，在功能上等同于國外組態(tài)軟件，而且具有全中文菜單，便于使用開發(fā)，性價比高。</p><p>　　雙擊 ，如圖打開“組態(tài)王工程管理器”：

89、</p><p>　　圖 4-18 打開工程</p><p>　　打開溫控表的數(shù)據采集系統(tǒng)，打開主畫面，如圖：</p><p>　　圖 4-19 主畫面</p><p>　　溫區(qū)1、溫區(qū)2、…...、溫區(qū)7、溫區(qū)8分別對應儀表1、儀表2、…...、儀表7、儀表8的溫度，儀表1的設定溫度設置為600℃，儀表2的設定溫度設置為650℃，儀表3的設

90、定溫度設置為650℃，儀表4的設定溫度設置為650℃，儀表5的設定溫度設置為700℃，儀表6的設定溫度設置為700℃，儀表7的設定溫度設置為700℃，儀表8的設定溫度設置為700℃。</p><p>　　點擊“溫區(qū)1-4溫度曲線”，查看儀表1的溫度曲線，如圖：</p><p>　　圖 4-20 溫區(qū)1的溫度曲線</p><p>　　返回主畫面，點擊“報表系統(tǒng)”，如圖

91、：</p><p>　　圖 4-21 報表系統(tǒng)</p><p><b>　　第五章 總結</b></p><p>　　綜上所述，在了解串口通訊原理的基礎上，通過分析溫控表的通訊協(xié)議以及相關操作，我們用串口調試軟件測試了部分指令，這樣可以確保指令的正確性以及確定溫控表是否能正常通訊。然后用永宏PLC的編程軟件WinProLadder編寫了這個

92、數(shù)據采集系統(tǒng)的程序，并對部分程序進行了測試實驗 。最后，用組態(tài)王對該數(shù)據采集系統(tǒng)進行組態(tài)，做出主控制區(qū)以及其溫度曲線和報表系統(tǒng)。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計，不僅讓我認識了串口通訊的原理，以及智能儀表的通訊協(xié)議以及使用方法，而且學會了如何使用串口調試軟件。學會了使用永宏PLC的編程軟件WinProLadder編寫程序，并對數(shù)據采集系統(tǒng)有了一定的認識，也熟悉了組態(tài)軟件在自動化系統(tǒng)中的應用。</p&g

93、t;<p>　　這次的畢業(yè)設計，在一定程度上是對大學所學到得知識的總結，以及確定了今后自己的發(fā)展方向，相信這次畢業(yè)設計對以后工作有很大幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 吳桂林,鄭建勇.RS485 上下位機多機通信網絡系統(tǒng)設計[J].微計算機信息,2008,12-3: 112-113.</p>

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