基于ADAM4000系列模块的数据采集与监控系统的实现

精品文档-下载后可编辑基于ADAM4000系列模块的数据采集与监控系统的实现【摘要】为实现沼气厌氧中试实验发酵过程的数据采集与监控，针对该过程的数据采集需求与特点，采用嵌入式工控机作为控制主机,ADAM4000系列模块为数据采集模块，通过树型拓扑结构的485通讯，结合WebAccess组态软件实现数据采集与监控。ADAM4000系列模块对发酵过程进行实时数据采集，并按照研华通讯协议传输数据到工控机。实际运行表明，该系统易于操作，是一款运行可靠的SCADA系统。

【关键词】厌氧发酵；控制主机；WebAccess组态软件；采集与监控

引言

沼气厌氧发酵过程是指有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体（沼气）的过程。这个过程存在强过程性与非线性等特点，关键性过程数据可真实反映该过程的状态和趋势，给厌氧中试实验过

程的相关研究提供必要的原始资料。若人工手动搜集实验数据将会受时间等客观因素制约，效率和准确率非常低，因此全过程的数据采集与监控系统（SCADA）将对中试实验具有重要意义。本方案应用Advantech公司的WebAccess组态软件实现厌氧发酵过程的数据采集与监控。现场单元（RTU）采用基于RS-485的分布式数据采集模块——ADAM4000系列模块，其可靠性高，扛干扰能力强并支持485总线通讯，适用于超远距离（理论可达15KM）数据传输。

1、需求描述

厌氧中试实验需要检测的工艺参数主要包括液相参数（温度、PH值、液位）、气相参数（CH4浓度、流量、H2S浓度）、设备参数（变频器输出频率）和一些设备状态信息（搅拌机、进料泵、电动阀、电磁阀等启停和故障状态）。这些数据通过ADAM4000系列模块进行实时采集，并传输到嵌入式工控机（Embeddedindustrialcontrolcomputer，EIPC）进行管理，同时对各设备实时控制，包括自动和人工两种方式。

2、硬件系统

2.1硬件构成

该SCADA系统的硬件部分主要由1台控制主机，同时也是监控主机（研华嵌入式工控机UNO-2173A）、1块ADAM－4520模块（RS232-RS485有源转换模块）、2块ADAM－4050模块（数字量输入/输出模块）、2块ADAM－4053模块（数字量输入模块）、2块ADAM－4117模块（模拟量输入模块）、1块ADAM－4024模块（模拟量输出模块）以及RS－232通讯电缆和RS－485通讯电缆各1条组成。其中ADAM4000系列模块分别连接相应的在线传感器、仪表及现场设备，硬件构架见图1。

2.2功能概述

UNO-2173A：UNO-2173A是研华嵌入式工控机，作为整个系统的控制主机，安装研华WebAccess组态软件，实现监控主机画面组态、通讯端口设置、I/O点配置、报警显示、趋势、脚本设置等功能。通过COM1（RS-232）口与ADAM-4051连接，完成对各数据采集模块的实时通讯，读取各设备的运行状态和仪表数据，并对实时控制现场实验设备。实验人员通过画面可以清楚地了解到整个中试实验设备的运行情况，也可通过数据报表自动记录实验过程数据。

ADAM-4051：RS-232转RS-422/485转换器，将现场采集模块送来的RS-485信号转换成RS-232信号，并通过COM1端口输送至控制主机。它带有3000VDC隔离保护,传输速率可达115.2kbps,联网距离可达1200米。

ADAM-4053：ADAM-4053为16通道数字量输入模块，既可以接入干接点信号，也可以接入湿接点信号。通过它可以采集现场设备状态信号，如搅拌机，进料泵，电动阀，电磁阀等启停、故障状态信号。

ADAM-4050：ADAM-4050是7DI/8DO的数字量输入/输出模块，输入既可以是干接点信号，也可以是湿接点信号。ADAM-4050不仅可以通过输入接点接收数字量输入信号，还可以通过输出接点控制设备动作，如搅拌机的启停、进料泵的启停、电动阀的开关等。

ADAM-4117：ADAM-4117为8通道模拟量输入模块，通过它可以实时采集现场仪器仪表、传感器的工艺参数值或设备参变量，如温度、PH值、变频器输出频率等。信号类型（电压、电流等）可以依照仪器仪表、设备参变量信号类型预设定，两者要一致。

ADAM-4024：ADAM-4024为4通道模拟量输出模块，用在调节变频器输入频率值，实现电机的变频调节控制。信号类型为单通道mA或V输出，要与被控制设备内预设信号类型一致。

3、软件及通讯

3.1软件构成

控制主机软件是AdvantechWebAccess组态软件，主要由工程节点（ProjectNode）、监控节点（SCADANode）和客户端（Client）3种类型的节点组成。

㈠工程节点（ProjectNode）

实现系统的设置和存储系统的数据，保存工程所有的图、脚本程序和其他组成部分的副本，编辑和创建I/O点、报警和图形，提供客户端与监控点之间的初始连接，同步备份各监控节（SCADANode）点数功能。

㈡监控节点（SCADANode）

主要负责与ADAM4000系列模块进行通讯，以及数据的传递功能。在脱离网络情况下可实现单机监控过程，确保现场的稳定运行。

㈢客户端（Client）

客户端程序是非现场的远程监控程序，它仅在用户第一次使用时将现场图形画面传送至本地，此后与SCADA节点仅传输实时数据，在客户端可实现与SCADA节点端同样的监控效果。

3.2通讯设置及通讯协议

本系统主机中WebAccess组态软件与ADAM4000系列模块之间通过AdvantechADAM4K协议进行通讯，完成数据采集、控制输出、历史曲线、报表查询、报警显示与确认等功能，实时显示各设备的运行状态和报警状态，设置运行参数。为保证通讯畅通，主机与RTU(ADAM4000模块)应设置相同的通讯参数（波特率、数据位、停止位、校验方式等）。

主机中COM1口参数为：9600波特率，1停止位，8数据位，0校验；采集模块通过软件utility设置通讯接口为serial（将COM端口1设置为9600，8，N，1），设置时将ADAM4000模块拨码开关拨到INT位置或模块的INT端与24V电源短接，使相应模块处于组态模式，所有设置完成后断电重新上电，设置生效。

4、系统编程

本系统提供了自动控制、联锁保护、数据采集与监视等多种功能，可以实现沼气厌氧发酵中试实验过程的多种复杂控制，实现不同的实验要求。

软件WebAccess支持TclScript、VBScript和Jscript三种脚本语言，提供了丰富的编程指令及灵活简便的编程方式，即所有程序编辑在文本编辑器中完成，并支持较为复杂的逻辑和算术运算，当完成编程并保存和下载了程序的源代码后，计算机采用扫描工作方式依次逐条执行脚本程序。程序采用TCL编程实现，为了使控制主机的通讯能够快速相应，所使用的代码要尽量短。

主程序完成参数初始化、通讯连接、信号检测及程序文件调用等，从而实现一系列复杂的控制功能要求。

以中试实验1＃厌氧发酵灌为例介绍温度联锁保护程序实现过程，程序流程框图下：

T1.scr程序文件：

①catch{

if{[GETVALLS1]>([GETVALDI18]+[GETVALDI50])}then{

SETVAL{"DO09=0"}

}

}//判断2＃和3＃厌氧发酵灌电磁阀开关状态，停止加热装置；

②catch{

if{[GETVALLS1]>=0.5}then{SETVAL{"DO15=0"}

}

}//关闭热水电磁阀；

③catch{

if{[GETVALLS1]>([GETVALDI18]+[GETVALDI50])}then{SETVAL{"DO19=0"}

}

}//判断2＃和3＃厌氧发酵灌电磁阀开关状态，停止热水泵。

5、上位组态及监测

5.1组态部分

WebAccess是基于B/S架构的自动化组态软件,可以使用标准浏览器完成组态。登陆IE浏览器,输入工程节点IP地址“127.0.0.1”,可进入系统组态部分：创建工程文件；定义节点通讯端口属性,如：波特率、数据位、停止位、奇偶校验等；配置I/O模块；创建外部I/O信号测点，如DI、DO、AI、AO；创建内部变量点，如计算点、常数点等；依据需求，对部分测点配置趋势图、报警、报表等；数据库设置；监控画面制作，也可在监控节点完成。组态好所有参数后，通过“下载”设置将组态信息下载到监控节点。

5.2监测部分

上位机通过WebAccess软件与ADAM4000系列模块建立通讯，实现对厌氧中试实验工艺参数和各设备的实时监控和操作。

主要包括：1）主画面显示，2）系统说明，3）趋势显示（实时趋