（上海特種設備監督檢驗技術(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)監督局公益項目（NO.2009-18）

    摘要：本文介紹了基于CAN總線(xiàn)的汽輪機監測系統振動(dòng)監測智能節點(diǎn)的設計，改進(jìn)后系統可以將監測到的各種現場(chǎng)信息轉化成符合CAN總線(xiàn)標準的數據，使數據可以傳遞到遠程的控制室，實(shí)現真正的遠程監控。

    關(guān)鍵詞：CAN；汽輪機監測系統

    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

    汽輪機監測儀表系統（Turbine Supervisory Instrumentation,TSI）是一種連續監測汽輪發(fā)電機組轉子和汽缸機械工作參數的多路監控系統，對汽輪機組的安全運行起著(zhù)重要的作用。由于汽輪發(fā)電機組容量的不斷增大，對汽輪機監視保護儀表（TSI）的要求越來(lái)越高，使用的傳感器的類(lèi)型和數量也較原來(lái)大為增加，這樣就大大增加了現場(chǎng)中電纜的使用長(cháng)度以及系統安裝的復雜性大為提高，使系統的可靠性得不到保證。

    所以本文研究了基于CAN總線(xiàn)的儀表監測系統的設計，除了保證監測系統可靠工作和降低成本之外，還要具有通用性、實(shí)時(shí)性和可擴展性等特點(diǎn)。減少現場(chǎng)電纜的長(cháng)度和安裝的復雜性，提高系統的可靠性[1,2]。
                       
                                       圖1  系統示意圖
    2 互聯(lián)轉換模塊的總體設計方案

    由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的運用，可以將整個(gè)汽輪發(fā)電機組的振動(dòng)信號的測量、故障分析、故障診斷與系統管理通過(guò)CAN總線(xiàn)被納入一套系統之中，系統示意圖如圖1所示。該系統具有結構簡(jiǎn)單，維護方便，投資省的優(yōu)點(diǎn)。處于底層的智能傳感器負責進(jìn)行機組振動(dòng)信號的測量與傳輸；網(wǎng)絡(luò )上的PC（工程師站）對振動(dòng)解析系統中的各個(gè)智能設備的工作模式進(jìn)行組態(tài)；同時(shí)可以觀(guān)察振動(dòng)的趨勢，振動(dòng)的頻譜等。將振動(dòng)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(dòng)傳感器，以提高實(shí)時(shí)性。
                         
    3 系統硬件實(shí)現

    系統中連接在CAN總線(xiàn)上的TSI儀表稱(chēng)之為智能監測節點(diǎn)，TSI儀表由傳感器、振動(dòng)信號處理電路，A/D轉換電路，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儀表結構框圖如圖2所示。先由汽輪機監測儀表TSI獲得現場(chǎng)設備的測試數據，然后通過(guò)儀表內部的單片機完成對CAN總線(xiàn)控制芯片MCP2510的初始化和訪(fǎng)問(wèn)其內部的收發(fā)緩沖器，來(lái)實(shí)現對CAN的操作并將需要發(fā)送/接收的CAN數據幀由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 )上節點(diǎn)主要是用來(lái)將智能監測節點(diǎn)通過(guò)CAN總線(xiàn)所傳來(lái)的數據進(jìn)行收集整理并顯示給監控人員，以利于監控人員根據儀表數據來(lái)對生產(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4 主程序的設計在軟件設計中，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。主程序流程圖如圖2所示。
                          
    系統中發(fā)送采用的是查詢(xún)方式，當需要發(fā)送數據時(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)送緩沖區的填寫(xiě)，并送出發(fā)送請求信號，完成一幀CAN報監測節點(diǎn)。
                                 
                                        圖2 振動(dòng)傳感器結構框圖

    4 主程序的設計

    在軟件設計中，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。主程序流程圖如圖3所示。

    系統中發(fā)送采用的是查詢(xún)方式，當需要發(fā)送數據時(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)送緩沖區的填寫(xiě)，并送出發(fā)送請求信號，完成一幀CAN報文的發(fā)送。系統中接收采用的也是查詢(xún)方式，系統定時(shí)查詢(xún)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點(diǎn)的地址，如果是就接收緩沖器的數據，再進(jìn)行進(jìn)一步的處理，并清除緩沖器滿(mǎn)標志。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。
                                
                                             圖3-17 主程序流程圖
   
    5 結語(yǔ)

    本文對當前的TSI儀表系統的常用結構組成進(jìn)行了改進(jìn)，提出了在汽輪機工作現場(chǎng)將傳統的儀表由新的智能化儀表所代替，可以將監測到的各種現場(chǎng)信息直接轉化成數字信號，并通過(guò)設計的CAN總線(xiàn)和以太網(wǎng)的互聯(lián)模塊來(lái)把數據傳遞到遠程的控制室內或連接到Internet，實(shí)現真正的遠程監控。

    參考文獻：

    [1] 陽(yáng)憲惠.現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其應用[M].北京: 清華大學(xué)出版社，1999.

    [2] 鄔寬明.CAN總線(xiàn)原理和應用系統設計[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，1996

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第四期