过程自动化领域数字通信技术的应用与展望

通过阐述流程工业中过程自动化领域数字通信技术的工程应用与发展趋势,聚焦流程工业对数字化转型升级的重大需求,着重剖析了当前过程自动化领域普遍采用的现场总线、工业以太网、以太网-先进物理层、工业无线仪表、通用I/O等热点技术和前沿技术的国际标准、技术特点及适用范围。总结归纳各项技术的优点、缺点以及技术经济对比分析结果。最后,对过程自动化领域数字化信号传输及通信技术的应用与发展趋势进行了展望,并提出了建设性的意见。     

Bounded latency spanning tree reconfiguration

One of the main obstacles to the adoption of Ethernet technology in carrier-grade metropolitan and wide-area networks is the large recovery latency, in case of failure, due to spanning tree reconfiguration. In this paper we present a technique called Bounded Latency Spanning Tree Reconfiguration (BLSTR), which guarantees worst case recovery latency in the case of single faults by adopting a time-bounded bridge port reconfiguration mechanism and by eliminating the bandwidth-consuming station discovery phase that follows reconfiguration. BLSTR does not replace the Rapid and Multiple Spanning Tree reconfiguration protocols, which remain in control of network reconfiguration, whereas it operates in parallel with them.     

基于以太网通讯的手套机网络监控系统

针对现场总线与串行通讯构建的手套机信息网络开放性差、数据传输速度不快、可靠性不高等问题,对基于TCP/IP+Ethernet的网络通信技术以及嵌入式技术等方面进行了研究,提出了一种基于以太网通讯的手套机网络监控系统方案。首先介绍了该系统的结构,包括底层执行端、现场监控端、远程监控端。其次描述了系统的具体设计,主要在以ARM11为控制核心的嵌入式硬件平台上,移植Win CE操作系统,采用C#语言编写基于TCP/IP协议的以太网通信程序以及人机交互应用程序,并在服务器端搭建Web服务器与手套机数据库。最后对手套机网络监控系统的现场实时监控与远程监控进行了测试。研究结果表明,该系统能够对生产车间内的所有手套机进行实时监控与远程监控管理,并且界面美观、操作简单、数据传输快,满足了手套生产企业的要求。     

井下变电站在线监控系统的设计与研究

结合井下变电站监控系统的研究现状,以及电网综合自动化技术不断成熟的基础上,基于工业以太网和现场总线技术设计了井下变电站在线监控系统。该系统的应用可实现"四遥"以及井下变电所无人值守的功能,对提高井下供电的自动化水平具有实际意义。     

基于电桥的高精度电阻测量系统的设计与实现

针对现有的电阻测量仪器和设备对于电阻测量的精度不高以及价格昂贵的问题,设计了一款基于电桥的高精度电阻测量系统。系统采用电桥电路作为测量电路,利用STM32F103RBT6单片机作为控制核心,主要通过基准电压电路和A／D模块电路实现测量电阻数据的采集与模数转换,同时,为了实现对电阻的高精度测量,通过硬件去耦滤波和软件数字滤波及误差补偿2种方式共同减小了接触电阻、导线电阻以及其他各类噪声的影响。系统在测量电阻时可以通过液晶显示六位有效位数字,即精度可达到十万分之一,分辨率为1mΩ;它具备电阻测量的操作简单、数据采集稳定、灵敏度高和成本低廉等特点,可以对各类电阻包括精密电阻的阻值测量,并且适用于应用于实验、维修和工程开发等多种场合。     

线阵CCD光谱分辨率检测系统设计

在分析光谱测试仪器检测设备发展现状的前提下,为解决光栅分辨率测试仪器中存在的电路复杂、探测器灵敏度低、结构可变通性差等问题,设计了一种以线阵CCD ILX554B为探测器的、以STM32F103为主控单元的线阵CCD光谱分辨率检测系统。系统利用片上高速时钟产生线阵CCD所需的驱动时序,经片上ADC采样后获取实时的光谱数据,将采集的数据经USB接口上传给上位机进行处理,获得最终的被测分光器件的光谱分辨率信息。最后,分别以汞灯和氩灯为光源,利用所设计的系统对光栅分辨率进行了测试,实验数据表明,在500 k Hz的驱动频率下,系统光谱分辨率可以达到0.01nm。系统满足低成本、高精度、稳定和可靠等要求。     

基于ARM的以太网通信

本文基于STM32F103ZET6,通过SPI控制以太网控制器ENC28J60,实现数据的发送和接收。上位机利用Visual Studio编写,实现通信连接、数据交换和显示。当上位机与ARM建立起连接后,ARM利用DS18B20温度传感器采集现场温度并实时传输到上位机,上位机通过曲线图将温度实时显示出来,实现对现场温度的监控。     

基于Modbus协议的PLC远程控制

在工业控制中,可编程控制器（PLC）作为工业控制装置已得到广泛的应用。采用高度实时性、高可靠性的PLC通信技术,就成为构成性能优异的自动控制系统的关键所在。Modbus协议是应用于电子控制器的一种通用语言。通过此协议,可实现控制器与其他设备(上位机)之间的远程通信。本设计就是以实验室现有的PLC为对象,实现基于Modbus协议的上位机对PLC的远程控制。实现上位机对PLC的远程控制,最理想的通信媒介就是通常所用的网线,即非屏蔽双绞线（UTP）。这就需要建立在以太网之上,即TCP/IP协议之上的Modbus通信协议。本次设计主要完成了完成了硬件连接及梯形图程序的编写,实现了控制器对输出线圈的控制,在建立PLC与上位机网络通信时,完成了对PLC通信模块的配置和PC机与PLC基于以太网的连接,采用Modbus TCP调试软件进行通信测试,测试结果表明上位机与台达PLC两个从站均可建立稳定的Modbus通信。     

基于千兆以太网的高速图像数据传输系统实现

针对高速图像数据传输的实际需求设计了一种基于千兆以太网的大容量数据高速传输设计方案。该方案根据实际需求充分利用FPGA可重构性的优势,实现了以UDP协议为基础的自定义全双工MAC核,其优化的命令接收模式在接收端绕过了TCP/IP协议降低了FPGA端协议解析的复杂度与硬件开销;其流量可控并带有重传机制的数据上传模式可以与不同配置、不同工况的上位机稳定可靠高效率传输。实际最高传输速率达到稳定的49MB/s,性能优越。     

基于CAN总线的智能控制器设计

随着计算机技术、微处理器技术以及通讯技术的不断发展,传统仪表己经不能适应工控的要求.而CAN总线控制器的出现为工业控制系统向分散化、网络化发展等开辟了新的空间.CAN控制器具有良好的稳定性、高可靠性、较快的通讯速率以及低成本等特点,且能够有效支持实时、分布式控制,从而应用于许多领域,本设计针对内嵌CAN的STM32F103RC处理器进行深入研究,并以它为核心部件进行CAN控制器软硬件的设计,该控制器兼容模拟量数字量的输入,保证了通用性并具有较大的应用范围.在采集与输出通道数量方面也得到了保障.例如由于工业需求要增加监测点或执行点,本控制器可以解决此问题.从长远考虑会降低用户的投资成本,本控制器可以与其他CAN节点及上位机组成CAN总线远程监控系统,实现仪表网络化,智能化.