西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0安装调试

西门子模块6ES7253-1AA22-0XA0安装调试

该系统主要由以下几部分组成：电源（电池）、传感器、信号调理电路、DSP、存储器、通信接口等。主要分为两大部分：井下仪器部分，以DSP作为主控制器；地面部分，完成数据分析及显示。
测试系统是由DSP构成的存贮式高速采样系统，系统的主要技术指标：井眼尺寸：118～119mm；*高耐压：60MPa；*高环境温度：125℃；*大允许振动：200m/s2；测量通道：9路；数据存储容量：4Mb；工作时间：20h。
根据以上技术指标，要求系统能在高温、高压及大的冲击、振动条件下工作，这给元器件提出了很高的要求，是测量系统的技术难点。由于工作时间很长，要求系统具有较低的功耗和合理的工作方式。
随钻井下管柱参数测量系统使用时安装在一个特制的短节内，作为一个接头接在钻柱上，随钻工作。采集的数据在测量过程中不需要用电缆向上传输，在井下进行测量和数据记录存储；待测完后下井仪器从井中取出后，通过通用串行接口（RS-232）及接口电路与地面计算机相连，并进一步分析处理。整个测量系统以DSP为核心，主要完成数据采集、滤波、存取、与地面主机通信等。
3．1 信号调理电路
轴向力、钻压、扭矩等9路信号经过传感器转换为电压量，输出的电压比较微弱，所以必须加信号调理电路。本系统选用B-B公司的仪表放大器INA326。它采用独特的拓扑结构，可实现电源正负限输入/输出，具有共模抑制比高、功耗低、精度高等特点，非常适用于单电源、低功耗和精密测量的应用场合。INA326是CMOS输人类型，将传感器输出的微弱信号放大为0～3.3V的标准电压信号。
用轨至轨运算放大器OP496GS构成一级具有深度负反馈的电压增益接近1的电压跟随器，主要作用是降低信号调理模块的输出阻抗，减少信号的衰减，以便于DSP对其进行采集与处理。
3．2 采样模块
A/D转换器在测量系统中有着十分重要的地位和作用，在嵌入式系统中用于对外界信号的采集。减少A/D转换可能带来的不稳定性的*好手段就是将A/D集成在电路中，如2407A。
2407A内部自带10位16通道的模数转换模块ADC，具有流水线结构，能达到500ns以内的转换速度。有自动排序的能力，有两个独立的、*多可选择8个模拟转换通道的排序器（SEQ1和SEQ2），可以独立工作在双排序器模式，或者级联成16个通道的排序器模式；可单独访问16个结果缓冲寄存器（RESULT0—RESULT15），用来存储转换；多个触发源可以启动A/D转换。
本系统采用级联模式工作，9路调理后的信号进入DSP中进行A/D采样，转换后暂存在RESULT0～8中。
3．3 存储器模块
2407内具有32k字FLASH程序存储器，可满足DSP系统程序存储要求。2.5k字RAM就不能完全满足数据存储要求了，需要外扩存入大容量的存储器中。另外，由于地下采集到的数据需要在断电的情况下还能保存，以便系统取到地面以后再由PC机从中提取数据进行后续分析处理，所以选择了非易失性的存储器：
本系统选用了ATMEL公司研制的串行FLASH芯片AT45DB321C。它具有4M字节的存储容量，2.7～3.6V供电，低功耗，典型的读取电流为10mA，待机电流仅为6μA，可以反复擦除/修改上百万次。它包含1个非易失性的主存储体和2个528b的静态RAM缓冲页，共有8192页，每页528b。2 上位机设计
上位机设计主要是人机界面的设计，对采集数据进行显示、分析、曲线绘制、打印等。人机界面采用VB编制，按功能可划分为4部分：用户界面、通信接口、数据处理及曲线绘制。
（1）用户界面
主要是由系统主菜单和一系列的对话框组成，如标定对话框、参数设置对话框、通信对话框等。通过菜单和对话框，用户可以与计算机进行交互操作。
（2）通信接口
根据井下仪器与地面计算机之间的通信约定，编制相应的通信程序，实现井下仪器与地面计算机之间交换数据，包括井下仪器的测试、参数设置以及接收采集的数据。数据通讯采用CRC校验，提高通讯可靠性。
（3）数据处理
包括标定数据处理、现场数据处理和数据保存等功能。标定数据是在对仪器进行标定时所录入的数据，标定数据处理是用户通过对话框，交互地完成标定工作并把处理后的标定数据保存起来；现场数据处理是把井下传感器所采集的电压值，利用标定数据根据一定的算法换算出实际的测量值，并保存下来。
（4）曲线绘制
在弹出的窗口中根据数据文件的数据绘制出9个参数随时间变化的曲线，可以弹出多个窗口同时观察多条曲线。
5 结束语
对：厂随钻井下管柱参数测量系统，由于工作环境恶劣，干扰和不可靠因素很多，应充分考虑系统的抗干扰性。系统采用硬件和软件两种抗干扰措施。硬件抗干扰措施主要是合理安排PCB板的器件布局设计与布线以及加密闭和防水防潮措施等。软件抗干扰措施是利用2407A内部（WD）定时器和软件陷阱技术，监视软件和硬件的运行，有效的防止程序“跑飞”，确保程序“跑飞”后可自动复位。
系统经井下实践，效果良好，数据采样及存贮可靠，该测量系统能较精确地描述钻柱在井下的受力和运动情况。由于采用了DSP作为系统核心，硬件结构得到简化，功耗较低，性能稳定，实时性好，有较高的可靠性和抗干扰能力。

随着信息时代的到来，新业务和新技术的迅速推广应用，通信业务种类、数量及用户需求的剧增，通信网络能变得更强，规模更广。干线传输系统设备也日益更新。从电缆传输到光缆传输，从模拟设备到数字设备，从PCM、PDH到SDH、DWDM和OTN（开放式传输网络）设备。对于许多延伸性的网络，如地铁、轻轨、机场、配电网络、石化工厂和化工车间等，常常采用混合通信的系统环境，在这些情况下，OTN是一种非常理想的解决方案。

由于城市地铁、轻轨一般长度为10～20Km，沿线经10～20个车站，多数通信集中在控制中心OCC和车站（车辆段）之间进行，要求有多种类型的语音通信、时钟系统、广播系统、视频、无线系统、电力监控、列车监控、自动售检票、闸机系统等，利用OTN把这些服务结合成一体，构成一种高速度、易管理没有距离限制的光纤网络。下面对OTN系统进行具体介绍。

OTN的含义和特点

OTN（开放式传输网络Open Transport Network）利用*新的光纤技术建立的一种传输系统。它采用双环路方式，具有更高的网络可用性，而且在一个网络里综合了不同类型的服务，由此，它能实现几乎所有的传送任务，满足诸如语音、数据、LAN、视频和任何其他特殊的服务需求。如图1所示：

OTN的名字显示了其系统内涵：

Open 利用接口模块，它能处理几乎所有的已有物理接口标准，以及特殊环境中的各种具体的通信协议。

Transport:由于OTN的主要操作都是在OSI模型的物理层中，它对高层的各种协议都是透明的传输。因此它能完全透明的传输各种不同类型的信息（如语音、数据、数字视频和LAN），且具有极高的可靠性。

Network：它采用了光纤技术，这也是未来的网络体系基础，传输距离几乎没有限制，是混合环境中*理想的解决方案。当然由于OTN监控的可靠性和灵活性，它也可很好地应用于网络中的某一项特定服务，如交换机（PBX）之间2M口的互连。 
另外，OTN还可以通过简单的增加接口卡实现从一种环境移植到另一环境中，能够适应快速发展的通信需求，能在未来的长期内使用，比较适合长远投资的规划。

OTN的组成

OTN目前有3个版本：OTN-36，OTN-150和OTN-600，分别提供36Mb/s、150Mb/s和600 Mb/s的3种带宽，OTN版本之间可平滑升级。目前地铁中比较流行采用的是OTN-150版本。

OTN网络体系结构由4个主要系统部件组成，包括光纤主干网、OTN节点机、为进入系统提供的接口卡和网络控制中心（NCC）。

光纤主干网在地铁、轻轨正线区段沿左右线隧道边墙电缆支架或电缆槽各敷设一条光缆，连接各节点机，形成环状，由于地铁、轻轨各站站间一般2Km左右，光缆盘长应按两站间距离确定，中间不允许有接头。光纤主干网可使用3种光纤，即多模光纤50/125、65/125和单模光纤9/125。光传输机可采用LED、CD-Laser和激光形式，可工作在820nm、1310nm、1550nm3个波长，另外带宽也有36Mb/s、150 Mb/s和600 Mb/s三种选择。因此OTN有多种选择，可适用于不同环境和投资。目前地铁、轻轨系统中采用的大多为150Mb带宽、1310nm波长的激光光源和单模光纤组成的OTN网。

OTN节点机采用点对点链接方式互连并形成2个方向相反的环，分别称为主环和次环。正常运行时，与OTN相连设备的数据被发送到主环上，次环处于备用状态并与主环保持同步，以便监视系统的可用性。紧急情况下，次环能部分或全部接管所有数据的传输。为系统提高高的可靠性和可用性。

OTN节点机由公用模块和8个标准接口模块插槽构成。公用模块包括光电转换模块（OTR1、OTR2），光环形适配卡（ORA）和电源模块（PSU）。通常还配一个铃流发生器（RG）供电话系统使用。8个接口插槽可插入不同的接口卡