在水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，有幾十個(gè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，它們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將采樣結(jié)果傳送到距離較遠(yuǎn)的上位機(jī)，并且數(shù)據(jù)通信頻繁。考慮到LONWORKS總線技術(shù)具有強(qiáng)大的強(qiáng)信能力，以LON總線來(lái)組成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的通信軟、硬件設(shè)計(jì)，使數(shù)據(jù)的傳輸與通訊變得十分便捷。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

基于LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線的水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位監(jiān)控機(jī)和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和傳送�，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)包括壓力監(jiān)測(cè)；溫度監(jiān)測(cè)；水位及油位等液位監(jiān)測(cè)；水流量監(jiān)測(cè)；機(jī)組振動(dòng)擺度監(jiān)測(cè)、機(jī)組電氣監(jiān)測(cè)、機(jī)組轉(zhuǎn)速及導(dǎo)葉開(kāi)度監(jiān)測(cè)、效率監(jiān)測(cè)；水淪機(jī)氣蝕監(jiān)測(cè)；發(fā)電機(jī)氣隙監(jiān)測(cè)；發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)；尾水管真空監(jiān)測(cè)等。

各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)LONWORKS總線組成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。用開(kāi)發(fā)的LONWORKS-ETHERNET互連適配器把LON總線上采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UDP格式，利用速度較高的工業(yè)以太網(wǎng)將其發(fā)送到上位同，再把上位下達(dá)的命令轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)onTalk協(xié)議的形式發(fā)給各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和底層各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)之間的通信。與以短訓(xùn)班采用昂貴的LON總線適配器的方法相比，這種方法既提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度又節(jié)省了方法費(fèi)用。上位機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)傳送上來(lái)的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存進(jìn)MS-SQLSERVER2000數(shù)據(jù)庫(kù)，提供人機(jī)交互的界面，并完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的圖形化、格式化顯示，同時(shí)用傅立葉變、換（FT）和小波變換（WT）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)既要接收上位機(jī)發(fā)出的采集命令，命令標(biāo)準(zhǔn)傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)；又要把采集到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)LON總線送到上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行處理。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1 節(jié)點(diǎn)組成

節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片Neuron 3150、LONWORKS雙絞線、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器、程序程序器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、十二位A/D轉(zhuǎn)換芯片AD1674等組成。其中，3150神經(jīng)元芯片選用TOSHIBA公司生產(chǎn)的TMPN3150；FLASH ROM選用AT29C512；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）選用ISSI公司的IS61C256；Neuron 3150芯片與LON總線的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接口選用Echelon公司的自由拓?fù)湫褪瞻l(fā)器FTT 10A，它是一種變壓器耦合收發(fā)器，可提供一個(gè)與雙絞線的無(wú)及性接口，且支持網(wǎng)絡(luò)的自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)采用最常用的雙絞線；A/D轉(zhuǎn)換芯片采用性價(jià)比較高的AD1674芯片，其轉(zhuǎn)換精度為1/2LSB，轉(zhuǎn)換速率為100kSPS，具備三態(tài)輸出緩沖區(qū)。

2.1.2 存儲(chǔ)空間分配

Neuron 3150芯片片內(nèi)存儲(chǔ)器的地址范圍為E800H～FFFFH，包含2KB的RAM（E800～EFFF）、0.5KB的EEPROM（F000～F1FF）、2.5KB的保留空間（F200～FBFF）和1KB的用于存儲(chǔ)器映像I/O的空間（FC00～FFFF）。外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器的地址由Neuron3150的地址引腳和控制引腳來(lái)確定：給FLASH ROM分配的地址空間為0000～7FFF，其中，0000～3FFF的16KB空間用于系統(tǒng)固件（Firmware），系統(tǒng)固件實(shí)現(xiàn)了LonTalk協(xié)議，4000～7FFF的16KB空間用于用戶程序代碼；給RAM分配的地址空間為8000～E7FF的24KB地址空間；將E000～E7FF的2KB地址空間分配為外部設(shè)備的內(nèi)存映像I/O的空間。

2.1.3 A/D轉(zhuǎn)換接口方案

本文在設(shè)計(jì)時(shí)曾考慮過(guò)使用Neuron芯片為A/D轉(zhuǎn)換電路提供串行I/O及并行I/O接口方式。然而串行I/O方式速度太慢；并行I/O方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)需要占用Neuron芯片全部11個(gè)I/O接口，同時(shí)還要編程實(shí)現(xiàn)Neuron芯片的握手/令牌傳遞算法，開(kāi)發(fā)費(fèi)用和難度比較高。因此本文將節(jié)點(diǎn)保留的E000～E7FF的2KB地址空間分配給A/D轉(zhuǎn)換芯片，作為AD1674的端口地址，采用內(nèi)存映像的方法直接讀取AD1674的數(shù)據(jù)。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，AD1674轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位地址為E002H，低4位數(shù)據(jù)地址為E003H。由于實(shí)現(xiàn)軟件沒(méi)有使用Neuron C的內(nèi)嵌函數(shù)，因此執(zhí)行速度得到大幅度的提升，實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)同樣采用AD1674轉(zhuǎn)換芯片的節(jié)點(diǎn)而言，采用這種方法設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)，采集速度超過(guò)了其它兩種方法設(shè)計(jì)的采集節(jié)點(diǎn)的采集速度，而且節(jié)省了Neuron芯片的全部11個(gè)I/