基于工业以太网的电气设备运行状态监测系统

基于工业以太网的电气设备运行状态监测系统

张英杰葛芦生

（安徽工业大学电气信息学院，马鞍山243002）

摘要:近年来，以太网在工业自动化领域的应用越来越广泛。电气设备运行状态监测系统，采用基于工业以太网的分布式

测量方案，通过ADAM5000/TCP 数据采集模块,实时采集电气设备运行状态信号，并对运行状态进行分析和处理，该软件的功能主要有：数据采集和处理、故障诊断、故障报警和保存、报警查询、统计和打印、网络通信，实现了电气设备运行状态的监测和故障诊断。

关键词:工业以太网状态监测故障诊断

0 引言

冷轧厂精整作业区14 条机组设备分布在 5 个控制室内，且各控制室之间相距较远，当设备发生跳闸或其它异常情况时，值班人员不能及时判别故障类型并加以处理，从而使生产受到影响。为了改善这种状况，结合电

气设备现场分散分布的特点，本文设计出基于工业以太网的分布式测量系统，采集所有反映电气设备运行状态

的信号，分布在 5 个控制室内的计算机可实时监控各电气设备运行状态，并进行信息处理，实现故障报警。

1 系统方案及硬件配置

根据系统功能需求和以太网的优点，本系统采用研华公司基于以太网的数据采集和控制系统

ADAM5000/TCP 实现数据的高速采集和通信，其配置如图 1 所示。

数据库

服务器显示终端显示终端显示终端显示终端显示终端

以太网

数据采集工作站

ADAM

5000/TCP

ADAM

5000/TCP

ADAM

5000/TCP

ADAM

5000/TCP

ADAM

5000/TCP 图1 系统硬件配置图

采用SIMATIC IL-40 工控机，其技术指标为P4 2.6 G/512 M/80 G/10/100 Mbps 以太网端口。ADAM-5000/TCP

提供8 个插槽，支持多达128 个I/O 点，具有高速I/O 能力和智能诊断能力，内置一个10/100 Mbps 以太网端口，支持Modbus/TCP 协议和UDP 协议。每块A DAM-5000/TCP 配置8 个16 路隔离数字量输入模块ADAM5051S。

系统网络为C/S结构，采用TCP标准通信协议进行数据传输，数据采集工作站负责采集数据，数据库服务器

负责数据保存和维护。

2 系统软件功能及实现

本系统软件采用VB6.0 开发平台和SQL Server 2000 数据库开发工具，数据采集驱动程序由研华公司提供，

人机界面清晰，操作简单。

2.1数据采集和处理

为了实现数据的实时采集和处理，编程时采用VB 中的两个定时器，一个用于定时读取ADAM5000/TCP 模

块中的数据；另外一个用于实现数据的处理、显示和通信。

研华公司为方便用户，提供了支持VB开发平台的DLL（动态链接库）驱动程序和1个ActiveX控件ADAMTCPX，用户可任选其一用以开发自己的驱动程序。根据Modbus/TCP协议，数据采集工作站通过以太网

与ADAM-5000/TCP进行通信，依次向网络上的A DAM-5000设备发送数据请求命令，设备根据接收的数据返回

相应的内容给数据采集站，数据采集站则可通过分析返回的内容，进行相应的数据处理，从而实现数据的采集。

2.2故障诊断

电气设备根据某一机组在同一次读取数据时发生故障数可分为两种情况：①机组中单个设备故障；②机组

中多个设备故障，所以，当有故障发生时，首先要分清是哪一种情况，然后再作相应处理。如同一次测量同一

机组只有一路信号与正常状态（“0”）不同，则可判断为该路信号对应设备发生故障。如同一次测量同一机组有

两路或两路以上信号发生异常，不能肯定对应设备一定都发生故障，这是因为电气设备继电保护系统是按照一

定的逻辑关系进行联锁设计的，往往一个触点动作会引发一系列后继触点动作，造成多路信号发生异常，因此，

发现第一个动作触点是分析故障原因的重要条件[1]。

1

针对上述情况，通过仔细分析电气设备系统原理图，结合现场专家经验，经反复修改，得出专家诊断规则，

其基本思路是按照时间及联锁先后顺序对这些故障进行排序。软件上，采用if（）then…else if（）then…end if

结构，根据诊断规则和异常信号状态进行故障诊断和排序，以供技术人员参考。

2.3故障报警和保存

当有故障发生时，系统及时发出声光报警，提醒操作人员注意，直至故障消除或人为停止声音报警。同时，

根据故障类型，将报警机组号、报警发生和结束时间、报警信息描述等保存到报警历史数据库中，历史数据可

保存 1 年。

2.4报警查询、统计和打印

由于历史数据保存在数据库服务器中，所以报警查询为客户端查询，在客户端程序中需选择服务器，VB 语

句为：

sql = "Provider=SQLOLEDB.1; Persist Security Info=False;User ID=sa; Initial Catalog=A larmDatabase;

Data Source=" & ServerName

具体查询可分为按机组查询、按报警设备查询、按报警时间查询等。

为了方便设备维护和管理，系统可按时间或机组或具体设备统计发生故障次数，并可自动以月为单位，统

计机组或具体设备发生故障的频率，为设备管理提供参考依据。对查出的故障历史数据，可以将其导出或打印

出来，方便技术人员离线分析。数据导出采用拷贝库的方法，可以快速实现将SQL 数据格式转换成Excel 格式。VB 语句如下：

……

Dim myexcel As Object, mybook As Object, mysheet As Object

Set myexcel = CreateObject("excel.application")

Set mybook = myexcel.Workbooks.Add '添加一个新的BOOK

Set mysheet = mybook.Worksheets.Add '添加一个新的SHEET

myexcel.Visible = True

mysheet.Cells.CopyFromRecordset IndexRec

…… '格式说明

mysheet.Columns("d:d").NumberFormatLocal = "yyyy-mm-dd"

mysheet.Rows("1:1").Select

mysheet.Rows("1:1").Insert Shift:=xlDown

With mysheet

.Range("A1").FormulaR1C1 = "机组号"

……

End With

mysheet.Columns("a:f").AutoFit

……

2.5网络通信

网络中各计算机间的连接采用VB中的Winsock控件编程加以实现，并通过传输控制协议(TCP)进行数据交

换。服务器程序通过动态创建W insock控件数组，可以使一个控件同时接收多个客户连接请求。

为了监视网络连接状态，本系统采用了各客户端定时扫描网络状态，如发现在一定时间内没有收到数据，

则重新建立连接；同时，在服务器端也定时检查各客户是否正常连接。如果某客户暂时断开而又经一定时间连

接不上，则发出提示信息，提醒操作人员注意检查通信线路是否正常。

3 结束语

本系统经实际运行表明，系统通信可靠、软件操作简单，使操作人员能够及时掌握电气设备运行状态，提

高了管理水平。

参考文献

1 葛芦生, 潘世华. 电气设备计算机集中故障诊断系统[J]. 微型机与应用, 1996, (6): 25; 33.

2 葛芦生, 潘世华, 王晓东. 基于现场总线轧机运行状态监测及故障诊断系统[J]. 自动化仪表, 2002, 23(6): 48-50.

收稿日期：2006-03-21。

第一作者张英杰，男，1973 年生，2005 年毕业于安徽工业大学电气信息学院，获硕士学位；主要研究方向为现代测控技术。

2