摘要：
介紹了威達(dá)牛頓系列模塊在熱電廠調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)模塊在工業(yè)實(shí)時(shí)應(yīng)用中的幾個(gè)要注意的問題進(jìn)行了論述。
某集團(tuán)公司動(dòng)力廠是一個(gè)利用蒸汽透平供熱背壓發(fā)電的熱電廠，由四臺(tái)鍋爐動(dòng)力鍋爐和三臺(tái)發(fā)電系統(tǒng)，兩個(gè)公用系
統(tǒng)三大部分組成。這個(gè)系統(tǒng)設(shè)備多而龐大，相關(guān)檢測(cè)參數(shù)多而分散，因此如何在綜合考慮供熱和發(fā)電效率的條件下，協(xié)
調(diào)各個(gè)設(shè)備的關(guān)聯(lián)運(yùn)行參數(shù)，真正做到高效、低耗、安全運(yùn)行，歷來是這類工廠的一個(gè)難題。系統(tǒng)的九個(gè)設(shè)備操作間分
別相距幾十到幾百米，而動(dòng)力廠的中心調(diào)度室又距現(xiàn)場(chǎng)500 米。整個(gè)生產(chǎn)的指揮和調(diào)度只能靠電話而不可能到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行
監(jiān)控，因此下面操作人員抱假數(shù)，隱瞞生產(chǎn)故障的事情時(shí)有發(fā)生，各個(gè)設(shè)備的操作實(shí)際上是各行其是，調(diào)度基本上是調(diào)
而不度。整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)效率低下，故障頻發(fā)。
為強(qiáng)化生產(chǎn)的調(diào)度和管理，極大地提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，我們以牛頓-7000 系列遠(yuǎn)程檢測(cè)模塊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為
基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)為操作平臺(tái)，完成了該廠的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)。本系統(tǒng)由下層的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和上層的計(jì)算
機(jī)局域網(wǎng)組成，是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜，要求高，功能多，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，涉及面廣的一個(gè)計(jì)算機(jī)工業(yè)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)，本文僅以下層檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中牛頓系列模塊應(yīng)用中的一些重要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)述。 1 系統(tǒng)組成簡(jiǎn)介
圖17 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)方框圖 系統(tǒng)組成如圖17所示，九個(gè)設(shè)備操作間每臺(tái)設(shè)備都有壓力、溫度、流量、液位等若干個(gè)需檢測(cè)的熱工量。檢測(cè)計(jì)算 機(jī)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和上傳的69個(gè)主要檢測(cè)參數(shù)，由分散在每個(gè)儀表盤內(nèi)的九個(gè)牛頓-7017 模塊來完成，這些熱工量通
過變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入牛頓-7017 工業(yè)遠(yuǎn)程檢測(cè)的接口模塊，由模塊內(nèi)置的計(jì)算機(jī)芯片進(jìn)行處理后，通過工業(yè)半
雙工串行數(shù)據(jù)總線RS485將數(shù)據(jù)上傳給檢測(cè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)通過牛頓I-7520 RS485/RS232 接口轉(zhuǎn)換模塊完成與所有
模塊的通信，將所有的檢測(cè)量全部采集到計(jì)算機(jī)上，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，量程轉(zhuǎn)換，并將20個(gè)瞬時(shí)流量參數(shù)，通過對(duì)
同時(shí)采集的溫度、壓力信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的補(bǔ)償、查表計(jì)算，計(jì)算出相應(yīng)的實(shí)際累計(jì)流量值，然后又經(jīng)過一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算和
通過對(duì)溫度、壓力的補(bǔ)償，計(jì)算出相應(yīng)的累計(jì)熱量。這個(gè)過程完成后，將所檢測(cè)的63個(gè)量和40個(gè)計(jì)算出的量通過計(jì)算機(jī)
網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送。
由于現(xiàn)場(chǎng)與調(diào)度室距離很遠(yuǎn)，而且發(fā)電廠的干擾和環(huán)境很差，檢測(cè)計(jì)算機(jī)上傳給服務(wù)器采用了光纖，為了使現(xiàn)場(chǎng)的
重要崗位能夠充分利用系統(tǒng)信息掌握其他設(shè)備的運(yùn)行狀況以協(xié)調(diào)生產(chǎn)，不僅調(diào)度室，生產(chǎn)廠長(zhǎng)辦公室等能夠及時(shí)了解整
個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，在幾個(gè)主要的操作間也從局域網(wǎng)上拉有系統(tǒng)顯示終端。
2 利用牛頓I-7017設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的幾個(gè)問題
熱電廠遠(yuǎn)程調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)典型的在強(qiáng)干擾、環(huán)境惡劣、參數(shù)分散的條件下運(yùn)行的系統(tǒng)，因而是一個(gè)對(duì)系統(tǒng)可靠性
要求很高且實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的檢測(cè)系統(tǒng)。牛頓I-7017是一個(gè)八路A/D轉(zhuǎn)換模塊，具有多種輸入模式，在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和調(diào)試中，
我們體會(huì)到該模塊用于這種工業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、利用RS485總線遠(yuǎn)程組網(wǎng)簡(jiǎn)單等
特點(diǎn)。利用此模塊作為系統(tǒng)的檢測(cè)基礎(chǔ)，在可靠性和實(shí)時(shí)性方面完全可以滿足要求。但要在這種系統(tǒng)中用好該模塊，有幾
個(gè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵必須要處理好，才能充分發(fā)揮其功能。
2.1 關(guān)于原有檢測(cè)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)共存問題
對(duì)老的工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，有一個(gè)既要保留原有的儀表檢測(cè)系統(tǒng)，又要從原有系統(tǒng)中取出一些重要的檢測(cè)信號(hào)
的問題，盡管牛頓模塊有很全的輸入信號(hào)系列，但從設(shè)備上另加任何傳感器、變送器和檢測(cè)線路來組成新的系統(tǒng)都是不
現(xiàn)實(shí)的，只能在現(xiàn)有的系統(tǒng)中取信號(hào)，好在壓力、流量、液位等信號(hào)都是通過變送器送到儀表盤上的，只要將模塊的電
流輸入回路串到變送器的電流輸出回路中，就可以使儀表和模塊同時(shí)對(duì)變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)；麻煩的是溫度信號(hào)，
有相當(dāng)一部分溫度儀表是直接采用熱電偶或熱電阻輸入的，我們利用一體化溫度變送器巧妙地解決了這個(gè)問題，這種一
體化的變送器可以直接裝在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器的鎧裝接線盒內(nèi)，而將現(xiàn)場(chǎng)與儀表盤的原有連線作為對(duì)一體化溫度變送器的供
電和信號(hào)輸出回路，不必另外從現(xiàn)場(chǎng)向儀表盤拉線，僅將溫度儀表的輸入回路改為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸入，將溫度儀表和模
塊的輸入串在變送器的輸出回路上，它們即可同時(shí)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)了。
2.2關(guān)于模塊的輸入回路保護(hù)問題
圖18 模塊輸入回路保護(hù)線路圖
牛頓-7017 模塊因?yàn)榫哂卸喾N輸入模式，因此在內(nèi)部輸入回路上，不好加上保護(hù)系統(tǒng)，而在工業(yè)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，它的
檢測(cè)輸入回路與原有的儀表回路串在一起，容易從線路上引入很強(qiáng)的交流干擾甚至直流干擾信號(hào)，尤其是Ⅱ型壓力變
送器，其輸出回路中串有一個(gè)很大的反饋饋線圈，當(dāng)變送器的電源斷電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的反電勢(shì)（其開路電壓是60V），
將模塊的輸入賄賂達(dá)壞。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，對(duì)某個(gè)回路進(jìn)行斷電檢修是經(jīng)常要做的事情，因此要設(shè)計(jì)一個(gè)既不能影響模塊
正常的檢測(cè)，又要在非正常的高壓發(fā)生是對(duì)模塊的輸入進(jìn)行保護(hù)的線路，我們用兩個(gè)反接的5V穩(wěn)壓管并聯(lián)在作為電流
取樣的125歐姆電阻兩端，形成對(duì)模塊的電流輸入回路，很好地解決了此問題。圖18為實(shí)際的接線圖，這個(gè)圖看起來很
簡(jiǎn)單，但卻十分解決問題，1K電阻與125歐電阻的串聯(lián)在正常檢測(cè)時(shí)可以將模塊輸入端的交直流干擾降低到十分之一，
1K與兩個(gè)反串的穩(wěn)壓管的串聯(lián)則在非正常情況下對(duì)模塊端口的電壓進(jìn)行限幅保護(hù)，值得注意的是雖然模塊端口用做電
流輸入時(shí)最大電壓為2.5 V（20mA×125），但穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值要取高一點(diǎn)，而且要用圖示儀測(cè)試保證在2.5 V時(shí)反串的
穩(wěn)壓管不產(chǎn)生泄露電流以影響模塊的檢測(cè)精度。
2.3關(guān)于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性問題
本機(jī)系統(tǒng)作為工業(yè)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其可靠性和實(shí)時(shí)性有較高的要求，尤其是工業(yè)檢測(cè)計(jì)算機(jī)，它承擔(dān)著整個(gè)系統(tǒng)
的數(shù)據(jù)源的采集和處理工作，為整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的核心部件。其可靠性可以從硬件和軟件兩個(gè)方面來保證，硬件
上采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來完成，它具有很好的抗干擾能力，并帶有看門狗，用電子盤代替硬盤，其可靠性更高；軟件經(jīng)
反復(fù)研究采用DOS下面的BORLAND C 3．1來完成，C語言編程效率高，能直接對(duì)端口進(jìn)行操作，可以與工業(yè)控制機(jī)主板配
合進(jìn)行看門狗定時(shí)器的設(shè)定。本系統(tǒng)要通過對(duì)20種瞬時(shí)流量參數(shù)的檢測(cè)，經(jīng)過溫度和壓力補(bǔ)償，計(jì)算累計(jì)流量，要嚴(yán)格
保證每5秒進(jìn)行一次，因此對(duì)軟件的實(shí)時(shí)性有極高的要求，C語言的高運(yùn)行效率和充分利用系統(tǒng)資源的優(yōu)勢(shì)完全可以滿足
此要求，整個(gè)通信、數(shù)據(jù)采集和時(shí)間處理程序運(yùn)行時(shí)間不超過3秒，保證了5秒的運(yùn)行周期。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的效果證明了
我們?cè)O(shè)計(jì)的正確性，此工業(yè)檢測(cè)計(jì)算機(jī)放置在一個(gè)發(fā)電機(jī)操作間內(nèi)，從99年3月開始運(yùn)行到現(xiàn)在，從未出過任何故障，
包括幾次設(shè)備故障引起發(fā)電機(jī)跳閘的強(qiáng)干擾信號(hào)都沒有影響機(jī)器的正常運(yùn)行。
2.4 關(guān)于模塊通信程序的可靠性問題
由模塊與檢測(cè)計(jì)算機(jī)組成的下層檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)主-從通信系統(tǒng)，由檢測(cè)計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的每一個(gè)模塊進(jìn)行巡檢和依次
進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。計(jì)算機(jī)通過RS485與下層檢測(cè)模塊的通信聯(lián)絡(luò)程序，采用了計(jì)算機(jī)底層BIOS INT14實(shí)現(xiàn)硬件的握手。與檢
測(cè)模塊的通信程序的可靠性也是C語言程序的關(guān)鍵之一，在C 語言程序調(diào)試過程中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檢測(cè)模塊處于隨機(jī)停電的
時(shí)候，C語言程序常常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，而現(xiàn)場(chǎng)某一設(shè)備由于檢修時(shí)會(huì)隨機(jī)使某一模塊所在的全部系統(tǒng)停電，因此在程序設(shè)
計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮此情況的發(fā)生，這是程序運(yùn)行可靠性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。其實(shí)死機(jī)的原因也很簡(jiǎn)單，主機(jī)向某一個(gè)模塊發(fā)
出聯(lián)絡(luò)信號(hào)后，兩個(gè)正在聯(lián)絡(luò)之中，模塊電源斷電，檢測(cè)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間等待模塊的回答信號(hào)，因而出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。解決的方
法也很簡(jiǎn)單，在計(jì)算機(jī)開始與模塊進(jìn)行聯(lián)絡(luò)時(shí)打開定時(shí)器，當(dāng)與某一個(gè)模塊 的聯(lián)絡(luò)時(shí)間超過0.2秒鐘模塊仍無回應(yīng)信號(hào)，
則跳出等待程序，再進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，如三次皆聯(lián)絡(luò)不上，說明該模塊斷電，在屏幕上顯示該模塊的運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)行其他
模塊的聯(lián)絡(luò)。這個(gè)方法還可以避免由于干擾造成的瞬時(shí)通信中斷故障。實(shí)際運(yùn)行效果很好。 3 系統(tǒng)運(yùn)行效果
整個(gè)系統(tǒng)從99年3 月開始運(yùn)行，由于所有重要的參數(shù)全部在各級(jí)生產(chǎn)指揮調(diào)度的監(jiān)控下進(jìn)行運(yùn)行，系統(tǒng)完善的歷史
記錄查詢、參數(shù)超差記錄、參數(shù)運(yùn)行曲線顯示等功能使生產(chǎn)管理的力度大大增加，使整個(gè)生產(chǎn)的效率、效益上了一個(gè)新
的臺(tái)階，99年與98 年同期相比，多發(fā)電近400萬度，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤兩萬噸，新增產(chǎn)值近1000萬，充分體現(xiàn)了利用現(xiàn)代化測(cè)
控技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的威力和效益。
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