产品描述
6ES7214-2AS23-0XB8产品型号
莱钢棒材连轧棒材生产线产品为φ16~φ60mm的园钢和螺纹钢,机械设备从意大利DANIELI公司引进,电控系统全套从瑞典ABB公司引进。轧线配置有18台轧机,平立交替,单线全无扭转轧制;分成粗轧6架、中轧6架、精轧6架共3个机组,每个机组后各带一套飞剪设备用于切头、尾和事故剪切或分段倍尺剪切。主轧线粗、中轧机架之间采用了头部微张力控制系统来控制1#~12#机架间的张力,而精轧机组间采用了活套无张力控制,全线以成品机架的出口速度为基准值,采用逆调速级联控制方式。
2 张力控制的基本原理
为了保证热连轧的正常连续轧制,遵循的基本原则是:机架间金属秒相等。即
An×Vn=An-1×Vn-1 (1)
式中 An——n架的轧件截面面积
Vn——n架的轧件出口速度
可以看出,决定金属秒大小的因素,一是轧件截面面积,另一个就是轧制速度。而个因素决定于工艺参数,如孔型道次、辊缝压下量、钢温等,一旦调整好就固定不变,所以只能通过选择和调整不同的轧制速度来满足这一基本条件。从式(1)可以推出对于相邻机架间的速度关系应当满足公式
Rn=Vn/Vn-1=An-1/An (2)
式——金属延伸率(或减径因子),其物理意义可模拟成进入机架n-1与机架n的轧件截面之比。
然而,在实际应用中,由于轧件受钢温、材质、坯料形状、孔型磨损等扰动因素的影响,无法保证的截面值。这样,为了达到式(2)新的平衡关系,在粗、中轧机组中引入了张力控制的功能(在精轧机组中用活套功能来实现),得到式
Vn=Vn-1×Rn(1+Km+Kt) (3)
式中 Vn、Vn-1-机架n与n-1的出口线速度
Rn——轧件通过n机架的延伸系数
Km——手动干预时对n一1机架的速度调整系数
Kt——张力作用反映到n--1机架的速度调整系数
同时,根据张力自动调节理论,张力变化与速度变化还具有以下传递函数关系
δF/A=士Kt/(1+Tts)×δV (4)
式中 δF/A——轧件上单位面积的张力增量
Kt/(1+Tts)——放大倍数为Kt,时间常数为Tt的一阶惯性环节
δV——轧机速度增量
这样,调整张力,就可以协调机架间的速度,从而达到保机架问金属秒相等的目的。
在自动控制算法中,机架n与n-1间的张力是通过测量机架n-1电机的电磁转矩变化量来实现的。因为在轧制过程中.轧制转矩可用下式来
Tm=TT+Tt+Ta+Tf (5)
式中 Tm——总的轧制力矩
TT——轧件金属压下量所需的轧制力矩
Tt——张力所产生的力矩
Ta——加速力矩
Tf——机械摩擦等所产生的附加力矩
在稳定轧制状态下,Ta=0,若进一步忽略Tf,则
Tm=TT+Tt (6)
其中Tt与工艺参数有关.如孔型道次、轧制压下量、钢温、材质等,一旦确定,应为常数,则
δTm=δTt=(D/2)×δF=i×η×δTm¹即
δF=(2/D)×i×η×δTm¹ (7)
式中δF——机架间张力变化量
D——机架有效辊径¹
i——减速箱速比
η——机械传动系统效率
δTm¹——主电机上轴输出转矩
由式(7)可见,在一定的条件下,从电机的输出转矩变化量上就可以推算出该机架所受的张力变化。(注意:对于式(7)中机架n与n-1间的张力变化,所有参数总是以机架n-1为研究对象)。
同时,在自动控制算法中,粗中轧轧件头部微张力控制是以下列概念为基础的。
(1)后张力变化对传动转矩的影响比前张力小2~4倍。即后张力对转矩作用较小,这就意味着:对于变化的速度关系,下游轧机比上游轧机的转矩变化来得小。这一结论也就说明在大多数情况下,即使控制系统已记忆了下游轧机压下量所需的转矩,该控制系统仍能继续进行速度关系的校正,也就是说当轧件被咬人n+1机架前,n机架与n-1机架问的速度校整不会影响到该机架电流检测的准确性。
(2)轧件进入下游轧机前,上游轧机转矩相当于该机架辊缝压下量所需的转矩,未受其它临时性力矩的干扰影响,即式(5)中定Ta和Tf为零。
(3)轧件一旦进入下游辊缝,上游轧机转矩的一切变化,均是因不恰当的速度关系产生的推力或拉力所引起的。这一定是基于温度、摩擦力和压下量情况不影响轧制转矩的变化为前提。其实,材料的头部微张力控制只是在进入下游机架避开
出口导卫摩擦的影响后,仅在短时间内起作用(典型值为4 s)。关键的是无临时性转矩干扰,或者干扰可以被包括在表示压下量的转矩之内。否则,当这些临时性干扰消逝时,控制系统就认为是机架间产生了拉力或张力。
3 微张力控制系统控制逻辑分析及调试时有关用户参数的设定
自动控制系统中,以ABB公司为例,其微张力控制逻辑图.
图1微张力控制逻辑图
根据图1,有关控制逻辑分析和参数设定解释如下。
3.1 LDTRQ(kN·m)
此值为上游机架n-1电机的电磁转矩,由MP200 PLC可编程控制计算机的
COM—CVI通信执行元素通过Master Bus 90通信线向DCV700直流电机数字控制系统直接读取。
3.2 TORQFILT(kN·m)
此值为3.1项的力矩LDTRQ经过滤波后的力矩值,滤波时间常数为TRQFILT(s),由用户设定,一般为0.5s。因为PLC计算机中,程序执行周期为200 ms,故400 ms以下的滤波时问将不会使滤波器起作用。此滤波器对于由短暂加速力矩或临时性干扰力矩所产生的高频噪声是有帮助的。
3.3 TCC(N/ram2)
TCC=TORQFILTXTCONST
式中,张力常数TCONST=i X 2×1000000/(D×A)
其中i一轧机减速箱速比
D——轧机有效辊径,mm
A——轧件平均横截面积,mm2
对照式(7),此值应为轧件单位面积上的张力值,然而t当轧件头部咬入n机架前,这个机架n-1与机架n之间的张力如何理解呢?其实.此时刻前这个经由电机电磁转矩转化后的TCC值,并不代表机架间轧件的实际张力,只不过是轧件经过n-1机架时,为了保证此轧件得到所规定的压下量所需要的转矩值,即式(5)中的Tt。
3.4 TMEM(N/mm2)
此值为记忆转矩的存储值,是出现在轧件头部进人下游n机架辊缝前的固定且较短时间的报警距离的力矩值。报警距离WL3由用户设定,原则是避开由进口导卫等所产生的临时性干扰的情况下,离下游机架n轧机尽量靠近.这样所记忆的TMEM值能反映出坯料余下部分所需的力矩值。
3.5 TACT与SP(N/mm2)
TACT=TMEM-TCC
此项中的TACT值可理解成为一个抵消了材料金属压下量所需转矩后的力矩差值。根据自动控制算法中MTC系统的基础概念:当材料咬入下游n机架后.上游
n—l机架转矩的一切变化均是因不恰当的速度关系所产生的推力或拉力所引起的。即此变化值就是代表了轧件从n—l机架的自由轧制状态至轧件被咬入下游n机架后所产生的机架间的张力值。
SP为Advant Station 520操作室画面中显示的张力值,供主操作人员判断分析之用。
3.6 TDEV(N/mm2)
TDEV=-TACT+TREF
即张力基准值TREF与张力信号TACT相叠加产生了控制信号的偏差值TDEV。张力基准值TREF由操作者设置,一般为0到2N/mm2,以补偿因钢坯后部温度的下降而增加的金属物流量。张力基准值为正号代表机架间增加拉力,反之负号则代表增加推力。
3.7 TINTG
TINTG=TDEV×TIGAIN,且受逻辑开关信号L3的控制。其中,TIGAIN为由用户定义的张力积分增益系数,此值一般情况下须小于或等于0.0001,若轧机间距大于5 m,则此值取较低值。此值在MTC调试中为关键值,须从实践中探索得出。根据经验,此值的设置依据为:在正常连续轧制中,轧完5支坯料左右,在MTC的正常控制作用下,使尺因子基本上能从设计理论值转换成实际需要的R值。而逻辑开关信号L3受下列两个用户参数控制:DELTTC(s)及MAXTTC(s)。
参数DELTTC(s)表示坯料喂人下游n机架后,过多长时间使MTC开始作用。此参数的目的是避开下游n机架出口导卫摩擦转矩而引起的干扰以使张力得到充分形成.一般设置为0.5s。
参数MAXTTC(s)表示MTC作用于坯料的时间,过了这一段时间之后,沿钢坯的温度分布情况或许已经改变了正常压下量所需的转矩,使记忆值MTEM失去意义。一般设定MTC的控制时间为4s。
应该说明,根据PI调节器的性质,控制信号偏差值TDEV用以校正轧机的速度关系,对尺因子的积分型控制校正是性的,而对上游传动的比例速度校正是暂时的。一般情况下,张力比例增益TPGAIN设置为0,只有当机架问距较大时,为了让MTC系统作用前在机架间及时过剩轧材的松驰时,才设置TPGAlN参数。
3.8 TINTG与R因子的关系
其关系简化图如图2所示。
图2 TINTG与R因子关系图
其中,ESLOPE为用户设置参数,为一经验值,如ESLOPE=0.030dR/Ts,即表示每秒钟R因子改变量为3%。ACF为微张力自动控制标志,其输出特性相当于逻辑信号L3。HLIMT、LLIMT分别为R因子的高、低限制值。Vmax为轧机大出口速度,对每一机架都有一个对应常数。
TINGT与R因子的转换关系由MP200PLC计算机中程序模块SET—R元素来完成,也就是对式(4)的一阶惯性环节数学模型的实现。这样,MTC系统从轧机电机转矩的变化中得到张力值TACT,与张力基准值叠加后产生了张力控制信号偏差值TDEV.经过斜坡元素转换成了积分型的R因子变化值,再由轧机速度级联控制系统,按照式(4)重新分配上游机架的速度基准值,使上游机架的速度得到了很好的控制.从而使机架问张力值尽可能减小,这就是自动控制系统中微张力控制的基本流程和逻辑。
4 MTC(微张力)系统应用时的有关注意事项及实行MTC的意义
要保证自动控制系统物料跟踪的正常功能,这对于轧线上用于检测坯料位置的热金属探测器(HMD)的准确响应是其重要的,要做到定期检查和维护,一旦出现头、尾等报警信号严肃对待。因为任何自动控制均需要正确工作的传感器,对MTC也一样.一个错误的HMD信号会产生对钢坯头部和尾部的不正确跟踪而使功能失灵。同时正确设置辊径、孔型修正系数和随着辊缝压下量的调节而及时修改出口坯料的横截面积等工艺参数也是必要的。
尽量避免临时性干扰所产生的力矩叠加到MTC作用的时段中,这对正确安装轧机进出口导卫有一定的要求;同时在遇到异常的轧制条件时,如遇到黑头子、冷钢或不规则坯料等应马上手动MTC系统,以保证正常轧制时良好的R因子状况。
由于MTC仅作用于轧制坯料的头部,对于钢坯中、后半段由于温度不均匀而产生的红坯尺寸波动MTC系统无能为力,故应尽可能提高加热质量,避免钢温的大幅波动。
对于钢温均匀变化的状况,可用MTC得到较好的校正。即当红坯钢温均匀减小时,会形成机架间的推力·此时可增大一点张力基准值,以逐渐增加的金属秒;反之,则需要减小一点张力基准值。
5结束语
的电控系统缩短了试轧时间,提高了轧机的生产能力。一般情况下,在换品种后,连续轧制3到5支坯料,用MTC系统能很方便地把设计时的理论R因子值自动优化到实际轧制时的R因子值,避免了较长时间的试轧过程,提高了轧机的生产能力。
同时,提高了产品质量,减小了主操作人员的劳动强度。虽然理论上认为,粗中轧机的红坯尺寸波动在经过精轧机组的活套无张力控制后可以。但是,在实际应用中仍有一部分未能,这必定会影响成品尺寸精度,同时若尽寸变化过大,可能还会在头部或尾部造成折叠或耳子。所以正确使用MTC功能,保持微张力轧制.以控制好粗、中轧机组每道红坯尺寸,对改善产品的通条性能,提高产品尺寸精度是很有帮助的。特别是在轧制较大规格产品,只使用较少数量活套或不使用活套时,MTC系统对产品质量显得尤为重要。
二、除尘系统结构和要求
铁合金分公司除尘项目包括的区域有原料倾翻机、液压混料机、机械混料机、翻饼区、放渣区、钛铁筛粉机、成品破碎区、钛铁筛粉/破碎机、加料站、炉筒打结、分料器、反应室门、钛铁加料平台、中频炉、球磨机、破碎机、石灰破碎机、双辊破碎机、颚式破碎机、破碎区域1、破碎区域2等。
现场由两台由变频带动的电机,各负责一部分除尘任务,当有一台变频故障暂时无法工作时,可以打开中间的连通阀门,由一台电机实现所有区域的除尘。
各区域都有运行信号指示,传给PLC的DI。各区域都有自的风门,风门处于自动状态时由PLC控制其开和关,处于手动状态时由现场控制开和关。当风门打开且对应的电机处于运行状态时就可以对该区域进行除尘了。
各区域风门面积不一样,现在要求打开的风门面积总和和变频器输出频率成一定阶梯关系。并要求各区域开始工作后延时一段才开风门,各区域停止工作后也延时一段才关风门,各区域对应的时间不尽相同。
要求在工作日的每天上午8点开启变频器,每午5点半关掉变频,当设备处于自动运行且风门已经打开时对应变频器会自动启动。
在变频柜和PLC柜面板上有系统状态/报警指示灯,报警蜂鸣器、急停按钮、启动/停止按钮等,方便观察和紧急处理。
上位机工程师/操作员站要求能直观、地展示整个系统的运行状态,显示参数,实时报警、并能查询历史数据和历史报警,还要求能在局域网的其他机器通过IE能浏览工程师站的数据和画面。
三、自控部分硬件和软件选取
1.硬件选择
PLC采用西门子300系列,CPU为314。S7-300是模块化中小型 PLC 系统,它能满足中等性能要求的应用。模块化,无排风扇结构,易于实现分布,易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块,使用户可以根据实际应用选择合适的模块。 当任务规模扩大并且愈加复杂时,可随时使用附加模块对PLC进行扩展。314CPU集成一个MPI接口,供编程和与上位机通讯。由于本系统IO模块较多,用到了一对IM365作两组模块之间的桥接。
两组变频器都采用了西门子MM430。MM430传动平稳,是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载。功率范围7.5kW至250kW。它按照要求设计,具有高度性和灵活性。控制软件可以实现功能:多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等。牢固的EMC设计; 控制信号的快速响应;线性v/f控制,并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制(FCC),多点 v/f控制; 内置PID控制器; 快速电流限制,防止运行中不应有的跳闸; 数字量输入6个,模拟量输入2个,模拟量输出2个,继电器输出3个; 具有15个固定频率,4个跳转频率,可编程; 采用BiCo技术,实现I/O端口自由连接; 集成RS485通讯接口,可选PROFIBUS-DP通讯模块。
2.软件选择
上位机软件选择的是北京三维力控研发的组态软件PCAuto3.62网络版。力控软件是一个高度集成化、可视化及具有友好的界面风格的软件,其功能特点如下:
1 动画功能
软件的开发环境具有多种动面功能,使浏览器画面加的生动形象。
2 图库
集成化的开发环境、增强的图形功能,丰富的图形元素及级子图精灵图库集,提供子图精灵开发工具,用户可以方便地生成自己的图库;优化设计的图库,提供了丰富的子图和“子图精灵”。
3 趋势曲线
实时趋势曲线:能够显示采集来的实时值的当前趋势情况
历史趋势曲线:能够显示数值的历史趋势情况,可能作为查询采集数值的历值的工具,也可以作为分析工具。
4 内部组件
视频组件:进行视频的捕捉和回放;
温控曲线组件:可以进行温度的自动升温和保温控制;
浏览器组件:可以作为标准的浏览器客户端;
标准bbbbbbS组件:支持标准的文本框、单选框、列表框等组件;
增强的报警组件:集成的报警管理和查询;
X—Y曲线组件:可以自由的进行曲线分析和查询;
幻灯片组件:灵活的幻灯片播放,可进行自由控制;
自由曲线组件:方便的绘制各种曲线和动画连接;
报表组件:类EXCEL的报表工具,方便您完成管理报表;
立体棒图组件:直方图的分析工具;
历史追忆组件:可以追忆带毫秒标签的数据,方便事故查询;
手机短信组件:简单的手机短信发送组件;
5 报表组件
历史报表,报表,内置数据表等多种报表形式。
6 查询功能
7 打印功能
支持多种打印功能主要有:浏览面面整体打印、选择区域打印以及对打印机的在线设置等。
8 与其它数据库系统的数据交换
提供了包括ODBC、OPC、ActiveX控件编程接口在内的多种开放接口。
9 网路发布功能
力控网络版发布后的内容通过IE能在局域网或互联网上进行浏览。
四、控制系统的体系机构
如下图所示,控制系统由变频柜I、变频柜II,PLC柜、上位机组成。
PLC与上位机通过MPI协议通讯,采用了一根西门子的MPI串口适配器,上位机为研华工控机,操作系统为Win2000SP4 Professional,并安装了Step7-V5.3编程软件和力控组态软件。力控软件的驱动程序内置了MPI协议,可直接与PLC通讯。
CPU的DO和AO端子直接与变频器的端子相连,控制变频器的起停以及变频转速给定。
变频器带有485串口,直接与上位机组态软件通讯,把变频器的温度,电流电压等信号传给上位机,让用户直观地了解变频器的工作状态。通讯协议为USS,力控软件中也同样内嵌了USS协议,不需要用户自己另外开发。
城市灯光监控系统技术方案
1建设照明监控系统的必要性
随着城市建设的发展,城市照明建设越来越注重于城市的形象,道路照明和景观照明的要求和数量不断增加,今后城市照明管理部门除了管理城市道路照明外,还将参与城市景观灯的管理。因此各级和市民对城市的建设、道路照明和景观照明提出高的要求。希望实现城市照明管理的现代,使城市管理水平达到国内水平。
1.1 现行的控制方法
现在采用控制方法以分散时控方式为主,即在路灯配电箱中安装定时器,按预定的时间自行开/关灯;而有些景观灯开关通常是人工手动控制方法。
1.2 现行控制方法的缺陷
现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间,无法及时反映照明设施的运行情况,并且故障、维修困难。随着城市的不断发展,控制范围越来越大,现行的控制方法无法及时反映照明设施的运行情况,使得维修工作十分被动。运行过程中的故障只有等待巡视人员到达现场才能发现,或者被动地等待市民的电话反映,因此难以做到及时维修。
在遇到一些视察、国宾接待、举办大型活动等特殊任务时,由于缺乏灵活的控制手段,临时派出大量的人员到现场手动操作照明开关箱或者临时通知各景观灯单位,因此在时间十分紧迫的情况下,无法满足圆满完成任务的要求。
此外,由于缺乏灵活的控制手段,花费大量经费建设起来的各类景观灯,难以充分发挥应有的效能。
2 城市照明监控系统的效益分析
2.1 社会效益分析
随着社会文明的不断发展,路灯已不再局限于街道照明,而是发展为表现城市景观、体现城市形象的重要标志。因此,现代社会对路灯的管理和维护也提出了越来越高的要求,这些要求包括根据光照度变化及时开/关灯、随时调整景观灯的开/关灯时间并进行应急调度、及时发现故障并立即进行修复等。
目前各城市管理部门所采用的控制方式已很难保证城市照明系统的正常开关灯和运行,特别是当照明控制箱或线路出现问题时,就有可能造成大面积灭灯,产生较坏的影响。同时由于缺少实时监测手段,无法实现故障的及时发现和维修。随着和市民对照明管理和维护要求越来越高,照明管理部门的管辖范围也越来越大,为了及时发现故障并立即进行修复,仍然采用检修车上街巡灯的方法越来越难以胜任。
采用城市照明自动化监控系统以后,全市范围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开/关均可实现自动控制。同时,由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测功能,调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态,为及时进行修复提供了有力的。路灯维护及时,可以大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生,有利于城市的治安,产生大的社会效益,从而进一步提高城市的形象。
2.2 经济效益分析
2.2.1 节约路灯维护费用
路灯自动化监控系统将传统的“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”,不仅减少了“巡灯”人员和车辆损耗,降低了维修成本;而且在检修车出所之前已经知道了故障的准确地点和基本状态,因而缩短了维修时间、提高了检修效率;由此将产生了大的经济效益。
2.2.2 节约大量的电费支出
无线照明监控系统能提高开/关灯的性和可检查性,避免白天亮灯情况的出现;同时,系统采用光控和时控相结合的控制方案,在预置的时间区段内根据光照度决定路灯的开或关,既能在阴雨天自动延长照明时间,又能在晴好天气自动缩短照明时间;这些措施既可满足市民对道路照明的需求,又避免了路灯的无谓开启,减少了开灯时间,从而节约了大量的电能。
根据已建的照明监控运行表明,采用照明监控系统后,每天大概可以减少路灯开灯时间25分钟左右。如果按每天运行十小时计算,则可节约4.2%的电费支出。
如果通过对照明线路的改进,增加路灯的半夜灯控制方案或景观灯在非节日采用只开部分景观灯的控制方案,因此可节约大量的电费支出。
2.2.3 提高灯具寿命,降低运行成本
以外由于减少了开灯时间,延长了灯具寿命,降低运行成本,进一步提高了经济效益。
2.2.4 实现自动计费功能,减少电费支出
无线照明监控系统具有远程自动抄表和计量电费功能,每天、每月、每年的照明用电能够及时的自动采集、计算、存储、打印,随时了解用电情况,实施有效管理,降低支出,提高经济效益。对景观灯还可采用双计费功能,实现开灯与各景观大楼业主自行开灯分别计费的方式,减少与大楼业主为电费的相互扯皮的现象,保证双方的利益。
2.3 实现照明系统的管理现代化
城市照明监控系统能将采集到的数据自动进行存储、统计,并能随时进行查询和打印,为管理现代化提供了基本条件。
3 系统设计依据
本方案依据北京嘉复欣科技有限公司业已完成的照明监控系统和结合当前无线监控技术的新发展,并根据各城市照明管理部分对照明监控系统的技术需求编制而成。
4 设计原则
4.1 性
由于系统的服务对象是广大市民,稍有差错即会产生严重的社会后果;同时监控设备长期在野外运行,工作环境为恶劣;因此充分考虑系统的性,要求监控系统能够长期稳定地运行;同时要求监控系统在个别设备出现故障的情况下仍能稳定运行,不影响或者少影响照明系统的按时开启和关闭。
4.2 性和实用性
设备须符合相关国内、标准,整个系统应是目前国内的,并长期处于国内较为的水平。同时,应以实用为原则,不可脱离实用性而盲目追求性,从而造成华而不实、浪费资金,降低性。
4.3 可维修性
系统的设备模块化设计,并且各单元部件具有故障定位指示,便于设备维修。
4.4 可扩展性
硬件采用模块化设计,软件采用组态化设计,使得系统扩展、升级均不必改变现有设备的状态。
4.5 通用性
硬件设备具有通用性,通过不同的软件参数设置,可以实现不同的功能。
4.6 经济性
尽可能采用成熟的技术,选择的方案和设备,既要考虑初期建设费用,也要降低今后的运行维修费用。
5 系统主要技术指标
5.1 系统容量:1个主站,1万个监控点。
5.2 可以实现和组控
系统终端根据需要可以把全夜灯、半夜灯、各种景观灯分为不同功能组,实现和组控。
5.3 通信方式
根据用户的具体情况、通信技术的发展,本方案建议采用GPRS通信方式。
5.4 工作环境温度
照明监控端的工作环境温度范围满足-30℃ ~ +65℃。
主台为0℃ ~ +40℃。
5.5 数据采集精度
为了保证亮灯率的统计,交流电流、电压、有功功率、功率因数采集精度 1.0 %。
6 照明控制方案
6.1 分组控制
系统可以根据不同类型的照明控制要求,把全市路灯和景观灯分成若干组,分别采用时控方案或时控和光控相结合的控制方案,自动遥控开/关全夜灯、半夜灯和景观灯;也可以手动对全夜灯、半夜灯和景观灯进行遥控开/关操作;在特殊情况下,可以实现白天亮灯。
6.2 时控和光控相结合的路灯控制方案
目前,路灯控制方案主要有时控法和光控法两种。
时控法的主要缺点是不考虑天气对光照度的影响,每天在固定的时间开/关灯;从而造成阴雨天光照度严重不足但没有开灯,或者晴朗天气虽然到了固定开灯时间但光照度仍然充足,白白浪费电力;关灯时间的固定不变,同样出现类似的不合理现象。此外,随着季节的变化,定时器需要人工频繁地调整。光控法的主要缺点是在光线不足的白天,或者夜晚有强光照射时都有可能发生误动作。
为了克服两者的不足,本 系统采用时控和光控相结合的路灯控制方案。该方案基于模糊控制理念,以当地365天日出日落的时间作为基本条件,设定一个有效的开/关灯时段,在此时段内根据光照度的具体情况自动执行相应的开/关灯命令;若该时段结束时光控仍未起作用,则在该时段结束时,监控终端自动按时控方式开/关灯。
光控时段值和光照度值均可在线,软件界面如右图所示。此方案可根据当天的实际光照度及时地开/关灯,既可节省大量电力,又可产生较好的社会效益。
在特殊情况下,系统也可以实现白天亮灯。
根据已建的照明监控运行表明,如果原来是采用日出日落时间作为开关灯时间的话,则在采用时控和光控相结合的控制方案后,每天大概可以减少路灯开灯时间25分钟左右。如果以每天平均开灯10小时计算,则可节约4%左右的电费。
6.3 景观灯控制方案
景观灯控制采用分组定时控制方案,即可以把不同地理位置和要求的景观灯分成若干组,对不同组采用不同的定时控制方案。
采用的全组态设计,通过控制室微机的设置程序,可任意设置一年中的开/关灯时间以及每周固定的开/关灯时间。通过方式,可将景观灯进行分组,不同组采取不同的控制方案;也可通过选控方式,将相应的饰灯逐点控制,增强了系统的灵活性。
7 照明监控通信系统
7.1 系统通信方案的选
正确选用系统通信方案,是城市照明监控系统得以成功运行的必要前提,在照明监控系统中目前可采用的通信方案主要有无线网、移动通信网中的GSM短消息、USSD和GPRS通信方式。根据要求本系统通信方案选择无线移动公用网的GPRS通信方式。
7.2 系统GPRS通信方案特点
GPRS (General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的英文简称,是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务,具有“在线”、“高速传输”等优点。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的,也适用于偶尔的大数据量传输。
相对于原有GSM拨号方式的电路交换方式,GPRS网络采用的分组交换技术,具有以下优点:
(1)在线。即用户为每次数据的访问建立呼叫连接。
(2)高速传输。速率理论上可以达到171.2kbps,目前传输速率可以一般达到40kbps。
(3)流量计费。用户只需要为接收和发送的数据报支付费用,因此相对运行费用较低。
(4)快捷登录。 一般只须10秒即可登录互联网。
GPRS 采用与 GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构,其分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道其相似。因此,现有的基站子系统从一开始就可提供的GPRS 覆盖。下图为通信系统组成框图:
监控的前后台监控微机接入Internet(可采用DDN专线、ADSL等多种方式),GPRS终端与监控建立连接,监控与GPRS终端通过GPRS网络,实时传递指令和数据。
7.3 GPRS系统组网方式
GPRS的应用非常广泛,几乎所有行业都能用到GPRS的无线。但每种行业的实际需求和复杂的应用环境都大不相同,所以每种行业都会有自己特的功能要求和组网方式。目前GPRS的组网方式有以下四种可行的组网方案:
1)方案一:采用ADSL等INbbbNET公网连接,采用公网固定IP或者公网IP+DNS解析服务。
此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。
1、 公网固定IP:监控点直接向发起连接。运行稳定,此种方案。
2、 公网IP+DNS解析服务:客户先与DNS服务商联系开通动态域名,监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器,再由DNS服务器找到公网IP,建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用,但稳定性受制于DNS服务器的稳定,所以要寻找的DNS服务商。此种方案适合小规模、对实时性要求不高的场合中应用。
2)方案二:采用主副GPRS-DTU,采用移动内网IP+移动DNS解析服务。
此种方案客户先与移动DNS服务商联系开通移动动态域名,监控点先采用域名寻址方式连接移动DNS服务器,再由移动DNS服务器找到移动动态IP,建立连接。也用GPRS-DTU做接收端,但GPRS无线方式的不如有线方式的稳定,所以采用主副两个GPRS-DTU作冗余备份。主GPRS-DTU接收端掉线时,所有监控点自动转到副GPRS-DTU接收端。此种方式也可以大大节约固定IP的费用,但并不是所有移动公司都提供DNS解析服务,所以要在有DNS解析服务的省市才能采用此种方案。此种方案适合小规模应用。此种方案时时性和稳定性较差,不使用。
3)方案三:采用主副GPRS-DTU,采用移动APN专网固定IP。
此种方案客户先与移动申请APN专网业务。移动为客户分配的APN,普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该APN,限制使用其他APN。得到APN后,给所有监控点及分配移动内部固定IP。此种方案也像方案二一样采用主副两个GPRS-DTU作接收端,冗余备份。但此种方案较方案二而言,DNS解析,本身具有移动内网固定IP,减少中间环节,稳定性增强;且所有数据都在移动GPRS的APN内网传输,经过公网,性增强。此种方案负担宽度专线月租费用,性价比合理,使用。
4)方案四:采用移动内网固定IP地址,监控点采用普通的移动动态IP
此种方案客户先与移动服务商联系,可以就近从移动GSM基站引入光纤专线,开通移动内网固定IP,监控点先采用普通的SIM卡并开通GPRS功能,通过移动内部网关与建立连接。此种方式也可以大大节约固定IP的费用,各监控点也设置固定IP。此种方案实时性较好,由于监控点使用动态IP,稳定性稍差一些,使用。
5) 方案五:采用APN专线, 所有点都采用内网固定IP
此种方案客户通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络,双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接,在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配的APN,普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该APN,限制使用其他APN。得到APN后,给所有监控点及分配移动内部固定IP。移动终端务器平台之间采用端到端加密,避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离,并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
对与照明监控系统而言,由于系统组成的监控点较多,实时性要求较高,因此建议采用五种通信组网方式。为此照明监控的服务器将需要专线方式接入移动公司的GPRS网络,所有的监控终端都采用特定IP地址,以保监控信息的、、及时的传输。
8 系统控制(调度端)设计
8.1 调度端系统框图(见下页)
照明监控系统调度端采用前、后台机连网工作方式,选用带的适合连续工作的工业控制计算机。一般情况下,前台机作为监控工作站承担遥测、监控、调度等工作;后台机平时自动备份前台机的数据,当前台机出现故障的情况下,可以随时切换替前台机工作;从而大地提高了系统的性。同时,考虑到计算机网络技术的发展,系统具有网络接口,接入服务器、管理工作站等,系统就可以很方便地组建为路灯管理处局域网,通过网络实现照明监控数据和图像信息共享。
系统外部的计算机均可通过拨号上网,采用加密查询的方式访问相应的各类新和历史数据。同时,系统也可以通过电话语音方式查询当前的新情况,或相应的电话号码和告警方式实现电话语音告警。整个系统的网络化设计为今后的生产管理与办公自动化的实施奠定了良好的基础,同时保留了足够的软件与硬件扩展接口,以便现有的监控系统能随着网络技术的飞速发展,发挥越来越大的作用。
9 照明监控终端
9.1 照明监控终端的基本性能
照明监控终端(RTU)选用北京嘉复新科技有限公司生产的STC-205型系列照明监控终端。该终端选用工业级芯片,允许在-40℃~+80℃的环境温度下的连续运行;采用多CPU与DSP协作工作方式,其中关键芯片采用美国新表面贴装芯片,通过数字信号处理(DSP)技术,实现交流采样方案,交流电流、电压采集精度 0.5%;设备设计、生产全过程进行ISO-9001质量控制;印制板焊接采用波峰焊技术了人工焊接的漏焊和虚焊;每台整机都进行100小时高温上电老化排除了早期失效,有效地保了设备的出所质量,现场开箱率达到**,平均无故障时间达到10万小时。
监控终端外形如图所示。
照明远程智能监控终端的采集和控制的内容包括:
遥测:1路三相电压、12路电流及有功功率和功率因数、2路直流(测光照等)
遥控:6路继电器输出,触点为交流220V12A,一组常开和常闭触点
遥信:8路隔离开关量输入
通讯:2路隔离232或485接口,MODBUS协议
射灯等各种不同底灯型。
具有远程抄表接口。
具有远程自动调压接口。
具有单灯监测接口。
具有加装防盗线模块接口。
9.2 照明监控终端主要功能
9.2.1 自动报警
当采集到的交流电流、电压过上下能自动报警。
当白天亮灯或晚上熄灯时能自动报警。
当供电停电时通过自备电源运行,同样能自动报警。
9.2.2 立运行
当发生中控室微机或通信线路发生故障时,终端会根据预先设定的程序定时自行开/关灯,以确保路灯照明线路的正常运行。
9.2.3 监控终端断电运行
监控终端内装有不间断电源,具有断电运行功能,能在供电线路断电时及时告警,使有关部门在时间获知并抢修,同时具有防盗报警功能。在基本配置中,停电后能够维持终端正常工作4小时。
不间断电源能防止过分充/放电,保长期使用。
9.2.4 现场自动设定功能
通过手持式键盘、显示器,可以现场中文显示,便于现场的安装调试和维护、维修,并可控制该点的全夜灯、半夜灯、景观灯等,其显示的内容如下:
时间(年、月、日、时、分、秒)
开、关灯的后时限
采集的交流电流和电压值
输入的开关量状态
输出的开关量状态
在自检状态下,可以显示或修改本机的多种工作参数
9.2.5 抗干扰能力
由于监控终端一般均安装在干扰较大的环境中,为了保证系统工作,终端的软硬件设计中采用了下列多种抗干扰措施。
对现场采集的模拟量和开关量信号在硬件上采用隔离和限幅等防强干扰措施。在软件上采用数据滤波处理,保证了数据的准确性。
对开关量输出采用软件连续循环置位输出的处理方法,保了输出的性。
对强干扰信号造成的运行出错采用软硬件自恢复电路处理。保证在无人值守时也能运行。
对采集到的高压交流信号实行多重防电脉冲冲击和防雷保护措施,已在实际应用中获得了好的效果。
9.2.6 高的变送器电路
选用交流电压、电流二次互感,具有输入输出隔离、精度高、功耗低等优点,加以输入端的多重防护措施,大地提高了传感器的性和精度。
9.2.7 通用化设计
终端所有工作参数都可通过终端或中控微机中的设置软件包进行在线设定和修改。工作参数包括:站号、通信参数、现场物理量参数、模拟量的计算方式、采集方式、矢量设置和组合报警等内容。用户可随时根据现场情况(如全夜灯、半夜灯、景观灯等各种类型)自行组态各终端的工作参数,从而既保证了监控终端设备的通用性,又保证了系统具有大的灵活性。
9.2.8 防盗报警功能
在照明控制箱门处加装箱门开关,但外人打开加箱门时能自动向主台报警,保证照明设施的。
9.3 照明监控终端扩展功能
9.3.1 远程抄表功能
终端设备具有RS-485抄表接口,可以自动读取电子电表的数据。实现系统的远程抄表功能。
9.3.2 远程自动调压接口(选配)
照明监控终端设备具有控制调压设备的接口,如果配有北京嘉复欣科技的节电器,则通过此接口可实现对节电器的远程控制和调压。
9.3.3 防偷盗照明线路报警控制接口
终端提供与防偷盗照明线路报警模块接口,只要系统配上北京嘉复欣科技研发的照明线路防盗线报警模块(见14节),即可随时采集照明线路情况,发现有偷盗线路时可立即报警,照明线路和设施的。
9.4 照明配电控制箱设计
照明配电控制箱可以有两种方式:其一,对原有的配电箱进行改造,增加若干互感器、自动/手动开关等器件即可;其二,根据要求重新设计照明配电箱。
以上两种方案将根据现场具体情况而定。
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