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信號自動化論文范文第1篇

關(guān)鍵詞：PLC，皮帶運輸機

 

0 引言

選煤廠皮帶運輸機是選煤廠生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，一旦其電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將影響選煤廠整個生產(chǎn)，帶來重大的經(jīng)濟損失和安全隱患。由于選煤廠皮帶運輸機的電控大多為繼電器控制系統(tǒng)，存在線路復(fù)雜、故障點多、可靠性低、穩(wěn)定性差等缺點，不能滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要，因此，筆者采用PLC控制系統(tǒng)取代原來的繼電器控制系統(tǒng)，并用組態(tài)王實現(xiàn)對整個皮帶運輸機的運行過程進行監(jiān)控。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及控制過程

該皮帶運輸機控制系統(tǒng)由兩級系統(tǒng)構(gòu)成：一級基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，二級完成監(jiān)控和操作的人機界面系統(tǒng)。

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采用SIEMENS S7-200系列PLC，由完成控制功能的PLC、完成系統(tǒng)監(jiān)控和操作的人機界面操作員站、現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)和傳感器組成；上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用亞控的組態(tài)王軟件進行設(shè)計。論文參考。

一級基礎(chǔ)自動化控制主要控制出現(xiàn)異常情況時進行報警和緊急停車，二級主要用來進行參數(shù)設(shè)定，啟動和人工緊急停止。

2系統(tǒng)設(shè)計

皮帶運輸機系統(tǒng)是以PLC為核心、對皮帶運輸機的運行情況進行實時在線控制和監(jiān)督的自動化系統(tǒng)，通過PLC和組態(tài)王。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對所有現(xiàn)場在線設(shè)備的程序控制管理、安全聯(lián)鎖控制等功能，并顯示各種操作畫面和模擬現(xiàn)場，對事故信號進行報警以及打印報表等。

該系統(tǒng)主要特點：

(1) 開放式的結(jié)構(gòu)，具有極大的靈活性、可擴展性；

(2) 便利的維護手段，可在線維護；

(3) 先進的硬件控制設(shè)備，具有高抗干擾能力、高可靠性；

(4) 高可靠性的檢測儀表；

(5) 集中操作，分散控制的思想；

(6) 通用的軟件開發(fā)平臺，智能的設(shè)備管理和監(jiān)控軟件。

該系統(tǒng)主要功能具有檢測皮帶機速度、溫度、撕裂、煙霧、跑偏等功能，當出現(xiàn)異常情況時，PLC控制電機緊急停止，同時報警并把信息傳到上位機，由操作人員進行分析檢修，完成后重新啟動。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

SIEMENS S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、檢測及控制的自動化。論文參考。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。此處選用CPU226模塊（集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點，且可連接7個擴展模塊）和模擬量擴展模塊EM231（4路模擬量輸入）、EM232（兩路模擬量輸出），它們的特點如下：

(1) 6個獨立的30KZ高速計數(shù)器和2路獨立的20KZ高速脈沖輸出；

(2) 實現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴展通信能力都很簡便，組成系統(tǒng)靈活自如；

(3) 隨著應(yīng)用的擴大，系統(tǒng)擴展無任何問題；

(4) 具有更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能；

(5) CPU可以高速處理指令并且具有友好的參數(shù)設(shè)置功能。

CPU模塊：負責程序的運行等工作，電源不僅向CPU模塊供電而且還要滿足與CPU模塊相連的其它模塊的用電需求。

數(shù)字量輸入模塊DI：將外部采集到的信號輸入到PLC，例如保護PLC的DI將皮帶撕裂、煙霧、跑偏等信號采集進來；以完成監(jiān)視保護功能。

數(shù)字量輸出模塊DO：將PLC內(nèi)部運算結(jié)果輸出，例如保護PLC的DO將正常啟動，自動控制、手動控制、綜合故障等輸出；操作PLC的DO輸出來控制繼電器，以完成監(jiān)視、控制和保護功能。

模擬量輸入模塊AI：將外部的模擬量采集進來送給PLC，如皮帶的速度和溫度，以完成監(jiān)視保護功能。

模擬量輸出模塊AO：將PLC計算好的數(shù)字量，如皮帶的速度等轉(zhuǎn)換成模擬量輸出到上位機上，以完成監(jiān)視功能。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)中，PLC程序執(zhí)行變頻器的啟動/停止控制和皮帶機的行程和速度監(jiān)控任務(wù)，變頻器根據(jù)給定的信號和反饋的信號控制皮帶機的速度；PLC通過傳感器得到信號來控制皮帶機是否停止、報警器是否報警。為了更加安全可靠運行，本設(shè)計還設(shè)置了自動手動切換，自動/手動程序如圖1所示。

2.3 PLC與上位機之間的通信

在現(xiàn)場環(huán)境惡劣的條件下，采用上位機監(jiān)控措施可直接將故障顯示出來，從而提高整個系統(tǒng)故障的診斷效率，減少故障的維修時間，提高整個電控系統(tǒng)的可靠性。論文參考。本系統(tǒng)利用CAN總線與上位機進行通信，可將各種信息傳輸?shù)缴衔粰C，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控。部分子程序和中斷程序分別如圖2、圖3所示。

3 結(jié)束語

根據(jù)選煤廠皮帶運輸機系統(tǒng)的實際情況，研制開發(fā)了選煤廠皮帶運輸機智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過嚴格的選型、合理的配置及完善的程序設(shè)計，使系統(tǒng)維修方便，自控功能強，可以自動顯示故障，可靠性高、穩(wěn)定性好，極大的改善了皮帶運輸機的運行狀況，確保礦山安全生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]廖常初 . PLC編程及應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.9

[2] 羅宇航，羅建國等. 流行PLC實用程序設(shè)計.西門子S7-200系列.西安：西安電子科技大學出版社，2006.12

信號自動化論文范文第2篇

關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；工廠流水線；自動化控制；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TH166 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）03-0027-02

在自動化控制領(lǐng)域，占絕對統(tǒng)治地位的是現(xiàn)場總線技術(shù)。盡管現(xiàn)場總線具有眾多優(yōu)勢，但是隨著生產(chǎn)規(guī)模的一再擴大，現(xiàn)場機電裝備越來越多，需要實時監(jiān)測和自動化控制的設(shè)備也越來越多，在這種背景下，現(xiàn)場總線已經(jīng)無法完全滿足現(xiàn)場眾多機電裝備的監(jiān)控需求，而且由于現(xiàn)場總線是具有針對性的工業(yè)自動化控制總線，往往使得各個機電裝備成為了“自動化控制孤島”，彼此無法兼容通訊，給設(shè)備的后期維護管理帶來不便。

隨著以太網(wǎng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)逐漸以其低廉的組網(wǎng)價格、兼容性較好的通信協(xié)議，以及一體化的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而受到普遍應(yīng)用，成為目前能夠替代現(xiàn)場總線的最好選擇之一。本論文主要結(jié)合汽車整車焊裝PLC自動化控制流水線生產(chǎn)控制系統(tǒng)，對基于工業(yè)以太網(wǎng)的自動化控制系統(tǒng)進行設(shè)計研究，以期能夠從中找到面向工廠流水線生產(chǎn)控制的工業(yè)以太網(wǎng)自動控制應(yīng)用方式，并以此和廣大同行分享。

1 工業(yè)以太網(wǎng)概述

工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域中，主要是作為生產(chǎn)制造自動化控制的基礎(chǔ)平臺，通過底層安裝的傳感設(shè)備，將機電裝備的工作狀態(tài)參數(shù)、工藝參數(shù)以及現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)檢測出來，并通過工業(yè)以太網(wǎng)所支持的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議上傳到工業(yè)以太網(wǎng)中進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。隨著工業(yè)自動化技術(shù)的日益發(fā)展與進步，很多工業(yè)生產(chǎn)流水線都逐漸提出了更高的自動化控制的要求，例如要求實現(xiàn)監(jiān)測與控制的一體化，要求實現(xiàn)無人值守等等，這些高難度控制要求的提出，在一定程度上都促進了工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其是將工業(yè)以太網(wǎng)與PLC控制相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)很多工廠自動化控制系統(tǒng)的功能建設(shè)需求。本課題重點以工業(yè)以太網(wǎng)和PLC相結(jié)合，以工廠流水線自動化控制為具體研究對象，深入探討工業(yè)以太網(wǎng)在工廠流水線自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能模塊設(shè)計

本論文以汽車整車焊裝作為具體的研究對象來探討工業(yè)以太網(wǎng)在流水線自動控制中的應(yīng)用。汽車整車焊裝具有較多的工藝流程，而且機電裝備離散度較大，需要實時監(jiān)測與控制的參數(shù)變量較大，因此采用工業(yè)以太網(wǎng)相較于采用現(xiàn)場總線具有很多優(yōu)勢?？v觀整車焊裝的流水線工藝流程，基于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的流水線自動控制系統(tǒng)應(yīng)當具有以下幾個主要功能：

①產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)分派及調(diào)度。能夠根據(jù)生產(chǎn)進度適當?shù)恼{(diào)整生產(chǎn)資源分配，根據(jù)任務(wù)變化自動完成對流水線生產(chǎn)工藝的更改，以適應(yīng)不同車型的自動焊裝。

②電氣控制和分析。通過在底層安裝傳感監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對流水線焊裝工藝流程的各個環(huán)節(jié)的監(jiān)測與控制，并通過工藝數(shù)據(jù)庫的分析，實現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動匹配和優(yōu)化。

③順序和邏輯控制功能。按照流水線自動化焊裝的工藝流程，對整個焊裝工藝流程實施順序控制，利用PLC作為順序邏輯控制器，實現(xiàn)眾多機電設(shè)備在流水線自動焊裝工藝過程中的順序聯(lián)動、啟?？刂萍盎ユi等控制功能和邏輯判斷功能。

④監(jiān)視報警功能、顯示功能。通過在監(jiān)控終端開發(fā)專用的監(jiān)控畫面，為用戶提供直觀的監(jiān)控界面，通過人機交互接口的設(shè)計實現(xiàn)用戶對現(xiàn)場焊裝流水線的遠程自動化控制。

2.2 基于工業(yè)以太網(wǎng)的流水線自動控制系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于整個流水線的設(shè)備量大、信號類型多、控制地點分散，不適合采用傳統(tǒng)的繼電器和控制開關(guān)為主要實現(xiàn)方式的本地控制模式，而且這種控制模式并不利于設(shè)備的后期維護管理，同時對于系統(tǒng)的擴容升級而言是十分不利的，為此，必須借助于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)分布式控制管理模式（DCS模式），通過三級DCS功能的合理劃分與配置，能夠很方便的實現(xiàn)對整車焊裝流水線自動控制的遠程控制模式。本論文擬采用監(jiān)控終端、本地PLC站和底層傳感設(shè)備三個層次的DCS控制模式實現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊裝流水線自動化控制。

①監(jiān)控終端。監(jiān)控終端設(shè)置在中央控制室內(nèi)，供值班人員對全廠流水線自動化控制的工藝進行實時監(jiān)控。監(jiān)控終端內(nèi)運行的是專門開發(fā)的上位機程序，通過友好的人機交互接口實現(xiàn)遠程控制，并且通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)與本地PLC站的數(shù)據(jù)信息的交互。

②本地PLC站。主要通過對開關(guān)量的檢測實現(xiàn)流水線生產(chǎn)工藝流程中各個環(huán)節(jié)的電氣監(jiān)測，諸如限位開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥等。本地PLC站能夠通過對設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)、工藝參數(shù)和環(huán)節(jié)參數(shù)的檢測和A/D轉(zhuǎn)換，將相關(guān)參數(shù)變量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進入工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，從而實現(xiàn)上位機與下位機的一體化通信。

③底層傳感設(shè)備?，F(xiàn)場傳感器主要是用以檢測現(xiàn)場監(jiān)控點物理參數(shù)信號，變送器將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成

4～20 mA的電流信號，經(jīng)屏蔽電纜送到各子系統(tǒng)的PLC內(nèi)。控制信號由PLC輸出后以4～20 mA電流形式送到執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)主要有氣動和電動執(zhí)行機構(gòu)等。

2.2.2 系統(tǒng)控制模式設(shè)計

①遠程遙控方式。在現(xiàn)場設(shè)備控制箱，將控制方式置于“遙控”控制方式，中央控制室的操作人員可以通過計算機監(jiān)控軟件對現(xiàn)場設(shè)備進行遙控啟停。在這種控制方式下，監(jiān)視界面可顯示設(shè)備的運行狀態(tài)及相關(guān)的工藝參數(shù)，操作員可根據(jù)選擇“手動或者自動”控制方式，通過設(shè)備控制按鈕啟停遠程設(shè)備，并能判斷設(shè)備運行是否正常，監(jiān)測故障并發(fā)出報警提示，統(tǒng)計工藝數(shù)據(jù)，顯示模擬量趨勢曲線，打印故障報警及日志報表等。全部操作由中央控制室的操作人員通過鍵盤和鼠標完成。

②本地控制方式。在現(xiàn)場設(shè)備控制箱，將控制方式置于“本地”控制方式下，通過控制操作箱上的啟動/停止按鈕，對現(xiàn)場設(shè)備手動啟停控制。本地控制方式為系統(tǒng)的基本保留方式，在與中央控制室斷開聯(lián)系等任何情況下都可以完成整車焊接處理工藝要求的控制功能。

2.3 PLC自動系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)整車焊接處理廠工藝特點和現(xiàn)場的焊接設(shè)備分布及焊接機器人的作業(yè)范圍，可以將整車焊接車間流水線PLC下位機系統(tǒng)劃分為兩個PLC站點，各自負責不同的工藝流程。為此，需要統(tǒng)計全廠的I/O點分布情況，詳見表1。

由于本系統(tǒng)中的下位機PLC選用的西門子公司的S7-300系列的PLC產(chǎn)品，其網(wǎng)絡(luò)通訊功能的最大特色便是集成了MODBUS/TCP以太網(wǎng)通信協(xié)議。為此，本系統(tǒng)中下位機PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊就基于MODBUS/TCP以太網(wǎng)通信協(xié)議實現(xiàn)，進而進一步降低了本自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信集成成本。

2.4 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

2.4.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)選擇

本系統(tǒng)選用環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，當某一節(jié)點出現(xiàn)故障時，它會自動旁路，而不影響環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的顯著特點是環(huán)路上的工作站在發(fā)送信息時，只能按照順序依次傳輸，所以不存在沖突問題。在光纖傳輸介質(zhì)成本降低的今天，工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)選用光纖組成雙環(huán)路雙冗余網(wǎng)絡(luò)是比較合適的方法。

2.4.2 系統(tǒng)組網(wǎng)方案設(shè)計

基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊接流水線綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以劃分為三層：信息管理層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、傳感檢測及執(zhí)行機構(gòu)層。

①信息管理層。信息管理層主要是實現(xiàn)對整個工業(yè)以太網(wǎng)自下而上傳輸過來的流水線生產(chǎn)工藝的各個參數(shù)的管理，包括狀態(tài)參數(shù)的實時監(jiān)測、越限報警；生產(chǎn)工藝參數(shù)的自動存儲、報表分析；設(shè)備控制指令的自動/聯(lián)動派發(fā)等等，這些功能的實現(xiàn)依賴于在信息管理層所開發(fā)的人機交互接口良好的專用自動化控制監(jiān)控程序，通?？梢圆捎媒M態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)。

②網(wǎng)絡(luò)傳輸層。網(wǎng)絡(luò)傳輸層就是指基于工業(yè)以太網(wǎng)所搭建起來的工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時通過配置交換機、操作站等輔助設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)操作人員在網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場對網(wǎng)絡(luò)傳輸層的檢查、維護和管理。網(wǎng)絡(luò)傳輸層作為整個自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸平臺，對于整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。

③傳感監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)層。傳感監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)層主要有兩個作用，第一是通過傳感檢測設(shè)備，將流水線工藝流程中的各個參數(shù)實時檢測出來并發(fā)送到工業(yè)以太網(wǎng)上進行通訊，第二是通過安裝電氣開關(guān)、電磁閥等開關(guān)動作執(zhí)行元件，接受來自頂層的中央信息管理層的遠程控制指令，實現(xiàn)對現(xiàn)場機電裝備或者流水線工藝流程的遠程自動化控制，傳感監(jiān)測及執(zhí)行機構(gòu)層是面向整車焊接流水線生產(chǎn)和自動化控制的最底層，主要包括車間現(xiàn)場的各種監(jiān)測、控制子系統(tǒng)，如焊接機器人控制子系統(tǒng)，滾床控制子系統(tǒng)，帶式輸送機控制子系統(tǒng)等。

3 結(jié) 語

隨著工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動化控制領(lǐng)域中的逐步廣泛應(yīng)用，逐漸取代了過去傳統(tǒng)的以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的自動控制模式。本論文對基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊接流水線綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)展開了設(shè)計與研究，通過對網(wǎng)絡(luò)通信實時性的理論分析，建立了基于工業(yè)以太網(wǎng)的整車焊接流水線綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分別從下位機PLC自動化控制系統(tǒng)和上位機DCS以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩個角度詳細探討構(gòu)建了整個綜合自動化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，對于工業(yè)以太網(wǎng)在工廠自動化控制方面的應(yīng)用，無論是在理論研究還是在實踐應(yīng)用方面，都是具有較好的指導(dǎo)借鑒意義。

參考文獻：

[1] 吳文秀，吳修德.基于工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[J].石油天然氣學報，2005，（6）：803-805.

信號自動化論文范文第3篇

關(guān)鍵詞：虛擬儀器，力傳感器，標定

 

1 引言

力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長期使用過程中，由于使用環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)的變化，需要對其進行標定，以此保證測量的精度。近年來，隨著虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，越來越多的技術(shù)人員開始基于該技術(shù)來開發(fā)自動化測量設(shè)備。博士論文，標定。虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發(fā)平臺中，美國國家儀器公司（NI）的LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標定程序的設(shè)計。

2 標定的原理

所謂標定（或現(xiàn)場校準）[2]就是指用相對標準的量來確定測試系統(tǒng)電輸出量與物理輸入量之間的函數(shù)關(guān)系的過程。標定是測試中極其重要的一環(huán)。標定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數(shù)關(guān)系之外，還可以最大限度地消除測量系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差。

傳感器的校準采用靜態(tài)的方法，即在靜態(tài)標準條件下，采用一定標準等級（其精度等級為被較傳感器的3~5倍）的校準設(shè)備，對傳感器重復(fù)（不少于3次）進行全量程逐級加載和卸載測試，獲得各次校準數(shù)據(jù)，以確定傳感器的靜態(tài)基本性能指標和精度的過程。為簡化系統(tǒng)的設(shè)計，此處標準量采用砝碼加載的方式獲得。

3 系統(tǒng)組成

3.1硬件組成

系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件組成

由圖可以看出，系統(tǒng)主要包括計算機、力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡、接線盒等。本系統(tǒng)中，力傳感器采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，四個應(yīng)變片采用全橋的工作方式。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的PCI-6221，該采集卡的主要參數(shù)如下：它具有16個模擬輸入端口，2個模擬輸出端口，24個數(shù)字輸入輸出端口，采樣速率最高可達到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345，此接線盒直接與數(shù)據(jù)采集卡相連，接線盒上有SCC信號調(diào)理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號調(diào)理模塊，其上面包含信號調(diào)理電路，可以將傳感器處采集的信號轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集卡讀取的信號。本系統(tǒng)所用的SCC模塊為SCC-SG04，此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。

3.2軟件組成

本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW 8.2來開發(fā)。LabVIEW是一種圖形化的編程語言。博士論文，標定。博士論文，標定。與其他開發(fā)工具不同，用LabVIEW編程的過程不是寫代碼，而是畫“流程圖”。這樣可以使用戶從煩瑣的程序設(shè)計中解放出來，而將注意力集中在測量等物理問題本身。它主要針對各個領(lǐng)域的工程技術(shù)人員而設(shè)計，非計算機專業(yè)人員[1]。博士論文，標定。

因為所用的力傳感器屬于應(yīng)變式電阻傳感器，其電阻變化率與應(yīng)變可以保持很好的線性關(guān)系，即輸入與輸出量之間呈線性關(guān)系，所以可以用一條直線對校準數(shù)據(jù)進行擬合。此直線就稱為擬合直線，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標定程序的采樣頁面。

此程序采用LabVIEW的事件驅(qū)動編程技術(shù)進行編制的。事件[3]是對活動發(fā)生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執(zhí)行保持同步。事件允許用戶每當執(zhí)行某個特定操作時執(zhí)行特定的事件處理分支。

圖2 標定程序采樣頁面

圖3 采樣程序

直線擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點法、斷點法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進行直線擬合。根據(jù)最小二乘法，假定是一組測量值，是相應(yīng)的擬合值，mse為均方差，則擬合目標可以表達為，期望mse最小。

LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，例如線性擬合、指數(shù)擬合、通用多項式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實現(xiàn)最小二乘法線性擬合。

標定子程序的工作流程如下：用戶先通過多次采樣，獲得各個輸入量對應(yīng)的輸出量，通過While循環(huán)的移位寄存器保存這些值。博士論文，標定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進行擬合，擬合的曲線在Graph控件中顯示出來，同時該Vi自動求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，這樣，輸入輸出量之間的函數(shù)關(guān)系就可以確定下來了，如圖4所示。

圖4 標定程序擬合前面板

4 小結(jié)

基于虛擬儀器的力傳感器標定程序能夠方便地對力傳感器進行標定。博士論文，標定。該系統(tǒng)具有人機界面友好，靈活方便，自動化程度高等特點。

參考文獻：

【1】.候國屏;王珅;葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計[M].清華大學出版社.2005

【2】.張迎新等.非電量測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學出版社，2001

【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008

信號自動化論文范文第4篇

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)電力保護通信系統(tǒng)設(shè)計

隨著電力工業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，電力企業(yè)對線路的保護也提出了越來越高的要求。通信系統(tǒng)作為高頻保護的一種重要的組成部分被要求具有更高的可依賴性、安全性及快捷性。同時，通信技術(shù)越來越發(fā)達，特別是光纖通信的日益普及為數(shù)字保護通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了強有力的動力。

一、電力保護通信系統(tǒng)的概述

隨著人力資本成本的不斷提高，電力系統(tǒng)變電所逐步開展和普及無人值班的運作方式。所以傳輸各類信息的遠動通道便成為了解和控制變電所運行狀況的唯一窗口。因此，通道的建設(shè)、保持及維護成了工作的重點及難點。一般來說，遠動通道分為接收變電所各類信息的“上行”通道和下發(fā)各類控制信息的“下行”通道這兩種通道。上行通道一般可以直接通過主站顯示屏的畫面查看其運行情況，而對傳輸遙控命令的下行通道，至今所有的調(diào)度自動化系統(tǒng)、廠站端的RTU或變電站綜合自動化裝置均不具備對下行通道的檢測功能，這嚴重影響著整個電力系統(tǒng)的運行安全[1]?；诖藶榱颂岣唠娏ο到y(tǒng)運行的安全性，對線路保護提出了更高的要求。而作為線路保護重要組成部分的遠方保護信號設(shè)備的安全性、可靠性及快速性必須要可以保證。

二、電力保護通信系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀及趨勢分析

2.1電力保護通信系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀分析

目前，我國電力保護通信系統(tǒng)的運用主要集中在一些大型的電力企業(yè)中，而對于小型的發(fā)電企業(yè)則很少使用，造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的。首先，對于一些小型的電力企業(yè)來說采用電力保護通信系統(tǒng)的必要性比較弱。其次，系統(tǒng)的運行對人才與資金的要求比較高，小型電力企業(yè)不具有具備專業(yè)知識的系統(tǒng)建設(shè)及維護的專業(yè)技術(shù)人員。就目前我國電網(wǎng)中運行的遠方保護信號設(shè)備而言，大部分的電力企業(yè)采用的都是模擬系統(tǒng)，這個系統(tǒng)主要包括使用電力線為載體的保護專用收發(fā)信機和電力線音頻復(fù)用通信系統(tǒng)兩個部分[2]。

2.2電力保護通信系統(tǒng)的運用趨勢分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字保護通信系統(tǒng)必然代表保護信號設(shè)備的發(fā)展方向。原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，數(shù)字保護通信系統(tǒng)符合全球數(shù)字化的潮流，第二，數(shù)字系統(tǒng)抗干擾的能力強，第三，數(shù)字設(shè)備可靠性比較高，調(diào)試和維護非常方便，從長遠來看，可以降低使用成本。第四，數(shù)字設(shè)備可以提供良好的人機界面。

三、復(fù)用式數(shù)字保護通信系統(tǒng)的設(shè)計分析

通過上面的分析可以看出復(fù)用式數(shù)字保護通信系統(tǒng)必然代表保護信號設(shè)備成為未來的發(fā)展方向。在電網(wǎng)改造中SDH、ATM等新的光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)通信中都得到了普遍應(yīng)用，這無疑可以看出復(fù)用式數(shù)字保護通信系統(tǒng)的運用潛力[3]，同時電網(wǎng)改造也給復(fù)用式數(shù)字保護通信系統(tǒng)的運用提供了前所未有的發(fā)展機遇。現(xiàn)在高電壓等級的變電站的保護信號通信設(shè)備首選是數(shù)字保護通信設(shè)備，而且實現(xiàn)的方式主要是將保護信號復(fù)用到SDH通信設(shè)備的時隙中，利用SDH設(shè)備的快速自愈性能進一步提高保護信號通信的可靠性[4]。基于此論文對復(fù)用式數(shù)字保護通信系統(tǒng)進行一個系統(tǒng)的設(shè)計。為了提高系統(tǒng)的整體性能，這套系統(tǒng)設(shè)計方案采用了特別的糾錯編碼解碼方案，同時結(jié)合采用一些比較先進的技術(shù)設(shè)備，比如高速CPU、CPLD和流行的Windows人機界面等。這些都可以很大程度上提高設(shè)備的可靠性，使調(diào)試、維護和使用過程更加方便安全。復(fù)用式數(shù)字保護通信系統(tǒng)以具有自愈功能的SDH環(huán)狀網(wǎng)為核心，提供行政電話、調(diào)度電話、遠動數(shù)據(jù)和保護命令的全方位接入和傳輸。

四、結(jié)語

通過論文的分析可以看出數(shù)字保護通信系統(tǒng)必然代表保護信號設(shè)備的發(fā)展方向，這種數(shù)字保護通信系統(tǒng)不僅可以提高系統(tǒng)的整體性能，還可以提供行政電話、調(diào)度電話、遠動數(shù)據(jù)和保護命令的全方位接入和傳輸，在實際運用中值得推廣。最后，希望論文的研究為相關(guān)工作者及研究人員提供一些參考與借鑒價值。

參考文獻

[1]吳玲燕.廣域保護通信系統(tǒng)可靠性及其路由選擇研究[D].重慶：重慶大學，2011

信號自動化論文范文第5篇

論文摘要：當今世界，在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)、光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)即將進入數(shù)字化新階段。本文論述了數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特征、結(jié)構(gòu)及功能劃分等。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,變電站自動化技術(shù)已經(jīng)達到了一定的水平，在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動化技術(shù)實現(xiàn)無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動化新技術(shù)，從而大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性，降低了變電站建設(shè)的總造價，這已經(jīng)成為不爭的事實。然而，技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計算機高速網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，勢必對已有

的變電站自動化技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響，全數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)即將出現(xiàn)。

一數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點

(1）智能化的一次設(shè)備

通常一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

(2)網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

(3)自動化的運行管理系統(tǒng)

變電站運行管理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

二數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)進入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電站則將保護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實現(xiàn)了變電站機電一體化設(shè)計。

數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，根據(jù)IEC6185A通信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運行實時的電氣量檢測；（2）運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測；（3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。間隔層設(shè)備的主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；（2）實施對一次設(shè)備保護控制功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

站控層的主要任務(wù)是：（1）通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；（2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；（3）接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（5）具有（或備有）站內(nèi)當?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；（6）具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；（7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓功能。

三數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)選型

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護裝置的信息采集與保護算法的運行一般是在同一個CPU控制下進行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。

如果采用通常的現(xiàn)場總線技術(shù)可能不能勝任數(shù)字化變電站自動化的技術(shù)要求。目前以太網(wǎng)（ethernet）異軍突起，已經(jīng)進入工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域，固化OSI七層協(xié)議，速率達到100MHz的嵌入式以太網(wǎng)控制與接口芯片已大量出現(xiàn)，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的兩級網(wǎng)絡(luò)全部采用100MHz以太網(wǎng)技術(shù)是可行的。

四數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展中的主要問題

在三個層次中，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。目前研究的主要內(nèi)容集中在過程層方面，諸如智能化開關(guān)設(shè)備、光電互感器、狀態(tài)檢測等技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)。國外已有一定的成熟經(jīng)驗，國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當?shù)娜肆M行開發(fā)研究，并且在某些方面取得了實質(zhì)性的進展。但歸納起來，目前主要存在的問題是：（1）研究開發(fā)過程中專業(yè)協(xié)作需要加強，比如智能化電器的研究至少存在機、電、光三個專業(yè)協(xié)同攻關(guān)；（2）材料器件方面的缺陷及改進；（3）試驗設(shè)備、測試方法、檢驗標準，特別是EMC（電磁干擾與兼容）控制與試驗還是薄弱環(huán)節(jié)。