SUPMAX800D分散控制系統(tǒng)是自儀股份最新開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代大型分散控制系統(tǒng)(DCS),目前在電力、交通、冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用
,并取得良好的市場業(yè)績
。但是工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的競爭日益激烈,在各大廠商的產(chǎn)品技術(shù)與質(zhì)量近似的情況下
,如何提高自主產(chǎn)品的競爭力和市場占有率
,這在擁有遠(yuǎn)見卓識的領(lǐng)導(dǎo)層面前不僅迫在眉睫而且已經(jīng)提上日程。在保證產(chǎn)品性能與質(zhì)量的前提下
,通過改進(jìn)產(chǎn)品
,對系統(tǒng)進(jìn)一步升級,不失為提高產(chǎn)品競爭力的有效途徑.而電子產(chǎn)品市場的繁榮與快速發(fā)展
,大量性能高
、價(jià)格低的元器件不斷涌現(xiàn),也為這一途徑的實(shí)現(xiàn)提供了可行的技術(shù)條件和堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障
。
SUPMAX800D卡件改進(jìn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。
SUPMAX800D控制系統(tǒng)中10卡件是其主要組成部分,也是本次改進(jìn)的主要目標(biāo).I0卡件主要接收上位機(jī)的組態(tài)和命令并發(fā)送到現(xiàn)場設(shè)備,同時(shí)采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)并發(fā)送為主控制器DPU,參與系統(tǒng)的控制。主要包括AI卡f電流輸入卡)、TC卡(熱電偶輸入卡)、RTD卡(熱電阻輸入卡)、AO卡(電流輸入卡)、DI卡(數(shù)字量輸入卡)和DO卡(數(shù)字量輸出卡)這六種卡仵。每一個(gè)I0卡件主要由1塊CPU板和2塊通道板構(gòu)成。CPU板主要包括CPU和CPLD等主要的元器件;通道板主要包括實(shí)現(xiàn)通道輸入或者輸出功能的元器件。本項(xiàng)目的改進(jìn)計(jì)劃在滿足卡件功能、性能
、結(jié)構(gòu)尺寸不變的前提下
,更新?lián)Q代各種低功耗、快速
、價(jià)格優(yōu)惠的器件
,例如
,對于量大的鉭電容采用價(jià)格便宜的電解電容,芯片封裝盡量采用小型的貼片式的
,采用無鉛環(huán)保的
,抗
EMC性能好的等等同時(shí),在軟件設(shè)計(jì)上對軟件程序的精簡
,去掉臃腫的多余代碼
。采用新器件改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)會(huì)更加輕盈、快捷
,具有生機(jī)活力
,而且性價(jià)比高,市場前景廣闊
。
此外,對于
RTD卡件,由于國家傾向于批建中大型電廠項(xiàng)目
,而自儀股份所簽約電廠項(xiàng)目也趨于中大型電廠項(xiàng)目
,系統(tǒng)需要測量
RTD的點(diǎn)數(shù)在不斷增加。同時(shí)國內(nèi)外其他的控制系統(tǒng)
,
RTD模塊的點(diǎn)數(shù)均從
4點(diǎn)擴(kuò)大到
6點(diǎn)
、
8點(diǎn).因此,在對原
RTD卡件(
4點(diǎn))進(jìn)行硬件改進(jìn)的同時(shí)
,還開發(fā)新的
8點(diǎn)
RTD卡件
。這樣原來需要
2塊
RTD卡件來實(shí)現(xiàn)
8路熱電阻信號,現(xiàn)在只需要
1塊
8點(diǎn)
RTD的卡件即可
。這在滿足市場需求的同時(shí)
,最大程度的進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),
對于SUPMAX800D控制系統(tǒng)中主要10卡件,其工作原理如下:
1、
DI數(shù)字量輸入卡:供電電壓有
24V和
48兩種,輸入方式又有內(nèi)供電和外供電兩種
,總共可以派生出
4類
DI卡
,來滿足不同的現(xiàn)場需求。電路板都是一致的
,通過焊接器件的不同來生產(chǎn)不同的類型
。輸入端有橋式整流電路,通過光電隔離
,進(jìn)入到中間的
CPU板進(jìn)行信號采集和處理.
2.DO數(shù)字量輸出卡:通過選配繼電器板有丌路輸出和觸點(diǎn)輸出兩種 ,通過
CPU的
I/O管腳輸出控制電平,來控制場效應(yīng)管的開或關(guān)
,從而控制繼電器的輸出
,輸出通道總共
16路
。
3.AI模擬量電流輸入卡:接收8路4-20 mA電流信號,可以選擇外供電,提供給老式的兩線制儀表電源,輸入信號通過精密電阻采樣電壓
,通過多路選擇器
,進(jìn)行雙積分電路的計(jì)算,來獲取輸入的電流量
,精度可以在千分之一以內(nèi)
。
4.AO模擬量電流輸出卡:同時(shí)獨(dú)立的輸出8路隔離的4-20mA電流,每路的負(fù)載能力在750歐姆。
5.TC熱電偶輸入卡:接收8路熱電偶信號輸入,也可作為電壓輸入卡,接收
0-5V的輸入
,輸入電路同樣用的是雙積分電路
。
6.RTD熱電阻輸入卡:處理PT100和Cu50兩種類型,4路相互隔離的輸入通道,精度可以達(dá)到千分之一
。
針對以上卡件的硬軟件情況,在卡件改進(jìn)設(shè)計(jì)中,確定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)原理:
1.在結(jié)構(gòu)、尺寸、主要功能性能都不變的前提下
,主要選擇成本低的元件替代原來成本高的元件
,實(shí)現(xiàn)改進(jìn)目的。
2.ACPU和DCPU的PCB不變。主要改AI、AO、DI 、
DO 、
TC、
RTD六種卡件的
PCB 。
3.鉭電容采用電解電容替代 ;精密電阻采用小型貼片式精密電阻;
luF/50V電容改為
0850封裝
。
4.三極管和MOSFET采用較小功率的型號 ,體積和成本都得到了降低。
5.EEPROM采用24C02 ,
IIC接口.降低了成本.但軟件要做相應(yīng)的修改.
6.接插件采用便宜的接插件 。
7.LED燈采用便宜的型號 ,封裝不變。
而對于8點(diǎn)RTD卡件 ,相應(yīng)的設(shè)計(jì)前提如下:
1)在4路的RTD模塊基礎(chǔ)上擴(kuò)大點(diǎn)數(shù)到8路.
2)不需要修改RTD的機(jī)械結(jié)構(gòu) ,不需要額外對現(xiàn)場接線端子進(jìn)行修改,方便接入到控制系統(tǒng)中
。
3)不需要更換CPU等元器件 ,僅僅增加
RTD信號采集通道。
4)最小改動(dòng)的原則 ,以最低的人力物力
,來實(shí)現(xiàn)
8點(diǎn)
RTD的功能,最大節(jié)約資源
。
當(dāng)確定設(shè)計(jì)原理后 ,便是概要設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì),即初樣設(shè)計(jì)
。然后是
PCB布線
,準(zhǔn)備器件清單,進(jìn)行器件采購
。在此過程中.電子元器件的篩選和替換是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵
。研發(fā)人員將原卡件板子上能改動(dòng)的元器件列出清單,并就當(dāng)前電子市場上能夠找到的相應(yīng)的能替代的元器件進(jìn)行列表和排序
,根據(jù)以下篩選原則進(jìn)行篩選:
1、不影響性能;
2、價(jià)格便宜
;
3、采購容易
;
4、改動(dòng)小。篩選出的元器件還要依次上板子進(jìn)行調(diào)試
,是否最終滿足設(shè)計(jì)要求
。經(jīng)過大量元器件信息的篩選,經(jīng)過研發(fā)人員的多次實(shí)驗(yàn)
,最后才確定下替換元器件的清單
,總共約
33個(gè)。在硬件
、軟件完成設(shè)計(jì)并調(diào)試后
,再進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。并按照
SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全性能測試,最終測試全部通過
。
在這個(gè)過程中,一度遇到不少難題,但是在研發(fā)團(tuán)隊(duì)的努力和堅(jiān)持下,使問題得到完美解決,比如AO卡件的電流一度輸出不止確。經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)替換的元器件運(yùn)算放大FHP3130IM8X有問題.經(jīng)過試驗(yàn)換回原來的OPA703后 ,同時(shí)將
AO的
PWM波的光耦前端電阻需要從
3.3K換成
2K后,解決了問題
。又比如在全性能測試中,發(fā)現(xiàn)
AI卡件的電快速群脈沖試驗(yàn)通不過
。經(jīng)過檢查和分析
,將
AI卡通道輸入的開關(guān)三極管
NTF3055L108TIG;換為改進(jìn)以前
MTD3055VL后,試驗(yàn)通過.而
8點(diǎn)
RTD的開發(fā)難點(diǎn)在于一個(gè)采樣
CPU只具有兩個(gè)外部中斷
,原來
4點(diǎn)
RTD時(shí)
,一個(gè)外部中斷處理一個(gè)通道的數(shù)據(jù)。而現(xiàn)在
8點(diǎn)
RTD,需要解決一個(gè)外部中斷處理兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)的難點(diǎn)
。研發(fā)人員經(jīng)過不懈的努力,解決的這個(gè)難點(diǎn)
,保證項(xiàng)目的順利完成
。
最后該產(chǎn)品達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)如下:
1、AI模擬量信號輸入卡(AI),完成4-20mA輸入信號的采集功能,精度要求為±0.1%FS。
2、毫伏信號輸入卡(TC),完成熱電偶信號的采集功能。精度要求如下:
0~5V為±0.1%FS:
0~100mV為±0.2%FS:
0~20mV精度要求為±0.3%FS。
3、熱電阻信號輸入卡(RTD),完成對熱電阻信號的采集,精度要求如下:
PT100精度為±0.2FS;
Cu50精度為±0.3FS。
4、模擬信號輸出卡(AO),實(shí)現(xiàn)(4~20)mA電流的輸出,精度要求為±0.1%FS。
5、數(shù)字信號輸入卡(DI),實(shí)現(xiàn)16路0、48V電平或T觸點(diǎn)數(shù)字量輸入。
6、數(shù)字信號輸出卡(DO),實(shí)現(xiàn)16路輸出開關(guān)量或T觸點(diǎn)信號。


由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的10卡件,是在器件的主要參數(shù)不變的前提下,對10卡件中影響價(jià)格比較大的器件進(jìn)行了更換,從而在設(shè)計(jì)的源頭就把好關(guān),因此設(shè)計(jì)后的10卡件功能、性能、結(jié)構(gòu)尺寸等都沒有發(fā)生變化,滿足SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).并且按SUPMAX800D控制系統(tǒng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全性能測試,滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求.同時(shí)SUPMAX800D卡件改進(jìn)設(shè)的IO卡件是公司自行開發(fā)、設(shè)計(jì)
、生產(chǎn)可以允分利用自儀公司的集團(tuán)優(yōu)勢,使產(chǎn)品的成本相對比較低
,同國內(nèi)產(chǎn)品相比具有一定的價(jià)格優(yōu)勢
。因此大規(guī)模的投產(chǎn)應(yīng)用,不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益
,而且還有良好的社會(huì)效益
。
SUPMAX800D分散控制系統(tǒng)是自儀股份拳頭產(chǎn)品,在“系統(tǒng)做大,儀表做強(qiáng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)下
,堅(jiān)定不移創(chuàng)出自己的品牌,走出自己的特色
。本次
SUPMAX800D卡件改進(jìn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目充分響應(yīng)了公司在新市場環(huán)境下的應(yīng)變策略
。通過自身性能改進(jìn)和升級換代,以穩(wěn)定
、可靠的性能和高性價(jià)比產(chǎn)品
,來提高公司產(chǎn)品市場競爭力和占有率,在良性競爭的同時(shí)
,提升公司產(chǎn)品知名度和美譽(yù)度
,未來將在上業(yè)控制領(lǐng)域?qū)覄?chuàng)佳績,再塑輝煌
。
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