毕业设计（论文）-校园安全监控网络系统.doc

第1章 绪论1.1 选题意义及研究目的高校是一个人口非常稠密的地方，同时高校有大批微机室和先进的实验室，但几乎所有高校都不同程度的发生了火灾，失窃之类的安全事故，给学校和个人造成了不小的损失，影响了正常的教学和生活，校园的安全已成为高校深化改革进程中不容忽视的大事，如何才能确保学校和个人的财产安全，师生的人身安全呢？除了加大安全教育的力度外，对学校安全进行监控正变得日益重要。我们可以利用计算机网络与传感器和信号采集，电视监控等技术结合起来，建立校园安全监控网络系统，对校园安全进行集中监控。同时也有利于发挥我们实验室的优势，拓宽罗克韦尔自动化产品的应用途径，使之应用在楼宇自动化领域1.2 监控系统结构1.2.1系统设计目的和原则 系统设计的目的：在无人看守的情况下对办公室，微机室实验室等场所进行自动集中监控，以使安全危害减少到最小。系统设计的原则：充分利用校园的现有资源，对火灾失窃等进行实时，准确，可靠的报警和处理。安全监控网络系统的结构图如图1-1所示 图1-1 系统结构简图1.2.2主要组成部分简介1.传感器。传感器的作用是进行数据采集。根据校园安全监控的要求，我选用了以下几类传感器。(1) Cu50温度传感器：用于探测环境温度；(2) MQ烟雾传感器：用于探测烟雾火险；(3) 42GNP9000光电传感器：用于检测人员出入并计数；(4)数字摄像头：用于摄录现场情况。2.PLC单元。主要实现的功能：(1) 连接多个传感器，利用传感器进行设防和撤防；(2) 采集各传感器的数据并传输给前端监控机；(3) 一旦出现异常，能在前端监控主机的控制下启动现场报警器进行报警。3.前端监控主机。前端监控主机可以是实验室或办公室的微机。主要作用是：(1) 对PLC传来的信息进行分析和处理，确定异常的类型，报警的位置(2)一旦出现异常，控制PLC启动现场报警器进行报警；(2) 存储现场异常信息。4.报警器。报警器主要采用声光报警器，作用是提醒人们有险情发生。1.2.3 系统软件设计系统监控软件以Windows环境为平台，有两大部分组成：前端监控软件和后端监控软件。本文主要负责前端监控软件。前端监控软件主要包括以下几个部分：(1) 信号收集和处理：收集现场各传感器传来的信号；(2) 前端控制处理：对收集的信号与预先设定的报警门限进行比较，判断是否报警；(3) 现场报警：对于一旦收到现场控制模块发送来的报警信息，立即启动现场报警。1.3 本文主要工作本文的工作主要包括以下三个方面，分别是：选择系统所用传感器；配置PLC并进行编程；DeviceNet的硬件连接及组态。1.3.1 系统所用传感器的选择温感：鉴于系统对环境的要求，本打算采用达拉斯公司的DS18B20数字温感，但由于DS18B20不能直接连接在PLC上，只好放弃。最后用模拟量温感，基本实现了功能。烟感：选用了MQ气敏元件。光眼：实验室现有的42GNP9000型散射式设备网用光电传感器。1.3.2 PLC的配置及编程本次实验中采用的PLC是AB公司SLC500系列的SLC5/03型CPU，1747SDN扫描器（DeviceNet Scanner Module）；1746-OB16输出模块和1746IB16输入模块各一个；以及1746NR4模拟量输入模块一个。以上设备共同构成了所用的PLC框架结构。编程主要实现的是对传感器信号输入的检测，比较以及输出报警信号。第2章 传感器特性及应用传感器在本实验中起到的功能主要是数据采集。一共采用了温感，烟感和光电传感器三种不同的传感器。2.1 温度传感器特性及其在系统中的应用为了尽可能的应用实验室现有的设备，采用了Cu50热敏电阻作为传感器，与AB公司的1746NR4模拟量模块配合使用。传感器的特性如下表所示：温度1001020304050阻值47.8550.0052.1454.2856.4258.5660.70表2-12.2 烟雾传感器特性及其在系统中的应用2.2.1 烟感的结构，外形及特点MQ系列烟感元件的结构和外形如图所示。由微型AL2O3陶瓷管,SnO2敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6支针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。此类烟感具有很好的灵敏度和良好的选择性;并具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。 图2-1烟感的结构与外形2.2.2 烟感的性能和应用电路1.标准回路：如图3所示，MQ气敏元件的标准测试回路由两部分组成。一部分是加热回路，另一部分是信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。标准回路原本是用来测试所用的传感器是否能正常工作的，实际使用时厂家提供了较为复杂的应用电路。可分为两部分：信号感测部分和报警部分。温感本身工作时并不稳定，其输出电压VRL在无烟环境下在13V间变化，在烟雾环境中为68V间变化。感测部分电路的设计主要针对这点进行了处理，使其输出较为稳定。但是本文中只要求VRL输出在一个合理的范围内即可，也不需要报警电路，所以，出于简化电路，提高可靠性的考虑，使用了标准测试电路作为PLC的信号输入电流。图2-2 烟感的标准回路2传感器表面电阻Rs的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号输出而获得的。二者之间关系表述为：Rs/RL=(Vc-VRL)/ VRL3.标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压10 VAC or DcVh加热电压5VAC or DcRL负载电阻可调0.5200KRh加热器电阻335%室温Ph加热功耗800mw表2-24.环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-2050Tas储存温度-2070RH相对湿度95%RHO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度辉影响灵敏度最小值大于2%表2-35.灵敏度条件符号参数名称技术条件Rs气敏电阻10100K(清洁空气中)标准测试条件Temp:202 Ve:10V0.1V Vh:5V0.1V表2-42.3 光电传感器特性及其在系统中的应用本文使用的是42GNP9000型散射式设备网用光电传感器。2.3.1光电传感器的技术规格光源红色发光二极管，660nm视角3.5传感器反应时间1ms电源24V直流电（设备网标准）极性颠倒保护有输出设备网标准错误脉冲保护有工作温度范围25到70相对湿度5到95镜头材料丙烯酸表2-5值得注意的是：虽然传感器反应时间基本为常数，但实际使用时的有效反应时间的长短要取决于传感器反应时间与网络反应和反馈时间的综合作用。而网络反应及反馈时间的长短则随着具体的网络配置不同而变化。2.3.2 光电传感器的设置及状态显示1.光眼的状态显示42GNP9000型光眼有三个指示灯（红，黄，红/绿），通过指示灯的闪烁可以表示出光眼的工作状态：指示灯运行状态全灭光眼没被供电绿灯亮光眼被激活且被分派任务绿灯闪光眼被激活但未被分派任务红灯闪错误的波特率或通信错误红灯亮地址或通信错误2.光眼工作状态的设定本次毕设中，在连接光眼到DeviceNet中时，曾遇到问题：光眼在接入网络接口后，其中一个光眼（出于提高系统可靠性、排除干扰的考虑，本次毕设用了2个光眼）在RSLink的网络通信状态框中显示“Unrocognized”，表示无法识别。开始以为是硬件连接有问题，检查后却未发现异常，换了一个光眼后显示正常。那么，问题出在哪里呢？最后查阅用户手册，发现可能是地址出错，重新设定了光眼地址后。可以重新检测到，问题解决。42GNP9000型光眼的工作状态的设定是很有意思的，光眼上用于编辑的只有一个按键，但是通过此按键，却可以完成对光眼地址、运行模式等所有状态的设定，具体过程如下：首先按住按键3秒以上，红、绿指示灯均闪烁2次，表示光眼已进入编辑状态；此后如果15秒内没有按动按键，光眼自动恢复到运行模式。接着迅速按1次按键，红灯会闪烁1次，表示进入到高位地址编辑状态，这时快速按动按键几次，就给高位赋值为几，1次表示高位为1，10次表示为0；迅速按动按键2次，红灯相应闪烁2次，表示进入低位地址编辑状态，具体方法同高位编辑；迅速按动按键3次，红灯相应闪烁3次，表示进入操作模式编辑状态，这时按1次、两次分别对应灯亮操作和灯灭操作；迅速按动按键4次，红灯相应闪烁4次，进入波特率编辑状态，这时按一次表示选择125kb，2次对应250kb，3次对应500kb；迅速按动按键5次，红灯相应闪烁5次，进入复位状态，这时所有的原先设定均被清零。第3章 DeviceNet及其在系统中的应用3.1 DeviceNet 概述3.1.1 DeviceNet发展简介DeviceNet最初由Rockwell旗下的Allen-Bradly公司研制开发。凭借该公司在可编程控制器和变频器领域的优势，使得DeviceNet很快得到了广泛的应用和支持。目前已由ODVA(开放设备网供货商协会)负责它的进一步发展，并已在中国设立了联络处。迄今为止已有超过300家厂商加入ODVA，提供支持DeviceNet相关设备。DeviceNet（设备网）是一种开放的网络，可以运行多种不同的工业设备（如：限位开关、光电传感器、阀门、电动机启动器、过程传感器、条型码读入器等）3.1.2 DeviceNet的协议层次结构及能力1.DeviceNet的协议层次结构DeviceNet沿用了CAN协议标准所规定的总线网络的物理层和数据链路层，定义了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和故障隔离的方法。而应用层规范则是由厂商自主开发，对应于ISO网络协议7层模型的第1、2、7层。其关系如下图所示。由此图可以看出：DeviceNet的协议层次结构使其可以轻易的融入3层自动化网络中。关于这几个协议层次的详细描述，将在本章的第3节中进行。ISO第二层数据链路层ISO第七层应用层ISO第一层物理层应用层数据链路层物理层信号收发器传输介质CAN协议规范DeviceNet应用层规范DeviceNet物理层规范图4基于CAN的DeviceNet协议分层结构2.DeviceNet的能力设备网为简单设备网络提供了一个高性能价格比的解决方案。它们从例如传感器一类的设备中获取数据；提供主控/丛属和对等通信能力。另外，设备网以控制器局域网络技术（CAN）为基础，定义了一个介质访问控制方法（MAC）以及物理信号，还提供了冗于循环校验（CRC）、错帧检验、几种其他错误检查方法和保护机制。除了读传感器的状态以外，设备网网络还可以报告电动机起动器的工作温度和负载电流，改变拖动装置的减速率，调整传感器的灵敏度等等。针对设备网的具体产品，它具有如下能力：(1) 当与本文所采用的9000系列光电传感器相连时，在传感器失效前，就知道它正在变模糊；(2) 用FLEX I/O系统和单个的1746-AND适配器连接多达128个I/O点；(3) 共享多个适配器扫描条型码阅读器的查询表和I/O状态；(4) 用防护型块形I/O组件省掉额外封装，同时节省安装时间；(5) 利用DevicePort分接器减少设备网主干线上物理分接器的数目，降低安装成本。3.网络特性作为一个集成控制系统，它的功能费用是由如何简单有效地组装系统元部件来决定的，设备网网络正是为了迎合这些要求而设计的，它为用户的控制系统增加了灵活性，提高了效率，具体表现在如下几点：(1) 设备的相互可操作性。设备网网络提供不止一个协议技术条件，它的相互可操作性所根据的标准有：敞开型和密封型的设备连接器；诊断指示器(LED)；(2) 设备可互换性。不同厂商生产的简单装置，只要符合设备网网络和设备行规标准，就可以互换，为客户提供灵活性和选择性。(3) 一个公用的网络。一个开放型的设备网网络标准提供一般终端用户的解决方案。它降低了网络销售商必须支持各种各样设备的要求。(4) 以一个公认的标准为基础。设备网网络标准基于被公认的、著名的CAN技术，它有助于保证最终用户和工业界双方广泛的理解和接受。(5) 改善生产率。一个开放的设备网标准有利于改善整体生产，它 给予最终用户更多的选择和鼓励设备更新，从而改善了精度、提供诊断和增加处理器数据的总量。(6) 有助于减少维修费用。设备可以在不需要切断其他设备电源的情况下拆卸和更换，也不需要编程工具。3.1.3 与罗克韦尔各种网络特性比较除了设备网以外，罗克韦尔还提出了一些其它的网络形式，如：通用远程I/O链路、DH-485网络、DH+网络。其网络特性如下：表2-1 罗克韦尔各种网络的性能比较DeviceNet 网络ControlNet 网络EtherNet/IP网络通用远程I/O链路DH-485 网络DH+ 网络功能不通过I/O模块，直接把底层设备连接到工厂级的处理器上支持PLC和I/O设备直接的实时数据传输集成了工厂管理系统（物资管理）；网络配置；数据采集；控制另一个独立的高速网络；和未预定的实时应用提供PLC和I/O适配器之间的连接提供SLC处理器、人机界面和编程设备之间的连接允许工厂级和车间级的数据共享和远程编程典型的网络设备传感器、马达启动器、变频器、按钮、低端人机界面、条形码阅读器、PLC、气动阀PLC 处理器、I/O机架，人机界面，个人计算机，变频器、机器人大型计算机，PLC控制器，机器人，人机界面，I/O接口和I/O适配器PLC处理器，I/O机架、变频器、操作员介面, 远程开关、 操作模块SLC处理器，个人计算机，低端人机界面PLC处理器，个人计算机，高端人机界面数据的再现小的数据报；需要的时候才发送数据中度大小的数据报；数据的传递是确定的、可以重复的大数据报，周期发送中度大小的数据报周期传送小的数据报，通过周期传送或指定传送中度大小的数据报周期传送最大节点数64个逻辑结点（2048个设备）99个无限1 扫描器和 32 适配器32个每条链路64个（网络可以有99个链路）数据传输速率500, 250, 或者 125k bit/s5M bit/s 10M bit/s100M bit/s230.4, 115.2, 或者57.6k bit/s 19.2k bit/s57.6k bit/s表2-1（续） 罗克韦尔各种网络的性能比较DeviceNet 网络ControlNet 网络EtherNet/IP网络通用远程I/O链路DH-485 网络DH+ 网络设备供应商完全开放完全开放完全开放罗克韦尔自动化公司及其合作者应用举例控制、配置、采集数据；传感器和执行机构联网到PLC控制器或个人计算机以减少导线并提供更多的故障诊断信息. 控制、配置、采集数据；PLC处理器控制远程I/O机架；和其它处理器进行点对点通讯，并对实时数据采用冗余介质连接使用一台单独的个人计算机对多个PLC处理器控制、配置和采集数据，或者用一台单独的个人计算机在多个PLC控制器之间上载下载非实时数据一个PLC-5处理器控制I/O机架、PanelView操作员介面、1336拖动装置和第三方生产的焊接装置阀门在一个小工厂使用一个编程用的个人计算机连接到一个或者多个SLC处理器上使用一个个人计算机在网络的一端对全工厂的多个PLC处理器编程由上表可以看出，DeviceNet是一种支持多方厂家产品互操作的开放式通讯标准；是一种考虑未来的设计，能根据扩展和变化需要来方便地增加功能；它是一种低层网络，只在简单的工业设备（如表中提到的传感器和传动装置等）和高层设备（如PLC和计算机）之间提供连接，与ControlNet不同，无需通过导线将其与I/O模块连接。DeviceNet是一种柔性、开放的网络，可以运行多种销售商生产的设备。3.2 DeviceNet的传输特性目前，在现场总线中由有两种常用的通讯模式。一种是传统的源/目标（点对点）模式，另外一种是新型的生产者/客户网络模式。老式的源/目标模式采用点对点的方式进行通讯，在报文中含有特定的源/目标地址信息，如图(a)所示,对于每个节点来说，数据在不同的时刻到达，实现不同节点间的同步是非常困难的。当信息的目的地不同时，源节点必须多次发送数据给不同的目标节点，从而造成了带宽的损失。 DeviceNet使用更为有效的生产者/客户模式取代了传统的源/目标模式，报文将不再专属于特定的源或目的。该模式要求对信息打包，使其具有数据标识区，如图2(b)所示。这时，控制器仅仅需要发出一个报文，其他需要数据的设备通过报文识别符过滤方式对总线上的报文进行监听，当识别到相应的标志符后，便开始接受整个报文，即“消费”。从而可以使多个消费者节点从单个生产者节点那里同时获得相同的数据，这样用很窄的带宽就可以供多个设备同时动作。同时，标志符还提供解决多级优先权的手段，以便更高效的传送I/O数据，并供多个消费者使用。目前，包括DeviceNet和ControlNet在内的多种网络都采用了这种通讯模式。设备网的技术参数如表所示。传输速率使 用 电 缆干线长度最大支线长度最大节点数累计支线长度125 kb/s500m 6m 64 156m250 kb/s250m 78m500 kb/s100m 39m 3.3 DeviceNet协议3.3.1物理层与传输介质DeviceNet网络元件包括系统接地、粗缆和细缆混合结构、网络端接口和电源分配。线缆包括粗缆（多用作干线）和细缆（多用于分支线），总线的线缆中包括24V直流电源和信号线两个双绞线线对以及信号屏蔽线。DeviceNet提供125/250/500 Kbps三种可选的通讯波特率,最大拓扑距离为500米，每个网络段最大可达64个节点。波特率、线缆类型、拓扑距离之间存在一定的对应关系。3.3.2 数据链路层1.数据帧格式帧起始标志确认帧结束标志11位标识符控制字段帧长08字节数据循环冗余校验图3-2 CAN数据帧格式DeviceNet数据链路层遵循CAN协议规范，并由CAN控制器芯片实现。CAN提供数据帧、出错帧、远程帧和过载帧等多种帧格式，最重要的是数据帧，其格式如所示。2.冲突处理机制DeviceNet采用非破坏性逐位仲裁（NBA）的方法解决共享介质总线访问冲突问题。网络上每个节点拥有一个唯一的标识符，这个标识符的值决定了仲裁中优先级的大小，优先级值小的节点在竞争仲裁中为获胜的一方。不同于以太网，总线上不会发生冲突，竞争中获胜的节点可以继续发送，直至完成为止。这种机制保证了总线上的信息不会丢失，总线资源也得到最大的利用，不会浪费。3.3.3 应用层1.数据生成源/消费源(Producer/Consumer Model)的网络模型现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源/目的地模型(Source/Destination)和生产者/消费者(Producer/Customer)模型。较早出现的现场总线，如Profibus DP、Profibus PA、Interbus S、AS-I等，都是基于源/目的网络模型的产品，90年代中期以后推出的一些现场总线产品，则采用了生产者/消费者通讯模型，以期获得更高的通讯效率，满足更高的控制要求。如ControlNet、DeviceNet等。源/目的地模型(Source/Destination)，存在明显的不足。下图给出了控制网生产者/消费者通讯模型与源/目的通讯模型的数据包结构。源地址目的地址数据CRC图3-3 源/目的通讯模型的数据包结构标识符数据CRC图3-4生产者/消费者通讯模型的数据包结构DeviceNet利用了CAN的技术，使用生产者/消费者模式标识数据，多个消费者可以同时接收到来自同一个生产者发送的信息。DeviceNet上的设备既可能是客户，也可能是服务器，或者兼备两个角色。而每一个客户/服务器又都可能是生产者、消费者，或者两者皆是。典型地，服务器“消费”请求，同时“产出”响应；相应地，客户“消费”响应，同时“产出”请求。也存在一些独立的连接，它们不属于客户或服务器，而只是单纯生产或消费数据，这分别对应了周期性或状态改变类数据传送方式的源/目的，这样就可以显著降低带宽消耗。与典型的源/目的模式相比，生产者/消费者模型是一种更为灵活高效的处理机制。在DeviceNet上，产生数据的设备提供数据，并给这些数据赋予相应的标识符。需要接收数据的设备则监听网络上所传送的报文，并根据其标识符选择接收（即“消费”）合适的报文。按照生产者/消费者模型，在网络上传送的报文不一定专属于某个固定的源/目的地，网络可以支持多点发送，大大节约了带宽。2.网络拓扑结构粗电缆和细电缆都可以用作干线和支线。但是速度与网络距离有关。表3-1 DeviceNet的网络距离和速率的关系数据速率125Kbps250Kbps500Kbps主干线长度500m250m100m支线长度100m100m100m最大单个支线长度6m6m6m累加的支线长度156m78m128mDeviceNet可以采用的网络拓扑结构形式灵活，如图3-5所示：图3-5 DeviceNet的拓扑结构3.数据通讯方式DeviceNet支持多种数据通讯方式，如循环（Cyclic）、状态改变（Change Of State）、选通（Strobe）、查询（Polled）等。循环方式适用于一些模拟设备，可以根据设备的信号发生的速度，灵活设定循环进行数据通讯的时间间隔，这样就可以大大降低对网络的带宽要求。状态改变方式用于离散的设备，使用事件触发方式，当设备状态发生改变时才发生通讯，而不是由主设备不断的查询来完成。选通方式下，利用8字节的报文广播，64个二进制位的值对应着网络上64个可能的节点，通过位的标识，指定要求响应的从设备。查询方式下，I/O报文直接依次发送到各个从设备（点对点）。多种可选的数据交换形式，均可以由用户方便地指定。通过选择合理的数据通讯方式，网络使用的效率得以明显的提高。4.对象模型与设备描述DeviceNet使用了对象的概念来描述应用层的协议。对象模型提供了组织和实现DeviceNet产品构成元件属性、服务和行为的简便的模板。模型为每个属性提供了由4个数字组成的寻址方案。它们分别是节点地址（MAC ID），对象类标识符，实例编号和属性编号。表3-2 各个对象组件的范围地址最低最高节点（MAC ID）063类165535实例065535属性12555.数据传送技术DeviceNet主要有二种信息传送的方法:I/O通讯(I/O messaging)和直接通讯(explicit messaging)。I/O messaging(I/O messaging)用于实时面向控制的通讯，它可以和单用户或多用户通讯，主要采用了高优先级的数据标识符的应用。I/O信息包括了无协议的8位字节数据，只有一个例外：分段的I/O信息，它有一字节用作协议用。直接数据通讯(explicit messaging)在二个设备之间提供点对点的多用途通讯，它提供了典型的请求/应答式通讯，主要用于节点组态和故障诊断。它主要用于低优先级的数据。分段数据是用于长于8个字节的数据传送，每次信息需要一个字节的协议。图3-6 I/O通讯的格式图3-7 直接通讯的格式3.4DeviceNet硬件连接及网络组态在本文中，主要的工作是用实验室现有的设备，进行DeviceNet的硬件连接并用AB公司的通信软件RSLink进行组态。3.4.1 系统硬件设备图3-8 DeviceNet可以使用的开放式和密封式连接器本文使用的硬件可以归为两类：1.组网元件。组网元件包括DeviceNet线缆、连接端头、设备分接盒、电源分接器等，均为较通用的产品。2.适用的网络设备。适用的网络设备通常可由不同的厂商按照统一的DeviceNet协议规范生产。本文中均采用AB公司的产品，包括1747SDN扫描器，FLEXI/O等。3.4.2 网络通信软件RSLink1.RSLink简介A-B可编程序控制器的RSLink是在WindowsNT、Windows95、Windows98操作系统下建立工厂所有通信方案的工具。它为A-B的可编程序控制器与各种RockwellSoftware及A-B应用软件（如RSLogix500等）之间建立起通信联系。通过RSLink能够清楚了解网络是否通断及各种硬件设备是否连接在网上，并且能读取来自PLC或I/O口端的数据。可以说，RSLink是应用软件与工业网络上硬件设备间沟通的桥梁。RSLink共分五种类型，本文所使用的是具有完整特征的产品。它包含了RSLink Lite和RSLink OEM的所有特点并在功能上进一步完善。2.本文主要任务本文中主要利用RSLink实现两部分功能(1) 用RSWho 菜单项实现查看网络活动功能。在RSWho中，用户可以在一屏内查看所有活动的网络通信。RSWho的左框为树型控制框，用于显示网络和设备；右框为列表控制框，用于显示一个集合的所有成员。如下图所示在本文中主要用RSLink来查看两个项目：一个是以串口RS232协议连接的SLC500型PLC及上位机的通信情况，如果通信正常，那么当选中左边树型控制框中的相应项目时，右边列表控制框中应显示出如下成员：SLC5/03CPU、1747-SDN扫描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16输出模块、1746IB16输入模块、1746NR4模拟量输入模块及上位机。如果没有出现相应成员或者出现但是被打，表示设备未连接或连接了但通信没有建立。如图示有时，当上位机重新开机后，会发现SLC5/03处理器连接无误却被打，这时只要在右边列表框中以右键点击图标，在出现的列表选项中选择Configure Driver 就会出现组态表，选择正确的串口，进行组态，即可使通信重新建立。（2）用Configure drivers 菜单项完成对设备网驱动程序的组态；和PLC与上位机之间进行串口通讯的驱动程序的组态。通过选择不同的通讯协议，以及不同的端口通常可以成功的完成对驱动程序的组态。但有时也会遇到无法成功的情形，根据本人的经验，在保证没有节点断开的条件下，组态无法完成通常是由于串口被其他程序占用；DeviceNet上连接的设备没有上电等原因造成的。组态的具体操作过程如图所示，确定了串口号等属性后，单击Auto-Configure键即可开始组态。3.评价.把RSLinx作为各种应用程序之间的中间桥梁，大大方便了用户的使用和程序的开发，也使得用户自己定制程序成为可能，但是，这种应用也有一定的缺陷。u 把RSLinx作为中间桥梁，独立于应用程序的好处：(1)设备更新升级后，不需要对应用程序进行升级，仅仅需要在RSLinx中加装新的驱动程序。(2)RSLinx的升级有利于优化整个网络的数据传输。u 把RSLinx作为中间桥梁，独立于应用程序的缺点：增加了中间环节，不利于自身软件的稳定。如果RSLinx在运行中出现错误，其后果不堪设想。3.4.3网络结构为了实现对传感器数据的读取、处理、及输出数据对警报装置进行控制，实现智能监控的功能，将底层设备接入网络。3.4.4 网络组态在完成硬件连接并用RSLink将驱动程序正确进行组态后，就可以对Device Net进行组态了。这是通过罗克韦尔的软件RSNetworx for DeviceNet来实现的。 图3-10 RSNetworx for DeviceNet界面使用该软件，用户可以通过生成和管理项目，方便地检查网上设备活动情况、指定具体设备的数据存取方式和与控制器所属扫描设备间的数据映射关系，设备的增删与更改，调节设备的可控制参数等。本项目就是利用该软件生成项目，并通过对1747SDN扫描器进行配置，建立了光眼等硬件设备与其的映射关系，完成了网络的组态。第4章 可编程序控制器及I/O模块4.1 PLC简介自从1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求，研制出了世界上第一台可编程序控制器PLC（Programmable Logic Controller）以来，由于结合了继电器控制系统的简单易懂、使用方便、价格低廉以及计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点，PLC得到了非常迅速的发展，已做为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。国际电工委员会（IEC）1985年1月对可编程序控制器做过如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计。”4.2 SLC500系列小型可编程序处理器4.2.1 SLC500系列简介SLC500系列小型可编程序处理器是由AB公司研制的应用广泛的PLC。它提供了多种功能不同的离散量和模拟量I/O模块以方便用户选择，还可通过扩展机架提高I/O容量，并提供了特殊I/O模块如高速计数器模块、步进控制器模块等，以加强用户的控制系统。而且，通过通信接口模块，用户还可以用Rockwell开发的软件如RSNetworx for DeviceNet来实现对网络的组态，构成强大的分布式控制系统。尤其方便的是，它提供了强大的控制指令集，使用户编程非常方便有效。4.2.2 SLC5/03处理器由于设计要求处理器支持终端设备之间的异步串行数据通信（如编程），所以选择了有RS-232通信口的SLC5/03处理器。它的性能比起之前的产品如SLC5/01、SLC5/02有显著提高，程序内存容量、最多控制本地I/O点数目等都大为增强，它提供： 16K的程序内存（SLC5/01、SLC5/02最多为4K）； 最多控制960个本地I/O点，可通过远程I/O和DeviceNet扩展； 内置RS-232通信口，支持点对点、DF1全双工远程等多种通信方式； 内置DH-485通道； 钥匙开关。4.2.3 1746-NR4模拟量输入模块1.简介本文使用的温感是热敏电阻，产生的信号不能直接送入PLC，这就需要模拟量输入模块。模拟量输入模块在模拟量信号和可编程序控制器数据表之间进行A/D转换，包括标准模拟量的输入及直接热电阻和热电偶输入。这些模块可用软件设置信号滤波，以屏蔽环境和传输噪声；可对每个I/O设置有效范围；提供多种自诊断测试如超范围、超变化率报警等。隔离措施有输入信号与电源噪声隔离、输入回路之间信号隔离。本文使用的是专门针对SLC500系列PLC的1746NR4模拟量输入模块。2.硬件连接及寻址 使用该模块时，直接将模块插入匹配机架即可完成与PLC的连接，无需其他线路与电源、CPU等设备相连，因为机架本身就配有相应线路。在1746NR4模块上有03共4个输入接口，对应在面板上有03共4个指示灯，灯绿表示工作正常，红或不亮则表示出错；每个接口有3个端子，分别与Cu50的3根线（RTD、SENSE、RETURN）相连，在PLC中，会根据模块在机架中的位置给模块的4个输入接口分配I/O映象文件（均为16位），在本文中，因为温感接在接口2上，所以，对应的输入及输出映象字分别是I：3.0和O：3.0，程序运行时，首先要向O：3.0送入16位的状态字使其的工作状态得到设定，否则，模块的灯不亮，模块未进入工作状态。4.2.4 SLC500硬件配置SLC500系列有两种硬件结构：固定式控制器与模块式控制器。根据设计要求，本文采用的是模块式控制器。本文所选择的硬件装置包括：SLC5/03CPU、1747-SDN扫描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16输出模块、1746IB16输入模块、1746NR4模拟量输入模块、1746-A10十槽框架及1746P2电源。进行硬件连接时，除了电源和CPU的位置是固定的，其他模块在机架中的位置可以任意选定，不过将模块插入机架的插槽后，要用RSLogix软件的I/O Configuration 选项进行组态，输入各模块在机架中的位置，否则CPU会处于错误（FAULT）状态。本文的机架配置如图所示：由图中可以看出，由04的5个机架中，依次为SLC5/03CPU、1747-SDN扫描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16输出模块、1746NR4模拟量输入模块、1746IB16输入模块。电源为默认，不在机架配置图中。第5章 可编程序控制器的编程5.1 可编程序控制器的编程方式可编程序控制器的编程方式通常为三种：梯形图；结构文本；顺序功能图SFC。本文采用的是梯形图编程。梯形图编程是最直观，最基本的编程方式。它采用图形符号，沿用了继电器的触点、线圈、串联等术语，不需学习更深的计算机知识即可理解，适用于顺序逻辑控制、离散量控制等。5.2 可编程序控制器的输入/输出寻址5.2.1 有关寻址的几个概念1 物理地址物理地址也就是I/O模块在物理框架中的位置，常以第几框架第几槽中的第几个端子表示。2逻辑地址逻辑地址是对应于内存中的地址，在SLC500中，以槽号（十进制）、字号、端子号来表示。物理地址和逻辑地址在概念上是不同的，不过，在两者间有着一一对应的关系。5.2.2 SLC500的输入/输出寻址在SLC500中，是用输出和输入数据文件（文件O：0和I：1）表示外部的输出和输入，在文件1中的各位表示外部输入。在大多数情况下，这些文件中的每个16位字与位于控制器内的一槽对应，位号与响应的输入或输出端子号对应。使用字中没用到的位无效。下表解释了输出和输入的地址格式。注意该格式用e表示槽号，用s表示字号。处理文件指令时，数据文件元素按e.s格式一起使用。 格式说明O 输出I 输入 ： 元素分隔符e 槽号（十进制）0号槽，即第一个框架中靠近电源的槽，用于处理器模块（CPU）。接下来的槽是 I/O槽，槽号从1到30。 字分隔符。只有如下指明必须用到字号时才要求用字分隔符。 s 字号如果某槽的输入或输出点数超过16时需要使用字号。范围：0255（该范围供多字特殊模块使用） / 位分隔符 b 端子号 输入：015 输出：0155.3本文工作在使用1746-NR4温感模块的过程中，曾遇到许多问题：开始将模块接入温感后，根据使用电压模拟量模块的经验，认为可在输入映象文件中直接读到输入，但是却没有，经查阅资料了解到首先得通过对1746NR4模块设定工作状态，才可以让其正常工作，状态的设定是通过向模块地址送一个16位的状态字实现的。由于对1746-NR4模块的端子地址不清楚：1746-NR4有4个接口，每个接口有3个端子，与温感的3个端子对应，那么按照SLC500对输入输出文件格式的要求，似乎应该对每个端子都赋地址值，但是按照这样操作，一直无法使温感模块工作在正常状态。开始曾认为是温感的问题，但用万用表测量温感工作正常，最后，经过请教师兄及自己测试，本文用的温感连在模块的2号接口上，所以地址应为O：3.0，向此位送入限定了工作状态的16位字后，下载并运行程序，即可使温感进入工作状态。接下来的工作是编程。本文的编程工作较为简单，编程主要针对温感和烟感进行。烟感的数据可以直接从I/O映象表中读到，用万用表可测得正常环境下，烟感标准回路的电压在3V以内变化，但是在烟雾环境下，电压会升至6V7V，将5V对应的输入映象字作为常量，利用大于等于比较指令（GEQ）当输入大于等于5V的对应值时，启动报警灯。温感的编程基本相同，只是先要送状态字到温感端子的地址，然后利用大于等于比较指令（GEQ）与预先设定好的常量进行比较，当大于等于设定值时，启动报警灯。 第6章 总 结本文以实现实验室安全监控为目标，采用了罗克韦尔自动化公司的先进技术，并利用工业现场总线DeviceNet及PLC组建了监控网络，较为成功地将现场总线技术应用于该监控系统，实现了以PLC为核心的实时监控。总结起来，本文所做工作主要有： 1.分析、连接DeviceNet网络，并进行了组态；2.根据设计要求及实际情况选择传感器并接入网络；3.利用DeviceNet及PLC实现了信号检测；4.用PLC实现了信号处理及报警；本系统采用了先进而通用的监控方法。这种实现，可以直接移植到实际系统当中。但是实际应用时，要对传感器的选择有更高的要求。本文存在的主要不足有：1.对罗克韦尔网络的应用还处于比较浅的层次；2.传感器尤其是温感性能普通，不能符合实际应用的要求。致 谢本次毕业设计，我非常荣幸地得到甘咏梅老师认真、热情的指导。甘老师不仅指导我完成了毕业设计，还向我传授了严谨的学风和对学术研究的奉献精神。无论是毕业设计中还是论文的写作中，我都得到了王宇、王雪，姜庆明、王晓钰几位学长悉心帮助和热情指导，他们严谨的治学态度和解决问题的方法使我受益匪浅。李程同学和我合作完成了本课题，他孜孜不倦学习的毅力和追求完善的精神永远都值得我学习。在此，我向他们表示最诚挚的谢意。参考文献【1】 http:/【2】 中国期刊网 【3】 SLC500 and Micrologix1000指令集 参考手册【4】 面向楼宇自动化的保安探测与自动化系统【5】 用SLC实现多温区的电加热炉的PID解耦控制【6】 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心，可编程序控制器系统，浙江大学出版社，1999【7】 Installation/Configuration Instructions for 42GNU9000 Retroreflective Photoelectric Sensor for DeviceNet -36-