在线监测数据采集仪

在线监测数据采集仪（精选九篇）

在线监测数据采集仪 篇1

1 节能发电调度与供电煤耗的关系

目前, 节能调度得到了专家学者和电网企业的高度重视。有些学者通过建立数学模型, 对节能调度负荷优化分配进行了研究, 并测算节能调度的效果。

在电网火电机组节能发电调度模型与优化算法中, 火电机组的煤耗特性是电网火电机组节能发电调度各种优化方法最重要的基础数据, 不准确的煤耗特性曲线将降低电网内节能效果。因此, 建立和完善煤耗在线监测系统, 获得较准确的煤耗特性是节能发电调度的关键。从而实现火电机组发电能耗与污染物排放等关键数据的实时采集、检验、计算与监测, 并最终达到按火电机组真实能耗由低到高依次排序调用的目的。

整个煤耗在线监测系统分为2个部分———电厂侧和电网侧, 电厂侧称为子站, 电网侧称为主站。各子站与主站之间通过各发电厂与调度部门之间可靠的通信网络联系起来。各子站通过采集每台机组相关的实时数据, 并将这些数据通过调度数据网发送到主站侧的实时数据库服务器, 进行实时计算、统计和分析等功能, 进而为节能发电调度提供辅助决策支持。

本文将介绍煤耗在线监测系统子站与两种分散控制系统 (DCS) 网络之间数据采集的实现方式。

2 煤耗在线监测系统子站数据采集方式

2.1 与Ovation系统的采集方式

Ovation系统具有一套完整、可靠、开放的通讯系统。通讯设备采用快速以太网交换机, Ovation的网络结构是单层、点对点、对等结构的冗余100Mbps一体化快速以太网, 系统中不需要任何网关。Ovation网络与通讯介质无关, 既可采用光纤, 也可采用非屏蔽双绞线 (UTP) 。

Ovation系统在Ovation一侧提供了标准的OPC (OLE for Process Control, 用于过程控制的OLE) 服务器作为与外部系统的数据接口;OPC服务器在Ovation网络上的专用Windows工作站。

OPC服务器通过一块双口网卡接在Ovation的快速以太网上作为Ovation网络上的一个节点, 从而获得DCS的实时数据;再通过另外一块网卡和一台内置防火墙的路由器将外部系统所需要的Ovation数据以冗余方式传送给外部系统。

Ovation系统通过OPC服务器、路由器的2重隔离, 有效地防范了来自外部接口的侵入。

某电厂1~4号机组, DCS均采用Ovation系统, 每台机组的DCS网络均有一OPC站、路由器。路由器的0口连接厂级监控信息系统 (SIS) , 路由器的1口连接煤耗在线监测系统。如图1所示:

由上图可以看出数据流向为DCS的OPC站、路由器-->煤耗系统接口机-->正向隔离装置-->采集服务器-->煤耗应用服务器-->反向隔离装置-->数据通讯服务器-->中调。

1) 机组DCS通过OPC站向煤耗在线监测系统的接口机发送实时数据;接口机中部署的接口程序将接收到的实时数据转换成UDP (用户数据报协议) 数据包, 经交换机进行数据汇总, 再通过正向隔离装置将数据转发到数据采集服务器。在此过程中, 利用交换机的PVLAN (专用虚拟局域网) 技术, 将接入交换机的四台接口机划分成了四个不同的VLAN (虚拟局域网) , 使其不能相互访问。借助于交换机的数据转发功能, 将UDP数据包通过正向隔离装置传输到数据采集服务器中进行存储。

2) 数据采集服务器内的数据接口平台程序, 将接口机转发过来的DCS实时数据接收, 并将之写入其实时数据库。

3) 煤耗应用服务器上的煤耗在线监测系统, 从实时数据库中提取所需的实时数据进行分析计算, 并将计算出的指标数据再写入实时数据库中, 同时以文件形式存储到本机的特定目录下;然后利用反向隔离装置中的数据传输功能, 将文件传送到子站数据通讯服务器中的指定目录下进行存储。

4) 主站的通讯服务器通过调度数据网内指定的非实时VPN (虚拟专用网) 端口, 利用通讯采集服务读取指标数据。

2.2 与HIACS-5000M系统的采集方式

HIACS-5000M系统通讯网络称为μΣNETWORK-100, 采用FDDI (fiber distributed data interface) 标准, 是一种高性能的冗余光纤令牌双重化环状网, 网络传送速度为100Mbps, 通讯介质为光纤, 采用高实时性的令牌访问方式。

HIACS-5000M系统通过对外通讯接口站CIS-MIP完成DCS与其它系统的数据交互, CIS-MIP作为控制级网络上的一个站点挂在控制级网络上, 是一个具有多接口、多协议的高性能处理站。

某电厂1~4号机组, DCS均采用HIACS-5000M系统, 每台机组的DCS网络均有一CIS-MIP接口站与SIS系统连接。如图2所示:

由上图可以看出数据流向为DCS的CIS-MIP接口站、隔离装置-->交换机-->正向隔离装置-->采集服务器-->煤耗应用服务器-->反向隔离装置-->数据通讯服务器-->中调。

此种方式与Ovation系统接口方式数据流的区别, 仅仅在于第一步数据的获取。

此种方式应用了部分最新研究成果, 将DCS向SIS系统传输实时数据的端口各自接入到一、二期交换机中, 该交换机通过实时数据复制, 将数据分为两路, 一路数据传至SIS系统, 另一路数据传输至交换机指定的端口, 经过正向隔离装置, 然后将实时数据传输至煤耗在线监测系统子站的数据采集服务器。

3 煤耗在线监测系统子站数据发布

在火电厂内, 可以将煤耗在线监测系统应用服务器与厂级管理信息系统 (MIS) 网络建立联系, 从而在厂内的信息门户上建立客户端应用系统, 实现原始数据计算结果的查询, 以及其它相关数据的录入、审核、上报、审批等功能。

4 结论

随着节能减排、防治大气污染物排放等政策力度的不断加大, 进一步加快节能发电调度煤耗在线监测系统的建设, 从而加快火力发电机组从设计煤耗排序到实测煤耗排序的调度方式转变, 是一项刻不容缓的任务。本文通过介绍两种煤耗在线监测系统子站数据采集的实现方式, 提供一种思路供大家参考。

参考文献

[1]国办发[2007]53号, 国务院办公厅关于转发发展改革委等部门节能发电调度办法 (试行) 的通知[R].

顶板离层监测数据采集仪研究论文 篇2

论文关键词：数据采集仪,锚杆支护,顶板离层,监测

1．引言

顶板离层是巷道围岩变形和破坏的主要形式之一，对于锚杆支护巷道来说,顶板离层则是最大的安全隐患。因此，对锚杆支护巷道进行离层监测，掌握顶板离层的状况，并及时采取相应的措施，阻止顶板失稳、避免突发性破坏的发生具有重要意义。顶板离层监测数据采集仪就是用以测试锚杆长度范围及范围外的顶板离层状况的监测仪器，用于判别锚杆支护参数是否合理，巷道服务期间顶板是否稳定，并以此为依据来避免顶板事故发生。

2．数据采集仪的组成及工作原理

顶板离层监测数据采集仪主要用来采集编码器的脉冲信号表示出的顶板离层的相对位移，并保存在闪存中，可通过无线装置对该设备进行各种参数的设置及存储数据的读取。

2.1数据采集仪的组成顶板离层监测数据采集仪主要由以下几部分组成：

（1）数显设备：该数显设备可实时监测显示顶板的离层量，当顶板离层量超过一定限度，仪器报警。该数显设备的处理器采用Microchip公司生产的MSP430F4793IP，其性能优越，功耗低，资源丰富，数据处理能力强。

（2）机械放大器：该放大器主要是对顶板的离层量进行放大，以便于采集存储。其外壳的材质选用ABS树脂，该树脂具有突出的耐冲击性、阻燃性和耐磨性等优点。

2.2数据采集仪的工作原理

矿用本安数据采集仪的工作原理是：采用桥式电路进行测量、采用机械式放大装置进行放大，对信号进行模数转换、信号处理，之后进行存储、显示。其测量原理是：

A、B两相脉冲分别通过MSP430F4793IP单片机的P1.2/P1.3中断采集，以A相为基准。当单片机中断侦测到A相脉冲触发中断，判断是上升沿中断还是下降沿中断，如果是上升沿触发中断，当侦测到B相脉冲高电平时，计数器计数值加1，否则减1；如果是下降沿触发中断，当侦测到B相脉冲高电平时，计数器计数值减1，否则加1；P1.2中断完成前，反转A相触发脉冲标志MSP430F4793IP。

3.数据采集仪电气研究

3.1主机芯片的选型

数据采集仪主机对PIE—1000-G05E光电轴角编码器的输出脉冲进行收集、运算、存储和检测，通过数据转移设备对设备进行设置和各种参数及存储数据的读取，同时还实现和上位机的通讯。主要使用的芯片和设备包括单片机（MSP430F4793IP）、串行闪存芯片（JS28F128）、实时时钟芯片（PCF8563）和总线控制芯片（EP1C3T100C8）。

4.结束语

实践证明,该仪器是有效监测巷道顶板离层的仪器,其结构简单合理,安装方便,测试快速可靠、效果很好，非常适合锚杆支护巷道的日常监测。有效地防止了顶板事故的发生有利于作业人员的人身安全。同时，此数据采集仪的使用实现了矿井巷道顶板监测智能化，使煤矿巷道顶板安全管理的技术水平有较大提高,对煤矿的安全生产具有一定的促进作用,它为煤矿安全管理实现网络化、信息化奠定了基础。

本文作者创新点：在深刻理解顶板支护理论与数据采集原理的基础上，结合实验室实验和现场实践，推出数据采集仪，实践证明该仪器能有效监测巷道顶板离层情况，有效防止冒顶的发生，为煤矿的安全生产提供保障。

在线监测数据采集仪 篇3

一、电力用电信息采集系统的基本框架

电力用电信息采集系统基本框架为：第一，数据的采集和管理。该系统融合了信息技术，是一种客户端智能型的电力计量形式，硬件和软件更加有保障，电力用电信息采集系统主要包含电能表、通信网络、终端采集等内容，所以可以对数据的采集和管理。通过对采集工作中的类型、名称等进行编制，然后按照周期和次数获取信息。第二，通信网络和系统对时。该装置采用的通信技术，将相关信息上传到主站端，主站端接受到命令。用电信息采集系统加以对时的功能，主站能系统通过全部终端实施批量对时和广播对时，也能够对终端进行对时。

二、电力用电信息采集系统的计量装置在线监测存在的问题

（一）存在电力计量装置运行管理问题

当前，电力用电信息采集系统的装置在线监测还有不足之处，需要进一步完善。电力计量在运行过程中，由于管理力度欠缺，导致电力用电计量效果不良好。电力计量装置运行管理的内容主要有差错电量追补、周期检验、故障处理等内容。电力计量装置运行后，需要现场进行检验，一些电力企业所制定的管理方法不完善，管理体系不健全，因而电力用电信息采集装置运行管理存在一些问题。

（二）监测程序复杂

目前，电力用电信息采集计量装置在线监测过程中，监测程序比较复杂。通常来讲，电力计量装置运行的周期较长，而且装置的覆盖的范围较大，在综合因素的影响下，所以增加了监测难度。同时，地区范围内的电表数量比较多，如果检测的周期为3个月，那么，现场检验的工作量会很大。监测程序还包含其他内容，导致电力企业对装置检测的积极性不足，从而限制了电力用电信息采集系统的计量装置在线监测的有效进行。

（三）处理故障不及时

电力用电信息采集系统会应用到自动远程抄表、负荷预测、公用配变运行等方面，在信息采集平台系统中，如果在抄表过程中出现数据泄露的现象，或者在在负荷预测时低压集和终端中器转变的不及时，都会导致电力计量不准确。同时，在存储公用配变数据时，一旦变压器出现故障，将造成数据不准确。因此，需要对故障进行处理。然而，在庞大的数据下，电力计量装置运行情况更加复杂，给故障的处理带来了严峻的挑战，由于故障处理不及时，会影响电力计量装置的运行。

三、完善电力用电信息采集系统的计量装置在线监测的措施

（一）健全电力计量装置在线监测管理模式

某电力企业为了提高电力计量的精确性，加强计量装置在线监测的应用力度，为了提高监测的精度，必须健全电力计量在线监测管理模式。加大电力计量装置在线监测技术的推广力度，通过科学的管理，实现电力装置的运行状态更加平稳。首先，对运行设备进行管理。电力计量装置在运行过程中，需要其他设备的配合，所以在管理计量装置时，要加大对其他设备的管理。例如，对交换机、在线监测装置加以检测，检验电流、电压互感器二次回路的状况，对多路电能表进行校验，确保电力计量装置在线监测效果更加良好；其次，健全电力计量装置管理模式。健全的电力计量装置管理模式包含电量追补、周期检验、在线监测等内容，具体的管理模式应该是标准设备通过在线监测对运行设备加强检测，然后通过周期性检验发现故障，而且在线监测也对故障进行实时监测，然后系统对故障进行处理，实现电量追补的效果。健全的在线监测模式，可以实现电力用电信息采集系统的功能得到有效发挥，电力计量更加准确。

（二）健全主控制电路流程

电力用电信息采集系统的计量装置融合了现代信息技术，所以电力计量装置的主控制电路流程对系统的运行起到了重要作用。因此，电力企业通过健全主控制电路流程，能够提高电力计量的精确性，完善主控制电路流程，对故障点进行精准定位，确保输出功率的稳定性。健全的主控制电路流程包含如下内容。测量的精准度为2级，而且电压回路输入范围在45V～290V，首先初始化装置，将功率控制在6.5w～13.5w范围内。当输出功率为6.5w时，电力装置将接收回测电压、电流，然后系统计算有功功率；对于输出的功率为13.5w，装置接收回测电压、电流，计算有功功率。由于阻抗匹配连续性不强，为了避免因负载的变化导致输出功率出现波动，可以通过提高功率，降低阻抗匹配的误差，使得线路控制得到有效控制。因此，健全主控制电路流程，对电力用点信息采集系统的计量装置在线监测具有重要意义。

（三）加大测试和检验力度

为了保证电力计量装置在线监测的稳定性，电力企业需要加大测试和检验力度，继而实现电力用电信息采集系统可靠性更强。第一，对电压、电流回路进行测试。在测试过程中，如果电流过大，需要增加阻抗，并使用0.01级微型电流互感器，避免出现二次开路。在测试标准电能表时，需要运用温度补偿技术和差值法，监测1600Hz音频信号，掌握二次回路状况。同时，为了掌握差错电量和窃电情况，利用电量追补方法，实时监测电量状况。第二，加大检验力度。在检验电力计量装置过程中，将检验的周期控制在1～1439min范围内，并对电力计量装置进行抽检，检验装置的超限报警、电话回拨等功能是否存在故障，如果存在问题需要第一时间处理。实时了解计量装置的运行状况，加强多路电力计量装置检验力度，能够及时对故障予以处理。总之，在测试和检验的双重作用下，可以确保电力用电信息采集系统的计量装置在线监测更加全面。

结束语

随着科学技术的飞快发展，电力行业计量的手段更加高超，已经向信息化发展。自电力计量装置在线监测技术被应用到电力企业中，对电力用电信息采集系统的管理工作有严格要求。因此，一定要提高系统监测精度和全面性，从而确保发挥电力计量装置的作用，实现计量工作取得良好的进展。

试验数据在线采集处理系统的开发 篇4

水果采摘的机械损伤是采摘机械化的主要问题[1], 水果受损后影响其干燥品质和干燥特性。干燥是水果采摘后处理的一种方法, 也是使产品增值的一种重要措施。微波干燥由于具有独特的加热特性和干燥机理, 在农产品加工方面越来越受到重视, 并得到广泛应用[2,3,4]。因此, 希望通过水果微波干燥试验, 探讨水果机械损伤与其干燥的关联变化影响。

笔者前期开发的微波干燥试验系统[5]可对干燥数据在线采集, 但数据处理功能很弱, 大量的试验数据需实验后处理分析, 且数据处理方式效率低、易出错。为了提高数据处理效率、满足干燥过程数据处理分析结果实时及直观显示, 实现干燥过程的动态监测, 本文在已有研究的基础上采用VB, Matlab混合编程开发了微波干燥数据在线采集处理系统。开发的系统将为水果机械损伤与其干燥的关联变化影响研究打下基础。

1 采集处理系统组成

根据试验要求, 干燥数据在线采集处理系统具有以下功能:一是实现物料质量连续在线测量, 实时显示物料当前质量、含水率以及干燥时间变化;二是根据实验要求设定数据采样周期;三是实现数据的自动记录、处理和绘制相应曲线。系统由温度和质量传感器、数据采集转换仪、计算机和软件系统组成, 如图1所示。干燥过程中, 传感器测量得到的模拟信号, 经数据采集转换仪放大、转换、处理成数字信号, 经串行口送至计算机, 通过软件系统把所得到的数据实时呈现在界面上, 同时存入后台数据库以备查询和进行进一步的数据处理, 并根据采集到的数据实时绘制实验曲线等。

2 干燥数据处理原理

2.1 干燥曲线和干燥速度曲线

干燥过程采集到的不同时刻湿物料质量G, 需转换成湿基含水率M实时显示, 同时计算干基含水率X及对应的干燥速率u, 从而绘制干燥曲线和干燥速率曲线, 计算公式为

M= (G-G干) /G干 (1)

X= (G-G干) /G (2)

u=ΔX/Δt (3)

式中 t—干燥时间;

G—湿物料中绝干物料质量 (干燥前通过物料的初始含水率和初始质量得到) 。

2.2 水分比随时间变化曲线

通过计算干燥过程的水分比MR变化, 可以绘制出MR～t, ln (MR) ～t, ln[-ln (MR) ]～lnt曲线, 根据曲线确定干燥数学模型拟合方式, 即

MR= (M-M0) / (M0-Me) (4)

式中 M0—物料初始含水率;

Me—物料平衡含水率。

3 软件系统

3.1 软件系统功能组成

根据干燥数据在线采集处理系统要求, 软件主要包含以下几个功能模块, 其工作流程如图2所示。

1) 原始数据输入模块:

提供输入界面完成原始数据 (物料初始质量、初始含水率、干燥参数、采样周期等) 的输入与保存。

2) 初始化模块:

根据串行通信RS-232的标准对微机的串行口进行初始化, 借助VB提供的MSComm控件实现仪表与计算机之间的通讯。

3) 数据采集模块:

按照所设定的采样周期读取数据采集转换仪的数据, 并对接收的数据进行转换。

4) 数据处理和存储模块:

该模块集中了数据的运算、分析和保存等功能, 可根据采集到的物料质量和原始数据计算出物料的实时含水率、水分比和干燥速率, 并将采集到的和经过处理的数据在系统界面显示, 同时将相关数据以记录形式存储入Access数据库中供查询和做进一步的数据处理。在系统运行过程中可根据需要在VB窗口界面显示干燥过程中的各种实时动态曲线。

3.2 软件系统实现的关键技术

软件系统使用VB与Matlab两种语言混合编程开发, 通过二者的接口技术将VB功能强大的可视化界面与Matlab高性能的计算、绘图功能相互结合。

3.2.1 VB和Matlab的接口技术

VB和Matlab的常用接口方法有:借助ActiveX部件, 引入MatrixVB, 将Matlab程序转换为VB可调用的DLL文件和使用Matlab的COM builder技术[6]。

利用ActiveX技术程序运行不能脱离Matlab环境。COM builder和MatrixVB技术都可以脱离Matlab运行, 但是COM builder有一些工具箱函数无法编译, 有一定的局限性;而MatrixVB, 执行效率较低, 实时运算难以实现。因此, 本软件系统利用DLL动态链接库方法, 即将Matlab产生的M文件转变成VB可以调用的DLL文件, 从而实现在VB中调用Matlab。

3.2.2 DLL动态链接库

利用DLL动态链接库方法在VB中调用Matlab首先需编写M文件。根据前面介绍的干燥数据处理原理在Matlab环境下编写干燥数据计算、处理和绘图程序M文件 (文件名为drying.m) 。Matcom是一个从Matlab到C++的编译器, 借助该编译器对Matlab下的M文件进行编译, 编译后, 可得到VB调用要用到的3个文件:drying.dll (动态链接库DLL文件) , drying.bas (声明DLL的模块文件) , drying.cls (VB调用DLL的接口) 。

在VB中调用DLL文件需将DLL文件拷贝到VB工程目录下, 并用drying.bas文件声明drying.dll, 同时还要把drying.cls文件添加到VB的公共模块中, 通过drying.cls建立VB调用drying.dll的接口。

3.3 软件系统实现

软件界面和通讯程序采用VB编写, 采集到的数据在界面显示并存入后台Access数据库供查询和做进一步的数据处理;在Matlab中编写数据处理、绘图的函数文件, 并将其件转换为VB可以调用的DLL文件, 完成函数调用并显示图形曲线需要在显示各种曲线的下拉列表框单击事件中加入以下代码:

x=drying (a) ′调用drying.dll文件, a为存放每个数据点相关数据的数组

Call keybd_event (vbKEYSnapshot, 1, 100, 100) ′将弹出窗口的图像拷贝到剪切板

DoEvents

Image1.Stretch=True

Image1.Picture=Clipboard, GetData (vbCFBitmap) ′在图像框中显示图形

……

应用该系统对荔枝的微波干燥试验进行数据的采集和处理, 图3为实时处理干燥数据、动态显示干燥曲线图形的工作界面, 图4为试验后对不同干燥条件下荔枝微波干燥数据处理得到的干燥速率曲线。

4 结束语

利用VB和Matlab的优点, 采用混合编程方法, 结合硬件设备开发了微波干燥试验数据在线采集处理系统。该软件界面操作直观简便, 数据分析处理功能强、效率高。通过实际应用, 系统所采集的数据准确、及时, 可实现干燥过程数据的实时处理与动态监测。该系统的开发为探讨水果机械损伤对其干燥的影响与关系提供基础, 为进一步研究水果采摘机械优化提供帮助。

参考文献

[1]Louise Ferguson, Jackie Burns, Kitrin Glozer, et al.Mechani-cal harvester efficiency and damage evaluations[EB/OL].2009-01-29.www.ucce.ucdavis.edu.cn.

[2]彭凯, 张燕, 王似锦, 等.微波干燥预处理对苹果渣提取果胶的影响[J].农业工程学报, 2008, 24 (7) :222-226.

[3]唐小俊, 池建伟, 张名位, 等.苦瓜微波干燥工艺优化[J].农业机械学报, 2008, 39 (1) :68-73.

[4]陈燕, 陈羽白.荔枝的微波干燥特性及其对品质的影响研究[J].农业工程学报, 2004, 20 (4) :192-194.

[5]陈燕, 徐东风, 曾卫标.微波干燥试验台料盘自动升降装置及质量测试系统设计[J].农机化研究, 2006 (6) :119-130.

在线监测数据采集仪 篇5

关键词：自动衡器,称重传感器,检测方法,控制衡器,预设值

0 引言

到目前为止,国家还没有颁布针对配料秤的专门的检定规程,只是套用“JJG564-2002重力式自动装料衡器(定量自动衡器)检定规程”来对配料秤进行检定。实践证明,这种方法不具备可操作性。以吉林市铁合金厂为例,在很多生产环节上采用了配料秤控制生产原料的配比。但为了保证生产工艺过程中的安全、环保等要求,配料设备均采用全封闭方式。在上述生产环境中,按照“重力式自动装料衡器检定规程”[1]实施检定,配料秤所称重的物料由于是被封闭的,无法取出,检定工作根本无法实施。要解决上述问题,必须研究、探索出配料秤在线检测的新技术,为配料秤量值的准确、可靠提供计量技术保障。

目前,国内在生产工艺过程中使用的配料秤,基本处在不检测的状态(配料秤属于非强检项目)。现在,国外已有在线称重传感器检测的设备,如意大利的“帕瓦内称重系统检测仪”等。其作用是能够即时显示称重系统内各路传感器的输出状况,重量分布,过载,并可以对传感器故障等进行检测。这种检测仪器,是对在线使用的称重系统承重传感器进行检测的理想设备,屏幕直接显示检测数据,自动化程度高,速度快,安全可靠。此种设备虽然先进,科技含量高,但到目前为止,国内还没有利用该设备对配料称重系统进行检测实践经验的介绍。

为此,我们就需要通过大量实验,探索出如何利用国外先进的检测设备与我们掌握的计量技术相结合,制定一种有较强可操作性的检测方法。

我们研究的内容及预期达到的最终目标包括:

1 主要技术指标

a)能够开展对0.2级、0.5级、1.0级、2.0级配料称重系统的在线检测工作,以溯源的方式评价配料秤的计量特性或技术特性,为其提供标准化的要求和试验程序;

b)检测精度要达到或接近同类自动衡器国家检定规程的规定,满足各准确度等级和最大允许误差(mpe)的技术要求;

c)若控制衡器是在物料检定之前立即校准或检定的,应保证其误差不大于自动称量的最大允许偏差和最大允许预设值误差的1/3,其他情况应保证其误差不大于自动称量的最大允许偏差和最大允许预设值误差的1/5;

d)通过检测,对企业工艺过程中配料系统存在的问题提出合理化建议,帮助企业改进工艺,提高产品质量。

2 研究结果

具备开展配料秤在线检测的能力,检测结果既要符合相关规程的技术要求,又要满足企业需求。

3 采用的研究、实验方法和技术路线(包括工艺流程)

a)使用标准直流电源对配料秤称重仪表进行检定。检定程序依据国家局颁布的“JJG649-1990数字称重显示器(试行)检定规程”[2]进行检定,确定其输出线性良好;

b)选某种型号配料秤设定某一固定量值m,并对其进行静态检测,获取静态工作时称重传感器合成输出信号(设该输出信号为Vj);

c)将称重系统检测仪并联到称重传感器合成输出端,不施加载荷情况下,在称重仪表显示零点时,静态检测各传感器输出信号是否一致。(如果不一致,采取措施,消除不一致因素。例如:各称重传感器水平位置有差异;或通过调整可调电位器,使每只传感器输出一致);

d)启动配料秤,使之处于工作状态,将称重仪表定量值设定到m;通过称重系统检测仪读取定量值为m时,配料秤结束一个称重周期时动态输出信号Vd;

e)使用相同方法对同一称量值进行一组10次测量试验(条件允许情况下尽可能做多组试验),取其平均值Vp与静态时测得的输出信号Vd进行比较,确定配料秤动态时称量误差范围;

E=称量误差,Vj=静态输出信号,Vd=动态输出信号,

Vp=每个测量组平均输出信号

f)对测量不确定度进行评定。以此来确定改进设备的各影响因素处在可控状况下,符合各准确度等级的技术要求,分离检定法和集成检定法的扩展不确定度不应大于最大允许误差的1/3。

4 结束语

为此,我们需要做大量的实验逐步对该检测方法进行论证,证明该检测结果能够满足相关规程的技术要求,同时能够满足企业需求,总结实验,制定成熟可靠的检测方法。

也希望通过此文广结同行志士,多提意见和帮助,一同攻克难关,共同完善和发展我国的计量事业。

参考文献

[1]JJG564-2002《重力式自动装料衡器检定规程》[S].北京:中国计量出版社,2002

在线监测数据采集仪 篇6

高压开关柜是电力系统非常重要的电气设备, 封闭式高压开关柜以其安全可靠、结构紧凑、占地省、操作方便等优点, 现已广泛应用于供电系统中。但是由于开关柜内部大量采用有机绝缘材料及过于紧凑的布置、高度的密闭性, 当开关柜内的空气湿度很高时, 水汽会与开关柜内部的金属和绝缘材料等相对气温较低的物体发生接触, 会以凝结出水珠覆盖在绝缘材料表面, 产生凝露, 使电气绝缘性能下降, 引发设备绝缘闪络和腐蚀零件, 从而给开关柜的安全运行带来隐患。

为此电力公司通常采取在开关柜内增加加热棒和电扇, 放置除湿机, 柜顶加装百叶窗等几项措施来降低开关柜中电气设备周围的湿度, 避免凝露现象。然而, 通常对开关柜湿度的来源和分布的认识往往是基于长期经验的估计和对事故开关柜的检测结果的分析, 以此得到的结论有一定的局限性, 除湿的客观效果及效率也较差。因此, 迫切需要通过深入研究开关柜湿度来源和分布对现有的除湿措施进行评估, 提出更好地防凝露、结露的方案。

2 金属封闭开关柜内湿度测量

2.1 温湿度与凝露的关系

温度与湿度是水蒸气发生凝露的直接原因。在开关柜内部温度不变的情况下, 开关柜内部空气的相对就湿度越大, 水蒸气在开关柜柜壁表面越容易凝结。即水蒸气凝露速度与开关柜内部空气湿度成正相关。在空气相对湿度不变的情况下, 只要空气中的水蒸气温度低于此湿度下的露点温度, 水蒸气就会发生冷凝现象。环境温度越低, 冷凝速度越快, 开关柜柜壁表面就越容易发生结珠现象。

因此, 为了减少开关柜内部发生冷凝现象, 就必须实时监控开关柜内部的温湿度。

2.2 温湿度在线采集系统

在设备方面, 为了实时地和准确地采集开关柜内的湿度和温度数据, 设计和制作了一套基于GSM的远程温湿度在线采集系统。本系统包括三个部分:高精度的温湿度传感器, 远程数据传输模块和PC端的数据中心, 其系统框图如图1 所示。

温湿度采集模块采用的是AM2305 温湿度传感器, 湿度的精度可达 ±2%RH, 温度的精度可达 ±2℃, 符合实验的要求。远程数据传输模块以STC89C52 单片机为主控, 负责多路温湿度传感器或PC机同GSM通信模块之间的数据和命令交互, 以及GSM模块的初始化工作。GSM通信模块采用华为GTM900C, 支持短信模式和GPRS模式, 具有较高的稳定性。PC端的数据中心基于Labview平台开发, 通过串口接收下位机发来的数据信息, 并在服务器中保存和显示。

3 实验方案设计

为了获得详实有效的实验数据, 拟设计实验方案如下:带电开关柜, 耐火泥无孔, 除湿机和加热器工作, 探头在不影响开关柜工作的情况下尽可能均匀分布安装。实验场地为蔡郎变。蔡郎变是一个35KV的主干变电站, 多次发生凝露引起的开关柜爆炸。在这个测试场地可提供爆炸多发区开关柜运行状态下的温湿度的变化。为了进一步增加典型性, 特别选取了一个刚爆炸过的开关柜放置温湿度探头。蔡郎变温湿度探头的分布如图2 所示。考虑到后舱是爆炸主发点, 1-15 号探头从底部至顶部均匀安置于后舱, 16, 17 号探头安置于前舱, 19 号探头安装于舱外用于观测环境温湿度。除湿机和加热器位于柜内右下角处, 即探头3 附近。

在采集时间方面, 由于柜内的密封性较好, 空气流通缓慢, 因此将10 分钟作为最小采样间隔来采集数据。

4 实验结果及分析

根据我们对采集数据的分析, 地沟和外部环境湿度的变化都和天气变化有密切的关系, 强烈的天气变化会带来较大的湿度变化, 因此我们特地选取天气为“多云- 雨- 晴”的连续三天的数据做相关分析。实验结果及相关结论如下:

图3 是三天中固定时间间隔18 个探头的湿度值。

从图3 中的总体趋势来看, 开关柜后舱下部及中下部的探头1 点到8 点点湿度基本一致, 中部的9 点和10 点位过渡点, 占据的开关柜后舱中部及上部的探头11 点到15 点湿度基本一致。为了进一步证实这个趋势, 计算了后舱各探头湿度在这三天中的和探头1 (开关柜后舱底部防火泥附近) 及探头13 (开关柜后舱顶部百叶窗附近) 的相关性, 结果如表所示, 探头位置由低到高排列。

由表1 可见, 第一天由于后舱底部的1点和后舱顶部的13 点相关性较差 (底部湿度较高) , 造成1 点和2 点至9 点的相关性较强 (0.93 以上) 而和11 点至15 点的相关性较弱 (0.4 左右) ;但13 点和11 点至15 点的相关性较强 (0.93 以上) 而和1 点至9 点的相关性较弱 (不到0.5) 。10 点作为过渡点, 其和1点及13 点相关性一般 (0.88, 0.72) 。

也就是说在加热和除湿条件下将整个后舱内湿度空间分为上下两部分, 绝缘挡板及以下自成一个湿度体系, 受加热和除湿的影响;绝缘挡板以上自成一个湿度体系, 湿度受顶窗影响。下雨时, 柜外大气湿度通过柜顶窗口迅速向柜内渗透, 造成后舱上部湿度迅速提升, 雨后天晴, 湿度通过顶窗迅速散发。

5 结论

本文设计了金属封闭开关柜内温湿度状态监测及评估试验的方案和步骤, 通过分析实际运行开关柜内不同时间段和不同天气温湿度数据, 发现在加热和除湿条件下将整个后舱内湿度空间分为上下两部分, 绝缘挡板及以下自成一个湿度体系, 受加热和除湿的影响;绝缘挡板以上自成一个湿度体系, 湿度受顶窗影响。下雨时, 柜外大气湿度通过柜顶窗口迅速向柜内渗透, 造成后舱上部湿度迅速提升, 雨后天晴, 湿度通过顶窗迅速散发。

因此在接下来的研究中, 我们将着力分析和研究地缆沟的水汽对柜内温湿度的影响以及除湿机和加热器对柜内温湿度的影响。同时, 拟通过应用有限元分析软件ANSYS对在不同位置的除湿机和加热器情况下柜内的潮湿空气流动情况下进行仿真分析, 为金属封闭开关柜内凝露机理及解决措施研究供有利参考与指导作用。

摘要：在我国沿海地区, 由于空气湿度高, 造成金属封闭高压开关柜内露水凝结, 材料绝缘性能下降, 因此经常发生开关柜爆炸事故。本文利用自制的多路温湿度在线测量系统实时获取开关柜内湿度的数据, 进而对柜内湿度分布规律进行研究。

关键词：湿度分布,金属封闭开关柜,凝露,远程多路温湿度采集系统

参考文献

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在线监测数据采集仪 篇7

现有大型矿山企业对其各所属矿山内的球磨机群的监测多是采用模拟量变送器进行数据采集[2]。此种数据采集技术是一个参量对应一套变送器, 其采集设备复杂、连线多。当采集距离较远时, 极容易受到干扰, 而且费用高, 可靠性低;采用模拟量变送器进行数据采集, 有时只能作指针表显示, 个别数据可送入PLC (可编程控制器) 变为数量处理, 其设备费用高, 又需专业工程技人员编写复杂的专用程序;采用模拟量变送器进行数据采集和数据处理时, 又需配备较多的电脑和转换装置, 其设备费用也是很高的。

1 球磨机群监测系统组成

球磨机群可以包括多个球磨机系统, 一个球磨机系统又由球磨机和静压轴承两大部分组成, 图1～图3所示分别为球磨机系统的组成、球磨机系统结构原理和球磨机静压轴承液压系统原理。

球磨机系统上的传感器包括安装在球磨机及静压轴承上的温度传感器、压力传感器、振动传感器及粒度传感器、流量传感器、电量传感器和液位传感器。如图2所示, 在球磨机的出料口1和进料口6要进行流量检测;出料口1要进行矿浆粒度检测;出料口静压轴承2、滚筒3、进料口静压轴承5、进料口6、减速机7和电动机8要进行振动和温度检测;同时电动机8还要进行电量采集。如图3所示, 4路压力传感器分别与静压轴承上的进料端主轴瓦和出料端主轴瓦相连接, 可以检测轴瓦供油压力, 油箱中要进行油温和液位检测。

1.出料口, 2.出料口静压轴承, 3.滾筒, 4.传动齿轮, 5.进料口静压轴承, 6.进料口, 7.减速机。

基于上述球磨机系统的组成及数据采集方式, 结合现场的自动化基础建设情况, 可得出球磨机群检测系统的原理图, 如图4所示。

通过图4可以看出, 球磨机群检测系统包括数据监测中心、数据传输装置和数据采集监测模块。其中, 数据监测中心包括厂矿自动控制的工控机及与此工控机相连接的数据显示屏等;数据传输装置介于数据监测中心与数据采集监测模块之间, 包括电力光纤或GPRS无线通信等;数据采集监测模块是球磨机群监测系统的核心, 它由多个数据采集监测单元组成。

2 数据采集监测模块

数据采集监测模块主要包括两类数据采集监测单元, 分别为网络信号采集模块、网络电量计量模块[3]。

2.1 网络信号采集模块

网络信号采集模块包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑, 其原理如图5所示。

2.1.1 信号接入单元

信号接入单元如图6所示, 包括“八选一”芯片UIN1、UIN2和UIN3, 选通信号QH, 控制信号D2、D1和D0, 与芯片UIN1相连接的输出端A1, 与芯片UIN2相连接的输出端A2以及与芯片UIN3相连接的输出端A3。芯片UIN1设有输入端IN11～IN18, 芯片UIN2设有输入端IN21～IN28, UIN3设有输入端IN31～IN38, 输出端A1、A2和A3与所述的信号变换单元相连接。

2.1.2 信号变换单元

信号变换单元原理如图7所示, 包括基准电压源Vout、电阻R1～R11、电子开关S1～S7、锁存器SC、锁存器选通信号BX、阻抗变换器GS1～GS6、可变电阻器W1、控制信号D2、D1和D0以及信号变换输出端B1、B2和B3。信号变换输出端B1、B2和B3与所述的隔离放大单元相连接。经A1、A2和A3端输出的标准电压信号Ⅰ给入信号变换单元, 同时向信号变换单元输入Vout基准电压源以及控制信号D2、D1和D0, 将标准电压信号Ⅰ变换成标准电压信号Ⅱ经B1、B2和B3端输出。实施时选Vout=2.5 V, 电压纹波≤0.5%;S1～S7状态由D2、D1及D0状态而定, 见表2;W1为可变电阻器, 用来调节输出值;GS1～GS6为阻抗变换器, 实施时可采用运放作成的电压跟隧器;B1、B2和B3为信号变换后的输出端;通过信号接入单元后的信号在嵌入式微电脑的控制下, 可将mV、mA、热电阻、热电耦等信号直接变换规定的标准信号, 实施时该标准信号可为5 V。

2.1.3 信号变换单元

隔离放大单元包括隔离单元U1和可编程增益放大电路。隔离单元U1包括转换电容C1和C2, 微电子数字单刀双掷开关KC11、KC12、KC21和KC22, 选通信号GL以及微电子数字开关的控制信号D0;可编程增益放大电路包括精密集成运算放大器U2、可编程电阻网络U3和增益测量电路U4。可编程电阻网络U3由数字电位器SD1、SD2和SD3所组成, 增益测量电路U4包括数字开关K1、K2以及标准电压Vb和数字开关的控制信号D1[4]。

2.1.4 嵌入式微电脑

嵌入式微电脑原理如图8所示, 包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、存储器、网络接口、USB接口和一线总线式数字温度变送器DS18B20。

2.2 网络电量计量模块

网络电量计量模块包括一组网络电量计量装置控制器和分别与此网络电量计量装置控制器相连接的一组用电系统。此组用电系统由电网供电, 所述的网络电量计量装置控制器包括电流传感器CT、电压传感器PT、ASLC—电量测量专用芯片、键盘、LCD显示器、RS485接口、看门狗、报警、时钟电路、测温元件DS18B20、带光隔离的开入/开出信号端和电流源。网络电量计量模块的原理如图9所示。

3 优点

(1) 本文的球磨机群监测系统的球磨机单元监测模块采用了多通道、多种传感器直接输入的网络智能数据采集模块化装置, 允许8通道传感器分时输入, 可实现统一变换、电容隔离、可编程放大、±18位A/D转换和智能处理、带现场总线 (同时可用Modbus和Profibus-DP) 的网络传输。本球磨机群监测模块具有体积小、使用灵活、操作简便、通用性强、网络智能化等优点。

(2) 本系统的球磨机单元监测模块可实现压力、被磨物质粒度、温度、流量、液位、振动、电量和现场运行等状态的实时、全方位、多参量监测, 适用于检测和控制等多种场合, 是实现网络智能数据监测和控制的理想装置。

(3) 在智慧云计算平台支持下, 本系统可实现大型多个矿山企业的球磨机群监测。

本文提出一种球磨机群监测系统的数据采集监测模块及其监测方法, 它包括数据监测中心、数据传输装置、球磨机群监测模块和网络电量计量模块, 基于此数据采集监测模块对球磨机群进行数据采集、监测和传输, 可实现大型多个矿山企业的球磨机群监测, 省去了基层设备的扩容, 能实时完成大量数据收存、优化处理、智慧决策、合理调度、全面监视等综合工作[5]。

参考文献

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[4]崔玉龙, 刘教民, 王静.低压电器信号变换技术[J].电子技术, 2002 (8) :49-50.

在线监测数据采集仪 篇8

1 系统的整体构成

系统主要由以下四部分构成:负责电源管理工作同时采集两路模拟量数据的单片机系统;可以在海底稳定工作的9 台深海探测设备;负责控制系统运行以及采集数据的嵌入式系统;串口服务器以及交换机。构成框图如图1 所示。

系统集成的9 台深海探测设备分别为三维海流计 (ADCP) 和声学多普勒流速仪 (ADV) 、二氧化碳 (CO2) 传感器和甲烷 (CH4) 传感器、输出模拟量的p H值传感器和溶解氧 (DO) 传感器、步进电机、高度计和深海摄像机, 其中, ADCP上还集成了一个浊度传感器, ADV上集成了电导率传感器和温度传感器。

串口服务器选用的是具有一个10M/100M以太网口和8 个异步串口的通信服务器。其中ADCP、ADV、CO2传感器、CH4传感器和高度计为RS 232 通信接口, 与MSP430 单片机一同接于串口服务器上, p H传感器和DO传感器直接与MSP430 单片机的12 位A/D转换通道相连, 采集的数据经模数转换后通过串口服务器上传给ARM。而由两块ARM组成的双冗余嵌入式系统与串口服务器通过TCP/IP协议进行网络通信。步进电机用来调整传感器框架的高度, 使得传感器在不同的高度上采集数据, 以完成微剖面数据采集工作。

2 微剖面数据采集系统设计

2.1 硬件搭建

数据采集系统以Atmel公司的AT91S9263CU作为核心, ARM处理器是小体积、低功耗、低成本而高性能的微处理器[1]。系统拥有2 MB的NORFLASH来存放u⁃boot引导程序, 挂载4 GB的SD卡来存放应用程序以及采集的数据。单片机系统选用MSP430F149 单片机作为控制核心, MSP430 系列单片机具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段[2], 可以满足系统的需求。

2.2 软件设计

由于系统需要长期工作在海底, 一旦投放则维护费用高、周期长, 从而对应用程序提出了较高的要求, 如:程序必须灵活, 可以根据情况采用不同的工作方案;程序必须稳定, 并且有较好的健壮性与容错性, 出现错误可以在一定程度上自恢复。

2.2.1 整体设计

平台选用Linux 2.6.30 作为操作系统。Linux操作系统是稳定的系统, 可以进行独立工作, 自由与开放, 配置要求低廉, 功能强大而稳定[3], 它是以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统[4], 应用程序运行在Linux操作系统之上, 使得应用程序的稳定性大大提高[5]。程序主要分为三个阶段:甲板设置阶段、投放阶段和数据采集阶段。甲板设置阶段主要是设置系统的参数包括系统循环采集周期, 数据采集频率, 开启/关闭电机与摄像机设置等参数。投放阶段主要是设置投放时间, 定时开机并将传感器调整到最高或最低端。数据采集阶段主要是控制传感器分别在最高端、中间以及最低端采集数据3 次, 以完成微剖面数据采集工作。

应用程序采用了多线程编程。线程是一个进程内的基本调度单位, 也可以称为轻量级的进程。线程是在共享内存中并发的多道执行路径, 它们共享一个进程的资源, 因此, 大大减小了上下文切换的开销[6]。程序主要分3 个线程。主线程主要负责主从两块ARM间的通信, 通过给单片机发送指令控制系统电源, 以及监视系统的运行状态。数据采集线程主要负责控制各设备进行数据采集, 接收并存储设备发送来的数据。数据上传线程主要负责设备回收后与PC机的通信, 并上传采集的数据。

2.2.2 微剖面数据采集部分设计

系统通过高度计的数据来判断传感器框架的当前高度, 并通过控制步进电机实现对传感器框架高度的调整, 调整到所设置的高度后再给传感器上电后采集数据。系统控制传感器框架分别在最高点、中点和最低点各采集一次数据。传感器框架的总行程为20 cm, 每移动10 cm采集1 次, 采集顺序从上至下和从下至上交替进行, 从而实现海底边界层微剖面数据采集。数据采集流程图如图2 所示。

2.2.3 系统的健壮性与自恢复

系统从硬件故障和软件错误处理两个方面来保证系统工作的稳定以及采集数据的正确性。

硬件方面:采用ARM双冗余设计, 两个ARM模块分为主系统和从系统。系统上电后, 主从系统会相互通信确认彼此状态。主系统负责与单片机通信并控制设备采集数据, 调整传感器框架高度以及存储接收到的数据, 从系统只负责接收数据并存储到SD卡上。如果主系统出现问题, 从系统会接替主系统完成控制工作, 从而提高系统可靠性。 主从系统流程图如图3 和图4所示。

软件方面:操作系统向各个传感器设备发送采集数据指令, 并检测该设备是否响应, 如果响应超时或没有响应, 会重新发送采集数据指令。如果发送3 次指令均响应超时, 则跳出循环, 放弃该设备本周期的数据采集, 不会始终等待而形成阻塞, 同时记录出错信息, 写入日志。

3 FTP服务器的搭建

FTP是文件传输协议的简称, FTP是在TCP/IP网络和Internet上最早使用的协议之一。FTP提供交互式的访问, 允许客户指明文件的类型与格式, 并允许文件具有存取权限[7]。系统使用bftpd服务器程序搭建了FTP服务器。当程序进入上传线程时, 可通过FTP协议访问ARM板SD卡上的数据, 并在回收系统之后, 在不拆卸系统的情况下将数据传送至PC机上。

4 结语

通过长时间的连续试验, 验证了该系统可以稳定地在三个不同高度采集数据, 完成微剖面数据采集工作, 并方便地上传数据。试验结果表明该系统可以满足海底边界层微剖面数据采集系统的设计要求。

参考文献

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[6]孙琼.嵌入式Linux应用程序开发详解[M].北京:人民邮电出版社, 2006.

在线监测数据采集仪 篇9

随着我国的基础建设规模增大,基础能源的需求量越来越大,因而煤矿资源的开发越来越重要。矿区里的管理、监测系统随着矿区规模扩张已经不能再由单一的数据采集网络构成,需要向更复杂的集管理、告警、双向通信式的总线网络转变。同时矿区的管理检测系统需要具备良好的兼容性、稳定性、高效率以及网络冗余性,以应对突发的事件,并且降低故障发生几率。目前,井下分站[1]之间通常采用不同的网络通信协议,采用不同的通信网络物理层结构,相互间不兼容,使得各分站间信息交流困难,而且井上主控系统难以及时获取井下分站的详细信息,第一时间作出正确的判断。

针对上述情况,提出了基于MODBUS协议的矿区监测系统数据采集方案,将各个井下分站的不同通信接口连接起来,使得信息交流、共享没有障碍,并且拥有对突发事件的处理机制。解决了传统矿区通讯平台间的低效率、难以统一管理的问题。

1 MODBUS RTU协议

MODBUS是OSI标准通信模型中第7层上即应用层上的报文传输协议,标准、免费是用户可以使用的开源协议,目前世界上支持MODBUS协议的厂家已经超过400家,支持MODBUS协议的产品突破600种。最早是由Modicon公司于1979年制定的应用于电子控制器上的通用协议,用于实现控制器之间、控制器经网络(例如以太网)和其它设备之间的通信[2]。它是一种应用层报文传输协议,与底层的物理接口及电气规范无关,如图1所示,传统的RS–232/422/485设备,最新的以太网设备等都得到了MODBUS协议的支持。

MODBUS通讯协议可分为ASCII协议及RTU协议,数据采集控制系统组网通信协议主要采用后者。数据通信采用主从通信方式,主站发出数据请求信息,从站无论是否接收到正确的消息都能发送响应帧到主站以响应请求;主站也可以直接发信息帧修改从站数据,实现双向读写。当主机在MODBUS网络上通讯时,它标定了自己的设备地址,并使用广播方式发送消息,从站接收到消息后,识别自己的地址,正确后除去地址码,读取信息,进行CRC 校验。从机完成通信后处于自动监听状态。信息帧结构如表1所示。两个消息之间的间隔至少要达到3.5个字符空闲以上。因而在传输完最后一个字符后,一个至少3.5 个字符时间的停顿表示了消息传输结束。再次传输消息帧可以在这个间隔时间结束后开始。整个消息帧必须作为一连续的流转输。MODBUS RTU协议通过16进制消息进行传输,并且采用16位的CRC进行校验,CRC校验编程时多采用查表法。

2 监测系统设计

2.1 系统主站软件结构分析

整体系统软件主要可分为数据采集部分,用户操作界面部分,以及数据配置信息部分。其架构如图2所示。

其中数据采集部分包括对定义IO设备的采集驱动程序,同时包含实时数据库,在本系统中该实时数据库采用xml文件,因为xml文件的规范统一,互操作性强且与平台无关等特点,无论是收集数据还是发送报文,都可以实现高效准确,此处的xml文件主要包含各个定义IO设备的实时状态,历史数据,即时命令,各类传感器的类型,数据类型,数据量度等,在数据采集驱动模块下实现高效调配。用户操作界面,主要负责界面的显示,实现便捷,简单的人机交互操作,同时调用底层驱动模块实现通信。主要有现场信息显示,温湿度信息采集,报警系统配置,是上位机的控制终端。而数据配置信息部分,则主要由单个xml文件构成,下位机配置xml文件中保存了下位机的连接方式、传输速率、设备地址、校验格式等信息。采集驱动模块通过Modbus协议与下位机通信[3],实现井下各种传感器参数的实时采集,并对采集到的数据进行相应处理和持久化。驱动模块以动态连接库(DLL)的形式发布, 减少系统运行负担,也有利于软件调试安装。

2.2 井下分站设计与实现

MODBUS RTU协议是一主多从的通信协议。所以每个接收控制器都要采用不同的设备地址。MODBUS RTU接收控制器主要实现消息帧的接收、执行和响应。根据接收到的消息帧执行相应的行为。给出响应并将响应的反馈发送给主设备。由于在井下环境复杂,电磁干扰严重,传输距离较远,模拟数据多,要求微处理器需要具有高速处理,抗干扰能力强,多通道采集等特点,故采用AT91RM9200作为本系统的井下分站微处理器[4]。整个分站系统如图3所示。其中AT91RM9200是ATMEL公司生产的基于ARM920T内核的可以适应功耗低,工作稳定的工业控制现场的高速处理芯片,片上资源丰富,片内集成了USART、SSC、SPI、USB及I2C等通信接口,能适应多种通信标准的要求,如103标准、MODBUS标准等。具有低功耗,多通道数据控制器,支持高速以太网等特点。在其外围电路搭建上主要有光耦隔离电路,RS485转RS232电路,电源接口,以及数据采集模块。电路采用模块化设计,也为将来的扩展和维护提供方便。

通过一块LCD12864显示屏把系统的设置信息和采集数据等显示给用户, 这部分电路直接连接于控制芯片的GPIO引脚上,实现数据显示。使得整个分站的状态能够及时显示给井下工作人员,让该系统的实用性大大增强。模拟量输入信号为(100～800 Hz)方波,经光电隔离后连接控制芯片的外部中断引脚上。由内部固件实现频率的采集。开关量输入输出信号经光电隔离后连接控制芯片的GPIO引脚。由内部固件来实现输入输出逻辑控制。AT91RM9200内置高级终端控制器,具有8个中断优先级,最多可处理32个中断源,利用这种高级终端控制器可以更加便捷地进行MODBUS通信模块编程,完善整个通讯由接收、校验、到响应的全过程。分站系统的软件部分主要分为功能处理模块和处理响应模块,其中功能处理模块是核心模块, 包括串口初始化、消息帧构造和解析以及发送消息帧等功能,处理响应模块部分是对主站传来的消息进行处理并响应。

2.3 数据采集模块设计

数据采集模块[5]按照其软件架构分层思想大致可分为表示层,业务层和网络数据层。其结构如图4所示。表示层主要为各用户操作UI的集合,是最上层的交互界面,可以对数据库信息进行交互。业务层负责收集传感器数据,现场环境信息,告警信息,进行系统管理等。而网络数据层则实现与数据库的连接、调用,实时将数据传递给相关的xml数据文件。这三层在设计时予以逻辑分割,为软件维护和扩展提供便利。

2.4 底层软件流程图

主站中的MODBUS驱动模块的主要程序流程如图5所示。

所有主站底层的操作都封装在该驱动模块内。含有超时报警机制。发送以及构造帧机制,应答帧机制。由用户操作界面调用该驱动实现上层发送命令、接收数据等操作。井下分站主要的程序包含接受数据帧,构造且返回应答帧、错误判断机制、CRC校验等。

3 软件运行测试与结果分析

图6所示为应用程序的工作界面。可以实现具体设备地址,具体传感器地址,功能选择以及相关现场温湿度的显示,并及时将数据传输给远程监控系统。在现场温度调控为20℃。湿度为30%的情况下,现场温度采集显示准确。同时利用数据采集模块随机采集三组传感器数据。采集模块的数据如表2所示,经测试表明,系统稳定可靠,能够实时正确检测到电压、温度,湿度,压力等现场环境指标,实现了数据采集的自动化和智能化。

4 结束语

针对矿区的现场环境复杂特性,以及高容错率,高兼容性通信标准的设定。并且针对目前井下各分站通信接口不统一,平台不相互共享等特点,基于MODBUS协议的可容错性以及高兼容性等优势,本文设计并提出了基于MODBUS协议的矿区监测系统数据采集方案,井下分站搭载于ARM9平台上,高速率,外围电路少并且稳定。整个系统在测试环境下已实测稳定,抗干扰性,和系统自我调控能力,人机交互等都趋于完善。下一步工作将在扩大规模和系统效率提高上继续提高。该方案也是矿区安全监测系统的一个良好借鉴和应用。

摘要：叙述了基于MODBUS的矿区监测系统数据采集方案,既提高了数据传输速度,又增强了系统的稳定性。根据矿区内信号特点,提出了一种以工业控制计算机为主站、以ARM9平台主控芯片为主构成从站的矿区数据采集系统结构。阐述了分站的系统设计思想,通过MODBUS协议统一了不同的网络物理层通信接口,在实测环境中,做到了数据传输可靠,速率快,满足数据交互要求。

关键词：MODBUS,工业控制,ARM9,通信接口,数据交互

参考文献

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