（电气工程专业论文）娘子关发电厂3＃发电机转子匝间短路诊断系统的研制.pdf

华此电力人学l ：狴硕十学何论文 摘要 同步发电机转子匝间短路是一种常见的电气故障，它将导致转子振动，甚至发 展为转子接地、转子绕组烧损、发电机失磁、发电机部件磁化等，危及电机和系统 的安全，因此分析转子匝问短路故障的机理和在线诊断方法具有重要的现实意义。 本文针对娘子关发电厂3 # 发电机的现场实际情况，开发研制了3 # 发电机转予匝间 短路珍断系统，首先通过发电机励磁电流表和功率表的r s 4 8 5 数字通讯口，采集得 到发电机励磁咆流、有功、无功、相电压、线电流、功率因数、频率等参数，然后 利用n p o r t 设备传输至服务器数据库，基于所建立的发电机模型及采集的数据编制 了转子匝间短路渗断软件，局域网络中的客户机都可通过访问服务器观察当前发电 机运行状况。经过近半年的现场运行表明本系统性能稳定、使用方便。 关键词：汽轮发电机，转子匝间短路，故障诊断，数据采集，数据库 a b s t r a c t t h ei n t e r - t u r ns h o r tc i l c u l to fr o t o rw i n d i n gi so n eo ft h ec o m m o nf a u l t sw h e ni th a p p e n s ，i tw i l ll e a d t or o t o rv i b r a t i o n ，a n de v e nc a t l s er o t o re a r t h e n ，r o t o rw i n d i n gb u r n e d o u t ，g e n e r a t orl o s so fe x c i t a t i o n ， g e n e r a t o lc o m p o n e n t sm a g n e t i z a t i o na n ds oo n ，t h a tw i l le n d a n g e rt h es a f eo fg e n e r a t o ra n ds y s t e m s oi t i s h n p o r t a n tt oa n a l y z e t h em e c h a n i s ma n dd i a g n o s i sm e t h o do fi n t e r t u r ns h o r tc i r c u i tf a u l to fr o t o r w i n d i n g a i m sa tt h epr a c t i c a ls i t u a t i o no fg e n e r a t o r3 # i nn i a n g z i g u a ne l e c t r i cp o w e rp l a n t ，w eh a v e d e v e l o p e dt h er o t o ri n t e r t u r ns h o r t c i r c u i td i a g n o s i ss y s t e mo fg e n e r a t o r3 # f i r s t u s et h er s 4 8 5d i g i t c o m l n u n i c a t i o np o r to f t h ee x c i t i n gc u r r e n tm e t e ra n dp o w e rm e t e ro f t h eg e n e r a t o rt oc o l l e c tt h ee x c i t i n g c u r l c u t ，a c t i v ep o w er ，i n a c t i v ep o w e r ，p h a s ev o l t a g e ，l i n ec u r r e n t ，p o w e rf a c t o ra n df r e q u e n c ye t c p a r a m e t e r so ft h eg e n e r a t o rt h e nu s et h en p o r tt ot r a n s f e rt h e mt ot h ed a t a b a s eo ft h es e r v e rb a s e do n t h cs c tu pm o d e lo ft h eg e n er a t o ra n dt h ec o l l e c t e dd a t a w ec o m p i l et h ed i a g n o s i ss o f t w a r eo fr o t o r i n t e r t u r ns h o t t c i lc u l t t h ee n t i r e c l i e n tc o m p u t e r si nt h el o c a la r e an e t w o r kc a no b s e l v et h eo p e r a t i n g c o n d i t i o no fc u r r e n tl i m eo ft h eg e n e r a t o rb ya c c e s s i n gt h es e r v e ra b o u th a l fy e a r so p e r a t i n ga tf i e l d i n d i c a t e st h a t ，t h i ss y s t e m sp e r f o r m a n c ei ss t a b l e ，a n di tc a nb eu s e dc o n v e n i e n t l y f e n gw a n m i n g ( d o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f x uy u q i n k e yw o r d s ：t u r b i n eg e n e r a t o r ，r o t o ri n t e r - t u r ns h o r tc i r c u i t ，f a u l td i a g n o s e s ，d a t a a c q u i s i t i o n ，a n dd a t a b a s e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文娘子关发电厂3 # 发电机转子匝 间短路诊断系统的研制，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导 下进行的研究工作和取得的研究成果。掘本人所知，除了文中特别加以标注和致 谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：之易堑亟i 日期 满。t 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 作者签名粗 a 期：跳z 导师签名垒逸左 a 期：芝： = 笸 华北电力大学i ：群硕十学位论文 1 1 研究背景 第一章引言 随着国民经济的持续发展，我国电力工业正处于大电网与大机组的发展阶段。 至2 0 0 0 年术，即我国第九个国民经济发展计划，全国总装机容量已达3 1 9 3 2 亿k w ， 其中，火电2 3 7 5 4 亿k w ，水电o 7 9 3 5 亿k w 。作为电力系统的心脏一发电机，随 着单机容量的不断增大，运行可靠性显得尤为重要和突出，一旦这样的机组发生故 障特别是恶性故障，就会给电力系统和国民经济带来巨大的经济损失。因此研制发 电机在线监测与渗断系统显得十分必要，其一可检测出在初始阶段出现的缺陷，以 便有计划安排检修，从而减少强迫停机次数，避免发生事故：其二可延长发电机平 均无故障时划及缩短平均修理时阍，从而降低发电机的维护费用和提高发电机的可 用性。 大型汽轮发电机故障诊断技术研究是以计算机技术、信息传感技术和人工智能 技术为基础，主要利用发电机传感器的输入数据，来评估旋电机的工作状态。故障 诊断系统的主要环节如图l 一1 所示。 状态监删 幽1 】故障诊断系统的主要环节 故嗨诊断 在大型汽轮发电机的各个组成部分中，转予由于处于高速旋转状态，承受着很 大的机械应力和热负荷，所以对于转子部分的故障检测就显得尤为重要。山于制造 过程中的加工工艺的不良和运行中各类机电作用的影响，大型汽轮发电机的转子绕 组经常会出现匝与匝之| 日j 的接触，即导致转子绕组匝间短路故障的发生。在现场运 行中的转子绕组匝问短路故障是发电机各类故障中比较常见的一种，也是影响安全 运行的重要原因之。资料 1 【2 3 】 4 表明：在己运行的大型汽轮发电机组中，发 生转子绕组匝间短路故障占故障总数的比重较大，危害程度为“严重”，故障发生 的频率为1 14 6 ，大型发电厂中的大多数汽轮发电机都发生过或者存在着转子线圈 匝问短路故障的问题。山东省白1 9 9 3 年1 月1 9 9 8 年6 月发生了6 起转子绕组匝 华北电力火学下程硕十学位论文 间短路故障，轻微的匝削b 短路对发电机运行的不良影响较小，常常会导致发电机的 励磁电流升高、无功功率相对下降、轴承不平衡振动增加。一旦转子匝间短路的严 重程度增加，将会导致转子一点甚至两点接地故障的发生，使得转子大轴磁化，严 重者还将烧伤轴颈和轴瓦，对机组本身的安全稳定运行构成巨大威胁。沙岭子 i # 3 0 0 m w 发电机1 9 9 3 年4 月发生转子匝间短路接地，烧伤护环，将转子磁化，2 # 发电机于1 9 9 5 年1 月也因匝问短路烧伤护环。鉴于上述原因，近年来，国内外对 转子绕组匝间短路故障的诊断研究非常重视。 1 2 汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的原因 造成发电机转子绕组匝间短路故障的原因很多，按照制造和运行方面分析有如 下原因： 1 2 1 制造方面 ( 1 ) 转子端部绕组固定不牢，挚块松动。发电机运行中由于铜铁温差引起的 绕组相对位移，设计上未采取相应的有效措施。 ( 2 ) 绕组铜导线加工成形后不严格的倒角与毛刺：端部拐角整形不好和局部 遗留摺皱或凸凹不平：匝问绝缘垫片垫偏、漏垫或堵孔( 直接冷却的绕组通风孔) ： 绕组导线的焊接头和相邻两套线圈间的连接焊口整形不良；制造工艺粗糙留下的工 艺性损伤；转予护环内存在加工后的会属切屑等异物。 12 2 运行方面 ( 1 ) 运行中高速旋转的转子绕组承受着离心力等多种使其移位变形的动态应 力。 ( 2 ) 冷念起动机组，转子电流突增，由于铜铁温差使绕组铜线蠕变留下的残 余塑性变形和积累，导致匝削绝缘和对地绝缘的损伤。 ( 3 ) 多种原因导致的内冷转子绕组堵塞，造成局部严重过热，使匝问绝缘烧 损。 由于上述设计制造方面的缺陷或运行检修工艺不当等原因，很容易使转子绕组 发生匝间短路故障并日趋严重。象转子绕组接地故障的分类一样，不随转子的转动 状态和运行工况而变化者，称稳定性匝问短路；随转子的转动状态或运行工况的改 变而变化者，称为不稳定或称为动态匝问短路。 1 3 发电机转子匝间短路主要研究方法 美、英、俄、德、加等国家对发电机转子绕组匝间短路故障都在进行广泛而深 华北电力大学_ _ l = 程硕士学位论文 入的研究，我国如清华大学、华中科技大学及东南大学等高校在这方面也做了大量 的研究工作，提出了一些分析方法，取得了一些具有一定理论意义和实用价值的研 究成果。综观4 0 多年来国内外对此问题的研究情况，按照研究方法大致可分为： 1 31 微分线圈动测法。 这种方法最早是由美国的a l b r i g h t 在1 9 7 1 年提出来的。它是将探测线圈装在 定子铁芯的空气隙表面，这样既可以测量磁通的径向分量，也可以测量磁通的切向 分量。其基本原理是把发电机气隙中的旋转磁场进行微分，然后将此微分信号引入 示波器进行分析。山于不同的信号微分后的波形不一样，特别是f 常和故障情况有 很大的差别，所以对微分波形进行分析即可诊断出转子绕组是否存在匝f 可短路故 障，并准确显示出故障槽的位鼍。 微分线圈动测法不受外部条件及匝间短路故障点在槽中位置的影响，可信度较 高。然而气隙线圈探测法只能在发电机空载和三相短路的情况下进行，在发电机带 负载条件下，山于电枢反应，探测效果并不明显，且检测准确度也较差。这种方法 要求转子处于旋转状态下测量，所以在转子安装前和半成品时不能采用，而且从已 调研的资料发现，国内绝大多数电厂现有及新设计的电机中，极少装有这种测量线 圈，并且安装这种线圈需要的停机时i u j 也很长。 13 2 回复波检测法”1 英国的j w w o o d 等学者提出给转子加阶跃脉冲测量其反射的回复波检测法。 这种方法也称作传输波分析法，是以行波理论为基础的。在转子绕组的两端同时施 加矩形脉冲，脉冲通过绕组后因电路元件变化( 如阻抗不匹配、绕组不对称) 而反 射通过测量并放大反射脉冲之间的差异，即可产生特征信号。利用记录下来的特 征信号和模糊神经网络，不但可以检查出故障，而且还能准确地确定故障的位置。 回复波检测法的检测装置十分轻便，而且试验所需的时削很短。但是这种方法 的最大缺点是必须培i ) i j 一个神经网络，而且脉冲必须能够很容易进入转子绕组，以 检测相邻绕组问的短路点。然后，收集有短路匝情况下的特征信号，向网络培训提 供己知输入。在转子处于正常运行时，由于容易损害电机并且拆卸费用较高，转子 绕组并不能很方便地进行短路试验，从而无法获得有效的培i j i l 数掘 s l 。因此，回复 波检测法虽然在理论上可行，但是实现起来还有一定的困难，而且所需测量条件比 较繁琐，所以在现场实际运行检测中并不容易实现。 13 3 开口变压器法 单丌口变压器法的测试原理是将转子置于定子膛外，由滑环通入交流电到绕组 中，在转子槽齿上便产生交变磁通。当线圈中存在或不存在匝问短路两种情况下， 华北电力人学i ：科硕十学位论文 在丌1 ：3 变压器线圈上所感应的电势的大小和电源电压之间的央角是不同的。双丌口 变压器法是利用电磁感应原理，将两个开口变压器冠于转子本体同线圈的对应槽 齿上。故障时，由短路匝产生的磁通对测量变压器起助磁作用，因此测量变压器的 感应电势比槽内无匝问短路时成倍增长。 单丌1 ：3 变压器法和双开口变压器法的缺点是均不能应用于转动状态下检测，需 要在停机拙出转子后才可以进行。 i 3 4 交流阻抗和功率损耗法 f 常情况下，当转子旋转时，槽内线匝在离心力的作用下压向槽楔，既减少了 线匝在槽内的有效高度，又使槽楔与转子槽齿接触紧密，增强了阻尼效应，使得阻 抗值随转速升高而有规律下降。发生匝问短路故障时，对同一台机组相同状态下， 阻抗值会发生突变，而功率损耗则相x 十s i 一高。 对于现场广泛采用的交流阻抗法，虽然具有简便、实用和较为灵敏的优点，也 可以在静态和动念下测量，但是交流阻抗法的测试结果受外部条件影响因素较多， 检测方法有很大的局限性：除了受到转子槽楔的材料及槽楔与槽壁接触的紧密程度 的影响之外，还受到转动状态下的定子附加损耗、转子本体剩磁、试验时施加电压 的高低、试验电源频率、波形的谐波分量等多利因素的影响，列判定较轻微的匝间 短路故障有时不能获得较准确结论，故不能作为判断匝剧短路的主要依据。 13 5 直流电阻；去 直流条件下，转子绕组电阻故障状态的测量值比正常状念的测量值明显偏低。 直流电阻法的缺点是灵敏度较低，只有在短路匝数较多时，直流电阻值才呈现 明显的变化。 1 3 6 空载及短路特性试验法 利用发电机空载和短路特性试验在正常或故障状态下所测参数值与特征曲线 的不同来判断是否发生转子绕组匝问短路故障。 空载与短路特性法对匝削短路故障的反映也不够灵敏，与直流电阻法相似，只 有在短路匝数较多时，特性曲线才有明显变化。 上述介绍的这些检测方法属于比较传统的检测方法，它们中的大多数都已经在 现场中应用了多年，并且积累了很多经验。但是由于大部分都不是在线检测或者受 到其他因素的干扰比较大，所以实际测试中得到的结果并不十分理想，而且检测的 灵敏度也不高。即使检测出故障以后，也无法一次性实现对故障槽的准确定位。 1 ，37 基于励磁电流的诊断方法 4 华北电力人学i 科硕十学位论文 由文献【6 知 厂j 一 厂( f ，) = 、i u2 + 1 2 x a 2 + 詈瓯 ( 卜1 ) vj 上式表示了在发电机并网运行条件下，电压、有功已知时，无功与励磁电流之 间的关系。在铁心不饱和的条件，电机电动势与励磁电流成线性关系，再已知电压、 电流、无功的情况下，励磁电流容易确定；在铁心饱和的条件，电机电动势与励磁 电流成非线性关系，借助磁化曲线，在计算得到电压后，找到对应的励磁电流，从 而得到f 常条件下某一瞬间励磁电流的计算标准值，将它与励磁电流的实际值比 较，可以判断发电机是否发生了转子绕组匝问短路，判据为： ； 一i 竺卫a ( 卜2 ) i 0 式中，。n 是励磁电流的实际测量值，2 o 是励磁电流的计算标准值，口是把计 算误差和测量误差考虑在内的偏差相对值，一般取o4 一o 5 另外文 7 】通过分析转子匝问短路时定子并联支路之间的电势差和环流特征，提 出了基于定子绕组并联支路环流的监测渗断方法。 1 4 本文主要工作 本文针对娘子关发电厂3 # 发电机的现场实际情况，开发研制了3 撑发电机转子 匝l 日j 短路诊断系统，主要涉及以下几个方面： ( 1 ) 首先通过发电机励磁电流表和功率表的r s 4 8 5 数字通讯口，采集得到发电机 励磁电流、有功、无功、相电压、线电流、功率因数、频率等参数，从而实现了数 据的串口通信。 ( 2 ) 基于s q ls e r v e r 数据库建立了发电机运行状态数据库，然后将采集得到的 运行参数通过n p o r l 、设备传输至服务器数据库，从而实现了发电机运行状态数据共 享。 ( 3 ) 基于所建立的发电机模型及采集的数据编制了转子匝问短路珍断软件，局域 网络中的客户机都可通过访问服务器观察当前发电机运行状况。 华北电力人学j ：程硕士学位论文 第二章数据采集系统的设计与实现 为了实现发电机在线数据的采集，将主控室的监控仪表由原来的指针式模拟仪 表更换为数字显示仪表，这种仪表自带能实现数据发送的串口，本文就是基于此串 口，利用串口通讯技术建立数据采集系统。 2 1 串口通信技术概述 串行通信因为采用的设备简单，也比较容易实现，常用于自动控制、数据采集、 智能仪表等系统中p c 机与外部设备的数据通信。在d o s 平台流行时期，操作系统 允许直接对p c 机的硬件进行操作，开发串行通信程序相对比较灵活。随着w i n d o w s g u i 的普及，应用程序逐渐从d o s 转向w i n d o w s 平台，这就要求开发人员丌发面 向w i n d o w s 的串行通信程序。v i s u a l b a s i c 作为一种可视化编程工具，具有易学易用、 编程简单、程序集成化高等特点，是丌发面向w i n d o w s 应用程序重要工具。然而， 由于w i n d o w s 采取了屏蔽系统底层一般不允许用户直接对物理硬件进行操作，硬 件由设备驰动程序统一管理的操作策略，开发w i n d o w s 平台串行通信程序! 必须利用 w i n d o w s 提供应用程序接u 或控件。 2 1 1 利用a p l 实现串1 ：3 通讯”1 w i n 3 2 a p l 在w i n d o w s9 5 9 8 n t 中，虽然对系统底层操作采取了屏蔽策略，但 提供了开放式通用增强接口a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m i n gi n t e r f a c e ) ，并把串口和其他 通信设备( 如m o d e m ) 等统一视作文件，使用户有可能开发出灵活、实用、高效的应 用程序。应用程序剥串口的操作与普通文件操作相同，基本a p i 函数及其作用如表 2 1 所示 9 1 。 山于w i n d o w sa p i 函数大部分是用c 或c 十十语言编写，所以在v i s u a l b a s i c 中 调用w i n d o w sa p i 函数之前必须先在模块级代码上用d e c l a r e 语句对所调用的函数 和用到的数据结构进行声明。 2 12m s c o m m 控件 m s c o m m 是m i c r o s o f t 提供的简化w i n d o w s 下串行通信编程的一个a c t i v e x 控 件，它的核心内容是组建对象模型c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) ，是以属性和事 件的形式提供的对w i n d o w s 通信驱动程序a p l 函数的接口。m s c o m m 控件提供了 事件驱动和查询两种处理通信的方法。其中，事件驱动方法在硬件上要求必须采用 m o d e m 方式连接，并通过设置c o m m e v e n t 、r t h r e s h 0 1 d 、t r s e n a b l e 等属性实现对 m s c o m m 控件的o n c o m m 事件驱动；查询方式则通常通过o u t p u t 属性直接写入输 华北电力人学j ：样硕十学位论文 出缓冲区且通过i n p u t 属性直接读输入缓冲区的数据实现。使用m s c o m m 控件开发 串行通信程序时，一般先在窗体中添加一个m s c o m m 控件，然后对其相关属性进 行必要的设置，再设计o n c o m m 事件过程或读取m s c o m m 输入缓冲区的通用过程 即可。 表2 1 基本a p i 函数及其说明a p i 函数 a p i 函数使用说明 打丌串曰应使d w s h a r e m o d e = 0 c r e a t f i l e s od w c r e a t = o p e n e x i t i n g d w f l a g a n d a t “b u t i o n 2 f i l e f l a g o v e r l a p p e d g e t c o m m st a l e0 获取一个设备控制块( d c b ) 配置波特率、数据位数、 停止位、检验位 s e t c o m m s t a t e0配置串口，通过设置一个设备控制块( d c b ) 配置波特 率、数据位数、停止位、检验位 r e a d f 5 1e0 读数据 w i i t e f 5 i e 0写数据 c 1 0 5 e r 5 i e ( )关闭串口，串口是非共享资源，应用程序以独占方 式使用，通信结束应立即关闭 2 13 调用外部d l l 或应用程序 v i s u a lb a s i c 可以调用系统或第三方提供的d l l 库函数。当对通信有特殊要求 时，可以首先利用其他通用语言( 如v c + + 、d e l p h i 等) 或专用工具生成d l l 库，然 后用v b 调用其中的函数实现串行通信。这样即使不知道对方所用的通信协议， 也可以通过直接调用外部应用程序来实现通信。 发电机运行参数由数据采集系统从现场传送到服务器，然后建立对全厂的数据 广播系统，依靠这些数据可以监测发电机的运行工况。故障渗断工作站依靠故障分 析软件，并利用通过i n t e r n e t 传输的电厂机组现场数掘，调用实时及历史数据库， 利用知识库提出基于规则的推理，自动判断电厂机组的故障，并提出解决问题的有 效办法。在此系统中，数据采集的实时性和准确性至关重要，系统运行的情况表明 此数据采集系统完全可以满足电厂的需要。此数据采集的数掘可以满足对发电机运 行状态的监测和作为故障珍断系统的数据基础的要求。 由上面所述的运行机理，可以给出发电厂故障诊断系统原理框图如图2 1 ： 华北电力人学l ：程硕i 学位论文 同 发电机 圈2 ，1 故障诊断系统 2 2 数据采集系统硬件电路的实现 b 服务 器 t 为了实现数据的远距离准确传输，我们将电厂主控室的指针式模拟仪表更换为 数字显示仪表，这种仪表带有r s 4 8 5 协议的数字数据输出口。r s 4 8 5 接口的性能较 为优越，它改进了r s 2 3 2 接口通信距离短、速率低的缺点，定义了一种平衡通信接 口，将传输速率提高到1 0 k b i t s ，传输距离相比r s 2 3 2 的15 米的传输距离有了很 大的提高，延长到了1 5 k m ( 速率低于1 0 0 k b i t ) 并允许在一条平衡总线上，连接 1 0 个接受器。为了使一个测量设备的数据可以同时对多个主机发送，在计算机和数 显表之间接入一个n p o r t 。 n p o r t 是工业用网络架构设备联网服务器，n 个端1 3 的可以连接1 3 个r s 4 8 5 ( 或 者是r s 4 2 2 或者魁r s 2 3 2 ) 设备，它的输出端接计算机网卡。其本身带有内存可以 作为数据的缓冲存储区，而且支持一对多的发送，即一个仪表发送到它的数据可以 同时对多台计算机发送，可以让串行设备立即成为具备网络接口的网络外围设备。 根据现场具体工况需求，购置m o x a 公司的n p o r t 5 4 3 0 ，具有下列特点： 1 、最多可让4 个r s 4 2 2 4 8 5 串口设备立即联网 n p o r t5 4 3 0 系列的基本功能是把您现有的串口设备联让您可以轻松方便的将串 e l 设备连接到以太网络。不但保证您现有的硬件资源，更保证您未来的网络扩充的 可能性。另外，n p o r t5 4 3 0 系列可以轻松的在串e l 和以太网络之削进行双向的资料 传输，让您可以同时达到集中管理串口设备，和在网络中分散管理主机的目的。 2 、简单易用的串口设备联网服务器 内建人性化的l c m 显示屏，可显示所有的状态信息，且包含4 个可输入信息 且选择操作模式的按钮，让您可以轻松设置包括i p 地址，子网掩码，和网关的服 务器资料，您甚至可以监控服务器或资料收发的状态，无需其他p c 设备来完成安 装的动作。 3 、r e a lc o m t t yp o r t 华北电力人学l ：程硕+ 学位论文 n p o r t5 4 3 0 系列的功能就象附加在w i n d o w s 主机的多串口卡，并且带有t c p i p 网络。通过n p o r t 的r e a lc o m m t t y 驱动模式，w i n d o w s 操作系统将会认定 n p o r t 5 4 3 0 系列产品的串口为r e a lc o m 口，l i n u x 操作系统则会将其定义为r e a l t t y 口。因此，n p o r t5 4 0 0 具备基本的传输接收资料，r t s ，c t s ，d t r ，d s r ， 和d c d ( 输入) 控制信号的功能。 4 、可依不同的操作模式设置的独立的串口 不同的串口町选择不同的操作模式，真j 下实现了多功的操作模式。n p o r t5 4 3 0 系列产品非常适用于连接需透过t c p i p 网络进行远程数据读取，资料处理和数据 多点传输等工作的不同设备。例如，您i _ 以n p o r t 5 4 3 0 系列的p o r t l 设置为驱动程 序模式，p o r t 2 设为t c ps e r v e r 模式，而p o r t 3 ，p o r t 4 则设为t c pc l i e n t 模式。 5 、友善的l c m 显示屏让安装过程轻松容易 n p o r t 5 4 3 0 系列的产品具备4 个按钮，可输入信息和选择操作模式，l c m 显示 屏一开始会显示服务器名称，串口序列号，以及i p 地址，利用l c m 显示屏的按钮 来轻松，快速的设置i p 地址，子网掩码，网关，和其他参数 n p o r t 的应用方法有两种： 1 、计算机通过串口地址直接访问n p o r t 端口连接的设备 为了达剑建立自动或远端数据采集的目的，n p o r t5 4 3 0 系列仅仅使用一个i p 地址就可以连接做多4 个串口设备，通过特别设定l p 的地址和t c p 端口号，主机 就可以在网络上存储不同的串口设备服务器。例如，连接至1 9 2 1 6 8 1 0 24 0 0 1 ，可以 从n p o r t5 4 3 0 的第一个串口读取资料。如图2 2 所示： 图2 2n p o r t 。应用方案l 华北电力人学i 。样硕十学位论文 2 、将n p o r t 端口设置为计算机的虚拟串1 5 n p o r t 的软件程序在计算机上映射出几个虚拟串口( n 个1 ：3 的n p o r t 就可以映射 i 1 个串口) ，例如，n p o r t5 4 3 0 的p o r t i 和p o r t 2 可设置为主机a 的c o m 3 和c o m 4 ， n p o r t 5 4 1 0 的p o r t 3 和p o r t 4 可设置成为主机b 的c o m 3 和c o m 4 ，然后计算机就可 以像访问自身串口一样访问其虚拟串1 5 ( 即n p o r t 端口所连接的设备) 。如图2 - 3 所 示： 幽2 3 n p o r t 廊m 方案2 本文采用虚拟串口方法实现计算机与n p o r t 问通讯，利用v i s u a lb a s i c 语言对 串1 ：5 1 参数进行设置，使其满足通讯协议。电厂的数显变送表收到计算机发过来的指 令后开始发送数据，数据首先发送给n p o r t ，由其自带内存缓冲存储，数据由其输 出口发送到连在局域网的数据服务器上然后存入数据库中对全厂广播。数据采集 系统如图2 4 所示，n p o r t 连接及安装如图2 5 所示： 图2 4 数据采集系统 华北电力火学一f ：穰硕士学佗论文 ( a ) n d o r l 安装 图2 5n p o r t 安装及连接图 2 3 数据采集系统的v is u a l b a s ic 实现 本文采用m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c 语言中的m s c o m m 控件进行串口通信。串行 通信控件m s c o m m 提供了串口通信的所有协议，我们可以使用不同的工作方式束 处理和解决各类通信软件的丌发设计问题。v i s u a lb a s i c 语言为该控件提供了标准的 事件处理函数和过程，并通过属性和方法提供了串行通信的设置，我们只需要通过 对不同的属性设置不同的属性参数就可以实现所要求的通信功能。 2 3 1 属性设置”叩 m s c o m m 控件包括2 0 多种属性，通常只须用到其中的几个重要属性，用以设 置通讯端1 2 1 号、串口打丌与否、设置传输速度、通讯的协议、读取数据的长度、数 据读取的格式等。其他的属性保持缺省值即可。m s c o m m 控件的几个重要属性的 设置及其描述如表2 2 ： 2 3 2o r ( 校验码的计算 为了防止在数据传输的过程中因为干扰而产生的数据扭曲，在数据的发送和接 收的过程中必须采用c r c 码。c r c 码，即校验循环冗余校验码，是常用的检测错 误码，它在数据通信中得到了非常广泛的应用。不同c r c 码的生成多项式各不相 同，c r c 码的比特数也不同，且在有的通信协议中要求将余数寄存器先初始化为0 ， 另外的则须初始化为1 。因此，在程序设计时必须充分利用c r c 码的共性。 仪表c r c l 6 校验码计算框图如图2 6 ： 华北电力大学： 程硕士学位论文 表2 2 ：m s c o m m 控件的几个重要属性设置及描述 属性设置描述 m s c o m m 1 p o r t = n选择端口n m s c o m m 1 s e t t i n g = ”4 8 0 0 ，波特率4 8 0 0 ，无奇偶校验，8 位 n ，8 ，1 数据位，1 位停止位 m s c o m m 1 i n p u t l e n = o执行i n p u t 属性时，读取缓冲区全 部数据 m s c o m m l r t h r e s h o l d = n接收缓冲区每收到r i 个字节产生 一个o n c o m m 事件 m s c o m m l i n p u t m o d e = 1传输数据的模式为二进制方式 m s c o m m 1 p o r t o p e n 2 t r 扣开串口 u e 图2 6c r c 校验程序流程图 部分c r c 校验码计算程序如下 华北叱力大学j ：程硕十学位论文 f u n c t i o ny i w e i ( c r ea ss t r i n g ) a ss t r i n g d i mi a si n t e g e r f o r i = 0t o7 d i mc y a ss t r i n g d i ms t ra ss t r i n g c y = r i g h t $ ( c r c ，1 ) s t r = c r c c r c = ”0 。 c r c = c r c + l e f t $ ( s t r ，1 5 ) d i ms a ss t r i n g s = “1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 l ” d i m j a si n t e g e r d i ms t la ss t r i n g ” i f c y = ”l ”t h e n i f l e f l $ ( c r c ，1 ) = l e f t $ ( s ，1 ) t h e n s “= ”0 ” e l s e s t l = ”l “ e n d i f f o r j = 2 1 o1 5 i f m i d $ ( c r c ，j ，1 ) = m i d $ ( s ，j ，1 ) t h e n s t l = s t l + ”0 ” e l s e s t l = s t l + ”1 ” e n d i f n e x t j i f r i g h t s ( e r e ，1 ) = p d g h t $ ( s ，1 ) t h e n s t l = s t l + ”0 ” e l s e s t l = s t l + ”1 ” e n d i f c r c = s t l e n d i f n e x t i y l w m 2 c r c l3 华北电力人学1 ：税硕士学位论文 ”1 异或结束” e n df u n c t i o n 2 3 3 励磁电流表数据采集 2 3 3 1 命令数据格式以及转换方法1 查询命令数据格式：a d d r0 40 00 00 00 3c r c h ic r c l 。共8 个字节，其中a d d r 表示仪表的地址编号，0 4 表示数据查询命令，o o0 0 表示数据起始地址，0 00 3 表 示查询字长度，共6 个字节，c r c 。，c r c 。分别为校验码的高低字节。 响应命令数据格式：a d d r0 40 2d a t a h id a t a l 0c r c h ic r c l o 共7 个字节，其 中a d d r 表示仪表的地址编号，0 4 表示数据查询命令，0 2 表示数据长度，d a t a 。， d a t a 。分别代表数据的高位和低位，传输过来的数据是十六进制数，首先将其换算 成十进制，再除以变比即得到面板显示数据，对于电流表来浼，变比为1 6 4 。 2 3 3 2 励磁电流表的指令发送 浚电流表指令格式为：地址、命令、起始码、长度、c r c 校验硝。其命令为 1 a 0 4 0 0 0 0 0 0 0 13 2 2 1 ，在传输过程中可能会受到某些干扰，而使得原来的数据信号发 生扭曲，为了检测数据在传输过程中是否发生错误，传送方和接收方均采用c r c 校 验码对数掘进行校验。指令发送程序如下： d i m w ( 8 ) a sb y t e d i mk a s i n t e g e r w f 0 ) = 5 9 地址 w ( 1 ) = 4命令 w ( 2 ) = o起始码高位 w ( 3 ) 一o 起始码低位 w ( 4 ) = 0数据长度高位 w ( 5 ) = 1数据长度低位 w ( 6 ) = 2 0 校验码高位 w ( 7 ) = 15 0校验码低位 f o rk = 0 t o7 m s c o m m lo u t p u t = w ( k ) n e x t k 2 3 3 3 励磁电流表数据的接受 数显表接收到的指令f 确就丌始发送数据。当接受缓冲区每接受到一定数量的 数据，就会产生一个o n c o m m 事件，利用i n p u t 属性就可以将缓冲区的数据赋给变 华北电力火学一l 程硕士学位论文 量。主要的o n c o m m 事件如表2 3 ： 当接受缓冲区的字节数多于r t h r e s h o l d 设置的字节数时，就会引发o n c o m m 事 件。控件的c o m m e v e n t 属性将保持c o m e v r e c e i v e 值。说明此次是由于需要接收数 据而引发的o n c o m m 事件，通过检查i n b u f f e r c o m m 属性可获得所要接收的字节总数， 然后用i n p u t 属性从通讯控件的接收缓冲区读取数据。此时应该注意，为了得到缓 冲区的全部数据，必须在设计时将i n p u t l e n 属性设置为0 ，否则得到的是i n p u t l e n 属性设置的字节数。在用i n p u t 属性获取数据前，还可以通过设置i n p u t m o d e 为 c o m l n p u t m o d e t e x t 或c o m i n p u t m o d e b i n a r y ，即分别将接收数据格式设置为文本格 式或者是字节格式，这取决于数显变送表发送数据的格式。 d i mw ( )a sb y t e w = m s c o m m l i n p u t 表2 3 ：主要的o n c o m m 事件及其描述 o n c o m m 事件事件描述 c a s ec o n l e v e n t b r e a k收到b r e a k 。 c a s ec o m e v e n t c d t o c d ( 载波侦测) 超时。 c a s ec o m e v e n t c t s t o c t s ( 清除以传送) 超时。 c a s ec o m e v e n t d s r t 0d s r ( 数据各妥) 超时。 c a s ec o m e v e n t f r a m e f r a m i n g 错误。 c a s ec o m e v e n t o v e r r u n 端口超速引起数据丢失。 c a s ec o m e v e n t r x o v e r接收缓冲区溢出。 c a s ec o m e v e n t r x p a r i t y 奇偶校验错误。 c a s ec o m e v e n t t x f u l i 传输缓冲区己满。 c a s ec o m e v e n t d c b 检索端口或设备控制块时意外错误事件。 c a s ec o m e v c d c d ( 载波侦测) 线状态变化。 c a s et o m e v c t s c t s ( 清除以传送) 线状态变化。 c a s ec o m e v d s r d s r ( 数据备妥) 线状态变化。 c a s ec o m e v r i n g 振玲检测。 c a s ec o m e v r e c e i v e 收到r t h r e s h o l d # o f c h a r s 。 完整的数据采集程序代码如下： p r i v a t es u bm s c o m ml _ o n c o m m ( ) s e l e c tc a s cm s c o m m1 c o m m e v e n t c a s ec o m e v e n t b r e a k 。收到b r e a k 。 华j 匕电力人学r 程硕士学位论文 c a s ec o m e v e n t c d t o 。c d ( r l s d ) 超时。 c a s ec o m e v e n t c t s t oc t s 超时。 c a s ec o m e v e n t d s r t od s r 超时。 c a s ec o m e v e n t f r a m e 。f r a m i n ge r r o r c a s ec o m e v e n t o v e r r u n。端口超速引起数据丢失。 c a s ec o m e v e n t r x o v e r 。接收缓冲区溢出。 c a s ec o n l e v e n t r x p a r i t y 奇偶校验错误。 c a s ec o m e v e n t t x f u l l传输缓冲区己满。 c a s ec o m e v e n t d c b检索端口或设备控制块时意外错误事什。 c a s ec o m e v c d c d 线状态变化。 c a s ec o m e v c t sc t s 线状态变化。 c a s ec o m e v d s r d s r 线状态变化。