【導讀】與控制是系統(tǒng)實現(xiàn)其功能必不可少的環(huán)節(jié)。液位的高低直接影響著工業(yè)過程控制。的安全性，如果超出范圍，很可能會釀成危險的后果。對基于以太網(wǎng)對水槽液位。的遠程控制這一研究有著重要的意義。首先基于以太網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以對設。其次基于以太網(wǎng)的遠程監(jiān)控可以節(jié)省大量的人力物力和財力，特別對于一些。條件惡劣的現(xiàn)場工作環(huán)境。理水平和生產(chǎn)率。[4]邱佰平.基于以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線的過程控制系統(tǒng)實驗裝置研究[D].中南大學，2021.[6]沙泉.MATLAB和組態(tài)王的數(shù)據(jù)通信[J].上海應用技術學院學報，ADAM6000系列模塊的遠程監(jiān)控部分的設計兩部分。另外，以太網(wǎng)的高可靠性和高速率將從根本上解決控制系統(tǒng)。首先基于以太網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以對設備的數(shù)據(jù)進行實時的采集分析和處。過程控制系統(tǒng)的發(fā)展是一個不斷進步的全方位技術升級過程，除了技術的提。過程控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出向網(wǎng)絡化、集成化、節(jié)點。通訊協(xié)議采用現(xiàn)場總線技。但是現(xiàn)場總線技術在其發(fā)展過程中又表現(xiàn)出以下的不足：現(xiàn)

　　

【正文】 2hy? (215) 儲水箱 水泵 1 1 1 2 T1 T2 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 12 SISO 三階系統(tǒng)建模 如圖 所示，打開水泵 1，關閉水泵 2；使用電動閥 1，關閉電動閥 2；打開連接閥門 CV CV CV3 和泄水閥門 LV3，關閉其它閥門。儲水箱中的水通過電動閥門 1 進入水箱 T1，分別通過連接閥門 CV CV2 進入水箱 T2 和水箱 T3，由泄水閥門 LV3 流回儲水箱。以電動閥 1 的開度作為控制輸入，以水箱T3 的液位作為控制輸出，組成三階的單輸入單輸出對象 。 壓力傳感器 CV3 電動調(diào)節(jié)閥 CV1 CV2 LV3 圖 單輸入單輸出三階系 統(tǒng) 根據(jù)流量平衡原理可得 1211 dtdhA ?? 23122 dtdhA ?? (316) odtdhA 3233 ?? 其中 11 kuQ? 21211212 2)s g n ( hhghhSazQ ??? 32321223 2)s g n ( hhghhSazQ ??? (317) 333 2 ghSazQ o ? 儲水箱 水泵 1 1 T2 1 3 2 T1 T3 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 13 其中，其它的定義同上。將 (316)、 (317)兩式整理之后可得到三階系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 13232312123210011 ukA QAhhho ??????????????????????????????????? (318) 3hy? 雙輸入雙輸出系統(tǒng)建模 對于三容水箱實驗裝置，雙輸入雙輸出系統(tǒng)是一個典型的多輸入多輸出系統(tǒng)。如圖 所示，打開水泵 1 和水泵 2；使用電動閥 1 和電動閥 2；打開連接閥門 CV CV CV CV4；打開泄水閥門 LV1 和 LV3，關閉其它閥門。儲水箱中的水通過電動閥門 1 和電動閥門 2 分別進入水箱 T1 和水箱 T3， 水箱 T1 和T3 分別通過連接閥門 CV1 和 CV2 和水箱 T2 相連通，最后由泄水閥門 LV1 和LV3 流回儲水箱。以電動閥 1 和電動閥 2 的開度作為控制輸入，以水箱 T1 和 T3的液位作為控制輸出，組成雙輸入雙輸出的對象。 CV4 CV3 壓力傳感器 電動調(diào)節(jié)閥 CV1 CV2 LV1 LV3 圖 雙輸入雙輸出系統(tǒng) 儲水箱 水泵 1 水泵 2 2 1 T1 T2 T3 1 2 3 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 14 分別對三個水箱考慮流量平衡原理可得 oukdtdhA 112111 ??? 23122 dtdhA ?? (319) oukdtdhA 323323 ??? 其中 111 2 ghSazQ o ? 21211212 2)s g n ( hhghhSazQ ??? 32322323 2)s g n( hhghhSazQ ??? (320) 333 2 ghSazQ o ? 有 (319)和 (320)兩式可以得出雙輸入雙輸出系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型 ??????????????????????????????????????????21132323121213210 00 00 11uukA Ahhhoo ? ?T3 1 hhy? (321) 三容 水箱實驗裝置的具體參數(shù)為：水箱橫截面積 2162cmA? ，管路橫截面積 cmS ? ，重力加速度 2/ smg ? ，流量最大值： skgQ / ax ? ，流量系數(shù)：?iaz ，水箱液位最大值： cmH 40max ? ，閥門比例系數(shù)： ?k 。 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 15 第三章 基于以太網(wǎng)的液位控制系統(tǒng)設計 近年來，隨著網(wǎng)絡 技術的發(fā)展，在工業(yè)現(xiàn)場中如何將測控系統(tǒng)等儀器和設備接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享和遠程控制成為人們關注的課題。由于控制系統(tǒng)本身的復雜程度，工作環(huán)境，設計要求等千差萬別，為了適應多種控制系統(tǒng)的要求，本章將設計基于 ADAM 模塊的以太網(wǎng)液位控制系統(tǒng)，并設計一個基于C8051F020 單片機的以太網(wǎng)現(xiàn)場控制模塊。 基于 ADAM 模塊的以太網(wǎng)液位控制系統(tǒng)設計 基于 ADAM 模塊的控制系統(tǒng)的硬件設計 該控制系統(tǒng)的控制器采用研華 ADAM6500 嵌入式以太網(wǎng)控制器，利用研華ADAM6024 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入輸出模塊 的功能，和遠程監(jiān)控 PC 機構成一個典型的應用控制系統(tǒng)。 ADAM6024 模塊和 ADAM6500 模塊的 RJ45 以太網(wǎng)接口通過網(wǎng)線分別與集線器 (Hub)的不同輸入接口相連，并把此 Hub 接入到以太網(wǎng)。同時，遠程的監(jiān)控 PC 機也接入到以太網(wǎng)中，從而實現(xiàn)通過以太網(wǎng)的連接。系統(tǒng)的硬件結構圖如圖 所示。 以太網(wǎng) 圖 基于 ADAM模塊的以太網(wǎng)液位控制系統(tǒng)結構圖 系統(tǒng)的工 作流程為：液位傳感器傳出的 4~20mA 的電流信號經(jīng)過 I/V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為標準的 l5V 電壓信號并送入 ADAM6024 數(shù)據(jù)采集模塊。經(jīng)過PC機 Hub ADAM6024 ADAM6500 電動調(diào)節(jié)閥 液位傳感器 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 16 ADAM6024 模塊進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號送入 ADAM6500 控制器。在 ADAM6500 模塊中完成數(shù)據(jù)采集和各種控制算法的編程與運算，并將控制結果再次反送回至 ADAM6024 模塊。經(jīng)過 ADAM6024 模塊進行 D/A 轉(zhuǎn)換后，將最終的 420mA 的模擬電流控制信號發(fā)送給電動調(diào)節(jié)閥，同時 ADAM6500模塊還會通過以太網(wǎng)與上位監(jiān)控 PC 機之間傳輸各種數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)基于以太網(wǎng)的遠程監(jiān)控。在本系統(tǒng)中，上位監(jiān)控 PC 機只用于組態(tài)各種監(jiān)控界面，并沒有控制程序，從而將控制獨立開來。這樣一旦監(jiān)控計算機出現(xiàn)故障，也不會影響對系統(tǒng)的控制。這在實際生產(chǎn)中有很大的應用價值，以避免不必要的損失。 (1) ADAM 模塊的介紹 ADAM 數(shù)據(jù)采集模塊（簡稱 ADAM 模塊）由臺灣研華 (ADVANTECH)公司研制開發(fā)一個產(chǎn)品系列，目前 ADAM 模塊包括四種產(chǎn)品： 遠程數(shù)據(jù)采集和控制模塊 (ADAM4000 系列 ) 分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng) (ADAM5000 系列 ) 智能 Web 以太網(wǎng) I/O 模塊 (ADAM6000 系列 ) 分布式控制 I/O 系統(tǒng) (ADAM8000 系列 ) 我們所要用到的是 ADAM6000 系列的兩款模塊 ——ADAM6024 和ADAM6500。 ADAM6000 系列產(chǎn)品是基于 Ether 的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，它們集數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡傳輸能力于一身。使用這些模塊可以輕而易舉的建立適應于各個行業(yè)的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。 ADAM6000 系列模塊的主要技術指標如下： 支持 10/100BASET 的以太網(wǎng)，最高的數(shù)據(jù)傳輸速率可達到 100M； 支持基于 TCP 的通用的 Modbus/TCP 協(xié)議和 以太網(wǎng) UDP 協(xié)議； 供電電壓為 10~30V，推薦為 24V； 在每個 ADAM6000 模塊的前面板上有兩個指示燈，每一個指示燈都有兩種狀態(tài)來指示模塊的系統(tǒng)狀態(tài) STU/LNK 和 SPD/COM，其含義如下： （ 1） STU（狀態(tài)）：紅燈閃爍 ——模塊處于運行狀態(tài)時； （ 2） LNK（連接）：綠燈亮 ——模塊同以太網(wǎng)正確連接； （ 3） SPD（速度 )：亮紅燈 ——以太網(wǎng)通訊速率達到 100M； （ 4） COM（通訊）：綠燈閃爍 ——模塊在接受 /接收數(shù)據(jù)。 (2)ADAM6024 模塊網(wǎng)絡初始化 ADAM6024 是一款在單個模塊 上集成了混合 I/O 的數(shù)據(jù)采集控制模塊：它帶有 2 路模擬量輸出、 6 路模擬量輸入、 2 路數(shù)字量輸入和 2 路數(shù)字量輸出，每個輸入通道的 A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù)為 16 位。使用 ADAM6024 代替數(shù)字量 I/O 模塊與模擬量 I/O 模塊的組合，以更少的模塊實現(xiàn)相同的功能。根據(jù)研華的研究表明，天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 17 這種組合可滿足 80%單個應用系統(tǒng)的需求。 ADAM6024 模塊的模擬量輸入范圍為： +/10V、 0~20mA 和 420mA；模擬量輸出范圍為： 010V、 0~20mA 和 4~20mA。 ADAM6024 模塊采用的接線方式如圖 所示。 圖 ADAM6024的接線示意圖 由于 ADAM6024 輸入設置為電壓信號輸入，而水箱 T T T3 的液位信號及其流量均為電流信號，故在接入 ADAM6024 模擬量輸入通道前需外接 “ I/V轉(zhuǎn)換電路 ” 進行 I/V轉(zhuǎn)換。 如果要實現(xiàn)模塊以及遠程監(jiān)控 PC 機之間能夠互相通信，還需要對每一個模塊以及遠程監(jiān)控 PC 機的 IP 地址和子網(wǎng)掩碼進行配置，保證 ADAM 模塊和上位機處于同一局域網(wǎng)內(nèi)。在進行初始配置時，由于每一個模塊的 IP 都是： ，天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 18 因此不要同時將兩個新模塊同時掛到網(wǎng)絡上進行初始配置，防止造成網(wǎng)絡沖突。解 決的辦法就是先初始化配置其中的一個模塊，然后再初始化配置另一個。 利用研華提供的 ADAM 以太網(wǎng)模塊工具進行初始化。具體步驟如下： （ 1）系統(tǒng)上電； （ 2）啟動 ADAM Ether I/O Utility 程序，如果連接正確，經(jīng)過搜索會出現(xiàn) ADAM6024 的一個連接站點，進入此站點。 （ 3）選擇 Network 屬性頁，配置 TCP/IP 網(wǎng)絡，設置其 IP 地址為： ，子網(wǎng)掩碼為： 。 (3) ADAM6500模塊網(wǎng)絡初始化 ADAM6500 是一款用于工業(yè)自動化和控制領域的全功能以太網(wǎng)控制器。該模塊內(nèi)置了 WINDOWS 嵌入式操作系統(tǒng)，可以讓用戶運行在 Microsoft嵌入式 VB 或 VC++環(huán)境下開發(fā)的應用程序。該 Windows 環(huán)境還帶有一個 Web服務器，可以開發(fā)出基于 Web 的應用軟件。 ADAM6500 帶有 1 個以太網(wǎng)（ 10/100BASET）端口和 4 個通信端口（ 3 個RS232 端口和 1 個 RS485 端口）?？刂破骱蛻贸绦蛑g就可以方便的通信。以太網(wǎng)用于程序下裝、編譯、以及串行設備和以太網(wǎng) /Inter 之間 的連接。ADAM6500 具體的硬件指標如下： 處理器： Strong Arm 206MHz 隨機存儲器： 32M 的靜態(tài)隨機存儲器 操作系統(tǒng)： Microsoft Windows 存儲容量： 16M 的閃存，一個 Compact Flash 卡（可選） 串口：三個 RS232 串口，兩個 RS485 串口 RS485 數(shù)據(jù)流量控制 RS485 隔離 1500 均方根電壓 數(shù)據(jù)位： 5， 6， 7， 8 停止位： 1， ， 2 183