基于CAN总线的汽轮机监测系统研究

（上海特种设备监督检验技术研究院，上海 200062）王化南，严祯荣

1 引言

汽轮机监测仪表系统（Turbine Supervisory Instrumentation,TSI）是一种连续监测汽轮发电机组转子和汽缸机械工作参数的多路监控系统，对汽轮机组的安全运行起着重要的作用。由于汽轮发电机组容量的不断增大，对汽轮机监视保护仪表（TSI）的要求越来越高，使用的传感器的类型和数量也较原来大为增加，这样就大大增加了现场中电缆的使用长度以及系统安装的复杂性大为提高，使系统的可靠性得不到保证。

所以本文研究了基于CAN总线的仪表监测系统的设计，除了保证监测系统可靠工作和降低成本之外，还要具有通用性、实时性和可扩展性等特点。减少现场电缆的长度和安装的复杂性，提高系统的可靠性[1,2]。

2 互联转换模块的总体设计方案

由于现场总线技术的运用，可以将整个汽轮发电机组的振动信号的测量、故障分析、故障诊断与系统管理通过CAN总线被纳入一套系统之中，系统示意图如图1所示。该系统具有结构简单，维护方便，投资省的优点。处于底层的智能传感器负责进行机组振动信号的测量与传输；网络上的PC（工程师站）对振动解析系统中的各个智能设备的工作模式进行组态；同时可以观察振动的趋势，振动的频谱等。将振动的报警判别和CANT（即快速傅立叶变换）分析功能下放到CAN振动传感器，以提高实时性。

3 系统硬件实现

系统中连接在CAN总线上的TSI仪表称之为智能监测节点，TSI仪表由传感器、振动信号处理电路，A/D转换电路，微处理接口电路和CAN总线通信模块组成，其中微处理器CPU采用AT89C51。CAN振动TSI仪表结构框图如图2所示。先由汽轮机监测仪表TSI获得现场设备的测试数据，然后通过仪表内部的单片机完成对CAN总线控制芯片MCP2510的初始化和访问其内部的收发缓冲器，来实现对CAN的操作并将需要发送/接收的CAN数据帧由CAN总线收发器MCP2551，发送/接收到CAN总线上面去，其中为了增强抗干扰能力，采用了光电隔离的方法。上位控制网络上节点主要是用来将智能监测节点通过CAN总线所传来的数据进行收集整理并显示给监控人员，以利于监控人员根据仪表数据来对生产状况进行自动控制，并将生产指令通过CAN总线传给智能监测节点。

图2 振动传感器结构框图

4 主程序的设计

在软件设计中，只需要在仪表原来的程序中加入与MCP2510的通信程序就可以完成仪表和CAN总线的通信接口的实现。主程序流程图如图3所示。

图3 主程序流程图

系统中发送采用的是查询方式，当需要发送数据时，发送模块首先进行状态查询，以判定发送缓冲器是否空闲，如果空闲便完成发送缓冲区的填写，并送出发送请求信号，完成一帧CAN报文的发送。系统中接收采用的也是查询方式，系统定时查询接收缓冲器的状态，如果有报文被接收到，则判断该报文的标识符是否是本节点的地址，如果是就接收缓冲器的数据，再进行进一步的处理，并清除缓冲器满标志。依照主程序的流程图，使用C语言编写主程序的主要部分，此处略。

5 结语

本文对当前的TSI仪表系统的常用结构组成进行了改进，提出了在汽轮机工作现场将传统的仪表由新的智能化仪表所代替，可以将监测到的各种现场信息直接转化成数字信号，并通过设计的CAN总线和以太网的互联模块来把数据传递到远程的控制室内或连接到Internet，实现真正的远程监控。

图1 系统示意图

[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京: 清华大学出版社，1999.

[2]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社，1996