摘 要：介紹采用ADAM5000系列智能模塊實現熱電廠汽輪發電機監控的一種新方法和RS-485網絡控制系統的硬件組成和軟件編制。 關鍵詞：ADAM5000，智能模塊，RS-485網絡，監控 0.引言 　　西鋼熱電廠有兩套汽輪發電機組，用于發電和廠區及家屬區供熱。長期以來，測控系統陳舊，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，自行研發了“汽機監控系統”。該系統投運以來，狀態良好，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。首次微機化改造后，引進了北京康托公司 “汽機監控系統”，屬STD總線。當時，此系統較先進。后期，板卡損毀較頻繁，系統升級換代很快，備件價格昂貴，且很難買到。改造不可避免。 2.系統組成 　　2.1硬件配置 　　該系統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。 　　主機系統配置：PⅢ450;PCA6176S和PCA6114P4工業母板;16M內存;IPC610機箱（內帶大功率電源）; 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。 　　系統配置圖如下： [align=center] 圖1:系統配置圖[/align] 　　2.2軟件配置 　　選用Intellution公司開發的AFIX組態軟件，運行于Windows NT4.0操作系統。 　　2.3軟硬件簡介 　　1）硬件 　　IPC610工控機： 　　IPC-610 是 19" 機架安裝工業電腦機箱，專為惡劣工業環境設計。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。可上鎖的面板門可防止在未經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境下工作。 　　ADAM5000/485： 　　ADAM5000/485系統是通過多通道I/O模塊實現監控功能的控制系統，體積緊湊，符合現場總線的趨勢。每個系統由兩部分組成：基座（主單元）和I/O模塊，每個基座可以安裝4個I/O模塊。基座是系統的核心，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系統能夠完成現場設備與主機間的信號調理、數據轉換、校準、報警監測、內部診斷和通信等任務。內置看門狗定時器功能可自動復位系統，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/響應協議可確保與任何計算機系統兼容，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。自動內部RS-485總線監督 ;自動數據流控制 ;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公司開發的基于Windows的HMI/SCADA組件技術的組態軟件。它包含兩個全集成的環境，即配置環境和運行環境。 　　配置環境中提供了創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、數據、動畫和圖表工具。運行環境提供了觀看這些畫面所必需的方法。配置環境和運行環境之間可隨意切換，能夠迅速地測試實時報警和數據采集的變化情況。 　　它的功能結構特點可以減少開發自動化項目的時間，縮短系統升級和維護的時間，與第三方應用程序無縫集成，增強生產力。SCADA部分提供了監視管理、報警和控制功能。它能夠實現數據的絕對集成和實現真正的分布式網絡結構。 3.系統通訊 　　各模塊通過雙絞線連入485網上，主機通過4520模塊與485網連接。各智能模塊被連成總線式。主機系統與智能模塊間用屏蔽雙絞線聯成RS-485總線式網絡。 　　EIA RS-485是工業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送和接收的工業系統開發的。EIA RS-485協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送和接收。因為節點并行連接，它們可以不連接主機而不影響其余節點的功能。當節點通過網絡通訊時，由于采用簡單的命令/回答時序，不會產生發送沖突。總是有一臺主機（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，當模塊不發送數據時，它們處于偵聽方式。主機與其中一個ADAM智能模塊發出一個命令/回答序列。命令包含主機想要與之通訊的模塊地址，地址符合的模塊執行命令并向主機送出應答:如下圖所示: [align=center] 圖2:RS-485協議下的通訊時序圖[/align] 4.系統的功能 　　1）監控 　　①工藝流程圖畫面 　　各熱工參數均顯示在流程圖的相應位置上，直觀而形象。相關設備的狀態由顏色的變化來識別。開機后，系統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進行操作。 　　②閥門操作畫面 　　需在計算機上手動調節閥門時，用鼠標點擊相應閥門就可彈出該閥門的調節窗口可用滑動方式調節閥門開度或用開關方式控制開關閥。 　　③趨勢畫面 　　實時趨勢：利用實時趨勢可以分析某個或某幾個熱工參數的發展趨勢 　　歷史趨勢：利用歷史趨勢可以查詢某個或某幾個熱工參數的歷史記錄，便于有關人員分析數據和事件。 　　⑦報警畫面 　　顯示所有已確認和未確認的報警信息，可顯示報警參數名稱、報警值、報警時間和確認時間。設備故障時或主要參數嚴重超限時，電笛將發聲。 　　⑧報表打印 　　在系統設置上，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天的數據。 5.系統的設置與調試 　　1）主機系統的設置 　　Windows NT虛擬內存的設定 　　初始值：二倍于實際內存 　　最大值：三倍于實際內存 　　2）系統配置文件的設置 　　主要完成以下工作 　　a） 確定AFIX到哪里找SCU文件 　　b） 如何設立網絡，以連接到其它節點 　　c） I/O驅動程序的加載 　　d） I/O驅動程序的設定 　　e） 數據庫加載 　　f） 報警和信息送到何處 　　g） 執行程序 　　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，設置其波特率，起始位，數據位，結束位，奇偶校驗位和地址。本系統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）系統波特率的選擇 　　本系統選擇9600。 　　6）網絡終端電阻的確定 　　在每個阻抗不連續處將引起信號反射和奇變，在傳輸線上發生阻抗不連續時，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 　　系統投運后一直很穩定，但該系統處于較強的電磁環境中，各類信號錯綜復雜，難免出現過一些問題，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）數據庫中的掃描時間過長;c）終端電阻阻抗不匹配。 　　4）系統畫面無法切換 　　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。系統投運兩年來非常穩定，同時，優勢明顯： 　　成本極低：IPC+ADAM5000系統是解決中小企業生產自動化的低成本方案之一，本文即是一個實例。本系統設備投資僅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。 　　開發周期短：傳統的編程方式是面向過程，采用C，BASIC等語言，軟件開發周期長，調試也較困難。本系統應用軟件的編制包括調試在內，只用了不足一個月的時間。 　　系統投運后，效益顯著，僅發電一項，年可創利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控制系統，汽機生產過程中所需的所有監控功能都完全可以靠擴展此系統來實現。 參考文獻 　　中國冶金建設協會《鋼鐵企業過程檢測和控制自動化設計手冊》 北京：冶金工業出版社，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：輕鑫技術開發公司出版，1996年