1016温室大棚锅炉远程监控系统1冯鹏 字数

1、温室大棚锅炉远程监控系统的研究与设计摘 要近些年来随着科学技术的不断的进步，温室大棚锅炉监测系统也开始向着智能化的发展趋势发展。特别是计算机技术和总线技术的发展为温室大棚锅炉监测系统提供了一种新的技术方案。本次根据CAN总线技术成熟、可以多点组网、使用方便等特点，并且结合现有的锅炉控制器，对现有的温室大棚锅炉监测系统进行了改进设计，设计了基于CAN总线的温室大棚锅炉监测系统。与传统的单一控制方式相比较，本文将多个温室大棚的供暖锅炉通过CAN总相信技术组合起来，实现对锅炉的集散控制。现有的温室大棚锅炉控制器具有AI、DI、DO、RDT、RS485 等接口电路可以实现对温室大棚的环境参数的检测和控

2、制，锅炉控制器使用的时候作为Modbus从站，可以通过主站设备对锅炉控制器进行控制。本次为了实现CAN总线多点组网功能，开发了RS232/RS485-CAN总线协议转换模块，在每个锅炉控制器的RS485 接口上都安装一个RS232/RS485-CAN总线协议转换模块，这样每个锅炉控制器就相当于一个采集子节点。在设计一个CAN总线主站节点，这样就可以通过CAN总线实现对节点的数据采集和控制。本次使用MCGS组态软件设计了温室大棚锅炉监控软件可以实现对各个节点的锅炉的工作方式设定、锅炉控制、信息的采集、历史数据查询、报表打印等功能。在完成了上面的量和部分内容后搭建了一个简易的实验平台，对系统的功能

3、进行了演示。经过实验表明本系统能够实现对温室大棚锅炉的无线组网功能，并可以进行锅炉的无线控制。通过测试，把本次系统的结构合理、工作性能稳定、节点数目可以灵活扩展、系统的功耗低、相对于有线的控制方式来说，它具有如下的优点，即：较低的成本和方便的维修。关键词:锅炉控制器; 温室；CAN总线；监控界面AbstractIn recent years, with the continuous progress of science and technology, greenhouse boiler monitoring system has begun to develop toward an inte

4、lligent trend. In particular, the development of computer technology and bus technology provides a new technical scheme for greenhouse boiler monitoring system. According to the CAN bus technology, multi-point network, easy to use, and the combination of the existing boiler controller, the greenhous

5、e boiler monitoring system improved design, the design of the greenhouse boiler monitoring system based on CAN bus. Compared with the traditional single control method, the heating boilers in several greenhouses are combined with CAN technology to realize the distributed control of the boiler.The de

6、tection and control of greenhouse boiler controller existing with AI, DI, DO, RDT, RS485 and other interface circuit can realize the environmental parameters of the greenhouse, when used as a boiler controller Modbus from the station of a boiler can be controlled by the master device controller. In

7、order to realize the function of multi-point network CAN bus, developed RS232/RS485-CAN bus protocol conversion module, RS485 interface in each boiler controller are installed on a RS232/RS485-CAN bus protocol conversion module, so that each boiler controller is equivalent to a collection of child n

8、odes. In the design of a CAN bus master node, this can be achieved through the CAN bus data acquisition and control of the node. The use of MCGS configuration software design of greenhouse boiler monitoring software can be achieved on each node of the boiler work setting, boiler control, information

9、 collection, historical data query, report printing and other functions.After completing the amount and part of the above, a simple experimental platform is built, and the function of the system is demonstrated. The experiment shows that the system can realize the wireless networking function of the

10、 greenhouse boiler, and can carry out the wireless control of the boiler. Through the test, the power structure of this system is reasonable and stable working performance, the number of nodes can be flexibly expanded, the system is low, relative to the cost control cable low, convenient maintenance

11、, and has great application value.Key words: boiler controller; greenhouse; CAN bus; monitoring interface目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc495222530 摘 要 PAGEREF _Toc495222530 h 1 HYPERLINK l _Toc495222531 Abstract PAGEREF _Toc495222531 h 2 HYPERLINK l _Toc495222532 第一章 绪论 PAGEREF _Toc495222532 h 5

12、HYPERLINK l _Toc495222533 1.1 课题研究的背景介绍 PAGEREF _Toc495222533 h 6 HYPERLINK l _Toc495222534 1.2 温室锅炉控制技术的发展趋势 PAGEREF _Toc495222534 h 7 HYPERLINK l _Toc495222538 1.3 国内外温室控制技术的发展趋势 PAGEREF _Toc495222538 h 8 HYPERLINK l _Toc495222539 课题的研究内容与研究方法 PAGEREF _Toc495222539 h 11 HYPERLINK l _Toc495222540 第

13、二章现有锅炉控制器介绍 PAGEREF _Toc495222540 h 12 HYPERLINK l _Toc495222541 温室大棚锅炉介绍 PAGEREF _Toc495222541 h 12 HYPERLINK l _Toc495222542 2.2 锅炉控制器简介 PAGEREF _Toc495222542 h 13 HYPERLINK l _Toc495222543 2.3 锅炉控制器中的控制量和参变量 PAGEREF _Toc495222543 h 15 HYPERLINK l _Toc495222544 2.4 本章小结 PAGEREF _Toc495222544 h 18

14、HYPERLINK l _Toc495222545 第三章系统总体方案设计 PAGEREF _Toc495222545 h 19 HYPERLINK l _Toc495222546 锅炉监控系统的需求分析 PAGEREF _Toc495222546 h 19 HYPERLINK l _Toc495222547 改进后的锅炉监控系统方案设计 PAGEREF _Toc495222547 h 20 HYPERLINK l _Toc495222548 3.3 通讯网络 PAGEREF _Toc495222548 h 21 HYPERLINK l _Toc495222549 3.4 本章小结 PAGER

15、EF _Toc495222549 h 26 HYPERLINK l _Toc495222550 第四章CAN协议转换模块设计 PAGEREF _Toc495222550 h 27 HYPERLINK l _Toc495222551 4.1 CAN-RS485协议转换模块框图设计 PAGEREF _Toc495222551 h 27 HYPERLINK l _Toc495222552 4.2 CAN-RS232协议转换模块框图设计 PAGEREF _Toc495222552 h 27 HYPERLINK l _Toc495222553 4.3 CAN-RS485/RS232协议转换模块硬件电路设

16、计 PAGEREF _Toc495222553 h 28 HYPERLINK l _Toc495222555 4.3.1 STC89C52单片机电路设计 PAGEREF _Toc495222555 h 28 HYPERLINK l _Toc495222556 4.3. 2 CAN控制器电路设计 PAGEREF _Toc495222556 h 29 HYPERLINK l _Toc495222557 4.3.3 CAN收发器电路设计 PAGEREF _Toc495222557 h 30 HYPERLINK l _Toc495222558 4.3.4 RS485接口电路设计 PAGEREF _To

17、c495222558 h 32 HYPERLINK l _Toc495222559 4.3.5 RS232接口电路设计 PAGEREF _Toc495222559 h 33 HYPERLINK l _Toc495222560 4.3.6 CAN-RS485/RS232协议转换模块整体电路图 PAGEREF _Toc495222560 h 33 HYPERLINK l _Toc495222561 4.4 CAN-RS485/RS232协议转换模块软件设计 PAGEREF _Toc495222561 h 34 HYPERLINK l _Toc495222562 4.4.1 Modbus协议与CAN

18、协议转换 PAGEREF _Toc495222562 h 34 HYPERLINK l _Toc495222563 4.4.2 主程序设计 PAGEREF _Toc495222563 h 38 HYPERLINK l _Toc495222564 4.4.3 系统初始化 PAGEREF _Toc495222564 h 39 HYPERLINK l _Toc495222565 4.4.4 数据的接收与发送 PAGEREF _Toc495222565 h 42 HYPERLINK l _Toc495222566 4.5 本章小结 PAGEREF _Toc495222566 h 44 HYPERLIN

19、K l _Toc495222567 第五章组态监控界面设计 PAGEREF _Toc495222567 h 45 HYPERLINK l _Toc495222568 5.1 监控软件的任务分析 PAGEREF _Toc495222568 h 45 HYPERLINK l _Toc495222569 5.2 MCGS简介 PAGEREF _Toc495222569 h 45 HYPERLINK l _Toc495222570 5.2.1 MCGS的系统组成 PAGEREF _Toc495222570 h 45 HYPERLINK l _Toc495222571 5.2.2 MCGS组态软件的特点

20、 PAGEREF _Toc495222571 h 47 HYPERLINK l _Toc495222572 5.3 上位机界面设计步骤 PAGEREF _Toc495222572 h 47 HYPERLINK l _Toc495222573 5.4 上位机监控界面设计 PAGEREF _Toc495222573 h 48 HYPERLINK l _Toc495222574 5.4.1 主控窗口设计 PAGEREF _Toc495222574 h 48 HYPERLINK l _Toc495222575 5.4.2 锅炉监控界面设计 PAGEREF _Toc495222575 h 52 HYPE

21、RLINK l _Toc495222576 5.4.3 历史数据界面 PAGEREF _Toc495222576 h 53 HYPERLINK l _Toc495222577 5.4.4 报警界面设计 PAGEREF _Toc495222577 h 54 HYPERLINK l _Toc495222578 5.4.5 参数设置界面 PAGEREF _Toc495222578 h 55 HYPERLINK l _Toc495222579 5.5 本章小结 PAGEREF _Toc495222579 h 57 HYPERLINK l _Toc495222580 第六章测试系统搭建与调试 PAGER

22、EF _Toc495222580 h 58 HYPERLINK l _Toc495222581 6.1 锅炉硬件搭建 PAGEREF _Toc495222581 h 58 HYPERLINK l _Toc495222582 6.1.1 锅炉测试板 PAGEREF _Toc495222582 h 58 HYPERLINK l _Toc495222583 下位机控制系统组成 PAGEREF _Toc495222583 h 58 HYPERLINK l _Toc495222584 6.1.3 上位机控制系统组成 PAGEREF _Toc495222584 h 59 HYPERLINK l _Toc4

23、95222585 6.2 整体监控系统使用流程 PAGEREF _Toc495222585 h 60 HYPERLINK l _Toc495222586 6.3 系统的整体调试 PAGEREF _Toc495222586 h 61 HYPERLINK l _Toc495222587 6.3.1 监控系统运行调试 PAGEREF _Toc495222587 h 61 HYPERLINK l _Toc495222588 控制锅炉启动调试 PAGEREF _Toc495222588 h 62 HYPERLINK l _Toc495222589 6.3.3 手动控制调试 PAGEREF _Toc495

24、222589 h 63 HYPERLINK l _Toc495222590 6.3.4 权限调试 PAGEREF _Toc495222590 h 63 HYPERLINK l _Toc495222591 6.3.5 报警功能调试 PAGEREF _Toc495222591 h 64 HYPERLINK l _Toc495222592 6.4 本章小结 PAGEREF _Toc495222592 h 65 HYPERLINK l _Toc495222593 第七章总结与展望 PAGEREF _Toc495222593 h 66 HYPERLINK l _Toc495222594 7.1 论文总结

25、 PAGEREF _Toc495222594 h 66 HYPERLINK l _Toc495222595 7.2 展望 PAGEREF _Toc495222595 h 66 HYPERLINK l _Toc495222596 参考文献 PAGEREF _Toc495222596 h 68 HYPERLINK l _Toc495222597 致 谢 PAGEREF _Toc495222597 h 72 HYPERLINK l _Toc495222598 附录CAN-RS485/RS232协议转换模块电路图 PAGEREF _Toc495222598 h 73 HYPERLINK l _Toc4

26、95222599 附录CAN-RS485/RS232协议转换模块PCB图 PAGEREF _Toc495222599 h 74绪论近些年随着总线通信技术和物联网技术的不断的发展和进步，人们的生活水平已经发生了重大的变化。对于很多的工业空中场合或者农业控制场合来说控制模式也发生了改变。传统的有线的控制方式已经不能满足现场的环境和需求。温室大棚作为保证蔬菜供给的中重要的设备已经非常的普及。传统的温室大棚锅炉控制主要是使用有一对一的方式进行，大棚现场非常的混乱、维修起来也非常的困难。这样使用总线技术的方式实现对温室大棚锅炉的控制将会具有重要的应用价值1。1.1 课题研究的背景介绍我国是一个拥有将近1

27、4亿人口的大国也是一个农业大国，国土面积广阔，土地资源的现状为：土地资源的绝对数量大，人均占有量少；土地类型多种多样，山地多，平地少，耕地、林地比重低，不可利用的土地比重大，改造后可以利用的土地资源不多。经过一项数据统计，我国经过长期改造的耕地面积居世界第4位，看起来排名在世界前列，但是人均一看确实仅为世界平均的百分之四十，我们在看水资源从世界来看是位居第六，但是人均却是世界人均占有量的百分之二十四，这样我们就需要考虑，在人均耕地面积和人均水资源如此缺乏的条件下，如何使农业生产率达到最大限度的提升，是我国建立节约型社会，推进社会可持续发展的一个重要课题2。近些年来随着社会的进步，人们的生活水平

28、也有了很大的提高，在吃、穿、住、行等方面都发生看重大的变化。人们对蔬菜、水果、花卉、名贵要药材等方面的需求也在逐年的增大。在自然环境下生长的产量已经远远不能满足人们日益增长的需求3。针对以上情况,温室技术作为设施农业中的一项重要发展方向正被越来越多的农业科研人员日益地重视起来。我们知道温度对于温室大棚中农作物的生产起到了决定性的作用。特别是在大中型蔬菜大棚管理系统中，由于温度过高或过低引起的蔬菜大棚农作物生长不好，新陈代谢加快而放出热量，放热引起的温升又进一步加剧农作物的生长不好，因此蔬菜大棚必须重视对空气温度精确而又方便的实时监测4。本次监控的对象是我国某地区的一个蔬菜大棚厂区。整个大棚厂区

29、有几百个温室大棚，在冬天的时候由于的气温低，因此需要对大棚进行供暖。现有的大棚的供暖的方式是使用锅炉控制器，采用Modbus方式对锅炉进行控制。控制的距离有限制。本次为了决绝上面的问题，在现有控制器上进行了升级改造，使用CAN总线的方式进行组网，实现了对温室大棚锅炉的多点远距离监测。经过改造的设备论是从效率、经济、安全等方面都由于之前的控制方式。1.2 温室锅炉控制技术的发展趋势在日常的生活、工业及其农业生产当中，有关锅炉性能的控制能够对人们的生活和生产产生直接的影响到。在上个世纪我国的锅炉控制水平还不是很高，最主要的控制方式还主要是人工值守方式或者定期巡检的方式。这种方式不能够实时的获取锅炉

30、的工作状态和反馈的温度参数。很多情况下，为了避免引起用户的责骂，就宁愿多烧使其得到过高的温度，这样不仅使得能源有所浪费，也损坏了锅炉的有关设备。进入21世纪，锅炉控制技术有了重要的发展，从人工控制的方式逐步变成了智能的控制方式，现在的锅炉控制技术已经可以和互联网技术、物联网技术等融合到一块。经过查阅相关的国内外的文献资料总结如下：锅炉控制技术从国内外的发展趋势来看有四个发展阶段5：（1）人工现场操作阶段微电子技术在上世纪50-60年代以前还没有出现，此时也不具有成熟的自动化方面的控制技术，而且锅炉的控制理论也不是很完善。所以当时的锅炉控制技术主要是人工现场操作方式，也就是说对锅炉的操作需要由一

31、些经验丰富的操作工人完成，工人们需要每天轮班对锅炉进行操作，这种方式不但增加了工人的劳动量，而且还容易由于环境因素造成一些安全事故。因此人工现场操作的方式并不能保证锅炉的安全运行。（2）继电器、仪器、仪表控制阶段在20世界60-80年代，随着微电子技术的发展，自动化控制技术也得到了快速的发展。此后，广泛的应用于锅炉控制的一些设备有继电器、仪器以及仪表。与此同时，有关锅炉控制器的设置可以依据其本身具有的特点。此阶段，因为我们应用了自动化技术及其微电子技术，因此，能够使得锅炉的控制系统具有了较高的稳定性。节省了人工的劳动力。但是这个阶段在锅炉控制的精度和灵活性上也有很大的缺点。 （3）微机控制阶段

32、20世纪90年代后，微机技术得到了飞速的发展，PLC、微机、工业控制中的PCI板卡中都广泛的应用了微机网络技术，而且这些产片也广泛的在锅炉控制中使用，这样锅炉的精确性和稳定性相比于第二个阶段得到了很大的提升。和之前的锅炉控制相比较，锅炉控制的自动化程度会更高、并且具有了更加灵活的控制方式，但是，为了避免外界环境干扰系统本身，就需要对锅炉控制系统进行进一步的完善。（4）智能控制阶段。随着现代农业、科技的发展，智能化的锅炉控制系统融合了运筹学、人工智能、模糊理论及控制论等控制算法，使系统更加的稳定可靠。采用集中控制的方式实现锅炉的群控是一种发展趋势。MDCS小型集散控制系统是由秦家伟推出的，他在小

33、型锅炉监控系统的应用中根据现有的国内的智能控制公司的技术，实现了对于智能建筑中的分散式锅炉的集散控制。除他以外，北邮的孟维杰也实现了对锅炉进行远程监控，不过他利用的是GPRS 6。但是这两种方案对随机分布锅炉的集中监控仍然存在着许多不足之处：系统开销比较大。网络没有自组建功能，适应能力弱。而CAN总线技术，因其广泛的应用前景已经受到了各国的重视。在工业控制领域，通过利用CAN总线与传感器技术使工业现场的数据采集、分析及处理变得十分快捷与方便。1.3 国内外温室控制技术的发展趋势温室一般使用采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，温室里的植物不会受到外界天气变化，季节变化，以及恶劣气候的影响。温室是

34、可以改善植物的生长和生存环境的一个场所。某些露天植物在冬季以及恶劣不适应生存，温室恰恰为这种植物提供了便利的条件，为它提供了良好的生存环境，因此环境控制是温室效应的一个关键技术。这个技术最终需要达到一定的精准度才可以使得植物更有利的生长。国外温室控制技术的发展趋势国内外，众所周知，美国是计算机应用发展速度最快的国家，同时他也是在大棚中应用计算机最早的国家之一。早期开发的控制与管理系统是考虑了多种因素，对大棚里的温度，湿度，光照等许多因素进行考察，从而根据植物的生长所需要的条件进行控制，因为植物的生长环境因素很多，所以系统中需要输入植物生长环境的参数目标，种植者输入参数后，系统可以通过传感器实际

35、勘测的测量值进行对比，进行加热，通风，浇水或者降温等等，从而进行对整个大棚的温度控制。不仅仅在美国用这种温度控制系统，进口的国外设备以及我国自主研发的温控也是这种系统的原理应用。这种系统可以通过改变目标参数，对大棚温度进行调节，提高了生产效率，适合有一定规模的生产，实现了自动化，但是弊端就是无法对作物的生长进行准确的调节，抓不住其内在的规律，在这种趋势下，温度自动控制会更加智能化的控制去发展。高智能化温度控制系统势在必行。在二十世纪八十年代以来，荷兰针对大棚温度计算机控制系统进行不断的模拟与研发，我们知道，荷兰以园艺而世界闻名，先进的鲜花生产技术闻名于世，通过不断的研发与模拟，使得技术得到了稳

36、步的提升，已经达到了世界的领先水平，他们研发的系统可以制定植物生长参数的曲线，用环境控制系统的种植者达到了半数以上，这个系统可以进行必要的数据查询，能较好的形成上位机与下位机之间的通讯，实现灌溉和气候控制等功能。在英国，计算机已经全部运用到温室管理中，相关的课题研究比如：温室骨架与荷载、温室光照与材料、温室环境与生理、温室节能、温室自动化控制等，在一些农业工程研究所里普遍开展。温室遥控技术是由英国伦敦大学研发的，这个技术可以进行远距离的环境参数的调控，同时也可以通过计算机进行观察。世界上，计算机领域除美国之外，日本也是发展速度相当快的国家，在八十年代中期在就有千台计算机应用于温室，普及率高达百

37、分之九十以上在农业的生产部门中。主要是对CO2浓度，空气中温度和湿度的控制等等，都是通过计算机控制而实现自动化管理，机械化灌溉，和其他功能的管理。根据室内外的温差，室内的湿度，室外的风速等因素来控制加湿降温，调节天窗，灌溉浇水，定时调温，以及施肥系统。施肥系统是根据CO2的浓度来进行调控。除此之外，还会将温室的各种环境参数，工作环境自动存储记忆以及打印等多功能。以色列被誉为“沙漠上的绿洲”，其气候干旱，自然条件十分恶劣。以色列政府非常重视农业，大力栽培相关设施，当前电脑的水质监测在灌溉中是有电脑为主控，通过控制器，接收到计算机中心发送的信息，进行控制灌溉以及施肥，这样会使得水肥的利用率最大化，

38、接近百分之九十，这样在干旱资源匮乏的以色列才可以进行蔬菜出口，才可以使生长在沙漠中的以色列人也不会缺少蔬菜。近些年来，许多国家针对温控大棚提出了行业标准，逐渐规范化，市场化，大众化，网络化，无人自动化等趋势发展，国外大棚主要伫立于网络技术，遥测技术，规范化管理已经应用到实际当中，我国也逐步的与世界同步，把网络遥测技术更好的应用到农业生产当中。1.3.2 国内温控技术的未来发展对我国的温控技术相对于国外相比，发展相对的慢一些，上世纪八十年代，我国的技术人员才学会人工室内计算机控制技术，这个技术是对单项环境参数进行控制的，针对湿度，CO2的浓度以及湿度等因素来进行分析的技术。当时我们国家从发达国家

39、引进了许多先进的温室设备，这些温室设备的引进虽然有助于我们更好的研究温控技术，但是也会带来弊端就是温室的作物的栽培和管理技术，过重的注重设备使得企业亏损，倒闭停产，不仅耗费人力物力财力，也使得技术发展进入到了瓶颈期。直到九十年代后期，在汲取前面的经验教训的同时，在温室栽培技术和自动控制方面进行了自主性研究与创新。如分布式控制系统：“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，该系统由北京农业大学研制；采用上位机加PLC的集散式控制方法的“GCS-I型智能化温室自动控制系统”，该系统由河南省农科院自动化控制中心研制；还有计算机分布式控制的“山东省济宁大型育苗温室计算机分布式控制系统”，由中国农

40、业大学研制。因此目前国内的温室控制技术主要为以下两大类型：(1) 温室分布式控制系统目前温室分布式控制系统主要有两种模式。一是主机终端模式。作为目前广泛使用的系统模式，这种模式需要投入很大的人力和资金，它的过程则是利用一个主控制中心来控制以及管理子系统的。由于其具有相对较差的灵活性以及巨大的投入，所以，在一个具有多种因素相互影响，环境空间差异性大的实际温室系统中，这种模式很难保证效率最大化。二是分布式控制系统，这个系统模式与上面的不同，它已经成为未来温控系统的重要研究发展方向，主要采用服务器客户模式，子处理器一般以单片机和可编程控制器PLC 为核心，分散在系统各处，主要负责实时采集和分析数据，

41、并进行独立控制；主处理器负责处理系统中子处理器难以完成或者无法完成的任务，其数据分析与处理能力要强于子处理器，因此，就整个系统来说，要使得整个温室控制能够运行正常，就需要借助于主子处理器来进行协同工作。 (2) 基于互联网的远程控制系统温室控制与管理系统的研究与发展同网络计算机技术的发展是密不可分的，随着近些年的互联网技术的飞速发展，已被广泛的应用到现代智能温室测控系统中。其中测控系统通过与互联网的连接，向种植者发送各种有效的信息，如温度数据、多媒体信息等，以便种植者更好的进行生产活动。今后，智能温室测控系统的发展也会随着计算机技术及网络技术的不断发展更加开放、更加复杂、更加完善。本课题的研究

42、内容主要分为两大部分内容，RS232/RS485-CAN协议转换模块设计和远端上位机监控界面的设计。RS232/RS485-CAN协议转换模块用于和现有的锅炉控制器进行通信将锅炉控制器中的信息转换成CAN总线协议的数据，通过CAN总线网络传输到CAN总站主站，在通过RS232接口传输到上位机组态软件进行监控。本课题主要完成的任务如下：本可课题主要是设计一种基于CAN总线的温室大棚锅炉远程监控系统，是在现有的锅炉控制器上面进行的扩展设计。可以实现多个大棚的集散控制。主要包括如下几个方面的工作：第一，对现有锅炉控制器进行研究，熟悉现有锅炉控制器的控制方式和数据接口。第二，设计RS485-CAN协议

43、转换模块和现有的锅炉控制数据接口连接，采集锅炉控制器信息。设计CAN-RS232协议转换模块和电脑的串口接口连接，实现和上位机界面的数据通信。第三，使用MCGS组态软件设计上位机监控界面，实现对锅炉控制器相关信息的显示和控制。第四，搭建试验测试平台，对设计的内容进行测试和验证，对出现的问题进行改进和完善。论文共分为七章，每章会从各个方面对课题进行阐明分析。第一章：绪论。在绪论中介绍了课题的研究背景和意义，以及锅炉控制系统的发展趋势和温室控制及技术的研究现状等，并对课题研究的主要内容进行了详细的阐述。第二章：现有锅炉控制器介绍。这一章对现有的锅炉控制器进行了详细的介绍。包括锅炉控制器的工作方式、

44、通信接口，数据格式等。第三章：系统总体的框架。这一章对锅炉监控系统的需求进行了详细的分析。通过分析比较各种方案，决定采用CAN总线网络为锅炉监控系统通讯方案。其次对CAN总线的组网进行了简单的概述，同时对本系统选择的CAN模块进行了简单的介绍。第四章：CAN-RS485/RS232协议转换模块设计。本章主要对系统中的CAN-RS485/RS232硬件设计和软件程序设计。并对协议转换成可能遇到的问题进行了分析，并提出了CAN分段传输的方案。第五章：锅炉监控系统的组态界面设计。本章主要是根据系统的功能设计了上位机组态监控界面。首先介绍了MCGS组态软件的优点，之后按照设计按要求设计了相应的监控画面

45、。第六章：系统测试环境搭建及调试。本章主要介绍系统测试环境的搭建，并对系统所实现的功能进行调试分析。第七章：总结与展望。这里主要介绍此次的成功和不足之处。现有锅炉控制器介绍本课题中研究的温室大棚供暖锅炉是由某锅炉厂家生产一款生物质能源锅炉。该锅炉的燃料主要是生物质燃料，锅炉产生的有害气体少。生物质锅炉主要组成部分包括锅炉本体和锅炉辅助控制设备。而锅炉主题设备又包括如下的几个部分，即：炉膛、省煤器、汽包及其锅炉预热器这四部分。而点火器、鼓风机、喂料机及引风机等几个主要部分则组成了锅炉的辅助设备。就生物质锅炉而言，一个就可以实现200m2 温室大棚的正常的供暖。并且每一个生物质锅炉都具有一个锅炉控

46、制器，通过锅炉控制器可以实现对锅炉的控制。生物质锅炉的结构图如下图2-1所示。 图2-1 生物质锅炉结构图在温室大棚中使用生物质锅炉可以起到节能和环保的作用。大棚中的农作物的秸秆可以做成生物质燃料供给锅炉使用，而且锅炉燃烧后不会产生有害气体。这样也可以保证农作物的正常的生长。2.2 锅炉控制器简介2.2.1 锅炉控制器的组成本次设计中是在现有的锅炉控制器的基础上进行的改造，现有的锅炉控制器是通过有线的方式实现锅炉的组网控制。该锅炉控制器以单片机为控制核心配以相关的采集电路和控制电路实现对锅炉的控制等功能。控制器本身具有DI、DO、AI、AO、PWM、RS485等接口电路，可以实现锅炉火焰传感器

47、、大棚环境温度传感器、锅炉炉温传感器、点火温度传感器、尾气温度传感器以及相关的开关控制传感器的信息的采集。控制器通过RS485接口采用Modbus-RTU协议和Modbus主站设备连接实现数据的传输。同时锅炉控制器本身具有文本显示接口，因此就可以将锅炉控制方面的信息显示在屏幕上。下图22就是一个锅炉控制器有关整体结构图。 图2-2 锅炉控制器结构图2.2.2 锅炉控制器相关功能介绍在对现有锅炉控制器改造之前需要熟悉锅炉控制器的每部分的功能。在上图2-2中锅炉控制器连接的相关的设备功能如下：（1）火焰探测器：是一款火焰传感器，用于检测锅炉炉膛内的燃烧情况。（2）室温传感器：连接PT00温度传感器

48、，用于检测大棚内的环境的温度值。（3）锅炉温度传感器：此部分主要就是连接在温度传感器PT00上，其主要的作用就是对锅炉内部的温度值进行相关检测的。（4）点火温度尾气温度传感器：连接热电偶形式的温度传感器，用于检测锅炉在点火时候的温度值和锅炉产生的尾气的温度值。（5）可控硅输出控制：其主要作用就是对锅炉的点火、喂料、推灰以及上料等操作进行控制的。（6）继电器控制：可以通过控制其通或者断来对锅炉的水泵进行一定的控制，另外，引风控制控制电路的控制功能。（7）PWM输出：PWM信号主要是用于调速用的，在锅炉上主要是控制风机的风速的大小。（8）0-20mA输出：0-20mA电流信息也是用于控制风机调速的

49、装置。主要控制引风电机调速和二次风电机调速。控制开关：控制开关主要是进行数字传感器信号的输入装置，可以实现锅炉行程开关、安全开关、上料位开关、下料位开关等传感器信号的采集，从而可以判断锅炉的工作状态。通信接口：通信接口是标准的RS485接口，锅炉控制器可以通过接口实现和主站设备的连接。电源：锅炉控制器使用24V DC直流电供电。在熟悉了锅炉控制器的相关的借口功能后，将电源装置连接在锅炉控制器上，这时，锅炉控制器就能够工作。在本课题当中，用下图23所示的锅炉控制板。 图2-3 锅炉控制器实验板2.3 锅炉控制器中的控制量和参变量本课题当中，我们的有关锅炉控制器的通信协议所采用的标准为Modbus

50、-RTU协议，控制器在使用的时候作为Modbus从站设备使用。连接Modbus主站设备后，通过功能码就可以将各个参变量写入，进而来控制锅炉。2.3.1 系统参数系统参数是锅炉控制器中重要的参数，系统参数决定了锅炉的运行状态。其中主要包括的锅炉参数为如下的几个，即：设定和安全参数、系统的时钟参数以及控制时间的参数等。就其参数的读取来看，所利用的是03功能码。下表2-1、2-2、2-3以及2-4给出了具体的一些参数地址跟详细内容。表2-1 用户层参数及各参数的地址地址保持寄存器地址保持寄存器1锅炉最大功率设定（10）6锅炉温度设定（75）2锅炉最小功率设定（0）7锅炉最高温度设定（80）3锅炉待机

51、功率设定（0）8锅炉自动启动温度设定（10）4锅炉手动控制功率设定（5）9锅炉系统参数设定（776）5室内恒温温度设定（22）10锅炉推灰计数设定（6000）表2-2锅炉系统安全参数及各参数地址地址保持寄存器地址保持寄存器40尾气温度设定52风速参数设定41点火温度设定53风速参数设定42熄火温度设定54风速参数设定43开始给料次数设定55风速参数设定44开始点火次数设定56风速参数设定45开始点火风速设定57风速参数设定46火焰探测设定58风速参数设定47给料克数设定59炉膛负压设定48风速参数设定60保留位49风速参数设定61待机给料时间50风速参数设定62一二次风比例51风速参数设定63

52、引风鼓风比例2.3.2 实时测量参数 实时测量参数反应了锅炉当前的实时的工作状态，使用Modbus功能码04读取，实时测量参数对应的地址和寄存器名称如下表所示。表2-3寄存器输出及各变量地址地址输出寄存器地址输出寄存器1保留位7热电偶冷端温度2累计运行小时8锅炉热电阻温度3尾气热电偶温度9燃料消耗累加值4锅炉火焰探测值10室内热电阻温度5锅炉启动标志11点火热电偶温度6锅炉炉膛负压值2.3.3 线圈输出状态锅炉控制器具有线圈输出接口，线圈输出接口用于控制外部的风机、水泵、上料电机等装置。通过Modbus协议可以对输出的线圈状态进行设定。各个线圈的地址和名称如下表所示。表2-4 线圈输出口及各变

53、量地址地址线圈地址线圈1循环水泵9备用2锅炉启动10点火器3上料电机11故障指示灯4运行指示灯12备用5引风电机13时控模式6自动14室温启动7喂料电机15推灰电机8热电偶零点校准10设定缺省值装入2.3.4 开关量输入开关量输入主要的用于采集外部的开关量传感器的状态，锅炉控制器开关量输入参数使用Modbus功能码02进行实时读取。可以实时的检测锅炉的运行状态。开关量输入参数的地址和名称如下表所示。表2-5开关量输入及各变量地址地址开关量地址开关量1备用13备用2点火标志14备用3传感器错误15备用4备用16备用5点火热电偶错误17备用6尾气热电偶错误18清灰按钮7锅炉热电阻错误19水流开关8

54、室温热电阻错误20料位开关9安全开关报警21安全开关10锅炉超温22上料启动11尾气超温23上料停止12点火失败24备用2.4 本章小结本章主要介绍了大棚中使用的生物质锅炉的结构特点和工作特点。并对现有的锅炉控制器的功能进行了详细的介绍。介绍了锅炉控制器中使用的接口电路。并对锅炉控制器的中使用的Modbus功能码和相关的地址进行了介绍，位后续对锅炉控制器的改进奠定了基础。系统总体方案设计本章主要是根据课题的需求，设计了基于CAN总线的温室大棚锅炉监控系统的整体方案设计，对现有的锅炉控制器进行改进，实现多个锅炉控制器的集散控制。3.1锅炉监控系统的需求分析本研究的目的就是要针对温室大棚而来设计一

55、锅炉监控系统，改进目前已有的锅炉控制器。要实现监控整个大棚内的锅炉，就必须利用监控中心的上位机软件来实现。就目前的锅炉控制器来说，其所利用的接口是RS485。现如今的技术得到了一定的发展，有关温室大棚的厂区也不断的在扩大规模，整个大棚厂区的锅炉的数量也在不断的增加，实现在远端对整个大棚厂区的锅炉进行集散控制是一个趋势。因此为了解决这个问题，提出了使用CAN总线技术对现有锅炉控制器进行改造。现有的温室大棚锅炉控制器具有RS485接口，在组建网络的时候使用的是有线的方式进行，锅炉控制器通信Modbus协议，每一个锅炉控制器都可以看作是一个Modbus从站节点。现有锅炉控制器组网框图如下图3-1所示

56、。图3-1 现有锅炉控制器组网图现有的锅炉控制器采用的是RS485方式实现锅炉组网，RS485在通讯的时候结构形式单一，需要主机轮询的方式才能进行，而且通信距离也会受到限制。本次结合温室大棚现场的应用环境，提出了一种对现有锅炉控制器的改进方案，使用CAN总线网络对锅炉控制器进行改造实现组网控制。3.2改进后的锅炉监控系统方案设计依据目前有关锅炉监控系统所需的要求，改进现有的锅炉控制器。经过改造后的锅炉监控系统在整体结构上主要分三层体系结构：（1）系统的最上层是监控中心，监控中心由计算机和上位机组态软件组成，可以实时的检测各个锅炉的运行状态。（2）系统的中间层是协议转换层，该层的主要的功能是完成

57、通信接口的转换和通信协议的转换。（3）系统的最底层是锅炉控制器，通过锅炉控制器可以采集锅炉的运行参数，实现对锅炉的控制等。按照这样的体系接口设计了锅炉控制系统的整体的结构框图如下图3-2所示。图3-2 控制系统整体结构系统结构图各部分功能介绍：（1）上位机可以提供给使用者一个很好的人机交互界面，在界面上可以显示每台锅炉的运行状态，相应的参数，并可以通过上位机设置每台锅炉的参数等。（2）CAN-RS232通信模块可以实现上位机数据和CAN总线数据交互，CAN-RS485通信模块可以实现锅炉控制器数据和CAN总线数据交互。（3）将锅炉控制器连接到各个厂区的每一个大棚里的所有生物质锅炉，这样就能够控

58、制锅炉。（4）模拟量信号采集、数字量信号采集、模拟量信号输出、数字量信号输出，代表的是生物质锅炉上安装的各种传感器和控制器。3.3 通讯网络在本文的研究当中，要实现锅炉控制器跟上位机的通讯，就需要CAN总线来实现其传输。3.3.1 CAN总线介绍CAN实际上就是控制器局域网，其全称则是Controller Area Network。它作为一种现场总线，具有流行性， 它是一种能够进行分布和实时控制的串行网络 5。其具有多主线的总线形式。可以将无限个单元挂接在总线上，但是，由于网络的延时性、电气的负载限制，因此实际当中是不可能挂接无限个单元的。在具有相对较高噪声的环境当中，由于CAN具有较强的纠错

59、能力，因此可以应用CAN。由于它的可靠的稳定性、较高的性能以及独特的设计等特点，因此在实际应用当中越来越广泛。例如，广泛应用于智能汽车以及家具、对机器人的控制以及设计飞行器等领域。另外，它在通信方面具有较强的实时性，具有的通信速率可达1Mbps。CAN总线的通信介质也十分多，普通电缆、光导纤维等都可以作为通信载体。目前，CAN广泛的应用于世界的各行各业。最初，我们的通信是不能够满足不同行业的，因此，要弥补之前的缺点，就必须要制定一个相对严格的通信标准，于是就有了不同时期的CAN总线标准。在1991年，一种称之为的CAN总线技术规范首先被提出来，其具有如下的两个部分，即：跟B。后者不仅具有所拥有

60、的标准报文格式，还具有一种如文献6所述的扩展格式 。3.3.2 CAN总线工作原理 在CAN总线上，当有一个节点在对数据进行发送的时候，其他的节点都会具有报文形式的广播。每一个节点都会接受数据的。其具有属于自己的唯一标识符。具有这种配置的节点在竞争几千个节点的时候具有十分重要的作用。 在整个系统中，当有一个节点发送数据给所有的节点时，此节点的CPU将会发送数据给CAN控制器，此时就会显示待发的状态；然后就需要总线的分配，收到分配后就会变成如下的一个状态，即报文发送状态。在对数据进行发送的时候，根据协议的规定，CAN控制器就会将数据组合成报文格式进行发送，这时，在总线上，另外的节点状态则接收。与