凌华科技PCI-9846高速数字化仪作为数据采集工具，通过对谐波、间谐波和高频谐波的实验分析，验证谐波函数和采用PCI-9846作为分析采集工具的可行性和正确性。同时，PCI-9846高达20MHz宽动态范围输入信号处理能力，在处理电力系统的高频谐波中也得到了充分发挥。 1、应用背景 1.1电力系统谐波及划分 谐波干扰一般由非线性电压或电流特性的设备产生。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意，当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。目前，电力系统的谐波电压源和电流源可以分为以下三类设备：①磁芯设备，如变压器、电动机、发电机等；②电弧炉、弧焊机、高压放电管等；③电子设备和电力电子设备。 在实际的电网系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。这种非正弦周期性波形可傅立叶级数分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波，谐波频率是基频的整倍数。电网中有时也存在间谐波、次谐波和高频谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。 在电磁兼容EMC中（ElectroMagneticCompatibility）定义低频范围（0～9kHz）。谐波、间谐波、次谐波以及高频谐波划分如下表。 表1谐波与频率范围 1.2谐波危害 谐波的危害，是全面的、深层次的，比如： 1）谐波对电网中变压器、电容器组、线路和旋转电机的危害，主要是引起设备故障、附加损耗、发热以及降低设备的使用寿命。 2）谐波会造成保护系统和控制电路的误动作。谐波在电网中引起的谐振，会造成谐波电压升高，谐波电流增大，造成设备损坏和引起继电保护和控制电路的误动。如谐波在负序（基波）量的基础上产生的干扰，会影响各种以负序滤过器为启动元件的保护及自动装置系统。 3）谐波会造成测控仪表的不精确，不仅影响计量的准确性，而且对控制系统产生严重干扰。 4）谐波超过一定程度，不仅影响电子设备的正常工作，还会对其造成损坏。如，谐波会缩短白炽灯的寿命和引起荧光灯故障。 1.3谐波检测方法 谐波检测的精度和动态响应速度与检测方法密切相关，谐波检测方法的发展方向是高精度、高速度和高实时性，目前常见的谐波检测方法按原理可分为： 1）基于傅里叶变换的谐波检测方法，较多的是采用DFT或FFT获取各次谐波信号的幅值、频率和相位。在测量时间是信号周期的整数倍并满足采样定理的情况下，DFT和FFT检测精度高、实现简单、使用方便，但由于计算量大，实时性受限制，对非整数次谐波的检测存在频谱泄漏和栅栏现象等缺点，为了减小频谱泄漏，常用的方法是在谐波分析运算前增加窗函数。 2）采用人工神经网络的检测方法，目前已有多种采用人工神经网络的谐波检测方法提出。目前对人工神经元网络的研究很多是仿真性研究，其硬件实现的研究还是一个比较薄弱的环节，其实用价值还待进一步发展。 3）基于小波分析的谐波检测方法，小波分析作为时域分析的重要工具，克服了傅里叶分析在频域完全局部化而在时域完全无局部化的缺点，在频域和时域同时具有局部性，能算出某一特定时间的频率分布并将各种不同频率组成的频谱信号分解成不同频率的信号块。 4）基于瞬时无功功率的谐波检测方法，目前广泛应用在有源电力滤波器方案中，其实时性好，延时小，如在检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和采用滤波器的不同，会有不同的延时，但延时最多不超过一个电源周期。对于电网中典型三相整流桥谐波源，其检测的延时约为1/6周期，具有很好的实时性。 5）自适应谐波检测方法，自适应能力好，能较好跟踪检测且精度较高，但动态响应慢，目前针对自适应谐波检测方法的研究不仅在软件仿真方面，而且在硬件电路实现上日益深入。 6）模拟滤波器法，作为早期的谐波电流检测方法，由于难设计、误差大、对电网频率波动和电路元件参数敏感等，目前已很少使用。常用的模拟滤波器方法有，通过滤波器去除基波分量，得到谐波分量或使用带通滤波器得出基波分量，再与被检测电流相减后得到谐波电流分量。 2、面临问题 随着新能源的发展和大量新技术新产品在电力系统中的应用，精确测量谐波含量和科学分析谐波影响，不仅为谐波的进一步治理提供依据，而且也为电力系统的和谐发展提供保障。 下面简单介绍，光伏并网发电、风力发电、电气化铁路以及电动汽车充电站中的谐波状况，初步分析新能源和新技术的应用，使电力系统面临更严峻的谐波问题。 2.1光伏并网和风力发电的谐波影响 光伏发电的并网逆变器易产生谐波、三相电流不平衡；同时，输出功率不确定性易造成电网电压波动、闪变。在已并网的光伏示范工程中，10kV接入、400V接入以及220V接入电网系统，都检测到谐波电流总畸变率偏高的问题，且随着容量的增大，谐波电流对电网的影响将进一步加大。 风力发电的风电机组中变频器的有限开关频率使得风电机组输出电流发生畸变，除了一些符合变频器基本规律的谐波外，某些特定的谐波也经常出现，如当采用两种极对数的发电机时，发电机极数转换过程中会产生间谐波，当电网阻抗不平衡产生的非特征谐波，以及风电系统谐振效应引起的谐波等。 下图为某一220kV并网风电场一天的电流值曲线，线电压值曲线以及电压总谐波畸变率曲线。 1-a为某风电场一天的电流值曲线，横坐标为时间，纵坐标为电流值（A）；1-b为某风电场一天的线电压值曲线图，横坐标为时间，纵坐标为线电压值（V）；1-c为某风电场一天电压总谐波含有率曲线图，横坐标为时间，纵坐标为电压总谐波畸变率（%）。 1-a某风电场一天电流值曲线 1-b某风电场一天线电压值曲线图 1-c某风电场一天电压总谐波畸变率曲线图图1某一220kV并网风电场相关曲线 2.2 电气化铁路谐波影响 近年来，我国电气化铁路发展十分迅速。到2020年，全国铁路规划营业里程将达到12万公里以上，铁路电化率将达到60%以上。未来几年，将是铁路建设的高峰，电气化铁路建设进入历史上发展最快的时期。 通过对已运行电气化铁路的电能质量检测（主要是交直型机车电气化铁路），电气化铁路运行对电力系统的影响主要有以下几个方面： 1）注入系统的谐波电流普遍超标，而且3次谐波超标比较严重；造成了部分供电变电站的110kV母线电压THD值超标，同时随着谐波在系统中的流动，还使得部分35kV和10kV母线电压THD值超标，对电气设备的安全运行构成了隐患。 2）机车的不平衡负荷，对系统中一些不平衡保护也会带来一定的影响，可能触发零序启动限值，造成故障录波器的频繁启动，且随着电铁负荷的增加，其中的负序电流已造成一些电厂的负序保护的动作。 3）由于电铁机车负荷不规律且频繁的无功冲击，影响无功补偿设备的正常投运率，同时对相关母线的电压合格率也带来一定的影响。 而上述这些影响，仅限于目前电能质量测试仪器的测试结果，如对谐波的测试，电能质量测试仪器一般在50次谐波以下，更高次的高频谐波通常不加以检测。而电气化机车中，如目前使用得越来越广泛的交–直–交型机车，50次甚至更高次以上的高频谐波比其它类型的机车产生的多，这些高频谐波有可能和馈电系统变压器的漏抗及馈线等分布电容决定的固有谐率发生谐振，引起高次谐波的放大。这些高频谐波，不仅对电力系统有严重影响，而且对机车自身也构成危害，如：机车主回路、补机回路误动作，绝缘恶化；ATC回路、有线通信回路杂音干扰；电容器灯具等电力设备的烧损等。 下图是电力系统某一为交直型机车牵引站供电的110kV变电站一个月的电流值曲线和电压总谐波畸变率曲线。 2-a为系统变电站一个月的电流值曲线，横坐标为时间，纵坐标为电流值（A）；2-b为系统变电站一个月的电压总谐波含有率曲线图，横坐标为时间，纵坐标为电压总谐波畸变率（%）。 2-a110kV系统变电站电流曲线图 2-b110kV系统变电站电压总谐波含有率曲线图 图2110kV系统变电站相关曲线 由所测数据可知，110kV的电压总谐波含有率存在超过国家标准含量的现象（国家标准为2%）。 交–直–交型机车的低次谐波有了较大的改善，下图是电力系统某一为交–直–交型机车牵引站供电的220kV系统变电站一个时段的电流值曲线和电压总谐波畸变率曲线。 3-a为系统变电站一个时段的电流值曲线，横坐标为时间，纵坐标为电流值（A）； 3-b为系统变电站一个时段的电压总谐波含有率曲线图，横坐标为时间，纵坐标为电压总谐波畸变率（%）。 3-a220kV系统变电站电流曲线图 3-b220kV系统变电站电压总谐波畸变率曲线图图3220kV系统变电站相关曲线 根据所测数据，交-直-交机车的低次谐波得到很大的改善，为交-直-交型机车牵引站供电的220kV变电站电压谐波含有率基本满足国家标准要求（国家标准为2%）。但考虑目前谐波测试仪器一般仅测试50次谐波以下，更高次的高频谐波情况无法获知。 2.3电动汽车充放电站谐波影响 电动汽车作为节能、环保新型交通工具，发展迅速，随之而来的，投运的电动汽车充放电站也越来越多。动力电池充电站属于非线性负荷，接入系统后会使电流发生畸变产生谐波。 下表为某一电动汽车充放电站在稳定工作时，注入低压侧母线谐波电流含有率（三相统计值，取95%概率大值，所选数据为检测数据中的典型值）参见下表。 表2谐波电流含有率 注*：系统在不稳定状态时，3次谐波电流含有率变动较大。 检测结果显示，此电动汽车充放电站为6脉动不控整流负荷，其中次谐波为其特征谐波，。同时，含有少量非特征次谐波。 3、解决方案 3.1谐波分析理论 电网电压信号是不断波动的，其中除了基波和直流分量、整数次谐波，还有间谐波、次谐波以及高频谐波，即使采用跟踪锁相技术，也难以实现严格同步采样。本文选用基于傅里叶变换的谐波检测这一常用方法来获取各次谐波信号的幅值和频率。针对离散傅里叶变换处理后存在的频谱泄漏，包括长范围泄漏和短范围泄漏，通过选择适当的窗函数抑制长范围泄漏，同时根据所选的窗函数的形式对频率、幅值等进行插值修正，达到弥补短范围泄漏造成的误差。 电力系统谐波分析中常用基于余弦窗的组合窗，这类窗当选取时间是信号周期的整数倍时，窗频谱在各次整数倍谐波频率处幅值为零，即使系统信号频率在小范围波动，其泄漏也较小。常用的窗，如Hanning窗、Blackman窗等，主瓣宽度大，旁瓣幅值衰减快，频谱分辨力降低，频谱计算精度提高；而Haming窗等，旁瓣幅值一定时具有最小主瓣宽度，频谱分辨力提高，频谱精度降低，矩形窗具有最窄主瓣但其旁瓣幅值最大；还有折中的如Rife-Vincent（III）窗等。 余弦窗的窗函数表达式为： 当采样点数N=64时，矩形窗、Hanning窗、Hamming窗和Blackman窗在时域和频域的幅频特性如下图。 4-a矩形窗、Hanning窗幅频特性曲线 4-bHamming窗、Blackman窗幅频特性曲线图4常见窗函数在时域和频域的幅频特性 根据所需的精度，选择项数。谐波的幅值修正公式及思路可参见相关文献。 本文采用Blackman窗和文献[7]中两根谱线加权平均的方法修正幅值等方法，对采集的电压数据进行谐波分析。 3.2实验 实验使用的谐波源为FLUKE6100A，它用来校准一些检测仪器的电功率标准源。使用FLUKE6100A可以生成不规则的电能质量现象，如电压谐波，间谐波，波动谐波，闪变以及电压暂升和暂降。 数据采集系统为凌华科技PCI-9846高速数字化仪，ADLINK的PCI-9846板卡是高达40MS/s的采样率16位4通道数字化转换器，可采集高达20MHz宽动态范围输入信号。能很好地处理电力系统的高频谐波。 在Matlab中建立板卡采样设置函数和谐波分析函数，相关实验过程及结果如下。 1）谐波 （a）FLUKE6100A以主频50Hz，幅值1V，叠加3次谐波，幅值10%（与主频幅值相比）；7次谐波，幅值5%；9次谐波，幅值1%。 主频50Hz时，PCI-9846采样谐波数据输出波形如下图。 图5主频50Hz谐波采样输出波形 通过谐波分析函数，各次谐波的频率及幅值如下表。 表3主频50Hz谐波频率幅值表 主频50Hz谐波分析输出波形参见下图。 图6主频50Hz谐波分析输出波形 （b）FLUKE6100A以主频51Hz，幅值1V，叠加3次谐波，幅值10%；7次谐波，幅值5%；9次谐波，幅值1%。 主频51Hz时，PCI-9846采样谐波数据输出波形如下图。 图7主频51Hz谐波采样输出波形 通过谐波分析函数，各次谐波的频率及幅值如下表。 表4主频51Hz谐波频率幅值表 主频51Hz谐波分析输出波形参见下图。 图8主频51Hz谐波分析输出波形 2）间谐波 （a）FLUKE6100A以主频50Hz，幅值1V，叠加85Hz间谐波，幅值10%；121Hz间 谐波，幅值10%。 主频50Hz时，PCI-9846采样间谐波数据输出波形如下图。 图9主频50Hz间谐波采样输出波形 通过谐波分析函数，间谐波的频率及幅值如下表。 表5主频50Hz间谐波频率幅值表 主频50Hz间谐波分析输出波形参见下图。 |图10主频50Hz间谐波分析输出波形 （b）FLUKE6100A以主频51Hz，幅值1V，叠加85Hz间谐波，幅值10%；121Hz间谐波，幅值10%。 主频51Hz时，PCI-9846采样间谐波数据输出波形如下图。 图11主频51Hz间谐波采样输出波形 通过谐波分析函数，间谐波的频率及幅值如下表。 表6主频51Hz间谐波频率幅值表 主频51Hz间谐波分析输出波形参见下图。 图12主频51Hz间谐波分析输出波形 3）高频谐波 （a）FLUKE6100A以主频50Hz，幅值1V，叠加82次谐波，幅值10%；95次谐波，幅值5%。 主频50Hz时，PCI-9846采样高频谐波数据输出波形如下图。 图13主频50Hz高频谐波采样输出波形 通过谐波分析函数，各次谐波的频率及幅值如下表。 表7主频50Hz高频谐波频率幅值表 主频50Hz高频谐波分析输出波形参见下图。 图14主频50Hz高频谐波分析输出波形 （b）FLUKE6100A以主频51Hz，幅值1V，叠加82次谐波，幅值10%；95次谐波，幅值5%。 主频51Hz时，PCI-9846采样高频谐波数据输出波形如下图。 图15主频51Hz高频谐波采样输出波形 通过谐波分析函数，各次谐波的频率及幅值如下表。 表8主频51Hz高频谐波频率幅值表 主频51Hz高频谐波分析输出波形参见下图。 图16主频51Hz高频谐波分析输出波形 由于PCI-9846高速数字化仪可采集高达20MHz宽动态范围的信号，且板上支持512MB的存储，方便同时分析电力系统中各种频率信号，包括各次谐波、间谐波、高频谐波以及次谐波，限于篇幅，不再赘述。 4、小结…

随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室控制工程网版权所有，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。 电磁干扰源及对系统的干扰是什么？ 影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源控制工程网版权所有，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同控制工程网版权所有，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ (1)来自空间的辐射干扰 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 (2)来自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 (3)来自电源的干扰 实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。 PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 (4)来自信号线引入的干扰 与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰CONTROL ENGINEERING China版权所有，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 （5）来自接地系统混乱时的干扰 接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地控制工程网版权所有，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。 PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地 系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。 此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低控制工程网版权所有，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。 （6）来自PLC系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路 互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不必过多考虑CONTROL ENGINEERING China版权所有，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。 怎样才能更好、更简单解决PLC系统干扰？ 1）选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源，动力线和信号线走线要更加合理等等，也能解决干扰，但是比较烦琐、不易操作而且成本较高。 2）利用信号隔离器这种产品解决干扰问题。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种产品，就可有效解决干扰问题。 为什么解决PLC系统干扰都选信号隔离器呢？ 1）使用简单方便、可靠，成本低廉。 2）可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量，即使复杂的系统在普通的设计人员手里，也会变的非常可靠。 信号隔离器工作原理是什么？ 首先将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过 光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号CONTROL ENGINEERING China版权所有，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。 信号隔离器功能是什么？ 一：保护下级的控制回路。 二：消弱环境噪声对测试电路的影响。 三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。标准系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。 现在市场有那么多品牌的隔离器，价格参差不齐控制工程网版权所有，该怎么选择呢？ 隔离器位于二个系统通道之间CONTROL ENGINEERING China版权所有，所以选择隔离器首 先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式（电压型、电流型、环路供电型等）适应前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑绝缘强度﹑总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗热量与可靠性有关控制工程网版权所有，这些需要使用者慎选。总之CONTROL ENGINEERING China版权所有，适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。 隔离器相关文章:隔离器原理

　　1.现场总线数据传输的及时性和系统响应的实时性：一般地讲，过程控制系统的响应时间要求为0.01～0.5S，制造自动化系统的响应时间是0.5～2S，IT网络的响应时间为2～6S，因此在IT大部分使用中，实时性是可以忽略的。 　　2.现场总线强调在恶劣环境下数据传送的完整性、可靠性：现场总线具有在粉尘、高温、潮湿、振动、酸(碱)腐蚀，特别是电磁和无线电干扰等的工业环境长时间、连续、可靠、完整传送数据的能力。能够抗工业电网的浪涌、失波、跌落和尖峰干扰等。在可燃或易爆场合，还要求现场总线具有本质安全性能 二、标准与非标准现场总线。 　　市场上出现了三十多种牌号的现场总线及其系统，并且都称是真正的现场总线，可应用于各种领域。实际上，市场上的现场总线应分为标准和非标准两种。 　　1.标准现场总线是符合IEC(国际电工技术委员会)现场总线协议模型框架，具有近似标准数字信号制的现场总线产品，这些主要有IEC61158、FF(基金会现场总线)、LonWorks、Pro-tibus、WorldFIP现场总线。适用于过程控制、制造自动化和楼宇自动化等。 　　2.非标准现场总线，其余的现场总线都可看作是非标准现场总线，它们大多具有专用标准，适于专用领域。不会向国际标准靠拢。 三、FCS与DCS 　　基于FF的FCS(现场总线控制系统)将取代传统DCS(分布式控制系统)成为控制系统主角。下面就几个主要方面进行对比。 　　1.数字化 　　1)FCS：全数字化，纯数的通信使过程控制具有更高的可靠性。在FCS中，从传感器、变送器到调节器，一直是数字信号，这就使得更复杂、更精确的信号处理得以实现。普通的噪音很难扭曲现场总线控制系统里的数字信号。数字通信的查错功能可检出传输中的误码。 　　2)DCS：半数字化，在传统DCS系统里，温度和压力变送器须将它们测到的原始数字信号在送入DCS前转换成4-20mA模拟信号，在模拟系统中，噪音及其他信号扭曲无法被检测。 　　2.可互操作性：采用具有可互操作性和现场总线系统，用户可以在性能、价格、质量和售后服务等因素基础上，选择最好的硬件产品，并省时省力地将它们集成为一体。 　　1)现场总线自动化设备的可互操作性主要是通过对功能模块及其参数的标准化而实现，具有极好的可互操作性。 　　2)大多数用于DCS和智能型变送器间的通信协议是DCS制造商独家采用的专用封闭系统。 　　3.分散性 　　1)FCS：采用的是完全分散式体系，它的控制全部分散到现场，控制回路由现场设备实现。 　　2)DCS：采用一个或多个”控制单元”对多回路进行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每个控制板上又有多个回路的半分散式体系。 　　4.可靠性、可维护性和经济性 　　现场总线控制系统采用数字总线式通信线路代替传统DCS中一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由连线带来的不可靠，同时降低了布线成本，与传统DCS技术相比，可节省电缆、调试、维护成本40%以上。 　　5.现场总线已经发展成为可以取代DCS的新型的FCS控制系统。DCS与FCS并存是可能的，但DCS并不适合与现场总线集成。如果现场总线连接到DCS上，它的大多数优势便无法发挥出来。因为分布在现场设备中的功能块组态、状态、诊断、校验、设备自身信息以及来自现设备的管理信息等均无法完全映射到DCS中。 四、EIC(电气传动、仪表、计算机)一体化 　　在由现场总线构成的控制系统FCS中，仪表已发展成为具有综合功能的智能仪表，也就是具有过去实现仪表控制的DCS的功能。现场控制器实际上是过去PLC功能的分散，它代替了用于电气传动控制的PLC。从以上两点不难看出，现场总线控制系统FCS，正是一个实现电气传动控制、仪表控制和计算机控制一体化的系统结构，而这种结构恰恰是钢铁工业自动化用的较多而又急需的控制系统结构。 五、现场总线进展情况 　　目前，较为流行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART(过渡协议)等，这些现场总线和过渡协议在我国(主要是北京)都有了代表处或挂靠单位，并且大多数都有不同程度的开发和应用。其中FF和HART列入”九五”攻关项目，参加现场总线智能仪表的研究开发单位主要有：西安仪表集团、上海工业自动化仪表研究所、重庆工业自动化仪表研究所、上海自动化仪表股份公司、重庆川仪集团、北京华控技术公司等，专门攻克HART协议和FF协议通信软硬件技术难关。 　　1.开发的产品主要有： 　　1)HART变送器(包括智能温度变送器、智能压力变送器、智能流量变送器)； 　　2)HART智能电动执行机构； 　　3)HART网桥； 　　4)现场设备管理系统软件； 　　5)FF现场总线和CAN总线园卡、接口等HART的攻关任务已基本完成，今年就可验收。FF的攻关明年上半年可完成并验收。 　　目前，较流行的现场总线中，FF、Profibus、LonWorks、CAN\HART协议书籍报刊上介绍的比较多，其中HART和LonWorks在我国开发和应用较多。下面只简单介绍一下WorldFIP的情况。 　　2.WorldFIP:WorldFIP现场总线不论高速还是低速，只有一套通信协议，可以不需要任何网桥或网关，低速与高速的衔接只用软件完成。 　　WorldFIP组织认为，它的生产者/使用者(Producer/Consumer)模式和总线仲裁器(BUSAr-biter)的调度方式特别适合工业过程控制的现场总线系统。它的很多优点都与此有关。FF与IEC标准草案都采用了这种通信模式，只是名称不同。FF称为发布方/接收方(Publi-sher/Subscriber)与链接调度器(LAS)，实际方式与WorldFIP基本一致。这也说明了为什么WorldFIP支持IEC标准，因为他们向IEC靠拢在技术上是比较容易的。 　　目前，WorldFIP的应用领域为：输电、铁路运输、地铁、化工、空间技术、汽车制造等。1998年5月，WorldFIP组织在中国建立了技术推广中心，并把注意力放在中国的能源和铁路两个将大力发展的领域。

一、简述 多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。 二、PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类： 1．开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2．工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 3．运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4．数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 5．通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 三、PLC的应用特点 1．可靠性高，抗干扰能力强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。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，整个系统将极高的可靠性。 2．配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了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，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。多种多样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，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 4．系统的设计，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，同时日常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而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。 伺服电机相关文章:伺服电机工作原理 上一页 1 2 下一页

1 引言 随着现代计算机技术的发展，可编程控制器有了长足的发展。1968年，美国最大的汽车制造商gm公司为了自身汽车工业的跨越式发展，提出新一代控制器应具备十大条件。这成为了当代可编程控制器的发展动向。1969年，美国数字设备公司（dec）成功研制世界第一台可编程序控制器pdp-14，并在gm公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。20世纪70年代，日本、西欧国家也相继引进和研制出自己的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。可编程控制器现在已经成为我国工业设备控制使用增长速度最快的控制器。由于控制器出现以后，名称混乱，功能也各不相同，因此美国电气制造商协会（nema）和国际电工委员会（iec）分别于1980年和1985年对可编程控制器（pc）进行了定义。这就是后来说的“蓝领计算机”。随着现代计算机技术、网络通信技术、现代自动控制技术的高速发展，可编程控制器的数学处理能力、网络通讯能力和智能控制能力等得到大大提高。在1994年可编程计算机控制器（programmable computer controller简称pcc）的概念被提出来，它代表了当今工业控制技术的发展趋势。奥地利贝加莱(br)工业自动化公司的pcc为其典型代表，其是集计算机技术、通信技术、控制技术（3g技术）为一体的新型工业控制装置。 2 pcc功能模块构成及其特点 pcc一种计算机控制系统，具有中央处理器（cpu），输入/输出（i/o）接口、电源等，其构成如图1所示。pcc实现了系列化、模块化、标准化的设计，使得其设计、安装比较容易，调试周期短、维护简单等特点，其所有的输入输出接口电路均采用光电隔离，可有效抑制外部干扰源对pcc的影响。另外，pcc模块品种丰富，通信接口完善，配置简单，可较容易组网通信。现代的pcc已经从较小规模的单机顺序控制发展到包括过程控制、运动控制、步序控制等，广泛应用在塑料、包装、印刷、造纸等许多行业中的控制，这些应用极大地提高了这些行业的生产效率和产品的质量。 程序执行上，pcc采用分时多任务操作系统，它可以很好地实现实施多任务，用户可以根据自己的生产需要，编制自己的程序并设定循环时间。控制系统为用户提供了八个不同循环时间和不同优先级别的任务等级，同时它是一个可自定义、具有确定性的实施多任务操作系统。同时，为了能够给技术人员和编程人员提供更多的服务，方便用户得到自己关心的数据和控制系统状态等情况，pcc编程系统为用户提供了很多不同的诊断工具。这些工具可以显示正在运行的概要，可以读取、存储和修改信息，可以深入系统并优化它。 图1 pcc模块功能构成 3 贝加莱2000系列pcc br2000系列pcc有2003系列和2005系列。包括：cpu模块、总线控制器模块、通讯模块、电源模块、现场总线模块、数字量、模拟量输入、输出模块计数和定位模块等。br2000系列pcc硬件具有如下特点[2]：①硬件模块化；②网络通信能力；③有与hmi通讯的接口；④有工业汁算机能力；⑤emc符合en61131—2；⑥可靠的i/o总线协议；⑦独立的i/o总线和系统总线⑧具有工业强度的端子排；⑨多i/o总线系统的高性能。 图2 2003系列pcc （1）2003系列小型pcc（见图2） 2003系列属于小型pcc，其特点为：2003系列采用了极高性价比的紧凑型设计，节省了装备的空间；can总线网络实现了操作面板、显示单元、驱动以及其他外围设备直接的连接；远程i/o系统实现了通过can进行远程控制的可能；大量的旋入式模块也确保了任何传感器和执行器信号的连接；实现机器或系统中分布式或集成单元，单元间的主干通信通过标准的以太网tco/ip网络或现场总线实现，在每个单元中，2003系列可通过驱动操作面板和外围设备进行扩展，依据机器单元所需的计算能力选择合适的cpu模块；2003系列的紧凑型控制器也适用于大型系统，如果带本地i/o的cpu通过ethernet powerlink与各个分布式组件连接，便可创建一个用于高动态运动任务 上一页 1 2 3 下一页

1 引言 　　盲源分离（Blind Source Separation, BSS）问题是20世纪80年代提出的[1]，Jutten在90年代初给出严格的数学描述[2]。其真正被重视只是近10年的事。盲源分离的研究涉及到人工神经网络、统计信号处理和信息论的有关知识，现在已成为人工神经网络的重要发展方向之一[3]。盲源分离的开拓性研究起源于Jutten与Herault于1991年的论文[2]。P. Comon首先提出了盲源分离的独立分量分析(Independent Component Analysis，ICA)方法[4]。A. J. Bell和T. J. Sejnowsk在盲源分离算法的发展史上作出了重要贡献，带动了后续的研究工作[5]。国内关于盲源分离的研究最早始于1997年[6]，主要集中在电信传输信号的盲识别上。 　　盲源分离主要分为线性混叠和非线性混叠两种[7]。非线性混叠的主要有通过对线性模型的扩展和用自组织特征映射的方法[8]。 　　对于振动信号的盲分离，从2000年才开始受到重视[9]，并且研究的范围主要在旋转机械和故障诊断中。 2 盲源分离基本概念 　　盲源分离问题可用如下的混合方程来描述[4]： 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/347884.htm 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 线性盲源信号分离框图 　　事实上，在盲的范畴里，人们不可能实现源信号的完全恢复。盲源信号分离的求解结果有两个不确定性：分离后信号向量的排列位置可以变化、信号的幅值与初始相位可以变化。很明显，这样的不确定性对源信号的分离不会有任何实质的影响。 3 振动信号盲分离的常用算法 3.1 最大似然准则算法 　　最大似然估计是要找到矩阵W使得所估计的输出y的概率密度函数(PDF)与假设的源信号的PDF尽可能接近，是一种非常普遍的估计方法。 3.2 最小互信息准则及其算法 　　基于信息理论的最小化互信息的基本思想是选择分离矩阵W, 使输出y的各分量之间的互依赖性最小化，在理想情况下趋于零。 3.3 基于高阶累积量的方法 　　Cardoso提出了应用四阶矩进行盲信号分离的方法。在这个基础上，人们从度量的非高斯性出发，得到快速的定点盲源抽取算法。另外Tong和Liu通过正交变换，对观测到的混迭信号的四阶矩进行奇异值分解(SVD)，得到一类扩展的四阶盲辨识和多未知信号提取算法。Cardoso还提出了基于四阶累积量的联合对角化。独立成份分析方法中的峭度与负熵也是基于高阶累积量的盲源分离方法。 3.4 非线性混叠盲源分离 　　大多数的盲源分离算法都假设混叠模型是线性的，更为准确的模型应当是非线性的或弱非线性的。人们针对非线性混叠模型提出了以下几种方法：(1) 基于两层感知器网络的感知器模型法[20]；(2) 基于自组织特征映射的无模型方法；(3)径向基函数网络法，这种方法鲁棒性较好。 4 振动信号盲源分离方法的探讨 4.1 估计分离矩阵的加速梯度法 　　在最小化互信息准则的基础上，有关研究推导分析出加速梯度法的计算步骤，然后对转子的振动信号进行采集并盲分离，得到了满意的结果。 　　在一个转子试验台上安装2个加速度计和1个涡流传感器采集信号，得到的传感器信号与分离结果的功率谱,如图2和图3所示。 　　分析表明，基于最小化互信息原理的加速梯度法能够较好地估计出分离矩阵, 其实现步骤可行。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 分离后各传感器振动信号的功率谱 　　对具有故障的实际转子进行多传感器信号采集并进行盲分离，结果表明：采集信号中混叠的不同故障特征能够较好地分离开来，分离后各传感器信号的功率谱图基本上只显示出一种故障特征。但是旋转激励的影响不能从盲源分离的结果中完全消除。 4.2 卷积混合盲分离时域方法 　　有许多文献用卷积混合矩阵模型对BSS进行了研究。基于时域信号的盲分离[24]方法对数值信号进行卷积混合并进行盲识别，如图4所示。混合后两个源信号分离结果说明所用算法在低频段可给出好的分离结果，且可分离信号中的谐波信号[25]。 　　实际工程中的信号源个数是不明确的。可在人为设定源信号个数m的基础上，进行随机迭代，最大化各个分离信号y(n)。 　　对动力机械结构的不同位置上安装5个传感器，进行振动信号采集，并对采集信号用卷积混叠矩阵进行盲分离。结果表明，靠近激励源的两个传感器(4、5两个传感器)得到的信号被方便地分离出来，而其他测点的传感器采集信号难以收到理想的分离结果。这与理论方法是一致的。 　　第5个传感器的原始信号和分离结果如图5所示。可看出，实际的信号在时域和频域都难以直接观察出来。进行盲分离，得出两个典型的周期信号及一个随机信号。图5(b)是两个周期信号合成的频谱。两个周期信号分别是发动机、电机旋转频率[26]。实际振动信号进行的源信号盲分离表明，所用方法在机械振动信号盲源分离中是适用的，信号得到较好的分离。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4 两个谐波信号的分离 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5 实际振动信号的盲分离 4.3 基于峭度的快速定点算法 　　经典的测量非高斯方法是峭度(kurtosis)或称四阶累积量。有关研究用基于峭度的快速定点算法对真实的转子振动信号进行了盲源分离研究。在转子振动试验台上安装4个加速度传感器，三个加速度传感器是安装在轴承座上的，另一个安装在垂直于转子轴的连接盘上以便测量轴向的振动情况。试验时的转速为525转/分。由此得到4个采集信号。 　　值得注意的是，实际采集的信号一般就是混合后的信号。所以前述数值仿真分析方法中，“信号混合”这一步就不需要了，可以在直接对采集的信号进行预白化处理后，再用基于峭度的快速定点抽取算法进行分离。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 转子振动信号的盲源分离 　　由传感器测得的4个振动源信号如图6(a)所示；预白化处理后的信号、分离后的信号分别如图6(b)、(c)所示。从图6(a)可看出，从原始的转子振动信号中只能分辨出轴向冲击信号，而其他3个信号波形十分相近，无法识别出哪个信号是哪个振动源产生的。从图6(c)中能够清晰地分离出不同的振动信号源。第四个信号是明显的轴向冲击信号，第二个信号是转子旋转的信号，第一个信号是轴承滚子的冲击信号，第三个信号是噪声信号。这说明用基于峭度的快速定点算法对转子振动信号的盲源分离是十分有效和成功的。 4.4 改进的基于Jacobi优化的极大似然估计方法 　　在传统的Jacobi优化算法的基础上，文献[10]探索了一种具有初始化四阶矩矩阵的优化算法，来提高算法的收敛速度和计算效率。 　　用6个模拟源信号进行混合，分别用FastICA算法、JADE算法来与改进Jacobi优化算法进行比较，采取采样点数从5000变化到30000，来依次统计各个算法的计算时间。3种算法的计算效率如图7所示。可以看出JADE算法的计算时间相比于其它两个算法要长，这在大采样点情况下表现更为明显，而基于初始化四阶矩矩阵的算法与FastICA算法有着接近的计算时间(相差3%左右) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图7 三种算法的计算效率 　　利用仿真试验来分析各个算法分离信号的信噪比、相关系数以及交叉干扰误差测度，如表1所示。这三个指标的值越大表明算法实现的分离信号就越逼近源信号，分离的性能就越优良。从表1可以看出，该算法可以得到优于其它两个算法的信噪比、相关系数以及交叉干扰误差测度。所提出的算法在分离信号的性能指标上远优于FastICA算法。 4.5 鲁棒的二阶非平稳源分离方法 　　D. T.Pham对于一组对称正定矩阵{Mi}提出了一个不同的准则，它不需要进行任何预白化，而且对角化矩阵同时也是分离矩阵[30]。对于有不同功率谱(或等价于不同的自相关函数)的有色源，可以使用时滞协方差矩阵，并由此得到了二阶盲辨识(SOBI)算法。Choi和Cichocki对非平衡源SOBI进行修改，提出一种高效灵活的二阶非平稳源分离(SONS)方法 [31]。 　　　　　　　　　　　　　　表1 各个算法分离信号的性能指标 用与4.3节相同的实验台，用SONS算法对噪声含量较少的转子系统中低转速数据进行分离，与基于负熵的快速定点算法相比，SONS算法在分离效果上的改善很小。在含有大量噪声的高速旋转情况下，基于负熵的快速定点算法对转子振动信号的分离结果如图8(a)，在改用SOBI算法后，分离结果得到了改善，如图8(b)。而在改用SONS算法，分离结果的改善则很明显，如图8(c) [32] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图8 用三种算法对高速数据盲源分离结果的比较 5 结论 　　本文介绍的内容为将盲源信号分离技术应用于机械振动信号的故障诊断提供了一个依据，也为盲源信号分离应用于实际工程信号的处理打下了基础。 　　今后应该着重研究的发展方向主要有3个： 　　(1) 如何实现在观测量个数源信号个数不确定或未知时的盲分离方法研究。 　　(2)更一般的非线性混叠的可分离性的研究。 　　(3)对含有噪声的混叠信号进行盲分离方法的研究。

1 引言 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/347888.htm 　　应用于高层建筑、银行、机场和油田等场合的柴油发电机组，必须采用相应方法控制其供电电压和频率，以确保在机组运行中具有良好的电气性能，满足应用要求。其频率控制一般是通过转速控制实现，目前应用较多的为模拟式转速调节器。由于模拟式调节器不易实现复杂控制规律、结构复杂。故采用数字式控制器。数字式控制器具有算法灵活．可实现复杂控制规律、抗干扰能力强等特点，是实现柴油发电机组转速的高精度调节的理想选择。因此，这里提出了一种以TMS320F2812 DSP为核心的转速数字控制器的测速功能系统设计．该设计方案是进一步实现转速数字控制的基础。 2 转速测量原理 　　在测量和控制柴油发电机组转速时，需用转速传感器检测机组转速．柴油发电机组经常使用磁电式转速传感器(图1)，该转换传感器是在永久磁铁上安装一感应线圈．并将传感器安装于柴油机飞轮附近．与柴油机的测速飞轮构成一个磁回路。当柴油发电机组转动时．由于飞轮带有齿槽，就会使回路磁阻发生变化，从而在转速传感器的线圈中产生感应电势，即转速电压信号，转速传感器线圈输出的平均电压值为0．5~6 V，其频率为： 　　f=Zn/60 (1) 　　式中：Z为柴油机飞轮齿数，n机组转速。 　　将传感器输出信号调理后变成速度频率的数字信号输入TMS320F2812 DSP的捕获单元，捕获被测信号电平的跳变沿(比如上升沿)，从而可在被测信号的一个周期内，对标准时钟f0的周期数计数，若得到的周期数为K，则显然被测信号的周期(T)可表示为： 　　T=K/f0 (2) 　　 　　于是，由(1)式和(2)式可得柴油发电机组的转速为： 　　n=60f0/ZK (3) 　　通过DSP程序按(3)式即可计算机组转速。 3 转速测量系统设计 3．1 硬件电路设计 　　若飞轮齿数Z为159，柴油机额定转速为1 500 r／min，根据上述测量原理，给出以TMS320F2812 DSP为核心的转速测量系统的硬件设计，如图2所示。 　　磁电式转速传感器的输出信号首先由R1和C组成的滤波电路滤波，其截止频率fc根据柴油机在额定转速时传感器输出信号的频率确定，而因fc=l／(2πR1C)，从而确定R1和C，可见这两者的取值与柴油机转速和飞轮齿数有关。需要注意的是这两者取值应按实际设备参数确定。传感器输出模拟信号，要送入DSP需将其转换为数字信号，因此采用VQ开关状态，经VQ转换后其集电极输出信号需由反相施密特触发器变换后(即经过信号整形后)再送入DSPTMS320F2812的捕获单元CAPl。该捕捉单元有一个专用的2级深度FIF0堆栈．顶层堆栈由CAPI FIF0组成，底层由CAPlFBOT组成。测速分两次捕捉．第一次捕捉到引脚发生的指定变化时，捕获单元将捕捉所选用计数器的计数值并把该值写入FIF0堆栈的顶层寄存器．如果在第一次捕捉的值读取之前发生第二次捕捉．新的捕捉值会被送入底层寄存器。捕获单元捕捉到数值后．相应的中断标志位置1，如果没有屏蔽中断，则产生外围设备中断请求。响应中断，通过中断服务程序读取一对捕捉的数值。该捕捉值正好是被测信号一个周期的两次计数。根据这两次捕获值，计算标准时钟的周期数K，进而得出被测转速。 3．2 软件程序设计 　　由于采用DSP的事件管理器EVA的捕获单元CAPl，并选其定时器T1作为CAPl的时间基准，T1工作在连续递增计数模式，并设定捕获单元捕获被测信号的上升沿。捕获前要清中断标志位，开捕获中断。相应初始化事件管理器EVA的程序代码为： 　　进入捕获中断子程序时，保护现场首先清CAPl中断标志位，从二级深度FIF0中依次读取两次捕获的计数值capKl和capK2。如果capK2>capKl，则capK2一capKl即为在被测信号的一个周期内记的标准时钟的周期数K。若capK2capKl，则说明在计数过程中有计数溢出，即计数到周期寄存器T1PR内写入的OxFFFF后回零重新计数，因此K=capK2一capKl+0xFFFF。这里时基T1的频率为主频时钟除以分频系数，即f0=150 MHz／32，因此所测速度为n=60f0/(ZK)=1768 867．925／K。下面为捕获中断子程序代码： 4 结语 　　基于磁电式转速传感器和TMS320F2812 DSP的捕获单元实现的柴油发电机组转速数字控制器的转速测量系统，其硬件设计简单，测量精度较高。经实验测试，在机组转速80～1500 r／min时，测量误差均低于0．2％，完全满足柴油机发电机组转速测量和控制的要求，有较高的实际应用价值。

最近发现一款用于BB-Black的最新DIN-Rail导轨盒，使用嵌入式工业应用。这款导轨盒有点类似于之前用于树莓派的盒子，后者已经在工业行业中被广泛应用。用于BB-Black的导轨盒采用兼容DIN导轨的外形设计，符合DIN43880规范，能够满足许多不同的应用场合，例如加热和亮度控制，以及电能测量等等。盒子外壳材质为UL94V-0注塑材质，大小尺寸为90.5X62X68.1mm(HXDXW)。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201610/306741.htm 科普：什么是DIN-Rail导轨? DIN-Rail导轨是一种广泛用于在工业用机架上安装断路器(Circuit Breaker)和工控设备的标准导轨类型。这种导轨通常采用经过镀锌、铬酸盐处理和表面抛光的冷轧碳钢板制作而成。DIN是“德国标准化协会”的德语缩写，也是一种制造规范，被欧洲和国际标准广泛沿用。

　　近两年，我国装备制造业水平大幅提升，但是与美国等发达国家相比还有一定的差距。较低的产业集中度限制了我国装备制造业的国际竞争力和发展，提升装备制造业竞争力水平，是我国装备制造业的当前任务。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/235159.htm 　　中国装备制造业集中度不高 　　尚普咨询行业分析师指出：目前，我国装备制造业行业中上位企业的产业不占较大比重，还没有形成规模经济效应，产业集中度较低，不利于行业的整体发展。我国装备制造业必须在科技创新和质量上实现突破。 　　我国已成为名副其实的制造业生产大国，出口的却是一些低附加值的产品。装备制造业是国民经济中的基础产业，也是促进国民经济发展的支柱产业。相关数据显示，我国装备制造业的产业集中度由2000年的55.59%上升到了2010年的66.81%，虽然有了一定的提升，但与世界上其他国家相比仍然处于偏低状态。企业国际竞争力不强，缺乏自主品牌和一流企业也是困扰中国装备制造业发展的问题之一。 　　造成我国装备制造业产业集中度较低的原因主要有，一是长期以来中国装备制造业投资分散、重复布局十分严重，且多数企业按“大而全”和“小而全”建设，致使装备制造企业规模普遍较小。二是产业结构不合理，技术含量不强。在全球装备制造产业链上，中国装备制造产业总体上处于中低端，产品技术含量、品牌效应不强。三是中国的装备制造产业对外技术依存度过高，产业受外资控制程度较高。目前产业内先进技术、核心部件都需要进口。装备制造业的行业特点决定了先进技术是决定产业安全的关键因素。 　　尚普咨询在《2014-2017年中国装备制造行业研究及市场投资决策报告》中提到：我国装备制造业目前面临的首要问题便是产业集中度较低，规模经济不足，我国装备制造业整体上呈现企业规模小，大企业规模也不大的特点。对装备制造行业而言，在发展时应重视技术进步和科技创新，提高产品技术含量。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/352421.htm 摘 要： 介绍以CYPRESS产品为核心的基于PSOC 3的移相控制器的设计与实现。本设计采用PSOC技术，使用CapSense作为控制信号的输入，通过PSOC进行数字调相，实现对功率的调整。并提供按键输入信号，以满足用户的不同的应用要求。 引 言： 工业领域中功率调整一般采用可控硅移相控制的方法，通过改变交流电的初始相位（导通角）来控制电源对负载的输出功率。这种电路多使用电位器，因此就不可避免的具有电位器的缺陷：机械磨损、摩擦噪声等。本设计采用PSOC技术，使用PSOC CapSense和按键作为控制信号的输入，通过PSOC进行数字调相，避免了电位器调整的缺陷。 PSOC 简 述 PSoC是Cypress半导体有限公司生产的的可编程片上系统芯片。它主要由8位微处理器，可编程模拟模块和数字模块，外加可编程恒流源(IDAC). I2C，Flash, SRAM等周边外围模块组成，如图1所示。 图1 PSoC的功能框图 因此，PSoC除了能实现一般MCU的功能外，还可通过可编程模拟和数字模块灵活地实现嵌入式系统所需的模拟与数字外围功能。为了方便用户简单而快速地实现模拟数字外围功能的设计，Cypress基于可编程数字模拟模块构建了大量的用户模块，如可编程运算放大器，比较器，6至14位的模数和数模转换器，滤波器，8/16 /24/32位定时器/计数器，脉宽调制器，触摸感应等模块。这些用户模块将PSoC内部的寄存器配置，数字模块和模拟模块之间的内部连线，底层API(Application Program Interface, 应用程序接口)函数都已设计好了。当用户需要某个数字模拟外围功能时，只需要简单地调用相应的用户模块即可实现。 1、系统原理 交流电与PSOC之间采用光电耦合进行隔离，通过光电耦合将交流电的过零点检测信号送给PSOC，采用中断方式以实现交流电每个周期的同步，根据过零信号使用PSOC内部定时器确定初始相位，给出控制触发脉冲，来完成输出交流电相位的控制从而实现功率的调整。移相的角度等相关信息通过诺基亚5110液晶进行显示。图一为主电路结构图。 图1. 主电路结构框图 2、方案设计 2.1方案一 采用交流控制系统的专用集成电路，该类芯片多采用CMOS工艺制造，与外部交流脉冲同步的可控硅移相触发电路。提供多种控制方式以满足用户不同的应用要求，移相角度0～180度。但使用集成芯片会增加外部器件成本，容易损坏，扩展性低。 2.2方案二 程序控制调相，通过CPU外围检测电路检测交流电的过零点，经CPU处理后给出精确的同步触发脉冲，调整交流电的初始相位。其调整灵活、精度高、且容易实现闭环控制，扩展性强。 3．过零检测同步信号设计 要实现功率的调整，本设计采用移相控制技术，需要检测交流电的过零点触发信号。220V交流电首先通过电阻分压，由光电耦合检测出过零脉冲，并送至PSOC的IO端口，通过该端口上的中断来快速响应同步信号，再由PSOC给出信号，使220V输出电压的每个导通角的导通时间是从零电压开始计算的，导通时间不一样，导通角度的大小就不一样，从而输出功率就不一样。导通时间由PSOC定时器实现，中断检测定时时间到信号。图2.为过零检测和可控硅控制电路，图3.为信号输入输出波形。 图2. 过零检测和可控硅控制电路 图3. 信号输入输出波形图 4. PSOC实现设计的优势 本设计采用了PSOC的 CapSense模块，内部时钟定时器，中断，IO口。根据设计的需要较好地利用了PSOC的CapSense模块，若将本设计拓展做成闭环回路，增加AD采集，则能更好地应用了PSOC产品的优势：MCU、数字模块、模拟模块等集成在一块。另外，PSOC与液晶显示的通信采用IO口模拟SPI的方式，如果使用内部SPI模块则能提高系统扩展性与灵活性，及内部程序设计更为简单。 5. 结 论 本设计实现了通过移相控制达到了功率的调整。该设计可广泛应用在工业控制中，比如恒流、恒压、交流调压等电路，以及摄影闪光灯充电控制，造型灯亮度，大小功率交流电加热恒温控制等电路中，能实现全数控精密的调整效果。本设计采用PSOC技术，使用 CapSense作为控制信号的输入，通过PSOC进行数字调相，实现输出功率的灵活调整。设计中应用了 CapSense电容感应模块，很好地实现了控制信号输入的调整，相对按键输入而已，有便于操作、方便快捷的优点。