本帖最后由 posan3 于 2015-2-2 00:26 编辑 几年前做的一个项目,主控用的是ARM+FPGA,GPRS无线通信,平台还是不错,可以通用。简单改成有STM32 Nucleo控制,仅做了1路电压测量和控制板上的LD2开关,感谢廖义奎老师和606的同学们。 第一章 系统总体方案设计 以某温泉谷的供水系统为例,介绍嵌入式远程监控供水系统的设计。本章主要分为两部分:第一部分通过分析供水系统的需求,确定系统方案;第二部分介绍系统总体设计,给出系统总体框图并介绍各部分的功能和作用。 §1.1 系统需求和分析某温泉谷井口分站如图2.1所示,共有5个井口分站,各分站用深水泵把温泉水从地下抽取上来后存放到地面上的蓄水罐,根据需要各分站通过2台送水泵把温泉水从蓄水罐送到温泉切入点的蓄水池。由于其有多个分站,每个分站都是传统的手动即开、即关的模式,没有自动控制模式,无法集中控制,给实际运行带来很大的不便。同时需要每个分站配备俩到三名电工轮流值班,根据温泉切入点的需求实时操作送水泵,投入了大量的人力,浪费大量的财力,给公司带来很大的负担。 图2.1温泉井口分站位置示意图 为此,根据该温泉谷的要求以及针对现场实际情况,特提出了如下的改进方案:在原有的基础上,拆掉原抽水系统,给抽水泵配备变频器,实行变频控制。抽水泵、 送水泵以及风机就在原来的系统基础上添加自动控制功能,整套系统可分为自动控制和手动控制,一般情况下采用集中自动控制,当某分站的设备出现故障时,仅对该站实行自动控制。 自动控制控制中心设置在温泉切入点,根据图2.1各井口到温泉切入点的距离,最远2#距离有大约3公里,其中1#、3#设在地下室并处在居住区,可以接入国际互联网;2#、3#、5#设在地面但是野外地区,不能接入国际互联网,但有GSM和GPRS信号;如果通讯方式采用有线方式,由于距离远并且有分站过居住区,布线成本将会很大,因此采用无线方式。ZigBee传输距离近,比较GSM和GPRS优劣,最后确定采用GPRS通讯方式。 §1.1 系统控制核心的确定针对以上系统功能,可以有多种实现的方案。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点,正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。现场总线控制系统的出现,将给自动化领域带来又一次革命,其深度和广度将超过历史的任何一次,从而开创自动化的新纪元。目前国内外多采用三种控制系统[12]:PLC、DCS、FCS。 (1) PLC方式 PLC方式就是以可编程序控制器PLC设备为核心,外加RS232、RS485、以太网等通信扩展模块,同上位机组成一个PLC运行网络,从而实现分布式控制系统。可用一台PC机为主站,多台同型PLC为从站。也可一台PLC为主站,多台同型PLC为从站,构成PLC网络。优点是:有用户编程时,不必知道通信协议,只要按说明书格式写就行,使用方便可靠。缺点是:PLC成本高,使用不灵活,不易实现自定义通信协议系统。 (2)DCS 方式 DCS是分布式控制系统的英文缩写(DistributedControl System),也叫集散控制系统。它的特点是集中管理、分散控制。集中管理是指这个系统把所有的控制点都集中在中央控制室来管理。分散控制是指控制点是可以分散在任何地方的。这点和PLC是类似的。也就是在现场控制点上拉根线到中控室的一个机柜上,机柜里面有很多控制卡件(卡件是一般是智能的),这个机柜叫做现场控制站,然后现场控制站通过工业以太网(目前使用的、以后发展方向为现场总线)和计算机连接在一起。DCS除了硬件还包含软件,软件就是组态软件和监控软件,用于控制各个控制点或监控运行情况。 DCS系统的优点是通信能力强,缺点是设备价钱昂贵,设备的每一个监控数据都需要电缆连接到控制主机,不便于多点控制和远程控制。 (3) FCS 方式 FCS就是现场总线控制技术。在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。由现场电脑操纵,还可挂到上位机,接同一总线的上一级计算机。局域网,再可与Internet相通。改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。 三在控制体系中,FCS是由PLC以及DCS发展起来的。PLC系统与DCS系统的结构差异不大,只是在功能的着重点上的不同,DCS着重于闭环控制及数据处理。PLC着重于逻辑控制及开关量的控制,也可实现模拟量控制。DCS系统是个大系统,其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要,数据公路更是系统的关键,所以,必须整体投资一步到位,事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底,信息处理现场化,数字智能现场装置的广泛采用,使得控制器功能与重要性相对减弱。因此,FCS系统投资起点低,可以边用、边扩、边投运。此外DCS系统是封闭式系统,各公司产品基本不兼容。而FCS系统是开放式系统,用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线,达到最佳的系统集成。 本系统中,我们采用嵌入式的方式,由ARM与FPGA实现FCS系统(以下简称嵌入式FCS)。嵌入式FCS采用嵌入式微处理器为核心部件,以自主开发的基于嵌入式的控制器为控制部件,以基于嵌入式的软测量模块为测量模块,以现场总线通信模块为通信部件,构成基于嵌入式系统的分布式FCS监控系统。它的一个重要特点是灵活性极强,可以用以不同的控制系统,而且不同公司的CPU也可以兼容。此外ARM与FPGA价格低廉,整个系统成本不高,以上说到的几种控制系统都是用在比较大型的工业,需要高成本,灵活性没有嵌入式的强,嵌入式可以任意扩展外部器件,而且功耗低,用ARM与FPGA来做控制CPU,将会节省许多资源。 §1.2 系统总体功能监控系统总体方案如图2.2所示。系统又三部分构成:分站、监控中心和数据服务中心。 分站的核心主控制板是由ARM+FPGA组成,主控板经信号调理,测量三相电压与电流、流量,经控制与状态检测模块控制变频器、深水泵、送水泵、风机的开启和停止以及监测设备的运行状态。分站通过GPRS DTU模块同数据服务中心交换数据。分站要求除了具有自动控制功能,还要具有手动控制的功能。在各个分站把配电柜打到手动档,完全可以脱离主控板而直接通过配电柜上的机械开关控制分站的设备,以防主控板出故障而使用整个系统瘫痪。同时使用变频器控制抽水泵。 监控中心一般为PC机,采用B/S构架,所有能接入网络并运行组态软件的设备都可以作为监控中心。接入网络可以使用GPRS网络也可以使用国际互联网网络。在监控中心PC机上运行组态软件Obtain_AU,可以提供数据采集与过程控制,是整个监控系统的核心和灵魂。 数据服务中心为具有固定的合法的公网IP的PC机或设备,上面运行中心服务器软件,为监控中心和分站交换提供数据中转。监控中心和分站要建立通讯,必须要互相知道对方的IP地址和端口号,才能互相通讯。所以中心服务器软件的主要任务是完成分站和监控中心的IP地址和端口号的注册和更新,同时将分站和监控中心的数据按IP地址和端口号实时进行转发。 一般情况下,监控中心和数据服务中心为不同的PC服务器,监控中心要是能满足IP地址的要求,监控中心和数据服务中心可为相同的PC服务器。 图2.2 系统方案图 整个系统中,三个部分相互独立,彼此又相互依赖,共同完成数据的传输。监控中心为监控系统的核心,离开监控中心组态软件整个系统将失去自动控制功能;数据服务中心在系统中起着承上启下的作用,是连接监控中心和分站的桥梁;分站是终端设备执行的核心,直接面向各设备,其使用GPRS DTU模块连接网络。 ARM的编译环境是Obtain_studio[13],用的是C语言,组态软件也是在Obtain_studio下用C++生成的具有自主知识产权的Obtain_AU软件。FPGA用的是可编程器件Verilog HDL语言,它是在Quartus II 6.0下编译的。数据服务中心软件采用Visual C++开发完成。 |
5.1 发送接收数据格式
5.2 PC机端发送数据规则
5.3 PC机端接收数据规则
5.4 部分设备号分配情况
6 6 监控中心
如图9.1所示,在这种模式下,PC机通过串口同GPRS DTU模块连接,组态软件通过串口直接收发数据。这种模式下PC机连入网络采用GPRS网络。
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2 信号调理模块
2.2 脉冲量调理
信号调理模块实物图
是作者本人吗?毕设准备做这方面的东西,学习了~
3 控制与状态检测模块
3.2 状态检测部分
7 中心服务器软件7.1 中心服务器软件介绍
回到STM32:
1、使用串口1连接GPRS,往串口1发送及接收安装5 系统简单协议与实现所规定的协议。
2、使用PB1作为1路电压采集。
3、可以控制板上的LD2开关
程序在摩尔巴 枫叶老师 基础上修改
https://www.moore8.com/courses/306
4、整个系统的核心是GPRS_Server软件和组态软件的处理所需软件:STM32工程
所有软件可以下载:https://pan.baidu.com/s/1hqGfr9q
5、使用方法:
(1)STM32---GPRS <---> 中心服务器运行GPRS_Server <---> GPRS---PC----Obtain
(2)STM32---GPRS <---> 中心服务器运行GPRS_Server <---> wifi或有线上网---PC安装虚拟串口VSPM----Obtain
(3)有线不经过GPRS:STM32--PC----ObtainObtain管理员密码为:1
6、Obtain运行画面用原来项目的图了,1号站的电压和风机部分。
是的是的是的是的是的是的
这么晚还在码帖子,LZ辛苦了~~