鄭勇彬

（第八采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所儀表管理室，黑龍江 大慶 163000）

當(dāng)前，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在運(yùn)行效率低、通信傳輸連續(xù)性差的問題。因此，針對(duì)上述問題，本文結(jié)合串行通信技術(shù)，開展對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。

1 基于串行通信技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

本文基于串行通信技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包含PLC 可編程邏輯控制裝置、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)用傳感器以及其他相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行支撐裝置。實(shí)際應(yīng)用過程中，根據(jù)應(yīng)用需要，還可增設(shè)相應(yīng)的現(xiàn)地觸控屏裝置。考慮到當(dāng)前大部分企業(yè)中的技術(shù)薄弱以及資源短缺問題，本文在設(shè)計(jì)硬件時(shí)，不直接引入傳統(tǒng)觸控屏設(shè)備，而是通過引入PLC 可編程邏輯控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的顯示。通過對(duì)系統(tǒng)中各硬件的信號(hào)輸入以及采集現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)等需求量進(jìn)行計(jì)算對(duì)PLC 可編程邏輯控制裝置提出相應(yīng)的要求：在本文系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)確保系統(tǒng)中保留20%～30%的冗余量。

1.2 可編程邏輯控制器選型

根據(jù)上述硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，本文選用型號(hào)為PLC FPSG188 的可編程控制器，該型號(hào)可編程邏輯控制裝置在實(shí)際應(yīng)用過程中具有運(yùn)行速度快、容量大、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，F(xiàn)P-SG188 型號(hào)控制器中還含有高配置USB 端口，并且在實(shí)際運(yùn)行時(shí)能夠保證更強(qiáng)的抗干擾能力。本文系統(tǒng)中的可編程邏輯控制器的控制信號(hào)傳輸，采用串行通信技術(shù)完成，因此，在控制器中還需要添加CP 芯片模塊。本文采用CP4500-18 型號(hào)的CP 芯片。根據(jù)本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選擇4個(gè)模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，共5 路模擬量輸入點(diǎn)。對(duì)于系統(tǒng)中的其他相關(guān)硬件設(shè)備選擇，應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需要，在確保系統(tǒng)其他綜合運(yùn)行能力的基礎(chǔ)上選擇帶有一定測(cè)控功能的硬件裝置類型。

2 基于串行通信技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于串行通信技術(shù)的運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集與傳輸

串行通信初始設(shè)置功能包括設(shè)置定時(shí)器方式、設(shè)置串行方式、分配初始值和外部中斷觸發(fā)模式。單片機(jī)初始程序如下。

通過STC89C52 單片機(jī)，使其P3.0 端口和P3.1 端口可以正常通信。若通過PC 機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)時(shí)，那么，串行中斷標(biāo)志RI 在接受停止位的過程中，硬件會(huì)自動(dòng)設(shè)置。若需取消中斷，軟件必須在下次接收時(shí)重置RI。單片機(jī)在接收數(shù)據(jù)后，對(duì)其進(jìn)行處理比較和響應(yīng)計(jì)算。由于串行中斷的傳送速度快，若接收中斷時(shí)，必須返回等待，才能再次中斷。在本文設(shè)計(jì)的基于串行通信技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，針對(duì)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，應(yīng)當(dāng)保證其自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，基于串行通信技術(shù)對(duì)各類被監(jiān)控對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的參數(shù)、狀態(tài)等內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將可能存在異?；蚬收蠁栴}產(chǎn)生的參數(shù)以報(bào)表的形式輸出。同時(shí)，根據(jù)需要，將本文系統(tǒng)需要進(jìn)行自動(dòng)化采集的參數(shù)類型設(shè)置為開關(guān)量、數(shù)碼量以及模擬量等。

首先，開關(guān)量是指在被監(jiān)控對(duì)象出現(xiàn)問題時(shí)，本文系統(tǒng)需要通過中斷的方式，給出標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)，在輸入開關(guān)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照事件發(fā)生的具體順序進(jìn)行記錄。

其次，系統(tǒng)中的模擬量可通過循環(huán)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的自動(dòng)化采集，并將其實(shí)際表達(dá)內(nèi)容按照不同的監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行劃分。最后，數(shù)碼量可通過系統(tǒng)中包含的多個(gè)開關(guān)完成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，并以二進(jìn)制的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

2.2 上位機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)

本文基于串行通信技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)信息顯示，還需要對(duì)其進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的故障類型，劃分為兩個(gè)不同部分：一是，被監(jiān)控對(duì)象是否存在偏離正常運(yùn)行軌道問題。針對(duì)這種故障類型，可由被監(jiān)控對(duì)象的具體工作環(huán)境和條件進(jìn)行判斷。針對(duì)這一類型故障通過在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置被監(jiān)控對(duì)象的不同參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。二是，被監(jiān)控對(duì)象功能是否失效判斷。這種故障類型出現(xiàn)后，被監(jiān)控對(duì)象會(huì)出現(xiàn)持續(xù)性的偏離正常運(yùn)行功能參數(shù)現(xiàn)象，因此，對(duì)這一故障問題可通過系統(tǒng)對(duì)其是否存在常規(guī)零部件失效導(dǎo)致進(jìn)行判斷。

除此之外，當(dāng)被監(jiān)控對(duì)象出現(xiàn)故障時(shí)，還會(huì)存在一種特殊的電流異常現(xiàn)象，針對(duì)該現(xiàn)象的參數(shù)變化情況，可通過測(cè)量其基波的磁動(dòng)勢(shì)的方式計(jì)算得出，其計(jì)算公式為：

式中，K 表示為被監(jiān)控對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)；t 表示為被監(jiān)控對(duì)象相關(guān)系數(shù)；x 表示為被監(jiān)控對(duì)象定子繞組的匝數(shù)；L 表示為定子運(yùn)行過程中的電流；α 表示為電網(wǎng)角頻率大??；χ表示為運(yùn)行初相角。

通過對(duì)基波磁動(dòng)勢(shì)計(jì)算，根據(jù)被監(jiān)控對(duì)象在一般運(yùn)行過程中的實(shí)際情況，設(shè)定參數(shù)變化范圍，當(dāng)其超出設(shè)定范圍時(shí)，則系統(tǒng)可默認(rèn)其出現(xiàn)了故障問題，并根據(jù)參數(shù)的具體變化情況分析具體故障原因。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證本文提出的基于串行通信技術(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果，使用該系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)某生產(chǎn)企業(yè)中相同的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性，兩種系統(tǒng)均采用相同的運(yùn)行服務(wù)器，網(wǎng)卡要求均在1200M 以上。完成監(jiān)控任務(wù)后，對(duì)比兩種系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)的通信傳輸效果，如表1 所示。

表1 兩種監(jiān)控系統(tǒng)通信傳輸效果對(duì)比表

由表1 可以看出，本文結(jié)合串行通信技術(shù)后的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比可實(shí)現(xiàn)對(duì)更多監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸，進(jìn)一步提升監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 結(jié)語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化功能，本文基于串行通信技術(shù)的應(yīng)用，分別從硬件設(shè)備與軟件功能展開分析，對(duì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。同時(shí)，提出對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行功能性對(duì)比，經(jīng)檢驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸行為效率更高，可滿足自動(dòng)化監(jiān)控的需求，更具備投入市場(chǎng)價(jià)值。