工业通信网关的监控系统设计

论文摘要

针对目前各种现场总线的开放性和互操作性难以统一,支持不同总线技术的设备之间无法直接进行通信的情况,本课题组研发了一款多协议转换工业通信网关DGW300,在嵌入式系统的基础上同时支持Modbus/RTU、Modbus/TCP、Modbus/UDP、Profibus-DP四种通讯协议,不同通讯协议的设备可通过网关DGW300实现数据交互。工业通信网关DGW300的功能和使用环境要求用户客户端能配置网关参数并监控网关从设备数据,因此本文设计开发了配套此网关设备的监控软件GWConfig,实现上位机通过串行通信和以太网通信方式对网关进行配置管理、对网关从设备进行实时数据监控并远程上载网关内SD卡的数据文件。该软件同时支持Modbus RTU、Modbus TCP/UDP、Modbus Cmd、SD Cmd等通信协议。软件设计中采用优先级的命令队列,高效管理系统控件触发消息,利用MFC的MSComm控件实现串行通讯；同时在Windows环境下,采用Client-Sever模式中的Socket网络编程原理,使用多线程通讯技术,实现以太网通讯；文中根据特殊SD Cmd协议,设计SD卡数据远程上载,对传输数据的有效性进行解析,以txt文件形式保存数据。另外针对现场某些场合布线麻烦的情况,结合新兴的ZigBee无线通信技术,本文采用CC2430射频模块设计了无线扩展模块,实现了基于ZigBee的无线数据网络通信,该无线模块配合网关DGW300工作。本文利用IAR开发工具设计了ZigBee无线模块的底层驱动程序,实现了无线数据传输。上位机可通过ZigBee无线模块对网关从设备数据进行无线监控。通过实验测试表明,上位机能够利用网关监控软件GWConfig通过串行通信和以太网通信两种通信方式对网关实现配置管理,对网关从设备数据进行实时监控,并能够远程上载SD卡内数据文件。同时,上位机通过无线扩展模块能够通过无线方式访问网关的从设备数据,实现有线网络与无线网络的结合。目前,本网关监控软件和无线扩展模块己配合网关投入使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.1.1 工业通信网关应用背景
• 1.1.2 无线网络在工业控制系统中的发展
• 1.1.3 选题意义
• 1.2 工业通信网关应用现状
• 1.3 ZigBee技术研究现状
• 1.4 论文研究内容及章节安排
• 2 系统总体设计
• 2.1 工业通信网关系统结构
• 2.2 监控软件总体设计
• 2.2.1 需求分析
• 2.2.2 软件结构
• 2.3 无线扩展模块总体设计
• 3 监控软件详细设计
• 3.1 结构设计
• 3.2 通信流程设计
• 3.2.1 串行通信设计
• 3.2.2 优先级命令队列设计
• 3.2.3 以太网通信设计
• 3.3 程序设计
• 3.3.1 驱动模块设计
• 3.3.2 数据解析模块设计
• 3.4 SD卡数据远程上载设计
• 3.5 异常诊断与处理
• 4 无线扩展模块设计
• 4.1 ZigBee无线技术介绍
• 4.1.1 ZigBee技术简介
• 4.1.2 ZigBee网络设备和网络拓扑
• 4.1.3 ZigBee协议栈简介
• 4.2 无线扩展模块整体设计
• 4.3 无线扩展模块软件设计
• 4.3.1 无线扩展模块通信设计
• 4.3.2 点对点无线通信原理
• 4.3.3 ZSE设备程序设计
• 4.3.4 ZTE设备程序设计
• 5 设计验证
• 5.1 测试平台
• 5.2 测试内容
• 5.2.1 监控软件测试
• 5.2.2 无线扩展模块测试
• 结论
• 参考文献
• 附录A 实物图展示
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢