adam4011 模块怎么使用

DR-61燃气轮机-发电机组微机监控系统的改造

摘　要： 简要分析了DR-61燃气轮机-发电机组原微机监控系统的特点。针对其不足，设计并试制了一套国产化的微机监控系统，新系统运用当今先进的测控模块，整体结构简单，维修便利。经实际运行验证，方案切实可行，完全满足现场要求。
关键词： 计算机监控； 数据采集； 燃气轮机-发电机组； 串行通信
中图分类号： TK323　　文献标识码： A

Microcomputer Based Supervisory System
for DR-61 Turbine-Generator Unit

HU Peng-fei,　WANG Yuan-bo,　XIAO Jian
(School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)

Abstract： The ch* aracteristics of the micro-computer based supervisory system for DR-61 turbine-generator unit are analyzed briefly in this paper．A new supervisory system using domestic technologies is designed and produced to replace the old one to overcome its shortcomings．Some advanced measuring-controlling modules were utilized to make the system simple, easy to maintain. The design is proved to be successful after it is put into use.
Keywords： computer based supervision; data acquisition; turbine-generator unit; serial communication

　　某油田天然气电力公司目前安装的20MW DR-61燃气轮机-发电机组，1987年从美国DRESSER-RAND公司进口，属于该公司80年代初期产品。该燃气轮机－发电机组的计算机监控系统由两台STD总线工业控制计算机组成，CPU为Z80 。其中一台工控机用于数据采集和监控，另一台用于实现显示功能，两台计算机通过网卡相连。整个系统采用非标准化设计，几乎不具互换性，集成度很低。自从调试运行之后，经常出现故障。故障分析显示，所有故障都发生在计算机监控系统方面。由于该系统是在十几年前制造的，系统的集成度低，而且采用非标准化设计，使得系统抗干扰能力、可维护性和可靠性差，从而造成计算机监控系统屡次出现故障；同时一些电子元器件属于淘汰产品，难以在市场上采购，维护几乎不可能。其结果是整个燃气轮机-发电机组不能正常运行。由于这些原因，更新DR-61燃气轮机-发电机组的计算机监控系统势在必行。

1　原系统简要分析^［1，2］

　　原DRESSER-RAND系统为一集中式监控系统，主要目的是监测燃气轮机-发电机组状态并控制机组的运行。正常运行时监测各参数值，一旦系统发生异常即给出报警信号，发生严重故障时立即控制机组停止运行。DRESSER-RAND系统监测的参数有模拟信号与数字信号（开关量）两大类。模拟信号包括燃气发生器的温度、压力、流量，以及发电机的电压、电流等。其中部分来自信号变送器，形式为4～20 mA的电流信号，还有一部分直接由传感器给出，如热电阻、热电偶等。转速传感器给出脉冲信号（幅值较小）。数字量主要是各种报警信号、越限信号等。数字信号由继电器、行程开关、电磁阀等给出。系统的输出控制信号都是开关量，由继电器输出。
　　原系统使用两台STD工控机， 其中一台用于模拟信号的输入、 开关量的输入/输出，另一台用于管理CRT显示器、控制键盘的输入（即人机界面的管理），两台工控机通过网卡连接在一起。原系统硬件结构如图1所示。

　　原系统主机部分存在严重问题，经常是开机后Watchdog定时器即复位，导致整个机组停机。究其原因，其一是系统出厂至今已届10年时间，部分器件老化，参数极不稳定， 导致系统软件不能正常运行；其二是系统使用了两台计算机且由网卡连接，整体结构复杂，人为增加了系统故障的可能性，使系统抗干扰能力低下。
　　原系统监控软件采用DCL（Dresser-Control-Language）语言编制，其原程序已丢失，资料中只有逻辑流程图，因此分析较为困难。

2　监控系统方案设计

　　由于原监控系统存在诸多毛病且都集中在控制盘内，而经现场测试，机组至控制盘接线未发现错误。因此，在设计制作新的监控系统时，组成原监控系统的模拟量输入机架、开关量输入/输出机架及工控机机架被彻底更换，而机组至控制盘接线未做任何改动，图2给出了新的监控系统结构框图。

2．1　系统硬件设计
　　(1)系统主机采用1台工业PC机。
　　经反复比较，为简化结构并满足监控系统速度要求，系统主机采用工业PC，CPU为Pentium，主频166 MHz。由于主机功能强大，只用一台就能满足监控系统要求，简化了主机结构。CPU卡自带Watchdog定时器，其复位时间约1.6 s。管理计算机选用普通商用计算机，用于记录机组运行历史数据，以备故障发生后查找原因。
　　（2）模拟量输入采用ADAM4000系列模拟信号处理模块。
　　用电路观点来看，系统处理的模拟信号只有4种。分别是：热电偶温度信号2路，测温范围-18 ℃～+982 ℃，用于测量动力透平冷却空气温度，热电偶（K型）经补偿导线直接连接到控制盘；热电阻温度信号36路，测温范围-17.7 ℃～+200 ℃，用于测量燃气轮机及发电机各部分温度，热电阻（Pt100型）直接用导线连接到控制盘。4～20 mA电流信号57路，由变送器输出，用于测试燃气轮机及发电机中的流量、流速、压力、温度、相电压、相电流等参数。转速信号2路，分别用于测量燃气发生器转速（N1）及动力透平转速（N2），传感器输出为脉冲信号，频率为0～5 616.2 Hz及0～12 025 Hz，分别对应转速为0～11 000 r/min及0～65 000 r/min，输出信号为正弦波且幅度较小。
　　ADAM4000系列模拟信号处理模块结构如图3所示。被测模拟信号进入模块后，即由可编程仪表放大器进行调理放大，经低通滤波后即送A/D转换器，转换结果通过光电隔离，最后送入微处理器，此时的信号即可由主控计算机读出。A/D转换精度高达16位，其线性度及抗干扰能力较好。每个模块处理一路模拟信号， 模块电源与信号通道及通讯线路之间完全隔离。针对不同形式的模拟输入信号，分别采用不同的模拟输入通道。

　　ADAM4013模块用于测量热电阻温度信号，它专用于工业热电阻温度测量，采用恒流源方式测量热电阻值。该模块输出200 μA的恒定电流到热电阻，再测量热电阻两端的电压降，经一定换算后直接输出被测温度值。每个ADAM4013模块测量一路热电阻温度信号，可配用铂或镍两种热电阻，测量精度优于±0.05%，热电阻采用2、3或4线接法。模块工作电源为+10 V～+30 V DC，功耗只有1.2 W，特别适合长期连续运行。模块能完成温度信号的隔离、放大、滤波、A/D转换。并计算出最终结果——温度值。
　　ADAM4012模块用于测量来自变送器的4～20 mA电流信号，与ADAM4013模块一样，测量过程全自动化，每个模块处理一路模拟信号。ADAM4011模块用于测量热电偶信号，它可直接测量J、K、T、E、R、S以及B型热电偶，自动进行冷端补偿，直接给出温度值。ADAM4080模块用于N1、N2转速测量，N1、N2转速信号来自磁性传感器，低转速时其输出信号幅值较小，不足以驱动模块输入级（模块设置为隔离输入方式以增加抗干扰能力)，故在传感器与模块之间增加了信号驱动板。
　　ADAM4000系列模块测量结果由RS-485串行口送出，现场信号与计算机、现场各信号之间完全隔离。免除信号之间的相互干扰以及现场干扰对计算机的影响，增加了系统的抗干扰能力。改造系统共使用96个模块，通过网络方式与主机交换信息，如把所有模块连成一个网络，则主机访问每个模块的时间间隔较大，不能满足本系统模拟量巡检速度要求。本系统采用6个RS-485串行口，每个串口连接16个模块，构成6个小规模的网络，这样每个模块的访问周期大约为200 ms，完全满足系统采样速率的要求。PCL-745B为双RS-485串行口插件板，系统共使用了3块，提供6个RS-485串行口。串行通信速率为19.2 kb/s。
　　(3)开关量输入/输出选择使用了PCL722、PCLD782B、PCLD785B三种模板。其中PCL-722接口板是一高密度的数字输入/输出板，单板能处理144位数字信息，它直接插入主机ISA总线槽，也就是说它可直接与CPU交换信息。PCLD-782B是24通道开关量光隔离输入板，它在通道与通道之间以及输入与PCL722板之间提供隔离以防止漂移电位与地线环路干扰，也可以避免输入线串入的强干扰所带来的损坏。PCLD-785B继电器输出板提供24路继电器输出，由24位数字量输出口驱动，每个继电器状态用LED来指示。LED点亮，表示继电器为吸合状态，反之，则为断开状态。
2．2　改造系统软件
　　系统软件完全按模块化设计，共由9个模块组成，分别是：初始化模块、作业调度模块、计时模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、控制模块、报警模块、显示模块、通信模块。各模块功能独立，模块之间的联系通过数据完成，图4给出了系统软件流程图。
　　系统设置了公共数据区。机组的运行参数由输入模块采样后存入公共数据区；其他四个模块则从公共数据区内获取相应参数并以此为依据进行运算处理。监控软件是以状态数据来驱动的。

收稿日期：1999-02-10
作者简介：胡鹏飞(1964—)， 男， 讲师， 硕士
作者单位：西南交通大学 电气工程学院， 四川 成都　610031