6ES7222-1HF22-0XA8当天发货

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介绍了CCD驱动电路的4种常用方式及其优缺点，详细阐述了基于高速**微型单片机C8051F3(x)的CCD驱动电路设计，包括内部CCD驱动时序和外部输出同步信号的产生、像素输出电压的简单处理以及通过RS232接口在线调整CCD驱动频率等。系统克服了目前单片机方式在CCD驱动应用中存在的一些缺点。
关键词：C805lF300 CCD TCDl206可编程计数器阵列

CCD作为一种光电转换器件，由于其具有精度高、分辨率好、性能稳定等特点，目前广泛应用于图像传感和非接触式测量领域。在CCD应用技术中，较关键的两个问题是CCD驱动时序的产生和CCD输出信号的处理。对于CCD输出信号，可以根据CCD像素频率和输出信号幅值来选择合适的片外或片内模数转换器；而对于CCD驱动时序，则有几类常用的产生方法。
1 常用的CCD驱动时序产生方法
CCD厂家众多，型号各异，其驱动时序的产生方法也多种多样，一般有以下4种：
(1)数字电路驱动方法
这种方法是利用数字门电路及时序电路直接构建驱动时序电路，其核心是一个时钟发生器和几路时钟分频器，各分频器对同一时钟进行分频以产生所需的各路脉冲。该方法的特点是可以获得稳定的高速驱动脉冲，但逻辑设计和调试比较复杂，所用集成芯片较多，无法在线调整驱动频率。
(2)EPROM驱动方法
这种驱动电路一般在EPROM中事先存放所有的CCD时序信号数据，并由计数电路产生EPROM的使之输出相应的驱动时序。该方法结构相对简单、运行可靠，但仍需地址产生硬件电路，所需EPR0M容量较大，同样也无法在线调整驱动频率。
(3)微处理器驱动方法
这种方法利用单片机或DSP通过程序直接在I/O口上输出所需的各路驱动脉冲，硬件简单、调试方便、可在线调整驱动频率。但由于是依靠程序来产生时序，如果程序设计不合理，会造成时序不均匀；而且往往会造成微处理器资源浪费；通常驱动频率不高，除非采用高速微处理器。
(4)可编程逻辑器件驱动方法
这种设计方法就是利用CPLD、FPGA等可编程逻辑器件来产生时序驱动信号，硬件简单、调试方便、可靠性好，而且可以得到较高的驱动频率。同样也可在线调整驱动频率。电路设计完成以后，如果想更改驱动时序，只需将器件内部逻辑重新编程即可。
以上4类方法中目前常用的是微处理器驱动方法(通常又称为“软件驱动”法)和可编程逻辑器件驱动方法(又称“硬件驱动”法)。由于在CCD应用系统中，一般都要用到微处理器，所以若采用“软件驱动”法，则*增加硬件，在电路结构上较为简单，系统成本也较低，因此，只要能克服其驱动频率低、资源浪费多、时序不均匀等缺点，无疑是一种理想的驱动方法。本文结合Toshiba公司的TCDl206线阵CCD，介绍如何利用C8051F300来产生其要求的驱动时序。
2 硬件设计
如图1所示，虚线框内的电路构成CCD驱动处理板。安装在CCD相机内部。系统处理器采用美国Silabs公司推出的**高速8位单片机C8051F300，CCD采用Toshiba公司的高灵敏度线阵CCD图像传感器芯片TCDl206，双电压供电的总线驱动器LVC4245解决了单片机(3.3V)和CCD(5V)二者之间的电平匹配。CCD驱动脉冲由C8051F300提供，其像素输出电压经高速运放AD8031处理，由U0引脚引到外部，同时向外部提供像素同步信号PS和行同步信号FS(由PO．6、P0．7经LVT245总线驱动器所得)。

1  引言
        摩尔春天广场是遂宁市一大型购物中心，使用大功率冰蓄冷中央空调，冰蓄冷中央空调将电网夜间谷荷多余电力以冰的冷量形式储存起来，在白天用电高峰时将冰融化提供空调服务。由于我国大部分地区夜间电价比白天低得多，所以采用冰储冷中央空调能大大减少用户的运行费用。冰蓄冷中央空调系统配置的设备比常规空调系统要增加一些，自动化程度要求较高，但它能自动实现在满足建筑物全天空调要求的条件下将每天所蓄的能量全部用完，较大限度地节省运行费用。

2  控制系统结构
        控制系统由下位机(现场控制工作站)与上位机(*管理工作站)组成，下位机采用可编程序控制器(plc)与触摸屏，上位机采用工业级计算机与打印机，系统配置必要的附件如通信设备接口、网卡、调制解调器等，实现蓄冷系统的参数化与全自动智能化运行。
        下位机和触摸屏在现场可以进行系统控制、参数设置和数据显示。上位机进行远程管理和打印，它包含下位机和触摸屏的所有功能。整个系统以下位机的工业级可编程序控制器为核心，实现自动化控制。控制设备与器件包括：传感元件、电动阀、变频器等。
2.1 下位机系统(区域工作站)
        (1) 触摸屏：采用mt5000彩色触摸屏作为操作面板，完全取代常规的开关按钮、指示灯等器件，使控制柜面谈得更整洁。并且，mt500触摸屏在现场可实现状态显示、系统设置、模式选择、参数设置、故障记录、负荷记录、时间日期、实时数据显示、负荷曲线与报表统计等功能，中文操作界面直观友好。
        (2) siemens可编程序控制器：simatic s7-300系列plc适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。该产品具有光电隔离，高电磁兼容；具有很高的工业适用性，允许的环境温度达60℃；具有很强的抗干扰、抗振动与抗冲击性能，因此在严酷的工作环境中得到了广泛的应用。自由通讯口方式也是s7-300型plc的一个很有特色的功能，它使s7-300型plc可以与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯，即s7- 300型plc可以由用户自己定义通讯协议(例ascii协议)，波特率为1.5mbit/s(可调整)。因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活、方便。任何具有串行接口的外设，例如：打印机或条形码阅读器、变频器、调制解调器(modem)、上位pc机等都可连接使用。用户可通过编程来编制通讯协议、交换数据(例如：ascii码字符)，具有rs232接口的设备也可用pc/ppi电缆连接起来进行自由通讯方式通讯。当上位机脱机时，在下位机控制下，整个系统能正常运行。
2.2 上位机系统(*管理工作站)
        (1) 上位机：上位机即图文控制中心，主要由hp原装多媒体计算机，和激光打印机组成，采用simatic wincc5.1软件平台，采用全中文操作界面，人机对话友好。管理人员和操作者，可以通过观察pc机所显示的各种信息来了解当前和以往整个冰蓄冷自控系统的运行情况和所有参数，并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。
        (2) wincc5.1软件平台：winc -c软件在自动化领域中可用于所有的操作员控制和监控任务。可将过程控制中发生的事件清楚地显示出来，可显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部显示或选择简要形式显示，可连续或按要求编辑，并可输出打印报表和趋势图。
        wincc能够在控制过程中危急情况的初发阶段进行，发出的信号既可以在屏幕上显示出来，也可以用声音表现出来。它支持用在线帮助和操作指南来故障。某一wincc工作站可专门用于过程控制以使那些重要的过程信息不被屏蔽。软件辅助操作策略保证过程不被非法访问，并提供用于工业环境中的无错操作。
        wincc是micrsoft bbbbbbs98或bbbbbbs nt4.0操作系统下，在pc机上运行的面向对象的*32位应用软件，通过ole和odbc视窗标准机制，作为理想的通讯伙伴进入bbbbbbs世界，因此wincc可容易地结合到全公司的数据处理系统中。

3  冰蓄冷系统的控制
3.1 控制目的、范围及主要受控设备
        蓄冷控制系统控制目的：通过对制冷主机、储冰装置、板式热交换器、系统水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行控制，调整储冰系统各应用工况的运行模式，在较经济的情况下给末端提供一稳定的供水温度。同时，提高系统的自动化水平，提高系统的管理效率和降低管理劳动强度。控制范围包括整个冰蓄冷系统的参数状态显示、设备状态及控制，主要控制设备有：双工况主机、电动阀、冷却塔、冷却水泵、蓄冰装置、初级乙二醇泵、板式换热器、次级乙二醇泵等。
3.2 控制功能
        控制功能包括整个冰蓄冷系统稳定、经济运行所需的功能。
        (1) 工况转换功能：根据季节和机器运行情况，自控系统具备以下工况转换功能：
        ● 双工况主机制冰同时供冷模式；
        ● 双工况主机单独制冰模式；
        ● 主机与蓄冰装置联合供冷模式；
        ● 融冰单独供冷模式；
        ● 主机单独供冷模式。
        (2) 工况的启停、显示和故障报警功能：控制系统按编排的时间顺序，结合负荷预测软件，控制制冷主机及外围设备的启停数量及监视各设备之工作状况与运行参数，如：制冷主机启停、状态及故障报警；制冷主机运行参数；制冷主机缺水保护；制冷主机供/回水温度、压力遥测和显示；冷冻水泵启停、状态及故障报警；乙二醇泵启停、状态及故障报警；冷却水泵启停、状态及故障报警；压差旁通管的压差测量与显示；冷却塔风机启停、状态及故障报警；冷却塔供/回水温度控制与显示；供/回水温度、压差遥测控制与显示；板式换热器侧进出口温度控制与显示；蓄冰装置进、出口温度遥测控制与显示；冷冻水回水流量控制与显示；电动阀开关、调节与阀位控制与显示；室外温湿度遥测控制与显示；蓄冰量测量与显示；末端冷负荷控制。
        (3) 数据的记录和打印功能：控制系统对一些需要的监测点进行整年趋势记录，控制系统可将整年的负荷情况(包括每天的较大负荷和全日总负荷)和设备运转时间以表格和图表记录下来，供使用者使用。所有监测点和计算的数据均能自动定时打印。
        (4) 手动/自动转换功能：控制系统配置灵活的手动/自动转换功能。
        (5) 优化控制功能：根据室外温度、天气预报、天气走势、历史记录等数据自动选择主机**或融冰**。在满足末端负荷的前提下，每天使用完储存的冷量，尽量少地运行主机。充分发挥冰储冷系统优势，节约运行费用。
        (6) 全自动运行功能：系统可脱离上位机工作，根据时间表自动进行制冰和控制系统运行、工况转换、对系统故障进行自动诊断，并向远方报警。触摸屏显示系统运行状态、流程、各节点参数、运行记录、报警记录等。
        (7) 节日设定功能：系统可根据时间表自动运行，同时也可预先设置节日，控制储冰量和储冰时间，使系统在节日时对不需要供应空调的场所停止供冷。
        (8) 下位机操作功能：人机对话。操作人员可通过触摸面板进行人机对话，操作界面完全中文化，具有提示、帮助、参数设置、密匙设置、故障查询、历史等功能；系统设置。包括操作口令设置、运行设置、运行时间表设置、记录溢出处理、自动/手动/测试选择、节日设置、系统参数设置(包括各节点温度、压力，各介质的流量，储冰量，制冰速率，融冰速率，阀门开度，末端负荷等)；故障记录、运行记录、历史记录等。
3.3 远程监控
        控制系统通过电话线或宽带网，与*系统连接，对系统进行运行监控、参数修改、数据采集等，使系统不断完善和软件版本升级，让用户得到更好的服务。远程监控的目的是用户可以通过pstn(公共交换传输网)对冷冻站进行异地远程监控。同时也可以实现远程调试、远程适时监控和在线维护等，从而大大减轻工程人员的工作强度，降低工程成本。
3.4 系统扩展控制
        控制系统设计界面友好，plc和触摸屏均可扩展，内容可扩展、参数也可修改，通过485通讯接口或通信协议实现bas与冰储冷自控系统一体化，节约投资、方便管理。系统集中控制，减少了动力柜占地面积，又使动力柜型号统一、式样相同、大小一致。系统扩展控制如下：污水泵自动控制；风、排风控制；活水泵稳压控制；防水泵定时运行、检测、报警；淋水泵稳压控制；筑物夜间轮廓照明自动控制；低配计量、开关状态检测、报警。

4  结束语
        通过plc在冰蓄冷空调系统的推广运用，保证了系统的安全运行和有效节能，同时也为楼宇设备控制系统的控制器选型提供了新的思路。相信在不久的将来，越来越多的plc系统在冰蓄冷空调系统的运用中日趋成熟，在楼宇设备控制系统中也将会大显身手。

汽轮机由锅炉产生的高温高压蒸汽带动高速运转，是火力发电厂的关键动力设备，汽轮机的本体保护系统（ETS）是发电厂对系统可靠性要求较高的子系统。传统上，200MW以下机组的汽机本体保护都是用继电器搭建的，可靠性差，保护逻辑修改麻烦，不能与主控制系统构成有效的通讯连接。若与电厂主DCS合并在一起控制，则因DCS处理周期较长等原因无法满足快速保护要求，一般都不采用。近年来PLC因其可靠性高、处理速度快、逻辑修改方便等特点在汽机本体保护中得到了广泛的应用。

下面介绍和利时公司承担的几个火电厂项目中采用和利时PLC作为ETS应用的实例。

合肥发电厂#3机为125MW**高压中间再热凝汽式汽轮机，进汽压力为13Mpa，进汽温度535℃，转速3000转/分钟。汽机本体保护采用和利时公司的PLC与继电器模块并存的方式，PLC独立执行保护程序，同时通过Profibus-DP与主DCS控制器通讯，将保护过程状态信息上传DCS，使两套系统实现无缝连接。此项目于2000年9月投运，经现场使用，用户反映良好。

在耒阳电厂#1机（200MW）DCS改造中，出于对ETS可靠性的考虑，用户要求必须实现双机热备控制，我们向用户推荐了两套PLC并存的汽机本体保护方案，从现场来的过程信号经信号分配器同时输入到两套PLC系统中，两个CPU执行相同的程序，运算结果经处理后变成单一的输出送到现场。在这种方案中，任何一台PLC的故障都不会影响保护系统正常工作。此方案得到厂方认可，于2001年5月投运，运行稳定、可靠。

在以上两个电厂ETS系统成功使用后，和利时公司相继赢得了沈阳皇姑热电厂、武汉晨鸣热电厂等用户的信任，和利时PLC在一批中小汽机的本体保护中得到应用。

锅炉吹灰系统是锅炉控制系统的一个子系统，作用是定时用高压蒸去附着在水冷壁、过热器、尾部烟道上的煤灰，以避免煤灰影响热效率。镇海热电厂#3 机是200MW机组，锅炉额定蒸汽流量670吨/小时，按工艺要求应每周进行一次吹灰，并且其过程可在主DCS上操作和监视。为此用户选择和利时PLC与主DCS构成通讯系统，PLC接受主DCS的指令启动吹灰程序，过程状态通过网络传送到主DCS，进而在DCS的操作站显示，操作员也可以通过人机界面人工干预吹灰进程。

汽机本体保护、锅炉吹灰等系统逻辑简单，可靠性要求高。和利时PLC作为高性价比的PLC系统，在火力发电厂项目中与DCS系统配合，既有效地提高了控制水平，又为用户节省了大量投资。同时和利时PLC出色的通讯能力使得它可以通过Profibus、Interbus、CAN或Ethernet与多种DCS构成互补的、适用于火力发电厂的控制系统。

1) 数据流程
在这套控制系统中， TP 主要是发挥工业流程监控、数据显示、资料存储、打印、生产管理、发布生产操作命令的作用，它并不参与过程控制， PLC 主要是现场生产信息 , 及时向 TP 传送各类生产状态和数据如：配料门的限位、搅拌机的状态、各称量斗的传感信号，操作台的开关信号等，使 TP 能以生动形象的动画形式及时显示出来， PLC 根据程序运行结果和 TP 发布的指令来控制现场设备。
3) 系统主要构成：
触摸屏: TP 采用 加拿大 TouchWin 公司 TP 系列触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节 , 触摸屏本身具有 “ 配方 ” 功能，通过其内部的宏指令可以将不同产品的不同工艺配方存储在其中，随时调用，大大节提高工作效率 , 它可以与近 30 个厂家的 PLC 通讯，兼容性较强，而且还可以和计算机通讯(开放式通讯协议)，基于 bbbbbbs98/2000/XP 操作平台下的**组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。具有 RS232/422/485 通讯口，方便于连接其它厂家的 PLC 及外设产品(如：条形码、存储卡、变频器、个人计算机等)。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。在编程软件中选择好触摸屏和 PLC 型号后，在其系统设定中选择 PLC 型号，通讯的波特率为 38400bps ;奇偶校验为奇校验;数据长度 8 位;停止位 1 位;通讯方式 RS-232 。
……PLC 可采用 XINJE 或西门子、欧姆龙等系列产品
…… 打印机 可采用 HP 或其他品牌的针式打印机和喷墨打印机
……TP 软件 采用 TP **的制作软件 TPsoft 编程软件中备有大量的图形库(开关、灯、棒图等)供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换 BMP 文件和 AUTO 中的 DXF 文件。还具有留言板功能用于交接班记录用。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。触摸屏中具有内部编程指令 —— 宏命令，可以减轻 PLC 的编程负担，甚至有些简单的设备中可以取代 PLC ，由触摸屏编程直接和其它设备通讯
……PLC 编程软件 采用的是 XINJE 的 FC 编程软件，用它完成整个程序的编制、调试。
…… 监视摄像头
…… 软起动器
4) TP+PLC 控制系统参数：
(1)A/D 转换 :1-16 路通道
(2) I/O 模块 : 采用 DC 输入输出 , 光电和机械隔离
(3) 配料精度 :
水泥 粉状 水剂 :±1%
砂石骨料 :±2%
5) 触摸屏和 PLC 控制系统的主要功能：
(1) 整个控制过程处于中文系统下工作 , 管理完全汉化
(2) 实现配料 , 下料 , 拌和 , 出砼自动控制
(3) 拌和时间 , 下料顺序随即可调
(4) 配料 , 下料 , 拌和动态模拟显示
(5) 系统自动校称
(6) 配方可达 200 余种
(7)I/O 状态自动检测
(8) 自动生成数据库 , 生产流程图 , 报警系统图 , 参数报表
历史查询 , 报表制作和打印
下面以某电站 2× 1m3 搅拌楼为例介绍各方面的制作
1) 系统组成：
…… 触摸屏选用 TFT 液晶显示器
…… 可编程序控制器选用信捷 FC-32R-E
…… 打印机选用 EPSON
2) 附属设备：
…… 强电柜一台，主要为各种动力设备提供电源、及各控制电源
…… 操作台一台
……PLC 及放大器柜
…… 上料皮带控制箱
…… 传感器 10 套
…… 其他低压电器
3) 触摸屏画面的制作采用 TouchWin 编辑工具软件完成。各画面画面包括各控制菜单及视频窗口，首页可由相关单位编写广告画面欢迎词或系统机型说明。本系统主要包含以下几项：
在主菜单画面中设计了 9 个画面选择开关 , 用于打开 9 个不同功能的画面 , 画面分布 :
a) 流程控制 : 在生产过程中切换到此画面 , 用于生产流程监控和控制
b) 重量设定 : 主要是用于配方设定和修改
c) 时间设定 : 主要是用于搅拌机搅拌时间设定 , 配料抖动时间及提前量设定，下料顺序时间参数设定
d) 主控画面：在进行系统校验时用于主控系统运算的基本参数，这也是程序运算的核心，因此为了防止误修改在标定画面中加入了权限功能
e) 状态监控：真实反映现场的 I/O 状态，利于故障的检查和排除
f) 配方：用于存储配方和调用配方，在此系统中设计了 20 个配方
g) 数据列表：在生产过程中随时记录每一循环的称量数据，便于汇总查询和打印
h) 打印：根据数据报表的内容控制打印机，在本系统中采用的时针式打印机
i) 资料管理：主要是操作使用说明以及相关的接线信息
在设计各画面控件时，首先在画面框中画出所需要的控件，然后进行大小比例调整，上色，接下来进行属性连接，画面上的控件属性数据全部由下位机 PLC 提供，所以 TP 画面制作起来非常方便快捷，在实际运行过程中，若需在 TP 画面中增加新的内容，如开关、菜单选择等，只需在设计软件中增加相应的项目传送至 TP 即可。
在 TP 和 PLC 进行通讯和调试参数前，需特别注意以下几点：
a) 选择直接传送方式：选择直接通讯方式 ( 选择 PLC 类型及对应 I/O 地址 ), 该方式下 ,TP 直接读取或改写 PLC 的数据寄存器和继电器内容 , 这样可以大大减轻 PLC 用户程序的负担 .
b) 系统数据区：当选择直接传送方式时 ,TP 内部寄存器首地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区 , 系统数据完成画面切换等动作 ,TP 和 PLC 内部占用特定的寄存器区 , 完成各种功能.系统数据区是 TP 与 PLC 交换数据的媒体 ,TP 初始化时 , 需确定 PLC 系统数据区的的起始定义号.
6)PLC 的程序分三部分设计：传感器模拟量数据采集及处理、逻辑控制部分、报表处理部分。在实际应用中，可根据需要随时增加 PLC 的功能，如：搅拌楼(站)附属设备的控制，皮带系统和水泥、煤灰脉冲系统等. PLC 实时采集传感称量值和输入信号 , 经逻辑运算后 , 由输出模块控制称量斗、搅拌机、螺旋输送机的启停以及报警等。程序设计思想和步骤 :a) 首先要全面了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系; b) 根据系统功能要求(包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数;选择 PLC 型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点; 根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序; c )同时连接 PLC 与外部设备连线 , 将编制完成的程序写入 PLC 中，模拟工况运行，进行调试及修改; d) 在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行再次调试，直至完全通过为止 . FC 系列编程工具是 bbbbbbS 环境下的 PLC 编程软件 , 利用本软件可以进行程序设计，编程实现，编写注释说明文档和维护控制应用系统 , 它可以用两种方式编程即梯形图编程和命令语编程 ,
料皮带由于在配料过程中频繁起动，所以在这里采用的是软起动器。其目的主要是保护电机和机械，另一方面是防止因频繁起动引起的电网电压冲击
五.结束语
本系统由于采用目前国内市场占有量较高，技术成熟的加拿大 TouchWin 公司的人机界面及 FC 系统可编程控制器，既使生产过程中 PLC 控制系统硬件发生故障，也可以立即查明原因更换相应器件，较大限度的缩小在线维修时间 , 另外在这种配置中，当 TP 因在运行中出现意外故障，无法显示和监控时， PLC 能单独完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁，明了。当生产过程硬件状态发生变化时，勿需软件，仅需在线进行简单参数设定既可，系统维护性强。