磁性铁氧体材料生产线测控系统的研究

论文摘要

磁性铁氧体材料是现代电子技术中关键的基础材料。随着21世纪信息技术的发展和工业自动化水平的提高,对磁性铁氧体材料和元件提出了新的要求,如器件的小型化、高频化、高性能、低损耗等。因此,提高磁性铁氧体材料生产设备的自动化水平,保证产品质量,对促进我国磁性铁氧体材料的工厂化和产业化的发展具有重大的现实意义。本文的主要设计思想是构建磁性铁氧体材料生产线的测控系统,由一台PC机与多个微控制器组成的现场总线控制系统(Field Control System, FCS),采用以RS485为物理层,Modbus为协议层的通信网络进行数据传输,通过现场的主显示屏和上位机的监控系统能同时直观的观察到磁性铁氧体材料生产线的运行情况。首先,论文详细介绍了磁性铁氧体材料生产线的生产工艺流程,并根据磁性铁氧体材料自动化生产的要求,对整个加工系统进行总体设计。其次,根据测控系统的生产要求,对下位机进行硬件配置和软件设计。ARM LPC2214作为主控单元,论文对主控单元的输入输出设计,外部电路的设计等都进行了详细介绍;在软件部分,引入了嵌入式实时操作系统(RTOS),把ARM控制器中的各个模块都设置成单独的任务并赋予相应的优先级,每个任务都设计了流程图。嵌入式实时操作系统的内核负责各个任务之间的调度和切换来保证任务的实时性。最后,采用图形化编辑软件LabVIEW设计了上位机监控系统。通过与ARM控制器的通讯,上位机能实时地显示磁性铁氧体材料生产线的生产流程、各个开关量的状态、各个模拟量、信息查询等功能,并详细阐述了各功能的具体实现方法。上位机监控系统画面简单直观,操作方便,具有良好的人机交互性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的国内外发展现状与趋势
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 课题的主要任务及安排
• 第二章 磁性铁氧体材料生产线测控系统及现场总线的设计
• 2.1 磁性铁氧体材料的影响因素
• 2.1.1 温度对磁性铁氧体材料的影响
• 2.1.2 配料造球对磁性铁氧体材料的影响
• 2.2 磁性铁氧体材料的生产工艺
• 2.2.1 生产工艺流程
• 2.3 测控系统的总体方案设计
• 2.3.1 测控系统的基本组成
• 2.3.2 测控系统中各部分内容和功能
• 2.3.2.1 上位机监控系统的内容和功能
• 2.3.2.2 下位机测控系统的内容和功能
• 2.4 测控系统的现场总线设计
• 2.4.1 现场总线的概念
• 2.4.2 现场总线控制系统的几种体系结构
• 2.4.3 Modbus 协议以及R5485/Modbus 网络结构
• 2.4.3.1 R5485 串行接口标准与通信原理
• 2.4.3.2 R5485 电缆及传输特性
• 2.4.3.3 R5485 组网
• 2.4.3.4 Modbus 通信协议
• 第三章 下位机测控系统的硬件设计
• 3.1 下位机测控系统的硬件配置
• 3.2 PLC
• 3.2.1 PLC 的主要功能
• 3.3 PLC 选型及端口配置
• 3.3.1 PLC 的选型原则
• 3.3.2 下位机测控系统的PLC 选型
• 3.3.3 PLC I/O 端口的具体配置及部分电气原理图
• 3.3.3.1 造球模块的端口配置和部分电气原理图
• 3.3.3.2 窑体模块的端口配置和部分电气原理图
• 3.3.3.3 球磨模块的端口配置和部分电气原理图
• 3.3.3.4 砂磨模块的端口配置和部分电气原理图
• 3.3.3.5 烘干模块的端口配置和部分电气原理图
• 3.3.3.6 出料模块的端口配置和部分电气原理图
• 3.4 微控制器ARM 芯片的介绍
• 3.4.1 ARM 芯片性能结构
• 3.4.2 ARM7TDMI-S 处理器指令系统
• 3.4.3 各芯片的选择
• 3.4.4 硬件设计
• 3.4.4.1 系统电源电路
• 3.4.4.2 系统复位电路
• 3.4.4.3 系统JTAG 和时钟电路
• 3.4.4.4 开关量输入/输出电路
• 3.4.4.5 脉冲量输出电路
• 3.4.4.6 A/D 转换控制电路
• 3.4.4.7 串口232/485 电路
• 3.4.4.8 LED 显示电路
• 第四章下位机测控系统的软件设计
• 4.1 下位机测控系统的软件组成
• 4.1.1 软件的架构
• 4.1.2 磁性铁氧体材料生产线测控系统的软件框架
• 4.2 嵌入式操作系统uCOS-II 简介
• 4.2.1 uCOS-II 操作系统内核的移植的条件
• 4.3 uCOS-II 在LPC2214 上的移植
• 4.4 启动代码
• 4.4.1 一般ARM 芯片的启动过程
• 4.4.2 LPC2214 的启动文件组成
• 4.4.3 LPC2214 的启动代码工作流程
• 4.5 本系统中各任务的流程图及程序设计
• 4.5.1 模拟量采集任务设计
• 4.5.2 开关量采集任务设计
• 4.5.3 燃烧控制任务设计
• 4.5.4 串行通信任务设计
• 4.6 状态显示部分的程序流程图及设计
• 第五章 监控管理软件设计
• 5.1 磁性铁氧体材料生产线测控系统的特点
• 5.2 上位机软件 LabVIEW
• 5.2.1 LabVIEW 的主要特点和基本功能
• 5.2.2 LabVIEW 程序的基本构成
• 5.3 本测控系统的监控画面设计
• 5.3.1 监控系统工艺流程画面
• 5.3.2 监控系统历史数据查询画面
• 5.3.3 监控系统的程序设计
• 第六章 结论
• 6.1 总结
• 6.2 不足之处及建议
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要