（机械电子工程专业论文）基于现场总线的排气机远程监控系统的研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 i i i i iti t l l lli1 i ti i it i l l i 17 6 19 4 1 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：挞垂强日期： 兰! ! ：垒：三2 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生签名：j 整至生导师签名：j 娅_ 斗一日 期：兰堕立2 l 研究 设计开发了基于现场总线的排气机远程监控系统。该远程监控系统是基于i n t e r n e t 的远程监控，采用客 户机服务器( c s ) 的工作方式，构建典型的现场层，监控层和网络层相结合的三层控制模型。 在现场层，以三菱f x 2 n 系列p l c ，变频器和恒流源为现场监控单元。通过编写p l c 下位机控制程 序，利用p l c 输出控制电磁阀的接通或关闭，结合编码器的读取角度，确定执行结构的动作顺序和执 行时间的长短。基于单片机技术，设计多路数控精密恒流源系统，可以对3 0 个工位的阴极分解电流进 行设定，采用的数字调节方式也提高了阴极分解电流的设定精度。 在监控层，以m t 8 0 5 6 触摸屏作为上位机，开发监控界面，实现对现场层各设备工作状态的实时显 示和参数的在线修改。同时系统具有报警信息显示和配方数据传输功能，使得监控更加的人性化和智能 化。现场层各智能仪表与网络层m t 8 0 5 6 触摸屏之间主要通过r s 4 8 5 串口通讯来实现信息的交换。 远程监控端由工控机或同型号的m t 8 0 5 6 触摸屏构成，利用当前发达的网络通信技术，通过建立虚 拟服务器，实现对工业现场的远程监控，同时远端p c 机也具有远程下载功能，使得程序的更新更加便 捷。 利用m t 8 0 5 6 触摸屏、p l c 、恒流源和变频器设计排气机远程监控系统，该系统的研究完成，使得 排气机的运动控制精度得到了提高，并突破了程序调试对地域的限制，增强了系统的可视化和可操作性， 对于提高节能灯生产的智能化和自动化具有很高的实用价值。 关键词：排气机，远程监控系统，p l c ，触摸屏，串口通讯，现场总线 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho fr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e d f i e l d b u so fe x h a u s t e r o nl e l d d u s a b s t r a c t i nt h ep r o d u c t i o np r o c e s so f t h ec o m p a c tf l u o r e s c e n tl a m p ，t h ee x h a u s ti sa ni m p o r t a n tw o r k i n gp r o c e d u r e t ot h el a m pq u a l i t y i n c l u d i n gd e t e c t i n gl e a k a g e ，p u m p i n gv a c u u m ，i n j e c t i n gm e r c u r ya n ds e t t i n gc u r r e n t p a r a m e t e rc a n b ef i n i s h e do n4 8s t a t i o na u t o m a t i ce x h a u s t e r t r a d i t i o n a le x h a u s t e ra r e m a i n l yu s e d s w i t c h ，b u t t o na n di n d i c a t o rt oc o n t r o lt h em o v e m e n to ft h es t r u c t u r ea n dd i s p l a yt h e i rs t a t u s r e g u l a t i n g c u r r e n tp a r a m e t e ra n dd e b u g g i n gt h ep r o g r a ma r ev e r yi n c o n v e n i e n tf o rt h eo p e r a t o r a l lo ft h i sa r es e v e r e l y r e s t r i c t sp r o d u c t i o nq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo ft h el a m p i nv i e wo ft h ea c t u a lp r o d u c t i o np r o b l e m s ，t h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo fe x h a u s t e ri sp r e s e n t e di nt h i s p a p e rb a s e do nt h ed e v e l o p m e n to ff i e l d b u st e c h n o l o g yn e t w o r kt e c h n o l o g ya n di n t e l l i g e n ti n s t r u m e n t t h i s r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mc o n s t r u c t st h et h r e e l a y e rc o n t r o lm o d e l ，i n c l u d i n go n - s i t el a y e r ，m o n i t o r i n gl a y e r a n dn e t w o r kl a y e ro nt h eb a s i so fi n t e m e t , w h i c ha d o p t sc sw a yo fw o r k i n g i nt h ef i r s tl a y e r , p l c ，i n v e r t e ra n dc o n s t a n tf l o ws o u r c ea r ed e s i g n e da so n - s i t em o n i t o r i n gu n i t b yw r i t i n g p l cp r o g r a m ，u s i n gi t so u t p u tt oc o n t r o lt h es o l e n o i dv a l v e so no ro f f c o m b i n e dw i t he n c o d e r , t h eo r d e ra n d t i m eo fa c t u a t o r sm o v e m e n ta r ed e t e r m i n e d m a k eu s eo fs i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e rt e c h n o l o g y , w ed e s i g n d i g i t a lc o n s t a n t - c u r r e n ts o u r c ea n d3 0s t a t i o n so ft h ec a t h o d i cd e c o m p o s i t i o nc u r r e n tc a nb es e t , w h i c hg r e a t l y i m p r o v e dt h ea c c u r a c yo ft h ec u r r e n t i nm o n i t o r i n gl a y e r , m t 8 0 5 6t o u c hs c r e e nw a sm o n i t o r i n gm a c h i n e t h ec o n t r o li n t e r f a c ea r ef i n i s h e db y u s i n gm t 8 0 5 6t o u c h s c r e e n , w h i c hc a nr e a l i z et h ef u n c t i o no fr e a lt i m ed i s p l a ya n dp a r a m e t e rm o d i f i c a t i o n a t t h es a n l et i m e ，t h em o n i t o r i n gi n t e r f a c eh a sa l a r mi n f o r m a t i o nd i s p l a ya n dd a t at r a n s m i s s i o nf u n c t i o n ，w h a t m a k es u r et h i ss y s t e mm o r ea n dm o r eh u m a n i z a t i o na n di n t e l l i g e n t m t 8 0 5 6t o u c h s c r e e ni st h r o u g hr s 4 8 5t o e x c h a n g ei n f o r m a t i o nw i t ht h eb o s o me q u i p m e n t i nn e t w o r kl a y e r , r e m o t em o n i t o r i n gi sd r i v e nb yt h es a m em t 8 0 5 6t o u c hs c r e e no rp c t h i ss y s t e m ， t h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to fi n d u s t r i a lv i r t u a ls e r v e r , c a nr e a l i z e sr e m o t em o n i t o r i n gb yu s i n gt h ed e v e l o p e d n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y t h er e m o t ep cc a nu n d e r t a k er e m o t ed o w n l o a df u n c t i o n ，m a k i n gp r o g r a m u p d a t et ob em o r ec o n v e n i e n t t h i sr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m ，i n c l u d i n gm t 8 0 5 6t o u c hs c r e e n ，p l ca n dc o n s t a n t c u r r e n ts o u r c e ， b r e a k t h r o u g ht h el i m i to fp r o g r a m m ed e b u g g i n g a n dt h i sd e s i g ng r e a t l yi m p r o v e st h es y s t e mo fv i s u a l i z a t i o n a n do p e r a b i l i t yo fe x h a u s t e r ，w h i c hi sv a l u a b l ef o ri m p r o v i n gt h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo ft h ec o m p a c t f l u o r e s c e n tl a m p k e y w o r d s - e x h a u s t e r , r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m ，p l c ，t o u c hs c r e e n ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o n , f i e l d b u s i i 目录 目录 摘要l a b s t r a c t i i 第l 章绪论。l 1 1 选题背景l 1 2 紧凑型荧光灯的生产工艺2 1 3 排气机的研究现状3 1 3 1 排气机的设备概况3 1 3 24 8 工位自动排气机3 1 4 论文的研究意义，5 1 5 论文的内容安排5 1 6 本章小结6 第2 章远程监控系统的总体设计7 2 1 远程监控系统的概述7 2 1 1 远程监控系统的功能7 2 1 2 远程监控系统的工作方式7 2 1 3 基于i n t e m e t 的远程监控。8 2 2 排气机远程监控系统的总体设计8 2 3 本章小结1o 第3 章系统的硬件设计。1 1 3 1 触摸屏的应用1l 3 1 1 触摸屏的原理与分类ll 3 1 2 触摸屏的选择1 3 3 2p l c 的应用1 4 3 2 1p l c 的结构与工作原理1 4 3 2 2p l c 的选择与地址分配15 3 2 3p l c 在系统中的控制功能1 6 3 3 恒流源的设计17 3 3 1 恒流源的工作原理1 7 3 3 2 总体方案设计1 8 3 3 3 调试与结果分析2 0 3 4m t 8 0 5 6 触摸屏串口通讯的实现2 0 3 4 1 触摸屏与p l c 的通讯2 l 3 4 2 触摸屏与变频器的通讯2 1 3 5 辅助结构设计2 2 3 5 1 真空系统设计2 2 3 5 2 编码器的应用2 3 3 6 本章小结2 3 第4 章系统的软件设计2 4 4 1p l c 控制程序的设计2 4 i i i 目录 4 1 1p l c 总体程序的设计2 4 4 1 2 检漏与灯管统计程序设计2 4 4 1 3 部分p l c 程序指令的介绍2 5 4 2 人机界面设计2 6 4 2 1e b 8 0 0 0 系统参数设定2 6 4 2 2h m i 控制界面设计2 7 4 2 3p l c 控制界面设计2 9 4 2 4 变频器控制界面设计3l 4 2 5 配方数据的设定与传输3 2 4 3m o d b u s 通讯协议3 4 4 3 1m o d b u s 协议的信息帧格式3 5 4 3 2m t 8 0 5 6 支持的m o d b u s 功能码3 6 4 4 软件调试与结果3 6 4 4 1 工程文件的下载与模拟3 6 4 4 2p l c 程序的调试3 7 4 4 3 测试结果分析3 8 4 5 本章小结3 8 第5 章远程监控的设计与实现3 9 5 1o s ! 网络模型3 9 5 2t c p i p 协议。4 0 5 2 1 i p 地址的格式与分类4 1 5 2 2i p 协议的分组转发功能4 1 5 2 3m t 8 0 5 6 触摸屏i p 地址的设置4 l 5 3 远程通信链路的建立4 2 5 3 1 路由器的基本结构与功能4 2 5 3 2 虚拟服务器的建立4 3 5 3 3 远程通信的流程4 4 5 4 远程监控的测试与分析一4 5 5 4 1 远程监控程序的设计4 5 5 4 2 局域网设置的检查4 6 5 4 3 系统的测试结果4 7 5 5 本章小结4 8 第6 章总结与展望4 9 6 1 总结4 9 6 2 展望4 9 j $ c 谢5 0 参考文献5 l 攻读硕士学位期间发表的论文5 3 i v 第l 章绪论 1 1 选题背景 第1 章绪论 能源是人类赖以生存的物质基础，人类社会的发展离不开新型能源的出现和先进能源技术的使用。 在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问剧，也是制约和影响我国社 会经济发展的重要问题。 作为世界上最大的发展中国家，中国既是一个能源生产大国，更是一个消费大国。能源生产量仅次 于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的1 1 0 ，仅次于美国，居世界第二位 删。中国是一个以煤炭为主要能源的国家，因此当前经济发展与环境污染的矛盾日益突出。上个世纪9 0 年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1 9 9 3 年起，中国由能源净出口 国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天 然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源 安全所面临的最大难题。 电能作为由初级能源转化而来的二次能源，是国民经济生产与人民日常生活中使用最广泛、最普遍 的一种能源。但是，电能主要是通过燃烧煤、石油和天然气获得的，这些石化燃料在发电过程中会产生 大量的大气污染物，对环境造成很大的破坏。同时电力的消费方式也和环境保护密切相关，改善电能的 使用方式，一方面可以节约有限的资源，另一方面可以相对减少燃煤所产生的有害物质排放，大量节约 治理环境污染的经费支出，对于环境的保护有着极其重要的意义。 照明水平是社会进步和工业发达的一个重要标志，照明用电则是电能消耗中的一个重要组成部分， 美国的照明用电占发电总量的2 0 - - - 2 5 ，日本照明用电占总发电量的1 4 2 ，而我国照明用电约占全 国总发电量的1 3 ，随着改革开放的深化，人民生活水平的提高，照明用电正以每年2 7 的速度增长， 节约照明用电成为节能领域的一个重要课题。 电光源是照明体系的核心和主体，因此，采用光效高、显色性好、寿命长的电光源是实现照明节能 的重要措施。目前，用于照明的电光源，主要分为白炽灯( 普通照明白炽灯和卤钨灯) 、气体放电灯( 包括 汞灯、荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯等) 和l e d 灯等。2 0 世纪九十年代初期，美国环保局( e p a ) 首 先提出实施跨时代的绿色照明工程( g r e e nl i g h tp r o g r a m m e ) ，旨在节约电能、保护环境。绿色照明的核 心就是通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产鼎( 电光源、灯用电 器附件、灯具、配线器材，以及调光控制器件和控光器件) ，最终达到高效、舒适、安全、经济、有益 环境保护和改善，提高人们工作、学习、生活的条件和质量，有益于人们身心健康，有利于资源的合理 利用和可持续发展的目标。基于照明对人类社会发展的重要意义，很快地得到联合国的支持和许多发达 国家、发展中国家的重视，并积极采取相应的政策和技术措施，推进绿色照明r t 程的实施和发展，目前 美国、日本、法国、丹麦、英国等发达国家和一些发展中国家都相应制订了推进照明节电的绿色照明 工程计划。 目前，节能减排，实施绿色照明，以高效节能荧光灯替代白炽灯已是各国的共识。我国的照明还有 不少地区和部门使用发光效率只有8 1 5 左右的白炽灯，比白炽灯节电8 0 的节能荧光灯只占一部 分，浪费严重。“节能减排”是我们的基本国策，“十一五”期间，根据国内能源紧缺的现状，国家大力 提倡节约能源，国家发改委陆续出台了“节能人纲”和十大节能工程，均涉及照明1 ”j “f j b ，十大节能= 程 就包括了绿色照明1 程。改革开放3 0 年，电光源工业一直坚持调整节能与耗能的产品结构比例，并获 得成效。在党的十七大上又提出加强能源资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力，建设资源节 约型、环境友好型社会，因此高效节能环保成为未米产业发展的必然趋势p j 。 国内电光源产品中近年来发展较快的是荧光灯，特别是t 8 、t 5 和紧凑型荧光灯，这种趋势在未来 几年中仍会继续，这种趋势符合节能高效的国际潮流，符合我国的节能政策。高压钠灯和金属卤化物灯 的发展在最近几年也相当惊人。 1 东南大学硕上学位论文 2 0 0 7 年我国紧凑型荧光灯的产量为3 0 5 亿只，占世界节能灯总产量的8 0 以上，已是节能灯生产 的第一大1 4 1 。节能灯已被美国、加拿大、澳大利亚、新西兰、欧盟等国家和地区作为替代自炽灯的光 源产品，也是我国绿色照明j 二程首选的主要光源。因此，改进紧凑型荧光灯生产设各，开发远程监控系 统，提高节能灯的产品质量，实现大规模自动化生产，成为电光源产业的重要课题之一。 1 2 紧凑型荧光灯的生产工艺 紧凑型荧光灯( 简称节能灯) 的生产工艺对于保证节能灯的质量和生产效率有着至关重要的作用。 节能灯的灯芯结构是影响节能灯质量的关键部分，常见的灯芯结构有以芯柱为基体的灯芯结构( 芯柱封 口结构) ，以玻珠为基体的灯芯结构( 无芯柱、有玻珠夹封结构) 和无芯柱无玻珠的灯芯结构( 无芯柱、 无玻珠夹封机构) 。根究灯芯结构的不同，其相应的生产工艺也有不同。 芯柱封口技术多用在生产导丝、灯丝、排气管同在一端的h 型、s l 型、双d 型系列灯，目前国内 大多企业和国外的如荷兰p h i l i p s ，日本东芝、松下等也采用这种技术。采用芯柱与玻壳封口，有利于 提高成品率，但工艺复杂。其生产工艺流程如图1 1 所示。 竺竺竺h 坌竺r 叫兰竺卜叫兰竺h 堡塑竺三卜叫堡竺卜1 竺竺 老炼f + 一排气k 一桥接 图1 1 芯柱封i z l 节能灯生产工艺流程图 无芯柱有玻珠技术多用来生产u 型、冗型系列节能灯，如德国的o s r a m ，美国的g e ，瑞士的 f a l m a ，日本的松下和台湾有些企业就采用这种生产工引5 1 ，其生产工艺流程如图1 2 所示。 采用无芯柱夹封工艺与有芯柱相比，可以缩短制灯工艺路线和生产周期，产品成本低，产品质量好。 图1 - 2 无芯柱有玻珠节能灯灯管生产工艺流程图 英国b a d a l e x 公司曾采用无芯柱无玻珠夹封技术来生产h 型节能灯，其生产工艺如图1 3 所示。 这种生产工艺由于灯芯内的导丝没有玻珠的闯定，使得灯芯在传送过程中极易发生变形，产品成晶率比 较低。我国曾引进过这种技术的生产线，但是没有一条真正的投入生产。 2 第1 章绪论 割玻管烧毛口 _ 刊分检 导丝 灯丝 割排管 1 3 排气机的研究现状 弯管卜 配电子粉 洗管烘干卜r + | 涂粉烘干 配荧光粉 檫粉 l 烤管 老炼 图1 - 3 无芯柱无玻珠节能灯生产工艺流程图 l 灯丝装架 l 涂电子粉 夹封 翮高 排气机是紧凑型荧光灯生产制造过程中非常重要的设备，在排气机上可以实现抽真空，氩冲洗，检 漏，真空度检测等工序，对保证节能灯的质量有着十分关键的作用。 1 3 1 排气机的设备概况 目前节能灯管排气用的设备，基本上有两种：一种是长排车( 又称排气台) ，另一种是圆排车( 又 称排气机) 。排气机多是4 8 工位，有自动与半自动之分。其中，在排气工艺过程中，采用上插式排气管， 所有工序皆由机器自动完成，人工只是向料仓里定期加料的称为自动排气机。如果，有一道或多道工序 由人工参与完成，就称为半自动排气机。半自动排气机多是在上灯管、封离、注汞( 丸) 等工序中的一 道或多道是由人工来完成，灯管排气管多是下插式。 2 0 世纪8 0 年代末东南大学和复旦大学等单位承担的轻工部“七五”重点攻关项目“电控式2 u 节 能灯半自动生产线”，生产率7 2 0 只时，其中有一台3 6 工位半自动排气机，除注汞( 接水银梗) 、上灯 管( 排气管下插式) 、封离人工完成之外，其他工序皆自动完成，并通过了轻工部组织的鉴定。 2 0 世纪9 0 年代初期我校承担的国家经贸委“八五”重大科技攻关项目“紧凑型荧光灯生产技术及 设备的研究”，建成了单机自动、半自动生产线，其中有一台4 8 工位半自动排气机，除人工上灯管之外 ( 下插式) ，其他工序自动完成。理论生产率1 2 0 0 只时，并通了国家经贸委主持的鉴定。近2 0 年的时 间过去了，我们研制的节能灯生产线最近几年得到了推广，其中4 8 工位半自动排气机和4 8 工位全自动 排气机，已在国内外大量推广，受到用户的欢迎。 陶1 42 u 系列紧凑型荧光灯 1 3 24 8 工位自动排气机 4 8 工位自动排气机是本论文的研究对象，由东南大学电光源研究中心研制开发，如图1 5 所示。 此排气机的理论生产率可以达到1 2 0 0 支d , 时，采用变频调速方案。 3 东南大学硕上学位论文 图1 5 4 8 工位自动排气机 排气机的工作过程为，首先电机带动传动轴，通过安装在其上的蜗型凸轮机构驱动排气机的工作盘 做间隙转位运动，在工作盘上的4 8 个排气头随之一起运动。在排气机的静盘上连接有各种真空泵，动 盘和静盘的相对运动使得安装在排气头上的灯管按照设计的工艺步骤实现抽真空，氩气冲洗，阴极分解 激活，检漏，真空度检测和定量冲入惰性气体等排气工序。在排气机上，工位的分布图如下表1 1 所示， 其中5 3 2 是加热除气区，1 4 4 3 是灯丝阴极分解区，3 3 3 8 是保温区。 表1 1 排气机的工位分布 工位序号工位功能 l上管 3 检管，打开抽气管道 4 检漏l 1 2 检漏2 1 3 氩洗l 2 l 检漏3 2 2 氩洗2 3 0 氩洗3 3 5 检漏4 3 6 氩洗4 3 9氩洗5 4 4 下汞丸 4 5定量充氩 4 6 锁抽气管道，烧尖 4 7拔尾管 4 8 注汞丸 灯管的烘烤除气主要是对节能灯的玻管，荧光粉涂层，芯柱等的除气，采用在烘箱内一边加热烘烤， 一边抽真空的方法进行，除去吸附的水蒸气，c 0 2 ，c o ，n 2 等气体杂质，一般烘箱内的温度保持在5 0 0 ，就可以保证在较短的时间内完成烘烤除气过程。 4 第l 章绪论 氩气冲洗的目的是降低灯管内残余气体的分压强，从而提高灯管的真空度和生产率。在节能灯的生 产过程中，一般采用真空泵来抽除灯管内的气体以获得真空，对于高质量节能灯的生产，当抽剑一定的 真空度以后，即使提高泵的抽速也难达到l * 1 0 。3 托的大小真空度，因此设计采用气体冲洗法，通过不 断的冲入高纯度的氩气，来降低灯管内残留气体的分压强。 节能灯的阴极是节能灯的心脏，其处理的好坏将直接影响灯管的质量。节能灯的阴极处理包括阴极 分解，激活，辉放和高压弧放，在该监控系统中主要利用设计的数控恒流源，通过设定阴极分解电流的 大小来保证节能灯阴极处理的效果。 在节能灯的生产过程中，对每一支灯管注入4 - 5 m g 的汞，可以减少光衰，提高节能灯的寿命。为 了精确注汞和环保，目前多采用注汞丸的方法。 定量充氩的目的是缓解冲入的汞离子在高温时对阴极的轰击。一般采用冲入适量的氨气或氩氪混合 气体，实践证明，中、小功率节能灯充入3 9 9 9 6 6 p a ( 3 托) 左右的氩气为最佳，可兼顾到灯的启动、 光效和寿命的需要。 1 4 论文的研究意义 排气作为紧凑型荧光灯生产线上的关键工序，排气质量的好坏，直接影响灯管的光效，寿命、启动、 早期黄黑，因此设计先进的紧凑型荧光灯生产装备，开发更加高效的监控系统，是促进优质光源生产的 的重要举措。 排气机作为紧凑型荧光灯生产线的关键设备之一，其远程监控系统的研究，就是为了满足紧凑型荧 光灯大批量生产的需要，提高生产的自动化和智能化水平。首先，借助于远程监控可以将企业内部的信 息网( i n t r a n e t ) 与控制网有效地连接起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业 的经营管理策略紧密结合，从而实现企业的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资 源库；其次，通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程 故障诊断技术提供了发展基础；最后，通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视 并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员虚拟地出现在许多监控地 点，方便地利片j 本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，尤其在 环境恶劣或危险的生产过程，更能显示其优越性。 基于现场总线的排气机监控系统的研究必将改善紧凑型荧光灯生产线的生产水平，提高紧凑型荧光 灯的质量，满足人们对优质光源日益增长的需求，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产 品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。因此本课题具有十分重要 的实用价值和研究意义。 1 5 论文的内容安排 论文课题以节能灯4 8 工位自动排气机为研究对象，利用现场总线技术，数据通信技术和网络技术， 构建基于现场总线的远程监控系统。论文内容的具体安排如下： 介绍课题的选择背景，论述紧凑型荧光灯的生产工艺以及4 8 工位自动排气机的工作原理和工位布 局，并指出论文的研究意义。 介绍远程监控系统的功能，分类以及工作方式，提出排气机远程监控系统的总体设计，并对构成远 程监控系统的每一层进行具体说明。 具体阐述监控系统的硬件组成，包括p l c 和触摸屏的应用，恒流源的设计，以及现场层各设备与 m t 8 0 5 6 触摸屏串口通讯的实现。 具体阐述监控系统的软件设计，涵盖p l c 下位机控制程序设计，人机控制界面设计以及m o d b u s 通讯协议以及软件的调试。 介绍o s i 网络模型，t c p i p 协议，建立虚拟服务器，设计远程监控程序，并对整个系统进行调试， 5 东南大学硕士学位论文 最终实现远程监控和工程文档的远程下载。 最后，对系统进行整体的总结和评估，指出系统设计所取得的成果以及本身存在的不足和未来的研 究方向。 1 6 本章小结 本章介绍了课题的选择背景和紧凑型荧光灯生产工艺，对4 8 工位自动排气机的工作原理进行说明， 并指出论文的内容安排以及论文的研究意义。 6 第2 章远程监控系统的总体设计 第2 章远程监控系统的总体设计 2 1 远程监控系统的概述 远程监控就是指远距离的检测和控制，确切的理解，远程监控就是本地计算机系统( 或其他可以作 为上位机的设备) 通过网络系统如i n t e m e t i n t r a n e t ，对远程工业生产现场的过程控制系统进行实时的检 测和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。在现场设备分布广泛或数据不易 采集的场合，远程监控系统更加体现其优越性。 远程监控系统由现场监控子系统、通讯子系统和远端监控子系统三部分组成【6 】。远程监控系统的本 质区别在于通讯方式的不同，通讯子系统是连接现场和远端子系统的纽带，其可靠性和稳定性将直接影 响系统的正常运行以及整个系统的稳定。 2 1 1 远程监控系统的功能 远程监控系统有两种类型：一种是生产现场没有作为上位机的监控系统，而是把现场采集的数据直 接送剑远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有本质的区别，只是数据的传输距离比 现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同；另一种是现场监控与远程监控并存17 1 。一般是采 用现场总线技术将分布于各个智能设备的传感器、控制单元等连接起来，这样就从分立单元阶段组成了 集成单元阶段，然后将各个智能设备的信息与现场监控单元进行数据通讯，依此构成企业内部网 ( i n t r a n e t ) 。由于建立了基本的网络信息基础结构，基本上可以满足在一个单位内部的资源和信息共享， 使设备监测与维护、故障诊断等功能可以在一个监控平台上实现。同时，远程监控端可以借助当前发达 的网络技术，不必亲临现场，就可以对生产状况信息进行全面的掌控。 远程监控系统具有很好的使用价值，具体来说，其实现的功能主要有如下几个方面： 采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以 一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电视等，为生产人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以 便了解生产情况。 监督功能：可以将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行分 析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储。 管理功能：利用己有的有效数据、图像、报表等进行工况分析、故障诊断、险情预测，并以声光电 的形式对故障和突发事件报警。 控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生 产过程。 2 1 2 远程监控系统的工作方式 远程监控系统有c s 和b s 两种工作模式【8 l 下文将会分别说明这两种工作模式的构成，应用及其 优缺点。 ( 1 ) c s 模式 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 就是指客户机服务器的工作模式，是2 0 世纪8 0 年代末逐步成长起来的一 种模式，是软件系统体系结构的一种。c s 结构的关键在于功能的分布，一些功能放在前端机( 即 客户机) 上执行，另一些功能放在后端机( 即服务器) 上执行。功能的分布在于减少计算机系统 的各种瓶颈问题。 通常被监控的计算机工作于服务器模式，主要负责响应客户端的请求并发送消息，监控者为 客户端，主要负责向服务器发出获取消息的请求并将获得的信息实时的进行现实和存储。c s 结 构可以充分的利用两端的硬件环境的优势，提高系统的响应速度，降低系统的通讯难度。 7 东南大学硕士学位论文 但是，c s 结构的：l ：作模式适州面窄，通常j 丰j 丁局域网中。，h j 户群| 司定。由于程序需要安装才可使 用，因此不适合面向一些不可知的_ 户。而且维护成本高，发生一次升级，则所有客户端的程序都需要 改变。 ( 2 ) b s 模式 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 即是浏览器服务器模式，是对c s 结构的基础上进行的改进，同时也是基 于i n t e m e t 技术的兴起。在这种工作模式下，用户通过浏览器来实现监控，主要的现场控制和检测任务 由服务器来实现。 b s 的i ：作模式有很多的有点，第一就是节约成本，大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护 与升级的成本和j 二作量，降低了用户的总体成本。第二就是安全，它能有效地保护数据平台和管理访问 权限。第三就是方便，b s 结构最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不埘安装任何专门的软件， 只需要管理服务器就行了，所有的客户端只是浏览器，根本不需要做任何的维护，只要有一台能上网的 电脑就能使用。但是其有着系统运行速度和稳定性不高的局限性。 基于b s 和c s 的远程监控系统都是以h t t p 技术为基础，以网络通信作为信息交互平台的监控系 统，基于网络通信，数据采集和面向对象的软件技术实现了系统管理、用户管理、监控设备数据显示及 报警等功能，充分利用现有的网络资源，以信息的实时获取和控制为中心，实现信息、资源及任务的综 合共享和全局一体化管理。远程监控系统在企业生产过程的广泛使用使得专业技术人员可以通过互联网 来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的可用率，最终降低生产成本，提高效益。 2 1 3 基于i n t e m e t 的远程监控 远程监控系统的可以依据不同的标准进行分类。根据系统的被控对象或通信平台，远程监控系统可 以分为局域网中的远程监控和基于i n t e m e t 的远程监控。根据系统的控制方式，远程监控系统可以分为 完成型的远程监控方式和人机交互式的远程监控方式。设计的排气机远程监控系统就属于基于i n t e m e t 的人机交互式远程监控系统。 局域网中的监控系统采用客户机i n t 务器的工作模式，主要有一个监控服务器程序和多个现场工作 站组成，来实现网络控制和数据传输功能。这种监控系统可以实现对工作站的实时监控，控制和传送数 据文件，有着很好的安全性和较高的工作效率州。 基于i n t e m e t 的远程监控主要通过对现场控制网络，企业内网和i n t e m e t 三种层次网络的结合来完 成对现场的控制【1 0 1 。这种监控系统可以突破地域的限i t i 0 ，使现场设备，控制仪表和工控机协同工作， 真正的实现远程控制，远程管理的分布式网络系统。可以有效的提高工业的自动化水平，节约人力资源。 当前计算机技术，通信技术，控制技术和图形技术的发展，使得基于i n t e m e t 的远程监控系统具有 了坚实的理论和应用基础，引发了在工业生产中过程控制领域的变革。 2 2 排气