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10.2流量演算器与外部设备的通信

流量演算器是流任务是量测量中的一个重要环节,它的任务是对流量输入信号和与此信号有关的流体温度、压力、密度信号进行处理,并将处理得到的质量流量信号或标准状态体积流量信号转换成模拟信号送调节器或DCS。该路模拟输出信号只能传送一路信号,如果要将演算器中更多的信号也传送给相关的仪表或计算机,就需要依靠数字通信。

10.2.1 流量数据打印

流量数据打印输出是流量演算器通信功能最常见的应用之一。打印内容通常有设备号、打印日期、时间、累积流量、瞬时流量、流体压力、流体温度等。其线路连接如图10.4所示。

                       

                 图10.4 带打印机的流量演算器系统

在流量数据用于贸易结算或技术经济指标考核时,常常要求流量演算器具备打印功能。

在热力公司,用户对供热品质要求较高时,也常常配备打印机。其中有个“越限加速打印功能”,常常用于供热品质的监视,即演算器中某个变量满足指定的表达式的要求时,演算器自动将打印间隔时间缩短为“加速打印间隔时间”。例如,某台演算器用来处理蒸汽流量信号,设置正常打印间隔时间8h,以满足考核和结算的需要。当流体压力低于设定压力(供方保证的最低压力或维持正常生产的最低压力)时,每5min打印一次,于是可将越限加速打印间隔时间设置为5min,从而使打印机兼有划线记录仪的部分功能。

10.2.2流量数据的同步显示

流量演算器中的通信口,一个典型应用是传送同步显示信号。

有些情况下,同一套流量数据需在两个或数个地方同步显示。例如贸易结算使用的流量数据,不仅供方需要掌握,需方也需要知道。增设一台同步显示器,将流量演算器中必要的数据如瞬时流量、累积流量、流体压力、流体温度等数据同通信的方法传送给同步显示器,就能满足这一要求。在图7.11所示的流量信号同步显示系统中,同步显示器具有流量演算器相同的面板,既可通过面板按键选择显示内容,又可自动循环显示。所显示的数据与流量演算器所显示的同名数据一字不差。

10.2.3流量数据采集和监控系统

数据采集和监控系统(SCADA)常被用于远程数据采集和监控。监控诸如输气管、输油管、供热管、供水管、输电网等,应用时操作者可能身处被监控点几公里、几百公里甚至更远的地方。

操作站的PC机按规定的程序定时去远程终端装置采集有关数据并保存和处理。操作员通过人机界面发出控制指令,经远程终端装置,控制阀门开度、泵的启停以及其他装置的动作。

10.2.3.1 SCADA系统的组成[2]

  一个SCADA机按规定包括5个主要部分:上位机和辅助设备组成的操作站、人机界面(MMI)软件、若干远程终端装置(RTU)、一个通信协议和一个将RTU同操作站连接起来的通信系统。

  (1)操作站和MMI软件   操作站PC通常是一台个人PC,运行于Windows 98、Win-dows2000或WindowsNT系统下。这台PC安装了MMI软件,如Citect、Fix、Intouch、Genesis或Lookout,应用软件可以根据实时过程数据,建立动态的过程图示显示。几何任何流行的MMI软件都可应用于SCADA,可以依据当地所能提供的支持和价格进行选择。

   (2)远程终端装置    RTU是安放在远处,将过程变量传送给操作站的装置,该装置带有开关量和电流输出口,在接受操作站的指令后,控制泵、阀门和其他装置。为流量数据采集与监控服务的远程终端装置通常是具有通信能力的能对流量信号进行复杂处理的可编程的流量显示仪表,如智能流量演算器,流量积算仪,智能热量表(冷量表)等。有些具有通信能力的智能流量变送器、转换器等也能作为终端装置为系统提供测量数据。

(3)通信系统  最常使用的通信介质是专用通信电缆、无线电和公共电话网,拨号电话和卫星通信也变得越来越普及。选用何种通信系统是根据距离远近、获取难易、初始费用和运行费用而定的。当需要传输大量数据时,数据通过能力也是要考虑的一个因素。例如无线电系统一般有较大的数据通信能力,但比电话线需要更大的初始投资。不论使用何种通信系统,操作站和RTU都要有调制解调器或通信接口。

(4)通信协议  协议是RTU和MMI用以交换数据的语言。有几十种协议,但最好的是那些在公共领域成为事实上标准的协议。Modbus 是使用最为普遍的开放性协议,它得到所有MMI软件供应商和多数RTU公司的支持。Modbus使SCADA系统保持开放,以获得竞争优势和最低的价格。

10.2.3.2由专用通信线组成的系统

   前面所述的SCADA系统的共同特点是均有5个组成部分,但依其操作站PC同远程终端的连接介质不同,所组成的系统也有很大差别,各具特点。其中有用专用通信线组成的系统;由无线电通信方法组成的系统;利用公共电话网组成的系统;利用局域网组成的系统;利用卫星通信方法组成的系统等。

(1)系统的组成   图10.5所示为典型的由专用通信线缆组成的SCADA系统,图中的远程终端装置能送入过程变量流量,温度,压力等。AO口可送出4~20mA电流,控制调节阀,DO口可送出无源接点信号,控制电磁阀,泵等。由于RS-485标准串口通信传送的距离比RS-232远,所以远程终端装置的通信口标准均为RS-485。由于计算机通信口采用的是RS-232标准,因此计算机同RS-485通信线之间须设备一台RS-232/RS通信转换器。

              

                        图10.5 专用通信线连接的SCADA系统

通信信号在线路上传输都有一定的衰减,因此,从上位机出发每个2km长的线路就需设备一个中继器(RS-485Repeater)。

   上位机通过通信端口定时、循环地以广播方式逐一对下位机各站点进行呼叫(各站点均具有一个各自不同的站号,站点总数不超过255),在得到计算机发出的远程终端通信站号后,被叫到的一台远程终端装置自动把需采集的流量累积值、流量瞬时值、流体温度值、流体压力值、下位机报警代码等有关数据,按Modbus协议方式打包成可以被计算机接收的报文,再把该报文发送给计算机,供计算机使用。

   计算机按系统设置的远程终端站号,通过通信转换器来连接具体的远程终端,再通过通信转换器回收远程终端的报文,并进行相应的处理,得到具体的数据,完成具体的任务。

   该方案的优点是实时性好、安全可靠、运行成本低,但需专门敷设通信线,所以一次性投资较大。

   (2)软件设置    下面的实例,其软件配置为Window98平台,Genesis for Windows工控软件包,Microsoft Office97 软件包。

(3)软件功能   本系统是在Windows98 平台上用Genesis  for Windows 工控软件包进行组态,通过Excel的后台VBA应用软件及Excel的控件编制的应用软件,它具有的功能如下。

①     Genesis的组态

a.       进入I/O Server 定义输入/输出节点(增加检测点时用)(见图10.6)

                 

                            图10.6  节点定义画面

用鼠标左键双击Address处,进入Port Configurater(通信口组态)(见图10.7)

    

                          图10.7  通信口配置画面

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