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1、 网络化测控综合课程设计基于控制以太网的数据采集处理系统的设计 院（系、部）： 信息工程学院 姓 名： 班 级： 指 导 教 师： 2017 年 1 月 4 日1目录引言41.控制器硬件组态51.1 实验台硬件组成51.2 主控制器介绍61.3 PC机与PLC的链接62.控制器编程元件的地址分配82.1 控制器元件的地址分配82.2 WAGO-I/O-PRO32变量定义103.实验台的接线图104. 数字滤波器的选择及论证114.1 干扰源的分类114.2 电源纹波134.3数字滤波器的选择及其论证145.过程数据标度变换设计195.1 标度变换过程196.组态王工程设置216.1组态王与下位
2、机通讯方法216.2组态王与模块的通讯216.2.1设备工程配置情况216.2.2设备地址设置情况226.2.3设备设置信息总结236.3组态王内定义变量236.3.1 未滤波信号的定义236.3.2 滤波后信号的定义256.3.3其他变量定义266.4组态王开发系统画面配置276.4.1组态王总画面配置276.4.2 采样开始按钮配置286.4.3滤波后数据波形286.4.4滤波前数据波形296.4.5滤波后数据显示表296.4.6滤波后数据显示306.4.7滤波前数据显示306.4.8数据库记录总画面316.4.9数据库记录连接命令语言配置316.4.10数据库记录开始命令语言配置326.
3、4.11数据库记录断线命令语言配置326.5 事件命令语言程序336.5.1数据整合命令语言程序336.5.2延时命令语言程序347.数据库配置348. PLC的梯形图控制程序及程序设计说明368.1 数据采集程序368.2 滤波采集开始程序368.3滤波、标度转化程序398.4 快采慢放程序408.5置零程序419.部分运行画面4110. 程序调试及调试说明42结束语43参考文献44引言数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。随着科学技术的发展和微型计算机技术的广泛应用，数据采集监测已
4、成为日益重要的检测技术。数据采集与处理的新技术、新方法，直接或间接地引发其革新和变化，实时监控(远程监控)与仿真技术(包括传感器、数据采集、微机芯片数据、可编程控制器PLC、现场总线处理、流程控制、曲线与画显示、自动故障诊断与报表输出等)把数据采集与处理技术提高到一个崭新的水平。在现代工业中，多路数据采集已被广泛应用于工业和农业等等场合，因此对数据采集系统的许多方面，如采样率、分辨率、存储深度、数字信号处理速度、抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求。由于各种工业现场条件不同，对现场的数据采集与控制功能的要求也不尽相同，通常在工业现场采集信号往往会受到工频电磁场及其谐波的干扰，而使得采集来的信号
5、不准确。为了解决采集易受工频干扰的问题，此设计在控制器内完成数据采集并分析，采用递推平均滤波的算法对采集数据进行滤波，在 WAGO 平台上对 PLC 进行编程，利用组态王的监控实现数据的采集与处理。数据采集完后，建立数据库的连接，将滤波前后的数据都保存在数据库表格中，转化为数据曲线，直观表现出滤波效果，完成数据传输与记录。1.控制器硬件组态1.1 实验台硬件组成实验平台主要由电源模块、空气开关、WAGO可编程逻辑控制器、接线端子、继电器、指示灯蜂鸣器可变电阻智能电压表 智能电流表 按钮 硬件数量CHNT空气开关（DZ47）1个WAGO可编程逻辑控制器（750-842）1个WAGO电源模块1个W
6、AGO接线端子5个OMRON继电器（MY2N-J）6个指示灯6个蜂鸣器1个可变电阻旋钮1个智能电压表1个智能电流表1个按钮开关6个1.2 主控制器介绍WAGO750-842是用于Ethernet TCP/IP的可编程现场总线控制器；集线器到750-842之间最大传输距离100m,波特率10Mbits/s；节点中允许有数字量信号和模拟量信号,每个节点中最多64个输入/输出模块,输入/输出过程映象为512字节，输入/输出变量为512字节；程序内存为128K字节，数据内存为64K字节，固态内存为8K字节。WAGO750-842的参数如下表所示。表1 WAGO750-842系统数据最大节点数受以太网集
7、线器限制传输介质S-UTP 100双绞线总线连接适配器RJ45现场总线节点最大距离在集线器与842最大距离100m(最大距离受以太网规格影响)波特率10Mbits/s协议Modbus/TCP, HTTP, Bootp编程WAGO-I/O-PRO32IEC61131-3IL, LD, FBD, ST, FC1.3 PC机与PLC的链接通过PC机上的WAGO BootIP Server配置链接地址，该课设中我们将地址分配为192.168.1.16 。软件运行结果与配置文件如下。2.控制器编程元件的地址分配2.1 控制器元件的地址分配在 PFC 中规定使用绝对地址来表示过程映像区地址。绝对地址由符合
8、 IEC61131-3 PROGRAM 标准的字符串来表示类型。绝对地址标准如表 1 所示。I/O 模块过程映像区地址排列在 word 0255,变量过程映像区地址排列在 word 256511。例如:%IX0.0 表示 I/O 模块输入过程映像区第一个字第一位。以太网数据交换存储区地址类型地址可变电阻旋钮%IW0中间变量%QW256中间变量%QW257中间变量%QW300中间变量%QW301中间变量%QW302中间变量%QW303中间变量%QW304中间变量%QW305中间变量%QW306中间变量%QW307中间变量%QW308中间变量%QW309中间变量%QW310中间变量%QX400.0
9、中间变量%MW0中间变量%MX100.0中间变量%MX200.0中间变量%MX400中间变量%MX500中间变量%MX100.0I/O地址分配2.2 WAGO-I/O-PRO32变量定义WAGO变量定义3.实验台的接线图4. 数字滤波器的选择及论证4.1 干扰源的分类 干扰一般以脉冲形式进入数据采集系统。对干扰来源的清晰了解，才能方便我们采取合理的抗干扰措施，以提高数据采集与处理系统的准确性和稳定性。数据采集与处理系统工作环境的干扰源很多，各有特点。下面从不同的角度对其进行分类： 从干扰的来源划分，可分为内部干扰和外部干扰。内部干扰是指系统的内部电子电路的各种干扰，如元器件的老化引起的参数变化
10、，以及电阻的热噪声，晶体管、场效应管等器件内部分配噪声和闪烁噪声，放大电路正反馈引起的自激振荡等。外部干扰是指外界窜入系统内的各种干扰。如电动机电刷引起的电火花，其它设备的脉冲开关接触所产生的电磁信号，自然界的雷电、宇宙辐射的电磁波等。按干扰的出现规律划分，可分为固定干扰、半固定干扰和随机干扰。固定干扰是指系统附近固定的电气设备运行时发出的干扰。如邻近的“强电”设备的启停所引入的一个固定时刻的干扰。半固定干扰是指指某些偶然使用的电气设备引起的干扰，有可预测性。随机干扰指偶发性干扰，如闪电、供电系统继电保护的动作等干扰，难以预测发生时刻。从干扰产生和传播的方式分类，可分为静电干扰、磁场耦合干扰、
11、电磁辐射干扰、电导通路耦合干扰、漏电耦合干扰。静电干扰指电场通过电容耦合的干扰，是由于元器件及导线之间的寄生电容所产生的。此外，也包括化纤、纤维之间的摩擦而使人体带电，从而由人体对电子设备所产生的干扰。磁场耦合干扰是一种感应干扰，是由于动力线、变压器、电动机、继电器、电风扇等产生的交变磁场穿过传输线或闭合导线形成的回路，而在传输线上或闭合导线上感应出的交流干扰电压。电磁辐射干扰是由各种大功率高频、中频发生装置及电火花产生的高频电磁波向周围空间辐射产生的干扰。电导通路耦合干扰是指电导通路由于接地电位的不同而在各单元回路之间的公共阻抗上产生的干扰。因为是多接地点，会在接地环路上形成环行电流，这种环
12、行电流通过接地环路阻抗把瞬态噪声干扰耦合到下一级电路。漏电耦合干扰 是由于仪器内部的电路绝缘不良，而出现的漏电流引起的电阻耦合产生的干扰；也可能是由高输入阻抗器件组成的系统，因其阻抗与电路板绝缘电阻可以相比拟，通过电路板产生漏电流而形成的干扰。从干扰输入信号的关系划分可分为串模（差模）干扰和共模干扰。串模干扰是指干扰信号与被测信号串联在一起，它成为被测信号的一部分，被送到放大器进行放大，影响很大。产生的原因：外部高压供电线交变电磁场通过寄生电容耦合进传感器一端；电源交变电磁场对传感器一端的漏电流耦合。共模干扰指在信号地和仪器地（大地）之间的干扰。产生的原因：（1）在数据采集系统附近有大功率的电
13、器设备，电磁场以电感或电容形式耦合到传感器和传输导线中；（2）电源绝缘不良而引起的漏电或三相动力电网负载不平衡致使零线有较大的电流时，存在着较大的地电流和地电位差。如果系统有两个以上的接地点，则地电位差就会造成共模干扰；（3）电气设备的绝缘性能不良时，动力电源会通过漏电阻耦合到数据采集系统的信号回路，形成干扰；（4）在交流供电的仪器中，交流电会通过原、副边绕组间的寄生电容、整流滤波电路、信号电路与地之间的寄生电容到地构成回路，形成干扰。软件方面的干扰源主要表现在以下几个方面：（1）不正确的算法产生错误的结果，最主要的原因是由于计算机处理器中的程序指数运算是近似计算，产生的结果有时有较大的误差，
14、容易产生误动作；（2）由于计算机的精度不高，而加减法运算时要对阶，大数“吃掉”了小数，产生了误差积累，导致下溢的出现，也是噪声的来源之一；（3）由于计算机处理器是高速数字器件，所长它的运算器、控制器及控制寄存器易受电磁干扰。以上硬件受到干扰引起的计算机出现的诸如：程序计数器PC值变化、数据采集误差增大、控制状态失灵、RAM数据受干扰发生变化以及系统出现“死锁”等现象。4.2 电源纹波纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。它是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。我们通常在产品中用的电源输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、
