基于現場總線的水輪機組狀態監測系統

3 系統通信程序的設計

3.1 現場節點通信程序

現場節點向上位機發送的數據首先發送到LONWORKS-ETHERNET互連適配器，該適配器實際上是一個特殊的LONWORKS節點，它把接收到的LON總線上的數據用UDP封裝，然后通過以太網發送到上位機。

LONWORKS網絡的節點之間的通信方式主要有兩種方式：網絡變量和顯式消息。使用網絡變量不必考慮消息的打包、發送以及接收問題，可以大大簡化編程，縮短應用開發周期，但每個周期變量的數據長度一經確定就不能改變，且最多只有31字節。而顯式消息的數據長度則是靈活可變的，最長可以是228字節，但實現方法更為復雜。鑒于水輪機組狀態監測系統對數據傳輸的實時性要求較高，同時需要提高足球場采集數據的上傳速度，因此希望每一次傳送的報文包含盡量多的數據，因而在設計中采用顯示消息的方式實現與上位機的通信，每個顯式消息報文攜帶134個字節的數據，其中的128個字節為傳送的數據，另外6個字節為附加信息。報文的幀結構如圖3所示。

顯示報文的初始化和發送部分的實現程序如下：

初始化節點地址

#include 所需頭文件
#include
#include
domain_struct mydomain; //定義域結構
mydomain=＊（access_domain（0））;//讀節點域表
mydomain.subnet=0; //設置節點子網號
mydomain.node=5; //設置節點號
update_damain（mydomain,0）; //寫節點域表

發送數據報文

msg_tag test_out; //聲明報文標簽
msg_out.tag=test_out; //傳遞報文標簽
msg_out.dest_addr.snode.node=0; //定義目的地址節點號
msg_out.dest_addr.snode.subnet=0; //定義目的地址子網號
msg_out.code=0x0c; //定義報文碼
msg_out.service=ACKD; //定義報文服務類型
msg_out.dest_addr.snode.type=1; //定義目的節點類型
memcpy（msg_out.data,a0,nLength）;//填充報文內容
msg_send（）;//發送報文

在初始化程序中，用數據結構domain_struct定義節點的子網號、節點號，即設置節點在LON總線上的地址。在發送程序中利用msg_out結構構造報文，其中，目的地址指向適配器。顯示報文的接收程序與發送部分類似，不再多述。

3.2 上位機通信程序

上位機與現場節點通訊的數據通過適配器轉發，適配器的IP必須事先指定。上位機利用msg_out變量（如前所述）創建顯示報文，將目標節點的地址、需要改變的參數或要下達的命令填充到該變量中，然后用UDP封裝該變量，通過以太網發往適配器；適配器解析上位機發來的數據包，得到顯示報文，將該顯示報文直接向相應的節點發送。同樣，適配器也將現場節點發來的顯示報文通過UDP封裝后發往上位機，上位機解包后根據節點等信息將數據存入相應的數據庫，等待后后續的信號處理模塊和故障診斷模塊調用。

4 故障診斷

系統采用連續小波變換對采集的信號進行處理，通過變換結果進行故障診斷。下面以采集到的水輪機的主軸上導Y軸方向徑向擺度信號（圖4）的數據為例說明通過小波變換進行故障診斷的結果。

選用消息矩為4的雙正交樣條小波，在[1:1:48]的尺度上對時域信號進行連續小波變換。圖5為擺度信號的小波系數在尺度一時間上的三維圖形表示。從圖中可以明顯看出周期性出現的四條模極大值曲線，且總是第三條斜率較小，而正常情況下三維圖中將出現平穩的錐全，這說明這些點的奇異性較強。事實上這正是由于水輪機主軸滑動摩擦造成的。通過設置閾值算法得到小波的模極大值曲線，如圖6所示。兩條模極大值曲線的相交點即可以精確地指向故障點。

本文結合水輪發電機組狀態監測的實際需要，研究開發了一種基于LONWORKS現場總線技術的水輪發電機組狀態監測系統，完成了現場數據采集節點的軟硬件開發，設計了系統數據通訊的報文協議和通信軟件。系統上位機軟件利用MS-SQLSERVER2000數據庫進行數據存儲，通過小波變換初步實現了故障診斷。