1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于远程网络的金属探测识别系统研究 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 如今，以太网技术获得了迅猛的发展，工业以太网成为工业控制网络的主流发展方向。由于工业生产的扩大化 ,企业的管理方 式普遍存在如何远程控制、如何集成模块化生产现场以及如何耦合不同技术等诸多问题。 本课题研究基于远程网络的操控，运用现场总线技术和软总线技术，实现多个现场监测点的金属探测识别和计数。该系统面向工业自动化控制，具备开放性、稳定性、实时性，是一种物联网式系统，对现代工业网络的发展有着极大的推动作用，但是在功能完整性方面还有
2、进步的空间。 本文主要分四个部分。第一章介绍了分布式金属探测识别系统的设计理念与其应用现状，简述了课题研究的内容。第二章介绍了该系统所属的工业网络控制的概念，对系统总体结构以拓扑图做出了分析，并 阐述了系统特性及主要应用技术。第三章介绍了系统在设计方案基础上的实现部分，针对各层次功能要求及难点，采用 C#、 Labmap、 WAGO I/O system 等技术手段。最后进行功能测试，描述系统的实现，展示探测识别的结果，并且对设计过程出现的难点和系统的不足做了归纳，提出相应的解决方案。 关键词： 工业控制网络；现场总线；金属检测 - 2 - Abstract Today， Ethernet t
3、echnology acquired dramatic growth, industrial Ethernet become the main stream of the industrial control network. Because of the enrichment of the industrial production, companies management mode exists many problems, as how to remote control, how to make the production field modularized, how to lin
4、k the different technologies in one system and any other difficulties. This subject research based on remote network control, the system utilizes field bus and software bus, to make the metal detection and counting at different points come true. The metal detection system with openness, stability an
5、d real time, is a kind of internet of things. It gears to industrial automation control systems, plays an important part to the development of industrial networks. But there is still room for the functional integrity. This paper is divided into four parts. The first chapter introduces the distribute
6、d metal detection and recognition systems design and its application status, outlines the research content. The second chapter describes the concept of industrial networks which the control system belongs to, and makes the analysis of overall structure of the system as a topology, describes system c
7、haracteristics and main application technology. The third chapter describes the implementation part based on the design proposal. The realization should be directed towards the functional requirements for all levels and difficulties, so we use C#, Labmap, WAGO I/O system and other technical means. F
8、inally, it describes functional testing and the realization, then shows the results of detection and recognition, sums up the difficulty of the design process and the shortness of the system, so as to put forward the corresponding solutions. Key Words: industry control network; field bus; metal dete
9、ctor - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 金属探测识别系统及其应用现状 . 1 1.2 本课题研究内容 . 1 2 基于远程网络的金属探测识别系统设计 . 3 2.1 工业网络控制 . 3 2.2 金属探测识别系统结构框图 . 4 2.3 系统软硬件技术说明 . 6 2.3.1 金属检测识别探头 . 6 2.3.2 现场总线技术 . 6 2.3.3 远程控制网络 . 7 2.3.4 软总线技术 . 8 3 基于 LABMAP 软总线实现分布式金属探测识别系统 . 10 3.1 金属探测硬件系统的实现 . 10 3.1.1 WAGO-I/O 现场总线 . 10 3.2 结合 LAB
10、MAP 软总线技术搭建远程网络平台 . 12 3.2.1 Labmap 软总线平台 . 12 3.3 上层操作与监控软件的设计与实现 . 15 3.3.1 分布式金属探测软件 . 15 3.3.2 程序流程图及代码 . 17 3.3.3 操作主界面 . 18 3.3.4 金属有无的判别 . 19 3.3.5 检测数据的查看 . 19 3.3.6 系统的退出 . 20 4 系统测试及结果 . 22 4.1 功能测试及结果 . 23 4.2 难点及其解决方法 . 24 5 总 结 . 26 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 27 - 4 - 附录 1 部分程序代码 . 28 附录 2
11、 毕业设计作品说明书 . 31 - 1 - 1 引言 网络，打破了人们一贯的生活模式，也打破了工业的生产模式，日新月异的科技带动了经济的发展。网络与机器的结合逐渐可以完成人类力所不能及的工作，在食品行业，在安检，在矿物探测，在考古界等社会生活的各个领域中，金属的探测都有着广泛的应用，而手工工作会耗费大量的人力物力，降低工作效 率，为顺应社会的发展，网络的加入可以造就一个完整的金属探测识别系统，简化工作流程，实现大规模的分布式现场管理工作，以此代替人力的多余付出，也避免了一定的工作危险性。 1.1 金属探测识别系统及其应用现状 目前， 金属探测器 已经被投入大规模的生产中， 因其功能和市场应用领
12、域的不同可分为 多种，但单一的金属探测器脱离了系统整合的概念，缺少了统一化管理，而金属探测识别系统结合了工业控制中的现场总线技术，融入了以太网，有效地整合成为物联网式的系统。 金属探测系统的出现带动了新兴行业的发展，由于社会犯罪率的上升，人们安全 意识的提高，安全检查现在已经成为全世界多数公共场所的必须工作流程之一。在考古学界，金属探测也发挥着重要的作用。本文介绍的即是一种通过远程网络操控金属探测识别系统来管理分布式探测终端的智能系统。 对于基于现场总线的工业控制网络的远程金属探测系统的前景，在当今技术快速发展的社会，这项技术相比之下在可靠性、高精度、经济性上都有很大优势，我们将其充分运用到机
13、场安检、地下金属矿物探测、企业产品质量检测等各领域，这对于提高现代企业的经济效率的作用是毋庸置疑的。 1.2 本课题研究内容 在网络普及的同时，工业的网络控制急 速发展，企业的智能化管控技术成为研究热点，主要致力于开发如何通过高层网络或远程管理者来统一管理多个生产- 2 - 现场。应用于安全检测及科学探索的金属探测识别系统也属于这一范畴，在人工智能化的管理下实现安全保障的金属物质探测，因为存在多识别通道，所以需要更统一化的管理。在这种管理困难之下，就需要采用工业以太网的控制方式，来解决企业一体化管理的困难，以实现高效的自动化管理模式。 本课题主要研究采用现场总线技术，结合上层软件分布式金属探测
14、操作界面和 软总线 Labmap 技术 ，配置统一参数和物理地址， 与工业以太网充分融合，在网络 层面提供了统一的通信和数据传输平台， 通过以太网来实现远程的现场设备的统一操控和管理，引入数据库技术，在实时传输数据反馈的同时，记录检测记录并生成统计数据表，解决了工业以太网和现场总线的结合，软件中间件和金属探测软件的结合，软件中间件与 WAGO 输入输出设备的结合，如此实现工业管理的一体化，提升自动化管理的水平。 - 3 - 2 基于远程网络的金属探测识别系统设计 2.1 工业网络控制 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展 ，工业的规模化、对智能控制监控的需求造就了今天的工业控制网络。工业控
15、制网络从最初的计算机集或控 制系统 CCS到集散控制系统 DCS，发展到现场总线控制系统 1。工业控制网络使得企业变得广域性，管理者能在异地远程操控企业的运作系统，外来用户也可以通过网络访问系统，这系列的动作都靠现场总线来实现数据传输的可靠性和实时性，充分体现了网络的全球性。工业控制网络经过这么多年的发展，为工业生产带来不可估量的便利，在这个庞大网络里，并存着多种技术，在不同的系统要求下被分为不同的网络类型，图 2-1总结了工业控制网络的 4大主要类型 2：传统控制网络、现场总线、工业以太网以及无线网络。 图 2-1 工业控制网络的主要分类 工业网络先进控制的目标就是为了解决那些采用常规控制效
16、果不佳甚至无法对付的复杂工业过程控制问题 3。一些应用场合，特别是跟安全相关的领域，它们都要求在现场总线节点里有一个不会干扰现有布线也可以进行信息交换的模块。所以我们会使用具备这一特性的总线技术（如 WAGO-I/O-SYSTEM 753 设备）传统控制网络 CCS、 DCS 等 现场总线 CAN、 FF、 CC-Link 等 工业控制网络 无线网络 WSANS 、RFieldbus 等 工业以太网 EtherCAT 、 Modbus 、EPA、 HSE等 - 4 - 来搭建这样一个网络，在不管 I/O 模块是否结合可插拔 现场布线的情况下，也能够自由选择连接每个个体 I/O 模块甚至现场总线
17、节点的最佳类型 4。我们主要利用软总线和 WEB 来监控每个现场设备，采用操控平台采集反馈数据或设置所需的参数，实现可靠的、实时的、互操作的数据通信。 我们已经将现场总线技术成功的带入了工业控制网络，并广泛应用于电力系统、工业生产线和楼宇控制等系统中。 控制网络的发展 ,其基本趋势是逐渐趋向于开放性、透明的通讯协议 ，虽然 现场总线 的 种类繁多 ,但各种类间 互不兼容 ，而且其开放性是有条件的、不彻底的，这使得这种技术在工业上有一定使用范围的局限性 。 然而，工业 无线以太网几乎支持所有流行的网络协议，有良好的实时性和可靠性，强大的抗干扰能力，传输速率高等优势，由于布线少，无线现场总线有很强
18、流动性，而且易于安装和维护 5，所以顺利的进入了控制领域，形成了新型的工业以太网控制网络。随着无线技术的进步，我们已经可以将一个无线网络集成到现有的一个总线系统中 6。现在，工业以太网关键技术的研究成为目前工业控制网络研究的热点，无线网络技术也成为人们发展的方向，我们已经开发出短距离双向无线通信的 Zigbee 技术，其传速低但通信效率高，是传感网络的基本通信技术。还有 IEEE 802.11， IEEE 802.11a、 IEEE 802.11b、 IEEE 802.11g等无线协议。针对现有无线协议的不足，我们或许在将来能开发出更有效的无线技术应用到工业控制网络中。 2.2 金属探测识别系
19、统结构框图 基于网络控制的金属探测识别系统采用双向通信进行现场操控与数据管理，图 2-2 为系统结构框架图。 - 5 - 图 2-2 基于远程网络的金属探测识别系统 基于远程网络的金属探测识别系统采用软硬件结合的方式， 从远端到近端分别为：远程控制 PC 机或任意与网络互联的控制台（其中包含自行开发的金属探测识别上层软件和软总线对上层软件的应用部分）、软总线对物理级设施的应用部分、互联网或局域网、多个现场总线技术块及其各自连接的金属探测传感器。 针对系统特性与实际设计环境的需要，系统采用 C#编程语言开发金属检测的高层软件，融入 SQL 语句完成的数据库技术，达到用户界面操作和金属探测结果计数
20、及汇总的功能，并结合软件中间件这个平台来实现软件部分，以任意一台互联网中的远程 PC 机控制现场，实现单机多控，让管理更“接近”现场。软件中间件面 向分布式应用软件，实现应用之间的互操作。耦合多种不同现场总线协议，从而简化了应用层和物理层的信号传输。在两个应用层软件执行前，需要配置相同的 Handle 值。软总线平台通过互联网对下层连接的是现场总线模块，因此现场总线应具备 NET网口以及自身的 IP地址，以此省略近端 PC机的媒介作用。根据近远端控制和传送数据量多少的要求，系统使用并行总线，面向工业自动化控制。现场终端为多个金属检测器，感应金属是否存在，实时将数据返回至上层设备最终到达控制台。 在双向通信中，管理者进行实时数据采集及系统参数配置，成功实现系统功能特 性。以下为系统的特点介绍及功能分析。 金属探测传感器 4 Ethernet/Internet 金属探测传感器 2 金属探测传感器 3 TCP/IP 现场总线 1 现场总线 2 现场总线 3 现场总线 4 软总线平台 金属探测传感器 1 （上层分布式检测软件） （ 数据库 ）
