70000字论文范文基于单片机理论的现代工业控制网络的研究与分析

论文类型：论文范文

论文字数：70000字

论点：单片机,设计,系统

论文概述：

本设计结合传统PLC的常用功能和低端工业控制领域的控制需求，设计出一款功能比较齐全的工业控制板，再配以基于该板的一套系统软件，共同构成-个简单易用的工控，该工控系统对以茛接

论文正文：

第一章简介

1.1可编程序控制器技术的发展
自1968年第一台可编程序控制器问世以来，可编程序控制器的发展大概经历了四代:第一代可编程序控制器产品大多是用单台计算机开发的，磁芯存储器用于存储，因此这一代产品只有单一的逻辑控制功能；第二代可编程控制器产品引入了8位微处理器和半导体存储技术，使得可编程控制器产品开始系列化。自20世纪90年代以来，可编程序控制器进入了第三个发展时期。随着可编程控制器国际标准1EC61131的正式颁布，可编程控制器也得到推动，以推出新的技术进步。在系统架构方面，可编程控制器是从传统的单片机多处理器、分布式远程控制系统发展而来的。就编程语言而言，文本和机柜语言的多样性使得编程环境更能表达控制要求、文字处理和通信能力。
从应用水平和应用范围来看，FPI不仅继承和发展了自动下架生产线的控制系统，还开发了基于可编程控制器的分布式控制系统(DC)、监控和数据采集系统、柔性制造系统(FMS)、安全链保护(ESD)系统和运动控制系统。因此，自20世纪90年代末以来，可编程控制器的应用水平和范围得到了充分展示和提高。用户对开放性的要求越来越高，信息技术的飞速发展也推动着可编程控制器进入其发展的第四阶段。该阶段的主要特点是:在保持可编程控制器功能的前提下，采用面向现场总线网络和开放通信连接的体系结构，如以太网、高速、各种相关的国际工业标准和一系列事实上的标准；所涉及的关键技术主要体现在硬件上支持现场总线的嵌入式系统和输入输出设备上，而软件上则是基于EC61131-3和硬实时操作系统的编程系统。
目前，为了满足大、中、小型企业的不同需求，进一步扩大可编程控制器的应用范围，可编程控制器正朝着两个方向发展:一是小型可编程控制器向vy方向发展，体积缩小、功能增强、速度加快、成本降低，从而可以更广泛地替代继电器逻辑控制系统；——大毛巾型可编程控制器正朝着大容量、高可靠性、高速、多功能和网络化的方向发展，使其能够对人体尺度和复杂系统进行全面的自动控制[6】。

1.2课题的研究意义
随着计算机和半导体技术的不断发展，工业控制产品已经发展到追求个性化和差异化的设计阶段，而单片机系统也是面对这些个性化需求的产品，因为这些PLC在工业控制领域自动化设备中要完成的功能实际上相对简单。如果用中国的单片机实现控制功能，这将是一件容易的事情，用单片机将大大降低可编程控制器的价格。此外，从编程的角度来看，单片机编程已经得到了广泛的应用，特别是对于那些来自电子和计算机领域的非自动控制专业的工程师。此外，在性能相对简单的低端控制领域，可编程控制器(PLC)的木质机身非常昂贵笨重，增加了现场安装的成本和难度，令许多企业望而却步。
如果能设计出这种性能稳定、成本低廉、体积小的工业控制板来替代传统低端控制领域的可编程控制器应用，其应用前景是不可估量的，也具有足够的研究和商业价值。目前，国内许多公司也致力于基于单片机的工业控制板的研发，如深圳金莱电子科技有限公司和深圳京民数码机械有限公司，深圳金贝乐电子科技有限公司开发生产的JBL-GK32A单片机工业控制板功耗为12V/0.5A，稳定，可在32点内用于各种工业控制系统。工业控制板具有以下硬件特点:
(1)8位/32位高性能工业单片机作为主控芯片，32K内存。
(2)采用双电源，一路向主控制电路供电，12V DC或交流。另一条路径是驱动器电源，它向外部驱动器供电。
(3)输入:16路光电隔离数字量输入和NPN输入。每个输入点的最大输入电压为24V，最大电流lOmA，可与各种传感器连接。三个模拟输入(10位模数转换器)可用于温度检测或其他目的。
(4)输出:8路光电隔离金属氧化物半导体管输出，可直接驱动气体；Ci、电池阀和继电器等。还有7个继电器输出。

1.3设计目标和主要工作...................12-13
1.4文件的组织结构...................13-14
第二章工业控制面板总体设计方案...................14-21
2.1单片机选型应用要求分析...................14
2.2单片机外围接口电路的设计...................14-16
2.3...................16-18
2.4系统软件设计...................18-20
2.4.1编程环境简介...................18 [/BR/] 2.4.2系统软件库的总体设计...................18-20 [/BR/] 2.5本章总结了的硬件电路设计...................20-21
第三章工业控制面板...................21-35
3.1单片机及其基本外围电路...................22-23
3.2...................23-24 [/BR/] 3.3数字输入和输出...................24-27 [/BR/] 3.3.1数字输入接口电路...................25-26
3.3.2数字输出接口电路...................26-27 [/BR/] 3.4模拟输入接口设计...................27-30 [/BR/] 3.5 RS-485总线及其接口设计...................30-31
3.6扩展接口电路...................31-33 [/BR/] 3.7硬件抗干扰措施...................33-34 [/BR/] 3.8本章概述...................34-35
第四章工业控制面板系统软件设计...................35-56 [/BR/] 4.1硬件驱动程序设计...................35-45 [/BR/] 4.2 Modbus通信协议...................45-53
4 . 2 . 1 Modbus协议介绍...................45-48 [/BR/] 4.2.2 Modbus通信协议...................48-53 [/BR/] 4.3软件抗干扰措施...................53-54
4.4系统软件包...................54-55
4.5本章总结了的第5章中应用示例的设计...................55-56
...................56-63
5.1控制系统的功能要求...................56-58 [/BR/] 5.2控制系统的实施...................58-61 [/BR/] 5.2.1工业控制板作为现场控制器的工作原理.........58-59
5.2.2现场控制器工控板软件设计.........59-61
5.3与传统解决方案的比较分析...................61-62
5.4本章概述...................62-63

摘要

在当今的工业控制领域，传统的控制网络在中国很少使用，现场总线和工业以太网被广泛使用。其中，现场总线采用全数字通信，广泛用于连接控制器、传感器和执行器等现场设备。它具有结构简单、节省电缆的优点，现场总线的安装成本比传统的集散控制系统降低50%。基于这些前提，本设计结合了传统可编程控制器的常见功能和低端工业控制领域的控制要求，设计了功能相对完整的工业控制板，并结合一套基于该板的系统软件，形成了一个简单易用的工业控制板。工业控制系统使用毛茛进行现场控制。主要工作总结如下:
(1)分析乞丐面前工业控制领域的现状和发展前景，确定硬件平台应具备的功能。
(2)根据当前技术条件和个人能力，确定一套切实可行的设计方案。
(3)硬件平台建设的实施。包括单片机的选择、硬件元件的确定以及各模块的电路设计，并结合工业控制领域的一些常用功能。此外，还针对抗干扰问题采取了相应的措施。
(4)在完成工业控制系统的软件设计时，应充分体现软件的硬件性能和可重用性，软件应简单、灵活、易用。此外，本设计还移植了Modbus通信协议。用户可以通过RS-485总线直接构建控制，然后通过Modbus通信协议实现工业控制板与其他控制器之间的通信，实现网络集中控制。