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上一层
                         牛顿系列模块在--热电厂远程计算机调度系统中的应用
                                              
摘要:
    介绍了威达牛顿系列模块在热电厂调度系统中的应用,并对模块在工业实时应用中的几个要注意的问题进行了论述。
    某集团公司动力厂是一个利用蒸汽透平供热背压发电的热电厂,由四台锅炉动力锅炉和三台发电系统,两个公用系
统三大部分组成。这个系统设备多而庞大,相关检测参数多而分散,因此如何在综合考虑供热和发电效率的条件下,协
调各个设备的关联运行参数,真正做到高效、低耗、安全运行,历来是这类工厂的一个难题。系统的九个设备操作间分
别相距几十到几百米,而动力厂的中心调度室又距现场500 米。整个生产的指挥和调度只能靠电话而不可能到现场进行
监控,因此下面操作人员抱假数,隐瞒生产故障的事情时有发生,各个设备的操作实际上是各行其是,调度基本上是调
而不度。整个系统生产效率低下,故障频发。
    为强化生产的调度和管理,极大地提高生产效率和降低生产成本,我们以牛顿-7000 系列远程检测模块网络系统为
基础,以计算机局域网络为操作平台,完成了该厂的远程计算机调度系统。本系统由下层的检测网络系统和上层的计算
机局域网组成,是一个系统复杂,要求高,功能多,实时性强,涉及面广的一个计算机工业检测网络和计算机通信网络
系统,本文仅以下层检测网络中牛顿系列模块应用中的一些重要点进行简述。

    1 系统组成简介
                                       图17  系统组成结构方框图

                               
    系统组成如图17所示,九个设备操作间每台设备都有压力、温度、流量、液位等若干个需检测的热工量。检测计算
机需要进行数据处理和上传的69个主要检测参数,由分散在每个仪表盘内的九个牛顿-7017 模块来完成,这些热工量通
过变送器转换为标准信号送入牛顿-7017 工业远程检测的接口模块,由模块内置的计算机芯片进行处理后,通过工业半
双工串行数据总线RS485将数据上传给检测计算机,工业计算机通过牛顿I-7520 RS485/RS232 接口转换模块完成与所有
模块的通信,将所有的检测量全部采集到计算机上,然后对数据进行处理,量程转换,并将20个瞬时流量参数,通过对
同时采集的温度、压力信号进行复杂的补偿、查表计算,计算出相应的实际累计流量值,然后又经过一个复杂的计算和
通过对温度、压力的补偿,计算出相应的累计热量。这个过程完成后,将所检测的63个量和40个计算出的量通过计算机
网络进行传送。
    由于现场与调度室距离很远,而且发电厂的干扰和环境很差,检测计算机上传给服务器采用了光纤,为了使现场的
重要岗位能够充分利用系统信息掌握其他设备的运行状况以协调生产,不仅调度室,生产厂长办公室等能够及时了解整
个系统运行的状况,在几个主要的操作间也从局域网上拉有系统显示终端。


    2 利用牛顿I-7017设计实时检测系统的几个问题
    热电厂远程调度系统是一个典型的在强干扰、环境恶劣、参数分散的条件下运行的系统,因而是一个对系统可靠性
要求很高且实时性很强的检测系统。牛顿I-7017是一个八路A/D转换模块,具有多种输入模式,在本项目的设计和调试中,
我们体会到该模块用于这种工业实时测控系统,具有可靠性高、抗干扰能力强、精度高、利用RS485总线远程组网简单等
特点。利用此模块作为系统的检测基础,在可靠性和实时性方面完全可以满足要求。但要在这种系统中用好该模块,有几
个设计关键必须要处理好,才能充分发挥其功能。


    2.1  关于原有检测系统与计算机检测系统共存问题
    对老的工业系统进行技术改造,有一个既要保留原有的仪表检测系统,又要从原有系统中取出一些重要的检测信号
的问题,尽管牛顿模块有很全的输入信号系列,但从设备上另加任何传感器、变送器和检测线路来组成新的系统都是不
现实的,只能在现有的系统中取信号,好在压力、流量、液位等信号都是通过变送器送到仪表盘上的,只要将模块的电
流输入回路串到变送器的电流输出回路中,就可以使仪表和模块同时对变送器的输出信号进行检测;麻烦的是温度信号,
有相当一部分温度仪表是直接采用热电偶或热电阻输入的,我们利用一体化温度变送器巧妙地解决了这个问题,这种一
体化的变送器可以直接装在现场的传感器的铠装接线盒内,而将现场与仪表盘的原有连线作为对一体化温度变送器的供
电和信号输出回路,不必另外从现场向仪表盘拉线,仅将温度仪表的输入回路改为标准电流信号输入,将温度仪表和模
块的输入串在变送器的输出回路上,它们即可同时对温度信号进行检测了。
                               
    2.2关于模块的输入回路保护问题
                                            图18   模块输入回路保护线路图
    牛顿-7017 模块因为具有多种输入模式,因此在内部输入回路上,不好加上保护系统,而在工业检测现场,它的
检测输入回路与原有的仪表回路串在一起,容易从线路上引入很强的交流干扰甚至直流干扰信号,尤其是Ⅱ型压力变
送器,其输出回路中串有一个很大的反馈馈线圈,当变送器的电源断电时,会产生很高的反电势(其开路电压是60V),
将模块的输入贿赂达坏。在现场应用,对某个回路进行断电检修是经常要做的事情,因此要设计一个既不能影响模块
正常的检测,又要在非正常的高压发生是对模块的输入进行保护的线路,我们用两个反接的5V稳压管并联在作为电流
取样的125欧姆电阻两端,形成对模块的电流输入回路,很好地解决了此问题。图18为实际的接线图,这个图看起来很
简单,但却十分解决问题,1K电阻与125欧电阻的串联在正常检测时可以将模块输入端的交直流干扰降低到十分之一,
1K与两个反串的稳压管的串联则在非正常情况下对模块端口的电压进行限幅保护,值得注意的是虽然模块端口用做电
流输入时最大电压为2.5 V(20mA×125),但稳压管的稳压值要取高一点,而且要用图示仪测试保证在2.5 V时反串的
稳压管不产生泄露电流以影响模块的检测精度。


    2.3关于系统的实时性和可靠性问题
    本机系统作为工业实时检测系统,对其可靠性和实时性有较高的要求,尤其是工业检测计算机,它承担着整个系统
的数据源的采集和处理工作,为整个系统能否正常运行的核心部件。其可靠性可以从硬件和软件两个方面来保证,硬件
上采用工业控制计算机来完成,它具有很好的抗干扰能力,并带有看门狗,用电子盘代替硬盘,其可靠性更高;软件经
反复研究采用DOS下面的BORLAND C 3.1来完成,C语言编程效率高,能直接对端口进行操作,可以与工业控制机主板配
合进行看门狗定时器的设定。本系统要通过对20种瞬时流量参数的检测,经过温度和压力补偿,计算累计流量,要严格
保证每5秒进行一次,因此对软件的实时性有极高的要求,C语言的高运行效率和充分利用系统资源的优势完全可以满足
此要求,整个通信、数据采集和时间处理程序运行时间不超过3秒,保证了5秒的运行周期。系统实际运行的效果证明了
我们设计的正确性,此工业检测计算机放置在一个发电机操作间内,从99年3月开始运行到现在,从未出过任何故障,
包括几次设备故障引起发电机跳闸的强干扰信号都没有影响机器的正常运行。
                               
     2.4 关于模块通信程序的可靠性问题
    由模块与检测计算机组成的下层检测网络是一个主-从通信系统,由检测计算机对系统的每一个模块进行巡检和依次
进行通信联络。计算机通过RS485与下层检测模块的通信联络程序,采用了计算机底层BIOS INT14实现硬件的握手。与检
测模块的通信程序的可靠性也是C语言程序的关键之一,在C 语言程序调试过程中我们发现,当检测模块处于随机停电的
时候,C语言程序常常出现死机现象,而现场某一设备由于检修时会随机使某一模块所在的全部系统停电,因此在程序设
计时应充分考虑此情况的发生,这是程序运行可靠性设计的重要内容。其实死机的原因也很简单,主机向某一个模块发
出联络信号后,两个正在联络之中,模块电源断电,检测机长时间等待模块的回答信号,因而出现死机现象。解决的方
法也很简单,在计算机开始与模块进行联络时打开定时器,当与某一个模块 的联络时间超过0.2秒钟模块仍无回应信号,
则跳出等待程序,再进行联络,如三次皆联络不上,说明该模块断电,在屏幕上显示该模块的运行状态,然后进行其他
模块的联络。这个方法还可以避免由于干扰造成的瞬时通信中断故障。实际运行效果很好。

    3 系统运行效果
    整个系统从99年3 月开始运行,由于所有重要的参数全部在各级生产指挥调度的监控下进行运行,系统完善的历史
记录查询、参数超差记录、参数运行曲线显示等功能使生产管理的力度大大增加,使整个生产的效率、效益上了一个新
的台阶,99年与98 年同期相比,多发电近400万度,节约标准煤两万吨,新增产值近1000万,充分体现了利用现代化测
控技术改造传统产业的威力和效益。
 
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