PCC

PCC（精选7篇）

PCC 篇1

摘要：根据实际需要, 电梯成为高层建筑不可缺少的硬件设备。然而, 电梯在运行过程中还是会出现很多故障。电梯控制中引入先进的技术设备, 利于电梯技术的改进, 使电梯的发展更加智能化。将可编程计算机控制器 (PCC) 应用在电梯自动控制中, 能够实现对电梯的自动控制和故障诊断。

关键词：电梯,可编程计算机控制器,自动控制,故障诊断

经济的快速发展, 在城市化进程中表现十分明显的便是高层建筑的不断增加。根据实际需要, 电梯成为高层建筑不可缺少的硬件设备。为满足用户的实际需求, 研究出高效、安全、可靠、耗能低的电梯是电梯生产企业的主要目标。然而, 电梯在运行过程中还是会出现很多故障。工业自动化的发展为电梯控制系统提供了重要的技术保障, 电梯控制中引入先进的技术设备, 利于电梯技术的改进, 使电梯的发展更加智能化。将可编程计算机控制器 (PCC) 应用在电梯自动控制中, 能够实现对电梯的自动控制和故障诊断。

1电梯PCC自动控制系统的设计

电梯的控制方式有手柄操作, 信号控制, 全集选控制以及按钮控制等, 各种类型的控制方式都有自己的特征, 其实际应用要结合电梯的实际情况使用。电梯的各种运行方式都会由PCC进行控制, 包括检修运行、自动运行以及消防运行等。PCC控制系统的应用, 能够在很大程度上简化控制线路, 但是需要较多的PCC入点。

电梯PCC自动控制系统的核心是PCC, 因此要着重考虑PCC要驱动的负载以及需要输入的信号。输入控制信号主要包括开关门按钮信号、关门限位信号、层站上召唤按钮 (上或下) 、层站到达检测开关层信号、超载信号、轿内选层按钮、检修状态开关信号等。输出信号控制信号主要包括开关门信号、厅外召唤登记信号、轿厢快速 (上行/下行) 信号、轿厢换速信号以及轿内选层登记信号等。

2电梯PCC自动控制系统的故障诊断

2.1故障诊断的分类

不同设备的运行不同, 因此需要不同的故障诊断方法。目前, 对设备故障的诊断主要有以下五类, 即定期/连续诊断、功能/运行诊断、直接/间接诊断、常规/特殊诊断、在线/离线诊断。对设备故障进行诊断时注意分为三个环节, 一是提取系统发出的特征信号;二是根据系统发出的特征信号, 提取征兆;三是分析系统或者设备的状态, 判断其是否发生故障。

诊断系统 (设备) 的故障原因时, 要按照下面几个内容进行具体分析, 避免发生错误诊断。一是在选择合适的检测方法, 检测系统的相关部位;二是根据特征的相关特征, 提取征兆, 最终提取设备故障装置;三是选择合适的机会, 当所有状态都符合条件要求时, 辨别检测装置;四是采用趋势分析法 (故障预测) 分析设备故障;五是选择正确的决策对设备进行控制、调整以及维修等内容。

2.2电梯PCC自动控制系统的故障诊断

电梯故障可按照不同分类标准进行分类。如按照故障严重度分类, 可以分为四类:

(1) 最严重故障机电梯在运行中突然停止, 无法启动, 如安全装置故障。

(2) 次严重故障为电梯在运行中突然停止, 但在重新启动后还可以运行, 电梯能够低速运行至最近楼层, 让乘客出去, 如强迫减速开关无效、减速异常等。

(3) 再次严重故障为电梯在运行途中倚靠向最近楼层, 停止, 且无法重新启动。

(4) 不严重故障, 即电梯在运行过程中发生偶然性故障, 可自动消除, 影响比较小, 如开门、关门的障碍。按照电梯运行故障的性质分类, 能够分为两种情况, 一是电气故障, 二是机械故障;其中再细分的话, 按照故障发生的具体情况, 可将电气故障分为四方面, 即系统故障、硬件故障、软件故障以及逻辑故障。

对电梯运行故障要在故障诊断标准的基础上进行分析。日常生活中, 比较常见的电梯故障就是机械装置或者电气发生问题, 存在故障问题。输入元件和输出元件均属于电气装置, 其发生的故障也应归类于电气故障。下文主要对电梯PCC自动控制系统下, 输入元件和输出元件发生故障的原因和表现形式进行分析。

(1) 电气故障之输入元件故障。电梯开门按钮或者关门按钮发生接触不良的情况, 其故障主要表现为电梯轿厢门无法有效控制轿厢门, 使其正常开启或者关闭;电梯关门限位开关发生接触不良的情况, 其故障主要表现为电梯门电机有堵转情况, 缺乏有效运行的控制信号, 从而停止运行;电梯开门限位开关存在接触不良的现象, 其故障主要表现为电梯门电机存在堵转现象, 而且电梯定向后无法立即正常启动、运行;电梯内部的选层开关发生接触不良的情况, 其故障主要表现为电梯无法响应此楼层的选层信号, 无法正常去本楼层;层站厅外上召唤 (下召唤) 开关发生接触不良的情况, 其故障主要表现为电梯没能响应此楼层的控制命令, 无法正常上呼梯 (下呼梯) ;电梯关门限位开关发生接触不良的情况, 其故障主要表现为电梯无法正常开门或者关门, 速度十分缓慢;层站到达开关发生接触不良的情况, 其故障主要表现为轿厢并没有停在本楼层, 但本楼层的指示灯亮着, 同时电梯无法自行定向, 轿厢门不能正常开启。

(2) 电气故障之输出元件故障。关门控制信号发生故障, 主要表现为电梯无法正常关门;开门控制信号发生故障, 主要表现为电梯无法正常开门;厅外上呼梯信号上呼发生故障, 主要表现为电梯在本层站不能实现正常的上呼命令, 而且电梯所在层站指示灯不亮;电梯的换速控制信号发生故障, 主要表现为电梯在各个楼层之间, 无法进行正常换速和停止运行, 或者电梯轿厢速度较高, 难以下降;厅外下呼梯信号11KA下呼n为楼层层数) 故障, 其故障主要表现为电梯无法进行下呼, 而且本层站外呼指示灯不亮;轿厢位置信号n JW (n为楼层层数) 故障, 其故障主要表现为电梯在换速后无法正常停止, 且所在楼层指示灯没有正常显示电梯所在位置;轿内选层信号发生故障, 主要表现为电梯不能进行正常选层, 而且电梯所在楼层的指示灯不亮;轿厢快速向上运行信号 (向下运行信号) 发生故障, 主要表现为电梯无法实现快速向上运行 (向下运行) 。

3结语

通过对电梯PCC自动控制系统的基本知识进行论述, 对电梯故障诊断、分类以及故障类型进行简单介绍, 能够为电梯检修提供借鉴。

参考文献

[1]钟志贤.电梯PCC自动控制及故障诊断的研究[D].广西大学:机械电子工程, 2002.

[2]龚黎斌, 黄亚春.电梯PCC控制系统的故障诊断与分析[J].科技创新导报, 2010 (5) .

PCC 篇2

随着移动宽带的发展, 网络带宽不断增加, 加之移动智能终端的普遍应用, 移动性带来的便利大大提高了用户使用移动业务的积极性, 同时也吸引了大批的内容提供商, 移动业务内容日趋丰富, 网络流量也急剧上升, 业务的蓬勃发展给移动网络运营商提出了新的挑战, 如何保持网络良好的运行状态以满足用户不断增长的需求, 成为运营商重点思考的问题。

2 PCC的架构

PCC (Policy and Charging Rule Control, 策略与计费控制) 架构是3GPP组织将在R7版本将策略控制和基于流的计费进行融合后提出来的架构体系。PCC架构如图1所示:

根据PCC架构, 各个功能实体介绍如下:

(1) PCRF (Policy and Charging Rule Function) 策略和计费规则功能, 该功能实体包含策略控制决策和基于流计费控制的功能, PCRF接受来自PCEF、SPR和AF的输入, 同时考虑实时的网络信息、用户的签约信息、系统时间等信息, 综合这些信息进行策略决策, 将决策结果发送给PCEF, 实时动态的调度用户移动宽带策略;

(2) P SPR (Subscription Profile Repository) 用户属性存储器, 用户属性存储逻辑实体包含有与所有签约用户或签约相关的信息, SPR提供的签约信息包括:用户类别、用户等级、签约套餐信息、用户的Qo S信息等等;

(3) P PCEF (Policy and Charging Enforcement Fucntion) 策略和计费执行功能, 主要包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能。该功能实体位于网关, 例如GPRS的GGSN网关、EPC的PDN-GW网关, 也可独立部署。

(4) P BBERF (Bearing Binding and Event Report Function) 承载绑定及事件报告功能, 它是承载绑定、上行承载绑定校验及当Gxx存在时向PCRF (策略与计费规则功能) 进行事件报告的策略执行点。该功能实体位于GW (网关) 中, 如基于S5/S8接口, 使用PMIP (代理移动IP) 实现3GPP接入的S-GW (服务网关) , HRPD (高速分组数据) 中的HSGW (HRPD服务网关) ;

(5) P AF (Application Function) 应用功能, 该功能实体是提供应用业务单元, 主要对IP-CAN用户面行为进行动态策略/计费控制, 例如AF可以通过PCRF要求PCEF给用户调整Qo S;

3 PCC移动网络解决方案应用场景

3.1 公平使用策略 (Fair Usage Policy)

通过部署PCC, 可以支持在一个固定的周期内, 根据用户的流量使用情况进行策略调整的功能。例如:当用户使用流量小于100MB的时候, 用户带宽不受限制;当使用流量在200MB到500MB范围的时候, 限制用户最高带宽到512Kbps, 当使用流量在200MB到1GB之间的时候, 降低用户带宽到384Kbps, 当使用流量超过1GB的时候, 限制用户最高带宽到64Kbps。

3.2 超量降速策略

LTE网络具有高速率的特点, 从理论上来讲用户可以享受到高达百兆/秒的上网速率, 在用户享受良好上网体验的同时, 用户的流量也在快速消耗, 如果不及时控制, 可能会导致天价话单的出现, 造成用户投诉;

为了解决这个问题, 可以通过部署PCC, 在用户在计费周期内, 根据用户的流量使用情况, 动态调整其最高速率。例如:当用户当月购买的套餐包流量耗光前, 不限制用户速率;当用户的套餐包流量耗光后, 限制用户最高速率到1Mbps;当用户达到超大流量后 (例如20GB) , 禁止用户使用移动带宽业务。为了给用户提供个性化选择, 满足不同用户的上网需要, 还可以根据用户的要求确定是否打开超量降速功能。

通过部署超量降速策略, 可以让用户在LTE放心使用移动带宽服务, 提高用户满意度, 增加用户粘度。

3.3 基于用户优先级的策略

高价值用户是运营商收入的重要来源, 通过差异化服务, 为不同等级、不同付费能力的用户提供不同的移动宽带业务体验, 提高价值用户的满意度, 增加价值用户的网络粘性, 帮助运营商获取更多的收益。

通过部署PCC, 可以为高价值用户提高其接入优先级和带宽, 使其获得较普通用户更好的体验, 特别是在小区比较繁忙的时候, 高优先级用户可以享受到相对更好的网络业务体验服务。

4 结束语

本文基于PCC的功能进行了探讨, 探索PCC的应用价值, 并抛砖引玉给出了几种应用场景和解决方案, 通过部署PCC, 可以提升网络资源使用效率、提高用户上网体验、增加运营商营业收入。

参考文献

[1]黄韬, 张智江, 刘韵洁.PCC策略控制机制研究[J].现代电信科技, 2008.

[2]3GPP TS 23.203 V9.13.0, Policy And Charging Control Architecture[S].2013.

PCC 篇3

IEEE 802.16是顺应移动通信领域呈数据化和宽带化的趋势而出现的一种无线宽带接入技术标准, 其固定接入带宽可达75 Mbit/s, 在高速移动的情形下可提供高于1 Mbit/s的吞吐率, 基站覆盖范围达30英里。WiMAX论坛是推动802.16走向市场的组织联盟, 两者关系密不可分, 以至于WiMAX已成为802.16的代名词。2007年10月, ITU批准WiMAX成为3G的第4个标准。

通过WiMAX网络开展多媒体业务, 需要解决端到端的服务质量 (QoS:Quality of Service) 问题, 使用户获得满意的服务, 同时又能有效地利用网络资源。目前WiMAX论坛在主导这方面的研究工作。802.16标准中定义了空中接口QoS的解决方案, WiMAX业务流 (SF:Service Flow) 的管理是该方案的关键。WiMAX1.0标准中提出了WiMAX网络QoS功能模型, 其扩展了IEEE802.16标准的QoS架构, 在网络层次上提供了QoS的控制层面, 核心内容仍是空口的QoS控制。WiMAX 1.5版本目前正在制定中, 其中关于QoS的一个重要内容是借鉴3GPP的策略和计费控制架构 (PCC:Policy Charging Control) 思想解决WiMAX网络的端到端QoS控制, 并将QoS策略控制与基于QoS的流计费结合成一套系统。

本文以WiMAX业务流的管理为线索, 在介绍WiMAX空中接口的QoS控制机制和WiMAX网络的QoS管理及授权的基础上, 重点讨论集业务流计费和QoS管理为一体的WiMAX网络PCC架构, 并给出一种漫游情形下PCC信令流程。

1 WiMAX空中接口QoS技术

WiMAX空中接口的QoS技术即802.16标准中定义的MAC层QoS机制[1,2], 其核心内容是业务流的管理:通过把MAC层传输的数据包与一个由连接标识符 (CID:Connection IDentifier) 标识的业务流关联起来, 数据包的业务类型和相应参数都包含在CID, 使得每个数据包在进行调度前具有相应的QoS要求。

业务流是一个提供特定QoS的单向数据流。移动站 (MS:Mobile Station) 和基站 (BS:Base Station) 依据为业务流定义好的QoS参数集提供相应的QoS服务属性, 其中QoS参数集是一组描述业务流的QoS参数 (包括时延、时延抖动、最小速率保证等) 的集合。业务流的状态有3类:已定义、已准入、激活。已定义是指系统已配置该业务流, 但该业务流是否能运行还需要根据资源的实际使用情况对其进行审查。已准入是指系统已根据该业务流的QoS要求, 通过准入控制 (AC:Access Control) 为其预留了资源, 但尚未实际使用。激活状态是指该业务流开始使用系统预留资源进行运行。这3种状态相应的QoS参数集分别称为指派QoS参数集、已接纳QoS参数集和激活QoS参数集。

网络中已定义的业务流用业务流标识 (SFID:Service Flow ID) 来标识。在注册或者动态业务流增加的过程中, BS为每一条业务流分配一个SFID。分配了SFID的业务流可能并没有立即被准入或者激活, 而处于已定义状态。当业务流被准入后, BS为其分配CID。之后, 在空口中传递的数据单元 (PDU:Packet Data Unit) 将与其连接的CID相关联, 该连接的业务流特性为该PDU提供相应的QoS。

IEEE 802.16 MAC协议对QoS的支持分为3部分:首先创建最初的业务流并对业务流的QoS参数进行配置;然后对业务流进行动态管理, 包括动态业务增加、动态业务改变和动态业务删除;最后在通信过程中对MAC的PDU进行分类并依据业务流的服务类别 (具体落实到QoS要求) 区分优先级进行调度。

针对业务的QoS要求不同, 802.16定义了5种MAC层的服务类型 (如表1所示) :

2 WiMAX网络QoS功能模型

如前所述, 一个用户能够与许多业务流关联, 这些业务流可以有不同的QoS属性。这些QoS属性定义是在一个用户管理系统 (例如AAA数据库) 或者策略服务器中定义的, 其管理和执行需要一个管理控制平面。WiMAX论坛网络工作组将基于IEEE802.16标准的QoS架构扩展为WiMAX网络QoS功能模型[3] (如图1所示) 来实现WiMAX QoS控制, 其中包含QoS属性授权、许可控制、策略执行等功能。该模型包括下列功能单元:

(1) MS和接入服务网络 (ASN:Access Service Network) 。在WiMAX网络中, ASN必须具备发起建立、修改以及删除业务流的功能, MS可以但不是必须具备这个功能, 但MS需要能够正确地响应ASN发起的业务流行为。

(2) 策略功能 (PF:Policy Function) 及相关的策略数据库位于网络业务提供商 (NSP:Network Service Provider) , 这里需要维护NSP的通用策略和与应用相关的策略。AAA可以使用用户的QoS属性和相关的策略制定该策略数据库, PF负责根据这些策略决定业务请求是否被许可。MS通过应用层控制协议直接和AF通讯, 然后AF可以向PF发送Wi MAX业务流建立通知。在漫游情形下NSP有归属NSP (Home-NSP) 和访问地NSP (Visited-NSP) 。

(3) AAA服务器存储用户的QoS属性以及相关的策略规则, 使用这些信息进行业务流授权有两种方法:在MS接入网络阶段下载给业务流授权 (SFA:Service Flow Authorization) 实体, 由SFA进行业务流授权;或者由PF查询AAA中相关数据来决定业务请求是否被许可。

(4) 业务流管理 (S F M:S e r v i c e F l o w Management) 逻辑实体位于ASN内, 它负责创建, 准入, 激活, 修改以及删除802.16的业务流。它由AC以及本地资源信息组成。AC的功能是根据现有的无线资源以及本地资源状况判断一个新的业务流是否允许创建。SFM实体通常位于基站。

(5) SFA逻辑实体位于ASN内, 如果用户的QoS属性是在接入阶段从NSP中的AAA下载到SFA的, 那么则由SFA负责判断业务请求是否被许可。对于一个给定的ASN/NSP, 每个MS都对应一个SFA, 它和PF进行通讯。这个SFA在MS鉴权过程中不能改变, 称为锚-SFA (A-SFA:Anchor SFA) 。直接与SFM进行通讯的SFA称为服务-SFA (S-SFA:ServingSFA) 。A-SFA必须在任何时候与S-SFA相互识别。

(6) 另外, 业务流的定义由网络管理系统 (图中没有显示) 进行管理。

R1、R6、R3是WiMAX论坛定义的标准接口:R1为MS和ASN间的空中接口, R6是BS和ASN网关的接口 (ASN中包括BS和ASN网关两个网元, SFM位于ASN网关中) , R3是ASN和NSP间的接口。

当一个用户终端登记到WiMAX网络, 开始IP数据传输之前, 可以按照默认方式创建, 准入并激活一套业务流。过程如下:

(1) 一个MS成功地注册到WiMAX网络中后, 必须分配一个对应的Anchor-SFA给MS并通知MS关联的PF实体该SFA的位置。

(2) 如果用户的QoS属性从AAA下载到SFA, 由SFA进行许可控制;如果用户的QoS属性存放在PF中, 则由PF执行许可控制。

(3) 业务流被许可后, 由SFM执行具体的业务流创建, 准入以及激活。

3 WiMAX的PCC架构

WiMAX网络QoS功能模型提供了MS、ASN、NSP之间的协商和授权机制可以解决空口业务流的QoS。但是没有针对核心承载网络的QoS控制机制, 因而不能提供端到端QoS保证。另外, 基于流和QoS的计费是业界的共识和下一代网络的趋势, 而WiMAX网络QoS功能模型仅仅单纯地解决QoS, 同时WiMAX原有的计费设计也很难实现基于QoS的计费。因此借鉴3GPP的IP多媒体子系统 (IMS:IP Multimedia Subsystem) R7版本中的PCC[4], 融合WiMAX网络的QoS控制和基于流的计费机制, 并实现端到端的QoS控制是WiMAX 1.5版本的重要目标。这套机制称为WiMAX PCC, 其架构如图2所示:

WiMAX PCC直接引用3GPP中策略与计费规则功能 (PCRF:Policy and Charging Rules Function) 和策略与计费执行功能 (PCEF:Policy and Charging Enforce Function) 。

PCRF位于核心服务网络 (CSN:Core Service Network) 中, 取代了原来的PF实体, 并根据PCC的要求对其做了功能扩充:在原来仅针对QoS的策略控制决策的基础上又添加了基于流和QoS的计费控制策略, 这些策略称为PCC规则。

PCC规则可以预定义或者动态生成。PCC规则的制定基于以下因素:由Rx参考点从AF获得的与会话、媒体相关信息;经由Gx参考点从PCEF获得的IP连接的承载属性、请求类型相关信息;经由Sp参考点从签约信息库 (SPR:Subscription Profile Repository) 获得用户签约信息;PCRF预配置信息。

PCEF提供业务数据流检测、用户平面流量处理、触发控制平面会话管理、QoS实施以及与计费系统交互。PCRF向PCEF提供PCC规则, PCC规则决定业务数据流在PCEF中的处理, 以确保PCEF在用户平面的流量映射与处理和用户签约信息一致。

在WiMAX会话建立和持续阶段, PCRF执行会话绑定:即将一个IP会话与可用的PCC规则相联系或生成动态的PCC规则。然后PCRF将PCC规则下载至PCEF, 由PCEF执行承载绑定:使得IP连接承载的QoS要求以及相应的计费符合PCC规则。在会话结束阶段, PCRF移除相应PCC规则, 并触发PCEF终止会话。

W i M A X P C C架构中, P C E F分为接入网P C E F (A-PCEF:Access PCEF) 和核心网PCEF (C-PCEF:Core PCEF) , 分别位于接入网和IP核心承载网的网关中, 相应的分别负责接入网和核心网络中PCC规则的实施。因而WiMAX PCC可以提供端到端的QoS保障, 并且为每个微流提供基于QoS计费。

规则分发功能 (PDF:Policy Distribution Function) 的引入主要是为了屏蔽WiMAX执行功能的移动性和分布性特点。PCRF通过Gx接口将PCC规则传至PDF, PDF再通过PCC-R3和PCC-C接口将规则分别转发到A-PCEF和C-PCEF。

A-P C E F是由S FA、S F M和计费代理组成。由于Wi MAX终端的移动性, 所以和PDF直接相连的是A-SFA, A-SFA负责S-SFA的位置更新, 并将PCC规则转发至S-SFA, S-SFA和其所在接入网内的SFM和计费代理是真正的PCC规则执行点。

SPR逻辑实体包括了PCRF用于制定PCC规则所需的所有用户签约信息。

AF可以是基于IMS和非IMS的应用功能。AF向PCRF提供应用会话所需的QoS和计费要求。

4 在漫游情形下的建立会话的PCC信令流程

本节考虑在漫游情形下, 由MS发起会话请求建立会话的PCC信令流程 (如图3所示) 。由于PCRF制定PCC规则时必须考虑到访问地接入网络的实际情况, 所以在该流程中PCC规则的制定由访问地PCRF完成。

(1) M S向A-P C E F发起I P连接会话建立请求, A-PCEF接收到该请求后为用户分配IP地址。这里IP连接是3GPP的术语:在ASN侧对应的是WiMAX业务流, 在CSN侧对应于核心承载网的IP连接。

(2) A-PCEF将含有接入网络状况信息的IP连接会话建立指示发往PDF。

(3) PDF向PCRF (在漫游情形下对应的是访问地PCRF) 转发IP连接会话建立指示。

(4) PCRF向SPR/AAA发起用户QoS签约策略数据请求。

(5) SPR/AAA在对该请求进行鉴权成功后, 将请求的用户签约数据通过响应消息回送给PCRF。

(6) PCRF根据A-PCEF提供的网络状况和SPR提供的用户签约信息制定或选择相应的PCC规则。

(7) PCRF通过IP连接会话建立确认消息将PCC规则下载到PDF。

(8) PDF分别象A-PCEF和C-PCEF转发IP连接会话建立确认消息。

(9) A-PCEF安装PCC规则并执行。

(10) C-PCEF安装PCC规则并执行。

(11) 在PCC规则执行后, A-PCEF向MS发送IP连接会话建立响应。

(12) A-PCEF向计费系统发送接入网计费开始消息, 触发接入网计费。

(13) C-PCEF向计费系统发送核心网计费开始消息, 触发核心网计费。

5 结束语

WiMAX PCC是目前WiMAX论坛中的研究热点。本文提出在漫游情形下PCC规则可由访问地PCRF制定的观点, 并据此给出了由MS发起会话请求的PCC信令的流程。另外, 当MS决定终止IP连接、或者PCEF探测到因计费等原因导致IP连接不可用而决定终止会话时, MS或PCEF会发起终止会话的PCC规则去除信令流程;当MS决定改变会话时, 或者AF要求修改会话时, MS或PCRF会发起因会话改变导致PCC规则修改的信令流程。

PCC规则的具体定义、PCC规则的制定策略、移动PCC是当前进一步工作的研究重点。相信随着WiMAX PCC架构和实现技术的完善和成熟, 可以较好的解决目前业界最为困扰和关心的QoS和计费问题, WiMAX PCC一定会在下一代网络的部署中获得很大的应用。

参考文献

[1]IEEE802.16-2005IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part16:Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems[s].February2006

[2]Govindan Nair, Joey Chou.IEEE802.16Medium Access Control and Service Provisioning[J].Intel Technology Journal, 2004, 8 (3) :213-228

[3]WiMAX Forum Network Architecture Stage2:Architecture Tenets, Reference Model and Reference Points Part1-Release1.0.0[s].March28, 2007

PCC 篇4

关键词：PCC桩,不良地质,工艺性试桩,检测,施工控制措施

1 工程概况

某在建船闸位于长江下游支流,规划航道等级为三级,需要在现有河道的基础上进行拓宽改造,并且增加建设诸如导堤、远调站、锚地等钢筋混凝土结构,自重较大,对地基的承载力有较高的要求。而本工程地处长江下游沿岸,淤泥及淤泥质黏土等不良地质分布广泛,天然地基无法满足结构物对承载力的要求,因此,必须进行地基处理。基于本工程的地质情况和荷载要求,传统的水泥土搅拌桩加固深度有限,而预制管桩价格昂贵,因此,需要寻找一种技术上可靠、经济上合理的地基处理方法。

2 PCC桩工艺简介

现浇混凝土大直径管桩(简称PCC桩)复合地基技术是针对高速公路、高速铁路、港口及市政工程中的软土地基工后沉降控制难题而研发的具有独立自主知识产权的地基工程新技术[1,2]。该技术在设备底盘和龙门支架的支撑下,依靠上部振动头的振动力,将双层钢质套管组成的空腔结构及焊接成一体的下部活瓣桩靴沉入预定的设计深度,形成地基中空的环形域,在腔体内均匀灌注混凝土,之后振动拔管,灌注于内管中土体与外部的土体之间便形成混凝土管桩。

在施工可控性方面,PCC桩在地基中先沉模,然后浇筑混凝土,再拔管,施工过程清晰,一次沉桩,相对于水泥搅拌桩,其桩长和桩身质量更易于控制。

在检测方面,PCC桩除小应变和静载法检测外,还可直接开挖桩芯检测[3],更加直观和方便,并且同等加固面积桩数少,检测费用也较低。

3 工艺性试桩

根据地质资料和承载力要求,设计PCC桩直径为100cm,壁厚12cm,桩长20m,混凝土强度等级为C20,桩间距因上部结构的不同,为2.5~3.0m不等。为了验证设计参数和效果,调试施工工艺,保证施工安全可靠,在正式施工前进行了工艺性试桩研究。试桩数量10根,桩中心距2.5m,试验桩位置在下游左岸。

3.1 施工依据

(1)设计文件及工程地质勘察报告。

(2)工程质量及管理的标准、规范、规程:JTS257—2008《水运工程质量检验标准》、JTJ 250—98《港口工程地基规范》、JGJ 79—2002《建筑地基处理技术规范》、GB 50202—2002《建筑地基基础工程施工质量验收规范》、JGJ/T 213—2010《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》。

(3)PCC桩试桩设计文件。

(4)国家、江苏省有关的法律、法规、条例及有关文件。

3.2 材料控制

本次PCC试验桩采用商品混凝土,强度等级为C20,坍落度初定控制在100mm左右,较自拌混凝土供料方式的坍落度稍大[4]。

3.3 施工工艺

施工工艺方面需要确定合理的施工流程、沉管构造方式、沉管速度、混凝土浇注方法,不同地质条件下的施工控制标准等内容,从而在实际工程中形成合理规范的施工工艺。

可以通过在现场试桩过程中进行不同施工工艺对比试验:如不同的贯入度、施工顺序、混凝土浇注方式等工艺改变进行对比试验,确定最佳施工工艺以及质量控制手段。

3.4 施工流程

平整清理地面→测量定位放线确定桩位→桩机就位对中→将桩管竖直压入土→开动震动锤→将桩管振动穿透表层硬土→静压沉管→振动沉管至设计深度→灌注混凝土→拔出桩管并继续加灌混凝土→桩机移位、进行后续桩体的施工。

4 试验桩检测

工艺性试桩的质量检测委托第三方工程检测单位实施,内容包括:桩芯土开挖、桩体成形情况判定、低应变检测、桩身壁厚和钻芯抗压强度的检测。具体PCC试验桩的检测情况见图1~图4。

各项检测结果如下:

(1)桩周土开挖情况

如图1所示,桩周土开挖近5m,从外观看,桩体完整、连续,无表面松散、孔隙、隆起现象出现。与周边土体形成鲜明的强度对比,梅花形布置也起到了很好的错落加固作用。

(2)低应变检测

低应变动力检测通过分析实测桩顶速度响应信号的特征来判定桩身缺陷位置及影响程度,检测桩身的完整性,检测结果能较好地反映PCC桩的施工质量。从检测结果看,供检测的10根PCC桩均为Ⅰ类桩,表明桩长达到了设计要求,桩体连续,完整性好。

(3)混凝土强度检测

每根桩钻取2个混凝土芯样,如图2所示,共20个试块,抗压强度要求20MPa,除第8号桩中有1个试块强度为18MPa,未达到设计要求外,其他芯样都达到了设计要求,合格率为95%。结合施工日志,分析第8号桩一个试块强度不足的原因,与商品混凝土供应有关,施工时泵车交接,等待时间较长,且下一辆泵车混凝土在开始浇筑时不够均匀。分析原因后,在正式施工中可以通过加强供料管理得到改善。

(4)壁厚检测

桩体成形和壁厚检测采用PCC桩特有的桩芯开挖方式,更加直观和方便。如图3所示,桩芯土开挖至12m,可以直观地看出PCC桩的形态特征,表现为桩体完好,无断桩、缩颈等不良现象,施工质量较好。通过人工在某一深度的桩体四周均匀钻取四个桩壁芯样,直接测量芯样长度,得出此深度桩体的平均壁厚。如图4所示,四个芯样厚度较均匀,且材料密实,可判定此深度处的PCC桩桩体成形较好。部分测量数据见表1。

由现场实测的桩体壁厚数据可以看出,随着取样深度的增加,壁厚也在增加,且都超过设计壁厚12cm,即此时的充盈系数均大于1,与文献[5]的结论类似。分析原因,主要是因为PCC桩桩机套管上拔时伴随着高频振动,套管内混凝土在重力和振动的双重作用下,形成外扩力,而此段土层为淤泥质土,强度很低,抗变形能力不足。这种现象和管腔内的混凝土量、施工时套管振动以及周边的土质有关。壁厚增大对PCC桩的质量和受力性能有益,但对于施工单位则存在成本控制的问题,因此,需要根据工程的具体情况,通过控制施工工艺,找到两者的平衡点。

5 施工控制措施

针对试桩中桩体强度可能受商品混凝土供应的影响问题,正式施工时应优先选用自拌混凝土,可以在保障施工质量和效率的同时,较好地规避外界因素对混凝土性能的影响。

坍落度的大小直接关系到混凝土的和易性,从而影响桩体的成形和强度,因此,需要根据不同的材料供应方式确定合理的坍落度。另外,两个影响PCC桩施工质量的重要参数是拔管速度和充盈系数,两者相互影响,相辅相成。通常,桩体周边土质为软土时应减小拔管速度。桩体壁厚增大,充盈系数增大,施工成本增加;增大拔管速度,充盈系数则减小,材料使用量也相应减小。但拔管速度过大会导致壁厚小于设计要求,甚至断桩的现象,严重影响施工质量。因此,需要平衡利弊,通过试桩,参照规范要求确定合适的施工参数。

经过试桩施工,并结合施工规范要求以及类似工程的资料[6],确定了如下可供后期正式施工参照的施工参数:

(1)混凝土强度等级:C20

(2)坍落度:100mm

(3)桩长:20m

(4)桩径:1000mm

(5)壁厚:120mm

(6)桩间距:2.5m

(7)充盈系数:1.25

(8)拔管速度:不宜大于1.0m/min;管腔内灌满混凝土后,应先振动10s,再开始拔管,应边振边拔,每拔1m应停拔并振动5s~10s,如此反复,直至沉管全部拔出;在拔管过程中应根据土层的实际情况二次添加混凝土,以满足桩顶混凝土标高要求;距离桩顶5.0m时宜一次性成桩,不宜停拔。

(9)垂直度:桩机垂直度偏差不大于1%

(10)桩中心误差:控制在100mm以内

6 结语

通过工艺性试桩的施工和检测,确定了混凝土坍落度、沉管上拔速度和充盈系数等施工控制参数,并在此基础上整理了详细的施工方案,为后续的正式施工提供了依据。

工艺性试桩的检测结果表明,所施工的PCC桩内外壁光滑完整,没有断桩、离析、夹泥、凹陷、缩径等现象,桩体强度和成形达到了设计要求,施工质量较好。

PCC桩属于刚性桩,其桩身强度高,抗剪能力强,处理深度大,单桩承载力高,但造价却相对较低,具有柔性桩量级的成本,却能达到刚性桩的加固效果。因此,采用PCC桩对船闸下游结构基础进行软基加固处理,在有效节省造价、保障工期、提高效率的同时,可以确保结构基础具有很好的稳定性,满足工程安全的要求,是一种经济合理的地基处理方式。

参考文献

[1]河海大学,江苏弘盛建设工程集团有限公司.JGJ/T 213—2010现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]刘汉龙,郝小员,费康,等.振动沉模大直径现浇薄壁管桩技术及其应用(Ⅱ):工程应用与现场试验[J].岩土力学,2003,24(3):372-375.

[3]刘汉龙,周密,陈育民,等.PCC桩加固铁路软土地基现场试验研究[J].岩土力学,2012,33(11):3201-3207.

[4]顾长存,刘汉龙,杨寿松,等.现浇混凝土薄壁管桩施工工艺[J].岩土力学,2006,26(8):1253-1257.

[5]李文,赵慧君,史国刚.PCC桩加固软土地基施工控制技术分析[J].施工技术,2007,36(8):4-6.

PCC 篇5

随着计算机技术的发展, 计算机技术已在各个行业都已得到了大规模的应用, 发电厂的电气二次系统包含众多的控制设备, 这些设备都同样应用了计算机技术, 使它们具有更高的可靠性、功能配置更专业化、具备网络及通讯接口, 这样可以使它们被集中监视及控制。

可编程计算机控制器 (Programmable Computer Controller, 简称PCC) 是集计算机技术, 通讯技术, 自动控制技术 (简称3C技术) 为一体的新型工业控制装置。如今的PCC以其极高的可靠性, 丰富的编程语言, 实用的编程方法, 强大的功能, 优良的性能, 良好的耐恶劣环境的能力而成为工业控制领域中增长速度最迅猛的工业控制设备。新一代的PCC已经能胜任大型的集散控制和复杂的过程控制。其良好的兼容性, 强大的通讯功能, 优良的适时性, 丰富的功能函数, 品种繁多的硬件模块, 多种编程语言的使用等, 使PCC已能适应各种工业控制的需要。再有PCC是在PLC及PC的基础上发展起来的, 它不但吸收了PLC及PC的全部优点, 而且自身优势也非常明显。PCC采用了分时多任务操作系统, 不同于大多数PLC采用的单任务的时钟扫描方式。PCC与计算机相比同样更具优势, 用户接口不需要占用太多资源、灵活添加开关量采集控制、模拟量采集控制等功能。PCC与PLC的一个最大的不同点是PLC不具备与第三方设备通讯的能力, 而PCC除了具备标准的通信协议之外, 还向用户提供了第三方产品的通信协议开发工具-帧驱动器, 用户只需要了解通信协议细节, 用帧驱动器写出与第三方产品通信协议一样的通讯规约, 几可以方便的实现PCC与第三方产品之间的通信。的以下内容就详细介绍了关于帧驱动器的使用及应用实例。

1 系统结构及物理层连接

系统的结构图如图1, PCC采用2005系列产品, 具体配置为CPU型号IF 260、6槽底板、与上位机通讯卡IF681、与综保通讯卡为IF671, 综保采用Areva公司的P122、P922、P141等装置。物理连接为总线式连接, 串接所有设备相应的正端及负端, 在总线的两端加两个终端电阻。每台智能设备分配独立的地址, 设定固定的波特率, 总线长度不要超过1200米。

2 系统实现

2.1 Modbus协议介绍。

Areva综保在通讯时采用了MODBUS/RTU协议。Modbus协议最初由Modicon公司开发出来, 在1979年末该公司成为施耐德自动化 (Schneider Automation) 部门的一部分, 现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备, 包括PLC, DCS, 智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等, 并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构, 而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式, 数据通讯采用Master/Slave方式, Master端发出数据请求消息, Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据, 实现双向读写。

2.2 PCC的帧驱动包介绍。

PCC的帧驱动包是贝加莱公司针对第三方智能设备的接口开发的应用工具包, 该工具包使用方便、容易理解, 相对使用普通计算机开发接口更容易。工具包应用过程如下:接口初始化、打开接口、判断接口缓冲区是否有数据、如果有数据读缓冲区、向缓冲区发送数据、关闭接口。工具包包含如下功能块:FRM_xopen打开及初始化接口;FRM_gbuf发送数据前获得接口缓冲区;FRM_write向缓冲区写数据;FRM_robuf释放写缓冲区;FRM_read从缓冲区读取数据;FRM_rbuf释放读缓冲区;FRM_close关闭接口。

2.3 Areva综保功能及通讯介绍。

综保装置具有强大的保护、控制和数据采集功能, 可提供完整全面的保护、控制、测量、运行参数记录、故障记录、事件记录、故障录波、通讯等功能。使用PCC的帧驱动包按照Modbus协议, 可以实现PCC与综保设备的通讯联系, 从而使综保的各种信息传送到上位机中。事件记录作为保护的重要功能需要快速而准确地反应在上位机, 这也需要PCC实时查询综保是否有事件, 如果有就及时的提取出来, 再发送给上位机, 这个过程的报文如下:

a.读取装置的状态, 查看有没有新的未被确认的事件产生, 使用07功能码;

请求报文:01 07 41 E2

响应报文:01 07 07 63 F2 (有新事件未被读取)

b.如果有未被确认的事件, 则读取最早未确认的事件, 使用03功能码访问3600地址;

请求报文:01 03 36 00 00 09 8A 44

响应报文:01 03 12 00 24 (36, 过电压保护1段) 00 6F 00 76 00 00 00 05 (2005年) 0C (12月) B0 (即10h=16号) 0D (13点) B9 (即39h=57分) 14 9A (5秒274毫秒) 00 00 07 84

c.确认事件 (告诉装置刚才的事件已经成功读取) 使用05功能码写入4000地址

请求报文:01 05 40 0D FF 00 08 39

响应报文:01 05 40 0D FF 00 08 39

以上内容就是读取综保装置事件记录的过程。

2.4 实例代码。

PLC上指令表语言可在PCC上继续沿用, 而且用户还可采用更为高效直观的高级语言 (PL2000) 。它是一套面向控制的文本语言, 熟悉BASIC的技术人员会对它的语法有种似曾相识的感觉完全, 它对于控制要求的描述非常简便、直观。除此之外, PCC的应用软件开发还具有集成“C”语言程序的能力。下面介绍主要功能的代码:

a.初始化即打开串口

c.写缓冲区数据

结论:得PCC帧驱动器简单易于使用、通用性强, 针对不同的系统很容易移植或重新开发, 缩短了程序的开发周期。性能稳定可靠、适合各种规模的系统应用。

摘要：随着计算机技术的发展, 计算机技术已在各个行业都已得到了大规模的应用, 发电厂的电气二次系统包含众多的控制设备, 这些设备都同样应用了计算机技术, 使它们具有更高的可靠性、功能配置更专业化、具备网络及通讯接口, 这样可以使它们被集中监视及控制。介绍了使用PCC的帧驱动包工具开发电气二次设备接口的过程, 协议使用的是Modbus协议。

关键词：PCC,帧驱动,Modbus协议,综保

参考文献

PCC 篇6

天津南港工业区通用码头后方堆场项目2#仓库面积6200m2, 堆载区荷载120KN/m2, 要求地基承载力特征值不小于150KPa, 根据地质勘察报告采用复合地基处理方案, 地基采用现浇砼薄壁筒桩 (PCC) 加固, 桩顶设桩帽。现浇砼薄壁筒桩桩径1000mm, 壁厚120mm, 桩长22m, 梅花形布置, 加固面积6200m2, 根数791根, 工期要求45天, 桩身为C20砼, 桩帽为C30砼, 单桩竖向极限承载力标准值Quk为1750KN。

2 PCC桩施工工艺

2.1 成桩原理

本工程使用的PCC桩施工机械中其振动空腔套管由两层刚性套管组成, 下设活瓣控制内腔, 内管与外管直径相差12cm, 振动下沉时对桩侧土体排土作用较小, 并形成环形空腔。浇注入砼后, 振动提拔钢管, 同时砼从环形腔体模板下落到腔底部, 靠振动及砼自重把活瓣打开, 从而形成环形砼管, PCC桩就是采用桩机振动下沉形成套管空腔、浇注、振动提拔一次性直接成管桩的施工技术。

2.1.1 模板作用。

在套管和管顶振动装置自重及振动力的共同作用下, 套管沉入土中, 浇注砼;当套管靠钢绳提拔时, 砼依靠自重及振动力从套管下端打开活瓣注入环形空腔土内, 套管内外壁起到护壁作用, 由于砼注入和套管上升同时进行因此不会出现缩壁和塌壁现象。

2.1.2 振捣作用。

套管在振动上升时, 对空腔内的砼有连续振捣作用, 使注入土体空腔内的砼振动密实。同时又使砼向两侧挤压注入砼的厚度增加。

2.1.3 密实作用。

PCC桩在施工过程中由于土体内增加砼、振动、挤压等原因, 明显起到对桩间存土起到密实作用。挤密范围与套管空腔砼厚度及土体特征有关。

2.2 施工工艺准备工作

桩机就位空腔套管到位灌注砼到管顶砼浇筑留置试块振动拨管移机至下一根桩施工调整桩机的水平度及垂直度养护。PCC桩技术采取振动套管下沉挤排土上升灌砼而成, 具体步骤是依靠套管、上部结构自重和锤头的振动力将形空腔套管形成的环形腔体在活C瓣的保护下沉入到设计深度, 在空腔内现成浇注砼, 之后振动上拔, 在环形空腔体与外部的土壁之间便形成砼桩。

2.2.1 施工前期。

施工前应提前进场解决动力电源及施工场地。施工现场要求清除软基地表及桩深范围内地下障碍物, 场地平整压实, 场地承载力满足桩基在上面施工要求。施工前落实商品砼及其他材料, 确保使用材料合格, 保证PCC桩的质量与进度。

2.2.2 桩机定位。

桩基进场前严格按设计要求在软基上进行桩位放样定点, 桩机到达指定桩位, 对中, 应使桩基底座保持水平。应保证桩机的平整度和套管的垂直度, 使桩机主腿的垂直度偏差不得超过1%, 桩机就位, 套管中心与设计桩心偏差控制在小于150mm。使套管在自由状态下对准放样点, 桩位对好后, 不能再移动桩机。

2.2.3 桩身套管成孔。

开机时必须保证机架垂直, 偏差小于1%, 同时桩机架底座水平。在打桩过程中如发现有地下障碍应及时清除或清除不了时联系设计更改桩位。沉管前在空腔套管上标注设计桩长的明显标志。利用空腔套管自重压入土中一定深度, 一般为50~100cm。然后依靠上部振动锤振动作用将空腔套管沉入至设计桩深。空腔套管至设计桩底高程应测量孔底有无地下水进入或活瓣打开土体进入套管, 内如有应在空腔套管下沉前灌入大于1米的与桩身同级砼, 防止泥水进入套管内。

2.2.4 砼浇筑。

空腔套管至设计底高程后应及时灌入砼, 不能停留时间过长, 避免土的环抱加紧致使拔管时困难。砼施工配合比由试验室根据砼用料试验确定。现场灌注砼坍落度控制在8~12cm。砼适当超灌, 根据设计要求一般控制在50cm, 施工桩帽前凿除桩顶预留长度后仍满足设计要求。空腔套管内灌满砼后先振动10s, 再灌注砼, 灌入的多少可根据试打桩的参数决定。详细地记录灌注砼量, 充盈系数一般为1.1~1.2。

2.2.5 振动上拔成桩。

在一般土层内拔桩速度控制在1.2~1.5m/min, 在软弱土层中, 宜控制在0.6~0.8m/min。管内灌注砼后, 先振动10s, 再开始拔管, 应边振边拔, 每拔1m应停拔并振动5~10s, 如此反复, 直至空腔套管全部拔出。在拔管过程中根据现场的实际情况添加砼, 最终要满足桩顶砼 (含桩帽施工凿除长度) 标高。

3 PCC桩施工质量检测

(1) 空腔套管达不到设计底标高:a、桩位地质复杂 (存在地下障碍物) -清除障碍物或更改桩位;b、套管及结构自重或振动力不足-选择合理桩机或加强振动装置;c、空腔套管偏斜-及时校正;d、由于桩施工顺序原因造成群桩挤土影响-严格按设计要求施工顺序打桩。 (2) 埋管:a、起重能力不够-选择合理桩机或配置辅助设备;b、空腔套管到位以后, 耽误时间过长-合理控制灌入度, 做好材料准备工作;c、地下水位-偏高时提前灌入砼 (在粘土层较厚或地下水位较低的地段施工, 在桩管下端加焊14钢筋圆箍) 。 (3) PCC桩砼不连续或缩颈:a、管内砼振落或拔管速度偏快, 桩身砼成型不规则或断桩-控制拔管速度及调整砼灌入量及时间;b、在流态的淤泥质土层中孔壁不能直立, 砼在土层中坍落-注意邻桩施工挤土影响, 合理控制打桩间隔时长;c、管内进水, 造成夹泥-提前灌入一定量砼并控制较低的空腔套管提升速度, 一般控制60~80cm/min。 (4) 桩顶与设计位置位置偏差大:a、受邻桩施工挤土影响-加强测量复测定位;b、地下障碍物影响, 空腔套管发生偏移-加强垂直度测量及时调整和清除障碍;c、机架垂直度偏差大, 发生斜沉现象-加强垂直度测量及时调整。 (5) 桩顶标高比设计高程偏低:a、砼灌入量不足-保证砼汇入量, 充分考虑充盈系数;b、桩位地层属流态淤泥等软弱地层-桩顶一定深度开挖立模用同标号砼现浇接桩。 (6) 砼用量超出依据充盈系数计算量较大:a、遇有地下枯井、坟坑、下水道、防空洞等洞穴, 使砼灌注时流失-地质分析、打试桩, 及时补充砼;b、在饱和淤泥或淤泥质软土中施工, 使砼灌注扩散, 桩身扩大-如有条件预先开挖清理并用素土回填, 保证砼用量条件下控制好沉管和拔管速度。 (7) 冒浆提升速度, 注浆量适当增加提升速度和注浆量控制, 使孔口微微翻浆。

4 PCC桩质量检测

4.1 现场开挖及壁厚测量

现场开挖是PCC桩质量最直观、最有效的方法, 由于其内部为空腔, 故可且直径也足够满足用人工开挖条件, 可以直接通过肉眼、钻孔等非常直观检测方法来观察砼的质量。

4.2 桩身强度检测

评定PCC太桩砼强度是否达到设计值, 最直接检测就是从桩身取芯样进行抗压试验, 从管桩中抽取芯样制作成标准试样, 进行单轴抗压强度试验。

4.3 低应变检测

桩身结构完整性、成桩类型主要采用反射波法进行检测 (和检测实体方桩一样) ;通过桩的弹性波振动的时域曲线和频域曲线的表现特征, 分析桩身砼质量及桩身完整性, 对桩身完整性作出检测评定。

4.4 静载荷试验

PCC桩施工完成, 桩身砼强度达到设计标号后, 根据设计检测要求和《建筑桩基技术规范》要对PCC桩进行单桩静载试验和复合地基试验。复合地基试验时, 对桩顶进行封顶处理, 封顶前在桩心土体的顶部和桩边顶部中预埋压力盒, 通过上部加压预制砼块, 测试在上部荷载的作用下土芯与桩边上土分担的压力。

5 结束语

PCC 篇7

悬臂掘进机是综掘工作面安全高效生产不可缺少的大型井下机电液一体化设备[1]。随着煤炭行业相关科技的进步, 煤矿巷道施工正向安全、优质、高效、无人化方向发展。掘进机的发展趋势之一就是智能化和自动化[2]。为此, 在“十一五”期间, 国家设立了国家高技术研究发展计划 (“863”计划) 重点项目“煤矿井下采掘装备遥控关键技术”, 其课题“掘进机远程控制技术及监测系统”就是围绕着掘进机的智能化和自动化展开研究的。

目前, 国产悬臂掘进机电控系统主要采用普通PLC为控制器。在进行“掘进机远程控制技术及监测系统”关键技术的研究中, 发现PLC电控系统越来越不堪重荷, 可靠性降低, 操作也趋于复杂化, 迫切需要研发悬臂掘进机新型电控系统。通过分析比较, 结合国内煤矿掘进实际情况, 笔者在适应性、先进性、可靠性基础上, 提出了一种能满足“掘进机远程控制技术及监测系统”控制要求的新的设计方案——PCC (可编程计算机控制器) 电控系统。该系统既具有传统PLC的高可靠性、灵活的扩展性和环境适应能力, 又有工业IPC的图形处理、多任务处理、高速运算能力、大容量内存、强大的通信组网能力和采用高级语言编程等特点[3,4]。

1悬臂掘进机电控系统功能分析

1.1 基本功能

悬臂掘进机电控系统除需完成电动机等电气部件的控制外, 还要有常用的综保功能, 包括漏电闭锁检测、短路保护、缺相保护、过载保护、漏电保护等;具备急停、预警、瓦斯断电保护等安全措施, 对简易的故障有指示功能[5]。

悬臂掘进机电控系统的基本功能以往均靠PLC来实现, 而以下功能则是适应于悬臂掘进机自动化和智能化发展趋势新研发的智能功能[6]。

1.2 巷道断面自动成形控制功能

悬臂掘进机在截割过程中, 机器前方粉尘较大, 震动大, 司机视野较小, 截割断面形状较难控制。针对该问题, 开发了悬臂掘进机电控系统的巷道断面自动成形控制功能[7]。首先输入巷道断面参数, 即断面轮廓上若干个点 (x, y) , 经过插值计算形成断面轮廓。行程传感器检测截割臂水平、垂直摆动油缸的行程, 计算得到截割头空间位置坐标。PCC对截割头空间位置检测装置采集的信号进行处理, 依照预设的断面截割工艺流程, 控制截割头在巷道断面轮廓内按设定轨迹运动, 截割出规整断面, 使掘进巷道截割断面边界检测的最大误差小于10 cm。

1.3 截割臂恒功率自动牵引调速控制功能

根据断面煤岩硬度分布的不同, 自适应调节截割臂摆动速度, 使截割电动机基本维持在额定功率下工作, 电动机电流超调量小于5%, 以提高截割效率, 保护截割电动机。悬臂掘进机截割机构调速系统采用截割电动机电流反馈方式。悬臂掘进机外负载变化时, 截割电动机电流随之变化, 电压不变。悬臂掘进机电控系统检测到截割电流较小时, 自动调节电液比例阀工作电流, 增加截割臂摆动速度, 从而使切割阻力增大, 电动机负载增加, 电流增大, 直到达额定电流;反之, 当检测到截割电流较大时, 调节电液比例阀工作电流, 减小截割臂摆动速度, 从而使切割阻力减小, 电动机负载减小, 电流减小, 直到达额定电流。因此, 该功能在切割过程中可保持截割电动机功率的动态平衡, 基本上达到截割电动机恒功率工作[9,10,11]。

1.4 机身位姿自动检测功能

由于煤巷黑暗、粉尘大, 司机凭感觉、经验及辅助工人的提示操纵手柄操作掘进机, 很难掌控悬臂掘进机的整体位姿。因此, 为悬臂掘进机电控系统开发了机身位姿自动检测功能。悬臂掘进机在行走及截割中会出现机身偏离巷道设计轴线的运行位姿偏差, 包括机身中心轴线与巷道设计轴线的机身水平偏向位移A、机身偏向角α、机身俯仰角β及机身滚动角γ。利用“线激光发射装置+机身激光接收阵列”系统检测悬臂掘进机水平偏向位姿信息, 即机身上安装两排平行激光接收阵列, 且都垂直于机身中线, 接收并记录线激光发射装置激光束落点位置, 通过对落点位置的分析, 解算机身偏向角α、机身水平偏向位移A;在掘进机机身上安装双轴或两个单轴倾角传感器, 直接检测机身俯仰角β和机身滚动角γ。

1.5 定向掘进控制功能

悬臂掘进机在行走及截割过程中, 机身易偏离巷道设计轴线, 导致截割完的巷道走向偏离设计轴线。为避免该情况发生, 为悬臂掘进机电控系统开发了机身位姿纠偏控制功能, 从而实现悬臂掘进机定向掘进。将悬臂掘进机机身位姿检测参数传入PCC, PCC根据机身位姿参数矩阵确定相应的调姿策略, 并转换为调姿控制参数, 通过电液比例阀控制截割臂的空间位置及行走履带调整, 形成机身位姿误差反馈纠偏控制系统, 从而纠正悬臂掘进机机身位姿偏差。

1.6 全功能遥控

为提高悬臂掘进机操作的安全性和灵活性, 实现近距离 (30 m内) 遥控操作, 将按键操作、开关量摇杆操作和模拟量摇杆操作混合方式应用于悬臂掘进机控制, 使遥控操作能够实现上机操作的所有功能。

2新型电控系统设计及配置

基于对悬臂掘进机电控系统功能要求的分析和对当前控制理论及硬件设备最新成果的了解, 悬臂掘进机新型电控系统设计为由智能工控面板 (Power Panel) 和PCC组成的控制系统。智能工控面板为上位机系统, 也属于人机界面系统;PCC及其外围单元构成下位机系统。上、下位机能够共同分担控制任务, 通过TCP/IP通信方式协调工作。悬臂掘进机新型电控系统结构如图1所示。该系统采用Power Panel+PCC替代PLC, 除对原电控系统的全部功能进行覆盖外, 还增加了机身位姿自动检测和纠偏功能、全功能遥控、自动截割监测画面显示及人机交互功能。

2.1 下位机

悬臂掘进机新型电控系统的下位机采用PCC作为控制核心, 由CPU模块7CP570.60-1和通信模块3IF772.9组成。其除实现综合保护等基本功能, 还有部分智能功能, 如截割臂恒功率自动牵引调速控制功能、机身位姿测量参数解算功能等。下位机接收开关量、模拟量输入模块采集的数据, 并通过开关量、模拟量输出模块将指令传给控制元件去控制各个负载和执行元件, 通过Ethernet接口与上位机进行数据读写。通过CAN接口还可与距离掘进机几百米外的工作站交换数据。

2.2 开关量、模拟量输入输出模块

开关量输入模块接收操作按钮发出的指令信号、超温和漏电开关检测信号等。模拟量输入模块主要接收电流、电压、温度、倾角、压力、行程等模拟信号。开关量和模拟量输出模块主要将PCC的控制指令传给控制元件, 从而控制执行元件的动作, 如传给电磁阀以控制油缸动作, 使油缸与截割臂铰接, 从而控制截割臂的摆动。开关量输入输出模块选用7DM465.7、7DO138.70、7DI138.70和7CX408.50-1, 其中7DM465.7、7DI138.70和7DO138.70置于控制箱内, 7CX408.50-1置于操作箱内。模拟量输入输出模块选用7AI774.70、7AI354.70、AO352。这些模块都插在适配器模块7AF101.7上, 置于控制箱内。

2.3 上位机

上位机采用Power Panel作为控制核心, 选用贝加莱Power Panel系列人机界面产品4PP480.1505-75, 其性能级别已经达到工业计算机范畴, 能提供丰富且人性化的人机界面, 可以方便地进行人机交互。上位机分担了部分复杂的智能控制任务, 如断面自动截割工艺流程控制、机身位姿调整及定向掘进等。

2.4 遥控发射器与接收器

遥控发射器与接收器是实现掘进机近距离遥控操作的关键部件。通过操作遥控发射器上的相应按钮手柄发出载频编码信号, 该信号经遥控接收器接收后, 经解码传送给下位机。遥控接收器采用HETRONIC的RX接收机, 遥控发射器采用煤矿本质安全型遥控器。该遥控器上设置多个拨动开关和2个万向手柄, 可以实现悬臂掘进机的全功能遥控操作, 其中拨动开关可以实现电动机启停、显示屏参数设置等操作, 2个万向手柄分别控制截割臂和履带动作。

3新型电控系统软件实现

3.1 程序设计

根据悬臂掘进机自动截割和定向掘进对电控系统的要求和电控系统需具备的功能以及各种保护措施, 基于模块化、结构化设计思想及通用性强、可移植性好的设计原则来设计系统软件程序。下位机和上位机主程序流程分别如图2和图3所示。

3.2 程序结构

根据悬臂掘进机新型电控系统程序流程, 先编制相应的任务模块, 再对各任务模块进行参数设置、变量定义和语言编程等。任务模块分为系统模块、循环任务模块、数据模块、高级模块 (人机界面模块) , 其中高级模块可以和其它任务模块一同编写、测试。

下位机系统程序任务模块构成如图4所示。系统模块主要为系统硬件提供系统操作、I/O配置、系统通信等功能及软件函数库。程序设计时只要按编程手册要求将相应系统模块设计到任务层即可。循环任务模块则是设计时要考虑的重点。按照下位机功能要求和程序流程, 设计了5个循环任务模块, 其中input、output模块完成I/O处理任务;ladctrl模块完成顺序逻辑控制和综合保护控制任务;rcdrv模块完成下位机与遥控接收器的通信任务;other模块主要是对截割臂摆动速度控制回路采用PID算法, 并结合模糊控制理论实现悬臂掘进机截割臂恒功率自动牵引调速控制功能。

上位机系统程序任务模块构成如图5所示。其中数据模块imavar和循环任务模块imacomm完成上、下位机间通信和上位机显示屏的初始化任务;循环任务模块mainctrl完成巷道断面自动成形流程控制任务;循环任务模块ladctrl完成操作按键的触发任务;循环任务模块recipe、visctrl、drawbmp完成人机界面配置任务;高级模块visobj完成画图、链接输入和输出任务。

3.3 上位机显示界面

(1) 传感器参数设定界面

通过该界面可对传感检测装置检测的参数进行设置和监测, 如图6所示。

(2) 故障查询界面

在该界面上可查询系统故障信息, 进行故障诊断和排除。

(3) 输入输出信号监测界面

该界面用于监测控制器输入输出扩展模块的输入和输出信息, 方便故障诊断, 如图7所示。

(4) 巷道断面信息编辑界面

该界面预存多套断面信息, 使用者可以根据自己的要求设定和存储新的断面轮廓信息。

(5) 自动截割实时监控界面

该界面可显示截割头的实时位置信息和巷道断面轮廓实时截割信息, 还可以显示各个电动机的运行状态, 如图8所示。

(6) 巷道断面轮廓参数调整界面

通过该界面可以对巷道断面轮廓的形状和位置 (包括摆动断面角度、断面超切量、垂直移动量和地板水平变化量) 进行微调。

(7) 主界面

该界面用于显示掘进机各电动机电压、电流实时值, 并可设置程序运算中的必要参数, 如延时时间、截割臂长度等, 如图9所示。

4结语

使用智能工控面板4PP480.1505-75和PCC 7CP570.60-1把悬臂掘进机新型电控系统设计成最小的本地控制器控制系统, 实现了巷道断面自动成形控制、截割臂恒功率自动牵引调速控制、机身位姿自动检测和定向掘进控制、全功能遥控。自动截割和定向掘进使悬臂掘进机初步实现了半自动化, 提高了控制精度, 并大大降低了司机的工作量。遥控操作使悬臂掘进机的运行方式更加灵活, 工人的安全得到进一步保证。目前, 该新型电控系统已初步应用在EBZ160型悬臂掘进机上, 经实际运行验证, 其控制效果良好, 并且由于“863”计划重点项目研发的需要, 它将进一步应用于EBZ200型悬臂掘进机上。该新型电控系统的设计与研发为实现悬臂掘进机全自动化和智能化奠定了一定的基础。

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