基于CAN總線(xiàn)的汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

（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

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(lái)越高，使用的傳感器的類(lèi)型和數(shù)量也較原來(lái)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(xiàn)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]。

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(xiàn)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(guò)CAN總線(xiàn)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(guān)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(xiàn)上的TSI儀表稱(chēng)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(xiàn)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(guò)儀表內(nèi)部的單片機(jī)完成對(duì)CAN總線(xiàn)控制芯片MCP2510的初始化和訪(fǎng)問(wèn)其內(nèi)部的收發(fā)緩沖器，來(lái)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(xiàn)收發(fā)器MCP2551，發(fā)送/接收到CAN總線(xiàn)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(lái)將智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN總線(xiàn)所傳來(lái)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(lái)對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行自動(dòng)控制，并將生產(chǎn)指令通過(guò)CAN總線(xiàn)傳給智能監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。

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(lái)的程序中加入與MCP2510的通信程序就可以完成儀表和CAN總線(xiàn)的通信接口的實(shí)現(xiàn)。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

系統(tǒng)中發(fā)送采用的是查詢(xún)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(xún)，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(xiě)，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(xún)方式，系統(tǒng)定時(shí)查詢(xún)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(mǎn)標(biāo)志。依照主程序的流程圖，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)主程序的主要部分，此處略。

5 結(jié)語(yǔ)

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(guò)設(shè)計(jì)的CAN總線(xiàn)和以太網(wǎng)的互聯(lián)模塊來(lái)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。

圖1 系統(tǒng)示意圖

[1]陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(xiàn)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