测控系统网络化技术及应用第2版 于洋第7章.ppt

测控系统网络化技术及应用（第2版）,机械工业出版社 2014,第7章 网络化测控系统实例,机械工业出版社 2014,本章主要内容,7.1 应用系统工程开发步骤 7.2 实例1：基于RS-485网络抄表系统设计 7.3 实例2：基于以太网的远程抄表系统设计 7.4 实例3：基于无线数传的箱式变电站数据远程检测系统设计 7.5 实例4：基于GPRS的油井远程监控系统设计 7.6 实例5：基于PROFIBUS的自来水厂分布式监控系统设计 7.6 实例6：基于物联网技术的农业环境监控管理系统设计,7.1 应用系统工程开发步骤,本节主要内容 7.1.1 系统研制流程 7.1.2 硬件设计规范 7.1.3 软件设计规范,7.1.1 系统研制流程,系统项目的研制可分为四个阶段： 准备阶段； 设计阶段； 仿真和调试阶段； 现场联调投运阶段 下面详细讲解四个阶段的步骤和特定内容7.1.1 系统研制流程,1．准备阶段分为： ⑴ 甲方提出任务委托书 ⑵ 乙方研究任务委托书 ⑶ 双方对委托书进行确认性修改 ⑷ 乙方初步进行系统总体方案设计 ⑸ 乙方进行方案可行性论证,7.1.1 系统研制流程,2．设计阶段分为 ⑴ 组成设计队伍 ⑵ 硬件总体设计 ⑶ 软件总体设计 ⑷ 系统总体方案 ⑸ 方案论证与评审。

⑹ 硬件、软件的细化设计及调试 ⑺ 系统总装,7.1.1 系统研制流程,3．仿真和调试阶段 ⑴ 实验室硬件联调 ⑵ 实验室软件联调 ⑶ 实验室系统仿真,7.1.1 系统研制流程,4．现场安装调试阶段 1）检测元件、变送器、显示仪表、调节阀等必须通过校验，保证精确度要求可进行一些现场校验 2）各种接线和导管必须经过检查，保证连接正确 3）对在流量测量中采用隔离液的系统，要在清洗好引压导管以后，灌入隔离液 4）检查调节阀能否正确动作；旁路阀及上下游截断阀关闭或打开要搞正确 5）检查系统的干扰情况和接地，如果不符合要求，应采取措施 6）对安全防护措施进行检查7.1.2 硬件设计规范,1.硬件开发的基本过程 第一，是要明确硬件总体需求情况 第二，根据需求分析制定硬件总体方案 第三，总体方案确定后，做硬件和单板软件的详细设计 第四，作单板调试，必要时修改原理图并作记录 第五，软硬件系统联调 第六，内部验收，项目硬件完成开发过程,7.1.2 硬件设计规范,2.硬件开发的规范化 硬件开发的基本过程应遵循硬件开发流程规范文件执行，不仅如此，硬件开发涉及到技术的应用、器件的选择等，必须遵照相应的规范化措施才能达到质量保障的要求。

这主要表现在，技术的采用要经过总体组的评审，器件和厂家的选择要参照物料认证部的相关文件，开发过程完成相应的规定文档，另外，常用的硬件电路(如ID.WDT)要采用通用的标准设计7.1.2 硬件设计规范,3.硬件开发流程详解 .硬件需求分析； .硬件系统设计； .硬件开发及过程控制； .系统联调； .文档归档及验收,7.1.3 软件设计规范,1．控制系统对应用软件的要求 ⑴ 实时性 ⑵ 针对性 ⑶ 灵活性和通用性 ⑷ 可靠性 ⑸ 有效性 ⑹ 可维护性,7.1.3 软件设计规范,2．应用软件的设计方法 ⑴ 系统设计 从功能的角度考虑，确定方案 ⑵ 结构设计 确定软件的结构，它的典型过程是： 1）提出各种满足功能要求的合理方案； 2）分析比较各种合理方案的利弊，经过用户和有关技术专家审查后，确定最佳方案； 3）可从实现性入手，将复杂的结构进行分解； 4）设计软件的模块化层次结构，顶层模块调用它的下层模块以实现完整功能，每个下层模块再调用更下层的模块，从而完成一个子功能，底层模块完成最具体的功能； 5）详细设计，这里并非具体地编写程序，而是设计出程序的“蓝图”7.2 实例1：基于RS-485网络抄表系统设计,系统总体方案设计 RS-485远程电表抄表网络结构如图所示。

网络由三部分构成：PC机、232/485转换器和多块电能表组成图7-7 RS-485远程电表抄表网络结构,7.2实例1：基于RS-485网络抄表系统设计,系统硬件实现 数字电能表电路原理图 :,7.2 实例1：基于RS-485网络抄表系统设计,485接口电路图:,7.2实例1：基于RS-485网络抄表系统设计,系统软件实现 1)单片机通信程序 (1).通信协议 请求数据通讯协议格式 应答数据通讯协议格式,7.2 实例1：基于RS-485网络抄表系统设计,(2).单片机通信的程序框图,图7-13 单片机通信程序框图,7.3 实例2：基于以太网的远程抄表系统设计,系统总体方案设计 它由三个主要部分组成： 第一部分是管理中心 第二部分是由以太网交换机、集线器（或中继器）、RCM2200控制器等组成的以太网 第三部分是由电子式电能表组成的RS-485网络7.3 实例2：基于以太网的远程抄表系统设计,系统硬件实现 抄表硬件电路原理如下 :,,图7-19 抄表电路原理图,7.3 实例2：基于以太网的远程抄表系统设计,系统软件实现 1．TCP/IP在RCM2200控制器中的实现 2．使用RCM2200设计网络服务器 3．B/S模式 4．电能表通信程序 5．RCM2200控制器抄表通信程序 6．RCM2200服务器端CGI程序设计 7．RCM2200控制器完整程序流程,7.3 实例2:基于以太网的远程抄表系统设计,当抄表计算机抄表时，可以通过IP地址访问RCM2200,通过调用RCM2200中的网页程序，得到RCM2200内部已经抄到的电能表数据。

图为抄的9块电表数据,7.4 实例3：基于无线数传的箱式变电站数据远程监测系统设计,系统总体方案设计,,图7-24 抄表数据显示,7.4 实例3：基于无线数传的箱式变电站数据远程监测系统设计,系统硬件实现 监测系统中的每个站点包含一个数传电台、一个电力仪表（检测三相电流、电压和功率因数）、一个开关量检测模块（检测开关状态）三者通过485接口的连接 监测中心站主要由一个数传电台和一个中心计算机构成，二者通过RS-232连接7.4 实例3：基于无线数传的箱式变电 站数据远程监测系统设计,系统软件实现 当监测系统运行时，中心站采用巡检方式，分时发送每个站点的地址，此时，系统中的无线数传电台相当于透明状态，每个站点用自己的地址与中心站发送的地址比对，相一致的站点就会将电力仪表和开关量采集模块中的数据传送到中心站系统软件采用VB设计，主要采集站点数据的程序流程如图7.5 实例4：基于GPRS的油井远程监控系统设计,7.5 实例4：基于GPRS的油井远程监控系统设计,系统总体方案设计 1．数据传输方案 单井的监控系统示意图: 多井的监控系统示意图：,7.5 实例4：基于GPRS的油井远程监控系统设计,2．系统的功能划分 (1)数据检测功能 (2)数据共享功能 (3)显示功能 (4)辅助分析功能 (5)报警功能 (6)权限设置功能,7.5 实例4：基于GPRS的油井远程监控系统设计,3．系统的工作过程 (1).信号采集处理 (2).远程测量示功图 (3).无线传输技术原理 (4).远程油井诊断 (5).远程油井控制 (6).透明网络,7.5 实例4：基于GPRS的油井远程监控系统设计,系统软件实现 1．数据采集终端无线通信的实现方法 2．控制中心获取数据的方法 3．系统通讯协议 4．VB的网络通信软件设计 5．VB的数据库操作,7.6 实例5：基于PROFIBUS的自来水厂分布式监控系统设计,系统总体方案设计 整个监控系统由位于水厂区的上位PC机,主站PLC和水源地的三个从站PLC构成。

如图所示 上位PC机通过CP5611MPI卡与主站PLC完成整个系统的现场数据检测，数据处理及计量等工作主站PLC完成两方面任务，一是水厂区现场数据的采集及市政恒压供水的控制；二是与水源地的三个从站进行通信，完成水源地现场数据的采集与深井泵的控制7.6 实例5：基于PROFIBUS的自来水厂分布式监控系统设计,系统硬件实现 主站PLC有三个任务： 1）水厂现场数据采集； 2) 供水管恒压力控制； 3) 水源地数据采集及深井泵远动控制 以CPU313C为核心的主站控制原理图见图所示图中， SM334为AI/AO扩展模块，包含4路8位模拟量输入，2路输8位模拟量出由于系统空余一个模拟量输出AO2，为了降低成本，用AO2和多路模拟开关芯片4066去扩展8路模拟量输入 三个从站PLC都以CPU222为核心,控制电路及结构相同,分别控制三个取水深水泵的运行及现场数据采集，见图所示7.6 实例5：基于PROFIBUS的自来水厂分布式监控系统设计,系统软件实现 首先,水厂现场数据有7路模拟量,我们选择AI/AO扩展模块为SM334,它包括4路8位模拟量输入和2路8位模拟量输出各个采集量的含义及内存地址见表所示。

其次，对水厂加压泵的控制，采取变频调速技术，以供母管压力的被控量，实现恒压力控制两台加压泵共有5种工作状态，如表所示 5种工作状态的相互转换见图所示 供水压力闭环控制算法，我们采用一种适用于PLC控制的智能PID算法 主站PLC和从站PLC的控制程序结构见图（a）、（b）所示7.6 实例5：基于PROFIBUS的自来水厂 分布式监控系统设计,监控系统主界面如图所示,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,7.7.1 项目简介 它是以农作物生长环境信息为手段，以传感器为基础、计算机智能化决策为核心、以移动通信为载体，以农民的实际应用为终端，利用物联网技术、无线通信技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术，建设集农业环境数据的实时采集、远程无线传输、环境监测、控制、环境数据分析、信息发布与展示、专家系统等功能于一体的新一代农业环境智能监控管理系统该系统由智能设备和软件平台两部分组成 监控管理系统组成图如下图所示：,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,,7.7.2 项目需求分析 本系统的目的就是实时、准确的获取相关的参数，实现远程数据采集、无线传输、智能监测控制农业生产环境。

依据系统的目的及农业生产的实际情况，本项目按以下原则进行总体设计: 1．可靠性 2．可扩充性 3．开放性 4．易用性 5、适用性,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,7.7.3 系统总体设计方案 1、系统硬件设计 （1）硬件智能设备 自主研发的WM系列智能控制设备如下图所示：,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,包括： ·WM 数据采集器 ·WM 数据监控器 ·WM 数据通信网关 ·控制箱,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,（2）数据传输方案 ①温室内监控数据传输方案,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,由数据监控器（如上图）和数据采集器之间采用2.4G传输技术进行通信，通信距离60m，无需布线采集数据由数据监控器传输到远端数据接收服务器数据控制器的功能,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,②温室群监控数据传输方案 由数据监控器通过Zigbee与数据通信网关（如下图所示）组网，将采集的数据传输给数据通信网关，由该网关将数据传输到远端数据接收服务器温室群监控数据传输方案,③扩展室外监控数据传输方案 由具有太阳能供电的数据通信网关实现采集数据的传输。

满足偏远地区、种植面积较大、直接处于自然中的生产环境的参数采集，比如农田参数采集，如下图所示7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,多功能数据通信网关,2、系统数据通信模式 系统数据通信模式包含5个组成部分：数据库、应用软件、数据接收服务器、控制节点、智能终端，见下图,7.7实例6：基于物联网技术的农业环境监控 管理系统设计,数据通信模式,3、系统软件平台设计 系统软件平台采用分布式、B/S&C/S的灵活的查看模式，如图所示7.7实例6：基于物联网技术的农业。