动态数据采集屏显方案.docx

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动态数据采集屏显方案

卷烟厂远程动态温湿度数据

采集屏显设计方案

2012-04

概述

本方案采用将远程库区温度压控模拟数据信号通过模数转换及光纤收发传输控制实现分布式温湿度数据采集，通过光纤完成远程数据传输，实现低成本、高实时性能、高可靠性的远程温湿度数据实时采集和监测。

可实现毫秒级工业控制数据变化的数据要求，高可靠性高瞬时数据采集与传输计算，利用LED显示屏高亮度、色彩鲜艳、瞬时性能好的特点，输出至LED屏。

实现动态数据，LED大屏幕温湿度数据仪表显示功能。

1系统结构

1.1系统构成

系统由数据采集、数据传输、数据输出3大单元构成。

数据采集由：

数据采样模块、数模转换模块构成；数据传输单元由：

信号发送模块、数据传输模块、数据接收模块、模数转换模块构成；数据输出由：

数据处理与数据计算模块、LED通讯与驱动模块这几部分模块单元组成。

系统由硬件设备和系统嵌入式功能软件2大部分组成。

图表1

1.1.1系统硬件

按照系统功能设计要求，硬件系统的设计与选型应遵循各个功能单元数据处理的设计要求。

数据采集单元系统硬件设备构成：

数据采样设备、数模转换器。

数据通讯与传送单元：

光纤收发器、单模光纤。

数据计算与协议包单元：

Modbus数模转换模块、可编程数据通讯控制器

数据输出与显示单元:

LED屏、LED显示控制卡

数据采样与转换器

■输出通道：

2

■输出类型：

电流：

0到20mA，4到20mA电压：

0到10V精度：

±0.1%FSR（FSR：

满量程范围）

■分辨率：

±0.02%FSR

■回读精度：

±1%FSR

■零点漂移：

电压输出：

±30μV/°C电流输出：

±0.2μA/°C

■温度系数：

±25ppm/°C

■可编程输出斜率：

0.125到1024mA/秒、0.0625到512V/秒

■输出电压负载能力：

最大10mA

■电流负载阻抗：

内部电源：

500ohms

RS-232/422/485转多模光纤收发器

性能参数：

■使用多模光纤工作距离达2KM

■支持点对点或环路（点对多点）连接

■支持RS-232,RS-422,RS-485多种异步通信协议

■支持2线（半双工）和4线（全双工）RS-485工作方式

■支持主从工作模式

■从模式可作为中继器使用

■接口特性:

使用ST光纤接口（可选SC、FC接口），接口兼容EIA/TIA的RS232.RS485/422标准

■电气接口:

RS232/RS485/422端10位接线柱连接器,支持128节点,+/-15KV防静电

■保护等级:

RS485.RS422接口每线600W的雷击浪涌保护

■隔离度:

隔离电压无穷大

■工作方式:

异步半双工,全双工差分传输自动选择,无需跳线设置

■传输速率:

460KBPS

■外形尺寸:

120mm×72mm×22mm

■使用环境:

-40℃到85℃,相对温度为5%到95%

■传输距离:

0-5000米（RS485/422端）15米（RS232端）（115200BPS-9600BPS）

■信号指示:

三个信号指示灯电源（PWR）发送（TXD）接收（RXD）

■工作电源:

9-48VDC/200mA（宽电压输入，内部有专用电源稳压隔离模块）

■适用于一切所使用的通讯软件,即插即用

■支持DOS/WIN95/WIN98/WIN2000/NT/XP/Vista/Linux等

单模光纤

■技术参数G.652

■工作波长（nm）1310

■衰减（dB/km）≤0.36

■零色散波长（nm）1300-1324

■零色散斜率（ps/nm2*km）0.093

■色散（ps/nm*km）3.5

■色散范围（nm）1288-1339

■偏振模色散（ps/√km）单盘：

≤0.20链路（≥20盘光缆）：

≤0.15

M㎡

■光有效面积:

80㎡

■模场直径:

8.8～9.5

■弯曲特性（dB）:

0.5

可编程器件

⏹功耗7W

⏹程序存储器36KB

⏹数据存储器20KB

⏹数据掉电保持内部FLASH，永久保持

⏹内置实时时钟时间保持2年以上（可更换电池）

⏹计数器总数256

⏹内存存贮器位256

⏹内存存贮器位掉电保持112

⏹时间中断2×1ms分辨率

⏹边沿中断4个上升沿和/或4个下降沿

⏹模拟电位器2个8位分辨率

⏹布尔量运算执行时间0.15µs

⏹浮点运算执行时间8µs

⏹时钟内置

⏹供电电源+5V/24V 660mA/400mA

⏹集成的通信功能

⏹通讯接口1个PPI通信口，RS485电平，内嵌MODBUS协议

⏹PPI波特率9.6,19.2和187.5k

⏹自由口波特率1.2kbaud至115.2k

⏹每段最大电缆长度

波特率为187.5时1000米，38.4k时1200米

50米

LED控制器卡

⏹处理器 ARM7

⏹LedOS系统 内置操作系统

⏹存储容量 4Mbit

⏹通讯 RS232 支持RS485

⏹距离 RS232有效通讯距离为：

120米

 RS485有效通讯距离为：

1200米（需定制）

⏹波特率 可支持9600～115200

⏹显示适配卡 板载2组T12显示接口,1组08接口

⏹单元板测试 快速检测出单元板是否存在瞎点、暗亮，全红等问题

⏹工作电压 5V（范围4.5V～5.5V）

⏹功率 ≤0.5W

⏹环境温度 -30℃～70℃’

LED显示屏

（节略）

1.1.2系统软件

嵌入式数据采集控制软件

嵌入式数显控制通讯软件

1.2系统功能

现场数据采集转换模块采集并各点温湿度数据模拟电压或电流信号或接入厂网采集各点温湿度数据值转数据包，并使用统一地址编码应用MODBUS工业数据通讯协议，通过光纤传输设备进行数据包转发传输至集控中心计算与数据处理模块。

在集控数据处理单元对数据进行计算和协议分包处理，并通过R232或485协议实现与LED屏通讯，完成温湿度数据实时显示过程。

图表2

1.2.1单元功能模块

系统从功能构建上分为3大组成部分，分为：

数据采样单元、数据传输单元和数控显示单元三个部分：

⏹数据采样单元

其中数据采样单元模块功能为负责从厂内网计控计算机采样各个车间温控点的温度、湿度数字信号，并负责将采样信息转为串行数据协议包发送。

⏹数据传输单元

图表3单元功能框图

数据传输单元由单模光纤数据通讯单元组成，负责将采样单元的数据帧信号发送至车间内集控箱信息单元内，并通过RS485协议组网将信息数据传送到每个LED屏控制点。

⏹数控显示单元

数控显示单元负责将接收来的RS485总线上的数据帧解包，并由本单元的MCU数显控制系统综合信息显示内容，通过LED控制卡协议最终驱动LED屏完成数据显示功能。

1.2.2系统功能叙述

从中控室计算机数据取样软件获取各采样点温湿度数据，按协议格式转发帧数据，通过光纤转发器进行串行数据帧进行转发，将采样协议数据帧通过光纤传输至设立在中点位配线箱光纤收发器，通过RS485组网完成每一点LED屏温度显示数据的信号传送，在每点LED屏显示控制单元，利用嵌入式单片机单元对数据帧进行数据协议解码，综合信息点显示内容通过与LED输出控制卡，完成温度湿度信息的LED屏单元显示。

1.2.2.1485协议组网

RS－485是美国电气工业联合会（EIA）制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。

它采用差分信号进行传输；最大传输距离可以达到1.2km；最大可连接32个驱动器和收发器；接收器最小灵敏度可达±200mV；最大传输速率可达2.5Mb/s。

1.2.2.2485中继

考虑到RS485协议是利用双绞线进行差分信号传输的特点，结合我厂车间厂区联立的特点，485在传输距离在达到1000M左右信号衰减和抗干扰能力减弱的缺点，可考虑在组网中实施以485信号中继放大的保障措施。

1.2.2.3防雷击过压保护

结合我厂车间厂区联立的特点，485总线应避免与其他交直流电源并线施工，并采用防过压和防雷击模块保障信号传输安全。

LSPD-RS485/422控制信号防雷器

3案例

某电厂集控运行中心，采用我公司设计实施的数据采集数控数显系统，运行良好，各指标系统达到设计要求，得到用户的满意评价。

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