一种新型变压器耦合串联中压大功率变频器

一种新型变压器耦合串联中压大功率变频器 变压器耦合，中压大功率，变频器 介绍了一种新型变压嚣耦合的串联中压大功率变频器的基本工作原理与 控制方法。 1 近20 年来，工业发达国家，尤其是日本、法国、德国都非常重视节能技术的发展和研究。他们一方面在高性能大容量交流电机传动技术的研究和应用方 面远远走在了前面，另一方面他们还大力开拓调速技术市场，不断地扩大应用 范围，使电动机调速技术成为一个具有相当实力的产业部门。中功率级的变频 器已有产品大量投入市场，并应用于电力机车、船舶电力推进、轧钢、造纸等 高性能系统中。此外，其他70％的电动机也采用了各式各样的调速节能技术， 应用于各个领域，如风机、泵类、压缩机、提升机、运输机、破碎机、滚磨机、 轧机、纺织机、卷烟机及空调机等设备的传动中，遍及冶金、化工、发电、机 械、建材、石油、交通、纺织、造纸、煤炭、农业等生产领域及国防部门，从 而大大降低了单产能耗，并在相当程度上获得了产品质量效益、产量效益和环 保效益。 从20 世纪80 年代以来，我国在电动机调速技术的开发和应用方面有了较 大的发展，但与发达国家相比还相当落后。国内调速装置主要是晶闸管直流电 机调速，大多数用于冶金、化工、矿井提升及石油钻机等。这类系统虽然制造 技术成熟，但有很多缺点：直流电机造价高，维护工作量大，对电网污染严重， 正处于被淘汰状态。在大功率交流调速方面国内也做了一些研究工作，并生产 了一些国产交流凋速装置，但大多数是晶闸管交一交变频调速，成本高，性能 差，对电网污染严重．功率因数低，无功损耗大。本文介绍一种新型变压器耦 合的串联中压大功率变频器，其主要思路是用变压器将3 个三相半桥式常规逆变器单元的输出电压叠加起来，实现中压输出。并且3 个常规逆变器可以采用同一种控制方式，使电路结构和控制方法大大简化，很适合我国研制生产。 这种变频器构思巧妙，性能优越。 1 2000 年E．Cengelci 在文献中提出了一种新型的变压器耦合式三相半桥逆 变器单元串联叠加的中压大功率变频器电路，其主要原理是：用一个变比为1： l 的三相变压器，将3 个相同的三相半桥式逆变器相同相位的线电压，同极性 地串联在一起进行叠加，以实现中电压输出。3 个常规的三相半桥式逆变器可以采用相同的SPWM 控制方式，使变频电路大大简化。图1为这种新型变频器的主电路结构与电压电流关系图，其中图l（a）为主电路结构图，图l（b） 为变压器绕组图，图1（c）为电压电流关系图。这种新型的变频器由以下3 部 分组成。 （1）输入电路 是18 脉波整流器，其作用是分别向3 个三相逆变器提供直流电源，并提高变频器的市电输入功率因数，减少对市电电源的污染，实现输 入电流无谐波。 （2）逆变电路 由3 个相同的三相半桥式逆变器组成，其作用是将3 个独 立的直流电源，逆变成3 组相同的三相交流电。 （3）三相变压器 由三柑铁芯构成，其作用是将3 个半桥式逆变器相同相位的线电压，同极性地串联在一起进行叠加，以实现中电压输出一变压器的变比 是1：l，其结构型式如图l（b）所示。 3 个三相半桥式逆变器串联叠加式变频器的电压电流关系如图l（c）所示。 由图1（c）可知，考虑到交流电动机的线电压，变频器的电压关系为 由于三相变压器的变比为1：1，所以有 假设交流电动机的三相电流是平衡的，电流的有效值为I，在不考虑谐波电流的情况下，则考虑到变压器的变比为l：1，原边和副边电流相等，可以汁算 出N0．1 逆变器的三相输出电流为此 此外，N0．2、N03 两个逆变器的三相输出电流也满足式（5）所不的关系， 即 式（6）说明3 个三相半桥式逆变器的输出电流，都是完全平衡的。 由以上得到的电压、电流关系式，很容易得到这种变频器各组成部分之间 的功率关系。很显然3 个逆变器的视在功率是相等的，整个变频器的视在功 率为3 个逆变器视在功率之和 。 2 由于3 个逆变器的电压、电流和功率是完全对称的，因此3 个逆变器可以采用完全相同的控制方式，这时加在电机卜的线电压等于一个逆变器输出线电 压的3 倍。假定3 个逆变器都采用两电半SPWM 控制，以逆变器N0．1 为例，其SPWM 工作波形如图2 所示，其中图2（a）为NO.1 逆变器的电路图，图2（b）为其SPWM 工作波形。由于变频器工作在变频状态，SPWM工作在非同步方式，因此采用以载波三角波角频率为基准的双重傅里叶级数分析 法。为了方便，把载波三角波用两个“分段线性函数”来示，它们的斜率为 初始值为+Uc 和-Uc，这样三角波的数学方程式就可以写成式（7）的形式。 在图2（b）中，由上面的调制波形得到下面的二阶SPWM 波形时，以载 波三角波幅值点为界分成N 个区间，例如在x=ωct 的 系 统 分变频器 类 : 用 户 分无分类 类 : 标 签无标签 : 来 源无分类 : 发表评论 阅读全文(142) | 回复(0) 1 基于DCS的温度监控系统 发表于 2008-3-12 19:41:23 DCS 本文简单介绍了水处理DCS系统的构成、功能，论述了在DCS基础 上对循环水进行温度监控的原理、软件设计，该系统运行效果良好，节能效果 显著。 DCS；变频器；主/副控制 1 工业循环水在轧钢工业中占有非常重要的地位，其水温的高低直接影响到 加热炉和轧机等设备的安全和使用寿命。为及时准确的对循环水进行监控，莱 钢轧钢厂中小型车间水处理采用浙大中控SUPCON JX—300X DCS控制系 统。DCS控制系统把计算机、仪表和电控技术融合在一起，实现了数据自动 采集、处理、工艺画面显示、参数超限报警、设备故障报警和报表打印等功能。 并在此基础上开发了针对循环水温的温度闭环控制。 2 SUPCON JX—300XDCS采用高速工业以太网Scnet作为其过程控制网络，系统由工程师站、操作站、控制站、过程控制单元等组成，配置灵活。根 据水处理系统规模，水处理SUPCON DCS系统设计了1个控制站，1个操作 站（通过设置安全级别可兼做工程师站），构成两级结构。控制站是现场级， 直接与现场设备交换数据，完成整个工业过程的实时监控功能。操作站（兼工 程师站）是监督控制级，即可完成对系统的组态、又可实现对现场级检测、控 制、保护功能的管理。SUPCON JX—300X DCS系统的SCKey组态软件是一个全面支持该系统各类控制方案的组态软件平台。 通过SCKey组态软件可完成整个系统的控制站组态（系统I/O组态、控制方案组态等）、操作站组态 （画面设置、系统流程图组态、系统报表组态等）。系统构成如图1所示。 3 3.1 从生产热线循环回来的工业水流入1#、2#吸水井散热，并通过吸水井塔顶 的1#和2#风机进行降温，然后在1#、2#吸水井底部共用一个出水管为下一 个工序供水，水温要求控制在30ºC以下。本系统在吸水井出水管处安装Cu50热电阻对水温检测，把温度信号T1送入DCS的处理器，经过控制规律的 运算后给出控制信号，用以控制变频器来改变电机的输入电压频率，来改变电 动机的转速，带动风机降温，从而构成一个闭环的温度控制系统。变频器选用 两台日本SANKEN（300KW）通用型变频器，控制原理如图2所示。 根据循环水在吸水井底部热交换的特点，对1#、2#吸水井两台风机的电机 进行主/副控制，主/副电机依照不同的速度曲线驱动风机运转。1#、2#电机可 互为主/副电机选择，极大方便了操作工的操作。 3.2 为方便操作人员的操作，在操作站创建循环水温度监控画面，可在线显示 循环水的温度、变频器的速度反馈、报警等，进行1#、2#风机电机的启停控制和主/副选择控制。并通过切换安全等级在线修改主/副电机控制回路中的温 度、转速等控制参数。 针对循环水温度调节存在大滞后性的特点，对1#、2#风机电机采用分段控制方法，主/副电机控制曲线如图3所示：当循环水温度低于20ºC时，主/副风机电机变频器的输出电压频率均为20HZ。当循环水温度变高时，主控制回 路中的变频器的输出电压频率跟随增大，当循环水温度高于24ºC时，主电机全工频运转。副电机在循环水温度升至23ºC时，副控制回路增大副电机输入 电压频率，提高风机转速，当循环水温度高于28ºC时，副电机全工频运转， 与主电机一起为循环水快速降温。 4 自循环水温度监控投运以来，运行稳定、效果良好。在环境温度较高的夏 季可有效的把循环水温度控制在30ºC以下。达到了热线生产要求。在春、秋、 冬环境温度较低的季节，风机电机按控制曲线运行，较增加控制功能前的风机 全工频运行降耗35%。 5 利用DCS灵活的配置，以较低的成本对水处理工艺进行生产监控，为现场 操作人员创造了高效率的工作环境。在DCS系统的基础上，利用原有设备进 行温度监控，实现了节能降耗的预期效果。 系统分类: DCS 用户分类: 无分类 标签: 无标签 来源: 无分类 发表评论 阅读全文(158) | 回复(0) 0 一种新型的IGBT短路保护电路的设计 发表于 2008-3-12 19:40:51 IGBT 提出了一种直接检测IGBT发生短路故障的方法，在详细分析IGBT短路检测原理的基础上给出了相应的IGBT短路保护电路。仿真及实验结果均证 明该电路工作稳定可靠，能很好地对IGBT实施有效的保护。 IGBT 短路保护 电路设计 固态电源的基本任务是安全、可靠地为负载提供所需的电能。对电子设备 而言，电源是其核心部件。负载除要求电源能供应高质量的输出电压外，还对 供电系统的可靠性等提出更高的要求。 IGBT是一种目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，开关频率高，广泛 应用于各类固态电源中。但如果控制不当，它很容易损坏。一般认为IGBT损坏的主要原因有两种：一是IGBT退出饱和区而进入了放大区使得开关损耗增 大；二是IGBT发生短路，产生很大的瞬态电流，从而使IGBT损坏。IGBT的保护通常采用快速自保护的即当故障发生时，关断IGBT驱动电路，在驱动电路中实现退饱和保护；或者当发生短路时，快速地关断IGBT。根据监测对象的不同IGBT的短路保护可分为Uge监测法或Uce监测法二者原理基本相似，都是利用集电极电流IC升高时Uge或Uce也会升高这一现象。 当Uge或Uce超过Uge sat或Uce sat时，就自动关断IGBT的驱动电路。由于Uge在发生故障时基本不变，而Uce的变化较大，并且当退饱和发生时 Uge变化也小难以掌握，因而在实践中一般采用Uce监测技术来对IGBT进行保护。本文研究的IGBT保护电路，是通过对IGBT导通时的管压降Uce进行监测来实现对IGBT的保护。 采用本文介绍的IGBT短路保护电路可以实现快速保护，同时又可以节省检 测短路电流所需的霍尔电流传感器，降低整个系统的成本。实践证明，该电路 有比较大的实用价值，尤其是在低直流母线电压的应用场合，该电路有广阔的 应用前景。该电路已经成功地应用在某型高频逆变器中。 图１（ａ）所示为工作在PWM整流状态的H型桥式PWM变换电路（此图为正弦波正半波输入下的等效电路，上半桥的两只IGBT未画出），图1（b）为下半桥两只大功率器件的驱动信号和相关的器件波形。现以正半波工作过程 为例进行分析（对于三相PWM电路，在整流、逆变工作状态或单相DC／DC工作状态下，PWM电路的分析过程及结论基本类似）。 在图1所示的电路中，在市电电源Us的正半周期，将Ug2.4所示的高频驱动信号加在下半桥两只IGBT的栅极上，得到管压降波形UT2D。其工作过程分析如下：在t1～t2时刻，受驱动信号的作用，T2、T4导通（实际上是T2导通, T4处于续流状态），在Us的作用下通过电感LS的电流增加，在T2管上形成如图1（b）中UT2D所示的按指数规律上升的管压降波形，该管压 降是通态电流在IGBT导通时的体电阻上产生的压降；在t2～t3时刻，T2、T4关断，由于电感LS中有储能，因此在电感LS的作用下，二极管D2、D4续流，形成图1（b）中UT2.D的阴影部分所示的管压降波形，以此类推。分 析表明，为了能够检测到IGBT导通时的管压降的值，应该将在t1～t2时刻IGBT导通时的管压降保留，而将在t2～t3时刻检测到的IGBT的管压降的值剔除，即将图1（b）中UT2.D的阴影部分所示的管压降波形剔除。由于IGBT的开关频率比较高，而且存在较大的开关噪声，因此在设计采样电路时应给 予足够的考虑。 根据以上的分析可知，在正常情况下，IGBT导通时的管压降Uce（sat）的值都比较低，通常都小于器件手册给出的数据Uce（sat）的额定值。但是， 如果Ｈ型桥式变换电路发生故障（如同一侧桥臂上的上下两只IGBT同时导通的 “直通”现象），则这时在下管IGBT的Ｃ～Ｅ极两端将会产生比正常值大很 多的管电压。若能将此故障时的管压降值快速地检测出来，就可以作为对IG BT进行保护的依据，从而对IGBT实施有效的保护。 由对图１所示电路的分析，可以得到IGBT短路保护电路的原理电路图。IC4及其外围器件构成选通逻辑电路，由IC5及其外围器件构成滤波及放大电 路，IC2及其外围器件构成门限比较电路，ＩＣ１及其外围器件构成保持电路。正常情况下，D1、D2、D3的阴极所连接的IC2D、IC2C及CD4011的输出均为高电平，IC1的输出状态不会改变。假设由于某种原因，在给T2发驱动信号的时候，Ｈ型桥式PWM变换电路的左半桥下管T2的管压降异常升高（设 电平值为“高”），即UT2-d端电压异常升高，则该高电平UT2-d通过R2加在D8的阴极；同时，发给T2的高电平驱动信号也加在二极管D5的阴极。对IC2C来说，其反相输入端为高电平，若该电平值大于同相输入端的门槛电平 值的话，则IC2C输出为“低”。该“低”电平通过D2加在R-S触发器IC1的R输入端，使其输出端Ｑ的输出电平翻转，向控制系统发出IGBT故障报警信号。如果是由于右半桥下管T4的管压降异常升高而引起IC2D输出为“低”，则该“低”电平通过D5加在R-S触发器IC1的Ｒ输入端，使其输出端Ｑ的输出电平 翻转，向控制系统发出IGBT故障报警信号。由IC5A和IC5C及其外围器件构成的滤波及放大电路将选通电路送来的描述IGBT管压降的电压信号进行 预处理后，送给由IC5B构成的加法器进行运算处理。若加法器的输出电平大 于由R22和R32确定的门槛电平，则会使R-S触发器IC1的R端的第三个输入端为“低”，也向控制系统发出IGBT故障报警信号。改变由R22和R32确定的门槛电平，就可以灵活地改变这第三路报警信号所代表的物理意义，从 而灵活地设计保护电路。端子T4-d、T2-d，分别接在T4、T2的集电极上，T4-G、T2-G分别接IGBT器件T4、T2的驱动信号。在电路设计时应该特别注 意的是，D8、D5、D9、D4必须采用快速恢复二极管。 当图１所示的PWM变换器工作在单相高频整流模式下，应用PSPICE仿真软件对电路进行仿真研究。仿真波形相当于在电路中IC5B的第7脚观察到的信号波形。仿真结果表明，检测电路可以快速、有效地将PWM变换器的下管导通时的管压降检测出来。图3所示波形是实际电路工作时检测到的相关波 形。图中，１＃通道显示的是单相高频整流电感电流的给定波形，２＃通道显 示的是实际检测到电路中IC5B的第７脚的工作波形。比较图2和图3可以得出，该检测电路可以快速、有效地检测出IGBT导通时的管压降，从而对IGBT实施有效的保护。 图4所示为IGBT过流时实际检测到的PFC电感中流过的电流及保护电路 动作的波形。 电路实际运行结果证明，本文介绍的IGBT短路保护电路可以有效地对IGBT实施保护，成本低，动作可靠。实践证明，该电路有比较大的实用价值，尤 其是在低直流母线电压的应用场合，该电路有广阔的应用前景。该电路已经成 功地应用在某型３KVA高频逆变器中。 系统分类: 工业无线 用户分类: 无分类 标签: 无标签 0 来源: 无分类 发表评论 阅读全文(209) | 回复(0) 智能IC卡电能表设计 发表于 2008-3-12 19:40:06 IC 为了减少电能收费管理中人力、物力的浪费，减少不安全因素，本文进行了智能IC电能表设计研究，通过多种技术手段，降低了仪表的功耗，提 高了仪表的测量精度．使仪表具有较高的可靠性．科学地计算用电量，为用 电用户与供电公司之间提供了准确的收费依据；智能电能表具备预付费功能 和密码保护功能，从根本上解决了供电公司收费难的问。 IC卡的使用与其应用系统是密切相关的。一方面，采用IC卡可以使系统的运作更富创造性；另一方面．应用系统又会不断地对IC卡提出新的要求．促使其功能更加完善。因此．怎样把IC卡与实际应用有机地结合起来。充分发 挥IC卡的优越性．一直是IC卡技术的一个重要课题．智能IC卡电能表就是 IC卡技术的一种实际应用。 1 IC 智能IC卡电能表是将传统的电能表的机芯和高水平的测控电路集成在一个 整体的表壳内，既保持了计量精度．又具备了表计运行状态的自动化管理功 能。同时能杜绝人为破坏系统和私自开启IC卡控制系统导致的控制失灵行为。 智能IC卡电能表在电子计量工作原理基础上．加上西门子SLE4442IC卡控制器和PIC16C62B单片机构成智能IC卡控制功能。当计量模块发出脉冲 号或用户插入IC卡时．仪表进入相应工作状态。首先，运算控制模块将存储 在电能表数据存储模块中的用户电量剩余值取出并在LCD液晶显示模块上显示。接着，判断是否是计量脉冲到来，若是则启动计数及计算功能．计算此 时的用电量．经过一定的运算得到这段时间中用户消耗的用电量。那么，上 次用户预购电量剩余值减去用电量后，得到的就是新的用户预购电量剩余值。 如果该值小于某一值时，仪表输出指令关闭开关，停止对用户的电能供应， 电能表也进入低功等待状态。此时用户可以持IC卡到供电单位购电。 当该用户将已经购电的IC卡插入电能表的IC卡接口中，电能表被唤醒。如果IC卡是合法卡，电能表将IC卡中储存的预购电量数据解密后与原来用 户预购电量剩余值相加得到新的用户电量剩余值，同时擦除IC卡中储存预购电量数据．打开继电器开关．从 而恢复了对用户的电能供应，电能表随后又 进入计量状态。预购电量剩余值、累积电量等可用按键选择查看。若用户电 量预购剩余值过少时，电能表将提示用户需要购电。 11 智能IC卡电能表选用PIC16C74作为其控制模块。PIC系列微控制器是美国Microchip公司率先推出的采用精简指令集计算机fRISC——Reduced Instruc．tion Set Computer）、哈佛（Harvard）双总线和两级指令流热线结构 的高性能价格比的8位嵌入式控制器（Em．bedded Controller）。它具有高速度（每条指令最快可达160ns）、低工作电压（最低工作电压可为3V）、低功耗（3V，32kHz时耗电151µA） 及较大的输入输出直接驱动LED能力（灌电流可达25mA）。芯片的低价位、小体积、指令简单易学易用（35～37条指令1及优秀的抗干扰能力都体现了微控制器工业发展的新趋势。其中PIC16C74型单片机更具有静态低功耗休眠功能和通过内部或外围中断方式唤 醒转入正常工作方式功能。考虑到经济性和实用性．智能IC卡电能表开发调试阶段采用紫外线可擦除双列直插式芯片．最后现场运行产品选用的是一次 性用户可编程型器件OTP。PIC16C74作为智能IC卡电能表的核心器件，采 用串行通信方式与IC卡、EEPROM，DS1302等外围器件连接、通信，简化 了件电路，从而降低成本。 12 最早的电子式电能表只能通过使用分立元件来实现，但是随着微电子技术 的发展，电能计量新技术和新产品不断问世，目前已开发出用于各种电能计量的专用集成电路，如单相电子式电能表专用集成电路BL0931、单相全电子式电能表专用集成电路BLo932、静止式电子电能表专用大规模集成电路GW6832PA等。虽然这些电路在内部集成了电能检测电路．但是其外围电路的设 计和调整比较复杂，因此在设计中采用了电能表专用厚膜电路HDB6作为电 能测量芯片。 电能表专用厚膜电路HDB6是一种采用厚膜工艺技术，把计量IC与其相关的阻容元件二次集成到陶瓷基板上的模块化单元电路。由于采用厚膜工艺技 术，使得电路的绝缘性能、阻值精度、温度特性、外部环境适应性都比一般分立焊接的电路有明显的改善，而且计量电路外围芯片的高度集成减少了贴 装（插装1元件及焊接点，提高工效，增加产品可靠性及设计产量。同时HDB6还采用单排直插式引脚．使得电能表内部结构简单，便于装配、调试和维 修。 HDB6的实际工作电路。其中AC— OUT1是220V交流电压的火线输入； AC_OUT是220V交流电压的火线输出；DATA1是经过光耦隔离输出的功率 脉冲。由于220V交流电压不能直接加到芯片内部的计量IC的输入端，所以计量IC中所需的 电压采样值和电流采样值是通过电阻网络对电压进行分压 和对锰铜合金上的负载电流采样得到的。获得的电压及电流采样值被送入计 量IC中的乘法器相乘．乘法器输出经过转换器转换为占空比反应瞬态功率的 脉冲序列输出。 R3 是一个小电阻的锰铜片电流采样电阻，从R3 上采样得到的电流经过能 R2和R 5输入到计量IC的采样电流输入端，可在电能表的小电流线性出现 正偏差或负偏差时通过调整保证输出的线性化，其取值与R3 上2线端选取的位置有关。电流采样电 阻R3 的大小选取一般存在以下问题：选取的电流采 样电阻过小时，芯片对于小信号的处理就比较差，特别是小信号时的非线性 误差和启动电流的指标容易变坏；而若电流采样电阻选取得太大，则会因为 受到电流输入端动态范围的限制，使电能表的过量程指标降低。为此在设计 中，与HDB6一同购买了370µΩ 的电流采样电阻，这样直接选取100µΩ的R2 和R5 就可以基本实现输出的线性化。在这里输出的脉冲为3750P／kWh。c3和c5用于实现电源滤波，在HDB6内部的计量IC需要输入+5V和一5V电压，所以HDB6中通过阻容分压、半波整流、电压箱位来实现供电，通过 接入C3、C5 ，可滤除交流电所带有高频信号。 在HDB6的电路中采用高精度的手表晶体谐振器作为时钟基准源。在电能 表正常工作时要求该晶体必须稳定可靠的工作。也就是说在长时间工作中， 晶体必须保持在一定的振荡幅度范围内，若晶体出现老化将导致频率漂移、 停振而影响电能表的正常工作。在设计中使用的是谐振频率为32768Hz的晶体振荡器。接在11脚的R，用来调整电能表输出的相对误差，只要选取适当 的阻值便可使此电路的相对误差控制在规定范围内。在实际应用前，通过比 较功率表与测量的功率值，手动调整R，来实现测量模块的精度。 13 IC IC卡读写接口电路主要由IC卡卡槽和保护电路构成。当卡插入卡槽时，各 引脚一一相连，实现了PIC单片机和IC卡的串行通信，并对插卡进行保护， 硬件电路图如图3所示。与SLE4442相连3个I／0 口（RST，CLK，t／o）均需接上拉电阻，若选用的单片机I／0口内有上拉电阻，则可以省去；也可 以加钳位保护二极管，抑制由于线路干扰和逻辑电平变化的边沿抖动所带来 的瞬态过压。在电压稳定、干扰很小的情况下，可以不加。 智能IC卡电能表的拔插式卡槽采用滑动触点．具有电路接触良好、通信可 靠的优点。其卡插入检测开关K2在无卡插入时为高电平；当卡插入到位时， 该引脚为低电平（与K1短接），使得单片机能检测到IC卡插入。IC卡的电源Vcc应受控于单片机，即IC卡插入卡座后才给IC卡供电，取卡后则不供 电。具体方法为采用能提供IC卡所需10mA电流的受控三态门或三极管，这 样可以有效地防止带电拔插，延长IC卡的使用寿命。若被铁片插入，单片机 能检测到短路．则不让RAO输出低电平，从而使IC卡断电。 14 在显示控制上，为了建立良好的人机交互界面．选用段式液晶显示器SMSO868。显示模块用于根据不同按键操作，分别显示当前系统时间、用户设定 的时间、预存金额、流量、温度、压力以及出错信息等。显示部分采用的是 段式液晶显示模块，可以显示8个数字和6组提示符。该模块为反射式正显 示，用三线式串行接1：I与计算机进行通信。 上电初始化时，应先依次输入“100”，再输入8位指令码．对LCD进行相应设置，送完指令码后CLK脚需再送一个空脉冲。接着，用户可以将需要显 示的数据，按映象位顺序转换成对应二进制显示代码，放在固定数据存储地 址进行调用显示。本系统即将其存放在数据寄存器BCD0～BCD7中。在CS、CLK均为低电平时，先从DI脚输入“101”，然后只需按照时序将待显示数据 的代码逐次移位输入DI脚，CS跳变将所输入的数据锁存，进行显示。 2 智能IC卡电能表的功能是在软件支持下完成的。其软件采用PIC系列单片机的汇编语言编写。由于汇编语言编写的程序，结构紧凑，效率高，程序全 部固化在PIC16C62B单片机的2K字节的程序存储器中。 21 主程序流程，上电初始化后进入主循环：首先是按键检测。然后是电源电 压检测，用来检测电源掉电和电池电压不足。IC卡检测是为了判断是否有卡 插入。在卡正确插入的条件下，对卡进行识别和读写。电能表脉冲检测程序 则是根据有无脉冲来判断是否正常用电。并根据不同的检测结果进行相应的 处理。经以上检测之后，通过液晶显示出电能表控制电路的相关信息以及用 电量。 22 IC IC卡检测流程采用了模块化设计。首先检测是否有IC卡插入。在正确插入的前提下。对IC卡进行密码校验。读取IC卡存储单元中的内容后。对卡进 行鉴别，识别出是哪一类型的卡，其中包括初始化卡、定量卡、清零卡、用 户卡四种类型。根据鉴别结果进行相应的处理。 23 电能表的脉冲检测实际上就是对数字量的采样。为防止外界干扰。对电能 表电量的采样是通过两个脉冲的检测后确定一个有效脉冲。脉冲存在时就在 现有电量的基础上减1。直到电量达到报警值时，蜂鸣器进行声音报警，提示 购电。 3 本智能IC卡电能表数据加密是通过对密码存储器的操作实现的。通过校验 密码校验输入密码与芯片内的密码是否相符。若相符则对主存储器的写操作 使能，以及对密码存储器的读写使能；若错误，计数器则将失败的校验次数 记录下来。为了防止通过多次校验以获取密码的可能性。设计了连续3次错 误校验芯片自锁功能。 同时，IC卡作为预付费电能表的信息传送载体，其加密卡的密码安全关系 到其加密数据的保密性。新购入的批量IC卡，一般都拥有相同的通用密码GP。为此实行一张卡一个密码。同时，电能表如何安全、方便地获得IC卡新 密码NP，也是必须加以关注的。其实现步骤如下： （1）收费站计算机系统安装初始化收费站特征号，比如CH、ZH。系统将 数据存入加密钥模块。 （2）在进行新用户开户时，按次序分配一个唯一的ID，计算出中间密码值MP=f1（CH，ZH，ID），将MP写在IC卡的应用存储区，ID写在IC卡上的 保护存储区，生成新密码FP=f2（MP），取代原通用密码GP。 （3）第一次电能表插卡，电能表读取用户号ID、MP，生成IC卡新密钥F P=f2（MP），存储户号ID 和FP，擦除MP。 （4）再次购电时，系统软件将读卡上户号ID以及加密钥内的CH、ZH，生成新密钥FP=f2（f1（CH,ZH，ID）），核对正确后进行购电写卡操作。 （5）电能表再次插卡，电能表首先将对储存在表内的FP值与IC卡密码进 行校核．正确后方可进行读入购电量等操作。 利用上述操作，IC卡电能表就有了新的IC卡密码，并保持不变，电能表和IC卡储值卡之间建立了一对一对应关系。这种IC卡密码安全方案最大优势在 于管理系统内不保存每一新卡的新密码，每一次购电时可根据公开的用户号ID运行不公开的算法生成， 这就从各个环节最大限度保证了IC卡密码不被泄 露，从而预防了非法用电现象的发生，保护了供需双方的利益。 4 经实验表明．该电能表具有精度高、抗干扰能力强、并且不受功率因数大 小影响的特点。计量精度达到0．5等级。而市场销售的同类电能表的计量精 度为1．0等级或更低。该电能表在长时间的实际使用测试过程中没有出现死 机等情况。另外，该电能表还具有体积小、成本低、工作可靠、便于安装调 试和电量低等特点。完全能满足工业及民用的要求。 5 智能IC卡电能表运用脉冲扫描解决了收费难问题，保障了供电公司和消费 者双方的利益不受侵害。这是本电能表设计中的一大特色。该电能表在硬件 电路设计中紧跟电子产品市场走向，采用当前功能比较强的PIC系列单片机、总线结构技术、SLE4442逻辑加密存储卡以及LCD液晶显示电路。同时，从IC卡密码安全、卡上数据加密、数据校验等几个方面进行工作，提出了一个 新的“一卡一密，数据加密，双向鉴别”的综合数据安全方案，该方案简单实用、 安全可靠．为IC卡预付费仪表提供了一个新的思路。 系 统其他技术 分 类: 用 户无分类 分 类: 标无标签 签: 来无分类 源: 发表评论 阅读全文(72) | 回复(0) 0 基于FF的智能阀门定位器通信接口的开发 发表于 2008-3-12 19:39:29 FF 根据智能阀门定位器总线化的要求，开发了基于FF协议的通信接口，阐述了双处理器结构的OEM开发思想，给出了实现FF通信的详细步骤和开发工具。经测试，阀门定位器实现了FF总线通信功能，证明了开发方案的可 行性。 现场总线 基金会现场总线 通信接口 圆卡 阀门定位器 1 基金会现场总线（FF）是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展 前景的现场总线技术。它分低速（FF-HI）和高速（FF-HSE）两部分，并且均被现场总线国际标准IEC61158所采用。由于FF协议把通信和控制两大部 分功能结合在一起，因此协议本身的体系结构非常复杂。从实现方面来说，虽 然FF协议本身是公开的，但是它并不涉及协议的实现，因此有许多有关实现 的工作要做。 本文讲述了FF-HI总线智能阀门定位器的通信接口的开发，对于其它4-20mA设备或者智能设备的基金会现场总线通信接口的开发，有一定的参考价值。 2 2.1 开发方案 在对不同的现场设备开发思路进行分析、比较的基础上，采用了双处理器 （CPU）结构的原始设备制造商（OEM）开发方案，即智能阀门定位器的硬 件部分主要由仪表卡和圆卡构成。其原理结构如图1所示。 图1 FF总线智能阀门定位器原理结构图 仪表卡采用MSP430单片机做主芯片，实现智能阀门定位器的初始化、阀 位反馈、报警、显示等基本功能，这部分软硬件的开发已经完成；通讯圆卡为 数据传输和控制部分，需要完成现场总线的通信和各种控制算法，本设计使用 经认证的通讯圆上学简化了圆卡的硬件开发，只需完成仪表卡CPU与圆卡CPU之间的通信接口、圆卡和FF总线通讯和设备功能块的调用等功能的软件 开发。 2.2 开发工具 本文采用了Fielbus Inc公司提供的现场设备开发工具包进行通信接口的开 发。此工具包包含了设备开发和组网运行的必要元素，使用户不必对低级现场 总线协议有深入的了解，就可以方便地设计出新的总线产品。该套开发工具包 括：圆卡、串行编程子卡、PC机接口卡、圆卡编程工具、FF-HI通信栈软件、 FI功能块应用软件、电源、电缆及其它工具。 HI现场总线圆卡是开发FF兼容设备的硬件接口，采用总线供电，可接口 到符合FF-HI协议的网络中。圆卡使用MC68331嵌入处理器和可编程的128 KB×16闪存运行通信栈接口库、功能块壳和用户应用程序。同时有一个128KB×16SRAM提供易失性存储器，用来存储总线管理信息库参数和块参数。圆卡与仪表卡测量部件的连接通过串行编程子卡实现。子卡可以执行DIO、A /D、D/A功能，通过2×21针WI插口与圆卡连接。 3 本文采用串行通讯接口方式实现圆卡与仪表卡的通讯。其中，圆卡担当主 叫方，发起通讯，仪表卡担当从机，响应圆卡的通讯。圆卡通过串行函数完成 呼叫、发送和接收数据的功能，仪表卡采用串行中断方式实现串行通讯处理。 串行函数在圆卡和串行设备之间提供一个传递数据的通用方式。它和用于 与串行设备进行通讯的通信栈协议及功能块壳的调用功能相互独立。对于使用 三线串行通讯方式的通讯，串行函数提供了两种数据格式，其中通用串行格式 为通用主/从命令/响应串行协议，需要用户对命令及响应数据包进行编码和解 码。 串行函数可设置为连续发送/接收一个定义的命令序列，该序列由nihDefineSequence和nihSendCommand函数定义。nihDefineSequence定义发送给设备的序列中的命令行数，nihSendCommand定义序列中的命令。一个命令 是一个串行的相互动作，它包括一个发送、一个接收或两者。当完成对序列中 最后一个命令的定义后，序列按照命令定义的顺序发送所有的命令。使用nihDefineSequence或nihSendCommand函数取消序列的运行。使用函数nihDefineSequence和nihSendCommand可修改命令数据并保留命令序列中最后 的响应数据。直接调用nihPutData，设置发送缓冲器中要改变数据的当前值， 也可调用nihGetData，保留序列最后一次执行时，从串行设备接收到的数据 包。调用nihsetparam函数可设置圆卡的通讯参数，如命令重发次数、前导码 数目、超时、串行协议类型、波特率、校验类型、停止位。 4 圆卡执行NI专门为FF设计的且通过了FF一致性测试的通讯栈软件，可完 成链路主设备LAS和基本设备的通讯任务。此外，圆卡执行NI功能块壳软件，该软件为开发FF所需的块提供一个应用程序接口。圆卡应用的开发步骤如下。 4.1 写设备模板，并将设备模板转换为C代码 设备模板是一个ASC?码文件，包括设备辩识、设备中的物理快和功能块， 以及设备的参数等内容。模板文件包括若干部分，每一部分均由一关键字及其 描述组成。次序如下：VFD，UDER_TYPE，BLOCKS，TRENDS，VARLISTS。根据阀门定位器的功能，本设计选用了PID功能块和AO功能块。 设备模板由设备代码生成器转换为C代码。设备代码生成器codegen.exe 的命令行为： codegen devicetemplate.dat outputfile.c nifb.sym其中devicetemplate.dat 为设备模板文件名，outputfile.c为转换完的输出文件名。 4.2 写用户应用文件 用户应用程序为实现定位器功能的主要部分。它利用功能快壳所提供的与FF通讯栈的高级接口，处理有关网络通讯的参数读写，完成总线通讯功能。并 通过注册回调（callback）函数和执行功能快具体算法实现FF标准功能快功 能。用户应用程序的程序框图如图2所示。 图2 用户应用程序框图 （1）写功能块的回调函数，userStart函数以及注册回调函数。 回调函数完成以下两种功能：执行功能块算法以及处理报警确认和辩识。 当功能快被调度执行时，功能块壳调用开发设备所定义的回调执行函数，在回 调执行（CB_EXE）函数中编写算法以完成需要功能块执行的动作。CB_EXE 函数的定义格式为：void（CB_EXE（HDL_BLOCK hBlock）。 userStart函数在通讯栈启动时被自动调用，可以初始化功能块壳并通过它 注册开发设备的Callback函数。功能快应用进程使用注册函数以通知功能块 壳用户应用的特性，包括用户定义的数据类型、物理块、变送块、功能块、块 参数等。在userStart中调回用shRegistCallback函数注册Callback函数。 （2）指定系统时钟和RAM大小，定义和安装中断处理器。 在圆卡应用程序和源代码中声明并定义两个全局变量： SystemCleckSpeed和Ramsize，其初始化有效值分别为： SystemCleckSpeed，选择1代表4 MHz的时钟；Ramsize，选择2代表256KB。 圆卡提供优先级数为3、4、6的中断引脚，它们可为圆卡的任何中断源所 使用，同时还能使用CPU的内部模块产生必要的中断。如在设备应用中使用中断，则必须在用户应用程序中安装中断处理器，并用niInstallIntHandler作 栈功能调用。本设计中未使用中断处理器。 4.3 生成设备组态并将设备组态转换为C代码 设备组态文件包括数据链路组态和系统管理组态，它们对设备类型（基本 设备或链路主设备）、节点地址、设备ID号、设备位号、设备调度时间单位、 调度时间表进行了定义。 运行组态生成器，将ini文件转换成为可链接的.e文件。其命令行为： efggen device.ini devicecfg.c 其中，device.ini表示设备组态文件，devicecfg为输出的.c文件的名称。 4.4 编辑、链接并下载程序 在调试环境下，下载链接器输出文件到RAM进行调试，全调试后，生成二 进制格式，使用biBum.exe命令，将程序代码下载到闪存中。第一步是编辑， 将设备代码生成器生成的.c文件、组态生成器生成的.c文件（包括userStart函数，callbacks函数）转化到.o格式，第二步，将它们与NI的通信栈软件nistack.lib相链接。该圆卡库文件包含通讯栈协议和功能块壳。最后用户应用 与库链接完成后，从链接器的输出文件中提出对象字节，并将它们转换为二进 制的格式。这样便可将它们下载到目标处理器的存储器中。 4.5 烧写内存 圆卡使用niBurn.exe命令通过主机上的RS-232口和串行编程子卡上的串 口烧写内存，而无需外部PROM烧写器。 5 使用开发工具包括提供的NI-FBUS组态器和NI-FBUS监视器，采用AT-FBUS板作为链路主设备对圆卡进行整机测试，测试结果表明，自主开发的阀 门定位器与圆卡连接之后，在实现电气智能阀门定位器功能的同时，可能与其 它总线设备互操作，可以接受链路主设备的功能块调度、参数读写、参数传递， 这表明仪表能正常运行于FF总线之上，具备了FF总线仪表的功能，同时证 明了整体设计方案和所采用的开发方法是可行的。 系 统 分其他技术 类 : 用 户 分无分类 类 : 标 签无标签 : 来 源无分类 : 发表评论 阅读全文(57) | 回复(0) 0 基于Web的故障诊断技术的实现 发表于 2008-3-12 19:38:50 Web 介绍基于Web的故障诊断系统的结构及其故障诊断方法，并利用ASP和MATLAB技术实现在线诊断的方法，利用LabVIEW的DataSocket技术实现网络诊断的方法，以及如何用VisualC++设计COM组件实现基于Web 的故障诊断方法。最后对三种网络故障诊断方法进行了比较。 故障诊断；组件；MATLAB；LabVIEW 随着Internet技术与Web技术的迅速发展，建立开放式、可扩展的远程故 障诊断系统成为现实，它是Internet技术、通信技术与机械设备故障诊断技术 相结合而发展的产物。随着Internet的日益普及，机电设备监测诊断模式正经 历着新的革命。经过单机封闭式监测诊断系统到基于工业局域网的分布式监测 诊断系统（DMDS）之后，基于广域网的远程故障诊断系统的研究和应用受到 广泛的关注。 Web 远程故障诊断系统采用的技术比较多，国内外在这一领域的研究也日益深 入，在研究方案选择上有多种的思路。本系统采用B/S结构搭建，诊断服务器端实现了MATLAB诊断技术、LABVIEW诊断技术及COM诊断组件技术的融合，进行了一些新的探索。远程故障诊断系统结构，如图1所示。 图1 监测诊断系统结构 基于Web的远程故障诊断系统进行故障诊断的过程如下：设备运行现场的 数据采集系统，根据设备运行特点，利用传感器在线获取设备运行的振动、温 度、电流、电压等状态信息。同时，计算机监测系统对采集回来的信号进行实 时处理，显示各种信号的数值和图表，判断设备是否正常运行。一旦出现异常 情况，立即发出警报信号。此时，用户只需打开Web浏览器，输入故障诊断中武汉科技大学学报（自然科学版）2005年第4期心的URL地址，就可以访问到故障诊断中心服务器。该站点向用户提供Web页面指导，用户交互输入待诊断的有关观测数据，选择相关的诊断方法，提交后发送到Web服务器。Web服务器接着执行某一ASP程序，对用户请求进行处理，调用故障诊断服 务器上的故障诊断组件，对数据进行诊断分析，并将处理结果以网页形式由 Web服务器返回给客户浏览器，用户即可在浏览器上看到诊断结果。系统结 构如图1所示。 基于Web的故障诊断，主要是利用动态网页技术编制交互性较强的网页， 由远程客户浏览器启动，实现对设备的诊断。本文主要介绍其中的关键软件实 现技术：数据库访问技术、故障诊断组件的编制技术及其在网页中的调用技术。 数据库访问技术 数据库服务器安装Microsoft公司的SQLServer2000，现场在线监测系统得到的数据通过网络实时送往数据库服务器中保存和管理。目前在Windows环境下有多种访问Web数据库的技术，这里采用ActiveX数据对象（ADO）。 ActiveX数据对象（ADO，ActiveX Data Objects）是通用数据访问（UDA，Universal Data Access）的核心技术。当用户使用浏览器请求ASP主页时，Web服务器响应，调用ASP引擎来执行ASP文件，解释其中的脚本语言（JavaScript或VBScript），用组件ADO（ActiveX Data Objects）完成数据库访问操作，最后ASP生成包含有数据查询结果的HTML页并返回用户端显示。 在ASP中访问SQL Server数据库关键代码如下： <% setconn=Server.CreateObject（“ADODB.Connection”）//建立连接对象 conn.Opencon.open“PROVIDER= SQLOLEDB；DATASOURCE=SQL服务器名称；UID=sa；PWD=数据库 密码；DATABASE=数据库名称” sqlStr=“SQL语句?”//指定要执行的SQL命令 rs=conn.Execute（sqlStr）rs=Server.CreateObject（“ADODB.RecordSe t”）//建立记录集对象 rs.MoveNext//指向下一条记录 rs.close（）//关闭连接 conn.close（）//关闭数据库 %> 故障诊断组件的编制及其在网页中的调用技术 MATLAB诊断技术 MATLAB的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory）。它是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件。在系统开发 中，要把时域波形、功率谱分析、相关分析、滤波、倒谱、频率细化、曲线拟 合、小波分析等信号处理方法编成相应的m文件存放在SQL Server数据库服务器上，等待调用。客户端用户选用以上任一种方法后提交给服务器端执行， 服务器将分析结果再返回给客户浏览器。MATLAB提供了COM/DCOM接口，用户可以在ASP网页程序中执行MATLAB命令。下面是MATLAB编写的小 波分析的m文件的主要代码（其结果见图2）： 图2 用Matlab进行小波分析 functionwavelet（J，K，CH，FS，FILENAME，SCALE，OFFSET） //CH采样通道号；FS采样频率 DATA=load（FILENAME）； [lc]=size（DATA）； N=l； SIGNAL=DATA（：，CH）3SCALE+OFFSET； T1=0；T2=（N-1）/FS；T=T2-T1；[c，ll]=wavedec（SIGNAL，J，?db1 0?）；//尺度 UD（：，1）=wrcoef（?a?，c，ll，„db10?，J）； For j=2：1：J+1 UD（：，j）=wrcoef（„d?，c，ll，„db10?，j-1）； End t=（0：（N-1））/FS； P=UD（：，K）； P=P?； P=mat2str（P3100，3）； P 采用ASP调用MATLAB应用程序关键代码如下： <% SetMatlabapp=CreateObject（“MATLAB.Application”）//创建对象 StringReturn=Matlabapp.Execute（“MATLAB语句”）//执行MATLAB算 法 SetMatlabapp=Nothing//关闭对象 %> LabVIEW诊断技术 Labview是一种用图表代码来代替编程语言创建应用程序的开发工具。充 分利用了PC价格便宜（相对于其他测控仪器）、功能强大的特点。使用图形 语言（G语言）、图标和连线代替文本的形式编写程序。其最大的优点是编 程简单、界面友好，可以很方便地把实验数据以图表的形式呈现出来。 在LabVIEW下设计虚拟仪器，用不同的仪器来显示速度、位移、功率等值。 在浏览器中，用户可以获取系统设置和当前的运行状态，而且系统工作状态可 以实现共享。GWebServer可以将LabVIEW环境下设计的虚拟仪器前面板发 布到Intranet或Internet上，远程用户可以通过浏览器使用现场运行的虚拟仪 器。利用GWebServer并结合LABIEW提供的CGIVis和CGIAnimations编程工具，在浏览器中就可实现启动、停止、参数传递、密码保护等用户交换功 能。 LabVIEW采用DataSocket技术解决网络编程问题。DataSocket是NI公司提供的一种基于TCP/IP协议的网络编程新技术。它支持本地文件I/O操作、FTP和HTTP文件传输、实时数据共享，并提供通用的API编程接口。它包括两部分，即DataSocketAPI和DataSocketServer，前者提供统一的编程接 口，作为客户，可以在多种编程环境下与多种数据类型通信。NI分别提供了DataSocket的ActiveX控件、LABWindows/CVIC库、一系列的LabVIEW的Vis，所以可以在任何编程环境下使用。本课题使用ActiveX控件形式，通过DataSocketServer，借助DataSocketAPI程序发布，并以很高的速度广播实 时数据到多个远程客户端。并且将DataSocketActiveX控件进一步封装，实 现具有一定功能的ActiveX控件并集成到Web页面上，同时将现场数据发布 到DataSocketServer上。这样，用户通过浏览器就可以访问该Web页面。 用此方法实现的滤波如图3所示。 COM组件诊断技术 COM组件是遵循COM规范编写，以Win32动态链接库（DLL）或可执行文件（EXE）形式发布的可执行二进制代码。ActiveX控件是应用得最广泛的 COM组件。通过ActiveX技术，程序员能把可重用的软部件组装到应用程序 中去，控件由三部分组成：控件外观是公有的，用户能看到它并能同它进行交 互；控件的接口，包括控件的所有属性、方法和事件也是公有的，任何包含该 控件实例的程序都会用到它；控件的私有部分是它的实现，即控件工作的代码。 也就是说，控件的实现效果是可见的，但代码本身不可见。用户通过继承控件 私有部分，修改其可见部分，就能匹配新的应用需求。本课题采用VC++自编一个ActiveX控件，实现采集信号波形图的绘制。在使用VC++开发ActiveX控件时，有两种比较常用的选择：Microsoft基础类库（MFC）和Active模板 库（ATL）。在这里，采用ATL进行开发。 图3 用LabVIEW进行滤波 ATL提供了生成ActiveX控件的小型精致框架。这种框架可以方便地建立 小型的、快速的、基于COM的组件。ATL的使用给软件开发人员在实现组件的时候带来了更大的灵活性，可以不依赖于任何辅助的DLL文件。ATL是开发ActiveX的充满活力的平台，它将在不断地发展过程中，逐渐成为开发ActiveX组件的主流工具。但是MFC的长处正是它的短处，也就是它缺乏对通用 类和工具的支持。 在VC++6.0开发平台中通过“ATLCOMAppWizard”建立ATL工程，并插入NewATL0bject，完成对象的属性设置，点击Next，在Name表项的shortname中输人控件名称Drboxt，这时可以看到在其他各栏中wizard自动生成了各项的名称，这些名称可以修改，单击确定。这时打开ClassView，将会发现增加了一个类CDrboxt和一个接口IDrboxt，这是为新建的控件准备的。该控 件的属性和方法的声明，就加在接口的声明中，而把其实现加在新增加的类中。 接口的声明在一个idl（InterfaceDefineLanguage）文件中。由于要在网络中 使用此控件，所以必须对其安全性进行设置。在此采用IObjectSafety将控件 标记为初始化/脚本安全。CDrboxt类的定义如图4所示。 classATL_NO_VTABLECDrboxt： publicCComObjectRootEx， publicIObjectSafety， …… ｛public： STDMETHOD（get_Yunit）（/＊[out，retval]＊/short＊pVal）； STDMETHOD（start）（）； UINTm_timer； ……｝ ASP调用组件关键代码如下： <% Set Obj=Server. CreateObject（"Huabo.Drboxt"）//创建对象 obj.start（）//调用方法实现画波形图 set? Obj=nothing//释放对象 图4 COM组件实现绘波 以上三种实现基于Web的故障诊断软件技术各有如下特点： （1）MATLAB语言易学易用，不要求用户有高深的数学和程序语言知识， 不需要用户深刻了解算法及编程技巧。MATLAB既是一种编程环境，又是一 种程序设计语言。这种语言与C，FORTRAN等语言一样，有其内定的规则， 但MATLAB的规则更接近数学表示，使用更为简便，可使用户大 大节约设计时间，提高设计质量。应用MATLAB技术不需开发专门的软件，它本身就 带有大量的信号处理工具，直接调用就行，大大降低了对使用者的数学基础和 计算机语言知识的要求，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接 输出结果和精美的图形拷贝，其成本较低。 （2）虚拟仪器技术的好处有：不需开发专门的客户端软件，开放性好，用 户随时可以加入；服务器端不需编写专门的网关处理程序，可以直接用该工具 包的VI实现；原有的LABVIEW应用可以提升到网络环境，通过FTP，SMTP自动传输数据和信息，便于远程进一步分析。虚拟仪器不但功能多样、测量 准确，而且界面友好、操作简易，维护费用低廉。与其他设备集成方便灵活， 还有可以扩展的功能。 （3）COM组件技术需要自己编写程序，开发及调试困难，技术难度较高，对开发人员有一定的要求，开发成本也较另外两种方法高。但是升级、修改组 件不需修改页面，因此扩展性好，而且开发出来后，组件调用方便，节省代码， 运行效率高，便于使用和管理。另外，编译之后的组件以二进制的形式发布， 可跨Windows平台使用，而且源程序代码不会外泄，有效地保证了组件开发 者的版权。 本课题实现了ASP和MATLAB技术在线诊断的方法，LabVIEW的DataSocket技术实现网络诊断的方法，以及如何用VisualC++设计COM组件实现基于Web的故障诊断方法，并将三者融合与一体，在向用户提供多种诊断方 法方面进行了探索。 系 统其他技术 分 类: 用 户无分类 分 类: 标无标签 签: 来0 无分类 源: 发表评论 阅读全文(51) | 回复(0) 语意识别与智能机器人设计 发表于 2008-3-12 19:38:10 语音识别技术在智能设计方面的应用广泛。AP7003型IC是一款性能优良和价格低廉的语音识别电路，文中介绍它的基本电路及其在机器人设计 中的一些应用友及主意识别系统的基本原理，为智能机器人的设计提供了一种 思路。 AP7003 语音识别 智能机器人 目标词 语音识别技术以语言为研究对象，涉及生理学、语言学、计算机及信号处 理等多个领域，是语言信号处理的一个重要研究方向，在智能控制、多媒体、 人机对话等方面有着极其广泛的应用前景。 1 语音识别技术首先要提取语音特征参量，也就是从语言信号中提取语音识 别的有用信息。语音特征参量的提取要考虑单词选定位置的基音、鼻辅音的频 谱、元音的频谱、擦音的频谱等要素。语音识别技术也必须有模式匹配及模型 训练技术，其中主要包括动态时间规整技术、HMM模型和人工神经网络。时间规整是把一个单词内的时变特征变为一致的过程，在时间规整过程中，作为 单词的时间轴要不均匀的扭曲或弯曲，使其行征为模型特征对正，该技术是一 种有力的矫正措施，对提高系统的识别精度极为有效。人工神经网络是一个自 适应非线性动力学系统，模拟人体大脑活动的基本原理，具有学习、技艺、判 断、对比和概括等能力。另外，语音识别单元的选取也是语音识别的重要一步， 语言识别单元有单词、音节和音素。对于汉语而言，主要选取音节单元，因为 汉语是单音节结构的语言，而英语是多音节的语言，汉语约有400个音节， 数量相对较少，便于识别。 2 AP7003 AP7003是一款低成本语音识别专用集成电路，内置麦克风放大器、A/D转 换器、语音处理器和I/O控制器，经预处理后可识别12组不同的字词，每组1.5s时长，可连词或单词识别。可广泛应用于玩具、识别转控和自动答录等 领域。 AP7003的功能框图如图1所示。表1给出AP7003的引脚功能。 表1 AP7003的引脚功能 AP7003的主要特征如下： ?内置麦克风放大器 ?内置A/D转换器 ?采用DIP40双列直插式封装 ?能识别12组1.5s时长字词 ?I/O：2个普通输入，4个触发输入，2个输出口分别有4个、12个输出， 2个LED驱动 AP7003具有二种工作模式，即录音模式和识别模式，在进入识别模式之前， 应先将目标词录入电路内。在AP7003内有12个存贮体用于存贮12组不同的字句，每个存贮体可存贮1.5s时长的字句，可通过键盘或按程序编制的顺 序选择存贮体来录入及存放目标词。语音可通过外部麦克风或其他媒体录入电 路内，经内部处理后以不同的数字特征信号保存在存贮体中。 目标词录入电路内后即可将工作模式转换到识别模式，工作时电路将当前 语音与事先录入存贮体的目标词语音相比较，如果语音特征相匹配，则在电路 的相应输出端输出高电平或低电平。 3 语音识别电路广泛应用在智能控制中，把这种电路应用在智能机器人设计 中，使机器人初步具有与人对话的能力，且机器人的操作具有普遍性，极大地 提高了操作者的兴趣，图2是机器人电路的主要原理框图。 图2中按键的定义如表2所示。上电后12个存贮器在录入目标词之前必须 清空，开始录入目标词时使LED1有效，录入后电路将进入识别模式。 表2 按键的定义 如果由麦克风录入的单词与存储器原有单词相匹配，对应的POA输出口有效，并驱动断电器器，电机运动。在本设计中，机器人主要有“前进”（J1）、“后退”（J2）、“左转”（J3）、“右转”（J4）、“举起”（J5）、“放下”（J6）、 “停止”等几种动作。其中，“停止”定义为clearOutput，其他依次定义为POA3、 POA4、POA5、POA6、POA7和POA8。以“前进”（J1）和“后退”（J2）为 例，如图3所示。 当“停止”时，清除POA所有状态，机器人停止。 当然，语音识别电路对外部麦克风（MIC）的分贝值有一定的要求，经验表 明在本语音识别电路中选用56dB的麦克风较好。另外，AP7003的工作电压为2.4～4.5V，如果您的应用系统是5V工作电压，那么，通过一个二极管给 AP7003供电，可以保证系统能长期稳定、可靠的工作，也有利于降低系统功 耗。 4 在实际应用的过程中，麦克风的分贝值、Set R_Level匹配度的设置对于语音识别的效果影响较大。如果这二个参数设置合理，该电路可具有较高的识别 率，一般可达80%以上，不失为一种效好的语音识别电路。 系 统 分机器视觉 类 : 用 户 分无分类 类 : 标 签无标签 : 来 源无分类 : 发表评论 阅读全文(124) | 回复(0) 0 自动售货机的嵌入式系统设计 发表于 2008-3-12 19:37:36 阐述以移动增值服务为基础的手机自动售货机的嵌入式系统设计。硬件 设计给出自动售货机设计方案，并简要介绍所用到的器件，软件设计给出自动售 货机的流程图和服务器的功能简介。 手机USSD|白动售货机|GSM／GPRS 移动增值业务产品的核心特点是移动性、即时性和个人性。移动增值服务是 在通信技术、计算机技术和互联网技术不断发展融合的基础上，在人们以信息为 基础的各种应用需求快速增长的激励下，在社会信息化水平日益提高的前提下， 迅速发展的一种全新的服务方式。由于移动通信自身所具有的可移动性、无时空 限制性、专属性、安全性和时尚性的特点，加上基于这些特点之上的短信息、游 戏、支付、定位、办公等丰富多彩的应用服务，使得我国的移动增值业务在短短 数年里从无到有，迅速发展为欣欣向荣的产业。本系统采用的是以ATmegal28单片机为核心的自动售货机，通过BENQ的13SM／GPRS M22模块与服务器通信来实现以手机支付形式的移动增值服务系统。在实际设计过程中，考虑了自 动售货机硬件平台在低温下运行的情况。 1 图1概述了移动自动售货机系统在实际运行过程中的网络结构框图。 2 自动售货机是用户直接面对的终端界面，主要实现功能为： ?货物存储和出货。自动售货机将销售商品存储其中，以一台饮料机为例， 其中存储的饮料可以高达3OO台，并且自动售货机装备有恒温控制系统和密闭 的储存空间，在各种复杂的气候条件下，均可有效的保证货物的储存周期。 ?无线数据交换。自动售货机具备无线通信功能，可以和现有的（3SM／CDMA网络进行对接，接受网络侧发起的各种无线通信连接，也可以主动向GSM／CDMA网络发起连接。通过无线数据交换可以实现对售货机的无线远程控制， 并可以实时获取售货机当前系统状态和销售情况，从而实现整个业务的交易流程 可控。自动售货机支持的无线通信方式包括：SMS、USSD、GPRS和CDMA l X。 2.1 单片机部分 Atmel公司生产的ATmegal28单片机内部集成了较大容量的存储器和丰富强 大的硬件接口：定时器／计数器、实时时钟、PWM通道、A／D转换器、12C的串行接口、可编程的串行USART接口、SPI串行接口、带片内晶振的可编程 看门狗定时器和片内的模拟比较器等。它在省电性能、稳定性、抗干扰性能和灵 活性方面极具特色。单片机系统采用5 V电源供电，外接电源为24 V，经LM2 576s芯片开关电源转为5 V，为系统主电源。 2.2 LCD部分 金鹏科技有限公司的OCMJ中文模块系列液晶显示器内含GB 2312 16×16点阵国标一级简体汉字和ASCII8×8（半高）及8×16（全高）点阵英文字库，使 系统不用扩展外部存储空间。用户输入区位码或ASCII码即可实现文本显示。 本系列模块具有上／下／左／右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。OCMJ中文模块的所有初始化设置工作在上电时自动完成，实现了“即插即用”。同时保留了一条专用的复位线，可强制复位。规划整齐的10个用户接口命令代码，非 常容易记忆。硬件接口采用REQ／BUSY握手协议，简单可靠。OCMJ5XlO模块的背光源正极引脚所需较大电流才能保证LCD的亮度，所以加9012三极管放大，三极管基极电阻的选择上一定要考虑低温下三极管的特性，以保证可正常 驱动LCD。 2.3 GSM／GPRS模块 GSM／GPRS模块采用BENQ的M22模块，如图2所示。 该模块采用的是标准的AT指令集，正常工作电压为3．3～4．3 V，5 V的VCC经过IN5401降压到4．3 V左右为模块使用，如图3所示。由于GSM／GPRS模块有瞬间脉动电流，在电路设计过程中加了1个2200 μF的电解电容可 以满足模块的瞬间大电流需求。 2.4 电机的驱动部分和电机的5×10控制阵列 自动售货机吐出饮料的过程实际为电机动作推饮料下来。由于电机都是感性 的，在停转的时候会有反向电流，所以需要用PC847光电隔离器把控制和驱动 信号隔离开来，然后用L293D驱动电机。电机驱动需24 V电压．控制信号经过 L293D后变为24 V左右的电源信号才可驱动电机。电机有三根线：电源、地线 和反馈信号（电机转一圈送出一个低电平）。由于要控制50个电机，占用单片机15个I／O口，其中5个为行线低有效，10个为列线高有效，形成5×10阵列。当行为低、列为高的一个交叉点的电机动作推货物出来。在机械制作中使电 机转一圈刚好推出一瓶饮料，电机转一圈同时产生一反馈信号，此信号使电机停 止转动。另外一种情况是红外检测到有货物落下则电机停止转动。 2．5 ISP下载接口 JTAG的仿真器比较贵，用ISP下载加上串口调试达到节约成本的目的。ATmegal 28的PDI、PDO、SCK和RESET加上VCC和GND就构成了ISP接口。用广州双龙电子提供的下载线和相关软件送行熔丝配置。由表1可知：设CKSEL3．．1为111，则配置为外置晶振8 MHz，用ISP下载线下载即可。用AT mega]28的串口LJSARTl与PC机通信，由超级终端来显示调试信息。 3 内置的主控模块控制自动售货机内部各部分流程进行实际的管理，包括：吐 货流程、交易流程数据上报、LCD用户界面显示和故障上报。 3.1 USSD无线通信方式 USSD（Unstructured Supplementary Service Data）定义为移动台和网络应 用之间经过归属位置寄存器（HLR）传递信息和指令的一种机制，它为移动通信 用户提供基于文本的界面，用于管理用户的业务。USSD在通话状态下使用独立 专用控制信道SDCCH（Stand-aIon（DedicatedControl ChanneD，数据传输速率大约为600 bps;而非通话状态时，USSD）使用快速辅助控制信道FACCH（FastAssociated Control Channel），数据传输速率约为1 kbps，比SMS传输速 率高。 USSD在会话过程中一直保持通信连接，提供透明通道，不进行存储转发。 由于USSD与GPRS类似，在交互中保持一个会话过程，每次数据发送不需要 重新建立信道，所以USSD系统对用户的呼叫请求是即时响应，使响应时间大 大加快，主要的响应时延已转移为应用服务器一端，响应时间比短消息快。USSD适合较少量的数据传输，USSD在交互式会话中可以提供直观的菜单操作， 方便用户使用。在一次信息服务中，只需要拨打服务号码，以后就可以按菜单提 示进行下一步操作，建立wAP的门户网站来提供电信增值服务。 USSD的接口协议与短消息类似，采用SMPP或CMPP。SMPP是国际通用的协议，CMPP是中国移动根据我国情况在SMPP基础上自己制定的协议，二 者体系结构大体相同，应用范围也相同，但数据包的格式及内容有一定的差异。CMPP现在已升到了3．O。本系统中采用CMPP，消息分为消息头和消息体， 其中消息头长度是固定的。主要信息为消息总长度、命令类型和消息流水号。命 令类型用来说明消息的类型是连接，还是由USSD中心到业务提供者SP（Service Provider）的消息或由SP到USSD中心的消息等。消息流水号顺序累加， 步长为l，循环使用，一对请求和应答消息流水号必须相同。有一个请求消息回 应是否成功的状态信息。消息体则根据消息的类型和内容来决定长度和数据，但 其所携带的自定义信息长度不超过160个字节。自定义信息即平时通过手机输入或接收的短消息内容或工业通信中自定义的通信规约部分。相对于SMPP而 言，CMPP增加了许多信息，尤其是计费和号码的信息。 3.2 自动售货机程序设计 自动售货机控制板的程序用C语言编写，开发环境用Atmel公司提供的ICC AVR。控制板程序框图如图4所示。 3.3 自动售货机交易流程图 自动售货机交易流程如图5所示，鉴于小灵通无法采用USSD和GPRS等实 时数据传输方式，所以采取IVR（互动式语音应答业务）方式。 ?用户通过IVR／短信方式发出购物请求，IVR／短信平台将用户请求转发给 应用服务器。 ?应用服务器解析用户指令，根据用户输入的售货机编号和货道号，在数据 库中查明货物类型、价格等信息后，向BOSS系统进行用户身份验证和扣费／ 扣积分操作。 ?BOSS系统通知应用服务器扣费／扣积分成功。 ?应用服务器通过GPRS方式向售货机发出控制指令，要求售货机对用户指 定商品进行吐货。 ?售货机吐货，用户成功获得商品。 ?售货机通过GPRS通知应用服务器交易成功。 ?应用服务器向用户发送短信，告知用户交易明细。 4 应用服务器主要实现整个业务的后台管理。 （1）交易流程管理 从用户发出购物请求到实现商品吐货整个流程的有序管理和各种交易失败补 救流程的实施。 （2）物流管理 对服务器管理的所有售货机商品的销存情况进行管理，并可以实现物流人员 的实时自动调配、通知等。 ?统计分析。对业务情况按天、周、月（或者指定要求）进行统计，包括销 售情况、故障情况、扣费／扣积分情况、对帐情况、物流人员工作量等情况进行 详尽的统计分析，以供管理人员参考。 ?计费和对帐。实现和移动BOSS系统的对接，实现话费支付和积分支付两 种功能，并能自动按天对帐务进行核对，当双方帐务超出预期误差，自动对每条 交易进行比对，并发出短信报警。 本系统已实际生产并在实用中取得了良好的效果。手机自动售货机的移动增 值服务是一种新的商业模式和新的市场渠道，并拥有众多的客户群体。由于移动 电子商务的移动性、便捷性和安全性，必将吸引众多商家和客户利用其进行经营 和消费活动。这将导致移动价值链的形成，成功绑定用户，使其融人社会的各行 各业，使社会的各行各业都离不开移动，最终形成“多赢”的局面。银行通过移动 电子商务平台延伸其影响范围，形成口袋中的理财助理 系嵌入式系统 统 分 类 : 用 户 分无分类 类 : 标 签无标签 : 来 源无分类 0 : 发表评论 阅读全文(62) | 回复(0) 变频注塑机方案（速度+压力闭环） 发表于 2008-3-12 19:36:50 + 说明：该方案直接面向注塑机生产厂家，目的是将矢量变频技术应用于注 塑机电机驱动上，通过速度闭环及压力闭环功能完成对注塑机的精确控制。油 路上取消了传统的流量、压力比例阀，在节约成本的同时可从源头上消除油路 中的节流及溢流能量损失，使注塑机获得最佳的节能效果。 以下内容将针对传统定量泵注塑机、变频注塑机及变量泵注塑机的特点做 全面分析。 在塑机的液压系统中，液流的流量、压力和方向是最基本的控制量，其中 流量和压力直接决定了系统的输出功率和成型工艺。 按照对工作流量和压力的不同要求，可将塑机的运行状态分为流量控制状 态和压力控制状态。流量控制状态以稳定控制工作回路中的流量并使之达到塑 机的设定值为目的，而工作回路中的压力将小于塑机设定压力，塑机的快速锁 模、射胶、溶胶等阶段都属于该状态。压力控制状态以稳定控制工作回路中的 压力为目的。在该状态下，工作压力接近或等于塑机设定压力，而实际工作流 量很小，如塑机的高压锁模及保压阶段等，系统过载、油缸推力不足时也属于 该状态。 1 如图一，该系统采用定量泵供油，油泵转速n及油泵排量Vb都不可调，其 油路中的各流量及压力分别为： 油泵流量Qb＝Vb×n为定值； 油泵压力Pb由比例溢流阀设定； 工作流量Q1由比例调速阀设定； 工作压力P1＝F/A1取决于工作负载F； ：油缸无杆腔活塞面积 F：工作负载 Q：工作流量 P：工作压力 111A?p：比例调速阀两端的压力差 Q：比例溢流阀流量 P：油泵压力 yb Q：油泵流量 V：油泵排量 n：电动机转速 bb l 流量控制状态 系统在流量控制状态时，因油泵流量Q＝V×n为定值，除一部分流量Qbb1 经比例调速阀进入工作回路外，其余流量Q都经比例溢流阀排回油箱。 y l 压力控制状态 系统处于压力控制状态时，因工作流量Q极小，油泵流量Q＝V×n的绝1bb大部分都要经比例溢流阀流回油箱，以此维持油泵压力P达到设定值，能量b 浪费巨大。 可以看到，传统的定量泵油路系统必会存在节流及溢流能量损失，用公式 表示为： ?P×Q＋P×Q （参见图二） 1by 上述能量损失的原因究其本质有两个，即流量不适应——过多的流量流入了油路系统；压力不适应——供油压力大于工作压力，以补偿比例调速阀的节 流压降。 1． 变频注塑机 如图三，该系统采用矢量变频器驱动电机及定量泵，取消了传统油路中的 比例调速阀及比例溢流阀。油路中的调速功能由矢量变频器直接控制电机及油 泵转速来完成，而压力控制由压力传感器和变频器的构成闭环PID功能来完成。因此，变频器的频率给定信号以塑机流量及压力信号为准。另外，根据产 品工艺及成本控制的需要，电机可选用加装速度编码器的普通电机或变频专用 电机。 图三 油路系统原理图 ：油缸无杆腔活塞面积 1AP：油泵压力 b n：电动机转速 F：工作负载 Q：油泵流量 b 流量控制状态当油泵流量Q接近或达到塑机的设定值时，油路系统进入流b 量控制状态，变频器的输出频率与塑机的流量设定值成正比。在此过程中，油泵流量Q＝V×n始终与工作回路的需要相适应，无需比例阀调速，也没有多bb 余流量溢出，可从根本上消除节流及溢流能量损失。 需指出的是，在传统定量泵油路中（参见图一），系统处于流量控制状态 时，油泵压力P必定大于工作压力P，它们之间需要产生足够压力差?P来b1 驱动比例调速阀工作，这是调速阀的工作特性。而变频注塑机是通过调节油泵 转速直接控制油泵流量，而油泵压力P取决于工作负载，即P＝ F/A。由此，bb1负载需要多少流量、压力，油泵就相应输出多少，实现了负载自适应控制，无 能量损失。 l 压力控制状态 如下图四，变频器控制系统配备一块智能转换卡，可根据注塑机压力反馈 值的大小，自动转换塑机的流量控制及压力控制状态。当油泵压力P接近或b达到塑机设定值时，油路油路进入压力控制状态，这时仍用流量设定值来控制 变频器频率显然是不合适的。 变频器将通过压力传感器实时监控到这一压力变化，并与塑机的压力设定 值做比较。当它们差值很小时，变频器的智能转换卡会及时将变频器切换到压 力控制状态。此时，变频器的输出频率将与该压力差值成正比。因差值很小， 变频器的输出频率及电机转速将迅速降低，油泵仅维持很小的流量输出，以弥 补油路中的各种泄漏损失，并通过PID功能保持系统压力恒定。 1． 变量泵注塑机 目前，变量泵注塑机多采用比例变量泵作驱动元件，属于典型的容积式调 速系统，相比传动定量泵注塑机有较明显的节能效果。如图五，该系统由负载 敏感型比例变量柱塞泵、比例溢流阀、比例调速阀、压力反馈阀、流量反馈阀 等部分组成。 图五 油路系统原理图 ：油缸无杆腔活塞面积 F：工作负载 P：工作压力 Q：工作流量 111A?P：比例调速阀两端的压力差 P：油泵压力 Q：油泵流量 n：电动机bb 转速 流量控制状态 系统处于流量控制状态时，油泵压力P大于工作压力P且小于塑机设定压b1力，比例溢流阀将可靠关闭。当负载变化时，P与P之间的压力差?P会有b1相应波动，并使工作流量Q发生变化。以上变化通过流量、压力反馈阀传递1 给变量泵的调整活塞。活塞随之推动柱塞泵斜盘并改变油泵排量，最终稳定泵 的输出流量Q。由此看出，该系统实现了压力自适应控制，基本上没有溢流b 损失，但为了控制工作流量Q，调速阀上仍存在一定节流损失。 1 l 压力控制状态 系统处于压力控制状态时，变量柱塞泵的斜盘倾角很小，仅有少量的液压 油流过比例溢流阀，保证形成一定的系统压力。通过改变比例溢流阀的输入信 号，就可以得到相应的油泵输出压力。比起传统定量泵注塑机，该控制方式在 一定程度上减小了溢流损失。 通过以上三种控制方式的分析可以看出： （1）传统定量泵注塑机存在着相当严重的能源浪费情况。据以往统计数据 显示，其最高工作效率不会超过40％，对这种注塑机的节能改造势在必行； （2）变量泵注塑机是从液压元件的角度出发，挖掘油路上的节能改造空间， 从而提高了油路系统的工作效率。但受其控制方式限制，该系统不能完全消除 节流、溢流损失。 （3）变频注塑机从电气控制的角度出发，从调速方式上改造传统油路，利 用现代电控系统精确、快速、可靠的特点，可从源头上消除节流损失并减少溢 流算损失。 以上三种系统的控制方式差异较大，也决定了它们对指令的响应速度有快 有慢。下文将对此方面作出具体分析。 如图六，比例调速阀的流量Q是由阀两端的压力差?P建立起来的。显然，压力差?P越大，其油路加速就越快。又由图七，比例溢流阀的压力P是随着溢流Q的增大而提高的。由此得出结论：在同样设定下，溢流量越多，调 速阀两端的压力差就越大，加速也就越快。很明显，定量泵的溢流量总会大于 变量泵，其调速阀两端的压力差?P也要大些。所以，同样设定下，定量泵系 统要比变量泵系统加速快，承受负载的能力更强。 对变频注塑机来说，因为比例调速阀取消，工作负载通过液压油直接传递到泵体上，其系统加速过程主要由变频器和电机的加速性能决定。英威腾电气 有限公司生产的CHV系列矢量变频器具有输出转矩大、响应快等特点。变频 器在PG矢量控制状态下0转速仍有180%的额定转矩输出，而变频器完全建 立额定转矩的时间只需0.1秒。另外，矢量变频技术的一个突出优点就是可使 电机获得较硬的机械特性，这使电机在负载突变时仍能保持相应的转速。根据 我公司以往的无PG矢量变频器在注塑机节能工程上的应用表明，改造后的系 统加速性能和改造前的定量泵系统不差上下。 由上得出，三种控制系统中，传统定量泵注塑机、变频注塑机的系统加速 性能及承受负载能力要优于变量泵系统，其产品成形周期也要短些。 无论是变量泵注塑机还是变频注塑机，都是为了改变传统定量泵塑机能耗 大、效率低的缺点而发展起来的，因此节电率是比较两个系统优劣的至关重要 b n，则油泵的输出功率N用公式表示为： 的参数。若油泵的输出流量、输出压力、排量、转速分别表示为QPVN = QP = VnP b 由前面的分析可知，变量泵塑机是通过改变油泵排量V节省能耗，变频注b 塑机则是通过改变油泵转速n达到节能目的。 通过变频器的闭环矢量调速功能，变频注塑机的油泵转速n可实现0到额定转速之间线性调节范围，尤其是在塑机待机及无动作情况下（如冷却阶段）， 电机及油泵转速可降至0，基本无能耗损失。值得注意的是，油泵在低转速时 的容积效率会下降，这在一定程度上会影响了节电效果。对此，我们将通过提 高变频器低频增益的方法来改善这种情况。而且，实际生产中流量低于20％ 的情况是极少的，所以油泵转速也不可能出现过低的情况。 变量泵注塑机是通过机械装置调整油泵排量V 的，显然其可调节的线性范b 围有限，不能实现零排量输出。且任何情况下，电机都是全速运转，有很多无 谓的能量损失。从我公司的一些塑机节能改造实例来看，对变量泵塑机进行变 频节能改造仍会有5%～20%的节电率。由此可见，变频注塑机的节电率要高 于变量泵注塑机。 以下比较均以锁模力120吨的卧式注塑机为基础。 1．成本比较 控制方式 定量泵注塑机 变量泵注塑机 变频注塑机 比较项目 叶片定量泵 柱塞变量泵 叶片定量泵 油泵 50cc/r,16MPa 50cc/r,16MPa 50cc/r,16MPa ￥ ￥ ￥ 通用比例溢流阀 配套比例溢流阀 压力比例阀 ebg-03-c ￥1330 ￥ 通用比例调速阀 配套比例调速阀 流量比例阀 efg-03-c ￥2330 ￥ 三相交流接触器（＊三相交流接触器（＊ 3） 3） Y/Δ接触器 ￥ ￥ 矢量变频器 英威腾15KW，PG反变频器 馈 ￥ 液压压力传感器 压力传感器 0～1Mpa ￥ 普通异步电机（配编 码器） 普通异步电机 普通异步电机 ￥ 电机 15kw 15kw 变频专用电机（配编￥ ￥ 码器） ￥ 2．维护保养分析 控制方式 定量泵注塑机 变量泵注塑机 变频注塑机 比较项目 Y/Δ启动，启动电流Y/Δ启动，启动电流变频软启动，启动电大 大 流小 启动方式 电机功率因数低 电机功率因数低 改善电机功率因数 对电网及机械冲击对电网及油路冲击大 对电网及机械冲击小 大 变量泵及配套比例定量泵、变频器及比定量泵及通用比例阀 阀 例阀 维修保养 故障率低 故障率中 故障率中 维修成本低 泵体维修费用高 维修费用中 电机、油泵始终全速电机、油泵始终全速电机、油泵变速及停 机械元件损运行 运行油泵排量自适止运行 耗 流量及压力供应过剩 应调节 加减速斜坡可调 机械元件损耗大 机械元件损耗中 机械元件损耗小 液压油变量及停止循液压油始终大量循环 液压油变量循环 油温及冷却环 油温高，冷却水消耗油温中，冷却水消耗水 油温低，冷却水消耗大 中 低 油泵有机械调节装电机软启动 电机及油泵运行平稳 平均噪音 置 无动作时不转动 平均噪音中 平均噪音高 平均噪音低 对液压油要求低 对液压油要求高 对液压油要求低 液压油成本 更换频率低 更换频率高 更换频率低 系统分类: 变频器 用户分类: 无分类 标签: 无标签 0 来源: 无分类 发表评论 阅读全文(77) | 回复(0) 基于PLC空压透平机控制系统解决方案 发表于 2008-3-12 19:36:11 PLC 在空分生产装置中，空压透平机是重要的单体设备，是空分生产的龙头， 设备性能和过程控制的好坏，将直接影响生产的顺行。基于PLC的控制系统，具有模块化、无排风扇结构和易于实现分布等特点，很好满足了其控制的要求。 1. 空压透平机为离心式三级压缩机，传动装置为高压无刷同步电机。空气经 过吸气塔消音除尘处理后，进入一级压缩机，经过压缩后，气体经过水冷却进 入二级压缩机，再经水冷却和三级压缩后排出。 2. 2.1 硬件系统 （1）中央处理单元选用1块CPU模块，它具有大型的程序存储容量，并 有多种总线接口接口，可以配制成分布的自动化结构，易于今后的系统扩展。 智能化的诊断功能连续监控系统工作是否正常，并记录错误和特殊系统事件。 （2）接口模块共2块，用于多机架配置中主机架和扩展机架之间的连接， 可扩展3个机架，各机架之间的最大距离为10米。 （3）信号模块包括数字量输入模块7块、输出模块3块，模拟量输入模块2块、出模块2块。数字量输入/输出模块能自动诊断无编码器电源、无内外 部辅助电压、模块参数错误、看门狗错误、EPROM故障、过程报警信息丢失等；模拟量输入模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、共模故障、短线、 测量范围溢出等故障；模拟量输出模块能自动诊断无外部电压、组态参数错误、 对地短路等故障。 （4）人机界面选用中文触摸屏, 用于实现用户对生产过程的监控和操作， 界面十分友好。 贝加莱公司提供了丰富的I/O模块，以及带有众多并行接口并拥有可靠性能 的CPU系列，较高的绝缘等级（防爆，防静电），以及优异的性价比。集成 的系统解决方案降低了标记模块输入输出时所带来的潜在错误。只要任何一处 发生变化，立即会在项目的个个层次反映出来，这样就能节省更多的时间投入 到其他更重要的任务中，并且避免了控制系统开发阶段中会出现的差错，不仅 提高项目开发的质量而且增强了客户的竞争力 2.2 软件系统 （1）贝加莱集成一体的自动化编程调试工具Automation Studio允许用户使用IEC标准语言或者ANSI C编写多任务控制程序，支持统一字符编码， 多层视图以及分布式网络，现场总线和串口通信。 （2）口令保护，多机口令保护可以使用户高度、有效的保护其技术秘密， 防止未经允许的复制和修改。 3 系统的拓扑结构采用星形结构，在操作层使用高速以太网，而在低层采用CAN总线，RS422以及RS485进行通信。对于不同的控制对象，所有的控制 器都具有智能，并且能单独的执行各自的任务。这就使得控制对象在交换信息 时拥有故障保护功能。如果与高层通讯中断，那么这些对象就会根据控制器指 派的算法进行操作，而这些算法是根据相应的安全措施进行设计的，这样一来 就不需要让设备急停。这种结构能够使其中一个单元出现故障时仍能正常工 作。 该套控制系统有如下特点： － 随着精度的增加可以进行动态调节 － 在启动燃气透平时加强了可靠性 － 详尽的诊断和错误分析－并行“孤岛模式”的操作。由于操作人员的快速 干涉使机器的正常运行时间有了明显提高。 － 运用贝加莱公司的PLC和DCS技术能够灵活的实现在先修改和扩展功 能。 － 诸如性能指标，燃料消耗，电能以及热能产值这些自动计算。对执行效 率的实时评估使得主原料的品质能够及时调整，从而保证系统性能。 － 用户能够随时干预，独立的调节各项参数。 － 通过增加安全功能以及减少外部设备使得维护方式变得简便，维护周期 变得更长。 － 附加的操作，服务以及维护信息，使得用户能够在“指导模式”下对整个 技术环境有一个总览，这样就能在紧急情况下明显减少决断次数。 系 统PLC/PAC 分 类: 用无分类 户 分 类: 标无标签 签: 来无分类 源: 发表评论 阅读全文(77) | 回复(0)