時(shí)間：2022-09-05 15:08:41
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關(guān)鍵詞：PLC，皮帶運(yùn)輸機(jī)
0 引言
選煤廠皮帶運(yùn)輸機(jī)是選煤廠生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，一旦其電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將影響選煤廠整個(gè)生產(chǎn)，帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。由于選煤廠皮帶運(yùn)輸機(jī)的電控大多為繼電器控制系統(tǒng)，存在線(xiàn)路復(fù)雜、故障點(diǎn)多、可靠性低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，不能滿(mǎn)足煤礦安全生產(chǎn)的需要，因此，筆者采用PLC控制系統(tǒng)取代原來(lái)的繼電器控制系統(tǒng)，并用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。
1 系統(tǒng)構(gòu)成及控制過(guò)程
該皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)由兩級(jí)系統(tǒng)構(gòu)成：一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，二級(jí)完成監(jiān)控和操作的人機(jī)界面系統(tǒng)。
基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用SIEMENS S7-200系列PLC，由完成控制功能的PLC、完成系統(tǒng)監(jiān)控和操作的人機(jī)界面操作員站、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器組成；上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用亞控的組態(tài)王軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。論文參考。
一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制主要控制出現(xiàn)異常情況時(shí)進(jìn)行報(bào)警和緊急停車(chē)，二級(jí)主要用來(lái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，啟動(dòng)和人工緊急停止。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)是以PLC為核心、對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)控制和監(jiān)督的自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)PLC和組態(tài)王。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)設(shè)備的程序控制管理、安全聯(lián)鎖控制等功能，并顯示各種操作畫(huà)面和模擬現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)事故信號(hào)進(jìn)行報(bào)警以及打印報(bào)表等。
該系統(tǒng)主要特點(diǎn)：
(1) 開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，具有極大的靈活性、可擴(kuò)展性；
(2) 便利的維護(hù)手段，可在線(xiàn)維護(hù)；
(3) 先進(jìn)的硬件控制設(shè)備，具有高抗干擾能力、高可靠性；
(4) 高可靠性的檢測(cè)儀表；
(5) 集中操作，分散控制的思想；
(6) 通用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，智能的設(shè)備管理和監(jiān)控軟件。
該系統(tǒng)主要功能具有檢測(cè)皮帶機(jī)速度、溫度、撕裂、煙霧、跑偏等功能，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，PLC控制電機(jī)緊急停止，同時(shí)報(bào)警并把信息傳到上位機(jī)，由操作人員進(jìn)行分析檢修，完成后重新啟動(dòng)。
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
SIEMENS S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、檢測(cè)及控制的自動(dòng)化。論文參考。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。此處選用CPU226模塊（集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，且可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊）和模擬量擴(kuò)展模塊EM231（4路模擬量輸入）、EM232（兩路模擬量輸出），它們的特點(diǎn)如下：
(1) 6個(gè)獨(dú)立的30KZ高速計(jì)數(shù)器和2路獨(dú)立的20KZ高速脈沖輸出；
(2) 實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴(kuò)展通信能力都很簡(jiǎn)便，組成系統(tǒng)靈活自如；
(3) 隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，系統(tǒng)擴(kuò)展無(wú)任何問(wèn)題；
(4) 具有更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能；
(5) CPU可以高速處理指令并且具有友好的參數(shù)設(shè)置功能。
CPU模塊：負(fù)責(zé)程序的運(yùn)行等工作，電源不僅向CPU模塊供電而且還要滿(mǎn)足與CPU模塊相連的其它模塊的用電需求。
數(shù)字量輸入模塊DI：將外部采集到的信號(hào)輸入到PLC，例如保護(hù)PLC的DI將皮帶撕裂、煙霧、跑偏等信號(hào)采集進(jìn)來(lái)；以完成監(jiān)視保護(hù)功能。
數(shù)字量輸出模塊DO：將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果輸出，例如保護(hù)PLC的DO將正常啟動(dòng)，自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、綜合故障等輸出；操作PLC的DO輸出來(lái)控制繼電器，以完成監(jiān)視、控制和保護(hù)功能。
模擬量輸入模塊AI：將外部的模擬量采集進(jìn)來(lái)送給PLC，如皮帶的速度和溫度，以完成監(jiān)視保護(hù)功能。
模擬量輸出模塊AO：將PLC計(jì)算好的數(shù)字量，如皮帶的速度等轉(zhuǎn)換成模擬量輸出到上位機(jī)上，以完成監(jiān)視功能。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)中，PLC程序執(zhí)行變頻器的啟動(dòng)/停止控制和皮帶機(jī)的行程和速度監(jiān)控任務(wù)，變頻器根據(jù)給定的信號(hào)和反饋的信號(hào)控制皮帶機(jī)的速度；PLC通過(guò)傳感器得到信號(hào)來(lái)控制皮帶機(jī)是否停止、報(bào)警器是否報(bào)警。為了更加安全可靠運(yùn)行，本設(shè)計(jì)還設(shè)置了自動(dòng)手動(dòng)切換，自動(dòng)/手動(dòng)程序如圖1所示。
2.3 PLC與上位機(jī)之間的通信
在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣的條件下，采用上位機(jī)監(jiān)控措施可直接將故障顯示出來(lái)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)故障的診斷效率，減少故障的維修時(shí)間，提高整個(gè)電控系統(tǒng)的可靠性。論文參考。本系統(tǒng)利用CAN總線(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行通信，可將各種信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。部分子程序和中斷程序分別如圖2、圖3所示。
3 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)選煤廠皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況，研制開(kāi)發(fā)了選煤廠皮帶運(yùn)輸機(jī)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的選型、合理的配置及完善的程序設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)維修方便，自控功能強(qiáng)，可以自動(dòng)顯示故障，可靠性高、穩(wěn)定性好，極大的改善了皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀況，確保礦山安全生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]廖常初 . PLC編程及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.9
[2] 羅宇航，羅建國(guó)等. 流行PLC實(shí)用程序設(shè)計(jì).西門(mén)子S7-200系列.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.12
【關(guān)鍵詞】 射頻指標(biāo) 儀器通信 自動(dòng)化測(cè)試
一、引言
隨著通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品系列的多樣化，組網(wǎng)的復(fù)雜性，以及用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)備測(cè)試的重要性愈發(fā)凸顯。
傳統(tǒng)射頻指標(biāo)測(cè)試，質(zhì)檢和測(cè)試人員對(duì)系統(tǒng)（設(shè)備）的測(cè)試只能使用頻譜儀、信號(hào)源及輔助工具進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果的判斷完全憑借肉眼讀取儀表上的顯示結(jié)果，對(duì)設(shè)備參數(shù)的調(diào)整往往是使用設(shè)備軟件工具手動(dòng)調(diào)整。在設(shè)備量產(chǎn)時(shí)需要進(jìn)行大量的重復(fù)性工作，測(cè)試結(jié)果也僅憑借手工記錄，工作壓力陡增。
測(cè)試速度慢、精度差、效率低，而且對(duì)于儀表的占用率非常高，在一定程度上造成儀表資源的相對(duì)缺乏，人力投入的增加。
射頻指標(biāo)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)對(duì)通信覆蓋系統(tǒng)（產(chǎn)品）和模塊射頻指標(biāo)進(jìn)行全面的測(cè)試，提高測(cè)試效率、節(jié)約測(cè)試設(shè)備和人力資源的投入、規(guī)范了測(cè)試流程、提高測(cè)試效率和測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
該系統(tǒng)將測(cè)試過(guò)程中大量重復(fù)、復(fù)雜性高的人工操作集合提取出來(lái)由程序模擬，在PC端使用VISA儀器控制驅(qū)動(dòng)及SCPI命令控制儀器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源、頻譜儀的遠(yuǎn)程控制以及對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控。
二、通信設(shè)備現(xiàn)狀
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜
現(xiàn)代移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景靈活組網(wǎng)，往往采用多級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。比較常見(jiàn)的移動(dòng)通信覆蓋網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括信號(hào)接入單元、組網(wǎng)交換單元及覆蓋單元。在人工測(cè)試的時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)試每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的各種射頻參數(shù)，操作復(fù)雜，工序繁瑣且準(zhǔn)確性差。
2.2 產(chǎn)品質(zhì)量控制難
通常，為了保證設(shè)備能夠正常入網(wǎng)，通信設(shè)備生產(chǎn)商在交付產(chǎn)品之前，都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)。
通信系統(tǒng)射頻指標(biāo)項(xiàng)目繁多，一般涉及系統(tǒng)輸出功率、增益、衰減、ALC、帶內(nèi)波動(dòng)、帶外抑制、雜散等幾十種測(cè)試項(xiàng)目。每個(gè)射頻指標(biāo)參數(shù)的優(yōu)劣會(huì)影響整個(gè)通信系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，往往需要多次調(diào)節(jié)參數(shù)信息來(lái)保證產(chǎn)品在系統(tǒng)應(yīng)用中達(dá)到最佳狀態(tài)。
在質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，如此龐大的工作量，精細(xì)的調(diào)節(jié)工作倘若只依靠人工來(lái)完成將很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3.1 系統(tǒng)架構(gòu)
本文結(jié)合通信覆蓋類(lèi)產(chǎn)品射頻指標(biāo)測(cè)試的實(shí)際需求，搭建自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其物理結(jié)構(gòu)如下圖1所示。射頻自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、頻譜儀、信號(hào)源、設(shè)備（被測(cè)系統(tǒng)）、路由器（或交換機(jī)）、網(wǎng)線(xiàn)、射頻線(xiàn)纜組成。
通過(guò)LAN口、串口以及RF接口將PC、儀器（頻譜儀和信號(hào)源被測(cè)設(shè)備（或模塊）組成三維一體的物理結(jié)構(gòu)。其中，信號(hào)源實(shí)現(xiàn)被測(cè)設(shè)備對(duì)應(yīng)信源信號(hào)的輸入；頻譜儀完成進(jìn)由被測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)的測(cè)量工作，并將測(cè)量數(shù)據(jù)交由PC機(jī)處理，PC機(jī)提供用戶(hù)操作平臺(tái)，完成測(cè)試數(shù)據(jù)分析判斷和被測(cè)設(shè)備的參數(shù)調(diào)整、結(jié)果保存等工作。
3.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
射頻指標(biāo)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如下圖2所示。系統(tǒng)由表示層、控制層、數(shù)據(jù)層、及通信層四部分組成。表示層實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)的交互，控制層進(jìn)行具體運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和命令打包，數(shù)據(jù)層完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通信層則實(shí)現(xiàn)PC機(jī)（自動(dòng)化測(cè)試軟件運(yùn)行平臺(tái)）與儀器設(shè)備之間的信息傳輸。
自動(dòng)化測(cè)試應(yīng)用軟件是唯一人機(jī)交互接口，考慮到界面的可操作性，信息顯示的直觀性，設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了JavaFX客戶(hù)端開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。自動(dòng)化測(cè)試軟件主要包括設(shè)備參數(shù)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)和執(zhí)行測(cè)試模塊兩部分組成。其中設(shè)備參數(shù)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主要包括測(cè)試指標(biāo)顯示與定制，結(jié)果顯示和數(shù)據(jù)導(dǎo)出，設(shè)備校正，系統(tǒng)設(shè)置及PF先衰減補(bǔ)償?shù)裙δ?；?zhí)行測(cè)試模塊主要包括數(shù)據(jù)獲取和分析、設(shè)備參數(shù)校準(zhǔn)，儀器命令組包、設(shè)備參數(shù)組包等功能。
數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，供應(yīng)用程序調(diào)用。由于產(chǎn)品調(diào)試過(guò)程中系統(tǒng)參數(shù)修改頻繁，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)調(diào)用的便捷，數(shù)據(jù)庫(kù)采用XML數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，便于數(shù)據(jù)信息查詢(xún)和修改，以及承載用例標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源、測(cè)試結(jié)果、SCPI指令集、系統(tǒng)配置參數(shù)等應(yīng)用數(shù)據(jù)。
通信層主要由路由器（或者交換機(jī)）及各種線(xiàn)纜為系統(tǒng)與儀表設(shè)備之間通信提供物理鏈路， VISA（Virtual Instrument System Architecture，虛擬儀器系統(tǒng)框架）驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)也屬于通信層，它是基于可編程儀器設(shè)備的I/o接口庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了儀器控制命令開(kāi)發(fā)，使得測(cè)試設(shè)備可與PC機(jī)可通過(guò)SCPI控制指令實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。
3.3 系統(tǒng)執(zhí)行流程
1、系統(tǒng)功能
射頻指標(biāo)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)為用戶(hù)提供了友好操作界面。操作界面實(shí)現(xiàn)功能有：配置管理、儀器校準(zhǔn)、上下行指標(biāo)自動(dòng)化測(cè)試、測(cè)試結(jié)果處理、設(shè)備出廠參數(shù)的導(dǎo)出備份。配置信息主要包括串口波特率的選擇、頻譜儀和信號(hào)源的IP地址、被測(cè)系統(tǒng)（設(shè)備）的測(cè)試項(xiàng)目配置。RF線(xiàn)校準(zhǔn)完成信號(hào)源信號(hào)輸出射頻線(xiàn)衰減補(bǔ)償和頻譜儀信號(hào)輸入射頻線(xiàn)衰減補(bǔ)償。
2、操作流程
自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)在本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)儀器的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制、測(cè)試結(jié)果的自動(dòng)化分析、設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)整。具體實(shí)現(xiàn)步驟如圖3所示。
在PC機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，用戶(hù)在窗口界面中設(shè)置串口、波特率、儀器及設(shè)備IP后，選擇待測(cè)試設(shè)備所屬通信制式并加載該制式的測(cè)試用例。PC機(jī)根據(jù)用戶(hù)設(shè)置參數(shù)發(fā)出SCPI指令來(lái)設(shè)置信號(hào)源，信號(hào)源將相應(yīng)信號(hào)傳送到待測(cè)設(shè)備。待信號(hào)源加載射頻信號(hào)完成后，頻譜儀截取待測(cè)設(shè)備輸出信號(hào)并將數(shù)據(jù)回傳給PC機(jī)，PC機(jī)對(duì)回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷測(cè)試值是否滿(mǎn)足相應(yīng)指標(biāo)要求，若不滿(mǎn)足，則通過(guò)與產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)和模塊通信協(xié)議進(jìn)行調(diào)整，并循環(huán)進(jìn)行判斷、調(diào)整，直到符合相應(yīng)要求。若待測(cè)項(xiàng)目在可控范圍內(nèi)不能調(diào)整到正確的值，說(shuō)明是非軟件設(shè)置導(dǎo)致射頻指標(biāo)參數(shù)錯(cuò)誤，需要檢查該產(chǎn)品的硬件模塊或電路元器件。
3.4 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
射頻指標(biāo)自動(dòng)化測(cè)試系通過(guò)簡(jiǎn)化設(shè)備測(cè)試操作工序，用智能化的檢測(cè)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工作測(cè)試，有效地縮短人工勞作時(shí)長(zhǎng)，降低設(shè)備制造成本。此外，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，質(zhì)檢和測(cè)試人員容易上手，且自動(dòng)化測(cè)試軟件提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)參數(shù)，能夠有效的減少人為誤差，能夠保證測(cè)試準(zhǔn)確度、效率及產(chǎn)品質(zhì)量。
四、結(jié)束語(yǔ)
射頻指標(biāo)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的引入大大提高了測(cè)試效率，測(cè)試時(shí)間大幅度縮短，并減少了人為引入的誤差。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路具有一定的代表性，同樣適用于其它通信設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
參 考 文 獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：微灌，計(jì)算機(jī)控制，推廣應(yīng)用
1.工程概況
萊蕪市鋼城區(qū)黃莊鎮(zhèn)，是中國(guó)黃金桃之鄉(xiāng)，優(yōu)質(zhì)黃金桃種植生產(chǎn)基地，該項(xiàng)目位于黃莊鎮(zhèn)東北部黃金桃主產(chǎn)區(qū)，控制灌溉總面積4000畝，項(xiàng)目區(qū)原無(wú)灌溉設(shè)施，經(jīng)常遭受干旱威脅，嚴(yán)重威脅黃金桃產(chǎn)量和品質(zhì)。近年來(lái)實(shí)施了計(jì)算機(jī)控制微灌工程項(xiàng)目，共建成了中心控制管理房及附屬設(shè)施1處、蓄水池5座、各類(lèi)灌溉管道 40km。自動(dòng)控制部分安裝中心控制計(jì)算機(jī)1套，在田間埋設(shè)各類(lèi)控制信號(hào)模塊40個(gè)、進(jìn)口2英寸電磁閥40個(gè)、土壤墑情傳感器4個(gè)；沿干、支管道鋪設(shè)電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)、電磁閥控制線(xiàn)8km，金屬屏蔽管3km，在支管管道安裝水表、壓力表等量測(cè)設(shè)備，另外還配備UPS電源、避雷器等穩(wěn)壓和過(guò)電壓保護(hù)裝置。
2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理及配置
2.1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)工作原理
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要是接收土壤水分傳感器采集的數(shù)據(jù)，當(dāng)采集數(shù)據(jù)達(dá)到土壤含水量下限值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)閥指令，控制器打開(kāi)電磁閥門(mén)，按照預(yù)先設(shè)定的灌水強(qiáng)度和灌水量進(jìn)行灌溉，本組灌溉完畢打開(kāi)下一組電磁閥，同時(shí)關(guān)閉本組電磁閥，直到整個(gè)灌溉過(guò)程結(jié)束。在整個(gè)灌溉過(guò)程中，灌溉強(qiáng)度、灌水量均可根據(jù)不同作物品種、當(dāng)時(shí)的土壤含水量進(jìn)行人工設(shè)定。系統(tǒng)可對(duì)土壤含水量、管網(wǎng)壓力、流量、灌水量等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并將灌水時(shí)間、日期、灌水總量等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并可隨時(shí)打印。
2.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的配置
自動(dòng)控制系統(tǒng)由上位機(jī)和采集控制模塊相結(jié)合，是目前配置較為可靠的方案。采集控制模塊對(duì)于系統(tǒng)的擴(kuò)展靈活方便。土壤水分傳感器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其靈敏度和可靠性直接關(guān)系到能否適時(shí)啟閉供水設(shè)備可靠灌溉。論文格式。管道上的電磁閥均按照預(yù)先分組連接到控制模塊上，啟閉受計(jì)算機(jī)軟件控制。
2.3 系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)及功能
系統(tǒng)軟件分為上位機(jī)監(jiān)控軟件和采集控制模塊軟件兩部分。上位機(jī)軟件包括通訊程序、監(jiān)控畫(huà)面和打印程序。采集控制模塊采用梯形圖編寫(xiě)。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)按功能可劃分為監(jiān)控、控制兩部分。系統(tǒng)監(jiān)控部分由上位機(jī)和打印機(jī)組成，用來(lái)實(shí)時(shí)處理采集控制模塊采集的數(shù)據(jù)并據(jù)設(shè)定值進(jìn)行邏輯判斷，向控制站采集控制模塊發(fā)送控制命令。系統(tǒng)控制部分由采集控制模塊、土壤水分傳感器、壓力流量傳感器及電磁閥等組成。該部分作用是采集流量壓力信號(hào)并送入上位機(jī)進(jìn)行處理，同時(shí)執(zhí)行上位機(jī)發(fā)送的控制命令，對(duì)電磁閥進(jìn)行控制操作。
3.自動(dòng)化控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
3.1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)站點(diǎn)布局
整個(gè)高效經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)內(nèi)，控制灌溉總面積4000畝，全部采用小管出流灌溉，分布于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的5座蓄水池為灌溉水源，由安置于中央控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)分別負(fù)責(zé)控制5座水池按需供水。每種灌溉區(qū)域和每座水池都安裝一套中心測(cè)控單元——測(cè)控終端。包括：采集控制模塊，用來(lái)完成數(shù)據(jù)采集和控制驅(qū)動(dòng)任務(wù)；傳感器，完成數(shù)據(jù)測(cè)量與傳輸任務(wù)。測(cè)控終端通過(guò)Rs485信號(hào)網(wǎng)絡(luò)與中心控制室內(nèi)主計(jì)算機(jī)相連，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、指令接收和驅(qū)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控功能，從而使田間地塊灌溉自動(dòng)化。
3.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局
由于本項(xiàng)目區(qū)周?chē)韫喔鹊霓r(nóng)田面積較大，各測(cè)控點(diǎn)距中央控室距離不等，為此，控制系統(tǒng)采用了二級(jí)分布式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有以下先進(jìn)特點(diǎn)：(1)保持網(wǎng)絡(luò)距離、測(cè)控終端的擴(kuò)展、傳感器和伺服機(jī)構(gòu)的增加，在原有工程的基礎(chǔ)上擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模。(2)不同種類(lèi)、不同通訊協(xié)議、不同傳輸速率的智能終端共用網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，進(jìn)一步提供了系統(tǒng)擴(kuò)展的靈活性。(3)部分遠(yuǎn)程測(cè)控終端的故障或脫網(wǎng)維護(hù)，不影響其他部分的正常工作。
3.3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)布線(xiàn)
微灌工程中埋設(shè)了各類(lèi)管線(xiàn)，其中有不同管徑的灌溉輸水管道、強(qiáng)電電纜線(xiàn)、弱電信號(hào)線(xiàn)等?，F(xiàn)場(chǎng)弱電信號(hào)總線(xiàn)采用4芯1.5mm2銅芯電纜，其中2芯傳輸 24VDC電源，另外2芯傳輸RS-485網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。論文格式。電磁閥驅(qū)動(dòng)線(xiàn)采用每電磁閥1．5mm2的2芯24VAC電纜。通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-485雙絞線(xiàn)，通信波特率9600bps、自定義奇校驗(yàn)、幀協(xié)議、幀校驗(yàn)格式，自動(dòng)切換。
4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
本項(xiàng)目系統(tǒng)測(cè)控選擇了高性?xún)r(jià)比的測(cè)控設(shè)備，具有高可靠性、直觀性、安全性等特點(diǎn)。系統(tǒng)不但支持測(cè)控對(duì)象數(shù)量、測(cè)控終端數(shù)量、軟件功能、遠(yuǎn)程信息共享等方面的開(kāi)放擴(kuò)展性，而且對(duì)于操作人員的技術(shù)水平要求較低，技術(shù)維護(hù)工作簡(jiǎn)單易行，完全能夠滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的野外工作環(huán)境要求。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了以下技術(shù)創(chuàng)新：(1)設(shè)計(jì)了多媒體動(dòng)畫(huà)界面，可對(duì)全灌區(qū)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)動(dòng)畫(huà)模擬，對(duì)灌溉作業(yè)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作。(2)根據(jù)作物品種、土壤含水量，編制科學(xué)合理的灌溉計(jì)劃，避免了大水漫灌和灌水不足，為作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。(3)使用了1:1隔離變壓器，有效避免了雷擊、過(guò)電壓等強(qiáng)電干擾對(duì)設(shè)備的損害，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。(4)測(cè)控終端使用了通用采集控制模塊代替了傳統(tǒng)PLC可編程控制器，既方便了管理又降低了工程造價(jià)。
5.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在微灌工程中的成功應(yīng)用，是自動(dòng)化控制技術(shù)在其適用領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)很大的突破，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)不同作物不同需水量，實(shí)時(shí)科學(xué)灌溉和水資源的高效利用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。論文格式。工程運(yùn)行證明，該系統(tǒng)具有節(jié)水、省工等特點(diǎn)，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和管理成本。果園小管出流與地面灌相比，桃樹(shù)每畝增產(chǎn)220kg，每畝年節(jié)水175m3,節(jié)水61％。該工程提高了灌溉水的利用率，減少了深層滲漏和棵間蒸發(fā)，節(jié)省了水資源。為微灌計(jì)算機(jī)控制和微灌工程建設(shè)探索出了成功經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)了微灌技術(shù)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；工廠流水線(xiàn)；自動(dòng)化控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào)：TH166 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）03-0027-02
在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，占絕對(duì)統(tǒng)治地位的是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。盡管現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有眾多優(yōu)勢(shì)，但是隨著生產(chǎn)規(guī)模的一再擴(kuò)大，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電裝備越來(lái)越多，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制的設(shè)備也越來(lái)越多，在這種背景下，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)無(wú)法完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)眾多機(jī)電裝備的監(jiān)控需求，而且由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是具有針對(duì)性的工業(yè)自動(dòng)化控制總線(xiàn)，往往使得各個(gè)機(jī)電裝備成為了“自動(dòng)化控制孤島”，彼此無(wú)法兼容通訊，給設(shè)備的后期維護(hù)管理帶來(lái)不便。
隨著以太網(wǎng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)逐漸以其低廉的組網(wǎng)價(jià)格、兼容性較好的通信協(xié)議，以及一體化的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而受到普遍應(yīng)用，成為目前能夠替代現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的最好選擇之一。本論文主要結(jié)合汽車(chē)整車(chē)焊裝PLC自動(dòng)化控制流水線(xiàn)生產(chǎn)控制系統(tǒng)，對(duì)基于工業(yè)以太網(wǎng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以期能夠從中找到面向工廠流水線(xiàn)生產(chǎn)控制的工業(yè)以太網(wǎng)自動(dòng)控制應(yīng)用方式，并以此和廣大同行分享。
1 工業(yè)以太網(wǎng)概述
工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，主要是作為生產(chǎn)制造自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)底層安裝的傳感設(shè)備，將機(jī)電裝備的工作狀態(tài)參數(shù)、工藝參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)檢測(cè)出來(lái)，并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)所支持的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議上傳到工業(yè)以太網(wǎng)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的日益發(fā)展與進(jìn)步，很多工業(yè)生產(chǎn)流水線(xiàn)都逐漸提出了更高的自動(dòng)化控制的要求，例如要求實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與控制的一體化，要求實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守等等，這些高難度控制要求的提出，在一定程度上都促進(jìn)了工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其是將工業(yè)以太網(wǎng)與PLC控制相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)很多工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能建設(shè)需求。本課題重點(diǎn)以工業(yè)以太網(wǎng)和PLC相結(jié)合，以工廠流水線(xiàn)自動(dòng)化控制為具體研究對(duì)象，深入探討工業(yè)以太網(wǎng)在工廠流水線(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 功能模塊設(shè)計(jì)
本論文以汽車(chē)整車(chē)焊裝作為具體的研究對(duì)象來(lái)探討工業(yè)以太網(wǎng)在流水線(xiàn)自動(dòng)控制中的應(yīng)用。汽車(chē)整車(chē)焊裝具有較多的工藝流程，而且機(jī)電裝備離散度較大，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制的參數(shù)變量較大，因此采用工業(yè)以太網(wǎng)相較于采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有很多優(yōu)勢(shì)?？v觀整車(chē)焊裝的流水線(xiàn)工藝流程，基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下幾個(gè)主要功能：
①產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)分派及調(diào)度。能夠根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度適當(dāng)?shù)恼{(diào)整生產(chǎn)資源分配，根據(jù)任務(wù)變化自動(dòng)完成對(duì)流水線(xiàn)生產(chǎn)工藝的更改，以適應(yīng)不同車(chē)型的自動(dòng)焊裝。
②電氣控制和分析。通過(guò)在底層安裝傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)流水線(xiàn)焊裝工藝流程的各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)與控制，并通過(guò)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的分析，實(shí)現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動(dòng)匹配和優(yōu)化。
③順序和邏輯控制功能。按照流水線(xiàn)自動(dòng)化焊裝的工藝流程，對(duì)整個(gè)焊裝工藝流程實(shí)施順序控制，利用PLC作為順序邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)眾多機(jī)電設(shè)備在流水線(xiàn)自動(dòng)焊裝工藝過(guò)程中的順序聯(lián)動(dòng)、啟?？刂萍盎ユi等控制功能和邏輯判斷功能。
④監(jiān)視報(bào)警功能、顯示功能。通過(guò)在監(jiān)控終端開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的監(jiān)控畫(huà)面，為用戶(hù)提供直觀的監(jiān)控界面，通過(guò)人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊裝流水線(xiàn)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。
2.2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于整個(gè)流水線(xiàn)的設(shè)備量大、信號(hào)類(lèi)型多、控制地點(diǎn)分散，不適合采用傳統(tǒng)的繼電器和控制開(kāi)關(guān)為主要實(shí)現(xiàn)方式的本地控制模式，而且這種控制模式并不利于設(shè)備的后期維護(hù)管理，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)的擴(kuò)容升級(jí)而言是十分不利的，為此，必須借助于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制管理模式（DCS模式），通過(guò)三級(jí)DCS功能的合理劃分與配置，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)焊裝流水線(xiàn)自動(dòng)控制的遠(yuǎn)程控制模式。本論文擬采用監(jiān)控終端、本地PLC站和底層傳感設(shè)備三個(gè)層次的DCS控制模式實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車(chē)焊裝流水線(xiàn)自動(dòng)化控制。
①監(jiān)控終端。監(jiān)控終端設(shè)置在中央控制室內(nèi)，供值班人員對(duì)全廠流水線(xiàn)自動(dòng)化控制的工藝進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控終端內(nèi)運(yùn)行的是專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的上位機(jī)程序，通過(guò)友好的人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并且通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與本地PLC站的數(shù)據(jù)信息的交互。
②本地PLC站。主要通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)量的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)流水線(xiàn)生產(chǎn)工藝流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的電氣監(jiān)測(cè)，諸如限位開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、電磁閥等。本地PLC站能夠通過(guò)對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)、工藝參數(shù)和環(huán)節(jié)參數(shù)的檢測(cè)和A/D轉(zhuǎn)換，將相關(guān)參數(shù)變量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)入工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的一體化通信。
③底層傳感設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)傳感器主要是用以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)物理參數(shù)信號(hào)，變送器將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成
4～20 mA的電流信號(hào)，經(jīng)屏蔽電纜送到各子系統(tǒng)的PLC內(nèi)?？刂菩盘?hào)由PLC輸出后以4～20 mA電流形式送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有氣動(dòng)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。
2.2.2 系統(tǒng)控制模式設(shè)計(jì)
①遠(yuǎn)程遙控方式。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制箱，將控制方式置于“遙控”控制方式，中央控制室的操作人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遙控啟停。在這種控制方式下，監(jiān)視界面可顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)的工藝參數(shù)，操作員可根據(jù)選擇“手動(dòng)或者自動(dòng)”控制方式，通過(guò)設(shè)備控制按鈕啟停遠(yuǎn)程設(shè)備，并能判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常，監(jiān)測(cè)故障并發(fā)出報(bào)警提示，統(tǒng)計(jì)工藝數(shù)據(jù)，顯示模擬量趨勢(shì)曲線(xiàn)，打印故障報(bào)警及日志報(bào)表等。全部操作由中央控制室的操作人員通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)完成。
②本地控制方式。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制箱，將控制方式置于“本地”控制方式下，通過(guò)控制操作箱上的啟動(dòng)/停止按鈕，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備手動(dòng)啟?？刂?。本地控制方式為系統(tǒng)的基本保留方式，在與中央控制室斷開(kāi)聯(lián)系等任何情況下都可以完成整車(chē)焊接處理工藝要求的控制功能。
2.3 PLC自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)整車(chē)焊接處理廠工藝特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)的焊接設(shè)備分布及焊接機(jī)器人的作業(yè)范圍，可以將整車(chē)焊接車(chē)間流水線(xiàn)PLC下位機(jī)系統(tǒng)劃分為兩個(gè)PLC站點(diǎn)，各自負(fù)責(zé)不同的工藝流程。為此，需要統(tǒng)計(jì)全廠的I/O點(diǎn)分布情況，詳見(jiàn)表1。
由于本系統(tǒng)中的下位機(jī)PLC選用的西門(mén)子公司的S7-300系列的PLC產(chǎn)品，其網(wǎng)絡(luò)通訊功能的最大特色便是集成了MODBUS/TCP以太網(wǎng)通信協(xié)議。為此，本系統(tǒng)中下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊就基于MODBUS/TCP以太網(wǎng)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而進(jìn)一步降低了本自動(dòng)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信集成成本。
2.4 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇
本系統(tǒng)選用環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，它會(huì)自動(dòng)旁路，而不影響環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是環(huán)路上的工作站在發(fā)送信息時(shí)，只能按照順序依次傳輸，所以不存在沖突問(wèn)題。在光纖傳輸介質(zhì)成本降低的今天，工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)選用光纖組成雙環(huán)路雙冗余網(wǎng)絡(luò)是比較合適的方法。
2.4.2 系統(tǒng)組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)
基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車(chē)焊接流水線(xiàn)綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以劃分為三層：信息管理層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、傳感檢測(cè)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)層。
①信息管理層。信息管理層主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)自下而上傳輸過(guò)來(lái)的流水線(xiàn)生產(chǎn)工藝的各個(gè)參數(shù)的管理，包括狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、越限報(bào)警；生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動(dòng)存儲(chǔ)、報(bào)表分析；設(shè)備控制指令的自動(dòng)/聯(lián)動(dòng)派發(fā)等等，這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于在信息管理層所開(kāi)發(fā)的人機(jī)交互接口良好的專(zhuān)用自動(dòng)化控制監(jiān)控程序，通常可以采用組態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)。
②網(wǎng)絡(luò)傳輸層。網(wǎng)絡(luò)傳輸層就是指基于工業(yè)以太網(wǎng)所搭建起來(lái)的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)配置交換機(jī)、操作站等輔助設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)操作人員在網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸層的檢查、維護(hù)和管理。網(wǎng)絡(luò)傳輸層作為整個(gè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。
③傳感監(jiān)測(cè)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)層。傳感監(jiān)測(cè)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)層主要有兩個(gè)作用，第一是通過(guò)傳感檢測(cè)設(shè)備，將流水線(xiàn)工藝流程中的各個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)出來(lái)并發(fā)送到工業(yè)以太網(wǎng)上進(jìn)行通訊，第二是通過(guò)安裝電氣開(kāi)關(guān)、電磁閥等開(kāi)關(guān)動(dòng)作執(zhí)行元件，接受來(lái)自頂層的中央信息管理層的遠(yuǎn)程控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電裝備或者流水線(xiàn)工藝流程的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，傳感監(jiān)測(cè)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)層是面向整車(chē)焊接流水線(xiàn)生產(chǎn)和自動(dòng)化控制的最底層，主要包括車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的各種監(jiān)測(cè)、控制子系統(tǒng)，如焊接機(jī)器人控制子系統(tǒng)，滾床控制子系統(tǒng)，帶式輸送機(jī)控制子系統(tǒng)等。
3 結(jié) 語(yǔ)
隨著工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的逐步廣泛應(yīng)用，逐漸取代了過(guò)去傳統(tǒng)的以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制模式。本論文對(duì)基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車(chē)焊接流水線(xiàn)綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開(kāi)了設(shè)計(jì)與研究，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性的理論分析，建立了基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車(chē)焊接流水線(xiàn)綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分別從下位機(jī)PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)和上位機(jī)DCS以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩個(gè)角度詳細(xì)探討構(gòu)建了整個(gè)綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)于工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用，無(wú)論是在理論研究還是在實(shí)踐應(yīng)用方面，都是具有較好的指導(dǎo)借鑒意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] 吳文秀，吳修德.基于工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，（6）：803-805.
關(guān)鍵詞：DSP；變壓器；繼電保護(hù)；測(cè)控裝置
1引言
目前，電力自動(dòng)化的應(yīng)用可以分為變電站自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、電能計(jì)量自動(dòng)化和電力市場(chǎng)等。03年以來(lái)，我國(guó)的電力供應(yīng)緊張，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，電力自動(dòng)化行業(yè)呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。由此，繼電保護(hù)產(chǎn)品的需求也急劇增長(zhǎng)，而且對(duì)于繼電保護(hù)產(chǎn)品的性能、新技術(shù)的應(yīng)用等方面也提出了更高的要求。而變壓器是電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)備中普遍使用的一款電氣設(shè)備，變壓器的繼電測(cè)控保護(hù)對(duì)于電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。
本論文主要借助于新型的DSP處理芯片，對(duì)基于DSP的變壓器繼電保護(hù)測(cè)控裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以期從中能夠找到合理可靠的變壓器繼電測(cè)控保護(hù)裝置應(yīng)用，并以此和廣大同行分享。
2繼電保護(hù)測(cè)控裝置總體設(shè)計(jì)
(1) 繼電保護(hù)裝置的功能設(shè)計(jì)
① 自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，并保證其它無(wú)故障元件迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。
② 反應(yīng)電氣元件不正常運(yùn)行情況，并根據(jù)不正常運(yùn)行情況的種類(lèi)和電氣元件維護(hù)條件，發(fā)出信號(hào)，由運(yùn)行人員進(jìn)行處理或自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會(huì)引起事故的電氣元件予以切除。反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置允許帶有一定的延時(shí)動(dòng)作。
③ 繼電保護(hù)裝置還可以和電力系統(tǒng)中其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
綜上所述，繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過(guò)預(yù)防事故或縮小事故范圍來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全和可靠運(yùn)行的重要技術(shù)措施之一。在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，如果沒(méi)有繼電保護(hù)裝置，就無(wú)法維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(2) 變壓器繼電保護(hù)裝置
電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備，它在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)廣泛使用。因而其安全運(yùn)行與否是整個(gè)電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵，是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件。
根據(jù)變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)以下一些繼電保護(hù)裝置[6]：
① 為反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種故障和油面降低，對(duì)于0.8MVA及以上的油浸式變壓器及戶(hù)內(nèi)0.4MVA以上變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。
② 為反應(yīng)變壓器繞組和引出線(xiàn)的相間短路及中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組和引出線(xiàn)的接地短路以及繞組匝間短路，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)；對(duì)于6.3MVA及以上并列運(yùn)行變壓器和10MVA及以上單獨(dú)運(yùn)行變壓器，以及6.3MVA及以上的廠用變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)；對(duì)于10MVA以下變壓器且過(guò)流時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)頂流速斷保護(hù)；對(duì)于2MVA以上變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)還不滿(mǎn)足要求時(shí)，則宜裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。
③ 為反應(yīng)外部相間短路引起的過(guò)電流和作為瓦斯、縱差保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備保護(hù)，應(yīng)裝設(shè)電流保護(hù)。例如。復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)或負(fù)序電流保護(hù)，適用于升壓變壓器；過(guò)流保護(hù)適用于降壓變壓器。
④ 為反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，外部接地短路的零序電流保護(hù)。
⑤ 為反應(yīng)對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷的應(yīng)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。
⑥ 為反應(yīng)變壓器過(guò)勵(lì)磁的應(yīng)裝設(shè)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。
3基于DSP的變壓器繼電保護(hù)測(cè)控裝置設(shè)計(jì)
3.1 測(cè)控裝置硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)
本文從緊湊型和多功能兩方面入手，設(shè)計(jì)了一款基于新型DSP芯片的測(cè)控保護(hù)裝置。DSP芯片需要完成電壓、電流等輸入信號(hào)的采集和處理，并且根據(jù)一定的保護(hù)邏輯驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，另外，還需要處理人機(jī)接口任務(wù)和通信任務(wù)。根據(jù)這些任務(wù)的不同優(yōu)先級(jí)，DSP芯片還需要分配不同時(shí)間片的進(jìn)程以滿(mǎn)足各項(xiàng)任務(wù)合理有序地執(zhí)行。
硬件設(shè)計(jì)的總體框架如圖1所示，輸入信號(hào)包括電流、電壓、頻率和開(kāi)關(guān)量，而輸出則通過(guò)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中電流信號(hào)包括三相保護(hù)電流和一路零序電流，電壓信號(hào)包括三相測(cè)量電壓和一路輔助電壓。主控制器采集并處理這些信號(hào)，分別用于顯示和實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯判斷等功能。本裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、事件記錄信息、保護(hù)定值和保護(hù)配置信息等內(nèi)容都是通過(guò)菜單的方式進(jìn)行顯示，裝置還提供了按鍵用于接線(xiàn)方式、保護(hù)功能等基本設(shè)置功能的實(shí)現(xiàn)。設(shè)備提供了基本的串行通信功能，可完成裝置和服務(wù)器之間的報(bào)文傳輸，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控等功能。同時(shí)還提供了GPRS模塊、方便遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)通信功能的實(shí)現(xiàn)。
3.2 繼電保護(hù)測(cè)控裝置抗干擾設(shè)計(jì)
微機(jī)繼電保護(hù)裝置是一個(gè)電路和結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜的裝置，其主要電路部件均采用中大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路器件，雖然這些器件在其它領(lǐng)域中的大量實(shí)踐已表明其損壞率是很低的，但由于繼電保護(hù)裝置是在強(qiáng)電磁環(huán)境中長(zhǎng)期連續(xù)工作，并且責(zé)任重大，對(duì)萬(wàn)一出現(xiàn)的元器件損壞仍需考慮對(duì)策；而且除了起主要作用的數(shù)字部件外，還有為數(shù)不少的模擬元器件，所以提高元器件可靠性的措施應(yīng)考慮數(shù)字部件和模擬元器件兩個(gè)方面。
微機(jī)保護(hù)裝置特有的工作方式和很強(qiáng)的處理能力為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)提供了方便。對(duì)裝置中平時(shí)工作在“靜態(tài)”的部件，如出口驅(qū)動(dòng)電路、出口繼電器等，由于微機(jī)保護(hù)中這部分的電路比較簡(jiǎn)單，制造時(shí)容易保證其較高的可靠性，同時(shí)還可以利用微機(jī)的超強(qiáng)處理功能對(duì)其進(jìn)行定時(shí)功能檢查；對(duì)裝置中平時(shí)工作在“動(dòng)態(tài)”的核心部件，如DSP、MCU、A/D轉(zhuǎn)換器、Flash、FRAM、CPLD等等，無(wú)論電力系統(tǒng)有無(wú)故障，這些硬件都處在同樣的工作狀態(tài)中，也就是說(shuō)，總在不停地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳遞、運(yùn)算和判斷，因此元器件損壞會(huì)及時(shí)表現(xiàn)出來(lái)；同時(shí)，由于有了DSP和MCU這些“智能”部件，可以“主動(dòng)地”去查找和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使得微機(jī)保護(hù)裝置可以具有完善的自動(dòng)檢測(cè)功能。
4結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：冶金企業(yè)，鐵路運(yùn)輸，自動(dòng)化管理，信息系統(tǒng)
0.引言
鋼鐵市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，冶金企業(yè)面臨巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，各企業(yè)大顯神通彌補(bǔ)不足，提高效益。其中冶金企業(yè)現(xiàn)行的鐵路運(yùn)輸管理模式已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，為了提高生產(chǎn)的可靠性、安全性、高效性，在對(duì)目前鐵路運(yùn)輸管理系統(tǒng)運(yùn)作模式、職能劃分以及基層作業(yè)詳細(xì)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了鐵路運(yùn)輸綜合自動(dòng)化管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成以后可以大大地提高鐵路運(yùn)輸管理的現(xiàn)代化水平和工作效率，將為公司領(lǐng)導(dǎo)的決策提供真實(shí)可靠、全面快捷的信息，生產(chǎn)作業(yè)更加流暢。
1.系統(tǒng)總體構(gòu)成
鐵路運(yùn)輸綜合自動(dòng)化管理信息系統(tǒng)涉及鐵路運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)方面，能及時(shí)、準(zhǔn)確地為各運(yùn)輸調(diào)度指揮管理部門(mén)提供現(xiàn)代化的調(diào)度指揮管理手段及平臺(tái)。該系統(tǒng)由生產(chǎn)指揮控制中心網(wǎng)、運(yùn)輸部中心網(wǎng)及車(chē)站設(shè)備構(gòu)成。
2.職能管理部門(mén)的系統(tǒng)劃分
針對(duì)宣化鋼鐵公司具體情況，運(yùn)輸部中心主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各作業(yè)區(qū)之間的運(yùn)輸調(diào)度和管理，并協(xié)同路局準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)路局車(chē)輛在工廠作業(yè)區(qū)、成品作業(yè)區(qū)、西車(chē)務(wù)作業(yè)區(qū)以及煉鐵作業(yè)區(qū)發(fā)生的交接、調(diào)入、待卸、卸車(chē)、空停待裝、裝車(chē)、交出等八個(gè)主要業(yè)務(wù)活動(dòng)和解凍、維修兩個(gè)輔助業(yè)務(wù)活動(dòng)的滯留時(shí)間及業(yè)務(wù)活動(dòng)的時(shí)間間隔;準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)路局車(chē)、自備車(chē)裝/卸運(yùn)量、停時(shí)以及班組運(yùn)量、停時(shí)、運(yùn)送時(shí)間;實(shí)現(xiàn)在廠車(chē)總數(shù)、車(chē)種、品名、交接時(shí)間，各作業(yè)區(qū)路局車(chē)總數(shù)、車(chē)種、品名、交接時(shí)間、站場(chǎng)股道占用情況，當(dāng)日內(nèi)到達(dá)、發(fā)出車(chē)數(shù)、車(chē)種、品名、收貨單位、發(fā)貨單位的查詢(xún);通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢(xún)車(chē)輛掛鉤計(jì)劃的編制和執(zhí)行情況、股道詳細(xì)信息及車(chē)輛詳細(xì)信息;還可通過(guò)調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)掌握廠內(nèi)鐵路全線(xiàn)列車(chē)的運(yùn)行情況。論文參考網(wǎng)。
生產(chǎn)指揮中心主要負(fù)責(zé)下達(dá)月、周、日的運(yùn)輸計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)膽?yīng)急管理，協(xié)調(diào)運(yùn)輸調(diào)度指揮，實(shí)時(shí)掌握廠內(nèi)車(chē)的位置和狀態(tài)，查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)各種運(yùn)輸調(diào)度信息。
車(chē)站設(shè)備主要完成各種作業(yè)基礎(chǔ)信息的錄入，調(diào)度計(jì)劃的輸入、發(fā)送，調(diào)度監(jiān)督、微機(jī)聯(lián)鎖、機(jī)車(chē)信號(hào)信息的采集等功能。論文參考網(wǎng)。
3.系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
3.1貨車(chē)實(shí)時(shí)跟蹤管理系統(tǒng)
該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以車(chē)站為基礎(chǔ)信息源點(diǎn)，收集、處理和交換車(chē)流信息，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向各級(jí)車(chē)號(hào)、調(diào)度提供日常計(jì)劃和調(diào)度指揮所需的各種貨車(chē)資料。一方面提高各崗位生產(chǎn)人員的工作效率，另一方面使運(yùn)輸組織人員能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握車(chē)流和貨流，組織有計(jì)劃裝車(chē)、卸車(chē)和排空車(chē)，從而保證均衡運(yùn)輸和良性循環(huán)，提高運(yùn)輸生產(chǎn)的能力和效益。通過(guò)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)中的機(jī)車(chē)、車(chē)輛、原料和產(chǎn)品的位置及狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤和管理，同時(shí)自動(dòng)生成各級(jí)查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為各級(jí)調(diào)度人員和運(yùn)輸部領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行生產(chǎn)指揮提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
3.2運(yùn)輸調(diào)度管理信息系統(tǒng)
運(yùn)輸調(diào)度管理信息子系統(tǒng)是提高運(yùn)輸效率、實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)鐵路運(yùn)輸自動(dòng)化指揮、集中管理、集中監(jiān)視、集中控制的必不可少的系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)可直接指揮行車(chē)，實(shí)時(shí)掌握列車(chē)運(yùn)行狀況、信號(hào)設(shè)備顯示狀態(tài)，完成運(yùn)輸計(jì)劃的編制、調(diào)整及調(diào)度命令的生成和下達(dá)等功能，并進(jìn)行信息匯總、處理;可對(duì)列車(chē)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視并具有歷史查詢(xún)功能;還可為調(diào)度指揮管理人員提供管轄范圍內(nèi)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)及列車(chē)運(yùn)行狀況。
3.3調(diào)度命令無(wú)線(xiàn)傳送系統(tǒng)
一般情況下，調(diào)度作業(yè)指令的傳輸是通過(guò)調(diào)度手寫(xiě)調(diào)度計(jì)劃，再用人工的方式將調(diào)車(chē)計(jì)劃單交給調(diào)車(chē)人員和機(jī)車(chē)上的司機(jī)。這種方式嚴(yán)重限制了機(jī)車(chē)的作業(yè)范圍、導(dǎo)致了機(jī)車(chē)作業(yè)的不連續(xù)性，降低了機(jī)車(chē)的作業(yè)效率，給生產(chǎn)運(yùn)輸帶來(lái)了極大的不變。為此我們可以安裝使用調(diào)車(chē)計(jì)劃無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，即在各站設(shè)立調(diào)度命令無(wú)線(xiàn)傳送控制中心，并在每臺(tái)機(jī)車(chē)上加裝機(jī)車(chē)信息臺(tái)，地面控制中心接收鐵路貨物車(chē)輛實(shí)時(shí)跟蹤管理信息系統(tǒng)的調(diào)度作業(yè)指令，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送到機(jī)車(chē)信息臺(tái)上，機(jī)車(chē)信息臺(tái)通過(guò)液晶顯示器顯示調(diào)度作業(yè)計(jì)劃單并通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)，作為機(jī)車(chē)作業(yè)的依據(jù)，同時(shí)機(jī)車(chē)信息臺(tái)還將機(jī)車(chē)的作業(yè)完成情況及時(shí)反饋給地面控制中心和鐵路貨物車(chē)輛實(shí)時(shí)跟蹤管理信息系統(tǒng)。這種方式可以大大提高機(jī)車(chē)的作業(yè)效率。
該系統(tǒng)由中心局域網(wǎng)和基層網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)組成。其中基層網(wǎng)由微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成，是面向用戶(hù)的開(kāi)放性設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，使安裝、調(diào)試、使用、維護(hù)更加方便、簡(jiǎn)捷。
3.4智能計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)
我們現(xiàn)在正在使用智能型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，它是模塊化系統(tǒng)，采用了雙機(jī)熱備的冗余結(jié)構(gòu)以保證其具有很高的可靠性和可用性，實(shí)踐證明該設(shè)備安全、可靠、實(shí)用。該系統(tǒng)具備有進(jìn)路的選排、鎖閉、解鎖以及信號(hào)操作、道岔操作、特殊操作等聯(lián)鎖功能。操作和顯示均通過(guò)電氣聯(lián)鎖上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可根據(jù)需要，給車(chē)站值班員配置若干臺(tái)監(jiān)視器，以達(dá)到安全行車(chē)的重要目的。
4.結(jié)束語(yǔ)
鐵路運(yùn)輸綜合自動(dòng)化管理信息系統(tǒng)是為了適應(yīng)鐵路運(yùn)輸發(fā)展需要而開(kāi)發(fā)的，完全實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸管理的自動(dòng)化。論文參考網(wǎng)。如果完全投入使用，將會(huì)徹底改變了傳統(tǒng)落后的管理模式，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，該系統(tǒng)對(duì)于我公司的鐵路運(yùn)輸管理將有極大的使用價(jià)值，將給我們帶來(lái)巨大的效益。目前，我們雖然只使用了部分的無(wú)線(xiàn)傳送系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，但是運(yùn)輸效率卻取得了質(zhì)的飛躍。相信未來(lái)，我們的無(wú)線(xiàn)平調(diào)系統(tǒng)將更加完善，鐵路物流將更加順暢。
參考文獻(xiàn)
[1]平調(diào)無(wú)線(xiàn)調(diào)車(chē)系統(tǒng).
[2]微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù).
[3]網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成管理.概念、體系及其應(yīng)用.
關(guān)鍵詞：虛擬儀器，力傳感器，標(biāo)定
1 引言
力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于使用環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)的變化，需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，以此保證測(cè)量的精度。近年來(lái)，隨著虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，越來(lái)越多的技術(shù)人員開(kāi)始基于該技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備。博士論文，標(biāo)定。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)中，美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）的LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標(biāo)定程序的設(shè)計(jì)。
2 標(biāo)定的原理
所謂標(biāo)定（或現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)）[2]就是指用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的量來(lái)確定測(cè)試系統(tǒng)電輸出量與物理輸入量之間的函數(shù)關(guān)系的過(guò)程。標(biāo)定是測(cè)試中極其重要的一環(huán)。標(biāo)定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數(shù)關(guān)系之外，還可以最大限度地消除測(cè)量系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差。
傳感器的校準(zhǔn)采用靜態(tài)的方法，即在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，采用一定標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)（其精度等級(jí)為被較傳感器的3~5倍）的校準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)傳感器重復(fù)（不少于3次）進(jìn)行全量程逐級(jí)加載和卸載測(cè)試，獲得各次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以確定傳感器的靜態(tài)基本性能指標(biāo)和精度的過(guò)程。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此處標(biāo)準(zhǔn)量采用砝碼加載的方式獲得。
3 系統(tǒng)組成
3.1硬件組成
系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示：
圖1 系統(tǒng)硬件組成
由圖可以看出，系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡、接線(xiàn)盒等。本系統(tǒng)中，力傳感器采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，四個(gè)應(yīng)變片采用全橋的工作方式。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的PCI-6221，該采集卡的主要參數(shù)如下：它具有16個(gè)模擬輸入端口，2個(gè)模擬輸出端口，24個(gè)數(shù)字輸入輸出端口，采樣速率最高可達(dá)到250kS/s。接線(xiàn)盒采用NI公司的SC-2345，此接線(xiàn)盒直接與數(shù)據(jù)采集卡相連，接線(xiàn)盒上有SCC信號(hào)調(diào)理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號(hào)調(diào)理模塊，其上面包含信號(hào)調(diào)理電路，可以將傳感器處采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集卡讀取的信號(hào)。本系統(tǒng)所用的SCC模塊為SCC-SG04，此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。
3.2軟件組成
本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW 8.2來(lái)開(kāi)發(fā)。LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言。博士論文，標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。與其他開(kāi)發(fā)工具不同，用LabVIEW編程的過(guò)程不是寫(xiě)代碼，而是畫(huà)“流程圖”。這樣可以使用戶(hù)從煩瑣的程序設(shè)計(jì)中解放出來(lái)，而將注意力集中在測(cè)量等物理問(wèn)題本身。它主要針對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員而設(shè)計(jì)，非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員[1]。博士論文，標(biāo)定。
因?yàn)樗玫牧鞲衅鲗儆趹?yīng)變式電阻傳感器，其電阻變化率與應(yīng)變可以保持很好的線(xiàn)性關(guān)系，即輸入與輸出量之間呈線(xiàn)性關(guān)系，所以可以用一條直線(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。此直線(xiàn)就稱(chēng)為擬合直線(xiàn)，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標(biāo)定程序的采樣頁(yè)面。
此程序采用LabVIEW的事件驅(qū)動(dòng)編程技術(shù)進(jìn)行編制的。事件[3]是對(duì)活動(dòng)發(fā)生的異步通知。事件可以來(lái)自于用戶(hù)界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶(hù)界面事件可使前面板用戶(hù)操作與程序框圖執(zhí)行保持同步。事件允許用戶(hù)每當(dāng)執(zhí)行某個(gè)特定操作時(shí)執(zhí)行特定的事件處理分支。
圖2 標(biāo)定程序采樣頁(yè)面
圖3 采樣程序
直線(xiàn)擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點(diǎn)法、斷點(diǎn)法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進(jìn)行直線(xiàn)擬合。根據(jù)最小二乘法，假定是一組測(cè)量值，是相應(yīng)的擬合值，mse為均方差，則擬合目標(biāo)可以表達(dá)為，期望mse最小。
LabVIEW中的分析軟件庫(kù)提供了多種線(xiàn)性和非線(xiàn)性的曲線(xiàn)擬合算法，例如線(xiàn)性擬合、指數(shù)擬合、通用多項(xiàng)式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來(lái)實(shí)現(xiàn)最小二乘法線(xiàn)性擬合。
標(biāo)定子程序的工作流程如下：用戶(hù)先通過(guò)多次采樣，獲得各個(gè)輸入量對(duì)應(yīng)的輸出量，通過(guò)While循環(huán)的移位寄存器保存這些值。博士論文，標(biāo)定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進(jìn)行擬合，擬合的曲線(xiàn)在Graph控件中顯示出來(lái)，同時(shí)該Vi自動(dòng)求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，這樣，輸入輸出量之間的函數(shù)關(guān)系就可以確定下來(lái)了，如圖4所示。
圖4 標(biāo)定程序擬合前面板
4 小結(jié)
基于虛擬儀器的力傳感器標(biāo)定程序能夠方便地對(duì)力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好，靈活方便，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)：
【1】.候國(guó)屏;王珅;葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社.2005
【2】.張迎新等.非電量測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001
【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008
關(guān)鍵詞：電廠高爐 溫度調(diào)節(jié) 自動(dòng)控制
中圖分類(lèi)號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（b）-0063-01
電廠作為電力供應(yīng)的生產(chǎn)者，其電力制造的質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的安全直接關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)的切身利益，因此對(duì)于電廠現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電裝備的自動(dòng)化控制的要求十分嚴(yán)格。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為典型應(yīng)用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸深入到工礦自動(dòng)化的多個(gè)領(lǐng)域，在一些自動(dòng)化控制水平較高的電廠，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了電廠機(jī)電裝備的自動(dòng)化控制。高爐是火力電廠生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的機(jī)電裝備，其溫度控制要求十分嚴(yán)格，如何實(shí)現(xiàn)高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，一直是很多火力電廠技術(shù)工程師都著力重點(diǎn)解決的技術(shù)難題之一。本論文主要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，結(jié)合電廠高爐溫度的控制要求，對(duì)其溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究與探討，以期能夠找到面向火力電廠高爐的溫度自動(dòng)控制技術(shù)，并以此和廣大同行分享。
1.高爐溫度自動(dòng)控制概述
（1）高爐溫度調(diào)節(jié)控制功能需求?；鹆﹄姀S采用高爐主要是實(shí)現(xiàn)燃煤產(chǎn)電，為了實(shí)現(xiàn)能源的復(fù)合利用，提高經(jīng)濟(jì)效益，往往還通過(guò)高爐生產(chǎn)一些副產(chǎn)品，這就要求對(duì)于高爐內(nèi)的溫度和壓力都有著嚴(yán)格的控制要求。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，高爐溫度的調(diào)節(jié)往往是采用人工調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)，這種調(diào)節(jié)方式效率低，精度差，可靠性差，因此逐漸提出了高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制要求。要達(dá)到高爐溫度無(wú)人值守控制的效果，就必須要能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)高爐內(nèi)的溫度參數(shù)，并通過(guò)計(jì)算實(shí)時(shí)控制氣閥或者進(jìn)料閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐內(nèi)溫度的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。
（2）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。由于技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的日益復(fù)雜，過(guò)去集中式自動(dòng)化控制模式在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)逐漸暴露出了諸多問(wèn)題與不足，如控制中心負(fù)載過(guò)大，信息傳輸效率較低，系統(tǒng)兼容性較差等等；而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的出現(xiàn)則很好的克服了上述問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)能夠結(jié)合具體的被控對(duì)象合理設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和終端均有著可靠的集成性和兼容性，因此將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠高爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，是完全可行的。
2.基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用探討
2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，其功能主要包含以下幾個(gè)方面：（1）在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。（2）數(shù)據(jù)查詢(xún)。（3）生成報(bào)表與統(tǒng)計(jì)分析。（4）超限報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制。
2.2系統(tǒng)層次架構(gòu)
高爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要由以下四個(gè)系統(tǒng)層構(gòu)成。
（1）傳感儀表層。為了實(shí)現(xiàn)高爐溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制，必須選用合適的傳感器對(duì)高爐內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，溫度傳感器采用4-20 mA電流信號(hào)作為傳輸介質(zhì)，將模擬量信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊中。
（2）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集模塊接收傳感器傳送過(guò)來(lái)的模擬量信號(hào)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸，直至傳輸?shù)街醒肟刂剖业腜C終端。
（3）PC終端。PC終端通過(guò)專(zhuān)用的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐的溫度變量的實(shí)時(shí)顯示，并提供友好的人機(jī)交互界面，完成數(shù)據(jù)的查詢(xún)、存儲(chǔ)和報(bào)表統(tǒng)計(jì)等管理功能。
（4）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行層。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的高爐溫度過(guò)低或過(guò)高或者異常超限時(shí)，由PC終端發(fā)出相應(yīng)的控制指令，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)控制指令的放大和執(zhí)行，輸出到動(dòng)作執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的報(bào)警動(dòng)作或聯(lián)動(dòng)控制動(dòng)作。動(dòng)作執(zhí)行器主要由氣閥和進(jìn)料閥構(gòu)成，氣閥的開(kāi)度可以降低高爐內(nèi)的溫度，進(jìn)料閥的開(kāi)度可以提高高爐內(nèi)的溫度，它們通過(guò)接收來(lái)自PC終端發(fā)出的控制指令，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大轉(zhuǎn)變?yōu)殚y門(mén)調(diào)節(jié)的開(kāi)度大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。
2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)，采用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐溫度參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，以提高人機(jī)交互系統(tǒng)的直觀性。該組態(tài)軟件可以采用當(dāng)前市場(chǎng)上主流的組態(tài)軟件，例如wINCC，組態(tài)王等專(zhuān)業(yè)工控自動(dòng)化組態(tài)軟件，也可以采用VB、VC等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。由于該自動(dòng)控制系統(tǒng)僅僅是對(duì)高爐的溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示，因此軟件開(kāi)發(fā)的工作量并不是很大，下面結(jié)合組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)分析軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本流程。
（1）系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。一個(gè)好的軟件系統(tǒng)必然有著良好的人機(jī)交互性，而這離不開(kāi)系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)，因此要結(jié)合高爐的溫度控制選取合適的圖像圖形，提高軟件的可觀性。
（2）系統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)計(jì)。由于軟件系統(tǒng)既要顯示溫度數(shù)據(jù)，還要提供數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史曲線(xiàn)等其他數(shù)據(jù)管理功能，就需要提供良好的頁(yè)面之間的導(dǎo)航切換功能。
（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件或者說(shuō)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件都離不開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)，可以選用軟件自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，也可以采用第三方數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，但是都必須要能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)源。
（4）系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)。出于對(duì)系統(tǒng)管理的安全性考慮，必須要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理涉及，包括用戶(hù)認(rèn)證，數(shù)據(jù)權(quán)限管理等等，這些都需要進(jìn)行系統(tǒng)的管理功能的界定與設(shè)計(jì)。
