SuperE RTU在防盗墓系统中的应用
2005/3/14 11:46:00
一 数据采集传输系统设计说明
1．系统需求分析
1．1 项目背景
在中国，古墓是中国历史文化的瑰宝，然而目前我们所能开发的古墓更是受到历史条件的制约少之又少。为了使我们的国宝免受不发分子的破坏，国家决定使用高科技手段对目前中国的古墓加以保护。中国地震局地壳应力研究所的同志们大胆地把用以地震检测的传感器经过合理的改造，用于检测在墓区周围可能会出现的爆破盗墓情况，那么这些检测上来的数据我们又如何及时准确地反映到相关的部门就是我们这里要探究的问题。
1．2 数据采集传输系统建设目标
实时测量环境振动数据
通过子站初级判别，将无效与有效信号分别按不同方式传送到主站
主站通过二、三级智能化判别后实现声光报警
具有系统故障自动报警功能
数据发送期间保证各信号测量功能正常运行，测量数据不间断不丢失。
1．3 子站系统现场测控对象数据表
1．4 系统指标要求
整个系统现场测控单元的I/O点数大概在6点（实际只有4点），其规模小，工艺流程不复杂，但对运行的可靠性和实时性要求很高。
2．SCADA系统设计方案
根据系统要求，在每个测控子站使用一台SuperE RTU用于对现场就地信号的监测，各子站（目前共8个，可以根据实际情况扩展，其中备用1台SuperE RTU）通过与其相连的无线电台和主站（控制中心）取得联系并按一定的周期（初步定为15s）进行数据交换，根据要求有一台SuperE RTU可以用于备用。主站（控制中心）的应用软件，及次级报警判定算法程序，使用VC6.0开发工具编写，实现对子站监控数据的采集、存贮、显示及对历史数据的显示、统计、查询
2.1系统结构
3.2测控系统功能结构
3.3无线网络可行性分析
1、设计思想
通信系统作为SCADA系统安全、高效运行的基础支撑平台，其稳定性、可靠性将是影响SCADA系统至关重要的因素。通信系统设计应包括良好的网络规划、合理的系统结构设计、足够的信息带宽估计、安全经济的信道冗余、设备选型、通信软件设计等多方面工作。
通信技术作为IT技术的前沿，发展非常迅速，其应用已经渗透到社会生活的每一个角落。根据本系统的具体应用需求，为了选择合理、经济的通信方案，必须因地制宜，在充分考虑资金投入可能性的前提下，高度重视环境和气候条件，这将是影响通信系统设计选型的重要因素，信系统方案设计上，应充分考虑到系统信道能否真正畅通，确保SCADA系统安全、高效运行。
2、通信系统方案
根据上述分析和实践应用经验，我公司设计了以数传电台为核心的无线通信系统。我们设计通讯方案如下：
根据目前国内外无线数传电台设备的使用情况、基本性能指标、质量等综合条件考虑，我公司选用美国MDS公司生产的MDS2710电台为系统的无线通信设备。
整个自动化通讯系统的通讯效率达到98%以上。
3、关于MDS2710在数据采集传输系统中通讯负荷的计算
计算假设：
1、 SuperE RTU AI通道采样周期4ms
2、 MDS2710传输速率19200bps
3、 电台之间应答时间200ms
4、 SuperE RTU内存容量足够大
5、 系统所用协议为Modbus协议（或类似协议）
已知数据：
1、 共有需轮巡子站8个
2、 轮巡周期15s
系统要求：
1、 当无振动事件触发时（由初判算法确定），将1s缓存振动数据在主机轮巡时发送；
2、 当有振动事件触发时（由初判算法确定），记录其触发时间并在轮询空闲期间通知主机，将触发前缓存的1s及其后采集的14s振动采样数据作为振动事件数据在主机轮询空闲时发送（逢变自报）。
算法描述：
通过对单个子站数据无线传输所需的时间计算，检查可否在15s内完成对8个子站的巡检。
计算描述：
当无振动事件触发时：
① (1s/4ms)*2byt=500 byt／＊每秒钟采集的模拟量bytes数。
② 19200bit/s/11=1745 byt/s／＊每 秒数传电台可传送的bytes数（每一字节包含数据8位、 起始1位、停止2位、没考虑校验位）。
③ 128 byt/1745 byt /s=0.073s ／＊Modebus协议询一个子站需要的数据传送时间。
④ 0.073s+0.2s=0.273s ／＊Modebus协议询一个子站需要的轮训时间。
⑤ 500 byt /128 byt =3.9／＊一个子站1s内采集到的数据需要4次才能传完
⑥ 0.273s*4=1.1s／＊轮巡1个子站所用时间。
⑦ 1.1s*8=8.8s／＊轮巡8个子站所用时间。
结论：可以通过数传电台实现15s周期内的轮巡。
当有振动事件触发时：
① (15s/4ms)*2byt=7500 byt
／＊每秒钟采集的模拟量bytes数。
② 19200bit/s/11=1745 byt/s
／＊每秒数传电台可传送的bytes数（每一字节包含数据8位、起始1位、停止2位、没考虑校验位）。
③ 128 byt/1745 byt /s=0.073s
／＊Modebus协议询一个子站需要的数据传送时间。
④ 0.073s+0.2s=0.273s ／＊Modebus协议询一个子站需要的轮训时间。
⑤ 7500 byt /128 byt =58.6 ／＊一个子站1s内采集到的数据需要59次才能传完
⑥ 0.273s*59=16.1s ／＊轮巡1个子站所用时间。
结论：在轮询过程中逢变自报要占用较长的时间进行数据传送，这会影响到整个轮巡周期的时间。
3、 3．3 蓄电池容量计算
SuperE RTU+MDS2710系统供电分析及其容量配置
1． SuperE耗电分析：12VDC 0.4A 5W
SuperE平均每6小时电量：Q1=5*6=30（WH）
2． MDS2710电台耗电量分析：
发射耗电功率计算：发射时按3A电流计算，每隔30S发射一 次，发射持续时间为15秒钟，6小时累积耗电量为：
Q2=13.8*3*120*15/3600*6=125(WH)
接收耗电功率计算：接收时耗电电流位0.125A,一天按24小时计算，一天累积耗电量为：
Q3=13.8*0.125*6=11（WH）
3．外接仪表耗电估计
Q4=24V×20mA×6＝3（WH）
所以RTU系统一天耗电总量累积为：
Q=Q1+Q2+Q3+Q4=30+125+11+3=169(WH)
根据公式
可求得蓄电池容量
4、软件系统介绍：
盗墓系统上位机软件详细设计说明
RTU端软件详细设计说明
RTU端软件后台功能设置设计说明
5、结束语：
该项目作为中国第一例防盗墓远程自动检测系统，已经成功地应用到了现场，这将为我们的国宝保护工作作出重要贡献。
1．系统需求分析
1．1 项目背景
在中国，古墓是中国历史文化的瑰宝，然而目前我们所能开发的古墓更是受到历史条件的制约少之又少。为了使我们的国宝免受不发分子的破坏，国家决定使用高科技手段对目前中国的古墓加以保护。中国地震局地壳应力研究所的同志们大胆地把用以地震检测的传感器经过合理的改造，用于检测在墓区周围可能会出现的爆破盗墓情况，那么这些检测上来的数据我们又如何及时准确地反映到相关的部门就是我们这里要探究的问题。
1．2 数据采集传输系统建设目标
实时测量环境振动数据
通过子站初级判别，将无效与有效信号分别按不同方式传送到主站
主站通过二、三级智能化判别后实现声光报警
具有系统故障自动报警功能
数据发送期间保证各信号测量功能正常运行，测量数据不间断不丢失。
1．3 子站系统现场测控对象数据表
1．4 系统指标要求
整个系统现场测控单元的I/O点数大概在6点（实际只有4点），其规模小，工艺流程不复杂，但对运行的可靠性和实时性要求很高。
2．SCADA系统设计方案
根据系统要求，在每个测控子站使用一台SuperE RTU用于对现场就地信号的监测，各子站（目前共8个，可以根据实际情况扩展，其中备用1台SuperE RTU）通过与其相连的无线电台和主站（控制中心）取得联系并按一定的周期（初步定为15s）进行数据交换，根据要求有一台SuperE RTU可以用于备用。主站（控制中心）的应用软件，及次级报警判定算法程序，使用VC6.0开发工具编写，实现对子站监控数据的采集、存贮、显示及对历史数据的显示、统计、查询
2.1系统结构
3.2测控系统功能结构
3.3无线网络可行性分析
1、设计思想
通信系统作为SCADA系统安全、高效运行的基础支撑平台，其稳定性、可靠性将是影响SCADA系统至关重要的因素。通信系统设计应包括良好的网络规划、合理的系统结构设计、足够的信息带宽估计、安全经济的信道冗余、设备选型、通信软件设计等多方面工作。
通信技术作为IT技术的前沿，发展非常迅速，其应用已经渗透到社会生活的每一个角落。根据本系统的具体应用需求，为了选择合理、经济的通信方案，必须因地制宜，在充分考虑资金投入可能性的前提下，高度重视环境和气候条件，这将是影响通信系统设计选型的重要因素，信系统方案设计上，应充分考虑到系统信道能否真正畅通，确保SCADA系统安全、高效运行。
2、通信系统方案
根据上述分析和实践应用经验，我公司设计了以数传电台为核心的无线通信系统。我们设计通讯方案如下：
根据目前国内外无线数传电台设备的使用情况、基本性能指标、质量等综合条件考虑，我公司选用美国MDS公司生产的MDS2710电台为系统的无线通信设备。
整个自动化通讯系统的通讯效率达到98%以上。
3、关于MDS2710在数据采集传输系统中通讯负荷的计算
计算假设：
1、 SuperE RTU AI通道采样周期4ms
2、 MDS2710传输速率19200bps
3、 电台之间应答时间200ms
4、 SuperE RTU内存容量足够大
5、 系统所用协议为Modbus协议（或类似协议）
已知数据：
1、 共有需轮巡子站8个
2、 轮巡周期15s
系统要求：
1、 当无振动事件触发时（由初判算法确定），将1s缓存振动数据在主机轮巡时发送；
2、 当有振动事件触发时（由初判算法确定），记录其触发时间并在轮询空闲期间通知主机，将触发前缓存的1s及其后采集的14s振动采样数据作为振动事件数据在主机轮询空闲时发送（逢变自报）。
算法描述：
通过对单个子站数据无线传输所需的时间计算，检查可否在15s内完成对8个子站的巡检。
计算描述：
当无振动事件触发时：
① (1s/4ms)*2byt=500 byt／＊每秒钟采集的模拟量bytes数。
② 19200bit/s/11=1745 byt/s／＊每 秒数传电台可传送的bytes数（每一字节包含数据8位、 起始1位、停止2位、没考虑校验位）。
③ 128 byt/1745 byt /s=0.073s ／＊Modebus协议询一个子站需要的数据传送时间。
④ 0.073s+0.2s=0.273s ／＊Modebus协议询一个子站需要的轮训时间。
⑤ 500 byt /128 byt =3.9／＊一个子站1s内采集到的数据需要4次才能传完
⑥ 0.273s*4=1.1s／＊轮巡1个子站所用时间。
⑦ 1.1s*8=8.8s／＊轮巡8个子站所用时间。
结论：可以通过数传电台实现15s周期内的轮巡。
当有振动事件触发时：
① (15s/4ms)*2byt=7500 byt
／＊每秒钟采集的模拟量bytes数。
② 19200bit/s/11=1745 byt/s
／＊每秒数传电台可传送的bytes数（每一字节包含数据8位、起始1位、停止2位、没考虑校验位）。
③ 128 byt/1745 byt /s=0.073s
／＊Modebus协议询一个子站需要的数据传送时间。
④ 0.073s+0.2s=0.273s ／＊Modebus协议询一个子站需要的轮训时间。
⑤ 7500 byt /128 byt =58.6 ／＊一个子站1s内采集到的数据需要59次才能传完
⑥ 0.273s*59=16.1s ／＊轮巡1个子站所用时间。
结论：在轮询过程中逢变自报要占用较长的时间进行数据传送，这会影响到整个轮巡周期的时间。
3、 3．3 蓄电池容量计算
SuperE RTU+MDS2710系统供电分析及其容量配置
1． SuperE耗电分析：12VDC 0.4A 5W
SuperE平均每6小时电量：Q1=5*6=30（WH）
2． MDS2710电台耗电量分析：
发射耗电功率计算：发射时按3A电流计算，每隔30S发射一 次，发射持续时间为15秒钟，6小时累积耗电量为：
Q2=13.8*3*120*15/3600*6=125(WH)
接收耗电功率计算：接收时耗电电流位0.125A,一天按24小时计算，一天累积耗电量为：
Q3=13.8*0.125*6=11（WH）
3．外接仪表耗电估计
Q4=24V×20mA×6＝3（WH）
所以RTU系统一天耗电总量累积为：
Q=Q1+Q2+Q3+Q4=30+125+11+3=169(WH)
根据公式
可求得蓄电池容量
4、软件系统介绍：
盗墓系统上位机软件详细设计说明
RTU端软件详细设计说明
RTU端软件后台功能设置设计说明
5、结束语：
该项目作为中国第一例防盗墓远程自动检测系统，已经成功地应用到了现场，这将为我们的国宝保护工作作出重要贡献。
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