毕业设计(论文)调研报告

学生姓名   张炜   专业班级 自动化11-1

所在院系         电气工程系       

指导教师  吴化柱  职    称　 副教授

所在单位       自动化教研室      

调研报告

1课题研究目标及方法

随着中国经济的持续发展和电力领域管理自动化水平的提高,传统人工抄表存在的诸多弊端已不能适应如今的需求。十多年来,我国相继开发出一些自动抄表系统,其中多以电话线网络、电力线载波、RS-485总线等为主要通信方式。

同时，数据管理系统也发生了天翻地覆的变化，数据管理技术的发展可以大归为三个阶段：

1． 手工管理阶段：

计算机出现的初期，主要用于科学计算，没有大容量的存储设备。人们把程序和要计算的数据通过打孔的纸带送入计算机中，计算的结果由用户自己手工保存。处理方式只能是批处理, 数据不共享，不同程序不能交换数据。
　应用程序中用到的数据都要由程序员规定好数据的存储结构和存取方式等。一组数据只能面向一个应用程序，不能实现多个程序的共享数据。不同程序不能直接交换数据，数据没有任何独立性。     

2． 文件管理阶段：

随着数据量的增加，数据的存储、检索和维护问题成为紧迫的需要，数据结构和数据管理技术迅速发展起来。此时，外部存储器已有磁盘、磁鼓等直接存取的存储设备。软件领域出现了操作系统和高级软件。操作系统中的文件系统是专门管理外存的数据管理软件，文件是操作系统管理的重要资源之一。数据处理方式有批处理，也有联机实时处理。

3． 数据库系统管理阶段

采用数据模型表示复杂的数据结构。数据模型不仅描述数据本身的特征，还要描述数据之间的联系，这种联系通过存取路径实现。通过所有存取路径表示自然的数据联系是数据库与传统文件的根本区别。这样，数据不再面向特定的某个或多个应用，而是面向整个应用系统。数据冗余明显减少，实现了数据共享。

本课题主要研究方向为现时代下车间的数据库管理系统的实现和利用。

2 课题相关知识简介

2.1 我国数字化信息管理系统的发展

随着我国经济的发展和科技水平的不断提高，人们对社会公用事业的信息化要求也越来越高。然而，在涉及到千家万户的城市居民用水电气(包括煤气、天然气、液化气等)表计费问题上，限于国情，长期以来是以人工入户抄表的方式进行的。这种人工入户抄表的方式不仅耗费大量人力、物力，干扰住户的生活，而且经常由于统计工作量大而产生人为差错给用户和物业管理带来极大的不方

便。

近几年来，我国城市居民住宅设施单元的独立化和个性化不断增强。另一方面，随着科技的进步和生活水平的不断提高，住宅中的家用电器数量、种类、容量日益增加，相应的水、电、气等生活能耗也将显著提高。国家建设部在居民住宅的有关规定中已经明确要求水、电、气三表必须出户。大部分新建住宅和部分经过三表改造的老住宅已经达到此要求。在上述背景下，在住宅三表出户和数字化的基础上，建立城市居民住宅水电气资源管理系统，逐渐成为社会公用事业信息化的重要内容。建立城市居民住宅水电气资源管理系统的意义在于采用数字化计量手段，结合计算机检测、网络通讯、信息管理等高技术，从根本上改变现行住宅能耗计量收费管理的落后方式，使住宅能耗管理的可靠性、安全性和规范化真正建立在科学的基础上。

2.2 电气控制实现基础

现代工业正在向规模化，复杂化，分散化、网络化和智能化的方向发展，需要对各种生产资料进行宏观的系统管理和及时合理的调度，以产生更客观的经济效益。要了解相关的生产信息，必须基于对生产过程信息的实时存取。通过对地域分布广泛且相对分散的相关设备通过基于现场总线的智能调节器实现对数据的采集、处理、发送和信号的远程标定、定时清零等功能，并通过CAN总线将采集数据上传到上位机工作站，作为生产管理的信息源，从而实现生产信息的管理、控制一体化。

 

2.2.1 CAN现场总线

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言,基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

第一,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。

第二,CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。

第三,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

第四,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。

2.2.2 SHCAN2000分布控制系统的简介

SHCAN2000系列智能仪表是大连交通大学三合仪表开发公司的产品，它由实时多任务操作系统 、实时监控软件、任务级组态软件、实时数据库等构成，并由现场智能测控仪表软件组件集成技术来支持在线组态 。SHCAN2000系列内嵌智能监控子程序。该监控子程序可使系统按照预定操作方式运转 ，以完成人机会话和远程控制 ，从而使系统按照操作者的意图或遥控命令来完成指定的作业 。该面板的键盘／显示器在工作。当键盘／显示器查询到某键的状态发生变化时。主动SHCAN2000仪表传送发生变化的键的新状态 ，而不考虑其他没有发生变化的键的状态。当两键或三键同时变化时。以键盘／显示器查询到键状态变化的顺序逐一发送 。由于每个字节只表达一个键状态的变化,因此多键同时按下时要多个字节的发送才能实现键状态的传送 。

由于SHCAN2000智能处于正常运行状态时，串行口上只有键盘／显示器向SHCAN2000智能仪表发送键状态的变化。因此，SHCAN2000智能仪表规定 ：主动向SHCAN2000智能仪表传送的数据只有一种，那就是键状态的变化 。

2.2.3 组态王软件简介

     组态王系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用[9]。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

3 课题进度安排

第1周   查阅资料，分解课题任务，完成进度表。

第2周   整理完成3000字调研报告。

第3周   完成3000字的外文翻译。

第4周   了解现场总线的特点、原理和应用前景

第5周   熟悉SHCAN200系统智能调节器的资源配置、功能和SHCAN2000系统组态手册

第6周   熟悉上位机组态软件的功能和应用

第7周   根据工艺要求，通过对智能仪表的组态实现对数据的采集

第8周   根据工艺要求，通过对智能仪表的组态实现对数据的保存，发送

第9周   通过上位机组态软件完成人机界面、数据采集、报警等功能

第10周  通过上位机组态软件完成历史趋势记录、系统安全等功能；对数据的分类存储，并能定时清零

第11周  整理资料，写毕业设计说明书

第12周  修改并完善毕业设计说明书。

第13周  修改并完善毕业设计说明书。

第14周  制作POWERPOINT，准备论文答辩。

4参考文献

[1] SHCAN2000分布控制系统智能测控组件系统组态使用手册．大连三合仪表开发公司．

[2] SHCAN2000分布控制系统 系统设置及下载调试程序使用手册．大连三合仪表开发公司．

[3] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计[M]．北京航空航天大学出版社，1996

[4] 袁爱进等. CAN 现场总线系列仪表一种通用化软件设计技术.计算机工程，2001

[5] 袁爱进等.现场智能测控仪表软件集成技术的研究.仪器仪表学报，2001,3:26– 27

[6] FIX用户使用手册中文版.

[7] 谢剑英等．计算机控制技术．北京：国防工业出版社，2000

[8] 杨劲松等.计算机工业控制.北京：中国电力出版社，2003

[9] 阳宪惠等.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社，2000.

[10] Philips Data Sheet：SJA1000 CAN Controller，2000，4：1-68