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（上海特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 200062）
王化南，嚴禎榮
                                
    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方面的研究和鍋爐、容器產(chǎn)品的監(jiān)督檢驗工作。

    基金項目：國家質(zhì)檢總局科技計劃項目（No.2009QK112）；上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局公益項目（NO.2009-18）

    摘要：本文介紹了基于CAN總線的汽輪機監(jiān)測系統(tǒng)振動監(jiān)測智能節(jié)點的設(shè)計，改進后系統(tǒng)可以將監(jiān)測到的各種現(xiàn)場信息轉(zhuǎn)化成符合CAN總線標準的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)可以傳遞到遠程的控制室，實現(xiàn)真正的遠程監(jiān)控。

    關(guān)鍵詞：CAN；汽輪機監(jiān)測系統(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

    汽輪機監(jiān)測儀表系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instrumentation,TSI）是一種連續(xù)監(jiān)測汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子和汽缸機械工作參數(shù)的多路監(jiān)控系統(tǒng)，對汽輪機組的安全運行起著重要的作用。由于汽輪發(fā)電機組容量的不斷增大，對汽輪機監(jiān)視保護儀表（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)場中電纜的使用長度以及系統(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)測系統(tǒng)的設(shè)計，除了保證監(jiān)測系統(tǒng)可靠工作和降低成本之外，還要具有通用性、實時性和可擴展性等特點。減少現(xiàn)場電纜的長度和安裝的復(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)計方案

    由于現(xiàn)場總線技術(shù)的運用，可以將整個汽輪發(fā)電機組的振動信號的測量、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)簡單，維護方便，投資省的優(yōu)點。處于底層的智能傳感器負責(zé)進行機組振動信號的測量與傳輸；網(wǎng)絡(luò)上的PC（工程師站）對振動解析系統(tǒng)中的各個智能設(shè)備的工作模式進行組態(tài)；同時可以觀察振動的趨勢，振動的頻譜等。將振動的報警判別和CANT（即快速傅立葉變換）分析功能下放到CAN振動傳感器，以提高實時性。
                         
    3 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

    系統(tǒng)中連接在CAN總線上的TSI儀表稱之為智能監(jiān)測節(jié)點，TSI儀表由傳感器、振動信號處理電路，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TSI儀表結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。先由汽輪機監(jiān)測儀表TSI獲得現(xiàn)場設(shè)備的測試數(shù)據(jù)，然后通過儀表內(nèi)部的單片機完成對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，來實現(xiàn)對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)點主要是用來將智能監(jiān)測節(jié)點通過CAN總線所傳來的數(shù)據(jù)進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)來對生產(chǎn)狀況進行自動控制，并將生產(chǎn)指令通過CAN總線傳給智能4 主程序的設(shè)計在軟件設(shè)計中，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，發(fā)送模塊首先進行狀態(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)送請求信號，完成一幀CAN報監(jiān)測節(jié)點。
                                 
                                        圖2 振動傳感器結(jié)構(gòu)框圖

    4 主程序的設(shè)計

    在軟件設(shè)計中，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，發(fā)送模塊首先進行狀態(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)送請求信號，完成一幀CAN報文的發(fā)送。系統(tǒng)中接收采用的也是查詢方式，系統(tǒng)定時查詢接收緩沖器的狀態(tài)，如果有報文被接收到，則判斷該報文的標識符是否是本節(jié)點的地址，如果是就接收緩沖器的數(shù)據(jù)，再進行進一步的處理，并清除緩沖器滿標志。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

    本文對當(dāng)前的TSI儀表系統(tǒng)的常用結(jié)構(gòu)組成進行了改進，提出了在汽輪機工作現(xiàn)場將傳統(tǒng)的儀表由新的智能化儀表所代替，可以將監(jiān)測到的各種現(xiàn)場信息直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并通過設(shè)計的CAN總線和以太網(wǎng)的互聯(lián)模塊來把數(shù)據(jù)傳遞到遠程的控制室內(nèi)或連接到Internet，實現(xiàn)真正的遠程監(jiān)控。

    參考文獻：

    [1] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(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[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，1996

    摘自《自動化博覽》2010年第四期