現(xiàn)場總線水輪機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

這里所說的狀態(tài)監(jiān)測實際上是對水輪機組眾多參數(shù)進行的實時在線監(jiān)測。水輪機組的參數(shù)較多，為了分析方便，對部分參數(shù)還需要進行高速采樣。這樣，一個監(jiān)測系統(tǒng)通常要由分布在不同現(xiàn)場位置的多個采集節(jié)點組成。各節(jié)點將大量的采集數(shù)據(jù)傳送到上位機，由上位機從多角度評估機組的運行狀態(tài)。采用全數(shù)字化通信的現(xiàn)場總線整合整個監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)徹底的分散控制，抵抗各種干擾因素，簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。于是，本文設(shè)計實現(xiàn)了一種基于LONWORKS現(xiàn)場總線的水輪機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 LONWORKS現(xiàn)場總線的技術(shù)特點

LONWORKS總線是美國Echelon公司推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù)。具有開放性、高速性和互操作性；采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，降低了開發(fā)難度；支持多種傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)容量可達32000個節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)通信速率可達1.25Mbps/130m，直接通信距離可達2700m/78kbps；其網(wǎng)絡(luò)采取了配置1500V直流隔離變壓器進行隔離等適合于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的措施，具有很強的抗干擾、抗振動能力，適合于水電廠等較惡劣的工業(yè)環(huán)境。

在水輪機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，有幾十個現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集節(jié)點，它們通過現(xiàn)場總線將采樣結(jié)果傳送到距離較遠的上位機，并且數(shù)據(jù)通信頻繁。考慮到LONWORKS總線技術(shù)具有強大的強信能力，以LON總線來組成系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，極大地簡化了系統(tǒng)的通信軟、硬件設(shè)計，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)場總線的水輪機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由上位監(jiān)控機和多個現(xiàn)場監(jiān)測單元組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

每個現(xiàn)場監(jiān)測單元監(jiān)測三個現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集節(jié)點，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集節(jié)點的現(xiàn)場監(jiān)測單元主要負責(zé)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、存儲和傳送?，F(xiàn)場監(jiān)測包括壓力監(jiān)測；溫度監(jiān)測；水位及油位等液位監(jiān)測；水流量監(jiān)測；機組振動擺度監(jiān)測、機組電氣監(jiān)測、機組轉(zhuǎn)速及導(dǎo)葉開度監(jiān)測、效率監(jiān)測；水淪機氣蝕監(jiān)測；發(fā)電機氣隙監(jiān)測；發(fā)電機絕緣監(jiān)測；尾水管真空監(jiān)測等。

各個現(xiàn)場采集節(jié)點通過LONWORKS總線組成一個現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。用開發(fā)的LONWORKS-ETHERNET互連適配器把LON總線上采集節(jié)點發(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，再把上位下達的命令轉(zhuǎn)換為LonTalk協(xié)議的形式發(fā)給各個現(xiàn)場節(jié)點，從而實現(xiàn)上位機和底層各個現(xiàn)場節(jié)點之間的通信。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)省了方法費用。上位機將現(xiàn)場節(jié)點傳送上來的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)存進MS-SQLSERVER2000數(shù)據(jù)庫，提供人機交互的界面，并完成實時數(shù)據(jù)的圖形化、格式化顯示，同時用傅立葉變、換（FT）和小波變換（WT）對數(shù)據(jù)進行分析。