中控分析（精选7篇）
中控分析 篇1
0 引言
卡扣作为零部件的一种重要连结形式, 由于具有不影响整体外观、装配方便和不增加额外零件的优点[1], 在汽车产品的设计中得到了广泛应用。卡扣连接主要是通过装配过程中先发生弹性变形, 到位后变形复原来实现两零件的相联。卡扣的传统设计方法是根据设计要求和工程经验先设计出样品, 然后进行产品装配检验, 根据检验结果进行改进, 从而得到一种比较好的设计方案。这种传统的设计方法造成开发周期长、成本高和模具精度下降。鉴于此, 本文提出一种先行设计方法, 即利用有限元分析软件ABAQUS首先对零件进行设计仿真, 通过仿真计算并对装配关系进行分析, 从而在设计初期就能得到一种比较合理的优化设计方案, 不仅节约了设计成本, 也大大提高了开发效率。
1 卡扣的原始设计
1.1 设计参数
由于汽车空调旋钮的外形尺寸及内部结构限制, 并考虑人工装配的影响, 目前卡扣的结构如图1所示, 其设计参数为:旋钮卡扣和轴套母扣过盈量0.7 mm, 旋钮卡扣的材料为PC/ABS和定位轮的材料POM卡扣脱开角64°, 其他系数参照3D模型, 详见图2和图3。
1.2 力学计算及其设计缺陷
悬臂梁卡扣的受力示意图如图4所示。
其中, W是分离力, P为折弯力, α为插入角, β为导出角, b为卡扣悬臂宽度, L为卡扣臂长度, h为卡扣壁厚, Y为根切深度, μ为摩擦系数;E为材料弹性模量[2]。根据经典悬臂梁理论公式计算:
卡口的最大应变为:
折弯力为:
分离力为:
在实际使用中, 卡扣的设计, 与经典悬臂梁理论公式计算存在很大的差异, 原因主要有以下几点[3]。
(1) 图4示意图中假设偏斜力P作用于卡扣的根部, 但实际上这个力的接触点位置是不断变化的。
(2) 卡扣壁厚过大, 远远超过卡扣长度的1/5, 而且卡扣本身的形状大小不规则, 根据悬臂梁理论公式计算产生的结果是不准确的。
(3) 根据理论计算, 卡扣底部支撑部分是刚性的, 而实际上是会发生变形, 从而对计算结果产生影响, 实际的结果应该比计算值小。
(4) 在根部的过渡圆角实际上可以减少应力集中, 而理论计算则没有涉及到这部分。
为了解决上述问题, 采用ABAQUS对卡扣进行有限元分析, 并且通过一些分析曲线图和应力分布图直观了解卡扣脱开过程中应力和应变的变化情况。
2 有限元分析及优化设计
2.1 卡扣的有限元分析模型
利用CATIA或者UG软件建立3D图形, 转入ABAQUS的模拟模块进行分析, 为减少计算时间, 删掉了影响较小的旋钮外部橡胶部分[4], 如图5所示。
旋钮卡扣的材料的PC/ABS和定位轮的材料POM, 旋钮卡扣的弹性模量为2 300 MPa, 泊松比0.3, 屈服极限5%, 断裂极限150%, 定位轮弹性模量2 830 MPa, 泊松比0.4。在模拟模块中定义旋钮卡扣为非线性, 定位轮为线性。
卡扣脱开时属于面接触, 设定旋钮卡扣为接触关系中的接触体, 定位轮为目标体, 之间的静摩擦系数为0.1。
因为设计机构对称, 将组件分割成三部分并对其中一部分进行四面体网格划分。
卡扣的脱开力其实是通过旋钮卡扣和定位轮的相对运动实现, 设定定位轮底部为全约束, 而X, Y方向约束, 向Z的正方向运动, 如图6所示。因设计机构对称, 针对一个卡扣进行力的分析, 而后累加。
2.2 计算结果及分析
如图7, 从原始设计的应变图来看, 由于卡扣厚度比较大, 而且悬臂部分有一圈材料包围, 卡扣臂有很强的支撑, 变形集中在卡扣顶端, 在脱开瞬间分离力对卡扣顶端造成的应变较大, 在没有足够过盈量的情况下, 卡扣很快脱开。而受力分析计算结果也显示, 卡扣在0.75 mm左右就脱开了, 而且分离力只有63.1 N, 不满足设计要求, 需要进行设计优化。
2.3 优化后的结构与分析
因为此滚轮设计是不需要拆卸, 所以原设计设计的拔出角64°对于需要很大分离力的非拆卸锁紧件是不够的, 拔出角最好处于80°~90°[5], 而且由于本身结构的局限, 卡扣和定位论之间的过盈量也不够, 导致测试发现拉拔力不够。考虑实际情况和成本, 针对性地对原设计方案改善, 衍生出其他三种设计方案, 如图8~10所示。设计二是增加平台和0.15 mm卡扣顶端壁厚, 主要增加卡扣分离角和过盈量, 设计三增加平台和0.15 mm卡扣顶端厚度及圆角, 比方案二增加根部圆角, 强度增加。而方案四增加0.3 mm卡扣顶端厚度, 只是单纯地增加了卡扣量。
利用ABAQUS软件重新进行分析, 应变图如图11~13所示。
和原始设计一样, 三种优化方案的最大应变也集中卡扣部分, 但由于卡扣厚度增加, 最大变形位置相对内移, 变形量有所增加, 进而使分离力增加。
方案二增加平台和卡扣壁厚, 增了加导出角和跟切深度从而增加脱开力, 从图11来看脱开时应变有所变大, 但是此时分离力却增加到77.4 N, 在位移0.8 mm后, 卡扣开始脱开。
方案三在方案二基础上加入根部0.5 mm圆角后, 卡扣根部应力集中有所减弱, 圆角区域等效应力均匀分布。但由于卡扣悬臂的厚度比较厚, 所以对应变的影响不大。卡扣在位移0.8 mm后脱开, 分离力此时为77.7 N。
方案四则是增加更大的跟切深度, 由于卡扣过盈量增加, 所以也能快速提升卡扣的脱开力。卡扣在位移0.84 mm后脱开, 分离力为69.5 N。
上述三种方案和原始方案一样, 因为最大应变均超过了极限屈服应变, 所以卡扣是永久变形。
综合以上的分析结果来看, 设计二和设计三比较类似, 受力情况前者稍逊于后者。设计四虽然相比设计二、三来看受力略小, 但满足设计要求, 只是对于装配力来说会增大不少, 所以舍弃。最后选择设计三作为最终方案。
3 实验验证
按照设计方案三来进行模具方案的调整, 得出产品进行组装, 可正常装配。对卡扣进行拉拔力测试, 得出的结果203 N, 和仿真的结果很接近且满足设计要求。而在后续量产和振动测试中, 均验证了方案三的可靠性, 完全满足使用要求。
4 结束语
传统的理论提供了优化设计的方向, 但传统的理论公式却只适用于比较简单的悬臂梁卡扣, 对于复杂的卡扣结构则运用ABAQUS进行分析是比较合适的方案。通过ABAQUS模拟分析, 并通过动态显示卡扣脱开过程及生成计算曲线, 可以验证不同方案的可行性和正确性, 提高设计效率, 大大节约了制造成本。而实践也证明了此方案为一种有效、可行的设计。
参考文献
[1]乔丹.罗泰泽尔.塑料连接技术[M].北京:化学工业出版社, 2006.
[2]谢坚良.塑料卡扣的设计与应用[J].CAD/CAM与制造业信息化, 2013 (11) :2-3.
[3]纪海慧.ANSYS Workbench在卡扣装配分析中的应用[J].现代制造工程, 2008 (8) :2.
[4]刘容余, 世浩, 李霞.基于ABAQUS的呼吸防具卡扣装配设计[J].中国个体防护装备, 2010 (2) :3.
[5]保罗R.博登伯.塑料卡扣连接技术[M].北京:化学工业出版社, 2004.3.
中控分析 篇2
组态软件在国内是一个约定俗成的概念, 并没有明确的定义, 它可以理解为“组态式监控软件”。“组态” (configure) 的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思, 是指用户通过类似“搭积木”的方式来完成所需的软件功能, 而不需要编写计算机程序, 也就是所谓的“组态”, 也称为“二次开发”, 组态软件就称为“二次开发平台”。“监控” (supervisory control) , 即“监视和控制”, 是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。组态软件具有专业性的特点。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中, 如:DCS (集散控制系统) 组态、PLC (可编程控制器) 梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件, 不同之处在于, 工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看, 组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段, 一般都是内置编译系统, 提供类BASIC语言, 有的支持VB, 现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议, 并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有HMI (人机接口软件, Human Machine Interface) 的概念, 组态软件还能使用户快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前, 工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI, 开发时间长, 效率低, 可靠性差;或者购买专用的工控系统, 通常是封闭的系统, 选择余地小, 往往不能满足需求, 很难与外界进行数据交互, 升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用其功能, 构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展, 实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容, 监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
2 中控Opti VIEW组态软件的组成
中控Opti VIEW软件包括:工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种网络服务等。其中工程管理器主要用于创建、删除、备份、恢复和选择当前工程等;人机界面VIEW主要用于运行由开发系统DRAW创建的画面、脚本、动画链接等工程;实时数据库是中控Opti VIEW软件系统处理数据的核心, 构建分布式应用系统的基础, 它负责实时数据处理, 历史数据储存、统计数据处理、报警处理, 数据服务请求等;I/O驱动程序负责中控Opti VIEW与I/O设备的通信, 它将I/O设备寄存器中的数据读出后, 传送到Opti VIEW的数据库, 然后在运行系统的界面上动态显示等。
3 中控Opti VIEW组态软件的应用
3.1 项目介绍
天津机场安防区智能照明工程为安防区最重要的环节之一。它和安防周界报警联动, 一旦有周界报警产生就要开启所对应的区域灯光系统, 但由于机场周界区域划分较大而又零散, 之间最大距离可以达到27km, 导致现场运用下位机软件进行划区域编程变得复杂化, 而中控的Opti VIEW软件可以通过将前端的设备信息读取进入数据库汇总后用脚本解决复杂的编程跨区域问题。创建一个新工程一般过程是:绘制图形界面, 创建数据库, 配置I/O设备并进行数据库连接, 建立动画连接, 运行以及调试。
3.2 绘制图形界面
打开Opti VIEW组态软件, 选择新建工程, 进入开发系统状态, 然后选择“画面”选项, 接着选择新建窗口, 该窗口就是现场实际最后运行的界面样式, 而一切的绘图和实际应用也在此处完成。
3.3 创建数据库
打开Opti VIEW组态软件进入开发系统状态, 进入后选择“数据库”选项, 里面有点组态选项, 其中天津机场为例, 现场共有279盏灯, 共需建立DI反馈点和DO控制点共558个点。
3.4 配置I/O设备并进行数据库连接
打开Opti VIEW组态软件进入开发系统状态, 进入后选择“数据库”选项, 里面有设备驱动。以天津机场为例, 现场所有的模块均通过Mod Bus通讯协议进行通信, 故选择Mod Bus TCP/IP通信, 连接方式选择网络TCP;点击下一步设备IP地址为前端设备设置的IP地址, 其中端口号为默认502, 设置完成后进行数据连接, 数据连接须回到3.3中的点组态进行设置, 根据设置的点名选择外部连接, 单击空白处在下方选择I/O连接;设备选择你所定义的驱动设备名字, 接着点击增加连接项, 其中DI点选择DI离散输入量, DO点选择DO离散输出量, 偏置的意思是该点在设备上为第几个通道。
3.5 信息联动
打开Opti VIEW组态软件进入开发系统状态, 进入后选择“数据库”选项选择自定义函数, 将每个采集上来的报警信号转化成需要的字符串信号, 接着在脚本下面写明当报警区域等于该区域时所对应的动作即可。
4 结束语
中控分析 篇3
由西南建筑电气工程设计情报网、四川省土木建筑学会建筑电气专业委员会、四川省电工技术学会工业与建筑供电专业委员会、中国勘察设计协会建筑电气工程设计分会西南学组、建筑电气杂志社联合主办, 建筑电气杂志社承办的第二届 (2016年) “西南建筑电气年会”于2016年5月25日-27日在成都举行。
浙江中控自动化仪表有限公司受邀参加了此届年会, 在会议中向西南地区各大设计院、电气行业的企业代表、业主代表以及各行业的嘉宾展示了中控良好的企业形象以及多元化产品。年会现场, 中控展台聚集了大批参观者, 众多设计院的设计师到中控的展位深入了解中控系列产品。中控建筑智能化事业部副总陈淑红先生多次为相关设计师及专家演示中控Opti Sys LCS300系列智能照明控制系统, 得到了来自各大设计院、工程公司、设计安装单位专家们的认可。同时, 参观者也对中控推出的EIB-500建筑节能电气控制柜表示了极大的兴趣。EIB-500打破传统强弱电分离理念, 两者合二为一, 将强电控制设备综合于一个控制柜内, 箱柜内的控制设备采用模块化配置, 升级外观不受影响。在施工过程中减小工作面, 提高施工效率, 节约大量人力资源, 缩短施工周期。产品一经推出, 已成功运用多个项目, 作为中国开放层次最高、功能最齐全、手续最简化的贵州综合保税区就是典型的案例。成功解决机电设备稳定安全的问题, 以及中央空调冷冻水系统的大时滞性、大惰性的控制滞后、冷量分配不均、供需不平衡问题和梯度流量等问题。获得业主的一致好评。
西南地区一直是中控智能建筑业务的重要区域之一, 中控产品在这片充满人文情怀的土地上大放异彩。
中控室UPS供电方案调整措施 篇4
1 存在问题
一次在回转窑检修期间, 因配电室作业, 临时停中控供电电源。 因考虑到停电时间较短, 故未安排水泥粉磨系统停机, 而是将中控室内大屏幕停掉, 不用的操作员站关闭, 以降低UPS供电负荷。 在作业完成送大屏幕电源时, UPS内部出现放炮声音 (后经查为UPS整流管爆炸) , 中控随即停电, 服务器及操作员站全部停机。 UPS更换后, 控制室各用电设备陆续送电, 维修造成服务器中断运行约1h。
从该故障中可发现UPS供电系统存在以下问题:
1) 对于大屏幕这类非关键设备, 短时间关闭对系统影响不大, 而且开关机速度快, 可以随关随开, 完全可以从UPS负载中拿出去, 由市电供电。
2) 设计时未考虑UPS故障更换对系统的影响。
3) 2 台服务器由同一个电源供电, UPS故障时, 2台服务器同时瘫痪, 不能起到互为冗余作用。
2 采取措施
中控室UPS供电方案的调整措施见图1。
1) 将大屏幕从UPS负荷中移出, 直接由市电供电。
2) 增加应急供电回路。 使用双电源供电, 应急供电侧和UPS供电侧进行互锁, 这样, 在拆除或安装UPS时, 将电源切换至应急供电侧就不会影响到中控正常操作运行。
3) 增加一内置电池式1k VA小型UPS1用于对1台服务器、1 台交换机和1 台操作员站的供电。 当UPS故障、双电源切换至应急供电时, UPS1可保证数据的完整性和操作的连贯性。
3 结束语
模拟中控启动查找磨机跳停原因 篇5
1 事故现象
2011年12月10日上午8:20中控停1号磨后, 8:25时2号磨跳停。中午11:45中控停1号磨后, 2号磨随后跳停。跳停后, 到现场检查设备无问题, 再次启动2号磨, 水阻柜转子短接后, 极板在上升途中, 磨机再次跳停。将磨机转到手动启动, 一切正常。
2 事故分析及处理经过
通过故障现象及磨机可手动启动操作, 判断电气设备无问题, 该故障应该是和中控启动相关的一些条件缺失有关。
图1为2号磨主电动机MOTOR块 (和利时DCS系统) 的部分原理图。
通过分析, 主电动机的运行信号必须由水阻柜转子短接信号K175ALC_RN和高压柜运行信号K08M2_RN同时作用才行。由于厂家在水阻柜设计时, 水阻柜短接接触器辅助常开触点用完, 所以转子短接信号用的是接触器的常闭点, 并在DCS程序中取反。
将磨机主电源断开, 模拟中控启动, 同时观察程序中开关量通道状态, 发现磨机高压柜运行信号K08M2_RN由断变通, 说明此信号正常;但水阻柜转子短接信号K175ALC_RN的状态始终是通状态。45s后, 由于MOTOR块RN端未接收到运行信号, 导致磨机跳停。检查水阻柜接线端子, 如图2所示。
将421端子拆开, K175ALC_RN的状态还是通路, 用试电笔测试, 其空线头上还有电压, 说明其感应电压相当严重, 将421端子到DCS控制柜的线重新更换一根新屏蔽电缆后, 感应电压消失。再次中控模拟启动2号磨, 一切正常。将磨机高压电送上后, 中控启动磨机运转正常。
3 故障处理心得和预防措施
2号磨是分别在8:25和11:45跳停的, 通过观察系统高压电压的趋势, 发现2号磨都是在1号磨停机后系统电压高于10.9kV以上时跳停的。也就是说, 当系统高压高于10.9kV以上时, 水阻柜转子短接信号线421上的感应电压就会影响到DCS模块, 使其误动作, 导致磨机跳停。
为了不影响磨机生产, 临时更换线缆虽解决了问题, 但此故障解决方法仍不完善, 准备在2号磨大修时, 对其控制线路进行改造, 增加一小型继电器和转子短接接触器并联, 利用小型继电器的常开点作为转子短接的信号接入点, 同时DCS程序内将其状态取反取消。这样做的好处是, 在电动机运行时, 即使有感应电压, 对磨机运行也无影响;在磨机停止运行时, 因无高压柜运行信号和驱动信号, 感应电压也无法使磨机启动。
敷设的电缆中大量存在着感应电压, 但一般情况下, 因能量过小, 不会对设备造成影响。感应电压有两种存在方式:1) 设备本身已经停电, 但是邻近存在带电线路的导线可能会产生感应电压。2) 导线的绝缘层潮湿或是绝缘性能变差, 其周围又有带电导线时, 会产生感应电压。这次电气故障明显是后者引起, 导致电气设备误动作。
广播发射台中控机房综合防雷措施 篇6
随着广播发射台自动监控系统的逐步完善以及“有人留守、无人值班”工作新模式的逐渐推广,中控机房作为广播发射台节目传输调度和自动化控制的核心部门,对于发射台“安播”中心任务的完成起着越来越重要的作用。由于中控机房电子设备多,其耐过电压、过电流和抗雷电电磁脉冲的能力较差,极易因雷击造成不同程度的损坏,因此充分认识雷电危害及采取切实可行的针对中控机房设备的防雷措施是十分必要的。
二、雷电危害的种类
雷电危害主要有两种形式:
(1)直击雷:
是指雷云对地面突出物体或部位直接放电,其特点是所含能量巨大,放电时间短。雷云对大地一次闪击放电的峰值电流平均为30多kA,电压高达数百万V,瞬间功率为10亿至1000亿W以上。直击雷在广播电视设施方面主要袭击天线、电力设施、建筑物等。
(2)感应雷(雷电电磁脉冲LEMP):
是指雷云对地面物体放电时,由于静电感应和电磁感应,雷电流引起金属体上产生极高的感应电压而放电的过程。感应雷主要是通过供电电缆、信号传输电缆或进入机房的金属管线进入设备,造成串联在线路中间或终端的电子设备的损坏。
三、综合防雷措施
雷电对中控机房设备的破坏不仅形式不是单一的,而且对某一特定对象的破坏通道也不是单一的,有空间通道、馈线通道、信号通道、供电通道、地电位反击通道和地电流反冲通道等。如果防雷技术局限于任何一个单一的防雷措施,就无法保证所有保护对象的防雷安全。采用综合治理、整体防范、多重保护、层层设防的综合防治雷害的方针才是行之有效的。根据国家标准《建筑物信息电子系统防雷技术规范》的规定:电子信息系统应采用外部防雷(防直击雷)和内部防雷(防雷电电磁脉冲)等措施进行综合防护(如图1)。具体到广播发射台中控机房的综合防雷系统,可从接地防雷、等电位连接、电源防雷、通信线路防雷、设备防雷和屏蔽防雷六个方面采取措施。
3.1接地防雷
一个合理布置的地网和正确的接地方法是分流、泄放直击雷和感应雷能量的最有效手段之一,是有效防雷的基础。广播发射台中控机房的接地防雷主要应注意以下4个方面:
(1)接收天线接地:
接收天线最有效的防雷措施就是架设避雷针,应确保避雷针有良好的接地线;天线安装的位置应在避雷针的保护区内,保护角取30°～45°。
(2)数据信号线接地:
数据信号线接地可泄放输入输出电缆的金属保护层带进的雷电,还可有效地抑制工频干扰,保证传输和控制信号的质量。
(3)电源接地:
电源线缆的金属部分在遭受雷击时也可能引入雷电电流。电源接地包括配电室供电接地、配电柜接地、机房电源接地和UPS系统接地等。
(4)机房设备接地(工作接地):
设备接地是将设备的金属外壳和机架等与大地可靠连接,从而保证机房内工作地电位为零。通过设备接地,可泄放雷电冲击以及设备漏电和静电,对保护机房设备和工作人员人身安全是很重要的。
根据国家防雷技术标准,接地电阻应小于4欧姆,因此,要定期采用专用接地测试仪检测,并采取相应的措施,保证接地良好。
3.2等电位连接
当雷击发生时,在雷电流所经过的路径上会产生非常高的瞬时电压,使该路径与周围的金属物体之间形成暂态电位差,如果这种暂态电位差超过了两者之间的绝缘耐受程度,将导致击穿放电,使金属物体带高电位。这种击穿放电能直接损坏电子设备,也能产生电磁场脉冲,干扰电子设备的正常运行。根据国家防雷标准的有关要求,防雷保护地、防静电地、电气设备工作地等应采用等电位连接。对于进入中控机房建筑物内的各种金属管道,如水、风管以及通讯、信号和电源等电缆金属(屏蔽)护套都要进行等电位连接(见图2)。这样电源电缆和信号电缆等各带电导线上的保护装置实际上起着暂态均压的作用。当雷电暂态过电压沿电源线或信号线侵入建筑物内时,这些保护装置动作限压,使得电源线或信号线与其附近金属管道之间不会出现较大的暂态电位差。
3.3电源防雷
电源避雷器是一种低压电源的保护设备。以三相四线制系统为例,电源避雷器并联于三火一零线上,在正常情况下,避雷器处于高阻状态;当电源由于雷击或开关操作出现瞬时脉冲电压时,避雷器在极短时间内导通(纳秒级),将脉冲电压短路对地泄放,从而保护机房内的电子设备;当脉冲电压过后,避雷器又变成阻断状态,从而不影响设备的供电。
3.3.1电源避雷器的配置
为避免高电压经过电源避雷器对地泄放后残压过大,或雷电流在击穿避雷器后继续损坏设备,依照国家标准《建筑物电子信息系统防雷技术规范》,通常可对中控机房电源系统从总配电室到机房配电箱安装三级浪涌保护器。首先,在总低压配电室的电源输出端安装压限型浪涌保护器,额定放电电流60kA,最大放电电流不低于100kA,响应时间纳秒级,作为一级防护。其次,需在配电箱电源引入端安装二级压限型浪涌保护器,额定放电电流40kA,最大放电电流60kA左右,响应时间纳秒级。最后,需在每台设备前端安装三级浪涌保护器,额定放电电流20kA,最大放电电流40kA。通过以上三级防雷,达到设备的雷击电流已经为设备所能承受。
3.3.2 UPS电源系统防雷
UPS电源不仅仅是一台电网遭遇雷击停电后可以提供高质量、不间断的交流电源的产品,而且是一个局部的、高度可靠、智能化的供电中心,是保护中控机房大型数据系统安全与畅通的必备设备。
然而,UPS电源遭受雷电侵害的案例也屡见不鲜。UPS电源,特别是智能化的UPS电源,本身含有大量的集成电路,其信号线也成为雷电电磁脉冲侵入的通道。因此,中控机房要做好UPS电源系统预防雷电危害工作,应在UPS电源进线端接入避雷器并做好接地。
3.4通信线路防雷
通信线路防雷主要是指信号传输部分的等电位连接以及在信号线上加装损耗小、响应速度快、频带宽、通流量大的信号线路专用SPD(Surge protective device,电涌保护器)。要求设备的输入、输出接口经过信号SPD再与网络连接。
安装信号SPD的目的在于限制瞬态过电压和分走电涌电流。当雷电浪涌侵入中控机房信号及网络系统时,信号SPD动作,此时对地阻抗趋近于零,雷电流向大地中泄放。信号SPD还可以将雷电过电压箝制在中控机房设备终端接口能承受的范围内,从而对它们形成过电压保护。
由于无金属型光缆线路不会受到雷击电磁脉冲损害,中控机房可尽量选择无金属光缆传送各种系统信号,有效阻断雷电通过信号线侵入。
3.5设备防雷
如图3所示,数字化、网络化、智能化的广播发射台中控机房设备主要分为音频信号接收系统(包含接收天线、高频头、数字卫星接收机等)、传输调度系统、设备监控管理系统、VSAT卫星通信系统和GPS卫星定位/校时系统等。这些设备各司其职,若被雷击,可能导致数据信号发生错乱,也可能导致电子芯片的损害,使设备发生故障,甚至导致整个广播发射台瘫痪,因此,中控机房的设备防雷至关重要。
据统计,机房设备的雷击损坏85%以上是由感应雷击所引起。对感应雷的防护主要是防止由感应雷引起的雷电浪涌和过电压。解决的办法是在科学、有效地做好各种防雷接地工作的基础上,安装防雷器。防雷器应安装在所有外部线路进入机房内的设备端口。
3.6屏蔽防雷
屏蔽措施是系统防雷工程中一项必不可少的工作。屏蔽防雷的作用是有效地屏蔽室外电磁场和均匀室内电磁场,减少雷电电磁脉冲对机房室内设备的干扰和破坏,同时也能有效地分流雷电流,减轻线路避雷器的负担。屏蔽防雷主要应注意以下3点:
(1)机房建筑物的屏蔽:
利用建筑物的钢筋、金属构架、金属门窗、地板等进行统一的电气连接,形成一个“法拉第笼”等势体,并与地网连接,形成初级屏蔽网。
(2)各种传输线路的屏蔽:
包括外部传输线路和内部传输线路。控制电缆和信号线应采用屏蔽电缆,屏蔽层两端要接地;外部电缆进人中控机房室内前水平埋地10米以上,埋地深度应大于0.6米;非屏蔽电缆应套金属管并水平埋地10米以上可靠接地。机房内部传输线路需进行综合布线,所有进入建筑物的电源线、信号线置于金属屏蔽槽内,屏蔽槽两端接地;将电源线、信号线分槽布置,减少线间交叉。
(3)设备的屏蔽:
即设备本身应具备一定的屏蔽措施,设备的金属外壳应可靠接地。
四、结束语
防雷工程是现代防雷多项技术措施综合运用的系统工程。面对无孔不入的雷电危害,任何单方面的措施,其防雷效果都将大打折扣。因此,广播发射台中控机房整体防雷工作必须从设计阶段就加以综合考虑,做到层层防护,不留一丝隐患。中控机房还应该做好防雷检修工作、制定防雷应急预案及开展防雷故障演练,这样才能有备无患,更好地完成安播工作。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准[S].建筑物电子信息系统防雷技术规范,GB50343,2004
[2]虞昊.现代防雷技术基础(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2005.
[3]沈培坤.防雷与接地装置[M].北京:化学工业出版社,2006.
中控室数字墙显示系统的设计 篇7
随着自动化技术的发展,工业现场一盘都配置监控系统,通过中控室内操作员对于监控计算机的操作,即可对整个工艺流程实现监控。同时,在中控室内,往往配置数字墙,将整个工厂的生产工艺表达出来。
一般情况下,数字墙和数码管显示系统由数字墙生产厂家统一供货,但这种做法成本较高,与监控系统的接口不容易协调,尤其是系统扩展及修改均较为麻烦。针对这些问题,提出一种数字墙显示方案。数码管显示系统安装在厂家提供的数字墙的相应位置,并与监控系统建立连接,通过数据通信、转换,实现工艺参数的实时、灵活显示。
1 系统概述
系统整体结构如图1所示。
监控软件实时采集系统运行参数,在监控计算机上显示,供操作人员查看。利用VB6.0开发用于数字墙显示的数据传送程序,也运行在监控计算机上,通过和监控软件建立DDE连接,获得运行参数的实时值,并通过RS-485总线,定时将参数传送到不同的数码管驱动板。不同数码管驱动板对应的地址不同,可定义为1到127的任意数。数码管驱动板接收数据传送程序送来的参数值,并将数值驱动到对应的数码管,一块数码管驱动板最多可驱动16路数码管。
该系统最大的特点是数据传送程序易于修改,每个数码管对应显示的变量可随意设定,大大提高了系统的灵活性,并易于维护。
2 驱动电路设计
2.1 硬件结构
驱动电路的硬件结构如图2所示。整个电路的控制核心为C8051F系列单片机。利用8051自带的串口(UART),驱动电路可与计算机建立通信,但需要接口电路进行电平转换,将485信号转换为TTL电平。这里采用Max485作为接口芯片,实现TTL电平到RS-485的转换。单片机接收到参数之后,经过处理,即可通过数据总线将值传送到数码管接口。数码管接口与数据总线之间通过锁存器74LS373连接,每个锁存器通过地址总线产生的不同值使能,采用轮询的方式,分别使能不同的锁存器,并向锁存器对应的数码管接口传输数据,使得16路数码管可使用相同的数据总线。
这样,整个驱动电路板就实现了485数据的接收、处理以及对数码管的驱动。
2.2 软件设计
驱动电路的软件采用C语言编写,流程图如图3所示。
电路板通电运行过程中,随时检查串口缓冲区,准备接收计算机通过RS-485总线传输来的数据。当接收到数据报文,首先判断报文的首字节是否为“AA”,并判定报文的第2个字节,即对应地址与本电路板预定义的地址是否一致,若前2个字节不符合要求,则忽略该报文,若符合,即对报文进行处理。将报文放到缓存区,对报文进行校验,报文的第3至第82字节为16路数码管对应的数据,第83字节为检验码。本系统与数据传送程序约定的校验码是第3至第82字节值的和的二进制低8位,即和值与256的余数。当校验不能通过,则同样忽略该报文;当校验成功,即可对报文处理。
报文的第3至第82字节代表16路数码管的对应数据。每5个字节代表一个数码管的数据,即4位数码管数据以及小数点位置。第3至第7个字节代表数码管1的数据,依次向后类推。这些数据以轮询的方式顺序送至16路数码管接口电路,即可驱动数码管,显示数据程序传送进来的数据。
若串口接收到新的合格的数据,则更新显示,否则继续显示原有数据。电路板初始通电运行,串口并未接收到数据时,将驱动数码管进行自检,即所有数码管从0开始显示,每隔5s显示值自动加1,直到串口接收到正确的数据,即可正常显示。同样,当电路板10min内无法从串口接收到正确数据,同样进入自检状态。设置自检程序的优点是易于判断通信是否正常,方便维护人员检修。
3 数据传送程序设计
3.1 整体软件结构设计
数据传送程序采用VB6.0编写,软件整体流程图如图4所示。
程序开始运行后,首先读取一个代表变量信息的“*.xls”格式的文件,该文件存储了需要与监控软件建立DDE连接的控件的“Linkitem”属性值,该值决定了数据传送程序的控件与监控程序的哪个变量建立连接,及对应哪个变量的实时参数。
变量信息导入后,程序即可与监控软件建立DDE连接,进而从监控软件获得数据,同时启动报文发送定时器。
当定时时间到,即定时器被触发,首先获得目标站的地址,将要发送的参数处理成驱动板可接收的报文,包括头字节、地址字节、参数数据字节、校验字节,通过VB6.0提供的MSComm控件,即可触发计算机串口,将报文发送出去。
当定时器再次被触发,应向下一个驱动板发送报文,依次向后推延并循环。定时器周期可设定,一般为1~5s,既可保证显示的实时性,又不会占用过多系统资源。参数显示数量不同,每个项目驱动板的数量不同,数据传送程序对应的目标站数量也不同。站数量、参数数量以及每个数码管对应的变量均可通过改变excel格式的信息文件进行设置。
3.2 关键细节
整个软件设计中,一个较为关键的环节是变量信息的导入,通过访问excel文件,变量信息读入数据传送程序,因文件是excel格式,便于修改,即使运行人员对VB不了解,也可更改参数设置。典型代码如下:
此外,典型建立DDE的语句如下:
din(i).LinkItem=delink(i)
din(i).LinkMode=1
其中din(i)为控件名称,delink(i)为从变量信息文件获得的变量名称。
3.3 运行界面
典型数据传送程序的运行界面如图5所示,与监控软件连接的值可实时显示在界面上,通过设定发送周期,手动单击“发送数据”按钮后,即可对大屏发送数据。
4 系统集成
计算机作为主站,数码管驱动板作为从站,通过RS-485总线,从站之间以菊花链的形式连接,距离最近的从站连接到主站,即可实现数据的有效传输。系统统一采用的传输速率为19.2kbps,最大传输距离可达1000m以上,既保证了传输速度,又保证了传输可靠性,大屏幕布置在中控室内,和监控计算机距离在100m之内,RS-485的传输距离完全满足要求。作为主站的监控计算机,应配置RS-232/485或USB/485的转换接口,保证计算机能利用RS-485总线有效传输数据。
这种数字墙显示系统的典型应用如图6所示。
5 结语
介绍一种数字墙显示方案,采用自行开发的数码管驱动板和数据传送程序,利用RS-485总线建立通信,具有扩展方便、维护简单、结构灵活、成本低等特点,已经在福州福兴、山东鲁抗等多个企业得到应用。
摘要：根据数字墙实际的显示特点,提出一种数字墙显示系统的设计方案。在显示侧配置数码管驱动电路板,电路板通过485总线接收计算机传送的显示信号,进而驱动数码管显示。计算机上的数据传送程序由VB6.0编写,通过DDE从监控软件获得显示量的实时值,并定时向每个数码管发送数据显示报文,每个数码管显示的内容及格式均可定义。数据传送程序运行在操作员站上,不需要专门的计算机,成本低,维护方便。
关键词：数字墙,工业控制,RS-485,VB6.0,DDE
参考文献
[1]姜大源,王胜元.单片机技术[M].北京:高等教育出版社,2005
[2]赛奎春,高春艳,李俊民.Visual Basic工程应用与项目实践[M].北京:机械工业出版社,2005
[3]江晓林,杨明极.通信原理[M].北京:哈尔滨工业大学出版社,2010
[4]党存禄,靳路宁,马安仁,等.基于现场总线的变电站综合自动化系统[J].甘肃科学学报,2006,18(1):95-99