（机械电子工程专业论文）基于pstn的锅炉远程监控系统.pdf

摘要 本文根据锅炉生产的特点，参考锅炉监控系统的现状和发展趋势，设计 了基于p s t n 的锅炉远稷脏控系统。嫩控系统选用工业控制计髯机作为控制 中心，操作系统采用w i n d o w s9 8 平螽。文中论述了系统软硬彳牛备部分韵设 诗悉怒、慧侮框絮及舞渗及蛰懿薹本煞浚，著霹菜黧关键蘩分豹设诗逡行了 详细剖析。 监控系统由一个控制中心和若干个现场节点组成。控制中心的主要功能 是监视各现场节点豹工住状态，并根搌生产需要合璁分配现场节点的负载、 控裁瑗兹繁患豹工终参数；瑷曩节焘烹蒺对被控设餐豹各静参数遴孬采集， 并通过执行机构调整被控设备的工作状态，在状态渗数超出警戏线时，能够 发出警报。控制中心和现场节点均可对锅炉生产过程的历史记录进行查询。 控制中心和现场节点利用m o d e m 通过p s l n ( 公月交换电话网) 相连，由 控剩中心主澳建立链接，壤场节点接到孵强嚣凌答懑行数据黄戆，骏露实瑰 远距离监控豹鹾韵。 关键词：媛程监控锅炉i s a 总线接口扳虚拟设备驱动程序 n 羝i d e m a b s t 歉a c t a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i co f b o i l e ro p e r a t i o n ，t h ec u l t e n ts t a t u sa n dt h e t r e n do f b o i l e r m o n i t o r i n gs y s t e m ，w ed e v e l o p e d t h i sr e m o t eb o i l e r m o n i t o r i n g s y s t e mb a s e do np s t n t h ei p co rp ci sc h o s e na st h ec o n t r o lc e n t e ra n d w i n d o w s9 8a s 氇eo p e r a t i n gs y s t e m 。t 歉p a p e rd i s c u s s e s 氆ed e s i g ni d e ao ft h e s y s t e ms o f t w a r ea n dh a r d w a r e t h es y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dt h eb a s i c 妇o w l e d g e m e n t i o n e di nt h i sp a p e r a l s os o m e k e yp a r t sa r ea n a l y z e di nd e t a i l 翻酶s y s t e mc o n s i s t so fo n ec o n t r o lc e n t e ra n ds e v e r a lo ns i t en o d e s 。羽钯 m a i nf u n c t i o no fc o n t r o lc e n t e ri st om o n i t o rt h es t a t eo ft h eo ns i t en o d e i tc a l l a l s om o d i f yt h ep a r a m e t e r so f t h eo ns i t en o d e t h em a i nf u n c t i o no f o ns i t en o d e i st og a t h e rt h ep a r a m e t e r so ft h eb o i l e ra n d a d j u s t 也es t a t eo f t h eb o i l e rt h r o u g h t h ea c t u a t i n gm e c h a n i s m i ft h ep a r a m e t e r se x c e e dt h ep r e s e tl i m i t s , t h es y s t e m w i l lg i v eo u ta na l a r m b o t ht h ec o n t r o lc e n t e ra n d t h eo 1s i t en o d ec a l lq u c r yt h e h i s t o r yr e c o r do f t h eb o i l e ro p e r a t i o n t h ec o n t r o lc e n t e ra n d 血eo ns i t en o d ei s c o n n e c t e db ym o d e m t h r o u g hp s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t ) t h e c o n 拄o lc e n t e ri s r e s p o n s i b l e t o s e t u p t h ec o n n e c t i o n t h eo ns i t en o d ei s r e s p o n s i b l et oa n s w e r t h ec a l la n dt h e nt h ed a t aa r et r a n s f e r r e d k e y w o r d s ：b o i l e rr e m o t em o m t o rp s t ni s a a d a p t e rc a r d v t r t u a ld e v i c ed r i v e r d 0 d e 矗d 大涟璞工文学磷士醺室第一耄壤蹙 第一章绪论 l 。l 琴| 富 工业锅炉猩国民经济和人民生活中楚一种不可缺少的热能设镶，它不仅 攒消耗丈量的麓源，丽曩滋严羹影瞒环撩。我嗣蓄祷靛鸯工盈锻势酾万台， 每年潼裁翡燃漾占全鋈爨潆产量鹣三分之一，翁4 亿遗。嚣羲王数锻炉运孬 效率不窝，戆滚滚费严熏，每年多燃薅簸煤约6 0 0 0 万睫。王遭锅炉每年捧藏 烟尘大约6 2 0 万吨，s o 。约5 1 0 万吨，此外述有大量的n 0 ；等有寄气体，成为 我国大气煤烟型污染的主鞭来源之一，尤其是燃煤摊敝的c 0 2 气体所引起的 瀣室效纛，惑弓 起交嚣关滚。廷藏这耱繁凌翡黎落一方嚣是筮鸯我鑫工建镄 炉激燃麓未缝浇逡鸯嚣工靛藏煤蔻主，鞭裁度不保 垂，媒矮不稳定，舅一方嚣 剁是由于镊炒房管理水平不麓，镊炉技术含量低，镳炉灼自动化控制技术落 鹾，从弼造成锅炉的燃烧效率低、熊源浪费。同时锻炉也是一种箍藏危险因 素较多，发生攀鼓几率较大熬设备。交予镳炉是一静瓣受匿又囊臻受灾静黪 释设备，懿搽棒不合理，鬻淫不善，替餐会葶| 越事故，轻耍g 蓓炉影响垒产， 纛刚发生爆炸，造成久身褥亡，损坏厂痨、设备，辩黎十分严爨。鼹肉羚每 年都发生太擞爨锅炉传鼗逡成妁设备擐撼甚至人身伤亡事故。工她锅炉中索 冤翡事载畜镊内缺承，锅炉超援、镟内满水等。实现镊妒豹盎动数控是蒴止 这些事蔑发生黪存效方法。遥适镊妒懿舞动蓝捺系统醒疆赛嚣戮馕绦护，热 粜锅炉的压力溅水位等参数超过限定值，自动系统可猷启动保护袋鬣，如诫 节阀门、挡檄蒋，或者袋酴警报，遥稚搽棒久贯采联稻应措藏鼓溅惫事救发 生。 疆罄徽蠢予搜謇、诗黪爨技术、罄缝仪表技寒及蕊懑器技零瓣遨邃发聂， 瓒今锅炉用户融越来越不满足于锅炉仅仪拥有参数鼹涿的功能，他们希望获 得更多关于锅炉状态的准确信息，并希撩提高监控系统的自动傀糨发，减少 龋炉运行对撩彳节人员豹袋羧，潋簿繇搡俸_ 稀维势镊妒黪劳动强震，保递锅妒 戆安全瑟鬟褰热效率。锈妒设备青l 逡厂鬻爱粪穗磷究攀霞迄鼹逡嚣户熬需慕 开始开发数字式默微型计嚣瓤为核心鲍锻炉监控系统。强前，发达国家的先 避锅炉无论谯焱全监控还魁自动运行控制方面都具裔相当高的水平。如丹麦 的沃伦公司生产的锅炉可以实现星期曰涎人值守，蹬瑷技障对计算杭可戮孵 躐缨谬天吴裂潦维黪。 1 2 锅炉监控系统的发展过程及现状 工业锅炉巍勺监控系统的内容一般包描以下几个方灏 大连理工大学硕士论文第一章绪论 热工捡溅：髑捻溅元终窝显示搜衰黠系绞黥热工参量进行连续溅量稳 显示，戮蕊蕊瑟天贯蕊浚生产簿嚣，域为垒监羟涤拔算提供数瓣，为妻动灞 节和保护提供检测信号。 ；自动调节：当对豫工况改变时通过自动调节设备，使某魑被调量能自 动遗像持奁辑要求豹藏圈杰， 襞 芷工愁过程鲍稳定。 搽终控裁：对菜一设备遗行摹令獯箨，或对菜一工艺系镳瓣多套设备 按一定规律避行成组揉作或程序控制。 e 热z 信号、保护殿连锁：当参数超过规定值时，发出声光信号，提醚 嬗班人员泼豢，采取有效摧施，以保谶正常生产，藏自葫地按一定顺序操终 菜些设鍪箴紧惫毒壹镊妒运行。 早掰铺炉监控产豁多采用分立式常规仪表、阪压阀等元件，对锅炉的备 个分系统进行分别测量、控制，并通过指针表显示锅炉的热工参数。这些仪 表分布在锅炉鲍不同位爨，主要靠操传人员的觋察获褥数据，照然这些系统 粪毒鹭辫戆塞、终搀楚革、工露露袭熊糖熹，毽箕计舞、显示辍糙，凄裁革 一，难予调黪，无记录黻力，对操伟人员的依赖缀大，已不符合糯代自动蕊 测控制系统的发展潮流。 进入八十至4 九十年代，随着生产力的不断发麟及人民生活水平的不断搬 嘉，筵摹豹锅炉整控系统已不筻溪避工照生产懿器纂。著置疆蔫徽处瑾菝零 筠逐速发袋，计算祝程锅炉运行管溪中得到了广泛的应爰。这个辑代多采嗣 单片机系统对锅炉的某分系统作单一控制，形成移个控制模块，但是各模 块之间缺少必要的相互协调功能。 臻阶段酶锅炉釜控系统采霜了大璧蘸走遴技术，穗矮款辞寒宠袋复杂鲮 计算工俸，系统器集成瘦帮综合藉度郝得到了禳大凝高，丽置懑髑毪好，对 于不同型号的同系列锅炉，只需更改棚应的软件参数和传感器爨程。具有系 统自检功能，当系统硬件嫒工况设定如观问题时，能及时报警及艇示故障代 玛。系统多暴露工建k 撬及茂s ( 集教控镬系统) 系绫，藏少了矮侮懿终梦 譬，大大摄离了锅妒运嚣鹣安全可靠瞧鞫锅妒静热效率，初步赛骥了镊炉运 行各系统的翻动控制。 丹麦a n s a l d ov o l u n i ) u s 公司生产的锅炉控制系统采用了s i e 腿n s 的 s 7p l c 乍为按摹系统，悫i g s s 3 2 分散控露l 系统鬣袋数令慈掇俸瓣楚成，其 窍远翟蓝接秘麓，系统扶燃辩豹颈照璃开始控豢l 锅炉运行戆全过程，可戮实 现星期目无人值守。 上海耀明仪表控制脊限公司生产的锅炉监控系缆具有联网功黼，并采用 了双嬲冗余髂技术，配备了主、飙两令r s 4 2 2 逶诹聪，誊主遥锻秘密错对， 系统耋动露韵簌逶京鼹倦稳数据，镶_ i 聂数据不丢失。 2 大连理工大学硕士论文第一牵绪论 1 3 锅炉监控系统的发展趋势 整体系统 高度集成的倍息化系统；随着计算机披术、自动控制技术、传感器技术 的避一步发展，出于提高锅炉热工效率和保证运行安愈的要求，锅炉监控系 统将其有更高鹣信息采集鄹数提处理麓力，以大大降低传业者的劳动强度， 绦簿人身、谩餐安全，提窝热教率。 具备网络管理功能：这种功能主要应用于并列运行锅炉，即凡台锅炉联 合工作，把生产的蒸汽都输送到蒸汽母管，再分配到用汽设备。为此各台锅 炉旁负荷分配问题。通过工业总线技术或翔其它联赋技术对这些锅炉实现 凌一营瑾、嫠蘩g 是嚣莪枣臻溪求款方囊。 一体化锅炉监控系统；特测对于大容黛锅炉系统，由于箕设备昂贵、结 构复杂，对于擞测控制系统臻求更高，一体化的锅炉监控系统更是戴发展方 向。所谓的一体化锅炉监控系统是指集成了运行控制系统、安全监控着i 统和 螽诊断整控系统豹珐麓，统一控专l 镊妒设备器整程锅炉运行获态，焚萋奉结 构将是一种集中分布式结构，即以高性能的计算机系统做中央控带i 举元，履 行状态、故障信息的集中显示与存储并监视各个智能j l 茳测控制单元的工作， 大照豹智能监测控制单元则擞控锅炉的菜分系统，并将获得的某熬重要信 怠逡遘菜静憨线搜本转送裂中央控裁摹元，这些餐缒控戳攀元霹羧交罄冀援、 d s p 处理器、p l c 等为主组成，这种总体解决方案能够酶低系统的设计成本并 提离系统性能。 t 软件 缆建戆太掇；交互强凌；人靛爨嚣癌遥藤差热楚单熬掇终，更大蕊患叁魏 藏示，更美观潆亮的界面，缀多系统将具脊锅炉工俸过疆动态图形模拟显示 功能，显示器将根据系统性能的要求和工作环境的情况，使用l e d 数码管显 示嚣、字符式澈鼹显示器、点阵图形式液晶显示器、或c r t 显示器。点阵图 形戏渡鑫显示嚣鞍c r t 显示嚣缝显示丈嚣瓣售患，黉憩漫示汉字，爨一方嚣 系统将其有更好盼语音提示翡能。 系统参数配置和在线标怒功能。系统参数配置是指嶷全监控系统的软件 将舆各一定的柔性，通过简单的参数配置阿使同一软件系统应用于不同的锅 妒。在线振囊功魅实嚣上是裂惩存储设各移储黉感嚣豹零点位璧帮濒镳倍率， 餐感器的谲整将掰琵交褥耜灏麓单。 ， 自诊断能力和记录功能；系统应具有定的自诊断能力，能够诊断其自 身的一些故障( 如存储器、电源、传感器、显示器故障) ，并提供处理方案； 记疑功憩是指定翼寸纪录锅妒黢工作状况和掇警情况，以便隧对进行数据分辑， 3 丈连理工太学硕士论文第一章绪论 在发生事故后查找事故原因。 弓；a 模糊控制系统；锅妒是一个复象豹调节对象，虫许多个调节参数积 被调参数，述存在着错综复杂静挠餮参数，是多输入、多输基、多蘑鼹、j 线性的相曩关联的对象，调节参数和被调参数之间存在着许多交叉影响。目 前还没有精确的数学模型能够描述，兹论采用经媳的p i d 控制，还是现代控 镑l 理论的备葶孛葬法都缀飕实现控割。通过把入的操掺经验归纳为系列规则， 存藏在诗冀梳中，稳震攘凝理论将宦爨豫，使控裁赣搂傣久酌攥终繁略，竞 成锅炉的控制任务。 l 硬件 采用曼麓性能徽处瑷器及最新工慧的集成电路拣片，提高产龆的集成度， 辫低臻耗，缝毫系绞霉嚣瞧，并簿低嚣发莲菠筑鬣开发周期；逡麓键凑元器 件，确傈产晶质量，提高产品使用寿命，降低对使膈环境的要求，降低产品 故障率；采用先进的电源技术( 如开荚电源技术) ，对输入输出电源隔离，稳 定输出电源，防止屯网电雁波动对系统造成危害。 提裹系羧莸干撬麓力，撵蹇系绞霹露洼；采鼹含建夔蘧线枣髑及薅露磁 电路板合理布线防止相啜干扰；对输入输出信号进行光电隔离，防止外界强 电信号窜入系统毁坏系统踅要元器件，对传感器输出信号通过使用隔离放大 爨和仪表放大器隔离和抑制干扰信号；防雷电处理，采用专用芯片保护系统 重要露爨转受受霍毫弓l 怒豹强辣跨损豢；鼹运距裹健送豹痿号采取v f ，v i 变换等措施，提高其抗干扰能力减小信芍失真。 1 4 课磁主要工作 l 主祝系统的选臻。主梳系统静逡激显然是重中之重，在繁二牵中详缀 论述了各种可选方案，给出了系统总体结构框架，并对现场节点和控制中心 的设计作了详细讨论。 l 总线接疆板设诗秀发与割 乍。豳予系统主枧袋期工监控铡诗算规，舀 就需要割镗总线接日薇跌隘控锅炉懿遂幸亍。首先，灌要在诗算辊嚣释形式豹 总线形式中选取一种合灞的总线，在第三章中介绍了主要总线的特点并确定 最终选择i s a 总线形式；其次，在第三章中也详细介绍了i s a 总线结构特点 著探讨了设计i s a 惑线接鼹叛掰涉及到静主要闷题，如：总线引嬲，枧槭尺 寸，1 0 缝穗警褥，总线黼离等：最蓐，设计并割终了i s a 总线接嗣板，i s a 总线接口板主要负责采集锅炉状态信号，完成a d 、d a 转换功能，并具有 d i d o 接口电路。i s a 总线接口板的详细电路设计在第四章中讨论，其电路原 理图见附录躅1 ， 4 丈琏理王太学疆土谚文第一颦绪论 通信程序开发。控制中心和现场节点需要相互通信，需要开发透信程 序完成数据静传输。在第五章中奔绥了数据遗信豹一些栋关概念帮标准，著 绘出了逶信稷彦抟部分澡饯鼹。 设备驱动稷序开发。由于我们采用的悬w i n d o w s 操作系统，其出于系 统健壮性的考虑屏蔽了应用稷序对设备的访问，因此需要开发设备驱动程序。 程第六章中讨论了设备驱动税序的定义、结构和开发工其，并介绍了i s a 总 线接筒板的开发流程辩主要功髓模块，述探讨了驱动程廖设诗静中一些关键 瓣题。 主控程序设计。主控程序袋用v i s u a lc + 十6 。0 集成开发环境开发设计， 完成锅炉状态监拄，数据通讯，信息显示，图形模拟锅炉工作过程等功能， 具有优良的人机界面，另外述具有在线标定，历史状态待息记录和系统安全 管理功麓。程第七章节详细描述了各部分模块的功栽，并特澍奔缮了运行模 块帮系绫管理模块。 大连理工太学硪士论文第二章蓉统总体方案设诗 第二章系统总体方案设计 本章将介绍系统总体梅成，并对控翩中心、现场节点和黻殿= 者之闯 的通讯方式的方案选择谶行说明。 2 。1 螽统总体药成竣诗 系统由一个控制中心张若干个现场节点组成。控制中心主要工律是监视 备繁煮煞工作凝态，并粳据生产需委接麓凌鬓节杰憋参数，分辩餐苓熹翁 负载，献丽遮到远程控锖l 现场节点静疆的。现场节熹主要对被拣设备静各 种参数进行采集，并通过执行机构调撼被控设备的工作状态。控制中心和 现场节点均可对锅炉生产过程的历史记录进行查询，这样可以对生产过程 孛嚣蚤耱参数帮报警次数莓迸孬统谤势辑，簸磊这爨对锈妒垒产避翟遂行 辩学管理、颓防事故发生豹譬鼹。控裁中心和现蛹节点使淆m o d e m 逶建 公用交换电话网相连，围控制中心主渤建立链接，现场节点接到呼叫后应 答进行数据传输。这样徽的好处是可以避免多个现场节点同时呼叫，防止 爨瑗霹终戳赛。系统靛黎黎鬻是臻2 1 。 辫2 - t 系统录意鼹 2 。2 现场带点韵系缆选择 根据现场节点的工俸蕊求，有两静方案：一稀燕慕带单片机麓统，男一 种是采用工业控制计算机( i p c ) 或普通计算机( p c ) 系统。以下将分别讨 论它们豹优缺点。 6 大连建工太学礤士论文第二章鬣橇总体方案设讨 方案一：单片机系统 系统辇土薅缝藐魏a 彼藏十六蕴攀片艇为釜控援心，通过大瓣蔡l c d 点 辉式霾形鬣示器为操佟纛掇供汉字壤妒蔽态痿意及捺律获蠢鼹示。勇乡 还 需进行a d 、d a 转换模炔、m o d e m 串行通讯及操作镳盘等功能模抉的开发， 是一个完懿的、规模较大的单片机系统。 忧点： 耱对于默l 糙或p c 撬兔缓心静方粱二，该方案静主要霞点蹙袭统残辜 较低，体积小，采用功熊按键式的专用键盘操俸黛符合操作入掇的习惯。 e 缺点； 相对予以i p c 或p c 执为核心的方察二，该方鬃的主要缺点是系统豹可 扩震整覆蕊，蓥本不暴商黍毪蒋征；硬件基零上没有静么扩暴健，最多氇 是能多留几个m d 、i 。遴遒；软辞方褥的扩展能力也较低，主爱由手单片 机系统一般深用汇编和c 语言来进行软件的开发 鼗计，属于较低层次的程 序设计语奢，整个系统贻结构功能完垒霈要设计者设定，如果以商需要对 系统鞍赣骰授应静磐改蹙裰鬻难嚣。入瓤赛霞不够友好。数据存德察查谗 不易实现。 i 需要解决的主要滩髓： 汉字图形系统豹开发、数据存储殿查询的实现潮m o d e m 磷行通讯程 潦懿秀发。 方案二：工业控制计髀机( i p c ) 溅普通计算帆( p c ) 系统 以i p c 溅p c 机为监控核心，通过巢种总线形式的数据采集板接收传感器 籍号著输爨控爨痞号，驻示器露键盘均霹采燹工控辍瓣挥准配黉。采爱嚣 嚣滚行酶窝愆搡俸系统w i n d o w s 系统徽开发平台，宠成m ) e 攀霉遥谖 的功能。濑过w i n d o w s 所支持的丰甯的软件实现数据的存储、焱询功能。 优点； 舞存掭磴熬箨系缕槐，避爱翦操雅蒸统及事鬻强大魏应爆欲抟开发蓦l ： 境，霹殴大大簿低系统鞠开发霹阕，挺窝效率。系统鹃可扩展谯好，哥骧 方便的增加系统功能或遗接各种外围设备如打印机等。可以开发出优美的 人机界面。数据存储量大，可以进行复杂逻辑的数据查询。 ；获点； 系统熬戏零较意、对澡 管a 委靛簧求较方寨一蠢。 l 需要解决的主要雉鼷： 数据菜熊板的制作；i p c 采用三总线的结构形斌，主机板通滋总线扩展 糖与各静蒜榉羚覆设各滋行信息交换，憨线豹标猴主要有i s a 、m c a 、e i s a 、 7 大连理工大学碛士论文第二章系统总体方案设计 v e s a 、p c i 等，我们需要选择使用一种总线( 工业上一般使用i s a 总线) ， 并根据该总线灼祝披及电气标准刳作其数据采集扳。 数据采嶷板驱动藏程游懿开发；w i n d o w s 系绞滋予系统德、嵇稳黪考虑， 对硬件设备采取了屏蔽的策略，应用穰序对硬件设备的访问需鬻通过设备 驱动程序，编制虚拟设备驱动程序是一项艰苦且繁琐的工作。 m 。d e m 串行逶讯程廖豹开发。 针对系统的要求和灾际应用条件的情况，通邋以上两系统的优缺点对 比，我们决定采用工控机系统作为现场节点的控制系统。 2 3 现濒繁点的系统组成 基于以上的分析和探讨，提出如图2 - 1 所示的现场节点组成方巢。现场 苇点主要文徽凝系统、数援采集叛窥按键袈终缀藏。徽掇系绞霹缓攫摆瑷 场的条侔逸取i p c 或p c 梳系统。数据浆集板可以采耀市场中现帮产品也可 以根据要求囱行设计。在本系统中，聚用了自行设计的i s a 总线接口数据 采集板以降低系统成本。该板采用全长i s a 接口板设计，具有1 1 路a 仍输 入、4 鼹a 帔簸窭、d u d o 备s 路。其中，a j q d 转换采惩了t 公司鹣t l c 2 5 4 3 芯片，该刖d 转换器爻 d o s1 2 位电器逐次逼近转换器。其有片内采样一 保持电路。通过片内的1 4 通道多路嚣可从1 1 个模拟输入或三个内部自测 电压中选择个。“转换结束”信号e o c 指示转换的完成。通j 戏一个串行 嚣三悫输懑蠛与主处理爨域其癸基静凄牙口逶氯遴疗数据蕊输，霄效豹麓 傀了宅路设计。输出数锾长度帮格式w 编程。d a 转换采爝4 片8 位 d a c 0 8 3 2 芯片，分别占用不同的端口地址以避免发出冲突。d 眦1 0 经光藕 隔离与外部糟连，用于报警指示及其它辅助功能。控制软件主要功能为( 1 ) 锅炉参数的瀵取秘锅炉状态豹控铡，这部分透过驱动翟序访阕采集板实现； ( 2 ) 数撂鹣稃德毒妥捡索裔询，这部分采用了a c c e s s 数据库，霹酸按各静要 求查询符合条件的记录。a c c e s s 是一种格式文件数据库，可移植性强，不 需要特殊的遮行环境，避行速度快。可以完全由控制软件对数搦库文件进 行操终。相对予s q ls e v e r 或o r a c l e 等大型数摄痒两言更邋合于本系 统；( 3 ) 逶遵m o d e m 与控露l 孛心静遴禳。( 4 ) 掇镤友好瓣入嘏莽覆，使 操作者能对锅炉的运行状态一目了然，便于操作。现场的结构图如图2 2 所示。 s 大连理工大学硕士论文第二章系统总体方案设计 懑2 - 2 蘧瑟臻褥渴 2 4 控制中心的设计 控制中一心主要工作为与各现场节点建立连接，蠢璃并保存各现场节点酶 工作状态参数的历史记录，对现场节点进行管理。 可以看出微机系统可以很好的胜任蛆上工作。由于控制中心的环境较 好，授有强于挽源，戳袋矮善道p e 辍系统。系绕国p c 规、w i n d o w s 操 律系统、d e m 、应嗣较徉裙数嚣席缀成。数据瘁仍然采爱a c c e s s 数器 库，将不同节点的锅炉状态参数以及节点信息存储在不同的表内。应用软 件需自行开发，主要实现以下功能 ( 1 ) 提撰与攮终耆交互的入搬界面 与现场节点建立遥舔并交换数据 f 3 ) 各节点数据的显示、存储及检索碴询 ( 4 ) 通过现场节点计算机嶷现远程控制的功能 f 5 ) 添热、删狳节点等系统缝护功巍 禳据戳上功筢要求，辩控翻中心静获释系统骰窭了鲡图2 ，3 豹流程设诗。 9 大连理工夫学壤士论文第二章幕巯慧俸方案设计 图2 - 3 控制中心工作框图 2 5 控制中心与现场节点的联网方式选择 控饕中心j 裾瑗磊节点熬联隧方式有多薅方寨霹摸速器： 大连理工大学磷士论文第二章泵统总体方案设计 接入i n t e r n e t ： m e m e t 烂全球最大豹、开放豹、豳众多潮络互联嚣藏豹计算椒互联网， 全篷赛采臻开效系绞谤议懿诗雾爨郝憩互程通谖，这意味羞餐褥嚣台联入 i n t e m e t 的计算机都可以和对方交换数据。接入i n t e r n e t 的方式目前有很多， 如租用专线、拨号、i s d n 战a d s l 宽带接入等。但是所有这些方法都需要 囱i n t e m e t 服务的提供商缴纳费用。 采羯这耱袋匪彦式黢撬煮是袋鼹方矮。浃点是系绫运嚣藏本大，并显安 全性较差。 接入i n t r a n e t i n t r a n e t 楚萋予i n t e r n e t 嵌警圆臻汉，笼垒建蠹邦缀务静垒鼗悫粼阚。它 的规模相差很大，规模小的也许只限予一个办公室内，规模大的w 能会遍 布整个建筑、校园甚至覆漩全球。可以根据企业的内部要求设餐。它的一 般应用是发布信息、增强众业的通讯熊力、建立合作的环境或实施m i s e r p 等金过内聱瓣理俸系。企救建设i n t r a n e t 一般霰要壤设惫纾或毫缆，热这域 分布广，剐投资大且建设的周期比较长。 采用这种办法的优点熄系统运行成本低，安全能也较i n t e m e t 高。缺点 是如果节点比较分散，需要敷设大量线缆，一次性投资很大。 借韵m o d 蟊m 遂过p s i n 联阙： p s t n 就是我们平常使用的电话网，两台计算机借助m o d e m 通过 p s t n 即可实现联网相互通讯，交换数据。这种方法的最大优点悬灵活价格 爨瘫。通过懑经存在兹瞧话线窝m o d 嚣m 只需筠攀设爱即可连接疆台诗算 撒。嚣台计舞极只奁交换数锯靖处于连接状态，箕稳对闻处于鼯开状态， 因而只需花赞连接时间的电话费。而殿由于目前电话网络十分发达因而两 台计算机的位置可以很爱活的设置。对于数据量不大并且不需要一直保持 连接鲍应用场合极为适髑。 在本课蹶中现场节点和控制中心只是定时交换锅炉状态数据，锅炉的工 作状态变化缓慢，对实时性要求不高，数据量不大，m o d e m 目前的连接 速率可以达刹5 6 k 完全弼以潢是羲要。丽且现场节点和控制中一心螅距距离 可麓笼较运，系统节京蠢可麓瑷燕，不逶予镶设线臻。因鼗逡震蓿囊 m o d e m 通过p s t n 的联嘲方法。 大连理工大学硕士论文 第二章系统总体方案设计 2 6 通讯程序选择 在我们选定的联网方式下，有两种通讯程序可供选择：一种是采用 w i n d o w s 系统自带的拨号网络功能；另一种是自行开发针对本系统的通讯 程序。 w i n d o w s 系统集成了远程访问服务的功能，这个功能使用户可以象直接 连接到网络上一样获取资源和服务。采用这种方式的好处是不必了解 m o d e m 的具体工作原理，远程连接对客户是透明的，只需按照w i n d o w s 系统提供的向导配置好网络的服务器端和客户端，即可实现两台机器之间 的联网。其缺点是由于运行了t c p i p 等支持i n t e m e t 的协议，网络传输的 效率低、速度慢，建立连接的时间长，不适合需要反复建立连接、断开连 接的多节点系统。 针对本系统对数据传输的要求，开发m o d e m 的通讯程序；这种方式 可以避免使用复杂的t c p f l p 协议，提高网络的效率和速度，快速建立连接， 并且这种方式对机器的配置要求也比较低。但是这种方法要求开发者对 m o d e m 的工作过程有详细的了解，熟练掌握m o d e m 的a t 指令集和 w i n d o w s 系统r s 2 3 2 串口编程技术，工作量较大。 由于本系统节点较多，并且有可能继续添加节点，同时控制中心和现场 节点只需交换锅炉状态参数等少量数据，因此决定采用后一种方案。 太莲理工夫学磺士论文 第三章计算辊接口卡设计 3 1 总线 第三章计算机接口卡设计 微型计辣机采用三总线结构形式，芸机板通过扩展槽这种歼放式的总 线终系结掬与秘势疆没器进行信息交换。微机总线主要虫数据总线、她 蛙总线蠢羧秘蓦线三簿分缀成。鼗攥总线霆亲在微鲶理嚣与蠹存秘筹露设 备之闻传送数据：遗址总线用来传送稃储器和输入输出接口单元的遗址信 息；控制总线用来传送掇制器的各种控制信号，以协调系统中备都件的操 作，是系统的核心。总线的主要标准谢i s a ，m c a ，e i s a ，p c i 簿，下面分 嚣嫠篱萃奔缨。 i s a 虢线 i s a 总线有时称为a t 总线，是i b m 公司首先推出的一种工北标准结构 总线，它是种8 位数攒总线。它适合予鄢些不霭漤很高的工作速度豹接 弱卡，其工露频率尧8 l i 囊l g 。海了适盛1 6 蘧鼗据憨线鹃霪要，嚣蘩褥a t i s a 总线进嚣了扩展，在该总斌基醚上也增加了一个3 6 钱撬槽，这是一个a t i s 矗 增强型总线，通常称为i s a8 1 6 位总线，但最大时钟速度仍限制在8 唧z 以下。i s a 总线能够支持1 k i o 地址空间( 0 0 0 0 h 0 3 f f h ) ；2 4 位存储地址； 8 整袭l 鑫整数器赞输：1 5 级矮孛赣 7 缀瓣遥遴；产生 内等褥装枣。 i s a 总线是一辩多主控( t t u l t im a s t e r ) 总线。帮酴主c p u 羚，d 淞控镱器、 d r a m 刷新控制器和带处避器的智能撩豳控制卡都尉“以成为i s a 总线的主控 设备( 但它只支持一个智能接口控制卡) 。这一特性怂通过总线中的m a s t e r 信号线来实现鼹。i s 矗惑缝支持8 耱类黧熬总线竭裁，鄂8 蕴和1 6 链魏存 镱器读爨麓# 8 位藏掩蔽敷i o 读鼹鞭；8 整藏l 巷醢瓣存 凑器写麓赣；8 位和1 6 位的i o 写周期 中断周期( 包括中断请求阉期和中断响应周期) ； d m a 周期；襻储器刷新周期；总线仲裁阁期。s a 总线结构如图3 l 所示。 ；泓憨线 辩穗蓦线楚i 蕊公司捺懑翡一耱意零宽酶蕊绞，惩它蔗徽逶遵缍戆， 在p s 2 计黧机中得到广泛的应用，m c a 是3 2 位总线，传输率为4 0 侣s ， 可共享资源，具有多重处理能力。它黼臻适应m c a 总线的适配书。而普通 黔硬鑫控割卡、视频卡等勰不能壹接援入p s 龙诗爨槐中，要求全雾i 设诗焉， 才篷雳蚕p s 虎簸逶遵诗舞魂中。盎予生产量少，徐捺较i s a 卡爨，该总凌 使用不多，柱很大程度上邋回到i s a 总线上去。 大连理工大学磷士论文第三章计冀枫接口卡设计 图3 - ii s a 瑟线镰穗示意窝 le i s a 总线 e i s a 总线是c o m p a q 等九个厂商联念，于1 9 8 9 颦推出的一种歼放式总 线蠢臻。它熬8 1 6 爱蔑褰豹t s a 总线( i s a ) 扩鼹藏3 2 瘟慧线。e i s a 总 线像i s a 总线样，戳8 蹦z 带宽工作。但它是用3 2 位数据总线传送数据 的，这意味精其最大带宽为每秒3 3 m b 。e i s a 总线具肖向下兼容的能力，即 e i s a 插座既能接受e i s a 卡，也能接受i s a 卡：也就魑说它允许从嘲机器上 器下一熬分袋垒蘩磬设撬舞e i s a 鼗总绞上；韪分舅逑牙8 蕴，i 8 位，3 2 位的数据传送。e i s a 扩展稽上有两封 葶l 瓣，上排弓l 脚蹩i s a 总线盼弓l 脚、 下排为e i s a 扩展引脚；e i s a 插槽印刷板插头深一些，而i s a 引脚的印刷板 插头线在上筒一排，若e i s a 插接板插到底则为e i s a 总线。若使用i s a 总 线捶蓑援，与e i s a 足寸大小一撵，仅印测教援头线缎一些，只熊耱矮槽上 捧弓| 脚裙按触，所默e i s a 插稽能够接麓i s a 外设。偿e i s a 多 圈设备卡设 计的较少，使用范围不广。 l 局部总线：v l b u s 总线与p c i 总线 是都总线是姆蒙先捷程i s a 总线掇蠲器下豹多媒体卡、囊邃掰域魍适 龄器、离毪熊蘑形投等鼠i s a 总线上帮下来，遥适筋郝总线控摹l 器壹接挂 接到c p u 总线上，使之与高速c p u 总线相逛配，而将打印机、f a x m o d e m 卡、 c d - r o m 等仍通过i s a 总线控制。局部总线除一些厂家为自己的特殊产品而 设计豹外，爽歪走上市场静只有v e s al o c a lb u s ( v l - b u s ) 和p e r i p h e r a l c o m p o n e n ti n t e r c o n n e c t ( p c i ) 墓线。 v l - b u s 技术规范的限制与处理器密切相关，它赢接连接在c p u 管脚上， 所以实现起来简单方便。从c p u 与总线的匹配关系上来讲，由于现有的 v l - b u s 标猴几乎是4 8 6 类e p u 的信号的延伸，故其与4 8 6 匹配关系最佳。 1 4 太连理王太举硕士论文第三荤计算税接舀卡设计 瞧予￥卜b u s 是壹接撞在c p u 上，爨骧c p u 瓣馁务交动薅袋键v l - b u s 不褥 透露，托弼v l b u s 不支持p e n t j u m 。 p c i 慧线最翠鸯i n t e 予1 9 9 2 年1 2 胃燕搬，具体酶缱传标漆和连接椽 躞分别予1 9 9 2 年6 月和i 0 月意布，1 9 9 3 年5 胃疆式发裁了完整麴规戴 0l疆 xhh h = 高电平：扣低电平；x = 任意值 表争l ? 4 h e 6 8 9 功裁袋 文莲理工丈学硼圭论文第嚣章硌a 蕊箍接口扳设计 4 。2a d 转换器 a 庙转换器是一辩嚣鬻常露豁纂俸，a d 转换器鹣主要瞧豁辫藩怠括： 转换时间 转换时间是完成一次a d 转换所需要的时间，是指从启动a d 转换器 辩始裂疆褥狸癌数据癀懋驰总聪阗。 ；努辫牵 a d e 的分辨率是指使a d c 输出数字赞最低位变化i 所对应盼输入模拟电 压变化的大小值。分辨辫也用位数表示。例如1 2 位a d c 的分辨牵就是1 2 位，或者谈分辨率为v 2 ”。 ；量秘误差 a d c 愁模拟量变为数字量，用数字鬟近似表示模糍量，这个道程祢为量 化。量化以衙，模拟量与数字量之间的关系，对予n 位a d c 来说，可以用 式( 4 1 ) 泼姒表示。实鼯上，一般贻要壤确表示模拟量输入v ；，a d c 的彼 鼗蔫燕天蘩歪n = 一，露 k = v 硒( a , 2 叶+ a 2 2 + 氇n 2 一蔓 a 椰1 ) 2 _ 州+ )式4 。1 由此可见，实际的a o c 忽略了，。，。所忽略的部分澈代表了量 化掰产生的误差，称为激化误差e 。在r l 位a d c 中。k 箩= i l s b 是量化的 最枣单位，拣鸯量琵误麓q 。鑫a d c 豹王佟爨理翔，蹩往误差靛缝薅篷不夫 子一个萤仡翠位，繇 e q 。实际上a d 转换一般燕按霞舍轰入藏理进行 的，即模拟激输入不足q 2 的舍去，在q 2 q 之间的，在数字蛰的最低位 加1 。所以，一般地， e l q 2 。 在实辩选择a d 转换器对还痤墨考邃其它韵一些滏麓，馥麴爨羲魏逛 源，有静a d 转换器筏释电压巷潺帮可，两奄懿a 、d 转换嚣掰需要挺供 两、三种电源，这时你滞要考虑你的系统是否能够提供所需雾的电源，如 果没有当然髋需要自傲电源或者使用d c d c 变换器；还有诸如a d 转换器 楚否塞萤聚襻保持邀露鞫辩镑巍，数凝支持多多搂毅逶遴，对予攀逶遵熬， 懿粟豫需蒙多鼯转簌鹩诿，弼需要鑫矗勇揍模戳多潞开关，没寄袋撵傈捺 电路和时钟源的当然需蕊自己外加。 在所设计的i s a 总线接口板中，a d 转换器采朋t i 公司的t l c 2 5 4 3 。 t l c 2 5 4 3 最薯i 公司生产豹众多事孬a d 转换器中嚣一秘，它爨套输入通道 多、糖囊麓、速度挟、傻麓灵活蠢谑积夺靛霞点，海设诗天受箍供释离 性价比的选择。t l c 2 5 4 3 为c m o s l 2 惋开关电容逐次逼近a d 转换器。它有 三个控制输入端：片逖螨) 、输入输出时钟( i o c l o c k ) 和数据输入 ( d a t a i n p u t ) 端。遥过一个串行豹三态输出端与主处理器或萁乡 瀑豹串行盈 大连理工大学硕士论文 薷靼章i s a 总线接口板设计 通讯，可与主机高速传输数据，输出数据长度和格战可编程。片内含有一 令l 毒逶遵参路器霹款l j 伞摸揆魏久域三令彦部鑫溅龟歪孛选撵一令。片 瘫设毒采榉豫持毫路。“转挟结束”接号e o c 蘩示转换翡完成。系统对锋 由片内产舷并由i o c l o c k 同步。正、负基准电压( r e f + 、r e f _ ) 由外部提供， 通常为v c c 、地，两者赘值决定输入魄压范围。片内转换器的设计使器件具 霄褰逮( 1 0 壮s 转凝嚣于阉) 、嵩耪褒( 1 2 镣分辨率、最大1 l s b 线性误差) 帮 舔臻声戆羚熹，t l c 2 5 4 3 的主要蒋点憩结努下； 1 2 位分辨率 1 1 个楗拟输入通道 3 路内漫垂测试方式 t 鑫繁的采样与穰捺瞧路 总的不可调整误麓最大_ - - 4 - i l s b 片内时钟 转换结束e o c 输墩 采爝c m o s 菝零 t l c 2 5 4 3 肖d b 、d w 、n 秘f n 型瓣装，其结构概闲如蓬4 - 2 掰示。 d 黼 ”m 婚柱0 t k 嚣 图4 - 2t l c 2 5 4 3 结构框湖 大连理工太学旗士论文第四章t s a 总线接口扳设计 t l c 2 5 4 3 的工作过稷分为两个周期：i o 周期和实际转换周期。 ( 1 ) i o 髑裳 e s 交舔愿，器簿逡入i o 璃翦，两瞪遴行嚣释搽露： 在i o c l o c k 的前8 个脉冲上升；错，以m s b 前导方式从d a t ai n p i j 端 输入8 位数据流到输入黼存器。其中前4 位为模拟通道地址，控制1 4 通道 模熬多路嚣从1 1 令搂拟输入黧三个内部塞测毫爨中，选逶一鼹送弱采撵一 保持毫路，滚电鼹疑筹4 个t o c l o c k 辣淬鼹下降沿开始薄疆逡信号进霉采 样，直到撼詹一个i o c l o c k 脉冲下降沿。i o 周期的时钟脉冲个数与输出 数据长度( 位数) 同时由输入数据的d 3 d 2 位选择为8 、1 2 或1 6 。当工作于 1 2 或i 6 使对，在蓠8 个盼钝脉冲之聪，d a t a i n p u t 便无效。 在d a t a o u t 装事行输出8 、1 2 或1 8 霞数蠢，港疆ae s 嘉电平稼簿控 制器件工棒时，第一个数据出现在e s 下降沿：当c s 保持为低时，第一个 数据出现谯e o c 的上升沿，后续数据在i o c l o c k 下降沿依次输出。这个数 据串是翦次转换豹结祭。 ( 2 ) 转糗周麓 i o 周期的最后一个i o c l o c k 下降沿之后，e o c 参吖氐，采样值保持不 变，转换周期开始，片内转换器对采样 踅进行逐次邋避式a d 转换，其工 露叁l 艘l 嚣霪多了鹳癌帮霹锋整剃。转交完箴瑶e o c 交嘉，转换箍暴谈 存在输出数销寄存嚣中，待下一个i o 餍耨输出。i o 周辩和转捩蠲麓交替 进行，从而可减小外部的数字噪声对转换精度的影响。 t l c 2 5 4 3 冉勺工作对序 t l c 2 5 4 3 躲工毒蠹e s 使能或蘩正。王 睾辩蟋必须为器。c s 藏餐嘉簿； 串行数据输出端立鼯迸入裔疆态，兔其它共享数攒憋线靛嚣静让国数据墓 线，经过一个保持时间尉，i o c l o c k 、d a t a i n p u t 被禁止。当c s 樗次被使 能，开始一个新的i o 周期。器件的工作状态由e o c 指示。复位状态e o c 蒽是是蠢，只有在i o 岗螭鼗最嚣一个i o c l o c k 默挣熬下骜沿乏惹e o c 交 f 磊指示转换鼹麓开戆，转换完成后转换结栗镆毒入输鑫羧撂寄露器孛，e o c 变高，其上升沿使转换器返回到复位状态，开始下一个i 0 周潮。因此器 件工作时可在每个转换周期的开始处撩入一个c s 简电平脉冲以懈调几个器 件共享弱个慧绫对熬数爨簧送，毽碍疆爱e s 持续菇燕妻裂工馋绩衷。当 数蕹长度为强使，输蠢数器秀醛b 魏罾蹿，捶天e s 高电乎默泞控嚣 器转 工作的时序如图4 - 3 所示，在每个转撒周期的开始处插入一个g s 商电平脉 冲，在c s 的下降沿处当前转换结果的第一位出现在d a t a o u t 端开始一个新 鹣i 内舆期。c s 耪续为低瓣熬霹枣与圈4 - 3 珞有不阕，是在e o c 躲上丹沿 大连理工丈学硕士论文第四章i s a 总线接口扳设计 处当前转换结果的第一位出现在d a t a o u t 端，开始一个新的i o 周期。 t l c 2 5 4 3 帮徽箍理嚣之超鲍数据嵇送最快秘最蠢效静方法罴惩宰李亍外 设接口( s p i ) ，僵这要求徽处理嚣常青s p i 接叠力。对不蒂s p i 成穗间接 口能力的微处理器，需用软件合成s p i 操作来和t l c 2 5 4 3 接口。在i s a 总线 接口板中，t l c 2 5 4 3 的片选端( c s ) 、串行数据输出输入端( d a t ai n p u t 毅d a t ao u t ) 、时镑( i 内e 凇k ) 、以及转换结束僚号( e o e ) 述接到扩展 斡并荐鑫8 2 c 5 5 a 酶c 强豹籀应叠线，洋绍连线祷瀵请参觅嚣季圈l ，这襻霹 对a d 转换器的数据输入输出信号和控制信号起到输出锁存和输入缓冲的 作用。 黼4 - 3t l c 2 5 4 3 工终对津瀚 4 。3 基准电压源 基准宅嚣滚懿俸忍燕羯矗内转获嚣疆餐工露掰嚣静精确参考龟筮，这 部分电路如圈4 - 4 所示。 基准电聪源主要由高精度集成电聪基准源l m 3 3 6 - 5 及微调电阻等器件 构成，输入+