海口西门子PLC模块CPU供应商
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产品描述

产品规格模块式包装说明全新

海口西门子PLC模块CPU供应商


引言
       熏洗疗法是我国医学传统的外治法之一,因其具有良好的、疏风通络、、、作用,对风寒湿痹、外伤瘀痛、皮肤疽痒等病疗效显著而为临床医生所常用。由于熏洗疗法主要是通过热量和药物共同起作用,因而传统的熏洗方法存在很大的局限性:药液温度不易控制,不能保证在足够的时间内以适宜而较恒定的温度使热量和药液有效成份向病变部位充分渗透。针对传统熏洗法的缺陷,经多年的实践自行研制出一种熏洗仪自动控制系统,该系统以AT89C52单片机为,能够根据用户设定的温度、时间自动调节冷热水和药液的混合比例,给出恒定温度的出水并且可以选择熏蒸、熏洗、洗浴三种模式。


熏洗仪自动控制系统设计要求
熏洗仪自动控制系统设计的要求如图1所示:

(1)4个发光二管亮时分别代表:冷水正在加热、热水箱正在加水、冷水箱正在加水、药液温度过低。
(2)8个LED分别能够动态实时显示:药液重量、舱温、药液温度、时间。
(3)12个按键分别代表:舱温加、减,药温加、减,时间加、减;复位,启动,暂停,熏蒸、熏洗、洗浴三种模式选择。


系统硬件电路设计
       熏洗仪自动控制系统是AT89C52单片机为,控制面板的内容显示和按键操作采用的BC7281A单片机。整个系统硬件电路包括:单片机及其外围电路、温度采样电路、水位采样电路、加热控制电路、键盘及显示电路、系统复位电路等。
熏洗仪控制板
AT89C52地址分配和相关管脚的连接:
P1.0~P1.2:完成冷水箱的水位传感器和温度传感器信号的采集和处理。P1.3~P1.5:完成热水箱的水位传感器和温度传感器信号的采集和处理。P1.6:舱温信号的采集和处理。P1.7:药温信号的采集和处理。INT0:完成药液重量传感器的采集和处理。INT1:手动操作中断。P2.0~P2.7:接8个继电器。WR、RD:用于通信。P0.4~P0.6:接可控硅进行输出控制。P0.7:蜂鸣器。
·加热及水温控制
加热控制是通过单片机输出口,控制晶体三管,从而控制固态继电器的通断即加热管的通断来完成加热。水温控制是通过设定值与测量值之间的比较进行的。当测量值设定值时,控制固态继电器的导通来控制加热管工作;当温度到达设定值时停止加热。单片机还根据测得的温度值决定继电器的通、断来控制混水电机的正反转使出水温度是达到用户要求。
·水位控制
水位测量采用液位传感器。当检测到水位设定值时,输出的电磁阀控制信号经光耦隔离后控制双可控硅,实现电磁阀开/关。
熏洗仪控制面板
温度控制面板CPU采用的是AT89C2051单片机,AT89C2051含有2k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,15个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5 向量两级中断断结构,一个全双工串行通信口,内置一个精密比较器,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。


X5045中的对系统提供了保护功能。当系统发生故障而过设置时间时,电路中的将通过RESET信号向CPU 作出反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响,当电源电压降到允许范围以下时,系统将复位,直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU 可通过串行通信方式接口,共有4096个位,可以按512 x 8个字节来放置数据。
·键盘及显示电路
BC7281 A是8位/16位LED数码管显示及键盘接口控制芯片。BC7281A可驱动8位或16位数码管显示或64/128只立LED;具有64键键盘接口,内含去抖功能;具有2种键盘工作模式,适应不同应用需求;具光柱译码方式,可立控制两条64段光柱显示;段寻址功能便于控制立LED;16位均可立控制闪烁属性,闪烁速度软件可调;段驱动性及移位脉冲时序均可控,可配合各种形式的驱动电路;键盘部分具有键值锁存功能;内部显示寄存器和控制寄存器的内容均可读出;2线高速串行接口的特点。BC7281A的DIG0~DIG7管脚接8只LED、8位数码管显示和12个按键。通过管脚SCLK和SDAT分别外接一个移位寄存器74HC164控制8个LED、8位数码管显示和12个按键动作。

软件设计
        软件是控制系统的灵魂,需要与硬件配合,将实时采集的数据与相应的设定值进行比较判断来控制循环水泵或上水电磁阀,实现各种智能自动控制。考虑到用户的不同需要,软件设计还要兼顾到操作人员方便地选择熏蒸、熏洗、洗浴三种模式工作方式,设置和修改各种设定值。
        整个系统的控制程序采用C语言编写,符合模块化设计标准,由主程序和各功能子程序组成。子程序包括:初始化子程序、设定值装载子程序、数据存储子程序、定时中断服务子程序、加热子程序、手动检测子程序、温差跟踪循环子程序、显示子程序、键处理子程序、上水子程序、报警子程序等。
        控制系统的软件流程图如图4所示:主程序完成对串行口和中断源的初始化,设置初始运行参数,开中断。

(1)控制面板的LED灯及数码管显示的为温度传感器检测温度,及称重传感器的检测值,表明系统工作正常。可根据实际要求进行设定。此时冷、热水箱开始检测水位是否达到标定值,没达到开进水阀加水,达到开始对热水箱加热达设定值。同时检测舱温,是否达设定值,达不到就进行加热直至设定值。
(2)启动:当软件检测到启动键按下时,判定是在什么模块下。
(a)熏蒸模块下,依据当时药液的重量、温度,冷水的温度,热水的温度以及要达到药液设定的重量、温度。据热量平衡方程,算出冷水箱、热水箱出水阀的接通时间。依此来向药箱供冷、热水。当药液的重量达到设定值、判定温度是否达到设定值,达不到启动药加热,达到时启动气泵、气加热,并且进行到计时。时间到,停止气泵、气加热。
(b)洗浴模块和熏蒸模块基本一致。不同的是:在洗浴过程中,冷、热水箱的出水阀是关闭的;在洗浴过程中,除了保证温度外,还应保证小重量。时间到,停止水泵。
(c)熏洗模块下:先执行a)程序,定时达到后再执行b)程序
(3) 暂停:在熏蒸、熏洗、洗浴工作过程中,检测到暂停键按下时,停止气泵或水泵及其相关工作。当按下开始按键时,接着暂停前的工作继续运行工作。
(4) 复位:检测到此键按下后,系统执行的实时工作停止,返回到初始状态,与系统上电时的状态一样。

结语
        本系统进行了临床测试实验,证明:在功能上,实现了对水位、水温的监测与控制,同时也与用户建立了良好的交互界面;在自动上,实现了对时间、方式、辅助加热装置选定等一系列功能的自动化控制。
几项主要技术指标:
(1)系统运行稳定。
(2)温度控制检测过程中,温度分辨率可达0.5℃,控制精度可达±1℃,故能满足熏洗仪要求。
(3)对水位的监测和控制非常准确。
(4)能够按照用户的设定的恒温进行出水。


2.2飞剪动作过程
飞剪是在钢坯行进中剪切,所以飞剪的剪切速度与轧件同步,否则会造成堆钢,由于轧件的自身有厚度,飞剪在剪入时有一剪入角,这样飞剪在水平方向的速度分量应该与钢坯的行进速度一样(在实际应用中切头时剪刃速度略前轧制速度)。
要做到对飞剪进行控制,了解飞剪的运动轨迹和在轨迹中各点的速度是必要的。飞剪个机架的轧制速度与轧件的速度成正比,飞剪控制系统根据上位机提供的轧机的速度得到轧件的速度,同时根据操作台设定的剪切长度以及光电管发出的信号综合判断后启动飞剪,飞剪启动(启动位置 70度角)与飞剪加速结束之间飞剪速度是匀加速运动,在飞剪加速结束时剪刃剪切到轧件,此时剪刃速度正好达到轧件速度,飞剪加速结束与剪刃重合之间飞剪速度是恒定的,等于飞剪加速结束时的设定速度,剪刃重合与飞剪离开轧件之间飞剪速度是恒定的,等于剪刃重合时的飞剪实际速度,飞剪离开轧件与飞剪制动结束转入位置控制之间飞剪是一个制动过程,飞剪从制动位置(50度角)开始制动,当剪刃到达(290度角)时制动完毕,随后飞剪以30%的额定速度返回到起动位置(70度角)。为下次剪切作好准备,飞剪剪切一次的时间小于1秒钟。设计上需要飞剪能以短的时间回到等待启始位置,程序中设置的是一个匀减速运动。
飞剪的加速、制动、定位控制由全数字传动装置与PLC系统配合完成。飞剪的控制采用三环系统(位置、速度、电流),由全数字传动装置完成飞剪的(速度、电流)环控制,位置环由PLC系统完成,在PLC系统中配置一块脉冲计数模板和一块模拟量输出模板。脉冲计数模板具有二个计数器,每个计数器具有二个I/O输入点和二个I/O输出点。用计数器1计算线材通过热金属检测器(或活套扫描器)的长度,采用热金属检测器(或活套扫描器)检测到线材头/尾信号的I/O信号直接启动计数器CH1。当CH1计数器值达到设定值时通过I/O输出点启动飞剪。用计数器2计算飞剪剪刃位置,通过检测脉冲发生器的脉冲启动CH2计数器,当CH2计数器值达到制动位置时通过I/O输出点停止飞剪,通过位置环使飞剪定位到零位。飞剪剪刃上的脉冲发生器在安装时使脉冲发生器的脉冲定位在160度角位置。


2.3 分段剪切控制
轧制中的棒材分段剪切过程,是通过分段剪前的一系列检测元件(光电管)检测到信号后,触发程序内部的棒材轧制速度计算、棒材分离判断棒材长度积分器等功能。控制系统以末架机架的速度设定值为速度基准是进行棒材长度积分,当积分长度等于倍尺长度设定值LSETP时,发送信号至START-H1启动倍尺剪,进行分段剪切;同时剪切信号启动积分元素的START2,进行下一段的长度积分,剪切过程循环置棒材轧制结束。

2.3.1 棒材轧制速度计算
BZ检测到运行中的帮材头部信号后启动修正长度积分器,积分器以末架轧机的设定速度Vsp进行长度积分;当BC检测到棒材头部时读取积分器内的长度值Line1。Line1和BZ与BC之间的实际距离Lset1进行比较得出速度系数K1,并对K1进行高/低限比较(0.9—1.1),如果K1出这个范围,系统产生速度偏差报警。在连续轧制过程中对K1进行十次加权求平均值运算来确定轧制过程中的实际速度偏差系数Ksp。用于倍尺长度计算的速度值为:
Lsp=Vsp*Ksp


2.3.2 倍尺长度设定
在倍尺分段剪切控制中需提前对倍尺进行长度设定Lsetp,倍尺长度设定考虑以下参数:成品材定尺长度L0、定尺分段数N、棒材热涨冷缩系数Kt和剪切校正长度Offset。L0、N、Kt可由操作员在操作站设定。剪切校正长度Offset是在S2动作过程中棒材的移动量,与棒材的直径有关,OFFSET可根据不同规格的棒材直径计算得出


2.3.3剪切过程
在轧制过程中OPT检测到棒材头部信号后启动一个长度积分器,积分速度为末架轧机速度;当棒材头部轧制到BX后,读取积分器内的长度值Lopt。Lopt是棒材在OPT与BX之间的轧制总长度,参与棒材尾部的剪切优化。
BX检测信号用于棒材头部判断。在连续轧制过程中上一根棒材尾部经过BX时,BX信号的下降沿启动物料跟踪;当下一根棒材头部到达BX时,BX信号的上升沿读取跟踪值Lt。Lt如果大于Lset1,则认为是一根新的棒材准备剪切;如果小于Lset将按上一根棒材的分段进行剪,切并产生头和尾报警。
经BX判断帮材头部后,控制系统通过BC头部检测信号启动棒材段倍尺的长度积分,当积分长度等于倍尺长度设定值LSETP时,发出剪切信号,同时启动下一段的长度积分。由于BC位于S2的后面,当BC检测到棒材头部信号时,棒材头部已经运动到距剪子Ls2tobc距离。因此在段倍尺的长度积分器中预置长度Ls2tobc。
当段倍尺积分长度等于长度设定值LSETP时,发送信号至START-H1启动倍尺剪,进行分段剪切;同时剪切信号启动积分元素的START2进行下一段的倍尺长度积分。
当轧制棒材的尾部经过OPT时,读取倍尺长度积分值L,启动尾部剪切优化程序。优化总长度为:
Ls2opt=BXTOC+L+Lopt
BXTOS——BX与剪子之间的距离,L—— OPT尾部信号来时倍尺长度积分器内的值, Lopt——为OPT头部信号检测到BX检测到头部时积分器内的值。
从OPT检测到尾部信号开始需要进行倍尺分段的个数N=(Ls20pt/Lsetp)-1
尾部剩余长度Lr =(S2OPT/Lsetp)取余。
理论上允许上加在后一段的大长度Lrm =Lmax(冷床大允许长度)—Lsetp
如果Lr小于Lrm,则Lr可以附加在末段上冷床,优化过程结束。如果大于Lrm,则继续分段。

3 结束语
倍尺剪切控制系统的检测元件(光电管),在生产过程中受到轧线水蒸气和其它光源的影响,产生信号。造成倍尺长度计算不准,剪子剪切动作提前或滞后,甚至不剪切等故障,严重影响轧钢节奏和成材率。因此为保证倍尺剪切控制系统的稳定性,提高到棒材的成材率,要加强对现场检测元件的维护。



引言
     无线传感器网络作为一种新兴技术,已经成为国内外研究的热点,其在军事、环境、健康、家庭、商业、空间探索和救灾等领域展现出广阔的应用前景[1]。国内外很多单位都开展了相关领域的研究,但大部分工作仍处在无线网络协议性能和硬件节点小规模实验设计阶段。无线传感器网络并不需要较高的传输带宽,但却要求低的功率消耗,以使无线传感器网络中的设备可工作长的时间,同时也是无线传感器普及应用的一大要求。ZigBee/IEEE 802.15.4标准把低功耗、作为主要目标,为无线传感器网络提供了互连互通的平台,目前基于该技术的无线传感器网络的研究和开发得到越来越多的关注。本文就是基于ZigBee技术,设计了通用无线传感器网络硬件平台,以期待能够产业化,为我国的无线传感器事业做出大的贡献。

基于ZigBee的无线传感网络的主要优势 
     ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时,通过跳Z字形舞蹈来告知同伴,达到交换信息的目的。可以说是一种小动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通,人们借此称呼一种专注于低功耗、、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术,亦包含寓意。ZigBee技术并不是有、全新的标准。它的物理层、层和链路层采用了IEEE 802.15.4标准,但在此基础上进行了完善和扩展。其网络层、应用会聚层和高层应用规范由ZigBee联盟进行了。ZigBee的特点,尤其在低功耗、上,主要有以下几个方面[2]。
① 低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月,甚至长。这是ZigBee的优势。相比较,蓝牙只能工作数周、WiFi只可工作数小时。
② 。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32 KB代码,子功能节点少至4 KB代码,而且ZigBee免协议费。
③ 低速率。ZigBee工作在20~250 kbps的较低速率,分别提供250 kbps(2.4 GHz)、40 kbps(915 MHz)和20 kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。
④ 近距离。传输范围一般介于10~100 m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3 km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以远。
⑤ 短时延。ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15 ms,节点连接进入网络只需30 ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10 s、WiFi需要3 s。
⑥ 高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,多可组成65 000个节点的大网。
⑦ 协议简单、性高。ZigBee协议栈长度平均只有蓝牙的1/4,这种简化对、可交互性和可维护性非常重要。ZigBee技术提供了数据完整性检查和鉴权功能,提供了三级模式,可灵活确定其属性,网络安够得到有效的。
⑧ 免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段—2.4 GHz()、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)。
由上述ZigBee的主要技术特点,可以看出:基于IEEE802.15.4标准,可在数千个微小的传感器之间实现相互协调通信。另外,采用接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,可使得通信效率非常高。与现有的各种无线通信技术相比,ZigBee技术的低功耗、低速率适合应用于无线传感器网络。

 无线传感器网络硬件设计
     在无线传感器网络中,节点任意散落在被监测区域内。节点以自组织形式构成网络,通过多跳中继方式将监测数据传到Sink节点,终借助长距离或临时建立的Sink链路将整个区域内的数据传送到远程进行集中处理。图1给出了一般形式的无线传感器网络体系结构[3]。

       针对环境及结构状态监测,我们设计了一种通用无线传感器网络硬件平台,该硬件平台由若干传感器节点、具有无线接收功能的Sink节点及一台计算机构成。无线传感器节点分布于需要监测的区域内,执行数据采集、处理和无线通信等工作,Sink节点接收各传感器的数据并以有线的方式将数据传送给计算机,如图2所示。

无线传感器节点的硬件设计
     无线传感器节点一般由传感器模块、数据处理模块、模块和电源管理模块四部分组成。其中,传感器模块负责采集监视区域的信息并完成数据转换,的信息可以包含温度、湿度、光强度、加速度和大气压力等;数据处理模块负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理以及任务管理等;模块负责与其他节点或Sink节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据;电源管理模块选通所用到的传感器,节点电源采用微型纽扣电池,以减小节点的体积。
     我们设计的节点实现机理是以ZigBee传输模块代替传统的串行通信模块,将到的信息数据以无线方式发送出去。该节点包含ZigBee无线传输模块、微控制器模块、传感器模块及接口电路、直流电源模块以及外部存储器等。为了降低传感器节点的成本,减小传感器节点的体积,我们采用Chipcon公司推出的高度整合的SoC芯片CC2430实现传感器节点的和处理功能。图3是设计的无线传感器节点的结构框图。下面将分别介绍无线传感器节点中的几个主要功能模块。

SoC芯片CC2430
     CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee 射频、内存和微控制器。它使用1个8位8051 MCU,具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、定时器、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路,以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工艺生产,工作时的电流损耗为27 mA;在接收和发射模式下,电流损耗分别27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的短时间的特性,特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。得益于CC2430的高集成度,其外围电路非常简单,只需要数量很少而且廉价的外围元件,即可完成无线传感器节点的和处理功能,因而大大降低了成本。

传感器模块
     根据实际需要选择不同的传感器对监测区域内温度、湿度、振动、声音和光线等物理信号进行检测。可选用了光敏器件、数字格式传感器和驻体话筒,对光强、温度、振动和声音等进行探测。光敏电阻5516是基于半导体光电效应工作的光导管,对光强感应灵敏度相当高,当受到一定波长范围的光照时,其阻值(亮电阻)急剧减小,电流增加,通过参考电阻分压后进行模数变换即可获得光敏电阻的阻值,进而换算出光照强度。
     Maxim公司的DS18B20是式数字温度传感器,测量结果可选用9~12位串行数据输出,测量范围-55~125℃,在-10~85℃测量准确度为0.5℃。驻体话筒HX034P是电容式微麦克风。输入信号为声音信号,输出信号经MAX4466构成的前置放大电路后进行电压值A/D采样,处理器的A/D采样频率可达200KHz,可捕获到声音信号。ADI公司的ADXL202是双轴向加速度传感器,它采用的微型机电系统技术,在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅编码微机械传感器,集成的信号处理电路,可测静态及动态加速度。该传感器可广泛应用于惯导航、地震监测、车辆和电池供电设备的运动状态测试等领域。
     结合使用上述几种传感器和敏感器件的无线传感器网络节点,能够实现温度、加速度(震动)的准确测量与探测,光敏电阻有其自身的光谱特性和温度特性,因此在设计中不作标定;另外对声音信号的捕获和复现需要进行大量的数据处理,从能量利用和传感器节点功能的精简角度考虑,设计中对声光强弱的探测通过设定阈值来给出布尔型输出。

电源模块
     实现节点设计的微型化,节点可采用输出电压3.6V可充电锂离子钮扣电池LIR2032供电。该类电池自放电率小于10%每月,但额定容量较小,限制了节点的生存期,若以两节5号电池供电,则可维持长的工作时间,在以网络形式工作状态下通过合理的设置节点发射的接收、发射以及待机状态,可有效地延长节点的使用寿命。针对节点供电单元不便于换的无线传感器网络,新的能源解决方法研究及网络系统的低功耗设计也是当前值得关注的课题。

阻抗匹配网络
     CC2430的射频信号采用差分方式,其差分负载阻抗是115+j180Ω,阻抗匹配电路需要根据这一数值进行调整。本设计采用50欧姆单子天线,由于CC2430的射频端口是差分形式具有两个端口,而天线是单端口,因此需要一个巴伦来完成两端口到单端口间的转换。巴伦电路由廉的电感和电容构成,如图4所示,包括电感L1、L2、L3和电容C1和两段长的传输线。

Sink节点的硬件设计
     无线传感器网络内的信息与外部网络或处理终端间的连接需要通过Sink节点来实现,Sink节点是无线传感器网络与有线设备连接中转站,负责发送上层命令(如查询、分配ID地址等),接收下层节点请求和数据,具有数据融合、请求仲裁和路由选择功能,是无线传感器网络中重要的一部分。我们设计的Sink节点带有USB数据口和RS232数据口,两种数据口可以通过开关进行切换,以方便Sink与外部网络或处理终端间的连接。
     图5是我们设计的Sink节点的结构框图,仍然采用Chipcon公司推出的高度整合的SoC芯片CC2430实现传感器节点的和处理功能。TTL与RS232电平转换单元选用MAX 3316芯片,该芯片在2.25~3.0V供电即可实现两通道双向电平转换,可直接操作CC2430芯片串行数据线和控制线。CC2430的外围电路设计与传感器节点相同。

结语
     基于ZigBee的无线传感器网络具有低功耗、、体积小的显著优点,可在特殊环境下实现监测区域内信号的采集传输与处理。伴随无线自组织网络技术的成熟和新的能量解决方案的提出,无线传感器网络的应用必将从军事、环境监测、医疗保健、空间探索和灾害预测普及到生活中的各个领域。

1   远程访问(RAS)是bbbbbbs 9 车载监测站系统简介
本系统是无线电监测网络系统中的车载站部分。由于车载站与固定站的通讯是无线远程方式,因此,我们在Delphi7.0环境下,利用远程访问RAS拨号服务开发了车载站与固定站的拨号连接部分。由于本系统用于采集无线电、频谱仪等仪器的数据,为了克服仪器面板小、图形显示呆板、数据分析处理功能不灵活等缺点,因此采用LabVIEW开发用户界面和进行数据分析。系统中,对Delphi语言编写的程序,通过LabVIEW对其进行调用。

2 系统配置
系统采用C/S模式,站PC机作为服务器,车载站PC机作为客户端,客户端务器之间采用无线调制解调器通讯。服务器提供服务接入功能,即等候客户机的拨号联网,管理客户机的登录名及密码。配置时服务器操作系统安装bbbbbbs 2000 Server,启用“路由和远程访问”服务,在“网络和拨号连接”中新建连接,其中需配置每一个将与服务器连接的客户端的登录名及密码。

3 系统硬件组成
系统硬件部分由站PC机,车载站PC机及无线调制解调器组成,框图如图1所示。





4 系统软件组成
4.1 RAS原理简介
        RAS是通过使用工业标准分帧协议建立的。通常有如下的协议:点到点的协议(PPP)、串行线路网际协议(SLIP)、异步NetBEUI。这些是一些的标准,他描述了怎样通过RAS连接进行,RAS连接采用何种网络通信协议进行通信。至于采用何种协议建立连接,主要取决于服务器采用或者能够支持几种协议。如果服务器支持上面的某种协议,则客户端RAS便可建立一个基于这种协议的连接。在微软公司提供的一系列的操作系统中,RAS服务器组件能够支持所说的任何一种分帧协议。RAS客户机务器之间的连接建立以后,网络协议堆栈(与所用的分帧协议有关)就通过这个RAS连接与远程计算机通信,就像在局域网中一样。
RAS服务器接收到一次拨号连接请求时,处理列出的一种分帧协议,然后便与客户机开始通信。分帧协议一旦确立,RAS就会对客户端的接入进行身份验证。RAS客户机会为RAS服务器用户名,密码和域登录凭证。当bbbbbbs NT/2000等RAS服务器接收到这条消息时,就会使用bbbbbbs NT/2000的域访问控制验证登录凭证。
4.2 拨号连接部分
拨号连接部分是在Delphi7.0环境下使用远程访问(RAS)的控件TapdRasDialer开发的。由于直接使用bbbbbbs的RASAPI来编写程序比较复杂,所以在开发的时候借助于TapdRasDialer控件,他调用bbbbbbs RASAPI对Modem等硬件进行控制。该部分程序只在客户机上,内含拨号所需的信息及结构,系统图如图2所示。




TApdRasDialer控件提供了Microsoft远程访问服务API的接口。通过bbbbbbs拨号网络,这个控件主要用来与一个远程计算机建立和终止连接,然而他也用来处理RAS电话薄项(RASPhonebook Entries)和枚举活动连接(Active Connection)。
通过Dial和DialDlg方法执行拨号。用Dial方法,同步和异步拨号选项都有效。Hangup方法终止呼叫。
CreatePhonebookEntry,DeletePhonebookEntry ListEntriesEditPhonebookEntry,方法操作Phonebook项。
GetDialbbbbbeters和SetDialbbbbbeters方法可以访问一个特殊呼叫拨号参数。
(1)Password属性
一个包含用户密码的字符串。密码为用户访问远程计算机的授权密码。
(2)domain属性
一个字符串,其中包含授权(Authentication)发生的域。空字符串域(远程访问服务器在域中是一个成员)。一个*号存储在Phonebook中的域。
(3)Dial属性
在RAS客户端和RAS服务器端之间,用Dial建立一个远程访问服务连接。如果一个连接错误发生,这个连接将自动挂断。
在异步方式拨号(ialMode=dmAsync)中,连接建立前,拨号立即返回。连接进度通过OnDialStatus,OnDialError和OnConnected事件表达。另外,如果StatusDisplayTApdRasStatus控件,StatusDisplay控件显示一个拨号状态对话框,直到建立或取消连接。
在同步拨号期间(DialMode设为dmSync),拨号不会返回,直到连接尝试已经成功完成或失败。没有事件触发,拨号函数结果检查以决定连接状态。
一个不同于ecOK的返回值表明一个错误发生并且返回的值是个错误代码。这个值传递给GetErrorText可以获得错误的描述信息。
通过ConnectState属性,可获得连接状态信息,直到应用程序调用HangUp终止连接。在一个连接已经成功建立后,应用程序后调用HangUp。
拨号不显示一个登录对话框。
4.3 程序接口子VI
对其他语言程序的调用可提高系统的灵活性,易于扩展。LabVIEW对C语言和Matlab提供了调用接口,还提供了调用bbbbbbs动态链接库DLL函数等功能。此外,LabVIEW还提供了对操作系统中可执行程序的调用。本系统使用Functions模板下的Communication下的SystemExec.vi模块如图3所示来实现对拨号连接生成的可执行程序进行调用。输入端Command to Execute设置为欲调用的*.exe文件路径及文件名;run minimized?(F)设置所调用的文件运行时是否需要小化。
4.4 数据采集与处理
采集无线电监测的数据并进行电平、带宽、频率等波形显示,以及进行数据分析,动态显示频偏、频移等参数。主要用到Functions模板下的Communication下的TCP模块。其中的关键点是把返回的数据块一组一组地分开(组与组之间是用换行符隔开的),再把一组中的数据一个一个地分开(数据之间是用逗号隔开的),然后把数据显示在相应的Graph中。





5 系统调试
包括LabVIEW程序和Delphi程序的调试。
        在LabVIEW中,程序运行时可以实时显示数据流动画面。这种调试方法可以使用户加清楚地观察程序运行的每一个细节,为查找错误、修改程序提供了有效的手段。我们采用了查看语法错误,设置执行程序高亮,设置断点与单步执行,设置探针等多种调试的方法。
对于拨号连接部分,调试内容包括当Modem的状态,线路情况以及拨号信息等出现异常时,该系统能否进行,并且给出正确的错误提示信息。

6 结语
利用LabVIEW丰富的界面效果和信号的动态分析与处理功能,使该车载监测系统功能加完善、加。对通讯模块的调用,大大提高了系统开发的灵活性。
该系统程序略加改动就可用于频谱仪、测向仪等无线电监测设备数据的采集和处理。在固定站与其他固定站联网情形下,本系统还可以通过站与其他站进行通讯。



1 引言
变电站自动化系统实质上是由多台微机组成的分层分布式控制系统,包括微机监控、微机保护、电能质量自动控制等多个子系统。在各个子系统中,往往又由多个智能模块组成。例如:在微机保护子系统中,有变压器保护、电容器保护、各种线路保护等。因此在自动化系统内部,通过内部数据通信,实现各子系统内部和各子系统之间的信息交换和信息共享,以减少变电站二次设备的重复配置并简化各子系统的互连,既减少了重复投资,又提高了系统整体的性和性。


2 变电站通信网络的要求
由于数据通信在变电站自动化系统内的重要性,经济、的数据通信成为系统的技术,而由于变电站的特殊环境和自动化系统的要求,变电站自动化系统内的数据网络应满足下列要求: ① 快速的实时响应能力; ② 很高的性; ③ 优良的电磁兼容性能; ④ 分层式结构[1]。
1997年8月大电网会议上,WG34.03工作组提出了变电站内通信网络传输时间要求:设备层和间隔层之间、间隔内各设备之间、间隔层各间隔单元之间为1~100ms,间隔层和变电站层之间为10~1000ms,变电站层各设备之间、变电站和控制之间为1000ms。各层之间的数据流峰值为:设备层和间隔层之间数据流大概250kb/s,取决于模拟量的采样速度,间隔层各单元之间数据流大概60kb/s或130kb/s,取决于是否采用分布母线保护;间隔层和变电站层之间及其他链路之间数据流大概在100kb/s及以下。


3 通信网的选择
数据通信网是构成变电站自动化系统的关键环节,内部通信网络的标准化是使变电站自动化迈向标准化的难点之一,受性能、价格、硬件、软件、用户策略等诸多因素的影响,目前在选择什么“接口网络”上很难达成一致。
网络特性主要由拓扑结构、传输媒体、媒体存取方式来决定。网络的选择应符合国内的有关标准;应选择当前的主品,应得到实力雄厚的软硬件商的支持;产品应满足变电站运行要求;具有较高的性能价格比[2]。
(1)35kV变电站通信网络
在小规模的35kV变电站和110kV终端变电站,可考虑使用RS422和RS485组成的网络;当变电站规模较大时应考虑选择现场总线网络。RS422和RS485串口传输速率指标是不错的,在1000m内传输速率可达100kb/s,短距离速率可达10Mb/s,RS422串口为全双工,RS485串口为半双工,媒介访问方式为主从问答式,属总线结构。这两个网络的不足在于接点数目比较少,无法实现多主冗余,有瓶颈问题,RS422的工作方式为点对点,上位机一个通信口多只能接10个节点,RS485串口构成一主多从,只能接32个节点,此外有信号反射、中间节点问题。LonWorks网上的所有节点是平等的,CAN网可以方便的构成多主结构,不存在瓶颈问题,两个网络的节点数比RS485扩大多倍,CAN网络的节点数理论上不受限制,一般可连接110个节点。
(2)110kV变电站通信网络
中型枢纽110kV变电站节点数一般为40个左右,多主冗余要求和节点数量增加使RS422和RS485难以胜任。现场总线却能得心应手,总线网将网上所有节点连接在一起,可以方便的增减节点;具有点对点、一点对多点和全网广播传送数据的功能;常用的有LonWorks网、CAN网。两个网络均为中速网络,500m时LonWorks网传输速率可达1Mb/s,CAN网在小于40m时达1Mb/s,CAN网在节点出错时可自动切除与总线的联系,LonWorks网在监测网络节点异常时可使该节点自动脱网,媒介访问方式CAN网为问答式,LonWorks网为载波多路访问/冲撞检测(CSMA/CD)方式,内部通信遵循Lon Talk协议。
CAN网开销小,一帧8位字节的传输格式使其服务受到一些限制,LonWorks网为无源网络,脉冲变压器隔离,具有强抗电磁干扰能力,重要信息有级。据近年国内数百个站的经验,LonWorks网可作为目般中型110kV枢纽变电站自动化通信网络。
CAN总线是一种串行数据通信协议,它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤,通信速率可达1Mb/s。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括位、数据块编码、循环冗余校验、级判别等项工作。CAN协议的一个大特点是废除了传统的站地址编码,而对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制,数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成,数据段长度多为8个字节,可满足工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。8字节不会占用总线时间过长,从而保证了数据通信的实时性。
(3)220kV及以上变电站通信网络
220~500kV变电站节点数目多,站内分布成百上千个CPU,数据信息流大,对速率指标要求高(要求速率130kb/s),LonWorks网络的实时性、宽带和时间同步指标会力不从心。应考虑Ethernet网或Profibus网。Ethernet网为总线式拓扑结构,采用CSMA/CD介质访问方式,传输速率高达10Mb/s,可容纳1024个节点,距离可达2.5km。物理层和链路层遵循IEEE802.3协议,应用层采用TCP/IP协议。


4 变电站自动化系统传输规约的现状
和变电站自动化系统的网络标准化的要求相比,规约统一标准化的要求为迫切。无论是站内不同厂家设备之间还是在和远方调度的连接中,由规约转换问题引起的软件编程成为实际工程调试量大的项目,既耗费人力物力,运行维护也不方便,是目前自动化技术发展的一大问题[2]。
(1)变电站和调度之间的传输规约
目前各个地方情况不一,现场大多采用各种形式的规约如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0等一些规约,1995年IEC为了在兼容的设备之间达到互换的目的,颁布了IEC60870-5-101传输规约,为了使我国尽快采用远动传输的标准,1997年原电力部颁布了101规约的国内版本DL/T634-1997,并在1998年的桂林会议上进行了宣贯。该规约为调度端和站端之间的信息传输了标准,今后变电站自动化设备的远方调度传输协议上应采用101规约。
(2)站内局域网的通信规约
目前各生产厂家基本上各作各的密码,造成不同厂家设备通信连接的困难和以后维护的隐患。IEC在1997年颁布了IEC60870-5-103规约,国家经贸委在1999年颁布了103规约的国内版本DL/T667-1999,并在2000年的南昌会议上进行了宣贯,103规约为继电保护和间隔层(IED)设备与变电站层设备间的数据通信传输规定了标准,今后变电站自动化站内协议要求采用103规约。
(3)电力系统电能计量传输规约
对于电能计量采集传输系统,IEC在1996年颁布的IEC60870-5-102标准,即我国电力行业标准DL/T719-2000,是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。
上述的三个标准即101、102、103协议,运用于三层参考模型(EPA)即物理层、链路层、应用层结构之上,是相当一段时间里指导变电站自动化技术发展的三个重要标准。这些标准按照非平衡式和平衡式传输远动信息的需要,能满足电力系统中各种网络拓扑结构,得到了广泛的应用。
随着网络技术的迅猛发展,为满足网络技术在电力系统中的应用,通过网络传输远动信息,IEC TC57在IEC60870-5-101基本远动任务配套标准的基础上了IEC60870-5-104传输规约,采用IEC60870-5-101的平衡传输模式,通过TCP/IP协议实现网络传输远动信息,它适用于PAD(分组装和拆卸)的数据网络。
目前分层分布面向对象的思想已为人们所接受,变电站自动化系统的结构为2层,即通过通信网络连接的间隔层和变电站层,变电站到调度端通信逐步淘汰MODEM方式,采用TCP/IP模式上网。


5 变电站自动化系统体系结构的发展方向
随着技术的发展,再过几年,光电CT、PT逐步取代电磁CT、PT,过程层开始出现,网络结构分成3层,即变电站层、间隔层和过程层。变电站自动化和标准接轨,系统结构趋合理。过程层完成I/O、模拟量采集和控制命令的发送等,并完成与一次设备有关的功能,间隔层是利用本间隔数据对本间隔的一次设备产生作用,越来越多的间隔层功能下放到过程层;替代模拟传统保护原理的自适应保护将出现;变电站功能将扩展到设备在线监测、电能计费系统、部分配电自动化、无功自动补偿和遥视等,符合IEC61850标准的变电站自动化体系结构将逐步建立。
IEC61850将变电站通信体系分为3层:变电站层(2层)、间隔层(1层)、过程层(0层),如图1所示。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。IEC61850标准中没有继电保护管理机,变电站内的智能电子设备(IED)、测控单元和继电保护均采用统一的协议,通过网络进行信息交换[3]。

关于远动信息的网络访问已经有比较容易实现的IEC60870-5-104,它是目前可供选择的网络访问协议。IEC TC57即将无缝远动通信体系结构,具有应用开放和网络开放统一的传输协议IEC61850。该协议将是变电站(RTU或者变电站自动化系统)到控制的通信协议,也是变电站自动化系统甚至过程到控制的的通信协议。


6 结论
不同类型的变电站对自动化系统的通信网络有不同的要求,在35kV的变电站可以采用RS-485或现场总线作为站内系统网络;在110kV变电站可以采用现场总线网络实现间隔层设备数据通信,当站控层设备较多时,变电站层可采用以太网连接;在220~500kV的高压变电站,由于站内节点数目多,应考虑使用以太网或profibus网。目前变电站自动化系统中使用的传输规约种类较多,各个公司的产品使用的标准尚不统一,系统互联和互操作性差,在变电站和控制之间应使用101规约,在内部应使用103规约,电能量计量计费系统应使用102规约。新的标准IEC61850颁布实施之后,变电站自动化系统从过程层到控制将使用统一的通信协议。




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