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基于CAN总线的多品牌小型PLC监控系统的设计与实现

2020-12-06阅读(407)

基于CAN总线的多品牌小型PLC监控系统的设计与实现

论文摘要

现场管理信息化已成为中小企业保持其竞争力的必然趋势。本课题针对中小企业现场自动化设备的特点,利用CAN总线技术和设备上的小型PLC自带的通信协议,成功实现PC机与几种品牌的小型PLC通信,在不改变设备现状的情况下,完成设备运行过程的监控,达到低成本实现现场管理信息化的目标。监控系统的硬件部分以Freescale公司的MC68HC908GZ60微控制器为核心,包含RS232C串行通信接口、CAN总线接口等。设计过程中,采用了硬件防干扰技术来保证系统中的信号稳定。系统的软件部分包括MCU方软件与PC方软件两个部分组成。MCU方软件又分为主控节点和监控节点两部分,遵循嵌入式软件编程规范进行设计,完成了系统初始化、CAN总线通信、主控节点与PC的串口通信以及监控节点与PLC的上位机协议通信;PC方软件按照面向对象软件设计方法进行设计,完成了与主控节点通信、参数设置、实时监控、历史记录与查询等模块的设计,并对应这些模块设计出相关操作界面。在完成系统的软硬件设计及测试等工作后,到苏州某小企业进行初步现场调试,监控效果较好,得到了企业的肯定。本课题的主要应用创新点有:针对中小企业的设备特点和各品牌PLC不开放的现状,利用CAN总线技术和上位机协议,对多种品牌的PLC在一个系统内实现通信做了有益尝试,验证了系统的可行性,为中小企业的设备升级节约成本;通信系统中使用自定义的上层协议,提高了信息传输的有效性和稳定性。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第1章 概述
  • 1.1 背景
  • 1.1.1 PLC 发展情况及小型PLC 应用前景
  • 1.1.2 PLC 通信的应用情况
  • 1.1.3 工业组态软件的应用情况
  • 1.1.4 现场总线发展情况及应用前景
  • 1.2 CAN 总线实现多种小型PLC 监控系统的构思
  • 1.3 课题意义
  • 1.4 本文工作和结构
  • 1.4.1 本文工作
  • 1.4.2 本文结构
  • 第2章 系统相关基础知识概要
  • 2.1 PLC 基础知识
  • 2.1.1 PLC 存储空间的分配
  • 2.1.2 PLC 的工作原理
  • 2.1.3 相关概念
  • 2.1.4 本课题中各PLC 监控参数的存储空间介绍
  • 2.2 PLC 上位机通信协议介绍
  • 2.2.1 PLC 上位机通信协议概述
  • 2.2.2 协议获取方法简介
  • 2.3 CAN 总线基础知识
  • 2.3.1 CAN 总线简介
  • 2.3.2 CAN 总线的位数值表示与通信距离
  • 2.3.3 CAN 的分层结构
  • 2.3.4 相关概念
  • 2.3.5 报文传输和帧结构
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 监控系统硬件设计
  • 3.1 硬件选型
  • 3.2 芯片介绍
  • 3.2.1 MC68HC908GZ60 微控制器主要性能
  • 3.2.2 ESCI 简介
  • 3.2.3 MSCAN08 简介
  • 3.3 MC68HC908GZ60 支撑电路
  • 3.4 硬件设计
  • 3.4.1 MCU 模块电路原理
  • 3.4.2 MCU 串行通信接口电路原理
  • 3.4.3 MSCAN08 接口硬件设计及测试
  • 3.5 测试体会与总结
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 互连系统软件设计
  • 4.1 监控系统的任务分析和上层协议的制定
  • 4.1.1 监控系统的任务分析
  • 4.1.2 互连系统各部分的通信模式分析
  • 4.1.3 监控上层协议的制定
  • 4.2 主控节点的通信协议分析及软件设计
  • 4.2.1 主控节点主程序流程分析
  • 4.2.2 PC 机与主控节点间的串口通信分析
  • 4.2.3 MSCAN08 模块软件设计
  • 4.3 监控节点的通信协议分析及软件设计
  • 4.3.1 监控节点主流程分析
  • 4.3.2 三菱FX 系列PLC 上位机协议及串口初始化
  • 4.3.3 欧姆龙CPM 系列PLC 上位机协议及串口模拟软件设计
  • 4.3.4 西门子S7-200 系列PLC 上位机协议及串口初始化
  • 4.3.5 PLC 软元件名称与上位机协议中的地址转换
  • 4.3.6 监控节点CAN 总线接口程序设计
  • 4.4 互连系统通信自检
  • 4.5 监控节点软件测试
  • 4.5.1 串口与PLC 上位机协议通信测试
  • 4.5.2 CAN 总线通信接口测试
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 PC 方程序设计及系统集成测试
  • 5.1 PC 方程序主流程分析
  • 5.2 PC 方通信程序分析与实现
  • 5.3 PC 方监控操作界面分析与实现
  • 5.3.1 监控界面功能分析
  • 5.2.2 监控界面设计与实现
  • 5.4 PC 方软件测试和系统集成测试
  • 5.5 系统设计总结体会
  • 5.6 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.1.1 监控系统现场调试情况总结
  • 6.1.2 本文工作总结
  • 6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 附录A MC68HC908GZ60 相关资料
  • 附录B 主控/监控节点电路原理图
  • 附录C 主控节点串口接收监控帧算法
  • 攻读硕士学位期间公开发表的论文及参与的科研项目
  • 致谢
  • 详细摘要

    • 相关论文文献

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