组件温度控制

组件温度控制（共12篇）

组件温度控制 篇1

CMOS由于功耗低,工艺简单,摄像系统尺寸小等优点,近年来已经广泛用于商业领域以及航空航天等军用领域[1]。图像传感器的噪声大小直接决定了器件能否正常工作以及器件的信噪比和动态范围等关键指标,降低图像传感器的工作温度有利于减小暗电流噪声。根据经验,温度每升高6-7℃,暗电流噪声增加一倍,因此,降低图像传感器的温度,可以有效提高成像质量,保证其探测灵敏度。传统的水冷控温方式,设计制作难度大,结构复杂,而且其控制精度不高,难以实现小型化。热电制冷器(Thermo Electric Cooler,TEC)作为一种新型的制冷方案,具有体积小、易于控制等特点,在成像组件控温领域展现优良的应用前景[2,3,4,5]。

本文以某型相机为背景,为了提高其在低照度下的成像质量,设计了基于FPGA的温度控制系统。该相机选用SCMOS作为成像芯片,采用摆扫方式进行工作,可以获取宽视场的高分辨率图像。温控系统以FPGA作控制器,采用TEC热电制冷,利用PT100热电阻进行温度反馈,在FPGA中实现了增量式的PID控制算法。实验结果表明,设计的温度控制系统,在功耗为60W的情况下,其控制精度可以达到±2℃,能够满足实际需要,大大降低了图像的噪声,提高了其成像质量。

1 系统设计

1.1 系统工作原理

SCMOS成像制冷组件采用TEC进行控温,TEC是一个利用帕尔贴效应来制冷或制热的半导体P-N结器件,可以通过改变流过TEC电流的方向来实现制热或制冷。本系统将TEC冷端固定在探测器背面,用温控系统来控制通过TEC的电流。温控系统以FPGA(EP3C25U256)为控制核心,采用ADS7844 12位A/D转换芯片进行PT100温度数据的采集,并将采集到的数据进行中值滤波、求均值处理,以提高数据的可靠性,采用增量式的PID算法实现温度的闭环控制。此外,通过电压电流检测模块实时检测TEC的工作电压和工作电流,以实现对TEC异常工作状态的检测和故障时自我保护的功能。系统总体控制框图如图1所示。

1.2 系统结构组成

温控系统包含电源模块,TEC驱动模块,电压电流检测模块,温度采集模块,A/D转换模块以及控制模块六个模块。详细的系统结构框图如图2所示。下文主要就TEC驱动模块和温度采集模块以及控制模块进行详细阐述。

1.2.1 TEC驱动模块

TEC的驱动模式包括线性模式和PWM模式。线性驱动效率低,发热大,但纹波小。PWM驱动,效率高、发热小,但是纹波大。由于本系统功耗大,因此选用效率高的PWM驱动方式,利用LC滤波电路减小PWM驱动的纹波电压。高功耗同时导致传统的集成度高的TEC专用驱动芯片由于功率小不能满足驱动需求,因此驱动电路采用一对IRS2110和4个IRFS4710MOS管自搭H桥进行PWM驱动。驱动电路如图3所示。

通过控制四个逻辑端IN1,IN2,IN11,IN12实现TEC的正向和逆向导通,从而进行制冷或者加热。其中当IN1,IN12为高时,TEC工作在加热模式;当IN11,IN2为高时,TEC工作在制冷模式。复位情况下,IN2,IN12为高,两个下桥导通,TEC不工作。

IRS2110采用自举电路实现高压侧导通与关闭,因此自举电容的选择尤为重要,图3所示的C10和C120自举电容容值选为4.7u F。LC滤波电路中,电感L2,L3选择振华富的最大电流可达5A的大封装电感,C15,C16两个滤波电容的耐压值为50V。经过LC滤波电路后,输出直流,驱动TEC工作。

1.2.2 温度采集模块

1.2.2. 1 恒流源电路

温度采集模块包括恒流源电路和电压信号调理电路两部分。对于温度的采集,选用PT100热电阻作为温度传感器。PT100具有高温度系数,高电阻率,化学物理性能稳定,输出特性良好的特点。此外铂电阻线性度好,测量精度高。PT100在0℃时,其阻值为100Ω,其每摄氏度可以改变几分之一欧姆。由于TEC的控温区在零度以下,PT100的阻值也在100Ω以内,电阻值较小,因此该模块采用施加1m A恒流的方法对PT100电阻值进行测量,电流过大铂电阻会因自身发热造成误差,电流过小又因铂电阻电压信号过弱而受干扰,从而影响测量精度。此外,采用四线制的接法消除了导线电阻的影响,提高了测量精度。四线制接法示意图如图4所示。

1.2.2. 2 电压信号调理电路

PT100两端电压反映了温度变化的信号,但此时铂电阻压降太小,经过放大电路调理后才能输入后级电路,因此,该电路主要对电压值进行放大。信号调理电路如图5所示。

信号调理电路由3个运算放大器组成,三个运放构成2级放大电路,最终实现铂电阻两端电压的放大。本电路中,放大倍数为25倍,由恒流源电路和温度与阻值关系可知,PT100两端电压范围为0.0826V-0.123V,经过放大后,输入到下级电路的电压范围为2.065V-3.075V。

1.2.3 控制模块

控制模块是温控系统最为核心的模块,本系统中选用FP⁃GA作控制器,在控制器中实现了数据采集,中值滤波及求均值处理以及增量式PID算法和PWM输出。此外,通过422串口实现了与上位机的信息交换。

数据采集主要是控制ADS7844将温度信号,电压电流等模拟信号转换为数字信号后按照一定时序送入到FPGA中,进而进行后期的数据处理。中值滤波及求平均处理主要针对温度信号进行。对于反馈回的温度信号,首先进行求均值处理,对于均值处理后的数据,再进行9个数的中值滤波,滤波后的数据才作为最终的反馈温度与设定温度作差,进行PID控制。

常用的PID控制算法分位置式和增量式两种控制方法。相比于位置式,增量式控制算法每次输出的是增量,手动/自动切换时冲击比较小,同时出现故障时误动作小[6,7,8]。因此,本系统选用增量式的PID控制算法对温度进行控制。增量式的PID控制算法表达式如式1所示:

通过仿真及多次调试,最终PID三个参数分别为kp=1.375,ki=1.9375,kd=0。

FPGA输出的PWM信号作为驱动器的逻辑信号,控制驱动器高压侧和低压侧的通断,从而控制TEC的通断和电流方向。PWM的产生也在FPGA中实现,FPGA中产生PWM原理如图6所示:

计数器最大计数值为A,其输入的时钟频率为f。在计数过程中,计数器的计数值与寄存器Dx相比较,当计数器的计数值小于D时,比较器输出为高;当计数器的计数值等于D时,电平发生翻转,比较器输出为低,此后一直保持低电平,直至计数周期结束。PWM的占空比计算如式2所示:

改变计数器的最大计数值即可改变PWM的周期,本系统中A固定,即周期固定,具体PWM频率设置为200KHz。PID算法计算出来的ΔU即是图7中的D,D的变化从而引起占空比的变化,从而调节TEC两端的电压大小,进而控制制冷电流的大小。

FPGA通过422接口与上位机进行信息交换,上位机通过422串口设定预设温度值,同时,FPGA将采集的温度值通过422串口发送给上位机,便于实时观察温度变化曲线与参数整定。

2 实验结果

在实验室,在室温下,分别设定制冷温度为-10℃和-15℃,其实验结果如图7和图8所示。

从图7和图8可看出,温控系统很好地达到了预定目标,温度控制精度保证在2℃范围之内。后期,探测器与TEC整体封闭后,将进行-40℃制冷实验,以验证系统在更低温度下的制冷效果。

3 结论

本文以FPGA作为控制器,利用TEC热电制冷,采用增量式PID算法,实现了成像组件的温度控制。实验结果表明,温度控制精度可达±2℃,能够满足实际应用,具有一定的工程应用价值。后期通过整合优化参数,可以进一步提高控制精度。

参考文献

[1]姚立斌.低照度CMOS图像传感器技术[J].红外技术,2015,35(3).

[2]李江澜,石云波,赵鹏飞,等.TEC的高精度半导体激光器温控设计[J].红外与激光工程,014,43(6).

[3]黄嵘.基于单片机的TEC温度控制设计[J].应用天地,2013,1(6).

[4]黄岳巍,崔瑞帧,巩马理,等.基于TEC的大功率LD恒温控制系统的研究[J].红外与激光工程,20016,35(2).

[5]周帅,张彤,崔一平.一种TEC温度控制模块的电路设计与仿真[J].电子器件,2008,31(5).

[6]徐博,冀威.PID算法的FPGA实现[J].科研发展,2010,6(2).

[7]龚光松,吴涛.基于FPGA的PID温度控制系统的设计与实现[J].咸宁学院学报,2011,31(12).

[8]王尔申,张淑芳.基于DSP的PID高精度温度控制系统的设计[J].仪表技术与传感器,2007,6(1).

组件温度控制 篇2

1硬件密码组件的概念

密码技术是解决信息安全问题的核心技术。要实现信息的保密性、完整性、可控性和不可否认性等安全要求，都离不开密码技术的运用。在具体a的信息安全系统中，密码技术的运用可以基于软件密码组件(简称为SCM)或硬件密码组件(简称为HCM)来实现。HCM从本质上来说是一个包含某些敏感信息，能自主完成特定功能的黑盒子；外界不能访问其中的敏感信息，亦不能干予其中正在执行或即将执行的运算任务。黑盒子可以通过严格定义的接口和外界进行交互，接口在黑盒子的完全控制之下。任何企图通过物理手段探测黑盒子内部的行为都将导致其中敏感信息的完全清除。

从抽象角度，可以用如下方式描述HCM。

符号和定义：

X――敏感信息，其明文不能以任何形式出现在HCM之外；

E(X)――敏感信息X的秘文；

Fi(X，Y)――HCM用其保存的敏感信息X和外界输入的信息Y完成某项功能，如签名、加密和解密等其它特定功能。HCM的N项功能可以用集合{Fi(X，Y)|1≤i≤N}表示。

Ui――某个HCM的用户，其全部M个用户可以用集合{Ui|1≤i≤M}表示。

Zij――表示用户Ui对HCM的功能Fj(X，Y)的权限信息。Zij=0表示用户没有权限，Zij=1表示用户拥有权限。

则HCM可用一个五元函数G(E(X)，Y，Fj，Ui，Zij)表示，其定义如下：

机器人重要组件一览 篇3

至少就目前广泛采用的技术而言，除了接着电缆的工业机器人以外，铅酸蓄电池是一个普遍的选择。啥？为什么不用锂电池？虽然锂电池体积小，容量大，但机器人所用电源还必须具备安全性高、循环寿命长、耐高温等特点，加上锂电池成本高的原因，于是铅酸蓄电池成了最好的能量储备方式。不过对于那些特种用途的机器人，比如需要高负载情况下长距离机动的机器人，内燃机带动发电机进而驱动电机也是一种常见的方式，因为加大油箱容量比增加电池容量要简单得多。例如美国国防部要求开发的四足越野机器人的作战目的是远距离输送物资，所以它的动力来源就是内燃机。

除了直接的电力驱动与内燃机发电外，还有一种相对而言比较逆天的技术——有机生物质燃料。沼气大家都知道，就是将人类与动物的粪便作为来源，利用其腐败过程产生的化学能转换为电能。这种机器人新能源和沼气的原理其实差不多，用化学能驱动机器人——不过，我们可以想到的问题就是，这东西会不会随时都有一股味儿？

执行器

人类完成一套动作，大脑发出指令后通过神经传输到肌肉后，由肌肉来完成。如果把机器人看做一个“人”，完成动作就需要执行器来扮演肌肉的角色。一般而言，电动机转动齿轮是最常见的执行器（比如航模中使用的舵机也是一种执行器）。此外，气泵、电力直驱与化学能也是发展中的驱动器。

电动机

玩过航模的同学都知道，你发出一个指令，舵机就会做出一个回馈动作，这样才能实现航模的各种操作，其实这样一套流程基本和机器人是一致的。在电机的选择上，高端的会选择无刷直流电机，一般的也会采用直流电机（工业机器人有可能使用交流电机）。

线性致动器

相信很多人看到“线性致动器”的时候很陌生，其实在你家里就能轻松找到。找一台光驱或者DVD播放机，按下开仓键，光盘架自动伸出或收回的动作就依靠线性致动器来实现。对于机器人来说，完成拾升动作，线性致动器是个不错的方式。

弹性致动器

对行走机器人而言，行走机械如果以非常硬朗的方式触地，对机身容易造成损害，而且很容易摔倒（不信你试试把腿僵直了走路）。如果在驱动部分加入弹性致动器，就能缓冲这种震动，而它的功能更像是汽车的悬挂。

气动人工肌肉

这是一项非常前沿的技术，涵盖了信息学、电子学与神经科学。简单来说，就是利用一种特殊的纤维编织成囊状，然后利用空气的压缩与释放来驱动整个关节的运动，从而达到与人体肌肉极为相似的运动效果。打个比方说，传统机器人通过舵机控制手指，但它拿起鸡蛋的时候很容易将其捏碎，但气动肌肉驱动手指的力度就会更加温柔，没那么容易捏碎鸡蛋。

形状记忆合金

顾名思义，这是一种可以记忆形状的金属，如果它是直的，你就算把它扳弯了，以后还是会变成直的；但如果它是弯的，怎么也直不了。不过你要让它回到原装还是需要一些手段的，一般最常用的方法就是加热。现在，一些小型机器人由于无法容纳弹性致动器就会使用到这种技术。

电活性聚合物

虽然这是世界材料学方面最前沿的领域，但发明X光机的威廉·伦琴早在1980年时就开启了相关研究。简而言之，之所以叫电活性聚合物，是因为只要对其施加上电场，材料的大小就会发生改变。比如一只机械手臂两侧分别安置两块不同电路的电活性聚合物，当只有一侧通电后就会导致单侧材料收缩，那么这只手臂也会因此而弯曲。

压电电机

1980年，皮埃尔·居里（居里夫人的丈夫）与他的哥哥雅克·居里在研究一种非对称晶体的时候发现，只要在晶体表面施加机械压力就会在其表面得到电荷，并且电位与压力成正比，被称为正压电效应。后来，他们又发现了与之相对应的负压电效应。

后来，工程师发现如果用压电材料做成电机，然后再用超声波来提供机械压力，就得到一种超低功耗而且很静音的马达。运用于单反相机镜头对焦系统的超声波马达就这样出世了。

在机器人领域，月面机器人就会使用超声波马达，这是因为这种马达如果不施加机械力，其转轴就会锁得死死的，从而不需要花费电力用于车轮锁止系统，加上其能耗极低，所以成为月面机器人的最佳驱动力来源。

碳纳米管

日本科学家饭岛澄男于1991年发明了碳纳米管，将几万根纳米管撮到一起还没有一根头发丝粗。但这种看似纤弱的小家伙，同体积条件下比钢的强度要大100倍，但质量却不到钢的15%，如果将其用来做纤维并编织成人工肌肉，可以储备的弹性势能将是逆天的。另外，斯坦福大学利用碳纳米管技术还制造了世界上第一台碳基电脑（以往的电脑芯片是架构在硅基上的）。

传感

如果要说机器人与人类最大的差距在哪里，除了无法思考以外，估计就是不能感知别人的情绪了，而感知技术也成为机器人技术一个相当具有挑战性的难题。现在比较成熟的是摄像头、颜色、听力与电子罗盘等来作为机器人的传感器，而最前沿的技术则是环境感知技术，其中有一点就是机器人可以感应人类的脑电波。实际上，脑电波控制鼠标与键盘已经出现了，使用者可以通过意念来控制电脑。

触觉传感器

如果人手里捏着一团棉花，我们的大脑可以控制手用非常合适的力道夹住棉花，让其在不被捏扁的情况下也不掉出去，但对于机器人来说，干这活儿简直难得逆天。不过现在的前沿技术，可以通过皮肤式阵列式传感器搭配压力传感器来实现。当人工皮肤接触到某一物体，其表面的电阻就会随之发生变化，电脑就可以换算需要施加多大的力量。此外，对于残障人士而言，这种技术还可以用来生产假肢。实际上以色列早在2009年就已经开发了一种名叫Smart Hand的人工手臂，失去手臂的人借助Smart Hand可以实现写字、弹琴与打字等精细工作。最关键的是，通过传感器与解码器，可以让人大脑感受到抓握一种物体的真实感觉。

计算机视觉

猫哥这里要说的计算机视觉可不是说谁家的显卡更彪悍，抗锯齿能力更强，而是一门严谨的科学。作为一种学科，它关注的是人工系统如何从图像信息中提取有用的信息，比如《谍中谍4》中，间谍通过视频扫描火车站里行人的脸，再通过云端服务器来寻找潜藏的恐怖分子。

运用到机器人技术中，就必须要求机器人通过视觉侦测可见光乃至如紫外线的不可见光，以及摄像头所捕捉到的一切信息，然后利用自己的大脑判断下一步该如何做。比如被美国送到火星的探测车，在完全孤立无援的情况下，必须自己来判断这个坎能否爬上去，下一个沟是否可以跨越。除了建立在数学逻辑之上的判断外，它自己还必须有学习能力，在多经历几次事件之后并作出总结。

目前，这一学科也融合了非常多的仿生学技术，而生物技术也是未来一个重要的融合方向。

尾座套筒芯轴组件精度控制方法 篇4

尾座套筒芯轴组件是卧车产品十分重要的零部件, 它的精度对保证整机的回转精度至关重要。套筒芯轴组件主要由套筒、芯轴、法兰套、夹紧螺母、导向轴、进口轴承、碟簧等零件组装而成, 其中每个零件的精度对套筒芯轴组件精度的保证都起着至关重要的作用。

2 尾座套筒芯轴组件的基本情况

套筒芯轴组件中精度较难保证的零件是套筒和芯轴, 套筒是一种薄壁类筒形零件, 材料为42CrMo合金钢, 毛坯为锻件, 锻造后进行正火处理, 并进行超声波探伤检查, 以确保毛坯质量合格。加工采用粗车-金相检查-调质-半精车-粗磨-精磨外圆及内孔的工艺路线, 由于套筒的外圆、内孔及轴向尺寸均较大, 车削及磨削均需要准备尺寸合适的中心架及大头顶尖来支承工件, 保证外圆及内孔的圆柱度及同轴度。芯轴是一种实心结构的阶梯轴, 材料为45钢, 芯轴1∶4锥孔的加工是难点也是重点, 因为套筒芯轴组件组装完成后要保证的精度就是芯轴1∶4锥孔对轴线的径向跳动值, 1∶4锥孔精加工由万能磨床精磨完成。

即使各零件加工后完全合格, 由于组装后存在综合累积误差, 套筒芯轴组件的1∶4锥孔对轴线的径向跳动值也可能超差。为解决这一难题, 专门设计、制造了一套动力传输装置, 将套筒芯轴组件通过该装置与铣镗床主轴联接传递动力, 用主轴锥孔磨床对组件锥孔进行磨削, 消除综合累积误差, 以此来保证1∶4锥孔的径向跳动精度。

3 套筒芯轴组件锥孔自磨的加工过程

尾座套筒芯轴组件属从动回转部件, 并且芯轴回转精度要求较高, 芯轴机加时保证1∶4锥孔径向跳动精度也有一定困难, 而且套筒芯轴组件装配后还存在综合累积误差, 所以在套筒芯轴组件装配后经调整如果1∶4锥孔精度超差, 则可采用自磨方法来达到产品要求的精度。套筒芯轴组件在安装动力传输装置后, 可使用落地铣镗床、方箱、V型支架、动力传输装置、主轴锥孔磨床等来进行锥孔自磨。由于尾座套筒芯轴组件为从动部件, 自身无驱动, 所以通过动力传输装置与落地铣镗床主轴联接, 传递动力于套筒芯轴组件使其旋转, 然后用主轴锥孔磨床来磨削1∶4锥孔与端面至要求。具体过程简述如下:

(1) 摆放调整垫铁于铣镗床落地平台上, 将两方箱分别落于调整垫铁上, 调平方箱后, 将主轴锥孔磨床吊放于方箱上, 将V型支架置于另一方箱上 (靠近落地铣镗床的方箱) , 并吊放套筒芯轴组件于V型支架上, 芯轴锥孔一端朝向主轴锥孔磨床。

(2) 粗调套筒芯轴组件轴线与主轴锥孔磨床主轴轴线等高, 同时调整套筒芯轴组件轴线与落地铣镗床主轴轴线等高及平行度。

(3) 利用落地铣镗床主轴拉表于套筒外圆的上、侧母线, 精调套筒芯轴组件轴线与落地镗床主轴平行度。要求:平行度允差0.05mm。

(4) 将动力传输装置与落地铣镗床主轴联接, 紧固。

(5) 精调主轴锥孔磨床主轴轴线与套筒芯轴组件轴线等高。

(6) 磨削套筒芯轴组件锥孔与端面: (1) 调整主轴锥孔磨床主轴角度, 磨削套筒芯轴端面至要求。要求:用环形研检具检验芯轴端面接触均匀, 接触面积达75%以上, 且外圈必须接触, 芯轴端面跳动允差0.01mm。 (2) 调整主轴锥孔磨床主轴斜度, 磨削套筒芯轴锥孔至要求。要求:芯轴锥孔锥面跳动允差0.01mm, 芯轴锥孔与工件顶尖 (或塞规) 接触均匀, 接触面积达75%以上, 且大端必须接触, 把合顶尖后结合面0.02mm塞尺不入。 (3) 安装主轴检验棒, 检验套筒芯轴组件各项精度。在套筒芯轴组件锥孔内插入一检验棒, 固定指示器, 使其测头触及检验棒表面两点, 一点靠近芯轴端面, 另一点距芯轴端面500mm处, 旋转芯轴检验, 指示器读数的最大差值就是跳动数值。拔出检验棒旋转90°重新插入再依次检验三次。两点处误差分别计算, 误差以四次测量结果的平均值计。 (4) 安装尾座顶尖, 检验各项精度。

1.调整垫铁2.方箱3.主轴锥孔磨床4.调整垫铁5.方箱6.V型支架7.芯轴8.套筒9.动力传输装置10.铣镗床主轴

4 结语

光伏组件销售及安装 篇5

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中商情报网讯：光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将太阳能直接转变为电能的一种技术。在国家政策支持和新技术不断涌现的背景下实现高速发展，2021年光伏发电装机量增加、新增装机容量提升、光伏发电量逐年增长、企业注册量及专利申请数量增加。展望未来，预计2022年我国光伏产业规模将持续扩大、分布式光伏发展势头强劲，形成分布式与集中式光伏并举局面。

一、2021年光伏行业发展现状回顾

1、光伏发电装机量增长

太阳能发电是可再生能源发展主力，可助力节能减排。近年来我国太阳能发电装机容量持续增长。2020年太阳能发电装机容量2.53亿千瓦，同比增长24.1%。截至2021年底，光伏发电并网装机容量达到3.06亿千瓦，突破3亿千瓦大关，连续7年稳居全球首位。

数据来源：国家能源局、中商产业研究院整理

2、光伏发电新增装机容量提升

近年来，中国光伏发电取得了举世瞩目的发展成绩，新增装机容量远远领先其他国家。2020年中国太阳能发电新增装机容量4820万千瓦，同比增长81.7%。2021年我国新增光伏发电并网装机容量约5300万千瓦，连续9年稳居世界首位。

3、光伏发电量逐年增长

我国大力提倡能源绿色环保，新能源发电市场不断推行，光伏发电量逐年增长。2020年太阳能发电量1420.98亿千瓦时，同比增长8.5%。2021年1-11月，我国新能源发电量达到10355.7亿千瓦时，年内首次突破1万亿千瓦时，其中太阳能发电量3009亿千瓦时，同比增长24.3%。

数据来源：中商产业研究院数据库

4、光伏发电相关企业注册量增加

近年来，光伏发电企业注册量持续增加。2017年我国新增光伏发电企业3.2万家，同比增长60.1%。2020年新增光伏发电企业2.8万家，同比新增32.9%。最新数据显示，2021年新增光伏发电企业6.1万家。

数据来源：企查查、中商产业研究院整理

5、光伏发电相关专利申请数量

随着光伏企业、研究单位对各类光伏技术研发的持续投入，光伏发电相关专利申请数量整体呈现波动趋势。数据显示，2016-2018年我国光伏发电相关专利数量增长，2019年2020年光伏发电相关专利数量出现短暂下降，2020年恢复增长，增至4778项，表明我国光伏发电技术迭代升级快。最新数据显示，2021年我国光伏组件相关专利3087项。

数据来源：佰腾网、中商产业研究院整理

二、2022年中国光伏行业预测

1、政策利好集中式+分布式双驱发展

近期，八部委相继发布了《加快农村能源转型发展助力乡村振兴的实施意见》、《智能光伏产业创新发展行动计划（2021-2025年）》和《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》等政策利好文件，确定了集中式+分布式双驱发展发展路径，为2022光伏大爆发奠定了政策基础。预计分布式与集中式并举，将成为2022光伏发展的两大路径。

2、分布式光伏发展势头强劲

2021年是我国“十四五”首年，光伏发电建设实现新突破，呈现出三个新特点：一是分布式光伏达到1.075亿千瓦，突破1亿千瓦，约占全部光伏发电并网装机容量的三分之一；二是新增光伏发电并网装机中，分布式光伏新增约2900万千瓦，约占全部新增光伏发电装机的55%，历史上首次突破50%，光伏发电集中式与分布式并举的发展趋势明显；三是新增分布式光伏中，户用光伏继2020年首次超过1000万千瓦后，2021年超过2000万千瓦，达到约2150万千瓦。户用光伏已经成为我国如期实现碳达峰、碳中和目标和落实乡村振兴战略的重要力量。由此可见，我国分布式光伏发展势头强劲，未来或将进一步发展。

3、光伏产业规模扩大

目前，我国光伏发电市场储备规模较强。据不完全统计，今年各省光伏电站总配置规模（包括部分风电）为89.28GW，已宣布大型基地规模超过60GW。在国内巨大光伏发电项目储备的推动下，预计2022年安装量将超过75GW。

更多资料请参考中商产业研究院发布的《中国光伏行业市场前景及投资机会研究报告》，同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业情报、产业研究报告、产业规划、园区规划、十四五规划、产业招商引资等服务。

分布式光伏发电项目前期考察要点都有哪些？

分布式光伏发电项目前期考察要点都有哪些？

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屋顶情况

1。屋面面积、朝向、材质、设计使用寿命

屋顶面积直接决定光伏发电项目的容量，是最基础的元素。在面积有限的情况下，使用越高效的光伏组件，其产生的发电量和收益就越高。要考察屋面上是否存在附属物，如风楼、风机、附房、女儿墙等，设计时需要避开阴影影响。

屋面朝向决定着光伏支架、组件、串列、汇流箱的布置原则，比如东西走向的屋面，背阴面的方阵是否需要设置倾角，组件串联时阴阳两面尽量避免互连，汇流箱及逆变器直流输入输入尽量为同一屋面朝向的阵列。

屋面材质基本分为彩钢瓦、陶瓷瓦、钢混等，其中彩钢瓦分为直立锁边型、咬口型(角驰式，龙骨呈菱形)型、卡扣型(暗扣式)型、固定件连接(明钉式，梯形凸起)型。

前两种需要专用转接件，后两种需要打孔固定;陶瓷瓦屋面既可以使用专用转接件，也可以不与屋面固定，利用自重和屋面坡度附着其上;钢混结构屋面一般需要制作支架基础，基础与屋面可以生根也可以不生根，关键考虑屋面防水、抗风载能力、屋面设计荷载等因素。

屋面的设计使用寿命决定光伏电站的使用寿命，彩钢瓦屋顶还需要关注彩钢瓦生产的厂家、实际腐蚀程度等情况。

2。屋面荷载

屋面荷载大体分为永久荷载和可变荷载。

永久荷载也称恒荷载，指的是结构自重及灰尘荷载等，光伏电站安装在屋面后，需要运营25年，其自重归属于恒荷载，因此，在项目前期考察时，需要着重查看建筑设计说明中恒荷载的设计值，并落实除屋面自重外，是否额外增加其他荷载，如管道、吊置设备、屋面附属物等，并落实恒荷载是否有余量能够安装光伏电站。

可变荷载是考虑极限状况下暂时施加于屋面的荷载，分为风荷载、雪荷载、地震荷载、活荷载等，是不可以占用的。特殊情况下，活荷载可以作为分担光伏电站荷载的选项，但不可以占用过多，需要具体分析。

3。建筑数量及间距

同一个厂区内，建筑数量越多，间距越大，意味着电气设施如电缆、逆变器、变压器等的投资增加，在项目投资收益评估时要考虑进去。

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2019-04-19 23:10:33

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配电设施及并网点

配电设备是光伏电站选择并网方案的根据之一，主要考查内容有：厂区变压器容量、变比、数量、母联、负荷比例等。

厂区计量表位置、配电柜数量、母排规格、开关型号等。

厂区是否配备相对独立的配电室，如没有，是否有空余房间或空地安放变配电设备;否配电设备是否有空余间隔，如没有，是否可以压接母排;

优先选择变压器总容量大，负荷比例大的用户。

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2019-04-19 23:26:52

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当地及企业情况

1.首要考虑当地的辐照情况、政策条件

应尽量选择辐照量大、阴雨天气少、污染程度小的地点开发光伏电站项目。

另外，企业所在位置若靠近海边，需考虑防腐蚀措施；靠近沙漠，需考虑增加清洁频次或防风沙措施；地处东北，需要考虑设备防冻措施等。

还要考虑当地政府对光伏行业的态度，是否有出台相关支持政策及措施。

2.考虑企业实力及所经营行业

考虑到屋顶业主的存续，优先选择企业实力较强，行业发展前景好的业主作为合作方

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几个考察光伏企业财务情况的诀窍

大家都知道，光伏行业中的企业一般杠杆较高，所需融资体量较大。现在政策对光伏补贴影响，使得光伏企业资本支出压力更大大，审核企业的财务变得更至关重要

对于公司的财务信息，肯定先关注整个财务概况，但除了关注像总资产，总负债，营业收入，经营活动现金流，资产负债率等这些报表里最基本的财务数据以外，企业主要深入分析两点:盈利能力和偿债能力。而针对光伏行业这期我们重点关注一下偿债能力。基于光伏补贴的政策变动，企业的偿债能力尤为重要，这影响了企业发展的稳定性。

偿债能力：

因为从短期债务占总债务的比例来看，如果公司短期债务占比较小，那短期内债务集中到期的压力不大。其次还要警惕较高的流动比率(流动比率=流动资产/流动负债)。衡量短期债务时，较高的流动比率可能只是说明有足够的可变现资产用来还债。尤其实在光伏企业中，较高的流动比率很可能由于存货的挤压或是应收账款的呆账造成的。而企业现金缺口大，短期仍会偿债困难。

应收账款质量的好坏也影响偿债能力

企业应付账款的质量与存货密切相连，因为各个企业的供货商赊销政策不一样和采购规模不一样，不简单的就把应付账款高于存货时，当成是危险信号。但是，如果对于一个在上游链的光伏企业，它的购货和销售状况没有变动，供货商也没有放宽赊销的政策，应付账款的付账期出现不正常延长，很可能是企业支付能力恶化，利润质量恶化的信号。

还有一个直观的方面就是这家企业的银行授信额度

银行会给优质客户一定的授信额度，企业在这个额度内可以随时申请取得贷款。授信额度越高，也说明银行对企业的偿债能力表示乐观，而尚未使用的授信额度越高，表明企业的现金支付能力越好。得到银行授信的光伏企业一般会立即向市场公布，也会在定期财务报告，附注和财务状况说明书中说明。

所有者权益的结构

在所有者权益中盈余公积和未分配利润是源于经营者的资本增值，也称留存收益。留存收益不仅满足企业维持或扩大生产经营的资金需求，也保证企业有足够资金用于偿还债务。从企业自身来看，留存收益的比重越大，说明公司可使用的筹资成本较低的资金就越多，越有承担财务风险的能力。

光伏发电产业链分析

从光伏发电产业链来看，其上游主要为原材料端，主要为硅材和硅片，除此以外还有银浆。光伏发电中游主要是光伏组件，光伏发电下游为集中式光伏电站/分布式光伏电站。

光伏发电中游的光伏组件是光伏产业链中最复杂，涉及环节最多的环节。光伏组件的传统结构为“光伏玻璃-胶膜-电池片-胶膜-背板”，外面由铝框包裹，光伏发电加上接线板焊接后构成完整组件，其中成本比例为电池片占比将近一半，其次为玻璃、铝框、胶膜、背板等，组件需求量快速提升下带动上游材料端需求提升，光伏发电产业链盈利显著改善，不只受制于成本端。

根据预测，2022年全球GW级光伏市场将达26个，新增5个GW级市场，这些市场将占全球装机量的88.6%。其中，印度、越南、沙特、巴西等市场拥有大量在建项目，这些国家地区在未来一年内将迎来集中并网的高峰;日本、澳大利业、荷兰等成熟市场需求逐斩平稳。

在国内，考虑到国内风光大基地建设、分布式光伏整县推进、能耗双控增加绿电需求以及海外市场的恢复，预计2022年也会是光伏装机的大年。在整县推进、大基地及保障性并网项目推动下，2022年中国光伏新增装机容量将达到75GW。

光伏发电企业偿还能力分析

目前国内分布式采取“自发自用、余量上网、就近消纳、电网调节”的模式分布式电站运营商的收益主要有售电收入及地方补贴分布式光伏主要面向工业园区客户或者有大面积屋顶的企业、商业、办公大楼等。相对于集中地面电站,分布式光伏具有明显的优势。

从光伏发电企业的现金流和偿债能力来看，光伏产业发展已处于底部洗牌期，不排除一些企业退出市场甚至破产的可能性。而由于国内诸多光伏发电企业面临的资金债务问题，使洗牌者很有可能是光伏行业之外的企业。

屋顶分布式光伏项目前期考察要点

一辈子的嗳 2014-10-12 来源: 今日头条

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OFweek太阳能光伏网讯：屋顶分布式光伏发电项目不同于地面电站项目，不需要办理土地、规划等手续，但屋顶分布式也有其自有的特点，如荷载、合作模式、用电负荷等，在项目开发时需要着重注意。前期考察时需要采集的信息主要有以下几点：

一、当地及企业情况

1.首要考虑当地的辐照情况、政策条件。

应尽量选择辐照量大、阴雨天气少、污染程度小的地点开发光伏电站项目。另外，企业所在位置若靠近海边，需考虑防腐蚀措施；靠近沙漠，需考虑增加清洁频次或防风沙措施；地处东北，需要考虑设备防冻措施等。

还要考虑当地政府对光伏行业的态度，是否有出台相关支持政策及措施。

2.考虑企业实力及所经营行业

考虑到屋顶业主的存续，优先选择企业实力较强，行业发展前景好的业主作为合作方。

企业所经营的行业，对建设分布式光伏电站有一定的影响，如是否排放腐蚀性、油污等气体，是否产生大量烟尘（如火电厂）等。

二、屋顶情况

1.屋面面积、朝向、材质、设计使用寿命

屋顶面积直接决定光伏发电项目的容量，是最基础的元素，屋面上是否存在附属物，如风楼、风机、附房、女儿墙等，设计时需要避开阴影影响；

屋面朝向决定着光伏支架、组件、串列、汇流箱的布置原则，比如东西走向的屋面，背阴面的方阵是否需要设置倾角，组件串联时阴阳两面尽量避免互连，汇流箱及逆变器直流输入输入尽量为同一屋面朝向的阵列。

屋面材质基本分为彩钢瓦、陶瓷瓦、钢混等，其中彩钢瓦分为直立锁边型、咬口型（角驰式，龙骨呈菱形）型、卡扣型（暗扣式）型、固定件连接（明钉式，梯形凸起）型。前两种需要专用转接件，后两种需要打孔固定；陶瓷瓦屋面既可以使用专用转接件，也可以不与屋面固定，利用自重和屋面坡度附着其上；钢混结构屋面一般需要制作支架基础，基础与屋面可以生根也可以不生根，关键考虑屋面防水、抗风载能力、屋面设计荷载等因素。

屋面的设计使用寿命决定光伏电站的使用寿命。

2.屋面荷载

屋面荷载大体分为永久荷载和可变荷载。

永久荷载也称恒荷载，指的是结构自重及灰尘荷载等，光伏电站安装在屋面后，需要运营25年，其自重归属于恒荷载，因此，在项目前期考察时，需要着重查看建筑设计说明中恒荷载的设计值，并落实除屋面自重外，是否额外增加其他荷载，如管道、吊置设备、屋面附属物等，并落实恒荷载是否有余量能够安装光伏电站。

可变荷载是考虑极限状况下暂时施加于屋面的荷载，分为风荷载、雪荷载、地震荷载、活荷载等，是不可以占用的。特殊情况下，活荷载可以作为分担光伏电站荷载的选项，但不可以占用过多，需要具体分析。

3.建筑数量及间距

同一个厂区内，建筑数量越多，间距越大，意味着电气设施如电缆、逆变器、变压器等的投资增加，在项目投资收益评估时要考虑进去。

三、配电设施及并网点

配电设备是光伏电站选择并网方案的根据之一，主要考查内容有：

厂区变压器容量、变比、数量、母联、负荷比例等；

厂区计量表位置、配电柜数量、母排规格、开关型号等。

厂区是否配备相对独立的配电室，如没有，是否有空余房间或空地安放变配电设备；是否配电设备是否有空余间隔，如没有，是否可以压接母排；

优先选择变压器总容量大，负荷比例大的用户。

四、用电量及用电价格

分布式光伏发电项目定义中最核心的一条就是所发电量就地消耗，因此需要考察：

企业月、日均用电量，白天用电量、用电高峰时段及比例。

企业用电价格，白天用电加权价格或峰谷用电时钟。

五、开发模式

开发模式主要是根据上述信息，以及与屋顶业主洽谈，确定项目的具体合作方式，目前主流的的开发模式主要有优惠电价模式、屋顶租赁模式、合资模式等，综合考虑投资收益、业主意愿等因素，确定最佳投资开发模式。

六、其他

除上述因素外，还应考察电站建设期间设备采购运输成本、当地人工成本、运营维护难度、企业周边社情等。

总之，光伏电站是需要长期运营的项目，项目前期开发要从长远考虑，需要顾及到方方面面关系到项目后期运营收益的各种因素，需要把工作做到最细致处，通过数据采集，最后实现量化分析，最终确定项目是否可行。

考察一：是否能为业主量身定制分布式光伏屋顶方案

随着互联网技术的普及，传统的分布式光伏屋顶方案已经OUT了。专业光伏系统商应该利用互联网+分布式技术，为业主量身定制专属的光伏屋顶方案！

1、首先，利用亚坦新能自主开发的太阳能软件——up?。利用卫星地图快速读取建筑物屋顶的光伏安装信息，如屋顶面积、朝向、安装量、项目预算及收益等数据。

2、其次，利用亚坦新能自主开发的太阳能软件——Look?。通过对建筑各个角度拍照，照片上收集建筑物的经纬度、海拔、水平角、仰俯角等数据。为接下来快速做出光伏系统装机方案和效果图，打下结实的基础。

3、最后，运用无人机和亚坦新能自主开发的Web端在线设计排布软件——SolarTetris?。利用无人机进行屋顶勘测拍照，可快速获得屋顶的三维模型，精确度高达厘米级。将之前测得的数据输入SolarTetris?，直接排布出屋顶设计方案图。

亚坦新能利用自主研发的软件，轻松三步骤，当场能为业主提供专业完整的屋顶设计方案图。

考察二：是否拥有专业的施工安装团队

1、物料配送和清点

在安装同事达到之前，系统所需的所有主材和辅材都需要提前运送到现场，安装同事到达之后，根据施工图纸和施工表核对材料数量和质量，确定无误之后正式开工。

2、进门“三注意”

亚坦新能的安装流程有着严格的细节把控，首先每一个安装施工队都需要自行准备鞋套，进入业主家之前佩戴好鞋套，保证不弄脏业主地板；其次在搬电池板之前，需要将施工手套带好；最后进入业主家时，步伐要缓慢轻声，保证不对业主产生噪音干扰；

3、材料安全运送屋顶

核对完主材及辅材之后，安全运送至屋顶是最需要耐心和细心的环节，材料的捆绑需要保证结实不滑落，上吊的过程需要保持平衡匀速，20片电池板及导轨辅材都需要一遍一遍的捆绑、上吊，因此这也是很花时间的一个环节。

4、屋顶安装精确到每一厘米

在屋顶安装支架和打孔的时候，需要严格按照前期勘测数据和施工方案设计的排布进行揭瓦及支架打孔，每一个支架位置都需要精确到每一厘米，这样才能保证后面安装导轨的垂直及整齐度；

5、导轨上的每一个螺丝都是独立的个体

在安装好支架之后，铺设导轨就是比较简单的环节了，不过即使简单也有非常需要注意的地方，每根导轨上的螺丝都是独立的个体，各司其职又不可或缺；

6、破损瓦片需要全部更换

在前期的勘测复核阶段，我们排查到屋顶有一些瓦片的破损，在及时告知业主之后，安装之前，由业主提供完整瓦片，亚坦新能免费为屋顶更换所有破损瓦片，以保证屋顶的完整性；

7、逆变器的防护措施

屋顶导轨和组件安装完毕前，逆变器的安装也在同步进行，需要注意的细节是在逆变器并网之前，亚坦新能施工同事会将逆变器用塑料袋包裹起来，保护逆变器；

8、完工啦

终于完工了，施工队员用专业的技术完成了屋顶光伏发电系统的安装。

我们从全职员工数目，是否具有独立办公室和仓库这两条来分析。全职员工少于5人的只剩30家公司了。说出来可能不信，看似很吸引人的广告背后竟然是这样的公司，不少客户会吓出一身冷汗，因为大部分太阳能公司采用合同销售人员和外包安装的方式运营，这等于是皇帝的新衣，把客户赤裸裸暴露于质保风险中，将来一旦有问题，太阳能公司可以轻松摆脱责任。过去10多年澳洲的民用太阳能公司起起伏伏，导致质保问题层出不穷，客户还得冤枉掏钱去维修太阳能，就是这个原因。另外如果不具备独立办公室和仓库，这样的公司往往是短线操作，将来客户是很难再找到这样的公司维权的。那为什么是5人呢，销售，安装，工程管理，仓库管理缺一不可，麻雀可以小，但五脏要齐全。

主要有民用，商用和工业用。民用市场受政府补贴政策影响最大。当补贴慢慢消失，一大批太阳能公司会退出，因为从技术，资金和经验上他们只能做民用。这样的公司同样是不会保障客户利益的公司具有正规注册的，全职的安装队伍，规模5人以上。剩下2家公司。大部分公司是外包安装，等于把最重要的一块放手，这从制度本身来讲有很大的质量不确定性，比如安装时间，责任分工，沟通成本，甚至售后保障

产品主要包括太阳能板，逆变器和支架。我们自己不生产产品，但对于产品的挑选极为严格，必须是口碑好并且性价比的产品。我们会多方位考察供应商，其市场销量和技术参数。太阳能板时整套系统的血液，主打产品有Sun-power，JINKO等排名前+的品牌。逆变器时整套系统的大脑，主打产品时SungrowFroniusEnphase等。支架相当于系统的骨架，只用TITAN等排名前三的品牌。

选用了高质量的产品后，安装团队是另一大优势，我们有一支公司全职且超过10年经验的工程队伍，除了最基本的 CEC Accredited installer执照外，还具备政府项目施工资质，100kW以上项目资质和技术，多辆Van和卡车，灵活机动，覆盖维州和塔州全境。

在项目设计阶段，我们会计算太阳能板和逆变器的参数匹配。考察屋顶朝向和阴影的影响，兼顾走线美观和发电效率。通常会根据一年的用电量和用电习惯来量身定制系统方案。

安装时，我们完全按照Worksafe的规定来保证安全作业，符合电气安全规范，适应工地施工要求，检查屋顶情况和您及时沟通，并通过保险等措施建立完备的保障。另外再工艺上力求走线美观，安装辅材如线缆等一律保证正品。对于20kW规模以内的项目，我一直保持着一天装完，一次性验收通过，一次性并网通过的记录。

面对市场上众多劣质产品和避重就轻的广告，我们主动站出来义务普及太阳能和新能源常识，希望能让市场的水再清一点。只要按照以上方法来筛选公司，就一定错不了。

根据相关行业规范,在我国境内从事户用光伏安装施工的企业,需要持有承装(修、试)电力设施许可证或者电力工程施工总承包资质或者建筑机电安装工程专业承包资质。根据原电监会发布的《承装(修、试)电力设施许可证管理办法(2009修订)》(国家电力监管委员会令第28号)之相关规定,在我国境内从事电力设施的承装、承修、承试活动,应当按照本办法取得相应的许可证。根据该规定,该许可证分为五级,分别为:许可证分为一级、二级、三级、四级和五级。

根据《建筑业企业资质标准》,持有电力工程施工总承包资质的企业可以从事与电能的生产、输送及分配有关的工程,包括火力发电、水力发电、核能发电、风电、太阳能及其它能源发建筑机电安装工程。电力工程施工总承包资质分为特级、一级、二级、三级。

持有建筑机电安装工程专业承包资质的企业可以承担各类建筑工程项目的设备、线路、管道的安装,一定电压等级以下变配电站工程,非标准钢结构件的制作、安装。建筑机电安装工程专业承包资质分为一级、二级、三级。

揭秘分布式光伏电站背后的乱象 如何选择光伏安装企业？

weixin_33881753 于 2017-07-03 10:54:00 发布 234 收藏

版权

过去的2015年，中国的光伏行业迎来了爆发式的一年，尤其是分布式光伏的安装企业更是不断涌现，笔者所在山东的大多数城市，光伏安装企业从3-5家开始增加到十几家，而且以不断增加的趋势涌现，随着市场竞争的不断加剧，一些以次充好，坑骗消费者的现象也正在冒头。

下面，笔者把目前市面上比较多的几种现象做一些披露，以免大家上当。

首先，低价销售：

目前在城市的光伏安装市场，个别安装企业报价到了6元/瓦，尤其在一些不了解情况的业主不断挤压价格的推波助澜之下，原本10余元/瓦的价格一直呈现下滑的趋势。笔者在实地看过部分低价的光伏安装项目后，不得不感慨，便宜无好货，坑的还是我们的业主。6元/瓦的价格，对于很多正规的安装企业可能连成本都不够，一些黑心企业为了赚钱，只能以次充好。组件、支架、逆变器甚至电缆线都选择低质产品，承诺的组件25年，甚至5年的使用期都达不到，部分组件发电效率不足正常发电效率的50%，乃至更低，这样短视的行为，坑骗的不仅仅是业主，也是他们自己，甚至整个分布式光伏安装行业。

另外，无法并网：

不少企业不具备光伏安装资质和施工资质，电站建成后，无法并网，导致业主只能选择自发自用，影响他们的收益，笔者的公司（山东绿城光能科技有限公司）曾经遇到过类似的事情，某企业在一个县城以低价安装了5户，安装完毕后无法并网，索性直接跑路，让业主欲哭无泪，后来业主方找到我们，我们也颇为为难，因为不是我们安装的产品，产品的质量很难把控，而且我们也发现产品的质量的确存在问题（从发电量上就可以发现），这样的情况下，我们也只能拒绝。所以，认真签订安装合同，规范化安装，对于很多业主在选择安装公司时甚为重要。

再次，售后维护：

目前，众多的光伏安装企业只负责前段，我帮你安装完了，并完网，一走了之，甚至一些企业电话都无人接听，笔者曾在一家企业看到这样的情形，企业是2011年安装的分布式光伏电站，目前已经接近5年，电站上面灰尘密布，部分支架已经出现锈蚀，发电效率也出现问题，部分意外损坏的组件也无法更换，关键是逆变器也是问题频出，按照企业负责人的介绍，安装企业收完钱，再也见不到人影了，连一份日常维护手册也没留下。这样的安装企业的确让很多业主伤心，也伤害了对光伏安装企业的信心。

那么，如何选择优质的安装企业呢？在这里我们建议客户有三要看的要素：

首先，要看企业形象：

目前，光伏的安装行业还没有几个品牌（一些品牌组件企业成立的分布式电站安装公司的服务水平也乏善可陈），对于地区的业主在选择企业主要看企业成立的年限、安装的案例以及整体的形象观感，一个关注自身形象塑造的企业大多数情况下是一个负责的企业。

其次，看企业案例：

选择中意的安装企业，建议要到他以前的安装案例，实地观测，了解施工工艺，看发电情况和售后维护情况，再和业主聊聊天，就有了更为直观的了解，然后做出判断。

最后，要看企业资质：

这点很重要，关系到是否可以顺利并网，企业有没有营业执照，施工许可证，是不是一个人的游击队，这些直接关系到你项目质量和并网以及后续维护能否到位。

光伏发电安装过程

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.更新：2018-05-10 21:43

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分步阅读

光伏发电站安装过程

工具/原料

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屋顶资源及相关设备、资料

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阳光能源

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方法/步骤

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.当地资源情况

.分布式光伏选址应优先选择太阳辐照量大、阴雨天气少、污染程度小的地区。若企业靠近海边，需考虑防盐雾防腐蚀、抗台风措施；企业所在地区沙尘大则需考虑防风沙和增加清洗的措施；若在寒冷地区则需要考虑防冻和除雪措施。

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.当地光伏扶持政策情况

.各地为了推动分布式光伏发展，纷纷出台省级、市级甚至县级的扶持政策。项目开发人员在项目开发前期需提前需熟悉这些政策，作为目前还需政府补贴发展的光伏产业，补贴政策的好坏直接影响了分布式的收益，因此当地政策好的分布式项目宜优先开发。

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..3

.企业实力及所经营行业

.【光伏电站】的寿命超过25年，在分布式电站开发时要考业主的存续，宜优先选择企业实力强、行业前景好、企业经营规范、财务正规的业主合作。

.企业性质以国企、上市企业和外企为好，这些企业信用度高，在后期电费收缴、结算时一般均不存在问题。

.业主企业的经营行业对建设分布式光伏电站也有影响，若企业生产易燃易爆危险品、排放腐蚀性的气体、排放大量烟尘等，都不适宜建设分布式光伏电站。

.电价高用电量大的工业、商业屋顶属于最好屋顶的资源，如大型的工业企业、商场等；其次是用电量不大、电价也不高的业主单位，如学校和医院屋顶、市政楼堂馆所、物流中心屋顶等。

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..4

.建筑屋顶情况

.建筑产权归属、设计使用寿命、材质、面积和朝向等也直接影响了分布式光伏电站是否可行及安装量。

.建筑产权归企业业主或当地政府所有，则适宜开发；租赁的厂房不适宜。同时工业厂房屋顶一般是彩钢板，在项目开发时需了解屋顶能使用的年限，年限太短不适宜进行开发。

.单个企业屋顶面积或屋顶总面积不少于10000平方米的屋顶（约可安装1MW）。同时踏勘时需量出屋顶方位角、屋顶倾斜角度和周围遮挡物如女儿墙的高度，以便后期确定系统装机量和发电量。

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..5

.建筑屋面荷载及屋顶勘测要点

.屋面荷载分为恒荷载和可变荷载。

.恒荷载是指结构自重及灰尘荷载等，光伏电站需要运营25年以上，其自重属于恒荷载。通常钢结构厂房上装光伏系统每平米会增加15公斤的重量，砖混结构厂房的屋顶每平米会增加80公斤的重量。在项目考察时，需要着重查看建筑设计说明中恒荷载的设计值，并落实除屋面自重外，是否额外增加其他荷载，如管道、吊置设备、屋面附属物等，并落实恒荷载是否有裕量能够安装光伏电站。

.可变荷载是考虑极限状况下暂时施加于屋面的荷载，分为风荷载、雪荷载、地震荷载、活荷载等，是不可以占用的。特殊情况下，活荷载可以作为分担光伏电站荷载的选项，但不可以占用过多，需要具体分析。

.在项目勘探时，需要项目开发人员从业主方获取房屋结构图，便于计算屋顶荷载。

.a、瓦片屋顶及彩钢瓦结构屋顶勘测要点（1）询问建筑的竣工年份，产权归属。（2）屋顶朝向及方位角。现场指南针测量加google卫星地图查询。（3）屋顶倾斜角度。量出屋面宽度和房屋宽度即可计算出屋顶倾斜角度。南方屋顶倾角一般大于北方屋顶。（4）瓦片类型、瓦片尺寸。民用建筑常见瓦型包括罗马瓦、空心瓦、双槽瓦、沥青瓦、平板瓦、鱼鳞瓦、西班牙瓦和石板瓦。如果瓦片尺寸现场不容易测量，也可在确定瓦片类型后网上查询尺寸。因为瓦片的尺寸特别是厚度决定支架系统挂钩等零件的选取。（5）考虑屋顶的遮挡情况。准确测量屋顶周围遮挡物的尺寸，后期用阴影分析软件建模做出屋顶可利用区域简图。太阳能电池板上的阴影遮挡会很大地影响发电量。（6）掀开部分瓦片查看屋顶结构，注意记录主梁、檩条的尺寸和间距。瓦屋顶的支架系统挂钩是安装固定在檩条上。（7）从项目业主方获取房屋结构图，便于计算屋顶荷载。（8）询问业主拟安装光伏系统屋顶南面是否有高楼建设规划。

.b、混凝土屋顶勘测要点（1）建筑竣工年份、产权归属；屋顶朝向和方位角。（2）测量女儿墙高度，后期进行阴影分析，确定可安装利用面积。（3）查看屋面防水情况，以不破坏屋面防水结构为原则，考虑支架的安装是采用自(负)重式还是膨胀螺栓固定式。标准民用混凝土屋顶的承载能力需大于3.6KN/m2，在考虑短时风载、雪载的情况下支架系统的荷载也小于混凝土屋顶的承载能力。为避免安装光伏系统后建筑产生任何的防水结构破坏问题，优先采用自(负)重式支架安装方式。（4）从项目业主方获取房屋结构图，便于计算屋顶荷载。（5）询问业主拟安装光伏系统屋顶南面是否有高楼建设规划。c、电气方面勘查要点（1）查看进户电源是单相还是三相。民用别墅一般是三相进电。单相输出的【光伏发电】系统宜接入到三相兼用进线开关用电量较多的一相上。条件允许最好用三相逆变器或三个单相逆变器。（2）询问月平均用电量或用电费用和主要用电时间段。作为光伏系统安装容量的参考。（3）查看业主的进线总开关的容量。考虑收益问题，光伏发电系统的输出电流不宜大于户用开关的容量。现行补贴政策下还是自发完全自用收益最大。（4）以走线方便节约的原则，考虑逆变器、并网柜的安装位置。逆变器、并网柜的安装位置也好考虑到散热通风和防水防晒问题。

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.屋顶支架型式

.建筑屋顶主要有彩钢瓦、陶瓷瓦、钢混等几种，彩钢瓦分为直立锁边型、咬口型型、卡扣型型、固定件连接型。前两种需要专用转接件，后两种需要打孔固定；陶瓷瓦屋面可以使用专用转接件，也可以不与屋面固定，利用自重和屋面坡度附着其上；钢混结构屋面需要制作支架基础，基础与屋面可以生根也可以不生根，关键考虑屋面防水、抗风载能力、屋面设计荷载等因素。

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.配电设施及并网点

.配电设备是光伏电站选择并网方案的根据之一，主要考查内容有：

.1）厂区变压器容量、数量、母联、负荷比例等；

.2）厂区计量表位置、母排规格、开关规格型号等；

.3）厂区是否配备独立的配电室，是否配电设备是否有备用的间隔，如没有是否可以压接母排；

.4）优先选择变压器总容量大，负荷比例大的用户；

.5）查看进线总开关的容量，考虑收益问题，光伏发电系统的输出电流不宜大于户用开关的容量；

.6）以走线方便节约的原则，考虑逆变器、并网柜的安装位置。

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.用户用电量及用电价格

.分布式光伏发电项目最重要的就是所发电量就地消耗，因此需要考察：

.1）企业年、月、日均用电量，白天用电量、用电高峰时段及比例；

.2）企业用电价格，白天用电加权价格。

.原装系统：杜绝电站低质拼装的后遗症

由于拼装市场从业者参差不齐，导致拼装产品也是良莠不齐，市场上经常会出现一些低质拼装产品，出了问题后互相扯皮推诿，安装工人把问题推给运输公司，运输公司再把问题推给厂家，厂家再把皮球踢给经销商，反反复复，就是无法把问题解决，最后还是用户或经销商买单，赔了脸面还损失了钱财。

针对这一痛点，天合光能推出了原装成套家用光伏系统，组件、逆变器等关键设备采用天合光能品牌，从设备来源上避免了拼装电站带来的质量隐患。

天合光能副总裁、天合家用光伏事业部总裁张兵介绍，天合提出的原装家用光伏系统与普通拼装产品的区别之一，在于所有的硬件都是由天合的技术进行研发，由天合严格的质量标准进行控制。

除却产品自身质量外，光伏电站从出厂到屋顶安装中，会经过运输、卸载、安装等多个环节，整个环节中如果有一环操作不当，都会对核心部件造成损坏。此前有案例发现，在一些运行不久的屋顶光伏电站中，光伏组件已经出现了不同程度的隐裂，这与电站运输不当或安装过程中工人踩踏等不无关系。

张兵认为，目前国内大多数企业对家用光伏系统的要求还是停留在硬件上，而天合提出的原装家用光伏系统解决方案，不仅仅强调硬件的产品质量，还包括从硬件的选型，设计、运输、安装全流程过程控制到25年长期的运维服务和增值的可拓展性服务，保障电站的平稳运行。

后期运维：智能云管家主动服务

一般而言，从光伏电站并网之后，电站便进入了运维期，这一时期长达25年甚至更久。而家庭光伏电站，由于布局分散，在运维和管理上有很大难度。大部分光伏企业通过经销商模式开拓家用市场，而经销商组成广泛，具备专业运维素质的比较少，一旦电站出现故障，往往不能及时解决，成为一大痛点。

对此，天合光能提出了主动服务理念，为用户提供完善的售后服务和长期的运维保障，这一点普通的拼装鲜少做到。

张兵介绍，“天合光能依托大数据建立云平台，我们的目标是建立智能云管家，对用户来讲安装了天合的系统都会标配GPS数据采集器，通过实时采集数据监控每套系统在用户屋面的发电状况和运行效率情况。白天半小时停止发电，会主动致电询问情况，一个季度效率明显低于周边其他用户，天合会主动上门做系统检测和维护，找出发电效率低的原因。这套系统是要运行25年到30年以上，这么长的时间里面，用户不会每天都去坚持监测系统运行状况，况且很多用户也缺少这样的专业能力，这就需要有大企业建立这样区域管理的云平台，来帮助他们运维。”

针对经销商专业素质等问题，天合光能未来三年将在全国培养10000名工程专业技术人才，发展2000家县级代理商，30000家乡镇一级的门店服务网络，在云端做数据采集和分析，实时监测，终端1小时以内就有近距离服务网点，安装用户在自己生活的镇上就有天合授权的服务网点。

不仅如此，天合光能还和中国人民财产保险股份有限公司(PICC)签署了战略合作协议，包括安装工程一切险，家用光伏系统财产综合保险，家用光伏系统产品责任险以及家用光伏系统产品质量险等条款，涵盖了系统产品从质量、安装到后期使用过程中可能发生的预估风险保障。

为推动整个家用光伏市场的健康发展，天合光能代表家用光伏厂商向北京鉴衡检测机构提出了家用光伏系统产品及服务标准提案，对整个家用光伏厂商的产品质量及服务能力提出了新的标准化要求。

北京鉴衡认证中心副主任谢秉鑫表示：“从检测数据来看，目前市场上的家用光伏产品或多或少都存在一些质量和服务问题，这都是由于家用市场火爆，厂商扎堆进驻，前期没有标准约束而导致的，是一个行业兴起从无序走向有序的必经过程，现在由天合光能代表中国家用光伏厂商提出这套优质系统标准，展现了中国家用光伏市场以用户为中心、逐渐走向正轨的决心。”

维护家用光伏市场的正常经营秩序，促进市场持续稳定、健康发展，需要光伏业内尤其是光伏企业的共同努力，天合光能原装家用光伏系统，是一次创新亦是一次探索，结果如何，静待市场的答卷。

从分布式光伏电站投资的角度来看，最直接的逻辑就是业绩=发电量*销售电价，这里的电价既包含折扣后给用电业主的电价，也包含上网电价。

目前，国内分布式光伏电站投资商对项目标的的动态投资回报期大多为7-8年，自有资金回报率在30%以上，基于目前组件、逆变器等价格因素，1MWp屋顶分布式光伏电站初期投资成本在6.5元-7.2元之间。综合考虑折旧，运维，备件，税务等数据，每瓦年电费收益需达到1.3元以上，如何保证这一要求？

从这一点来看，我们从发电量和电价综合考虑。

首先来看发电量，目前国内各地区由于海拔、日照强度、空气洁净度等差异，各地区实际发电量与理论发电量也存在较大差异。

发电量最大前4大城市分别为：拉萨、呼和浩特、西宁及银川，然而实际上截至目前这些地区的分布式光伏发电装机寥寥，倒是发电量倒数第4的杭州(浙江地区)分布式光伏发电的装机量排在了全国的前列。

这主要是电价直接影响的，一方面南方地区大工业用电及商业用电普遍是北方地区高，例如山东地区大工业白天8:00到下午17:30加权平均电价达到0.81元，而陕西地区大工业白天8:00到下午17:30加权平均电价只有0.71元。

另一方面，伴随着南方地区地方政府针对分布式光伏电站投资补贴政策的发布和实施，使得每瓦每年节约电费的绝对值可以超过光照资源很好的银川地区。

这也是为什么国家给了例如山东、浙江、江苏地区较多的分布式光伏电站配额。

从国家分布式光伏电站配额来看，配额最大的前十个省份主要集中在华东及东南沿海地区，这些地方空气洁净程度较高，很少受到雾霾的影响，同时加以当地大工业及商业较高的电价，以及地方光伏补贴政策的双管激励，如浙江、山东、江苏、广东、上海等地区成为了国内分布式光伏发电投资的第一阵营。首先从分布式光伏电站的财务模型来看，占据优势。

那么对于西北地区，分布式光伏电站如何实施，是否具有投资价值，例如甘肃和宁夏地区，大工业用电加权平均电价只有不到0.6元。

采用电价折扣的合同能源管理合作模式就不符合投资人的资本回报率考核，对于这些地方，实施分布式光伏电站建设适用于采用标杆电价全部上网，并支付业主房顶租赁费用的模型。

综述，对于呼和浩特、西宁、银川、太原等光照资源较好的地区，在没有地方补贴政策的情况下，建议采用全部上网的模式方可符合投资者对分布式光伏电站收益的要求。

对于例如杭州、福州、广州、南宁、西安等光照资源较差的地区，在没有补贴政策的情况下，可先行实施电价较高的商业用地项目。

而考虑分布式光伏电站的规模化实施，建议地方政府出台相应的补贴政策，截至目前浙江地区已经走在了分布式光伏电站建设的前列，广州也刚出台光伏电站建设规划和补贴政策。

同时，对于地方补贴政策，笔者建议取消地方政府对于投资者欲拿补贴政策需采购当地组件及逆变器生产商产品的强制性要求。毕竟不是每个省份的组件和逆变器产品的质量可以保证，价格经得起市场的考验。地方保护主义是分布式光伏电站实施过程中的“肿瘤”。

业主类型选择（用电类型）

目前国内分布式光伏电站投资商对分布式光伏发电项目的收益率最低不小于12%，即考虑融资成本的前提下，项目投资回报期不长于8.5年，与用电业主和合作模式主要为合同能源管理。即：

（1）租赁业主屋顶支付租赁费，电价按照实时电价收取；

（2）租赁业主屋顶支付租赁费，发电量全部上网；

（3）免费租赁业主屋顶，光伏电站发电供给业主使用，电价打9折，合同期限一般设定为25年；

（4）与业主成立合资公司，共同投资屋顶电站，共同获取电站收益；

对于居民用电如小区、社区，一方面屋顶面积较小，装机容量受限，另一方面居民用电电价较低（西安地区为0.59元每度电）。

再次，居民用电主要集中在晚上，白天用电量较小，使得光伏电站发电量自发自用比例较小，目前居民小区并不适合建设屋顶分布式光伏电站。

对于西安地区而言，在没有地方补贴的前提下，商业用电业主屋顶适合投资分布式光伏电站，大工业用电业主屋顶不适合投资分布式光伏电站。

在地方补贴（0.2元每度电，政策持续5年）出台的前提下，商业用电业主屋顶比较适合投资分布式光伏电站，周六周日也上班的大工业用电业主的屋顶分布式光伏电站也适合投资建设分布式光伏电站。

居民小区屋顶分布式光伏电站目前不具备投资价值。

业主尽职调查（信用风险管理）

在基于电站投资商项目收益率的前提下，对屋顶业主的考察就显得尤为重要。

虽然国家能源局406号文件中提到在自发自用比例显着下降时，可选择光伏电力全部上网，对于上网标杆电价确定的各个地区，发电量较高的地区例如银川、呼和浩特等城市，分布式光伏电站投资收益率影响不大。

而对于南方一些城市，特别是没有地方补贴的城市，光伏电力从自发自用转为全部上网的模式，对于投资者而言，影响是极大的。所以光伏电站潜在屋顶业主的选择就显得比较重要。

首先是行业，我们应优先选择用电量较大的行业中的企业，从而保证自发自用电力可全部消纳。例如钢铁、化工、建材、有色金属冶炼、石油、化工、机械制造业等。

对于国家不鼓励的行业或者产业，即便屋顶资源及用电量条件都较好，也需要谨慎的判断。

特别需要提到的是对于释放对电池板有腐蚀气体的企业需慎重选择。例如化工、橡胶深加工企业。同时优先选择周六、周日也有生产的企业，从而可以有效保证自发自用比例仍然可以保持在95%以上。

其次，对于企业的合同履约情况进行核实，可以通过财务报表（上市公司）、供应商走访、合同合作方调查，甚至对于单体项目较大的项目，可通过从第三方调查中介公司如邓白氏有偿获取数据用于决策判断。

装机容量选择

装机容量的确定不仅仅要考虑屋顶面积，需综合考虑用电负荷及屋顶规划等相关指标。

在我们之前在西安高新区进行分布式光伏电站项目开发的过程中，找到5万平米的钢结构屋顶，计算下来可做3.5MWp分布式光伏电站，年发电量可达到380万度电。

12个月中，光伏电站最大的发电量达到50万度电，最小的发电量也有20万度电，然而通过与企业动力部门进行沟通后，获悉该企业月均用电量只有5万度电，光伏电站自发自用比例都不到25%，光伏发电只能选择全部上网。

如没有地方补贴，再考虑西安地区不甚好的太阳能资源，这个项目基本是不具备投资价值的，最终我们按照300千瓦的容量进行了一期项目的实施。

第二种情况是，一个大工业企业，月均用电量达到90万度，屋顶面积有6万平米，且周六周日午休，当时，我们就做出安装5MWp光伏电站的规划，我们认为自发自用比例应可达到96%。

然而，我们又错了，实际上这家企业24小时设备不停转，白天太阳能光伏电站发电的8个小时时段，企业月度耗电量只有30万度电，如安装5MWp电站，自发自用比例只有60%。

第三种情况是，业主屋顶确认为3万平米的钢结构屋面，可利用面积达到2500平米，业主月度用电量为40万度电，白天太阳能光伏电站发电时段企业月度用电量达到25万度电，我们就确定了装机2MWp，应该是没有问题的，可就在进入商务谈判的前几天，业主告知，厂区南侧20米刚规划的15层高楼获批，屋顶将近1/4产生遮挡，最终我们安装1.5MWp实施。

逆变器选型

目前通用的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变（微型逆变器）。

按照笔者之前光伏电站价值提升策略之逆变器选型分析。在接近的初始投资成本下，对于屋顶分布式光伏电站，组串式逆变器解决方案较集中式逆变器及微型逆变器拥有着较为得天独厚的优势，很好地解决了集中式解决方案遇到的问题。

现场勘测实施要点

1.屋顶分类：瓦片屋顶、混凝土屋顶及彩钢瓦结构

2.现场勘查携带工具：20米以上卷尺、激光测距器、水平仪、指南针或手机指南针APP和纸笔等。如果需要上倾斜屋面建议穿上防滑鞋带上安全绳

3.瓦片屋顶及彩钢瓦结构屋顶勘测要点：询问建筑的竣工年份，产权归属屋顶朝向及方位角。现场指南针测量加Google卫星地图查询屋顶倾斜角度。量出屋面宽度和房屋宽度即可计算出屋顶倾斜角度。南方屋顶倾角一般大于北方屋顶瓦片类型、瓦片尺寸。民用建筑常见瓦型包括罗马瓦、空心瓦、双槽瓦、沥青瓦、平板瓦、鱼鳞瓦、西班牙瓦和石板瓦。如果瓦片尺寸现场不容易测量，也可在确定瓦片类型后网上查询尺寸。因为瓦片的尺寸特别是厚度决定支架系统挂钩等零件的选取考虑屋顶的遮挡情况。准确测量屋顶周围遮挡物的尺寸，后期用阴影分析软件建模做出屋顶可利用区域简图。太阳能电池板上的阴影遮挡会很大地影响发电量掀开部分瓦片查看屋顶结构，注意记录主梁、檩条的尺寸和间距。瓦屋顶的支架系统挂钩是安装固定在檩条上从项目业主方获取房屋结构图，便于计算屋顶荷载询问业主拟安装光伏系统屋顶南面是否有高楼建设规划4.混凝土屋顶勘测要点

建筑竣工年份、产权归属；屋顶朝向和方位角测量女儿墙高度，后期进行阴影分析，确定可安装利用面积查看屋面防水情况，以不破坏屋面防水结构为原则，考虑支架的安装是采用自(负)重式还是膨胀螺栓固定式。

标准民用混凝土屋顶的承载能力需大于3.6KN/m2，在考虑短时风载、雪载的情况下支架系统的荷载也小于混凝土屋顶的承载能力。为避免安装光伏系统后建筑产生任何的防水结构破坏问题，优先采用自(负)重式支架安装方式从项目业主方获取房屋结构图，便于计算屋顶荷载询问业主拟安装光伏系统屋顶南面是否有高楼建设规划5.电气方面勘查要点查看进户电源是单相还是三相。民用别墅一般是三相进电。

单相输出的光伏发电系统宜接入到三相兼用进线开关用电量较多的一相上。条件允许最好用三相逆变器或三个单相逆变器询问月平均用电量或用电费用和主要用电时间段。作为光伏系统安装容量的参考查看业主的进线总开关的容量。考虑收益问题，光伏发电系统的输出电流不宜大于户用开关的容量。现行补贴政策下还是自发完全自用收益最大以走线方便节约的原则，考虑逆变器、并网柜的安装位置。逆变器、并网柜的安装位置也好考虑到散热通风和防水防晒问题。

本文转自d1net（转载）

光伏板、逆变器

太阳能光伏板主要分为A、B、C类板。A类板为最佳，B类稍次一点，C类板就是回收板，通俗来讲就是翻新的旧板。A类板还可以细分为A+、A-两个等级，B类一样。不同等级的太阳能板，成本的差距非常大。直接造成了家用电站销售价格的差异。

逆变器主要按照装机容量、品牌不同，价格也会有差异。在这里就不多做论述具体品牌差异了。光伏板和逆变器作为家庭电站的核心，其产品的质量直接影响其使用寿命、发电量、衰减率等重要参数。大家在考虑价格的同时一定也要将以上参数考虑在内，俗话说一分价钱一份货，一块好的太阳能板和一块差的板，发电量可能相差非常大，我们安装的电站最少都需要使用20年，一旦因为质量问题造成经济损失，那真的是得不偿失了。

纸做的有木有？当然并不是所有的光伏板都会把等级标注出来的，以次充好的光伏板就会出现了，例如一般是真实的光伏板，一半是废纸，最后外面包裹上钢化玻璃;这样的一块光伏板，它的发电量只会有正常光伏板发电量的一半，但是外观上却分毫不差。

因此，光伏板的选择一定要选择正规厂家的产品，他们具有产品认证和产品各项检测证书，品质有保证，避免“诉说无门”的状况，毕竟安装几块光伏板是要使用20年以上的;同理，逆变器的选择自然是有知名度的产品最佳，逆变器的好坏也会影响的发电量，能否提升您的投资回报率的。“一分价钱一分货”的道理大家都明白，选择权完全把握在自己手中!

电缆、PVC管

家用并网电站的组成其实非常简单。如果将光伏板和逆变器比作电站的器官的话，那电缆就是链接各个器官的血管，其质量和耐用度也相当相当重要，电站使用主要有两种电缆，分为直流和交流电缆。

电缆户外敷设较多，需防潮、防暴晒、耐寒、耐热、抗紫外线，某些特殊的环境下还需防酸碱等化学物质。因为要使用较长时间，还会在电缆外加套PVC管来保护它。

导读：今年中国的光伏行业迎来了一个新的机遇，国务院相继出台一系列的扶持政策，光伏发电应用随之快速发展。分布式光伏发电销量也在迅速增长，今年年初已经进入白热化状态，光伏新能源的销售团队也在不断壮大中。

有些商家故意使用一些低价、质量差、易损坏的电缆，有些甚至不加套PVC管直接裸线布在室外，以此来提高利润，蒙蔽消费者。这种电缆不但使用年限达不到要求，甚至还会有触电危险。一旦过了保质期返修也是很大的问题，明明能用20甚至30年的东西，可能用了6-7年就要花钱重新布线。所以大家选择的时候一定要注意，尽量找正规专业的企业公司安装，防止多花冤枉钱。

支架、配重

太阳能支架是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太阳能光伏板设计的特殊的支架。一般材质有热镀锌碳钢、阳极氧化铝合金、不锈钢等。现在我们发现一些公司为了节约成本，使用角铁做支架，时间一久支架就容易生锈变形。

1、营业执照（注册时间不得少于3年，注册资金不得低于人民币8000万）

2、必备三级机电安装资质（国家网上可查，并与营业执照名称相同）

3、必备该企业《ISO9001质量管理体系》认证

4、必须让光伏发电系统供应商出具与光伏板厂家及逆变器厂家的购销合同及原厂发票（证明光伏板和逆变器的真假）

5、出具光伏板厂家和逆变器厂家的营业执照复印件（必须加盖公章）

6、选择光伏板厂家最好选上市公司前五名的板子(选择单晶板功率不低于285W，多晶板功率不低于265W）

7、选择逆变器厂家最好选择有保修期的厂家（保修期为15年到20年）

8、在选择光伏发电系统供应商之前应去该公司进行考察，是否为皮包公司，主要看其是否有仓库，是否有施工队（很多小公司没有自己的施工队）；施工人员是否有该公司为其购买的商业意外险；需让该单位出示施工人员购买的保险清单，人数不少于20人，购买的保额不低于80万元（原件并盖章）如来客户施工人员必须在此清单内，否则出了安全问题谁来负责；是否在各区域有售后服务网点。

9、在选择光伏发电系统供应商时，请仔细查看合同内容中是否有保修服务条款，是否有定期上门清洗、保养、安检等一系列售后服务。

10、选择光伏发电供应商时，该企业提供的支架、直流电缆、螺丝等配件是否为正规厂家提供、是否为国标。

支架间的连接组装都是必须用螺母和连接件组装，还有些公司直接采用焊接组装，时间一长容易断裂倒塌。螺母和连接件组装的支架容易拆装，而用焊接组装的必须切割才能拆除，影响用户利益。再来谈谈配重，现在市面上最常用的是水泥墩、钢结构、化学锚固螺栓等。

家用一般使用浇筑达到光伏行业安装标准的水泥墩来作为配重，一般为正方形实心水泥墩。有些公司根本无视国家标准，直接使用膨胀螺栓将支架固定在屋面，这样做不但破坏了屋面的防水层，时间久了以后膨胀螺栓还会松动断裂。还有些公司使用空心的重量不达标的水泥墩。很多新闻讲某家太阳能光伏板被刮坏、掉落造成一定的经济损失，基本上都是这种情况导致，所以说支架和配重对于安放太阳能光伏板非常重要。

保险、售后

为什么要说到保险呢?是因为安装一个家庭分布式光伏电站，对于一般用户来说资金投入还是不低的。

基于组件的软件重用技术研究 篇6

关键词：组件；软件工程；重用技术；代理

中图分类号：TP311

1 研究背景

在正常情况下，应用程序开发过程遵循一定的规律，一般软件系统开发包括以下几个阶段：需求分析、设计、编码、测试和维护。当从零开始进行开发时，应用系统的开发必然有大量的重复性工作，例如：用户需要访问的数据类型有重复性需求分析、编码、测试，以及重复的项目文档。所以我们必须首先调查系统的性质，调查通常包括三方面：（1）通用基本组件调查：一个特定的计算机系统组成的基本数据结构，以及它的用户界面元素等区域（2）系统公共部分的常见应用领域调查，如该系统存在于各种应用领域的系统组件；（3）该系统应用程序的特定组件调查，包括每个应用程序特定的复合帧。其中，有重复特性的应用系统的开发，主要是成员组件的重复开发。

2 软件重用的类型

软件重用技术，可以从不同的视角进行观察。基于可重用的对象，软件重用可以分为对产品和对过程的重用。针对产品的重用是使用现有的软件组件进行开发，即进行成员集成与装配，从而获得一个新产品。针对过程的重用，是指在软件开发过程中，使用可重用的应用程序生成器，自动或半自动生成所需的系统组件。软件重用技术，目前只适合一些特殊类型的应用，主要是针对过程的自动化。重用的软件产品越来越多，现在已经成为软件产业的现实，也成为了主流的软件生产方式。

在获取信息分析的基础上进行研究，软件重用可以分为白盒重用、黑盒重用。利用黑盒技术重用现有的工件，意味着不需要做任何修改，直接重用即可。黑盒重用是一种理想模式，现实中较少。白盒重用是指现有的工件不能完全满足用户的需求，需要根据用户的需求进行修改，在使用前需要适应变化。在大多数应用程序开发中，需要考虑零件装配过程中所需的组成部件的变化。

在抽象的层次研究，软件重用可分为以下类别：（1）可重用组件的重用，需要分析某些事物（问题）的阈值，这种解决方案是更高层次的抽象；（2）设计重用，比代码重用有更高的抽象级别，所以这类重用的实施环境影响较小，使可重用的组件重用的机会更大，并且需要较少的修改；（3）代码重用，包括目标代码和源代码的重用。大多数编程语言，目前均提供这方面的运营支撑，包括系统的连接、绑定和其他功能，来支持这种重用。

3 软件重用的优点

软件重用技术，是在软件开发中避免重复的一种解决方案。软件重用所有的出发点是应用系统的开发不再使用“从无到有”的模式。软件重用技术在现有工作的基础上，充分利用在过去积累的知识和经验，例如：过去的需求分析、设计、应用程序、扩展代码、测试计划、测试用例等。软件重用技术关注的焦点，是应用程序组件的一个特定的组合。通过软件重用，应用系统的开发可以充分利用现有的组件成品，消除包括分析、设计、编码、测试等大量的重复性工作，从而提高软件开发的效率。此外，开发将重复使用现有的成品，这样可以提供高代码质量，以避免重新开发可能引入的错误，提高软件的质量。

软件重用是指重复使用之前的开发产品，是一个减少重复性工作的过程。软件重用的具体概念，一般指的是反复使用组件的行为，在“为了重用组件设计为目的”的过程中，须要进行不同应用系统之间的代码重用，或重用不同版本的组件，有些东西不属于严格意义上的软件重用。软件重用在真正意义上，是用“旧的软件产品”更好更快地开发新的应用程序。

重用技术在软件行业，整体效果是比较微妙的，它不是一种完全一厢情愿的想法。这是由于一些技术和非技术方面的各种因素，一个重要的原因是技术的不成熟。在过去的十年，面向对象技术不断发展，提供了软件重用基本的技术支持，使得软件重用研究再次成为热点，被认为是解决软件危机最现实的方式，可以提高软件生产率。

4 组件开发

组件技术的发展有着许多分支，其中最有代表性的是CBSD技术。CBSD是SEI/CMU组件设计参考模型，该模型的设计原则通常认为是：基于独立组件的膨胀特性，组件模型必须有可用性保证，独立开发的一些标准组件可以被配置为一个共同的标准，没有特殊功能和不可预见的问题；组件的开发时间短，这将降低整体系统的开发和维护成本，增加可预测性。

基于组件的软件开发方法，借鉴了传统观念的工业生产模式。首先进行消费者需求分析，设计整体的框架结构，基于组件库需要选择完成相应的功能组件，组装后形成应用系统。如果所需的组件不存在，则去购买、定制或开发新的组件。组件和系统制造商需要严格按照要求生产组件。相关公司提供组件开发团队，团队成员不再只是编程，还需要通过经验取向元素集成开发人员，最后获取一个有效的系统。

5 基于代理的软件重用

这里的代理也称为软件代理或智能代理。许多研究者基于不同的研究内容和目标，术语“代理”被给予不同的含义。根据詹宁斯的研究成果，“代理”的定义主要可以分为两种类型，主要的分类根据它们的用途。这种定义分类划分为弱定义和强定义。代理有自主性弱定义，这主要基于它的社会性、反应性、主动性、时间连续性，是一种面向目标的行为。强定义是指除去弱定义，所展现出的“软弱”的特性，通常包括：流动性、合理性、灵活性、协作性等。

面向对象技术是用于被动实体的一种抽象。然而，它可以实现对抽象实体的活动，从而能够更好地实现一个抽象的实体代理技术活动。在代理软件工程的基础上，软件重用是一个新的研究领域。面向对象编程的代理，或者叫AOP（面向对象编程代理）是在1993年提出的概念。1995年，人工智能专家吉尔福伊断言：十年之后，大多数新兴IT技术将接受该机构的理论，这是解决2l世纪网络协作建模的必然趋势。

基于组件的重用技术面临一些必须解决的问题。需要具备用户的搜索组件需求，需要具备重用现有工件版本的用户升级机制，应用程序供应商和用户组的成员须具备一个良好的语言交流工具，须要使用相同的技术用于组件生产和组件重用技术，添加到系统的组件可以灵活地退出系统。基于组件的重用工具在互联网上发布，也必须重用开发环境的一部分。

根据上述理论，本文构建了基于组件的软件重用体系，它具备多个代理体系结构，必须考虑的因素是：选择几种类型的代理，代理的分工与合作，代理知识创造等。这种体系结构包含多种因素，例如验证机构、精确定义任务本体、定义计划等，这意味着行为的定义和交互原型。使用面向对象技术，可以实现通信模块的功能，需要根据定义的代理进行每个实例的结构开发。这一体系流程概括为：计划、实施、其他代理交互等。

6 结论

本文在当今软件危机日益显现的背景下，研究了软件重用的技术理论体系。包括软件重用的定义，软件重用的优点，软件重用的技术分类，本文还提出了了一种完善的实用体系：基于代理的软件重用技术。软件重用技术，有优点也有缺点，有些时候组件的源代码不能够很好地访问，导致组件开发的阻碍。但是，总体来说软件重用技术有着良好的发展前景。

参考文献：

[1]傅音翔，王直杰，张珏.一种基于组件的软件开发方法[J].微计算机信息，2006，22（3）：228-230.

[2]梅宏，李克勤.软件重用与软件组件技术[J].电子学报，1999，27（2）：51-68.

[3]熊磊.基于组件的软件重用技术研究[D].武汉大学硕士论文，2004.

[4]陆军，张育平.基于组件的软件体系结构实现技术[J].计算机工程与应用，2002，4：115-117.

组件温度控制 篇7

随着高速率、大容量SDH及光纤用户网的发展,对C波段EDFA(掺铒光纤放大器)的需求量越来越大。这种EDFA通常采用泵浦光源980 nm LD-FBG(激光器-光纤布拉格光栅)组件,其输出功率范围为23～26 dBm。

对980 nm LD-FBG组件来说,光纤耦合-固定技术是其制作的关键技术之一。对于侧面出光的LD,其有源区近场光斑直径在Y、X方向上分别为2.0、0.5 μm,光纤直接耦合对准比较困难。不仅如此,当耦合对准后的光纤采用激光焊接固定时,往往存在微位移和残余应力,影响到产品的重复性和可靠性。另一方面,对于大功率980 nm LD-FBG组件,其温度稳定性是工程应用中最关心的问题,因此,对980 nm LD-FBG组件都要做环境稳定性试验,包括高温储存、温度循环等试验。

本文介绍了一种克服或减小耦合固定微位移和应力的方法——低温玻璃焊接耦合固定光纤方法;同时,对所制作的大功率980 nm LD-FBG组件进行了温度试验,报告了试验结果,并对其中几个问题进行了讨论。

1 组件结构和主要技术指标

我们所制作的大功率980 nm LD-FBG组件采用了14个管脚的金属管壳封装。其内部由发射波长为980 nm的F-P ( 法布里-珀罗)LD芯片[1]、测温用热敏电阻、TEC(热电致冷器)、背光探测器和过渡块(热沉)[2]等组成;F-P LD光输出端与含有两个FBG[3,4]的单模楔形光纤或保偏楔形光纤耦合,并把F-P LD的980 nm大功率光输送到EDF(掺铒光纤)中。大功率980 nm LD-FBG组件的结构如图1所示,主要技术指标如表1所示。

2 低温玻璃焊接耦合固定技术

在大功率980 nm LD-FBG组件的制作过程中,耦合-固定是关键工艺。因为侧面出光LD的有源区近场光斑直径很小,且耦合光纤端面离LD发光前端面仅有2～5 μm的距离,发射光水平方向和垂直方向发散角分别为8～10°与25～30°,耦合容差仅微米量级,稍有偏差,耦合进光纤的光功率将大为减少,耦合效率将大为降低。

更为严重的是,对目前广泛采用的激光焊接固定来说,通常会产生光纤微位移和焊接残余应力。这种焊接点是不稳定的,它会导致光纤前端的状况随时间和温度的变化而变化。

为了克服激光焊接后存在的光纤微位移和焊接残余应力,我们在光纤耦合固定工艺中采用了一种电阻加热的低温玻璃焊料,使用该低温玻璃焊料,可使光纤在加热的熔融状态下完成对准微调和固定。这种玻璃焊料是具有多种氧化物的混合材料,主要成分包括:氧化铅70%～75%、氧化铋5%～8%、氧化硼5%～7%、氧化钛7%～10%、氧化铌3%～5%、氧化锌2%～5%和氧化铁1%～3%,其熔点为320～350 ℃。

为便于安放固定光纤以及对其加热和隔热,我们还采用了一种薄膜型加热元件和具有加热、隔热作用的一体式有槽垫片。当对加热元件加电时,其产生的热量通过垫片热传导使放置其上的玻璃焊料熔融。为了防止LD微位移,必须把熔融玻璃焊料的温度场控制在很小的范围内,这就是一体式有槽垫片所起的聚热和隔热作用。

低温玻璃焊接-耦合固定的主要步骤如下:把光纤放置在耦合夹具上;调节光纤位置,使光功率最大;把固体成型的马鞍形玻璃焊料放在光纤和垫片上,并使玻璃焊料与垫片上的加热元件紧密接触;给加热元件通电,使玻璃焊料熔融;在熔融和缓慢降温的过程中精细调整光纤的位置,使光功率最大;最后缓慢降温至室温。

值得注意的是,熔融玻璃焊料在降温过程中可能会使光纤断裂。因为光纤芯径很小且性脆,操作稍有不慎或降温过快,都可能产生较大的内部应力,导致光纤裂纹或折断。

3 LD-FBG组件温度稳定性试验

980 nm LD-FBG组件的主要技术指标包括输出光功率和峰值光波长。通常,这两个指标会随环境温度和额定工作电流的不同而变化。我们对不同环境温度、不同额定工作电流下的输出光功率及其稳定性、峰值光波长及其稳定性进行了试验测试,测试结果分别如表2和表3所示。从表2、3可以看出,在-20、25和75 ℃温度,额定工作电流条件下,最大输出光功率变化<0.3 dB,而最大峰值光波长变化<0.1 nm。

4 分析与讨论

4.1 低温玻璃焊料耦合固定技术的特点

低温玻璃焊料耦合固定技术有以下特点:(1) 采用低温玻璃焊料并用薄膜型加热元件加热,焊后几乎不会产生光纤微位移和残余应力不均衡等问题,耦合效率高,热稳定性好,产品一致性和可靠性都较好。(2) 采用了具有隔热槽的垫片,可起到热聚集、热隔离作用,不仅可保证玻璃焊料快速熔化,而且组装后的LD管芯位置几乎不会变化。(3) 由于玻璃焊料和光纤熔融浸润性好,耦合光纤无需作金属化处理。(4) 玻璃焊料熔融温度较低,在320～350 ℃范围内;耦合固定所用设备、工具简单。

当然,低温玻璃焊料固定耦合光纤,要采用马鞍形玻璃焊料,每个的成本为3～5美元。

4.2 几种光纤耦合固定方法的比较

光纤耦合固定方法有好几种,如紫光胶耦合固定法、多光束激光熔焊耦合固定法和低温玻璃焊料耦合固定法。其中后两种方法均已实用化,并被广泛采用,这两种方法的对比如表4所示。

4.3 组件温度稳定性问题

大功率980 nm F-P LD-FBG组件的温度稳定性包括峰值波长稳定性和输出光功率稳定性。通常,通过优化光纤端面反射率和采用双FBG反射率,使LD增益谱峰值波长与FBG波长相一致,这样,即使组件没有TEC,在25～75 ℃范围内,波长的最大变化也<0.4 nm[5]。

当温度变化较大时,对于没有TEC或温度补偿的980 nm F-P LD-FBG组件,不仅LD阈值电流会发生变化,其输出光功率也将发生变化。为此,我们制作的大功率980 nm F-P LD-FBG组件都设置了TEC。实际测量的结果在表2、表3中已经列出。测试结果表明,在-20、25和75 ℃,额定工作电流下,最大输出光功率变化<0.3 dB,而最大光波长峰值变化<0.1 nm。

5 结束语

大功率980 nm LD-FBG组件是长距离、大容量光通信系统所用EDFA中的关键部件,耦合固定技术和温度特性是两个最重要的问题。产品制作和测试表明,对于具有TEC的980 nm LD-FBG组件,采用低温玻璃焊接耦合固定技术时,光纤耦合固定微位移小、残余应力小;在-20～+75℃温度范围内,光波长峰值最大变化<0.1 nm,最大光功率变化<0.3 dB。该产品将有广阔的应用前景。

摘要：基于EDFA(掺铒光纤放大器)所用大功率泵浦源组件制作中的光纤耦合固定和温度特性问题,介绍了大功率980nm LD-FBG(激光器-光纤布拉格光栅)组件的内部结构和主要技术指标,重点报告了低温玻璃焊接耦合固定技术和大功率980nm LD-FBG组件的温度特性,列表比较了低温玻璃焊接的特点和激光焊的异同。温度试验表明,在-20～+75℃温度范围内,采用TEC(热电致冷器)的大功率980nm LD-FBG组件,最大光波长峰值变化<0.1nm,最大光功率变化<0.3dB。

关键词：LD-FBG组件,低温玻璃焊接,耦合固定技术

参考文献

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[2]王超,彭超群,王日初,等.AlN陶瓷基板材料的典型性能及其制备技术[J].中国有色金属学报,2007,17(11):1729-1737.

[3]李川,张以谟,赵永贵,等.光纤光栅:原理、技术与传感应用[M].北京:科学出版社,2005.79-97.

[4]胡双双,李毅,蒋群杰,等.基于双光纤布拉格光栅的抽运激光器波长锁定器[J].中国激光,2008,35(1):44-48.

组件温度控制 篇8

PVSCU (件号RD-AV3007-05) 安装在B737-800飞机上, 是机载视频播放系统的控制中心。采集来自放像机/DVD播放器、T V调谐器、照相机、旅客飞行信息系统PFIS等的视频输入信号, 和来自放像机/DVD播放器、TV调谐器的声音信号。然后将视频输入信号转换为区域视频信号输出到视频分配组件V D U/T U, 将声音信号转换为视频声音输出到主多路器M M。P V S C U是一个带触摸屏功能的L C D监视器, 用于选择视频、音频源、和客舱区域。PVSCU将选择的视频/音频信号分配到选择的区域。

PVSCU修理中经常遇到的是A14板故障, 该线路板包含四个部分:一是电源部分, 二是视频输入转换电路, 三是视频添加部分, 四是三基色输出电路。

2 常见故障分析及故障排除

(1) 屏幕无色彩:开机时显示屏上出现不规则的横条纹, 且屏幕没有上下翻滚等现象;一段时间后显示稳定, 但显示的是黑白图像。首先检查A14板上的三基色输出, R、G、B三个基色信号幅度在+2V至+4V之间变化, 信号幅度范围正常, 但信号中干扰较重, 分析为可能是电源电压不纯净造成的干扰。

用示波器检查各个工作电压, 发现+12Vdc和+5Vdc上有很重的交流感扰。检查其+18Vdc输入线, 也有干扰。+18Vdc来自处理板A3, 将+18V从A14板上断开, 检查A3板的+1 8 V输出, 发现A3上输出很干净, 因此电源A8板及A3板上的电源开关控制正常, 干扰来自A14板。用示波器逐点检查各电压电, 查找干扰最重的部位, 发现开关管Q29和电压调节器IC28之间交流干扰最重。怀疑是否变压器T1振荡引起。晶体管Q47、Q48及变压器T1为自激振荡电路, 将输入的+18Vdc电压开、关振荡, 并经T1变压, 输出1 000多伏交流电压, 作为背景灯工作电压。振荡过程中产生交变电压。在电感L 1 2、L 1 3及电容C 1 2 7节点上测量, 发现+18V电压纯净, 因此, 干扰不是来自变压器T1。试更换电压调节器IC28及滤波电容C125, 发现C125容值下降, 没有滤除干扰, 更换C125后图像质量有较明显改善。

(2) 开机无显示:开机后PVSCU内部系统启动正常, 但显示屏无显示, 检查+18V工作电压及视频输入信号均正常。因此故障在A14板, 检查各工作电压, 发现没有提供给液晶屏的+15Vdc和-15Vdc工作电压。

该部分电源电路也是取自+18Vdc电压。芯片IC19是一个电源开关控制器, 产生开关脉冲, 驱动Q46开关。变压器T2的3脚接+18Vdc, 1脚受Q46的控制, 接地、断开不停转换, 形成振荡, 次级线圈耦合输出, 再经一系列整流滤波, 产生+/-15Vdc电压。用多用表检查整流、滤波电路, 未发现异常。检查变压器T2发现初级线圈断, 而开关管Q46正常。更换变压器T2。加电测试, 变压器冒烟。取下Q46检查控制器IC19的4脚输出, 发现保持为+5Vdc输出, 即使Q46保持接通状态, 是变压器T2的1脚始终接地, 变压器的初级线圈上过流。更换IC19后恢复电路, 仍无+/-15Vdc。用示波器检查, 发现变压器无交流输出, 测量IC19的4脚, 发现保持为低, Q46无法打开。

用示波器检查IC19的7脚, 发现有振荡波形, 即IC19通过电阻R181和电容C122产生了振荡, 但7脚无开关输出, 而IC19是新更换的芯片。

查阅I C 1 9的元件数据表进行分析。IC19加电后, 内部产生基准电压, 通过8脚输出到外围RC电路, 产生振荡, 振荡锯齿波出入到芯片的7脚, 放大整形后通过4脚产生开关脉冲。1脚时反馈调节输入, 根据反馈电压的高低调节输出脉冲的宽度。

反复加电检查, 发现加电的瞬间有开关脉冲输出, 后迅速关断。仔细查阅芯片功能, 发现其6脚外部接了一个电容, 有软启动、过流保护和延时的功能。因为外部无短路现象, 因此不存在过流情况, 需考虑其延时功能。取下C103检查, 发现容值不够, 更换C103后, 机件工作正常。

(3) 加电时屏幕图像向后倾斜, 慢慢逐渐恢复。屏幕图像左右扭曲或倾斜, 多数是行频不好, 因此需重点检查行频脉冲。

芯片IC18是行场同步提取电路, 2脚是视频输入端口, 在信号内部将视频信号的行、场同步信号提前出来, 9脚是行同步输出, 5脚是场同步输出。机件加电时, 行同步脉冲抖动比较厉害, 同时图像倾斜较严重。加电一段时间后, 行脉冲逐渐稳定, 同时图像恢复正常, 因此故障应在IC18及前端电路。因为芯片功能未见明显异常, 因此首先怀疑的是输入信号。在输入端耦合电容C66两端测量, 发现电容输出比输入弱一些, 因此首先更换C66, 更换后故障未消除。

对芯片IC18外围电路、电压、时钟等检查, 未见异常。仔细观察视频信号, 发现视频信号的行同步负脉冲幅度较弱。

逐级向前检查, 发现电容C4输入端信号较标准, 输出端同步幅度减弱。C4的作用是耦合, 将交变视频信号耦合过来。二极管D1用于补偿C4耦合时丢失的直流成分。晶体管Q8和二极管D2起反馈作用, 控制D1补偿的直流分量。于是首先怀疑二极管D1和D2, 结果更换后无效。更换电容C4, 信号恢复正常。视频信号中的行同步幅度恢复正常后, IC18提取的行同步脉冲变得稳定, 图像显示正常。

3 结语

PVSCU中使用了很多表面贴焊的铝电解电容, 这种电容使用一段时间后容量下降, 在电路中耦合、滤波等功能均减弱, 引起各种各样的故障。因此在修理中需侧重对此类电容的更换。

参考文献

[1]部件修理手册CMM44-21-07[S].Panasonic, 2012 (11) , R15.

组件温度控制 篇9

笔者用西门子WinCC监控软件开发二次平台,利用WinCC所提供的ODK软件开发工具所提供的API函数,在VC6.0的开发环境中开发了具有工业过程系统辨识与先进控制器设计的智能控制ActiveX控件,并集成在WinCC组态软件中,作为WinCC智能辨识与优化控制功能的扩展。

1 SCADA中智能算法控件的实现方法

1.1 ODK软件与WinCC的开放性

ODK是WinCC提供的开发工具,ODK软件开发包实际上是.h文件和.lib文件的集合,ODK提供了一套API函数,为在WinCC软件开发平台上实现软件二次开发提供帮助,提供了与WinCC系统的各个部分进行通讯的手段。经过反复选择,在本次实验中利用DMGetValue和DMSetValue两个函数分别对WinCC数据进行读和写。WinCC同时能够集成在其他第三方平台下开发的COM、DCOM和ActiveX组件,具有良好的开放性[1],为在WinCC下实现模型辨识与智能控制功能标准组件提供了良好的平台。

1.2 模型辨识与智能控制组件技术路线与开发步骤

如图1所示,简要介绍了模型辨识与智能控制组件开发的实现路线,在VC6.0环境下开发此智能组件的技术路线与步骤如下:

a.建立ActiveX控件类型的工程,把WinCC提供的开发工具包ODK中的API函数中的头文件、库文件集成在Project中;

b.开发模型辨识与智能控制的算法体,首先调用ODK中的DMGetValue和DMSetValue函数实时读取监控组态软件中的过程值,并将算法体运算结果写回监控组态软件的控制变量,算法体开发体中实时控制部分要调用OnTimer函数实现控制律的实时计算;

c.实现编译、链接,生成模型辨识与智能控制OCX控件;

d.在WinCC中,注册模型辨识与智能控制OCX控件,并在WinCC中进行控制组态,实时进行数据采集与控制。

2 控件中所集成智能算法简介

笔者开发的控件算法主要包含系统辨识和参数整定两大部分。自整定PID算法控件集成了两种辨识方法:一种是阶跃响应辨识法;另一种是继电反馈方法。辨识完成后选择相应的整定公式便可以算出PID参数的值,此实验中的控件一共集成了4种整定方法,分别是Kappa-Tau(KT)方法、内模控制(IMC)方法(包括单变量和多变量)、Ziegler&Nichols(ZN)第一法和ZN第二法,下面简单对自整定PID原理进行分析和讨论。

2.1 阶跃响应辨识和继电反馈辨识法

利用阶跃响应曲线对系统进行辨识,主要有切线法、两点法和面积法,在此采用面积法。辨识系统的目的是获得系统的某些特征量,在文献[2]中有详细的理论推导过程。通过相应公式即可近似求得辨识所要得到的信息得到这几个参数,然后代入不同的整定公式得到PID整定参数。

继电反馈辨识方法需要得到被辨识系统的两个特征量:一是模型产生等幅振荡时的振荡幅值;二是等幅振荡的周期。方法原理和公式推导详见文献[3,4]。通过编写程序,求得K和T再代入相关整定公式(ZN第二方法)即可求得整定参数Kp、Ti、Td。

2.2 参数整定

待系统辨识完成后,将进行PID参数的整定,主要介绍多变量的内模PID控制算法。最早提出内模控制理论的是Garcia C E和Morari M两位学者,他们在控制系统中引入了内部模型,系统的反馈量由常见的输出反馈变为扰动估计的反馈,若存在干扰或者建模误差的时候,引入滤波器抑制干扰和误差,从而分离了系统的设定值和干扰响应,使得系统具有良好的响应性能和鲁棒性。基于内模控制的PID算法结合了PID控制和内模控制的优点,在工业领域用于强耦合多变量过程、强非线性过程和大时滞过程。

多变量内模控制器的设计可以简要分为两个步骤:首先是在不考虑系统鲁棒性和约束的情况下设计一个理想的控制器;其次为了使系统有一定的鲁棒性,引入一个滤波器,通过调整它的参数和结构来满足要求。总的来说可概括为[5]:IMC控制器过程模型Q(s)的分解和鲁棒性设计。

按照要求对水箱系统进行内模控制器的解耦设计,文献[6,7]具有很好的参考价值。

2.3 具体实现步骤

2.3.1 ActiveX控件面板设计

首先在VC6.0环境下新建一个MFC ActiveX ControlWizard工程,在ResourceView中Dialog项插入一个对话框。设置好对话框的属性,并且在对话框上设计PID自整定算法控件的内容,如图2所示。

整个控件主要包括辨识整定和控制。通过按下Connect建立控件与WinCC数据库的链接,此时应注意启动WinCC的变量记录运行系统,归档输入、输出变量,开始辨识整定。辨识结果经由m、L、T显示,整定后的PID参数由Kp、Ti、Td显示。在控制部分,可任意拖动滚动条改变SP的值,再按下Control对系统进行控制。

2.3.2 在VC6.0环境下编写程序

自整定PID算法程序流程如图3所示。

3 实际水箱水位控制实验

图4所示为网络化四容水箱控制装置。四容水箱系统使用西门子S7-300PLC控制器及与其配套的西门子WinCC上位机监控软件。控制器和组态软件通过以太网进行通讯,实现对四容水箱液位数据的实时读取和对电机转速的实时控制。

3.1 实验对象介绍

如图5所示为四容水箱系统示意图,该装置具有非线性、多变量、时滞及相位可调等多种复杂特性,可以对复杂的工业控制系统进行模拟和优化。实验过程中,通过传感器采集水箱的水位作为输入信号,输出信号用来控制泵的开度,将以上开发的模型辨识和智能控制组件嵌入到WinCC中,形成了闭环控制系统。

3.2 实验结果

参照图5所示的水箱示意图,通过控制泵1和泵2的开度调节水箱1、2的水位值,这是一个典型的非线性MIMO系统。

如图6所示,在实验中首先要进行系统辨识,得到G11(s)、G12(s)、G21(s)、G22 (s)系统模型参数,再通过参数整定得到相应各个PID的参数。

对四容水箱进行实验后得到的模型参数分别由下式给出:

参数整定后得到的PID参数值(控制器采用PI结构)如下式所示:

辨识结束后对系统进行控制,水箱1水位的目标值设为8.0cm,水箱2水位的目标值设为13.5cm,控制曲线如图7所示。

4 结束语

针对工业领域广泛应用的SCADA数据采集监控软件尚未集成智能控制功能这一问题,提出了插入模型辨识与智能控制组件对相应系统进行智能控制。相信提出这一技术路线后,通过不断努力还可以集成更多的先进算法,比如模糊PID算法及神经网络预测控制算法等。这一技术路线的提出方便学者直接通过WinCC对被控对象进行智能控制。

参考文献

[1]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出WinCC V6.0[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

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[6]吴晓威,张井冈,赵志诚.多变量系统的PID控制器设计[J].信息与控制,2008,37(3):316-320.

组件温度控制 篇10

关键词：控制棒驱动机构,钩爪组件,动作时间,间隙

0 引言

国内压水堆核电站普遍采用控制棒驱动机构为磁力提升型结构, 主要工作原理是通过三组电磁线圈按照给定的时序通电和断电带动钩爪组件对应的磁极和衔铁机械运动, 从而带动驱动杆组件上、下运动或静止不动, 实现反应堆的调节功率或安全停堆。因此, 钩爪组件作为控制棒驱动机构部件中唯一的运动部件, 其动作的准确性和及时性直接影响到了控制棒驱动机构运行的可靠性。本文主要以钩爪组件缓冲轴的动作响应时间为例, 进行控制棒驱动机构动作时间影响因素分析。

本文通过钩爪组件动作原理及受力分析, 建立了缓冲轴工作状态下的数值计算模型;分析影响缓冲轴动作的关键结构参数, 绘制相关参数与缓冲轴动作时间的曲线;确定了影响控制棒驱动机构钩爪组件动作时间的的主要因素。

1 基本运动原理

驱动机构的提升或下插是通过线圈组件接收指定指令, 三组线圈按照一定时序通电断电, 带动钩爪组件内对应的磁极和衔铁动作, 通过钩爪带动驱动杆进行步进运动实现的。钩爪组件主要结构见图1。

驱动机构在钩爪组件进行提升和下插动作中, 均会重力和弹簧力的作用下引起缓冲轴的下降运动, 因此存在缓冲轴动作的响应时间。其主要动作过程如下:

(1) 在提升运动过程中, 保持钩爪与驱动杆啮合后, 提升线圈断电, 提升衔铁及缓冲轴在弹簧力和重力作用下做一个空载向下的挤水运动。

(2) 在下插运动过程中, 移动钩爪与驱动杆啮合后, 提升线圈断电, 提升衔铁、缓冲轴及驱动杆在弹簧力和重力作用下做一个负载向下的挤水运动。

通过对驱动机构运动的动作 (提升或下插) 状态分析, 可以确定影响缓冲轴动作状态的主要因素应包括:弹簧力、负载状态以及运动过程中温度和挤水间隙影响。

2 数学模型

缓冲轴下落挤水运动过程中, 主要受到重力、弹簧力、浮力、机械阻力与流体阻力的影响, 其运动简化模型见图2。

建立起缓冲轴下落的动力学方程[1]如下:

3 受力分析及数值求解

3.1受力分析

1) 重力F重力

缓冲轴受到的重力主要包括空载时本身重力或负载时本身重力与负载重力之和两种状态。

2) 浮力F浮力

整个钩爪组件都浸没在冷却剂中, 受到浮力作用, 可取常数。

3) 机械阻力F机械阻力

根据工程试验经验, 驱动机构步进运动中, 缓冲轴空载向下时驱动机构机械阻力趋近于0, 缓冲轴带载下插运动时整个驱动线机械阻力最大约10N, 在此忽略机械阻力的影响。

4) 弹簧力F弹簧力

弹簧力采用如下理想弹簧力公式进行分析:

其中, k为弹簧刚度, l弹簧为弹簧作用长度。

5) 流体阻力F流体阻力

流体阻力是一个随速度连续变化的函数。主要计算方法是将整个下插挤水过程分成若干步, 固定步长为0.001ms, 在每一步中假设缓冲轴做匀加速运动, 且缓冲轴的速度V与缓冲轴在保持磁极内的长度l为已知量, 缓冲轴挤水运动模型见图4。

可建立流体连续性方程为:

式中, S为缓冲轴的横截面积, Sl为流道横截面积, Vl为流道流速。

缓冲轴横截面上的流体阻力:

(1) F摩擦的求解

F摩擦=τm·l·p=Cm·ρ·2 (V+Vl) 2·l·Pm (5)

式中, Cm为缓冲轴的摩擦系数;ρ 为流体密度, 是流体温度、压力的函数, 可以通过外部计算得到;Pm为缓冲轴的湿周, 为结构参数。

Cm=λ/4, λ 为流体阻力系数, 可采用柯列勃洛克公式求得, 求解方程如下:

式中, 雷诺数, 其中VFrel为相对速度;DH为水力直径;R′ug为相对粗糙度。

(2) F压差的求解

缓冲轴底部与流道出口处的压降可表示为:

式中, △P3为缓冲轴摩擦压降;△P4为保持磁极摩擦压降;△P5为惯性压降;△P6为速度压降;△P7为出口压降。其中 △P6速度压降和 △P7出口压降是由于流道横截面积变化引起的压降。

式中, Cf为保持磁极的摩擦系数, Cf=λ/4, λ 为流体阻力系数, 可通过式6 求得:

式中, VK为出口外液体流速。

式中, B为形阻系数。

3.2 关键参数取值方法

缓冲轴在不同运动状态下的计算参数存在一定差异性, 包括空载和负载状态下负荷的不同, 冷态和热态状态下弹簧刚度的不同、流体密度和粘度的不同, 缓冲轴与保持磁极名义间隙的不同。因此, 在进行计算前, 确定了关键参数的取值方法:

1) 空载或负载下的重力依据实测取值;

2) 弹簧刚度可通过计算获得;

3) 流体的密度和粘度可查表取值;

4) 冷态下的间隙采用名义设计尺寸计算;

5) 热态下的间隙采用材料热膨胀系数进行计算。

3.3 数值求解

将数值计算模型通过MATLAB编程计算, 可以得到缓冲轴运动状态下间隙、弹簧刚度与运动时间的关系曲线以及冷热态环境条件下不同负载与运动时间的关系曲线。

3.3.1 间隙-时间关系曲线

缓冲轴不同运动状态下的间隙-时间关系曲线见图3。通过图3可以看出:

(1) 在冷态或热态状态下, 缓冲轴空载运动时间均大于负载运动时间;

(2) 在冷态或热态状态下, 缓冲运动时间都随间隙增加而较为平缓地减小;

(3) 在间隙大于0.19mm时, 运动时间随间隙增加而较为平缓地减小, 空载状态下间隙每增加0.01mm将导致运动时间减小约10ms;在间隙小于0.19mm时, 缓冲轴在各种状态下的挤水运动时间均有较大幅度的增加, 冷态空载状态下间隙每减小0.01mm将导致运动时间增加约90ms, 热态空载状态下间隙每减小0.01mm将导致运动时间增加约35ms。

3.3.2 弹簧刚度-时间关系曲线

弹簧刚度-时间关系曲线见图4。通过图4 可以看出:

(1) 在负载状态下, 负载重力起主要作用, 缓冲轴运动时间受弹簧刚度影响可以忽略;

(2) 在空载状态下, 由于不受负载影响, 缓冲轴运动时间随弹簧刚度的增加而减小, 弹簧刚度每增加1N/mm将导致运动时间减小约3ms。

3.3.3 负载-时间关系曲线

负载-时间关系曲线见图5。通过图5 可以看出, 无论在冷态还是热态状态下, 运动时间随负载的增加而减小, 当负荷增加到100kg后, 负载每增加10kg将导致缓冲轴的运动时间减小约2.5~3ms。

3.4 结果分析

通过以上计算分析, 弹簧刚度和负载影响对缓冲轴动作时间影响较小, 而挤水间隙对缓冲轴动作过程中的响应时间的影响最大。同时, 由于冷、热态状态下缓冲轴挤水间隙的不同, 也决定了缓冲轴在冷、热态试验条件下的动作时间存在差异性。

4 影响分析

通过对钩爪组件缓冲轴动作时间影响因素的分析, 根据钩爪组件各活动部件动作状态相似的结构特点可以得到以下推论:

(1) 钩爪组件的弹簧刚度和负载影响对动作响应时间相对较小, 而钩爪组件的关键间隙尺寸对动作响应时间影响较大。

(2) 由于冷、热态试验条件下金属材料的热膨胀效应导致钩爪组件关键间隙尺寸变化, 以致冷、热态试验条件下钩爪组件的动作时间存在差异性。

参考文献

[1]于建华.控制棒组件在流体环境中下落时所受阻力的计算[J].成都:核动力工程, 2001:237-240.

机载显示组件的常见故障与修理 篇11

关键词：CRT电子显示器；民用飞机；ATE自动测试台

1 CRT类机载显示组件的组成与工作原理

1.1 CRT类机载显示组件的组成及特点

现代机载显示器作为飞行中的重要电子附件，为平稳、舒适、安全的飞行过程提供了重要的保障与支持。其中 CRT类（阴级射线管显示器）是机载显示器的主要类型。

CRT电子显示器在元器件、结构设计先进性、综合程度、人机工效等方面有了很大进步，具有以下主要特点：

①采用尺寸更大、更先进的显示屏。

②采用更先进的集成化电子器件。广泛采用表面贴装器件（SMD）、大规模集成电路、门阵列、全数字电路、高密度包装技术等。体积减少42﹪，重量减轻66﹪，功耗降低30﹪，这样，减少了元器件数量，提高了可靠性和维护性。

③提高了综合化程度，增大了信息量，取代了全部飞行仪表和发动机仪表。

1.2 CRT原理简述

阴级射线管CRT是一种电真空器件，其外部结构是一个漏斗型的玻璃壳，它是由电子枪、偏转系统及荧光屏三个基本部分组成。

电子枪。电子枪的作用是产生一个沿着管轴方向前进的细电子束。

偏转系统。为了在荧光屏上显示图形及字符，必须使电子束偏转。有静电偏转和磁偏转两种方式。静电偏转系统是当电子通过均匀电场时，受力作用将改变其运动方向，使其以抛物线轨迹运动。在脱离偏转板后，电子将以刚飞出偏转板时的速度直线前进抵达荧光屏。

磁偏转系统是利用磁场使电子产生偏转。电子在磁场中受力作用，要使电子束做水平偏转，必须在管颈中产生垂直方向的磁场，而要使电子束做垂直偏转，必须在管颈中产生水平方向的磁场。

改变线圈中电流的大小和方向，就可控制电子束偏转的大小和方向。

荧光屏。机载CRT采用三枪三束进行显示，电源为115V、400Hz单相交流电。由符号发生器（SG）提供模拟的X、Y偏转信号和数字视频信号驱动CRT显示。CRT的三个电子枪分别在荧光屏上产生红、绿、蓝三色光，符号发生器通过控制三个电子枪信号的强弱可混合成黄、品红、白色等颜色显示。如果一个或两个电子枪失效，变自动变为单色显示。

荧光屏采用光栅和字符两种扫描类型。光栅扫描有256条扫描线，两场为一帖，共512行，每行512个象素点，所以显示图象的一个帖中共有512×512个象素。字符扫描采用点到点的扫描方式，刷新速率为80Hz。

2 CRT显示组件的修理

CRT显示组件作为飞行中的重要附件，为飞行员提供了直观的目视指示与操作说明。在日常维护中需要谨慎对待。面对有的显示器只有显示部分，有的显示器却集成了显示与操作两大功能，我们在修理中需要明确显示器的主要结构，各部分功能并加以区分对待。

一般来说，CRT显示器的主体部分主要为CRT组件、高压包、低压包、控制电路、显示电路、调节电路、壳体、面板等几大部分。修理流程可以分为进件检查、分解、清洗、修理、组装、功能测试、最终检查。在接到有故障的显示器后，首先应进行目视检查，确保有无屏幕破损，面板损坏，接口插钉断裂等情况。如没有表面损坏，则进行下一步功能测试。在测试前，我们要根据厂家附件修理手册选择合适的测试设备和相应的转接器，通常使用ATE自动测试设备完成测试。

2.1 波音B737型客机CDU（控制显示组件166891-SERIES））常见故障分析

工作中，显示尺寸发生变化是CDU的常见故障。多表现为空中显示内容变窄，显示图像朝水平或垂直方向移动，且多为瞬时故障。

根据故障现象，经过分析可知，CDU的偏转系统发生了问题。

我们知道CUD的偏转功能分为水平和垂直偏转。垂直偏转电路向CRT垂直偏转线圈提供垂直驱动信号，使显示发生垂直偏移。电平转换器LT-2将来自逻辑电平的垂直驱动脉冲转换成斜坡发生器需要的±15VDC电平。当垂直驱动变低时，斜坡发生器的输出开始线性增加。当垂直驱动变高时，斜坡发生器的输出停止增加，然后迅速减小。调节电阻R34用于此信号的幅度调整，这样就能达到对显示高低的调整。可调电阻R36提供一个直流偏压，提供CRT显示屏从上到下的扫描作用。15V垂直驱动器AR8向垂直偏转提供需要的电流。

水平偏转电路向CRT的水平偏转线圈部分提供水平驱动信号，以在CRT显示屏上产生水平偏转。水平定中信号发生器SS-2通过电阻R3控制延时水平驱动信号，从左到右定中CRT显示。信号调节器SS-3向水平偏转电路提供一个10.5微秒信号，以控制水平偏转电流的斜度。线性矫正LC-1提供一个修正电压用于CRT显示器硬件补偿。线性校正保持CRT中间被压缩，然后向四周边缘扩散的特性。峰值探测器PD-1从变压器T1获得采样电压，提供到水平驱动器AR3的反馈电路。该电路电压保持个各行水平扫描过程中，水平驱动器的输出为常值显示。可调电阻R17提供水平宽度调节。水平驱动器AR3提供需要的电流以驱动水平偏转线圈，通过晶体管开关QS-2，在回扫时转为关断。

综上所述，在遇到显示尺寸发生变化的故障时，首先应分析是水平还是垂直部分发生问题。如水平尺寸变化，则多有可能是A1板R3、R17、AR3等器件损坏。如垂直方向尺寸变化，则多为A1板R34、R36、AR8损坏。具体问题还要具体分析。

2.2 显示器常见故障分析

在显示器的使用过程中，伴随着使用寿命的临近，显示器会出现显示偏差现象。这包括限制（最小或最大）、不正确的显示尺寸和位置、聚焦不正确、可见凹槽阴影、弯曲显示、水平重叠和枕形失真显示。此时，需要对显示器进行调整。

如果由于显示器老化或更换高压包PS1、CRT、A1板，就需要进行亮度调节和显示尺寸及位置的调整。如CRT显示呈现弯曲等不美观现象则只需完成聚焦电压的选择，凹槽阴影、弯曲显示及显示重叠的调整。

亮度调整。亮度调整可以分为两种方法，其一是使用CDU制造厂家提供的亮度测量器进行调整。调整步骤可以根据厂家CMM手册进行。另一种方法是在不具备亮度测量器的条件下，使用一些通用设备，如三用表、交流电源，短接线等按照CMM手册的相应方法进行调节。

显示尺寸和位置调整。显示尺寸和位置上的偏差，可采用如下方法进行校正。使用一个CMM手册中给出的正常尺寸显示模具，将其覆盖在CDU显示屏上，进入生产厂家的测试程序。根据程序提示调整相应的水平、垂直、弯曲等显示尺寸，使其与模具显示一致。

聚焦电压的调整。按压CDU面板上的0、4和E键，将在CRT上显示一个全屏长方形。观察CRT显示器，贯穿整个显示器不可能得到明显的符号聚焦，特别是在显示器四角，当最明显的聚焦处于字符的第2行和第20行之间的第4和第20行列字符区域时和第4行第20行的第2和第20列字符区域时，可获得最好的聚焦。

某些CDU显示器在运行过程中会出现短时间黑屏，造成这一故障的原因有多种。散热不好是其中的原因之一。由于CDU在设计上具有超温保护功能，其内部的超温监测电路在温度超过197oF时会自动关闭CDU，进入保护状态。当温度下降后，再次启动CDU使其恢复正常。因此，在日常测试及使用CDU时，要注意进行通风冷却。

另外一种造成CDU黑屏的原因可能是CDU通告器中“EXEC”执行灯故障。由于整个CDU是在飞行管理计算机FMC的控制下进行工作，其传输信号均来自FMC。一旦CDU“EXEC”执行灯故障，就会造成CDU无法执行FMC（飞行管理计算机）命令的假象，此时FMC信号终止，导致CDU黑屏。

3 结语

在飞机制造技术高速发展的今天，无论显示效果、使用寿命，还是尺寸重量，机载显示器已经被设计的十分完美，由于其在整个飞行过程中承担着极为重要的作用，作为飞行员的“第二双眼睛”，机载显示器正在被赋予越来越多的使命。

本文从机载显示器的工作原理入手，通过分析CRT显示器的结构，向读者阐明机载显示器的常见故障，并结合工作者自身的工作经验，给出了相应的排故思路。

参考文献：

[1]Component Maintenance Manual 34-61-03，Smiths Aerospace，2003.

[2]孙淑光，孙俊卿.航空器电子附件修理[M].中国科学文化出版社，2003.

[3]王有隆.民用飞机电子显示技术的发展[M].民航资源网，2002.

[4]郑连兴，任仁良.涡轮发动机飞机结构与系统[M].兵器工业出版社，2004.

[5]Component Maintenance Manual 31-61-46，Honewell Aerospace，2007.

[6]ATEC Series 6 maintenance Manual，Copyright eads，2005.

组件温度控制 篇12

关键词：嵌入式控制,组件,模型集成

0 引言

嵌入式控制系统是以专用计算机系统为控制核心,以机械系统为被控对象,以特定功能与非功能需求为开发目的的运动控制系统,其涵盖了航空领域、汽车电子领域、装备控制领域等,并得到了研究界越来越多的关注。作为一门新兴的交叉学科技术,嵌入式控制系统的开发具有其特定要求:1)性能和功能同等重要。在嵌入式控制系统中,控制系统的性能不仅取决于系统的逻辑运算结果,还取决于其运行过程的其他特性,如实时性、可靠性。2)有限物理资源约束。嵌入式系统是软硬件紧密相关的系统,为了满足应用的需求,其软件和硬件都是为特定的应用定制的。

传统的基于代码的开发方法存在诸多方面的局限性:在开发过程中各个环节关联稀疏,其设计阶段和目标环境的开发编程阶段脱节,导致后期实现不能达到设计需求;缺乏统一的开发语言和开发环境,导致各个领域的工程师交互困难;系统的测试滞后,其功能和性能的验证要等到系统完成之后,测试工作量庞大;设计可重用性差,微小的需求变化需要大量的编码过程来实现;非功能性需求如实时性、安全性等性能难以保证等。

针对传统开发方法的缺陷,研究界提出了基于模型和基于组件的研究方法,并开发了大量集成开发工具和平台。美国加州伯克利大学研究开发的一种面向并发实时控制领域的图形化建模语言及其集成开发环境Ptolemy II[1],其通过定义良好的MOC作为系统建模元素,实现了包括建模、仿真验证、以及代码自动生成等功能。瑞典皇家工学院Martin T rngren等致力于研究嵌入式机电控制系统的集成开发平台[2],并开发了一系列用于嵌入式系统建模、仿真验证的工具集AIDA、AIDAⅡ等。荷兰Twente大学Jan F.Broenink等采用基于模型的机电一体化设计方法对嵌入式机电控制系统进行建模[3],同时开发了一系列建模仿真软件如20sim、g CSP、CTC++等。

与上述开发方法不同,本文提出的组件化模型集成方法试图采用特定的建模策略,将开发过程集成到统一的环境下。采用两种方式来描述系统,即领域描述语言和形式化描述语言,从而使得该系统不仅对于领域工程师更加易于理解,且能保证形式化验证的正确性;多方面多视角建模方法使得多学科交互模型的各子系统的描述更加准确;模型中的组件采用层次化方法进行描述,使得系统描述更加明确。

1 基于模型的统一系统构架

为满足开发过程的流畅集成,本文提出的嵌入式控制系统模型集成构架分为三层,即模型层,验证层和实现层,如图1所示。首先,在模型层中通过建模得到初步的系统模型,该模型在验证工具集成层得到仿真和验证,通过修改—验证—修改的循环检查后,得到满足需求的模型,该模型能在实现层通过代码自动生成技术自动生成最终的特定平台可执行代码。

模型层包含一系列描述给定应用领域系统相关方面的层次化组件模型。作为整个框架的核心,其也是后续仿真和实现的基础。本文采用两种不同的形式描述系统,即特定领域建模语言描述和形式化建模语言描述。特定领域建模语言采用领域应用中领域工程师熟悉的语言描述,形式化建模语言则是领域语言的数学表示,如连续时间模型、离散事件模型、有限状态机等,用于进行后续的形式化验证。为了简化建模过程,采用了多方面和多视角的建模策略,后续将做详细说明。

作为保证系统功能和性能正确性的必要组成,验证层集成了各种用于功能和性能仿真验证的工具集。当模型层中形式化模型建立后,模型转换解释器通过遍历模型,将模型中的数据和交互信息映射到相关的仿真验证工具中。形式化的仿真验证帮助设计者确保模型的正确性、实时性、可靠性,并保证系统的最优配置。

通过模型仿真和验证,一旦模型满足了设计需求,则可用于生成特定平台代码。本框架中的实现层包括了代码生成解释器和预制的组件库。代码生成解释器将模型映射为组件代码,并自动生成组件交互所需的粘合代码和应用配置文件。通过自动代码生成方式实现特定平台代码的可重用性。

2 基于模型的开发方法

基于模型的开发方法以模型作为整个开发过程的核心,即以模型来描述系统功能、进行信息交互、仿真验证甚至代码生成。图2为模型层层次化结构。

2.1 特定领域的描述方法和形式化的描述方法

领域建模语言采用领域的特定术语来描述系统,以保证语言对于领域工程师的易用性。该语言采用元模型来精确定义其语法和语义,采用GME[4]进行元模型构建。约束语言OCL(Object Constraint Language)被用来定义语言中的复杂静态语义。

形式化的描述方法[5]采用数学表达方式如连续时间模型(CT)、离散事件模型(DE)、有限状态机模型(FSM)等来描述系统的语法语义,保证模型的无歧义性。基于形式化表达的形式化验证,能真正达到系统正确性验证的目的。开发实例中给出了描述CNC系统状态的有限状态机模型。

2.2 多方面和多视角的建模方法

嵌入式控制系统是典型的多学科交叉系统,即机电一体化系统,如何正确的描述系统的各个方面以及其交互,是模型描述的关键,采用多方面和多视角的建模方法正是为了解决这个问题。

方面用于陈述多学科系统中单学科子系统。复杂的多学科系统设计包含了不同学科系统的各个方面。如,从控制方面来看,该模型可能是一个PID控制器,从软件方面来看,该模型可能是数据流,从硬件方面来看,该模型则是一个资源设备。通过这种方式,不同领域的工程师可以使用其熟悉的方式来描述系统,从而保证了建模的正确性和便利性。

模型中的各个方面可能包含一种或多种形式化描述方法,本文中,称每一种描述方法为一个视角。如,在控制方面可能包含了CT视角模型采用微分方程描述数学关系,采用键和图描述能量流;软件方面,可包含CSP描述信号流动,采用FSM描述状态转换。这些形式化描述方法可从不同方面转换到不同工具中,进行功能仿真和性能验证[8]。

2.3 层次化的组件建模

基于组件的开发方法是软件工程中最重要的设计开发方法。本文采用层次化组件实现模型的可重用性和可重构性。组件在高抽象级上被称为功能单元(FU),在低抽象级被称为功能块(FB)。

功能单元包含输入、输出和任务,能相互连接组成特定应用。功能单元可以是机械单元、电子单元、软件段远或硬件单元,并执行特定的功能性或非功能性任务。功能单元的接口定义包括信号的输入输出,一个功能单元的输出可直接连接到一个或多个功能单元的输入。

功能块用于详细的描述功能单元,与IEC61499中的FB(Function Block)具有相同结构,为复杂嵌入式系统中的最小可复用单元。功能块包括数据接口和事件接口传输交互中的数据和事件,功能块中封装了算法和执行控制图,分别表述功能块的功能和状态转换。功能块通过事件和数据连接组成更大抽象粒度的功能单元,进而组成应用系统。

3 开发实例

计算机数控(CNC)系统是一种典型的复杂嵌入式控制系统。采用组件化模型集成开发方法在GME中构建了多方面层次化的领域元模型,从而生成了领域建模语言CNCML,并开发了用于代码自动生成的模型解释器。采用CNCML构建的模型如图3所示,图4为CNC建模环境下构建的有限状态机模型。采用模型解释器最终生成了基于DSP/BIOS硬件平台的C代码。开发经验[6]表明对于同类产品,能很容易的进行快速的系统重构。对于该开发环境的更深入的研究工作正在进行中。

4 结论

本文提出了一种用于嵌入式控制系统快速设计的组件化模型集成设计方法。模型集成框架包括模型层、验证层和实现层分别用于系统的建模,仿真验证和代码自动生成。模型的构建中采用各种建模策略来保证模型的有效性、易用性以及可重用性,诸如领域开发语言和形式化语言结合的描述方法、多方面和多视角的描述方法以及层次化的组件描述方法。该框架通过集成各种仿真验证工具和组件库来实现模型的形式化验证和代码自动生成,进而生成可执行的目标平台代码。该方法被用于设计了CNC系统。开发经验表明采用该组件化模型集成方法相对传统方法来讲,能明显的降低开发周期和开发成本,并提高系统的可靠性。

参考文献

[1]U.Berkeley,Ptolemy II http://ptolemy.eecs.berkeley.edu/ptolemyII/,2005.

[2]Jad El-khoury,Ola Redell,Martin T?rngren“,A Tool Integra-tion Platform for Multi-Disciplinary Development”,Pro-ceedings of the 2005 31st EUROMICRO Conference on Software Engineering and Advanced Applications(EUROMICRO-SEAA'05).

[3]Breedveld,P.C“.Port-Based modeling of mechatronic syst-ems”,Mathematics and Computers in Simulation,2004.

[4]Ledeczi A.,et.al“.:The Generic Modeling Environment”,Wo-rkshop on Intelligent Signal Processing,

[5]B.Berard,M.Bidoit et al.,Systems and Software Verification.Model-Checking Techniques and Tools,Springer,2001.