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基于嵌入式模块的工业数据监控系统设计和实现

发布时间:2018-03-03 07:17

  本文选题:ARM 切入点:i.MX 出处:《山东大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:传统的基于PLC实现数据监控的系统具有信号电缆多,施工成本高,故障维护难度大的弊端,所以本文介绍基于嵌入式模块的数据监控系统。在嵌入式模块信号采集的基础上,利用网络通信代替现场信号电缆传递数据,有效解决了现场信号电缆多、故障维护难度大、施工成本高等一系列现实问题,目标是利用嵌入式模块采集信号,并选用一种通讯方式实现数据监控,从而提高数据监控系统的科学化水平。除了信号采集功能,论文有两处创新点,一是利用嵌入式模块通讯功能与上位机监控实现数据传输,代替传统的大量信号电缆;二是支持多种协议通讯,使用方便。论文的主要工作包括嵌入式模块开发和数据监控系统实现两大部分。其中,嵌入式模块实现信号采集、Modbus和TCP/IP通讯以及GUI显示功能。本人在论文中主要负责嵌入式模块软件开发和数据监控系统实现,嵌入式模块硬件开发由公司其他同事负责。首先,在讨论了工业PLC数据监控系统实施中,现场施工难度大、成本高的基础上,分析了嵌入式模块和数据监控系统的功能需求和非功能性需求。在需求分析基础上,论文进行嵌入式模块(以下称"模块")和数据监控系统(以下称"系统")架构的设计,提出模块和系统设计的目标和原则,然后分别对模块和系统功能架构进行设计。再一步,进行模块的详细设计和实现。首先,该部分按照由底层到应用层的顺序设计软件系统,对各层的设计和实现进行描述。在模块设计中,为了充分的理解模块的设计,论文简单介绍了模块内核移植过程,对移植过程中涉及模块需求功能的部分做出讲解。然后,针对网络设备进行底层驱动配置和移植。在底层环境搭建完成后,根据需求分析中模块功能进行相应模块详细设计和实现,包括Modbus通讯、TCP/IP通讯及模块GUI界面。第五部分,论文在模块实现的基础上,应用在兖矿集团煤业公司济三煤矿井下降温项目,实现数据监控系统。首先对整个数据监控系统的硬件组成进行简单介绍,给出系统整体硬件组建图。其次为采集的信号分配嵌入式模块,并完成信号采集的物理接线,并在工业组态软件WinCC进行通信网络配置,这一步主要实现WinCC与嵌入式模块的驱动连接。然后对系统各功能实现情况介绍,并给出实现效果图。最后,简单分析了系统测试,并对压力测试的环境搭建和测试过程给出了详细分析。最后,本文对基于嵌入式模块数据采集系统的应用情况作了简单介绍,并对系统进一步改进提出了建议。目前系统已在兖矿集团煤业公司济三煤矿井下降温项目上成功运行,并取得了良好的运行效果,提高了煤矿科学化管理水平,并降低了现场故障的维护难度。
[Abstract]:The traditional data monitoring system based on PLC has the disadvantages of many signal cables, high construction cost and difficulty in fault maintenance, so this paper introduces a data monitoring system based on embedded module. By using network communication instead of field signal cable to transmit data, a series of practical problems, such as more signal cables, more difficulty in fault maintenance and high construction cost, are effectively solved. The goal is to use embedded modules to collect signals. In addition to the function of signal acquisition, there are two innovations in the paper. One is to use the communication function of embedded module to realize the data transmission with the monitor of the host computer, and then to improve the scientific level of the data monitoring system. Instead of a large number of traditional signal cables, the second is to support a variety of protocols communication, easy to use. The main work of this paper includes two parts: embedded module development and data monitoring system implementation. In this paper, I am mainly responsible for the development of embedded module software and the implementation of data monitoring system. The hardware development of embedded module is the responsibility of other colleagues of the company. On the basis of discussing the difficulty and high cost of field construction in the implementation of industrial PLC data monitoring system, the functional and non-functional requirements of embedded module and data monitoring system are analyzed. The paper designs the architecture of embedded module (hereinafter referred to as "module") and data monitoring system (hereinafter referred to as "system"), puts forward the goal and principle of module and system design, and then designs the module and system function architecture separately. First of all, the software system is designed according to the sequence from the bottom layer to the application layer, the design and implementation of each layer are described. In the module design, in order to fully understand the design of the module, This paper briefly introduces the process of module kernel transplantation, and explains the part of module requirement function in the process of transplantation. Then, the bottom driver configuration and transplanting for network device are carried out. According to the requirement analysis, the module function is designed and implemented in detail, including Modbus communication, TCP / IP communication and module GUI interface. 5th part. The paper is based on the implementation of the module. In order to realize the data monitoring system, the paper introduces the hardware composition of the whole data monitoring system, which is applied in the cooling project of Jin3 Coal Mine of Yankuang Coal Group Company. The whole hardware structure diagram of the system is given. Secondly, the embedded module is allocated to the collected signal, and the physical connection of the signal acquisition is completed, and the communication network is configured in the industrial configuration software WinCC. This step mainly realizes the driver connection between WinCC and embedded module. Then the realization of each function of the system is introduced, and the effect diagram is given. Finally, the system test is simply analyzed. Finally, the application of data acquisition system based on embedded module is briefly introduced. Suggestions for further improvement of the system are put forward. At present, the system has been successfully run on the cooling project of Jin3 Coal Mine of Yankuang Coal Group Company, and has achieved good operation results and improved the level of scientific management of coal mines. It also reduces the difficulty of maintenance.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP277

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本文编号:1560041

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