随着工业控制对可靠性与实时性要求不断提高,传统总线因无法突破实时性,通信效率及总线供电等技术瓶颈而逐渐被一些新的技术所替代。在国内外,一种将以太网应用于工业控制的新兴工业以太网技术引起了越来越多的关注。EtherCAT是一种基于改进的以太网帧结构的工业以太网协议,是目前可靠性和实时性最高的工业以太网协议之一。 本文提出一种基于STM32处理器的EtherCAT从站协议栈的实现方法。首先从物理层、数据链路层及应用层研究分析了 EtherCAT协议。其次,重点设计开发基于STM32处理器的EtherCAT从站设备的协议软件,设计并实现了从站状态机、周期性过程数据及邮箱数据三大通信任务的软件代码。在已搭建的 EtherCAT主从站运行平台验证了系统的可靠与实时性。EtherCAT报文的一次发送和接收共需2ms,该时间随着从站个数的增加变化不大。最后,本文创新点是设计一种基于 EtherCAT实时通信协议栈的智能家居网络控制系统,比以往采用单片机作为终端控制器的控制系统在扩展能力,数据处理能力,实时性方面都有显著优势,实现了智能家居中智能开关与人脸识别门禁两部分应用控制任务,该系统提高了家居控制的安全性及实时性,是目前最有发展前景的工业以太网应用技术之一。 从站协议栈实现EtherCAT的从站功能,并且运行于STM32处理器上,提高了从站运行速度,保证整个EtherCAT系统的实时性。
上传时间： 2022-05-27
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到目前为止,互感器作为输变电设备的重要组成部分,其设计和开发还始终停留在手工试算阶段,这种手工试算的方法已经越来越不能满足工业发展的需要.各互感器生产厂家迫切需要对产品进行计算机辅助设计.故而保定天威集团大型变压器公司与河北工业大学电器研究所协作,进行了"互感器集成CAD系统"这一软件的研究与开发,该论文主要负责"电流互感器优化设计计算软件的研究与开发"这一部分.产品设计和产品优化设计的软件开发包括两部分:一部分为设计计算程序,其中包括电磁、动热稳定、重量等计算;另一部分为优化设计程序,主要是针对产品的成本和产品工艺进行了合理的优化,建立优化设计的数学模型和完成优化程序.该论文在了解电流互感器原理和结构的基础上,结合工程实际确立了额定电压为110kV,电流等级为2×50/5(1)A~2×1000/5(1)A的电流互感器的设计计算方法并根据具体情况选择了合适的优化设计方法.此外,该论文还对额定电压为220kV,电流等级从2×300/5(1)A~2×2000/5(1)A的电流互感器优化设计计算软件做了简单介绍.
上传时间： 2013-06-07
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变频器在各行各业中的各种设备上迅速普及应用，已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量以及推动技术进步的主要手段之一，是国民经济和生活中普遍需要的新技术。但是现有变频器的调制算法尚存在一些缺点，如开关损耗大和共模电流大等，因此有必要研究和设计高性能调制算法的变频控制器。鉴于此，开展了以下工业变频器高性能调制算法为对象的研究内容： 在阐述了工业变频器系统的结构、调制算法、调速算法的基础上，结合数学模型，分析了共模电压产生的原理、共模电流其影响和危害，给出了共模电压和共模电流的关系。总结其他的抑制共模电压的方案基础上，提出一种新的共模电压抑制SVPWM；还阐述了死区产生的原因及其影响，以及死区补偿的原理并将上述两个调制算法利用MATLAB/SIMULINK软件对该系统给予了全面的仿真分析。 变频器硬件部分设计包括整流滤波电路、逆变器功率电路、上电保护电路、DSP控制系统及其外围电路、IGBT驱动及保护电路以及反激式开关电源，对于传感器检测滤波电路的具体电路参数设计，是在PSPICE上仿真基础上得出。并在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了所有硬件相关的原理图绘制和PCB绘制； 变频器软件部分设计包括主程序、键盘扫描程序、系统状态处理程序、PWM发送中断程序、电机启动函数、电压调整程序、AD采样中断程序以及故障保护中断程序。在实现一般SVPWM的基础上，根据之前理论和仿真得到的共模电压抑制SVPWM、以及死区补偿算法，将这两个对SVPWM进行改进的调制算法在硬件平台上实现。 在硬件电路完成设计的各个阶段，逐渐编制相应的控制程序，并进行调试，并完成整个程序的编制和调试。此外，还调试了系统所需的反激式开关电源。整个系统调试中遇到了很多问题，如键盘消除抖动问题、共模电压抑制SVPWM出现的直通现象等。最终完成了工业变频器样机，并且采用的是文章中研究的调制算法，效果良好，达到设计的目的； 提出了一种将有源功率因数校正(PFC)技术引用到串级调速中来提高定子侧功率因数的新方法。通过建立电动机折算到转子侧的等值电路，重点分析了有源PFC技术代替传统串级调速系统中的不控整流桥后，系统可以等效为转子串电阻调速。得到了等效串电阻的计算公式和变化趋势，对电动机功率因数、电磁转矩脉动也进行了分析，发现能够比传统串级调速时有所提升。鉴于电动机转子侧电势频率非常低，分析了有源PFC的具体实现的特殊考虑和参数选取方法，并基于对称平衡的Scott变压器和两个单相有源PFC电路实现了绕线电动机转子侧的三相有源低频PFC，得到超低纹波的直流输出电压。利用MATLAB建立了完整的仿真平台，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-07-08
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充电系统对于实际的电动汽车而言是不可缺少的子系统，当蓄电池的电能用完之后，就必须使用充电系统对电池进行再充电。对于这种电动车充电系统的监控，目前国内尚处于起步阶段。 本文以电动车充电站的建设为背景，对充电机监控系统的通信总线和上位机软件设计进行了研究。首先介绍了系统的整个网络规划，然后对工业现场总线的特点、CAN2.0总线技术、涉及到的通信协议分别做了详细的描述，重点介绍了CAN总线的相关设计和系统的硬件、软件设计及实验结果。设计过程中参考了目前比较成熟的CAN2.0与J1939协议，并创新性的将这一用于汽车内部的通信总线移植到充电站内充电机与上位机之间的通信系统中。整个设计的创新在于将CAN总线这一现有成熟技术应用在充电站监控系统建设这一新领域，成功的实现了总线的移植。 整个系统中，系统前端执行数据采集、充电控制等任务，同时通过CAN总线和以太网分别实现前端数据采集模块与监控计算机、监控计算机与数据服务器的数据传输，实现站内充电机的统一监控。本文围绕系统整体网络组建，CAN网络通信以及系统软硬件设计进行了讨论，并提供了一套完整的、先进的、可行的充电机监控系统通信总线及软件的解决方案。这种监控方案提高了系统通信的实时性、准确性、安全性，同时极大的提高了充电工人的工作效率。 目前系统的各项参数及功能已在实验室测试完毕，性能已基本达到设计目标，即将被用于奥运会电动汽车充电站的建设。
上传时间： 2013-04-24
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工业X-CT（X-ray Computed Tomography）无损检测技术是以不损伤或者破坏被检测对象的一种高新检测技术，被誉为最佳的无损检测手段，在无损检测领域日益受到人们的青睐。近年来，各国都在投入大量的人力、物力对其进行研究与开发。 目前，工业CT主要采用第二代和第三代扫描方式。在工业CT第三代扫描方式中，扫描系统仅作“旋转”运动，控制系统比较简单。对此，我国已取得了可喜的成绩。然而，对工业CT系统中的二代扫描运动控制系统，即针对“平移+旋转”运动的控制系统的研究，我国已有采用，但与发达国家相比，还存在较大的差距。二代扫描方式与其它扫描方式相比，具有对被检物的尺寸没有要求，且能够对感兴趣的检测区域进行局部扫描的独特优点。同时X光源的射线出束角较小（一般小于20°），因此在工业X-CT系统主要采用二代扫描运动控制。有鉴于此，本论文结合有关科研项目，开展了工业X-CT二代扫描控制系统的研究。 论文首先介绍了工业X-CT系统的工作原理和各种扫描运动控制方式的特点，阐述了开展二代扫描控制的研究目的和意义。其次，根据二代扫描控制的特点，提出了“在优先满足工业X-CT二代扫描控制的基础上，力求实现对工业X-CT扫描运动的通用控制，使其能同时支持一、三代扫描方式”的设计思想。据此，研究确立了基于单片机AT89LV52及FPGA芯片EP1C3T100C8的运动控制架构，以实现二代扫描控制系统的设计方案。论文详细介绍了可编程逻辑器件FPGA的工作原理和开发流程，并对其相关开发环境QuartusII4.1作了阐述。结合运动控制系统的硬件设计，详细介绍了各功能模块的具体设计过程，给出了相关的设计原理框图和实际运行波形。并制作了相应的PCB板，调试了整个硬件控制系统。最后，论文还详细研究了利用VisualC++6.0来完成上位机控制软件的设计，给出了运动控制主界面及扫描运动控制功能软件设计的流程图。 论文对整个运动控制系统采用的经济型的开环控制技术所带来的不利影响，分析研究了增加步进电机的细分数以提高扫描精度的可能性，并对所研究的控制系统在调试过程中出现的一些问题及解决方案作了简要的分析，提出了一些完善方法。
上传时间： 2013-04-24
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本文讨论工业废水中和处理中pH值的控制方法。由于中和反应中pH值的变化是一个严重非线性的过程，pH值控制被公认为世界上的控制难题之一，在此运用了ARM技术和模糊控制来解决这一难题。 论文首先介绍了工业废水处理中酸碱度控制的现状、存在的问题，并提出了基于ARM的工业废水控制系统的设计方案。其次详细研究了当前嵌入式系统的发展，深入探讨了ARM嵌入式处理器的特点、应用及体系结构，并着重介绍了本文所使用的LPC2131微处理器。然后针对pH的非线性特点做了分析并设计了以INA116为核心元件的pH测量电路。在广泛阅读和全面深入总结国内外相关文献资料的基础上，了解了模糊控制的一些关键技术和发展现状，设计出了基于ARM的工业废水模糊控制器。 硬件设计与软件设计为本论文的重点内容。硬件设计包括：电源电路、复位电路、晶振电路、Flash存储器、SDRAM存储器、JTAG电路、串行通信电路、LCD模块设计、A/D变换模块、PWM电磁阀驱动电路；软件设计除了为硬件提供相应的驱动程序外，最重要的是用C语言实现了基于ARM的工业废水模糊控制器。基于ARM的工业废水控制系统中上位机和下位机的数据通讯采用RS-232方式，下位机采用C语言编程、ADS1．2开发，上位机采用Delph17．0进行设计。 论文的最后对全文的主要研究内容进行了总结，指出了设计过程中遇到的问题及存在的不足之处，给出了主要研究结论和今后的研究方向。实验结果表明系统基本上达到了系统设计中所给出的性能指标，证明了整个系统设计的正确性和合理性，很好地解决了pH值控制中的非线性问题。与传统控制方法相比较，本系统结构简单，控制效果良好。
上传时间： 2013-04-24
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工厂底层的信息绝大部分都是通过现场总线进行传递的，但基于现场总线的工业设备网络无法实现与企业的Internet/Intranet无缝连接从而实现远程监控。所以本文就此问题展开研究，提出了一种基于S3C2410的嵌入式工业网络控制器的平台的设计方案，设计了一个具有网络通信功能的控制器平台。 1.针对网络控制器的特点与要求，通过对比分析，选取了具体的硬件和软件，以确保网络控制器平台的稳定可靠。 2.具体设计了控制器相关硬件电路。包括存储电路、以太网电路、串口电路、I/O口电路等。 3.建立了嵌入式Linux软件开发平台；对网络通信的理论进行了研究，编写了CGI外部扩展程序，实现了动态Web技术，使用户可以通过浏览器对控制器进行远程监控。同时，开发了嵌入式数据库SQLite应用程序，使历史数据、实时数据和技术参数的管理更加方便有序；开发了对应的驱动程序确保了网络控制器的的正常运行。 4.在完成嵌入式网络控制器硬件与软件设计的基础上，将控制器平台应用于智能加药控制系统中，通过测试表明本网络控制器平台稳定可靠。 总之，本文在深入研究嵌入式网络控制器的基础上搭建了一个嵌入式的硬件和软件平台，确保了网络控制器稳定可靠并高效地运行，为第二次开发嵌入式网络控制器准备了一个比较理想的嵌入式平台。
上传时间： 2013-04-24
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随着国内汽车工业的发展，国内的车辆导航系统的市场需求也越来越大。目前国内推出的一些车载导航定位系统还没有在车载系统中得到广泛的应用，还须在改进技术、提高精度的同时降低开发成本。 车载导航终端结合了导航定位技术、地理信息系统(GIS)、通讯技术以及嵌入式计算机技术，为用户提供导航定位、地理信息等服务。车载导航终端由GPS定位系统、电子地图、嵌入式系统组成。导航终端接收GPS所传送的卫星信号，得到车辆的即时位置，通过GPS信号处理系统传送给主机，再配合嵌入式系统上的空间数据库，将车辆经过的轨迹显示在显示屏上。 本论文首先讨论了车载导航系统的原理和硬件结构，然后分析设计了软件系统的工作流程及实现方案；介绍了Boot Loader和Linux内核的定制、移植；重点介绍了在ARM处理器和Linux操作系统实现车载导航终端各功能模块的详细过程，以及地图匹配和路径规划算法及实现。 为了缩短开发周期、降低开发成本，本设计采用了基于开源软件二次开发的方式。
上传时间： 2013-06-01
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随着生产自动化要求的不断提高，控制技术和微型计算机技术的不断发展，智能记录仪已日益广泛地应用在工业过程领域，并占据了越来越高的地位。近年来，新的应用也对智能记录仪的设计提出了更高的要求。 嵌入式系统因其体积小、性能好、功耗低、可靠性高等优点，其已经在各种记录仪表的开发与设计等领域中得到广泛的应用。为了改善工业现场传统获取数据费时、费力且数据不够及时准确的缺点，本课题基于嵌入式的技术，构建了一个由32位的嵌入式微处理器S3C24lO和实时操作系统IAnux组成的平台，并对其进行了开发研究，设计并实现了针对工业过程数据处理的一种新型的记录系统。 本文研究了无纸记录仪通用开发方法，设计了系统结构、功能和性能设计指标。该系统以三星公司生产的S3C2410(ARM)微控制器为核心，配置大容量Flash存贮器、实时时钟等，通过8个信号输入通道，可配接热电偶、热电阻以及标准的电压/电流信号，经16位采样送ARM处理后，按设定要求完成信号监测、数据记录和柱状图、曲线显示、异常数据报警等无纸记录仪的功能，以及通过RS232通信接口与其它系统进行数据通信；在系统软件设计方面，采用结构化、模块化方法，结合硬件配置设计了数据采集、检测信号处理、数据存取、键盘操作功能模块以及柱状图、曲线等图形显示功能函数，从而使具有了模块化扩展功能。试验表明了该系统对数据进行了准确、可靠的的采集与处理，较好地满足了工业现场的需求。 本课题是数据记录系统在工业现场数据采集、处理领域中的一次成功尝试。在实际应用中，该系统凸显出强大的功能、良好的灵活性。实践证明本系统是一种优秀的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的不断发展，嵌入式系统得到了广泛的应用。在当今的工业控制领域，控制逻辑和功能变得越来越复杂，简单的嵌入式系统己经不能满足工业生产需求，而带有高性能处理器以及完整操作系统的嵌入式系统的引入将逐渐成为工业控制自动化发展的方向。 本文对用于工业供水设备测控的工业供水测控系统展开研究。首先，在ARM嵌入式最小系统的基础上建立通用的硬件平台，对平台的硬件结构进行设计，特别是对于关键的接口电路进行了比较深入的研究，针对供水设备测控的不同要求，集成了多种接口电路。其次，在实现嵌入式实时多任务操作系统μC／OS-Ⅱ在ARM上可移植的基础上，建立了测控系统的软件平台，对接口电路驱动程序进行模块化设计。最后，在研制出的测控平台上，加入了电力参数与传感器数据监测电路以及开关量输入/输出电路，特别是对工频交流信号有效值的测量进行了较深入的硬件设计以及软件算法研究，并对测控系统的无线通讯部分进行了设计。 在上述工作的基础上，开发出嵌入式无线工业供水测控系统样机。工业现场近半年来试运行的结果表明：该基于ARM的嵌入式无线工业供水测控系统设计合理，性能稳定可靠，达到了设计的要求。
上传时间： 2013-06-23
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