6GK7243-1EX01-0XE0详细使用

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智能化传感器是一种带嵌入式微处理器的传感器,是嵌入式微处理器,智能理论和传感器相结合而成的传感器测控系统,兼有检测、判断、网络、通信和信息处理等功能,与传统的传感器相比有很多特点:具有思维、判断和信息处理功能,能对测量值进行修正、误差补偿,可提高测量精度;具有知识,可多传感器参数进行测量综合处理;根据需要可进行自诊断和自校准,提高数据的可靠性;对测量数据进行存取使用方便;有数据通信接口,能与微型计算机直接通信,实现远程控制;可在网上传送数据实现**监测控制;可实现无线传输。

2 传感器功能分析

传感器测控系统的特点可以定义其基本功能为:

1.复合敏感功能————智能传感器测控系统具有复合功能,能够同时测量多种物理量和化学量,给出能够较全面反映物质运动规律的信息。

2.自补偿和计算功能————只要能**传感器的重复性好,利用微处理器对测试的信号通过软件计算,采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿,从而能获得较精确的测量结果。

3.自检、自校、自诊断功能————采用智能传感器测控系统,首先自诊断功能在电源接通时进行自检,诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正,微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。

4.信息存储和传输————传感器测控系统通过测试或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。

3 传感器系统用例分析

用例建模是UML建模的一部分,也是UML里较基础的部分。用例建模的较主要功能就是用来表达系统的功能性需求或行为。可以确定传感器在整个控制系统中的位置和相互关系如图1所示。

图1传感器与外界关系图

由此,可以定义传感器测控系统的用户。

操作者:操作者建立传感器与系统连接,上电启动传感器与系统,传感器通过通讯网络寻找控制器,由控制器确定自己身份等设定参数。用户也可以通过控制器设定特定传感器的参数。

检测参数:即传感器检测物理量的参数变化,检测参数变化将引起传感器检测数据的变化,传感器测控系统将对数据进行转换、处理、存储,在建立与控制器通讯的基础上,进行。此外,传感器测控系统需要完成底层控制任务,需要接受控制器发送的指令和数据,即在控制器指令下,完成控制器发送数据、指令的接收、存储和执行。

关联传感器:任何一个智能传感器都可能是一个传感器网络（目前较常见是通过各种现场总线）相连接,传感器之间可能存在通讯,智能传感器可以对关联传感器发送的数据做出响应,或者对数据进行存储,或者发送控制指令,或者修改自身某设定参数。

控制器:在系统初始化过程中,根据传感器发送请求,分配身份识别ID,设定相关参数;根据传感器发送检测数据,确定控制参数和控制指令,发送给*传感器。

驱动器:接受传感器测控系统发出的控制指令,实施驱动。

由此可以确定传感器测控系统用例图如图2所示。

图2传感器测控系统用例图

每一个用例中,都涉及到用户与传感器系统、传感器系统与周边设备的信息交互,交互是协作中的一个消息集合,这些消息被类元角色通过关联角色交换。当协作在运行时,受类元角色约束的对象通过受关联角色约束的连接交换消息实例。交互作用可对操作的执行、用例或其他行为实体建模。

消息是两个对象之间的单路通信,从发送者到接收者的控制信息流。消息具有用于在对象间传值的参数。消息可以是信号（一种明确的、命名的、对象间的异步通信）或调用（具有返回控制机制的操作的同步调用）。

创建一个新的对象在模型中被表达成一个事件,这个事件由创建对象所引起并由对象所在的类本身所接受。创建事件,作为从**层初始状态出发的转换的当前事件。对于新实例是可行的。

消息可以被组织成顺序的控制线程。分离的线程代表并发的几个消息集合。线程间的同步通过不同线程间消息的约束建模。同步结构能够对分叉控制、结合控制和分支控制建模。

消息序列可以用两种图来表示:顺序图（**消息的时间顺序）和协作图（**交换消息的对象间的关系）。表示系统需求,通常都使用顺序图描述系统信息交互。

顺序图将交互关系表示为一个二维图。纵向是时间轴,时间沿竖线向下延伸。横向轴代表了在协作中各独立对象的类元角色。类元角色用生命线表示。当对象存在时,角色用一条虚线表示,当对象的过程处于状态时,生命线是一个双道线。

4 传感器测控系统硬件结构设计

4.1传感器系统的构成

根据上一章对传感器系统的功能和用例分析,可以确定传感器测控系统的模块结构,在rational rose中定义出传感器系统的部件图如图3所示

图3 传感器测控系统部件图

传感器测控系统模块主要包括:信号调理模块、多通道数据采集模块、A/D转换模块,数据存储模块、数据编码模块、模块、控制决策模块、数据处理模块、驱动模块及状态显示模块等部分。所有的控制逻辑和数据计算全部由主控制器的软件实现。

在传感器测控系统的模块结构中,信号调理模块、A/D转换模块、数据存储模块、数据编码模块、模块、状态显示模块、驱动模块都需要系统硬件提供支撑,因此,可以确定传感器系统硬件体系结构如图4所示。

图4传感器系统模块结构图

4.2硬件设计

传感器系统因为需要作为现场数据采集的基本单元,需要具备体积小、低功耗、、高性能;可以实现网上控制,在硬件电路选择上应区别于普通的嵌入式系统。

4.2.1 基础单片机系统设计

微处理单元是传感器测控系统的核心,主要完成信号数据的采集、处理（如数字滤波、非线性补偿、自诊断）和数据输出调度（包括数据通信和控制量本地输出）等工作。从智能传感器高可靠性、低功耗、和微体积等特点出发,嵌入式微处理器系统是较佳选择。

4.2.2信号调理电路设计

数据采集系统的设计过程中,输入数据采集系统的电信号与ADC的输入范围并不一定匹配,因而,一般不直接送入ADC进行转换,必需对输入的信号进行信号调理,经过信号调理后的模拟信号符合ADC的要求。

4.2.3 A/D转换电路选择

模数转换器是连接模拟和数字世界的一个重要接口。A/D转换器将现实世界的模拟信号变换成数字位流以进行处理、传输及其他操作。A/D转换器的选择是至关重要的。所选择的A/D转换器应能确保模拟信号在数字位流中被准确地表示,并提供一个具有任何必需的数字信号处理功能的平滑接口。

4.2.4 D/A转换电路选择

D/A转换电路的选择主要考虑转换电路的分辨率、准确度、线性度,首先分析分辨率与线性误差的关系。根据分辨率的定义,位数越多,分辨率越高。

4.2.5 传感器的通信电路设计

一般的智能传感器都具有双向通信功能,即智能传感器之间,智能传感器与控制器之间都存在,控制器不但接收、处理传感器的数据,还可将信息反馈至传感器,对测量过程进行调节和控制。

5 小结

虽然智传感器测控系统的研究和开发己取得一定的成果,但还远远不能满足生产实践发展的迫切需求,本课题对智能传感器系统进行了设计,在详细分析传感器测控系统的定义和功能需求的基础上,利用UML统一建模语言建立了传感器系统的需求模型,使用用例图对传感器系统的各种用户需求进行描述,使用顺序图详细描述了每个用例的参与者和信息传递过程。以此为基础,对传感器系统的结构进行了描述,使用协作图对系统各个功能模块之间的信息传递和协作关系进行了分析。并且分别对传感器系统中的硬件模块提出了设计思路。

二、DB-2100系列恒压供水控制器的应用方式：

通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。

在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式：

*一是每台水泵都配用一台变频器;

其二是所有水泵只配用一台变频器和一个恒压供水控制器实现。

显然*一种方法成本太高;*二种方法成本很低。北京那个富莱时代科技有限公司开发的DB-2000、DB-2100系列恒压供水控制器就可轻松实现一台变频器控制任意数马达的功能。下面讲到的原理都是一台变频器拖动多马达的系统。

系统构成：采用变频器与DB-2100型恒压供水控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。

三、 工作原理描述

当变频器与DB-2100型控制器构成的恒压供水系统被投入自动运行时，1#泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与控制器管网压力设定信号负反馈闭环，当电机频率上升到较高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通1#泵，使1#泵全速投入运行，同时变频器经过时间延迟，对2#泵进行变频控制，3#、4#、5#泵重复此过程。当管网压力与控制器设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在一定的频率。当水需求量减少，管网压力逐渐升高，内部PI控制器输出频率降低，当变频器输出频率低至管网下限频率时（工厂默认为20HZ），而管网在设定时间内还**设定压力，变频器切断较先起动的工频控制泵（遵循“先起先停”的原则），转而控制下一个原工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。

四、DB-2100系列恒压供水控制器的使用

4.1初步参数设定

（1）确定泵属性组参数（C-18～C-23）。

（2）如果需要运行时间图，可以填写运行时间图组（C-29～C-46），首先调校时钟（C-29），然后确定运行图段数（C-30）并填写起始时间及相应状态。出厂设置为8段区分高低峰用水（用*一、二压力区分）及夜间关机（如有附属小泵，则此时仅小泵运行）的时间图。起始时间应从小到大依次排列，例如：仅有2段的运行时间图，如果0：00～5：30间关机，则C-31=0.00、C-32=0、C-33=5.30;如果23：59～5：30间关机，则C-31=5.30、C-33=23.59，C-34=0。

（3）确定变频器属性组参数（C-14～C-17）。

（4）确定休眠参数（C-24～C-28）、定时换泵参数（C-47～C-49）、消防参数（C-58～-63）等。

4.2手动状态下的参数修正

（1）修正远传压力表参数（C-12～C-13），当压力表指示为零时，调整Pb，使反馈压力显示为零;增加水压（达到满量程的1/3以上），调整Pg，使反馈压力显示于实际相符。

（2）修正水泵工作下限频率（C-05），此频率为单台水泵不出水的临界频率。

4.3自动状态下的参数修正

（1）变频器加减速时间（C-15）参数直接影响控制器性能，如果自动运行状态中，如果变频器实际频率变化滞后于控制器给定频率，应调整参数C-15以**同步。

（2）如果水泵切换条件为用户自设定（即C-06=1），在**系统不振荡的条件下，适当减小上、下限频率持续时间

4.4带多台泵时的情况

当配置为标准直接起停型时，可构成1个变量泵+5个定量主泵、或1个变量泵+4个定量主泵+1个附属小泵的生活用水控制系统。

当配置为标准循环软起停型时，可构成5个变量主泵、或4个变量泵+1个附属小泵的生活用水控制系统。

当配置为消防型时，可构成4泵循环软启动或直接启动的消防专用或消防生活共用控制系统。各个泵（C-19～C-23）都可作为主泵使用，C-23（即5#泵）可作附属小泵使用。

4.5消防功能补充说明

稳压泵组（或生活泵组）和消防泵组的工作方式、消防泵的巡检方式通过应用宏选择（C-18），在选为消防功能时是B5，D5输出点不能连接主泵，因此主泵较多为4个。

激发消防状态有2种方式，通过FIRE端子激发或选择失压时软件消防功能（C-62=1，当所有稳压泵都运行到较大工况后，压力仍然达不到设定压力，经过加泵延时后进入消防状态。此功能通常仅用于消防专用系统中）。进入消防状态后，在自动方式下Fire指示灯点亮，对于通过FIRE端子触发或选择软件激发进入消防状态的，退出消防状态只能通过重新上电;对于通过FIRE端子电平方式进入消防状态的，FIRE端子电平无效时，自动退出消防状态。

对于采用主泵稳压的消防类型（消防B、C型），B5可以选择为附属小泵。非消防状态时稳压泵可定时换泵，并可选择休眠，在休眠时B5附属小泵可选择工作于工频或变频。这些消防类型可以很好满足生活消防共用系统。

对于采用小泵稳压的消防类型（消防A、E型），B5稳压小泵可选择工作于工频或变频。这些消防类型仅用于消防专用系统。

五、应用DB2100恒压控制器系统与PLC恒压控制器系统的比较

DB-2100供水控制器、PLC都类属工控产品，在设计初就考虑到各种复杂的工矿使用环境，所以在关键器件上选用的都是**器件，所以在使用稳定型方面、可靠性方面两者处于在一个水平线上。

在使用由变频器和DB-2100供水控制器组成的恒压供水控制系统，由于内置了PID功能，使用简单、方便，操作人员可以在很短的时间内对系统调试完毕。而变频器-PLC组合需要编程人员根据自己的经验进行编写，可靠性和稳定性还有待时间的验证。

由于DB-2100供水控制器为标准产品，如有问题可直接替换，而PLC出现问题则需要另行购买PLC并需要专业的编程人员编程，这在水网改造以及后期维护中是很麻烦的。故在使用成本、后期维护上，变频器加DB-2100组合更胜一筹。

六、供水应用中的其他注意事项

（1）变频泵至工频控制时可直接切换，以免管网压力形成波动，工频泵变频控制的切换时间必须适当设置，延长太短，水泵对变频器形成冲击电压和冲击电流，容易使变频器出现故障，延时过长使管网压力不稳定，从而易出现频繁切换动作。

（2）当供水基板与主控制基板距离较远时（20m以上），需提供附加电源以确保信号正确传输。

（3）当供水系统不需要处理消防等紧急状态下的供水问题时，可简化PLC控制功能。甚至只通过单变频器实现简易恒压供水。

（4）适当使用变频器*特的负载检测和切断自停机功能，方便远程水泵的控制。

（5）在进行变频器控制信号接线时，请把其同动力线分离，也不要配置在同一配线管内，否则有可能产生误动作。

（6）压力设定信号线与压力反馈信号线必须采用屏蔽线。

（7）电机侧的工频旁路与变频器输出之间应使用带有机械连锁装置的交流接触器，并在电气控制回路上进行逻辑互锁，以防止工频电源与变频器输出之间引起短路而损坏变频器及相关设备。

（8）电机所连接的工频电源的相序应与变频器输出的相序一致，为防止电机反转事故，请确认相序。