海口西门子PLC代理商DP电缆供应商

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   随着国内城市轨道交通的发展,各种自动化技术也在地铁机电设备管理方面得到了广泛应用。地铁分立设置的各机电设备系统已逐渐被统一软、硬件平台的综合监控系统所取代。综合监控系统的实施,带来了资源共享、信息互通等一系列明显的好处,但也伴随着投资增加、维护功能不如分立系统等一系列新的问题。
1 国内地铁综合监控系统的维修模式
        目前,国内综合监控系统的维修一般可分为3类,即维修、二线维修和三线维修。
维修是指当设备发生故障时,通过使用替代模块和配件的方法,使系统在短时间内恢复有效运营。
二线维修包括在维修中拆除下来的可替代模块和配件的修理和维修程序。
三线维修包括对从二线维修中得到的模块和配件的深入修理和维修程序,以及工厂维修。
由于各地铁公司的维修架构和维修水平不同,综合监控系统的维修管理也略有差别。但一般是以维修(即换性维修)为主,二线和三线维修建议采用委外的方式(或由产品供货商提供保修服务)进行。综合监控系统的维修管理一般考虑2种方式。
(1)维修调度根据系统设备故障信息的严重程度,安排维修车间的各种临时抢修计划。维修车间设置值班工作站,负责对本系统的设备状态进行监视,发现故障后可采用故障诊断工具确定具体的故障位置,然后派维修人员到现场进行维修。
(2)维修车间根据设备日常维护计划,安排日常检修。

2 实施综合监控系统后的维修问题
        由于综合监控系统的维修以维修为主,因此设备在线故障诊断和远程维护功能对整个系统的维护管理十分重要。
        在未实施综合监控系统时,各机电设备系统通过自带的成熟软件平台来实现设备监控,并由设备供货商开发了相应的工具软件,实现远程故障诊断、远程升级等维护功能。由于软件与底层设备通常是配套的,相互之间的通信一般不需要协议转换,因此维修人员通过远程工作站的软件,可以很容易地对现场设备进行集中维护管理。
实施综合监控系统后,原被集成系统的现场设备的信息一般只能通过与综合监控系统的数据接口采集,数据存储和状态分析等一系列功能将由综合监控系统来实现。由于综合监控系统的软件平台是一个通用的软件平台,要对采集数据进行分析(如SA系统的录波数据)或者支持设备远程诊断和维护,通常需要底层设备的协议开放,实现起来往往比较困难。因此,实施综合监控系统后,一般对单体设备的维护,除了必要的维护功能由综合监控系统实现外,细节的内容一般考虑通过移动工作站(安装维护软件)在现场进行维护。

3 实施综合监控系统后的远程维护
       对实施综合监控系统后的各终端设备远程维护,有2种解决方案(见图1)。

1)以太网接口的终端设备维护
对于像服务器之类具备以太网维护接口的设备, 一般说来,大多数厂家提供的维护工具软件可以直接支持通过以太网的远程维护和管理。也就是说,可以通过设置在维修车间的维护工作站,安装相关的维护工具软件,远程对终端设备进行管理。
2)串行接口的终端设备维护
对于通过串行数据接口的设备,与综合监控系统接口时都是通过开放软件协议,采用对点表的形式进行信息交互。综合监控系统以设备监控管理为主,根据监控提供辅助维修功能,因此牺牲了部分设备的远程维护功能,给维修带来了一些不便。
针对这种情况,可考虑如下方案解决这部分设备的远程维护问题。
        将终端设备的串行维护口接入串口联网设备(serialoverIP)中,通过串口联网设备接入综合监控系统局域网(见图1)。
       在维修车间设置远程维护工作站,在维护工作站上安装底层通信驱动软件,将远程串口联网设备传送过来的IP数据包再虚拟为串口数据。通过底层虚拟,能在远程维护工作站上生成与远程端串口设备一一对应的虚拟串口。例如,COM7对应串口联网设备连接的串口设备1,COM8对应串口联网设备连接的串口设备2等。
        通过串口虚拟,建立了远程维护工作站与串口维护设备的通信通道,然后在远程维护工作站上安装的设备维护软件,选择虚拟通信口(如COM7),就可以对串口设备实现远程维护管理。由于不需要进行软件开发,利用了各系统设备的成熟维护软件,所以加经济。
        通过该方案,可以直接在维修车间利用成熟的维修工具软件对现场的串口维护设备进行远程维护和诊断,避免了由综合监控系统来实现相同功能带来的高成本问题。
         目前,利用串口联网方案实现SA系统的故障录波分析功能在相关领域已有成功案例。对底层保护设备而言,一般都可以保存到相关的故障录波数据。通常这些数据存放在现场,即使被一般监控系统采集到,对其分析也很难达到录波分析软件的功能。因此,利用该远程维护方案,可以采用成熟的录波分析软件,通过虚拟串行通道对保护装置的数据进行录波分析,既节省了成本,又降低了工程实施难度。
        除此以外,综合监控系统如果采用串口联网方案,还可以利用软件,实现对FAS主机、BASPLC的远程诊断和基础数据读取,为维护人员详细的信息。

4 结语
        目前,地铁综合监控系统作为自动化技术在地铁应用的产物,推进了地铁机电设备的现代化管理,提高了运营效率。通过本远程维护方案的实施,有利于地铁机电设备的维修和维护管理,进而降低综合监控系统的整体成本。

       随着VLSI和控制理论的发展，高速、高集成度、的微控制器及芯片相继问世，使全数字化的交流调速系统成为可能。用软件取代模拟器件，可以方便地修改控制策略、修正控制参数，此外还可以具有故障检测、自诊断和上位机管理与通信等功能。正是顺应这一发展方向，许多芯片厂家纷纷致力于数字电机微控制器的研制与生产，如国内较为流行的Motorola MC68HC16系列、Inbbb MCS96系列以及TI的TMS320X24X系列等。美国TI（德州仪器）公司自82年发明片数字信号处理器（DSP），又于97年推出数字电机微控制器TMS320C240。该芯片面向新一代交流电机控制，具有DSP的高速运算能力与面向电机的控制能力于一体，堪称业界有竞争力的数字电机控制器。本文也是根据这一发展方向，使用新的变频器芯片和变频控制理论，致力于新型智能变频器的研究。

1直接转矩控制的主要特点
        直接转矩控制变频调速技术，德语称之为DSR （Direkte Selbstregelung），英语称之为DSC（Direct Self-control），是近 10年来继矢量控制变频调速技术之后发展起来的一种新型的具有的交流变频调速技术。
直接转矩控制有以下几个主要特点：
(1)直接转矩控制直接定子坐标系下分析交流电动机的数学模型、控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机与直流电动机作比较、等效、转化:既不需要模直流电动机的控制，也不需要为解祸而简化交流电动机的数学模型。它省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。因此，它所需要的信号处理工作特别简单，所用的控制信号使观察者对于交流电动机的物理过程能够作出直接和明确的判断。
(2)直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。而矢量控制磁场定向所用的是转子磁链，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此直接转矩控制大大地减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。
(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制其各物理量，使问题变得特别简单明了。
(4)直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。它包含有两层意思：
①直接控制转矩；
②对转矩的直接控制。
1)直接控制转矩与的矢量控制的方法不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量，直接控制转矩。因此它并非力获得理想的正弦波波形，也不专门强调磁链的圆形轨迹。相反，从控制转矩的角度出发，它强调的是转矩的直接控制效果，因而它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念。
2)对转矩的直接控制在接转矩控制技术对转矩，实行直接控制。其控制方式是，通过转矩两点式调节器把转矩值与转矩给定值作带滞环的比较，把转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小，由频率调节器来控制.因此它的控制效果不取决于电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况。它的控制既直接又简化。对转矩的这种直接控制方式也称之为“直接自控制”。这种“直接自控制”的思想不仅用于转矩控制，也用于磁链量的控制和磁链自控制。但以转矩为来进行综合控制。

2 实现方案
        高的集成度和精简的电路结构是系统的。从性能、成本和性等各方面综合论证，系统采用了全数字化设计，采用了新的芯片。主电路采用三菱公司的智能功率模块ASIPM PS1103X系列中的PS11032，控制电路采用德州仪器公司的’C23x系列DSP控制器的TMS320C240。这使得系统硬件大的简化，减轻了系统的设计工作。该系统功能框图如图1所示。

2.1 主电路的设计
       变频器主要包括主电路和控制电路两部分电路。主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路以及有关辅助电路组成。本系统中主电路采用了三菱电机公司新出品的智能功率模块PS11032。
由于PS11032内含的驱动电路设置了的IGBT驱动条件，驱动电路与IGBT间的距离很短，输出阻抗很低，因此，不需要加反向偏压。其中为方便的是PS11032可以直接与CPU相连，不需要通过隔离电路。PS11032的驱动电路的输入脚通过10k的限流电阻和5.1k的上拉电阻，直接连接到CPU的输出脚上。
2.2 控制电路设计
        控制电路是变频器电路重要的部分，控制电路的优劣决定变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是由检测电路得到的各种信号，为变频器主电路提供必要的门级驱动信号，并对变频器以及异步电动机提供必要的保护。控制电路以TMS320C240DSP为，并配置了32k字的程序存储器和8k字的数据存储器。
在系统设计中，C240使用20MHz外部晶振，单周期指令使C240运算能力达20MIPS。C240带有4K字的Flash EEPROM，在外部我们又扩展了32k字的SRAM程序空间和 8k字的 SRAM数据空间。系统程序的编制采用了以功能块为基础的程序组件模块化的方法，这种方法便于按功能自由组合，编写调试都比较方便。主程序在上电开始时对系统进行自检，然后将系统程序从EPROM转移至RAM以利用DSP的快速性，初始化系统参数，其主要负责背景任务，如显示的刷新等，流程图如图2所示。

2.2.1 双A/D转换器与电路的连接
       TMS320C240配置有两个带采/保的各8路 10位的A/D转换器，可并行处理模拟量，模拟量可包括：反馈的速度、位置、温度传感、电压传感和电流传感信号等。为了**定子电流的精度和速度，我们采用了科海公司的KT系列霍尔传感器，其输出为0~5V的信号，经过仪表放大器AD623调整后，直接连到TMS320C240本身配置的A/D转换器上。逆变器直流电压经电压传感器采样后，由仪表放大器AD623调整后，也直接连到TMS320C240本身配置的AID转换器上。
       速度电路采用光电编码器，它直接将电机角度和位移的模拟信号转换为数字信号，其输出信号直接连到TMS32OC240本身配置的正交编码脉冲单元上。两路 A/D转换器各负责两路模拟信号，并预留出接口供系统扩展或升级使用。A/D中断响应子程序轮回采样并将结果读入内存，流程如图3所示。

2.2.2 SPI串口和SCI串口与通信电路
       TMS32OC240片内外设还包括一个异步串行通讯口(SCI)和一个同步串行通讯口 (SPI )。SCI口即通用异步收发器(DART)，用于与 PC机串口等标准器件通信，可采用RS一232/485协议等，大波特率625kbpse SPI口可用于同步数据通信，大波特率 2. 5Mbps，典型应用包括外部 I/0或外设扩展，如移位寄存器、显示驱动、A/D转换器等.SPI 1-1共有3根通信线：串行输入数据线SPISOMI,串行输出数据线SPISIMO和同步时钟线SPICLK，另1根控制线SPISTE是从机选通线。
        在系统中，利用 TMS320C240的 SPI串行接Cl扩展了一个串行 EEPROM芯片X25045, X25045可提供512字竹的EEPORM {I]于保存系统设置。同时，使用一片ADM233扩展一个RS232接口，能够与计算机通信，交换数据。
2.2.3 人机界面电路
        人机界面电路显示采用了液晶显示器(20字符x2行)。在变频器运行之前显示变频器的设定值：在变频器运行时它是监视器，显示电动机的运行状态，实时显示电动机的基本运行数据，如电动机的电流、电压、变频器的输出频率、转速等；在变频器发生故障时，显示故障的种类、故障时的运行状态等，便于分析故障的原因。
       一共有 11个按键，包括功能键和设定键两组。功能键是正转键、复位键、反转键和停止键，用于对变频器发出运转指令。设定键是模式键、编程键、增加键、减少键、左移键、右移键、回车键等。其中模式键用于改变监视模式；编程键用于改变功能模式进入或退出编程状态；增加键和减少键改变设定值大小；左移键和右移键移动光标等；回车键用于进入光标指示项目的设定画面，确定选择等。键盘连接到PI0~PI10扩展信号线上，选通地址为OOOOH。所有的键盘信号线同时也连到一个GAL16V8上，GAL16V8上将所有的信号相与后，输出到 INT3中断管脚。这样任一个按键按下时都产生INT3中断。

基于MOST的车载系统

        MOST总线专门用于满足要求严格的车载环境。这种新的基于光纤的网络能够支持24.8Mbps的数据速率，与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰(EMI)的优势。

         MOST总线基于环形拓扑，从而允许共享多个发送和的数据。MOST总线主控器(通常位于汽车音响主机处)有助于数据采集，所以该网络可支持多个主拓扑结构，在一个网络上多高达64个主设备。为了确保数据，总线主控器在上电时将查询总线上的每一台从设备并且完成自动密钥交换(AKE)。如果从设备有一个有效的总线密钥，那么允许它使用预定的协议发送和接收MOST总线上的数据。

         MOST传输协议由分割成帧的数据块组成，每一帧包含流数据、分组数据和控制数据。流数据与MOST时钟同步并且不断地在网络中循环传输。分组数据与MOST时钟异步，根据需要产生，其中一个例子就是来自无线个人数字助理(PDA)设备的电子邮件。帧中分配给流数据和分组数据之间的带宽是可变的，以满足系统在特定的时间需求，并且其控制字包含数据类型、在帧中什么地方可以找到数据以及数据大小等流信息。控制信息可以在多个帧中分配，并且应该在接收设备中重建。

音频处理

图2：基于MOST总线的车载音频系统原理图。


        图2给出了一个简单的基于MOST总线的车载音频系统。来自DVD播放器音频源内容，例如PCM、AC3和DTS通过SPDIF链路传送到主机。SPDIF链路将以音频源的采样频率(FS_in1)工作，例如对于CD音频为44.1kHz，对于AC3和DTS等视频内容为48KHz。当要将编码的音频到网络上时，在传输之前对传输内容进行加密以阻止拷贝。通常对于车载系统可选的加密机制是DTCP，该机制将在下面介绍。

        ADI公司的BlackFin处理器架构非常适合于这种功能，因为它具有丰富的外设和优化的指令集，从而能使它完成类似微控制器(MCU)的工作以及传统DSP的工作。同时，导航系统公告(Navigation System Announcement)也通过MOST总线传输到放大器，以允许驾驶员在驾驶时能够听到指令。这些基于PCM的信号通常基于12.24kHz立体声，我们称之为FS_in2。MOST收发器可收发多种音频源信号，并且重新将数据安排成数据块以便在总线上传输(如图2所示)。

       一些音频数据包中可能采用DTCP加密(如FS_in1)，它们通过总线传输到放大器部分，而这部分通常位于汽车尾部(见图3)。当音频源数据通过MOST总线发送后，DSP重构原始分组数据，并且如果数据是DTCP加密的，则需要将数据流为初的形式。通过MOST总线传输的就是丢失了源音频的原始采样速率，即使采用时钟重构技术，原始的源采样率也无法地重构，这将导致DSP缓存器中可听到的“pop”声以及声音丢失。

图3：放大器系统处理流程。


        为了进一步增加系统的复杂性，使用DTCP的加密技术已经成为网络应用中的条件，从而可为通过网络的数字数据提供。DTCP有四层拷贝保护机制：拷贝控制信息(CCI)、设备鉴别和AKE、内容加密和系统新。

        拷贝控制信息(CCI)是以通过网络传输的内容为基础，并且它由内容拥有者决定，例如“拷贝”、“禁止拷贝”、“不再拷贝”和“拷贝一次”。在交换任何内容之前，网络上的设备确定是否它们是原始内容。有鉴权和受限访问鉴权两个级别。在密钥交换之后，可通过网络传输内容。采用预定义基本密码引擎加密和解密内容，并且放入MOST传输协议的保护内容包中，该保护包具有包头签名以识别已经加密的内容。

下一代系统问题的解决方案

        基于网络的车载系统的系统相关问题日益增加，为了解决这些问题，ADI公司已经开发出了SHARC ADSP-21365处理器。

         ADSP-21365是一款32/40b的浮点单指令多数据(SIMD)信号处理器，它具有内置4Mb的ROM，支持所有多声道标准，例如Dolby Digital、DTS以及包括DPL2x、Neo6等后处理模块。客户后处理模块可以在3Mb的内部RAM上执行，客户利用Visual Audio(见后文)这样的音频开发工具能够在较短的时间内增加他们后处理的类别。

        为了解决多个音频源采用不同基本采样率的问题，ADI公司已经将AD1896立的采样率转换器集成在到ADSP-21365中。它具有8个通道的采样转换和高达140dB的性能，多个音频源不需要存储器和MIPS开销，并且所有的输出后处理都能运行在单采样速率条件下，以进一步减少数据流的复杂度。

图4：ADI公司用于车载的ADSP-21365 SHARC处理器。


         其它音频外设包括6个串行端口，并且支持TDM和I2S，以及集成的SPDIF Tx/Rx端口以便直接与数字音频源连接。

       ADSP-21365 SHARC DSP也包括一个基于DTCP M6密码引擎(与DTLA兼容)的硬件。外设具有两个的DMA总线，在不需要内核干涉的条件下，允许高速传输到M6或者从M6传输，并且具有对加密和解密的本地支持。ADSP-21365实现了完成DTCP兼容系统的简单设计途径。密码引擎支持密钥动态新的功能，用户可以使用内置定时器设置密钥新和改变的间隔周期，以增加在网络上的性。

        音频处理包括FIR和IIR滤波器的密集使用。在递归运算中，由于信号的数字表示产生的量化误差可能会引起音频质量的下降。音频处理器，例如ADI公司的SHARC处理器，使用浮点表示音频信号以减少这种误差。

        在音频系统中，通常声音的质量是通过如何准确地再现小幅度或非常安静的声音来衡量的。随着音频信号幅度变得越来越小，处理器再现这种信号的能力是有限的，但是对于浮点处理器而言，保持音频等级的精度包含在固定的界限内，并且具有186dB的小SNR。SHARC处理器具有40b浮点精度和80b的累加器，从而可以实现非常的音频。

         家庭影院音频处理器的另一个重要特性就是动态范围。动态范围定义为在音频处理器能够没有下溢或溢出条件下再现音频信号幅度的小值和大值的比值。同样的，浮点处理器远远了处理器所能实现的动态范围。

图5：和浮点处理器的SNR值。


       随着预算法和后算法的复杂度日益增加，实现家庭影院体验需要的MIPS数或执行周期数也始终在增加。为了解决这些问题，显然的方法就是增加信号处理器的时钟频率。

        由于硅工艺的限制，这种方法实现起来有很多障碍，因此信号处理器供应商通过改进处理器架构来解决这个问题。一些信号处理器供应商已经采用MIMD架构，即在一个时钟周期内执行多条指令同时完成多个数据移动。该架构需要多的存储器，因此直接影响到芯片的成本。SHARC处理器架构采用SIMD的方法，可采用相同的指令隐含地完成二个平行的算术单元，因此使得代码紧凑从而可以降低完成这些算法所需的MIPS数。鉴于这种SIMD架构，音频信号处理器额外的处理开销可并行地处理立体声信号。SHARC内核基于互锁的5阶代码流水线，这意味着程序员担心数据什么时候可用即可随时写入代码。算法流水线优化为1个时钟周期，这意味着计算结果在下一个周期立即提供以便进一步计算。

        由于ADSP-21365 SHARC处理器提供车载音频外设和基于32b浮点内核的SIMD，所以它能使音频系统达到新的性能水平。

使用Visual Audio定制音频后处理设计

图6：浮点和处理器的动态范围比较。


        过去，DSP用户面临的挑战就是利用处理器时钟周期和有效利用存储器的软件开发。采用汇编语言手动编码音频信号处理算法这种长期使用的方法已经越来越不可行，特别是这种方法需要将大部分的精力放在创建标准的“项目清单”或“me-too”功能，而不是集中精力通过增加产品差异化。因此，需要一种开发音频软件的进方法。

       为了满足这种需求，ADI公司开发出一种Visual Audio图形环境以帮助设计和开发使用SHARC处理器系列的音频系统。Visual Audio为音频系统开发工程师提供了大部分的软件模块，以及直观的图形用户截面，以便设计、开发、调试和测试音频系统，如图6所示。

        Visual Audio包含一个基于PC的图形用户界面(GUI，图形工具)、一个DSP内核以及一个可扩展的音频算法库。与ADI公司的VisualDSP++集成开发和调试环境(IDDE)配合使用，Visual Audio可提供对MIPS和存储器利用都经过优化的现有产品代码。通过简化开发复杂数字信号处理软件的过程，Visual Audio降低了开发成本、风险和时间。因此，音频系统开发工程师能够集中精力增加他们的音频产品以使其与其它产品实现差异化。

       Visual Audio工具允许设计工程师使用直观的图形工具集中精力开发定制后处理模块，该图形工具和强大的SHARC架构以及内置ROM功能结合在一起，从而允许快速、简化系统开发和产品配置。

1 引言
       起重机作为生产过程的一部分，其工作效率和运行性能的要求亦不断提高。广东梅县发电厂燃料3甲#桥式抓斗（行车）采用传统的转子串电阻调速方法。存在以下缺点：
（1）电气控制元件多，接触器频繁起动，经常发生触点烧蚀和转子绕线阻烧坏等现象；
（2）大车是由两台绕线电机牵引，由于两台电机所串的电阻值有微小区别、电机本身特性略有不同和机械传动的误差，会产生大车不同步，造成大车轨道和轨道轮磨损和变形；
（3）提升及开闭钢丝绳由于受力不均，机械振动大，经常出现拉断钢丝绳；
（4）调速范围小，速度稳定性差，无法长时间低速下放重物等缺点；
（5）系统复杂、性低、能耗大、故障率高。
       在这种情况下，变频调速作为一种的调速方法，具有良好的起动、停止及制动性能，节能效果也非常明显，从而在各行各业中普遍使用，成为了行车电气控制发展的趋势。

2 抓斗（行车）变频控制的重要特点
        抓斗（行车）控制系统变频改造成功的基本标准是：系统性要高，无故障,维护保养费用要很低；其次改造后抓斗行车的工作效率不能降低；三改造后抓斗行车的操作方式和习惯要保持和改造致。
抓斗（行车）控制系统变频改造如何才能具有的性能价格比：所有电机驱动只能采用开环控制才有的性和小的投入；其次在原有绕线式电动机基础上进行改造。
        抓斗（行车）变频控制都采用矢量控制方式，其原理特点是利用现代电子技术的优势使异步电动机具有与直流电动机相同的转矩生成机理，即将供给异步电动机的定子电流在理论成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直、产生转矩的电流分量（转矩电流），此磁场电流、转矩电流与直流电动机的磁场电流、电枢电流相当。变频器矢量控制就是将定子电流分量分解程磁场电流和与之相位相垂直的转矩电流，两者互不干涉，按指令分别进行立控制获得和直流电动机类似的控制性能。
        变频器矢量控制的成功实施，使异步电动机变频调速后的机械特性及动态性能达到了足以和直流电动机调压时的调速性能相的程度，从而使异步电动机在电机调速领域里地处于优势地位。

3 抓斗（行车）变频控制的优越性
（1）整机运转的性能提高，节约能源，提高生产力；
（2）多段速调速控制可实现，和有效的起重机操作，利用多段速调速控制，操作方式与原有的一致；
（3）采用变频控制是电气制动与机械制动相结合制动平稳，,保护了负载不受损伤，且减少了部件及结构的磨损和机械应力；
（4）平滑的加减速，使振动和冲击变小，同时减小了负载的晃动，提高了性能；
（5）起动电流小，变频在低频起动，大不过电动机额定**-150%电流，频繁起动和停止时，电机热耗减小，延长电机寿命，对电网容量的影响也大大减少；
（6）在重负荷时，起重机也能在各档速度下运行，在空中停止并重新启动上升或下降无溜钩现象；
（7）变频器在磁通优化下，电机磁通被自动地适应于负载以提率，同时降低电机的噪音，通过磁通优化，基于不同的负载，变频器和电机的总效率可提高1%-10%；
（8）具有持续监视电机的状态，在制动时也不停止监视,使从一个转速变换到另一个转速；
（9）变频器速度控制及动态转速误差在开环应用时为0.3%，在闭环应用时为0.1%。
（10）变频器的谐振频率段设置可使电机避免在某一速度或某一速度范围上运行的功能。可以设置5个不同的速度点和速度范围，电机通过谐振频率范围时按照加速或减速积分曲线加速或减速；
（11）群的力矩特性。通过观察仪可以观察到公认的低速力矩特性：无PG矢量控制达到150%/0.3Hz，所械都可以改造成低频高力矩输出（控制模式：无PG矢量2控制），有带PG矢量控制从零速开始输出150%高力矩运行。这可使起重机在低速下平稳启动。在重负荷时，起重机也能在各档速度下运行，在空中停止并重新启动上升或下降无溜钩现象。速度控制范围1:200无PG矢量控制和带PG时为1:1；

 （12）力矩限制功能，确实地限制了输出力矩。即使有突如其来的负载变化用力矩限制功能可以保护机械设备不受到过度冲击而损坏。
（13）快速的响应性。配备模型追踪控制（前馈控制），即使无PG模式也可以实现快速响应。用带PG自的高速电流矢量控制，即使负载剧激变化也能地跟踪。
（14）敏捷的速度搜索。采用新的速度搜索功能，大幅度缩短了复电后到速度恢复的时间,与运行方向无关。这一特性可以起重机对急速负载波动有很强的适应性。同时可以实现在速度快速切换时设备的响应。变频器转矩控制动态转矩阶跃响应时间，在闭环应用时为1-5ms,而矢量控制变频器在闭环时需10-20ms,开环时为100-200ms。

4 抓斗（行车）变频控制的
（1）电气制动
        当开闭、升降上升快速停车或下降时，电机可能处于发电状态，此能量通过变频器的逆变器进入直流母线，使直流母线上的电压升高，达到一定的电压，制动单元开始工作，经制动电阻将多余的能量以热能的形式消耗掉，达到停车；
（2）追速在桥抓使用是常用的功能
        为使开闭、升降速度达到一致才能提升，否则只有一组缆绳受力，容易损坏。利用变频器的工作电流和PLC相结合，使两台电机的运行参数相同时，由PLC发出提升信号，做到自动追速功能，以保缆绳受力一致；
（3）开闭、升降防溜钩控制是起升工作机构的
        利用变频器的优越性能解决了此难点,主钩起动时PLC检测变频器内部的电流与频率反馈到防溜钩控制程序，检测变频器的工作电流、工作频率进行过程分析达到设定控制的重载力，机械抱闸方可打开。如果检测工作电流、工作频率经过程分析未达到所控制的重载力，机械抱闸是不会打开的，在此状态下机械抱闸有滑动，则出现机械抱闸过松故障。在开闭、升降停止时工作电流、工作频率进入防溜钩程序进行过程分析所设定值，抱闸关闭，在整个制动过程里是电气制动工作，当工作频率达到机械抱闸动作值，机械抱闸将机械抱死。停机过程是机械、电器制动同时工作，解决了对抱闸的频繁维修，上，杜绝溜钩现象，**了同步运行。

5 结束语
         广东梅县发电厂燃料3甲＃桥式抓斗经过变频改造后，已经运行8个多月。桥抓在运行中电机启动平稳、启动电流小、无冲击，制动采用电气制动与机械制动相结合制动柔和、平稳，负载冲击小*强烈震动。对桥抓上所有设备元件机械破坏轻微，钢丝绳对卷筒冲击降低很多，大大延长了卷筒和钢丝绳的使用寿命，提高了设备的性、性。大大提高了劳动生产率，延长了设备的使用寿命。经济效益非常**。
         总之，变频调速技术应用于抓斗（行车）控制系统已经是抓斗（行车）控制方式的趋势。不仅仅节能，重要的是大大提高了设备的性和降低了设备日常维护及机械磨损，适合在各种同类设备上推广使用。

引言

        本文设计的智能化监控系统，主要是将矿井中采集的甲烷等有害气体的浓度数据通过总线型网络定时传送到地面监管的PC中，使用软件平台进行数据存储。PC根据收到的数据可以实时监测有害气体的浓度，过阈值可自动报警。同时，井下工作人员和重要设备配备的射频识别（RFID）模块通过井下固定监控点定时向监管传送他们的位置数据，平时用做人员的考勤记录和设备的管理与调度，一旦发生意外事故，将有利于人员和设备的救援与疏散。


射频识别技术

        射频识别技术（Radio Frequency Identification Technology）是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米。


RFID系统工作原理

        典型的RFID系统包括可编程数据的电子标签，读写器以及处理数据的远端计算机三个部分。电子标签也就是射频卡，具有智能读写及加密通信的能力。读写器由无线收发模块、控制模块和接口电路组成，通过调制的RF通道向标签发出请求信号，标签回答识别信息，然后读写器把信号送到计算机或者其他数据处理设备。

        在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，其中保存有约定格式的电子数据。读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入该磁场时产生感应电流，同时利用此能量发送出自身编码等信息，读写器读取信息并解码后传送至主机并进行相关处理，从而达到自动识别物体的目的。射频识别系统的结构与信息传递方向见图1。

图1 射频识别系统构成原理与信息传递示意图

RFID的分类

       按照工作频率的不同，RFID系统可分为低频、中频和系统。低频系统一般工作在100KHz-500KHz；中频系统工作在10MHz-15MHz左右，主要适用于识别距离短，的应用中；系统可达850MH-950MHz及2.4GHz-6GHz的微波段，适用于识别距离长，读写数据速率高的场合。


RFID的特点及在本设计中的应用

        RFID系统大的特点就是非接触识别，因此可以同时识别多个电子标签及高速运动的标签。它以无线方式通信，外露电触点，电子标签的芯片按不同的应用要求封装，可以抵抗恶劣环境。

       本设计采用广播发射式射频识别系统，井下所有监控点使用的RFID均采用有源工作方式。井下监控点分为两种形式：固定监控点和移动监控点。根据RFID的工作原理，固定监控点上的RFID相当于只收不发的读写器，移动监控点上的RFID相当于电子标签。

        设计中使用的射频芯片为Chipcom公司的CC1000，具有单片RF收发的特点。 收发分开设计的CC1000具有抗干扰能力强、通信速率高、体积小巧、功耗低、性能稳定、性能价格比高等优点。考虑到成本等方面的问题，设计时RFID采用的工作频率为433MHz，经过试验测试，证明在传输距离及数据性等方面，可以达到本系统的功能要求。


系统功能设计

实时监测有害气体的浓度数据

         将气体传感器采集的数据（一般为有害气体，如甲烷）进行A/D转换后，保存在微控制器MCU中，数据经过井下网络传输，终传送至监管PC的操作平台。计算机将气体浓度数据存入数据库，并进一步判断是否处于范围内，若过规定阈值则自动报警。

井下人员及重要设备查询及考勤功能

        系统将RFID接收到的信息定时传送至远端监管PC中，可实时检测井下人员及重要设备的分布情况。通过操作平台软件可以查询各个RFID所在具体位置并根据需要进行人员及设备的调配。同时，利用保存在PC机中的数据也可实现工作人员的考勤功能。

功能

丢失报警：当工作人员工作过规定时间，或者过规定位置，自动报警并在操作平台上相关人员。

救护搜寻：对矿难现场被困人员进行搜寻和定位，可以便于开展救护工作。

信息联网功能

        作为整个煤矿的信息网的一部分，可以提供功能完善的数据库，随时调用该煤矿在一段时间内的气体环境数据以及相关人员和设备的统计数据，以利于科学研究和对人员设备等进行管理。 系统组成与结构

整个系统由两个部分组成：井上部分和井下部分，如图2。

图2 整个智能监控系统结构图

井下部分

        井下部分是整个系统的，分为两个部分：移动监控点和固定监控点。移动监控点包括工作人员和重要设备上的RFID，可以进行实时定位。固定监控点包括传感器、A/D转换器，微控制器和RFID模块，完成对有害气体的实时监测和信息的传输，并对人员和设备实时位置。井下部分的固定监测点采用有线通信方式，利用串行USART接口进行连接，采用RS－232串行数据接口标准。

图3 井下固定监控点总线型网络结构图

        井下固定监控点之间采用总线型网络连接，网络结构如图3。这种拓扑网络结构比较简单成本也较低，网络各节点连接使用USART接口。整个井下部分与井上部采用RS－485串行数据接口标准进行通信。固定监控点S放置于井口，主要负责井下监控点与井上监管的信息交换，因此不需要RFID模块和A/D转换器，结构如图4。

图4 井下固定监控点S结构图

         井下固定监控点C结构如图5所示，传感器采集的各类气体（主要为有害气体，也可以包括空气湿度，根据不同煤矿环境选用不同气体传感器）的数据经过A/D转换后进入MCU，RFID模块与MCU使用I2C总线进行通信，MCU保存这两个部分的数据，同时向固定监控点S不断发送输送请求，得到S允许后通过USART接口将数据送入传输网络中。MCU的数据存储区定时自动刷新。当有害气体浓度过阈值时，井上工作平台及井下固定监控点同时报警。

图5 井下固定监控点C结构图

         井下移动监控点与固定监控点之间是无线传输。无论是移动还是固定，每个射频模块都有自己特殊的编号，与其他模块均不相同。在与固定监控点上的射频模块进行通信时，实际上传输的就是这个特殊的编号，监控的软件平台已经将固定监控点的位置信息进行了登记和存储。当上传的信息包含有与他们进行无线通信的移动监控点的编号信息时，就表明佩带和安装该移动监控点的人员及设备很接近该固定监控点，从而判断出移动RFID模块的位置，这些位置信息均由系统存入数据库。

       移动监控点结构如图6，射频识别模块的特殊编号预存储于微控制器中，通过I2C总线传输至RFID中，并不断向外发送这个特殊的编号。采用总线传输和预留串行接口主要是为了以后便于扩充系统功能。LED可以显示工作地点射频信号的强度，另外，移动监控点还配有电源控制开关，下井打开开关，上井给电池充电，便于使用。

图6 井下移动监控点结构图

井上部分

井上部分主要是软件操作平台，按照功能划分为2个子系统：实时监控子系统和信息管理子系统。

       实时监控子系统是整个智能化监控系统的基础，监管的PC通过RS 485接口标准与井下固定监控点S进行。其功能主要为：完成监控点的信息、实时处理和存储。从井下上传的信息不但包括各类有害气体的浓度数据，还包括井下工作人员和设备的位置信息，这些庞大的数据量经过压缩后都被保存在数据库中，是信息联网的基础。

管理子系统的主要功能是对移动监控点信息的录入、、查询和统计。

开发平台为：bbbbbbs XP + Visual Basic 6.0 企业版。


本系统的一些特点

使用总线型网络拓扑结构

        煤矿开采是不断进行的，如果采用的网络结构不能合理的增加节点数目，会给系统的使用造成不便。在本设计中，总线型网络只需增加一段电缆和固定监控点就可增加一个节点，这使得智能化监控系统可以随着煤矿的开采而不断的扩充。

系统有较高的识别率和性

        射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数，目前长距离射频识别系统的价格还很贵，所以为避免过长距离导致的不稳定、不完整，本设计在采用有线传输的前提下，固定监控点的分布使用了总线型网络拓扑结构，系统性好；移动监控点参照越区切换的概念在固定监控点之间传输数据，可以达到较高的识别率。 操作平台操作方便易用

         利用VB作为开发平台，用户界面友好，易于掌握和操作。数据定时被存储于数据库中，可以实现信息联网，功能齐全、稳定性好，减少了管理人员的工作量。


结束语

        这种智能化监控系统是以煤矿生产为基础，射频识别模块（RFID）为主要设备，有线通信网络为纽带，监管的PC为的新型智能化计算机管理系统，综合运用了多种通信技术，突破了传统煤矿管理模式，是煤矿生产管理系统的新趋势。