基于RS485总线选矿厂电气控制系统的设计与实现Word文档下载推荐.docx
《基于RS485总线选矿厂电气控制系统的设计与实现Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于RS485总线选矿厂电气控制系统的设计与实现Word文档下载推荐.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
日期：
日期：
毕业论文（设计）答辩委员会（答辩小组）成员名单
姓名
职称
单位
备注
主席（组长）
摘要
工业自动化是现代化工业企业发展的必然趋势。
借助通信技术将位置分散的多台控制机联网，使各下位机在独立运行的同时，又受到上位机的管理与控制。
通信系统能把上位机的资料及控制命令传给下位机，下位机可把采集到的资料和系统当前状态传给上位机，上位机实现对下位机的实时监控，这是最基本的工业自动化的要求。
成本低廉、运行可靠、适应性广的现代工业自动化系统是工业企业的现实需要。
使用成本低廉可靠性高的RS-485总线作为通信标准，结合组态软件和电参数采集模块，构建一个常用的工业网络，以此来实现对运行系统进行实时监控和控制。
使得企业中的信息畅通无阻，上传下达，降低生产成本，减少失误，提高产品的质量和产量，最终提高企业的整体运营效率，获取较好的经济效益。
关键词:
RS-485总线；
电参数采集模块；
组态；
实时监控
ABSTRACT
Industrialautomationmodernizationofindustrialenterprisesistheinevitabletrendofdevelopment.Withcommunicationtechnologywillbescatteredlocationstocontrolmultiplemachinesnetworked,sothatthenextbitmachinerunningatthesametimeindependentand,withtheuppermanagementandcontrol.PCcommunicationsystemcancontrolinformationandcommandstothenextbitplane,thenext-bitmachinecanbecollectedtheinformationandsystemstothecurrentstateofPC,PCtoachievethenextbitofreal-timemonitoringofmachine,whichisthemostbasicindustrialautomationrequirements.Low-cost,reliableoperationandwideadaptabilityofthemodernindustrialautomationsystemsisthepracticalneedsofindustrialenterprises.Theuseoflow-costandhighreliabilityoftheRS-485busasthecommunicationstandard,combinedwithconfigurationsoftwareandelectricalparameteracquisitionmodule,tobuildacommonindustrialnetworks,inordertoachievereal-timemonitoringofsystemoperationandcontrol.Theinformationallowsbusinessestoaccess,uploaddown,lowerproductioncosts,reduceerrors,improveproductqualityandproduction,andultimatelyimprovetheoveralloperationalefficiency,betteraccesstoeconomicbenefits.
Keywords:
RS-485bus；
electricalparametermodel;
configuration；
Real-timecontrol
前言
第一章选矿厂的工艺流程及信息采集点的分布
1.1选矿系统工艺流程………………………………………………………1
第二章技术思考与设计思路
2.1技术思考…………………………………………………………………6
2.2设计思路…………………………………………………………………7
第三章选矿厂电气控制系统的总体构建
3.1力创EDA9033E硬件连接与配置………………………………………8
3.2力创EDA9033E
组态王设置………………………………………………8
3.3电参数采集模块在组态王中使用的具体操作步骤………………………………8
第四章电参数采集模块的选用及其网络连接
4.1电参数采集模块的选择…………………………………………………9
4.2RS-485总线的网络连接……………………………………………10
4.3部分设备配置表…………………………………………………………11
设计小结…………………………………………………………………………15
毕业设计工作日志………………………………………………………………16
参考文献…………………………………………………………………………17
前言
以信息化带动工业化是实现工业化初期向中期过渡的主要任务和重要措施之一。
改造提升传统产业的技术，
加快共性信息、技术的研发和推广，在企业的设计、研发、生产、经营、管理等全过程中推行信息化，逐步实现生产自动化、控制智能化、营销网络化和管理现代化是当今工业发展的必然趋势。
在工业控制中，借助通信技术将位置分散的多台控制机联网，使各下位机在独立运行的同时，又受到上位机的管理与控制。
通信系统能把上位机的资料及控制命令传给下位机，下位机可把采集到的资料和系统当前状态传给上位机，上位机实现对下位机的实时监控。
在数据通信、计算机网络以及工业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通信来达到远程信息交换的目的。
如果用大型监控网络，多数成本较高，不适合小型企业使用。
基于RS-485总线的通信系统只需有计算机和RS-485接口转换器即可实现，它简单可靠，成本低廉，在数据传输速度要求不太高、传输距离不太远的情况下，可得到广泛的使用，可以容易地构建小型工业监控网络。
小型工业监控网络重要的环节是数据采集，数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程。
数据采集器是一种具有实验室或现场进行实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、即时显示、即时状态分析、自动传输等功能的自动化设备，结合RS-485总线通过电参数采集器可以实现对工业系统的电动机进行运行数据的实时监控和即时显示也可以对运行系统进行自动控制，是一种成本低廉，可靠性高，适用性强的工业组网方式。
通过对某选矿厂系统的运行现状、生产工艺流程、运行设备相关数据的调研，我们发现该系统存在一些自动化信息孤岛现象。
如矿石的粉碎分为三级，在破碎机初次破碎机破碎后再经中碎粉碎机再次粉碎，最后由细碎粉碎机进行细碎，这三个设备之间的启动、停止控制时独立的，各台机器的电机在运行中的实时电参数无法实时显示。
在生产中要求在细碎机启动后中碎机启动，最后破碎机启动。
但是现实状况，由于各个设备的控制系统是独立的，这就使得启动时需要根据生产要求进行人工协同，增加了人力成本和系统运行风险。
因此必须解决这些信息孤岛现象，把整个运行系统有机的结合起来，形成一个整体。
在专业技术员和指导老师的多次辅导下，我们借助组态王软件模拟出选矿车间的系统运行流程图，如图1-1所示。
图1-1选矿厂系统流程图
2.1技术思考
2.1.1组态软件的选用
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
目前国内外的组态软件种类很多，主要有国外的：
Wonderware公司的InTouch软件、Intellution公司的Fix组态软件、Simens公司的WinCC软件，国内的：
世纪星组态软件（北京世纪长秋科技有限公司）、组态王KingView（北京亚控科技发展有限公司）等。
“组态王”是一种先进工业监控组态软件，它融合过程控制设计、现场操作于一体，对众多的现场控制器和其他现场智能部件进行监控，随时对各种突发事件作出记录，不丢失任何数据和报警信息，实时监控系统通过它的数据库对连续变化的过程数据进行存储和检索，作为人机界面的数据动态显示和更改，生产情况分析、生产数据汇总和统计的依据和基础。
2.1.2电参数采集模块
山东力创科技有限公司的EDA9000系列智能电参数测量模块是一款智能型电力参数综合测量采集模块，准确测量单相、3相3线制或3相4线制交流电路中的电压、电流、功率等30多种电力参数，带I/O接口。
EDA9000系列智能电参数测量模块可替代模拟电流、电压、功率、功率因数、电量等一系列变送器及模拟量模入模块，广泛应用于各种工业测控系统及集散式/分布式电力监控系统、设备能效检测等领域，可大大降低系统成本，方便现场布线，提高系统可靠性。
选型说明
2.1.3RS-485总线
1.概述
目前，有多种接口标准可用于串行通信，包括RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。
RS232是最早的串行接口标准，在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应用。
其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。
RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型，它属于七层OSI（OpenSystemInterconnection，开放系统互连）模型物理层的协议标准。
由于性能优异、结构简单、组网容易，RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。
其互连方式如图1-1所示。
图1-1RS—485互连示意图
RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：
在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。
两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。
同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。
如果以10Kbps速率传输数据时传输距离可达12m，而用100Kbps时传输距离可达1.2km。
如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。
采用双绞线差分传输方式，可连接成半双工和全双工两种通信方式。
接收器输入灵敏度为土200mY，输入阻抗大于或等于12
，标准接点数为32个，即每个RS-485接口芯片的驱动器能驱动32个标准RS-485负载。
为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计成1／2负载（≥24
）、1／4负载（≥48
）甚至1／8负载（≥96
）等，相应的节点数可增加到64、128和256等。
2.RS-485总线型多点互连设计
图1-2RS—485总线型网络原理图
分布式多点数据采集系统或集中控制系统的网络拓扑一般采用总线方式，传送数据采用主从站的方法。
图2所示是用RS-485构成的总线型网络系统，采用主从方式进行多机通信。
主机可以是PC机、工控机或单片机，从机一般是单片机。
每个从机拥有自己固定的地址，由主机控制完成网上的每一次通信。
R为平衡电阻，通常取为120欧。
开始时所有从机复位，即处于监听状态，等待主机的呼叫。
当主机向网上发出某一从机的地址时，所有从机接收到该地址并与自己的地址相比较。
如果相符，说明主机在呼叫自己，应发回应答信号，表示准备好开始接收后面的命令和数据；
否则不予理睬，继续监听呼叫地址。
主机收到从机的应答后，则开始一次通信。
通信完毕，从机继续处于监听状态，等待呼叫。
2.2设计思路
基于本系统的控制技术要求，用“组态王”实现现场监控、工作过程动态显示、故障报警显示、流量、配比等参数的显示，通过EDA9000系列电参数采集模块实现电机的相关电参数的采集显示以及对电机的实时监控，采用RS-485总线连接各个模块构建网络，实现整个系统的一体化设计。
该系统以标准化协议通信、模块化程序设计、集中管理、分散控制、操作简便为基本设计思想，它应用的计算机技术、自动检测技术和现场总线技术，它既不同于单一的仪表控制系统，也不同于单纯的计算机管理系统，而是吸收了两者的优点。
我们采用监控组态软件（组态王）来实现工业现场的模拟。
即根据选矿系统工艺流程利用组态软件对生产现场进行组态，再结合系统控制要求以及各个电机的技术参数选择电参数采集模块，再根据整个运行系统的整体布局来选择RS-485总线的组网方式，以及电参数模块的连接方式。
最后通过基于RS-485总线的组态软件和电参数采集模块通信来实现模拟。
第三章电气控制系统的总体构建
3.1力创EDA9033E
硬件连接与配置
3.1.1力创EDA9033E模块与上位机接线如图3-1所示：
图3-1力创EDA9033E模块与上位机接线
利用串行口进行连接时，可以通过RS232/485适配器与力创EDA9033E模块的RS485端子相连，当EDA9033E模块使用相同的接口与上位机相连时，各个模块地址不能相同。
3．1.2系统接线图：
端子号（EDA9033E模块）RS485转换模块
7（DATA+）（TXD）-------------------DATA+
8（DATA-）（RXD）-------------------DATA-
9（VSS）（+5V）接电源正
10（GND）接电源负
3．1.3EDA9033E软件配置说明：
用户在使用本驱动之前要先安装厂家提供的“EDA90系列通用测试程序.exe”对本模块进行设备号和通讯参数配置。
3．2力创EDA9033E
组态王设置
3．2.1定义组态王设备
在组态王中定义设备时请选择：
[智能模块]>
[力创]>
[EDA9033E]>
[串口]。
3．2.2设备地址及通讯参数定义
在组态王中定义设备时，设备地址范围为0~255，如果用立创提供的EDA90系列通用测试软件设定模块的地址为10，那么在组态王中定义设备时设备地址就应该为10。
要和模块的设备地址保持一致。
建议的通讯参数：
设定值
推荐值
波特率
9600
数据位
8
停止位
1
校验位
无校验
3.2.3组态王数据词典－IO变量定义
1）、组态王中寄存器列表
寄存器格式
寄存器范围
读写属性
数据类型
变量类型
寄存器含义
NAME
-----
只读
STRING
I/O字符串
读模块名称
BR
读写
USHORT
I/O整数
读写波特率（不推荐使用本寄存器修改波特率，请尽量使用配置软件修改设备波特率）
U0I0
0~1
读U0、I0值；
U0:
1--250,I0:
1--200，0:
电压量程1--250表示2--500（V）；
1:
电流量程1--200（A）
UIBB
BYTE
读写UBB,IBB值；
0：
电压变比1—200；
电流变比1--250
DATAA
0~8
FLOAT
I/O实数
读电压，电流等数据值；
0:
A相电压（Ua）；
1：
A相电流（Ia）
2:
B相电压（Ub）；
3:
B相电流（Ib）4:
C相电压（Uc）；
5:
C相电流（Ic）6:
有功功率（P）；
7:
无功功率（Q）8:
功率因子（COSФ）
DATAP
0~6
读功率电量等数据值；
A相有功功率值（PA）；
B相有功功率值（PB）2:
C相有功功率值（PC）；
A相无功功率值（QA）4:
B相无功功率值（QB）；
C相无功功率值（QC）6:
频率值（F）；
DEGREE
0~3
读写电能数据值；
读写正向有功总电能1:
读写反向有功总电能2:
读写正向无功总电量3:
读写反向无功总电量
CommErr
----
BIT
I/O离散
模块通讯状态寄存器。
具体参见下面说明
2）、寄存器特殊说明：
CommErr寄存器：
此寄存器读出的数据可以表示设备的通讯状态：
0，表示通讯正常；
1，表示通讯失败。
CommErr写操作可以控制设备的通讯。
写1，表示组态王中断与设备的通讯，写0，表示组态王恢复与设备的通讯。
3）、寄存器使用举例：
寄存器名称
寄存器说明
IO字符型
读模块名称
IO整型
读写模块波特率
U0I00
读电压量程
U0I01
读电流量程
UIBB0
读写电压变比
UIBB1
读写电流变比
DATAA0
IO实型
读A相电压（UA）值
DATAA3
读B相电流（Ib）值
DATAA6
读有功功率（P）值
DATAA8
读功率因子（COSФ）值
DATAP0
读A相有功功率值（PA）值
DATAP1
读B相有功功率（PB）值
DATAP4
读B相无功功率（QB）值
DATAP5
读C相无功功率（QC）值
DEGREE0
设置第0通道的开关量输出值
DEGREE2
读写正向无用功总电能值
注意事项
在设置EDA9033E模块的电量底数时要注意范围，输入的范围与电压和电流变比有关系，一般情况下，电压和电流变比越大，输入范围越大。
3．3电参数采集模块在组态中使用的具体操作步骤
特别说明：
由于在此次毕业设计的组态中主要是电参数采集模块的应用，所以在组态方面只介绍关于有关电参数采集的。
3.3.1在组态王中打开“矿实时监控系统”工程>
数据库>
数据词典、分别新建变量“破碎机电压”如图3-2：
、“破碎机电流”如图3-3：
、“破碎机功率”如图3-4
图3-2“破碎机电压”图3-3“破碎机电流”
图3-4“破碎机功率”图3-5
Ø
新建连接设备>
点击连接设备如图3-5：
新建>
设备驱动>
[智能模块]>
[串口]>
下一步>
名称取“力创3”>
连接串口选“com1”>
设备地址“2”>
下一步>
间隔“5秒”最长恢复时间“2小时”>
完成。
分别新建变量“棒磨机电压”如图3-6、“棒磨机电流”如图3-7、“棒磨机功率”如图3-8：
图3-6图3-7
图3-8图3-9
>
分别新建变量“浮选机电压”如图3-9、“浮选机电流”如图3-10、“浮选机功率”如图3-11：
图3-10图3-11
在组态中进行电参数的采集：
打开组态王>
系统流程图画面>
点击工具箱的文本按钮“T”如图3-12：
图3-12图3-13
在空白处输入“电压：
”>
点击工具箱的圆角矩形按钮“
”
画一矩形条“
并输入3个#“
>
双击“
选择“模拟输出”>
表达式选择“电压”如图3-13所示。
点“确定”完成。
同样做出“
”、“
对相应的电机进行电参数采集。
根据选矿工艺流程和实时监控的要求模拟出组态画面，这样我们可以清晰的看到选矿厂现场的模拟画面。
通过RS-485总线的组网连接，实现了组态软件与电参数采集模块的实时通信。
使得这个选矿厂的整体运行系统的各个电机的运行状态参数得以实时显现。
并且能够通过组态软件对其进行实时控制。
如图3-14所示。
图3-14选矿厂整体系统运行状态图（由于空间原因本图只选择了个别的电机参数显示以作示范）
第三章电参数采集模块的选用及其网络连接
4.1电参数采集模块的选择
根据选矿厂电机参数的不同，为了准确的测量显示相关电参数。
需要选择不同型号的电参数采集模块。
本设计主要采用山东力创公司生产的EDA9000系列电参数采集模块。
主要需要用到的电参数采集模块有：
4.1.1EDA9133A电参数采集模块
1、产品简介：
（1）EDA9133系列产品以32位ARM处理器为核心而拥有出众的性能与更多功能；
采
升级会员 