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2

查阅资料、总体设计

2011.12.09

图书馆、教室

3

硬件设计

2011.12.19

教室、机房

4

软件设计、程序调试

2012.01.03

机房

5

提交报告、程序演示、答辩

2012.01.04～1.06

机房、教室

五、参考资料：

1）张栾英，孙万云.火电厂过程控制.北京：

中国电力出版社，2000

2）韩璞，等.火电厂计算机监控与监测.北京：

中国水利水电出版社，2005

3）李江全，等.计算机测控系统设计与编程实现.北京：

电子工业出版社，2006

4）徐学峰.传感器变送器测控仪表大全.北京：

机械工业出版社，1998

5）田涛.过程计算机控制及先进控制策略的实现.北京：

机械工业出版社，2006

6）卞志强.VisualBasic网络程序设计.北京：

人民邮电出版社，2003

摘要：

文章主要介绍了基于工业以太网过热器汽温监测系统的硬件选型及原理和软件的编辑和运行结果。

硬件设计主要通过HUB集线器，7188模块，7018模块，以及温度变送器组成系统，介绍了这几个模块的原理以及使用方法和信号类型。

软件设计通过编程完成一个远程控制程序，实现远程和现场的同步监测和历史数据调用等功能。

过热器作为锅炉中的重要部件，其作用是在锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气。

其性能如寿命等与温度有着密不可分的关系，电站中的鱼锅炉相关的整个系统由于受到外界环境或内在影响，各个部件内的温度不可能保持恒定不变，但是与锅炉相关的各个部件在设计以及安装好后，设计的工矿不仅有流速，功率等，更重要的还有一个设计好的温度界限。

对于过热器来说，尤其是当温度超过其温度界限并且积累到一定的次数后，容易产生爆管事故。

对整个系统的运行产生影响，严重的甚至会影响整个电站的运行，对电站产生影响。

故在过热器的运行过程中，对过热器的温度进行实时监控十分重要，可以保证整个系统的正常运行

一、硬件设计

硬件设计主要包括系统的总体组网设计、硬件的选型及其介绍、硬件之间的接线方式三部分构成。

1.系统的总体组网设计

以实验室已有的热点偶作为温度传感器，测量过热器内的气温，将热电偶产生的电压信号，通过导线将电压信号传入7018连接，完成信号的采集过程。

7018输出的信号通过485总线与7188模块连接，处理后通过HUB集线器与多个客户端计算机相连，完成信号传输的路径的组网，实现温度信号的远程传送。

其组网图如下：

2.硬件的选型及其介绍

2.1HUB集线器

HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。

所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。

HUB集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的“智能记忆”能力和“学习”能力。

它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。

也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。

2.27188模块

7188控件的主要有AMD80188微处理器、SRAM、FlashROM、EEPROM、实时时钟（RTC）、4个串行通讯口（2个RS232串口（COM3和COM4），1个RS485串（COM2），1个RS232/RS485串口（COM1））组成，在处理模块中含有操作系统（ROM-DOS），ROM-DOS功能等同于MS-DOS，一个标准的DOS运行的程序同样可在ROM-DOS中运行，用户可以通过COM4上传或下载程序。

7188模块中80188微处理器结构图

这次选取的是深圳市鹏控有限公式生产的泓格牛顿I-7188E5控制模块。

其特点及其规格如下：

特点：

◆CPU:

80188-40或兼容芯片

◆10BASE-TNE2000兼容Ethernet控制器

◆I-7188E5/E5D有4个RS-232通讯口和1个RS-485通讯口

◆D/I:

3.5V~30V

◆D/O:

100mA/30V

◆操作温度:

-25℃~+75℃

◆存储温度:

-40℃~+80℃

◆电源:

非稳压10~30VDC，带有反接保护。

2.37018模块

I-7018数据采集卡由数据采集模块和数模转换模块组成，分别如图1所示，A为数据采集模块，D为数据转换模块。

图1所示的温度采集系统中，模块均是板卡式I/O板，采用RS-485网络在板卡之间进行数据交换。

RS-485网络具有适合工业需要的下述特点:

低噪音、远程通讯、用线量少。

卡式I/O板在不占用计算机原有硬件资源的前提下，扩展计算机的I/O能力。

I-7018模块在使用前需要对通讯端口地址、输入、波特率等有关参数进行设置。

在整个系统正式工作前，首先设定好热电偶的室温基准。

然后，根据需要进行相应的程序设计，再进行具体的应用。

图1

本次设计选用的是深圳市鹏控有限公式生产的泓格牛顿I-70188通道模拟输入量模块。

模块自带双看门狗，内部有3000VDC隔离，更具有高过压保护高开关量电压输入等性能，可以非常容易的和常见的SCADA/HMI以及PLC软件进行通讯仅需要两根通讯信号线就可以建立起一个多点的分布式RS-485网络。

其特性如下：

◆类型:

mV,V,mA（接125Ω外电阻器）

　热电偶:

类型J,K,T,E,R,S,B,N,C

◆通道:

8路差动或6路差动+2路单端（跳线选择）

◆电压范围:

±

15mV,±

50mV,±

100mV,±

500mV,±

1V,±

2.5V

◆电流范围:

20mA

◆采样速率:

10次/秒

◆带宽:

15.7Hz

◆精度:

0.5%

◆零点漂移:

25ppm/℃

◆满量程漂移:

◆过电压保护:

35V

◆隔离:

3000VDC

◆电源：

输入:

10~30VDC功耗:

1.0W

对于热电偶的要求如下表：

类型

J

K

T

E

R

S

B

N

C

量程（℃）

-210~+760

-270~+1372

-270~+400

-270~+1000

0~+1768

0~+1820

-270~1300

0~2320

3、硬件及其之间的连线方式

3.1I-7018模块的接线方式

信号从热点偶出来后是电压信号，为模拟信号，用导线连接至7018模块，转变为数字信号，使用RS485总线，传送大7188模块中。

图2,为7018模块的连接简

3.2I-7188E5模块和HUB集线器的接线方式

由7018模块送出的数字信号通过RS485总线传递到7188处理模块中，处理后通过网线与HUB集线器相连，通过HUB集线器与客户端连接。

图3和图4分别表示了7188模块和HUB集线器的接线方式。

图37188接线方式图4HUB接线方式图27018接线方式

二、软件设计

2.1设计目的及内容：

1、设计系统人机交互操作界面，采用随机数模拟汽温数据（随机产生460℃～560℃的数据，假设超过540℃时越限报警），实现实时变化显示、越限报警、数据记录/保存、历史数据显示等功能。

2、设计远程端程序，运用WinSock控件使现场监测信息通过网络传输到远程监测计算机，实现远程和现场的同步监测、历史数据调用和查询功能。

2.2程序设计说明（程序说明及流程图）

2.2.1现场监测程序中：

1、随机产生汽温数据，运用“温度计”的模式实时显示数据。

使用红色颜色示警，当温度超过数据范围时，在软件界面上，显示红色示警灯，正常范围内为绿色，并在汽温曲线图上画出数据点。

此外，提供实时的具体数据查询以及历史数据的查询。

2、保存数据时，用此时的时刻作为文档名，同时把文档名保存在“历史数据文档名记录”中，便于以后显示用。

3、显示历史数据时，弹出对话框，选择文档读取历史数据。

2.2.2远程端程序中：

1、单击“连接主机”，判断若主机正在监测数据，则向主机发送字符串“L”

，主机接收到后，立即将目前的时间和温度以字符串形式发送给远程计算机，远程计算机接收读取出时间和温度，并做实时显示及汽温曲线图。

若主机还没有在监测数据，远程端只能读取主机中的历史数据。

2、在远程端读取主机中的历史数据时，发送数据后先是接收的主机中历史数据文档名称，此时单击List框中的文档名，读取其中的数据。

这些数据传输都是通过WinSock实现的。

现场端程序流程图如下：

远程端程序流程图如下：

现场与远程端的连接如下：

三、实验结果（程序的运行结果与分析）

3.1运行结果图：

软件界面如下：

下图为现场检测端软件运行界面，主要功能如下：

汽温变化的实时显示坐标，报警提示功能，实时数据的具体数值显示，历史数据查询窗口，具体时间点温度值的显示。

2、如上图，过热器汽温监测系统可实时监测其汽温，并提示报警，保存汽温时，同时保存了其文档名，便于在远程监测系统中查询历史数据。

四、实验中遇到的问题及解决方法

1、由于不同电脑读取时间时，显示格式不尽相同，因此保存在文档中的时间字符串不等长，易造成错误。

用Format语句使其格式保证相同。

2、程序在刚开始加载时，汽温曲线时间轴只有60秒，超过60秒就难以观察到曲线图形。

可以在其Timer事件中添加一段比较时间与最大横坐标的程序，当前者大时，自动改变横坐标，使得曲线得以继续在图形中显现。

3、远程端读取现场端的实时数据时，由于时间的迟延，读出的第一行数据不正确。

可在第一次传输数据时，适当延迟赋值给List的数据。

4、在远程端读现场的历史数据时，不清楚原历史数据文档名，不易读取。

因此在现场端同时保存了历史文档名，只需在远程端读文档名，即可读取其在现场的历史数据。

5、若在一文档中的历史数据过多，运用远程查询时，由于其时间的延迟过多，易造成错误。

可在读取时稍有延时，保证下个数据能够及时传送。

四、实验体会

本实验是一次组建过热器汽温监测系统的过程。

在硬件方面，通过查找资料对系统中采用的温度传感器等设备及器件进行选型，进一步了解了工业600MW机组过热器的原理，与工程实际相结合，更让我们了解到设备器件的价格等，同时还学会了使用MicrosoftVisio等软件。

在软件方面，我们使用远程监控系统进行计算机直接的通信，学会了应用Winsock控件，在编写程序的过程中，不仅提高了VB的编程水平，加深了知识的掌握，同时在考虑问题方面也更全面，把细节做得更好。

虽然编写程序与调试花了不少时间，但在这期间，在独立思考中调试效果更好。

五、参考文献

1）张栾英，孙万云.火电厂过程控制.北京：

2）韩璞，等.火电厂计算机监控与监测.北京：

3）李江全，等.计算机测控系统设计与编程实现.北京：

4）金华雄等.基于涨格7188和7018模块的温度采集传输系统;

5）郑春生等.计算机连续实时温度采集系统的研究;

上海交通大学材料科学与工程学院

6）叶志军等.智能控制模块I一7188深圳威达通电子有限公司（518028）

7）王孟浩等.过热器再热器炉外壁温测点结构和报警温度设定值的探讨;

上海望特能源科技有限公司

摘要：

文章主要介绍了基于工业以太网过热器汽温监测系统的硬件选型及原理和软件的编辑和运行结果。

硬件设计主要通过HUB集线器，7188模块，7018模块，以及热电偶组成系统，介绍了这几个模块的原理以及使用方法和信号类型。

软件设计通过编程完成现场及远程端程序，实现远程和现场的同步监测和历史数据调用等功能。

关键词：

过热器汽温；

硬件选型；

连接方式；

实时监测；

远程监控

以实验室已有的热点偶测量过热器内的气温，然后将热电偶的电压信号通过485总线将数值信号传入7018连接，完成信号的采集过程。

HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。

7188控件的主要有AMD80188微处理器、SRAM、FlashROM、EEPROM、实时时钟（RTC）、4个串行通讯口（2个RS232串口（COM3和COM4），1个RS485串（COM2），1个RS232/RS485串口（COM1））组成，在处理模块中含有操作系统（ROM-DOS），ROM-DOS功能等同于MS-DOS，一个标准的DOS运行的程序同样可在ROM-DOS中运行，用户可以通过COM4上传或下载程序。

7188模块中80188微处理器结构图

这次选取的是深圳市鹏控有限公式生产的泓格牛顿I-7188E5控制模块。

CPU:

80188-40或兼容芯片；

内建独有的64位硬件序列号；

I-7188E5/E5D有4个RS-232通讯口和1个RS-485通讯口；

I-7188EnD（n=1,2,3,4,5,8）7段LED显示；

FlashMemory:

512Kbytes，擦除单位是一个扇区（64Kbytes），100,000次擦写寿命。

其D/I:

3.5V~30V，D/O:

100mA/30V，操作温度:

-25℃~+75℃，存储温度:

-40℃~+80℃，电源:

I-7018数据采集卡由数据采集模块和数模转换模块组成，分别如图1所示，A为数据采集模块，D为数据转换模块。

图1

本次设计选用的是深圳市宏立方科技有限公司生产的TDAM7018混合输入型采集模块，其特性如下：

输入类型：

±

100mV±

500mV±

1V 

5V±

10V±

20mA4-20mA；

JKTERSB等类型,使用场合更广泛。

RS485通信：

过压过流保护，TVS管保护，全方位保护通信芯片。

采用PT1000作为冷端补偿，冷端补偿温度精度更高，性能更稳定,模块内置测温元件，自动完成热电偶冷端温度补偿。

标准工业通信接口:

支持DCON和ModbusRTU协议，停止位和波特率随意设置，是PLC控制系统扩展模拟量或热电偶采集的最佳选择。

3.硬件及其之间的连线方式

信号从温度变送器出来后是4-20mA的电流信号，为模拟信号，用导线连接至7018模块，转变为数字信号，使用RS485总线，传送大7188模块中。

图2,为7018模块的连接简图。

图27018模块接线方式

图37188模块接线图图4HUB集线器接线图

软件设计包括现场监测和远程端程序。

现场端实现过热器汽温的实时检测；

远程端则利用Winsock控件，能够实现过热器汽温的远程监控。

1.现场端设计

1.1主要内容

设计系统人机交互操作界面，采用随机数模拟汽温数据（随机产生533℃～547℃的数据，假设低于535℃或超过545℃时越限报警），实现实时变化显示、越限报警、数据记录/保存、历史数据显示等功能。

1.2程序设计说明

采用两个时间控件。

一个用于显示系统时间；

另一个用于产生随机汽温数据，同时运用“温度计”的模式实时显示，温度报警，自动保存这些数据，并在汽温曲线图上画出数据点，通过鼠标的移动可实时读出所需汽温的数据。

自动保存数据时，用开始的时刻作为文档名，同时把文档名保存在“历史数据文档名记录”中，便于以后显示用。

显示历史数据时，用CommonDialog控件弹出对话框，选择文档在另一个列表框中读取历史数据，而不影响实时数据的显示。

运用鼠标的MouseMove事件及内部函数DataAdd，实时显示汽温曲线图上的时间和温度。

2.远程端设计

2.1主要内容

设计远程端程序，运用WinSock控件使现场监测信息

通过网络传输到远程监测计算机，实现远程和现场

的同步监测、历史数据调用和查询功能。

2.2程序设计说明

单击“连接主机”，判断若主机正在监测数据，则向主机发送字符串“L”

在远程端读取主机中的历史数据时，发送数据后先是接收的主机中历史数据文档名称，此时单击List框中的文档名，读取其中的数据。

3.设计的运行结果与分析

1、现场运行图：

2、远程端运行图：

3、如上图，过热器汽温监测系统可实时监测其汽温，并提示报警，保存汽温时，同时保存了其文档名。

在远程监测系统中查询历史数据时，先读取现场端的文档目录名，通过单击数据目录名，可查询该目录下的数据。

4.设计中的调试

三、设计体会

本次设计的是组建过热器汽温监测系统。

在硬件方面，通过查找资料对系统中采用的模块等设备及器件进行选型，进一步了解了工业600MW机组过热器的原理，与工程实际相结合，更让我们了解到设备器件的价格等，同时还学会了使用MicrosoftVisio等软件。

四、参考文献

1）金华雄，等.基于涨格7188和7018模块的温度采集传输系统

2）郑春生，等.计算机连续实时温度采集系统的研究.上海交通大学材料科学与工程学院

3）叶志军，等.智能控制模块I一7188深圳威达通电子有限公司（518028）

4）王孟浩，等.过热器再热器炉外壁温测点结构和报警温度设定值的探讨.上海望特能源科技有限公司

5）徐学峰.传感器变送器测控仪表大全.北京：

6）田涛.过程计算机控制及先进控制策略的实现.北京：

7）张栾英，孙万云.火电厂过程控制.北京：

8）韩璞，等.火电厂计算机监控与监测.北京：

9）李江全，等.计算机测控系统设计与编程实现.北京：

10）卞志强.VisualBasic网络程序设计.北京：

11）王栋.VisualBasic程序设计实用教程.北京：

清华大学出版社，2007