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70000字论文范文基于单片机的自动通信传输系统分析

论文类型:论文范文
论文字数:70000字
论点:系统,通讯,控制器
论文概述:

对冷轧机 AGC 系统的工艺和技术进行分析,以实际需求为依据,对下位机进行配置,选取了 PIC 单片机作为下位机的控制芯片,对 AGC 系统的接口、系统电源及下位机的通讯电路进行设计,并进行

论文正文:

第一章螺纹理论

1.1研究背景和意义
冷轧钢板(带)产品广泛应用于国民经济的各个领域,如汽车、航空航天空、家用电器、机械制造、罐头食品和建筑。连轧带钢的产出率是衡量一个国家冶金工业,特别是冷轧带钢生产技术的重要指标。在一些轧钢工业发展较早的国家,如欧洲、美国和日本,基本具备了快速换辊、液压压下、弯辊装置和自动控制等新技术。在中国钢铁工业中,先进的轧制和控制设备主要是从国外进口的。大多数中小型钢铁企业的技术和设备水平仍然相对落后。生产的产品表面质量差,产量低。渐渐地,他们跟不上社会发展对产品质量的要求。
虽然中国轧钢工业近年来发展迅速,但设备和技术仍需改进。只有通过技术创新和设备改进,才能生产出符合钢铁工业发展趋势的高强优质钢材。然而,随着新技术、新设备在轧钢行业的广泛应用,改造成本一直处于很高的水平。对于面临设备更换需求的中小型企业来说,资金短缺阻碍了它们的发展。因此,降低设备改造成本还有待探索。现阶段,各企业的生产规模和经济实力不同,设备改造时自动增益控制系统控制器的选择也不同,通常是西门子TDC系列或S7-400系列可编程控制器。
上止点系列可编程控制器广泛应用于一些大型钢铁企业自动增益控制系统的下位机控制器。上止点系统(TDC system)是一种模块化的多处理器系统,主要用于金属冶炼或输配电领域,对大型系统具有闭环和开环控制、信号传输、记录和通信的功能。西门子TDC擅长处理复杂的控制程序。它具有采样速度快(高达100纳秒)的优点,可以显著提高工厂的生产效率,从而提高产品的竞争力。在轧钢行业,CPU551主要用作自动增益控制系统的下位机处理单元。它可以为用户提供高运行速度的开环和闭环控制。中央处理器的最小周期仅为0.1毫秒,典型工作周期为0.3毫秒,还可以提供60个输入输出通道。这种配置可以很好地完成轧机厚度控制任务,实现高质量、高效率生产。因此,在一些经济实力较强的钢铁企业中,SIMATIC上止点通常被用作自动增益控制。虽然上止点非常强大,能够很好地控制自动增益控制系统,但对于一些要求不高的中小企业来说,这是一种资源浪费,比如配备高端西门子的上止点,浪费了大量资金,无法充分发挥其优势。一般企业采用性价比较高的S7-400作为自动增益控制器,在性能和输入输出点上完全满足复杂系统的控制要求。
S7-400是一款中高性能的可编程控制器,适用于可靠性要求极高的大型复杂控制系统,如轧钢自动增益控制系统。它可以提供多级的中央处理器模块和一整套其他通用模块,因此用户可以灵活配置以适应不同的需求。一般来说,具有高性能和更快速度的中央处理器模块是处理器416或处理器417,其中处理器417执行位操作的指令周期仅为18纳秒。一般要求在0.1毫秒内完成钢板厚度自动控制系统的整个程序周期,完全满足轧钢过程的控制要求。由于EXM438提供的外围接口配有模拟和数字接口,所以在轧钢自动厚度控制系统中经常使用输入输出扩展模块EXM438。此外,EXM438还配有接收增量编码器和绝对值编码器数据的接口,使中央处理器无需特殊处理电路就能直接读取编码器数据,使用非常方便。
虽然有些钢铁企业配备了高端的可编程控制器作为自动增益控制系统的控制器,但无法充分利用。未使用的接口需要配备SIEMENS专用槽盖,以防止灰尘等进入。在实际工程中,轧机下位机的高端控制器——西玛蒂克上止点(SIMATIC TDC)或可编程控制器还有许多功能没有发挥出来。因此,在自动增益控制系统控制器的改造项目中,可以用低成本的控制器代替西玛蒂克上止点或可编程控制器来完成自动增益控制控制器的各项任务。

1.2自动增益控制系统控制器设计要求……11-13
1.3自动增益控制系统中下位机的选择……13-15
1.4基于单片机的自动增益控制系统可行性分析……15-16
1.5本课题的主要研究内容是……16-17
第2章自动增益控制系统接口电路设计……17-30
2.1导言……17
2.2下位机总体结构和功能概述……17-19[/br/ ] 2.3系统电源电路设计……19-20 [/BR/] 2.4数据接口电路设计……20-25 [/BR/] 2.5编码器接口电路设计……25-27
2.5.1绝对编码器接口电路……26 [/BR/] 2.5.2增量编码器接口电路……26-27 [/BR/] 2.6接口电路实验验证……27-29
2.7本章概述……29-30
第3章通信传输模式选择和通信电路设计……30-41
3.1通信类型选择及其特点……30-31
3.1.1通信类型的分类和选择……30 [/BR/] 3.1.2串行通信传输模式的选择……30-31 [/BR/] 3.2通信协议的确定和验证算法……31-36 [/BR/] 3.3串行端口标准的比较和选择……36-38 [/BR/] 3.3.1串行接口标准……36-37 [/BR/] 3.3.2串行通信标准的比较……37-38
3.4自动增益控制系统通信电路设计……38-40 [/BR/] 3.5本章概述……40-41
第4章下位机通信的实现……41-51 [/BR/] 4.1下层计算机通信系统概述……41-43[/ Br/] 4.2通信参数的设置……43-44
4.3下位机通信安全的实现……44-46
4.4下位机传输功能的实现……46-48
4.5下位机接收功能的实现……48-50
4.6本章总结了自动增益控制系统上位机界面的开发与实现……50-51
第5章……51-62
5.1上位机通讯方式的选择及开发过程……51-53 [/BR/] 5.2调试参数传输和验证算法的实现……53-57[/比尔/] 5.3执行……57-59
接收监控数据5.4自动增益控制系统上位机接口的开发……59-61
5.5本章概述……61-62

结论

本文从轧机AGC系统实际改造中出现的具体问题入手。以PIC单片机为控制器的主控芯片,设计了控制系统的下位机,开发了上位机界面。本文主要研究自动增益控制系统的通信。具体工作如下:首先,分析了冷轧机自动增益控制系统的流程和技术。根据实际需求,配置下位机,选用PIC单片机作为下位机的控制芯片,设计自动增益控制系统接口、系统电源和下位机通信电路,并进行相应的可行性分析和实验验证。
在硬件设计过程中充分考虑了系统的内外隔离和干扰问题。其次,通过比较各种通信标准和通信类型,结合自动增益控制系统的具体工作环境,最终选择异步串行传输方式,实现自动增益控制系统中上位机和下位机之间的通信。为了保证数据传输的速度和准确性,确定了上位机和下位机在传输中使用的通信协议。
当上位机向下位机发送数据时,为了保证数据的准确性,在数据传输后会添加CRC校验码。上位机接收下位机的监控数据时,考虑到单片机传输速度快和运行效率高等问题,采用在数据的开头和结尾添加标志位的方法进行传输。通过上位机和下位机的传输实验,验证了通信协议和验证算法。