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篇1

2多軸運動控制器的方案設計

多軸運動控制器可以通過遠程以太網通信的方式接收上位機的控制信號，向步進電機驅動器發送脈沖信號和方向信號以完成對電機的運動控制。采用ARM9處理器S3C2440搭建硬件平臺，配有DM9000A以太網通信芯片使硬件平臺具備遠程通信的功能。在Linux操作平臺上進行控制系統軟件功能設計，并采用UDP通信協議實現上位機與運動控制器之間的遠程通信［3］。

2．1多軸運動控制器硬件電路設計

本文采用ARM9處理器S3C2440設計了系統中運動控制器的硬件電路部分，并采用DM9000A網絡接口控制器設計了運動控制器的以太網接口。運動控制器硬件整體框圖如圖2所示。運動控制器選用ARM9處理器作為運動控制器的核心芯片可以方便地嵌套Linux操作系統，在操作系統之上實現運動控制器的插補等多軸運動控制算法。選用DM9000A以太網控制芯片實現上位機LabVIEW與運動控制器之間的遠程通信，進而實現超聲檢測的遠程自動控制。為了解決步進電機驅動器與主控芯片信號匹配的問題，本文采用光耦器件設計了電壓轉換模塊，負責把主控芯片輸出的3．3V電壓信號轉換至5V電壓信號后輸入到步進電機驅動器中，同時負責把限位開關發出的24V限位信號轉換至3．3V輸入到主控芯片中。此外，電路中還搭載了用于存儲數據的擴展存儲器、以及用于調試的JTAG接口電路和RS232串口電路。

2．2多軸運動控制器軟件設計

本課題所用的限位開關為位置可調的限位開關，每個軸有2個限位開關，在每次超聲檢測前，把每個限位開關調節到被測工件的邊緣處，從而使探頭移動的范圍即為工件所在范圍。故此設計運動控制器的軟件時便可將限位開關做為邊界條件，以此來設計探頭的運動范圍。其運動控制流程:首先系統初始化，通過上微機控制界面人工控制探頭到被測工件的起點，然后X軸正向運動到X軸限位開關處，Y軸正向運動一個探頭直徑的長度，X軸再反向運動到X軸另一側的限位開關處，之后Y軸繼續正向運動一個探頭直徑的長度，如此往復運動直至探頭到達Y軸的限位開關處，檢測結束，探頭復位。運動控制軟件流程圖如圖3所示。

3多軸運動控制系統上位機軟件設計

基于以太網的自動超聲檢測多軸運動控制系統的上位機軟件是以LabVIEW開發平臺為基礎，使用圖形G語言進行編寫的，主要包括多軸運動控制軟件和以太網通信軟件。Lab-VIEW是一款上位機軟件，其主要應用于儀器控制、數據采集和數據分析等領域，具有良好的人機交互界面［4］。LabVIEW軟件中有專門的UDP通信函數提供給用戶使用，用戶無需過多考慮網絡的底層實現，就可以直接調用UDP模塊中已經的VI來完成通信軟件的編寫，因此編程者不必了解UDP的細節，而采用較少的代碼就可以完成通信任務，以便快速的編寫出具有遠程通信功能的上位機控制軟件［5］。上位機LabVIEW軟件的遠程通信模塊、運動控制模塊以及數據處理模塊相互協調配合，共同構成了超聲檢測多軸運動控制系統的上位機軟件。

3．1運動控制軟件設計

運動控制系統軟件部分主要由運動方式選擇、探頭位置坐標、運動控制等模塊組成，可完成對系統運動方式的選擇，運動參數、控制指令的設定以及探頭位置信息讀取等工作。運動方式選擇模塊可根據實際需要完成相對運動或是絕對運動兩種運動方式的選擇，并會依照選擇的既定運動模式將X、Y、Z三軸的相應運動位置坐標輸出在相應顯示欄中，以便進行進一步的參數核對以及設定;運動控制模塊可依照檢測規則實現對整個系統運動過程的控制，包括:設定相對原點、運行、復位、以及退出等相關操作。相對原點設定可以將探頭任意當前位置設為新的原點，并以原點作為下一個運動的起始點，即為探頭位置坐標的相對零點，并將此刻相對原點的絕對位置坐標值在文本框中顯示出來。運動控制系統軟件流程圖如圖4所示。

3．2以太網通信軟件設計

以太網通信模塊采用無連接的UDP通信協議，通過定義多軸運動控制器與上位機LabVIEW的以太網通信協議，實現下位機與上位機之間的遠程通信。具體設計如下:首先使用“UDPOpenConnection”打開UDP鏈接，使用“UDPWrite”節點向服務器端相應的端口發送命令信息，然后使用“UDPRead”節點讀取服務器端發送來的有效回波數據，用于后期處理，最后應用“UDPCloseConnection”節點關閉連接［6］。以太網通信模塊的程序框圖如圖5所示。

4實驗及結果

實驗平臺由步進電機及其驅動器、上位機控制軟件和自主研發的多軸運動控制器構成。在上位機的用戶控制界面中，首先輸入以太網的IP地址并選擇運動方式，然后根據用戶的檢測需求設定運動速度和運動距離，點擊運行后探頭即按所設定運行。探頭運動過程中還可以選擇設定當前位置為原點，探頭即按照新的原點重新開始運動。同時，在探頭運動時會實時顯示探頭當前所在位置坐標。模擬開關發送選通超聲探頭信號并發送脈沖信號激勵超聲探頭發射超聲波，FPGA控制A/D轉換電路對超聲回波信號進行轉換，并將數據存入雙口RAM，存儲完成后向ARM發送信號，ARM接收到采集完成信號將數據通過以太網向上位機發送。上位機的LabVIEW用戶控制界面如圖6所示。

篇2

    (1)根據該項目設計的要求:對系統進行了總體設計。構建了以通用 PC 機 為上位機,可編程序控制器(S7-200PLC)為下位機的控制系統。

    (2)控制軟件編程:控制軟件采用自適應設計,使系統的穩定性發揮到最佳 狀態。采用提前量自整定的控制算法并編寫了 PLC 程序,實現了提高了發油精 度的設計目標。

    (3)組態軟件設計:利用組態軟件實現上位機對系統的組態控制。 

    由于時間有限,本課題難免存在一些不足,需在以后的研究中進一步完善。 后續工作應集中在以下幾方面:

    (1)本系統設計主要是針對中小型油庫而設計的,總的發油鶴位小于十個, 如果油庫的規模再大些,可以采用 S7-300PLC 作控制主站,S7-200PLC 通過 PROFIBUS 現場總線掛接在 S7-300 上作為控制從站,形成 PROFIBUS 現場總線 結構,系統的適應能力會更強大。

    (2)為了加強系統的可靠性,如果條件允許,還可以增加雙設備冗余或雙 機熱備功能。

    (3)在原有控制程序的算法上加入人工智能方法(專家系統、模糊邏輯、神 經網絡),實現智能控制,從而提高控制系統的性能。

    6 技術經濟分析

    本文是針對中小型油庫設計的。設計的對象是自動發油系統;設計的目的是在日益激烈的國際市場競爭面前,提高油庫效率,加快周轉,加強安全管理,減少人為差錯,增強竟爭力和提升企業形象。信息化、自動化、規范化是油庫發展的必然趨勢。

    以PLC為控制器投資比較大。一臺西門子S7-200的PLC加上擴展模塊售價為5000元;油泵每臺2500元以內;電動機每臺2000元,總投資為23000元。它比DCS系統和以太網系統要貴一些,但是,它以良好的人機界面、發油的穩定性和兼容性為以后的維修和長時間的使用打下了基礎,后期的維修費用大大降低了。

    致謝

    本論文是老師的悉心指導下完成的,在課題進展的全過程中,宋老師精心指導,嚴格要求,可以說自己每一步的前進都是與老師的指導分不開的。 宋老師學識淵博、治學嚴謹,具有豐富的實際科研項目經驗。宋老師待人熱情,從不以長者自居,他是學生的良師益友。總而言之,無論是在做學問還是在做人方面,宋老師為我樹立了榜樣,指明了方向。

    本論文之所以能順利完成,還要感謝同學們的熱心幫助,我還要向自己的父母、親戚和朋友表示感激,感謝他們的全力支持和鼓勵。最后,我再一次向曾經支持和幫助過我的老師、同學表示衷心 的感謝!

    參考文獻

    [1]  司馬冰.石油化工信息化現狀和發展趨勢.數字化工.2004,(12):1~4

    [2]  王常力,羅安.分布式控制系統(DCS)設計與應用實例.電子工業出版社,2004:22~39

    [3]  鄭晟,鞏建平,張學.現代可編程控制器原理與應用.科學出版社,2002:10~22

    [4]  SIMATIC S7-200 可編程控制器系統手冊.2002.4

    [5]  周萬珍,高鴻斌.PLC 分析與設計應用.電子工業出版社,2004:141~173

    [6]  彭向軍.基于現場環境的部隊油庫綜合業務信息管理平臺的設計與實現.中國科技大學碩士論文.2001:43~54

    [7]  王金龍.淺談油庫防爆電磁閥的選用.石油商技.2000,(2): 40~41

    [8]  高東華.新舊國家標準《石油計量表》與微機自動發油系統之分析.石油庫與加油站.2000,(5):32~34

    [9]  趙翔,李著信,稅愛社.自動罐裝系統電液控制閥恒流調控軟件包.油氣儲運.1997,(3):30~33

篇3

自動控制故障注入是對產品進行檢測實驗以及驗證容錯系統的技術手段之一。利用故障注入這一形式，設備檢測實驗能在UUT（被驗證單元）進行機內測試功能的診斷以及外部測試功能診斷的驗證。在科學技術不斷進步發展的背景下，自動控制故障注入這一技術已經全面代替傳統的手工的故障注入技術。在驗證容錯系統的過程中，故障注入能客觀評價整個系統的容錯能力。當前從驗證對象不同的技術狀態進行劃分，可將故障注入這一技術分為兩大類型：一是應用到成品中的技術，一是在產品模型或者產品開發設計狀態中的技術。

當前故障輸入技術能有驗證對象進行緊密的聯系，但是無法直接在電子成品設備中進行驗證，所以，自動控制故障注入設備的設計與實現成了該領域的重點以及難點。

一、自動控制故障注入設備結構設計

1.自動控制故障注入設備結構研究

自動控制故障注入設備包含了多個模塊，各個不同的模塊功能各有特點。

數字控制的主要功能在于對軟件發出的命令進行接收，形成對應的控制信息；控制軟件能對故障注入設備的相關數值進行設定、控制，外界測試器測試出的結論將向控制軟件進行反饋，做出故障結果的分析以及處理動作；驅動放大模塊主要功能在于放大控制信號，驅動加強信號的接收以及切換模塊，驅動故障控制模塊；注入設備的信號接收模塊功能在于提供UUT信號接收線口，在還未進行故障注入時保證UUT能夠進行正常的工作，所謂接口適配器能將故障注入設備與UUT進行匹配以及連接，類型各異的UUT適用于不同的接口適配器類型，以此來提高故障注入的實用性能；另外，注入設備的信號接入總線主要是利用接口適配器，將UUT的信號線與故障注入設備進行連接，免于在大量故障接入過程中再重新進行連線，最終保證注入故障的實用性以及操作便利。

該注入設備結構還包括以下部分：故障注入總線主要是用來進行故障注入操作；信號切換模塊以及注入模塊主要以故障注入要求為前提，將相對的信號與總線發出的信號進行切換；故障注入能對不同類型的故障注入進行操作，顯示模塊會將與總線進行連接的信號注入至總線信號通道，在通道上完成故障類型的設置。

2.自動控制注入設備設計工作原理

在自控注入設備設計與實現過程中，主要工作原理在于利用設備控制軟件實現故障參數的注入，通過數字控制設計模塊，控制軟件形成信息被解析成為控制信號，利用驅動放大模塊來將信號進行放大，利用驅動控制接收模塊、故障注入模塊等運作，最終實現故障的自動注入以及撤銷。

設計故障注入設備的重點在于實對設備的實用性能、通用性能及完整性能做充分考慮。在通用性設計中，UUT與接口適配器注入設備分離，可對UUT進行信號處理時了使用耐大電壓的電流器件，將UUT的信號兼容能力進行提升。在操作性能的設計中，將接口適配器所需要的UUT信號一次性與故障輸入設備進行連接，利用顯示模塊對控制指令進行確認，保證指令的正確執行，如此便于進行多種復雜的軟件操作。在設備完整性設計方面，故障注入相關模塊進行了保護性相關安排，能夠免于物理性質損壞UUT相關的電子元件。在注入設備的拓展性方面，信號拓展接口以及信號切換對應模塊在接入信號時實現了能力拓展，而故障注入模塊則直接開拓了故障注入能力。

二、注入設備重點模塊設計

1.輸入設備故障注入模塊設計

故障注入模塊包括多種故障類型：錯誤信號、短路信號、串聯電阻、固高信號以及信號與電阻產生地面搭接等。

信號串聯電阻的主要原理圖如上。在必要的條件下，可對電阻進行多個組合完成阻值的匹配，阻值選擇主要通過驅動大模塊以及數字控制模塊進行確定，利用K1、K2完成操作，再將電阻與對應的故障注入總線進行串聯。

2.控制軟件的設計

故障注入自動控制軟件的運用原理主要是：在注入設備參數得以建立之后，利用自動控制使用界面產生和形成了注入參數值，產生同UUT的故障參數相關的數據文件，形成UUT不相關的控制數值等，向UUT注入故障注入設備的故障信息，在此基礎上對相關的信息以及最終的注入效果進行結果的收集，產生輸出數據的形式文件，便于進行分析。

3.自動控制故障注入設備的實現

在設計故障注入設備的前提條件之上實現自控故障注入設備，這一故障設備總共含有了四十多條信號通道接收總線以及三條故障注入總線。在注入設備控制軟件設計中，在WINDOW平臺上進行操作，利用BASIC語言進行編寫，設備采用110v額定電壓以及1A額定電流類型繼電器，注入設備的數字控制模塊利用PCI插件版。

在對設計的故障輸入設備進行注入實驗過程中，主要的故障注入部位是注入設備內的串行通信線，這一總線設計具有對應的設備接口適配器，利用數字化的波形采集器采集故障波形信息，累計注入68個故障。

三、結語

自動控制故障注入設備在進行故障注入設備性能實驗中占有重要地位和作用，當前須根據實際的故障注入要求，在堅持故障注入設備擴展性、實用性、操作性以及無破壞性基礎上進行自動控制技術的設計以及研究，通過系列的實驗對注入設備實際效果進行驗證。另外，注入設備之間含有可插拔的連線，其電流以及信號電壓保持在中、低取值范圍，但是這一故障注入設備包含的故障類型仍然不全面，在日后的設計中仍需要加強和完善。

參考文獻

篇4

引言

劍桿毛巾織機以其靈活多變、適應性廣、技術發展成熟而深受毛巾生產企業的青睞。當前劍桿毛巾織機逐步替代了老舊的有梭織機，成為了毛巾織造行業的主流設備。近年來，國產劍桿毛巾織機在市場需求的推動下得到了巨大的發展，但是遍布江浙地區的中小型劍桿毛巾織機生產企業的自主研發能力普遍還很弱，現有的劍桿毛巾織機產品大多數是在測繪國外中低檔產品的基礎上進行改進，高性能與新機型的研發能力以及自動控制系統的研發能力普遍不足，而市場競爭越來越激烈，需要不斷更新和開發產品。因此，在完成機械部件設計的基礎上，開發具有自主知識產權的高性能控制系統，逐漸成為國內中小型劍桿毛巾織機生產廠家關注的重點。

文章以劍桿毛巾織機樣機（如圖1所示）為控制對象，在分析毛巾織造工藝的基礎上，提出了一套以ARM技術為核心的新型毛巾劍桿織機控制系統設計方案，并制作樣機。文章的研究成果將在合作單位首先試用并進行產業化推廣，有利于推動紹興以及浙江地區中小型劍桿毛巾織機生產企業產品的升級換代，提高其市場競爭力。

圖1 劍桿毛巾織機樣機

1 硬件設計方案

設計的毛巾劍桿織機控制系統以ARM技術為核心，采用的主控芯片為LPC1766。硬件電路設計過程為：首先，根據控制系統的詳細設計方案，完成電路原理圖設計，并計算相關電路參數，采購電路元器件。其次，對關鍵電路模塊進行功能仿真或制作實物電路論證電路設計的合理性與可靠性。最后，繪制電路PCB板圖，重點考慮電路布局與電路板抗干擾性能。在拿到PCB樣板后，焊接控制系統電路板。其核心電路如下所述：

1.1 主控制板硬件電路設計

主控制板硬件電路設計包括：LPC1766芯片供電模塊、電源電路、數據存儲模塊、時鐘電路、USB輸入輸出接口、19264液晶顯示屏控制電路、掉電復位保護電路、劍桿毛巾織機運行狀態信號量輸入模塊、起毛伺服控制器接口、鍵盤接口電路以及電子多臂龍頭控制板、伺服電機連接控制板與8色選緯控制板的接口等電路模塊的設計、驗證與制作調試工作。其中液晶顯示電路如圖2所示。

1.2 卷取伺服電機連接控制板設計

卷取伺服電機連接控制板主要解決主控制板與卷取系統的伺服電機控制器之間的通信問題，具有獨立的控制芯片STCF1104。該連接控制板與主控制板之間的通信采用RS232實現。卷取伺服電機連接控制板與伺服控制器之間需要實現伺服使能信號、伺服硬件異常報警信號、伺服系統定位完成、伺服電機旋轉方向與脈沖數等信息的讀取與設置。

2 控制系統軟件設計

劍桿毛巾織機控制系統的軟件將以實時嵌入式系統μC/OS-II與FAT32文件管理系統為平臺進行開發。其設計流程如下：

（1）在控制系統方案設計：首先，進性詳細的市場調研，分析市場上主流的劍桿織機控制系統（包括平布與毛巾織機）的功能特點，借鑒其好的設計思想，使其為我所用，并設法改進其不足之處，確保設計的劍桿毛巾織機控制系統符合當前的技術潮流，并具有自己的特色。其次，與合作單位的機械部件設計人員進行充分的交流，在深刻領會其整機設計思想、織機控制要求與控制系統制造成本要求后撰寫劍桿毛巾織機控制系統用戶需求分析報告與總體方案設計報告，并提交合作單位審核通過。確保項目研究成果能在合作單位使用推廣，并被市場接受。

（2）控制系統詳細設計：首先，詳細分析毛巾織造工藝流程，理清劍桿毛巾織機控制信息點、研究織機動作時序，確立控制時間節點與控制信息間的邏輯關系。其次，根據用戶需求分析報告，對總體方案進行細化，提出各個控制模塊與相關控制算法的具體實現方案，并完成關鍵芯片與外購部件的選型工作。

（3）控制系統軟件編寫：首先，選擇合適的軟件開發工具，建立嵌入式系統開發環境，并完成嵌入式實時操作系統μC/OS-II與FAT32文件系統在LPC1766芯片上的移植工作。其次，理清控制系統所有控制信息之間的邏輯關系，編寫控制系統軟件流程圖與狀態向量圖。再次，對控制系統軟件進行模塊劃分，編寫各個子函數的輸入輸出接口，并設計控制信息數據結構模型與控制算法。最后，項目組軟件編寫人員通過分工合作完成軟件代碼編寫與調試。

（4）劍桿毛巾織機控制系統調試：在完成控制系統硬件電路制作與控制軟件設計后進行系統軟硬件聯合調試，驗證各項控制功能是否完備、織機動作流程控制是否合理、各個控制模塊工作是否穩定。通過軟硬件聯合調試，發現并修正控制方案、硬件電路、控制系統參數、軟件設計中的缺陷與錯誤。

（5）劍桿毛巾織機整機調試：在完成控制系統軟硬件調試后，將劍桿毛巾織機控制系統安裝到合作單位提供的樣機上進行整機調試，驗證劍桿毛巾織機的整機功能是否達到設計標準、能否正確合理完成毛巾布料制造全部工藝流程與安全性要求。通過整機調試，發現并修正控制方案、硬件電路、控制系統參數、軟件設計中的缺陷與錯誤，使得設計開發的控制系統達到設計要求。

控制系統軟件具體的開發流程如圖3所示。

圖3 控制系統軟件設計開發流程圖

3 結束語

設計完成的毛巾劍桿織機控制系統具有以下特點：（1）設計了電子送經、伺服卷取功能模塊。由變頻器、交流電機與接近式張力傳感器組成的電子送經機構實現了毛巾織造過程中相對穩定的經紗張力控制，簡化了機械結構，又具有成本優勢。伺服卷取機構實現了變緯密織造、毛巾須長停車自走、定位停車后自動補償消除停車擋等功能，并簡化了機械零部件設計，如取消緯密齒等。（2）在不增加硬件設備情況下，設計了軟件自動尋緯算法，能提高布面拼擋效果，而且將減輕擋車工的勞動強度與操作技能要求。（3）在起毛高度控制中，采用伺服電機控制起毛凸輪的轉動角度，實現了毛巾織物起毛高度在設計范圍內任意變化，能夠實現波浪型花紋編織。（4）劍桿毛巾織機控制系統軟件基于嵌入式實時操作系統μC/OS-II構建，改變了傳統織機控制系統軟件普遍采用的前后臺模式，提高了控制系統的實時性，也有利于提高劍桿毛巾織造工藝。

參考文獻

[1]代金友.劍桿織機的發展趨勢與品種適應性[J].科技信息，2012（14）.

[2]陳明.新型劍桿織機的工作原理及設備性能分析[A].2009中國國際纖維紗線科技發展高層論壇暨第29屆全國毛紡年會論文集[C].2009.

[3]朱海民，張森林.基于uC/OS和ARM的經紗張力嵌入式智能控制系統設計陰[J].機電工程，2006（4）.

篇5

中圖分類號：TP274+.5文獻標識碼： A 文章編號：

1OPC技術的原理及特點

OPC是一個工業標準，采用客戶／服務器模式，以微軟的組件對象模型（COM／DCM／COM＋）技術為基礎，為工業控制軟件定義了一套標準的對象、接口和屬性，通過這些對象接口，應用軟件之間能夠無縫地集成在一起，實現了應用程序間數據交換方式的標準化。OPC客戶是數據的使用方，處理OPC服務器提供的數據；OPC服務器又是數據的供應方，負責為OPC客戶提供所需的數據。OPC已成為一種工業技術標準，應用此技術可以方便地把不同供應商提供的驅動程序與應用程序集成在一起。

OPC的優越性及特點：

1)在過程控制和機器制造工業領域的“即插即用”；

2)允許在不同供應商開發的硬件裝置和應用軟件之間通過共同的接口進行數據交換，Windows技術和OPC接口使之有可能將可編程控制端的硬件和軟件組合在一起而不需要開發大量專用的通訊接口程序，由此節省了人、財、物；

3)使從辦公室產品到過程數據的訪問簡單易行而且靈活可靠；

4)OPC客戶可與所有接受OPC服務器的軟件進行數據交換，并在數據庫系統上建立了OPC規范，OPC客戶也可與之實現數據交互。

2 服務器的功能及優點

0PC服務器對象為一組數據信息源進行訪問(讀/寫)或者通信提供了一種方式。源變量的類型是一套服務器執行的功能函數。通過OPC接口部件，一個OPC客戶應用程序能連接到OPC服務器，而且可以與OPC服務器進行通信，并處理相應的數據信息。OPC服務器對象為OPC客戶應用程序建立和利用OPC組對象提供了相應的功能特性。這種組對象允許客戶應用程序將它們所希望訪問的數據信息有效地組織起來。

利用OPC技術可以對現場設備及驅動程序進行封裝，形成OPC服務器，OPC服務器向下對設備數據進行采集，向上與OPC客戶應用程序通信完成數據交換。OPC服務器屏蔽了現場層的設備驅動程序，控制系統的趨勢之一就是網絡化，控制系統內部采用網絡技術，控制系統與控制系統之間也網絡連接，組成更大的系統，而且整個控制系統與企業的管理系統也網絡連接，控制系統只是整個企業網的一個子網。在實現這樣的企業網絡過程中，OPC發揮了重要作用。在企業的信息集成包括現場設場設備與監控系統之間、監控系統內部各組件之間、監控系統與企業管理系統之間、以及監控系統與Internet之間的信息集成。OPC作為連接件，按一套標準的COM對象、方法和屬性，提供了方便的信息流通和交換。無論是管理系統還是控制系統，無論是PLC可編程控制器，還是DCS或者是FCS現場總線控制系統，都可以通過OPC快速可靠的彼此交換信息。換句話說，OPC是整個企業網絡的數據接口規范。所以，OPC服務器提升了控制系統的功能，增強了網絡的功能，提高了工業自動化及企業管理水平。

3 OPC技術在工業自動化控制系統中的應用

隨著工業生產的不斷發展，由于生產規模的擴大和過程復雜程度的提高，工業自動化控制軟件設計面臨巨大挑戰，即要集成數量和種類不斷增多的現場信息。在傳統的控制系統中，智能設備之間及智能設備與控制系統軟件之間的信息共享是通過驅動程序實現的，不同廠家的設備使用不同的驅動程序，迫使工業控制軟件中包含越來越多的底層通信模塊；另外，由于相對特定應用的驅動程序一般不支持硬件的變化，使得工業自動化控制軟硬件的升級和維護極其不便。同時，在同一時刻，兩個客戶不能對同一個設備進行數據讀寫，因為擁有不同的、相互獨立的驅動程序，同時對同一個設備進行操作，可能會引起存取沖突，甚至導致系統崩潰。OPC技術的出現很好地解決了這些問題。OPC以OLE／COM／DCOM技術為基礎，采用客戶／服務器模式，為工業自動化軟件面向對象的開發提供了統一的標準，標準定義了應用Microsoft操作系統在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法。采用這項標準后，硬件開發商將取代軟件開發商為自己的硬件產品開發統一的 OPC接口程序，而軟件開發者可免除開發驅動程序的工作，把更多的精力投入到其核心產品的開發上。這樣不但可避免開發的重復性，也提高了系統的開放性和互操作性。但在應用過程中必須注意服務器測試、設備驅動程序開發中的異構等相關問題的處理。

3.1服務器測試

OPC服務器必須經過OPC基金會的測試,需要加入OPC基金會,成為其會員,然后從OPC基金會下載測試軟件,進行詳細的兼容性測試,只有成功通過,這個服務器才可得到OPC基金會的認可的產品,OPC基金會會在網上公布其產品。

3.2設備驅動程序開發中的異構問題

隨著計算機技術的不斷發展，用戶需求的不斷提高，以DCS（集散控制系統）為主體的工業控制系統功能日趨強大，結構日益復雜，規模也越來越大，一套工業控制系統往往選用了幾家甚至十幾家不同公司的控制設備或系統集成一個大的系統，但由于缺乏統一的標準，開發商必須對系統的每一種設備都編寫相應的驅動程序，而且，當硬件設備升級、修改時，驅動程序也必須跟隨修改。同時，一個系統中如果運行不同公司的控制軟件，也存在著互沖突的風險。

3.2.1 現場總線系統中異構網段之間的數據交換

由于現場總線系統存在多種總線并存的局面，因此系統集成和異構控制網段之間的數據交換面臨許多困難。有了OPC作為異構網段集成的中間件，只要每個總線段提供各自的OPC服務器，任一OPC客戶端軟件都可以通過一致的OPC接口訪問這些OPC服務器，從而獲取各個總線段的數據，并可以很好地實現異構總線段之間的數據交互。而且，當其中某個總線的協議版本做了升級，也只需對相對應總線的程序作升級修改。

3.2.2可作為訪問專有數據庫的中間件

在實際應用中，許多控制軟件都采用專有的實時數據庫或歷史數據庫，這些數據庫由控制軟件的開發商自主開發。對這類數據庫的訪問不像訪問通用數據庫那么容易，只能通過調用開發商提供的API函數或其它特殊的方式。然而不同開發商提供的API函數是不一樣的，這就帶來和硬件驅動器開發類似的問題。要訪問不同監控軟件的專有數據庫，必須編寫不同的代碼，這樣顯然十分繁瑣。采用OPC則能有效解決這個問題，只要專有數據庫的開發商在提供數據庫的同時也能提供一個訪問該數據庫的OPC服務器，那么當用戶要訪問時只需按照OPC規范的要求編寫OPC客戶端程序而無需了解該專有數據庫特定的接口要求。

3.2.3便于集成不同的數據

OPC便于集成不同的數據，為控制系統向管理系統升級提供了方便。當前控制系統的趨勢之一就是網絡化，控制系統內部采用網絡技術，控制系統與控制系統之間也網絡連接，組成更大的系統，而且，整個控制系統與企業的管理系統也網絡連接，控制系統只是整個企業網的一個子網。在實現企業網絡過程中，OPC技術發揮了重要作用。

3.2.4使控制軟件能夠與硬件分別設計

OPC使控制軟件能夠與硬件分別設計、生產和發展，并有利于獨立的第三方軟件供應商產生與發展，從而形成新的社會分工，有更多的競爭機制，為社會提供更多更好的產品。OPC作為一項逐漸成型的技術已得到國內外廠商的高度重視，許多公司都在原來產品的基礎上增加了對OPC的支持。由于統一了數據訪問的接口，使控制系統進一步走向開放，實現信息的集成和共享，用戶能夠得到更多的方便。OPC技術改變了原有的控制系統模式，給國內系統生產廠商提出了一個發展的機遇和挑戰，符合OPC規范的軟、硬件也已被廣泛應用，給工業自動化領域帶來了勃勃生機。

3.2.5數據的刷新及斷開連接

先在“引用”將近 Siemens OPC DAAutomation 2.0加入，然后開始定義全局變量。在本程序中，使用了兩個OPC組進行OPC訪問，所以定義了全局變量。首先要定義OPC服務類型與計算機結點名。定義OPC組與OPC標簽組。并定義OPC的標簽數組與值數，注意，值數組一定要設為Variant。

OPC處理：只對WINCC

Const ServerName = "OPCServer.WinCC" ‘OPC的類型

Const NodeName = "GUK" ‘結點名，即計算機名

‘Dim NodeName As String

Dim WithEvents MyOPCServer As OPCServer ‘OPC服務

Dim MyOPCGroupColl As OPCGroups ‘

Dim WithEvents MyOPCGroupOut As OPCGroup ‘OPC組，本程序用兩個組進行OPC連接

Dim WithEvents MyOPCGroupIn As OPCGroup

Dim MyOPCItemCollIn As OPCItems ‘OPC標簽組

Dim MyOPCItemCollOut As OPCItems

Dim ServerHandlesIn() As Long ‘句柄

Dim ServerHandlesOut() As Long

Dim ErrorsIn() As Long ‘錯誤句柄

Dim ErrorsOut() As Long

Dim WatchDataReadItem(100) As String 記錄OPC的標簽

Dim WatchDataReadValue(100) As Variant 存放OPC的值

Dim WatchDataWriteItem(100) As String 記錄OPC的標簽

Dim WatchDataWriteValue(100) As Variant 存放OPC的值

在定義所有變量后，要進行OPC連接,先要配置要訪問的OPC標簽名，在WatchDataReadItem、WatchDataWriteItem中加入相應的標簽名，注意：這兩個數組必須由1開始，不能由0開始。

配置好標簽后就要進行OPC連接了。如下面子程序：

1)ClientHandles1先配置名柄索引，這將在讀取OPC標簽的值時可要用到

2)生成OPC對象，

3)進行OPC標簽連接。

4 OPC技術應用及發展前景

隨著基于OPC標準的控制組件的推廣與普及，不僅使控制組件的增設和組件的置換更加簡單，而且使過程數據的訪問也變得容易。比如過程控制程序可以直接和數據分析軟件包或電子表格應用程序連接，從而達成高度的工廠控制系統的信息化。當今軟件在自動化領域內使用的重要性與日俱增，無論項目是否涉及到操作、可視化、數據存檔或控制向純粹的、基于PC的軟件解決方案的發展趨勢是不可阻擋的。因此，隨著Internet技術的廣泛應用與發展，OPC技術及標準將應用于更加廣泛的領域，OPC技術必將賦予現代工業自動化控制軟件更強的生命活力，前景十分廣闊。

參考文獻

篇6

中圖分類號：TM121.1.3 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2015）25-0012-02

引言

現在無線電定位技術已經得到了很廣泛的應用，但是無線電定位技術對于某些小距離、小范圍的定位顯得有些大材小用，換句話說就是有些浪費成本。超聲波傳輸距離遠，傳輸速度相對于無線電小的多，對于處理器的速度要求及處理精度并不是很高，需要運算的數據量遠小于無線電波，運算的速度要求也小于處理器去處理光電信號的速度要求，所以在小空間、小范圍的定位中，超聲波定位具有很大的優勢，可以大幅節省硬件成本，減少CPU的運算工作量，對于智能家居等類似的行業具有很好的開發前景。

1.定位原理

無線電定位是通過各個定位點的無線電波頻率來識別各個定位點的，從而獲取定位點的坐標信息，參考無線電的定位原理，超聲波的定位原理與無線電定位類似，主節點發出位置獲取信號，定位節點一旦收到就將自己的信息信號發出。如圖1，節點P（x，y，z） 表示需要定位的人或物，節點A、B、C構成定位系統的參考網絡，由A、B、C發出的超聲波到達節點B的時間可以得到PA、PB、PC三條線段的距離即主節點到三個定位結點間的距離。

由圖中幾何關系可以得到

，（T為環境攝氏溫度）

然而在實際的系統中，由于超聲波在空氣中的傳播速度會衰減，傳輸距離有限，而且容易受到障礙物的影響，三個定位節點可能遠遠不夠的，可能會出現盲區，即定位節點發出的超聲波可能達不到或者可以達到的節點不夠3個，這時算出的坐標位置可能就會出錯，為了避免類似情況的發生，為保證定位精度更加準確，活動范圍更廣，可以使用較多的定位點，呈矩陣狀合理分布，同時每個定位點有自己的位置坐標，主節點只要測得三個不同節點的距離，就可以計算出主節點在系統中的坐標。為了減小誤差，定位的高度及定位點間的距離應該經過反復測試，以得到最佳的高度及間距。

2 系統組成方案及硬件實現

系統組成如圖2所示，整個系統主要由主節點、PC上位機及若干個定位節點組成。其中，主節點及定位節點主要由微處理機系統、無線電收發電路、超聲波接收電路或超聲波發射電路組成。

2.1 微處理機系統

微處理機選用Atmegal16單片機，它有16K字節的系統內可編程Flash（具有同時讀寫的能力，即RWW），512 字節EEPROM，1K 字節SRAM，32個通用I/O 口線，是高性能低功耗的8位單片機。

2.2 超聲波發射電路

超聲波發射電路是定位節點的主要功能模塊，主要用來向主節點發送超聲波，主節點依據超聲波傳來的時間來計算出主節點與點位節點間的距離。

2.3 超聲波接收電路

超聲波接收電路是主節點的主要功能模塊，主要用來接收定位節點發來的超聲波。

2.4 無線電發射接收電路

無線電發射模塊采用的芯片是NRF24L01，主節點上的無線發射模塊主要由兩個功能：第一個功能是依次向各個節點發射帶地址編碼無線信號，一旦有定位節點接收到主節點發射來的對應自己編碼的無線電信號，該定位節點會將自己的地址編碼立即反饋給主節點，同時定位節點向主節點發射超聲波信號，主節點一旦收到定位節點發來的反饋信號就立即開啟定時器定時，在設定時間范圍內如果收到該節點發來的超聲波信號，通過聲速與時間的乘積就可以得到主節點與此結點間的距離，一旦主節點得到三個不同定位節點間的距離，然后依據定位節點的地址編碼來獲取這三個定位節點的位置坐標，依據前面推導的類似的公式就可以得到主節點的坐標位置；第二個功能是向連有PC機的節點發送坐標位置數據以供PC機實時顯示坐標位置。定位節點的無線發射模塊主要用來接收主節點的無線信號，一旦接收到主節點的無線信號就將自己的編碼迅速的反饋給主節點，以通知主節點進行計時。

3 系統控制軟件組成

3.1 主節點軟件設計

主節點程序設計流程如圖3，初始化的過程主要包括數據初始化，寄存器配置初始化，及系統硬件的自檢過程。主結點的軟件設計主要功能有：1.能夠識別定位節點的坐標位置；2.實現捕獲超聲波傳輸時間的精準計時；3.通過相對距離及坐標位置的幾何關系計算出主節點的坐標位置；4.對位置坐標結果進行數字化濾波處理，減小誤差。

3.2 定位節點軟件設計

定位節點程序設計流程如圖4，定位節點功能相對簡單，主要是提供節點坐標位置，提醒主節點進行開始計時等。

3.3 數字濾波處理技術

由于超聲波本身的傳輸衰減性，外界物體的干擾，以及硬件本身設計上的種種不足，所得到的坐標位置結果會不可避免的存在誤差，不僅能夠很好的處理數據結果，大幅度減小誤差，還可以減小硬件上的投入，節省成本。數字濾波處理技術，有很多種，而且各有特點。單一的方法很難實現精準的濾波，多種濾波方式結合起來使用會有很好的濾波效果。這里選用的濾波方式主要有：限幅濾波法，中位置濾波法、算術濾波法平均濾波法。如圖4，當主節點以一個三角形移動時經過濾波處理后PC機顯示的主節點位置坐標信息，誤差基本上能夠滿足要求。

4 結束語

經過硬件參數的反復調整實驗，以及各種濾波處理，可以將主節點的定位誤差控制在5～10cm以內，單點對單點的定位誤差控制在1cm，控件可以在5立方米以內。系統的不足還有很多，定位系統坐標還需合理優化，位置精度還不夠精確，硬件設計還需反復測試優化。

參考文獻

[1] 馬玉秋.基于無線傳感器網絡的定位技術研究與實現[學位論文].北京.北京郵電大學.2006.

[2] 華虎.普適計算室內定位算法研究[學位論文].上海：東華大學.2006.

[3] 華蕊等.《國外電子測量技術》.2009年第6期

[4] 韓剛. 基于無線電和超聲波的室內定位技術響應時間的研究[學位論文].哈爾濱.哈濱工業大學.2009

[5] 胡建愷，張謙琳.超聲檢測原理和方法[M].合肥：中國科學技術大學出版社，1993.23-25.

[6] 任豐原，黃海 T，林闖. 無線傳感器網絡[J].軟件學報，2003，（10）：1-6.

（基金項目：天津職業技術師范大學校級項目KJ14-12）

篇7

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3678-04

將以太網技術應用于現場總線技術是分布式控制系統發展的必然趨勢，與傳統的現場總線相比，以太網現場總線具有刷新周期短，數據傳輸容量大，數據傳輸效率高，同步性能高等優點。目前常用的實時工業以太網技術有EtherCAT技術、EtherNet/IPIP技術、Ethernet Powerlink技術、Modbus/TCP技術等[1-3]。

EtherCAT是由德國Beckhoff 自動化公司開發，該總線具有高速和高數據有效率的特點，在硬件實現上具有網絡拓撲結構靈活、接線簡單、性價比高等優點，為今后實時工業以太網的發展趨勢，更是今后實時分布式控制系統的首選[4]。

1 Ethercat總線的工作原理與相關協議[5-6]

1.1 Ethercat總線的工作原理

2 主站的硬件設計

2.1 DSP單元

核心器件采用TMS320C6455[9]，該器件TI公司推出的高速信號處理器，最高工作頻率為1.2GHz，該模塊主要電路包括時鐘、復位、JTAG調試接口、存儲器、通信電路、模擬量接收電路等組成。DSP主要用于復雜的實時信號處理（如：數控系統多軸的運動軌跡規劃、實時的插補算法、誤差補償、伺服濾波算法），并將運算結果通過FPGA傳送到PowerPC控制的EtherCAT總線上。存儲器電路主要包括DDR2存儲器以及FLASH存儲器和DSP的接口，DDR2存儲器用于存放數據，FLASH存儲器用于存儲運行程序和系統重要參數。模擬量接收電路在FPGA控制下，將外部輸入的模擬信號數字化后送入DSP，用于數據信號處理。通信電路主要為千兆以太網接口電路，DSP內部集成了100/1000Mb/s的MAC控制器，通過外部擴展PHY芯片實現網絡功能，千兆網主要用于系統參數設置和調試使用。

2.2 FPGA單元

在設計中FPGA采用是Altera 公司的EP3C40F484-C8N，器件內部有39600個LE 資源，有1兆位的RAM，可提供三百多個輸入輸出 引腳，芯片內部集成了一百多個個乘法器和4 個PLL 鎖相環，滿足硬件設計需求。FPGA用于實現DSP和PowerPC的雙向數據交換，PowerPC將接收到的EtherCAT總線上各控制單元的信息通過FPGA傳送到DSP內部，DSP通過FPGA可以將相應的數據傳到EtherCAT總線上各單元。另外，FPGA還用于邏輯控制，實現模擬量輸入輸出信息、開關量輸入輸出信息與DSP、PowerPC的無縫連接。

2.3 PowerPC （MPC5200B）單元

主站PowerPC采用MPC5200B[7 8]，該器件為Freescale 公司推出的32位高性能處理器，器件主頻工作頻率為400MHz，為了提高程序運算速度，器件內核分別帶有16K字節的程序、數據高速緩存，帶有一個雙精度浮點處理單元。對于外部關鍵信號，片內帶有標準中斷管理單元。為了實現器件與外部通信，MPC5200B片內集成一路100M的以太網控制器，兩路CAN總線控制器，多路串行口控制器。該單元由MPC5200B、時鐘電路、復位電路、JTAG 調試接口、通信接口電路、存儲器接口電路以及對外擴展接口電路等組成。該模塊主要用于實現用于實現EtherCAT的物理接口以及主站協議的軟件實現，并提供相應的控制軟件。

2.4 電源單元

2.5 通信單元

在設計中為了考慮硬件的兼容性，采用了多種通信接口，在DSP上掛接一路1000M的以太網，用于DSP系統調試參數設置，在PowerPC上掛接一路100M以太網接口，六路串行接口（分別為2個RS232口、兩個RS485口、2個CAN接口）。1000M的以太網用于實現EtherCAT總線物理接口，RS232口用于實現與PC通信，RS485口和CAN接口可以實現與其他設備接口，滿足系統通用性要求。

3 主站軟件設計

EtherCAT主站程序包括DSP和PowerPC兩個運行程序，DSP程序主要功能是實現復雜控制算法，PowerPC程序功能為實現EtherCAT協議的通信和設備的控制。DSP運行的軟件主要為算法研究，由于篇幅所限，文章著重詳述在PowerPC硬件平臺下，EtherCAT協議和控制軟件在Linux操作系統中的實現。

3.1 PowerPC（MPC5200B）下主站軟件功能

在PowerPC下運行的EtherCAT 主站軟件主要包含如下功能：首先，完成系統主站硬件的初始化，軟件能夠對系統運行時間進行計數，對系統運行狀態進行監控；其次，主站軟件通過發送命令要對EtherCAT 系統以及各個從站進行初始化，實現主站與各從站之間的數據實時交換，實現相關協議解析和轉發；再次，主站軟件可支持在線下載、實時更新。軟件結構采用模塊化編程，底層軟件提供硬件驅動，中間層軟件為上層應用軟件和底層軟件提供接口，實現上層應用軟件與驅動軟件隔離。

3.2 基于Linux的 EtherCAT主站下主站軟件具體實現

EtherCAT初始化完成后，在Linux內新建兩個內核定時器，一個用于完成周期性數據通信，另一個用于輪詢非周期性任務，也就是狀態機處理任務。周期性數據通信定時器的優先級最高，定時器運行周期通過配置軟件設置，非周期任務查詢定時器的優先級較低，周期可定為50毫秒。

初始化和配置完成后，啟動定時器開始發送周期性數據幀，并檢查返回的數據幀，對返回的數據幀進行解析，獲取從站的數據交給DSP處理，DSP對數據進行處理后，將新的輸出命令發給PowerPC，PowerPC繼續發送周期性數據幀。

4 結論

采用基于DSP和PowerPC的硬件平臺實現了EtherCAT總線主站相關協議，通過測試可知， 主站周期性的向各從站（測試時，從站數量為3）發送EtherCAT 數據包（數據包數量為1518字節），各從站接收到自己的數據包，再向主站返回相應信息，EtherCAT總線延時時間為3.02μS，可以看出主站設計滿足實時性要求。

參考文獻：

[1] 杜品圣.工業以太網技術的介紹和比較[J].儀器儀表標準化與計量，2005，5：16-19.

[2] 繆學勤.論六種實時以太網的通信協議[J].自動化儀表，2005，26（4）：1-6.

[3] 劉艷春.工業以太網現場總線EtherCAT驅動程序設計及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[4] EtherCAT Technology Group.EtherCAT Technical Introduction and Overview. December 2004.

[5] 周千翔.基于實時以太網的分布式電子控制器設計[D].南京：南京航空航天大學碩士論文，2008.

[6] EtherCAT Communication Principles[R].EtherCAT Technology Group，2007.

篇8

摘要：動調式陀螺測斜儀是一種新型精密陀螺測斜系統，適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測量及在完井后的套管內或鉆桿內進行測量。該儀器漂移很小，有效地提高了井眼軌跡測量結果的準確性。為了匹配儀器測量精度，測試數據處理采用空間曲線積分法，實現井眼軌跡空間展布的精細描述，開發出對應測斜資料分析方法與解釋平臺，為老井軌跡復測、側鉆井等提供實施依據。

關鍵詞：動調式陀螺；井眼軌跡；空間曲線積分法；陀螺測斜解釋平臺

0引言

為提高油氣井利用率和開發效果，地質部門在開發過程中，經常在原井眼基礎上進行開窗側鉆，對井眼軌跡的準確性提出了更高的要求。以往由于受儀器精度及設備技術條件限制，井眼軌跡的測量結果往往存在較大偏差，從而影響了對地層的正確評估。所以，為了提高側鉆井的成功率，就需對某些老井復測井眼軌跡[1-2]。本文采用動調式陀螺儀進行井眼軌跡測量，為匹配儀器測量精度，測試數據處理采用空間曲線積分法，實現井眼軌跡空間展布的精細描述，開發出對應測斜資料分析方法與解釋平臺，為老井軌跡復測、側鉆井等提供實施依據。

1陀螺測斜儀

常用2種陀螺測斜儀測量井眼軌跡。一種是框架式陀螺測斜儀[3]，其原理是利用高速旋轉的物體具有定軸性的原則實現方位測量，由于高速旋轉的運動存在摩擦力，容易產生漂移，而且這種因漂移而產生的偏差會隨著時間而增大。另外，框架式陀螺無法直接測量方位，需要在開始測量前用人工確定正北作為基準，這樣容易帶來人為誤差。由于框架式陀螺測斜儀的漂移偏差無法預測和克服，導致井眼軌跡測量結果不穩定。而動調式陀螺儀采用了更為先進的撓性支撐，因而漂移很小，有效地提高了井眼軌跡測量結果的準確性。動調式陀螺測斜儀是一種精密陀螺測斜系統，采用慣性導航原理，利用撓性陀螺儀和石英撓性加速度計作為主要測量元件，通過定點測量儀器各軸的地球自轉角速度和加速度分量，經過系統解算后得到當前位置的井斜度、方位角。然后，根據各測量點的方位、傾斜角確定井眼軸線的空間位置，同時為了與鉆具配合，必須隨時得到工具面角[4]。特別適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測量及在完井后的套管內或鉆桿內進行測量。

2井眼軌跡曲線算法優化

井眼軌跡算法有很多種，常用方法有平均角法、圓柱螺線法、最小曲率法和曲率半徑法[5-6]。這些計算方法大多是將測量段內的井眼軌跡假設為直線、折線、圓柱螺線和斜面圓弧曲線等簡單曲線模型[8]。井眼軌跡計算是通過測量井眼的斜深、井斜角和方位角，然后，再用一定的計算方法將這些測量數據解釋為XYZ空間坐標數據[9]。

井眼軌跡計算的積分法是一種基于空間曲線的方法，它將相鄰的2個井斜測點的連線視為一漸變空間曲線[5-8]，這更符合鉆井工作的實際，其精度高于常用的井眼軌跡計算方法。在實際井眼軌跡測試時，通過優化工藝方案，制定合理資料錄取方案，采取連續測斜或加密測點方案，可以最大程度地逼近軌跡空間曲線形態。

3處理解釋系統設計

陀螺測斜解釋平臺采用C#開發完成，充分利用人工智能，與上游基礎數據庫緊密銜接，用戶僅需進行簡單輸入工作便可完成井眼軌跡評價，大大提高了單井處理效率。軟件設計3個功能模塊，主要實現數據處理、圖表繪制、報告生成(見圖1)。

3.1數據處理

動調式陀螺測井儀主要采取點測方式進行，在開窗側鉆位置或最大井斜位置采取加密測點或重復測試某深度點的工藝提高測試數據精度。在數據處理上實現數據質量自動檢查，如果相鄰測點測深增量ΔL=0，說明這2點為重復測試數據，需要計算其平均井斜角和方位角。再采用空間曲線積分法依次計算相鄰測點垂深增量ΔH、水平位移增量ΔS、東西位移增量ΔE、南北位移增量ΔN，并對n個測點位移累積求和就是某點的垂深、水平位移、東西位移和南北位移。

3.2圖表繪制

對井眼軌跡的描述主要采用水平投影圖、垂直剖面圖和三維軌跡圖方式。繪制水平投影圖和垂直剖面圖時，需要考慮實現新老井眼軌跡對比功能。因為早期的陀螺測井測量和分析誤差相對較大，在開展動調式陀螺儀對老井數據進行普查，落實真正的井眼軌跡時，進行新老井眼軌跡對比繪圖(見圖2)。

三維軌跡圖主要利用計算機圖形化計算，采用OPENGL繪圖方式，實現井眼軌跡的三維縮放、旋轉等功能，使用戶對井眼軌跡走向更能直觀準確地觀察和掌握(見圖3)。

3.3報告生成

陀螺測試井眼軌跡報告內容包括井基礎數據、現場測試情況、井的三維軌跡圖、垂直剖面圖、水平投影圖、解釋結論表等。井基礎數據或軌跡對比所需老井井眼數據直接通過油田上游信息系統A2數據庫中獲取，只需輸入正確的井號，便可連接A2系統。

報告形式以Word格式表現，利用MicrosoftOffice系統中word模板編輯功能，可以預先對報告內容進行整體編輯排版。系統以word標簽查找方式，完成計算結果、各種表格、圖件等內容對應添加到Word文檔中，實現一鍵自動生成報告的功能，滿足不同用戶、不同地質需求，大大降低了單井處理解釋時間。

4陀螺測井技術應用

4.1克服磁性干擾，指導加密井鉆進

油田開發后期，依靠打定向井、加密井或老井側鉆穩產增效[8]。動調式陀螺測井儀由于其不受磁性干擾的特點，可以在井距較小：磁性干擾強烈的環境下，準確測取井筒的傾斜角、方位角、工具面角等參數，進一步計算可得出垂深、南北偏移、東西偏移、閉合方位等參數，指導新井鉆進。

TJH油田計劃在的G71井附近打1口水平井，由于該區塊為低滲透區塊，井距普遍較小。為了保證側鉆順利完成，該井在側鉆過程中，對本井及鄰井均分別進行了陀螺定向及測斜，發現水平井設計井眼軌跡存在問題，該井與水平井的最小距離只有18.58m，存在安全隱患，隨后根據計算結果及時調整鉆井方案，保證了水平井順利施工，投入正常生產后初期日產油近50t。

4.2應用陀螺定向，提高側鉆中靶成功率

在剩余油富集區實施側鉆井是老井產能建設的重要手段，陀螺定向在油田廣泛用于老井開窗側鉆，減少定向時間，提高了側鉆中靶率[9-10]。

BQ油田B19-1斷塊計劃在高部位部署BS24-7K井，實施前對BS24-7井進行陀螺測試，總水平位移與原來的認識相差204.2m(見圖4、圖5)，根據結果及時進行調整鉆井方案，避免井位落空。該井投產后，初期日產油9.8t。

5結論

(1)動調式陀螺測斜儀不受鐵磁物質的影響，適用于有磁性干擾的叢式井、加密井的鉆探測量及在完井后的套管內或鉆桿內進行測量。無需人工校北并且采用先進的撓性支撐，更有效地提高了井眼軌跡測量結果的準確性。

(2)開發了井眼軌跡分析平臺，采用與動調式陀螺測斜儀測量精度相匹配的空間曲線積分法，能夠更加精細描述井眼曲線空間展布。

(3)動調式陀螺測井技術在油田落實井眼軌跡、判斷油水井在油層中具置、指導加密井部署、提高側鉆中靶率等方面提供可靠了依據，能夠取得很好的地質應用效果。

軟件開發畢業論文范文模板(二)：隨采地震監測數據采集控制軟件開發論文

摘要：隨采地震能夠對工作面前方地質異常體進行連續探測和實時預報，成為近幾年的研究熱點，但是目前還沒有能夠在煤礦井下開展隨采地震長期連續監測的裝備及配套軟件。為了解決這個問題，基于MicrosoftFoundationClasses(MFC)開發框架，開發了一套隨采地震監測數據采集軟件，在室內、野外進行了為期3個月的聯調測試，并且在貴州巖腳煤礦與井下隨采地震監測設備開展了為期3個月的全面試運行。測試表明，軟件實現了隨采地震信號的高效采集、完全存儲和處理軟件的實時通信功能，具有運行穩定、操作便捷、處理高效、便于維護、無人值守等優點。

關鍵詞：隨采地震監測；數據采集；軟件設計

我國的煤礦以井下開采為主，與國外相比，我國煤炭行業的信息化水平較低，礦山空間信息仍然以圖表和文字作為主要的存儲介質，信息基礎設施未能跟上時代變化的腳步，使得煤礦企業的競爭力受到嚴重的制約[1]。煤礦井下危險具有多變性、隱蔽性，導致安全問題成為威脅煤礦工人生命的核心問題[2]。而采掘工作面更是礦井水害、頂板、火災以及瓦斯等多種災害事故的多發區，同時也是工作人員聚集區，因此，也是導致重大生命財產損失的高危區域[3-7]。隨采地震勘探[8]是利用采掘活動激發的震動作為震源，探測工作面內部或者掘進面前方一定區域內地質構造的一種地震勘探技術，可以擺脫放炮的安全隱患及對正常采掘生產的影響，實現了采掘的同時進行超前探測[9-11]。隨采地震所用震源信號是連續、非可控的，只有進行連續、長期監測，記錄遠場信號，將其與遠場信號作互相關，得到清晰的相關峰值，才能將其轉化為脈沖子波，代替炸藥震源進行地震勘探[12]。

因此，研制隨采地震監測裝備及控制軟件成為當務之急。本文針對隨采地震監測裝備的特點，充分分析其觀測系統和監測數據的特點，利用數據庫和文件系統的優點，設計了軟件的數據結構；考慮處理軟件的特點，設計了與處理軟件之間的接口；最后基于MicrosoftFoundationClasses(簡稱MFC)開發框架，開發了數據采集軟件，聯合測試成功后，并在貴州巖腳煤礦進行了3個月的野外采集工作。

1隨采地震觀測系統及其特點

為了能夠獲得工作面內部煤層劇烈變化情況、斷層和陷落柱位置與規模以及應力集中區等信息，目前的隨采地震觀測系統采用復雜部署模式。如圖1所示，采用H形布局，共72道，其中孔中部署24道，分4個深孔，每個鉆孔內部署6道，由一個孔中多級檢波器串承擔；其余的48道部署于工作面兩側巷道的錨桿上，圖1中綠色圓點為巷道檢波器。

數據采集分站為6通道，整個觀測系統共需12臺分站，數據處理時主要使用煤層中的槽波，而槽波的頻率較高，可以達到500Hz，為了采集高質量的數據，采樣間隔為250μs，這就對數據采集系統提出了新的要求，不僅僅數據道數多，采樣率較高，而且是長期連續實時監測。

觀測系統隨著工作面的推進而移動，當工作面推進到檢波器測點附近時，要依次將檢波器拆卸，避免被埋入采空區中，當工作面推進到距離圖2中黃色深孔檢波器10~20m時，要將全部的黃色測點移動到藍色測點位置，以此類推直到工作面回采結束。

2隨采地震監測數據采集軟件設計

2.1軟件架構設計

針對分站多、數據量大、觀測系統多變化、實時性要求高以及需要與數據處理分析軟件進行通信的特點，采集軟件利用多線程技術分別進行數據采集和存儲，軟件框架設計見圖3。

2.2軟件數據結構設計

采集軟件中的數據可以分為兩類，一類為數據量不大，變化周期較長的數據，比如：監測分站信息、觀測系統信息等；另一類為數據量較大，而且變化周期很短的數據，比如：監測數據。根據數據特點，采集軟件采用數據庫與文件系統相結合的方式保存數據，以提高數據存儲效率。監測數據采用文件系統保存，其他數據采用數據庫方式保存。

a.數據庫設計

數據庫主要保存測區信息、采樣率、每個文件的采樣時長、采集分站信息、傳感器信息、觀測系統以及監測數據的保存路徑等信息，其E-R模型見圖4。

b.文件結構設計

監測數據的輔助信息，如采樣率、觀測系統、道數等信息全部保存在數據庫中的監測數據表datafile_info中，按照采樣順序將每道數據作為一塊寫入文件，塊的順序與道號一致，樣點值采用有符號的浮點型數據類型保存，詳見圖5。文件名為第一個樣點的采樣時間，格式為：YYYY-MM-DD_HH_MM-SS，不足兩位數的補零。

2.3軟件交互接口設計

本軟件需要分別與井下采集分站和隨采地震數據處理軟件進行交互，主要涉及到兩個接口。

a.與采集分站接口

為了便于和井下采集分站通信，采用UDP與TCP協議相結合的通信模式，采集軟件的查詢指令通過UDP協議與采集分站通信，通知指令和數據傳輸則采用TCP協議傳輸，其通信流程見圖6。

b.與數據處理軟件接口

為了提高數據存儲效率，采集軟件采用數據庫與文件系統相結合的方式存儲監測數據，大量的監測數據保存在文件中，但是文件的相關信息，如：道數、采集時間、采樣率、觀測系統等信息保存在數據庫表datafile_info，與數據處理軟件的通信也通過數據庫來完成，數據記錄表中專門設計一個字段為數據狀態標志，數據采集時狀態為0，采集結束后為1，數據處理軟件不斷查詢該表中數據狀態標志為1的記錄，一旦有這樣的記錄，則根據數據庫中的信息讀取監測數據進行處理，處理結束后將該標志改為2，具體處理流程見圖7。

3隨采地震監測數據采集軟件實現

3.1開發環境

軟件基于VisualStudio的微軟基礎庫類(micro-softfoundationclasses，MFC)開發框架，采用C++語言編寫，充分利用其圖形用戶界面(graphicaluserinterface，GUI)，大大提高軟件的開發效率。在功能開發方面，為了滿足隨采地震監測的需要，提供數據采集和數據保存功能，采用菜單欄和對話框方式來實現軟件與用戶之間的人機交互。在整個應用框架的基礎上進行功能性、界面性的填充。將軟件開發分成若干部分，有效地提高軟件研發效率和可讀性，同時也便于后期維護升級。

3.2軟件的實現

為了提高軟件的運行效率，將軟件操作界面、數據采集、保存和整理以及設備狀態監測與恢復功能分別由單獨的線程來完成。

a.數據庫實現

數據庫中最主要的兩張表為傳感器信息表和監測數據表，傳感器信息表為觀測系統表的基礎，而且隨著工作面的回采傳感器移動后，傳感器的位置信息就會發生變化，觀測系統隨之變化；監測數據表是數據采集軟件與處理軟件通信的基礎，表中需要包含大數據文件路徑、觀測系統、采樣率、采樣時間和時長等重要信息，具體見表1和表2。

傳感器信息表中(表1)以Station_ID、Channel和Modify_Time為聯合主鍵，這樣表中可以把同一個傳感器在不同時間的坐標都保存起來，隨時可以獲取任何時間段的觀測系統。

監測數據表中(表2)由File_Index為主鍵，該值為根據時間自動生成一個與時間有關的數，確保唯一性，同時將大數據文件的相關數據信息全部存入該表中，以方便數據處理軟件隨時查詢。

b.軟件操作界面

隨采地震監測軟件屬于監測類軟件，具有自動化程度高、人工干預少等特點，因此，需要用戶的操作很少，主要是一些參數設置和監測分站運行狀態的顯示：系統中監測分站的數量、每臺分站的傳感器數量及其工作狀態。

傳感器參數設置功能主要包括傳感器的安裝位置及其坐標、所屬監測分站號、通道號、測點號等信息的增加、刪除和修改，由修改傳感器的時間為主鍵，即可獲得該時刻的觀測系統。

c.數據采集功能

數據采集功能主要包括數據采集軟件與監測分站之間的通信、監測分站狀態查詢與控制、數據采集等。為了達到隨時能夠與監測分站通信的目的，與監測分站的通信通過UDP和TCP協議兩種方式來實現，其中監測分站的信息和狀態查詢由UDP協議實現，指令的發送、參數設置和數據采集通過TCP協議實現。TCP協議中采集軟件為服務器端，監測分站為客戶端，服務器端采用完成端口技術來接收多個監測分站上傳的數據，為了便于數據保存，每個通道的數據分別存放在獨立的緩存區中，緩存區采用循環數組的設計，當數據寫入緩存區中后，循環數組的數據采集下標iColDataIndex+1，數據采集詳細流程見圖8。

d.數據保存

為了提高數據存儲的效率，將數據存儲分為數據保存和整理兩個步驟，分別由兩個線程執行。數據保存線程監測緩存區中數據采集下標iColData-Index與已保存數據下標iSaveDataIndex之差，當該差值達到預設值時，從數據緩存區中讀取數據并保存成數據文件(采用異步模式將每道單獨存儲為一個文件)。數據保存完成后，循環數組的已保存數據下標iSaveDataIndex+1，其數據保存詳細流程見圖9。

e.數據整理

為方便數據處理需要把同一時段的各道檢波器的數據保存為一個文件，當由于檢波器或者采集分站故障導致數據缺失時做填零處理。因而增加一個專門進行數據整理的子模塊，由一個單獨的線程來處理，其數據整理詳細流程見圖10。

f.系統自恢復

井下的供電系統或者網絡經常檢修或者故障，導致隨采地震監測設備出現故障，當故障解決后，系統應該能夠自動恢復，但是該系統是由多個監測分站組成的，分站之間需要不斷進行時間同步，當一臺分站出現故障后，該分站停止采集，其他分站仍然正常采集，當該分站故障解決后，要想恢復采集，必須要把系統中所有的分站進行重啟。圖11所示流程，就是用來檢測網絡是否出現故障，如果出現故障，則一直檢測，直到故障修復，然后重新啟動系統。

4隨采地震監測數據采集軟件聯調與測試

4.1運行環境

數據采集軟對運行環境的要求如下：

操作系統：windows7及其以上；CPU：2.5GHz，4核；內存：8GB；硬盤：500GB。

4.2聯調與測試

該軟件與井下監測分站以及數據處理系統在實驗室進行為期1個月的聯調測試，聯調過程中對采集軟件與監測分站和數據處理軟件的接口進行了修改和完善，并在野外進行了為期2個月的穩定運行后，各項性能指標都達到了設計要求，軟件實時波形界面見圖12所示。最后在貴州巖腳煤礦進行為期3個月全面試運行，無論是采集數據還是與數據處理軟件的通信都正常工作。

5結論

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計算機領域新技術應用使各行業生成、收集和存儲了大量數據。大量信息數據給社會帶來方便也帶來大堆問題：信息過量，難以消化；信息真假難以辨識；信息安全難以保證；信息形式不一致而難以統一處理。一般數據庫系統可高效實現數據錄入、查詢與統計等功能，卻無法發現數據存在的關系和規則。如何辨析信息和如何不被信息淹沒已經成為現實問題。一、數據挖掘直面數據豐富而知識匱乏的挑戰

面對信息社會帶來的“數據豐富而知識匱乏”的現實挑戰，數據挖掘（Data Mining，DM）和知識發現（Knowledge Discovery，KD）技術應運而生，伴隨計算機新技術和新理論的出現而發展，在電信與銀行，生物及大型超市等領域運用效果顯著。數據挖掘有時又稱作數據庫知識發現（KDD），此術語出現于1989年，從數據集識別有效與新穎的，潛在有用的，最終可理解的模式過程。KDD過程常指多階段處理，包括數據準備與模式搜索，知識評價及反復修改求精；該過程要有智能性和自動性。有效性指發現新數據仍保持可信度，新穎性要求模式應是新的，潛在有用性指發現的知識將來有效用，最終可理解性要求發現模式能被用戶所理解，幾項綜合在一起稱為數據的科學性豍。

數據挖掘的界定。數據挖掘是從存放在數據庫與數據倉庫或其它存儲信息庫中的海量數據挖掘有趣知識過程。一般的定義是：數據挖掘是從大量、不完全、有噪聲、模糊、隨機的數據中抽取隱含其中，事先不為人所知、潛在、有效、新穎、有用和最終可理解知識的過程。研究人工智能學術人員和計算機技術專家通常所說數據挖掘名稱各異但實質一樣。自然世界數據以多種多樣形式存放，除最常見數字與字符等類型，還有許多復雜數據。復雜類型數據挖掘包括：空間數據挖掘和多媒體數據挖掘，時序數據挖掘和文本數據挖掘，Web數據挖掘與流數據挖掘等。數據挖掘與傳統數學統計分析有區別，數據挖掘在沒有明確假設前提下自動建立方程，可采用不同類型如文本、聲音、圖片等的數據挖掘興趣模式；統計數據分析工具側重被動分析，需建立方程或模型來與假設吻合，最終面對數字化數據；數據挖掘是主動發現型與預測型數據分析工具，分析重點在于預測未來未知潛在情況并解釋原因。二、軟件工程的產生與數據實用性

軟件工程概念源自軟件危機，20世紀60年代末的“軟件危機”這個詞語頻繁出現計算機軟件領域，泛指計算機軟件開發和維護所遇到的系列嚴重問題。在軟件開發和維護過程中的軟件危機表現為軟件需求的增長得不到滿足，軟件開發成本和進度無法控制，軟件質量難保證，軟件維護程度非常低，軟件成本不斷提高，軟件開發生產率趕不上計算機硬件發展和各種應用需求增長等。軟件危機產生的宏觀原因是軟件日益深入社會生活，軟件需求增長速度超過軟件生產率提高，具體軟件工程任務的許多困難來源于軟件工程所面臨任務和其他工程之間各種差異以及軟件和其他工業產品的差異，即特殊性。軟件開發和維護過程存在的問題，與計算機軟件本身特點有關，軟件開發過程進度很難衡量，軟件質量難以評價，管理和控制軟件開發過程困難等。計算機軟件專家認真研究解決軟件危機方法，逐步形成軟件工程概念，開辟工程學新領域即軟件工程學。軟件工程用工程、科學和數學原理與方法研制與維護計算機軟件有關技術及管理的方法。

軟件工程針對數據的處理具有系統的規范的系列辦法。1993年IEEE（電氣和電子工程師學會）給軟件工程綜合定義為：將系統化、規范和可度量的方法應用于軟件開發、測試、運行和維護全過程，即將工程化應用于軟件數據等設計中。軟件工程包括方法、工具和過程三個要素，方法是完成軟件工程項目技術手段；工具支持軟件開發、管理與文檔生成；過程支持軟件開發各個環節控制與管理。軟件工程的發展伴隨計算機與數據等相關技術的發展而進步。三、軟件工程的知識庫應用數據挖掘技術

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本論文以項目教學法的方式探索步進電機的PLC控制轉速方法。本設計控制要求如下：按下啟動按鈕，步進電機以100Hz的基準頻率正轉。按一次加速按鈕，頻率以50Hz遞增，最多加速5次；按一次減速按鈕，頻率以25Hz遞減，最多減速4次。加速時為正轉，減速時為反轉。按下停止按鈕，步進電機立即停止運行。步進電機驅動器的細分設置為1，電流設置為1.5A。

1 控制系統的硬件設計

1.1 控制系統的結構。本設計中，系統硬件部分由上位機、PLC、步進電機驅動器、步進電機、負載等組成。上位機是計算機，作為控制面板、人機交互界面和控制軟件編制環境，通過與PLC的通信，實現操作監控功能；PLC發出脈沖信號、方向信號，通過步進電機驅動器控制步進電機的運行狀態。

1.2 控制系統的硬件。

1.2.1 PLC。使用PLC控制步進電機時，應該保證PLC具有高速脈沖輸出功能。通過選擇具有高速脈沖輸出功能或專用運動控制功能的模塊來實現。在本設計中，采用的是三菱系列FX2N-32MT型的晶體管輸出型PLC。在PLC的選型上，必須采用晶體管輸出型PLC，若使用繼電器型的PLC，則高速脈沖的輸出很難達到控制要求。

1.2.2 步進電機。步進電機有步距角（涉及到相數）、靜力矩、電流三大要素組成。根據負載的控制精度要求選擇步距角大小，根據負載的大小確定靜力矩，靜力矩一經確定，根據電機矩頻特性曲線來判斷電機的電流。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。

1.2.2.1 步距角的選擇。步進電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。

1.2.2.2 靜力矩的選擇。步進電機的動態力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載兩種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）兩種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2～3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。

1.2.2.3 電流的選擇。靜力矩一樣的電機，由于電流參數不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓）。

1.2.3 步進電機驅動器。遵循先選電機后選驅動的原則。電機的相數、電流的大小是驅動器選擇的決定性因素。在選型中，還要根據PLC輸出信號的極性來決定驅動器輸入信號是共陽極或共陰極。為了改善步進電機的運行性能和提高控制精度，通常通過選擇帶細分功能的驅動器來實現。目前驅動器的細分等級有2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可達256倍細分。在實際應用中，應根據控制要求和步進電機的特性選擇合適的細分倍數，以達到更高的速度和更大的高速轉矩，使步進電機運轉精度更高，振動更小。如圖2所示。公共端：采用共陽極接線方式。將輸入信號的電源5V正極連接到該端子上。控制信號低電平有效。脈沖：共陽極時該脈沖下降沿被驅動器解釋為一個有效脈沖，并驅動電機運行一步。方向：該段信號的高電平和低電平控制步進電機的兩個轉向。共陽極時該端懸空被等效認為輸入高電平。脫機：該端接受控制機輸出的高/低電平信號，共陽極低電平時電機相電流被切斷，轉子處于自由狀態。A+/A-，B+/B-：該端接兩相混合式步進電機。DC+/DC-：該端接10V-40V間的直流電源。

1.3 控制系統的連接。本設計的相關硬件連接如圖3所示。

2 控制系統的軟件設計

2.1 PLC的I/O地址分配。

2.2 步進電機驅動器的設置。在驅動步進電機運轉的PLSY指令中，脈沖的個數=360°/步距角，工作的頻率=脈沖個數/運行時間。不指定脈沖個數，則默認為65535個脈沖。在方向信號輸入為0時，默認為反轉。根據控制要求，步進電機驅動器的細分設置為1，SW1-SW3的設置為000，步進電機的步距角為1.8°；電流設置為1.5A，SW5-SW7的設置為101。

2.3 梯形圖和指令表。

3 步進電機控制系統的調試

3.1 初始化程序。程序開始運行時，D0初始值為K100，指定的頻率為100Hz。

3.2 步進電動機正轉。按下啟動按鈕X0，PLC的Y0脈沖輸出，Y2高電平輸出，步進電機正傳運行。

3.3 正傳加速調整。X2為正傳加速按鈕。當按下一次X2時，在步進電機運行的當前頻率的基礎上，以20Hz遞增，于是步進電機轉速增加。最多加速5次。

3.4 反轉減速調整。X3為反轉減速按鈕。當按下一次X3時，在步進電機運行的當前頻率的基礎上，以20Hz遞減，于是步進電機轉速增加。最多減速4次。

本論文采用了PLC控制兩相混合式步進電機的加減速，方法簡單，控制方便，可靠性高。本論文中的程序通過現場實物調試，驗證了方法的正確性和可行性。用軟件完成脈沖分配功能，可以減少硬件資源，降低成本，控制的參數改變方法靈活，提高了控制系統的可靠性和靈活性。本文著重探索了步進電機的PLC控制的調速方法，詳細介紹了步進電機調速的具體控制過程。文中有不妥之處，懇請斧正。