基于ADAM的泵站主机状态数据监测系统

谢 琪

（杭州市河道管理总站，浙江 杭州310000）

1 引言

绝大部分泵站主机组的现场测试对象为非电量参数，非电量参数的测量必须应用转换元件（如传感器），将非电量信号及其变化的过程转换为电量信号及其对应的变化过程，传统上受到转换元件性能有关限制，转换元件的性能好坏将直接影响整个系统的测量效果，故实时监测存在了很大的困难。随着传感器和单片机等技术的迅猛发展，使非电量信号的采集变得相对容易，精度和可靠度也有了明显的提高。由传感器和单片机构成的各种数字化、智能化和自动化的仪器仪表，在泵站或电站中逐渐得到了推广与应用[1]。

泵站主机组的状态监测是一门综合数据采集、通信、计算机等技术的交叉学科，具有很强的科学实践性。本文具体结合了泵站数据采集与处理技术、数据传输技术、计算机开发技术等进行如下工作：①数据采集系统的硬件组装和软件的研发；②结合七堡泵站5号机组的数据采集，对所采集的信号作出了数据处理；③利用了ADAM模块开发了一套实用的16数据通道实时监测系统[2]。

ADAM开发模块主要由ADAM-5511母板和ADAM-5017模拟信号输入模块、ADAM-5024模拟信号输出模块、ADAM-5051数字信号输入模块和ADAM-5056数字信号输出模块组成。ADAM开发模块包括有两个主要的组件：主单元和I/O模块。主单元包括1个CPU卡，1个电源校正器，1个4槽的基板，2个系列通信口和1个可编程口。

2 总体构架

（1）传感器

传感器的任务是要完成主机的各类信号采集，它将被测量的参数转变为对应的可输出标准信号，被测量参数可以是各种非电气量参数。如电压、电流、温度、压力、功率等，以电压电流为例：通过电压互感器可以将高压变为100 V低电压；通过电流互感器可以将大电流转变为5 A低电流，低电压和低电流将可以送入到数据采集板中的A/D转换器，而不至于损坏数据采集板。

（2）信号调理

来自传感器的输出信号包含有干扰信号，这种干扰信号往往是非常微弱的。因此，需要信号调理模块进行过滤，它有两个基本作用：①放大微弱信号。将微弱信号放大，直到与A/D转换器（数据采集板中）相互匹配；②预滤波。过滤高频分量，这种高频分量一般是干扰的噪声信号[3]，将频带进行压缩用以降低采样的频率，以免产生混乱。如果信号调理模块输出的是标准化的信号，如4～20 mA的电流信号，则称这种信号调理模块为变送器。此外可以根据需要进行信号的隔离与变换等。

（3）数据采集板

数据采集板的主要功能有3个：①由衰减器和增益可控的放大器进行量程转换；②由多路开关完成对多点多通道信号的分时采样活动，时间连续信号 X（t）经过数值采样后变为离散时间序列 X（n），n=0，1，2，…；③将信号的数据采样值由A/D转换器转换为幅值离散化的数字量，或转换为脉冲频率值用以适应计算机工作。

（4）计算机软件系统

计算机软件系统犹如神经中枢，它使整个监测系统具有一定的智能性，成为一个可调度的智能整体。在软件程序的指导下，传感器将按设定的程序进行自动信号采集、存储和处理，对数据进行自动运算、分析和调度，然后进行指令输出、记录、显示或打印。

3 核心技术

3.1 内嵌和隔离技术

在ADAM-5511母版中，有一种内嵌和隔离技术，该技术采用了80188 CPU和ROM-DOS两种操作模块，80188微处理器在CPU卡中，提供除BIOS以外的所有MS-DOS的基本函数，函数属性接口为DevStyle，其中Mcgs参数用以确定设备构件的类别。①对独立的设备构件固定为0；对通信子设备，固定为1。本属性为只读属性，语法形式为：Public Property Get DevStyle( )As Long；②内嵌了RS-232-485通信口，接口方法名称为InitNewDev，语法为InitNewDev（SavObj As Object）as Long，设备初始化成功返回值为0，否则为失败；SavObj参数为存盘服务的对象，通过该对象保存和读取相应的数据值。③内嵌了ROM和编程用的快闪磁盘。ADAM-551快闪ROM 、SRAM和快闪磁盘，400 kB空间用以下载程序。④3位隔离和看门狗计时器。对I/O模块（对地电压3 000 V）、通信连线（对地电压2 500 V）和通信电源连线（对地电压3 000 V）隔离。看门狗计时器用来监测微处理器，它能在系统失败时自动重置ADAM-5511微处理器[4]。

3.2 多模式传输技术

ASCII模式和RTU模式是控制器可以选择的两种模式，在应用时可以自由选择，并且可以设置各种参数。这两种模式都是采用了Modbus通信模式，而且都是采用串口通信的，其验证方式为波特率方式和校验方式。

（1）ASCII模式

ASCII通信模式有很多优点，其中最突出的优点有2个，①十六进制的代码系统，在该系统中，传输的字节为0～9、A～F，校验时是从最小字节向最高字节发送。奇偶校验位（无校验则无）、1个停止位（有校验时为2 bit，无校验时则为检测错误域）、纵向冗长检测LRC。②双字节发送的时间间隔比较短，最快可达到1 s。

（2）RTU 模式

RTU通信模式的主要优点有：①采用8位二进制和十六进制混合的代码系统，发送1个奇偶校验位（无校验则无）、1个停止位（有校验时为2 bit，无校验时则检测错误域）、CRC循环冗长检测。②在同样的波特率下，可比ASCII方式传送了更多数据。

3.3 桢技术

（1）ASCII帧

ASCII帧模式的信号传输方式是从冒号“：”开始，回车换行符结束。而其他的域是从十六进制的0～9，A～F的数据双字节传输。在检测时，侦测冒号“：”，当检测冒号“：”时，返回设备解码信息，间隔最长不能超过1 s，否则将被认为是一个错误传输[5]。

（2）RTU 帧

RTU模式的数据信号传输发送3.5个双字节，其主要工作方式为：①地址域信息传输方式。从一个新数据信号传输到另一个地址域新数据信号时，接收的信息将是前一数据信号的延续。当检测到小于3.5个双字节数据时，将被认为是CRC域值检测错误。②整个数据信号帧作为传输流信息。该传输信号为1.5个双字节，有停顿时间并不断刷新接收信号。有超过1.5个双字节时，将被认为是CRC域值检测错误。③最后一个双字节传输，出现一个至少3.5个双字节时间的停顿，这标定了数据信号的结束，一个新的数据信号可在此停顿后继续开始，如此循环。④传输第一个地址域，从0～9，A～F不断侦测总线网络，对每个设备都进行了解码，用以判断信号是否已经返回。

（3）地址域

单个设备的地址域是0～247的十进制数，多个设备的地址域是包含2个双字节，即ASCII和8 bit RTU的地址。①主设备与从设备通过地址联接，信号传输时，要先选通从设备再选通主设备，从设备发送回数据给主设备，将信号传输到主设备的地址域之中，然后主设备作出回应。②广播地址为“0”。所有的从设备都是作为认知设备，采用Modbus协议进行广播，不允许以其他方式来代替。

3.4 设备驱动技术

需要编制一个通用设备驱动构件，其具体方法比较复杂和难懂。但在实际应用中，若设备的作用和功能都已经明确，那么设备驱动构件的编制就显得简单很多。这里将以ADAM 4050为例，论述如何编制特定功能的设备驱动构件[6]。

功能要求为：能随时读入8个模拟量输入通道的状态和设置4个模拟量输出通道的输出状态。根据前面所述，利用高级的开发语言向导，编译生成一个通信设备的驱动构件源代码程序框架；假定工程名设为：Memy4050，类型名设为：memy555111。

定义一个属性DeveNumber，用来标识模块的地址号：Public DeveNumber As Long；然后把属性DevChannel中的值设置为15；在接口CollectDevDat中编制程序代码如下：

On Error Resume Next Dim myflage As Long myflage = CollectOneComm（meParente，Deve Number，date）

CollectDeveDate = 0

If myflage <> 0 Then CollectDeveDate = -1

……

编译该工程，得到动态链接库（DLL）文件Memy 5511.dll，将该文件复制到MCGS的programedriveres目录下，即可完成本设备驱动构件程序的编译工作。

4 应用实例

本模块在现场试验先通过采集模块来实现对所需参数的采集，该模块图形的形式显示了采集数据，可以很直观地看出采集到数据的趋势，如图2所示。

图2 实时数据显示界面

该模块形成的组件如取名为Me5511.dll，则泵站计算机监控上位机软件中可以调用该组件。并把数据读到上位机软件界面中。同时在界面中加入水头、流量等参数，配合使用，并在右边采用实时绘图软件绘出各参数的图形。

5 结束语

本文采用ADAM模块开发软件实现了泵站主机数据监测模块的开发，并在上位机中进行实践应用，该应用丰富了泵站计算机监控系统的内容，完善了泵站计算机监控系统对机组数据监测的功能，有效地提升了泵站综合自动化水平。本模块的开发经验可为其他模块的开发以及泵站计算机监控系统的进一步升级提供借鉴。