德國進(jìn)口FELM全系列FELM-MA112-4

GPS時鐘系統(tǒng)是針對自動化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)、控制裝置等進(jìn)行校時的高科技產(chǎn)品，GPS時鐘產(chǎn)品它從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸給自動化系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備（計(jì)算機(jī)、保護(hù)裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、安全自動裝置、遠(yuǎn)動RTU），這樣就可以達(dá)到整個系統(tǒng)的時間同步。
　　
　　北京中新創(chuàng)研發(fā)的GPS時鐘系統(tǒng)可以應(yīng)用于軍事指揮系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)；金融行業(yè)的時間戳服務(wù)器；電信網(wǎng)管系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；鐵路調(diào)度系統(tǒng)等等都需要局域網(wǎng)時間同步，并強(qiáng)烈要求有個標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)時間源為整個系統(tǒng)服務(wù)。
　　
　　前言
　　
　　隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，火電廠熱工自動化系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的時代已經(jīng)到來。這一方面為各控制和信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換、分析和應(yīng)用提供了更好的平臺、另一方面對各種實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)時間標(biāo)簽的準(zhǔn)確性也提出了更高的要求。
　　
　　使用價(jià)格并不昂貴的GPS時鐘來統(tǒng)一全廠各種系統(tǒng)的時鐘，已是目前火電廠設(shè)計(jì)中采用的標(biāo)準(zhǔn)做法。電廠內(nèi)的機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)、輔助系統(tǒng)可編程控制器(PLC)、廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)、電廠管理信息系統(tǒng)(MIS)等的主時鐘通過合適的GPS時鐘信號接口，得到標(biāo)準(zhǔn)的TOD(年月日時分秒)時間，然后按各自的時鐘同步機(jī)制，將系統(tǒng)內(nèi)的從時鐘偏差限定在足夠小的范圍內(nèi)，從而達(dá)到全廠的時鐘同步。
　　
　　一、GPS時鐘及輸出
　　
　　1.GPS時鐘
　　
　　定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem，GPS)由一組美國國防部在1978年開始陸續(xù)發(fā)射的衛(wèi)星所組成，共有24顆衛(wèi)星運(yùn)行在6個地心軌道平面內(nèi)，根據(jù)時間和地點(diǎn)，地球上可見的衛(wèi)星數(shù)量一直在4顆至11顆之間變化。
　　
　　GPS時鐘是一種接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的低功率無線電信號，通過計(jì)算得出GPS時間的接受裝置。為獲得準(zhǔn)確的GPS時間，GPS時鐘必須先接受到至少4顆GPS衛(wèi)星的信號，計(jì)算出自己所在的三維位置。在已經(jīng)得出具體位置后，GPS時鐘只要接受到1顆GPS衛(wèi)星信號就能保證時鐘的走時準(zhǔn)確性。
　　
　　作為火電廠的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，我們對GPS時鐘的基本要求是：至少能同時跟蹤16顆衛(wèi)星，有盡可能短的冷、熱啟動時間，配有后備電池，有高精度、可靈活配置的時鐘輸出信號。
　　
　　1.GPS時鐘信號輸出
　　
　　目前，電廠用到的GPS時鐘輸出信號主要有以下三種類型：
　　
　　1.2.11PPS/1PPM輸出
　　
　　此格式時間信號每秒或每分時輸出一個脈沖。顯然，時鐘脈沖輸出不含具體時間信息。
　　
　　1.2.2IRIG-B輸出
　　
　　IRIG(美國theInter-RangeInstrumentationGroup)共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標(biāo)準(zhǔn)(IRIGStandard200-98)。其中在時鐘同步應(yīng)用中使用多的是IRIG-B編碼，有bc電平偏移(DC碼)、1kHz正弦載波調(diào)幅(AC碼)等格式。IRIG-B信號每秒輸出一幀(1fps)，每幀長為一秒。一幀共有100個碼元(100pps)，每個碼元寬10ms，由不同正脈沖寬度的碼元來代表二進(jìn)制0、1和位置標(biāo)志位(P)，見圖1.2.2-1。
　　
　  其中的秒、分、時、天(自當(dāng)年1月1日起天數(shù))用BCD碼表示，控制功能碼(ControlFunctions，CF)和標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制當(dāng)天秒數(shù)碼(StraightBinarySecondsTimeofDay，SBS)則以一串二進(jìn)制“0”填充(CF和SBS可選用，本例未采用)。
　　
　　1.2.3RS-232/RS-422/RS-485輸出
　　
　　GPS時鐘輸出通過EIA標(biāo)準(zhǔn)串行接口發(fā)送一串以ASCII碼表示的日期和時間報(bào)文，每秒輸出一次。時間報(bào)文中可插入奇偶校驗(yàn)、時鐘狀態(tài)、診斷信息等。：
　　
　　1.3電力自動化系統(tǒng)GPS時鐘的應(yīng)用
　　
　　 電力自動化系統(tǒng)內(nèi)有眾多需與GPS時鐘同步的系統(tǒng)或裝置，如DCS、PLC、NCS、SIS、MIS、RTU、故障錄波器、微機(jī)保護(hù)裝置等。在確定GPS時鐘時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
　　
　　(1)這些系統(tǒng)分屬熱控、電氣、系統(tǒng)專業(yè)，如決定由DCS廠商提供的GPS時鐘實(shí)現(xiàn)時間同步(目前通常做法)，則在DCS合同談判前，就應(yīng)進(jìn)行專業(yè)間的配合，確定時鐘信號接口的要求。(GPS時鐘一般可配置不同數(shù)量、型式的輸出模塊，如事先無法確定有關(guān)要求，則相應(yīng)合同條款應(yīng)留有可調(diào)整的余地。)
　　
　　(2)各系統(tǒng)是否共用一套GPS時鐘裝置，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)時鐘接口配合的難易程度、系統(tǒng)所在地理位置等綜合考慮。各專業(yè)如對GPS時鐘信號接口型式或精度要求相差較大時，可各自配置GPS時鐘，這樣一可減少專業(yè)間的相互牽制，二可使各系統(tǒng)時鐘同步方案更易實(shí)現(xiàn)。另外，當(dāng)系統(tǒng)之間相距較遠(yuǎn)(例如化水處理車間、脫硫車間遠(yuǎn)離集控樓)時，為減少時鐘信號長距離傳送時所受的電磁干擾，也可就地單設(shè)GPS時鐘。分設(shè)GPS時鐘也有利于減小時鐘故障所造成的影響。
　　
　　(3)IRIG-B碼可靠性高、接口規(guī)范，如時鐘同步接口可選時，可優(yōu)先采用。但要注意的是，IRIG-B只是B類編碼的總稱，具體按編碼是否調(diào)制、有無CF和SBS等又分成多種(如IRIG-B000等)，故時鐘接收側(cè)應(yīng)配置相應(yīng)的解碼卡，否則無法達(dá)到準(zhǔn)確的時鐘同步。
　　
　　(4)1PPS/1PPM脈沖并不傳送TOD信息，但其同步精度較高，故常用于SOE模件的時鐘同步。RS-232時間輸出雖然使用得較多，但因無標(biāo)準(zhǔn)格式，設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意確認(rèn)時鐘信號授、受雙方時鐘報(bào)文格式能否達(dá)成*。
　　
　　(5)火電廠內(nèi)的控制和信息系統(tǒng)雖已互連，但因各系統(tǒng)的時鐘同步協(xié)議可能不盡相同，故仍需分別接入GPS時鐘信號。即使是通過網(wǎng)橋相連的機(jī)組DCS和公用DCS，如果時鐘同步信號在網(wǎng)絡(luò)中有較大的時延，也應(yīng)考慮分別各自與GPS時鐘同步。

21世紀(jì)以來，隨著工業(yè)4.0、中國智造2025的興起，工業(yè)控制上經(jīng)常會提出這么一個疑問：“伺服和變頻兩者之間，究竟有什么不同？” 那么接下來，小編將從以下幾個方面來進(jìn)行比較。如有講解不到位的，還請各位看官多多包涵。

從定義看：

首先，從定義上來說，變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換成另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟啟動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素等功能。

變頻器可驅(qū)動變頻電機(jī)、普通交流電機(jī)，主要是充當(dāng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的角色。

伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。

伺服系統(tǒng)按所用驅(qū)動元件的類型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動伺服系統(tǒng)?；镜乃欧到y(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件（電機(jī)、液壓缸）、反饋元件和伺服驅(qū)動器。若想讓伺服系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)順利還需要一個上位機(jī)構(gòu)，PLC、以及專門的運(yùn)動控制卡，工控機(jī)+PCI卡，以便給伺服驅(qū)動器發(fā)送指令。

總的來說，其兩者在定義上的區(qū)別主要概括為一句話：變頻器是以速度控制為目的，而伺服則是以位置控制為目的。

從電機(jī)看：

同步型交流伺服電動機(jī)雖較感應(yīng)電動機(jī)復(fù)雜，但比直流電動機(jī)簡單。它的定子與感應(yīng)電動機(jī)一樣，都在定子上裝有對稱三相繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。其中磁滯式和反應(yīng)式同步電動機(jī)存在效率低、功率因數(shù)較差、制造容量不大等缺點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床中多用永磁式同步電動機(jī)。與電磁式相比，永磁式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率較高；缺點(diǎn)是體積大、啟動特性欠佳。

但永磁式同步電動機(jī)采用高剩磁感應(yīng)，高矯頑力的稀土類磁鐵后，可比直流電動外形尺寸約小1/2，質(zhì)量減輕60﹪，轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動機(jī)的1/5。

它與異步電動機(jī)相比，由于采用了永磁鐵勵磁，消除了勵磁損耗及有關(guān)的雜散損耗，所以效率高。又因?yàn)闆]有電磁式同步電動機(jī)所需的集電環(huán)和電刷等，其機(jī)械可靠性與感應(yīng)（異步）電動機(jī)相同，而功率因數(shù)卻大大高于異步電動機(jī)，從而使永磁同步電動機(jī)的體積比異步電動機(jī)小些。這是因?yàn)樵诘退贂r，感應(yīng)（異步）電動機(jī)由于功率因數(shù)低，輸出同樣的有功功率時，它的視在功率卻要大得多，而電動機(jī)主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。

為了在電機(jī)內(nèi)形成一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，要求激磁電壓Uf和控制電壓UK之間應(yīng)有90度的相位差，常用的方法有：

1）利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90度的移相

2）利用三相電源的任意線電壓

3）采用移相網(wǎng)絡(luò)

4）在激磁相中串聯(lián)電容器

而三相異步電機(jī)是靠同時接入380V三相交流電源（相位差120度）供電的一類電動機(jī)，由于三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率。

從技術(shù)指標(biāo)看：

而關(guān)于技術(shù)指標(biāo)方面進(jìn)行的比較，小編主要從以下六點(diǎn)進(jìn)行闡述：

1、過載能力不同

伺服驅(qū)動器一般具有3倍過載能力(現(xiàn)在也有少許伺服廠家可以做到3.5倍)，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩，而變頻器一般允許1.5倍過載。

2、控制精度

伺服系統(tǒng)的控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻，通常伺服電機(jī)的控制精度是由電機(jī)軸后端的編碼器保證。市面上常用的編碼器為增量式光電編碼器與值式光電編碼器。

3、應(yīng)用場合不同

變頻與伺服是兩個范疇的控制。前者屬于傳動控制領(lǐng)域，后者屬于運(yùn)動控制領(lǐng)域。一個是滿足一般工業(yè)應(yīng)用要求，對性能指標(biāo)要求不高的應(yīng)用場合，追求的是低成本。另一個則是追求高精度、高性能、高響應(yīng)。

4、加減速性能不同。

在空載情況下伺服電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加工到2000r/min，用時不會超20ms。電機(jī)的加速時間跟電機(jī)軸的慣量以及負(fù)載有關(guān)系。通常慣量越大加速時間越長。

5、動態(tài)特性

在自動化應(yīng)用中，由于伺服系統(tǒng)常常需要應(yīng)對較高的控制精度，以更快的速度對更加細(xì)微的誤差作出響應(yīng)，因此,其響應(yīng)調(diào)節(jié)的時間周期也就必須更短，通常都得是毫秒甚至微秒級的。很多伺服產(chǎn)品的速度頻響帶寬都能夠達(dá)到 kHz 級別。而反觀一般的變頻驅(qū)動產(chǎn)品，這個頻響帶寬往往也就在幾百Hz。

6、功率范圍

由于伺服所面對的往往是那些要求高精度、高動態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境，因此總體負(fù)載也會相對較輕，其總體輸出功率的范圍一般也就在幾十千瓦以內(nèi)，比起以動力傳動見長的變頻驅(qū)動系統(tǒng)來說會小很多；而那些負(fù)載較重的運(yùn)控應(yīng)用，通常都并不會有過高的響應(yīng)特性需求，一般來說異步變頻也是可以滿足要求的。

從市場情況看

通過上述的講解，想必大家對變頻器與伺服在技術(shù)層面的區(qū)別有了一定的了解，接下里，小編打算從市場的角度來跟大家探討一下兩者的區(qū)別。

盡管我國的伺服技術(shù)起步較晚，由伺服電機(jī)、反饋裝置與控制器組成的伺服系統(tǒng)才走過50個年頭而已。但不可否認(rèn)的是，中國制造業(yè)開始逐漸意識到伺服系統(tǒng)在提高產(chǎn)品競爭力方面發(fā)揮的作用越來越大。伺服系統(tǒng)強(qiáng)勁的市場需求開始漸露頭角。相信不久之后，伺服系統(tǒng)新一輪的增長史必將續(xù)寫另一個“中國變頻器”的發(fā)展史。。為什么這么說呢？主要分析原因如下：

首先，隨著中國經(jīng)濟(jì)整體形式的向好發(fā)展，很多伺服重點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)如機(jī)床、電子設(shè)備、醫(yī)療器械、混合動力汽車、新能源等行業(yè)因經(jīng)濟(jì)政治原因，恢復(fù)程度大大超過人們的預(yù)期水平。此等行業(yè)的發(fā)展直接導(dǎo)致伺服市場的需求旺盛，使得眾多國產(chǎn)伺服品牌紛紛崛起。而隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，產(chǎn)業(yè)升級與進(jìn)口替代也推動了伺服產(chǎn)品的大量使用，節(jié)能、增產(chǎn)效果日趨明顯。值得一提的是，伺服應(yīng)用技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的初步成熟，暗示了節(jié)能減碳帶給伺服的商機(jī)絕不亞于節(jié)能減排給高壓變頻器帶來的機(jī)遇。

其次，在領(lǐng)域，用戶在使用過程中較為看重的極大因素如穩(wěn)定性、響應(yīng)性、精度，都是伺服系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢所在。在技術(shù)要求越來越高的今天，誰擁有的性能，誰就能獲得用戶青睞，價(jià)格已不再是阻礙伺服發(fā)展的決定因素。市場無疑被伺服占據(jù)著高地。而變頻器只是在一些較為低端的簡單領(lǐng)域發(fā)揮著作用。

據(jù)不*統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)推出伺服產(chǎn)品的廠商差不多有幾十家。一直以來，伺服領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻比低壓變頻器領(lǐng)域高，許多廠商還是基于變頻器技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，像國內(nèi)廠商匯川、英威騰、偉創(chuàng)等企業(yè)，已經(jīng)將變頻技術(shù)延續(xù)到伺服控制技術(shù)，并純熟運(yùn)用。在七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，機(jī)械工業(yè)占了兩個即裝備制造業(yè)和新能源汽車，且其他五個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)也都需要機(jī)械工業(yè)的支撐。由此看來，制造業(yè)的發(fā)展也將給伺服發(fā)展帶來新契機(jī)。

從伺服和變頻器的市場競爭看

既然上面談到了市場情況的區(qū)別，那兩者在市場上也肯定是存在一定的競爭的，從某些方面來講，由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，所以應(yīng)用也不大相同，主要的競爭集中在以下兩點(diǎn)：

技術(shù)含量競爭。在相同的領(lǐng)域中，若采購方對機(jī)械的技術(shù)要求較高并較為復(fù)雜，則會選擇伺服系統(tǒng)。反之則會選擇變頻器產(chǎn)品。

價(jià)格競爭。大多數(shù)采購方會顧慮成本，常常把技術(shù)忽略而價(jià)格較低的變頻器。*，伺服系統(tǒng)的價(jià)格差不多是變頻器產(chǎn)品的幾倍。

上述伺服和變頻的技術(shù)比較，是從產(chǎn)品的角度，來看待它們二者之間的差別，總結(jié)成簡短的一段話：

變頻器的功率較大，而伺服驅(qū)動功率較??；

變頻器一般用功率KW 表示，伺服驅(qū)動器一般強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)速和力矩；

變頻器是以速度控制為目的，而伺服是以位置控制為目的，使用的場景不同；

總而言之，在工業(yè)應(yīng)用上來說，速度控制和力矩控制的場合要求不是很高的一般用變頻器，在有嚴(yán)格位置控制要求的場合中智能用交流伺服驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)，還有就是伺服的響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變頻，有些對速度的精度和響應(yīng)要求高的場合也有用交流伺服驅(qū)動器控制，也就是說，能用變頻控制的運(yùn)動的場合幾乎都能用交流伺服驅(qū)動器取代。

交流伺服驅(qū)動器作為現(xiàn)代工業(yè)自動化與運(yùn)動控制的支撐性技術(shù)之一，由于其高速控制精準(zhǔn)、調(diào)速范圍廣、動態(tài)特性和效率高，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、橡塑設(shè)備、電子半導(dǎo)體、風(fēng)電/太陽能等新能源以及機(jī)器人、自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。

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