時間：2022-09-05 15:08:41
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關(guān)鍵詞：PLC，皮帶運輸機
0 引言
選煤廠皮帶運輸機是選煤廠生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，一旦其電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將影響選煤廠整個生產(chǎn)，帶來重大的經(jīng)濟損失和安全隱患。由于選煤廠皮帶運輸機的電控大多為繼電器控制系統(tǒng)，存在線路復(fù)雜、故障點多、可靠性低、穩(wěn)定性差等缺點，不能滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要，因此，筆者采用PLC控制系統(tǒng)取代原來的繼電器控制系統(tǒng)，并用組態(tài)王實現(xiàn)對整個皮帶運輸機的運行過程進行監(jiān)控。
1 系統(tǒng)構(gòu)成及控制過程
該皮帶運輸機控制系統(tǒng)由兩級系統(tǒng)構(gòu)成：一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，二級完成監(jiān)控和操作的人機界面系統(tǒng)。
基礎(chǔ)自動化系統(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)控和操作的人機界面操作員站、現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)和傳感器組成；上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用亞控的組態(tài)王軟件進行設(shè)計。論文參考。
一級基礎(chǔ)自動化控制主要控制出現(xiàn)異常情況時進行報警和緊急停車，二級主要用來進行參數(shù)設(shè)定，啟動和人工緊急停止。
2系統(tǒng)設(shè)計
皮帶運輸機系統(tǒng)是以PLC為核心、對皮帶運輸機的運行情況進行實時在線控制和監(jiān)督的自動化系統(tǒng)，通過PLC和組態(tài)王。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對所有現(xiàn)場在線設(shè)備的程序控制管理、安全聯(lián)鎖控制等功能，并顯示各種操作畫面和模擬現(xiàn)場，對事故信號進行報警以及打印報表等。
該系統(tǒng)主要特點：
(1) 開放式的結(jié)構(gòu)，具有極大的靈活性、可擴展性；
(2) 便利的維護手段，可在線維護；
(3) 先進的硬件控制設(shè)備，具有高抗干擾能力、高可靠性；
(4) 高可靠性的檢測儀表；
(5) 集中操作，分散控制的思想；
(6) 通用的軟件開發(fā)平臺，智能的設(shè)備管理和監(jiān)控軟件。
該系統(tǒng)主要功能具有檢測皮帶機速度、溫度、撕裂、煙霧、跑偏等功能，當出現(xiàn)異常情況時，PLC控制電機緊急停止，同時報警并把信息傳到上位機，由操作人員進行分析檢修，完成后重新啟動。
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
SIEMENS S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、檢測及控制的自動化。論文參考。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(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個數(shù)字量I/O點，且可連接7個擴展模塊）和模擬量擴展模塊EM231（4路模擬量輸入）、EM232（兩路模擬量輸出），它們的特點如下：
(1) 6個獨立的30KZ高速計數(shù)器和2路獨立的20KZ高速脈沖輸出；
(2) 實現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴展通信能力都很簡便，組成系統(tǒng)靈活自如；
(3) 隨著應(yīng)用的擴大，系統(tǒng)擴展無任何問題；
(4) 具有更快的運行速度和功能更強的內(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：負責程序的運行等工作，電源不僅向CPU模塊供電而且還要滿足與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輸入到PLC，例如保護PLC的DI將皮帶撕裂、煙霧、跑偏等信號采集進來；以完成監(jiān)視保護功能。
數(shù)字量輸出模塊DO：將PLC內(nèi)部運算結(jié)果輸出，例如保護PLC的DO將正常啟動，自動控制、手動控制、綜合故障等輸出；操作PLC的DO輸出來控制繼電器，以完成監(jiān)視、控制和保護功能。
模擬量輸入模塊AI：將外部的模擬量采集進來送給PLC，如皮帶的速度和溫度，以完成監(jiān)視保護功能。
模擬量輸出模塊AO：將PLC計算好的數(shù)字量，如皮帶的速度等轉(zhuǎn)換成模擬量輸出到上位機上，以完成監(jiān)視功能。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
該系統(tǒng)中，PLC程序執(zhí)行變頻器的啟動/停止控制和皮帶機的行程和速度監(jiān)控任務(wù)，變頻器根據(jù)給定的信號和反饋的信號控制皮帶機的速度；PLC通過傳感器得到信號來控制皮帶機是否停止、報警器是否報警。為了更加安全可靠運行，本設(shè)計還設(shè)置了自動手動切換，自動/手動程序如圖1所示。
2.3 PLC與上位機之間的通信
在現(xiàn)場環(huán)境惡劣的條件下，采用上位機監(jiān)控措施可直接將故障顯示出來，從而提高整個系統(tǒng)故障的診斷效率，減少故障的維修時間，提高整個電控系統(tǒng)的可靠性。論文參考。本系統(tǒng)利用CAN總線與上位機進行通信，可將各種信息傳輸?shù)缴衔粰C，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(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
根據(jù)選煤廠皮帶運輸機系統(tǒng)的實際情況，研制開發(fā)了選煤廠皮帶運輸機智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過嚴格的選型、合理的配置及完善的程序設(shè)計，使系統(tǒng)維修方便，自控功能強，可以自動顯示故障，可靠性高、穩(wěn)定性好，極大的改善了皮帶運輸機的運行狀況，確保礦山安全生產(chǎn)。
參考文獻：
[1]廖常初 . PLC編程及應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.9
[2] 羅宇航，羅建國等. 流行PLC實用程序設(shè)計.西門子S7-200系列.西安：西安電子科技大學出版社，2006.12
【關(guān)鍵詞】 射頻指標 儀器通信 自動化測試
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，以及用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的高標準要求，設(shè)備測試的重要性愈發(fā)凸顯。
傳統(tǒng)射頻指標測試，質(zhì)檢和測試人員對系統(tǒng)（設(shè)備）的測試只能使用頻譜儀、信號源及輔助工具進行手動測試，對測試結(jié)果的判斷完全憑借肉眼讀取儀表上的顯示結(jié)果，對設(shè)備參數(shù)的調(diào)整往往是使用設(shè)備軟件工具手動調(diào)整。在設(shè)備量產(chǎn)時需要進行大量的重復(fù)性工作，測試結(jié)果也僅憑借手工記錄，工作壓力陡增。
測試速度慢、精度差、效率低，而且對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缺乏，人力投入的增加。
射頻指標自動化測試系統(tǒng)對通信覆蓋系統(tǒng)（產(chǎn)品）和模塊射頻指標進行全面的測試，提高測試效率、節(jié)約測試設(shè)備和人力資源的投入、規(guī)范了測試流程、提高測試效率和測試結(jié)果準確性，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
該系統(tǒng)將測試過程中大量重復(fù)、復(fù)雜性高的人工操作集合提取出來由程序模擬，在PC端使用VISA儀器控制驅(qū)動及SCPI命令控制儀器，來實現(xiàn)對信號源、頻譜儀的遠程控制以及對被測系統(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)代移動通信運營商為了實現(xiàn)對不同應(yīng)用場景靈活組網(wǎng)，往往采用多級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。比較常見的移動通信覆蓋網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括信號接入單元、組網(wǎng)交換單元及覆蓋單元。在人工測試的時，需要手動調(diào)節(jié)測試每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的各種射頻參數(shù)，操作復(fù)雜，工序繁瑣且準確性差。
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)過嚴格的質(zhì)量檢測。
通信系統(tǒng)射頻指標項目繁多，一般涉及系統(tǒng)輸出功率、增益、衰減、ALC、帶內(nèi)波動、帶外抑制、雜散等幾十種測試項目。每個射頻指標參數(shù)的優(yōu)劣會影響整個通信系統(tǒng)運行質(zhì)量，往往需要多次調(diào)節(jié)參數(shù)信息來保證產(chǎn)品在系統(tǒng)應(yīng)用中達到最佳狀態(tài)。
在質(zhì)量檢測過程中，如此龐大的工作量，精細的調(diào)節(jié)工作倘若只依靠人工來完成將很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
三、系統(tǒng)設(shè)計方案
3.1 系統(tǒng)架構(gòu)
本文結(jié)合通信覆蓋類產(chǎn)品射頻指標測試的實際需求，搭建自動化測試系統(tǒng)，其物理結(jié)構(gòu)如下圖1所示。射頻自動化測試系統(tǒng)由計算機、頻譜儀、信號源、設(shè)備（被測系統(tǒng)）、路由器（或交換機）、網(wǎng)線、射頻線纜組成。
通過LAN口、串口以及RF接口將PC、儀器（頻譜儀和信號源被測設(shè)備（或模塊）組成三維一體的物理結(jié)構(gòu)。其中，信號源實現(xiàn)被測設(shè)備對應(yīng)信源信號的輸入；頻譜儀完成進由被測設(shè)備輸出信號的測量工作，并將測量數(shù)據(jù)交由PC機處理，PC機提供用戶操作平臺，完成測試數(shù)據(jù)分析判斷和被測設(shè)備的參數(shù)調(diào)整、結(jié)果保存等工作。
3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)
射頻指標自動化測試系統(tǒng)設(shè)計架構(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。表示層實現(xiàn)與用戶的交互，控制層進行具體運算、數(shù)據(jù)處理和命令打包，數(shù)據(jù)層完成數(shù)據(jù)存儲，通信層則實現(xiàn)PC機（自動化測試軟件運行平臺）與儀器設(shè)備之間的信息傳輸。
自動化測試應(yīng)用軟件是唯一人機交互接口，考慮到界面的可操作性，信息顯示的直觀性，設(shè)計時運用了JavaFX客戶端開發(fā)技術(shù)進行開發(fā)。自動化測試軟件主要包括設(shè)備參數(shù)自動化測試系統(tǒng)和執(zhí)行測試模塊兩部分組成。其中設(shè)備參數(shù)自動化測試系統(tǒng)主要包括測試指標顯示與定制，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先衰減補償?shù)裙δ?；?zhí)行測試模塊主要包括數(shù)據(jù)獲取和分析、設(shè)備參數(shù)校準，儀器命令組包、設(shè)備參數(shù)組包等功能。
數(shù)據(jù)庫的主要功能是存儲數(shù)據(jù)信息，供應(yīng)用程序調(diào)用。由于產(chǎn)品調(diào)試過程中系統(tǒng)參數(shù)修改頻繁，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲調(diào)用的便捷，數(shù)據(jù)庫采用XML數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)，便于數(shù)據(jù)信息查詢和修改，以及承載用例標準數(shù)據(jù)源、測試結(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）及各種線纜為系統(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)動函數(shù)庫也屬于通信層，它是基于可編程儀器設(shè)備的I/o接口庫，實現(xiàn)了儀器控制命令開發(fā)，使得測試設(shè)備可與PC機可通過SCPI控制指令實現(xiàn)實時通信。
3.3 系統(tǒng)執(zhí)行流程
1、系統(tǒng)功能
射頻指標自動化測試系統(tǒng)為用戶提供了友好操作界面。操作界面實現(xiàn)功能有：配置管理、儀器校準、上下行指標自動化測試、測試結(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、頻譜儀和信號源的IP地址、被測系統(tǒng)（設(shè)備）的測試項目配置。RF線校準完成信號源信號輸出射頻線衰減補償和頻譜儀信號輸入射頻線衰減補償。
2、操作流程
自動化測試系統(tǒng)在本地計算機上運行，可實現(xiàn)儀器的遠程自動化控制、測試結(jié)果的自動化分析、設(shè)備參數(shù)的自動化調(diào)整。具體實現(xiàn)步驟如圖3所示。
在PC機啟動自動化測試系統(tǒng)，用戶在窗口界面中設(shè)置串口、波特率、儀器及設(shè)備IP后，選擇待測試設(shè)備所屬通信制式并加載該制式的測試用例。PC機根據(jù)用戶設(shè)置參數(shù)發(fā)出SCPI指令來設(shè)置信號源，信號源將相應(yīng)信號傳送到待測設(shè)備。待信號源加載射頻信號完成后，頻譜儀截取待測設(shè)備輸出信號并將數(shù)據(jù)回傳給PC機，PC機對回傳數(shù)據(jù)進行分析，判斷測試值是否滿足相應(yīng)指標要求，若不滿足，則通過與產(chǎn)品對應(yīng)的系統(tǒng)和模塊通信協(xié)議進行調(diào)整，并循環(huán)進行判斷、調(diào)整，直到符合相應(yīng)要求。若待測項目在可控范圍內(nèi)不能調(diào)整到正確的值，說明是非軟件設(shè)置導(dǎo)致射頻指標參數(shù)錯誤，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
射頻指標自動化測試系通過簡化設(shè)備測試操作工序，用智能化的檢測系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工作測試，有效地縮短人工勞作時長，降低設(shè)備制造成本。此外，自動測試系統(tǒng)具有友好的人機交互界面，質(zhì)檢和測試人員容易上手，且自動化測試軟件提供統(tǒng)一標準指標參數(shù)，能夠有效的減少人為誤差，能夠保證測試準確度、效率及產(chǎn)品質(zhì)量。
四、結(jié)束語
射頻指標自動測試系統(tǒng)的引入大大提高了測試效率，測試時間大幅度縮短，并減少了人為引入的誤差。該系統(tǒng)的設(shè)計思路具有一定的代表性，同樣適用于其它通信設(shè)備自動測試系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)，具有很高的實用價值和應(yīng)用前景。
參 考 文 獻
關(guān)鍵詞：微灌，計算機控制，推廣應(yīng)用
1.工程概況
萊蕪市鋼城區(qū)黃莊鎮(zhèn)，是中國黃金桃之鄉(xiāng)，優(yōu)質(zhì)黃金桃種植生產(chǎn)基地，該項目位于黃莊鎮(zhèn)東北部黃金桃主產(chǎn)區(qū)，控制灌溉總面積4000畝，項目區(qū)原無灌溉設(shè)施，經(jīng)常遭受干旱威脅，嚴重威脅黃金桃產(chǎn)量和品質(zhì)。近年來實施了計算機控制微灌工程項目，共建成了中心控制管理房及附屬設(shè)施1處、蓄水池5座、各類灌溉管道 40km。自動控制部分安裝中心控制計算機1套，在田間埋設(shè)各類控制信號模塊40個、進口2英寸電磁閥40個、土壤墑情傳感器4個；沿干、支管道鋪設(shè)電源線、信號線、計算機網(wǎng)絡(luò)線、電磁閥控制線8km，金屬屏蔽管3km，在支管管道安裝水表、壓力表等量測設(shè)備，另外還配備UPS電源、避雷器等穩(wěn)壓和過電壓保護裝置。
2.計算機控制系統(tǒng)的工作原理及配置
2.1 自動化控制系統(tǒng)工作原理
計算機控制系統(tǒng)主要是接收土壤水分傳感器采集的數(shù)據(jù)，當采集數(shù)據(jù)達到土壤含水量下限值時，控制系統(tǒng)發(fā)出開閥指令，控制器打開電磁閥門，按照預(yù)先設(shè)定的灌水強度和灌水量進行灌溉，本組灌溉完畢打開下一組電磁閥，同時關(guān)閉本組電磁閥，直到整個灌溉過程結(jié)束。在整個灌溉過程中，灌溉強度、灌水量均可根據(jù)不同作物品種、當時的土壤含水量進行人工設(shè)定。系統(tǒng)可對土壤含水量、管網(wǎng)壓力、流量、灌水量等進行實時控制，并將灌水時間、日期、灌水總量等數(shù)據(jù)存儲并可隨時打印。
2.2 自動化控制系統(tǒng)的配置
自動控制系統(tǒng)由上位機和采集控制模塊相結(jié)合，是目前配置較為可靠的方案。采集控制模塊對于系統(tǒng)的擴展靈活方便。土壤水分傳感器是自動控制系統(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，啟閉受計算機軟件控制。
2.3 系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計及功能
系統(tǒng)軟件分為上位機監(jiān)控軟件和采集控制模塊軟件兩部分。上位機軟件包括通訊程序、監(jiān)控畫面和打印程序。采集控制模塊采用梯形圖編寫。
系統(tǒng)硬件設(shè)計按功能可劃分為監(jiān)控、控制兩部分。系統(tǒng)監(jiān)控部分由上位機和打印機組成，用來實時處理采集控制模塊采集的數(shù)據(jù)并據(jù)設(shè)定值進行邏輯判斷，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并送入上位機進行處理，同時執(zhí)行上位機發(fā)送的控制命令，對電磁閥進行控制操作。
3.自動化控制系統(tǒng)方案設(shè)計
3.1 自動化控制系統(tǒng)站點布局
整個高效經(jīng)濟作物種植區(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)的計算機分別負責控制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控單元——測控終端。包括：采集控制模塊，用來完成數(shù)據(jù)采集和控制驅(qū)動任務(wù)；傳感器，完成數(shù)據(jù)測量與傳輸任務(wù)。測控終端通過Rs485信號網(wǎng)絡(luò)與中心控制室內(nèi)主計算機相連，自動進行數(shù)據(jù)采集、傳輸、指令接收和驅(qū)動控制，實現(xiàn)遠程測控功能，從而使田間地塊灌溉自動化。
3.2 自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)布局
由于本項目區(qū)周圍需灌溉的農(nóng)田面積較大，各測控點距中央控室距離不等，為此，控制系統(tǒng)采用了二級分布式網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有以下先進特點：(1)保持網(wǎng)絡(luò)距離、測控終端的擴展、傳感器和伺服機構(gòu)的增加，在原有工程的基礎(chǔ)上擴大系統(tǒng)規(guī)模。(2)不同種類、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)，進一步提供了系統(tǒng)擴展的靈活性。(3)部分遠程測控終端的故障或脫網(wǎng)維護，不影響其他部分的正常工作。
3.3 自動化控制系統(tǒng)布線
微灌工程中埋設(shè)了各類管線，其中有不同管徑的灌溉輸水管道、強電電纜線、弱電信號線等?，F(xiàn)場弱電信號總線采用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。論文格式。電磁閥驅(qū)動線采用每電磁閥1．5mm2的2芯24VAC電纜。通信網(wǎng)絡(luò)采用RS-485雙絞線，通信波特率9600bps、自定義奇校驗、幀協(xié)議、幀校驗格式，自動切換。
4.計算機控制系統(tǒng)的特點
本項目系統(tǒng)測控選擇了高性價比的測控設(shè)備，具有高可靠性、直觀性、安全性等特點。系統(tǒng)不但支持測控對象數(shù)量、測控終端數(shù)量、軟件功能、遠程信息共享等方面的開放擴展性，而且對于操作人員的技術(shù)水平要求較低，技術(shù)維護工作簡單易行，完全能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的野外工作環(huán)境要求。本項目實現(xiàn)了以下技術(shù)創(chuàng)新：(1)設(shè)計了多媒體動畫界面，可對全灌區(qū)實時動態(tài)動畫模擬，對灌溉作業(yè)遠程實時操作。(2)根據(jù)作物品種、土壤含水量，編制科學合理的灌溉計劃，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、過電壓等強電干擾對設(shè)備的損害，延長了設(shè)備的使用壽命。(4)測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。
5.自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果
計算機控制系統(tǒng)在微灌工程中的成功應(yīng)用，是自動化控制技術(shù)在其適用領(lǐng)域內(nèi)一個很大的突破，實現(xiàn)了根據(jù)不同作物不同需水量，實時科學灌溉和水資源的高效利用，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。論文格式。工程運行證明，該系統(tǒng)具有節(jié)水、省工等特點，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。為微灌計算機控制和微灌工程建設(shè)探索出了成功經(jīng)驗，推動了微灌技術(shù)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；工廠流水線；自動化控制；系統(tǒng)設(shè)計
中圖分類號：TH166 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）03-0027-02
在自動化控制領(lǐng)域，占絕對統(tǒng)治地位的是現(xiàn)場總線技術(shù)。盡管現(xiàn)場總線具有眾多優(yōu)勢，但是隨著生產(chǎn)規(guī)模的一再擴大，現(xiàn)場機電裝備越來越多，需要實時監(jiān)測和自動化控制的設(shè)備也越來越多，在這種背景下，現(xiàn)場總線已經(jīng)無法完全滿足現(xiàn)場眾多機電裝備的監(jiān)控需求，而且由于現(xiàn)場總線是具有針對性的工業(yè)自動化控制總線，往往使得各個機電裝備成為了“自動化控制孤島”，彼此無法兼容通訊，給設(shè)備的后期維護管理帶來不便。
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)場總線的最好選擇之一。本論文主要結(jié)合汽車整車焊裝PLC自動化控制流水線生產(chǎn)控制系統(tǒng)，對基于工業(yè)以太網(wǎng)的自動化控制系統(tǒng)進行設(shè)計研究，以期能夠從中找到面向工廠流水線生產(chǎn)控制的工業(yè)以太網(wǎng)自動控制應(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)制造自動化控制的基礎(chǔ)平臺，通過底層安裝的傳感設(shè)備，將機電裝備的工作狀態(tài)參數(shù)、工藝參數(shù)以及現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)檢測出來，并通過工業(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)中進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。隨著工業(yè)自動化技術(shù)的日益發(fā)展與進步，很多工業(yè)生產(chǎn)流水線都逐漸提出了更高的自動化控制的要求，例如要求實現(xiàn)監(jiān)測與控制的一體化，要求實現(xiàn)無人值守等等，這些高難度控制要求的提出，在一定程度上都促進了工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動化控制領(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)很多工廠自動化控制系統(tǒng)的功能建設(shè)需求。本課題重點以工業(yè)以太網(wǎng)和PLC相結(jié)合，以工廠流水線自動化控制為具體研究對象，深入探討工業(yè)以太網(wǎng)在工廠流水線自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1 功能模塊設(shè)計
本論文以汽車整車焊裝作為具體的研究對象來探討工業(yè)以太網(wǎng)在流水線自動控制中的應(yīng)用。汽車整車焊裝具有較多的工藝流程，而且機電裝備離散度較大，需要實時監(jiān)測與控制的參數(shù)變量較大，因此采用工業(yè)以太網(wǎng)相較于采用現(xiàn)場總線具有很多優(yōu)勢?？v觀整車焊裝的流水線工藝流程，基于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的流水線自動控制系統(tǒng)應(yīng)當具有以下幾個主要功能：
①產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)分派及調(diào)度。能夠根據(jù)生產(chǎn)進度適當?shù)恼{(diào)整生產(chǎn)資源分配，根據(jù)任務(wù)變化自動完成對流水線生產(chǎn)工藝的更改，以適應(yīng)不同車型的自動焊裝。
②電氣控制和分析。通過在底層安裝傳感監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對流水線焊裝工藝流程的各個環(huán)節(jié)的監(jiān)測與控制，并通過工藝數(shù)據(jù)庫的分析，實現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動匹配和優(yōu)化。
③順序和邏輯控制功能。按照流水線自動化焊裝的工藝流程，對整個焊裝工藝流程實施順序控制，利用PLC作為順序邏輯控制器，實現(xiàn)眾多機電設(shè)備在流水線自動焊裝工藝過程中的順序聯(lián)動、啟?？刂萍盎ユi等控制功能和邏輯判斷功能。
④監(jiān)視報警功能、顯示功能。通過在監(jiān)控終端開發(fā)專用的監(jiān)控畫面，為用戶提供直觀的監(jiān)控界面，通過人機交互接口的設(shè)計實現(xiàn)用戶對現(xiàn)場焊裝流水線的遠程自動化控制。
2.2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動控制系統(tǒng)設(shè)計
2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于整個流水線的設(shè)備量大、信號類型多、控制地點分散，不適合采用傳統(tǒng)的繼電器和控制開關(guān)為主要實現(xiàn)方式的本地控制模式，而且這種控制模式并不利于設(shè)備的后期維護管理，同時對于系統(tǒng)的擴容升級而言是十分不利的，為此，必須借助于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)分布式控制管理模式（DCS模式），通過三級DCS功能的合理劃分與配置，能夠很方便的實現(xiàn)對整車焊裝流水線自動控制的遠程控制模式。本論文擬采用監(jiān)控終端、本地PLC站和底層傳感設(shè)備三個層次的DCS控制模式實現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊裝流水線自動化控制。
①監(jiān)控終端。監(jiān)控終端設(shè)置在中央控制室內(nèi)，供值班人員對全廠流水線自動化控制的工藝進行實時監(jiān)控。監(jiān)控終端內(nèi)運行的是專門開發(fā)的上位機程序，通過友好的人機交互接口實現(xiàn)遠程控制，并且通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)與本地PLC站的數(shù)據(jù)信息的交互。
②本地PLC站。主要通過對開關(guān)量的檢測實現(xiàn)流水線生產(chǎn)工藝流程中各個環(huán)節(jié)的電氣監(jiān)測，諸如限位開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥等。本地PLC站能夠通過對設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)、工藝參數(shù)和環(huán)節(jié)參數(shù)的檢測和A/D轉(zhuǎn)換，將相關(guān)參數(shù)變量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，從而實現(xiàn)上位機與下位機的一體化通信。
③底層傳感設(shè)備?，F(xiàn)場傳感器主要是用以檢測現(xiàn)場監(jiān)控點物理參數(shù)信號，變送器將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成
4～20 mA的電流信號，經(jīng)屏蔽電纜送到各子系統(tǒng)的PLC內(nèi)?？刂菩盘栍蒔LC輸出后以4～20 mA電流形式送到執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)主要有氣動和電動執(zhí)行機構(gòu)等。
2.2.2 系統(tǒng)控制模式設(shè)計
①遠程遙控方式。在現(xiàn)場設(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計算機監(jiān)控軟件對現(xiàn)場設(shè)備進行遙控啟停。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“手動或者自動”控制方式，通過設(shè)備控制按鈕啟停遠程設(shè)備，并能判斷設(shè)備運行是否正常，監(jiān)測故障并發(fā)出報警提示，統(tǒng)計工藝數(shù)據(jù)，顯示模擬量趨勢曲線，打印故障報警及日志報表等。全部操作由中央控制室的操作人員通過鍵盤和鼠標完成。
②本地控制方式。在現(xiàn)場設(shè)備控制箱，將控制方式置于“本地”控制方式下，通過控制操作箱上的啟動/停止按鈕，對現(xiàn)場設(shè)備手動啟?？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聯(lián)系等任何情況下都可以完成整車焊接處理工藝要求的控制功能。
2.3 PLC自動系統(tǒng)設(shè)計
根據(jù)整車焊接處理廠工藝特點和現(xiàn)場的焊接設(shè)備分布及焊接機器人的作業(yè)范圍，可以將整車焊接車間流水線PLC下位機系統(tǒng)劃分為兩個PLC站點，各自負責不同的工藝流程。為此，需要統(tǒng)計全廠的I/O點分布情況，詳見表1。
由于本系統(tǒng)中的下位機PLC選用的西門子公司的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)議實現(xiàn)，進而進一步降低了本自動控制系統(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
2.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)選擇
本系統(tǒng)選用環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，當某一節(jié)點出現(xiàn)故障時，它會自動旁路，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)的顯著特點是環(huán)路上的工作站在發(fā)送信息時，只能按照順序依次傳輸，所以不存在沖突問題。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
基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊接流水線綜合自動化控制網(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、傳感檢測及執(zhí)行機構(gòu)層。
①信息管理層。信息管理層主要是實現(xiàn)對整個工業(yè)以太網(wǎng)自下而上傳輸過來的流水線生產(chǎn)工藝的各個參數(shù)的管理，包括狀態(tài)參數(shù)的實時監(jiān)測、越限報警；生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動存儲、報表分析；設(shè)備控制指令的自動/聯(lián)動派發(fā)等等，這些功能的實現(xiàn)依賴于在信息管理層所開發(fā)的人機交互接口良好的專用自動化控制監(jiān)控程序，通?？梢圆捎媒M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)所搭建起來的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時通過配置交換機、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)場對網(wǎng)絡(luò)傳輸層的檢查、維護和管理。網(wǎng)絡(luò)傳輸層作為整個自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸平臺，對于整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。
③傳感監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)層。傳感監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)層主要有兩個作用，第一是通過傳感檢測設(shè)備，將流水線工藝流程中的各個參數(shù)實時檢測出來并發(fā)送到工業(yè)以太網(wǎng)上進行通訊，第二是通過安裝電氣開關(guān)、電磁閥等開關(guān)動作執(zhí)行元件，接受來自頂層的中央信息管理層的遠程控制指令，實現(xiàn)對現(xiàn)場機電裝備或者流水線工藝流程的遠程自動化控制，傳感監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)層是面向整車焊接流水線生產(chǎn)和自動化控制的最底層，主要包括車間現(xiàn)場的各種監(jiān)測、控制子系統(tǒng)，如焊接機器人控制子系統(tǒng)，滾床控制子系統(tǒng)，帶式輸送機控制子系統(tǒng)等。
3 結(jié) 語
隨著工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動化控制領(lǐng)域中的逐步廣泛應(yīng)用，逐漸取代了過去傳統(tǒng)的以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的自動控制模式。本論文對基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊接流水線綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開了設(shè)計與研究，通過對網(wǎng)絡(luò)通信實時性的理論分析，建立了基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊接流水線綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分別從下位機PLC自動化控制系統(tǒng)和上位機DCS以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩個角度詳細探討構(gòu)建了整個綜合自動化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，對于工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動化控制方面的應(yīng)用，無論是在理論研究還是在實踐應(yīng)用方面，都是具有較好的指導(dǎo)借鑒意義。
參考文獻：
[1] 吳文秀，吳修德.基于工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[J].石油天然氣學報，2005，（6）：803-805.
關(guān)鍵詞：DSP；變壓器；繼電保護；測控裝置
1引言
目前，電力自動化的應(yīng)用可以分為變電站自動化、調(diào)度自動化、配電自動化、電能計量自動化和電力市場等。03年以來，我國的電力供應(yīng)緊張，根據(jù)國家電網(wǎng)的統(tǒng)計，電力自動化行業(yè)呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。由此，繼電保護產(chǎn)品的需求也急劇增長，而且對于繼電保護產(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，變壓器的繼電測控保護對于電力系統(tǒng)的安全可靠運行具有重要意義。
本論文主要借助于新型的DSP處理芯片，對基于DSP的變壓器繼電保護測控裝置進行設(shè)計研究，以期從中能夠找到合理可靠的變壓器繼電測控保護裝置應(yīng)用，并以此和廣大同行分享。
2繼電保護測控裝置總體設(shè)計
(1) 繼電保護裝置的功能設(shè)計
① 自動、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，并保證其它無故障元件迅速恢復(fù)正常運行。
② 反應(yīng)電氣元件不正常運行情況，并根據(jù)不正常運行情況的種類和電氣元件維護條件，發(fā)出信號，由運行人員進行處理或自動地進行調(diào)整或?qū)⒛切├^續(xù)運行會引起事故的電氣元件予以切除。反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置允許帶有一定的延時動作。
③ 繼電保護裝置還可以和電力系統(tǒng)中其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。
綜上所述，繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預(yù)防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運行的可靠性。繼電保護裝置是電力系統(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，如果沒有繼電保護裝置，就無法維持電力系統(tǒng)的正常運行。
(2) 變壓器繼電保護裝置
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、配電等各個環(huán)節(jié)廣泛使用。因而其安全運行與否是整個電力系統(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)變壓器的不正常運行狀態(tài)，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)以下一些繼電保護裝置[6]：
① 為反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種故障和油面降低，對于0.8MVA及以上的油浸式變壓器及戶內(nèi)0.4MVA以上變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。
② 為反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路及中性點直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護；對于6.3MVA及以上并列運行變壓器和10MVA及以上單獨運行變壓器，以及6.3MVA及以上的廠用變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護；對于10MVA以下變壓器且過流時限大于0.5s時，應(yīng)裝設(shè)頂流速斷保護；對于2MVA以上變壓器，當電流速斷保護的靈敏系數(shù)還不滿足要求時，則宜裝設(shè)縱差動保護。
③ 為反應(yīng)外部相間短路引起的過電流和作為瓦斯、縱差保護（或電流速斷保護）的后備保護，應(yīng)裝設(shè)電流保護。例如。復(fù)合電壓起動的過電流保護或負序電流保護，適用于升壓變壓器；過流保護適用于降壓變壓器。
④ 為反應(yīng)中性點直接接地電網(wǎng)中，外部接地短路的零序電流保護。
⑤ 為反應(yīng)對稱過負荷的應(yīng)裝設(shè)過負荷保護。
⑥ 為反應(yīng)變壓器過勵磁的應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護。
3基于DSP的變壓器繼電保護測控裝置設(shè)計
3.1 測控裝置硬件架構(gòu)設(shè)計
本文從緊湊型和多功能兩方面入手，設(shè)計了一款基于新型DSP芯片的測控保護裝置。DSP芯片需要完成電壓、電流等輸入信號的采集和處理，并且根據(jù)一定的保護邏輯驅(qū)動繼電器動作，另外，還需要處理人機接口任務(wù)和通信任務(wù)。根據(jù)這些任務(wù)的不同優(yōu)先級，DSP芯片還需要分配不同時間片的進程以滿足各項任務(wù)合理有序地執(zhí)行。
硬件設(shè)計的總體框架如圖1所示，輸入信號包括電流、電壓、頻率和開關(guān)量，而輸出則通過繼電器來實現(xiàn)。其中電流信號包括三相保護電流和一路零序電流，電壓信號包括三相測量電壓和一路輔助電壓。主控制器采集并處理這些信號，分別用于顯示和實現(xiàn)保護邏輯判斷等功能。本裝置的測量數(shù)據(jù)、設(shè)備信息、事件記錄信息、保護定值和保護配置信息等內(nèi)容都是通過菜單的方式進行顯示，裝置還提供了按鍵用于接線方式、保護功能等基本設(shè)置功能的實現(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)器之間的報文傳輸，實現(xiàn)遙信、遙測、遙調(diào)、遙控等功能。同時還提供了GPRS模塊、方便遠距離無線通信功能的實現(xiàn)。
3.2 繼電保護測控裝置抗干擾設(shè)計
微機繼電保護裝置是一個電路和結(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)域中的大量實踐已表明其損壞率是很低的，但由于繼電保護裝置是在強電磁環(huán)境中長期連續(xù)工作，并且責任重大，對萬一出現(xiàn)的元器件損壞仍需考慮對策；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方面。
微機保護裝置特有的工作方式和很強的處理能力為實現(xiàn)自動檢測提供了方便。對裝置中平時工作在“靜態(tài)”的部件，如出口驅(qū)動電路、出口繼電器等，由于微機保護中這部分的電路比較簡單，制造時容易保證其較高的可靠性，同時還可以利用微機的超強處理功能對其進行定時功能檢查；對裝置中平時工作在“動態(tài)”的核心部件，如DSP、MCU、A/D轉(zhuǎn)換器、Flash、FRAM、CPLD等等，無論電力系統(tǒng)有無故障，這些硬件都處在同樣的工作狀態(tài)中，也就是說，總在不停地進行數(shù)據(jù)采集、傳遞、運算和判斷，因此元器件損壞會及時表現(xiàn)出來；同時，由于有了DSP和MCU這些“智能”部件，可以“主動地”去查找和發(fā)現(xiàn)問題，使得微機保護裝置可以具有完善的自動檢測功能。
4結(jié)語
關(guān)鍵詞：冶金企業(yè)，鐵路運輸，自動化管理，信息系統(tǒng)
0.引言
鋼鐵市場的競爭日益激烈，冶金企業(yè)面臨巨大的機遇和挑戰(zhàn)，各企業(yè)大顯神通彌補不足，提高效益。其中冶金企業(yè)現(xiàn)行的鐵路運輸管理模式已不能滿足生產(chǎn)要求，為了提高生產(chǎn)的可靠性、安全性、高效性，在對目前鐵路運輸管理系統(tǒng)運作模式、職能劃分以及基層作業(yè)詳細調(diào)查研究的基礎(chǔ)上開發(fā)了鐵路運輸綜合自動化管理信息系統(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
鐵路運輸綜合自動化管理信息系統(tǒng)涉及鐵路運輸?shù)母鱾€方面，能及時、準確地為各運輸調(diào)度指揮管理部門提供現(xiàn)代化的調(diào)度指揮管理手段及平臺。該系統(tǒng)由生產(chǎn)指揮控制中心網(wǎng)、運輸部中心網(wǎng)及車站設(shè)備構(gòu)成。
2.職能管理部門的系統(tǒng)劃分
針對宣化鋼鐵公司具體情況，運輸部中心主要負責協(xié)調(diào)各作業(yè)區(qū)之間的運輸調(diào)度和管理，并協(xié)同路局準確統(tǒng)計路局車輛在工廠作業(yè)區(qū)、成品作業(yè)區(qū)、西車務(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、空停待裝、裝車、交出等八個主要業(yè)務(wù)活動和解凍、維修兩個輔助業(yè)務(wù)活動的滯留時間及業(yè)務(wù)活動的時間間隔;準確統(tǒng)計路局車、自備車裝/卸運量、停時以及班組運量、停時、運送時間;實現(xiàn)在廠車總數(shù)、車種、品名、交接時間，各作業(yè)區(qū)路局車總數(shù)、車種、品名、交接時間、站場股道占用情況，當日內(nèi)到達、發(fā)出車數(shù)、車種、品名、收貨單位、發(fā)貨單位的查詢;通過網(wǎng)絡(luò)查詢車輛掛鉤計劃的編制和執(zhí)行情況、股道詳細信息及車輛詳細信息;還可通過調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)掌握廠內(nèi)鐵路全線列車的運行情況。論文參考網(wǎng)。
生產(chǎn)指揮中心主要負責下達月、周、日的運輸計劃，實現(xiàn)運輸?shù)膽?yīng)急管理，協(xié)調(diào)運輸調(diào)度指揮，實時掌握廠內(nèi)車的位置和狀態(tài)，查詢和統(tǒng)計各種運輸調(diào)度信息。
車站設(shè)備主要完成各種作業(yè)基礎(chǔ)信息的錄入，調(diào)度計劃的輸入、發(fā)送，調(diào)度監(jiān)督、微機聯(lián)鎖、機車信號信息的采集等功能。論文參考網(wǎng)。
3.系統(tǒng)功能簡介
3.1貨車實時跟蹤管理系統(tǒng)
該系統(tǒng)利用計算機及其網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以車站為基礎(chǔ)信息源點，收集、處理和交換車流信息，由計算機網(wǎng)絡(luò)向各級車號、調(diào)度提供日常計劃和調(diào)度指揮所需的各種貨車資料。一方面提高各崗位生產(chǎn)人員的工作效率，另一方面使運輸組織人員能及時準確地掌握車流和貨流，組織有計劃裝車、卸車和排空車，從而保證均衡運輸和良性循環(huán)，提高運輸生產(chǎn)的能力和效益。通過該系統(tǒng)可實現(xiàn)對整個運輸系統(tǒng)中的機車、車輛、原料和產(chǎn)品的位置及狀態(tài)的實時跟蹤和管理，同時自動生成各級查詢和統(tǒng)計報表，為各級調(diào)度人員和運輸部領(lǐng)導(dǎo)進行生產(chǎn)指揮提供實時準確的數(shù)據(jù)。
3.2運輸調(diào)度管理信息系統(tǒng)
運輸調(diào)度管理信息子系統(tǒng)是提高運輸效率、實現(xiàn)廠內(nèi)鐵路運輸自動化指揮、集中管理、集中監(jiān)視、集中控制的必不可少的系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可直接指揮行車，實時掌握列車運行狀況、信號設(shè)備顯示狀態(tài)，完成運輸計劃的編制、調(diào)整及調(diào)度命令的生成和下達等功能，并進行信息匯總、處理;可對列車的運行進行實時監(jiān)視并具有歷史查詢功能;還可為調(diào)度指揮管理人員提供管轄范圍內(nèi)信號設(shè)備狀態(tài)及列車運行狀況。
3.3調(diào)度命令無線傳送系統(tǒng)
一般情況下，調(diào)度作業(yè)指令的傳輸是通過調(diào)度手寫調(diào)度計劃，再用人工的方式將調(diào)車計劃單交給調(diào)車人員和機車上的司機。這種方式嚴重限制了機車的作業(yè)范圍、導(dǎo)致了機車作業(yè)的不連續(xù)性，降低了機車的作業(yè)效率，給生產(chǎn)運輸帶來了極大的不變。為此我們可以安裝使用調(diào)車計劃無線傳輸系統(tǒng)，即在各站設(shè)立調(diào)度命令無線傳送控制中心，并在每臺機車上加裝機車信息臺，地面控制中心接收鐵路貨物車輛實時跟蹤管理信息系統(tǒng)的調(diào)度作業(yè)指令，通過無線方式發(fā)送到機車信息臺上，機車信息臺通過液晶顯示器顯示調(diào)度作業(yè)計劃單并通過打印機打印出來，作為機車作業(yè)的依據(jù)，同時機車信息臺還將機車的作業(yè)完成情況及時反饋給地面控制中心和鐵路貨物車輛實時跟蹤管理信息系統(tǒng)。這種方式可以大大提高機車的作業(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)由微機監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成，是面向用戶的開放性設(shè)計的系統(tǒng)，使安裝、調(diào)試、使用、維護更加方便、簡捷。
3.4智能計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)
我們現(xiàn)在正在使用智能型計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，它是模塊化系統(tǒng)，采用了雙機熱備的冗余結(jié)構(gòu)以保證其具有很高的可靠性和可用性，實踐證明該設(shè)備安全、可靠、實用。該系統(tǒng)具備有進路的選排、鎖閉、解鎖以及信號操作、道岔操作、特殊操作等聯(lián)鎖功能。操作和顯示均通過電氣聯(lián)鎖上位機實現(xiàn)，同時可根據(jù)需要，給車站值班員配置若干臺監(jiān)視器，以達到安全行車的重要目的。
4.結(jié)束語
鐵路運輸綜合自動化管理信息系統(tǒng)是為了適應(yīng)鐵路運輸發(fā)展需要而開發(fā)的，完全實現(xiàn)了運輸管理的自動化。論文參考網(wǎng)。如果完全投入使用，將會徹底改變了傳統(tǒng)落后的管理模式，取得了良好的經(jīng)濟效益，該系統(tǒng)對于我公司的鐵路運輸管理將有極大的使用價值，將給我們帶來巨大的效益。目前，我們雖然只使用了部分的無線傳送系統(tǒng)和計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)，但是運輸效率卻取得了質(zhì)的飛躍。相信未來，我們的無線平調(diào)系統(tǒng)將更加完善，鐵路物流將更加順暢。
參考文獻
[1]平調(diào)無線調(diào)車系統(tǒng).
[2]微機聯(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，標定
1 引言
力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長期使用過程中，由于使用環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)的變化，需要對其進行標定，以此保證測量的精度。近年來，隨著虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，越來越多的技術(shù)人員開始基于該技術(shù)來開發(fā)自動化測量設(shè)備。博士論文，標定。虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發(fā)平臺中，美國國家儀器公司（NI）的LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標定程序的設(shè)計。
2 標定的原理
所謂標定（或現(xiàn)場校準）[2]就是指用相對標準的量來確定測試系統(tǒng)電輸出量與物理輸入量之間的函數(shù)關(guān)系的過程。標定是測試中極其重要的一環(huán)。標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量系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差。
傳感器的校準采用靜態(tài)的方法，即在靜態(tài)標準條件下，采用一定標準等級（其精度等級為被較傳感器的3~5倍）的校準設(shè)備，對傳感器重復(fù)（不少于3次）進行全量程逐級加載和卸載測試，獲得各次校準數(shù)據(jù)，以確定傳感器的靜態(tài)基本性能指標和精度的過程。為簡化系統(tǒng)的設(shè)計，此處標準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)主要包括計算機、力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡、接線盒等。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個模擬輸入端口，2個模擬輸出端口，24個數(shù)字輸入輸出端口，采樣速率最高可達到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345，此接線盒直接與數(shù)據(jù)采集卡相連，接線盒上有SCC信號調(diào)理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號調(diào)理模塊，其上面包含信號調(diào)理電路，可以將傳感器處采集的信號轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集卡讀取的信號。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來開發(fā)。LabVIEW是一種圖形化的編程語言。博士論文，標定。博士論文，標定。與其他開發(fā)工具不同，用LabVIEW編程的過程不是寫代碼，而是畫“流程圖”。這樣可以使用戶從煩瑣的程序設(shè)計中解放出來，而將注意力集中在測量等物理問題本身。它主要針對各個領(lǐng)域的工程技術(shù)人員而設(shè)計，非計算機專業(yè)人員[1]。博士論文，標定。
因為所用的力傳感器屬于應(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性關(guān)系，即輸入與輸出量之間呈線性關(guān)系，所以可以用一條直線對校準數(shù)據(jù)進行擬合。此直線就稱為擬合直線，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標定程序的采樣頁面。
此程序采用LabVIEW的事件驅(qū)動編程技術(shù)進行編制的。事件[3]是對活動發(fā)生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執(zhí)行保持同步。事件允許用戶每當執(zhí)行某個特定操作時執(zhí)行特定的事件處理分支。
圖2 標定程序采樣頁面
圖3 采樣程序
直線擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點法、斷點法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進行直線擬合。根據(jù)最小二乘法，假定是一組測量值，是相應(yīng)的擬合值，mse為均方差，則擬合目標可以表達為，期望mse最小。
LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，例如線性擬合、指數(shù)擬合、通用多項式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實現(xiàn)最小二乘法線性擬合。
標定子程序的工作流程如下：用戶先通過多次采樣，獲得各個輸入量對應(yīng)的輸出量，通過While循環(huán)的移位寄存器保存這些值。博士論文，標定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進行擬合，擬合的曲線在Graph控件中顯示出來，同時該Vi自動求出方程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)系就可以確定下來了，如圖4所示。
圖4 標定程序擬合前面板
4 小結(jié)
基于虛擬儀器的力傳感器標定程序能夠方便地對力傳感器進行標定。博士論文，標定。該系統(tǒng)具有人機界面友好，靈活方便，自動化程度高等特點。
參考文獻：
【1】.候國屏;王珅;葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計[M].清華大學出版社.2005
【2】.張迎新等.非電量測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學出版社，2001
【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008
關(guān)鍵詞：電廠高爐 溫度調(diào)節(jié) 自動控制
中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：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)過程的安全直接關(guān)系到千家萬戶的切身利益，因此對于電廠現(xiàn)場機電裝備的自動化控制的要求十分嚴格。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以現(xiàn)場總線技術(shù)為典型應(yīng)用的自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸深入到工礦自動化的多個領(lǐng)域，在一些自動化控制水平較高的電廠，已經(jīng)初步實現(xiàn)了電廠機電裝備的自動化控制。高爐是火力電廠生產(chǎn)過程中不可缺少的機電裝備，其溫度控制要求十分嚴格，如何實現(xiàn)高爐溫度自動調(diào)節(jié)與控制，一直是很多火力電廠技術(shù)工程師都著力重點解決的技術(shù)難題之一。本論文主要結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)，結(jié)合電廠高爐溫度的控制要求，對其溫度自動控制系統(tǒng)進行系統(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控制技術(shù)，并以此和廣大同行分享。
1.高爐溫度自動控制概述
（1）高爐溫度調(diào)節(jié)控制功能需求。火力電廠采用高爐主要是實現(xiàn)燃煤產(chǎn)電，為了實現(xiàn)能源的復(fù)合利用，提高經(jīng)濟效益，往往還通過高爐生產(chǎn)一些副產(chǎn)品，這就要求對于高爐內(nèi)的溫度和壓力都有著嚴格的控制要求。在實際生產(chǎn)過程中，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調(diào)節(jié)的控制要求。要達到高爐溫度無人值守控制的效果，就必須要能夠?qū)崟r自動監(jiān)測高爐內(nèi)的溫度參數(shù)，并通過計算實時控制氣閥或者進料閥，以實現(xiàn)對高爐內(nèi)溫度的自動控制與調(diào)節(jié)。
（2）現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用特點。由于技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的日益復(fù)雜，過去集中式自動化控制模式在實際應(yīng)用中已經(jīng)逐漸暴露出了諸多問題與不足，如控制中心負載過大，信息傳輸效率較低，系統(tǒng)兼容性較差等等；而現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)則很好的克服了上述問題，現(xiàn)場總線能夠結(jié)合具體的被控對象合理設(shè)計自動化控制系統(tǒng)，對現(xiàn)場的智能儀表、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)場總線技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠高爐溫度的自動調(diào)節(jié)控制，是完全可行的。
2.基于現(xiàn)場總線的高爐溫度自動調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用探討
2.1系統(tǒng)功能設(shè)計
基于現(xiàn)場總線技術(shù)的高爐溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體來說，其功能主要包含以下幾個方面：（1）在線監(jiān)測。（2）數(shù)據(jù)查詢。（3）生成報表與統(tǒng)計分析。（4）超限報警與聯(lián)動控制。
2.2系統(tǒng)層次架構(gòu)
高爐溫度的自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要由以下四個系統(tǒng)層構(gòu)成。
（1）傳感儀表層。為了實現(xiàn)高爐溫度的自動監(jiān)測與控制，必須選用合適的傳感器對高爐內(nèi)的溫度進行實時監(jiān)測，溫度傳感器采用4-20 mA電流信號作為傳輸介質(zhì)，將模擬量信號傳輸?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來的模擬量信號，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)信號的遠程傳輸，直至傳輸?shù)街醒肟刂剖业腜C終端。
（3）PC終端。PC終端通過專用的組態(tài)軟件實現(xiàn)對高爐的溫度變量的實時顯示，并提供友好的人機交互界面，完成數(shù)據(jù)的查詢、存儲和報表統(tǒng)計等管理功能。
（4）驅(qū)動執(zhí)行層。當被監(jiān)測的高爐溫度過低或過高或者異常超限時，由PC終端發(fā)出相應(yīng)的控制指令，經(jīng)過驅(qū)動機構(gòu)層實現(xiàn)控制指令的放大和執(zhí)行，輸出到動作執(zhí)行器，實現(xiàn)相關(guān)的報警動作或聯(lián)動控制動作。動作執(zhí)行器主要由氣閥和進料閥構(gòu)成，氣閥的開度可以降低高爐內(nèi)的溫度，進料閥的開度可以提高高爐內(nèi)的溫度，它們通過接收來自PC終端發(fā)出的控制指令，經(jīng)過驅(qū)動放大轉(zhuǎn)變?yōu)殚y門調(diào)節(jié)的開度大小，從而實現(xiàn)對高爐溫度的自動調(diào)節(jié)與控制。
2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計
基于現(xiàn)場總線的高爐溫度自動調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)，采用組態(tài)軟件實現(xiàn)對高爐溫度參數(shù)的實時顯示，以提高人機交互系統(tǒng)的直觀性。該組態(tài)軟件可以采用當前市場上主流的組態(tài)軟件，例如wINCC，組態(tài)王等專業(yè)工控自動化組態(tài)軟件，也可以采用VB、VC等高級語言進行開發(fā)。由于該自動控制系統(tǒng)僅僅是對高爐的溫度參數(shù)進行實時監(jiān)測與顯示，因此軟件開發(fā)的工作量并不是很大，下面結(jié)合組態(tài)軟件的開發(fā)分析軟件系統(tǒng)的設(shè)計基本流程。
（1）系統(tǒng)界面設(shè)計。一個好的軟件系統(tǒng)必然有著良好的人機交互性，而這離不開系統(tǒng)的界面設(shè)計，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。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)報表、歷史曲線等其他數(shù)據(jù)管理功能，就需要提供良好的頁面之間的導(dǎo)航切換功能。
（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)計。組態(tài)軟件或者說自動化控制系統(tǒng)軟件都離不開數(shù)據(jù)庫的開發(fā)，可以選用軟件自帶的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也可以采用第三方數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，但是都必須要能夠為系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)源。
（4）系統(tǒng)管理設(shè)計。出于對系統(tǒng)管理的安全性考慮，必須要對系統(tǒng)進行管理涉及，包括用戶認證，數(shù)據(jù)權(quán)限管理等等，這些都需要進行系統(tǒng)的管理功能的界定與設(shè)計。
