測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及應(yīng)用第7章-課件2

1、本章主要內(nèi)容7.1 應(yīng)用系統(tǒng)工程開發(fā)步驟7.2 實(shí)例1：基于RS-485網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)設(shè)計7.3 實(shí)例2：基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計7.4 實(shí)例3：基于無線數(shù)傳的箱式變電站數(shù)據(jù) 遠(yuǎn) 程檢測系統(tǒng)設(shè)計7.5 實(shí)例4：基于GPRS的油井遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系 統(tǒng)設(shè)計7.6 實(shí)例5：基于PROFIBUS的自來水廠分布 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計7.1 應(yīng)用系統(tǒng)工程開發(fā)步驟本節(jié)主要內(nèi)容 7.1.1 系統(tǒng)研制流程 7.1.2 硬件設(shè)計規(guī)范 7.1.3 軟件設(shè)計規(guī)范7.1.1 系統(tǒng)研制流程系統(tǒng)項(xiàng)目的研制可分為四個階段： 準(zhǔn)備階段； 設(shè)計階段； 仿真和調(diào)試階段； 現(xiàn)場聯(lián)調(diào)投運(yùn)階段。下面詳細(xì)講解四個階段的步驟和特定內(nèi)容。7.1.1

2、系統(tǒng)研制流程1準(zhǔn)備階段分為： 甲方提出任務(wù)委托書 乙方研究任務(wù)委托書 雙方對委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改 乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計 乙方進(jìn)行方案可行性論證 準(zhǔn)備流程圖YN開始甲方提供任務(wù)委托書乙方研究委托書雙方對委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計乙方進(jìn)行可行性論證雙方簽訂合同書可行？7.1.1 系統(tǒng)研制流程2設(shè)計階段分為 組成設(shè)計隊伍 硬件總體設(shè)計 軟件總體設(shè)計 系統(tǒng)總體方案 方案論證與評審。 硬件、軟件的細(xì)化設(shè)計及調(diào)試 系統(tǒng)總裝組成設(shè)計隊伍硬件總體設(shè)計軟件總體設(shè)計方案論證與評審系統(tǒng)總體方案硬件細(xì)化設(shè)計軟件細(xì)化設(shè)計硬件調(diào)試軟件調(diào)試系統(tǒng)總裝 設(shè)計流程圖7.1.1 系統(tǒng)研制流程3仿真和調(diào)

3、試階段 實(shí)驗(yàn)室硬件聯(lián)調(diào) 實(shí)驗(yàn)室軟件聯(lián)調(diào) 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)仿真 仿真調(diào)試流程圖實(shí)驗(yàn)室硬件聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)室軟件聯(lián)調(diào) 實(shí)驗(yàn)室硬、軟件統(tǒng)調(diào)現(xiàn)場安裝調(diào)試考機(jī)驗(yàn)收結(jié)束7.1.1 系統(tǒng)研制流程4現(xiàn)場安裝調(diào)試階段1）檢測元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校驗(yàn)，保證精確度要求可進(jìn)行一些現(xiàn)場校驗(yàn)。2）各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。3）對在流量測量中采用隔離液的系統(tǒng)，要在清洗好引壓導(dǎo)管以后，灌入隔離液。4）檢查調(diào)節(jié)閥能否正確動作；旁路閥及上下游截斷閥關(guān)閉或打開要搞正確。5）檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。6）對安全防護(hù)措施進(jìn)行檢查。7.1.2 硬件設(shè)計規(guī)范1.硬件開發(fā)的基本過程第一，是要

4、明確硬件總體需求情況第二，根據(jù)需求分析制定硬件總體方案第三，總體方案確定后，做硬件和單板軟件的詳 細(xì)設(shè)計第四，作單板調(diào)試，必要時修改原理圖并作記錄第五，軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)第六，內(nèi)部驗(yàn)收，項(xiàng)目硬件完成開發(fā)過程7.1.2 硬件設(shè)計規(guī)范2.硬件開發(fā)的規(guī)范化 硬件開發(fā)的基本過程應(yīng)遵循硬件開發(fā)流程規(guī)范文件執(zhí)行，不僅如此，硬件開發(fā)涉及到技術(shù)的應(yīng)用、器件的選擇等，必須遵照相應(yīng)的規(guī)范化措施才能達(dá)到質(zhì)量保障的要求。這主要表現(xiàn)在，技術(shù)的采用要經(jīng)過總體組的評審，器件和廠家的選擇要參照物料認(rèn)證部的相關(guān)文件，開發(fā)過程完成相應(yīng)的規(guī)定文檔，另外，常用的硬件電路(如ID.WDT)要采用通用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。7.1.2 硬件設(shè)計規(guī)范3.

5、硬件開發(fā)流程詳解 .硬件需求分析； .硬件系統(tǒng)設(shè)計； .硬件開發(fā)及過程控制； .系統(tǒng)聯(lián)調(diào)； .文檔歸檔及驗(yàn)收7.1.3軟件設(shè)計規(guī)范應(yīng)用軟件的分類如下： 人機(jī)界面； 數(shù)據(jù)庫管理； 實(shí)時監(jiān)控； 信息處理； 通信； 系統(tǒng)維護(hù)。7.1.3軟件設(shè)計規(guī)范1控制系統(tǒng)對應(yīng)用軟件的要求 實(shí)時性 針對性 靈活性和通用性 可靠性 有效性 可維護(hù)性7.1.3軟件設(shè)計規(guī)范2應(yīng)用軟件的設(shè)計方法軟件設(shè)計通常由兩個主要階段組成。 系統(tǒng)設(shè)計從功能的角度考慮，確定方案。 結(jié)構(gòu)設(shè)計確定軟件的結(jié)構(gòu)，它的典型過程是：1）提出各種滿足功能要求的合理方案；2）分析比較各種合理方案的利弊，經(jīng)過用戶和有關(guān)技術(shù)專家審查后，確定最佳方案；3）可從

6、實(shí)現(xiàn)性入手，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解；4）設(shè)計軟件的模塊化層次結(jié)構(gòu)，頂層模塊調(diào)用它的下層模塊以實(shí)現(xiàn)完整功能，每個下層模塊再調(diào)用更下層的模塊，從而完成一個子功能，底層模塊完成最具體的功能；5）詳細(xì)設(shè)計，這里并非具體地編寫程序，而是設(shè)計出程序的“藍(lán)圖”。7.1.3軟件設(shè)計規(guī)范在進(jìn)行軟件設(shè)計時唯一有效的方法就是由抽象到具體去分析并構(gòu)造出軟件的層次結(jié)構(gòu)，也就是采用“自頂向下，逐步求精”的方法。下面將這些規(guī)則列出。模塊的作用域是指受該模塊中判斷邏輯影響的所有模塊的集合，而控制域是這個模塊本身以及所有直接或間接從屬于它的模塊的集合。如圖所示1）模塊規(guī)模應(yīng)適中。2）深度、寬度的扇入和扇出都應(yīng)適當(dāng)，如圖所示。3）

7、模塊的作用域應(yīng)在控制域之內(nèi)。1）力爭降低模塊接口的復(fù)雜程度。2）設(shè)計單入口單出口的模塊。3）模塊功能應(yīng)可以預(yù)測。7.1.3軟件設(shè)計規(guī)范應(yīng)用軟件處在計算機(jī)系統(tǒng)的最外層，通常又可分為兩部分。1）一部分與計算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)相連接，主要完成直接與硬件打交道的任務(wù)。由于這些程序要求實(shí)時響應(yīng)，并且要求響應(yīng)的時間短，因此一般使用匯編語言編寫，最好采用固化運(yùn)行或駐留內(nèi)存方式。2）另一部分是用戶界面，主要完成數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、控制過程中的數(shù)據(jù)處理等任務(wù)，這些程序用高級語言編寫易于實(shí)現(xiàn)，并且不會影響系統(tǒng)效率。操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件環(huán)境，如圖所示。7.2實(shí)例1 基于RS-485網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)設(shè)計本節(jié)主

8、要內(nèi)容7.2.1 項(xiàng)目的意義7.2.2 項(xiàng)目需求分析7.2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計7.2.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)7.2.5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)7.2.6 結(jié)論7.2.1 項(xiàng)目的意義RS-485抄表系統(tǒng)由主站通過傳輸媒體將多個用戶儀表的數(shù)據(jù)集中抄讀的系統(tǒng)。它是用現(xiàn)代化的通訊手段去抄讀這些儀表的數(shù)據(jù)，而不用到現(xiàn)場。智能抄表系統(tǒng)一般是集中抄表系統(tǒng)與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊的組合。 7.2.2 項(xiàng)目需求分析本例中RS-485總線包括數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器兩個獨(dú)立的子系統(tǒng)。在這種主從式的一點(diǎn)對多點(diǎn)的連接中，數(shù)據(jù)集中器是主機(jī)（即所謂的上位機(jī)），數(shù)據(jù)采集器為從機(jī)（即下位機(jī)）。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型。網(wǎng)絡(luò)中只能有一個主設(shè)備（Master

9、），從設(shè)備從不進(jìn)行主動通訊。數(shù)據(jù)集中器作為主設(shè)備，主動開始一個通訊過程，即發(fā)送指令和數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)采集器作為從設(shè)備監(jiān)聽總線，隨時準(zhǔn)備響應(yīng)總線指令，回應(yīng)數(shù)據(jù)集中器。7.2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計RS-485遠(yuǎn)程電表抄表網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示。網(wǎng)絡(luò)由三部分構(gòu)成：PC機(jī)、232/485轉(zhuǎn)換器和多塊電能表組成。 7.2.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 本例的抄表網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)為新型的數(shù)字電能表，圖7-8 為數(shù)字電能表電路原理圖 顯示控制7289LED顯示模塊電源摸塊PHILIPSLPC 764單片機(jī)ADE 7755能計量芯片EPROM93C46485接口圖7-8 數(shù)字電能表結(jié)構(gòu)框圖7.2.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)下圖介紹的是485接口

10、電路，其中，RXD和TXD為764CPU的異步串行通信接口的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送引腳。 7.2.5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)1)單片機(jī)通信程序 7.2.5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)2)上位PC機(jī)抄 表程序如圖7-15所示7.2.5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)抄表程序的界面如圖 7.2.6 結(jié)論本小節(jié)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)對基于RS485總線的抄表系統(tǒng)方案進(jìn)行了詳細(xì)論述，并著重介紹了RS-485總線數(shù)據(jù)通訊硬件設(shè)計，以及計算機(jī)與數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù)通訊和計算機(jī)抄表管理軟件設(shè)計。系統(tǒng)采用的是一個開放、靈活的設(shè)計方案，低成本、易于實(shí)現(xiàn)和實(shí)用性強(qiáng)是本抄表系統(tǒng)設(shè)計的一個主要特點(diǎn)。 7.3實(shí)例2 基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計本節(jié)主要內(nèi)容7.3.1 項(xiàng)目的意義7

11、.3.2 項(xiàng)目需求分析7.3.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計7.3.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)7.3.5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)7.3.6 結(jié)論7.3.1 項(xiàng)目的意義人工抄表，一戶一表制，其缺點(diǎn)是：工作量大，成本高，效率低；統(tǒng)計數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，操作難以規(guī)范化，造成不明損失增加；數(shù)據(jù)采集不及時，無法實(shí)時反映系統(tǒng)狀況。因此給管理也帶來很大困難，使電力管理部門無法進(jìn)行全面準(zhǔn)確的生產(chǎn)經(jīng)營的統(tǒng)計、分析、線損計算、電量平衡、負(fù)荷率計算等。這些弊病使得傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化供、用電需要，也直接限制了復(fù)費(fèi)率、預(yù)付費(fèi)、自動化操作等先進(jìn)技術(shù)的實(shí)行。就是在解決這些弊端的迫切需求下，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動抄表技術(shù)和現(xiàn)代化管理手段的用電控制與管理

12、系統(tǒng)逐漸得到發(fā)展。7.3.2 項(xiàng)目需求分析本節(jié)將介紹一種基于美國先進(jìn)的嵌入式控制模塊RCM2200的以太網(wǎng)接口技術(shù)和預(yù)付費(fèi)電子電能表構(gòu)成的以太網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。隨著計算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，目前在許多住宅建設(shè)時已經(jīng)將寬帶網(wǎng)通過光纖接入小區(qū)，這為基于以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表成為可能。利用小區(qū)現(xiàn)有的寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，其優(yōu)點(diǎn)是不需要大量的架線等附加設(shè)備，節(jié)約成本，維護(hù)方便。7.3.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計本系統(tǒng)由三個主要部分組成：第一部分是管理中心。 由管理計算機(jī)、管理軟件等組成。第二部分是以太網(wǎng)由以太網(wǎng)交換機(jī)、集線器（或中繼器）、RCM2200控制器等組成。第三部分是RS-485網(wǎng)絡(luò)由電子式電能表組成的

13、RS-485網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)由一個RCM2200控制，最多可帶128塊預(yù)付費(fèi)電能表。7.3.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7-177.3.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)1RCM2200控制器結(jié)構(gòu)圖7.3.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)2抄表硬件電路原理7.3.5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計主要涉及7個方面：1TCP/IP在RCM2200控制器中的實(shí)現(xiàn)2使用RCM2200設(shè)計網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器3B/S模式4電能表通信程序5RCM2200控制器抄表通信程序6RCM2200服務(wù)器端CGI程序設(shè)計7RCM2200控制器完整程序流程具體程序見教材7.3.6 結(jié)論本課題的開發(fā)涉及到的知識包括：計算機(jī)硬件開發(fā)、C語言設(shè)計、VB程序設(shè)計、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

14、知識、網(wǎng)頁開發(fā)知識等。由于篇幅有限以上實(shí)例并沒有給出全部程序，讀者如有需要可與編者聯(lián)系。在實(shí)際應(yīng)用中，抄表計算機(jī)要將RCM2200中的數(shù)據(jù)下載到數(shù)據(jù)庫中管理，這方面涉及到數(shù)據(jù)庫與WEB的知識等。 7.4實(shí)例3 基于無線數(shù)傳的箱式變電站數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計本節(jié)主要內(nèi)容7.4.1 項(xiàng)目的意義7.4.2 項(xiàng)目需求分析7.4.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計7.4.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)7.4.5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)7.4.6 結(jié)論7.4.1 項(xiàng)目的意義對于一個城市或區(qū)域，一般有幾十甚至幾百個箱式變電站，掌握每一個箱變的運(yùn)行情況和故障情況對城市用電至關(guān)重要。目前，一般地區(qū)的做法都是定時定期地靠人和交通工具去每個箱變進(jìn)行巡回監(jiān)

15、測，最后將巡回監(jiān)測的數(shù)據(jù)形成報表以便管理。但這樣靠人工進(jìn)行定時巡回監(jiān)測的方法不但耗時耗力，而且成本巨大。更重要的是由于獲得箱變數(shù)據(jù)的實(shí)時性不強(qiáng)，不能及時準(zhǔn)確地獲得箱變運(yùn)行數(shù)據(jù)，尤其當(dāng)某個箱變發(fā)生故障脫扣，如不能實(shí)時獲得跳閘報警信息，勢必延誤設(shè)備的檢修時間，可能給用戶帶來巨大的損失。為此，開發(fā)設(shè)計一套用于現(xiàn)有箱變的大范圍的箱式變電站數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)極為重要。7.4.2 項(xiàng)目需求分析本箱式變電站數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)完成后，應(yīng)具有如下功能：1）可以實(shí)時監(jiān)測每個箱變的動態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包含低壓側(cè)電流、電壓、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。2）某個箱變發(fā)生故障跳閘時，及時通過中心站報警，箱變故障數(shù)據(jù)具有上傳功能。3）中心站微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有操作方便、可視化強(qiáng)等特點(diǎn)，并能根據(jù)用戶需求進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，打印數(shù)據(jù)報表。4）系統(tǒng)能夠在5公里范圍內(nèi)進(jìn)行組網(wǎng)通信。7.4.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計為保證本系統(tǒng)功能的實(shí)