可视化可编程逻辑（精选7篇）
可视化可编程逻辑 篇1
0 引言
备自投装置在110 kV及以下电压等级配电网中的广泛应用,对迅速恢复停电用户负荷、提高配电网的可靠性发挥了重要作用。备自投是一个基于一定时序和逻辑对变电站设备进行自动控制的过程,不同备自投方式的过程条件差异很大,导致了客户对备自投装置的定制率达近100%。传统的备自投装置是将其时序条件过程直接用软件实现,因此需要开发与运行方式相关的多个软件,且软件通用性差,没有伸缩性和扩展性,不便于开发和工程维护。本文提出了一种具有通用性的备自投软件实现方案,可满足现有的110 kV及以下电压等级配电网各种运行方式备自投的要求。该方案功能简单直观,能满足将来可能出现的各种新方式的备自投。
1993年IEC正式颁布了有关可编程逻辑控制器(PLC)硬件、安装、试验、编程、通信等方面的国际标准IEC61131[1]。IEC61131-3是有关编程的标准,它规范了PLC的编程语言及其基本元素等[2],该标准的软件功能模型是一种支持模块化设计,并融入了面向对象概念的可编程系统软件平台标准。PLCopen(致力于PLC接口标准化的国际组织)提出的使用XML描述IEC61131-3的方法,目前已经成为工业控制领域中通用的、开放的PLC接口方法[3,4]。备自投的本质是一系列逻辑判断的顺序执行,和PLC的特性相似,所以借助于这些标准和方法为可编程备自投的实现提供可行的参考。
某变电站内对应的运行方式如图1所示:进线2同时带2段母线运行,分段断路器合上,进线1断路器分开,处于明备用状态。现以此为例对可编程备自投的实现方案进行阐述。
1 备自投逻辑的梯形图[5,6]
备自投主要有充电、启动和动作3个过程。以图1所示的运行方式为例,充电条件为同时满足进线1备自投投入、进线1断路器分位、进线2断路器合位、分段断路器合位、I母有压、Ⅱ母有压及进线1有压等条件一定的时间。充电完成后,若满足Ⅰ母无压、Ⅱ母无压、进线2无流、进线1有压及进线2断路器合位则进入备自投启动过程，启动延时一定时间后进入备自投动作过程,跳开进线2断路器,在采到进线2断路器分位后则合上进线1断路器,备自投动作成功。从上述备自投动作过程中可抽象出充电元件、启动元件、动作元件及时间元件等。在充电元件中,输入为电压、电流或者断路器位置满足一定状态,逻辑运算为与运算,结果是充电完成与否的结果。以I母有压为例,可以用图2的梯形图进行描述。当I母电压的测量值大于装置所设定值后,I母有压标志置1(线圈带电),依次可得出其他充电输入条件的梯形图,时间元件可用时间继电器来完成。备自投的启动元件和充电元件类似,动作元件的区别是除了置位动作成功标志外,还需启动所设定的出口继电器,整个过程的梯形图如图3所示。
2 XML配置文件
2.1 XML配置文件的生成[7,8]
如何把备自投逻辑的梯形图转换为装置可以读取的配置文件是实现可编程备自投的重点,PLCopen组织提出的使用XML语言来描述梯形图信息是一种直观有效的方法。
XML代表扩展标识语言,其自描述性使其非常适用于不同应用间的数据交换,而且这种交换是不以预先规定一组数据结构定义为前提的,因此具有很强的开放性。XML语言与HTML语言类似,都是采用尖括号“<”和“>”括起来的文本字符串作为节点的标记,对读入XML文档的应用程序来说,它们是伪指令。XML描述的是数据本身。作为一种数据描述语言的XML,允许将数据组织成数据结构,甚至是很复杂的数据结构,可以按照自己的需要来剪裁数据。XML最有吸引力的特征是用户可以创建自己的标记,能在XML文档中以自己的方式组织数据。
依据PLCopen组织定义的XML,根元素下有若干个子元素,子元素中包含全部的逻辑图信息。而子元素中又包括变量类型和逻辑组织单元集合,逻辑组织单元集合又包含变量表和具体逻辑表达。其中定义的变量表中包括如图2所示的I母电压等所有的变量集合,如图4所示。
在图2中右电轨连接了线圈“TokenOFlg”,在XML文件中可以表示如图5所示的关系。其中右电轨localId为16,是自动生成的唯一标识,“TokenOFlg”线圈refLocalld为17,由此可以看出localld属性和refLocalld属性是全部逻辑表征的关联符号,类似可以描述出图2中左电轨及TokenOLogic的属性。
2.2 XML配置文件在装置内的解析
生成XML配置文件后,可通过FTP等网络协议将配置文件下装到装置内,在装置内解析XML文件并读取该备自投的逻辑配置。
在装置内,通过解析模块解析配置,运算模块在读取配置后实现备自投功能。在解析模块中,首先遍历XML树型结构,获得备自投逻辑的前缀表达式。图3所示备自投逻辑可划分为如下6个表达式:(1)是否开始充电延时为备自投是否投入、进线1是否分位等7个条件的逻辑与。(2)备自投是否充电为充电延时是否完成的逻辑值。(3)是否开始启动延时为备自投是否充电完成、I母是否无压等6个条件的逻辑与。(4)备自投是否启动为启动延时是否完成的逻辑值。(5)备自投动作1动作为备自投是否启动的逻辑值。(6)备自投动作2动作为备自投是否启动和进线2是否分位的逻辑与。
为了便于运算模块的运算,逻辑表达式需转换为后缀表达式,对后缀表达式的解析如图6所示,在表达式中的变量为在变量库中定义的标识,操作符为约定的码值。其中变量库为I母电压值、进线1断路器位置等所用到元素的集合,在基于IEC61850标准的智能变电站内,变量库中每个变量的属性包括该逻辑节点的路径、描述和唯一标识。其中在备自投启动和备自投动作线圈中,包含存报告的属性,而在备自投动作线圈的属性中,有需要启动的继电器的信息,所有继电器需要有一个统一约定的编号来标识。在运算模块中,分别对解析模块中输出的6个逻辑表达式进行循环运算,在运算过程中需要存取报告的则把相关信息行存储,需要启动出口继电器的则调用该继电器驱动模块对其进行操作。
3 结语
本文提出一种基于IEC61131-3的可编程备自投软件设计方案,引用工业控制领域内PLC控制的思想和标准,实现了完全可编程的备自投。可以满足现有的110 kV及以下电压等级变电站备自投各种运行方式,且该备自投方案功能增加简单、步骤环节扩展灵活,也能满足将来可能出现的各种备自投新方式。该方法提高了工程维护的工作效率,也大大减少了因为修改非标软件而出现的软件漏洞。
摘要：针对备自投装置的特点,提出了一种基于IEC61131-3标准的可编程备自投装置的设计方案。详细阐述了如何通过使用XML文件作为中间转换媒介实现备自投装置逻辑顺序的可视及可编程。该方案具有不用修改源码、简单直观、不易出现软件漏洞等优势。
关键词：可编程,备自投,IEC61131-3,XML语言
参考文献
[1]Programmable controllers.Part3:Programmipg languages[S],1993
[2]陈文升.IEC1131标准及其在变电站自动化系统中的应用[J].电力自动化设备,2003,23(5)
[3]王君.基于IEC61131-3标准的PLC梯形图编码及解算的研究[D]:[硕士学位论文].北京化工大学,2008
[4]陈忠华.细说IEC61131-3(第一节)[J].自动化博览,2003,20(6)
[5]谢干淼,刘青华.备用电源自动投入和系统自动恢复装置的研究和实现[J].继电器,1998,26(6)
[6]李红伟,王洪城,谭雪峰.基于PLC实现的低压双电源备自投系统[J].电气应用,2007,26(6)
[7]Younis M B.Frey G.Visualization of PLC Programs Using XMI.[R].American Control Conference,2004
[8]邹光华.基于XML的PLC数据描述[J].计算机工程,2006,32(1)
可视化可编程逻辑 篇2
然而, 回顾我国中小学信息技术教育发展的历程, 从上世纪80年代计算机教育发展到强调计算机素质, 再从计算机素养发展到重视和突出信息素养。期间, 在信息技术课程中虽然开设有“程序设计”模块, 但是, 程序设计教学逐渐被冷落, 则是不争的事实。
从计算机教育到信息技术教育的发展演变
世界各国从20世纪80年代开始都特别重视将计算机引入到学校教育中。我国教育部1982年就在全国设立了五所计算机教育实验学校。1983年, 教育部在总结试点学校经验的基础上, 制定了计算机选修课的教学大纲, 1984年颁发了《中学电子计算机选修课教学纲要 (试行) 》。在全世界程序设计思想的影响下, 我国规定教学内容是简单的计算机工作原理和BASIC程序设计语言。
之后, 教育工作者不断反思, 自上世纪90年代中期开始, 中小学计算机教育的“文化论”开始受到“工具论”的冲击。1999年, 计算机课程更名为信息技术课程, 2000年, “全国中小学信息技术教育工作会议”召开, 会议提出了“在中小学大力发展信息技术教育”。
随着《中小学信息技术课程指导纲要 (试行) 》 (教育部, 2000) 和《基础教育课程改革纲要 (试行) 》 (教育部, 2001) 的出台, 信息技术教育的目标确定为信息素养的培养。之后, 伴随着信息与通讯技术的发展, 在过去的十多年时间里, 我国中小学信息技术教育取得了巨大的成绩, 也日益显示出信息技术教育的重大意义。
可视化编程:让青少年以轻松有趣的方式学习编程
史蒂夫·乔布斯曾经说过, “在这个国家, 我觉得每个人都应该学习计算机编程, 因为程序设计学习可以教会你如何去思考”。程序设计教学对儿童创造性思维能力的培养、思维训练以及创新能力培养具有至关重要的意义。
然而, 如何教会儿童编程?特别是如何以一种儿童喜闻乐见的、有趣的方式学习程序设计是一个值得思考的问题。也因此, 可视化编程 (Visual Programming Language) 成为世界各个国家重视青少年程序设计教学的人们始终努力的方向。
在计算机技术的发展历程中, 涌现出过各种各样的程序设计语言:机器语言、汇编程序设计语言、高级程序设计语言 (BASIC, FORTRAN、PASCAL、C、C++、Prolog、Java、C#等) 、数据库管理语言 (如SQL) 、网络数据交换语言 (如XML) 等。可视化编程是在高级程序设计语言的基础上发展起来的, 它是让程序设计人员利用软件本身所提供的各种控件, 以一种可视化的方式, 像搭积木似地构造应用程序。可视化编程因其可以使教学模式更加直观, 教学效果提高更加明显而备受关注。
LOGO语言和Scratch软件是两款出自美国麻省理工学院的早期编程语言, 也是两种与自然语言非常接近的可视化编程语言, 它们通过“绘图”的方式, 以一种寓教于乐的方式, 来帮助青少年儿童学习编程。LOGO语言创始于1968年, 是由美国国家科学基金会所资助的一项研究, 在麻省理工学院 (MIT) 的人工智能研究室完成。而Scratch则是2007年推出, 在推出之后, 与LOGO当年的情景一样, 许许多多的中小学纷纷将Scratch教学纳入信息技术课程之中。
随着LOGO、Scratch、BYOB、Alice、Treehouse、Hackety Hack、Codecademy、Codea等一批可视化编程工具的应运而生, 以及支持学习者编程制品分享的在线社区的迅速兴起, 以“社交化转向”为特征的计算参与, 开始成为当今世界各国中小学程序设计教学实践中培养学生计算思维的新范式。
事实上, 在过去几年间, 在国内, 有一批热衷对中小学信息技术课程教学进行改革的教师, 他们对单纯由信息素养主导的中小学信息技术课程进行了反思, 并创造性地运用Scratch之类的可视化编程语言, 开展可视化程序设计教学, 积极推动Scratch及相关传感器技术的教学应用, 尤其是学生创新思维能力培养上的应用, 取得了可喜的成绩。
跳房子:基于iPad的儿童可视化编程应用
遥想当年, 邓小平讲“计算机要从娃娃抓起”, 我想他强调的应该不仅仅是从小就抓计算机应用, 还应该包括借助计算机通过编程教学从小培养孩子的创新思维能力。因此, 在计算机教育阶段, 计算机课程的学习, 基本上就等同于某一种编程语言的学习了, 因学生在算法和数据结构等方面缺乏基础, 加之当时计算机珍贵稀少, 联系机会很少, 学生所学较难实践应用, 所以教学效果并不理想。
最近一些年, 随着移动终端的普及, 不少学校开展了基于平板电脑、笔记本电脑等移动终端的一对一数字化学习, 而基于平板电脑的可视化编程应用开始倍受人们的重视。后来, 受Scratch的启发, 利用Javascript、HTML5和其他开放Web标准开发的基于iPad的可视化编程应用不断涌现出来, HopScotch、Daisy the Dino以及Tynker就是最有影响力的两款。
Hopscotch, 其中文翻译为“跳房子”。这款应用程序非常适合8~12岁的儿童使用, 它采取模块化代码和图形编程界面, 儿童只需要拖动编程模块到代码区域就可以完成一个功能, 不需要进行任何输入操作, 就像是堆积木一样, 这样“编”出来的程序有点类似于游戏, 互动性很强。
Hopscotch还专门开发了一款更加适合低幼儿童使用的、基于iPad的可视化编程应用, Daisy The Dino, 它采用“自由创作”和“挑战升级”两种模式, 以更加直观、有趣的方式培养低幼儿童的编程兴趣和创造的乐趣。
另外一款可视化编程应用叫Tynker。它是一个基于网页的学习平台与一个可视编程语言, 为中小学教师和在校中小学生提供编程学习服务。Tynker可以在课堂上和回家以后使用, 教师和家长只要通过其网站给孩子们注册, 后者就可以访问基于Web的课程和学习内容, 这些学习内容既有游戏、练习, 也有互动式辅导及答疑。
可视化编程应用:让儿童快乐学编程
随着移动终端的日益普及, 以可视化的方式, 借助可视化编程应用, 让儿童快乐有趣地学习编程, 从而培养学生创新性思维能力, 相信业已成为许多教育工作者、学生家长以及广大教师的共同愿景。
那么, 究竟如何借助可视化编程应用, 让儿童快乐有趣地学编程呢?关中客这里分析自己的几点建议:
第一, iPad不只可以“切西瓜”、追电视剧, 还可以用来做很多事情, 其中包括教授孩子编程。教师和家长应当身先士卒, 率先垂范, 树立终身学习的榜样。
第二, 了解可视化编程应用, 建议下载安装Hopscotch, 对于幼儿园以及小学中低年级的孩子, 可以安装Daisy the Dino。安卓平板也可以检索获取适合Andriod操作系统的可视化编程应用。
第三, 克服学生对编程的恐惧心理, 在学龄前和小学中低年级以游戏为核心, 以鼓励“创造”为主要目标。
第四, 示例演练, 模仿尝试, 跟孩子一起探索。先让孩子采用“挑战过关”的模式, 熟悉基于平板的可视化编程基本操作, 再鼓励孩子模仿, 家长和孩子一起尝试探索是非常重要的且值得鼓励的举措。
可视化可编程逻辑 篇3
关键词：保护,继电器,可编程,逻辑
1 前言
在电气系统中, 保护继电器装置从电磁型继电器装置发展到目前的微机型数字化保护继电器装置经历了一系列过程。目前, 微机保护继电器在实际工程中得以广泛的、成功的应用。同时, 随着硬件水平的提高、制作工艺的完善, 其可靠性也不断提高, 处理速度更快, 提供的功能更多[1]。本文主要就部分新型微机保护继电器提供的可编程逻辑功能的实际应用进行初步探讨。
2 微机保护继电器可编程逻辑功能介绍
目前新的微机保护继电器通过可编程逻辑功能[2] (又称可编程方案逻辑, 简称PSL) 来满足这一应用需求。这些继电器通过可编程的各种与、或门以及时间延时器将各种输入信号组合起来, 实现各种用户需要的功能, 并输出到继电器的开出接点、指示灯等, 以满足他们的特殊应用需求。其具体结构如图2.1所示:
PSL的输入是以下信号的任意组合:来自输入板上的光电隔离器的数字输入信号, 保护元件的输出 (例如保护元件的启动和跳闸) 以及固定保护方案逻辑的输出。PSL本身由软件逻辑门和软件定时器组成, 可编程软件逻辑门来执行不同的逻辑功能, 并且能够接受任意数量的输入。可编程方案逻辑的输出是继电器面板上的发光二极管和后部的输出接点。当前, ARAVA公司的Mi COM P24X系列电动机保护继电器、施耐德的Sepam40系列保护继电器以及南瑞继保的部分PCS系列保护继电器均提供灵活的PSL功能。
3 微机保护继电器PSL应用实例
笔者所在热电厂厂用6k V系统采用的是AREVA公司的P24X保护装置和施耐德公司的M41保护, 这两种系列保护均具备灵活的PSL功能, 在实际使用, 其得以充分利用。目前厂用电源备自投逻辑、PT断线闭锁逻辑、低电压保护、电动机启动时闭锁过流保护、两段式负序保护、外部跳闸记录等功能都利用这一功能实现。下面以两个典型事例具体说明。
3.1 利用PSL实现高压电动机两段式负序保护
近年来由于高压电动机负序过流保护整定值不合理, 当高压厂用系统某一设备短路故障或高压线路非全相运行或不对称短路引起其他非故障电动机负序过流保护误动, 以致多次造成停机事件[3]。根据运行经验:
1) 电动机在70%额定有功负荷运行时, 出现两相运行则电动机二次线电流约为1.3倍额定电流, 其负序过流保护定值按1.25倍灵敏度整定则为0.6倍;
2) 电动机在58%额定有功负荷运行时, 出现两相运行则电动机二次线电流约为1.0倍额定电流, 其负序过流保护定值按1.25倍灵敏度整定则为0.46倍;
因此, 在厂用系统中如出现多台轻载电动机时, 负序过流保护定值整定存在上述易误动的情况。2005年1月3日在某石化企业热电厂发生类似事故引起两台锅炉停车事故。
通过对高压电动机负序保护动作原理和故障现象分析, 认为电动机发生负序类别的故障多出现在启动过程中, 利用保护继电器PSL功能实现两段式负序过电流保护则能够实现在电动机启动期间按照快速负序保护设置, 而正常运行时, 负序经长延时后动作, 可有效躲过系统故障引起的误动。具体逻辑如下:
图3.1中, 利用AREVA公司的P241保护继电器的PSL功能来实现两段式负序保护。其中根据电动机合闸信号经延时25s来保证在电动机启动时间内负序保护只需0.1s延时即出口跳闸。而其他运行时间内负序过流保护则需延时3s出口跳闸, 从而躲过了系统故障时间, 有效的避免了负序保护的误动。
同样的逻辑方案也可以用施耐德公司的M41保护继电器实现。其逻辑实现过程如下:
执行上述逻辑后, 将变量V3作为保护输出, 从而也实现了两段式负序过流保护功能。因此, 尽管厂家不同、逻辑功能实现方式不同, 但其实用性、灵活性、可靠性依然一样。也说明保护继电器的PSL功能是今后发展的趋势之一。
3.2 利用PSL功能完善整套的保护整定方案
在实际应用中, 笔者从保护整定的总体方案出发, 充分利用保护继电器的逻辑编程功能从多个层面、多个角度来完善电气设备继电保护整定方案, 弥补了多个原保护整定方案中的漏洞问题:
⑴完善了电动机启动过程中过流保护易误动问题;
⑵完善了电压回路断线闭锁低电压保护逻辑, 防止运行人员出现误操作;
⑶修正了电动机负序过流保护整定值易误动问题;
⑷增加了多个事件记录, 完善了事件监控, 方便事故分析;
⑸实现可靠的电源备自投功能, 充分利用PSL功能实现了全功能的电源备自投逻辑。
4 微机保护继电器可编程逻辑功能应用主要特点
自2004年开始, 笔者在某单位的6k V厂用电系统中广泛使用可编程逻辑方案来实现电源备自投、电压回路断线闭锁逻辑、电动机启动时闭锁过流保护、两段式负序保护等特殊应用。在实际应用中, 继电保护装置可编程逻辑方案存在诸多优点, 主要体现如下特点:
●有效减少二次回路数量, 降低现场二次接线复杂度;
●使用数字化编程, 避免时间继电器等电磁设备校验工作;
●界面清晰、整定、修改方便;
●灵活多变, 可实现多种功能。
5 微机保护继电器可编程逻辑功能应用注意事项
尽管, 继电保护装置可编程逻辑功能有诸多优点, 但在应用中也要制定一些管理制度, 并将其纳入定值管理范畴, 防止出现混乱情况, 引发一些因逻辑漏洞导致的事故。在应用中重点要注意一下几点:
●可编程逻辑必须经过严格审核
●可编程逻辑必须经试验验证
●可编程逻辑的复杂程度应受控
●可编程逻辑应纳入定值管理
可编程逻辑方案是一个等同于继电保护定值整定的管理模式, 应按照定值管理模式实现其自身的滚动式管理, 即使确认无误的逻辑方案也要定期对其进行验证, 同时在每次动作后进行逻辑分析, 及早发现其中的漏洞。同时逻辑方案比较灵活, 也需要按照定值管理模式, 保证期逻辑功能的严肃性。
6 结论与展望
继电保护继电器可编程逻辑功能应用, 自2004年在某石化公司热电厂厂用系统中陆续应用, 可以说, 近7年的应用实践表明, 继电保护继电器可编程逻辑功能是可靠的、有效的, 也是对保护装置的功能扩展和有效补充, 并能很好的解决现场的一些特殊问题。
继电保护继电器可编程逻辑功能应用是一个新生事务, 随着企业发展, 继电保护功能的增强和网络保护管理的现场需求, 继电保护继电器可编程逻辑功能也必将在网络保护中发挥更大的作用。
参考文献
[1]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理, 北京:中国电力出版社, 第489页.[1]贺家李, 宋从矩.电力系统继电保护原理, 北京:中国电力出版社, 第489页.
[2]ALSTOM公司.MiCOM P241电动机保护技术指南, 第5章102页.[2]ALSTOM公司.MiCOM P241电动机保护技术指南, 第5章102页.
可编程逻辑控制器的特点和发展 篇4
一、可编程控制器的定义
可编程控制器, 简称PLC (Programmable logic Controller) , 是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会 (International Electrical Committee) 颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩展其功能的原则而设计。”
二、PLC的特点
1、可靠性高, 抗干扰能力
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术, 采用严格的生产工艺制造, 内部电路采取了先进的抗干扰技术, 具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说, 使用PLC构成控制系统, 和同等规模的继电接触器系统相比, 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一, 故障也就大大降低。此外, PLC带有硬件故障自我检测功能, 出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中, 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序, 使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样, 整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2、配套齐全, 功能完善, 适用性强
PLC发展到今天, 已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外, 现代PLC大多具有完善的数据运算能力, 可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现, 使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展, 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3、易学易用, 深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机, 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易, 编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近, 只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4、系统的设计、建造工作量小, 维护方便, 容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑, 大大减少了控制设备外部的接线, 使控制系统设计及建造的周期大为缩短, 同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
5、体积小, 重量轻, 能耗低
以超小型PLC为例, 新近出产的品种底部尺寸小于100mm, 重量小于150g, 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部, 是实现机电一体化的理想控制设备。
三、PLC的未来发展趋势:
主要由以下的三个方向:
1、功能向择增强和专业化地方向发展, 针对不同行业的
应用特点, 开发出专业化的PLC产品, 以此来提高产品的性能的降低产品的成本, 提高产品的易用性和专业化水平。
2、规模向小型化和大型化的方向发展, 小型化是指提高系统可靠性基础之上, 产品的体积越来越小, 功能越来越强;
大型化是指应用在工业控制领域较大的应用市场, 应用的规模从几十点到上千点, 应用功能从单一的逻辑与运算扩展几乎能够满足所有的用户要求。
3、系统向标准化和开放方向发展, 以个人计算机为基础, 在windows平台上开发符合全新一代开放体系结构的plc。
通过提供标准化和开放化的接口, 可以很方便地将PLC接入其他系统。
参考文献
[1]张凤珊:《电气控制及可编程序控制器》, 中国轻工业出版社, 2003年。
[2]张万忠:《可编程控制器应用技术》, 化学工业出版社, 2001年。
[3]王兆义:《小型可编程控制器实用技术》, 机械工业出版社, 2002年。
[4]《三菱微型可编程控制器手册》, MITSUBISHI SOCIO-TECH, 2003年。
强大的紧凑型可编程逻辑控制器 篇5
三菱电机的紧凑型可编程逻辑控制器及人机界面产品经理Hugh·Tasker说:“在过去的30年里, 我们不断探索, 研发各种紧凑型可编程逻辑控制器。如今, 我们已经完成了整个研发计划的第三阶段, 在此期间全球的销售量达到了1200万个可编程逻辑控制器单元。一直以来我们从未妥协, 这也正是为什么全新的FX3S能够集合那么多来自FX3系列其他体积更大的可编程逻辑控制器的优点于一身的原因。”
譬如, FX3系列最受欢迎的一个功能就是其内置的“Freqrol”驱动程序, 它使用户可以简便地建立起一个低成本的可编程逻辑控制器网络, 而多达8台的三菱逆变器也使FX3S能够处理各类任务, 如对不同的材料进行加工处理 (加热冷却) 等。
当然, 公司还认真地继承了其已有可编程逻辑控制器的各种传统。如FX3S和FX1S一样, 拥有10个、14个、20个和30个输入/输出端口的多种机器版本, 这几种版本占地完全相同, 因此如果用户想要升级到更新的可编程逻辑控制器, 操作极其简单, 无需额外的重新设计和工程费用。30个输入/输出端口的FX3S可编程逻辑控制器的中央处理器还有一个最新版本, 内置了模拟器, 无疑是简单的温度控制和流量控制系统的理想选择。
除了不断提升的存储能力和处理速度, 新款的FX3S可编程逻辑控制器还采用了已有的纤薄型FX3系列高速脉冲输出适配器 (ADP) , 提供了不同模拟器和传输选项 (包括以太网和RS422/485串口) 。在此基础上连接以太网, 意味着FX3S不再仅仅只是一台可编程逻辑控制器, 它将可以被看作是一台智能的数据记录仪甚至是分布式输入/输出端口。
如果将FX3S可编程逻辑控制器与三菱的MAPS SCADA和MX4 Energy管理软件共同使用形成解决方案, 并将FX3S可编程逻辑控制器放置在其需要的地方, 那么整个工厂的数据收集工作都可以即省钱又省力地完成了。
可视化可编程逻辑 篇6
常见的微机保护通常是将所需的保护功能集成在一个保护装置中来实现,一旦保护程序编制完成,各种保护功能之间的相互配合和保护的算法就固定不变了。如果需要实现新的保护功能时就必须更改源程序,这种做法不仅无法满足软件工程化的需求,而且需要专门的开发人员对程序进行修改和维护。上述现象会带来诸如下列的问题:(1)新增保护功能的开发需要占用大量的时间和人力资源;(2)同一型号保护装置程序版本繁多,容易混乱;(3)由于编程时间比较紧张,可能会因为测试不周详而将有缺陷的软件用到现场而产生意外的问题;(4)当用户的要求没有及时得到满足时,就会导致用户的满意度下降,等等。
传统的继电器保护,主要是由各种具有独立功能的继电器通过给定的保护逻辑连接而构成的(如图1所示的普通过流保护),从而可以满足相应的保护功能,这给实际的应用带来了非常大的灵活性、直观性和开放性,但是继电器保护的缺点就是,随着时间、环境的变化,这种方式使得调试和维护的工作量变得很大。遗憾的是当人们采用了微机保护装置后,原来保护方式模块化的优点并没有被继承下来,也就造成了微机保护灵活性的下降。为此,人们提出了基于可编程逻辑的微机保护概念[1,2]。
1 可编程逻辑保护的可行性
微机保护大致可以被分为两大组成部分:硬件部分和软件部分。基于可编程逻辑的微机保护的出发点就是:在相同硬件平台的基础上实现各种保护功能,如:普通的线路保护、变压器保护、电动机保护,等等。工程调试人员所要做的就是在可视化的界面上将选择合适的保护功能块,然后按照正确的保护逻辑连接好,再将它下装到微机保护装置的硬件中来实现保护功能。
随着微电子技术的飞速发展,微处理器的性能有了很大的提高,作为微机保护系统硬件核心的CPU变得更加廉价和快速,存储器的容量也越来越大,各种元器件的性能也更加稳定了,从而使微机保护的硬件平台性能更高,可以实现更多的功能和更好的算法,而不再受限于硬件的速度,我们在开发微机保护的程序时,就可以考虑如何使程序更好地适用于多种情况,如何在不改动原有程序的情况下使保护装置能够适应新的情况;可以采用较为复杂的编程方法,使用对硬件要求较高的算法,以实现程序的灵活性。也就是说,现在硬件的发展已经为我们提供了一个足够强大的平台,使微机保护软件实现可编程逻辑功能成为可能。并且,经过很多年的发展,原有经典的继电器保护原理用于微机保护上已积累了很多成功的经验。
2 可编程逻辑的发展[1]
在早期的微机保护中,人们就希望能够通过就地的小键盘或通信协议对保护逻辑进行编程,由于受当时条件的局限,如果将这种原理应用于可编程逻辑,可编程语言供选择的种类就会变得非常有限,最后形成的解决方案是非常不友好的用户界面。于是有人提出了将经典保护原理作为一个个的标准元件,然后根据需要选用已有标准元件来实现微机保护动作逻辑,这种做法必将有利于产品开发和各种功能的分配组合。可编程逻辑因其很强的灵活性而著称,可以将其用于工程现场,进行各种功能重组,从而可以灵活地满足工程化的需求。到目前为止,可编程逻辑的发展大致分了三个阶段:基于DOS系统的驱动命令界面的平台、基于Windows的文本菜单界面的平台、可视化的图形操作界面平台。
3 常见的可编程逻辑微机保护
由于可编程逻辑在微机保护领域中有着广泛的应用前景,能够极大地提高保护装置的灵活度,因此,无论是国内还是国外的微机保护领域,都加大了对这种新概念微机保护的研究力度。各家产品的主要区别在于可编程逻辑实现的方法上,如:许继的可编程逻辑微机保护的实现方式,在微软的VISIO软件平台上绘制各种需要的保护图元来组成逻辑框图,然后调用专业的应用软件来自动生成源程序,再用计算机进行编译,生成可执行程序[3];国电南自的可视化编程实现是先通过可视化软件将逻辑图输入,然后根据图论学的原理来解析逻辑图,形成编译文件下传到保护装置,最后在保护装置中实现程序运算[4]。还有一些相关应用比较多的是备自投装置[5,7],不少厂家都开发了可视化的动作逻辑可编程的装置,实现这种逻辑一般比较简单。国电自动化研究院/南瑞集团已经开发了专门的装置,电源备自投的动作逻辑在该备自投保护装置中是通过在LCD上来编辑备自投的动作方程来实现[5];目前常见的可编程逻辑保护比较多的是采用IEC61131-3标准来规范化微机保护的可编程序功能[6,7]。
4 用Matlab/Simulink实现可编程逻辑保护的可行性
由于可视化界面的软件平台与保护程序所采用的编程语言不同,可视化界面通常用VC++或VB来设计,而保护程序则是用C语言或汇编语言实现,因此保存的逻辑关系文件被下载到保护装置上之后,不能直接与保护装置的底层程序对接,因此需要在下位机上开发解析程序,来翻译该逻辑关系,实现保护功能;或者就是在下载到装置中之前对逻辑图文件进行翻译,再编译下载到装置中,这一步是不能避免的;微机保护中的算法起着至关重要的作用,好的算法不仅能提高精度,而且可以提高装置的速度,在保护软件中开发相关算法的代码量也比较大。相对上面提出的这些不足之处,本文提出了一种基于Matlab/Simulink与DSP相结合的可编程逻辑微机保护软件开发的新方法。
Matlab与其它计算机语言相比,有着很多的优点:Matlab的编程语言具有语句简洁,编程效率高的优点;Matlab内部集成了很多算法(如微机保护中广泛应用的FFT)和工具箱,而且随着软件版本的提高,集成的算法和工具箱会越来越多,当然也可以自己很方便地开发实现它还没有的一些算法,这让其在许多应用领域有着天然的优势;强大而简易的绘图功能,有效方便快捷的矩阵和数组运算,直观便捷的动态仿真,扩充能力强,还有很重要的一点就是Matlab还提供了应用程序接口函数[8],允许用户使用C/C++或FORTRAN语言编写的程序与Matlab连接。如今,DSP大都是用C语言进行程序设计,而在Matlab的实时环境中,可以将(.mdl)格式的功能模块转换成高效的C语言文件然后移植到DSP芯片中,在下文有比较详细的叙述。为此,这为用Matlab来实现可编程逻辑微机保护开发的设想提供了理论和实际上的可行性。
5 保护的实现步骤
5.1 构建保护功能块
利用Matlab/Simulink[9]构建保护功能块非常方便,Matlab/Simulink中提供了各种逻辑、时间、控制和算法元件等等,包含了所有实现微机保护所需要的图元,如图2就是利用Matlab中已有的图元实现PT断线报警的原理框图。对外而言,从这个原理图上看到的仅仅是实现功能所需的输入量(3相电压、3个线电压、3相保护电流和计算零序电压),时间继电器,以及告警信号的输出端。然而,内部却集成了PT断线的判断条件:a)三相电压均小于8 V,某相(a或c相)电流大于0.25 A,判为三相断线;b)三相电压和大于8 V(计算3U0),最小线电压小于16 V判为两相PT断线;c)三相电压和大于8 V(计算3U0),最大线电压与最小线电压差大于16 V,判为单相PT断线;然后延时5 s再将信号输出。将图2展开后就得到图3所示的三个判断条件,而图4则是图3中3相PT断线判据的实现。
本文中PT断线的判断逻辑功能块已经通过了Matlab的仿真,并且结果准确可靠。文中所举的示例实现的功能比较简单,目的只是为了体现利用Matlab构建保护功能块的便捷之处。当然,在Matlab/Simulink中构建一些功能比较复杂的继电器(如:差动继电器、距离继电器、阻抗继电器)也是比较容易实现,如文献[10]中所构建距离保护中的比相式阻抗继电器。
5.2 功能块的翻译、移植和实验结果
功能块的翻译和移植是这种微机保护中非常关键的一步,而且由于这方面的应用相对较少,实现起来有一定的难度。
目前,Math Works公司和TI公司联合开发了Matlab Link for CCS Development Tools,提供了Matlab和CCS的接口,也就是说把Matlab和TI CCS以及目标DSP连接起来了。Matlab Link for CCS Development Tools作为一个新的工具箱被集成在Matlab中,这给实际应用开发的调试和测试阶段提供了强大的支持,利用此工具可以像操作Matlab变量一样来操作TI DSP的存储器或寄存器;Embedded Target for TI C2000/C6000 DSP Platform也是Matlab中面向TI DSP的一个非常有意义的产品,它为TI DSP实时应用开发的概念设计、算法仿真、源代码编写、目标代码生成、调试和测试都提供了强有力的支持。最关键的是,这些功能都是可视化的,也就是说可以在Matlab/Simulink环境中用图形化的方式进行DSP的设计、仿真验证和移植,而移植的关键就是能将设计的图形文件直接翻译成C语言。上面所提Matlab的功能就为功能块的翻译和移植提供了先决条件,且这种方法在滤波器的设计上已经得到比较多的应用(文献[11]就是应用之一)。
针对本文中所用的PT断线的例子,已经在Matlab7.1中生成了完整的C语言代码,通过了TI开发工具CCS3.1的编译,并且在合众达的SEED_DPS2812M V2.1的开发板上进行了相关实验,得到的结果和Matlab的仿真结果一致。
在实验过程中关键的是原始数据的获取,目前的做法是:电压电流的采集是用DSP外部的AD完成,而文献[11]中是用TI公司的320F2812DSP芯片自带的AD采样,这种做法对于要求采样精度比较高的场合就不合理了。然后在DSP芯片中对采样的数据进行处理和相关计算得到有效值、复数形式、有功无功、功率因素、频率、负序电压、负序电流、零序电流、计算零序电流,等等;将它们存放到指定的存储地址中,在进行逻辑判别过程中就是根据变量名自动从指定的地址中将数据取出关联到逻辑框图的各个输入量,以进行保护功能的逻辑判断,如图2中的各个量分别为计算出来的电压和电流的有效值,这些有效值均是存放在固定地址,只要从这个地址取这些值,然后就可以参加逻辑判断,从而得到相关结果。
6 结论和展望
本文提出的方法不仅继承了传统继电器保护的灵活性,并且与目前常见的可编程逻辑微机保护相比,有如下几个优点:(1)逻辑图绘制软件和解析工具(Matlab),以及编译软件(CCS)都是已有的成熟的软件;(2)构建逻辑图简捷方便;(3)算法更容易实现;(4)Matlab强大的仿真功能给验证逻辑的正确性带来很大的方便。这种方法的不足之处就是:自动生成的代码比较大,需要对自动生成的代码进行优化,以节约程序的存储空间。
参考文献
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可视化可编程逻辑 篇7
1 系统硬件设计
该系统采用视频同步分离芯片LM1881, 将读入的PAL制式 (也可以是NTSC制式) 的视频图像的行、场同步脉冲分离出来。CPLD将根据行、场的同步脉冲来控制A/D转换器TLC5510视频图像信号进行转换, 并将A/D转换后的数据通过边缘检测算法进行处理。系统框图如图1所示。
1.1 视频同步分离电路
因为模拟摄像头输出的是将图像信号, 同步信号, 行、场消隐信号这几种信号组合起来的信号。本方案中, 通过专用的视频分离芯片LM1881将行、场同步脉冲信号从图像信号中分离出来。CPLD器件将通过这两个同步脉冲信号, 控制A/D转换器的工作。
1.2 A/D转换电路
系统中使用了低功耗8位的A/D转换芯片T L C 5 5 1 0, 它的最高采样速率高达40MSPS。采用高速A/D转换芯片, 能使系统实时处理高速运动中的图像, 而不至于出现漏拍、误检的现象。
1.3 可编程逻辑器件电路
EPM7064为系统中的主处理芯片, 通过JTAG口可对它进行程序的下载。电路中采用有源晶振为EPM7064提供时钟信号。EPM7064利用2个IO脚分别接LM1881输出的行同步与场同步脉冲, 再分配8个IO脚作为数据传输端口。
2 系统软件设计
系统通过VHDL语言对CPLD器件进行编程配置。软件实现过程主要根据图像的边缘检测原理, 对拍摄好的图像进行处理。所谓的边缘是指其周围像素灰度有跳跃变化的那些像素的集合, 而物体的边缘是以图像局部特征的不连续性的形式出现。例如对于黑白图像就是以灰度值的变化, 彩色图像以颜色的突变等。本系统中采用的是黑白摄像机拍摄的灰度图像。软件流程如图2所示。
软件中通过三个进程与一条信号代入语句并行工作实现图像处理的要求。其中进程1主要功能是若有场脉冲信号到来, 则将Flag2信号量置‘1’, 以此信号量控制进程2的启动。进程2中, 根据进程1中对Flag2的赋值与行脉冲的正跳变来计数, 并对图像数据进行处理, 处理后将‘1’赋值给Flag信号量。进程3中将根据信号量Flag的值来送判断的输出结果。
3 结语
本文中所提到的利用可编程逻辑器件对图像进行处理的方案, 不仅能对高速运动中的灰度图像进行实时检测, 而且还能够扩展到对彩色图像的边缘提取中。利用可编程逻辑器件, 可根据现场的不同情况做出不同的处理方法, 灵活方便。因为可编程逻辑器件属于硬件实现方案, 所以在速度和性能上能得到进一步的提高, 对软件内容已固化在芯片内部的DSP芯片是一种理想的替代方案。
摘要：介绍了以CPLD为核心器件的高速图像处理方案, 系统通过视频分离芯片LM1881, 将视频信号中的行同步信号与场同步信号分离出来, 以此控制转换速率高达40MSPS的A/D转换芯片TLC5510, 将视频信号转换成数字信号, 最终CPLD器件根据A/D转换的数据进行实时处理。
关键词：摄像机,可编程逻辑器件,图像处理
参考文献
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