【摘要】： 網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)中的信息化終端是在車間環(huán)境中實施網(wǎng)絡(luò)化制造的關(guān)鍵裝置之一,而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是實現(xiàn)制造企業(yè)整個生產(chǎn)過程的信息集成,實施綜合自動化,以及網(wǎng)絡(luò)化制造中設(shè)備層遠程監(jiān)控的基礎(chǔ)。在實際應(yīng)用中,數(shù)據(jù)采集常常和工業(yè)控制聯(lián)系在一起,形成一套完整的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。由于各種工業(yè)現(xiàn)場條件不同,對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集與控制功能的要求也不盡相同,而且各種信息化終端采用的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計方案都有很大的差異,因此如何在各種信息化終端的基礎(chǔ)上靈活擴展數(shù)據(jù)采集與控制模塊來滿足現(xiàn)場需要具有很大的研究意義,這也是本文研究的重點。 本文首先對車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的發(fā)展需要和信息化終端的發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析,并對工業(yè)以太網(wǎng)和USB總線在工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控應(yīng)用中的優(yōu)缺點進行了分析,提出了一種基于信息化終端、采用工業(yè)以太網(wǎng)和USB總線擴展數(shù)據(jù)采集與控制模塊的分布式數(shù)據(jù)采集與控制的總體方案,并敘述了工業(yè)以太網(wǎng)模塊和USB模塊在整個系統(tǒng)中功能和作用。 然后,詳細分析了工業(yè)以太網(wǎng)和USB總線在數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù),重點對工業(yè)以太網(wǎng)和USB總線的體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及它們在數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢及其擴展性進行了研究,并對兩種模塊的實現(xiàn)方案和主要元器件進行了選型。 其次,根據(jù)前面選定的方案對兩種擴展數(shù)據(jù)采集與控制模塊的軟硬件進行了設(shè)計和開發(fā)。工業(yè)以太網(wǎng)擴展模塊的硬件采用C8051F020作為主控制器,采用RTL8019AS實現(xiàn)了10Mbps的網(wǎng)絡(luò)接口,并基于C8051F020設(shè)計了8通道的12位ADC、2通道12位DAC、16路開關(guān)量輸入、8路開關(guān)量輸出、1個RS232串口和一個RS485串口,軟件設(shè)計主要包括網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的開發(fā)和嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)。USB擴展模塊的硬件采用CY7C68013作為模塊的主控制器和USB總線收發(fā)器,采用GPIF控制ADS7852與DAC7802分別實現(xiàn)了8通道12位ADC和和2通道12位DAC,并基于CY7C68013設(shè)計了8通道開關(guān)量輸入、8通道開關(guān)量輸出、1個RS232串口和一個RS485串口,軟件設(shè)計主要包括GPIF的波形設(shè)計與CY7C68013的固件程序開發(fā)。 最后,將開發(fā)的工業(yè)以太網(wǎng)擴展模塊和USB擴展模塊與本研究所開發(fā)的AU1X00嵌入式信息化終端相結(jié)合,在重慶機床廠無紙化項目中實現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)備運行狀況的監(jiān)控,并取得了較好的效果。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TH166
【圖文】：

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2.2.1 基于裝備信息化終端的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)信息化終端通過外部總線擴展數(shù)據(jù)采集與控制模塊后，就具備了對現(xiàn)場監(jiān)控的能力。由于現(xiàn)場的各種測控制單元對與數(shù)據(jù)采集與控制的實時性和帶寬要求不同，就需要采用不同的外部總線擴展方式。針對現(xiàn)場需要進行高速數(shù)據(jù)采集的音視頻信號、實時性要求非常高的故障診斷、以及離信息化終端較近（低于 5 米）的設(shè)備監(jiān)控，可以采用帶寬高達 480Mbps的 USB2.0 擴展模塊進行數(shù)據(jù)采集和控制；針對離信息化終端較遠的現(xiàn)場控制單元和不需要較高的實時性要求的現(xiàn)場信號（如溫度、濕度等），為了簡化現(xiàn)場布線和降低成本，可以采用工業(yè)以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制。下圖 2.1 是制造型企業(yè)信息化總體結(jié)構(gòu)圖，其中虛線框包圍部分就是文本提出的基于信息化終端的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，它是聯(lián)系企業(yè)控制層網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備層的紐帶。而圖中陰影框部分正是本文要設(shè)計的兩種外部擴展數(shù)據(jù)采集與控制模塊。

圖 3.2 TCP/IP 協(xié)議分層及相互關(guān)系圖Fig3.2 the Relationship of TCP/IP layer用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)應(yīng)用程序首部TCP首部IP首部TCP首部應(yīng)用數(shù)據(jù)以太網(wǎng)首部IP首部TCP首部應(yīng)用數(shù)據(jù)以太網(wǎng)幀IP數(shù)據(jù)報TCP段46~1500字節(jié)應(yīng)用程序TCPIP以太網(wǎng)驅(qū)動程序圖 3.3 TCP/IP 封裝示意圖Fig3.3 Packet of TCP/IP Protocol

圖 3.4 USB 的拓撲結(jié)構(gòu)Fig3.4 Topological Structure of USB System用戶軟件和USB設(shè)備驅(qū)動程序USB系統(tǒng)軟件（USB核心和主控制器驅(qū)動程序）USB主控制器根HUB主機系統(tǒng)功能單元USB邏輯設(shè)備USB總線接口USB設(shè)備USB功能層USB設(shè)備層USB接口層實際數(shù)據(jù)流 邏輯數(shù)據(jù)流圖 3.5 完整的 USB 系統(tǒng)構(gòu)成Fig3.5 Full Structure of USB System

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本文編號：2804910