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信號自動化論文范文第1篇

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，將影響選煤廠整個生產(chǎn)，帶來重大的經(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(shí)現(xiàn)對整個皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及控制過程

該皮帶運(yùn)輸機(jī)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(jī)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(jī)界面操作員站、現(xiàn)場執(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。

一級基礎(chǔ)自動化控制主要控制出現(xiàn)異常情況時進(jìn)行報警和緊急停車，二級主要用來進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，啟動和人工緊急停止。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)是以PLC為核心、對皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)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(shí)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(jìn)行報警以及打印報表等。

該系統(tǒng)主要特點(diǎn)：

(1) 開放式的結(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(jī)速度、溫度、撕裂、煙霧、跑偏等功能，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，PLC控制電機(jī)緊急停止，同時報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。

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)，各種場合中的檢測、檢測及控制的自動化。論文參考。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(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個數(shù)字量I/O點(diǎn)，且可連接7個擴(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)展無任何問題；

(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(hù)PLC的DI將皮帶撕裂、煙霧、跑偏等信號采集進(jìn)來；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，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(hù)功能。

模擬量輸入模塊AI：將外部的模擬量采集進(jìn)來送給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/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)給定的信號和反饋的信號控制皮帶機(jī)的速度；PLC通過傳感器得到信號來控制皮帶機(jī)是否停止、報警器是否報警。為了更加安全可靠運(yùn)行，本設(shè)計(jì)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(jī)之間的通信

在現(xiàn)場環(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，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(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)對系統(tǒng)的實(shí)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(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況，研制開發(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，羅建國等. 流行PLC實(shí)用程序設(shè)計(jì).西門子S7-200系列.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.12

信號自動化論文范文第2篇

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(jì)

中圖分類號：TH166 文獻(xiàn)標(biāo)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(kuò)大，現(xiàn)場機(jī)電裝備越來越多，需要實(shí)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(jī)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(jī)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(hù)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(jìn)行設(shè)計(jì)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)監(jiān)測與控制的一體化，要求實(shí)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(jìn)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(diǎn)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(jì)

2.1 功能模塊設(shè)計(jì)

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(jī)電裝備離散度較大，需要實(shí)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。縱觀整車焊裝的流水線工藝流程，基于工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的流水線自動控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)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(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(shí)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(shí)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(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)備在流水線自動焊裝工藝過程中的順序聯(lián)動、啟停控制及互鎖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(jī)交互接口的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)用戶對現(xiàn)場焊裝流水線的遠(yuǎn)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(jì)

2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于整個流水線的設(shè)備量大、信號類型多、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，同時對于系統(tǒng)的擴(kuò)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(shí)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(shí)現(xiàn)對整車焊裝流水線自動控制的遠(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)備三個層次的DCS控制模式實(shí)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(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。監(jiān)控終端內(nèi)運(yùn)行的是專門開發(fā)的上位機(jī)程序，通過友好的人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并且通過工業(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。主要通過對開關(guān)量的檢測實(shí)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(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)場傳感器主要是用以檢測現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)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)。控制信號由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)主要有氣動和電動執(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(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件對現(xiàn)場設(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“手動或者自動”控制方式，通過設(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)測故障并發(fā)出報警提示，統(tǒng)計(jì)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(biāo)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)備手動啟停控制。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(jì)

根據(jù)整車焊接處理廠工藝特點(diǎn)和現(xiàn)場的焊接設(shè)備分布及焊接機(jī)器人的作業(yè)范圍，可以將整車焊接車間流水線PLC下位機(jī)系統(tǒng)劃分為兩個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，詳見表1。

由于本系統(tǒng)中的下位機(jī)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(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，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(diǎn)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(jì)

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(jī)構(gòu)層。

①信息管理層。信息管理層主要是實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)依賴于在信息管理層所開發(fā)的人機(jī)交互接口良好的專用自動化控制監(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(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)場對網(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(shí)現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。

③傳感監(jiān)測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)層。傳感監(jiān)測及執(zhí)行機(jī)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(shí)時檢測出來并發(fā)送到工業(yè)以太網(wǎng)上進(jìn)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(yuǎn)程控制指令，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場機(jī)電裝備或者流水線工藝流程的遠(yuǎn)程自動化控制，傳感監(jiān)測及執(zhí)行機(jī)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(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

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(jì)與研究，通過對網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)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(jī)PLC自動化控制系統(tǒng)和上位機(jī)DCS以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩個角度詳細(xì)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(jì)與實(shí)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(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，2005，（6）：803-805.

信號自動化論文范文第3篇

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(jìn)行標(biāo)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(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(biāo)定程序的設(shè)計(jì)。

2 標(biāo)定的原理

所謂標(biāo)定（或現(xiàn)場校準(zhǔn)）[2]就是指用相對標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)定是測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（其精度等級為被較傳感器的3~5倍）的校準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器重復(fù)（不少于3次）進(jìn)行全量程逐級加載和卸載測試，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)和精度的過程。為簡化系統(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(dá)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(biāo)定。博士論文，標(biāo)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(jì)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(jì)，非計(jì)算機(jī)專業(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(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)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(jìn)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(dāng)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(biāo)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(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(biāo)可以表達(dá)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(xiàng)式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實(shí)現(xiàn)最小二乘法線性擬合。

標(biāo)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(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(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，自動化程度高等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

【1】.候國屏;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

信號自動化論文范文第4篇

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)電力保護(hù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著電力工業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，電力企業(yè)對線路的保護(hù)也提出了越來越高的要求。通信系統(tǒng)作為高頻保護(hù)的一種重要的組成部分被要求具有更高的可依賴性、安全性及快捷性。同時，通信技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，特別是光纖通信的日益普及為數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的動力。

一、電力保護(hù)通信系統(tǒng)的概述

隨著人力資本成本的不斷提高，電力系統(tǒng)變電所逐步開展和普及無人值班的運(yùn)作方式。所以傳輸各類信息的遠(yuǎn)動通道便成為了解和控制變電所運(yùn)行狀況的唯一窗口。因此，通道的建設(shè)、保持及維護(hù)成了工作的重點(diǎn)及難點(diǎn)。一般來說，遠(yuǎn)動通道分為接收變電所各類信息的“上行”通道和下發(fā)各類控制信息的“下行”通道這兩種通道。上行通道一般可以直接通過主站顯示屏的畫面查看其運(yùn)行情況，而對傳輸遙控命令的下行通道，至今所有的調(diào)度自動化系統(tǒng)、廠站端的RTU或變電站綜合自動化裝置均不具備對下行通道的檢測功能，這嚴(yán)重影響著整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全[1]。基于此為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，對線路保護(hù)提出了更高的要求。而作為線路保護(hù)重要組成部分的遠(yuǎn)方保護(hù)信號設(shè)備的安全性、可靠性及快速性必須要可以保證。

二、電力保護(hù)通信系統(tǒng)的運(yùn)用現(xiàn)狀及趨勢分析

2.1電力保護(hù)通信系統(tǒng)的運(yùn)用現(xiàn)狀分析

目前，我國電力保護(hù)通信系統(tǒng)的運(yùn)用主要集中在一些大型的電力企業(yè)中，而對于小型的發(fā)電企業(yè)則很少使用，造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的。首先，對于一些小型的電力企業(yè)來說采用電力保護(hù)通信系統(tǒng)的必要性比較弱。其次，系統(tǒng)的運(yùn)行對人才與資金的要求比較高，小型電力企業(yè)不具有具備專業(yè)知識的系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)的專業(yè)技術(shù)人員。就目前我國電網(wǎng)中運(yùn)行的遠(yuǎn)方保護(hù)信號設(shè)備而言，大部分的電力企業(yè)采用的都是模擬系統(tǒng)，這個系統(tǒng)主要包括使用電力線為載體的保護(hù)專用收發(fā)信機(jī)和電力線音頻復(fù)用通信系統(tǒng)兩個部分[2]。

2.2電力保護(hù)通信系統(tǒng)的運(yùn)用趨勢分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)必然代表保護(hù)信號設(shè)備的發(fā)展方向。原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)符合全球數(shù)字化的潮流，第二，數(shù)字系統(tǒng)抗干擾的能力強(qiáng)，第三，數(shù)字設(shè)備可靠性比較高，調(diào)試和維護(hù)非常方便，從長遠(yuǎn)來看，可以降低使用成本。第四，數(shù)字設(shè)備可以提供良好的人機(jī)界面。

三、復(fù)用式數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

通過上面的分析可以看出復(fù)用式數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)必然代表保護(hù)信號設(shè)備成為未來的發(fā)展方向。在電網(wǎng)改造中SDH、ATM等新的光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中都得到了普遍應(yīng)用，這無疑可以看出復(fù)用式數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)的運(yùn)用潛力[3]，同時電網(wǎng)改造也給復(fù)用式數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)的運(yùn)用提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。現(xiàn)在高電壓等級的變電站的保護(hù)信號通信設(shè)備首選是數(shù)字保護(hù)通信設(shè)備，而且實(shí)現(xiàn)的方式主要是將保護(hù)信號復(fù)用到SDH通信設(shè)備的時隙中，利用SDH設(shè)備的快速自愈性能進(jìn)一步提高保護(hù)信號通信的可靠性[4]。基于此論文對復(fù)用式數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)進(jìn)行一個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了提高系統(tǒng)的整體性能，這套系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用了特別的糾錯編碼解碼方案，同時結(jié)合采用一些比較先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，比如高速CPU、CPLD和流行的Windows人機(jī)界面等。這些都可以很大程度上提高設(shè)備的可靠性，使調(diào)試、維護(hù)和使用過程更加方便安全。復(fù)用式數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)以具有自愈功能的SDH環(huán)狀網(wǎng)為核心，提供行政電話、調(diào)度電話、遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)和保護(hù)命令的全方位接入和傳輸。

四、結(jié)語

通過論文的分析可以看出數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)必然代表保護(hù)信號設(shè)備的發(fā)展方向，這種數(shù)字保護(hù)通信系統(tǒng)不僅可以提高系統(tǒng)的整體性能，還可以提供行政電話、調(diào)度電話、遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)和保護(hù)命令的全方位接入和傳輸，在實(shí)際運(yùn)用中值得推廣。最后，希望論文的研究為相關(guān)工作者及研究人員提供一些參考與借鑒價值。

參考文獻(xiàn)

[1]吳玲燕.廣域保護(hù)通信系統(tǒng)可靠性及其路由選擇研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011

信號自動化論文范文第5篇

論文摘要：當(dāng)今世界，在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)、光電式互感器等機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)即將進(jìn)入數(shù)字化新階段。本文論述了數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及功能劃分等。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,變電站自動化技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性，降低了變電站建設(shè)的總造價，這已經(jīng)成為不爭的事實(shí)。然而，技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，勢必對已有

的變電站自動化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響，全數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)即將出現(xiàn)。

一數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1）智能化的一次設(shè)備

通常一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，簡化了常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

(2)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

(3)自動化的運(yùn)行管理系統(tǒng)

變電站運(yùn)行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

二數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護(hù)裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實(shí)現(xiàn)了變電站機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，根據(jù)IEC6185A通信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運(yùn)行實(shí)時的電氣量檢測；（2）運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測；（3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。間隔層設(shè)備的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實(shí)時數(shù)據(jù)信息；（2）實(shí)施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能；（3）實(shí)施本間隔操作閉鎖功能；（4）實(shí)施操作同期及其他控制功能；（5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

站控層的主要任務(wù)是：（1）通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；（2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；（3）接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（5）具有（或備有）站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；（6）具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；（7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能。

三數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護(hù)裝置的信息采集與保護(hù)算法的運(yùn)行一般是在同一個CPU控制下進(jìn)行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運(yùn)算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護(hù)算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護(hù)命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。

如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)（ethernet）異軍突起，已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域，固化OSI七層協(xié)議，速率達(dá)到100MHz的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

四數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問題

在三個層次中，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前研究的主要內(nèi)容集中在過程層方面，諸如智能化開關(guān)設(shè)備、光電互感器、狀態(tài)檢測等技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)。國外已有一定的成熟經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當(dāng)?shù)娜肆M(jìn)行開發(fā)研究，并且在某些方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。但歸納起來，目前主要存在的問題是：（1）研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強(qiáng)，比如智能化電器的研究至少存在機(jī)、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關(guān)；（2）材料器件方面的缺陷及改進(jìn)；（3）試驗(yàn)設(shè)備、測試方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗(yàn)還是薄弱環(huán)節(jié)。