天然气计量管理与远程监测系统的设计与实现
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摘要
本硕士论文致力于研制一套分布式总体结构的基于RS-485总线和微机上实现的Modbus PLUS网络的天然气计量管理与远程监测系统。该系统定位于矿区与输配气站的应用，实现对各输配气站的数据采集、计量、管理及在管理中心的远程监测。所实现的系统具有实时性好、兼容性好、可扩展性强、抗干扰能力强、测量精度高、可靠性高，以及采用全中文人机界面等优点。
论文首先在需求分析的基础上进行了总体设计及现场子系统的物理结构设计，给出了系统的软件设计要求。分析了现场网络的形式，软件的设计与实现等。物理结构设计主要介绍了RS232、RS485、ADAM模块等的接口方式；软件设计主要介绍了程序中比较关键的通信模块和流量计量模块及数据库模块等，以及RS232，RS485，Modbus PLUS等接口的通信软件设计。重点讨论了现场子系统中的通信协议。其次，论文分别对现场系统的干扰问题及其提高可靠性措施进行了讨论，给出了管理中心和现场工控微机间的远程通信的实现方式。再次，论文给出了在VB开发环境下系统的实施，重点在通信设计，包括基于RS485总线的通信设计和Modbus通信协议在实际中的实现。最后对现在工业控制中的前沿技术——虚拟仪器技术进行了展望。
This master thesis aims at developing a natural gas meterage, management and remote monitoring system with distributed hierarchy, which is based on the RS-485 bus and the Modbus Plus network in PC in the field. The system, which is oriented to the application to the stations of natural gas, is designed to meet data acquisition, meterage, management and remote monitoring in the supervising center. The system has the following remarkable features: real time response, high compatibility, high expandability, strong anti-interference, high precision, high reliability and friendly man-machine interface etc.
Based on the requirement analysis, the overall design and the physical structure of the subsystem in the field are carried out firstly, and the design requirement of the software system is given. The paper analyses the network form in the field, and the design and implementation of the software. For software design, the communication module, flux measuring module, and database module are presented, and some communication interface such as RS232, RS485, Modbus is considered in the physical structure design. The emphasis is placed on the communication protocols of the subsystem in the field. Secondly, the thesis deals with the interference problem and the anti-interference techniques in the field subsystem. At the same time, the remote communication forms and implementation are presented between the subsystem and the supervising center. Thirdly, the detailed design and implementation of the system in the field in the visual basic integrated development environment are introduced. Here, attention is especially
paid to the communication design, the communication design and implementation based on the RS-485 bus and the Modbus communication protocol. Finally, a conclusion is drawn from the paper and the technique of virtual instrument, the front technique in the field of industrial control, is mentioned.
论文首先在需求分析的基础上进行了总体设计及现场子系统的物理结构设计，给出了系统的软件设计要求。分析了现场网络的形式，软件的设计与实现等。物理结构设计主要介绍了RS232、RS485、ADAM模块等的接口方式；软件设计主要介绍了程序中比较关键的通信模块和流量计量模块及数据库模块等，以及RS232，RS485，Modbus PLUS等接口的通信软件设计。重点讨论了现场子系统中的通信协议。其次，论文分别对现场系统的干扰问题及其提高可靠性措施进行了讨论，给出了管理中心和现场工控微机间的远程通信的实现方式。再次，论文给出了在VB开发环境下系统的实施，重点在通信设计，包括基于RS485总线的通信设计和Modbus通信协议在实际中的实现。最后对现在工业控制中的前沿技术——虚拟仪器技术进行了展望。
This master thesis aims at developing a natural gas meterage, management and remote monitoring system with distributed hierarchy, which is based on the RS-485 bus and the Modbus Plus network in PC in the field. The system, which is oriented to the application to the stations of natural gas, is designed to meet data acquisition, meterage, management and remote monitoring in the supervising center. The system has the following remarkable features: real time response, high compatibility, high expandability, strong anti-interference, high precision, high reliability and friendly man-machine interface etc.
Based on the requirement analysis, the overall design and the physical structure of the subsystem in the field are carried out firstly, and the design requirement of the software system is given. The paper analyses the network form in the field, and the design and implementation of the software. For software design, the communication module, flux measuring module, and database module are presented, and some communication interface such as RS232, RS485, Modbus is considered in the physical structure design. The emphasis is placed on the communication protocols of the subsystem in the field. Secondly, the thesis deals with the interference problem and the anti-interference techniques in the field subsystem. At the same time, the remote communication forms and implementation are presented between the subsystem and the supervising center. Thirdly, the detailed design and implementation of the system in the field in the visual basic integrated development environment are introduced. Here, attention is especially
paid to the communication design, the communication design and implementation based on the RS-485 bus and the Modbus communication protocol. Finally, a conclusion is drawn from the paper and the technique of virtual instrument, the front technique in the field of industrial control, is mentioned.
引文
[1] 夏大鹏．DCS、工业以太网、管控一体化和价值网——用信息技术改造传统产业．世界仪表与自动化．2002年2月．
[2] PLC与DCS．http://www.chinakong.net/artical/plc/159.asp
[3] 白焰，吴鸿，杨国田编著．分散控制系统与现场总线控制系统——基础、评选、设计和应用．中国电力出版社．2001年3月．
[4] 卞正岗．关于DCS的回顾与展望．世界仪表与自动化．2002年2月．
[5] 陈平，张安年．工业以太网在现场总线控制系统中的应用．http://www.chinakong.net/artical/bus/203.asp
[6] 综述：自律分散系统．http://www.gongkong.com/tech/detail.asp?id=1019
[7] 孙优贤．自动化论坛．浙江浙大中自集成控制股份有限公司，2002年．
[8] 天然气流量工控机计量的基本要求．川西南气矿技术发展质监部．2000，06．
[9] Behrouz A. Forouzan. Introduction to Data Communications and Networking. McGraw-Hill Companies, Inc. 1998: 225-235
[10] Behrouz A. Forouzan. Data Communications and Networking. 2nd Edition. McGraw-Hill Companies, Inc. 2001: 273-284
[11] A Painless Guide to CRC Error Decection Algorithms. http://www.repairfaq.org/filipg/INK/F_crc_v35.html
[12] W．David Schwaderer著．徐光贤译．NetBios，IPX，SPXC程序员指南．科学出版社．1995年10月：144
[13] The vbCrC Help Page. http://www.iland.net/～jhaase/vbcrc/vbcrchelp.html
[14] 查表法计算CRC16．http://c-51.myrice.com/jiqiao/crc.htm
[15] Parallel Cyclic Redundancy Check (CRC) for HOTLink. Cypress Semiconductor Corporation. March 11, 1999.
[16] Cyclic Redundancy Code Generator Macro. Actel Corporation. November, 2000.
[17] Modicon Modbus Protocol Reference Guide. MODICON, Inc., Industrial Automation Systems. June, 1996.
[18] Modbus Protocol. http://www.modicon.com/techpubs/intr7.html
[19] Modbus通信编程．http://member.netease.com/～laoyang/
[20] Modbus Plus Planning and Installation. http://www.modicon.com/techpubs/toc6.html
[21] 陈功富，徐志伟编著．计算机通信与网络技术．哈尔滨工业大学出版社．2000年9月．
[22] Your Quick guide to Mixing Modbus, RS-232, Rs-485 & Ethernet. RobustDC Application Note #22. Robust Data Comm Inc.
[23] 陈宇峰，张国忠，胡益民．基于Modbus协议的Lonworks现场总线通讯节点实现．自动化技术与应用．2001，05．
[24] 王念春．基于Modbus协议的PC与下位机PLC间的通信程序．自动化仪表．2001，08．
[25] 于恒春．Modbus Plus网上双机热备的实现．计算机应用．1999年第17卷第6期．
[26] 宋永强．现场数采设备的抗干扰措施．http://www.daqchina.net/daqchina/acquire/antil.htm
[27] 廖磊．通信电源集中监控系统设计与实现．西南交通大学硕士论文1999级．1999年．
[28] 陈耀军，吴保芳，钟炎平，牛全民．新型单相逆变电源的研制．http://www.China-power.net/dzkw/01-12/6.htm
[29] 周东华．容错控制理论及其应用．世界仪表与自动化．2002年1月．
[30] 牛洪涛．工控软件的抗干扰设计．http://www.swm.com.cn/yingyong/rj-98-yy3/98-y3-yy11.htm
[31] DCS知识问答．http://www.sstc-china.com/dcskongzi.htm
[32] 王幸之，王雷，翟成，王闪编著．单片机应用系统抗干扰技术．2000年2月．
[33] 李湘江．工控软件抗干扰设计技术．电工技术杂志．2001年第10期．
[34] 陆利忠．测控系统中采样数据的预处理．http://www.cii.com.cn/fwq/jswz/jswz53.htm
[35] 文汉云．工控软件的标准化复用技术研究，工业控制计算机．2000年第13卷第5期．
[36] 郭谋发．ActiveX控件及其在工业通讯软件中的应用．工业控制计算机．1999年第5期．
[37] 邓文浪．在VB环境下分布式测控系统多机通信的实现．工业控制计算机．2000年第13卷第2期．
[38] Steven Holzner著．Visual Basic6技术内幕．详实翻译组译．机械工业出版社．1999，4．
[39] 李罡，丁莉编著．Visual Basic6.0中文版编程实例详解．电子工业出版社．1999，9．
[40] Microsoft Developer Network. Microsoft Corp.
[41] 姚国年，刘长老，王丽娟．VB6.0在远程温湿度巡检中的应用．计算机自动测量与控制．2001，09．
[42] 詹国华．VB6.0环境下PC微机串行中断机制及应用．计算机应用．2001年第21卷第8期．
[43] 李照洲．Windows9x中串并行并存通讯系统设计与实现．计算机应用研究．2001年第9期．
[44] 王家兵，陈士玮．用VB5.0开发煤矿主通风机实时监测与通讯系统．工业控制计算机．1999年第4期．
[45] 王强，李振汕等．用VB控件实现系统机与前端机群之间串行通信的探讨．工业控制计算机．1998年第1期．
[46] 张艳荣，陈善美，秦忆．一种高可靠性的PC机与单片机间的串行通讯方法．工业控制计算机．2000年第13卷第1期．
[47] 陈正非．VB中利用MSCOMM控件实现通信技巧．工业控制计算机．1999年第1期．
[48] 肖慎平．Windows下的Visual Basic通讯．电脑编程技巧与维护．2001年第6期．
[49] 张莹莹，王劭伯．工业控制应用程序的两种设计方法．工业控制计算机．2000年第13卷第1期．
[50] 李建华，郭明编著．RS-232和调制解调器高级通信编程．人民邮电出版社．2001，7．
[51] 陈坚，孙志月编著．MODEM通信编程技术．西安电子科技大学出版社．1998年3月．
[52] 李鹏主编．计算机通信技术及其程序设计．西安电子科技大学出版社．1998年1月．
[53] 唐月．串行异步通信软件设计中的注意事项．电子技术．2000年第9期．
[54] 刘乐善主编．微型计算机接口技术及应用．华中理工大学出版社．2000，04．
[55] An Interview with the Old Man of Floating-Point. http://http.cs.berkeley.edu/～wkahan/ieee754status/
[56] W. Kahan. Lecture Notes on the Status of IEEE Standard 754 for Binary Floating-Point Arithmetic. May 31, 1996.
[57] Steve Hollasch. IEEE Standard 754 Floating Point Numbers. Mar 17, 1998. http://research.microsoft.com/～hollasch/cgindex/coding/ieeefloat.html
[58] 天然气流量的标准孔板计量方法(SY/T6143-1996)．中国石油出版社．1996．
[59] (美)Jeffrey P.McManus著．Visual Basic6数据库访问技术．赵军锁，龚波等译．机械工业出版社．1999年10月．
[60] (美)Roger Jennings著．Visual Basic6数据库开发人员指南．前导工作室译．机械工业出版社．1999年9月．
[61] 林立军，程斌，翁迪恩编著．Visual Basic6.0数据库开发指南．西安电子科技大学出版社．1999年9月．
[2] PLC与DCS．http://www.chinakong.net/artical/plc/159.asp
[3] 白焰，吴鸿，杨国田编著．分散控制系统与现场总线控制系统——基础、评选、设计和应用．中国电力出版社．2001年3月．
[4] 卞正岗．关于DCS的回顾与展望．世界仪表与自动化．2002年2月．
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[52] 李鹏主编．计算机通信技术及其程序设计．西安电子科技大学出版社．1998年1月．
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[61] 林立军，程斌，翁迪恩编著．Visual Basic6.0数据库开发指南．西安电子科技大学出版社．1999年9月．