存储回放式仪表的数据管理

　　0　引言

　　随着数字技术、总线技术的发展,智能仪表已逐渐成为仪表发展的主流方向。数据处理能力是智能仪表区别于传统仪表的重要特征。在油田测井、气象监测、水文监测、便携式仪表以及实验研究等应用场合,数据存储能力是仪表的重要技术指标。此类仪表实时检测数据,采用大容量存储介质存储长时段数据,然后再利用可移动存储介质或通信链路将数据导入上位机数据管理与分析系统进行数据回放与分析。具备该工作模式的仪表一般称为存储回放式仪表。由于具有大容量数据存储能力,其在多种场合得到了应用[1~4]。但目前的文献一般都重点介绍存储式仪表的体系和硬件接口,对其中的数据管理缺乏深入研究。该文以存储回放式变压器油压监测系统为例,介绍存储回放式仪表的数据管理技术。

　　1　存储回放式仪表一般结构

　　存储器回放式仪表一般结构如图1所示,分为存储式仪表和回放分析系统两大部分。存储式仪表采用微处理器为核心,完成传感器数据采集、数据存储等常规性工作并完成其他特定的功能,例如报警保护等。回放分析系统主要完成数据导入、数据回放(以曲线或表格等形式)、数据分析和管理等工作。用作数据存储的存储介质类型主要包括可移动的USB Disk、MMC(Multimedia Card)、SD卡(SecureDigitalCard)以及固定的片内/外Flash或片内/外EEPROM。若采用可移动存储介质,则通过转移存储介质即可方便地将保存的数据导入回放分析系统;若采用固定存储介质,则必须采用通信接口从存储式仪表中将数据读入上位机系统,为了便于使用,通信接口目前主要采用RS232或USB。

　　以USB Disk、MMC以及SD卡为存储介质时,必须实现通用的文件系统,这可以借助某些Devel-opmentKit完成[5]。故数据可以在USB Disk、MMC或SD卡中以文件形式进行存储和管理。若采用片内/外Flash或EEPROM为存储介质,则必须完成比较底层的数据读写和管理,数据格式以及存储区管理等则完全采用设计者自定的规则。在存储回放式仪表设计中,数据文件中数据的组织格式或自定义的存储区管理规则会因设计者不同而有较大差别,没有统一的规范。鉴于此,下面就以作者设计的存储回放式变压器油压监测仪为例,分析存储回放式仪表的数据管理。

　　2　存储式变压器油压监测仪的数据管理

　　2·1　监测仪总体结构

　　存储式变压器油压监测仪的总体结构如图2所示。为了适应现场安装条件并提高系统的抗干扰能力,监测仪的仪表部分分成两部分:探头和后端处理器。探头安装于变压器油箱,且探头板集成安装在压力传感器金属机壳内。后端处理器远离变压器,两者之间用光纤传输以保证通信不受变压器的电磁干扰。光纤接口采用AgilentTechnologies Inc的高性能HFBR-1521/HFBR-2521接头[6]。后端处理器除了完成数据存储外,还可以实时发出油压速动保护、油压高/低报警信号,防止变压器内部放电、电弧等故障对设备的损坏[7~9]。监测仪采用U盘为存储介质,利用其即插即用、数据量大、热拔插等技术优势。USB接口采用南京沁恒电子有限公司提供的USB文件读写模块,与单片机之间以串口通信连接(使用单片机的UART0)。该模块基于CH375的U盘文件级子程序库设计,外围电路精简,性价比高。另外,为了给数据打上时标,在监测硬件设计中还采用了DS1302实时时钟芯片。