【正文】 自動化研究所、上海電器科學(xué)研究所、上海埃通電氣股份有限公司等。同時，國內(nèi)的一些專家在一些專業(yè)領(lǐng)域也提出了自己的現(xiàn)場總線。但由于現(xiàn)場總線在中國的發(fā)展較晚，我國的現(xiàn)場總線產(chǎn)品的開發(fā)能力還非常有限，大多數(shù)總線設(shè)備和產(chǎn)品都是進(jìn)口的或是由外國公司在華的分公司開發(fā)生產(chǎn)的，更幾乎沒有國產(chǎn)的總線產(chǎn)品開發(fā)工具和設(shè)備，其發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國家存在相當(dāng)大的差距，在國內(nèi)基本上還處于應(yīng)用階段。 智能斷路器遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在國外的發(fā)展現(xiàn)狀國外主要低壓電器制造商從 20 世紀(jì) 90 年代就開始研發(fā)新一代低壓電器產(chǎn)品。一些大的電氣公司新開發(fā)的斷路器都具有了通信接口，可以與現(xiàn)場總線連接。這些公司的萬能式斷路器的通信功能一般嵌入智能控制器內(nèi)部。另外西門子自動化與驅(qū)動集團(tuán)還提供斷路器以太網(wǎng)接口。這個 Power Logic 系統(tǒng)從以太網(wǎng)通過一個調(diào)制解調(diào)器或網(wǎng)關(guān)經(jīng)過現(xiàn)場總線 Modbus 與 4 種子站通信 [13]。通過與現(xiàn)場總線連接，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的配合，提高電網(wǎng)的安全性和可靠性。 智能斷路器遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在斷路器應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步和發(fā)展，并且隨著自2碩士學(xué)位論文動控制技術(shù)的提高和計算機(jī)性能的提升，在斷路器領(lǐng)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展前景更為廣闊，發(fā)展的速度也將越來越快，在未來的很長一段時間里，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)主要以下幾個方面作為發(fā)展方向：(1) 采用更標(biāo)準(zhǔn)、更規(guī)范、更開放、更穩(wěn)定的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、穩(wěn)定一直都是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在采用現(xiàn)場總線時必須考慮的因素。標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的現(xiàn)場總線意味著產(chǎn)品兼容性更好，在產(chǎn)品更換時更加方便 [22]。(2) 基于 Internet 和 Web 的監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用 Internet 技術(shù)，在 TCP/IP 協(xié)議和 WWW 規(guī)范的支持下，合理組織軟件結(jié)構(gòu)，使工作人員通過訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來迅速獲取自己權(quán)限下的所有自動化設(shè)備信息并及時做出響應(yīng)。(3) 基于無線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控技術(shù)無線技術(shù)的日益發(fā)展 ,無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控作為無線網(wǎng)絡(luò)的一個特殊使用方式,以其安裝方便、靈活性強(qiáng)、性價比高等特性使得更多行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)采用無線的方式，建立被監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間的連接 [36]。服務(wù)器企業(yè)管理層(數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))通信塔過程監(jiān)控層(數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))監(jiān)控工作站其他工作站現(xiàn)場總線接口現(xiàn)場總線網(wǎng)段現(xiàn)場控制層(控制網(wǎng)絡(luò))設(shè)備1設(shè)備2設(shè)備...n圖 企業(yè)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 課題目的和意義本課題是由湖南大學(xué)與廣東奇正電氣有限公司合作開發(fā)的高低壓斷路器用3基于 LabVIEW 的智能斷路器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)(KEZT1)智能控制器，該控制器在許多工業(yè)控制領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。其產(chǎn)品的智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度較低，一方面阻礙了生產(chǎn)效率的提高，另一方面其操作過程復(fù)雜而其控制精度不高。針對這些情況，并結(jié)合 KEZT1 產(chǎn)品的特點，廣東省奇正電氣有限公司與湖南大學(xué)合作研制開發(fā)用于配電系統(tǒng)中的多功能斷路器，斷路器的控制器是具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化功能的數(shù)字式可通信智能控制器。另外，該控制器具有通信功能，能實現(xiàn) CAN 總線和 Modbus總線通信，因此該產(chǎn)品能很好的嵌入到其他的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中，從而實現(xiàn)對設(shè)備的集中、遠(yuǎn)程控制，極大的提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，降低了對設(shè)備操作的復(fù)雜性，同時由于操作人員遠(yuǎn)離操作現(xiàn)場，因此在某些場合能提高對人身安全的保護(hù)。概述了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線及其發(fā)展歷程，同時重點研究分析了智能斷路器遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。主要介紹了虛擬儀器的概念，LabVIEW 的編程要點及驅(qū)動程序的開發(fā)技術(shù)，同時研究了 CAN、 Modbus 總線技術(shù)。針對技術(shù)要求和功能進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計及實現(xiàn)，詳細(xì)分析硬件系統(tǒng)的各組成部分，對系統(tǒng)的硬件干擾源進(jìn)行了討論，并采取了一些針對性的硬件抗干擾措施。詳細(xì)論述了各軟件功能模塊的設(shè)計及實現(xiàn)。對系統(tǒng)軟件抗干擾進(jìn)行了討論 ,并采取了一些針對性的軟件抗干擾措施。建立了通信測試系統(tǒng)，對智能控制器的通信等功能進(jìn)行了測試，并對智能控制器系統(tǒng)的軟硬件誤差進(jìn)行了分析。4碩士學(xué)位論文第 2 章 斷路器遠(yuǎn)程監(jiān)控實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)美 國 國 家 儀 器 公 司 (National Instruments ,NI) 的 創(chuàng) 新 軟 件 產(chǎn) 品 LabVIEW(laboratory virtural instrument engineering workbench)自 1986 年問世以來，在研究、制造和開發(fā)的眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。CAN、Modbus 現(xiàn)場總線在工業(yè)控制領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。所謂虛擬儀器，就是在通用計算機(jī)平臺上，用戶根據(jù)自己的需求定義和設(shè)計儀器的測試功能，其實質(zhì)是將傳統(tǒng)儀器硬件和最新計算機(jī)軟件技術(shù)充分結(jié)合起來，以實現(xiàn)并擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器最重要、最核心的技術(shù)是虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境 [42]。但虛擬儀器軟件亦存在其不足，如，不適于或不擅長于完成大量數(shù)據(jù)處理的任務(wù)；不能調(diào)用系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)底層操作等。因此，采用虛擬儀器開發(fā)平臺具有三大優(yōu)勢：產(chǎn)品種類豐富：面對目前市場上的所有測量軟硬件工具，工程師們要花很多時間去學(xué)習(xí)如何使用它們，所以花時間選擇合適的工具這一點至關(guān)重要 [44]。5基于 LabVIEW 的智能斷路器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和長期的兼容性：根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的測量和自動化系統(tǒng)能使您在現(xiàn)在甚至是將來都可以節(jié)省開發(fā)和維護(hù)的成本。NI 在致力于提供最先進(jìn)的技術(shù)的同時保證了系統(tǒng)對之前版本的兼容性，所以工程師和科學(xué)家們可以在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)一直使用同一個解決方案 [7]。全球服務(wù)和技術(shù)支持：NI 在 40 多個國家設(shè)有分支機(jī)構(gòu)，為分布在全球的用戶提供服務(wù)和技術(shù)支持。InternetPXI/PCIPCPCHUB/MAUNICSD圖象PCMCA多功能DAQ數(shù)字I/OBNC4Mb/sGDJAM7GDGDV0%UTILIZATIONTABREIFKBLCN8O9 PRINTGDGD HELPT2U3 ALPHAWXYZ SHIFTENTERRUN數(shù)字化儀運(yùn)動控制采集信號分析儀信號125226327428529630731832933103411351236133714381539164017411842194320442145224623472448調(diào)理檢測單元圖 測試測量產(chǎn)品種類 LabVIEW 編程特色LabVIEW 虛擬儀器程序包括三個部分：前面板 (Panel)、框圖程序 (DiagramProgramme )和圖標(biāo) /連接器 (Icon/Terminal)。前面板是圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入量和觀察輸出量。任何控件都有控制和指示兩種屬性，只要在對象的右鍵彈出菜單中選擇 Change to Indicator 或 Change to Control ，就可以在兩種屬性間切換。前面板還有一個對象，即修飾，其作用僅是點綴前面板使之更為美觀，而不能作為輸入和輸出使用。圖 溫度計前面板2．框圖程序每個框圖程序前面板都有與之對應(yīng)的框圖程序?？驁D程序由節(jié)點和數(shù)據(jù)連線組成。這些節(jié)點都用數(shù)據(jù)連線連接，以定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向 [35]。圖 溫度計框圖程序3．圖標(biāo)/連接端口圖標(biāo) /連接端口可以把 VI 變成一個對象 (即 VI 子程序 )，然后像子程序一樣在其他 VI 中調(diào)用。 LabVIEW 的功能強(qiáng)大在于它的層次化結(jié)構(gòu)，用戶可以把創(chuàng)建的 VI 程序當(dāng)作子程序調(diào)用，來創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，而這種調(diào)用階數(shù)是無限制的。一個寫的好的驅(qū)動程序可以輕松訪問一個設(shè)備，因為驅(qū)動程序封裝了復(fù)雜的低端硬件設(shè)置和通信端口。與其他類似的應(yīng)用程序不同， LabVIEW 驅(qū)動程序是用 LabVIEW 語言編寫的—用通常的面板和圖標(biāo)完成，而不是通過只有制造商才能修改的預(yù)編譯黑箱完成 [39]。另一個重要的財富是 National Instruments 公司的設(shè)備庫。每個驅(qū)動程序都完全受 National Instruments 公司支持。通過因特網(wǎng) FTP 服務(wù)器 ()或者 National Instruments 公司的網(wǎng)絡(luò)站點()。虛擬設(shè)備軟件體系結(jié)構(gòu) (Virtual Instrument Software Architecture， VISA)是由National Instruments 公司開發(fā)的驅(qū)動程序軟件體系結(jié)構(gòu)，用于處理各種形式的設(shè)備 I/O。其原理很簡單：一個基于開啟、讀 /寫，以及關(guān)閉 (非常類似于文件操作 )概念的面向所有設(shè)備的一致界面。數(shù)據(jù)通過基于信息的設(shè)備的字符串格式或者用于寄存器層訪問的字或字節(jié)進(jìn)行交換。諸如觸發(fā)和服務(wù)請求這樣的事件是處理錯誤的標(biāo)準(zhǔn)部分。在編寫一個驅(qū)動程序的時候， LabVIEW 仍然給用戶提供了選擇機(jī)會。保留較舊的庫有幾個優(yōu)點：首先，用戶是在使舊驅(qū)動程序適應(yīng)一個新的設(shè)備，保留舊風(fēng)格的編碼要比將編碼轉(zhuǎn)化為 VISA 要容易。再次，用戶使用已經(jīng)學(xué)習(xí)了好幾年的舊8碩士學(xué)位論文有功能可能更順手。對 LabVIEW 驅(qū)動程序進(jìn)行模塊化的一個較好的辦法是按照功能對各種命令進(jìn)行分組。另一種模式是現(xiàn)代示波器的前面板，它具有十幾個旋扭和開關(guān)，但是這些旋紐和開關(guān)按照物理布局和面板上的布局圖進(jìn)行邏輯上的分組。 串口通信模塊1．串行設(shè)備流行的串行通信界面標(biāo)準(zhǔn)包括 RS232C、RS422A，以及 RS485A。串行通信在于簡單和低成本，最常見的 RS232 已經(jīng)流行了很長的時間，因而可以提供大量很便宜的硬件，并內(nèi)置于幾乎所有的計算機(jī)。RS232C 是最常用的標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的系統(tǒng)和串行設(shè)備都支持這種標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義的所有插頭的函數(shù)，雖然用戶常用的有幾種：傳輸數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)，以及接地。如果用戶的設(shè)備需要使用這些函數(shù)，這些函數(shù)都可以受到 LabVIEW VIA 串行端口函數(shù)的支持。該標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離可以達(dá)到 100米，最大數(shù)據(jù)速率正常情況下為 19200bit/s，但有些系統(tǒng)可以支持更高的速度 [12]。對于任何一個帶有 PCI 插槽的 Macintosh 機(jī)來說，存在著若干信號源的選擇。使用者反映此系列產(chǎn)品在 LabVIEW 中運(yùn)行良好。另一個 PCI 主板是來自 MegaWolf 公司的 Fenris(在主板上最多具有 64 個端口 )。Keyspan 生產(chǎn)的一款兩端口的模型，在 LabVIEW 用戶中非常流行。但用戶不會9基于 LabVIEW 的智能斷路器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)自動知道 ASRL3 是用戶 Keyspan 適配器的每一個端口 [17]。在 LabVIEW 出臺以前，我們必須使用舊式的串行端口訪問方式。(1)交叉的傳輸和接收線。如果第一次試圖將設(shè)備連接起來的時候，整個系統(tǒng)就死機(jī)了。用戶可以使用一個電壓表計算出哪個插頭是傳輸哪個插頭是接收 [18]。接收線的電壓通常在零伏附近。例如，一些設(shè)備直到清除發(fā)送指令 (CTS)線斷言才能傳輸。(3)錯誤的速度、奇偶性或者停止位設(shè)置。串性端口初始 VI(串行設(shè)備 I/O 功能選項板 ) 為絕大多數(shù)的串行界面設(shè)置了這些參數(shù)。如果用戶處理大量的串行電纜的調(diào)整，Black Box的完整 RS232 中斷箱或等同設(shè)備可以對串行電纜進(jìn)行迅速的故障檢修。如果串行端口初始 VI 或 VIA 配置串行端口函數(shù)返回一個錯誤，可以肯定在計算機(jī)上沒有運(yùn)行使用相同串行端口的 程 序 。同樣，有些終端仿真程序和傳真軟件或者在引導(dǎo)時占用了調(diào)制解調(diào)器端口，或者在當(dāng)用戶想退出應(yīng)用程序時不釋放端口。通常，原來標(biāo)號的串行端口 (通信口 1 和通信口 2)共享 IRQ3，新標(biāo)號的端口共享 IRQ4。解決這個問題的方法是重新設(shè)置指向設(shè)備 (通過一個低層設(shè)置應(yīng)用程序或控制面板 )，以使用一個不同的通信端口。此系統(tǒng)還試圖跟蹤沖突并將沖突顯示在系統(tǒng)的資源表中，設(shè)備管理器在控制面板中顯示。此后很多芯片制造商開始陸續(xù)提供 CAN 硬件支持芯片，如荷蘭飛利浦公司、美國 Intel 公司、德國西門子公司、美國摩托羅拉公司、美國 Atmal 公司、日本三菱公司等等。CAN 總線具有通信效率高、可靠性高、連接方便和性能價格