信号电源屏（精选8篇）
信号电源屏 篇1
随着铁路提速、高速铁路以及铁路信号技术的发展, 信号电源设备也发生着巨变。由原来采用干式变压器变压方式改为高频数字变压方式, 自身增加监测功能等, 出现了具有模块化、智能化、网络化、高可靠性、高效率、便于维护等特点的铁路信号智能电源屏。但近年来铁路信号智能电源屏运用中发现一些影响其稳定运用的问题, 通过阐述其结构、特点, 列举了运用中的典型问题, 对其分析并提出相应的整治措施。
1 铁路信号智能电源屏结构及主要特点
铁路信号智能电源屏各种型号、生产厂商不同, 其结构及特点有所不同, 但主要结构和特点大同小异。这里以PDZ系列智能电源屏为例, 说明其主要结构及特点。
1.1 电源屏主要由以下几部分组成
1) 综合信号电源机柜:用于电源屏各模块、部件等的安装, 同时是实现按钮开关操作、维护测试的人机会话界面;
2) AFD稳压单元:用于外网供电电源的稳压。当外网电压在AC220/380V+15%~-20%范围内, 提供给各模块的工作电压为AC220±10V;
3) 输入、输出控制、隔离单元:用于信号各系统、设备所用电源的输入、输出控制、切换和隔离;
4) AC/AC电源模块:用于信号交流电源的稳压隔离控制输出, 输出的信号交流电源主要有信号机点灯电源、道岔表示电源、电码化电源、稳压备用、非稳压备用、表示灯电源 (AC24V) 、轨道电源等;
5) AC/DC电源模块:用于信号直流电源的变换、隔离和控制输出, 输出的信号直流电源主要有直流转辙机电源 (DC220V) 、继电器电源 (DC24V) 、闭塞电源 (DC24~60V) 等;
6) 微机监测单元:用于智能电源屏输入、输出电源电压、电流的监测, 对工作状态提供监测和报警, 当系统发生故障时, 有声光报警、故障定位, 故障信息中文显示等。
1.2 主要特点
PDZ系列电源具有综合化、模块化、智能化、网络化等特点, 特别是高频电源模块和监控模块运用了多种先进技术, 具有高可靠性、高效率、便于维护等优点。
1) 高度综合:一套电源系统全面集成了信号设备所需的全部电源;
2) 高度集成:25Hz电源模块容量大 (最大4k VA) 、体积小、设计紧凑, 可以在单机柜内配置8k VA的25Hz电源;
3) 智能监控:可实时监测系统的工作状态, 故障及时显示和告警, 并具有故障记忆功能;
4) 网络化:可远程监控和集中监测组网, 与信号集中监测设备实现无缝对接, 最终实现信号电源的无人值守;
5) 低噪音:高频开关电源技术;系统和模块全部采用自然冷却技术, 避免了工频噪音和风扇运转噪音;
6) 无污染:采用PFC技术, 避免了模块内部高次谐波对外电网的污染;采用EMI技术;电磁兼容性好;
7) 便于维护:所有电源模块接口均采用规一化设计, 根据需要灵活配置模块, 方便实现系统扩容, 交、直流配电方式可灵活选择, 模块可热插拔, 操作简单, 便于更换、维护。
2 影响运用的典型问题分析及整治措施
2.1 H型供电的问题
《铁路信号维护规则》第12.2.1条规定输入电源供电方式有一主一备和两路同时供电2种方式。在铁路信号智能电源屏道上使用初期, 采用主、副电源H型 (属两路同时供电) 供电方式。使用H型供电的智能电源屏, 正常供电情况下由主、副两路电源并列运行, 各带50%负载;当一路电源发生故障时, 自动切换至另一路电源100%供电;一旦故障电源恢复正常, 系统将自动恢复为各带50%负载的H型供电方式。其优点是供电电源负载均衡。由于H型电源屏电源逻辑关系的原因, 受电源质量的影响, 当供电任一路电源出现电压瞬间波动或设备主导电回路隐患等现象, 即会导致电源屏频繁切换, 造成输出电压异常, 影响信号设备使用, 干扰运输生产秩序。
为完善“H”型供电电路的不足, 提高电源系统的工作可靠性, 使智能电源屏的技术指标满足现行的技术标准, 需对电源屏供电方式进行改造。
改造工程实施较复杂, 已投入使用的铁路信号智能电源屏改造时对铁路运输的影响较大, 这里提供2种改造方案供参考。
方案1:在现使用电源屏上改造。该方案实施时按照新的改造配线图在现场使用的电源屏上改造, 投资小, 但改造过程时间长, 对铁路运输影响大、安全风险大。
方案2:工厂内按现有电源屏生产改造部分机笼, 在现场局部更换机笼。该方案改造操作简单, 用时短, 对铁路运输影响小、安全风险小。但是投资较大。
2.2 切换系统存在的问题
兰武线龙泉寺等站的电源屏采用W1、T2、T3模块供电如图1所示, 在使用中, 由于切换系统驱动板问题, 造成内部Ⅱ路断电, 使部分模块输出中断, 此时可通过W模块反拼输入开关旁路到内部另一路工作, 影响电源屏的稳定使用。
该问题应属电源屏内部电路设计缺陷。解决该问题的措施是将接在内部Ⅰ路、内部Ⅱ路电源上的W1模块交叉接后面的T模块如图2所示, 即使切换系统由于驱动板等问题出现内部一路电源故障, 主备互锁工作的两台T模块中仍有一台可以继续工作, 同时系统切换、模块切换时间需满足铁标要求, 避免因瞬间断电打灭信号的问题。原来的输入反拼开关保留作为设备维修开关。
2.3 监控子系统供电问题
智能电源屏为实现对系统输入、输出各支路数据、模块工作状态的采集、处理和传输, 并实时进行故障报警而设置监控子系统, 是智能电源屏智能性的一个重要体现。监测系统是独立于实际输出和功能系统外的一个辅助系统, 不会对电源屏的工作状态进行控制和干预, 监测系统的本身故障不会对系统输出及功能引起二次影响。
智能电源屏监控子系统工作电源取自本屏直流24V联锁控制电源如图3所示, 但外电网断电时, 监控子系统同时掉电, 无法继续记录外电网的供电情况, 不利于铁路信号部门查找供电电源断电的记录, 造成设备故障分析是拿不出数据证据。鉴于上述情况, 为充分发挥智能电源屏监控子系统的功能作用, 为保障在外电网断电的情况下, 能继续使监控子系统有工作电源, 提出了2种解决建议方案:
方案1:另外找电源为监控子系统提供工作电源。
方案2:在电源屏上增加具有储能的辅助24V电源模块如图4所示, 平常该辅助24V电源模块处在储能充电状态, 在两路电断电时为监控子系统补充供电, 其容量根据监控子系统功耗和用户的需求时间计算确定, 但一般不超过10min放电时间。
分析:方案1改造简单、方便, 但存在其他外部电源与信号电源供电时间不同步导致记录功能与电源屏工作时间不一致的问题。建议采用方案2。
以上是针对铁路信号智能电源屏运用中的典型问题及整治措施分析, 在实际运用中还存在其他问题, 需要技术人员继续在维护、使用中不断发现, 并就提高电源屏运用稳定提出针对性解决措施。
参考文献
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[2]中国人民共和国铁道部.铁路信号维护规则[G].北京:中国铁道出版社, 2008.
[3]北京铁通康达铁路通信信号设备有限公司.PDZ智能型综合信号电源屏使用操作手册[G].兰州:技术资料未出版, 2010.
信号电源屏 篇2
一、两路电源自动转换故障造成全站停电的应急处理
当两路电源自动转换发生故障后，造成全站信号设备停电。此时应将两 路电源的输入开关扳下（在墙上的电源配电相内），使电源屏完全断电，并将直流屏1前面的两路交流输入开关扳下，然后将直流屏1背面的两路输入电源Ⅰ路的（A1、B1、C1、N）Ⅱ路的（A2、B2、C2、N）分别连接到直流屏1前面的（A1、B1、C1、N）及（A2、B2、C2、N）要注意连接的相序。此时，在确认直流屏1前面的交流输入开关1、2在关断状态下，将两路输入电源的开关合上即可。
二、交流稳压模块的故障处理
当交流稳压模块出现故障灯亮或保护灯亮时，应先检查稳压模块的保险 是否损坏或熔断，此保险在稳压模后面红灯旁，检查时应将稳压模块的红灯按一下，进行人工旁路后方可拧出保险管进行检查，若保险管良好，是稳压模块出现故障或保护，此时应将该模块的输入开关扳至维修位置，并及时通知厂家或信号检修所处理。
三、模块故障、保护指示灯亮的故障处理
当模块出相故障灯亮或保护灯亮时，首先应检查模块的输入的电压是否 在正常范围内，若判断正常，则模块故障或保护，此时应将与模块相对应的模块输入开关扳下即可（在扳开关时应确认备用模块的工作正常，即输出正常），并立即通知厂家和信号检修所处理。
四、轨道短路切除板的故障处理
当25HZ轨道电源输出中断时应先检查25HZ电源屏模块的工作状况，若 模块工作正常则轨道短路切除板处于保护或故障状态。判别法是将25HZ电源屏底部前门打开，卸下输出空开的盖板，将轨道电源的输出空开扳下，带几秒钟后测量输出空开上面的接线端子看是否有电，若有电则轨道电源有短路现象，应检查输出以后的设备。若无电则轨道短路切除板故障，此时，应将25HZ电源屏的主、备两模块的输入空开扳下，将电源屏背面的上方的盖板卸下，将轨道短路切除板的5J4和5J5端子插头改插到5J1和5J2备用端子即可。并及时通知厂家和信号检修所处理。
五、两路电源只有一路输出的应急处理
对一起铁路信号电源屏故障的分析 篇3
1 电源屏工作原理
铁路信号智能电源屏主要由配电、模块、防雷、监测等组成 (见图1) , 系统由外电网输入两路市电, 经输入配电后两路同时或其中一路进入电源模块进行稳压及变换处理, 处理后的电压在经过适当的转换变换为能直接为信号设备供电的洁净电源, 通过输出端子为负载供电。
在系统工作过程中监控模块始终对系统各参数进行监控, 如有异常即发出警报。当发生雷电危害时, 防雷单元泄放过大的电流, 保护电源设备[1,2]。文中以信号电源屏“H”型切换介绍其切换原理[3 (见图2) 。QF2~QF3为断路器, KM1~KM4为交流接触器, KM1, KM2, KM3, KM4分别具有电气和机械互锁特性, 接触器的切换为“H”型切换方式。正常供电的情况下, KM1和KM3吸合, KM2和KM4断开, 两路输入分别给互为主备的一组模块供电;在第一路输入不正常时, KM1断开, KM2吸合, KM3与KM4保持不动作, 这样由第二路输入给2个模块供电;相反的, 在第二路输入不正常时, KM3断开, KM4吸合, KM1, KM2保持不动作, 这样由第一路输入给2个模块供电。
2 电源屏故障原因分析
区间轨道电源从电源屏Ⅰ, Ⅱ路交流电A, B, C三相通过TE2模块进行处理得到直流48 V, 用来满足区间轨道电路的供电需求 (见图3) 。其中, A相带1台TE2模块, B相带1台TE2模块, C相带两台TE2模块。当电源屏发生故障或手动进行Ⅰ路、Ⅱ路转换时, 为了保证对信号设备的不间断供电, TE2模块所具有的续流能力必须满足在转换时间内稳定供电。
根据微机监测可知, Ⅱ路输入电网所带负载在17:08:35~17:08:36接近1 s时间段内功率总量由正常→零→正常→零反复进行了三次剧烈变化, Ⅰ路输入电网所带负载功率总量在对应时间内存在由零→正常→零→正常相反趋势的波动, 最后停留在Ⅰ路输入电源侧, 两路输入电源所带负载在1 s之内发生了3次来回交替现象。由此可见, 此时Ⅰ路、Ⅱ路输入电源在1 s内基本上同时存在不稳定剧烈扰动情况, 电源屏Ⅰ路、Ⅱ路输入交流接触器频繁切换[4,5]。由于系统的每次输入切换, 模块输入端都会发生150 ms的断电情况。这种短时间内的频繁切换可能会造成区间轨道电源模块由于输入电压不足, 造成输出电压瞬时下跌。根据对外电网Ⅰ路、Ⅱ路的功率曲线图的分析, 采用以下方法进行试验。
第一, Ⅰ路、Ⅱ路转换时, 输入电压切换正常, 续流时间为100 ms (切换时间小于150 ms) , 轨道电路工作正常, 未出现红光带。
第二, 关闭1台TE2模块输入空开, 在Ⅱ路切换到Ⅰ路时, 续流时间下降到70~80 ms, ZPW2000R轨道电路出现红光带。
第三, 关闭两台TE2模块输入空开, 剩余两台模块工作正常, 工作电流分别为23 A。
第四, 恢复4个TE2模块供电, 在Ⅰ路、Ⅱ路系统多次切换过程中, 轨道区段有红光带出现。
根据以上试验结果并结合微机监测, 推断出电源屏系统进行多次切换导致TE2模块续流时间不够, 因此出现模块电压跌落到41.3 V, 造成轨道电路欠压, 出现红光带4 s。
3 电源屏故障解决方法和建议
通过以上分析, 在系统频繁切换过程中, 有可能导致TE2模块的续流时间减小, 从而使TE2模块输出电压下降到43 V以下。为彻底解决该隐患, 建议增加续流排的方式来提高TE2模块的续流能力, 该续流排容值为模块内部母线电容值的4倍, 理论计算模块续流时间增加电容后可以提高4倍, 模块负载为46 A时, 模块的续流时间提高到400ms, 其值远大于150 ms切换时间, 可以彻底解决该缺陷。
摘要：随着智能型铁路信号电源屏在铁路的广泛应用, 如何保证信号电源屏在发生故障时提供稳定、可靠的信号电源成为亟待解决的问题之一。本文就信号电源屏系统在进行I, II路切换时, 针对由于续流时间不足造成轨道区段红光带的现象进行了详细分析和研究, 并提出了有效的解决措施。
关键词：电源屏,轨道红光带,续流时间,微机监测
参考文献
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[4]邵亚军, 陈兴发.鼎汉电源屏两路电源输入切换电路的改进[J].上海铁道科技, 2009 (3) :130-131.
信号电源屏 篇4
信号智能化电源屏主要用于国家铁路、高速客运专线、城市轨道交通、地方铁路以及钢厂、煤场、煤矿等各类专用线。它具体组成包括稳压转换屏、直流屏、第一交流屏第二交流屏, 稳压转换屏包括转换电路、交流稳压模块、表示闪光电源电路、监测单元及采集电路;直流屏包括直流转辙机电源电路、继电器电源电路、区间移频电源电路、站内电码化电源电路、闭塞电源电路及采集电路;第一交流屏包括信号点灯电源电路、道岔表示电源电路、微机监测电源电路、计算机联锁电源电路及采集电路;第二交流屏包括调度监督、稳压备用等输出电源电路、25/50Hz轨道电源电路、交流转辙机电源电路及采集电路;采集电路板及电压电流传感器构成了电源屏中的各个采集电路。提高了铁路信号设备的供电质量, 兼有智能监测、实时数据查询、故障信息存储和报警等功能。
2 信号智能化电源屏的维护
2.1 电源屏系统的检查
如果电源屏在正常工作的状态下一般呈现以下情况:保护灯和故障灯在设备安全情况下是熄灭的, 除去这两个灯以外电源模块指示灯均是亮的状态, 两路交流输入电源的指示灯也是亮的, 位于前门内的蜂鸣器是开的状态, 不会有声音提示告警, 但告警/消音开关处于告警的状态。
2.2 查看电源屏上的防雷器
首先检查防雷地线的连接, 其次是防雷器的颜色变化, 是否有形状变化、设备开裂的情况出现, 防雷空开的工作状态是否正常, 并且防雷器的安全状态空开置于闭合处, 防雷器的显示窗口正常颜色是:C级颜色为绿色, D级为亮灯状态, 这时防雷器的输出顶盒面板的指示灯显示。
2.3 查看电源屏的电线连接
电源屏的线缆包括防雷器接地线缆和交流输入线缆, 首先保证这些线路的连接良好, 然后要定时检查线缆是否有局部过热或者老化的情况, 所有的接地电阻阻值不得大于10Ψ, 否则可能会导致电源屏的迅速毁坏。
2.4 检查实时数据的误差
实时数据与实际的数据误差也可以反映电源屏的状态, 一般情况下直流电压的误差在额定值的百分之二以内, 交流电压在百分之三以内, 无论交流还是直流电流不会大于额定值的百分之五, 如果电压过低甚至大于额定值的百分之五那么就要替换模块的电容。
2.5 电源屏的告警指示
一旦发生故障会有告警提示, 所以必须保证信号电源屏的模块和相应的监控单元通讯连接, 告警一定不能有断开的现象, 如果相应的声光告警项目均没有显示异常则电源屏的状态正常。
2.6 查看电源的通讯的状态
保证信号电源屏的模块和相应的监控单元通讯连接, 当前没有通讯断开的告警项目, 历史的告警记录也不存在断开的记载, 实时数据显示不能是反白。以上通讯必须保证。
3 智能电源屏的常见检修
3.1 智能电源屏的系统切换检修
测试电源屏的切换功能可以利用如下方法:在保证路电网连通的情况下, 将I路电网切断, 手动切换到Ⅱ路电网, 并将I路电网连通供电, 切换到I路电网, 若一二路电网均有故障, 那么可以利用外网供电, 从而避开模块的故障, 就可以保证供电的顺畅。
3.2 交流模块的相互转换常见检修
检修交流模块的主要工作是其切换电路的状态以及模块的运作状态, 模块的运作状态可以通过其带载的情况判断, 分为f带载和热备两种, 具体做法是:切断带载模块的开关并手动切换到一个处于热备状态的模块, 供电并闭合开关, 模块稳定运作后就可以对另一个模块进行切换电路测试, 做法与上述相同。
3.3 带载直流模块检修
电源内部的带有闭塞、站联而且电压在24到60伏的的直流模块需要检测其内部的闭塞支路输出的状态, 切断两模块的一个输入, 给未断开的模块加负载并查看模块的输出信号, 智能电源屏有无告警, 将模块均恢复原状, 重复上述做法测试, 确认模块的电源输出信号安全正常。
3.4 检修模块的工作数据
导出所有监控单元的工作记录数据检查并记下相关内容, 要特别注意交流稳压模块的运行数据, 通过这些判断模块的情况。
3.5 优化智能电源屏的检修建议
首先要加强对电源屏的检修标准研究, 统一各个部门的检修水准, 还要注意不同类型的电源屏检修又有一定的差别, 相关人员要遵循《维规》的执行标准和现场设备情况做出最合适的检修标准;第一现代的新型技术发展迅速, 所以人工检修的电源屏检修精准程度早已无法满足铁路运输稳定运作的需要, 其次无论怎样完善的检修体制都无法从根本上解决设备的故障问题, 所以需要提升检修电源屏设备的工艺精度, 才能根本上解决设备的故障以及人工检修容易遗漏问题的弊端;最后要加大力度提高电源屏检修工作人员的专业素养, 在培养检修人才上需要改革培训理念, 有针对性的训练, 并且立足于当下, 力求超前性, 尤其在铁路运输岗位上更需要工作人员的操作技能良好和紧急处理问题能力, 根本来说就是追求员工的“专业”和“敬业”。只有这样铁路运输的安全稳定运作才能得到保障。
4 结语
智能电源屏的在近几年的发展说明电气集中电源屏被取代是一个必然趋势, 随着新技术的不断更新和被应用, 新时代背景下的信号智能化电源屏检修必然充满挑战, 按照以上方法对信号智能电源屏进行日常维护以及常见问题的检修处理, 能够减少故障的出现频率, 最大限度提升智能化电源屏的运用品质, 保障了铁路运输的安全性。
参考文献
[1]王如春.智能电源屏维护与故障处理[J].铁道通信信号, 2009, 02.
[2]刘大为, 郭进.中国铁路信号系统智能监测技术[J].西南交通大学学报, 2014, 05.
[3]王如春.智能电源屏维护与故障处理[J].铁道通信信号, 2009, 02.
信号电源屏 篇5
关键词：信号电源屏,PLC,软件设计
1 引言
铁路信号电源屏起源于20 世纪90 年代。随着电子技术、数字信息技术及计算机技术等的高速发展, 使得智能化电源屏获得了较快的发展, 直接使铁路信号直、交流电源质量得到了提高, 并且实现了对电源系统具体运行状态的远程传输和实时监测。
2 基于PLC的铁路信号电源屏网络系统整体要求
在铁路信号电源屏网络实际设计过程中要求较多, 并且要求注意的事项多。通常情况下, 要对电源屏中的频率、电压及电流等情况进行具体抽样分析, 并且对收集到的模拟量和开关量等数据进行细致整理, 用整理分析获得的结果对电源屏的具体工作进行衡量。而在其各类设备实际工作过程中, 还要求对开关问题、接触器状态及设备的实际运行状态等进行检测和控制[1]。如果在这一过程中, 发现电源屏运行存在问题, 那么必须要立刻开启声光报警, 接着要将电源屏内的各种参数集中起来, 并直接传输至人机界面显示。与此同时, 还要保证微机监测系统能够实时收集到电源屏上传的各项参数。
3 常见PLC组网类型及具体案例
3.1 常见PLC组网类型
当前所用的PLC不但能够完成一些简单的逻辑控制, 而且还能够实现一些网络通信功能和包含模拟量的数值处理功能, 而这些功能的实现使得PLC能够利用网络而建构分布式系统, 从而实现一些较为复杂的控制功能。而常见的PLC组网类型有如下几种: (1) 采购PLC开发商供应的网络适配器及其系统软件协议, 然后通过一定的方式, 建构企业具体内部网络, 这样建立的PLC组网, 其内部网络协议不会公开, 并且这样的PLC组网必须要求供应商在提供的配套协议外设计一些下位机组态软件, 如西门子公司所提供的PPI协议内的令牌环网。 (2) 工业施工现场相对开放的总线, 并构成以现场总线为主的集散控制网络, 其主要代表有西门子S-7200 系列PLC, 西门子S-7200 系列PLC辅助以PROFIBUSDP通信口, 即可接入至PROFIBUS总线网络, 而这样的接入其主要是利用总线所具有的通信功能, 使得PLC控制范围和能力得到扩展[2]。 (3) 利用自定义通信协议或者自助选择的通信协议, 加上标准化的RS485 串行通信网络, 即可组成PLC及工控机所用分布式网络。
3.2 案例分析
在具体应用过程中, 从功能实用性及开发成本等整体角度来看, 第三个方案无论是性价比还是灵活性均较佳, 因此第三种方案在我国相关系统设计中应用相对较多。而本文主要就某铁路信号智能电源屏集散监控系统的设计进行叙述, 而该智能电源屏集散监控系统主要应用第三种方案的设计思路, 并主要以实现电源屏的通信和组网为目的。
4 基于PLC的铁路信号电源屏硬件结构设计
对于电源屏来说其主要由多面屏组合而成, 而本文对三面屏分别以A、B、C为代号, 而整个电源屏硬件主要由辅助电源、人机界面、传感器、拓展模块及中央处理单元等部分共同组成。
4.1 中央处理单元设计
在该监控系统中, 所用的监控系统主要为西门子S7-200系列的CPU226, 整个CPU单元设计有开关量输入、输出等接口, 而其中A屏、B屏、C屏分别使用CPU226、CPU222、CPU226, 并且A、B、C等屏均有PORT1、PORTO等通信接口, 这两个通信接口在工作过程中可以顺利完成微机监测系统和电源屏及A、B、C等屏之间的相互通信, 另外这两个接口在实际应用过程中, 还可以根据实际需求, 在一定范围内设定通信速率, 因此其相对较为灵活方便。
4.2 拓展模块设计
在实际电源屏网络设计当中, 可以根据各屏实际工作量的差异, 针对性地添加一些拓展模块。而对于该系统来说, 其通常所用的拓展模块有数字量拓展模块及模拟量拓展模块, 该系统实际最多能够同时添加7 个模块。
4.3 触摸式显示屏设计
当前电源屏网络设计过程中, 人机界面是主要的站点, 在实施通信的过程中必须要经过人机界面和PLC进行, 通过该过程能够将PLC中的所有数据进行体现同时自动弹出报警信息, 除此之外, 还会对故障进行记载以作为日后查询的依据。
4.4 智能电源屏传感器
电源屏作为智能的传感器在工作中有着非常重要的作用, 它对于转换各种电流、电压以及频率量有着显著的作用, 同时还可以在标准信号的传送如模拟量输入扩展模块中起到一定的作用, 最后还可以进行A/D转换模式, 并对相关数据用中央处理器进行处理。
5 智能型铁路运输信号电源屏的软件设计情况
5.1 软件的构成
一般情况下在铁路智能运输电源屏的软件设计过程中, 最常用的是来自西门子公司的一种特殊化的指令系统, 该系统在工作过程中使用的是梯形图编辑器, 并在该编辑器中对各个屏幕的程序进行编写和修改, 最终经过与实际情况的衔接, 事先进行相关的通信方法和通信速率的测定, 在通过测定之后进行联机操作便可解决该问题, 实现机器的正常运行。
5.2 软件运行流程
在整个铁路信号电源屏网络设计软件的工作过程中, 必须要实施有效的监控措施对整个工作过程中的各个模块诸如接触器、断路器以及模块的运行状况以及报警系统的工作效率等进行精准监控, 以实现积极管理[3]。对于在电源屏幕内的各种电源参数诸如电压、电路和漏电等的具体情况进行标准化的检测, 同时将各个参数聚集于电源屏幕上, 以便通过触摸屏显示和查看, 除此之外, 还必须要保证电脑系统与电源屏上的数据进行联通, 以便能够方便地进行参数的上传。
在具体的操作过程中, 系统的软件流程图详见图1。
在该系统的运行过程中正常使用的是多主机化的组网方式。其中A屏和C屏构成整个软件工作系统中的主站, B屏为副站。在该软件系统的运行过程中具体是这样:系统通过接受SIMATIC指令系统中的NETR指令和NETW指令对各个屏之间的信息进行掌控和联系。NETR指令主要用于A屏, 并在PORTO的协助之下帮助B屏和C屏实现参数的读取, 并将读取的数据输送到缓冲区中, 根据系统软件的特殊标准对数据进行分类分区存放, 再经过触摸显示屏对PLC中数据录入, 将录入到的数据集中显示于显示屏幕上。在工作过程中, C屏的流程与A屏基本一致, 利用相同的指令对A屏和B屏中的数据进行读取并保存于C区的指定缓冲区域中。在微机和PLC之间要想实现通信必须要通过RS-485 串行接口。[4]在具体的工作过程中铁路信号电源屏幕网络的设计必须要遵守有关铁道信号的相关通信协议。
6 结语
对于西门子S7-200PLC来说, 其不仅功能较为完善, 编程简单之外, 而且在实际使用过程中可靠性也较高。其次, 西门子S7-200PLC在实际使用过程中还具有监测稳定可靠、使用美观大方、操作简单灵活等优点;再次, 通过实践表明, 西门子S7-200PLC在满足铁路信号电源屏上应用的基础上, 其还能使得铁路电源屏实际通信需求得到解决。而由于笔者所学及文章篇幅等方面的限制, 本文仅仅针对西门子S7-200PLC在铁路信号电源屏中的应用进行了叙述, 文章在其他方面的叙述仍然有所不足, 希望有关学者能够给予补足。
参考文献
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[2]侯江涛, 付强, 郭欢娟.PLC在智能型铁路信号电源屏中的网络设计[J].铁道通信信号, 2016 (11) :18-19.
[3]高静敏.数字通讯在铁路信号智能电源屏系统中的应用[D].天津:天津大学, 2007.
关于智能电源屏电路的改进 篇6
关键词：智能电源屏,存在缺陷,修改电路,确保安全
1概述
2006年黎湛线自闭开通时, 区间2000A设备使用了北京鼎汉技术有限公司生产的智能电源屏, 型号为PZG D-8/380智能电源屏。在几年的运用中, 智能电源屏的输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路经常性闪红轨情况, 直接影响运输效率与安全。据统计, 黎湛线共有15个车站使用了PZG D-8/380智能电源屏, 每年发生此类故障均超过20件之多, 为了解决该问题, 确保运输效率与安全, 我们深入现场进行了研究、试验并制定整改方案, 避免类似故障的再次发生。
2现场调研
2.1调阅相关故障信息
针对黎湛线区间智能电源屏电源瞬间断电造成的故障, 我们深入沿线各站对智能电源屏的监测机进行了大量的调阅分析工作, 其中发现以下几种不正常现象:
(1) 外电网波动现象异常:在某一路电源工作时其电压波动在上下限部位波动, 造成智能电源屏进行外电源却换且未转换到位时, 前工作电压有恢复正常, 电源屏却换电路又反过来却换回来原来的工作电源, 造成外电源进行了两次转换, 两次转换时间总和大于电源屏正常的转换时间, 引起智能电源屏输出电源瞬间断电。
(2) 经调阅发现:时常有外电网一路正常转换二路时仍有瞬间区间轨道电路闪红问题, 进一步调阅发现在外电网一路转换二路时区间KZ24、KF24电源有瞬间断电现象, 分析电路发现区间KZ24、KF24电源在外电网一路转完二路后, 起模块输入端仍要进行一次转换, 造成KZ24、KF24电源在经过转换两次后才能正常输出, 应该是两次的转换时间叠加后引起KZ24、KF24电源瞬间断电, 造成区间轨道电路闪红故障。
2.2现场观察
经现场观察发现智能电源屏外电网一二路电源转换时使用交流接触器进行互却时, 既有电路互锁同时也进行机械互锁, 这样在机械设备动作不灵活时会造成一二路电源转换时间延长, 影响电源屏的输出, 造成电源屏输出电源的瞬间断电现象, 致使区间轨道电路闪红及区间信号机瞬间灭灯故障。
2.3电路分析
到现场后, 针对智能电源屏输出电源瞬间掉电现象在电路上进行分析查找, 从中发现该智能电路上存在以下几种缺陷:
(1) 智能电源屏输出电源KZ24、KF24电源在外电网进行一二路电源转换时其输出电源要经过两层的转换才能达到条件, 这样就会造成转换时间过长, 影响电源的输出, 致使该电源有时会瞬间断电现场。
(2) 外电网一二路电源的连接方式为H型连接, 根据铁道部相关规定信号设备电源屏必须采用Y型连接的规定, 该智能电源屏的外电网一二路电源连接方式不符合规定, 在电源转换过程中若输出有一路电源瞬间断电就会造成另一路电源所承受的负载过大, 造成输出电源过低无法带动负载正常工作, 影响信号设备的正常使用。
(3) 经同厂家分析, 该智能电源屏输出电源KZ24/KF24的2475模块内部通信有堵塞问题, 若外电网两路瞬间断电或两路电路转换时, 2475模块通信出现堵塞而启动自保模式, 中断电源KZ24/KF24的输出;若外电网电源再次对2475模块进行冲击时模块又释放自保模式, 2475模块实现继续输出供电, 从而造成智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路瞬间闪红光带故障。
3原因分析
为了彻底解决PZG D-8/380智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电问题, 经过我们在现场的大量调查研究, 综合各方面情况进行分析, 通过分析其原因有以下几种情况:
3.1一二路电源机械锁闭问题
两路外电网电源输入到智能电源屏时, 两路电源切换用的交流接触继电器的互锁方式为机械互锁和电路互锁两种;在外电网电源进行两路电源切换时, 由于机械互锁的切换极易造成机械卡阻, 这样两路电源的切换时间就会超过电源屏两路电源却换的规定时间0.15秒, 这样就会瞬间直接切断了两路外电网电源引起智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路经常性闪红光带故障。所以说两路交流接触器的机械互锁方式也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。
3.2电源模块通信堵塞问题
智能电源屏输出电源KZ24/KF24的2475模块通信有堵塞问题, 若外电网两路瞬间断电或两路电路转换时, 2475模块通信出现堵塞而启动自保模式, 中断电源KZ24/KF24的输出;若外电网电源再次对2475模块进行冲击时模块又释放自保模式, 2475模块实现继续输出供电, 从而造成智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路瞬间闪红光带故障。所以说电源KZ24/KF24的2475模块存在通信堵塞问题也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。
3.3一二级电源却换连接问题
根据铁路相关文件规定, 所有电源屏输入两路电源的切换系统必须采用星型系统连接, 而PZG D-8/380智能电源屏外电网输入的切换方式为H型系统连接。交流输入切换单元采用H型切换系统, 即外部输入为两路, 经过切换系统, 内部也用两路分别给模块供电 (现益湛线采用Y型切换系统, 即外部输入两路, 经过切换系统后内部只有一路供电) 。对H型系统, 若系统内部其中一路断电, 则一半模块停电, 对于大负载的信号设备而言就会造成各种电源电压的下降, 甚至带不起负载而造成信号设备无法正常运转。所以说电源屏输入两路电源的切换系统采用H型系统连接也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。
3.4双级却换问题
经现场核实PZG D-8/380智能电源屏在外电网电源进行转换时, 输出电源KZ24/KF24必须经过两级的却换才能保证正常输出, 这样时有两级转换时间过长造成电源KZ24/KF24瞬间断电现象, 引起区间轨道电路闪红故障。
3.5外电网波动问题
经现场调阅监测数据及请求电力部门进行模拟试验, 可以肯定在外电网电源电压波动在上下限数值时, 智能电源屏时有进行一二路电源转换且转换不彻底 (不到位) 时会有回转现象, 这样就会造成电源屏输出电源瞬间断电现象, 可以说明外电网电源波动也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。
4初定对策及现场试验
通过以上现场调研及原因分析, 结合厂家及电务段现状, 初步制定以下措施并在现场进行试验:
4.1初步对策
根据现场调研情况对智能电源屏输出电源瞬间断电原因进行分析, 得出由于以上几种原因造成的电源断电故障, 结合各种原因及现场实际需要, 初步制定以下措施进行试验:
(1) 对智能电源屏外电网电源一二路电源转换使用的交流接触器的机械互锁方式拆除, 只保留电路互锁方式, 这样可以避免因机械互锁造成的机械卡阻引起的电源断电问题。
(2) 由厂家对2475模块存在的通信堵塞问题进行技术攻关, 修改2475模块内部电路, 消除2475模块的通信堵塞问题。
(3) 由厂家根据铁道部标准Y型电路进行修改H型的电源切换电路, 确保一二路电源的却换顺畅。
(4) 根据各站配置2475模块数量的实际情况, 对部分车站的2475模块二级切换电路进行修改, 确保在外电网电源进行一二路转换时其所带负载满足要求, 杜绝因需要二级却换而造成的负载加大引起电源电压下降。
(5) 在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路, 确保在外电网电源进行一二路却换时电源KZ24/KF24有电输出, 渡过因两级却换造成的瞬间断电问题。
4.2现场试验
根据以上调研、原因分析及初步对策, 在黎湛线的其中两个站进行了一年的试验, 通过试验取得了良好效果, 具体试验情况如下:
(1) 对飞凤坡站的智能电源屏进行了两路外电网连接方式由H型改为Y型, 同时把有通信堵塞问题的2475模块进行更换成改进后且不存在通信堵塞问题的2475模块, 再次对2475模块二级切换电路进行修改, 确保在外电网电源进行一二路转换时其所带负载满足要求, 杜绝因需要二级却换而造成的负载加大引起电源电压下降。
(2) 对吹塘站的智能电源屏外电网电源一二路电源转换使用的交流接触器的机械互锁方式拆除, 只保留电路互锁方式;同时在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路。
通过以上试验, 得出以下结果:一是飞凤坡站原来每年均要发生2~3次的瞬间断电故障, 经过改变外电网的连接方式、更换2475模块及修改2475模块二级切换电路后, 全年均没有发生类似电源瞬间断电故障, 试验结果是有效的;二是吹塘站原来每年均有约3次的瞬间断电故障, 经过拆除交流接触器的机械互锁和在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路后, 一年来均没有发生类似电源瞬间断电故障的发生, 试验结果也是有效的。
5最终措施及效果
经过现场的调研查找及原因分析, 得出发生智能电源屏瞬间断电的真实原因, 并采取初步方案在现场进行了长达一年的试验工作, 最终确定整改措施并决定在全线展开整治:
(1) 对全线15个站采取鼎汉智能电源屏的交流接触器的机械互锁进行拆除, 只保留电路互锁方式。
(2) 由厂家对全线15个站的2475模块进行更换, 采取经改进型的2475模块代替旧型的2475模块, 以解决2475模块的通信堵塞问题。
(3) 把全线15个站的外电网连接方式由H型修改为Y型电路, 确保一二路外电源却换的顺畅。
(4) 对其中10个站存在2475模块配置问题的二级切换电路进行修改, 确保在外电网电源进行一二路转换时其所带负载满足要求, 杜绝因需要二级却换而造成的负载加大引起电源电压下降。
(5) 对全线15个站的智能电源屏在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路, 确保在外电网电源进行一二路却换时电源KZ24/KF24有电输出, 渡过因两级却换造成的瞬间断电问题。
以往每年黎湛线均要发生约20件的瞬间断电故障, 在经过以上整改措施后, 全线智能电源屏设备在历经半年的运行中没有再发生类似瞬间断电故障的发生, 整治效果是有效、良好的。
参考文献
[1]冯金洲, 沈培生.智能电源屏可靠性初探[J].铁道通信信号, 2005 (12) .
[2]沈斌.浅谈信号智能化电源屏的日常维护[J].上海铁道科技, 2008 (01) .
变电站用智能交流电源屏探讨 篇7
1站用交流屏现状及存在的问题
1.1传统站用交流屏使用固定式结构、GCK或GCS柜型, 与变电站电度表屏、继电保护屏等柜型存在不一致, 且这些结构都没有透明巡视门, 一方面在使用维护上不方便, 容易造成误操作;另一方面使控制室排列、颜色, 甚至柜体高度都不统一, 影响美观。
1.2馈线开关采用固定式, 开关是并排安装, 在施工阶段, 造成用户外引电缆接线比较困难, 为了解决这个问题采用一次端子将出线引至柜后的方式, 一定程度上缓解这个问题, 但是无法从根本上给客户带来方便, 且增加了故障点。在后期维护时, 由于开关相互之间没有隔离措施, 分隔形式较低, 在某一个回路出现故障时无法避免故障的扩散, 对保障供电可靠性不利, 且开关出现故障时检修开关需要整段母线停电, 停电范围较大, 施工时间长。
1.3部分变电站进线采用熔断器负荷开关作为保护元件, 一方面在站用变压器容量较大时, 由于熔断器负荷开关的尺寸较大, 造成一次回路铜排工艺复杂, 柜体尺寸较大, 给后期使用和维护带来不便 (图1) ;另一方面可能出现熔断器缺相的问题。同时, 熔断器负荷开关的附件比较单一, 不利于监控设备的远控和信号采样。
1.4部分变电站将站用电源监测和ATS自动转换开关控制使用两种控制元件, 不利于两个控制单元之间的信息交换, 接线和维护复杂, 再加上部分ATS控制器中使用故障代码报错, 在出线故障时, 现场检修人员很难判断故障点, 给快速排除故障带来困难。1.5部分变电站站用变压器零序电流保护未闭锁380V备自投, 在馈线小电流接地故障引起站用变压器零序电流保护误动作时, 380V备自投切换到另一电源, 引起另一站用变压器零序电流保护误动作, 将造成全站失电。采用固定插拔式安装, 同时具备抽出式检修方便、固定式接触性能好的优点。安全隔离小室, 每个馈线单元相对独立, 具有防止故障蔓延的功能。柜体结构分为功能小室、母线室和电缆室, 并互相隔离。馈线单元标准化, 预留空间大, 扩充方便快捷。电缆上下进出十分方便。
2新型站用交流屏的分析
2.1新型站用交流屏在柜体结构上采用新型材, 柜架轻巧, 组合方便, 从柜体尺寸、结构等与控制室其它柜体 (站用电度表屏、站用继电保护、, 直流屏) 协调一致;带透明巡视门, 外形美观, 且便于监测电气元件运行状态。
2.2馈线断路器目前还普遍采用固定安装式结构, 在外引电缆和防止故障扩散上还存在问题, 固定式开关是并排安装, 相互之间没有隔离措施, 检修开关需要整段母线停电。有可能会因某一段线路问题造成整段母线馈线全部损毁。抽屉式结构可以使每一回路独立隔离, 更换较方便, 但由于抽屉机械结构复杂, 容易出现卡死、操作不灵活的现象, 抽屉备用件比较多, 造成现场维护的困难。珠海500KV国安变电站用使用固定分隔式结构 (图二) , 采用3型分隔形式可以保护在配电柜内工作的人员防止触及到相邻的功能单元, 以限制故障 (电弧, 小东西如螺丝、工具等) 在功能单元之间的传播。固定分隔式具有以下优点:
2.3站用智能电源屏通常采用熔断器负荷开关或断路器作为保护元件。熔断器的线性保护性能好, 但是体积较大, 大容量的熔断器负荷开关需要电源屏尺寸较大, 且铜排的制作复杂, 熔断器有断相的可能, 如果出现熔断器熔断, 更换时间较长, 不利于变电站的正常运行。同容量的断路器比熔断器负荷开关体积小, 且不会出现缺相, 有多种脱扣器选择, 容易实现级联保护, 有多种结构形式, 且附件多, 可实现远控、监控、通讯, 方便安装更换, 铜排制作方便, 节省成本, 维护周期短等优点, 已越来越被客户和设计者认可。
2.4新型站用交流屏监控单元的出现使站用交流屏的控制和监控方式做出了根本改变, 采用ATS自动转换开关和智能监测与控制技术, 实现电气和机械双闭锁, 从根本上保证了电源的安全可靠切换。同时, 可方便接入综自系统中, 实现“四遥”功能。完全满足变电站无人守值的需要, 为变电站提供安全、可靠的电源。
2.5站用变压器零序电流保护是否闭锁380V备自投问题
站用变压器零序电流保护放在变压器低压侧中性线上, 站用变压器零序电流保护其整定必须躲过最大不平衡电流, 即25%额定负荷电流, 难以反应小电流类故障, 等到故障扩大到大电流时往往造成火灾等大事故。而正常情况下, 负荷不平衡度达不到最大不平衡电流, 即使零序电流大于整定值, 保护也不会动作。同时如果站用变压器零序电流保护未闭锁380V备自投。在馈线小电流接地故障引起站用变压器零序电流保护误动作时, 380V备自投切换到另一电源, 引起另一站用变压器零序电流保护误动作, 将造成全站失电。接地故障电流相比开关额定电流倍数不足以瞬时跳闸, 引起站用变压器零序电流保护误动作。但站变零序保护动作不闭锁380V备自投, 致使380V备自投将故障切换到另一站用变压器, 引起另一站用变压器零序电流误动作, 最终全站失电。站用变压器零序电流保护是否闭锁380V备自投的问题对变电站供电可靠性提出了挑战, 解决办法增加式在站用变压器零序电流保护闭锁380V备自投设计 (如图) 。在一测电源出现接地故障时, 将外部脱扣信号输送给监控单元, 经过监控装置判断, 闭锁投切回路并报警, 可有效避免事故扩大。
3结束语
总之, 站用交流电源系统在变电站电源系统中的作用举足轻重, 是保障电力正常供应的重要环节。通过近几年的发展, 站用电源系统已经有了很大的完善和进步, 加大加快在站用电源系统中使用可靠的新设备, 新技术不容犹豫, 特别是在各供电局对停电率的考核上日益看重, 新型站用电源系统已经成为主流产品, 同时母线不打孔技术、交直流一体化系统技术等新技术新课题的不断出现, 结构紧凑、安装快捷、使用安全、外形美观的新型站用交流电源屏已经向其他配电部门延伸, 对供电可靠性有着不可估量的现实意义
摘要：变电站交流电源系统是保证变电站安全可靠地输送电能的一个必不可少的环节, 如何保证系统的可靠运行是保证变电站正常工作的重要任务之一。作为站用交流系统重要组成部分的380V低压配电屏随着新设备、新技术、新工艺不断地使用, 站用交流电源系统已从原来的结构单一、操作维护复杂、检修时间长、不智能的模式中走出来, 实现了与变电站自动化系统的接入, 完全满足变电站无人值守的要求, 不仅为变电站提供了安全可靠的电源, 还在人性化、美观化的道路上不断前进。
关键词：站用交流电源,智能屏,固定分隔式
参考文献
[1]S.00.00.05/Q102-0006-0903-5205, 广东电网公司变电站站用交流电源系统技术规范.广东电网公司, 2009.
[2]唐宏德.220KV变电站站用电设计的优化[J].上海电力, 2001, (3) :44-45.
信号电源屏 篇8
POV LED单色显示屏(Persistence Of Vision Light Emitting Diode Monochromatic Display)又称基于视觉暂留的发光二极管旋转显示屏,由单列单色LED组成,通过旋转产生点阵[1]。利用控制点阵旋转屏中发光二极管亮灭并结合动态扫描以及视觉暂留现象来显示文字、图片、动画等信息[2]。POV LED的发展前景极为广阔,可以进行球面显示、圆面显示、圆柱面显示[3]。本文利用STC89LE52RC低电压单片机及无线能量传送电路,在POV LED单色显示屏的基础上优化、改进,实现一种小型化、易于控制的新型彩色2D电子显示屏。该种器件与POV LED单色显示屏比较有如下优特点:
(1)使用RGB发光二极管,通过色彩组合可以实现彩色显示,解决了POV LED显示屏色调单一的问题、丰富了可显示的内容。
(2)初步探索并采用无线能量传送技术,完美解决了电源问题。
(3)在完全不同的硬件结构上采用数据压缩,可以兼容使用单色显示屏的字模库数据。
1 电源解决方案分析
我们以单色POV LED为例,根据其物理特性,信息的显示需要旋转,对于高速旋转的PCB电路板,通常采用下述供电方案。
1.1 纽扣电池供电
我们以型号为CR1220,电压为3 V的纽扣电池为例,其标称容量为40mAh。当使用导通电流为10mA的LED时,16分辨率的LED屏幕同时点亮需要的电流为10×16=160mA,即Imax=160mA。考虑到字模数据占的数据量为0位～16位,通常情况下可取4位～8位,即平均下来持续在亮的灯至少有4个至多有8个。首先取下限计算,所需最小平均电流为IAmin=4×10=40mA,2个CR1220电池并联提供3V电源,在不考虑单片机系统及外围电路的功耗下,仅可以维持(40mAh+40 mAh)÷40mA=2h;再取上限计算,IAmax=8×10=80mA仅可以维持(40 mAh+40 mAh)÷80mA=1h。
即整个系统仅维持LED灯亮,不考虑其他功耗,仅仅可以工作1至2个小时。显然,对于产品化,纽扣电池供电绝对不是经济的解决方案。
1.2 电机抽头供电
由于RGB POV在旋转的时候,转子相对PCB是静止的,故可以从电机线圈中抽头,经过整流后供电。该方法突出缺点是不实用,成品电机线圈抽头繁琐且易损坏线圈。
1.3 无线供电
该方案利用变压器耦合原理,由振荡电路产生振荡信号,通过初级线圈向空间传送能量。次级线圈感应到初级线圈的振荡信号,在线圈中产生交变的电流,通过整流桥获得直流,为单片机系统提供能量。该方法突出优点是产品可以无限续航,且由于摆脱了电池,可以大大减小PCB的体积及重量,该方案将在下节重点阐述。
2 使用无线供电的RGB POV系统
2.1 电磁耦合
电磁耦合对电源工程师来说,再也熟悉不过了,变压器就是利用这个原理来传递能量。如果把变压器的两个绕组分开,就是某种意义上的无线供电。电动牙刷的充电就是个典型案例,但是用电磁耦合的方式有很大的缺点,没有高磁导率的磁芯作为介质,磁力线会严重发散到空气中,导致传递效率下降,特别在两个线圈远离的时候,下降的非常厉害,所以不适合大功率、远距离的无线供电[4]。
2.2 无线供电在旋转屏中的应用
如上所述,基于电磁耦合的无线供电不适合大功率、远距离供电,但本例中可以将定子上的初级线圈与动子上的次级线圈距离减少到最小,且采用低电压、低功耗单片机系统,该供电方案完全可以满足旋转屏正常工作所需能量。
2.3 对于提升无线供电传送效率的探索
无线能量传送电路采用RC振荡电路,它适用于低频振荡,一般用于产生1Hz～1MHz的低频信号。在本例中,发射电路R、C固定,发射频率为10KHz,接收电路带负载后电压在2.2V左右,此时3V单片机系统处于不稳定工作状态。接收波形(上)和发射波形(下)如图1所示。
由于RC振荡电路频率由下面公式确定:
通过在固定电阻Rs上并联可变电阻Rh使得频率f可以调节。Rh的减小使得R减小,从而振荡频率f提高。实验波形显示,随着R的减小,输入电压轻微上升,发射频率显著抬升。在120KHz的发射频率下,接收的波形发生了变化,在带负载情况下,电压明显提升,如图2所示。
经过上述分析,可以得知,无线能量的传送,可以通过增加磁芯来提高传输效率,也可以在其它条件不变的情况下提高发射频率,获得较高的传输效率。通过提高发射频率,最终带负载电压稳定在2.8V,单片机系统可以正常工作。
3 RGB POV系统的硬件及软件设计
3.1 硬件框图分析
控制系统以S T C公司的STC89LE52RC低电压低功耗3V单片机为控制计算核心,整个硬件结构如图3所示。
由无线能量传送电路发射低频振荡信号,接收电路感应产生交变电流,经过全桥整流形成脉动直流信号,再由电容滤波、稳压之后驱动整个系统工作。单片机负责处理传感器收集的信息,并利用软件压缩数据,输出高低电平控制彩色发光二极管,显示出需要的文字、图片等信息。
3.2 单色POV系统与RGB POV系统数据量比较
彩色信息的显示实际上是R、G、B三种信号叠加、组合形成的[5]。在单色系统中,1位信息即可控制1个LED亮灭,对于显示一个16×16分辨率汉字,信息量为16×16×1÷8=32字节。
而对于彩色系统,3位信息控制1个RGB LED亮灭,同样显示一个16×16分辨率汉字,需要IO口16×3=48个,故在硬件设计上采用锁存器芯片减少IO使用量。本例中使用8个IO口作为数据通道,协同8组74HC573八进制3态非反转透明锁存器[6],每组控制2个RGB LED。这样6位数据占据了8位数据通道,牺牲了信息传输率,但是硬件上逻辑清晰。通过以上阐述,4位(3位有效数据,1位冗余数据)信息控制1个彩色LED亮灭,故所需信息量为16×16×4÷8=128字节,即显示同样的信息,彩色系统需要的信息量是单色系统的四倍。
3.3 软件数据压缩
所谓软件数据压缩,既使用单色系统的字库数据作为数据流,将彩色信息从数据流中剔除,作为信息流。故从单色字库数据读出的0或1,由信息流控制之后可翻译为4位数据(冗余位数据任意态)实现彩色信息显示。这样128字节数据可由32字节数据翻译得到,仅需要4位的信息流数据,即32字节数据流需要附加0.5字节信息流,数据量为未压缩之前的2v5.39%,极大的提高了数据读取效率及存储空间利用率。
4 结论
4.1 实现了基于视觉暂留现象的彩色文字、图片信息显示,系统运行稳定,无闪烁、抖动现象。
4.2 采用无线供电电源解决方案,配合STC低电压单片机作为整个系统控制核心,采用数据压缩,使得软硬件系统结构紧凑、响应快、控制方便、抗干扰能力强,且可以完全兼容使用单色系统的字模数据库。
4.3 实验表明,该种彩色显示屏可以长时间、低噪声、无故障运转,完美解决了电池供电续航短的缺点。
参考文献
[1]胡阳.基于视觉暂留的动态扫描LED旋转屏[J].现代电子技术,2012,(03)
[2]沈新创,钱平.基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发[J].上海应用技术学院学报(自然科学版),2007,(02)
[3]邱寄帆.LED电子显示屏原理与实现[J]成都航空职业技术学院学报,2001,(01)
[4]马文蔚.物理学(中册)[M].北京:高等教育出版社,2001
[5]吴君钦,苗瑞瑞,李艳丽.彩色LED屏驱动扫描关键技术研究[J].液晶与显示,2010,(4):253～256