LON智能变送器设计与实现

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1、分类号:TP391学号:201500358003硕士学位论文LON智能变送器设计与实现DesignandImplementationofLONIntelligentTransducer研究生姓名：刘云指导教师：王培进教授学科门类：工学专业名称：计算机应用技术论文提交日期：2018年3月27日摘要德国的《工业4.0计划》和我国的《中国制造2025》核心点有两个：一是智慧制造，二是个性化制造。智慧制造也就是新一代智能制造，其特征是数字化、网络化、智能化的融合，支撑的网络是信息物理系统（CPS）。为了

2、适应CPS的要求，实现新一代智能制造，控制仪表也必须升级为数字化、网络化、智能化融合的新型智能仪表。本文研究的LON智能变送器就是基于这一背景提出，设计实现能够满足新一代智能制造体系的控制仪表。LON智能变送器的数字化：将传感器输出的三类模拟信号转化为数字信号输出。一种是传感器输出的弱信号，放大为标准的0-5V模拟信号，然后数字化；二是传感器输出的标准4-20mA电流信号和0-5V电压信号，转化为数字信号；三是传感器输出的脉冲信号，进行数字化输出。LON智能变送器的网络化：我们研究的LON智能变

3、送器采用了现场总线中的LonWorks总线。LonWorks总线有如下独有的优点：（1）采用了ISO/OSI全部七层协议，在此基础上设计的LonTalk协议封装在Neuron神经元芯片中，无须开发者自己编程；（2）网络中可以有248个域，每个域可以有32385个节点，每个节点就是一个控制仪表，内部带有唯一标识符的Neuron神经元芯片，各个节点通过网络变量传输数据，也无须开发者编制通讯模块，直接传输距离可达2200米；（3）由于每个节点嵌入Neuron神经元芯片，整个网络可以模拟人体通讯机理，将

4、人体的通讯机理与控制、协调机理应用于LonWorks总线网络化控制系统，我们称为拟人化分布式智能控制系统，可以体现出新一代智能制造系统的特征，满足新一代智能制造技术要求，突出人的中心地位，因此，我们选择了LonWorks总线开发智能变送器。LON智能变送器的智能化：（1）由于传感器输出的弱信号不同，需要不同的放大倍数变换为0-5V标准信号，因此我们设计了可选择放大倍数电路和人机交互软件模块；（2）设计了几种不同的数字滤波算法，供使用者根据被测物理量变化特征选择数字滤波算法；（3）设计了软硬件配合

5、的数字校零功能；（4）嵌入了传感器故障诊断与处理功能，这是其核心技术点；（5）LON智能变送器与我们研究的LON仿人思维控制器、LON智能执行器配合使用，构成拟人化分布式智能控制系统，保I证了生产过程的安全、可靠、高效、高精度。论文围绕LON智能变送器的硬件设计、软件设计、试验研究展开工作。第二章介绍智能变送器的硬件设计，其特色是基于Neuron3150神经元芯片，实现了7路标准模拟信号的采集、2路脉冲信号的采集、7路弱模拟信号的处理以及硬件校零电路、触摸屏接口的设计；第三章介绍数字滤波、数字校

6、零、信号采样等算法设计与软件实现；第四章介绍传感器故障诊断与处理算法，其特色是单传感器故障诊断与处理采用灰色预测算法，多传感器故障诊断与处理采用改进的自联想神经网络（AANN）算法；第五章是实验研究，证明硬件设计、软件设计的可行性，其特色是DDE技术的应用。LON智能变送器无论是硬件设计、软件设计、算法设计，还是传感器故障诊断与处理功能设计，都有独到之处。LON智能变送器与其它变送器比较，特色在于：（1）采用LonWorks总线；（2）标准模拟信号和非标准弱模拟信号、脉冲信号都能处理，通用性强；

7、（3）嵌入我们研究改进的传感器故障诊断与处理算法；（4）DDE[1]技术在实时数据处理中的应用；（5）配合我们研究的LON仿人思维控制器、LON[1]智能执行器一起使用。目前，基于LonWorks总线的控制仪表，国内市场很少，现在市面上的传感器或变送器，数字化、网络化基本实现，但是智能化不足，我们研发的有独有功能的LON智能变送器未见报道。LON智能变送器设计研究取得较好成果，相关技术已经申请专利，目前正在进一步深化研究，以使其达到产品化水平。关键词：智能变送器，LonWorks总线，传感器故障

8、诊断，智能仪表IIAbstractAsweallknow,Germany'sIndustry4.0StrategyandChineseManufacturingIndustry2025Planninghavethesameconnotationandessence.Therearethetwocorecontents,andtheoneisintelligentmanufacturingandtheotherispersonalizedmanufacturing.Intelligentmanuf