全数字张力控制系统（共9篇）
全数字张力控制系统 篇1
1. 引言
在纤维、造纸及塑料工业中, 对线状、带状及面状弹性材料卷曲张力的控制是关系其产品质量的至关重要的技术。在纤维缠绕工艺中, 施加张力的主要目的是控制树脂含胶量和使纤维在芯模上按规定线型排列。如果张力选择不当或张力控制不稳定, 可使纤维缠绕构件的强度损失20～30%。因此, 性能优良的纤维缠绕机必须配上准确控制张力的张力控制器[1]。
张力是缠绕工艺中一个重要的控制参数, 张力控制精度对缠绕制品的密度和致密的均匀与否有很大的影响, 所以, 要求对张力实行精确控制。PID控制由于具有原理简单、易于实现、适用面较宽等优点, 被采用作为张力控制的方法, 但是, PID的参数整定是费时、费力的工作, 需要现场调试和经验, 且精度也不高[2]。另一方面, 当被控对象因某种原因发生变化时, 原来整定好的参数就需要根据变化及时重新整定。因此, 尽管有许多PID调节器参数整定的方法可以借鉴, 但从用户的角度希望参数整定简单, 可实现PID参数自整定。
张力系统的控制方法按照不同的工艺要求, 可分为间接张力控制和直接张力控制[3]。间接张力控制通过控制维持张力恒定的传动系统的电参数实现张力控制, 一般采用最大力矩控制或恒功率控制等方式, 可简单实现一般张力控制要求。直接张力控制则采用微处理器为控制核心, 实现复杂的控制算法, 硬件采用张力传感器构成张力的反馈已实现闭环控制, 适用于高精度、高速度的张力控制场合。
2. 张力的产生方式
在纤维缠绕成型工艺中, 为了产生满足工艺要求的张力, 必须有摩擦力或阻力施加于缠绕材料上。摩擦或阻力的产生可分为两种情况, 一种情况是在缠绕过程中, 在缠绕材料的表面设置摩擦辊或皮带, 由于芯模的旋转收线, 摩擦辊或皮带与缠绕材料之间必然产生摩擦力, 摩擦辊与芯模之间的缠绕材料形成张力。在这种类型中, 缠绕材料的张力不随卷辊或纱团的半径变化而变化, 整个系统结构比较简单。但由于摩擦辊对缠绕材料表面有正压力和摩擦力, 因而对有些材料不适用。
另一种张力产生方法是对开卷辊施加阻力矩, 也就是开卷辊放线时, 在卷辊的中心轴上设置可产生阻力矩的装置。这种类型叫摆臂式浮辊型, 它是一种间接张力测量系统, 实质是位置控制, 由3个辊组成, 两边为固定辊, 中间为摆动式浮动辊。在摆臂上, 有一个阻尼器和一个测量摆臂位移的传感器。在这种类型中, 如阻力矩保持不变, 缠绕材料的张力就会随卷辊半径的变化而变化, 这种现象使张力控制变得更加复杂, 但这种方式使用比较广泛, 纤维缠绕机的张力控制系统大多数采用这种控制方式。
3. 张力控制系统的结构
一般卷曲张力控制系统由开卷部分、控制部分、测量部分及其辅助装置组成, 如图1所示[4]。
开卷 (解卷) 是指卷辊在缠绕材料的拉力下旋转放线, 在纤维缠绕成型工艺中, 纤维是在旋转芯模带动下产生运动, 在开卷辊和芯模之间, 可有多个导向辊控制纤维缠绕的走向, 使之平稳运动;控制部分包括控制器和控制执行元件。较早的张力控制系统的控制器多为模拟式, 系统复杂, 可靠性差, 控制精度也较低。近些年来, 出现了采用专用数控装置或计算机作为控制器的张力系统, 使控制精度大大提高;为了产生张力, 必须有施力装置产生阻力矩施加于开卷辊上, 该施力装置就是张力控制系统中的执行元件。执行元件是控制系统最基本的组成部分, 它应该具有快速响应的动态特性、良好的静特性 (线性度好) 及控制稳定可靠等特点。
张力控制系统无论处于开环还是闭环情况下, 都需要张力实时检测装置。在张力开环控制系统中, 为了保证控制的精度, 通常采用卷辊半径跟随臂机构。跟随臂机构使用机械连杆加精密电位器实时反馈卷辊半径的变化, 张力控制程序根据半径变化做出相应的补偿。半径跟随臂机构在保证张力控制精度前提下, 使得机构比较简单, 且检测量与出线速度无关, 因此在张力检测中得到了广泛应用。另外, 还可以使用光电或红外线等非接触性传感器作为卷辊半径测量和反馈器件。
在张力闭环控制系统中, 需实时检测张力用来获得反馈信号, 实现闭环控制。闭环系统中张力值的检测, 通常采用力传感器形式, 其中最常见的是应变式力传感器, 它具有响应速度快、精度高及位移量小等特点。
4. 数字PID控制算法
在缠绕机张力控制中, 应用最广泛的控制器是PID控制器, 它是按偏差的比例 (Proportional) 、积分 (Integral) 和微分 (Differential) 组合而成的控制规律[5]。比例控制简单易行, 积分的加入能消除系统静态误差, 微分项则能提高系统快速性, 改善系统的动态性能。合理地调节PID控制器的参数就能获得满意的系统性能, 在计算机控制系统中, 使用的是数字PID控制器。
通常, 模拟PID控制器的基本控制规律如图2所示, 其算式为:
将上式以传递函数形式表示为:
式中Ti—积分时间常数;Td—微分时间常数。对公式 (1) 离散化, 式中各项可表示为:
采样时间序列kT用k简化表示, 则公式 (3) 可简化为:
式中k—采样序号, k=0, 1, 2…….
u (k) —第k次采样时刻的计算机输出值;
e (k) —第k次采样时刻输入的偏差值;
e (k-1) —第k-1次采样时刻输入的偏差值。
由于公式 (4) 的输出u (k) 直接对应执行机构的位置, 故称为位置式算法。数字PID控制器基本控制规律如图3所示。位置式算法有不安全因素, u (k) 的突变会造成执行机构位置的突变, 在某些场合容易造成生产事故。
增量式算法克服了上述缺点, 计算机输出不直接对应执行机构位置, 而是将控制增量传输给某些有积分作用的硬件, 如步进电机等, 再由硬件对应执行机构的位置, 如图4所示。这样一旦计算机故障, 只影响控制增量, 不会产生执行机构位置的突变。具体算法如下。
由位置式算法可写出前一时刻的输出量
公式 (5-17) 减去公式 (5) , 得到第k个时刻的输出增量
式中, 是积分系数, 是微分系数, 输出量应为:
根据上述推导, 我们得出积分分离数字PID控制算法的基本流程, 如图5所示:
5. 张力控制的仿真结果与分析
张力控制器的主要作用就是保证控制系统动静态性能和运行稳定性, 减少系统稳态误差, 提高控制系统的鲁棒性。张力控制器采用积分分离PID控制形式, 以防止PID控制器的积分积累, 致使计算得到的控制量超过执行元件最大动作范围对应的极限位置量, 最终引起系统较大的超调, 甚至引起系统的振荡。
实验中, 我们设定被控制对象的数学模型为:
张力控制器积分分离PID参数, 使用解析法进行整定, 在MATLAB中编程实现。最后得到PID控制部分的正定参数为:Kp=6.5067, Ki=13.5467, Kd=1.7886。由积分分离PDI整定参数和脉冲传递函数, 在MATLAB/simulikn中建立类似于位置控制器仿真中的积分分离PID控制器子系统仿真模型和张力控制系统仿真模型。仿真模型运行后, 原闭环系统单位阶跃响应曲线如图6所示。
常规PID控制器校正后闭环系统单位阶跃响应曲线如图7所示。
采用积分分离PID控制器校正后闭环系统单位阶跃响应曲线如图8所示。
由图6～8比较可以看出, 采用积分分离PID控制器的张力系统控制性最好。在减少系统稳态误差, 提高系统运行稳定性, 减少系统过度过程时间, 提高系统响应速度等方面均有明显的改善。因此, 采用积分分离PID的张力控制算法, 达到了优化控制系统的目的。
摘要：为了控制张力对缠绕制品的密度和均匀性的影响, 本文提出了基于数字PID的缠绕机张力控制算法。仿真实验表明数字PID控制算法能明显减少超调量和振荡次数, 改善了纤维缠绕机张力系统的控制性能。
关键词：缠绕机,张力控制,数字PID,模拟PID
参考文献
[1]孙显, 杨涛, 董龙梅.纤维缠绕机张力控制系统的设计[J].机电工程技术.2008年第37卷第01期.PP:39-41.
[2]董千里, 史耀耀, 周云端, 丁明亮.基于模糊自整定PID的布带缠绕机张力控制算法的研究[J].现代制造工程.2006年第12期.PP:103-106.
[3]杨旭东, 杨乾乾, 苏媛媛.行波管螺旋线缠绕机张力控制系统的设计[J].中国制造业信息化.2010年第39卷第19期.PP:53-56.
[4]马正锋, 史耀耀, 闫飞, 丁明亮.一种新型缠绕机张力控制方法[J].航空精密制造技术.2007年第43卷第4期.PP:61-64.
[5]曾卓, 熊康, 张楠.基于传统玻璃纤维缠绕机的工艺改善研究[J].机械工程师.2011年第10期.PP41-43.
全数字张力控制系统 篇2
摘要：
随着国内经济的蓬勃发展，机动车数量飞速增长，对当前的收费系统带来很大的挑战。车道收费终端是整个收费系统的主要组成部分，它为整个收费系统提供最原始的收费数据。目前大多数收费系统都采用基于Windows系统的工控机作为收费终端。鉴于此，开发一款先进的全数字收费终端具有重大的意义。
关键词：三网合一；收费系统；收费终端
Abstract: Along with the vigorous development of the domestic economy, the rapid growth of the number of motor vehicles, the charging system bring great challenges.Lane Toll terminal is the main part of the whole system, it is the whole charging system with the original toll data.Most of the current charging system based on Windows system based on industrial computer as the charging terminal.In view of this, the development of an advanced digital charging terminal is of great significance.Key words: triple play;charging system;charging terminal
Abstract:
With the vigorous development of domestic economy, motor vehicle number rapid growth, to the current fee system a lot of challenges.Lane is the charge terminal charge system, key component, it provides for the entire charge system the most original charge data.Most current charge system based on all of the Windows system as a charge industrial computer terminal.The current fee terminal exist in the following problems: noise, dust, system bloated, easy infection virus, maintain the high cost and the poor compatibility, and so on.In view of this, the development of a advanced digital charge terminal is of great significance.Keywords: Combination of three netsFee system
Charge terminal
目 录 国内车道收费终端现状 4
1.1 概述 4
1.2 车道收费存在的问题 4
全数字收费终端 5
2.1 简介 5
2.2 主要特点 5
2.3 设备连接 6
收费系统架构比较 7
3.1 现有公路系统架构 7
3.2 全数字收费终端系统结构 8
结论 8
参考文献 8
国内车道收费终端现状
概述
高速公路作为现代化交通基础设施，以其方便、快捷、安全、舒适的运输特性，在促进国民经济发展中发挥着重要作用。目前高速公路收费系统中，车道收费终端主要由车道控制器、工控机、显示器、视频采集卡、字符叠加器、多串口卡、显示器、外围设备组成。
车道控制器存在的问题
车道控制器长时间的放置在收费亭内，灰尘侵袭严重。
由于工控机是24小时运行，CPU长时间运行、风扇老化，最终导致工控机产生大量噪音，严重破坏收费环境。
当前的车道控制器一般都采用基于Windows操作系统的工控机，系统长时间运行，将导致系统变得越来越慢，降低收费效率。
目前Windows病毒泛滥，若有人在收费系统的任一终端使用带有病毒的优盘、接收带有病毒的邮件，都会马上传播至整个收费系统。因此，当前收费系统的安全性能存在极大的隐患。
由于车道控制器有多种板卡组成，随着灰尘的增加、车辆通过时的震动，极易导致个别板卡故障，进而影响整个收费车道的使用。一旦系统出现故障，维护人员也不易快速定位问题。
车道控制器体积庞大，收费人员在收费亭中只剩下狭小的空间，容易产生压抑感，影响身心健康。
全数字收费终端
简介
全数字收费终端充分考虑目前国内道路收费领域的实际情况，汲取多年开发车道机的经验和教训。该产品采用“一体机”、“三网合一”、“节能环保”的设计理念，不但囊括了市面上普通收费机具有的全部功能，而且支持音、视频处理和丰富的外部接口，具有很强的通用性、兼容性、可靠性和开放性，提供了一个高效、稳定、安静的收费系统应用环境。
全数字收费终端基于嵌入式Linux系统，完全支持基于IP的网络传输方式，可以简便的接入IP网络。全数字收费终端既可用于组建收费、音频、视频数据集总传输的三网合一系统，也可直接接入现有网络系统进行设备升级替换。
全数字收费终端采用多个 CPU 组成的成熟硬件架构完成原来车道收费机、对讲设备和视频监控设备的功能。其内部使用高性能的 DSP 处理器完成音、视频信号处理，使用 FPGA 对外设进行驱动，使用高性能嵌入式 ARM 处理器完成收费流程和数据处理，并视频数据、音频数据、收费数据统一通过 IP 网络传输至中心，实现了收费系统、视频监控系统（CCTV）和语音对讲系统无缝结合。其本身成熟的模块化硬件架构也为设备长期不间断的稳定运行提供了根本的保障。设备外壳采用纯铝加工，内部采用高集成度的芯片解决方案，配合成熟的嵌入式Linux，低功耗节能环保，为设备的小型化和软件的自由定制提供了完善的基础。
主要特点
全数字收费终端采用一体式、全封闭设计，有效防止尘土侵袭。
全数字收费终端采用全铝外壳，机身就是散热片。该设计美观大方，无高温死机现象，无需增加风扇，为收费人员提供安静舒适的工作环境。
全数字收费终端采用嵌入式Linux操作系统，稳定可靠，无死机现象。该系统可裁剪不需要的模块，节省磁盘空间。
全数字收费终端可有效防止任何Windows病毒的入侵。鉴于嵌入式Linux的民用范围很窄，所以基本上不用考虑病毒的问题。
全数字收费终端高度集成化，将字符叠加器、视频采集卡、IO卡、多串口卡等外围设备集成在一起，减少故障点，增强整个收费系统的健壮性。
绿色环保，带来更小电磁辐射，没有噪音污染。
良好的可扩展性，支持二次软件开发，满足未来行业发展。
设备连接
图3收费系统物理模型
采用全数字收费终端以后，可以节省字符叠加器、图像采集卡、多串口卡和显示器、拾音器、喇叭。这样将车道节点的所有外设集成连接到全数字收费终端，车道的数据、音频、视频、报警全部通过RJ-45网线上传到收费站中。整个系统表现的简单，高效。
收费系统架构比较
现有公路系统架构
图1 现有公路收费系统结构图
我们通过分析现有公路收费系统的结构图可以得知，车道与收费站的数据包括音频、视频、收费数据。在当前系统中通过音频传输电缆完成语音的传输、视频传输电缆完成视频的传输、网线完成收费数据的传输。系统结构较为复杂、施工难度大，后期收费系统的维护成本也较大。
全数字收费终端系统结构
图2收费系统结构图
当采用全数字收费终端系统结构时，只需通过一根网线即可完成音频、视频、收费数据的传输，体现出三网合一的设计理念。整个系统简单明了，施工容易。
结论
总之，全数字收费终端可以提高整个收费系统的效率、增强收费系统的稳定性、减少收费系统运行维护的成本，同时为收费人员提供安静、舒适、宽敞的办公环境。在高速公路、停车场等收费场所中，全数字收费终端都是您的最佳选择。
参考文献
优创科技股份有限公司《V8302全数字收费终端使用说明书.doc》
全数字张力控制系统 篇3
关键词： 电力系统； 数字式； 全光纤； 保偏光纤； 电流互感器； MATLAB仿真
中图分类号： TB 971文献标识码： Adoi： 10.3969
引言随着电力系统的不断发展，对互感器的要求越来越高，而传统的电磁式电流互感器在运行中渐渐暴露出一些严重的缺点，已经很难满足数字化电站的要求。目前的市场情况是，电力系统广泛采用的仍是电磁式电流互感器，它有以下特点：（1）一次绕组中的电流完全取决于被测电路的一次电流大小而与二次电流无关；（2）它的二次绕组与测量仪表、继电器等的电流线圈串联。由于测量仪表和继电器等的电流线圈阻抗都很小，因此它的正常工作状态接近于短路；（3）它在运行中不允许二次侧开路。如果二次侧开路，则二次电流值为零，这时电流互感器的一次电流全部用来励磁，铁芯中的磁通密度将会大幅度增加，从而引起铁芯中的有功损耗增大、铁芯过热，最终导致电流互感器损坏。同时由于铁芯磁通密度剧烈增加，故互感器的二次绕组中的感应电压峰值可达到数千伏之高[1]。如此高的电压必将对设备绝缘和运行人员的安全都造成危险。为了有效防止电流互感器的二次侧开路，对运行中的电流互感器，当需要拆开所连接的仪表和继电器时，必须先短接其二次绕组，进行泄放电。上述电磁式电流互感器的特点表明：传统式电流互感器绝缘结构复杂、尺寸大、运行成本高、造价高，最重要的是测量准确度无法保证。因此，研究新型的数字全光纤式电流互感器以取代传统电磁式电流互感器已成为社会发展的一个必然趋势，所研究的系统是基于法拉第效应偏振态调制的全光纤电流检测系统，采用的传感元件为保偏光纤制作的电流传感头。1全光纤电流互感器系统原理目前光纤系统主要选用半导体光源，其主要原因是：半导体光源的发光波长在光纤的低损耗窗口中传输，电流注入发光可以进行强度调制；光源体积小，发光面积可以与光纤纤芯匹配，从而提高光源与光纤的耦合效率；可靠性高，高温下可以连续工作；响应速度快，光束的相干性好，适合于高速率、大容量的光纤系统；具有结构紧凑、重量轻、使用方便、工作寿命长，单色性好等优点。全光纤电流互感器是基于法拉第效应偏振态调制的原理来实现对电流的测量的[2]，系统结构框图如图1所示。工作时光源发出的光经过耦合器后由光纤偏振器起偏，起偏之后进入图1全光纤电流互感器的系统框图
Fig.1The system block diagram of the
allfiber current transformer传感光纤即保偏光纤之中。保偏光纤缠绕在通过大电流的导线周围，由于传输中的大电流产生磁场，以及保偏光纤中的法拉第磁光效应偏振态调制作用，偏振光的偏振态发生改变，携带偏振态信息的偏振光经过检偏器之后，进入光电探测器。光电探测器接收到的是电流信号，需要再通过转换电路转换成电压信号，鉴于光电探测器接收到的信号只有微安数量级，所以还必须进行信号放大与电路调理，最终经过比例因子转换得到光纤电流互感器的电流信息。2全光纤电流互感器系统建模对利用保偏光纤作为大电流传感头的全光纤电流检测系统进行琼斯矩阵分析[3]，可以得到：E=J′AJ′FEin（1）假设检偏器与实验室坐标系的夹角为γ，则检偏器渥拉斯顿棱镜的Jones矩阵为：J′A=cosγsinγ
全数字张力控制系统 篇4
铝电解是电解槽通以大电流将氧化铝粉电解成金属铝的高耗能生产过程。近几年来, 国内铝电解行业为了适应市场经济的需求, 正向高产量、大电流、大功率方向发展, 开发大容量的铝电解槽是当今国内铝电解行业的主导方向。
整流技术及设备与大型预焙电解槽控制、超浓相输送技术并称为铝电解工业的3大核心技术。铝电解工艺生产制度要求采用恒电流供电, 这样可以提高电流效率, 降低吨电耗, 延长电解槽运行寿命, 具有显著的经济效益, 所以整流电源是电解铝厂的核心装置, 其整流效率、稳流精度和供电可靠性直接关系到铝电解的原铝综合电耗。
据业界公认的看法, 以下两个方面是电解铝节能降耗的的主要途径:
(1) 采用微机控制铝电解生产过程, 节能降耗。针对电解槽控机而言, 实现智能化模糊控制, 保证电流平稳, 控制阳极效应的发生频率, 起到节能降耗的目的。
(2) 铝电解整流机组的经济运行, 节能降耗。针对整流控制而言, 保证整流机组合理化运行, 减少损耗, 控制电流输出平稳, 提高整流效率。
在电解槽控制方面, 目前长沙业翔、中铝郑州研究院等厂家及机构相继开发出成熟的电解槽模糊控制系统, 现场运行效果也较为理想。而在整流控制方面, 相比较而言, 引进国外设备价格过高, 国内设备采用的整流技术较为落后, 尚无成熟的产品。
1铝电解行业电源特点及现状
1.1铝电解行业电源要求
平稳、精确的电流强度是铝电解生产线工艺的要求。当今的电解铝生产线追求高的电流效率, 已远远不满足于只要有足够的直流电能就能粗放地生产, 而是每台槽都设有智能槽控箱, 并由该控制箱的单板机控制该槽的电解生产工艺参数, 诸如加料、升抬阳极、控制铝水平、控制氧化铝浓度、槽温等精细的受控因素。电解槽内的温度近1 000 ℃, 电解槽工况的一次测量仪表至今尚未成熟, 槽况的各项参数都是以通过该槽的电流强度和在该槽上形成的电压为基础再用数学模型间接得到的, 在此基础上再调节控制, 追求好的电流效率和低的能耗指标, 而平稳的精确的电流控制无疑是槽控的基础和保证。
整流控制技术作为铝电解工业3大技术核心之一, 电流的平稳输出直接影响着铝电解的工艺指标, 电流稳定导致吨铝电耗的变化同样影响着铝电解的经济指标, 其重要性不言而喻。
1.2国内整流电源的发展
国内整流电源的发展见表1。
2自动稳流的节能原理
由于铝电解槽的阳极效应及供电系统的电压波动, 引起电解系列电流不同程度的波动, 而电流波动主要在以下几个方面影响铝电解的生产。
2.1系列电流波动导致电流效率下降
系列电流波动对槽电压及电流效率有直接影响, 电解槽内阴极金属液面由于电磁力的作用被歪斜了, 在电解槽的中心部分, 由于垂直电流与固有磁场的相互作用产生的收缩力使金属突起。而使金属镜面倾斜和隆起的力与系列电流的平方成正比, 金属镜面的最大突起部分的摆动振幅决定于系列电流的波动值和初始 (额定) 倾斜值。要消除金属镜面的摆动, 必须使系列电流完全稳定。
在系列电流无稳流装置时, 金属液面的摆幅增大, 电解槽不能工作在设定的理想极距下, 而是加大阴阳极间不致短路的最小极距, 由此导致槽平均电压约增加2%, 于是增大了电解槽的功率。在这样的电流下电解槽的热平衡使电解质保持在较高的温度, 从而使电流效率降低, 一般下降2%～2.5%。
2.2系列电流波动导致电能单耗增加
根据法拉第定律, 单位时间内的铝产量与其槽电流平均值成正比, 而回路内的电能损耗是与回路内的电流有效值成比例。当电流波动时, 回路电流有效值总是大于平均值, 只有当电流波动值为零时, 电流的有效值才等于电流的平均值。所以电流波动使电能损耗增加, 这一消耗导致吨铝电耗的增加。
据前苏联动力工业研究所测试调查得出的结论, 没有自动稳流装置, 铝厂的年电能消耗将增加3%。
2.3系列电流波动导致阳极效应频率增大
在没有自动稳流装置的系统中, 系列电流的波动将导致同时产生多个阳极效应的概率增大, 从而使电流波动幅度增大, 进而又会提高阳极效应的频率。阳极效应发生时, 槽电压升高导致阳极电流密度增大, 致使槽温迅速升高。一般而言, 温度每升高10 ℃, 电流效率降低1%, 而且效应发生使得铝在电解质中的二次反应加剧, 严重降低电流效率。
另外, 电流波动时由于集肤效应而使电解槽内电流分布不均, 导致阳极各部分消耗不同, 出现底掌不平, 甚至造成阳极局部脱落;同时电流波动过大也使得计算机的采样误差增加, 影响槽控机的控制精度。
由此可见, 铝电解整流控制系统中, 设置自动稳流装置是非常必要的, 采用自动稳流装置对于改善铝电解生产指标、降低电耗具有重要意义。晶闸管整流装置配以自动稳流控制是当前铝厂供电整流的最佳方案。
3大屯铝业全数字整流控制系统构成
3.1全数字整流控制系统构成
江苏大屯铝业全数字整流控制系统 (图1) 是由江苏大屯铝业有限公司与中国矿业大学共同研制开发的, 是国内第一家自主开发的基于SIMADYN D技术的铝电解整流控制系统。
全数字整流控制系统具备大容量可控硅变流装置所需的电流调节、闭环控制与整流机组保护功能。同江西九江整流器厂生产的KES-2×43 KA/780 V大容量变流装置整流柜配套, 在江苏大屯铝业有限公司230 kA整流机组研制成功并投入使用。
该系统由1台总控柜、4台控制柜及1套工业控制计算机组成, 总控柜可以采用Profibus-DP、MPI、RS232C等通讯协议与外部设备进行通讯, 控制柜能够对各自的整流机组进行继电保护和稳流, 总控柜与控制柜之间采用现场总线方式进行通讯来传递数据, 实现信息共享与自动化。主控制室设一台上位机, 采用WinCC构建整流系统过程可视化监测平台。
江苏大屯铝业全数字整流控制系统由3部分组成:
第一部分为稳流控制系统。
稳流控制系统采用SIEMENS SIMADYN D作为控制核心, 实现电流给定和晶闸管闭环控制功能。稳流控制系统也是整套全数字整流控制系统的核心和技术关键点。
第二部分为继电保护系统。
采用SIEMENS SIMATIC系统S7-300可编程序控制器和TP170A人机界面, 实现整流柜继电保护、故障报警、电流分配、MR开关调档及状态显示等任务。
第三部分为可视化监测系统。
采用SIEMENS WinCC6.0构建上位机组态系统, 实现整流柜系统的过程可视化监测及报警系统。
3个系统之间采用SIEMENS开放式总线, 5台S7-300之间采用Profibus-DP总线, SIMADYN D与S7-300之间采用PTP通讯协议, S7-300、TP170A与PC采用MPI通讯协议。由此建立了基于SIEMENS的分布式结构系统。
3.2控制系统数学模型及原理
全数字整流控制系统电流调节原理如图2所示。从中可以看出系统包括电流给定部分、给定积分部分、电流调节部分、同步信号部分、脉冲发生部分、脉冲放大部分、降压变压器部分、整流变压器部分、整流器部分、电流测量部分、测量信号滤波部分及负载等组成。
根据图2, 可以建立整流控制系统的动态模型, 即对于上述各个部分进行分析, 确定每一部分在系统中的作用与地位, 运用数学工具分析几个主要组成部分输入输出之间的函数关系。
电流调节系统的动态结构图如图3所示。从该结构图中可以看出, 系统包括电流给定、给定积分器、电流调节器、可控硅整流器、阳极效应等扰动电压、负载 (电解槽) 、电流测量与滤波等主要部分的数学模型。
在图3中, 各个参数的含义如下:
Ig为给定电流, τi为电流调节器时间常数, τs为可控硅失效时间常数, τR为电解槽系列等效时间常数, τoi为电流反馈滤波时间常数, Ki为电流调节器比例常数, Ks为可控硅整流器放大系数, R为铝电解槽系列等效电阻, Id为整流装置输出电流值, Ud为整流装置输出电压值, ΔUd为阳极效应等扰动电压值, α为电流反馈系数。
3.3SIMADYN D稳流单元功能设计
SIMADYN D全数字控制系统于20世纪90年代中期进入中国, 成功应用到铁矿、金矿、铜矿和煤矿的直、交流传动系统上, 且性能很好。江苏大屯铝业有限公司审时度势, 以科技创新为主导思想, 并对“是否可以将先进的SIMADYN D系统运用到铝电解整流控制系统”进行了多次调研和可行性论证。
一般来说, 电解铝整流控制系统的功能要达到:当电解工艺发生效应时, 控制系统要迅速使整流器输出的电流增加到期望值以满足实际的需要, 即控制系统的反应速度要快。调速系统所用的电源是时变的, 对控制系统的快速性要求也很高, 而具有多CPU控制、实时、多任务并行处理功能的SIMADYN D控制器正是针对控制领域的快速开闭环控制及变流器控制而开发的。因此, 将SIMADYN D全数字控制器应用到电解铝整流控制系统中, 从控制的角度来讲是没有问题的。
SIMADYN D控制系统的硬件和软件完全采用模块化设计, 可以根据控制任务的大小任意配置系统的硬件和软件。如图4所示, 为大屯铝业SIMADYN D控制系统的硬件配置结构图。该系统由PM5、ITDC、MM3、CS7、SS4、SS52、SE20.2组成。
大屯铝业整流系统采用有载调压整流变压器及大功率晶闸管整流机组, 将220 kV的电网电压通过整流变压器及MR有载调压开关降到与系列电压相应的交流电压, 再通过三相桥式晶闸管整流器变为可在一定范围内调节的直流电压。
整流控制系统中的SIMADYN D控制器实现其电流闭环调节功能, 通过对晶闸管导通角的控制, 实现输出直流电压的快速变化, 由于取消了机械传动的调压系统, 而改用SIMADYN D微处理器电路及其专业变流功能程序控制调节, 其动态响应速度仅为几ms, 因而任何外部的电网波动、阳极效应等的扰动所引起的系统电流变化, 均可通过SIMADYN D迅速调节输出电压而保持系列电流的稳定, 其稳流精度可达1‰。系列电流曲线几乎呈一条水平直线。
在控制方式上, 由于SIMADYN D控制及晶闸管自身极其快速的调节和关断作用, 辅之逻辑控制的应用程序, 当并联运行的4台整流机组中的任意1台因人工或事故跳闸时, 整流控制系统可自动迅速的将总电流分摊到其他的3台机组上, 维持系统总电流不变, 保证了电流的输出平稳。
此外, 晶闸管整流装置在发生故障时, SIMADYN D控制器在10 ms内快速自动将该柜的脉冲封掉, 即将输出电流降到0, 从而使断路器实现无载分闸, 这将极大地降低断路器的维护工作量, 同时也保证了变压器的使用寿命。
3.4全数字控制系统的科研价值
全数字控制系统具有稳流精度高、响应速度快、控制方式灵活多样、可靠性、维修量小、技术经济性价比高等特点。
就整流器而言, 晶闸管整流器显然贵于二极管整流器, 但就整个整流系统而言, 由于SIMADYN D的调节范围大, 在有载调压方案上采用35级调压, 大幅减少了整流变压器的造价。而二极管稳流方案中配上饱和电抗器, 价格昂贵。因饱和电抗器调压范围所限, 方案需采用79级调压, 因此需要配置相应79级MR开关, 其造价比35级有大幅攀升。根据引进询价了解, 采用晶闸管稳流方案的整流系统造价比同规格二极管稳流方案减少5%左右。而运行期间, 晶闸管稳流方案的节能、低维修量的优点可获得更大的长期利益。
大屯铝业铝电解整流控制系统在技术上实现了三项重大突破:
(1) 真正意义上的全数字整流控制
将先进的SIMADYN D全数字控制系统首次开发运用到铝电解大电流整流系统上, 并取得了成功, 实现了真正意义上的全数字整流控制。
(2) 独特的阳极效应处理方式
摒弃了阳极效应发生时频繁调节MR有载开关的控制方式, 通过SIMADYN D全数字控制系统快速的闭环调节功能实现系列电流实时自动分配, 有效地解决了阳极效应电压短时升高对整流变压器的要求, 保证了电流的平稳输出。
(3) 先进完善的SIMENES集成架构
整流控制系统从核心的SIMADYN D稳流控制系统、S7-300可编程序控制器和TP170A人机界面构成继电保护系统, WinCC6.0构建上位机组态系统, 3个系统之间采用SIEMENS开放式总线, 通过Profibus-DP、MPI等通讯协议。构建了基于SIEMENS的分布式结构系统。
这三大技术突破和特点也使得大屯铝业全数字整流控制系统成为铝电解整流控制领域一个划时代的产品。
4整流控制系统的应用及节能效果
目前大屯铝业全数字整流控制系统已运行2年多, 系统运行状况良好, 整流效率达到行业先进水平, 稳流效果显著。
大屯铝业电解铝全数字稳流控制系统凭借晶闸管μs级的响应速度和SIMADYN D 1‰的稳流精度, 极大程度的保证了电流的平稳, 改善了电解生产指标, 有效地降低了吨铝电耗。
4.1降低吨铝电耗减少成本
系统投入后, 电流波动减小, 电流平稳, 电解槽工作在理想极距下, 从而电流效率提高约2%。
按设计产能电解槽178台, 年产铝10.6万t, 吨铝直流电耗13 600 kW/h计算:
每年可节电 (10.6万t/年产能)
13 600×2%×10.6×104=2 883.2×104 kW/h
4.2降低阳极效应减少损失
全数字整流控制系统投入后, 系列电流波动减小, 电流平稳, 阳极效应发生的概率随之减小。
同时SIMADYN D系统在处理阳极效应上的独特控制方式 (不依赖于MR调压开关而是通过SIMADYN D控制系统的电流闭环调节) , 从而有效避免阳极效应发生时冲击电流造成的电能损耗, 根据冲击电流计算公式:
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式中 Idcx为无效应时的系列电流值;NX为电解系列同时发生阳极效应的个数;ΔuCX为一个阳极效应电压值, 取30 V;NXC为系列生产总槽数;uP为一个电解槽的平均电压, 取4.3 V;EF为电解槽分解电压 (反电势) , 取1.25 V。
在178台电解槽, 10万t/年产能情况下, 178台电解槽运行时一个效应冲击电流为
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按系统正常运行时阳极效应系数平均为0.3, 效应5 min计算, 每天降电流时间为
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每天可节省电耗 (10.6万t/年产能)
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综上所述, 全数字整流控制系统的设备投资较少, 按10.6万t/年产能计。每年降低电耗4 638.9×104 kW/h, 节能效果显著, 经济效益可观。
5结束语
江苏大屯铝业铝电解全数字整流控制系统, 是国内第一家自主开发的基于SIMADYN D技术的铝电解整流控制系统, 这一成果使铝电解整流控制水平达到一个新的高度, 也标志着铝电解整流控制技术上进入一个新的阶段。
全数字整流控制系统具备大容量晶闸管变流装置所需的电流调节、闭环控制与整流机组保护功能。控制系统采用SIMADYN D作为控制核心, 使得系统的稳定精度、控制范围及反应速度达到质的飞跃;独特的阳极效应处理方式颠覆了传统的MR开关调节, 使得系统更加节能、稳定和可靠;完善的SIEMENS集成架构, 从可编程控制器、变流控制系统、人机界面到过程可视化系统, 形成了基于SIEMENS架构的产品线, 有效地保证了系统的完整性、兼容性、先进性及可靠性。
全数字整流控制系统于2004年10月在江苏大屯铝业投用至今, 安全稳定运行, 控制系统未出现一次事故, 说明了系统的稳定性和可行性。电解槽整流效率达到行业先进水平。节能效果显著, 经济效益可观, 极具推广价值。
摘要：介绍了电解铝整流技术的原理, 大屯铝业全数字整流控制系统的集成架构及其硬件、软件组成, 功能设置及控制原理;介绍了稳流控制系统、集成控制系统、可视化监测系统的构成及功能, 以及作为行业创新成果在实践中应用的显著效果及取得的可观效益。
关键词：控制系统,稳流,全数字控制,阳极效应,SIMADYND
参考文献
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全数字乳腺X线摄影质量控制 篇5
随着生活水平的提高和饮食结构及环境因素的变化, 乳腺CA发病率呈逐年上升且明显年轻化趋势, 位列女性恶性肿瘤第2位, 个别城市已跃居首位[1], 被称为红颜杀手, 是中国妇女主要死亡原因之一。而乳腺钼靶对微小钙化的高敏感性使其成为当今乳腺CA筛查的首选[2,3]。高质量的乳腺摄影图像对早发现、早诊断有重要意义, 能明显提高患者的生存率及生存质量本文通过对1 607例乳腺摄影图像质量的分析总结, 规范操作, 优化体位, 进行严格的质量控制, 有效降低了漏诊误诊率。
1 资料与方法
本组1 607例受检者, 年龄15~91岁, 男性14例, 使用意大利GIOTTO数字乳腺机, 采用双侧乳腺头尾 (CC) 位和内外斜 (MLO) 位。必要时采用乳沟位、点压放大位、侧位等附加体位。根据美国放射学院 (ACR) 乳腺摄影质量保证委员会制定的乳腺摄影质量标准法规 (mammography quality standards act MQST) 标准[4], 由2位资深乳腺诊断医师在同一乳腺钼靶工作站独立观察评分。
2 结果
1 607例受检者中, 甲级片占95.83%, 非甲级片 (67例占4.17%, 废片率为0, 32例通过附加体位提高了检出率。非甲级片产生的原因有:肩部软组织、下巴、对侧乳房、手指遮挡18例 (26.86%) ;有皮肤皱褶13例 (19.40%) , 3例合并肩部软组织影;乳头未呈切线位7例 (10.44%) ;CC位未完整显示内侧缘或MLO位外侧腺体组织显示不充分20例 (29.85%) ;病变靠胸壁和腋下肿物遗漏12例 (17.91%) 。前三者通过重拍基本能较好改正, 后二者通过附加体位明显提高了检出率。使用附加体位效果比较结果见表1。
例
注:其中有6例同时使用2种附加体位, 3例同时使用3种附加体位
从表1中可以看出, 32例使用附加体位的受检者结合病史、触诊合理选择某种附加体位后成功显示病灶的有26例 (81.25%) , 其中23例仅用一种附加体位, 3例为多角度观察病灶, 选用2种体位, 2种体位均显示病灶。6例 (18.75%) 附加体位效果欠佳的受检者包括3例病灶紧贴胸壁, 位置偏高S+M位有遗漏;1例乳腺内侧深部纵形肿块CV位病灶未完全显示;2例病灶较小且偏胸外侧壁, 活动度较大, ML/LM位未能完全压迫到。该6例单一附加体位失败, 改用其他1~2种附加体位后, 除乳腺内侧深部纵形肿块仍未得到良好显示外均得到弥补。附加体位总满意率达96.87%, 为临床提供了更可靠的诊断依据。
3 讨论
尽管数字乳腺摄影选用全自动曝光获取图像, 几乎杜绝了因曝光条件不适宜而产生的废片, 但要获得高质量、符合诊断要求的影像, 还是离不开精心的体位设计和摆位技巧[5]。因此, 我们针对影响图像质量的原因进行了分析, 采取应对措施进行严格的质量控制。
3.1 拍摄体位与影像质量
拍摄CC位时, 技师站立于受检者受检侧乳房内侧, 嘱其肩部放松, 用双手牵拉法将乳腺组织远离胸壁置于采集板探测器中心, 乳头呈轴位后调节压迫器, 同时拉出外侧皮肤皱褶。拍摄MLO位时, 采集板与水平面呈30~60°平行同侧胸大肌, 成像侧肩部放松肱骨内旋, 置于托盘拐角处, 技师位于受检者内侧, 运用向上向外组合手法, 使乳腺组织离开胸壁, 乳头呈轴位后, 调节压迫器, 同时拉出腹壁下的皮肤皱褶。
本组资料中由于摆位造成非甲级片的原因分析如下:
(1) 乳头因采集板高度不适宜, 造成上翘 (采集板高度太低, 需上抬采集板) 、下垂 (与前相反) 或与组织重叠。MLO位上多见的乳头与腺体重叠多伴有乳腺后部内侧的遗漏, 此时要使胸壁后外侧缘与采集板之间无缝隙, 压迫板经过胸骨后, 向内旋转受检者身体, 使患者正对机架。
(2) CC位乳腺内侧缘显示不充分, 乳房后脂肪间隙未充分显示, 是因被检者内侧胸壁未充分与采集板紧密接触所致;同时, 乳腺牵拉不够, 应运用双合手法将乳腺组织尽量向前牵拉。
(3) MLO位因采集板高度太低或胸大肌太紧张引起前份胸大肌显示过少, 边缘凹陷, 呈三角形或与胶片平行, 腋下组织包括较少, 腋窝淋巴结遗漏;显示过多是因为采集板位置太高, 常伴有乳腺下垂、下部腺体组织遗漏, 可以通过调节采集板高度和与患者的良好沟通来解决。
(4) 影像上存在项链、头发、膏药、饰品、痣、肩部软组织影、下巴、对侧乳房影、手指、皮肤皱褶等伪影, 这要求我们在检查前仔细观察, 去除体表的异物, 有痣的要在申请单上做好标志, 并与医师及时沟通。检查过程中要与患者良好地互动, 说明配合内容, 解释压迫制动的重要性, 争取最短时间内曝光, 须摆位细致, 去除一切产生伪影的可能因素。
3.2 乳腺压迫与影像质量
乳腺摄影的剂量随乳腺厚度的增加而增加[6]。要正确地压迫, 降低乳腺厚度, 减少乳腺与采集板的距离, 有效固定乳腺, 减少运动模糊, 避免乳腺组织重叠, 使组织曝光更加均匀, 减少曝光剂量, 提高分辨率和对比度。2007年, 国际放射防护委员会将乳腺组织的权重因子由原来的0.05提升到0.12[7]。如何在低剂量辐射水平下获得高质量影像压迫显得尤为重要。有资料显示, 在患者可以承受的范围内, 压迫器每下压1 cm, 剂量下降14%, 对比度增加7%[8]。而对于一些痛阈过低、紧张、胸大肌较厚或有创伤临床急需检查者, 可在告知压迫必要性后对不能加大压力者采取制动后屏气曝光。
3.3 附加体位与影像质量
(1) 点压 (S) 位是较常用的附加体位。当临床体征阳性, 而钼靶检查阴性时, 可以通过定点压迫进一步提高乳腺组织的分离程度, 使兴趣区域内正常与异常组织结构区分。点压摄影位置灵活多变, 轴、侧、斜均可。有文献报道, 点压摄片的诊断准确率 (86.76%) 高于常规摄影 (63.24%) , 漏诊误诊率 (4.41%) 低于常规摄影 (14.70%) [9]。从中不难看出, 点压是一种良好的检查手段。
(2) 点压放大 (S+M) 位:由点压摄影结合小焦点放大摄影, 提高了乳腺细节的分辨率, 对病变的边缘和其他结构特征是否存在钙化, 钙化的数目、形态、分布能更清晰地显示, 可以发现常规体位不易发现的病变, 但受检者曝光时间相对较长, 大大提高了辐射剂量。
(3) 90°侧 (ML/LM) 位:在常规体位中, 仅一个体位上有异常时需要通过加摄90°侧位区分病变是否真实存在, 确定是伪影、组织重叠影还是病变, 并与标准体位结合呈三角形确定病变位置。如果90°侧位病变位置相对乳头位置上升或比MLO位高, 则病变位于乳腺内侧;位置无明显改变则位于中间;如果90°侧位病变位置相对乳头位置下降或比MLO位低, 则病变位于乳腺外侧。90°侧位是最常用的附加体位。
(4) 乳沟 (CV) 位:对于乳腺内侧深部的病变, 常规体位容易造成漏诊。这时需加摄乳沟位, 同时压迫双侧乳房内侧缘, 位于采集板中间位置的是乳沟, 要注意用手动曝光。
(5) 切线 (TAN) 位:致密型乳腺或丰富腺体遮盖中的肿块由于病灶密度与周围组织相仿, 若缺乏其他伴随症状时, 病灶难以观察, 切线位正好可以解决此问题。拍摄时, 要尽量将病变位置旋转到组织最薄、遮挡最少的地方, 在皮下脂肪的衬托下, 可以清晰显示肿块的形态、边缘、密度、有无钙化, 有利于判断肿块性质。
(6) 夸大头尾 (XCCC) 位:对于乳腺组织偏外侧病灶触诊阳性, 常规CC位阴性或显示不完全者, XCCC位可显示大部分腋尾部乳腺外侧深部的病变。
(7) 腋尾 (AT) 位:对于腋下肿物触诊阳性, 常规MLO位未显示或显示不完全, 或乳内已明确有肿物, 观察腋尾部、腋窝淋巴结有无转移是一个重要补充位置。
附加体位并非固定单一存在, 如AT+S、TAN+M、ML/LM+TAN、CV+LM等, 应根据实际情况灵活应用。
3.4 其他因素与影像质量
(1) 由于乳腺密度随月经周期雌激素水平的不同而产生变化, 经后一周激素水平降至较低水平, 此时受检者乳房受激素影响较少, 一方面, 乳腺密度明显减低, 另一方面, 受检者对压迫的承受能力进一步加强, 可以使组织结构充分展开, 减少漏诊、误诊。
(2) 技师与受检者的良好沟通会直接影响影像质量。检查前须向受检者说明检查方法, 解释压迫会引起的不适、每次压迫的时间, 告知压迫的重要性和必要性, 缓解受检者的紧张情绪, 取得受检者的积极配合, 降低加压困难。
(3) 平板探测器是数字乳腺机的重要组成部分, 对环境要求很高。为了延长平板探测器的使用寿命和稳定性, 宜把机房温度限定在20~30℃, 湿度控制在30%~70%, 并做好每日的一级护理, 每年请有资质的机构对乳腺机做一次性能检测, 保证乳腺设备性能的良好, 以获得高质量的影像。
4 结语
高质量的乳腺摄影照片可以有效提高乳腺CA的检出率, 大大提高乳腺CA的生存率和生存质量。因此, 在摄影过程中要重视每一个环节, 规范投照体位, 正确乳房施压, 选择合理的附加体位, 与患者进行良好的沟通, 保持优质的维护保养, 有效避免非甲级片率的产生, 更好地为患者健康服务。
摘要：目的:通过对乳腺摄影图像质量的分析总结, 规范操作方法, 优化图像质量。方法:分析1 607例受检者全数字化乳腺摄影常规和附加体位影像的图像质量, 并对投照技术要点进行相关总结分析。结果:1 607例受检者中, 甲级片占95.83%, 非甲级片占4.17%。非甲级片大部分重拍可改正, 32例病变通过胸壁和腋下附加体位得以弥补。结论:优化体位设计, 必要时附加体位, 可提供高质量的图像, 提高乳腺疾病诊断的准确性, 降低漏诊率。
关键词：乳腺X线摄影,质量控制,数字化
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全数字张力控制系统 篇6
关键词：全空域,测控系统,射频采样,数字多波束形成
0 引言
随着航空航天事业的飞速发展,将逐步建成无人机网络、卫星导航系统和卫星星座网络,这给地面测控系统提出了更高的要求。全空域多目标测控技术是目前测控领域面临的一个重要课题,也是地面测控系统面临的新挑战。目前全空域相控阵测控系统的建设已提上日程,而波束形成技术作为全空域相控阵测控系统的关键技术,其形成方式及算法的设计尤为重要。相位控制可采用模拟方式( 在射频端采用微波移相器) 实现或采用数字波束形成( DBF) 方法实现。而采用数字波束形成方式,亦有一次变频和超外差方式之分。同其他波束形成方式相比,基于软件无线电的数字多波束形成技术在全空域多目标测控系统中具有独特的优势,值得深入研究。本文在分析全空域测控系统对波束形成设备需求的基础上,提出了基于射频采样的波束形成模块实现方案,并对共形球面阵的波束形成技术进行了分析及验证。和现有的波束形成方式相比,提出的实现方法简化了硬件设计,集成度高,幅相一致性好且多波束形成灵活。
1 全空域相控阵测控系统
全空域相控阵测控系统目前多采用球面共形阵进行分析[1],其优点是对于目标跟踪可平滑过渡,相位中心唯一,球面扫描增益一致; 但其缺点是阵面复杂,对于装配工艺、测试、维护及波束形成算法均提出了挑战。因此需要对球面阵波束形成方式及算法进行研究。以美国空军正在实施的网格球顶相控阵( GDPAA) 系统为例[2],该系统要求EIRP大于104 d Bm,而G / T值大于12 d B / K,能对中高轨及静止轨道卫星进行测控通信。其阵面采用多个五边形阵和六边形阵拼成一个整体上的球面,而每个多边形阵由若干子阵面组成,每个子阵面又由若干阵元所构成。最终用到的阵元数为60 300 个,其后的波束形成模块,包括信道设备、数据采集传输及波束形成算法极其复杂。
由上述分析可见,全空域相控阵测控系统如图1所示,采用球面共形布阵,阵元数极多,因此要求波束形成模块尽可能简单,以减少成本和空间,降低系统建设和维护的复杂度。
2 基于软件无线电的接收前端分析
由于受模数转换器件性能( 主要指采样位数、采样率及输入带宽等) 的限制,接收机体制主要有2 种[3]: 超外差和直接变频体制。其主要区别在于将信号下变频到基带的级数不同: 直接变频只用1 级,而超外差体制则采用2 级以上。下变频次数的增加虽然使接收机的复杂性也相应增加,而直接变频接收机也面临一些技术问题,所以现有的接收机大部分为超外差体制。但是随着器件的发展,使直接射频采样成为可能,即真正意义的软件无线电接收机具有了一定的可实现性。因此本文提出基于直接射频采样的接收机体制。由于超外差及直接变频体制原理在现有文献中已有详述,本文不再赘述。本节仅对直接射频采样体制的原理及其实现方式进行讨论分析。
直接射频体制接收机原理如图2 所示。天线接收信号经低噪声放大器( LNA) 提供合适的射频增益,其输出信号经过预选滤波器滤波后,输出需要频带的信号。滤波器的输出信号用频率为fs1的脉冲进行采样保持,然后通过连续时间插值滤波器进行二次抗混叠滤波,此时得到奈奎斯特带宽内信号,采用常规的AD芯片即可对该信号进行量化。这种直接射频采样的特点是模数转换分2 步进行[4]: ① 对射频信号进行带通滤波和无量化采样; ② 经过连续时间低通或带通滤波器滤波后,得到中频( 或零中频) 信号,然后用常规ADC进行量化。通过把采样和量化分开在不同的阶段实现,降低了对ADC的射频输入带宽、时钟抖动和采样率的要求。
这种体制的优点是: ① 消除了常规超外差接收机中因使用模拟混频器和本地振荡器而带来的增益起伏和噪声; ② 简化了硬件设计,使接收机可集成在单片微波集成电路上; ③ 消除了模拟失真和混频器非线性失真; ④ 可重配置,通过软件定义可灵活完成空时域滤波等功能,即真正意义的软件定义无线电功能。下面对该体制原理进行分析。
设采样脉冲信号为:
式中,; fs1为采样脉冲频率。式( 1) 的频域表示为:
式中,ωs1= 2πfs1。设场放输出信号为x( t) ,抗混叠滤波传递函数为h( t) ,采样后二次抗混叠滤波传递函数为f( t) ,则滤波后输出为:
其频域表示为:
将式( 2) 代入式( 4) ,得
式中,,Tk=P(kHωs1)/(2π),而XBL(ω)、XBR(ω)定义如下:
3 直接射频采样实现方案
由第2 节的分析可见,直接射频采样体制接收架构最简单,易于将相控阵接收组件集成化、小型化。因此下面讨论如何实现该种体制应用于数字波束形成的接收组件。
利用现有的芯片,可实现基于上述直接射频采样接收体制的数字波束形成接收组件。直接射频采样具体实现可分为T/H + AD结构和单射频AD芯片结构。以目前的芯片水平,采用T/H + AD结构可达Ku频段,如HMC5640 芯片,其射频输入带宽为18 GHz,最大采样率4 Gs/s,输入Vpp为1 V,其时钟抖动小于70 fs[5]。而单射频AD芯片可支持射频输入带宽至S频段。由于篇幅关系,此处仅对单芯片结构进行介绍。
单芯片采样原理仍如图2 所示,只是将采样保持与量化功能集成在一个单片微波集成电路上。如e2v公司的EV10AQ190 系列、TI的ADS54RF63 及ADC12D800RF等。以EV10AQ190 芯片为例,主要关注性能指标[6]如射频输入带宽( 3 d B) 为5 GHz、有效位数7. 7 位( 输入2. 3 GHz) 、时钟抖动120 fs等。由上述指标可见该芯片支持对统一S频段测控系统的直接射频采样。在射频直接输入时,其模数转换有效位数可达8 位左右。
4 球面共形阵数字波束形成
4. 1 架构设计
现有的测控系统,多采用射频移相器和数字波束形成相结合的方式[7]: 在射频端利用移相器实现子阵波束合成,然后采用超外差接收技术下变频到中频( 如在某测控频段系统中常采用2 级下变频到70 M中频) 。最后在中频进行AD采样并实现子阵间的数字波束形成。这种架构满足当前仅对某一部分空域进行单目标或少目标测控的需求: 由于覆盖空域小可采用平面相控阵,所需阵元少,布阵空间较充裕。因此可采用超外差接收体制的相控阵,该体制降低了AD采样的要求,但提高了信道的复杂度,而且采用射频移相精度受限。这降低了波束指向精度、导致旁瓣升高,并且不利于多目标多波束形成。
采用直接射频采样接收体制实现的数字波束形成架构如图3 所示。采用这种架构有如下优点:① 省去了下变频链路,简化了结构,可实现小型化;② 形成灵活的可扩展模块,可扩展为行波束形成、列波束形成、子阵波束形成及阵面波束形成等模块;③ 采用数字化,可灵活形成多波束; ④ 容易形成零陷,抗干扰性强。
4. 2 波束形成算法分析
阵元在球面上均匀分布,如图4 所示( 图中仅画出第n环)[8]。
其中第m个阵元坐标为( xmn,ymn,zmn) ,
式中,R为球体半径; Rn为第n环半径; N为n环上阵元个数,与期望的环上阵元间弧线长度dθdesired有关; floor( ) 为向下取整运算; 相邻环间纬线距离相等为dφ,因此ndφ为第n环到球顶的纬线长度;dθ= 2πRn/ N为环上阵元间实际弧线长度,与实际的阵元个数N有关,容易得到dθ≥ dθdesired。共形阵的合成方向图为n环上所有阵元共同作用得到:
式中,λ 为波长; wmn为加权系数; θ 为目标方位角;为俯仰角。共形阵相位补偿因子为:
值得说明的是,以上分析中的坐标( xmn,ymn,zmn) 既可表示阵元的坐标,也可表示第m个子阵模块的坐标。
5 测试结果分析
采用上述直接射频采样数字波束形成技术,实现了DBF处理模块样机。在数字波束形成中,主要关注通道的幅相一致性,因此对该处理模块在不同温度条件下的接收信噪比、幅相一致性进行了测试,测试结果如表1 所示( 其中幅度单位为d B,相位单位为度) 。由表1 可见,在高低温及常温下通道间的幅度差异<0. 5d B,相位差异< 4°,满足应用需求。
对DBF子阵合成的和差方向图测试结果如图5所示,其中图5( a) 为和波束方向图,而图5( b) 为差波束方向图。
由图5 可见,主旁瓣比约13 d B,差零深约33 d B,测试结果与理论相吻合。其原因是采用直接射频采样的数字波束形成技术,阵列幅相误差较小,而且阵列校正精度高。
6 结束语
全空域相控阵测控系统作为下一代地面测控系统的发展趋势,将会得到越来越多的关注。采用直接射频采样技术实现的测控系统数字波束形成处理模块,满足全空域共形阵对多波束形成的需求,实现了设备集成化、小型化。因此基于直接射频采样的数字波束形成技术在全空域测控领域中的应用将会得到越来越多的关注和应用。
参考文献
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黑龙江省电网全数字仿真系统应用 篇7
1 全数字仿真系统介绍
1.1 系统介绍
电力系统全数字仿真装置 (ADPSS) 是由中国电科院研发的基于高性能PC机群的全数字仿真系统[2]。该仿真装置利用机群的多节点结构和本地高速通讯网络, 采用网络并行计算技术对计算任务进行分解, 并对进程实施实时和同步控制, 实现了大规模复杂交直流电力系统机电暂态和电磁暂态的实时和超实时仿真以及外接物理装置试验[3]。
电力系统全数字仿真装置采用通用的软硬件技术平台, 因而具有开放性和可扩展性, 便于软硬件随着技术的发展更新换代, 并获得高性价比。
硬件:主要使用高性能PC机群 (PC-cluster) , 造价低, 扩展性好, 用户如果需要扩展节点, 只需增加节点和变更配置文件即可。
通信网络系统:采用通用局域网连接分离的管理网络和计算网络, 管理网络采用千兆以太网, 计算网络采用高速Myrinet网络或Infiniband网络, 管理网和数据网的分离大大提高了网络可用性, 保障了数据的传输带宽。
系统软件:采用Linux操作系统, 该系统附加费低、稳定可靠、兼容性好、性能优异。
应用软件:核心仿真软件基于电力系统分析综合程序 (PSASP 7.0) , 可信度高。
1.2 平台建设和维护
截止到2012年底, 黑龙江省调直调电厂70座, 总装机容量为18 699.95 MW。其中火电厂24座, 装机容量为14 877 MW;水电厂4座, 装机容量为721.6 MW;风电场42座, 装机容量为3101.35 MW。黑龙江省电网共有500 k V厂站16座, 主变16组, 运行容量为12 166 MVA;220 k V变电所111座, 主变共187台, 运行容量为23 379 MVA。共有500 k V线路34条, 线路总长度为5 032.926 km;220 k V线路298条, 线路总长度为12 296.3 km。2013年省网预计新建投产火电机组7台, 合计容量1800 MW。预计新建、扩建投产风电场14座, 合计容量825.3 MW。输电设备预计新建、改建投产220 k V线路46条, 总长度1711.05 km;变电设备预计新建、更换、扩建220 k V变压器12台, 总变电容量3756 MVA。对此, 根据上述介绍的全数字仿真系统特点及功能, 可在ADPSS中建立黑龙江省电网电厂、变电站、线路数学模型, 然后对其进行数据平台建设和维护。
2 全数字仿真系统的应用
2.1 500 k V兴黑线机电-电磁暂态混合仿真分析
黑河换流站通过500 k V兴黑线与黑龙江电网相连, 是通过阿州-黑河向南输电的唯一一条500 k V输电线路。
采用电力系统全数字仿真装置对兴黑线进行单相重合闸过电压仿真分析。根据计算的需要, 应用机电暂态-电磁暂态混合仿真功能对500 k V兴黑线路进行过电压计算, 电磁暂态网络应包含该线路, 故电磁暂态网络的边界设置为黑群兴群侧DK、黑兴黑线黑侧DK、黑松北500、黑永源500、黑兴福220[4]。这些母线形成的局部电网如图1所示。
在进行电磁暂态计算之前, 采用梯形隐积分迭代法对全网进行机电暂态稳定计算, 将整个黑龙江省电网和目标电网进行分网并行计算。机电暂态计算完成之后, 在机电暂态中划分机电暂态子网和电磁暂态子网进行任务分配, 将黑龙江省电网除电磁暂态外的其他部分划为机电暂态子网, 具体方案如图2所示。之后将机电暂态的计算结果通过机电暂态接口提交到电磁子网中进行电磁暂态计算, 实现机电-电磁暂态混合仿真, 如图3所示[5]。
兴黑线单相重合闸操作过电压仿真结果如表1—表3所示。
从表1—表3可知:
1) 500 k V兴黑线线路故障跳闸时, 兴福侧线路一侧过电压最大值为2.74 p.u., 过电压较严重, 母线侧过电压最大值为1.25 p.u.;黑河侧母线一侧过电压最大值为2.34 p.u., 线路一侧过电压最大值为1.42 p.u.。所以, 线路故障跳闸存在过电压问题。
2) 采用单相重合闸, 若故障为永久性故障, 过电压最大值均小于1.0 p.u.;若故障为瞬时故障, 过电压最大值为1.33 p.u.。故单相重合闸不存在过电压问题。
2.2 风电场35 k V小电流接地系统保护装置选型研究
以马鞍山风电场为研究对象, 分析风电场35 k V小电流接地系统的单相故障特性。风电场装机197.2 MW, 安装39台单机容量为850 k W的维斯塔斯风力发电机组, 193台单机容量为850 k W的歌美飒风力发电机组。场内集电线路共分为16回, 马鞍山以8条架空线路接入场内220 k V升压变电站的35 k VⅠ段母线, 云岭云雾以8条架空与电缆相结合的配网线路接入场内220 k V升压变电站的35 k VⅡ段母线。风电电力经220 k V升压站统一送出, 以一回220 k V出线接入220 k V达连河一次变。
以风电场及电网的基本信息, 建立研究系统的模型, 如图4所示。图4模型中, 35 k V母线零序电压3U0采用ADPSS中自定义模块进行搭建, 3U0取三相电压瞬时值之和, 如图5所示。
本次动模试验是在不投入风机的情况下进行的, 试验假设零序保护安装在9号机群线, 接地选线只针对9号机群线, 35 k V为不接地系统, 9号机群线区内出现故障。所以, 分别在9号机群线被保护线路0%、50%和100%处模拟保护区内U相永久性金属性接地故障, 测试各保护装置性能。
UU、UV、UW为35 k V三相母线电压, UL为母线零序电压, IU、IV、IW分别为9号、10号、14号机群线零序电流。研究对象在三种情况下故障前后的电压、电流如表4所示。各装置的动作情况如表5所示。
试验表明, 当风电场35 k V小电流接地系统发生单相永久故障后, 根据故障位置的不同, 故障相电压会有所不同, 距离被保护线路越近, 故障相电压降越低, 故障相电流波动越剧烈。
通过物理接口箱外接装置进行动模实验, 能够检测出各种继电保护装置动作情况及算法的优缺点:在中性点不接地的小电流接地系统中, CSC-211装置、RCS—9611C装置选线成功率较低, TY-06装置、WXH-822C装置选线成功率较高。该结果可以直接指导实际电网的继电保护配置方案, 以降低风电脱网事故的发生。
注:电压为二次有效值, PT变比为35 k V/100 V, UL为UU、UV、UW相量和的有效值;电流为二次有效值, 三相电流相量和, CT变比为300 A/5 A。
3 结语
通过两个不同类型的试验对黑龙江省电网全数字仿真系统的应用进行了验证, 试验表明采用ADPSS能够对输电线路进行机电-电磁暂态混合仿真和对风电场35 k V小电流接地系统进行准确建模和仿真, 可以外接物理接口箱进行闭环动模试验, 完成继电保护装置的校验。该仿真系统的建设对提升黑龙江省电网仿真试验和分析研究能力, 拓展黑龙江电网业务具有重要的意义。
参考文献
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全数字化大学校区安防监控系统 篇8
随着我国教育事业的发展,学校的规模不断扩大,学生高密度集中,校区开放程度和后勤服务社会化程度越来越高。如何做好各校区安全保卫工作和处理突发性、群体性事件,减少校园暴力,对学校进行有效的安全防护成为百姓关注的重点。
近年来,学校在人防和物防方面不断加大投入,如增加校卫,由学生组织校卫队,加高围墙,在学生宿舍的窗户上安装钢筋护栏等。这些措施产生了一定的效果,但也存在一些弊端,如校卫队带来持续的支出,宿舍安装钢筋护栏不符合消防要求。因此应该在技术上,建立技术防范监控系统,在各校区的重点部位、人群集中聚集场所安装监控点,实行人防、技防、物防结合的防控体系,可以增强安全系数,减少日常投入,把治安案件控制在最低限度。
2 系统总体设计
2.1 系统分析
2.1.1 环境描述
大学校园主要是针对校园各教学楼出入口、综合楼出入口、学生宿舍出入口、校园的主干道、停车场、食堂、校园各广场、运动场等公共场所等区域进行24小时实时监控。
2.1.2 网络建设描述
在大学校区里已建成以光纤为主干的光纤网络,并分布到各教学楼、宿舍楼、办公楼等区域,形成高速信息公路。监控系统建设将依托校园光纤网络作为监控系统的主干网络。
2.1.3 新型方案——第三代全数字化网络监控系统
数字化网络监控系统是一种以LAN/WAN为现场总线构成的具有高质量的,动态图像实时监控功能的网络视频监控系统,它是大型的、分散的地理区域监控系统的最佳选择。它基于传统模拟监控系统(采用矩阵/画面分割器/长延时录像机等很多种设备构成的,记录和检索均为模拟信号的第一代监控系统)和数字硬盘录像监控系统(记录和检索的是数字信号,仅具有简单的点对点联网功能的第二代监控系统)后最新发展的第三代监控系统。网络监控系统运用最新的数字视频技术、现场总线技术、网络通信技术建立的一套软硬件相结合,崭新的,完整的安防系统,优化了内部结构,减少了不必要的环节,提高整体性能和反应速度,满足新技术不断发展的需要,并能向用户提供全面的增值服务。
1)网络监控系统的稳定性
网络监控系统不像前两代监控系统,生产厂家的规模相对较小,没有一个统一的国际标准,产品样式繁多,不具备大规模的监测和应用条件,产品稳定很难保证,而且一旦某个部件发生损坏,就需要整机进行更换,所以说网络监控系统的主体是计算机,它的国际化认证必须保证其坚固的稳定性和高的可靠性。
2)网络监控系统的强大组网功能
全数字化网络监控系统以网络为平台,采用全新的设计理念,集成当今最先进的网络技术,计算机技术以及数字处理技术。全数字化网络监控系统以IP地址来识别所有的监控设备,采用TCP/IP协议来进行图像、声音和数据处理,真正实现了远程综合监控系统。
(1)布线区域广
没有线缆长度和信号衰减的限制,因为网络是没有距离概念的,由于全数字网络化监控系统采用网络来传输,对远端的控制和数据传输,彻底的抛弃了地域的概念。
(2)可扩展能力
因所有的设备都以IP地址进行识别,增加设备只是意味着IP地址的扩充,同时由于控制中心需要同时观察的摄像机图像有限,这就意味着在无需扩充网络带宽的条件下可以任意无缝扩展系统设备。
(3)庞大的网络监控
由模拟到数字的转换,采用统一的协议在网上传输,系统具有很强的兼容性,接入方式灵活,能够充分满足任何特殊、复杂的要求。
3 系统架构
系统结构如图1所示。
3.1 校园监控系统架构
校园网络监控系统是基于计算机网络的高性能、高可用性、高可靠性的强大媒体信息化教学平台,不但应用于局域网,在城域网也能很好应用。它利用现代化的多媒体技术和网络技术及视频压缩技术,将电子信息技术与校园保卫力量有效的组合起来,为学校提供了一个安全的保护罩。作为一个完整的信息化校园监控平台,它具有以下的特点:
校园网络监控系统是专门为教育行业量身定做的校园安全防范专业解决方案。它建构在标准的百兆/千兆校园网上,以校园网为基础,与校园网完全融合,也能与教育城域网、公众社区网无缝衔接。
校园网络监控系统的一个突出技术特点是充分运用嵌入式计算机技术,所有硬件设备都是基于嵌入式技术,从而保证整个系统非常可靠、稳定、安全。
校园网络监控系统将嵌入式计算机技术、网络通信技术、音视频技术、DSP技术完美结合。在完成了校园网络监控系统的应用后,学校日常的信息化教学工作,校园观摩等等日常活动也全部可在校园网下完成,实现一个专业的校园综合业务网。
1)前端及传输主要设备
项目的系统结构确定后,设备选型对整个系统来说尤为重要,系统要达到预期的效果以及系统的稳定性,无不突出产品选型的重要性。
监控系统建设将依托校园光纤网络作为监控系统的主干网络,所有监控点利用校园网络在各大楼预留的网络信息点作为接入口。
选用全数字网络监控产品,在校园各主要干道、区域都安装一台嵌入式网络编码器,它将摄像机信号、红外探头信号等采集压缩,并通过校园网传输到网络中心,存储在网络硬盘上。
2)网络编码设备
网络编码设备主要选用两种结构设备:一种是网络视频编码器,由摄像机采集图像信号通过编码器进行接入校园网;另外一种是由带有网络编码模块集成一体化的网络红外摄像机、网络高速球。
3.2 传输系统设计
系统传输系统将依托已建成的校园网络作为主干传输线路,前端各监控点将图像编码后接入校园网各就近交换机。从各信息点交换机至前端监控点传输采用布视频专用电缆(SYV-75-5),摄像机采集到的视频信号通过专用视频电缆传至就近校园会集点,接入视频编码器,经过模数转换、压缩后进入信息点交换机。
1)摄像机电源传输:从校园信息间引出一条220V电源线到各监控点,采用二芯绝缘线,利用原已有强电线槽引到各建筑物监控点,预留做低压转换使用,球型摄像机电压转换为24V,固定摄像机电压转换为12V。预留所用线3m,并扎捆好。
2)摄像机控制线:校园信息间分别引出一条RVVP2×1.0屏蔽控制线到摄像机。
3.3 监控中心设备选择
安全防范监控系统监控中心作为校园的安全防范总控(指挥)中心,实行24h值班制度。校总控(指挥)中心位于管理控制结构的最高级,拥有最高权限,负责管理控制全校的安防系统,通过授权调阅全校的视频信息、报警信息;根据各类报警情况的处置预案,处置学校公共部位的报警信息和各分控室上报的信息。
监控中心是安全防范系统的“心脏”和“大脑”,也是实现整个系统功能的指挥中心,负责设备管理、用户权限认证、报警信息的记录和处理等,从而达到对监视内容的实时录像、打印。控制中心主要由配置/认证服务器、计算机多媒体系统、网络解码服务器、网络IP SAN存储设备、监视器及系统管理平台软件各功能服务器模块(如:集中存储服务、流媒体服务、管理服务、代理服务等软件)组成,监控中心各个核心设备可通过交换机连接到校园网或广域网,校园网络接入由学校提供。
监控中心主要设备有:平台管理软件、视频矩阵解码主机、存储管理设备、电视墙,网络设备等组成。下面将对整个系统进行描述,如图3所示。
1)数字网络矩阵主机
前端某些监控点采用网络传输至监控中心,需将视频进行数模转换还原切换上电视。该设备集合了数字录像、多画面分割、视频切换、色彩调节、云台及镜头控制、移动侦测报警、传感器报警、报警联动、智能检索回放(可多画面)、实时抓拍、远程网络传输控制、图像马赛克功能、(远程)矢量电子地图功能、双向语音对讲功能、多种语言选择功能(简体中文、繁体中文、英文等)、数字矩阵功能、定时自动开关机功能、视频字符叠加功能以及音视频预览任意开启关闭功能,支持本地存储和网络传输双码流;支持独创的远程图像时间进度条查询和文件查询双模式;具备强大的录像文件系统管理功能。
(1)监控管理平台
大型网络视频监控报警管理系统是在中型IP网络监控环境下,面向PC-DVR、嵌入式DVR、DVS视频服务器、IP摄像机、解码卡、矩阵卡等数字图像设备集中监控管理需求推出的网络监控录像管理专用软件。基于WINDOWS平台,系统采用了先进的微核心加插件开发技术,软件构架更加稳定灵活,增加了组织管理和基于组织的设备管理与权限管理。管理的设备从单一嵌入式扩展到所有主流数字图像设备,同时增加了集中存储服务、流媒体转发服务、报警转发服务和WEB客户端服务软件,能够更好的满足通用网络监控客户的完整需求。
(2)存储系统
a)存储容量的需求
视频信号通过数字视频压缩技术转换为H.264或者MPEG 4格式的码流,但尽管经过压缩,其所占的空间仍然是非常大的,尤其是保安监控报警联网系统,摄像前端可能达到万级,产生的海量数据是非常惊人的。
单路Half D1格式的流量计算:400M/s,每天产生的数据量为24×400M=9600M,约合9.6G,半个月产生的数据量为9.6G×15=144G;
按监控中心共接收视频信号路数,按上述公式计算。
b)存储方式
采用以分布式加集中式存储方式来实现对数据保存。由于存储数据量巨大,单纯用硬盘录像机内置的存储结构完全不能满足本次系统的要求,将硬盘录像机内置存储作为备用的分布式存储库,重新建立一个能容纳本次平安城市监控系统存储系统,并预留可随时扩容接口。
2)IP-SAN集中存储库
集中式存储实际上是一种通过区域性网络存储的解决方案,针对指挥中心平安城市监控网系统的实际情况,本次方案设计采用性能价格比最高的IP-SAN体系结构。
IP-SAN体系结构的实质是通过i SCSI技术,构建一个基于高速IP网络的集中存储环境,解决用户数据迁移、数据共享、储空间扩展的问题,并大大降低管理成本。让用户能在IP网络环境下充分享受SAN环境带给用户的好处的同时,省去SAN所需的光纤网络的搭建成本,构建一个区域网络的SAN的存储平台。
i SCSI协议将SCSI命令(块IO操作命令)封装在IP包中,通过TCP/IP网络传输到远端。前端的录像服务器,在安装i SCSI Initiator即i SCSI的客户端以后,将应用的磁盘操作(即SCSI命令)封装在IP包中,发送到网络存储服务器。网络存储服务器接收到后,将SCSI命令从包中解出并执行。这样,录像在服务器上看网络存储服务器就象本地硬盘一样,可以完成基于块(Block)的操作。i SCSI的优点:
(1)基于IP网络享受SAN优势的同时,大大降低连接成本,实现一个低成本,高效能的存储网络平台;
(2)由于是对设备进行块(Block)操作,使用方便,可直接使用完全兼容所有软件,支持不同平台的计算机系统:Windows;Linux;IBM AIX;HP Open UNIX;SUN Solaris并根据多数用户的需求进行扩充,从而实现存储集中,数据集中,而且能够大大提高存储的速度;
(3)功能强大,支持各种备份、复制、镜像、快照功能,完全可以在IP网络上实现。不需要HBA卡(为了提高速率可以使用专用的i SCSI Initiator HBA)、专线等支持,传输距离上没有任何限制,这对于异地数据的传输及备援等应用相当有帮助;
(4)无需改变现有IT构架,初期投入成本低,并充分理由现有IT技术人员,管理与维护都是基于以太网络平台,降低管理成本;
(5)传输速度快:千兆网i SCSI的速度可达1Gb,效能上已超越NAS。如果用10Gb以太网络,i SCSI就可以达到10Gb的高速,比FC SAN的下一代版本-4Gb还要快;
(6)在NAS设备增加对i SCSI Target的支持,就可以将NAS设备纳入IP SAN体系结构。
摘要：本文以大学校区全数字化安防监控系统为例,阐述了由摄像机采集图像设备、网络编码服务器、配置、认证服务器、网络IPSAN存储设备、监视器及系统管理平台软件各功能服务器模块等组成的第三代数字网络监控系统。
关键词：数字化,网络编码服务器,校园网,IP,SAN存储设备,系统管理平台软件
参考文献
[1]殷铁军,秦兆海.安全防范技术与电视监控系统[M].北京:电子工业出版社,1998.
全数字张力控制系统 篇9
1 龙门刨床对电气控制系统的要求
龙门刨床的主拖动系统主要有以下几部分组成:在前进工作阶段进行工件的加工与切削, 完成之后自动返回。整个返回行程当中, 电机都处于空转状态。返回至初始位置之后, 再次前进工作进行切削, 如此反复, 不断循环。
(图1) 即是龙门刨台的速度运行曲线图:L1为工作台的前进行程长度, L2为工作台的后退行程长度。V0为慢速切入速度, V1为切削速度, V2为返回速度。0-t1是工作台前进启动阶段, t1-t2是刀具慢速切入阶段, t2-t3是加速至稳定工作速度阶段, t3-t4是稳定工作速度阶段, t4-t5是减速退出工作阶段, t5-t6是反接制动到后退工作阶段, t6-t7是后退稳定速度阶段, t7-t8是后退减速阶段, t8-t9后退反接制动阶段, 此阶段后再次进入工作台前进启动阶段并不断重复循环。之所有存在刀具慢速切入阶段, 是因为这样可以减少工件对刀具产生的冲击, 以延长刀具使用寿命。同样, 减速退出时为了保护工件边缘部分不崩裂。
除主拖动外, 龙门刨床还有一系列的进给运动和辅助运动。包括左右刀架的快速移动、抬刀动作, 横梁的上升下降、夹紧与放松等。
2 直流调速控制系统的电路设计
为了解决B220型龙门刨床老式控制系统的诸多问题, 本文采用了欧陆590P全数字直流调速器对原控制系统进行改造。系统的电气控制构成框图如 (图2) 所示。
改造后, 电机拖动系统中仅保留直流调速器和直流拖动电机, 去除了多余的交直流机组。设计后的系统主要有9台电机和制动电源、抬刀电源组成。其中直流电机M由直流调速器拖动, 柜风机FJ1与电机风机FJ2主要起冷却作用, 以保持设备稳定的正常运行, 剩下的M1至M6这六台电机采用传统的电机拖动方式。
原先老旧的K-F-D (电机扩大-发电机-电动机) 调速电路全部舍去, 重新设计了新的调速电路。工作台的运动有如下几种:点动前进、点动后退, 前进、后退, 前进减速、后退减速。相应地直流电动机也应具备这6种速度, 即前进和后退各3种, 因此这6种不同的速度由同一台直流调速器提供。同时由于直流电机的功率较大, 为250KW, 所以我们选用了英国欧陆公司的590P-725A-A1型直流调速器。此款型号还内置了电枢电压、电流双闭环的比例-积分 (PI) 调节器, 这样组成的双闭环系统, 既发挥了两个调节器的作用, 又避免了单环系统两种反馈互相牵制的缺陷, 从而获得较好的静、动态特性。
直流调速器的外围电路如 (图3) 所示。基本端子L1、L2、L3为三相电源进线端。A+, A-为直流电动机电枢电路供电。B1为0V电压基准端, B3为+10V基准电压端, B4为-10V基准电压端。C1为0V基准, C2为电动机过热保护, 本方案没有使用, 所以将C1、C2短接。输入端子B8提供了手动急停的功能, 而输出端子K10、K11、K12、K13、K14、K15、K16配合接触器实现了主拖动系统中电机的正常启动、加减速和换向, 从而实现工作台的往复运动。
3 可编程控制器的选型及其软件设计
根据实际改造的需要, 主模块选择西门子S 7-2 0 0系列中CPU226型PLC, 模块集成24路输入、16路输出共40个数字量I/O点, 可外挂7个扩展模块, 最大扩展至248路数字量I/O点, 或者35路模拟量I/O点。该型号有13K字节程序和数据存储空间。内含6个独立的30k Hz高速计数器, 2路独立的20k Hz高速脉冲输出, 并且具有PID控制器其内部含有256个定时器, 可以较为方便地通过程序进行延时、计数控制, 处理的准确性高且速度快。
数字量扩展模块选择西门子EM223, 该模块共含有16路数字量输入, 16路数字量输出。扩展模块的试用目的是为主模块提供更多的输入/输出点数, 具有较高的灵活性, 可根据自己的实际需要进行扩展。在复杂程度更高, 应用范围更广的控制系统中可以通过增加扩展模块来获得更多的I/O点数。 (图4) 标明了本次设计中PLC及扩展模块的I/0点数分配情况。
本次设计过程中, 根据控制的要求, 需输入点数36点, 输出点数24点, 同时考虑到了10%-15%的裕量。具体输入输出点数如 (图5) 所示。
主传动控制系统的PLC指令表程序如 (图6) 所示, 该程序主要用来完成刨台的前行和后行、正向和反向点动、加速和减速、前点动和反向点动。
刀架以及横梁控制系统的PLC程序设计中, 程序主要用来完成横梁的上升与下降、夹紧与放松以及3个刀架的进给、退刀、快进。
4 结语
利用全数字直流调速器和可编程控制器完成了对B220型龙门刨床的控制系统进行了数控化改造, 是一种行之有效的技术手段。利用直流调速和PLC技术, 采用软、硬件相结合的方式, 克服了原控制系统中的一系列缺点。经过大连博众轨道交通装备有限公司的实际运行, 验证了机床的性能的改善与系统可靠性的提高, 对改造传统机械加工行业具有现实意义。
摘要：本文介绍了B220型龙门刨床的电气控制系统改造设计, 其中以欧陆590P全数字直流调速器取代原先的发电机组及扩大机控制调速系统, 采用可编程逻辑控制器为控制核心, 用来代替老式的继电控制电路, 进行了全面的技术改造。改造后的龙门刨控制系统体现了硬件结构简单, 运行可靠性高等特点, 更具有直观性强, 可控性好, 能耗低, 投入资金少, 维护便利等优点。
关键词：直流调速器,可编程控制器,龙门刨床,控制系统改造
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