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一種新型的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
摘要：在介紹LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中水輪機(jī)組的各種參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，為綜合評(píng)估機(jī)組的狀態(tài)、分配機(jī)組故障隱患、實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供良好的基礎(chǔ)。給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和主要硬件的設(shè)計(jì)、報(bào)文傳輸協(xié)議和系統(tǒng)通信軟件的設(shè)計(jì)以及故障診斷的實(shí)例。關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè) LONWORKS 神經(jīng)元芯片
水電機(jī)組是電力網(wǎng)絡(luò)中的重要元件，保證大型水電機(jī)組的正常運(yùn)行，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“事前檢修”是工程界夢(mèng)寐以求的理想，也是大型電站機(jī)組檢修的發(fā)展方向。實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以減少機(jī)組停機(jī)時(shí)間，提高利用率。
這里所說(shuō)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)際上是對(duì)水輪機(jī)組眾多參數(shù)進(jìn)行的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。水輪機(jī)組的參數(shù)較多，為了分析方便，對(duì)部分參數(shù)還需要進(jìn)行高速采樣。這樣，一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常要由分布在不同現(xiàn)場(chǎng)位置的多個(gè)采集節(jié)點(diǎn)組成。各節(jié)點(diǎn)將大量的采集數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，由上位機(jī)從多角度評(píng)估機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。采用全數(shù)字化通信的現(xiàn)場(chǎng)總線整合整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制，抵抗各種干擾因素，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。于是，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線的水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
1 LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)
LONWORKS總線是美國(guó)Echelon公司推出的一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。具有開(kāi)放性、高速性和互操作性；采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，降低了開(kāi)發(fā)難度；支持多種傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)容量可達(dá)32000個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)通信速率可達(dá)1.25Mbps/130m，直接通信距離可達(dá)2700m/78kbps；其網(wǎng)絡(luò)采取了配置1500V直流隔離變壓器進(jìn)行隔離等適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的措施，具有很強(qiáng)的抗干擾、抗振動(dòng)能力，適合于水電廠等較惡劣的工業(yè)環(huán)境。
在水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，有幾十個(gè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，它們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將采樣結(jié)果傳送到距離較遠(yuǎn)的上位機(jī)，并且數(shù)據(jù)通信頻繁。考慮到LONWORKS總線技術(shù)具有強(qiáng)大的強(qiáng)信能力，以LON總線來(lái)組成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的通信軟、硬件設(shè)計(jì)，使數(shù)據(jù)的傳輸與通訊變得十分便捷。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
基于LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線的水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位監(jiān)控機(jī)和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和傳送。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)包括壓力監(jiān)測(cè)；溫度監(jiān)測(cè)；水位及油位等液位監(jiān)測(cè)；水流量監(jiān)測(cè)；機(jī)組振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)、機(jī)組電氣監(jiān)測(cè)、機(jī)組轉(zhuǎn)速及導(dǎo)葉開(kāi)度監(jiān)測(cè)、效率監(jiān)測(cè)；水淪機(jī)氣蝕監(jiān)測(cè)；發(fā)電機(jī)氣隙監(jiān)測(cè)；發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)；尾水管真空監(jiān)測(cè)等。
各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)LONWORKS總線組成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。用開(kāi)發(fā)的LONWORKS-ETHERNET互連適配器把LON總線上采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UDP格式，利用速度較高的工業(yè)以太網(wǎng)將其發(fā)送到上位同，再把上位下達(dá)的命令轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)onTalk協(xié)議的形式發(fā)給各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和底層各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)之間的通信。與以短訓(xùn)班采用昂貴的LON總線適配器的方法相比，這種方法既提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度又節(jié)省了方法費(fèi)用。上位機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)傳送上來(lái)的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存進(jìn)MS-SQLSERVER2000數(shù)據(jù)庫(kù)，提供人機(jī)交互的界面，并完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的圖形化、
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