研華ADAM5000系列在西鋼汽輪機監(jiān)控上的應用

摘 要：介紹采用ADAM5000系列智能模塊實現(xiàn)熱電廠汽輪發(fā)電機監(jiān)控的一種新方法和RS-485網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件編制。

關鍵詞：ADAM5000，智能模塊，RS-485網(wǎng)絡，監(jiān)控

0.引言

　　西鋼熱電廠有兩套汽輪發(fā)電機組，用于發(fā)電和廠區(qū)及家屬區(qū)供熱。長期以來，測控系統(tǒng)陳舊，備件缺乏，汽機運轉很不順。1999年，公司投資50多萬元，在汽機大修同時，自行研發(fā)了“汽機監(jiān)控系統(tǒng)”。該系統(tǒng)投運以來，狀態(tài)良好，是采用研華ADAM5000系列智能模塊改造老設備的一個成功案例。

1.改造前

　　最初是DDZ-Ⅱ型儀表組成的儀表系統(tǒng)。首次微機化改造后，引進了北京康托公司 “汽機監(jiān)控系統(tǒng)”，屬STD總線。當時，此系統(tǒng)較先進。后期，板卡損毀較頻繁，系統(tǒng)升級換代很快，備件價格昂貴，且很難買到。改造不可避免。

2.系統(tǒng)組成

　　2.1硬件配置

　　該系統(tǒng)I/O共計136點，其中，AI:4～20mA，45點;AI:K偶，10點;AI:Pt100，49點;DI:21點;DO: 11點。

　　主機系統(tǒng)配置：PⅢ450;PCA6176S和PCA6114P4工業(yè)母板;16M內(nèi)存;IPC610機箱（內(nèi)帶大功率電源）; PHILIPS15寸平面直角彩顯;EPSON LQ-1600K針式打印機。

　　智能模塊配置：ADAM4520一塊;ADAM5017六塊;DADAM5018兩塊;ADAM5013十七塊;ADAM5051兩塊;ADAM5056一塊。

　　系統(tǒng)配置圖如下：

　　2.2軟件配置

　　選用Intellution公司開發(fā)的AFIX組態(tài)軟件，運行于Windows NT4.0操作系統(tǒng)。

　　2.3軟硬件簡介

　　1）硬件

　　IPC610工控機：

　　IPC-610 是 19" 機架安裝工業(yè)電腦機箱，專為惡劣工業(yè)環(huán)境設計。此機箱可容納一個 14 槽 PCI/ISA 總線無源底板或者標準 ATX 主板，并支持各種電源?？缮湘i的面板門可防止在未經(jīng)許可的情況下對機箱進行訪問。一個熱插拔過濾冷卻風扇能夠使整個機箱內(nèi)的空氣保持正壓。通過其螺絲夾和防振安裝的驅動器托架，IPC-610 能夠在沖擊、振動和灰塵較多的惡劣環(huán)境下工作。

　　ADAM5000/485：

　　ADAM5000/485系統(tǒng)是通過多通道I/O模塊實現(xiàn)監(jiān)控功能的控制系統(tǒng)，體積緊湊，符合現(xiàn)場總線的趨勢。每個系統(tǒng)由兩部分組成：基座（主單元）和I/O模塊，每個基座可以安裝4個I/O模塊?；窍到y(tǒng)的核心，每個基座包括1個CPU模塊、1個電源模塊、1個4槽底板和3個通訊端口。配置完I/O模塊的ADAM5000/485系統(tǒng)能夠完成現(xiàn)場設備與主機間的信號調(diào)理、數(shù)據(jù)轉換、校準、報警監(jiān)測、內(nèi)部診斷和通信等任務。內(nèi)置看門狗定時器功能可自動復位系統(tǒng)，減少維護量;對不同任務可以使用同一種模塊，極大地簡化了設計工作并降低了維護成本;基于ASCII的命令/響應協(xié)議可確保與任何計算機系統(tǒng)兼容，通訊速率最高可達115.2 Kbps。

　　ADAM-4520：

　　ADAM-4520是RS-232 信號到RS-485信號的轉換器。自動內(nèi)部RS-485總線監(jiān)督 ;自動數(shù)據(jù)流控制 ;3000 Vdc隔離保護;通訊距離達1.2Km（加中繼器后會更遠）。

　　ADAM-5017：

　　ADAM-5017是16位，8通道模擬差分輸入模塊。所有通道都可編程，可接受標準工業(yè)信號。3000 Vdc隔離保護;采樣速度為10采樣點/秒;精度為±0.1%;最大承受電壓±35 V。

　　ADAM-5018：

　　ADAM-5018是16位，8通道熱電偶輸入模塊。所有通道都可編程，可直接接受熱電偶輸入，3000 Vdc隔離保護;采樣速度為10采樣點/秒;精度為±0.1%;最大承受電壓±35 V。

　　ADAM-5013：

　　ADAM-5013是16位，3通道RTD 輸入模塊，所有通道都可編程，可直接接受PT100 或Ni的2線，3線或4線信號。3000 Vdc隔離保護;采樣速度為10采樣點/秒;精度為±0.1%。

　　ADAM-5051：

　　ADAM-5051是16通道數(shù)字量輸入模塊。最大輸入電壓為30 V ;類型功耗為 0.4 W。

　　ADAM-5056：

　　ADAM-5056是16通道數(shù)字量輸出模塊。最大操作電壓為30 V，可控制晶體管繼電器。類型功耗為0.25 W。

　　2）軟件

　　AFIX是Intellution公司開發(fā)的基于Windows的HMI/SCADA組件技術的組態(tài)軟件。它包含兩個全集成的環(huán)境，即配置環(huán)境和運行環(huán)境。

　　配置環(huán)境中提供了創(chuàng)建整潔且易于使用和學習的顯示畫面所必需的所有的圖形、文本、數(shù)據(jù)、動畫和圖表工具。運行環(huán)境提供了觀看這些畫面所必需的方法。配置環(huán)境和運行環(huán)境之間可隨意切換，能夠迅速地測試實時報警和數(shù)據(jù)采集的變化情況。

　　它的功能結構特點可以減少開發(fā)自動化項目的時間，縮短系統(tǒng)升級和維護的時間，與第三方應用程序無縫集成，增強生產(chǎn)力。SCADA部分提供了監(jiān)視管理、報警和控制功能。它能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的絕對集成和實現(xiàn)真正的分布式網(wǎng)絡結構。

3.系統(tǒng)通訊

　　各模塊通過雙絞線連入485網(wǎng)上，主機通過4520模塊與485網(wǎng)連接。各智能模塊被連成總線式。主機系統(tǒng)與智能模塊間用屏蔽雙絞線聯(lián)成RS-485總線式網(wǎng)絡。

　　EIA RS-485是工業(yè)上使用最廣泛的雙向有補償傳輸線標準。它是特別為能夠高速和長距離發(fā)送和接收的工業(yè)系統(tǒng)開發(fā)的。EIA RS-485協(xié)議主要技術指標如下:

　　a）每段最長連接1200M

　　b）傳輸速率在10M波特

　　c）單組雙絞線電纜上的雙向主從通訊

　　ADAM4000模塊完全隔離，并僅用一組雙絞線發(fā)送和接收。因為節(jié)點并行連接，它們可以不連接主機而不影響其余節(jié)點的功能。當節(jié)點通過網(wǎng)絡通訊時，由于采用簡單的命令/回答時序，不會產(chǎn)生發(fā)送沖突?？偸怯幸慌_主機（不帶地址）和幾臺從機（帶地址）通信。主機是IPC機，從機是ADAM智能模塊，當模塊不發(fā)送數(shù)據(jù)時，它們處于偵聽方式。主機與其中一個ADAM智能模塊發(fā)出一個命令/回答序列。命令包含主機想要與之通訊的模塊地址，地址符合的模塊執(zhí)行命令并向主機送出應答:如下圖所示:

4.系統(tǒng)的功能

　　1）監(jiān)控

　　①工藝流程圖畫面

　　各熱工參數(shù)均顯示在流程圖的相應位置上，直觀而形象。相關設備的狀態(tài)由顏色的變化來識別。開機后，系統(tǒng)被設置成自動引導進入主畫面，操作員自動登錄。操作員只被授予“打印”，“查詢”，“察看報警歷史”和“翻頁”等權力。若需修改應用軟件，則只有被授權的工程師登錄，中斷任務，然后才能對整個系統(tǒng)進行操作。

　?、陂y門操作畫面

　　需在計算機上手動調(diào)節(jié)閥門時，用鼠標點擊相應閥門就可彈出該閥門的調(diào)節(jié)窗口可用滑動方式調(diào)節(jié)閥門開度或用開關方式控制開關閥。

　?、圳厔莓嬅?/p>

　　實時趨勢：利用實時趨勢可以分析某個或某幾個熱工參數(shù)的發(fā)展趨勢

　　歷史趨勢：利用歷史趨勢可以查詢某個或某幾個熱工參數(shù)的歷史記錄，便于有關人員分析數(shù)據(jù)和事件。

　　⑦報警畫面

　　顯示所有已確認和未確認的報警信息，可顯示報警參數(shù)名稱、報警值、報警時間和確認時間。設備故障時或主要參數(shù)嚴重超限時，電笛將發(fā)聲。

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　　在系統(tǒng)設置上，每日早8:00打印前24小時報表，也可隨時按“打印”按鈕，選擇時間范圍后，打印機便可輸出報表。硬盤上僅存當前日期前31天的數(shù)據(jù)。

5.系統(tǒng)的設置與調(diào)試

　　1）主機系統(tǒng)的設置

　　Windows NT虛擬內(nèi)存的設定

　　初始值：二倍于實際內(nèi)存

　　最大值：三倍于實際內(nèi)存

　　2）系統(tǒng)配置文件的設置

　　主要完成以下工作

　　a） 確定AFIX到哪里找SCU文件

　　b） 如何設立網(wǎng)絡，以連接到其它節(jié)點

　　c） I/O驅動程序的加載

　　d） I/O驅動程序的設定

　　e） 數(shù)據(jù)庫加載

　　f） 報警和信息送到何處

　　g） 執(zhí)行程序

　　2）輸入模塊的設置與校驗

　　ADAM5000系列自帶可設置與校驗智能模塊的基于DOS的工具軟件。

　　a）設置：分別使每個站點處于“初始”狀態(tài)，設置其波特率，起始位，數(shù)據(jù)位，結束位，奇偶校驗位和地址。本系統(tǒng)的模擬量模塊被設置成接受1～5V標準信號。

　　b）校驗：用工具軟件中的Terminal菜單可直接在RS-485總線上發(fā)送和接收命令。

　　3）主機與各站點通訊的測試

　　用command test或terminal emulation直接在RS-485總線上發(fā)送和接收命令，從而可測試主機與各站點每個通道的通訊情況。

　　4）應用軟件功能塊功能的測試

　　包括記錄功能的測試，查詢功能的測試和報警輸出功能的測試。

　　5）系統(tǒng)波特率的選擇

　　本系統(tǒng)選擇9600。

　　6）網(wǎng)絡終端電阻的確定

　　在每個阻抗不連續(xù)處將引起信號反射和奇變，在傳輸線上發(fā)生阻抗不連續(xù)時，阻抗的影響使信號反射。這就會導致信號奇變。特別在傳輸線的末端，造成不匹配問題。為了消除這種不連續(xù)性，要在終端加上匹配電阻。終端匹配電阻值應盡可能接近傳輸線的特性阻抗值。一般R=120歐。

6.常見問題與處理方法

　　系統(tǒng)投運后一直很穩(wěn)定，但該系統(tǒng)處于較強的電磁環(huán)境中，各類信號錯綜復雜，難免出現(xiàn)過一些問題，概括起來，一般不外乎以下幾種：

　　1）ADAM5017個別模塊的多路轉換器損毀

　　常見原因：3000 Vdc隔離保護的是模塊的CPU，而非模塊本身，一旦某通道的輸入電壓超過最大承受電壓±35 V，模塊的多路轉換器將被損毀。

　　解決辦法：a）更換多路轉換器;b）在容易竄入高頻高壓信號的通道上并入壓敏電容或加上干擾吸收株

　　2）ADAM4520異常

　　常見原因：a）現(xiàn)場電源接反或對地;b）終端電阻開路或阻值過大

　　3）通信故障

　　常見原因：a）通信線路故障;b）各站點的地址設置沖突或被誤改變。

　　3）通信速度太慢

　　常見原因：a）波特率設置太低;b）數(shù)據(jù)庫中的掃描時間過長;c）終端電阻阻抗不匹配。

　　4）系統(tǒng)畫面無法切換

　　常見原因：a）AFIX的安全設置不正確;b）操作員或工程師已登出。

　　解決辦法：重新登錄

7.結語

　　實踐證明，ADAM5000系列用于汽輪機微機測控領域是可行的。系統(tǒng)投運兩年來非常穩(wěn)定，同時，優(yōu)勢明顯：

　　成本極低：IPC+ADAM5000系統(tǒng)是解決中小企業(yè)生產(chǎn)自動化的低成本方案之一，本文即是一個實例。本系統(tǒng)設備投資僅12萬元，遠遠低于用DCS或PLC。

　　極易擴展：硬件上模塊擴展只需通過雙絞線掛接入RS-485總線即可;軟件上由于采用了面向對象編程，使得修改也很容易。此特點大大減少了首次投資。

　　開發(fā)周期短：傳統(tǒng)的編程方式是面向過程，采用C，BASIC等語言，軟件開發(fā)周期長，調(diào)試也較困難。本系統(tǒng)應用軟件的編制包括調(diào)試在內(nèi)，只用了不足一個月的時間。

　　系統(tǒng)投運后，效益顯著，僅發(fā)電一項，年可創(chuàng)利600多萬元，長遠效益更加可觀:不必再投入大筆資金去另外重新開發(fā)控制系統(tǒng)，汽機生產(chǎn)過程中所需的所有監(jiān)控功能都完全可以靠擴展此系統(tǒng)來實現(xiàn)。

參考文獻

　　中國冶金建設協(xié)會《鋼鐵企業(yè)過程檢測和控制自動化設計手冊》 北京：冶金工業(yè)出版社，2002年

　　Richard C. Dorf Robert H. Bishorp 《Modern Control Systems》 北京：科學出版社，2002年

　　Theodore Wildi 《 Electrical Machines,Drives and Power Systems》北京：科學出版社，2002年

　　Intellution培訓中心《AFix培訓手冊》 北京：輕鑫技術開發(fā)公司出版，1996年