基于MOOBUS协议的智能仪表的设计

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1、基于MOOBUS协议的智能仪表的设计第一章绪论1.1课题研究意义和目的本课题是以“山东泉林集团打浆控制系统设计”为实际背景。打浆过程是制浆造纸生产中一个非常重要的环节，直接影响成纸质量、生产效率和能耗等。具体的打浆过程是浆料从碎浆池泵送到草浆塔、长纤维储浆塔、短纤维储浆塔，然后经过各个盘磨机组打浆后进入抄一池、抄二池到达流送部。该公司原有现场仪表大部分以DDz-I、DDZ一n型电动组合仪表，不少仪表测量精度不够，控制技术相对落后，系统波动性大，从而影响纸浆的质量。为此，本课题的目标是开发一种Modbus总线型智能仪表代替传统落后的工业现场仪表，提高测

2、量、控制精度，从而达到提高产品质量的目的。现场总线仪表是具有现场总线接口的现场仪表和二次仪表的统称，与传统的模拟仪表相比，现场总线仪表具有以下几个方面的特点111:1)现场总线仪表具有开放性，不同厂家的产品采用统一的国际标准，在硬件软件通讯规程连接方式等方面互相兼容，可以互换和联用。这种开放性系统对用户使用操作维护扩展都十分有利。2)现场总线仪表能在现场构成完整的基本控制系统。由于把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、刀0模块置入现场仪表，大量过程测量与控制信息就地采集就地处理就地使用实现就地控制，使过程控制基本分散到现场。加上现场设备具有通信能力

3、，现场的测量变送仪表和执行机构直接传送信号，从而可以实现彻底的分散控制。这不但减少了DCS处理信息的压力，而且控制的彻底分散也使危险得到了彻底的分散，提高了系统可靠性。3)现场总线仪表采用全数字信号替代传统模拟信号传输。全数字信号传输不但具有更强的抗干扰能力，而且具有更高的传输精度;不但可以传递测量的数值信号，还可以传递设备标识、运行状态、故障诊断等信息，使得用户能够监视、管理、调整那些正在运行的现场设备，为实现设备管理创造了条件。4)现场总线仪表的应用可以节省设备，缩短控制周期。由于控制功能下放到现场仪表，所以变送器、电缆、端子、槽盒、桥架的用量大

4、大减少，不再需要单独的调节器和计算单元，不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单元，从而使硬件投资和安装费用大大降低。与此同时，通过将PID控制功能植入到相应的智能型传感器中，使得控制周期大大缩短，目前DCS每秒调节1一4次，而使用FCS可以增加到每秒调节10一20次，改善了调节性能。5)现场总线仪表由于被分配了唯一的地址，可以实现“即插即用”和动态管理。当系统中设备增加和删减时，系统会自动探测到新的设备，也能够及时识别失效设备，真正实现了设备的动态管理。6)现场总线仪表具有完善的自诊断功能，并能随时将自身状态、报警、趋势信息送往控制室，因而

5、能及时排除故障，大大提高了设备的可维护性。本课题设计的智能仪表具有现场总线仪表的优点。一方面，该智能仪表可直接显示现场检测数据，方便人为的观测;另一方面，上位机可通过Modbus总线和该仪表进行通讯，方便进行远程监控。此外，此仪表可同时对多个参数进行控制。我承担了课题中核心部分的开发，主要内容有:1.Modbus智能仪表的硬件和部分软件开发主要工作是:设计以单片机为核心的智能仪表一绘制电路板，编制驱动程序和部分应用程序，完成对液位、压力、流量等信号的采集与数据处理，将各测量参数以Modbus总线方式输出。重点是:使智能仪表同时具有多种信号接收和处理能

6、力，在软硬件上采取多种措施，提高抗干扰能力，确保智能仪表的稳定性。2.上位机(监测站)Modbus通讯程序的编制主要工作是:用VC编制上位机软件Modbus通信部分，并编写通信测试软件，完成上位机和下位机通信调试。1.2国内工业仪表的发展现状工业自动化控制仪表从基地式调节器开始，经历了气动、电动单元组合仪表到计算机控制系统(DDC)，直到分散控制系统DCS。DCS以其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网功能等优点，得到迅速的发展，称为计算机工业控制系统的主流。PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，迅速获得广

7、泛应用，已成为与DCS并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。现场总线技术是九十年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场仪表与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。有人预测:现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)将取代oCS成为控制系统的主角，Internet和Intranet技术也将进入控制领域，使计算机自动化系统渗透到企业从生产到管理、直到经营的方方面面[z]。我国国产DCS的攻关工作起步较早，基础的引进和吸收工作从20世纪70年代中期开始。80年代初期就开始了技术攻

8、关工作。在80年代末到90年代初世界著名的DCS厂家基本上在中国都成立了合资公司或分支机构，开始了大规模的市