基于現(xiàn)場總線的水輪機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

3 系統(tǒng)通信程序的設(shè)計

3.1 現(xiàn)場節(jié)點通信程序

現(xiàn)場節(jié)點向上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)首先發(fā)送到LONWORKS-ETHERNET互連適配器，該適配器實際上是一個特殊的LONWORKS節(jié)點，它把接收到的LON總線上的數(shù)據(jù)用UDP封裝，然后通過以太網(wǎng)發(fā)送到上位機。

LONWORKS網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間的通信方式主要有兩種方式：網(wǎng)絡(luò)變量和顯式消息。使用網(wǎng)絡(luò)變量不必考慮消息的打包、發(fā)送以及接收問題，可以大大簡化編程，縮短應(yīng)用開發(fā)周期，但每個周期變量的數(shù)據(jù)長度一經(jīng)確定就不能改變，且最多只有31字節(jié)。而顯式消息的數(shù)據(jù)長度則是靈活可變的，最長可以是228字節(jié)，但實現(xiàn)方法更為復(fù)雜。鑒于水輪機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求較高，同時需要提高足球場采集數(shù)據(jù)的上傳速度，因此希望每一次傳送的報文包含盡量多的數(shù)據(jù)，因而在設(shè)計中采用顯示消息的方式實現(xiàn)與上位機的通信，每個顯式消息報文攜帶134個字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中的128個字節(jié)為傳送的數(shù)據(jù)，另外6個字節(jié)為附加信息。報文的幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

顯示報文的初始化和發(fā)送部分的實現(xiàn)程序如下：

初始化節(jié)點地址

#include 所需頭文件
#include
#include
domain_struct mydomain; //定義域結(jié)構(gòu)
mydomain=＊（access_domain（0））;//讀節(jié)點域表
mydomain.subnet=0; //設(shè)置節(jié)點子網(wǎng)號
mydomain.node=5; //設(shè)置節(jié)點號
update_damain（mydomain,0）; //寫節(jié)點域表

發(fā)送數(shù)據(jù)報文

msg_tag test_out; //聲明報文標簽
msg_out.tag=test_out; //傳遞報文標簽
msg_out.dest_addr.snode.node=0; //定義目的地址節(jié)點號
msg_out.dest_addr.snode.subnet=0; //定義目的地址子網(wǎng)號
msg_out.code=0x0c; //定義報文碼
msg_out.service=ACKD; //定義報文服務(wù)類型
msg_out.dest_addr.snode.type=1; //定義目的節(jié)點類型
memcpy（msg_out.data,a0,nLength）;//填充報文內(nèi)容
msg_send（）;//發(fā)送報文

在初始化程序中，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)domain_struct定義節(jié)點的子網(wǎng)號、節(jié)點號，即設(shè)置節(jié)點在LON總線上的地址。在發(fā)送程序中利用msg_out結(jié)構(gòu)構(gòu)造報文，其中，目的地址指向適配器。顯示報文的接收程序與發(fā)送部分類似，不再多述。

3.2 上位機通信程序

上位機與現(xiàn)場節(jié)點通訊的數(shù)據(jù)通過適配器轉(zhuǎn)發(fā)，適配器的IP必須事先指定。上位機利用msg_out變量（如前所述）創(chuàng)建顯示報文，將目標節(jié)點的地址、需要改變的參數(shù)或要下達的命令填充到該變量中，然后用UDP封裝該變量，通過以太網(wǎng)發(fā)往適配器；適配器解析上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)包，得到顯示報文，將該顯示報文直接向相應(yīng)的節(jié)點發(fā)送。同樣，適配器也將現(xiàn)場節(jié)點發(fā)來的顯示報文通過UDP封裝后發(fā)往上位機，上位機解包后根據(jù)節(jié)點等信息將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，等待后后續(xù)的信號處理模塊和故障診斷模塊調(diào)用。

4 故障診斷

系統(tǒng)采用連續(xù)小波變換對采集的信號進行處理，通過變換結(jié)果進行故障診斷。下面以采集到的水輪機的主軸上導(dǎo)Y軸方向徑向擺度信號（圖4）的數(shù)據(jù)為例說明通過小波變換進行故障診斷的結(jié)果。

選用消息矩為4的雙正交樣條小波，在[1:1:48]的尺度上對時域信號進行連續(xù)小波變換。圖5為擺度信號的小波系數(shù)在尺度一時間上的三維圖形表示。從圖中可以明顯看出周期性出現(xiàn)的四條模極大值曲線，且總是第三條斜率較小，而正常情況下三維圖中將出現(xiàn)平穩(wěn)的錐全，這說明這些點的奇異性較強。事實上這正是由于水輪機主軸滑動摩擦造成的。通過設(shè)置閾值算法得到小波的模極大值曲線，如圖6所示。兩條模極大值曲線的相交點即可以精確地指向故障點。

本文結(jié)合水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測的實際需要，研究開發(fā)了一種基于LONWORKS現(xiàn)場總線技術(shù)的水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集節(jié)點的軟硬件開發(fā)，設(shè)計了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的報文協(xié)議和通信軟件。系統(tǒng)上位機軟件利用MS-SQLSERVER2000數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，通過小波變換初步實現(xiàn)了故障診斷。