1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于工业网络的分布式温度测量系统研究 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 在世界各国研发机构的共同推动下，传统的控制网络早已被淘汰，工业的科技化 、 智能化以及规模化，造就了如今的工业网 络控制系统。其中工业以太网技术的研究日益成为工业控制网络研究的热点。智能建筑是现代楼宇建设的发展趋势 ,将工业以太网应用于智能建筑 ,必将提高系统的可靠性、开放性、可扩展性和易维护性 ,降低系统成本。 该课题研究的是如何利用 基于工业以太网和 Labmap软总线平台，通过软硬件相结合的方式，实现多个现场监测点的温度
2、测量。 论文分成五章来介绍基于工业网络的分布式温度测量系统的开发及研究，从开发所需要的相关知识到开发的方案以及开发过程都有所涉及。第一章主要为本次课题的引言，简单介绍温度测量系统的发展现状，同时讲述了分布式 温度测量系统的开发意义、可以达到的功能以及本次分布式温度测量系统开发需要做的事项和论文的主要内容。第二章通过工业网络控制、系统总体结构、系统特点等三点来对基于工业网络的温度测量系统进行说明，这个设计中工业网络中涉及到了现场总线以及工业以太网。第三章通过简要叙述 C#汇编语言、 Labmap 软总线等方面来讲述总体方案，介绍分布式温度测量的实现。第四章为运行结果，主要对分布式温度测量系统进行
3、测试，给出测试结果分析。第五章为结论部分，是对本次设计做的总结，同时讲述了本次设计的不足的地方。 关键词： 温度控制，工业网络 ，智能家居， 软总线 - 2 - Abstract The research and development institution in the countries all over the world to jointly promote, traditional control network have been eliminated. Industrial technology intelligent and scale of the making nowad
4、ays industrial network control. Industrial Ethernet technology research of industrial control network has increasingly become research hotspot. Intelligent building is the development trend of modern building construction, let the industrial Ethernet used in intelligent building, must enhance the sy
5、stem reliability, openness, expansibility and maintainability, and reduce system cost. The research is how to use based on industrial Ethernet and soft bus platform to realize multi-point on-site monitoring stations in the distributed temperature measurement. Paper introduction to be divided into fi
6、ve chapter based on industrial network distributed temperature measurement system development and research. From the development of relevant knowledge needed to develop solutions and the development process have involved. The first chapter basically for this topic quotation, simply introduced the te
7、mperature measuring system, and also told distributed temperature measuring system and can achieve the significance of developing the function. At the same time, it tells the distributed temperature measurement system development need to do items and the main content of the paper and this distribute
8、d temperature measurement system development need to do items and the main content of the paper. We through the industrial network control, system structure and system characteristics based on industrial network to show the temperature measuring system in the second chapter .This design of industria
9、l networks involving the field-bus and Industrial-Ethernet. In the third chapter, through the brief narration c# assembly language, Labmap soft bus to tell overall scheme, introduce the realization of distributed temperature measurement. The fourth chapter is operational results. It mainly for distr
10、ibuted temperature measuring system is tested, gives the analysis of the testing result. The conclusion is in the fifth chapter, it for this design do summary, - 3 - and also told the shortage of place of this design. Key Words: temperature control, sensor, industrial network,softbus - 4 - 目 录 1 引言
11、.1 1.1 温度测量系统及其现状 .1 1.2 本课题的研究内容 .1 2 基于工业网络的温度测量系统设计 .3 2.1 工业网络控制 .3 2.1.1 现 场总线 .3 2.1.2 工业以太网 .3 2.2 系统总体结构 .4 2.3 系统特点 .5 3 基于 LABMAP 软总线实现远程分布式温度测量系统 .6 3 1 创建现场温度检测硬件系统 .6 3.1.1 Wago-I/O .6 3.1.2 传感器 .6 3.2 基于 LABMAP软总线搭建远程网络平台 .7 3.2.1 Labmap 软总线 .8 3.2.2 Modbus 与 Labmap 的必要性 .9 3.3高层操作软件的设
12、计与实现 .9 3.3.1 C#语言 .9 3.3.2 数据库 .10 4 运行结果及分析 . 11 4.1 运行情况 . 11 4.2 分析情况 .13 5 结论 .15 致 谢 . 错误 !未定义书签。 附录 1 主要源程序代码 .17 附录 2 毕业设计作品说明书 .22 - 1 - 1 引言 随着经济的发展 ， 社会信息化的程度不断提高 ，传统的家居理念已经慢慢被人们的生活所淘汰， 智能家居的概念逐步走进了人们的生活 。 它的最终目的是让家庭更舒适 、 更方便 、 更安全 、 更 符合环保 。 人类消费需求和住宅智能化的不断提升 ， 今天的智能家居系统将拥有更加丰富的内容 ， 系统配置
13、也越来越复杂 。 智能化家居发展将大大推动我国实现家庭信息化进程 。 它能够为人们提供更加轻松 、 有序 、 高效的现代生活方式 。 在不久的将来 ， 没有智能家居系统的住宅肯定不合潮流 1。 1.1 温度测量系统及其现状 目前对于人们的生活而言，若想要进行温度测量，一般都是采用最传统的方式 -温度计，通过温度计内水银的升高或降低来得知温度的高低。这种传统方式相对而言，不会太麻烦，但是不能进行分布式测量，也没有智能提示作用。而且水银 有毒，一不小心可能会给人身带来危险。这个设计就是介绍一种基于工业网络控制的分布式温度测量系统。 分布式温度测量，可以应用于家居生活，例如体温测量，室内外温度差测量
14、；用于工业时， 在稠油热采中 ,为了合理地注汽、采油 ,需要对注汽井或生产井进行井下温度测试 ,以便分析注采效果 ,调配注汽参数 ,提高热采经济效益 。所以分布式温度测量在生活生产中起着越来越重要的作用。 该课题研究成功后主要应用于智能家居测温，为人们的生活提供更多便利。 1.2 本课题的研究 内容 本系统 重点研究基于工业网络控制技术的系统开发。主要操作以下几点 ：（ 1）了解并掌握分布式温度测量系统的工作原理、使用方法； （ 2）搭建硬件环境：包括一台远程 PC 机，互联网，普通 PC 机， WAGO 现场总线，温度检测设备等； （ 3）配置 labmap通信平台：设置 labmap参数，
15、与编写程序中的参数相同，- 2 - 与现实生活相符； （ 4）开发控制软件：在 Visual Studio 中编写 C#汇编语言； （ 5）功能测试：将自己编写的程序，在搭建的硬件环境与软件结合下运行； （ 6）探究如何利用软总线平台和基于工业以太网，实现分布式温度测量，开发分布式温度测量系统的多样功能，拓展其应用领域 。 本 次课题主要研究的内容是基于 工业网络的分布式温度测量系统的 设计和开发 。 最终的设计目标是通过 编写 C #汇编语言在 Visual Studio 软件中 生成一个可输入的 温度显示 界面。当用户 正确连接各个硬件设备，确保网络的连接 后，按下 特定 按键后，系统通过
16、 传感器感应各个监测点的温度 ，之后将 温度显示在相应的温度显示界面中，并做出相关的动作。同时可以通过数据库查看历史温度检测信息。 该课题研究成功后主要用于智能家居测温。可以在每一层各个房间都设一个监测点，通过传感器实时监测每个房间的温度及温度差。当介于一定的温度时，就打开气窗 ；高于一定的温度时，就打开空调。还可以同时监测室外与室内的温度，例如同时在室内与庭院设置两个采集点，当室外温度超过一定温度时提醒主人外出时注意防晒避暑；当温度低于一定温度时，提醒主人外出时注意御寒。 - 3 - 2 基于工业网络的温度测量系统设计 2.1 工业网络控制 工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双
17、向、多站的通信系统。 它有安装布线方便；模块化；易于诊断；自我建构；企业化管理等特点 2。 网络控制系统是传统控制方法在信息技术时代向分布式自动控制发展的结果 ,也是当前工业控制网络发展的方向。随着计算 和通信信息技术的发展 ,利用通信网络可以实现地域上分布的现场传感器、控制器及执行器之间的信息交互 ,从而达到被控制对象的实时反馈控制。面向工业的网络控制系统能够实现复杂大系统和远程控制、资源共享 ,具有较高的诊断能力、交互性好、减少系统布线、增加系统柔性和可靠性等诸多优点 3。 工业控制网络的 4大主要类型有：传统控制网络、现场总线、工业以太网以及无线网络。这次设计中，主要涉及到的是现场总线和
18、工业以太网。 2.1.1 现场总线 现场总 线 是 近 几年 来 迅 速发展 起 来 的 一 种 工 业 数 据 总 线 ，是 应 用在生产现场， 连接传感器、控制器和 执行器等现场设备的一种全数字化、全分散化、智能、双向、多变量、多站的 在 微 机化 测 量 控 制 设 备 之 间 实现 双 向 串 行 多 节 点 数 字 通 信的 系 统 ， 也 称 为 开 放 式 、 数 字 化 、 多 点 通 信的 底 层 控 制 网 络 。 它 是 综 合 运 用 微处理 器 技 术 、 网 络 技 术 、 通 信 技 术 和 自 动化 技 术 的产 物 ， 将 微处理 器 置 入 现场 自 控设
19、备 ， 使 设 备 具 有 数 字 计 算和数 字 通 信的能 力 4。 工 作 在生产现场 前 端 ， 作 为工厂 网 络 底 层 的现场总 线 ，是 专 为 现场 环 境 而 设 计 的， 可支持 双 绞 线 、 同 轴 电 缆 、光 缆 、 红 外 线 、 电 力 线 等 ， 具 有 较 强 的 抗 干 扰 能 力 ，能 采 用 两线 制 实现 供 电 与 通信， 并 可 满 足 本 质 安 全 防 爆 要求 等 4。 在这个设计中，鉴于 Wago-I/O现场总线的多功能性，灵活性等主要特点，是用它来实现现场温度测量的主要原因。 2.1.2 工业以太网 工业以太网，一般来讲是指技术上与商
20、用以太网兼容，但在产品设计时，在- 4 - 多方面能满足工业现场的需要的一种典型的工业通信网络。它是一种新型的、正在发展的技术，采用工业级电源，网络抗干扰能力强，安装方便，支持远程诊断和安装，易于和 PC 机通讯，易于挂接到互联网上。它可以贯穿整个网络的各个层次 ,实现办公自动化和工业自动化的无缝连接 ,其良好的互联性和可扩展性必然使之成为一种真正意义上的全开放 的网络体系结构 。 智能建筑是现代楼宇建设的发展趋势 ,将工业以太网应用于智能建筑 ,必将提高系统的可靠性、开放性、可扩展性和易维护性 ,降低系统成本 6。 目前火电站的厂级信息网络系统几乎都是采用以太网，通过工业以太网可实现现场总线
21、与信息网络的集成。现场总线最终将向 Ethernet过渡 5。现场总线在各方面的特点使其与信息网络的集成变得十分自然。随着工业以太网的迅猛发展，工业以太网已成为事实上的工业标准。 2.2 系统总体结构 如图 2-1 所示，基于工业网络的分布式温度测量系统，是软硬件相结合，物与网相连的产物。 室内温度测量器 现场总线 1 室外温度测量器 现场总线 2 软总线 （ 互联网 ） （ 数据库、 温度测量软件 ） - 5 - 图 2-1 基于工业网络控制的分布式温度测量系统 基于工业网络控制的分布式温度测量系统，是在软硬件相结合的基础上实现的。首先是搭建这次设计的硬件环境，包括软总线的配置，确定电脑与现
22、场总线之间的网络是否畅通等；其次是通过软总线平台在网络控制下，由 TCP/IP 对现场总线系统进行控制。最后是在远程电脑上用软件通过汇编语言编写分布式温度测量方案，最终运行程序，通过温度测量器测试设计结果。 2.3 系统特点 系统特点：（ 1）物联网。所谓物联网，就是通过各种 信息设备，例如传感器等各种装置与技术，实时采集任何需要连接、监控的物体或过程，采集各种需要的信息，与互联网形成一个巨大的网络。在这个研究中，物联网具体体现在网络与现场总线等硬件的结合。（ 2）分布式。所谓分布式，就是可以多点的，并行发生的。点与点之间不会相互干扰，影响检测信息。多个温度测量系统同时检测温度，就是分布式的最好体现。
