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基于PROFIBUS总线的电气火灾监控系统设计与实现

2020-12-12阅读(389)

基于PROFIBUS总线的电气火灾监控系统设计与实现

论文摘要

PROFIBUS总线具有实时性强、传输速率高、灵活性强、协议开放等优点,目前应用越来越广泛。为使传统的电气火灾监控系统能连入PROFIBUS网络,同其他产品实现开放性互连和现场分布式控制,本文设计与开发了基于PROFIBUS总线的电气火灾监控系统。使电气火灾监控器在具备传统监视、保护功能的同时,可通过协议转换模块与现场中的其他设备组成通信网络。（1）通过分析电气火灾监控系统的研究现状及发展趋势,指出了传统电气火灾监控系统的局限性,提出了基于PROFIBUS总线的电气火灾监控系统的解决方案。并介绍了PROFIBUS总线技术特征、PROFIBUS-DP技术的物理层和数据链路层。（2）通过分析系统的各个模块的功能及相关性能指标,制定了基于PROFIBUS总线的电气火灾监控系统的总体方案和设计思路；并设计了上位机与下位机的通信数据。（3）根据PROFIBUS协议标准（GB/T20540-2006）,选择了用硬件方式实现PROFIBUS-DP协议转换模块,给出了协议转换模块的硬件设计方案,分别阐述了主要硬件电路的组成原理和实现方法：PROFIBUS-DP通信端口电路、电源电路、RS485通信端口电路。提出了PROFIBUS-DP协议转换模块的软件设计方案,详细论述了PROFIBUS-DP协议转换的实现方法,并给出了设计流程图。（4）根据电气火灾监控系统国家标准（GB14287-2005）,给出了电气火灾监控器的硬件设计方案,详细分析了各模块的硬件设计原理和实现方法：主控制器模块、信号采集模块、联动及脱扣模块、报警模块、人机接口模块和电源模块。给出了相应的软件设计并详细论述了漏电保护功能、电压电流保护功能的实现。（5）分别对PROFIBUS-DP协议转换功能及电气火灾监控器的功能进行测试并得出结果和结论,根据上位机的功能要求,用STEP7软件和WINCC软件对上位机人机交互界面进行了设计,结合电气火灾监控器、PROFIBUS-DP协议转换模块和上位机监控界面进行了系统整体性能测试,给出了相关测试结果及结论。最终的测试和运行结果表明：该系统不仅运行稳定可靠,而且各技术指标均达到了预期设计要求。其中PROFIBUS-DP协议转换模块通过了中国现场总线PROFIBUS技术资格中心（CPCC）的测试。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究背景
  • 1.2 电气火灾监控系统的研究现状及发展趋势
  • 1.2.1 电气火灾监控系统的研究现状
  • 1.2.2 电气火灾监控系统的发展趋势
  • 1.3 PROFIBUS总线技术概况
  • 1.3.1 PROFIBUS的基本特征
  • 1.3.2 PROFIBUS-DP技术
  • 1.4 课题来源及意义
  • 1.5 课题主要研究内容
  • 第2章 电气火灾监控系统总体设计
  • 2.1 电气火灾监控系统设计的基本要求
  • 2.1.1 电气火灾监控器的功能分析
  • 2.1.2 PROFIBUS-DP协议转换模块的功能分析
  • 2.1.3 上位机监控界面设计要求
  • 2.2 电气火灾监控系统总体设计
  • 2.2.1 总体结构设计
  • 2.2.2 系统通信数据设计
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 PROFIBUS-DP协议转换模块设计与实现
  • 3.1 PROFIBUS-DP协议转换模块实现方法
  • 3.2 PROFIBUS-DP协议转换模块硬件设计
  • 3.3 主要硬件组成模块设计
  • 3.3.1 PROFIBUS-DP通信端口电路设计
  • 3.3.2 RS485通信端口电路设计
  • 3.3.3 电源电路设计
  • 3.4 PROFIBUS-DP协议转换模块软件设计
  • 3.4.1 DP从站状态机
  • 3.4.2 SAP服务存取点
  • 3.4.3 PROFIBUS-DP数据报文
  • 3.4.4 软件整体结构设计
  • 3.4.5 主程序设计
  • 3.4.6 SPC3初始化及启动程序设计
  • 3.4.7 中断程序设计
  • 3.4.8 接口GSD文件设计
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 电气火灾监控器的设计及实现
  • 4.1 电气火灾监控器硬件设计
  • 4.2 主要硬件组成模块设计
  • 4.2.1 主控制器模块设计
  • 4.2.2 信号采集模块设计
  • 4.2.3 报警模块设计
  • 4.2.4 联动及脱扣模块设计
  • 4.2.5 人机接口模块设计
  • 4.2.6 电源模块设计
  • 4.3 电气火灾监控器软件设计
  • 4.3.1 主程序设计
  • 4.3.2 信号处理程序设计
  • 4.3.3 电压保护程序设计
  • 4.3.4 电流保护程序设计
  • 4.3.5 A/D采样程序设计
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 系统测试及分析
  • 5.1 系统测试平台构建
  • 5.2 PROFIBUS-DP协议转换功能测试
  • 5.2.1 测试方法
  • 5.2.2 测试结果
  • 5.2.3 测试结论
  • 5.3 PROFIBUS-DP协议转换模块CPCC测试
  • 5.4 电气火灾监控器功能测试
  • 5.4.1 剩余电流动作特性测试
  • 5.4.2 电压保护特性测试
  • 5.4.3 电流保护特性测试
  • 5.5 系统通信功能测试
  • 5.5.1 上位机监控界面设计
  • 5.5.2 系统通信测试方法
  • 5.5.3 系统通信测试结果及结论
  • 5.6 本章小结
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 攻读学位期间发表的论文
  • 附录B 攻读学位期间参加的科研项目
  • 附录C 部分原理图
  • 附录D 部分PCB板
  • 附录E 部分产品测试报告

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