基于工业以太网的超速离心机远程群控系统设计

摘要

离心机主要用来分离血液、药物、化工等产品，是生物、医学、工业等行业常见的设备。最高转速超过30000r/min的离心机被称为超速离心机。近几年国内外离心机技术发展迅速，朝着高转速，高精度，自我检测，网络化，远程监控的方向发展。本文建立一个离心机联机远程群控系统，使用现场总线和工业以太网技术将多台离心机连接起来进行远程集中监控，有利于提高离心机的生产效率，降低产品的人力成本，增加产品的竞争力，同时用户还可以通过上位监控主机完成各个离心机运行状态的远程监控与故障诊断。
　　工业以太网是一种基于快速以太网技术和TCP/IP技术发展起来的工业通讯网络。它目前已经在工企自动化系统中的信息管理层和监控层得到了广泛的应用，并开始呈现向工业控制现场延伸发展的趋势。
　　本文构架了一个PROFIBUS-DP与PROFINET结合的混合网络来实现对多个超速离心机的远程群控。对超速离心机群实行三层网络监控，分别为设备执行层、现场监控层和远程监控及信息管理层。设备执行层使用PROFIBUS-DP连接各个离心机节点，现场监控层和远程监控及信息管理层则使用PROFINET网络连接。
　　本文设计了超速离心机的控制系统，包括MCU模块、信号测量模块、控制模块、触摸屏显示模块以及总线通讯模块。参数测量模块包括热敏电阻测温模块、红外热电堆测温模块、光电传感器测量转速模块及真空规测量真空模块。控制模块包括温度控制模块、转速控制模块及真空度控制模块。
　　本文设计了超速离心机节点通讯模块的软件流程，并编写了超速离心机节点的GSD文件。使用STEP7和iMap实现了系统PROFINET CBA(基于组件的自动化)通讯解决方案，并详细介绍了系统各组件之间的通讯协议组成和类型。
　　本文使用Delphi7.0软件开发了超速离心机群远程实时监控软件。用户可以通过该软件对超速离心机群进行任务管理、参数修改、历史查询和打印，并可以通过主控界面实现对超速离心机群的远程实时监控。一旦某台离心机出现故障，还可以监测到离心机的故障类型，便于用户管理和维护。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 离心机技术的发展

1.2 工业控制网络的发展

1.2.1 集散控制系统(DCS)

1.2.2 现场总线控制系统

1.2.3 工业以太网控制系统

1.3 国内外工业以太网的发展现状

1.4 本文主要内容

第2章 超速离心机群控系统总体设计

2.1 群控系统网络总体结构设计

2.2 PROFIBUS-DP概述

2.2.1 PROFIBUS子集介绍

2.2.2 PROFIBUS的协议结构

2.2.3 传输技术

2.2.4 系统组成

2.2.5 PROFIBUS-DP系统配置

2.2.6 总线存取过程

2.2.7 DP各站之间的通讯

2.2.8 DP报文格式

2.3 PROFINET概述

2.3.1 PROFINET简介

2.3.2 PROFINET IO

2.3.3 PROFINET CBA

2.3.4 PROFIBUS与PROFINET网络的连接方式

2.4 系统通讯协议

2.4.1 DCOM有线通讯协议

2.4.2 PROFINET实时通讯协议

2.4.3 OPC通讯机制

第3章 超速离心机电控系统设计

3.1 超速离心机控制系统总体结构设计

3.2 MCU单元设计

3.3 测量模块设计

3.3.1 温度测量模块

3.3.2 转速测量模块

3.3.3 真空度测量模块

3.4 控制模块设计

3.4.1 温度控制模块

3.4.2 转速控制模块

3.4.3 真空度控制模块

3.5 触摸屏显示模块

3.6 总线通讯模块

3.6.1 通讯协议芯片SPC3介绍

3.6.2 节点通讯控制电路

3.6.3 RS-485接口电路

第4章 设备执行层通讯接口软件设计

4.1 PROFIBUS-DP系统工作过程

4.2 离心机节点通讯主程序设计

4.3 SPC3初始化

4.4 中断程序设计

4.5 GSD文件编写

第5章 现场控制层通讯接口软件设计

5.1 生成PROFINET组件

5.1.1 创建STEP7基本项目

5.1.2 创建PROFINET组件

5.2 用SIMATIC iMap组态设备

5.2.1 SIMATIC iMap简介

5.2.2 设备组态

5.3 PLC控制器之间通讯软件设计

5.4 现场监控主机软件设计

5.4.1 总体设计

5.4.2 数据库设计

5.4.3 离心机群控系统上位机监控界面设计

总结与展望

参考文献

致 谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B．1 B 超速离心机电控系统主硬件电路图

附录B．2 超速离心机电控系统主程序