《畢業(yè)設計（論文）-校園安全監(jiān)控網絡系統(tǒng).doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《畢業(yè)設計（論文）-校園安全監(jiān)控網絡系統(tǒng).doc（36頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第1章 緒論1.1 選題意義及研究目的高校是一個人口非常稠密的地方，同時高校有大批微機室和先進的實驗室，但幾乎所有高校都不同程度的發(fā)生了火災，失竊之類的安全事故，給學校和個人造成了不小的損失，影響了正常的教學和生活，校園的安全已成為高校深化改革進程中不容忽視的大事，如何才能確保學校和個人的財產安全，師生的人身安全呢？除了加大安全教育的力度外，對學校安全進行監(jiān)控正變得日益重要。我們可以利用計算機網絡與傳感器和信號采集，電視監(jiān)控等技術結合起來，建立校園安全監(jiān)控網絡系統(tǒng)，對校園安全進行集中監(jiān)控。同時也有利于發(fā)揮我們實驗室的優(yōu)勢，拓寬羅克韋爾自動化產品的應用途徑，使之應用在樓宇自動化領域1.2 監(jiān)控系

2、統(tǒng)結構1.2.1系統(tǒng)設計目的和原則 系統(tǒng)設計的目的：在無人看守的情況下對辦公室，微機室實驗室等場所進行自動集中監(jiān)控，以使安全危害減少到最小。系統(tǒng)設計的原則：充分利用校園的現有資源，對火災失竊等進行實時，準確，可靠的報警和處理。安全監(jiān)控網絡系統(tǒng)的結構圖如圖1-1所示 圖1-1 系統(tǒng)結構簡圖1.2.2主要組成部分簡介1.傳感器。傳感器的作用是進行數據采集。根據校園安全監(jiān)控的要求，我選用了以下幾類傳感器。(1) Cu50溫度傳感器：用于探測環(huán)境溫度；(2) MQ煙霧傳感器：用于探測煙霧火險；(3) 42GNP9000光電傳感器：用于檢測人員出入并計數；(4)數字攝像頭：用于攝錄現場情況。2.PLC單

3、元。主要實現的功能：(1) 連接多個傳感器，利用傳感器進行設防和撤防；(2) 采集各傳感器的數據并傳輸給前端監(jiān)控機；(3) 一旦出現異常，能在前端監(jiān)控主機的控制下啟動現場報警器進行報警。3.前端監(jiān)控主機。前端監(jiān)控主機可以是實驗室或辦公室的微機。主要作用是：(1) 對PLC傳來的信息進行分析和處理，確定異常的類型，報警的位置(2)一旦出現異常，控制PLC啟動現場報警器進行報警；(2) 存儲現場異常信息。4.報警器。報警器主要采用聲光報警器，作用是提醒人們有險情發(fā)生。1.2.3 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)監(jiān)控軟件以Windows環(huán)境為平臺，有兩大部分組成：前端監(jiān)控軟件和后端監(jiān)控軟件。本文主要負責前端監(jiān)控軟件

4、。前端監(jiān)控軟件主要包括以下幾個部分：(1) 信號收集和處理：收集現場各傳感器傳來的信號；(2) 前端控制處理：對收集的信號與預先設定的報警門限進行比較，判斷是否報警；(3) 現場報警：對于一旦收到現場控制模塊發(fā)送來的報警信息，立即啟動現場報警。1.3 本文主要工作本文的工作主要包括以下三個方面，分別是：選擇系統(tǒng)所用傳感器；配置PLC并進行編程；DeviceNet的硬件連接及組態(tài)。1.3.1 系統(tǒng)所用傳感器的選擇溫感：鑒于系統(tǒng)對環(huán)境的要求，本打算采用達拉斯公司的DS18B20數字溫感，但由于DS18B20不能直接連接在PLC上，只好放棄。最后用模擬量溫感，基本實現了功能。煙感：選用了MQ氣敏元件

5、。光眼：實驗室現有的42GNP9000型散射式設備網用光電傳感器。1.3.2 PLC的配置及編程本次實驗中采用的PLC是AB公司SLC500系列的SLC5/03型CPU，1747SDN掃描器（DeviceNet Scanner Module）；1746-OB16輸出模塊和1746IB16輸入模塊各一個；以及1746NR4模擬量輸入模塊一個。以上設備共同構成了所用的PLC框架結構。編程主要實現的是對傳感器信號輸入的檢測，比較以及輸出報警信號。第2章 傳感器特性及應用傳感器在本實驗中起到的功能主要是數據采集。一共采用了溫感，煙感和光電傳感器三種不同的傳感器。2.1 溫度傳感器特性及其在系統(tǒng)中的應用

6、為了盡可能的應用實驗室現有的設備，采用了Cu50熱敏電阻作為傳感器，與AB公司的1746NR4模擬量模塊配合使用。傳感器的特性如下表所示：溫度1001020304050阻值47.8550.0052.1454.2856.4258.5660.70表2-12.2 煙霧傳感器特性及其在系統(tǒng)中的應用2.2.1 煙感的結構，外形及特點MQ系列煙感元件的結構和外形如圖所示。由微型AL2O3陶瓷管,SnO2敏感層，測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6支針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。此類煙感具有很好

7、的靈敏度和良好的選擇性;并具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 圖2-1煙感的結構與外形2.2.2 煙感的性能和應用電路1.標準回路：如圖3所示，MQ氣敏元件的標準測試回路由兩部分組成。一部分是加熱回路，另一部分是信號輸出回路，它可以準確反映傳感器表面電阻的變化。標準回路原本是用來測試所用的傳感器是否能正常工作的，實際使用時廠家提供了較為復雜的應用電路。可分為兩部分：信號感測部分和報警部分。溫感本身工作時并不穩(wěn)定，其輸出電壓VRL在無煙環(huán)境下在13V間變化，在煙霧環(huán)境中為68V間變化。感測部分電路的設計主要針對這點進行了處理，使其輸出較為穩(wěn)定。但是本文中只要求VRL輸出在一個合理的范圍內即可，也

8、不需要報警電路，所以，出于簡化電路，提高可靠性的考慮，使用了標準測試電路作為PLC的信號輸入電流。圖2-2 煙感的標準回路2傳感器表面電阻Rs的變化，是通過與其串聯的負載電阻RL上的有效電壓信號輸出而獲得的。二者之間關系表述為：Rs/RL=(Vc-VRL)/ VRL3.標準工作條件符號參數名稱技術條件備注Vc回路電壓10 VAC or DcVh加熱電壓5VAC or DcRL負載電阻可調0.5200KRh加熱器電阻335%室溫Ph加熱功耗800mw表2-24.環(huán)境條件符號參數名稱技術條件備注Tao使用溫度-2050Tas儲存溫度-2070RH相對濕度95%RHO2氧氣濃度21%(標準條件)氧氣

9、濃度輝影響靈敏度最小值大于2%表2-35.靈敏度條件符號參數名稱技術條件Rs氣敏電阻10100K(清潔空氣中)標準測試條件Temp:202 Ve:10V0.1V Vh:5V0.1V表2-42.3 光電傳感器特性及其在系統(tǒng)中的應用本文使用的是42GNP9000型散射式設備網用光電傳感器。2.3.1光電傳感器的技術規(guī)格光源紅色發(fā)光二極管，660nm視角3.5傳感器反應時間1ms電源24V直流電（設備網標準）極性顛倒保護有輸出設備網標準錯誤脈沖保護有工作溫度范圍25到70相對濕度5到95鏡頭材料丙烯酸表2-5值得注意的是：雖然傳感器反應時間基本為常數，但實際使用時的有效反應時間的長短要取決于傳感器反

10、應時間與網絡反應和反饋時間的綜合作用。而網絡反應及反饋時間的長短則隨著具體的網絡配置不同而變化。2.3.2 光電傳感器的設置及狀態(tài)顯示1.光眼的狀態(tài)顯示42GNP9000型光眼有三個指示燈（紅，黃，紅/綠），通過指示燈的閃爍可以表示出光眼的工作狀態(tài)：指示燈運行狀態(tài)全滅光眼沒被供電綠燈亮光眼被激活且被分派任務綠燈閃光眼被激活但未被分派任務紅燈閃錯誤的波特率或通信錯誤紅燈亮地址或通信錯誤2.光眼工作狀態(tài)的設定本次畢設中，在連接光眼到DeviceNet中時，曾遇到問題：光眼在接入網絡接口后，其中一個光眼（出于提高系統(tǒng)可靠性、排除干擾的考慮，本次畢設用了2個光眼）在RSLink的網絡通信狀態(tài)框中顯示“

11、Unrocognized”，表示無法識別。開始以為是硬件連接有問題，檢查后卻未發(fā)現異常，換了一個光眼后顯示正常。那么，問題出在哪里呢？最后查閱用戶手冊，發(fā)現可能是地址出錯，重新設定了光眼地址后。可以重新檢測到，問題解決。42GNP9000型光眼的工作狀態(tài)的設定是很有意思的，光眼上用于編輯的只有一個按鍵，但是通過此按鍵，卻可以完成對光眼地址、運行模式等所有狀態(tài)的設定，具體過程如下：首先按住按鍵3秒以上，紅、綠指示燈均閃爍2次，表示光眼已進入編輯狀態(tài)；此后如果15秒內沒有按動按鍵，光眼自動恢復到運行模式。接著迅速按1次按鍵，紅燈會閃爍1次，表示進入到高位地址編輯狀態(tài)，這時快速按動按鍵幾次，就給高位

12、賦值為幾，1次表示高位為1，10次表示為0；迅速按動按鍵2次，紅燈相應閃爍2次，表示進入低位地址編輯狀態(tài)，具體方法同高位編輯；迅速按動按鍵3次，紅燈相應閃爍3次，表示進入操作模式編輯狀態(tài)，這時按1次、兩次分別對應燈亮操作和燈滅操作；迅速按動按鍵4次，紅燈相應閃爍4次，進入波特率編輯狀態(tài)，這時按一次表示選擇125kb，2次對應250kb，3次對應500kb；迅速按動按鍵5次，紅燈相應閃爍5次，進入復位狀態(tài)，這時所有的原先設定均被清零。第3章 DeviceNet及其在系統(tǒng)中的應用3.1 DeviceNet 概述3.1.1 DeviceNet發(fā)展簡介DeviceNet最初由Rockwell旗下的Al

13、len-Bradly公司研制開發(fā)。憑借該公司在可編程控制器和變頻器領域的優(yōu)勢，使得DeviceNet很快得到了廣泛的應用和支持。目前已由ODVA(開放設備網供貨商協(xié)會)負責它的進一步發(fā)展，并已在中國設立了聯絡處。迄今為止已有超過300家廠商加入ODVA，提供支持DeviceNet相關設備。DeviceNet（設備網）是一種開放的網絡，可以運行多種不同的工業(yè)設備（如：限位開關、光電傳感器、閥門、電動機啟動器、過程傳感器、條型碼讀入器等）3.1.2 DeviceNet的協(xié)議層次結構及能力1.DeviceNet的協(xié)議層次結構DeviceNet沿用了CAN協(xié)議標準所規(guī)定的總線網絡的物理層和數據鏈路層，

14、定義了不同的報文格式、總線訪問仲裁規(guī)則及故障檢測和故障隔離的方法。而應用層規(guī)范則是由廠商自主開發(fā)，對應于ISO網絡協(xié)議7層模型的第1、2、7層。其關系如下圖所示。由此圖可以看出：DeviceNet的協(xié)議層次結構使其可以輕易的融入3層自動化網絡中。關于這幾個協(xié)議層次的詳細描述，將在本章的第3節(jié)中進行。ISO第二層數據鏈路層ISO第七層應用層ISO第一層物理層應用層數據鏈路層物理層信號收發(fā)器傳輸介質CAN協(xié)議規(guī)范DeviceNet應用層規(guī)范DeviceNet物理層規(guī)范圖4基于CAN的DeviceNet協(xié)議分層結構2.DeviceNet的能力設備網為簡單設備網絡提供了一個高性能價格比的解決方案。它們

15、從例如傳感器一類的設備中獲取數據；提供主控/叢屬和對等通信能力。另外，設備網以控制器局域網絡技術（CAN）為基礎，定義了一個介質訪問控制方法（MAC）以及物理信號，還提供了冗于循環(huán)校驗（CRC）、錯幀檢驗、幾種其他錯誤檢查方法和保護機制。除了讀傳感器的狀態(tài)以外，設備網網絡還可以報告電動機起動器的工作溫度和負載電流，改變拖動裝置的減速率，調整傳感器的靈敏度等等。針對設備網的具體產品，它具有如下能力：(1) 當與本文所采用的9000系列光電傳感器相連時，在傳感器失效前，就知道它正在變模糊；(2) 用FLEX I/O系統(tǒng)和單個的1746-AND適配器連接多達128個I/O點；(3) 共享多個適配器掃

16、描條型碼閱讀器的查詢表和I/O狀態(tài)；(4) 用防護型塊形I/O組件省掉額外封裝，同時節(jié)省安裝時間；(5) 利用DevicePort分接器減少設備網主干線上物理分接器的數目，降低安裝成本。3.網絡特性作為一個集成控制系統(tǒng)，它的功能費用是由如何簡單有效地組裝系統(tǒng)元部件來決定的，設備網網絡正是為了迎合這些要求而設計的，它為用戶的控制系統(tǒng)增加了靈活性，提高了效率，具體表現在如下幾點：(1) 設備的相互可操作性。設備網網絡提供不止一個協(xié)議技術條件，它的相互可操作性所根據的標準有：敞開型和密封型的設備連接器；診斷指示器(LED)；(2) 設備可互換性。不同廠商生產的簡單裝置，只要符合設備網網絡和設備行規(guī)標

17、準，就可以互換，為客戶提供靈活性和選擇性。(3) 一個公用的網絡。一個開放型的設備網網絡標準提供一般終端用戶的解決方案。它降低了網絡銷售商必須支持各種各樣設備的要求。(4) 以一個公認的標準為基礎。設備網網絡標準基于被公認的、著名的CAN技術，它有助于保證最終用戶和工業(yè)界雙方廣泛的理解和接受。(5) 改善生產率。一個開放的設備網標準有利于改善整體生產，它 給予最終用戶更多的選擇和鼓勵設備更新，從而改善了精度、提供診斷和增加處理器數據的總量。(6) 有助于減少維修費用。設備可以在不需要切斷其他設備電源的情況下拆卸和更換，也不需要編程工具。3.1.3 與羅克韋爾各種網絡特性比較除了設備網以外，羅克

18、韋爾還提出了一些其它的網絡形式，如：通用遠程I/O鏈路、DH-485網絡、DH+網絡。其網絡特性如下：表2-1 羅克韋爾各種網絡的性能比較DeviceNet 網絡ControlNet 網絡EtherNet/IP網絡通用遠程I/O鏈路DH-485 網絡DH+ 網絡功能不通過I/O模塊，直接把底層設備連接到工廠級的處理器上支持PLC和I/O設備直接的實時數據傳輸集成了工廠管理系統(tǒng)（物資管理）；網絡配置；數據采集；控制另一個獨立的高速網絡；和未預定的實時應用提供PLC和I/O適配器之間的連接提供SLC處理器、人機界面和編程設備之間的連接允許工廠級和車間級的數據共享和遠程編程典型的網絡設備傳感器、馬達

19、啟動器、變頻器、按鈕、低端人機界面、條形碼閱讀器、PLC、氣動閥PLC 處理器、I/O機架，人機界面，個人計算機，變頻器、機器人大型計算機，PLC控制器，機器人，人機界面，I/O接口和I/O適配器PLC處理器，I/O機架、變頻器、操作員介面, 遠程開關、 操作模塊SLC處理器，個人計算機，低端人機界面PLC處理器，個人計算機，高端人機界面數據的再現小的數據報；需要的時候才發(fā)送數據中度大小的數據報；數據的傳遞是確定的、可以重復的大數據報，周期發(fā)送中度大小的數據報周期傳送小的數據報，通過周期傳送或指定傳送中度大小的數據報周期傳送最大節(jié)點數64個邏輯結點（2048個設備）99個無限1 掃描器和 32

20、 適配器32個每條鏈路64個（網絡可以有99個鏈路）數據傳輸速率500, 250, 或者 125k bit/s5M bit/s 10M bit/s100M bit/s230.4, 115.2, 或者57.6k bit/s 19.2k bit/s57.6k bit/s表2-1（續(xù)） 羅克韋爾各種網絡的性能比較DeviceNet 網絡ControlNet 網絡EtherNet/IP網絡通用遠程I/O鏈路DH-485 網絡DH+ 網絡設備供應商完全開放完全開放完全開放羅克韋爾自動化公司及其合作者應用舉例控制、配置、采集數據；傳感器和執(zhí)行機構聯網到PLC控制器或個人計算機以減少導線并提供更多的故障診斷

21、信息. 控制、配置、采集數據；PLC處理器控制遠程I/O機架；和其它處理器進行點對點通訊，并對實時數據采用冗余介質連接使用一臺單獨的個人計算機對多個PLC處理器控制、配置和采集數據，或者用一臺單獨的個人計算機在多個PLC控制器之間上載下載非實時數據一個PLC-5處理器控制I/O機架、PanelView操作員介面、1336拖動裝置和第三方生產的焊接裝置閥門在一個小工廠使用一個編程用的個人計算機連接到一個或者多個SLC處理器上使用一個個人計算機在網絡的一端對全工廠的多個PLC處理器編程由上表可以看出，DeviceNet是一種支持多方廠家產品互操作的開放式通訊標準；是一種考慮未來的設計，能根據擴展和

22、變化需要來方便地增加功能；它是一種低層網絡，只在簡單的工業(yè)設備（如表中提到的傳感器和傳動裝置等）和高層設備（如PLC和計算機）之間提供連接，與ControlNet不同，無需通過導線將其與I/O模塊連接。DeviceNet是一種柔性、開放的網絡，可以運行多種銷售商生產的設備。3.2 DeviceNet的傳輸特性目前，在現場總線中由有兩種常用的通訊模式。一種是傳統(tǒng)的源/目標（點對點）模式，另外一種是新型的生產者/客戶網絡模式。老式的源/目標模式采用點對點的方式進行通訊，在報文中含有特定的源/目標地址信息，如圖(a)所示,對于每個節(jié)點來說，數據在不同的時刻到達，實現不同節(jié)點間的同步是非常困難的。當信

23、息的目的地不同時，源節(jié)點必須多次發(fā)送數據給不同的目標節(jié)點，從而造成了帶寬的損失。 DeviceNet使用更為有效的生產者/客戶模式取代了傳統(tǒng)的源/目標模式，報文將不再專屬于特定的源或目的。該模式要求對信息打包，使其具有數據標識區(qū)，如圖2(b)所示。這時，控制器僅僅需要發(fā)出一個報文，其他需要數據的設備通過報文識別符過濾方式對總線上的報文進行監(jiān)聽，當識別到相應的標志符后，便開始接受整個報文，即“消費”。從而可以使多個消費者節(jié)點從單個生產者節(jié)點那里同時獲得相同的數據，這樣用很窄的帶寬就可以供多個設備同時動作。同時，標志符還提供解決多級優(yōu)先權的手段，以便更高效的傳送I/O數據，并供多個消費者使用。目前

24、，包括DeviceNet和ControlNet在內的多種網絡都采用了這種通訊模式。設備網的技術參數如表所示。傳輸速率使 用 電 纜干線長度最大支線長度最大節(jié)點數累計支線長度125 kb/s500m 6m 64 156m250 kb/s250m 78m500 kb/s100m 39m 3.3 DeviceNet協(xié)議3.3.1物理層與傳輸介質DeviceNet網絡元件包括系統(tǒng)接地、粗纜和細纜混合結構、網絡端接口和電源分配。線纜包括粗纜（多用作干線）和細纜（多用于分支線），總線的線纜中包括24V直流電源和信號線兩個雙絞線線對以及信號屏蔽線。DeviceNet提供125/250/500 Kbps三種可

25、選的通訊波特率,最大拓撲距離為500米，每個網絡段最大可達64個節(jié)點。波特率、線纜類型、拓撲距離之間存在一定的對應關系。3.3.2 數據鏈路層1.數據幀格式幀起始標志確認幀結束標志11位標識符控制字段幀長08字節(jié)數據循環(huán)冗余校驗圖3-2 CAN數據幀格式DeviceNet數據鏈路層遵循CAN協(xié)議規(guī)范，并由CAN控制器芯片實現。CAN提供數據幀、出錯幀、遠程幀和過載幀等多種幀格式，最重要的是數據幀，其格式如所示。2.沖突處理機制DeviceNet采用非破壞性逐位仲裁（NBA）的方法解決共享介質總線訪問沖突問題。網絡上每個節(jié)點擁有一個唯一的標識符，這個標識符的值決定了仲裁中優(yōu)先級的大小，優(yōu)先級值小

26、的節(jié)點在競爭仲裁中為獲勝的一方。不同于以太網，總線上不會發(fā)生沖突，競爭中獲勝的節(jié)點可以繼續(xù)發(fā)送，直至完成為止。這種機制保證了總線上的信息不會丟失，總線資源也得到最大的利用，不會浪費。3.3.3 應用層1.數據生成源/消費源(Producer/Consumer Model)的網絡模型現今的工業(yè)自動化網絡中有兩種主要的網絡模型，即源/目的地模型(Source/Destination)和生產者/消費者(Producer/Customer)模型。較早出現的現場總線，如Profibus DP、Profibus PA、Interbus S、AS-I等，都是基于源/目的網絡模型的產品，90年代中期以后推出的

27、一些現場總線產品，則采用了生產者/消費者通訊模型，以期獲得更高的通訊效率，滿足更高的控制要求。如ControlNet、DeviceNet等。源/目的地模型(Source/Destination)，存在明顯的不足。下圖給出了控制網生產者/消費者通訊模型與源/目的通訊模型的數據包結構。源地址目的地址數據CRC圖3-3 源/目的通訊模型的數據包結構標識符數據CRC圖3-4生產者/消費者通訊模型的數據包結構DeviceNet利用了CAN的技術，使用生產者/消費者模式標識數據，多個消費者可以同時接收到來自同一個生產者發(fā)送的信息。DeviceNet上的設備既可能是客戶，也可能是服務器，或者兼?zhèn)鋬蓚€角色。而

28、每一個客戶/服務器又都可能是生產者、消費者，或者兩者皆是。典型地，服務器“消費”請求，同時“產出”響應；相應地，客戶“消費”響應，同時“產出”請求。也存在一些獨立的連接，它們不屬于客戶或服務器，而只是單純生產或消費數據，這分別對應了周期性或狀態(tài)改變類數據傳送方式的源/目的，這樣就可以顯著降低帶寬消耗。與典型的源/目的模式相比，生產者/消費者模型是一種更為靈活高效的處理機制。在DeviceNet上，產生數據的設備提供數據，并給這些數據賦予相應的標識符。需要接收數據的設備則監(jiān)聽網絡上所傳送的報文，并根據其標識符選擇接收（即“消費”）合適的報文。按照生產者/消費者模型，在網絡上傳送的報文不一定專屬于

29、某個固定的源/目的地，網絡可以支持多點發(fā)送，大大節(jié)約了帶寬。2.網絡拓撲結構粗電纜和細電纜都可以用作干線和支線。但是速度與網絡距離有關。表3-1 DeviceNet的網絡距離和速率的關系數據速率125Kbps250Kbps500Kbps主干線長度500m250m100m支線長度100m100m100m最大單個支線長度6m6m6m累加的支線長度156m78m128mDeviceNet可以采用的網絡拓撲結構形式靈活，如圖3-5所示：圖3-5 DeviceNet的拓撲結構3.數據通訊方式DeviceNet支持多種數據通訊方式，如循環(huán)（Cyclic）、狀態(tài)改變（Change Of State）、選通（

30、Strobe）、查詢（Polled）等。循環(huán)方式適用于一些模擬設備，可以根據設備的信號發(fā)生的速度，靈活設定循環(huán)進行數據通訊的時間間隔，這樣就可以大大降低對網絡的帶寬要求。狀態(tài)改變方式用于離散的設備，使用事件觸發(fā)方式，當設備狀態(tài)發(fā)生改變時才發(fā)生通訊，而不是由主設備不斷的查詢來完成。選通方式下，利用8字節(jié)的報文廣播，64個二進制位的值對應著網絡上64個可能的節(jié)點，通過位的標識，指定要求響應的從設備。查詢方式下，I/O報文直接依次發(fā)送到各個從設備（點對點）。多種可選的數據交換形式，均可以由用戶方便地指定。通過選擇合理的數據通訊方式，網絡使用的效率得以明顯的提高。4.對象模型與設備描述DeviceNe

31、t使用了對象的概念來描述應用層的協(xié)議。對象模型提供了組織和實現DeviceNet產品構成元件屬性、服務和行為的簡便的模板。模型為每個屬性提供了由4個數字組成的尋址方案。它們分別是節(jié)點地址（MAC ID），對象類標識符，實例編號和屬性編號。表3-2 各個對象組件的范圍地址最低最高節(jié)點（MAC ID）063類165535實例065535屬性12555.數據傳送技術DeviceNet主要有二種信息傳送的方法:I/O通訊(I/O messaging)和直接通訊(explicit messaging)。I/O messaging(I/O messaging)用于實時面向控制的通訊，它可以和單用戶或多用戶

32、通訊，主要采用了高優(yōu)先級的數據標識符的應用。I/O信息包括了無協(xié)議的8位字節(jié)數據，只有一個例外：分段的I/O信息，它有一字節(jié)用作協(xié)議用。直接數據通訊(explicit messaging)在二個設備之間提供點對點的多用途通訊，它提供了典型的請求/應答式通訊，主要用于節(jié)點組態(tài)和故障診斷。它主要用于低優(yōu)先級的數據。分段數據是用于長于8個字節(jié)的數據傳送，每次信息需要一個字節(jié)的協(xié)議。圖3-6 I/O通訊的格式圖3-7 直接通訊的格式3.4DeviceNet硬件連接及網絡組態(tài)在本文中，主要的工作是用實驗室現有的設備，進行DeviceNet的硬件連接并用AB公司的通信軟件RSLink進行組態(tài)。3.4.1

33、系統(tǒng)硬件設備圖3-8 DeviceNet可以使用的開放式和密封式連接器本文使用的硬件可以歸為兩類：1.組網元件。組網元件包括DeviceNet線纜、連接端頭、設備分接盒、電源分接器等，均為較通用的產品。2.適用的網絡設備。適用的網絡設備通?？捎刹煌膹S商按照統(tǒng)一的DeviceNet協(xié)議規(guī)范生產。本文中均采用AB公司的產品，包括1747SDN掃描器，FLEXI/O等。3.4.2 網絡通信軟件RSLink1.RSLink簡介A-B可編程序控制器的RSLink是在WindowsNT、Windows95、Windows98操作系統(tǒng)下建立工廠所有通信方案的工具。它為A-B的可編程序控制器與各種Rockw

34、ellSoftware及A-B應用軟件（如RSLogix500等）之間建立起通信聯系。通過RSLink能夠清楚了解網絡是否通斷及各種硬件設備是否連接在網上，并且能讀取來自PLC或I/O口端的數據?？梢哉f，RSLink是應用軟件與工業(yè)網絡上硬件設備間溝通的橋梁。RSLink共分五種類型，本文所使用的是具有完整特征的產品。它包含了RSLink Lite和RSLink OEM的所有特點并在功能上進一步完善。2.本文主要任務本文中主要利用RSLink實現兩部分功能(1) 用RSWho 菜單項實現查看網絡活動功能。在RSWho中，用戶可以在一屏內查看所有活動的網絡通信。RSWho的左框為樹型控制框，用于

35、顯示網絡和設備；右框為列表控制框，用于顯示一個集合的所有成員。如下圖所示在本文中主要用RSLink來查看兩個項目：一個是以串口RS232協(xié)議連接的SLC500型PLC及上位機的通信情況，如果通信正常，那么當選中左邊樹型控制框中的相應項目時，右邊列表控制框中應顯示出如下成員：SLC5/03CPU、1747-SDN掃描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16輸出模塊、1746IB16輸入模塊、1746NR4模擬量輸入模塊及上位機。如果沒有出現相應成員或者出現但是被打，表示設備未連接或連接了但通信沒有建立。如圖示有時，當上位機重新開機后，會發(fā)現SLC5/03處理器連接

36、無誤卻被打，這時只要在右邊列表框中以右鍵點擊圖標，在出現的列表選項中選擇Configure Driver 就會出現組態(tài)表，選擇正確的串口，進行組態(tài)，即可使通信重新建立。（2）用Configure drivers 菜單項完成對設備網驅動程序的組態(tài)；和PLC與上位機之間進行串口通訊的驅動程序的組態(tài)。通過選擇不同的通訊協(xié)議，以及不同的端口通?？梢猿晒Φ耐瓿蓪︱寗映绦虻慕M態(tài)。但有時也會遇到無法成功的情形，根據本人的經驗，在保證沒有節(jié)點斷開的條件下，組態(tài)無法完成通常是由于串口被其他程序占用；DeviceNet上連接的設備沒有上電等原因造成的。組態(tài)的具體操作過程如圖所示，確定了串口號等屬性后，單擊Auto

37、-Configure鍵即可開始組態(tài)。3.評價.把RSLinx作為各種應用程序之間的中間橋梁，大大方便了用戶的使用和程序的開發(fā)，也使得用戶自己定制程序成為可能，但是，這種應用也有一定的缺陷。u 把RSLinx作為中間橋梁，獨立于應用程序的好處：(1)設備更新升級后，不需要對應用程序進行升級，僅僅需要在RSLinx中加裝新的驅動程序。(2)RSLinx的升級有利于優(yōu)化整個網絡的數據傳輸。u 把RSLinx作為中間橋梁，獨立于應用程序的缺點：增加了中間環(huán)節(jié)，不利于自身軟件的穩(wěn)定。如果RSLinx在運行中出現錯誤，其后果不堪設想。3.4.3網絡結構為了實現對傳感器數據的讀取、處理、及輸出數據對警報裝置

38、進行控制，實現智能監(jiān)控的功能，將底層設備接入網絡。3.4.4 網絡組態(tài)在完成硬件連接并用RSLink將驅動程序正確進行組態(tài)后，就可以對Device Net進行組態(tài)了。這是通過羅克韋爾的軟件RSNetworx for DeviceNet來實現的。 圖3-10 RSNetworx for DeviceNet界面使用該軟件，用戶可以通過生成和管理項目，方便地檢查網上設備活動情況、指定具體設備的數據存取方式和與控制器所屬掃描設備間的數據映射關系，設備的增刪與更改，調節(jié)設備的可控制參數等。本項目就是利用該軟件生成項目，并通過對1747SDN掃描器進行配置，建立了光眼等硬件設備與其的映射關系，完成了網絡的

39、組態(tài)。第4章 可編程序控制器及I/O模塊4.1 PLC簡介自從1969年美國數字設備公司（DEC）根據美國通用汽車公司（GM）的要求，研制出了世界上第一臺可編程序控制器PLC（Programmable Logic Controller）以來，由于結合了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、使用方便、價格低廉以及計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點，PLC得到了非常迅速的發(fā)展，已做為一個獨立的工業(yè)設備被列入生產中，成為當代電控裝置的主導。國際電工委員會（IEC）1985年1月對可編程序控制器做過如下定義：“可編程序控制器是一種數字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在

40、內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體、易于擴充功能的原則設計?！?.2 SLC500系列小型可編程序處理器4.2.1 SLC500系列簡介SLC500系列小型可編程序處理器是由AB公司研制的應用廣泛的PLC。它提供了多種功能不同的離散量和模擬量I/O模塊以方便用戶選擇，還可通過擴展機架提高I/O容量，并提供了特殊I/O模塊如高速計數器模塊、步進控制器模塊等，以加強用戶的控制系統(tǒng)。而且，通過通信接口模塊，用戶還可以用Rockwell開發(fā)的軟件

41、如RSNetworx for DeviceNet來實現對網絡的組態(tài)，構成強大的分布式控制系統(tǒng)。尤其方便的是，它提供了強大的控制指令集，使用戶編程非常方便有效。4.2.2 SLC5/03處理器由于設計要求處理器支持終端設備之間的異步串行數據通信（如編程），所以選擇了有RS-232通信口的SLC5/03處理器。它的性能比起之前的產品如SLC5/01、SLC5/02有顯著提高，程序內存容量、最多控制本地I/O點數目等都大為增強，它提供： 16K的程序內存（SLC5/01、SLC5/02最多為4K）； 最多控制960個本地I/O點，可通過遠程I/O和DeviceNet擴展； 內置RS-232通信口，支

42、持點對點、DF1全雙工遠程等多種通信方式； 內置DH-485通道； 鑰匙開關。4.2.3 1746-NR4模擬量輸入模塊1.簡介本文使用的溫感是熱敏電阻，產生的信號不能直接送入PLC，這就需要模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊在模擬量信號和可編程序控制器數據表之間進行A/D轉換，包括標準模擬量的輸入及直接熱電阻和熱電偶輸入。這些模塊可用軟件設置信號濾波，以屏蔽環(huán)境和傳輸噪聲；可對每個I/O設置有效范圍；提供多種自診斷測試如超范圍、超變化率報警等。隔離措施有輸入信號與電源噪聲隔離、輸入回路之間信號隔離。本文使用的是專門針對SLC500系列PLC的1746NR4模擬量輸入模塊。2.硬件連接及尋址 使用

43、該模塊時，直接將模塊插入匹配機架即可完成與PLC的連接，無需其他線路與電源、CPU等設備相連，因為機架本身就配有相應線路。在1746NR4模塊上有03共4個輸入接口，對應在面板上有03共4個指示燈，燈綠表示工作正常，紅或不亮則表示出錯；每個接口有3個端子，分別與Cu50的3根線（RTD、SENSE、RETURN）相連，在PLC中，會根據模塊在機架中的位置給模塊的4個輸入接口分配I/O映象文件（均為16位），在本文中，因為溫感接在接口2上，所以，對應的輸入及輸出映象字分別是I：3.0和O：3.0，程序運行時，首先要向O：3.0送入16位的狀態(tài)字使其的工作狀態(tài)得到設定，否則，模塊的燈不亮，模塊未進

44、入工作狀態(tài)。4.2.4 SLC500硬件配置SLC500系列有兩種硬件結構：固定式控制器與模塊式控制器。根據設計要求，本文采用的是模塊式控制器。本文所選擇的硬件裝置包括：SLC5/03CPU、1747-SDN掃描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16輸出模塊、1746IB16輸入模塊、1746NR4模擬量輸入模塊、1746-A10十槽框架及1746P2電源。進行硬件連接時，除了電源和CPU的位置是固定的，其他模塊在機架中的位置可以任意選定，不過將模塊插入機架的插槽后，要用RSLogix軟件的I/O Configuration 選項進行組態(tài)，輸入各模塊在機架中的

45、位置，否則CPU會處于錯誤（FAULT）狀態(tài)。本文的機架配置如圖所示：由圖中可以看出，由04的5個機架中，依次為SLC5/03CPU、1747-SDN掃描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16輸出模塊、1746NR4模擬量輸入模塊、1746IB16輸入模塊。電源為默認，不在機架配置圖中。第5章 可編程序控制器的編程5.1 可編程序控制器的編程方式可編程序控制器的編程方式通常為三種：梯形圖；結構文本；順序功能圖SFC。本文采用的是梯形圖編程。梯形圖編程是最直觀，最基本的編程方式。它采用圖形符號，沿用了繼電器的觸點、線圈、串聯等術語，不需學習更深的計算機知識即可理

46、解，適用于順序邏輯控制、離散量控制等。5.2 可編程序控制器的輸入/輸出尋址5.2.1 有關尋址的幾個概念1 物理地址物理地址也就是I/O模塊在物理框架中的位置，常以第幾框架第幾槽中的第幾個端子表示。2邏輯地址邏輯地址是對應于內存中的地址，在SLC500中，以槽號（十進制）、字號、端子號來表示。物理地址和邏輯地址在概念上是不同的，不過，在兩者間有著一一對應的關系。5.2.2 SLC500的輸入/輸出尋址在SLC500中，是用輸出和輸入數據文件（文件O：0和I：1）表示外部的輸出和輸入，在文件1中的各位表示外部輸入。在大多數情況下，這些文件中的每個16位字與位于控制器內的一槽對應，位號與響應的輸

47、入或輸出端子號對應。使用字中沒用到的位無效。下表解釋了輸出和輸入的地址格式。注意該格式用e表示槽號，用s表示字號。處理文件指令時，數據文件元素按e.s格式一起使用。 格式說明O 輸出I 輸入 ： 元素分隔符e 槽號（十進制）0號槽，即第一個框架中靠近電源的槽，用于處理器模塊（CPU）。接下來的槽是 I/O槽，槽號從1到30。 字分隔符。只有如下指明必須用到字號時才要求用字分隔符。 s 字號如果某槽的輸入或輸出點數超過16時需要使用字號。范圍：0255（該范圍供多字特殊模塊使用） / 位分隔符 b 端子號 輸入：015 輸出：0155.3本文工作在使用1746-NR4溫感模塊的過程中，曾遇到許多

48、問題：開始將模塊接入溫感后，根據使用電壓模擬量模塊的經驗，認為可在輸入映象文件中直接讀到輸入，但是卻沒有，經查閱資料了解到首先得通過對1746NR4模塊設定工作狀態(tài)，才可以讓其正常工作，狀態(tài)的設定是通過向模塊地址送一個16位的狀態(tài)字實現的。由于對1746-NR4模塊的端子地址不清楚：1746-NR4有4個接口，每個接口有3個端子，與溫感的3個端子對應，那么按照SLC500對輸入輸出文件格式的要求，似乎應該對每個端子都賦地址值，但是按照這樣操作，一直無法使溫感模塊工作在正常狀態(tài)。開始曾認為是溫感的問題，但用萬用表測量溫感工作正常，最后，經過請教師兄及自己測試，本文用的溫感連在模塊的2號接口上，所

49、以地址應為O：3.0，向此位送入限定了工作狀態(tài)的16位字后，下載并運行程序，即可使溫感進入工作狀態(tài)。接下來的工作是編程。本文的編程工作較為簡單，編程主要針對溫感和煙感進行。煙感的數據可以直接從I/O映象表中讀到，用萬用表可測得正常環(huán)境下，煙感標準回路的電壓在3V以內變化，但是在煙霧環(huán)境下，電壓會升至6V7V，將5V對應的輸入映象字作為常量，利用大于等于比較指令（GEQ）當輸入大于等于5V的對應值時，啟動報警燈。溫感的編程基本相同，只是先要送狀態(tài)字到溫感端子的地址，然后利用大于等于比較指令（GEQ）與預先設定好的常量進行比較，當大于等于設定值時，啟動報警燈。 第6章 總 結本文以實現實驗室安全監(jiān)

50、控為目標，采用了羅克韋爾自動化公司的先進技術，并利用工業(yè)現場總線DeviceNet及PLC組建了監(jiān)控網絡，較為成功地將現場總線技術應用于該監(jiān)控系統(tǒng)，實現了以PLC為核心的實時監(jiān)控?？偨Y起來，本文所做工作主要有： 1.分析、連接DeviceNet網絡，并進行了組態(tài)；2.根據設計要求及實際情況選擇傳感器并接入網絡；3.利用DeviceNet及PLC實現了信號檢測；4.用PLC實現了信號處理及報警；本系統(tǒng)采用了先進而通用的監(jiān)控方法。這種實現，可以直接移植到實際系統(tǒng)當中。但是實際應用時，要對傳感器的選擇有更高的要求。本文存在的主要不足有：1.對羅克韋爾網絡的應用還處于比較淺的層次；2.傳感器尤其是溫感

51、性能普通，不能符合實際應用的要求。致 謝本次畢業(yè)設計，我非常榮幸地得到甘詠梅老師認真、熱情的指導。甘老師不僅指導我完成了畢業(yè)設計，還向我傳授了嚴謹的學風和對學術研究的奉獻精神。無論是畢業(yè)設計中還是論文的寫作中，我都得到了王宇、王雪，姜慶明、王曉鈺幾位學長悉心幫助和熱情指導，他們嚴謹的治學態(tài)度和解決問題的方法使我受益匪淺。李程同學和我合作完成了本課題，他孜孜不倦學習的毅力和追求完善的精神永遠都值得我學習。在此，我向他們表示最誠摯的謝意。參考文獻【1】 http:/【2】 中國期刊網 【3】 SLC500 and Micrologix1000指令集 參考手冊【4】 面向樓宇自動化的保安探測與自動化系統(tǒng)【5】 用SLC實現多溫區(qū)的電加熱爐的PID解耦控制【6】 浙江大學羅克韋爾自動化技術中心，可編程序控制器系統(tǒng)，浙江大學出版社，1999【7】 Installation/Configuration Instructions for 42GNU9000 Retroreflective Photoelectric Sensor for DeviceNet -36-