6ES7214-2AS23-0XB8供应现货

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博物馆智能楼宇自动化系统
　　概述
　　楼宇自动化系统 (BAS) 的设计正在迅速地从专有体系结构向 PC-based 开放系统设计转变。新型的 BAS 可以使通信、办公室职能和大厦控制实现自动化，复杂的计算机系统管理整个智能大厦。依靠我们 15 年的 PC-based 自动化经验，研华已经开发了一系列 PC-based 分布式数据采集和控制模块，其型号为 ADAM-5000/485。ADAM-5000/485 系列内嵌可编程 I/O 阵列和报警输出，使用户可以灵活地设计系统。还提供一系列的通信媒介的支持，比如双绞线、无线调制解调器和光缆。通过 RS-485 进行联网，可以容易地把 ADAM-5000/485 模块与电脑和基于 bbbbbbs 的软件集成在一起，从而建立一个复杂的、易于扩充的楼宇自动化系统。
　　

　　
　　·系统要求
　　博物馆的楼宇自动化系统初是在 10 年前安装建设的。这个老的 BAS 基于专有体系结构，系统处于超负荷运行状态。博物馆的管理人员不能为他们的业务增加新的功能。另外，扩充该系统存在许多问题。由于 BAS 是按照专有体系结构开发的，扩充服务要求特殊的技术，而这种技术又不易获得。除此以外，他们的楼宇自动化系统所需的备用元件价格昂贵并且不容易找到，这拖延了对项目的改进升级。更重要的是，专有体系结构使得 BAS 与其它设备的连接变得十分困难，产生大量的兼容性问题。为了减少建造和维护楼宇自动化系统的成本，博物馆开始逐渐用研华的 PC-based 控制系统替换他们现有的专有 BAS。由于 ADAM-5000/485 模块的分布式数据采集和控制功能极其灵活的系统设计，博物馆选择它们作为其项目的佳解决方案。
　　
　　·系统体系结构
　　博物馆决定使用 ADAM-5000/485 分布式数据采集和控制模块建造两个单独的系统。一个是多功能火灾报警系统，另一个是 key 管理系统。多功能火灾报警系统由 ADAM-5017 8 通道模拟量输入模块、ADAM-5051 16 通道数字量输入模块和 ADAM-5056 16 通道数字量输出模块组成。该系统有 120 个输入输出点。系统能够完成烟雾微粒分析和监测、报警输出和显示以及报警数据存储这些功能。key 管理系统由 ADAM-5051 和 ADAM-5056 DI/DO 模块组成。该系统由 700 个输入输出点。key 管理系统的功能包括 key 自动检测、key 事务数据存储和用户操作。每个系统与结合 VisiDAQ 3.1 人机界面软件显示监测数据，每个系统的数据通过局域网发送到一个 FIX SCADA 服务器、一个 FIX 报jingfu务器和一个 Microsoft SQL server。

1 引言
　　工业自动化系统中的大型系统或是小型设备，均含有各种噪声和干扰。干扰既有来自信号源本体或传感器，也有来自外界干扰。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。特别是随着自动化程度的tigao，许多控制功能通过自动闭环调节来完成，设备控制的效果取决于外部模拟量采集、控制算法、执行输出等等环节，而在现场工业环境中，电磁干扰、电源干扰、甚至于传感器本身都会影响外部信号，导致得到的数据失真、波动，如果在数据采集环节即出现问题，那整个系统将无法正常工作。本文分析解决的是如何利用软件数字滤波的方式处理外部信号的正确采集，从而才能得到真实的数据，实现自动控制，否则设备的自动化控制将无从谈起。
2 软件滤波功能简介
2.1 软件滤波
　　软件滤波即是通过软件算法将数据进行适当处理，从而屏蔽掉噪声和干扰杂波信号，获得可用的真实数据的一种方法，也可以说是通过程序处理的方式完成数据采集信号的处理。
　　对于采集信号的处理，除了软件滤波之外，也可以采用硬件电路实现滤波处理，比如常见的RC滤波、LC滤波等等，图1为采用电容滤波电路的信号曲线。

硬件滤波的优点在于我们在程序中不再需要进行复杂的程序处理，而且数据变化响应性高；而软件滤波的优势在于不需要硬件的投入，简化了电路设计，对于不同的信号干扰可以很方便的调整软件参数达到滤波效果，虽然有些方法在信号处理上会有一定的滞后，但只要合理使用各种不同的滤波方式则完全避免因此而带来的影响。
2.2 数字软件滤波优点
(1) 数字滤波用软件实现，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。
(2) 模拟滤波通常是各通道专用，而数字滤波则可多通道共享，从而降低了成本。
(3) 数字滤波可以对频率很低(如 Hz)的信号进行滤波，而模拟滤波由于受电容容量的限制，频率不可能太低。
(4) 数字滤波可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。
3 实现软件滤波的方法
　　软件滤波有很多种方法，主要是针对不同干扰信号采取不同的方法将其消除，这里列举了一些方法并针对性说明有缺点，使大家可以正确选择采用的滤波方法。
3.1限幅滤波法
（1）方法。根据经验判断，确定两次采样允许的大偏差值（设为A），每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差

3.3算术平均滤波法
（1）方法。连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高。N值的选取：liuliang，N=12；压力：N=4。
（2）优点。适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。
（3）缺点。对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM。
3.4递推平均滤波法
（1）方法。连续取N个采样值，作为一个队列，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。N值的选取：liuliang，N=12；压力：N=4；液面，N=4～12；温度，N=1～4。
（2）优点。对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统。
（3）缺点。灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合，比较浪费RAM。
3.5一阶滞后滤波法
（1）方法。取a=0～1，本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果。
（2）优点。对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合。
（3）缺点。相位滞后，灵敏度低，滞后程度取决于a值大小，不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。
3.6消抖滤波法
（1）方法。设置一个滤波计数器，将每次采样值与当前有效值比较：如果采样值＝当前有效值，则计数器清零；如果采样值<>当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>=上限N(溢出)；如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。
（2）优点。对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。
（3）缺点。对于快速变化的参数不宜，如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统。
4 台达PLC软件滤波应用
　　上面简单描述了六种滤波的方法，实际上滤波的方法很多，而且针对不同的信号可以将两种或三种方法综合使用以满足信号处理的要求。
台达PLC的模拟量采集主要有模块和混合型主机两种。
4.1使用模拟量采集模块
　　台达模拟量模块分为两大类，-S和-H，分别配合SS/SA/SC主机和EH主机，如DVP04AD-S、DVP06XA-S、DVP04PT-S、DVP04TC-S为-S模块，DVP04AD-H、DVP06XA-H、DVP04PT-H、DVP04TC-H为-H为-H模块。无论哪一款模块，对应模块每个输入通道都有软件滤波功能，也就是模块内部控制寄存器中的平均次数设置（通道独立），在此采用的是递推平均滤波法，设置的次数是上文中提到的采样N值，可以设置1～20，不同的滤波系数适应不同的信号，另外当输入有杂波造成配线受噪声干扰时还可以连接0.1～0.47 μF 25V做电容滤波，即硬件滤波，如图2所示。

图2 硬件滤波


4.2 混合型主机
　　台达也提供集成模拟量的主机类型，主要有DVP20EX（8DI/6DO/4AI/2AO）和DVP10SX(4DI/2DO/2AI/2AO)，以及在EH主机上可以扩展F2AD卡作为模拟量采集，在PLC中有平均次数设置的内部特殊寄存器D1062，可以设置1～4作软件滤波，同样的采用的也是递推平均滤波法。
　　可以看出，台达PLC作为工业控制产品，在模拟量采集的处理上作了比较完善的软、硬件处理满足大多数应用场合，当然并不是说他能满足所有的信号处理，特别是混合型主机的平均次数比较少，因此可能在某些场合不能满足要求，在此基础上我们可以根据现场信号的不同特性在程序中作滤波处理。

4.3 基于台达PLC的一阶滞后滤波程序设计
　　下面是以燃煤热水锅炉系统的炉膛微负压为设计背景，用台达PLC编制的一个一阶滞后滤波程序案例，以此简单介绍滤波程序的编写方法。
　　案例采用氧化硅压力传感器测量，由于炉膛负压是一个较小的压力量，大概在正负几百帕之间，很容易受到外界影响（如鼓风机、引风机等），因此这是一个波动较大的采集量，如果直接使用采集值，波动将很大（可能是正负几十帕的波动），根本没有办法调节控制到正负20Pa，因此必须对采集值作处理，减小其周期性波动才能完成控制。
　　一阶滞后滤波算法公式：
　　滤波后输出值=（1-A）* 本次采样值 + A*上次滤波结果
　　其中A为滤波系数，范围是0～1
程序中各寄存器定义：
D0: 滤波系数A
D2: 1- A
D4: “（1-A）* 本次采样值”的运算结果
D6：“A*上次滤波结果”的存储寄存器
D50：上次滤波暂存值
D110: 采集值通过FLT指令转换为浮点数
D150：滤波后结果

程序中主要是将直接采集值经过上述公式的浮点数运算得到滤波后结果，从算法中可以看出，当滤波系数为0时，就是当前的采集值，而滤波系数越大，滤波作用越强。程序运行后可以看到，当采集值D110有变化时，滤波值是逐渐逼向当前采集值，因此对于突波信号具有抑制作用，使采集值比较稳定，减小波动。
5结束语
　　本文介绍了6种数字软件滤波算法和台达PLC如何实现滤波的程序编制，每种滤波算法都有其各自的特点，在实际应用中，应根据具体的测量参数合理的选用。不适当地应用数字滤波，不仅达不到滤波效果，反而会降低控制品质，甚至失控，这点必须予以注意。
　　在案例中通过一阶滞后滤波算法得到的滤波结果，大大消除了采集值的波动，使负压控制相对稳定，得到较好的控制效果。

0、引 言

随着社会的不断发展，自动旋转门越来越多，对旋转门控制系统的控制要求也就越来邀高。例如：当无人接近旋转门时，旋转门能自动停止；当进出旋转门的人比较多时，旋转门能自动加速旋转；当按下残疾人专用按键时，旋转门能启用残疾人专用旋转速度；当行人通过旋转门不慎被夹时，旋转门能迅速制动，待行人解脱后旋转门能自动恢复正常旋转速度；旋转门的全部运行状态都送入楼宇自动监控系统；等等。因此，要求旋转门控制系统在控制上具有更高的自动化和智能化。下面通过一实例详细介绍利用通用变频器和三菱FX系列可编程逻辑控制器(PLC)实现上述要求的控制方法。

1、系统硬件设计

图1是旋转门控制系统原理结构。该系统主要由旋转门、接近传感器、可编程序控制器和变频器组成。

1.1 旋转门及接近传感器

该旋转门由4扇玻璃门相互垂直地镶嵌在同一个轴柱上构成，电机通过减速机构带动旋转门的轴柱，从而产生门的旋转运动(见图1)。

图1 旋转门控制系统结构图

为了实现系统的全部自动化和智能化，系统在旋转门圆形框架的上端，安装了4个接近传感器，其中3个面向进门的行人(见图1中的A1)，一个面向出门的行人(见图1中的A2)；在门框外侧的边沿上分别安装了2套防夹传感器(见图1中的E1和E2)；在圆弧门框外侧的表面上，分别安装了暂停按键和残疾人专用换速按键(见图1中的B1、B2和C1、C2)；D1和D2是旋转门的定位或加减速起点行程开关。

1.2 FX2-32 PLC

该系统利用日本三菱公司的FX2系列PLC，作为该系统的控制指挥中心。该PLC把来自旋转门现场的检测信号、变频器的状态信号以及楼宇自动监控系统的指令，经过收集、处理后，完成对变频器的频率控制和对楼宇自动监控系统的信息反馈。当X0闭合时，启动该旋转门控制系统。

当xl闭合时，旋转门的转速不受客liuliang多少的控制，以固定不变的转速旋转。反馈给楼宇自动监控系统的信息状态如表1所示。

表1 旋转门运行状态表

注：表中“1”表示“ON”，“0”表示“OFF”。

1.3 变频器

由于旋转门处于公共场所，行人或物品阻碍旋转门正常旋转的现象时常发生，因此导致电动机的负载变化大、过电流现象发生频繁，所以选用通用FVR0l5E7s—7Ex型变频器。该变频器具有快速响应的电流限制功能，当负载波动相当大时，变频器不跳闸，能自动减速运行；当负载恢复正常时，变频器能自动升速到设定值。使用该变频器，电动机低速驱动能力强，起动转矩能达到额定值的150％。该变频器还具有电压自整定等一系列先进功能。变频器接线原理见图1，所有动作都由PLC控制。

2、系统软件设计

2.1 变频器的主要控制参数

经过现场调试后，变频器的主要控制参数确定如下：

当客liuliang比较小或Xl为“ON”时，变频器的工作频率为42 Hz(Y11为“ON”时)，电机起动时间6 s，制动时间15 s；当客liuliang比较大时(X3、X4和X5都为“ON”时)，变频器的工作频率为50Hz(Y11和Y10同时为“ON”时)；当次按动换速键时，变频器的工作频率变为21 Hz(Y11和Y13同时为“ON”时)，当第二次按动换速键时，变频器的工作频率由其他现场状态控制；当有行人不慎被夹时，旋转门迅速制动并待行人解脱后，经过10 s的延迟，启用变频器第二“加／减速”选择，自动恢复到正常旋转速度(电机起动时间和制动时间均为25 s，实现方法是Y11和Y3同时为“ON”)。变频器主要控制端子与输出频率之间的关系如图2所示。

图2 变频器输出频率与控制端子的关系

2.2 PLC控制变频器的程序

图3是根据系统要求编制的PLC程序。在编制PLC程序时，应注意如下几点：① 在旋转门机械抱闸开始前应先让变频器脱离电网，以避免变频器受损；② 当残疾人专用速度启用时，无论在门内还是门外，第二次按动此功能按键时应使变频器恢复正常运行速度。其中“M3”为防夹传感器动作时的互锁辅助触点。

图3 PLC控制变频器的程序

2.3 旋转门运行状态诊断程序

楼宇自动监控系统除了使用摄像机获取旋转门的外部工作状态信息外，还需要使用PLC获取旋转门控制系统内部的工作状态信息。所以在编辑控制系统内部状态诊断程序时，不但要照顾到现场维护人员能利用PLC诊断故障，还照顾到楼宇自动监控系统准确、方便地使用PLC提供的诊断信息。旋转门控制系统内部状态诊断PLC程序梯形图如图4所示。

图4 旋转门运行状态诊断程序

3、结语

该旋转门设计新颖、外观大方、功能齐全、使用控制方便，是集机电于一体化的高新技术产品。为了使系统更加可靠，安装时要考虑到下雨天避免雨水进人控制系统的措施，行人所接触到的按键也一定要保证安全。同时，接近传感器的可靠性也是实现旋转门控制系统自动化和智能化关键之一。