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1、第7章 网络化测控系统实例,本章主要内容,7.1 应用系统工程开发步骤 7.2 实例1：基于RS-485网络抄表系统设计 7.3 实例2：基于以太网的远程抄表系统设计 7.4 实例3：基于无线数传的箱式变电站数据 远 程检测系统设计 7.5 实例4：基于GPRS的油井远程在线监控系 统设计 7.6 实例5：基于PROFIBUS的自来水厂分布 监控系统设计,7.1 应用系统工程开发步骤,本节主要内容 7.1.1 系统研制流程 7.1.2 硬件设计规范 7.1.3 软件设计规范,7.1.1 系统研制流程,系统项目的研制可分为四个阶段： 准备阶段； 设计阶段； 仿真和调试阶段； 现场联调投运阶段。
2、下面详细讲解四个阶段的步骤和特定内容。,7.1.1 系统研制流程,1准备阶段分为： 甲方提出任务委托书 乙方研究任务委托书 双方对委托书进行确认性修改 乙方初步进行系统总体方案设计 乙方进行方案可行性论证,7.1.1 系统研制流程,2设计阶段分为 组成设计队伍 硬件总体设计 软件总体设计 系统总体方案 方案论证与评审。 硬件、软件的细化设计及调试 系统总装,7.1.1 系统研制流程,3仿真和调试阶段 实验室硬件联调 实验室软件联调 实验室系统仿真,7.1.1 系统研制流程,4现场安装调试阶段 1）检测元件、变送器、显示仪表、调节阀等必须通过校验，保证精确度要求可进行一些现场校验。 2）各种接线
3、和导管必须经过检查，保证连接正确。 3）对在流量测量中采用隔离液的系统，要在清洗好引压导管以后，灌入隔离液。 4）检查调节阀能否正确动作；旁路阀及上下游截断阀关闭或打开要搞正确。 5）检查系统的干扰情况和接地，如果不符合要求，应采取措施。 6）对安全防护措施进行检查。,7.1.2 硬件设计规范,1.硬件开发的基本过程 第一，是要明确硬件总体需求情况 第二，根据需求分析制定硬件总体方案 第三，总体方案确定后，做硬件和单板软件的详 细设计 第四，作单板调试，必要时修改原理图并作记录 第五，软硬件系统联调 第六，内部验收，项目硬件完成开发过程,7.1.2 硬件设计规范,2.硬件开发的规范化 硬件开发
4、的基本过程应遵循硬件开发流程规范文件执行，不仅如此，硬件开发涉及到技术的应用、器件的选择等，必须遵照相应的规范化措施才能达到质量保障的要求。这主要表现在，技术的采用要经过总体组的评审，器件和厂家的选择要参照物料认证部的相关文件，开发过程完成相应的规定文档，另外，常用的硬件电路(如ID.WDT)要采用通用的标准设计。,7.1.2 硬件设计规范,3.硬件开发流程详解 .硬件需求分析； .硬件系统设计； .硬件开发及过程控制； .系统联调； .文档归档及验收,7.1.3软件设计规范,应用软件的分类如下： 人机界面； 数据库管理； 实时监控； 信息处理； 通信； 系统维护。,7.1.3软件设计规范,1
5、控制系统对应用软件的要求 实时性 针对性 灵活性和通用性 可靠性 有效性 可维护性,7.1.3软件设计规范,2应用软件的设计方法 软件设计通常由两个主要阶段组成。 系统设计 从功能的角度考虑，确定方案。 结构设计 确定软件的结构，它的典型过程是：,1）提出各种满足功能要求的合理方案； 2）分析比较各种合理方案的利弊，经过用户和有关技术专家审查后，确定最佳方案； 3）可从实现性入手，将复杂的结构进行分解； 4）设计软件的模块化层次结构，顶层模块调用它的下层模块以实现完整功能，每个下层模块再调用更下层的模块，从而完成一个子功能，底层模块完成最具体的功能； 5）详细设计，这里并非具体地编写程序，而是
6、设计出程序的“蓝图”。,7.1.3软件设计规范,在进行软件设计时唯一有效的方法就是由抽象到具体去分析并构造出软件的层次结构，也就是采用“自顶向下，逐步求精”的方法。 下面将这些规则列出。 模块的作用域是指受该模块中判断逻辑影响的所有模块的集合，而控制域是这个模块本身以及所有直接或间接从属于它的模块的集合。如图所示,1）模块规模应适中。 2）深度、宽度的扇入和扇出都应适当，如图所示。 3）模块的作用域应在控制域之内。,1）力争降低模块接口的复杂程度。 2）设计单入口单出口的模块。 3）模块功能应可以预测。,7.1.3软件设计规范,应用软件处在计算机系统的最外层，通常又可分为两部分。 1）一部分与
7、计算机硬件和操作系统相连接，主要完成直接与硬件打交道的任务。由于这些程序要求实时响应，并且要求响应的时间短，因此一般使用汇编语言编写，最好采用固化运行或驻留内存方式。 2）另一部分是用户界面，主要完成数据管理、网络管理、控制过程中的数据处理等任务，这些程序用高级语言编写易于实现，并且不会影响系统效率。 操作系统及系统软件是应用系统的软件环境，如图所示。,7.2 实例1 基于RS-485网络抄表系统设计,本节主要内容 7.2.1 项目的意义 7.2.2 项目需求分析 7.2.3 系统总体方案设计 7.2.4 系统硬件实现 7.2.5 系统软件实现 7.2.6 结论,7.2.1 项目的意义,RS-
8、485抄表系统由主站通过传输媒体将多个用户仪表的数据集中抄读的系统。它是用现代化的通讯手段去抄读这些仪表的数据，而不用到现场。 智能抄表系统一般是集中抄表系统与数据远程通讯的组合。,7.2.2 项目需求分析,本例中RS-485总线包括数据采集器和数据集中器两个独立的子系统。在这种主从式的一点对多点的连接中，数据集中器是主机（即所谓的上位机），数据采集器为从机（即下位机）。 网络拓扑结构为总线型。网络中只能有一个主设备（Master），从设备从不进行主动通讯。数据集中器作为主设备，主动开始一个通讯过程，即发送指令和数据。而数据采集器作为从设备监听总线，随时准备响应总线指令，回应数据集中器。,7.
9、2.3 系统总体方案设计,RS-485远程电表抄表网络结构如图所示。网络由三部分构成：PC机、232/485转换器和多块电能表组成。,7.2.4 系统硬件实现,本例的抄表网络中，节点为新型的数字电能表，图7-8 为数字电能表电路原理图,7.2.4 系统硬件实现,下图介绍的是485接口电路，其中，RXD和TXD为764CPU的异步串行通信接口的数据接收和发送引脚。,7.2.5 系统软件实现,1)单片机通信程序,7.2.5 系统软件实现,2)上位PC机抄 表程序如图7-15所示,7.2.5 系统软件实现,抄表程序的界面如图,7.2.6 结论,本小节从实际应用出发对基于RS485总线的抄表系统方案进
10、行了详细论述，并着重介绍了RS-485总线数据通讯硬件设计，以及计算机与数据集中器的数据通讯和计算机抄表管理软件设计。系统采用的是一个开放、灵活的设计方案，低成本、易于实现和实用性强是本抄表系统设计的一个主要特点。,7.3 实例2 基于以太网的远程抄表系统设计,本节主要内容 7.3.1 项目的意义 7.3.2 项目需求分析 7.3.3 系统总体方案设计 7.3.4 系统硬件实现 7.3.5 系统软件实现 7.3.6 结论,7.3.1 项目的意义,人工抄表，一户一表制，其缺点是：工作量大，成本高，效率低；统计数据不准确，操作难以规范化，造成不明损失增加；数据采集不及时，无法实时反映系统状况。因此
11、给管理也带来很大困难，使电力管理部门无法进行全面准确的生产经营的统计、分析、线损计算、电量平衡、负荷率计算等。这些弊病使得传统的管理模式已经不能适应现代化供、用电需要，也直接限制了复费率、预付费、自动化操作等先进技术的实行。就是在解决这些弊端的迫切需求下，基于网络技术、自动抄表技术和现代化管理手段的用电控制与管理系统逐渐得到发展。,7.3.2 项目需求分析,本节将介绍一种基于美国先进的嵌入式控制模块RCM2200的以太网接口技术和预付费电子电能表构成的以太网络远程抄表系统。随着计算机和通信技术的发展，目前在许多住宅建设时已经将宽带网通过光纤接入小区，这为基于以太网络进行远程抄表成为可能。利用小
12、区现有的宽带网络实现远程抄表，其优点是不需要大量的架线等附加设备，节约成本，维护方便。,7.3.3 系统总体方案设计,本系统由三个主要部分组成： 第一部分是管理中心。 由管理计算机、管理软件等组成。 第二部分是以太网 由以太网交换机、集线器（或中继器）、RCM2200控制器等组成。 第三部分是RS-485网络 由电子式电能表组成的RS-485网络，每个网络由一个RCM2200控制，最多可带128块预付费电能表。,7.3.3 系统总体方案设计,系统结构如图7-17,7.3.4 系统硬件实现,1RCM2200控制器结构图,7.3.4 系统硬件实现,2抄表硬件电路原理,7.3.5 系统软件实现,软件
13、设计主要涉及7个方面： 1TCP/IP在RCM2200控制器中的实现 2使用RCM2200设计网络服务器 3B/S模式 4电能表通信程序 5RCM2200控制器抄表通信程序 6RCM2200服务器端CGI程序设计 7RCM2200控制器完整程序流程 具体程序见教材,7.3.6 结论,本课题的开发涉及到的知识包括：计算机硬件开发、C语言设计、VB程序设计、计算机网络知识、网页开发知识等。由于篇幅有限以上实例并没有给出全部程序，读者如有需要可与编者联系。在实际应用中，抄表计算机要将RCM2200中的数据下载到数据库中管理，这方面涉及到数据库与WEB的知识等。,7.4 实例3 基于无线数传的箱式变电
14、站数据远程监测系统设计,本节主要内容 7.4.1 项目的意义 7.4.2 项目需求分析 7.4.3 系统总体方案设计 7.4.4 系统硬件实现 7.4.5 系统软件实现 7.4.6 结论,7.4.1 项目的意义,对于一个城市或区域，一般有几十甚至几百个箱式变电站，掌握每一个箱变的运行情况和故障情况对城市用电至关重要。目前，一般地区的做法都是定时定期地靠人和交通工具去每个箱变进行巡回监测，最后将巡回监测的数据形成报表以便管理。但这样靠人工进行定时巡回监测的方法不但耗时耗力，而且成本巨大。更重要的是由于获得箱变数据的实时性不强，不能及时准确地获得箱变运行数据，尤其当某个箱变发生故障脱扣，如不能实时
15、获得跳闸报警信息，势必延误设备的检修时间，可能给用户带来巨大的损失。为此，开发设计一套用于现有箱变的大范围的箱式变电站数据远程监测系统极为重要。,7.4.2 项目需求分析,本箱式变电站数据远程监测系统完成后，应具有如下功能： 1）可以实时监测每个箱变的动态数据，数据包含低压侧电流、电压、功率因数等数据。 2）某个箱变发生故障跳闸时，及时通过中心站报警，箱变故障数据具有上传功能。 3）中心站微机监测系统软件具有操作方便、可视化强等特点，并能根据用户需求进行数据管理，打印数据报表。 4）系统能够在5公里范围内进行组网通信。,7.4.3 系统总体方案设计,为保证本系统功能的实现，考虑到5公里内的通信
16、距离，首选的网络通信方式应选择无线通信方式。系统无线网络的结构如下页图所示：,7.4.3 系统总体方案设计,7.4.4 系统硬件实现,监测系统中的每个站点包含一个数传电台、一个电力仪表（检测三相电流、电压和功率因数）、一个开关量检测模块（检测开关状态）。三者通过485接口的连接，如图7-28 所示。,7.4.4 系统硬件实现,监测中心站主要由一个数传电台和一个中心计算机构成，二者通过RS-232连接，见下图所示。,7.4.5 系统软件实现,监测中心站数据 采集程序流程,7.4.6 结论,随着计算机和自动控制技术的发展，电力系统的自动化程度要求越来越高。目前，电力系统各部门的计算机监控系统应用前景都十分看好，典型的系统有：发电厂计算机测控系统；输变电站远程SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统、小区用电智能抄表系统等。本项目
