基于工业以太网的皮带配料秤远程监控系统设计

摘要

配料秤系统在食品、医药、化工、冶金等行业和生产领域应用广泛，其中皮带机配料秤利用多个皮带机协同工作，将生产配方中的多种不同原材料传输到一个搅拌池均匀搅拌。不同原料的混合比例对于最终产品的质量至关重要，并且皮带机在运行过程中，如果出现皮带起火或者撕裂，会导致严重的人员财产损失，因此，对配料秤系统进行实时监控是保证工业生产安全已经产品质量的必要环节。
　　 本论文对当前基于现场总线的监控系统进行了分析，设计了一种现场总线加上工业以太网的皮带配料秤远程实时监控系统总体设计思路。本设计是基于WEB方式的监控，监控者利用浏览器打开包含皮带机运行信息的HTML页面查看皮带机运行信息，并通过点击页面上的链接来控制皮带机的电机转速。整个监控系统由三个部分构成:安装在工业现场，由传感器、总线接口、模拟量输出电路以及微处理器组成的皮带机仪表;通过现场总线与皮带机现场仪表相连的上位机;由监控者控制的远程访问机器。
　　 本文在硬件设计方面，采用了单片机加上ARM的双处理器结构。现场仪表采用带有内部AD的MSP430F149单片机作为处理器，加上传感器信号输入电路、CAN总线接口电路、模拟量输出电路。上位机采用高性能的ARM9核处理器S3C2440，外接CAN总线接口电路与现场仪表相连，并加上以太网接口电路与远程监控者的机器相连。
　　 软件设计方面，本文首先分析了几种嵌入式内核的优缺点，最终选择现场仪表采用有较高实时性的uCOS-Ⅱ嵌入式内核，而上位机选用性能稳定的Linux操作系统;然后介绍了uCOS-Ⅱ在MSP430单片机上的移植以及现场仪表任务程序的设计;最后，在上位机程序，设计了一个简易的WEB服务器程序，并设计了CGI程序用于上位机与现场仪表的通信，此外还介绍了HTML页面的设计。
　　 本文将以太网引入到监控系统中，并且使用WEB的方式来进行监控，使得监控者可以不受地理位置的约束，随时随地查看皮带机的生产运行情况。并且通过上位机程序的更新，能够实现更多的控制功能，从而在理论上实现了皮带配料秤监控系统的智能化、信息化和可扩展性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 皮带配料秤监控系统的发展趋势和国内外研究现状

1．3．1 皮带配料秤监控系统的发展趋势

1．3．2 皮带机监控系统的研究现状

1．4 论文完成的主要工作

第2章 皮带配料秤远程监控系统总体设计

2．1 总体部分概述

2．2 现场仪表的总体设计

2．2．1 现场仪表总体结构

2．2．2 现场总线的选择

2．3 上位机总体设计

2．3．1 上位机总体结构

2．3．2 上位机通信协议

2．4 远程端与上位机端的通信

第3章 配料秤仪表端硬件电路设计

3．1 现场仪表硬件电路设计

3．3．1 MSP430单片机极其最小系统电路

3．3．2 电机控制电路

3．3．3 转速检测电路

3．3．4 皮带撕裂检测电路

3．3．5 温度检测电路

3．2 电源模块的电路设计

3．3 CAN总线模块

3．4 上位机硬件电路设计

3．4．1 基于ARM9的S3C2440微处理器的设计

3．4．2 外部存储器模块的设计

3．4．3 以太网接口电路

第4章 配料秤远程监控仪表程序设计

4．1 嵌入式实时操作系统的移植

4．1．1 uCOS-Ⅱ简介

4．1．2 uCOS-Ⅱ操作系统的移植要求

4．1．3 任务切换

4．1．4 时钟管理

4．2 信号检测程序设计

4．2．1 转速信号检测程序设计

4．2．2 温度信号检测程序设计

4．2．3 皮带撕裂信号检测程序设计

4．3 电机转速控制程序设计

第5章 监控系统上位机程序设计

5．1 操作系统环境的构建

5．1．1 上位机操作系统的选择

5．1．2 Linux开发环境的构建

5．1．3 驱动程序设计

5．2 web服务器程序设计

5．3 HTML页面设计

5．4 CGI程序设计

5．5 上位机界面设计

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献