网络化智能测控系统的设计与应用

论文摘要

随着微电子技术和通信技术的发展,以嵌入式处理器为核心的设备在工业控制、楼宇自动化、供电自动化等领域得到了日益广泛的应用,而网络化是其一个重要的发展趋势。针对实际的应用需求,本文提出了一种带网络接口的分布式智能测控系统,采用模块化设计理念,开放性的技术标准,使其具有独立的系统冗余,线性的系统扩张（简称MORE）。本测控系统采用Silicon Laboratories的C8051F040嵌入式微处理器,集成了工业以太网、CAN现场总线、RS485和USB接口。工业以太网采用TCP/IP协议栈W3100A和10/100Mbps的RTL8201BL以太网控制芯片,实现了TCP/IP协议族的ICMP、IP、TCP协议;CAN现场总线采用微处理器集成的CCAN控制器和TJA1040收发器,组成HS通信模式,完成了标准数据帧和扩展数据帧收发;测控系统具有多种模拟量和数字量输入输出接口;人机交互接口有超级终端控制台,Mini键盘和LCM显示;系统应用程序可通过JTAG和USB接口在线更新。本文主要内容有:1.详细地介绍了本测控系统设计的技术基础。2.系统的总体设计和各模块实现。3.实现了网络接口驱动程序及系统程序,结合IEC60870-5系列103篇部分传输规约,开发了CAN、RS485和工业以太网之间数据流的控制程序,并进行测试。4.本测控系统在无轨电车供电线网故障判别与处理以及退火保护中的应用,证明了本测控系统设计合理、运行可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 微处理器技术的现状及发展
• 1.3 控制网络技术的现状及发展
• 1.4 测控系统的研究现状及发展趋势
• 1.4.1 测控装置的研究现状
• 1.4.2 测控装置的发展趋势
• 1.5 网络化智能测控系统的特点
• 1.6 本文的章节安排
• 第二章 测控系统设计的技术基础
• 2.1 嵌入式微处理器
• 2.1.1 C8051F系列处理器的特性
• 2.1.2 C8051F040的主要功能
• 2.2 控制网络技术
• 2.2.1 CAN现场总线
• 2.2.2 工业以太网
• 2.3 应用规约
• 2.3.1 CIP规范的数据封装
• 2.3.2 IEC60870-5-103的数据封装
• 2.4 信号隔离技术
• 2.5 小结
• 第三章 网络化智能测控系统总体设计
• 3.1 总体方案设计
• 3.2 通信控制器的结构和功能
• 3.2.1 通信控制器的结构组成
• 3.2.2 通信控制器的资源特点
• 3.2.3 通信控制器的功能要求
• 3.3 现场测控装置的结构和功能
• 3.3.1 现场测控装置的结构组成
• 3.3.2 现场测控装置的功能要求
• 3.4 小结
• 第四章 硬件设计与软件实现
• 4.1 通信控制器的硬件设计与软件实现
• 4.1.1 通信控制器软件的总体构成
• 4.1.2 Ethernet接口的硬件设计与软件实现
• 4.1.3 CAN接口的硬件设计与软件实现
• 4.1.4 RS485接口的硬件设计与软件实现
• 4.2 现场测控装置的硬件设计与软件实现
• 4.2.1 现场测控装置软件的总体构成
• 4.2.2 数字信号接口的硬件设计与软件实现
• 4.2.3 模拟信号接口的硬件设计与软件实现
• 4.3 控制台、辅助模块的硬件设计与软件实现
• 4.3.1 控制台的硬件设计与软件实现
• 4.3.2 辅助模块
• 4.4 测控系统的测试
• 4.4.1 现场测控装置和网络通信的测试
• 4.4.2 测控系统测试过程中遇到的问题
• 4.5 小结
• 第五章 网络化智能测控系统应用实例
• 5.1 无轨电车系统监控的必要性
• 5.2 整流站系统介绍
• 5.3 供电线网的故障判别与处理现状
• 5.4 电流上升斜率法和脉冲法
• 5.5 供电线网的退火保护
• 5.6 供电线网的监控系统方案
• 5.6.1 监控系统的结构组成
• 5.6.2 监控系统的功能资源分配
• 5.6.3 供电线网的故障判别与处理过程
• 5.7 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文完成的内容
• 6.2 本文的主要特点
• 6.3 进一步的研究建议
• 参考文献
• 附录1：通信控制器PCB
• 附录2：现场测控装置PCB
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文和科研经历