信号自动化论文范文

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近几年来，随着计算机通讯技术以及电子计算机技术的发展，电力系统也得到了迅速的发展，在电力系统的发展中，变电站自动化也成为专家学者研究的主要课题之一，变电站自动化就是调度管理和电网建设的自动化，变电站自动化能够有效的减少电力企业人力、物力和财力的投入，在变电站自动化中，继电保护是其中的关键技术，下面就根据变电站的实际情况探讨综合自动化变电站继电保护系统的可靠性。

1.变电站继电保护的实际要求

继电保护作为电力系统的重要装备之一，当变电站电力设备发生故障或者出现影响电力系统正常运营的因素时，继电保护装置就可以在第一时间消除这些不安全因素和故障。从这一层面可以看出，继电保护在电力系统中有着十分重要的作用，一般情况下，对于继电保护的设置需要满足以下几个要求：

1.1必须具有独立性

要保证继电保护装置的独立性，需要将电压量和电流接入装置内部，将回路开关设置成整体的系统，并将其引致保护装置内部，但是严禁与其他设备通用，这样设置就能够保证继电保护数据的独立性。

1.2需要保持联系性

如果完全将继电保护装置独立于电力系统之外，就难以起到既定的作用，为了保证继电保护装置兼具独立性和联系性的特征，在继电保护装置与相关信息系统联系时，需要使用继电器空节点、计算机通讯接口、光电耦合器接口来进行连接，此外，为了保证继电保护装置的保护作用，需要选择屏蔽电缆或者光纤电缆来进行连接，这两种导线能够能够防止干扰信号对保护装置的影响，可以很好的提升继电保护的抗干扰性和运行可靠性。

1.3设置好跳合闸回路

对于继电保护装置必须要设置好单独的跳合闸回路，这样，在电力系统的运行出现故障时，继电保护装置就能够及时将故障排除，减少电力企业的损失，同时，继电保护装置也能够将告警信号和动作信号显示出来，工作人员就能够发现故障发生的部位和实际情况并有针对性的采取措施，将损失控制到最小化。

2.继电保护装置的安装方式

就现阶段下我国的情况来看，继电保护装置的安装方式有两种：

2.1集中式安装方式

集中式安装方式在以往的应用范围十分广泛，这种安装方式就是将继电保护装置放置于保护柜之内，使用这种安装方式，监控系统与继电保护装置的联系则使用管理单元数字信号的传输来实现，集中式安装方式的占地面积很小，也能够节约通信电缆的使用，便于管理人员对其进行统一管理，也可以保证设备在良好的环境中运行。

2.2分散式安装方式

分散式安装方式就是将继电保护装置设置于开关位置，每个开关必须要配备好相应的保护系统，再将监控系统置于控制室之中，这样，监控系统与继电保护装置的连接主要由管理单元数字信号来联系，这种安装方式可以及时的消除不安全因素及电力设备的故障，保证整个设备的正常运转。

3.继电保护装置安装方式的选择

变电站的建立方式主要由子系统的建立来决定，在建立继电保护装置时，需要优先使用分散式安装方式，把继电保护装置设置在设备开关处或者开关处附近，并使用微机控制的方式进行控制。这种设置方式最大的优点就是能够节约电缆的使用，并提升整个继电保护装置运行的安全性，此外，这种保护装置子系统使用的是就地设置的方式，这就大幅减少二次设备安装带来的土地损失。当然，不同的继电保护装置使用的安装方式都会有所不同，在决定要采取哪种安装方式前，需要对现场的条件进行考察，将场地中的电缆设备和其他的条件尽可能的利用起来，不管使用何种安装方式，都要达到减少费用、节约投资的目的。就目前来看，很多中低压变电站会使用集中式处理方式，这种方式的通信电缆小、干扰性小，高压变电站，则可以使用分散式安装与集中式安装混合的方式来安装。

4.综合自动化变电站继电保护系统的可靠性

在综合自动化变电站的运行过程中，继电保护装置可能会由于各种因素出现故障，为了提高变电站运行的安全性，必须要加强继电保护装置的维护、管理和检修，以便从整体上提升变电站的服务水平。据有关的数据调查显示，导致继电保护装置出现故障一般由三种因素所致，即产品质量、设计中的故障以及二次维护的漏洞。继电保护装置在自主检查以及储存故障方面，具有很大的优势。一般情况下，对于继电保护装置可靠性分析主要针对装置的正常使用率、使用时间、异常情况进行分析，并得出结论，如果在数据传输的过程中发生异常情况，就需要对继电保护装置的可靠性进行分析，从而降低系统对继电保护装置的依赖性，以便达到系统的统一性和协调性，防止继电保护装置故障对于系统带来的不良影响。

5.结语

在现阶段下，我国电网正处在发展的阶段，这就给变电站综合自动化系统的建设提供了一定的发展机遇，继电保护装置作为变电站的核心因素，具有十分重要的意义，在实际的工作过程中，必须加强对继电保护装置的管理和维护。

【参考文献】

[1]王超，王慧芳，张弛，刘玮，李一泉，何奔腾.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究[期刊论文].电力系统保护与控制，2013，02（01）.

[2]湛文军.继电保护在综合自动化变电站的应用与探讨[期刊论文].民营科技，2008，02（20）.

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一、引言

随着通信产业的发展，产品系列的多样化，组网的复杂性，以及用户对产品质量的高标准要求，设备测试的重要性愈发凸显。

传统射频指标测试，质检和测试人员对系统（设备）的测试只能使用频谱仪、信号源及辅助工具进行手动测试，对测试结果的判断完全凭借肉眼读取仪表上的显示结果，对设备参数的调整往往是使用设备软件工具手动调整。在设备量产时需要进行大量的重复性工作，测试结果也仅凭借手工记录，工作压力陡增。

测试速度慢、精度差、效率低，而且对于仪表的占用率非常高，在一定程度上造成仪表资源的相对缺乏，人力投入的增加。

射频指标自动化测试系统对通信覆盖系统（产品）和模块射频指标进行全面的测试，提高测试效率、节约测试设备和人力资源的投入、规范了测试流程、提高测试效率和测试结果准确性，从而提高产品的质量。

该系统将测试过程中大量重复、复杂性高的人工操作集合提取出来由程序模拟，在PC端使用VISA仪器控制驱动及SCPI命令控制仪器，来实现对信号源、频谱仪的远程控制以及对被测系统的监控。

二、通信设备现状

2.1 系统结构复杂

现代移动通信运营商为了实现对不同应用场景灵活组网，往往采用多级网络架构。比较常见的移动通信覆盖网络架构包括信号接入单元、组网交换单元及覆盖单元。在人工测试的时，需要手动调节测试每个网络节点的各种射频参数，操作复杂，工序繁琐且准确性差。

2.2 产品质量控制难

通常，为了保证设备能够正常入网，通信设备生产商在交付产品之前，都必须经过严格的质量检测。

通信系统射频指标项目繁多，一般涉及系统输出功率、增益、衰减、ALC、带内波动、带外抑制、杂散等几十种测试项目。每个射频指标参数的优劣会影响整个通信系统运行质量，往往需要多次调节参数信息来保证产品在系统应用中达到最佳状态。

在质量检测过程中，如此庞大的工作量，精细的调节工作倘若只依靠人工来完成将很难保证产品的质量。

三、系统设计方案

3.1 系统架构

本文结合通信覆盖类产品射频指标测试的实际需求，搭建自动化测试系统，其物理结构如下图1所示。射频自动化测试系统由计算机、频谱仪、信号源、设备（被测系统）、路由器（或交换机）、网线、射频线缆组成。

通过LAN口、串口以及RF接口将PC、仪器（频谱仪和信号源被测设备（或模块）组成三维一体的物理结构。其中，信号源实现被测设备对应信源信号的输入；频谱仪完成进由被测设备输出信号的测量工作，并将测量数据交由PC机处理，PC机提供用户操作平台，完成测试数据分析判断和被测设备的参数调整、结果保存等工作。

3.2 系统功能实现

射频指标自动化测试系统设计架构图如下图2所示。系统由表示层、控制层、数据层、及通信层四部分组成。表示层实现与用户的交互，控制层进行具体运算、数据处理和命令打包，数据层完成数据存储，通信层则实现PC机（自动化测试软件运行平台）与仪器设备之间的信息传输。

自动化测试应用软件是唯一人机交互接口，考虑到界面的可操作性，信息显示的直观性，设计时运用了JavaFX客户端开发技术进行开发。自动化测试软件主要包括设备参数自动化测试系统和执行测试模块两部分组成。其中设备参数自动化测试系统主要包括测试指标显示与定制，结果显示和数据导出，设备校正，系统设置及PF先衰减补偿等功能；执行测试模块主要包括数据获取和分析、设备参数校准，仪器命令组包、设备参数组包等功能。

数据库的主要功能是存储数据信息，供应用程序调用。由于产品调试过程中系统参数修改频繁，为实现数据存储调用的便捷，数据库采用XML数据库技术实现，便于数据信息查询和修改，以及承载用例标准数据源、测试结果、SCPI指令集、系统配置参数等应用数据。

通信层主要由路由器（或者交换机）及各种线缆为系统与仪表设备之间通信提供物理链路， VISA（Virtual Instrument System Architecture，虚拟仪器系统框架）驱动函数库也属于通信层，它是基于可编程仪器设备的I/o接口库，实现了仪器控制命令开发，使得测试设备可与PC机可通过SCPI控制指令实现实时通信。

3.3 系统执行流程

1、系统功能

射频指标自动化测试系统为用户提供了友好操作界面。操作界面实现功能有：配置管理、仪器校准、上下行指标自动化测试、测试结果处理、设备出厂参数的导出备份。配置信息主要包括串口波特率的选择、频谱仪和信号源的IP地址、被测系统（设备）的测试项目配置。RF线校准完成信号源信号输出射频线衰减补偿和频谱仪信号输入射频线衰减补偿。

2、操作流程

自动化测试系统在本地计算机上运行，可实现仪器的远程自动化控制、测试结果的自动化分析、设备参数的自动化调整。具体实现步骤如图3所示。

在PC机启动自动化测试系统，用户在窗口界面中设置串口、波特率、仪器及设备IP后，选择待测试设备所属通信制式并加载该制式的测试用例。PC机根据用户设置参数发出SCPI指令来设置信号源，信号源将相应信号传送到待测设备。待信号源加载射频信号完成后，频谱仪截取待测设备输出信号并将数据回传给PC机，PC机对回传数据进行分析，判断测试值是否满足相应指标要求，若不满足，则通过与产品对应的系统和模块通信协议进行调整，并循环进行判断、调整，直到符合相应要求。若待测项目在可控范围内不能调整到正确的值，说明是非软件设置导致射频指标参数错误，需要检查该产品的硬件模块或电路元器件。

3.4 系统优势

射频指标自动化测试系通过简化设备测试操作工序，用智能化的检测系统代替传统的工作测试，有效地缩短人工劳作时长，降低设备制造成本。此外，自动测试系统具有友好的人机交互界面，质检和测试人员容易上手，且自动化测试软件提供统一标准指标参数，能够有效的减少人为误差，能够保证测试准确度、效率及产品质量。

四、结束语

射频指标自动测试系统的引入大大提高了测试效率，测试时间大幅度缩短，并减少了人为引入的误差。该系统的设计思路具有一定的代表性，同样适用于其它通信设备自动测试系统的开发与实现，具有很高的实用价值和应用前景。

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1、引言

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。论文参考，modbus。

此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。

因此，Modbus协议具有适用性广泛，使用灵活，同时还具备实时纠错等多种优点，应用在打印适配板与PLC通讯中可以自如的设定其数据格式，并有效防止打印乱码等打印故障的产生。

2、设计方法

本设计采用打印适配板作为主站，S7-200 PLC做从站的方式，由打印适配板主动读取PLC中的数据，并根据数据内容来决定打印的格式、时间、打印字符内容。

2.1 modbus通讯帧的结构

本设计采用消息帧采用RTU模式，其结构如下：

① 因其消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始，所以其起始位为T1-T2-T3-T4。

② 设备地址标示主机下从站的地址，如可以将从站S7-200地址 设为16（如右图）。

③ 功能代码为该消息所要实现的功能

例如：一从主设备发往从设备的消息要求读一组保持寄存 器，将产生如下功能代码：

0 0 0 0 0 0 11 （十六进制03H）

对正常回应，从设备仅回应同样的功能代码。对异议回应，它返回：

1 0 0 0 0 0 11 （十六进制83H）

除功能代码因异议错误作了修改外，从设备将一独特的代码放到回应消息的数据域中，这能告诉主设备发生了什么错误。

④从主设备发给从设备消息的数据域包含附加的信息：从设备必须用于进行执行由功能代码所定义的所为。这包括了象不连续的寄存器地址，要处理项的数目，域中实际数据字节数。

⑤当选用RTU模式作字符帧，错误检测域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的最后一个字节。

2.2 modbus协议的通讯周期

查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息。论文参考，modbus。论文参考，modbus。

如果从设备产生一正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。

2.3 PLC modbus库初始化的设置

其中：

Mode: 输入数值1将端口0指定给Modbus协议并启用协议；将输入数值0指定给PPI，并禁用Modbus协议。

Addr:S7-200作为从站的地址。论文参考，modbus。

Baud:通讯的波特率。

Parity: 0-无奇偶校验，1-奇数奇偶校验，2-偶数奇偶校验。

Delay: 数通过将指定的毫秒数增加至标准Modbus讯息超时的方法延长标准Modbus讯息结束超时条件。

MaxIQ: 参数将供Modbus地址00xxxx和01xxxx使用的I和Q点数设为0至128之间的数值。数值0禁用所有向输入和输出的读取。

MaxAI: 参数将供Modbus地址03xxx使用的字输入（AI）寄存器数目设为0至32之间的数值。数值0禁用模拟输入的读数。

MaxHold: 参数设定供Modbus地址04xxx使用的V内存中的字保持寄存器数目。

HoldStart:即打印适配板存取V内存中保持寄存器的起始地址。设置为&VB100,而MaxHold为25，所以VB100-VB200将被打印适配板所使用，编程时需避免与其冲突。

2.4 打印适配板的控制

打印适配板会持续读取VB100-200中所储存的信息，以做出其动作判断。因此，向规定地址中写入数据，就可以控制打印系统的运行。

如将”20”送入VB125，即可启动打印板的数据记录

VD136,VD140,VD144即为数据被打印适配板所读取的地址。

打印适配板将打印报表的格式固化在打印板中，接受到数据采集结束信号以后，会将本次数据储存，并在接到打印信号以后将其打印在报表的固定位置。论文参考，modbus。

3、结束语

Modbus工业协议因其适用性广泛、简单易用，通讯较为可靠等优点，在现代自动化设备与工业控制领域得到了广泛的应用。而在传统的PLC数据打印方式中，数据受到干扰时微打无法判断接收的是否正确，经常造成打印异常，表现为乱码、微打不打印等故障。论文参考，modbus。采用Modbus协议以后，就可以有效的避免这些问题的产生，使得需严格数据保存的自动化设备的可靠性得以保证。

参考文献

[1]SIEMENSSIMATICS7-200可编程序控制器

[2]MODBUSoverseriallinespecificationandimplementationguideV1.0modbus.org

[3]华镕编著从Modbus到透明就绪—施耐德电气工业网络的协议、设计、安装和应用机械工业出版社2009

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摘 要：通风调节是矿井通风系统管理的主要工作之一，调节的准确性和及时性直接关系到通风系统安全、平稳和能耗大小。但目前通风调节存在误差大、不及时等问题，本论文通过研究矿井自动通风调节系统，有效的提升通风管理水平，降低因通风系统调节不及时或不准确造成的能耗损失。

关键词：矿井通风;调节通风;自动化系统

1 序言

通风系统调节准确性和及时性直接关系到矿井的安全和运行成本，目前通风系统调节处于人工调节阶段，人员劳动量大，调节不及时且调节准确性差，为进一步解决矿井通风系统管理中的通风调节问题，本论文引进压差法矿井自动通风调节系统。

该系统包括自动化控制器、压差测试装置、自动调节装置、传感器等。

2 自动化控制器

基于压差法的矿井自动通风调节系统核心为自动化控制器，本系统控制器采用西门子PLC为主要控制元器件，包括位移传感器、压差传感器、动力源控制装置（本论文设计动力源是气动，其装置是本安电磁阀）、数据传输、开关按钮、声光报警器等。

研究的技术关键点为：控制系统原理和控制器基本架构。

控制系统原理：压差传感器采集压力变化数值，通过设置参数装换为通过调节系统的风量，再根据预先设定的需风量进行比对，确定调节系统通风断面的变化大小，同时位移传感器监视通风断面的变化，保证系统调节准确且快速。

控制器基本架构，控制器采用PLC控制器，控制器控通过电流信号与位移传感器、压差传感器、动力源开闭按钮相连接，通过开关量与手动按钮连接，通过RS485信号与上位机进行数据和指令的传输，在控制器上预留瓦斯、声光报警器、视频接口，并可以与其他控制器进行数据传输。

3 压差测试装置

压差测试装置关系到系统的准确性，是系统最核心的数据采集设备，压差测试装置的技术要求进入测试区域内风流平稳、压差测量精度高、数据采集准确、数据传输快等。

压差测试装置采用圆形设计，主要是保证压差采集的准确性和进入测试装置的风流平稳，易于测量且数据精度高。

压差测试装置进风测安装有均风装置，主要是消除通风系统涡流造成的数据采集误差。在测试装置上布置两排数据采集管，其中在每排布置4个压力采集孔，两两对应，测压管深入测试装置内侧10cm处，4个测试孔外部用软管连接，进行压力平均处理。两排测试孔之间距离不得少于1m，主要是保证压差传感器数值的读取和测量。

压差测试装置对每个测压管进行防尘处理，保证所有测压管的通畅，静压传导准确。

4 自动调节装置

自动化调节装置是矿井自动调节通风系统的主要调节机构，本论文采用气动为动力源。

自动调节装置设计要求调节准确、运行速度慢、密封性好、安全性高等。

根据技术要求，自动调节装置采用通风断面缩小的方式，调节速度为0.5m/min，移动精度为1cm。

自动调节装置与压差测试装置相连，通过圆形阻风器向前移动，起到调节通风断面的作用，同时根据压差测试装置中风量的变化，确定圆形阻风器的移动方向和移动大小，位移传感器监测圆形阻风器的移动方向和移动大小。

圆形阻风器移动动力为缓冲气缸，气缸最快伸出速度为0.5m/min。带载后，移动伸出速度为0.3m/min，满足精确调节的目的。

5 实验论证

实验论证是论证系统的完整性和调节的准确性。进一步发现系统存在的问题，并进行修改和完善，为现场实地测试做准备工作。

主要是在自动风窗前后布置压力测点，单管压差计测量两点压差，与压差传感器数值比对;模拟巷道的断面为半圆拱，尺寸为2.8m（宽）×2.9m（长），人工调节风阻器开口大小;模拟巷道通风选择抽出式通风，通过风机变频，控制测试系统的风量。

通过多次测试，得出系统测试数据，如表1所示。

通过实验可以得出，调节装置的调节误差小于4%，所以，矿井自动通风调节系统是可行的。

6 结论

通过理论设计和实验验证，得出以下几点结论：

（1）矿井自动调节通风系统构成为自动控制器、压差测量装置、自动调节装置;（2）矿井自动通风调节系统调节误差小于4%;（3）矿井自动通风调节系统可以解决矿井通风调节不及时和不准确问题。

参考文献：

[1]白华宁.矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置技术研究[J].科技情报开发与经济，2012，22（20）：145.

[2]吴强，李孝东，秦宪礼.从矿井通风系统改造实例谈调节风窗的重要性能[J].煤矿安全，1996（7）：38-41.