郑州西门子中国授权代理商变频器供应商

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2. 采用无线数据通讯的方式，通过PLC对PLC（均为西门子S7-200的PLC）之间的无线通讯，取代传统的电滑环在主轴上的数据通讯功能。控制柜里PLC端，由于采用的是西门子的S7-200，所以采用赛远无线通讯模块SY-S72，支持无线MODBUS通讯连接，实现PLC与PLC之间的数据与控制信号的传输。在高速绞线机的旋转部分，无线通讯模块SY-S72与PLC一起安装在主轴上，跟随主轴一起高速旋转。SY-S72的工业级IC设计，抗震性强，带前向纠错功能，即使是在高达3000rpm的转速环境下，性能依旧稳定！

1 引言

Max+PlusⅡ是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，它可立完成简单VHDL程序的编译。然而，自动电梯控制程序是一个复杂的状态机描述，Max+PlusⅡ无法立完成该程序的综合编译。Synplify Pro是 Synplicity 公司针对复杂可编程逻辑设计的 FPGA 综合工具，它带来了的电路性能和有效的可编程设计的资源利用率，所有的对电路的调试与优化功能和快的运算速度使之成为了业界倍受欢迎的的综合工具。Synplify pro所特有的FSM综合器可以自动识别有限状态机并根据约束条件选择的编码方式。通过Max+PlusⅡ中的接口，把Synplify pro 用于对电梯控制程序的综合与优化，可大大提高设计效率，和实验结果证实了该方法的有效性。

2 系统设计

2.1 系统的整体设计

在电梯控制系统的设计中，是电梯运行的状态控制器的设计。为状态之间的转换关系，令电梯以同一速率升降。主要需要考虑：（1）电梯的人工手动控制;（2）电梯的运行状态显示;（3）电梯的性控制;（4）电梯的策略控制设计。

电梯状态控制器部分用状态机来实现。基本模型如下：（1） 每一层电梯的入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关;（2）设有电梯所处位置指示装置以及电梯运行模式（上升或下降）指示装置;（3）电梯初始状态为层开门，电梯每一秒升（降）一层楼;（4）设计一个异步的置位端口，用于在系统不正常的时候回到初始状态;（5）电梯到达有停站请求楼层，经过1 秒电梯门打开，开门4 秒后，电梯门关闭（开门指示灯熄灭），电梯继续运行，直至执行完后一个请求信号后停留在当前楼层;（6）能记忆电梯内外的所有请求信号，并按照电梯运行规则按顺序响应，每个请求信号保留至执行完后;（7）电梯运行规则：当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号，由下而上逐个执行，直到后一个上楼请求执行完毕;如果高层有下楼请求，则直接升至有下楼请求的楼层，然后进入下降模式。当电梯处于下降模式的时候与上升模式相反。

整个电梯控制系统将由一片CPLD来实现。外围的电路主要包括：分频器，七段数码显示模块、发光二管显示模块，以及按键开关模块。

各模块的功能：电梯状态控制模块，是整个系统设计的，完成电梯的状态控制;显示模块，主要是将系统信息显示出来，判断电梯运行是否正常;分频器模块，由4MHZ的原始频率分频得到系统所需要的频率;按键开关模块，由于机械按键输入的误操作和防抖动。

2.2 电梯状态控制器的设计

2.2.1 设计思路

（1）电梯输入输出端口设计。输入端口包括：一个异步的置位端口，用于在系统不正常的时候回到初始状态;在电梯外部的升降的请求端口，一层不需要有下降请求，层不需要上升请求，中间层上升、下降请求端口都应具备;在电梯内部的各层停留的请求端口;一个用于驱动电梯的上升下降以及开门关门等动作时钟输入端口以及一个时钟频率比电梯高得多的按键时钟输入端口。而响应的输出端口包括：升降请求信号响应端口，有请求信号以后，该输出端口的输出逻辑“1”，被响应后则恢复到逻辑“0”;电梯内部的各层停留响应端口;在电梯外部指示电梯的位置端口;电梯开门关门的状态指示端口以及电梯升降指示端口。

（2）电梯控制器的实现通过状态机实现，将电梯等待的每秒钟以及开门关门都看成一个立的状态。由于电梯每一秒升（降）一层，所以就可以通过一个统一的1 秒为周期的时钟来触发状态机。由此，状态机设置了10 个状态，分别是“stopon1（电梯停留在1 层）”、“dooropen（开门）”、 “doorclose（关门）”、“doorwait1（开门等待1 秒）”、“doorwait2（开门等待2 秒）”、“doorwait3（开门等待3 秒）”、“doorwait3（开门等待4 秒）”、“up（上升）”、“down（下降）”和“stop（停止）”状态。每个状态之间的转换条件由设计要求决定。

2.2.2程序设计

在构造体的设计中，设计了两个进程相互配合，一个是状态机进程，另外一个是信号灯控制进程。状态机进程中的很多判断条件是以信号灯进程产生的信号灯信号为依据的，而信号灯进程中信号灯的熄灭又是由状态机进程中传出来的“up（上升）”和“down（下降）”信号来控制的。

在状态机进程中，在电梯处于上升状态时，通过对信号灯来判断，决定下一个状态是继续上升还是停止;在电梯下降状态中，也是通过对信号灯的判断，决定下一个状态时继续下降还是停止;在电梯停止状态中，判断是为复杂的，通过对信号灯的判断，决定电梯是上升、下降还是停止。

在信号灯控制进程中，由于使用了的按键时钟，频率较高，所以使得按键的灵敏度增大，但是时钟频率不能过高，否则使按键过于灵敏，按键后产生的点亮的信号灯（逻辑值为‘1’）用于作为状态机进程的判断条件，而up和down信号逻辑‘1’使得相应的信号灯熄灭。

2.3显示模块的设计

采用动态显示模式，循环点亮三个数码管，在扫描频率大于人眼睛的视觉暂留频率（24HZ）以上，就可以达到点亮单个七段数码管显示器，却能像有3个数码管同时点亮的视觉效果。

将楼层上升、下降以及楼层停止的信号用七段数码管显示出来，电梯上升、下降、停止输出的信号用3位二进制数表示，通过七段译码器将电梯状态控制器输出的3位二进制数译码为七段数码管的输入所需要的7位二进制数。简的真值表如表2.3所示.相应的译码程序以及多路选择显示程序从略。

越障机器人在行进过程中需要不断地关于前方障碍的信息，从而对机器人进行有效地控制。由于机器人体积小，对传感器要求精度高，因此采用单片机进行控制。PIC16F877内有8通道、具有10位精度的A/D转换模块，我们利用这种单片机设计了一个红外测距系统。

1红外传感器的原理
传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光；接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体的距离。

2PIC16F877简介
PIC16F877单片机是由美国Microchip公司生产的8位单片微机，具有特的RISC(精简指令集)结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构，使指令只有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2∶1的代码压缩，速度提高4倍。
P1C16F877芯片上集成有8K的Flash可重复编程存储器，368byte的数据存储器，256byte的EEPROM数据存储器，3个定时/计数器，2个集捕捉、比较、脉宽调制3项功能于一身的CCP模块，串行通信端口，10位多通道A/D转换器，以及时钟、上电复位、等。芯片引脚共40条。

3基于PIC16F877的红外测距系统
3.1硬件电路设计
利用红外发光管TLN205发射红外光，红外光在遇到的障碍物反射，由红外接收管708接收，此时708会产生一个与光强相对应的电流。电流经由LM358两级放大后，在输出端可以得到一个0～3V的模拟电压，作为PIC16F877单片机RA0端口的模拟输入量。单片机在完成初始化和端口选择后，即开始进行A/D转换，重复等待与检查转换完成标志值是否已为零，后将转换通过译码器74LS138在LED上显示出来。
红外光发射及接收电路如图1所示，Vin为控制输入信号(采用高低电平输入)，以控制发光管的开关。单片机硬件连接图电路如图2所示。

3.2软件设计
主程序和A/D转换子程序流程图如图3和图4所示。 

3.2.1设定输入/输出引脚
PIC16F877单片机D口的8个端口作为数据输出使用，同时将A口的RA0引脚设定为模拟电压输入。控制D口输入/输出功能的TRISD寄存器(地址为88h)全设为0；A口输入输出功能的TRISA寄存器(地址为85h)〈0〉位为1。PIC指令如下所示：
bankel TRISD；选择寄存器所在的数据存储体
clrf TRISD；设定D口为数据输出口
bsf TRISA,0；设定RA0位输入口
3.2.2A/D转换
PIC16F877单片机A/D转换的初始设定存放在A/DCON1寄存器(地址为9fH)与A/DCON0寄存器(地址为1fH)中。A/D转换初始设定与选择模拟输入端的程序如下：

A/D转换启动的控制信号是A/DCON0寄存器的〈2〉位，设为1表示启动转换，设为0表示不要转换。A/D转换的放在A/DRESH及A/DRESL寄存器，程序如下：


4试验结论
按上述设计，我们制作了实际的红外测距系统，并进行了测量实验。图5为实验曲线，其中虚线代表拟合后的二次曲线，曲线拟合采用matlab提供的拟合函数polyfit。从图中可以看出，所设计的红外传感器能够实现0～25cm之间的距离测量，且具有较高的精度，能够满足控制要求。

至1998年10月为止，广州电力局(以下简称“我局”)已投运500 kV输电线路3条，即沙增、蓄增、惠增线，共253 km。自1992年前后投运以来，已经历五个春秋，设备运行正常，成为广东省500 kV电网的重要组成部分，对缓解全省电力供需矛盾、提高电网稳定性，作出较大贡献。现就我局输电设备运行维护工作，进行初步的。

1　投产前的准备工作

为做好500 kV输电工程施工验收和设备投运前的生产准备工作，按原水电部颁发的《电力设备全过程管理规定》(试行)的要求，我们做了如下几件具体工作：

1)认真调研，学习有关经验

我局以对建500 kV输电设备工作非常重视。在确定项目后，组织运行单位有关和人员前往湖北、南京、镇江、沈阳、锦州等地兄弟单位了解500 kV输电工程的建设施工验收、运行维护工作中出现的问题和经验，结合我局电网实际情况，向有关部门提交学习书面，提出使用钢化玻璃绝缘子，调整拉V塔，争取多建自立塔，取消猫塔等建议，为少走弯路，确保验收工作顺利进行，以及为日后的电网运行创造条件。

2)主动配合施工单位，加强质监，严格验收

整个工程可分为中间验收和总体验收。中间验为若干小组，每小组以工作经验丰富的老师傅缺乏工作经验具有中专以上文化的毕业生分赴各线路施工现场，进行质监检查工作，发现问题，及时汇报，及时处理。以质监管理，促培训新人，效果显著。

3)以科学态度，严格材质管理

在即将进入安装阶段，源源不断运往现场的钢芯铝绞线表层散股、绞合松散、铝股表毛刺严重。在抽检中，还发现在盘捆缠绕钢芯铝绞线有结灯笼现象。钢芯铝绞线存在的质量问题得到广东省电力局及原电力部质检的重视，亲临现场参加分析会议，并明确该批产品质量有严重问题，退货厂家钢芯铝绞线千余吨。对不合格、有严重锈蚀塔材，同样要求换合格产品。既做到严格质量管理工作，也保证线材、金具质量，为运行维护设备提供。

4)培训新人，接受新技术

500 kV输电线路比220 kV线路电压级有所提高，对接触过500 kV线路运行维护工作的管理人员和维护人员来说，是一个新技术，新课题。为掌握此项高压线路运行维护的新技术，抽调20多名生产骨干，委托沈阳全国带电作业进行技术培训，掌握新技术，接受新知识，并500 kV输电线路带电作业资格证书。

2　投运后的维护管理工作

2.1　确定的管理模式

500 kV输电线路投运后的管理模式如何，是专门成立一个部门管理500 kV输电线路，还是由一个班负责综合管理35～500 kV输电线路是个讨论的热点。经综合比较，反复酝酿，分别由具有丰富工作经验、责任心强、能吃苦耐劳的以原水电部劳动为代表的三个班负责3条共235 km的输电线路的运行维护管理工作。经实践，职工们初步掌握了500 kV输电设备运行维护管理等方面的技术工作，一定的成绩。

2.2　建立规章制度，完善技术

对高一级电压的500 kV输电线路设备，建立规章制度，进行资料收集，在积累数据的基础上，参照设计、上级要求有关技术资料，编写线路现场规程和500 kV输电线路技术手册，制订运行、检修、缺陷等管理制度，明确各级人员岗位责任制，建立设备台帐、设备维护周期表等多种记录卡片，整理各种图纸、技术合同、试验报告、设备说明书，逐步做到循章查帐。

2.3　掌握设备动态，研究事故预防对策

500 kV输电线路设备运行技术要求性高。几年来的运行经验证明，每年除可利用发电站及线路解接满足扩建工程需要时的停电机会来处理线路设备缺陷外，其余停电检修的机会甚少，线路年运行小时过8 600 h。结合电网实际和我局500 kV线路塔型为二代塔的结构情况，与东北电力科学研究院(全国带电作业)共同开展研究换耐张V串、直线单片绝缘子的带电作业，并同时研究此项工作的带电工具，经表演操作及全国线路代表评议，基本达到带电作业的目的，尚有待改善。此为广东省500 kV输电线路开展带电作业开先例。

其次，当500 kV线路投运后，由于电磁场强干扰大，沿线居民对场强感应反映甚为强烈。经会同设计、运行部门及有关技术人员进行现场测试鉴定，并未过设计允许的场强值的设计要求。为考虑沿线居民的实际情况，除做好宣传工作外，还因地制宜，在保护区适当栽种少量矮灌木树，对屏蔽场强起到一定作用。

另外，我们经试验证明，对一串钢化玻璃绝缘子被雷击闪烙，或同一串钢化玻璃绝缘子连续两次被雷击闪烙未爆炸，若经工频、机电联合负荷试验，证明电气性能正常，则可继续运行，暂缓换或不换。

3　运行维护情况

沙增、蓄增、惠增线路使用的铁塔塔型均为我国二代高压输电线路的塔型尺寸。线路设备材料全部国产化，共有铁塔575基。其中，拉V塔135基，自立塔440基。导线为4×LGJ-300、4×LGJ-400四分裂，架空地线为LGJ-95/55。自1992年下半年投产以来，除进行正常的定期巡视外，在每年雾雨季前均组织有关和管理人员进行夜间查线、检查设备异常及防污闪事故发生。

同时，利用停电机会，对线路设备缺陷进行处理。至1995年底，换自破率以每条线路按运行*年统计如表1。

表1　钢化玻璃绝缘子自破率

年　　限 线路名称 LXP安装／片 自破／片 自破率／‰ 
1992年7月至1995年12月 沙增线 6 804 40 1.72 
1993年3月至1995年12月 蓄增线 19 949 77 1.50 
1992年9月至1995年12月 核增线 29 314 149 1.56 
1996年1月至1998年12月 沙增线 29 314 72 3.53 
1996年1月至1998年12月 蓄增线 29 314 126 2.11 
1996年1月至1998年12月 惠增线 
(原核增

线解口)
 26 230 198 2.47 

除检修换自破绝缘子外，还换和检修间隔棒13只，换蓄增线01～03号左地线LGJ-95/55共0.694 km。为加强抗振强度，我们加装了预绞护线条，配相应单、双线夹金具共25基。调整防震锤35只，清扫污区段绝缘子353基。并充分利用停电机会，及时进行检修线路设备缺陷，提高设备完好率，确保电网运行，明显的企业效益和社会效益。 

4　存在问题

至目前，线路运行情况良好，但是，仍然存在以下几个不容忽视的问题。

1)覆冰

1996年初春，覆冰期刚过，发现地处从化北部的崇山峻岭的蓄增线01～03号档左地线LGJ-95/55外层铝股折断8股。利用停电机会，换该段伤股地线，并根据塔型和档距情况，在2号、3号、6号、7号、19号、21号、22号、23号配置相应双线夹金具；在8号、10号、12号、13号、14号、16号配置相应的单线夹金具。仅用预防覆冰和防震的对策，其效果如何，有待进一步监察检查和研究。经验证明，在环境温度为-6～-8 ℃、风速为1～3 m/s、相对湿度在80%～**的阴雾天气下，运行的绝缘子覆冰快。在绝缘子带电的情况下，电场对绝缘子周围的水滴具有化和吸附作用，加速绝缘子和导、地线的覆冰。而运行线路中的地线在同样环境、温度、湿度、天气、风速的条件下，地线及金具覆冰也快。01～03号档地线除覆冰外，随风力增强，地线受风速影响，震动振幅愈大，频率增加，而长时间的震动，使地线表层与线夹长时间磨擦，产生疲劳而折断。要真正摸清地线表层铝股折断的原因，尚待于进一步研究。

2)钢化玻璃绝缘子

钢化玻璃绝缘子比瓷质绝缘子具有特的优点，劣化后自行爆炸，检查线路时，即可轻易发现绝缘子。不用运行部门花费大量的劳力去按周期检测，寻觅绝缘子的零值，既节省大量的交通车辆费用，也节省外勤人员旅差开支。后的绝缘子剩下的残悬挂不掉落地面。根据玻璃绝缘子在广东省输电线路运行已近30年的运行经验，当时决策在500 kV线路上大量使用玻璃绝缘子是正确的。

在1998年6月，阴雾湿度大的恶劣天气，一瞬间，沙增线96号塔A相电源、C相负荷侧绝缘子各8片，97号塔A相负荷侧、C相电源侧和负荷侧24片。我们及时前往现场调查，决定立即申请停电处理，同时发现同塔其它绝缘子串下层棱表面吸附着厚厚污秽物，而且棱与棱之间及铁脚均存在着不同程度的闪络痕迹。这些绝缘子均在同一时间内发生，都在悬垂串。由此可见，悬垂串积秽盐密比水平串高一倍，Ⅰ串绝缘子盐密是V串所吸附的盐密的1.25倍。这段线沿途邻近分布有生产规模较大的耐火砖厂和水泥厂，100 m的烟囱，昼夜不停地排放大量污秽物，其中盐占全部盐类比重的30%～70%，特别水泥污秽物中的钙。这些污秽物，随珠江三角洲沿海地区饱含盐类的海风飘荡，被绝缘子所吸附。玻璃绝缘子上表面自洁能力强，可直接被雨水冲刷，表面较为清洁，但下表面“棱”与“棱”之间却吸附着厚厚的污秽物，雨水无法冲刷，且愈积愈厚，测验盐物数据，都大于三级污区。位于这地区纵横交错河网地带的线路绝缘子，受露、雾持续长时间的影响，绝缘子表面吸附污秽物，湿润较均匀，使污秽物中的可溶盐溶解充分，而且难以流失。这盐类湿润度弱，对污秽物冲刷甚微，绝缘子表面电导可达到大值，泄漏电流较大，对绝缘子运行为危险。沙增线96号、97号塔钢化玻璃绝缘子突然之多，正是因为出现较长时间含水量大的浓雾天气造成污闪，但尚未造成线路跳闸。

由此看来，在严重污秽区，使用钢化玻璃绝缘子应持慎重态度。

3)间隔棒运行情况

我局维护的线路采用国产JZX4-45300和FJY4-45300间隔棒，这两年，线路停电检修，共修理、换13只。虽然间隔棒螺帽脱落不多，但仍时有发生。间隔棒已暴露运行几年，金具连接部位受负荷、环境、气候、风力等因素影响，金具螺栓连接件松脱现象有增无减。应利用停电机会，对线路间隔棒、线夹、防震锤等金具连接作一次的检修，避免钢芯铝绞线、地线连接金具松动，长时间产生电晕放电现象，或随气候、风速的影响造成磨擦而受损，危及电网。

4)外力损坏情况

主要有以下几方面：

a)线路器材设施被盗被损坏严重，防不胜防。近年来，我们花费大量资金换防盗螺帽，器材被盗及损坏情况得到一定程度的遏制，但仍有待于进一步争取当地及部门的支持，开展群众护线工作，宣传保护电力设施、贯彻执行“电力法”的重要意义。

b)线路沿线防护区内新种竹树普遍，生长快，但设计、基建导线驰度对果树(荔枝等经济果树)距离裕度甚少，需要解决距离不足问题。其次随着沿线当地土地开发，线路走廊、杆塔被推土填埋的情况甚为普遍，导线对地距离不足，严重危及人身和电网设备，需要大量资金改建或升高铁塔。这两年，沙增线、惠增线已改建或升高铁塔共10基。此种情况，今后将会不断出现，运行维护工作的难度大。

c)线路沿线附近的耐火砖厂和水泥厂排放污秽物与日俱增，绝缘子吸附盐密有增无减，将有发生污闪的可能性，危及电网运行。这个问题应引起我们的关注，有计划地做好绝缘子的防污调爬工作，提高线路外绝缘水平，提高电网