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虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给PLC的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽回的经济损失。

    影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有：

    1)造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错；

    2)机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，PLC却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于PLC扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果；

    3)现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

    影响执行机构出错的主要原因有：

    1)控制负载的接触不能可靠动作，PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；

    2)控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；

    3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则PLC应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

 随着社会老龄化的日益加剧，对老年人健康的关心已经成为重要的社会问题。另外，一些突发性疾病和家庭保健，如心血管疾病、孕妇、胎儿、婴儿、幼儿的保健也需要长期的家庭监护。所以，研究基于公用网络的家庭医疗监护，建立小区医疗网络，从而组成一个医院护理系统网络，不仅可以增加病人的安全性和改善人们的生活质量，还能使医院更有效地提高管理人员、医生和护士的工作效率，协调相关部门有序工作。

　　在某些情况下，使用有线方式的监护系统的实施成本将远远超过购买监护设备所花费的费用。例如，在一个多社区医疗监护网络中，把实时监护病人的生理参数传输到远程监控中心及所有数据的远程备份，都是一笔庞大的开支，维护成本更是惊人。虽然引入无线监护网络，可以解决一些问题，但基于蓝牙、GPRS等技术的社区医疗监护系统存在相应的不足之处，如无线辐射的安全性、无线终端的快速移动、无缝漫游和无线网络成本等等。

　　ZigBee 技术的出现为传感器信号的无线传输提供了新的解决方案。ZigBee节点有几十米的覆盖范围，且可以增加路由节点，扩展覆盖范围，另外它还具无线辐射小、传输数据安全和成本低等优点，因此适用于家庭住宅。同时由于生理监护信号的数据传输流量不大，传输速率为250kbit/s的ZigBee能够满足生理数据传输要求。ZigBee传感节点可自由灵活地加入和离开网络，具有低功耗和低成本的特点。此外，电力线具有高速(骨干网速度已经达到了上百Gbit/s)、以电力输电线路作为传输载体(目前我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路)等优点，并且电力线载波通信被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”。我们可以看到，如果把ZigBee和PLC技术有机的结合起来，它不仅弥补现有社区医疗监护系统的一些弊端，缓解了居民对医疗监护的需求，还很符合并不富裕的中国。

社区监护系统的总体构架

　　该社区监护系统主要分为三部分，如图1所示。部分由若干个基于ZigBee无线网络的家庭监护单元组成，其中，无线通讯节点根据功能不同分为：无线传感器节点和PAN协调节点，无线传感器节点具有用户随身携带和可移动性的特征，主要负责采集人体的重要生理参数;而PAN协调节点主要负责收集重要生理参数，并通过第二部分，也就是电力线网络部分将这些参数发送到监护中心(即第三部分)，这样，由的医护人员来实现对数据的统计和观察，提供相关医疗咨询和服务，达到远程医疗的目的。

　社区监护系统的硬件结构分为：无线传感器节点、PAN协调节点(包括射频通信模块和电力线传输模块)和监护中心。

社区监护系统的硬件设计

　　ZigBee传感节点的硬件设计

      基于ZigBee无线网络的家庭监护单元由于应用环境主要是家庭，网络覆盖范围小，因此可直接采用星型拓扑结构，即网络主要由 3~5 个传感器节点，即 RFD 节点(Reduce Function Device，简称 RFD)和一个主节点，即FFD 节点(Full Function Device)组成。虽然 RFD 节点和 FFD 节点实现具体功能的不同，但为了增加通用性和方便维护，传感器节点的基本电路相同。本文采用Freescale公司推出符合ZigBee 标准的MC13192射频芯片。由于MC13192的射频信号采用差分方式，而倒F型天线为单端天线，所以在芯片和天线之间使用巴伦电路，以达到佳收发效果。本方案使用了巴伦电路专用芯片LDB212G4020C。UPG2012TK是射频开关，工作频率为0.5~2.5GHz，具有非常低的介入损耗和很高的隔离性能;封装形式为6引脚的短引脚小型贴片封装，可减小电路板占用面积。

　　另外，由于TI MSP430 系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，其中包括一系列器件，针对不同的应用而由不同的模块组成。这些微控制器可用电池供电，而且使用时间长。具有16 位 RISC 结构，CPU 中的16个寄存器和常数发生器使控制器能达到高的代码效率;灵活的时钟源可以使器件达到低的功耗;数字控制的振荡器(DCO)可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6s的时间内激活到活跃的工作方式。是一种低功耗类型的单片机，特别适合于电池应用的场合或手持设备。其中，MSP430F449单片机内部集成了60kB FLASH 存储模块，2kB RAM，6个I/O端口以及12位高精度模数转换模块ADC12等。较小的封装和极低的功耗使其可以理想地与MC13192 结合，作为基于ZigBee 技术的无线传感器网络节点。

　　MSP430F449和MC13192 通过SPI 总线连接。MSP430F449的SPI 接口工作在主机模式，是数据传输的控制方;MSP430F449设为从机模式。MSP430F449通过4 线SPI接口对MC13192 的内部寄存器进行读写操作，从而完成对MC13192 的控制以及数据通信。

　　电力线调制解调器

　　力合微电子具有电力线通信与控制基于多载波快速跳频的专利技术，专门针对国内电网环境而设计，具有较好的抗干扰性能，实现电力线可靠数据传输与控制。其专用芯片LME2200使用灵活、方便，为各种电力线通信与控制应用提供了一款优化的芯片方案。因此本文采用了LME2200芯片，调制解调器的硬件框图如图3所示。

    从图4可以看出，发送电路由一个低通滤波器和一个功放构成。低通滤波器的作用是滤除高频信号成分并平滑DAC输出信号的波形，功率放大器(PA)的输出通过一个耦合变压器连接到电力线上，滤波器的带宽由使用的载波频率所决定。对功率放大器的要求是经过变压器后在2～100欧姆的阻抗下获得1-2Vrms的信号电平。另外，LME2200C支持半双工工作模式。当发送时(TX_BUSY低电平)用于打开功放，而在接收时(TX_BUSY为高电平)关闭功放以提高接收阻抗。而在接收通路中，经耦合变压器获得的信号送片内放大器放大，然后经片外带通滤波器后送芯片RXIN输入端，由片内接收机完成数据包的接收。过零检测电路输出一个方波信号,它的上升沿在工频信号的过零处，此信号被用作LME2200C的SYNC同步输入，并作为收发同步的基准。

软件设计

　　① ZigBee传感节点的软件设计

　　ZigBee传感节点主要负责采集被监护人的生理数据，并将这些数据传送给协调器，同时，接收来自协调器的相关指令，并根据这些指令进行相关操作(包括自动发送生理参数命令以及提示按时服药等命令)。当没有执行相关指令时，转入休眠模式，节点功耗降到低。ZigBee传感节点的软件流程如图5所示。

　　②PAN协调节点的软件设计

　　PAN协调节点作为整个网络中唯一的协调器，按功能可分为两个部分，网络维护功能和数据传输功能。网络维护方面主要是负责组建ZigBee网络、分配网络地址及维护绑定表。

　　数据传输方面主要转发监护中心对ZigBee传感节点的命令，以及定时要求地ZigBee传感节点将生理数据发送数据给它，并转发到监护中心。PAN协调节点基本流程，如图6所示。

　　③监护中心软件设计

　　由于本系统还处于实验阶段，所示只是把监护中心软件作为性能测试的演示系统。只是采用VC++6.0对该系统用户界面和数据库部分进行编程，它采用循环轮询的方式显示各个监护终端设备发来的生理参数，主界面如图7所示。

结语

　　社区监护系统在小规模实验中的调试结果表明:该系统能够准确地实现家庭医疗监护功能，通信质量可靠稳定，抗干扰能力强，功耗小，成本低，个人监护终端设备体积小巧。在实验室内，网络协调设备和个人监护终端设备之间的距离可达70m，并且满足数据传输的实时性、高效性的要求。本文社区监护系统的实现，为社区监护系统的研究和发展提供了实验平台，也为其发展奠定了一定的基础

l 引言

    一般来说。大功率直流电源装置的系统主要由高压隔离开关、高压断路器、有载调压器、平波电抗器、整流变压器、晶闸管整流装置、控制系统、交流互感器、直流互感器、直流母线刀开关、综合测量装置及纯水冷却装置或者风机等部分组成．系统构造复杂、体积庞大，维修和维护极为不便。因此，实时掌握和了解直流电源系统的工作状况显得极为重要。所以，设计大功率直流电源智能监测系统对电源装置进行监测和保护是必要的。
 

2 电解锰电源的监控系统设计

2．1 系统总体设计

    采用西门子公司的S7—200可编程控制器和TD200文本显示器，设计电解金属锰直流电源的监控系统。670 V／26 kA电解锰电源采用三相桥式全控晶闸管整流，非同相逆并联的主电路形式。该电源检测系统采用可编程控制器(PLC)作为控制的核心器件，将大功率直流电源设备与通讯网络连接，检测和指示故障位置。PLC以其品种多样的扩展模块(如模拟量扩展模块、通信模块)为实现采集、上传数据提供便利。

 该电源检测系统中，PLC、开关量单元、模拟量单元、通信单元和TD200文本显示单元构成了模块的主控单元，还有现场变换与执行单元，用于实现电源设备强电与弱电之间的隔离，把相应的故障或运行参数的信号变换为开关量或隔离后的模拟量信号送入PLC，根据PLC的输出进行报警和执行跳闸等操作，TD200文本显示器用于显示现场电源系统的运行状态，以便于工作人员调试和应用。

2．2 系统控制工作原理

    三相桥式全控整流电源装置的被控对象主要是高压开关断路器、移相触发电路的触发角度、水冷却器的启停，被检测对象主要是水冷却器是否有故障、整流变压器油温是否过高、轻重瓦斯是否超标、晶闸管整流器的器件是否失效、桥臂是否过热等。整流电源装置通过控制面板上的合闸按钮将点动信号送入PLC的数字输人点后，通过PLC内部的自保持程序使电源合闸并到位后，PLC将解除对整流装置触发脉冲的封锁，这样可通过给定旋钮调节给定电压的大小，改变触发角度，改变输出电压的大小。高压分闸信号送入PLC后，首先应该封锁整流装置的触发脉冲，然后延时数秒，再自动分闸。基于PLC的电气控制系统对大功率直流电源系统的控制思路，仍然与继电器一接触器控制系统是一致的，只是在控制手段上采用了先进的控制设备。

3 PLC控制程序

    程序块选用子程序流程图，它是由故障检测子程序、模拟量采集子程序、显示子程序等几个程序块组成。

4 结语

    基于PLC控制的电解电源系统实现所要求的技术性能，利用TD200文本显示器可以直接显示报警内容，方便现场操作人员的维修与调试。系统已经投入运行，运行状态良好，为操作人员对电解电源操作和实时监控带来极大便利，达到了预期的控制要求。