德國進口Sitema全系列KSP 022 02

GPS時鐘系統(tǒng)是針對自動化系統(tǒng)中的計算機、控制裝置等進行校時的高科技產(chǎn)品，GPS時鐘產(chǎn)品它從GPS衛(wèi)星上獲取標準的時間信號，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備（計算機、保護裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、安全自動裝置、遠動RTU），這樣就可以達到整個系統(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)的時間戳服務器；電信網(wǎng)管系統(tǒng)、計費系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫服務器；鐵路調(diào)度系統(tǒng)等等都需要局域網(wǎng)時間同步，并強烈要求有個標準的網(wǎng)絡時間源為整個系統(tǒng)服務。
　　
　　前言
　　
　　隨著計算機和網(wǎng)絡通信技術(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、分析和應用提供了更好的平臺、另一方面對各種實時和歷史數(shù)據(jù)時間標簽的準確性也提出了更高的要求。
　　
　　使用價格并不昂貴的GPS時鐘來統(tǒng)一全廠各種系統(tǒng)的時鐘，已是目前火電廠設計中采用的標準做法。電廠內(nèi)的機組分散控制系統(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，得到標準的TOD(年月日時分秒)時間，然后按各自的時鐘同步機制，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)星運行在6個地心軌道平面內(nèi)，根據(jù)時間和地點，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，通過計算得出GPS時間的接受裝置。為獲得準確的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確性。
　　
　　作為火電廠的標準時鐘，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幾種編碼標準(IRIGStandard200-98)。其中在時鐘同步應用中使用多的是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制0、1和位置標志位(P)，見圖1.2.2-1。
　　
　  其中的秒、分、時、天(自當年1月1日起天數(shù))用BCD碼表示，控制功能碼(ControlFunctions，CF)和標準二進制當天秒數(shù)碼(StraightBinarySecondsTimeofDay，SBS)則以一串二進制“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標準串行接口發(fā)送一串以ASCII碼表示的日期和時間報文，每秒輸出一次。時間報文中可插入奇偶校驗、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、微機保護裝置等。在確定GPS時鐘時應注意以下幾點：
　　
　　(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時鐘實現(xiàn)時間同步(目前通常做法)，則在DCS合同談判前，就應進行專業(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，則相應合同條款應留有可調(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現(xiàn)。另外，當系統(tǒng)之間相距較遠(例如化水處理車間、脫硫車間遠離集控樓)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GPS時鐘。分設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)應配置相應的解碼卡，否則無法達到準確的時鐘同步。
　　
　　(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，但因無標準格式，設計中應特別注意確認時鐘信號授、受雙方時鐘報文格式能否達成*。
　　
　　(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)橋相連的機組DCS和公用DCS，如果時鐘同步信號在網(wǎng)絡中有較大的時延，也應考慮分別各自與GPS時鐘同步。

21世紀以來，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，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟啟動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素等功能。

變頻器可驅(qū)動變頻電機、普通交流電機，主要是充當調(diào)節(jié)電機轉(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（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、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、液壓缸）、反饋元件和伺服驅(qū)動器。若想讓伺服系統(tǒng)運轉(zhuǎn)順利還需要一個上位機構(gòu)，PLC、以及專門的運動控制卡，工控機+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。

從電機看：

同步型交流伺服電動機雖較感應電動機復雜，但比直流電動機簡單。它的定子與感應電動機一樣，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、永磁式和反應式多種。其中磁滯式和反應式同步電動機存在效率低、功率因數(shù)較差、制造容量不大等缺點。數(shù)控機床中多用永磁式同步電動機。與電磁式相比，永磁式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、效率較高；缺點是體積大、啟動特性欠佳。

但永磁式同步電動機采用高剩磁感應，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的1/5。

它與異步電動機相比，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。又因為沒有電磁式同步電動機所需的集電環(huán)和電刷等，其機械可靠性與感應（異步）電動機相同，而功率因數(shù)卻大大高于異步電動機，從而使永磁同步電動機的體積比異步電動機小些。這是因為在低速時，感應（異步）電動機由于功率因數(shù)低，輸出同樣的有功功率時，它的視在功率卻要大得多，而電動機主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。

為了在電機內(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

4）在激磁相中串聯(lián)電容器

而三相異步電機是靠同時接入380V三相交流電源（相位差120度）供電的一類電動機，由于三相異步電機的轉(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)指標看：

而關(guān)于技術(shù)指標方面進行的比較，小編主要從以下六點進行闡述：

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)的控制精度遠遠高于變頻，通常伺服電機的控制精度是由電機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，后者屬于運動控制領(lǐng)域。一個是滿足一般工業(yè)應用要求，對性能指標要求不高的應用場合，追求的是低成本。另一個則是追求高精度、高性能、高響應。

4、加減速性能不同。

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

5、動態(tài)特性

在自動化應用中，由于伺服系統(tǒng)常常需要應對較高的控制精度，以更快的速度對更加細微的誤差作出響應，因此,其響應調(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)響應的應用環(huán)境，因此總體負載也會相對較輕，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；而那些負載較重的運控應用，通常都并不會有過高的響應特性需求，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、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)濟整體形式的向好發(fā)展，很多伺服重點應用行業(yè)如機床、電子設備、醫(yī)療器械、混合動力汽車、新能源等行業(yè)因經(jīng)濟政治原因，恢復程度大大超過人們的預期水平。此等行業(yè)的發(fā)展直接導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)化進程的加快，產(chǎn)業(yè)升級與進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，伺服應用技術(shù)在風力發(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絕不亞于節(jié)能減排給高壓變頻器帶來的機遇。

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，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)，并純熟運用。在七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，機械工業(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。

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，所以應用也不大相同，主要的競爭集中在以下兩點：

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

價格競爭。大多數(shù)采購方會顧慮成本，常常把技術(shù)忽略而價格較低的變頻器。*，伺服系統(tǒng)的價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)動功率較小；

變頻器一般用功率KW 表示，伺服驅(qū)動器一般強調(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，在有嚴格位置控制要求的場合中智能用交流伺服驅(qū)動器來實現(xiàn)，還有就是伺服的響應速度遠遠大于變頻，有些對速度的精度和響應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)自動化與運動控制的支撐性技術(shù)之一，由于其高速控制精準、調(diào)速范圍廣、動態(tài)特性和效率高，廣泛應用于機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、橡塑設備、電子半導體、風電/太陽能等新能源以及機器人、自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。

德國進口Sitema全系列KSP 022 02