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案例頻道（上海特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200062）
王化南，嚴(yán)禎榮
王化南（1981-）男，上海人，工學(xué)碩士，工程師，主要從事鍋爐熱性能檢測(cè)方面的研究和鍋爐、容器產(chǎn)品的監(jiān)督檢驗(yàn)工作。
基金項(xiàng)目：國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（No.2009QK112）；上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局公益項(xiàng)目（NO.2009-18）
摘要：本文介紹了基于CAN總線的汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，改進(jìn)后系統(tǒng)可以將監(jiān)測(cè)到的各種現(xiàn)場(chǎng)信息轉(zhuǎn)化成符合CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)可以傳遞到遠(yuǎn)程的控制室，實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：CAN；汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
Abstract: The paper introduces the design of the intelligence node of TSI(Turbine Supervision Instrumentation) system based on CAN-BUS.The improved system can transform each kind of information on the spot into the standard data of CAN ,So the data may be transmitted to the control room longdistance away and thus remote controlling can be realized authentically.
Key words: CAN; TSI system
1 引言
汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instrumentation,TSI）是一種連續(xù)監(jiān)測(cè)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子和汽缸機(jī)械工作參數(shù)的多路監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行起著重要的作用。由于汽輪發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，對(duì)汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表（TSI）的要求越來越高，使用的傳感器的類型和數(shù)量也較原來大為增加，這樣就大大增加了現(xiàn)場(chǎng)中電纜的使用長(zhǎng)度以及系統(tǒng)安裝的復(fù)雜性大為提高，使系統(tǒng)的可靠性得不到保證。
所以本文研究了基于CAN總線的儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠工作和降低成本之外，還要具有通用性、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。減少現(xiàn)場(chǎng)電纜的長(zhǎng)度和安裝的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的可靠性[1,2]。
圖1 系統(tǒng)示意圖
2 互聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊的總體設(shè)計(jì)方案
由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的運(yùn)用，可以將整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量、故障分析、故障診斷與系統(tǒng)管理通過CAN總線被納入一套系統(tǒng)之中，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，投資省的優(yōu)點(diǎn)。處于底層的智能傳感器負(fù)責(zé)進(jìn)行機(jī)組振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量與傳輸；網(wǎng)絡(luò)上的PC（工程師站）對(duì)振動(dòng)解析系統(tǒng)中的各個(gè)智能設(shè)備的工作模式進(jìn)行組態(tài)；同時(shí)可以觀察振動(dòng)的趨勢(shì)，振動(dòng)的頻譜等。將振動(dòng)的報(bào)警判別和CANT（即快速傅立葉變換）分析功能下放到CAN振動(dòng)傳感器，以提高實(shí)時(shí)性。
3 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)中連接在CAN總線上的TSI儀表稱之為智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，TSI儀表由傳感器、振動(dòng)信號(hào)處理電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，微處理接口電路和CAN總線通信模塊組成，其中微處理器CPU采用AT89C51。CAN振動(dòng)TSI儀表結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。先由汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表TSI獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)，然后通過儀表內(nèi)部的單片機(jī)完成對(duì)CAN總線控制芯片MCP2510的初始化和訪問其內(nèi)部的收發(fā)緩沖器，來實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN的操作并將需要發(fā)送/接收的CAN數(shù)據(jù)幀由CAN總線收發(fā)器MCP2551，發(fā)送/接收到CAN總線上面去，其中為了增強(qiáng)抗干擾能力，采用了光電隔離的方法。上位控制網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)主要是用來將智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過CAN總線所傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理并顯示給監(jiān)控人員，以利于監(jiān)控人員根據(jù)儀表數(shù)據(jù)來對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行自動(dòng)控制，并將生產(chǎn)指令通過CAN總線傳給智能4 主程序的設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)中，只需要在儀表原來的程序中加入與MCP2510的通信程序就可以完成儀表和CAN總線的通信接口的實(shí)現(xiàn)。主程序流程圖如圖2所示。
系統(tǒng)中發(fā)送采用的是查詢方式，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送模塊首先進(jìn)行狀態(tài)查詢，以判定發(fā)送緩沖器是否空閑，如果空閑便完成發(fā)送緩沖區(qū)的填寫，并送出發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，完成一幀CAN報(bào)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。
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圖2 振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)框圖
4 主程序的設(shè)計(jì)
在軟件設(shè)計(jì)中，只需要在儀表原來的程序中加入與MCP2510的通信程序就可以完成儀表和CAN總線的通信接口的實(shí)現(xiàn)。主程序流程圖如圖3所示。
系統(tǒng)中發(fā)送采用的是查詢方式，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送模塊首先進(jìn)行狀態(tài)查詢，以判定發(fā)送緩沖器是否空閑，如果空閑便完成發(fā)送緩沖區(qū)的填寫，并送出發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，完成一幀CAN報(bào)文的發(fā)送。系統(tǒng)中接收采用的也是查詢方式，系統(tǒng)定時(shí)查詢接收緩沖器的狀態(tài)，如果有報(bào)文被接收到，則判斷該報(bào)文的標(biāo)識(shí)符是否是本節(jié)點(diǎn)的地址，如果是就接收緩沖器的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行進(jìn)一步的處理，并清除緩沖器滿標(biāo)志。依照主程序的流程圖，使用C語言編寫主程序的主要部分，此處略。
圖3-17 主程序流程圖
5 結(jié)語
本文對(duì)當(dāng)前的TSI儀表系統(tǒng)的常用結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了改進(jìn)，提出了在汽輪機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)將傳統(tǒng)的儀表由新的智能化儀表所代替，可以將監(jiān)測(cè)到的各種現(xiàn)場(chǎng)信息直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并通過設(shè)計(jì)的CAN總線和以太網(wǎng)的互聯(lián)模塊來把數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)程的控制室內(nèi)或連接到Internet，實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陽憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京: 清華大學(xué)出版社，1999.
[2] 鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，1996
摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第四期
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)