研华ADAM5000系列在西钢汽轮机监控上的应用

关键词：ADAM5000，智能模块，RS-485网络，监控

0.引言

　　西钢热电厂有两套汽轮发电机组，用于发电和厂区及家属区供热。长期以来，测控系统陈旧，备件缺乏，汽机运转很不顺。1999年，公司投资50多万元，在汽机大修同时，自行研发了“汽机监控系统”。该系统投运以来，状态良好，是采用研华ADAM5000系列智能模块改造老设备的一个成功案例。

1.改造前

　　最初是DDZ-Ⅱ型仪表组成的仪表系统。首次微机化改造后，引进了北京康托公司 “汽机监控系统”，属STD总线。当时，此系统较先进。后期，板卡损毁较频繁，系统升级换代很快，备件价格昂贵，且很难买到。改造不可避免。

2.系统组成

　　2.1硬件配置

　　该系统I/O共计136点，其中，AI:4～20mA，45点;AI:K偶，10点;AI:Pt100，49点;DI:21点;DO: 11点。

　　主机系统配置：PⅢ450;PCA6176S和PCA6114P4工业母板;16M内存;IPC610机箱（内带大功率电源）; PHILIPS15寸平面直角彩显;EPSON LQ-1600K针式打印机。

　　智能模块配置：ADAM4520一块;ADAM5017六块;DADAM5018两块;ADAM5013十七块;ADAM5051两块;ADAM5056一块。

　　系统配置图如下：

图1:系统配置图

　　2.2软件配置

　　选用Intellution公司开发的AFIX组态软件，运行于Windows NT4.0操作系统。

　　2.3软硬件简介

　　1）硬件

　　IPC610工控机：

　　IPC-610 是 19" 机架安装工业电脑机箱，专为恶劣工业环境设计。此机箱可容纳一个 14 槽 PCI/ISA 总线无源底板或者标准 ATX 主板，并支持各种电源。可上锁的面板门可防止在未经许可的情况下对机箱进行访问。一个热插拔过滤冷却风扇能够使整个机箱内的空气保持正压。通过其螺丝夹和防振安装的驱动器托架，IPC-610 能够在冲击、振动和灰尘较多的恶劣环境下工作。

　　ADAM5000/485：

　　ADAM5000/485系统是通过多通道I/O模块实现监控功能的控制系统，体积紧凑，符合现场总线的趋势。每个系统由两部分组成：基座（主单元）和I/O模块，每个基座可以安装4个I/O模块。基座是系统的核心，每个基座包括1个CPU模块、1个电源模块、1个4槽底板和3个通讯端口。配置完I/O模块的ADAM5000/485系统能够完成现场设备与主机间的信号调理、数据转换、校准、报警监测、内部诊断和通信等任务。内置看门狗定时器功能可自动复位系统，减少维护量;对不同任务可以使用同一种模块，极大地简化了设计工作并降低了维护成本;基于ASCII的命令/响应协议可确保与任何计算机系统兼容，通讯速率最高可达115.2 Kbps。

　　ADAM-4520：

　　ADAM-4520是RS-232 信号到RS-485信号的转换器。自动内部RS-485总线监督 ;自动数据流控制 ;3000 Vdc隔离保护;通讯距离达1.2Km（加中继器后会更远）。

　　ADAM-5017：

　　ADAM-5017是16位，8通道模拟差分输入模块。所有通道都可编程，可接受标准工业信号。3000 Vdc隔离保护;采样速度为10采样点/秒;精度为±0.1%;最大承受电压±35 V。

　　ADAM-5018：

　　ADAM-5018是16位，8通道热电偶输入模块。所有通道都可编程，可直接接受热电偶输入，3000 Vdc隔离保护;采样速度为10采样点/秒;精度为±0.1%;最大承受电压±35 V。

　　ADAM-5013：

　　ADAM-5013是16位，3通道RTD 输入模块，所有通道都可编程，可直接接受PT100 或Ni的2线，3线或4线信号。3000 Vdc隔离保护;采样速度为10采样点/秒;精度为±0.1%。

　　ADAM-5051：

　　ADAM-5051是16通道数字量输入模块。最大输入电压为30 V ;类型功耗为 0.4 W。

　　ADAM-5056：

　　ADAM-5056是16通道数字量输出模块。最大操作电压为30 V，可控制晶体管继电器。类型功耗为0.25 W。

　　2）软件

　　AFIX是Intellution公司开发的基于Windows的HMI/SCADA组件技术的组态软件。它包含两个全集成的环境，即配置环境和运行环境。

　　配置环境中提供了创建整洁且易于使用和学习的显示画面所必需的所有的图形、文本、数据、动画和图表工具。运行环境提供了观看这些画面所必需的方法。配置环境和运行环境之间可随意切换，能够迅速地测试实时报警和数据采集的变化情况。

　　它的功能结构特点可以减少开发自动化项目的时间，缩短系统升级和维护的时间，与第三方应用程序无缝集成，增强生产力。SCADA部分提供了监视管理、报警和控制功能。它能够实现数据的绝对集成和实现真正的分布式网络结构。

3.系统通讯

　　各模块通过双绞线连入485网上，主机通过4520模块与485网连接。各智能模块被连成总线式。主机系统与智能模块间用屏蔽双绞线联成RS-485总线式网络。

　　EIA RS-485是工业上使用最广泛的双向有补偿传输线标准。它是特别为能够高速和长距离发送和接收的工业系统开发的。EIA RS-485协议主要技术指标如下:

　　a）每段最长连接1200M

　　b）传输速率在10M波特

　　c）单组双绞线电缆上的双向主从通讯

　　ADAM4000模块完全隔离，并仅用一组双绞线发送和接收。因为节点并行连接，它们可以不连接主机而不影响其余节点的功能。当节点通过网络通讯时，由于采用简单的命令/回答时序，不会产生发送冲突。总是有一台主机（不带地址）和几台从机（带地址）通信。主机是IPC机，从机是ADAM智能模块，当模块不发送数据时，它们处于侦听方式。主机与其中一个ADAM智能模块发出一个命令/回答序列。命令包含主机想要与之通讯的模块地址，地址符合的模块执行命令并向主机送出应答:如下图所示:

图2:RS-485协议下的通讯时序图

4.系统的功能

　　1）监控

　　①工艺流程图画面

　　各热工参数均显示在流程图的相应位置上，直观而形象。相关设备的状态由颜色的变化来识别。开机后，系统被设置成自动引导进入主画面，操作员自动登录。操作员只被授予“打印”，“查询”，“察看报警历史”和“翻页”等权力。若需修改应用软件，则只有被授权的工程师登录，中断任务，然后才能对整个系统进行操作。

　　②阀门操作画面

　　需在计算机上手动调节阀门时，用鼠标点击相应阀门就可弹出该阀门的调节窗口可用滑动方式调节阀门开度或用开关方式控制开关阀。

　　③趋势画面

　　实时趋势：利用实时趋势可以分析某个或某几个热工参数的发展趋势

　　历史趋势：利用历史趋势可以查询某个或某几个热工参数的历史记录，便于有关人员分析数据和事件。

　　⑦报警画面

　　显示所有已确认和未确认的报警信息，可显示报警参数名称、报警值、报警时间和确认时间。设备故障时或主要参数严重超限时，电笛将发声。

　　⑧报表打印

　　在系统设置上，每日早8:00打印前24小时报表，也可随时按“打印”按钮，选择时间范围后，打印机便可输出报表。硬盘上仅存当前日期前31天的数据。

5.系统的设置与调试

　　1）主机系统的设置

　　Windows NT虚拟内存的设定

　　初始值：二倍于实际内存

　　最大值：三倍于实际内存

　　2）系统配置文件的设置

　　主要完成以下工作

　　a） 确定AFIX到哪里找SCU文件

　　b） 如何设立网络，以连接到其它节点

　　c） I/O驱动程序的加载

　　d） I/O驱动程序的设定

　　e） 数据库加载

　　f） 报警和信息送到何处

　　g） 执行程序

　　2）输入模块的设置与校验

　　ADAM5000系列自带可设置与校验智能模块的基于DOS的工具软件。

　　a）设置：分别使每个站点处于“初始”状态，设置其波特率，起始位，数据位，结束位，奇偶校验位和地址。本系统的模拟量模块被设置成接受1～5V标准信号。

　　b）校验：用工具软件中的Terminal菜单可直接在RS-485总线上发送和接收命令。

　　3）主机与各站点通讯的测试

　　用command test或terminal emulation直接在RS-485总线上发送和接收命令，从而可测试主机与各站点每个通道的通讯情况。

　　4）应用软件功能块功能的测试

　　包括记录功能的测试，查询功能的测试和报警输出功能的测试。

　　5）系统波特率的选择

　　本系统选择9600。

　　6）网络终端电阻的确定

　　在每个阻抗不连续处将引起信号反射和奇变，在传输线上发生阻抗不连续时，阻抗的影响使信号反射。这就会导致信号奇变。特别在传输线的末端，造成不匹配问题。为了消除这种不连续性，要在终端加上匹配电阻。终端匹配电阻值应尽可能接近传输线的特性阻抗值。一般R=120欧。

6.常见问题与处理方法

　　系统投运后一直很稳定，但该系统处于较强的电磁环境中，各类信号错综复杂，难免出现过一些问题，概括起来，一般不外乎以下几种：

　　1）ADAM5017个别模块的多路转换器损毁

　　常见原因：3000 Vdc隔离保护的是模块的CPU，而非模块本身，一旦某通道的输入电压超过最大承受电压±35 V，模块的多路转换器将被损毁。

　　解决办法：a）更换多路转换器;b）在容易窜入高频高压信号的通道上并入压敏电容或加上干扰吸收株

　　2）ADAM4520异常

　　常见原因：a）现场电源接反或对地;b）终端电阻开路或阻值过大

　　3）通信故障

　　常见原因：a）通信线路故障;b）各站点的地址设置冲突或被误改变。

　　3）通信速度太慢

　　常见原因：a）波特率设置太低;b）数据库中的扫描时间过长;c）终端电阻阻抗不匹配。

　　4）系统画面无法切换

　　常见原因：a）AFIX的安全设置不正确;b）操作员或工程师已登出。

　　解决办法：重新登录

7.结语

　　实践证明，ADAM5000系列用于汽轮机微机测控领域是可行的。系统投运两年来非常稳定，同时，优势明显：

　　成本极低：IPC+ADAM5000系统是解决中小企业生产自动化的低成本方案之一，本文即是一个实例。本系统设备投资仅12万元，远远低于用DCS或PLC。

　　极易扩展：硬件上模块扩展只需通过双绞线挂接入RS-485总线即可;软件上由于采用了面向对象编程，使得修改也很容易。此特点大大减少了首次投资。

　　开发周期短：传统的编程方式是面向过程，采用C，BASIC等语言，软件开发周期长，调试也较困难。本系统应用软件的编制包括调试在内，只用了不足一个月的时间。

　　系统投运后，效益显著，仅发电一项，年可创利600多万元，长远效益更加可观:不必再投入大笔资金去另外重新开发控制系统，汽机生产过程中所需的所有监控功能都完全可以靠扩展此系统来实现。

参考文献

　　中国冶金建设协会《钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册》 北京：冶金工业出版社，2002年

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

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

　　Intellution培训中心《AFix培训手册》 北京：轻鑫技术开发公司出版，1996年