关键词：风力发电机组；偏航系统；偏航控制系统；优化
Abstract：In a typical yaw control system based on single chip computer language design, the yaw controller is responsible for yaw control system operation and control, this paper introduces the doubly-fed wind power generation units in the domestic application of the most based on PLC control yaw control system, studies its system characteristics and calculation principle and control principle, and the system selects the yaw controller in the practical application of angle adjustment difficulties and zero cross detection in the presence of software defect presents new angle adjustment method and a new zero cross detection control logic.
Keywords: Double-fed Induction Generator; yaw system; yaw controller system; Optimization
中图分类号：[C94]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
0引言
在我国，兆瓦级风力发电机组在风能的开发中得到了大规模发展和应用。偏航控制系统作为兆瓦级风力发电机组控制系统的重要组成部分，用主动对风的控制功能实现着风力发电机组对风能捕获的追踪，使风轮始终保持在迎风状态，从而高效地利用风能，风能的高效利用也进一步降低了风力发电的成本。本文深入研究风电行业中主流的、应用于双馈异步风力发电机组主控系统中基于PLC控制的偏航控制系统（注：偏航控制系统为偏航系统的电控部分，偏航系统的组成为：偏航控制系统+偏航制动系统，其中偏航制动系统在风电行业中只有两种制动方式：摩擦式制动和液压式制动，本文研究的是偏航控制系统的改进优化），研究其偏航控制系统的设计特点、硬件计算原理和软件控制策略，旨在针对在实际运用存在的缺陷提出优化改进方案。
1关于偏航系统的控制原理
风电行业中，风力发电机组的偏航控制系统经历了从典型的偏航控制系统（单片机控制）向基于PLC控制的偏航系统的演变。
1.1 典型的偏航控制系统（单片机控制）
图1 典型的偏航控制系统
典型的兆瓦级偏航控制系统如图1所示，采用单片机控制的独立偏航控制器，工作原理为：气象 传感器采集风向信号传递到偏航电机控制回路的处理器中，比较计算出偏航方向和偏航角度，并执行偏航达到对风目的，实现风力发电机组的追风功能。当对风执行完成后，风向传感器失去电信号，偏航驱动停止工作，则偏航过程结束。
1.2 基于PLC控制的偏航系统
图2 基于PLC控制的偏航控制系统
如图2所示为基于PLC控制的偏航控制系统，与典型的偏航控制系统不同的是此系统的偏航控制器是一个集成编码器的角度限位开关，它的作用的是用于机舱位置的测量和解缆控制，基于PLC控制的偏航控制系统的工作原理为：风速风向仪采集风向信号，偏航控制器检测机舱位置，PLC计算风向与机舱位置的偏差，判断后决定偏航方向和偏航角度，最终达到对风目的。
偏航控制系统的演变使得后者（基于PLC控制）的偏航控制系统作为其主控系统的一个子系统，迎风控制更为精准，且后者的偏航控制器仅仅用于机舱位置的测量和解缆控制，同时在故障风险上降低了集成于主控控制带来的不稳定度，客观上提高了风力发电机组的整体可靠性，成为如今风电行业中偏航控制的主流应用。
2偏航控制系统的硬件结构分析
图3 基于PLC控制的偏航控制系统硬件设备
主流的、应用于双馈异步风力发电机组主控系统中基于PLC控制的偏航控制系统硬件结构如图3所示，其硬件组成为：高可靠性工控PLC，风速风向仪（超声波或机械式），用于机舱位置测量和解缆控制偏航控制器，变频器和偏航电机（注：刹车制动器为制动系统，除外）。
2.1 测风系统（风速风向仪）
主流偏航控制系统中一般采用双风速风向仪的冗余控制设计，在风力发电机组的尾翼左右侧分别安装一个风速风向仪（超声波或机械式），双风速风向仪设计在风速风向测量上互为冗余，互为校订，测量结果更为准确，可靠性更高，此外，互为备用，即当其中一个风速风向仪出现故障时，PLC可选择进入一个风速风向仪模式。
2.2 偏航角度限位开关
偏航控制系统硬件设备中，用于机舱位置测量和解缆控制的是偏航控制器，其中用于测量机舱位置的编码器为增量式编码器，由于增量式编码器无法掉电保存的特点，所以机舱位置的记录需要采用单独的寄存器进行保存。偏航控制器的解缆控制采用凸轮控制，由于凸轮与偏航齿圈存在转速比，因此风力发电机组在进行解缆控制时存在凸轮角度设定的计算。
偏航控制器中，偏航角度的限位开关由一个凸轮和一个开关组成，如图4，通过计算出凸轮的设定角度，实现当风机旋转到极限角度时，凸轮触发开关，断开电信号，PLC检测到失去电信号，进行偏航自动解缆。
图4 偏航角度限位开关的基本原理
偏航控制系统实现着风力发电机组的对风功能，同时也维护者偏航过程中的安全保护（其中扭缆出发纤维开关为最高安全链断开保护的环节之一）。因此，偏航控制器选用了四组凸轮开关组合，分别用于左极限报警、右极限报警、极限报警失效保护及过零标志位4个重要信号的硬件保护环节。
2.2.1 偏航角度限位开关角度计算
偏航控制过程中，关于偏航凸轮角度的计算（结合风力发电机组中偏航齿圈的传动）：
图5 偏航系统齿轮传动原理
如图5为风力发电机组中偏航系统的齿轮传动，偏航控制器通过自身的啮合齿圈（如图中标出）啮合在偏航齿圈上，其内部的齿轮传动将转速传递到凸轮，则偏航凸轮角度与偏航齿圈的角度关系为:
公式1 凸轮角度与偏航角度的计算关系
以上，偏航控制器中，凸轮式角度限位开关通过其凸轮角度匹配着偏航角度实现着风力发电机组的解缆保护。
所有偏航控制器式的风力发电机组中，皆可根据公式1及该款风力发电机组的偏航部件参数，实现其该偏航系统的极限告警角度下限位开关凸轮的安全保护。
如某风场中某公司2MW的WT2000风力发电机组中，用于北方型的扭缆保护参数如下：
电缆极限扭曲角度：900°
推荐保护极限720°
某WT2000型风力发电机组的偏航传动中相关参数为：
偏航齿圈：164
偏航控制器齿圈：10
二者之间传动比为：1:16.4
其风力发电机组偏航系统的偏航控制器中，偏航角度限位开关齿圈与旋转凸轮的传动比为：1:92
以推荐保护极限720°计算，可算出左右报警极限凸轮的最小设定角度为：
则以此计算角度可进行左右报警极限凸轮角度的设定。如下图6所示，只要保证凸轮位置到触点大于128.34°就可以保证在风力发电机组的机舱位置位于720°时触发极限报警，从而实现风力发电机组的自动解缆功能。
图6 左右极限凸轮调节示意图
同样，极限报警失效保护开关的也采用相同的方法计算后设定。
2.2.2 偏航角度限位开关角度的零位校定
偏航控制器中偏航角度限位开关的另一个特点是过零标志位凸轮。它是机舱位置零位硬件的标志位，由于机舱位置的检测采用增量式编码器，因此软件在计算过程中会出现累积误差，为了消除累积误差，每当过零标志位凸轮所对应的开关输出变化的电信号时，主控软件可对偏航计数器进行一次清零，重新将机舱的位置设定为0°。
图7过零位标志凸轮
风力发电机组偏航的过程中，如图7所示，过零标志位凸轮的弧度为180°，以开关的触点为分界，PLC以此分界来判断风力发电机组机舱位置的左右方向，通常将凸轮触发，失去电信号的时区指示机舱位置位于左边，反之当凸轮松复位，恢复电信号的时区只是机舱位置位于右边。
3偏航系统的控制流程和控制策略分析
3.1 偏航系统控制主流程
基于PLC控制的偏航控制系统，扩展性高，作为主控系统中的子系统，便于控制和判断，减少软件复杂程度。
图8偏航控制系统主流程图
图8为风力发电机组的偏航控制系统主流程图，分为服务模式和自动模式（匹配于风力发电机组的自动控制和手动控制），服务模式用于人工工作偏航，自动偏航实现风机的自主主动对风。自动模式下，偏航控制器提供机舱位置电信号和解缆信号给PLC，由PLC进行判断和决定是否需要进行自
动偏航。
3.2 偏航控制系统方向信号采集及位置计算
图9 风向补偿
如图9中，可将风速风向仪采集的风向信号进行转速和风速补偿，采用了双风速风向仪的冗余设计，其策略是将两个风速风向仪数据先进行均值函数计算，如图10。
图10 双风速风向仪平均风向求法
其后，PLC将经过处理后的风向信号与PLC从偏航控制器获得的机舱角度，进行机舱偏航需求位置计算，计算出偏航系统启动偏航后的目标位置标志位。通过目标标志位置值与风向的角度比较计算出机舱位置偏差，由此来作为自动偏航的启动控制基础，其控制流程如图11（偏航系统不直接以风向与机舱位置偏差直接作为偏航参考值，是基于实际风况中风向不稳定的因素）。
图11 机舱位置信号处理
3.1 偏航控制系统的自动对风
自动模式下，PLC根据计算出机舱位置偏差，进行满足自动偏航条件的判断后进入到自动偏航状态。控制过程为：1）PLC完成偏航方向判断后启动偏航；2）偏航过程中，PLC根据机舱位置需求计算完成偏航所需时间，同时通过偏航控制器编码器、过零位标志凸轮检查机舱选择方向是否正确及位置是否超限，直致完成对风；3）退出偏航模式。自动偏航控制流程如下图12。
图12 自动偏航流程
3.1 偏航控制系统的扭缆保护
当风力发电机组的机舱偏航超限时，偏航控制器可实现自动返回以保护电缆不被过扭至损坏。偏航解缆控制的过程分为：左偏航解缆、右偏航解缆和报警失效保护。报警失效保护是指在自动解缆过程中偏航控制器检测到相应极限报警电信号失去时，偏航控制器首先屏蔽自动偏航，并将风向信息封锁，然后进行反方向解缆，此过程中，偏航控制器检测过零标志位凸轮，通过检测零标志位电信号产生的变化来确认机舱回到顺缆位置而完成自动解缆。
图13为偏航解缆的控制流程图。
图13 偏航解缆控制流程
此外，当失去极限报警失效保护开关的电信号，偏航控制器将默认为故障并反馈信号至风电发电机组主控PLC，风力发电机组将停机。
4偏航控制系统的改进与优化
由以上分析，此偏航控制系统在硬件上和软件存在一定缺陷。
4.1 硬件缺陷分析及改进
1） 此偏航系统的偏航控制器用于解缆控制（左右极限凸轮）的角度限位开关采用凸轮设计，且凸轮需要进行准确的调整至合理位置，角度调小，会造成偏航系统小角度解缆，解缆频繁，角度调大，则失去了解缆保护的功能；
2）传统的调整设定方法在偏航控制器安装之前，通过旋转偏航控制器的齿圈，使之带动凸轮，旋转一定圈数后，使凸轮达到调整位置，这种方法因为旋转圈数多，速度慢；
3）如若将此凸轮的调整采用经验调整法，即通过原理图，根据经验进行调整，这种方法调整虽然快，但不精准。实际应用中，张北某风场采用经验调整法，现场出现20余台该机型风机因为偏航控制器凸轮角度调整过小，造成风机400°左右就进入自动解缆。一次解缆时间为15-20分钟，长时期如此，减少了风力发电机组的可利用率和发电时间。
针对此现象，本文通过研究其偏航控制器的工作原理和计算原理，提出一种新的简单有效地对半调整法。
图14 偏航凸轮对半调整方法
原理如图14，开关的位置固定不变，偏航控制器的凸轮的弧度为60°，以此开关为界线，将凸轮旋转至开关对面，平均分割，再经过利用凸轮对半两次调整，使凸轮位置到达135°，反向求证135°所对应的机舱位置：
经过计算，如此调整解缆控制凸轮快速精确，既能保证最大限度的利用电缆的扭曲度，减少风机的解缆频率，调整方式简单高效。
本风机在采用此调整方法后，在调整速度与准确度上都得到了大幅度提高。同样，所有主流的、采用偏航控制器式的风力发电机组可通过此计算方法进行偏航控制系统的设定调整。
4.2 软件缺陷分析及优化
图15 零位设置流程图
如前面所述，偏航系统中为了弥补增量式编码器累加的计数误差，软件中设计了触发偏航控制器的过零位标志凸轮来重新校对机舱位置的方法，如图15，但此设计是存在缺陷：
PLC检测的是开关信号（即在运行过程中，偏航系统实际没有启动），但由于接线松动、线路短路、掉电等原因造成该反馈回路电信号丢失，而如果在故障发生前，PLC检测到该回路有电信号（凸轮松开触点，产生电信号这个区间认为风机机舱位置处于右边），当故障出现后，PLC将会将机舱位置重新设置为0°，造成了正确机舱位置的丢失。
针对此现象，本文提出改进此控制逻辑，增加对该回路的反馈供电线路的反馈，并增加判断条件。如图16，通过增加对该回路供电线路的检测，只有供电回路反馈始终有电信号的情况下，PLC才会对零位进行重新设定。
图16 优化零位设置后的流程图
5结论
基于PLC控制、采用偏航控制器的偏航控制系统的风力发电机组数量有数千台。研究其偏航系统的硬件设计、计算原理，软件控制，对于同样采用此偏航控制系统的风力发电机组，改进其性能提高其对风能的利用，以及对整个风场工程风能利用率提高的工程价值，有着很大的意义。此外，对于偏航系统的自主设计有具有借鉴意义（目前，我国的主控系统（包括偏航）多为国外设计）。
参考文献:
[1] 张嘉英,等. 风力发电机组偏航控制系统[J]. Ordnance Indust ry Automat ion Nov.2009.28(11)：54-55
[2] 钞靖,王小椿,姜虹.基于FPGA的光电编码器四倍频电路设计[J].仪表技术.2007.6：17-21
[3] 廖明夫.风力发电技术[M].西安.西北工业大学出版社，2009.3.
[4] 高文元,等. MW级风力发电机组的偏航系统控制策略[J]. 科学技术与工程2010.10(2)：415-418
作者简介：
薛建（1982-）男，工程师，研究方向为风力发电机组设计、控制技术。
关键词：电压偏差；供电电压；矿井供配电
Abstract: This paper is mainly directed against the mine design calculation method of voltage deviation, voltage drop over-sized treatment measures and high voltage power supply processing measures of cognition were analyzed to clarify, and distribution point distribution, load distribution, power supply equipment parameters and power cable section selection rationalization proposals. In addition, the local site voltage may be too high problems put forward countermeasures.
Key words: power supply voltage; voltage deviation; mine power supply
中图分类号：TD214 献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）11-0020-02
1概 述
电压水平是衡量供配电系统设计和运行水平的重要指标，对于矿井设计而言，电压偏差的主要表现是电压降。本文主要是针对矿井设计中电压降（只对正常运行时的电压偏差进行论述，不涉及电动机启动时的压降问题的讨论）的计算和解决措施中的认识进行分析澄清，并对解决方案提出建议。另外，对局部地点电压可能过高的问题提出了对策。。
2矿井设计中电压偏差的计算方法
《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）对电压偏差的定义为“各点的实际电压与额定电压之差ΔU称为电压偏差”，实际电压可以计算得到，额定电压指的是用电设备额定电压。为了弄清电压偏差的计算方法，需明确几个电压的确切含义。平均运行电压：这个概念主要应用在电力系统的短路、潮流等计算中，相对于用电负荷而言，发电厂、变电站均处于电源侧，为保证负荷侧的电压水平，电源侧电压应适当高一些（一般在5%左右，高的可到10%），平均运行电压即为电源侧电压的平均值。供配电设备的额定电压：该电压必须满足供配电系统最高运行电压的要求，其值应高于电力系统的平均运行电压，至少应比供电系统额定电压高10%以上。用电设备的额定电压指设备铭牌上所标电压。矿井设计常用的电压等级中，上面三种电压的具体数据见表1：
表1 常用电压数据
计算电压偏差的目的是保证各点实际电压值（不是电压降）与用电设备（而不是配电设备）的额定电压偏差在规定范围内，计算电压偏差应采用用电设备的额定电压，即电压偏差为母线电压值减去线路压降与用电设备额定电压的比值。矿井设计中不能以线路压降代替电压偏差，因降压变电站低压侧母线的运行电压通常高于设备额定电压5%左右甚至更高，以线路压降代替电压偏差意味着忽略了这部分电压升高量，使得计算电压偏差偏大，会导致不必要的投资增加。下面举一实例：
供电系统如下图所示，35kV变电站10kV母线正常运行电压为10.5kV，经计算由35kV变电站至某变电站线路上的压降为7%，变电站10kV母线电压偏差计算如下（忽略该母线至电动机电缆的压降）；
变电站10kV母线电压实际值=10.5－7%×10=9.8 kV，电压偏差相对值=（9.8-10）÷10×100% = -2% ，其值小于5%的规定标准，该处的电压偏差是满足用电设备要求的。变电站0.38kV母线电压实际值=9.8×（0.4/10）=0.392 kV （高于设备额定电压380V），其电压偏差相对值=（0.392-0.38）÷10×100% = +2% 。计算表明，在充分考虑降压变电站母线实际运行电压和低压变压器的变比后，线路压降过大并不一定意味着用电设备处的压降不能满足要求。在不考虑直接接于该变电站10kV母线上的负荷（取消电动机D），线路压降最大值计算如下；
0.38kV母线允许的最低电压=0.38×（1－5%）=0.361kV，10kV母线允许的最低电压=0.361×（10/0.4）=9.025kV，线路允许的压降=10.5-9.025=1.475 kV，线路允许的压降相对值=1.475÷10×100%=14.75%，计算说明在充分考虑降压变电站母线实际运行电压和低压变压器的变比后，10kV线路压降达到14.5%时仍满足低压母线的电压偏差要求。但设计时考虑到电压波动等问题，应留有一定的富裕量。
3电压压降偏大的处理措施
解决供配电系统中压降偏大的措施主要有以下几条：
1） 合理配置配电点布局，合理分配负荷、高电压用电设备尽量靠近负荷中心、尽量避免出现低电压供长距离大负荷的情况，必要时，应对供配电网络进行技术经济比较。
2） 正确选择变压器变比或变压器分接头位置，提高供电电压质量，以低压变压器为例，变比有10/0.4 kV、10.5/0.4 kV、11/0.4 kV等，分接头有±5%、±2×2.5%等。
3） 提高供电电网功率因数，目前的无功补偿装置可以将功率因数提高到0.95以上，在提高电压质量的同时可以有效减少损耗。
4） 降低系统阻抗，设计时尽量避免采用加大电缆截面来减少压降，因电缆截面的加大对减少压降效果有限，同时会产生浪费资金并带来安装、敷设、维护过程中复杂性。，
在上述几项措施中，综合采用前三项措施，压降偏大的问题是可以得到解决。
4供电电压偏高的处理措施
由于大型矿井井田范围大，从地面变电站至综采面设备的供电距离较长，为保证综采面设备末端压降满足要求，可能会适当提高降压变电站10kV母线的运行电压，靠近降压变电站的电气设备可能会出现电压过高的情况。例如；某变电所距35kV站很近，线路压降只有0.5%，为了保证井下综采面用电设备的电压，要求35kV变电站运行电压不低于10.5kV，若该变电站低压变压器变比为10/0.4kV，其电压偏差相对值=（0.418-0.38）÷10×100% = +10% ，已超过了电气设备允许的电压波动值（5%），电气设备存在过电压危险。此时可选择变比为10.5/0.4 kV的变压器，更换变压器后，该变电站0.38kV母线电压为10.45×（0.4/10.5）=0.398 kV，电压偏差相对值=（0.398-0.38）÷10×100% = +4.76%，符合要求。
5结 语
矿井供配电系统的电压问题是一个综合性比较大的问题，涉及到降压变电站10kV母线运行电压、各下级变电站负荷、无功功率、变压器选型等，在矿井初步设计阶段应进行分析计算确定，为此提出如下建议：
1） 供电专业：降压变电站10kV母线运行电压是矿井供配电系统电压计算的基础，供电专业应提出降压变电站10kV母线运行电压。根据业主提供或采取查阅变电站运行记录、观察相关表计等方法（也可采用表1中的平均运行电压）获得电源变电站运行电压后，供电专业考虑主变变比、负荷和无功补偿等情况计算出降压变电站10kV母线运行电压。
2） 动力专业：以供电专业提出的降压变电站10kV母线运行电压为基础，根据负荷及线路情况计算下级变电站各级母线电压，以确定低压变压器变比、无功补偿功率等，若采取措施后仍不能满足要求，可向供电专业提出要求，通过调整主变分接头位置等方法改变降压变电站10kV母线运行电压，以满足各点的电压要求。
3） 为满足全矿供配电系统的电压要求，建议采用电力系统潮流计算软件进行计算，提高计算速度和计算精度。
4） 适当考虑电压波动的影响，条件具备时，应对最大、最小负荷情况下的电压分别计算，保证电压波动时各点电压在允许内。另外，矿井设计中距离较远的综采面上设备供电时会出现压降偏大情况，其主要原因是距离长、负荷大、功率因数低（0.7～0.8），可考虑采用井下隔爆型高压无功补偿装置进行功率因数补偿提供供电质量。
参考文献：
[1]顾永辉等.煤矿电工手册第二分册，矿井供电. 1997,4.
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术［1］。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示［2］。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的［3］。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。
1光电检测电路的基本构成
光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。其光电检测模块的组成框图如图1所示。
2光电二极管的工作模式与等效模型
2．1光电二极管的工作模式
光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。图中，在光伏模式时，光电二极管可非常精确的线性工作；而在光导模式时，光电二极管可实现较高的切换速度，但要牺牲一定的线性。事实上，在反偏置条件下，即使无光照，仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。而在零偏置时则没有暗电流，这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声；在反偏置时，由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。因此，在设计光电二极管电路的过程中，通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计，而不是对两种模式都进行最优化设计［4］。
一般来说，在光电精密测量中，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明显。本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号，所以，尽量避免噪声干扰是首要任务，所以，设计时采用光伏模式。
2．2光电二极管的等效电路模型
工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型如图3所示，它包含一个被辐射光激发的电流源、一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电阻。图中，IL为二极管的漏电流；ISC为二极管的电流；RPD为寄生电阻；CPD为光电二极管的寄生电容；ePD为噪声源；Rs为串联电阻。
由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没有压降，故为零偏置。在这种方式中，影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD，它们将影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。CPD是由光电二极管的P型和N型材料间的耗尽层宽度产生的。耗尽层越窄，结电容的值越大。相反，较宽的耗尽层(如PIN光电二极管)会表现出较宽的频谱响应。硅二极管结电容的数值范围大约在20或25pF到几千pF以上。而光电二极管的寄生电阻RPD(也称作"分流"电阻或"暗"电阻)，则与光电二极管的偏置有关。
与光伏电压方式相反，光导方式中的光电二极管则有一个反向偏置电压加至光传感元件的两端。当此电压加至光检测器件时，耗尽层的宽度会增加，从而大幅度地减小寄生电容CPD的值。寄生电容值的减小有利于高速工作，然而，线性度和失调误差尚未最优化。这个问题的折衷设计将增加二极管的漏电流IL和线性误差。
3电路设计
3．1主放大器设计
众多需要检浏的微弱光信号通常都是通过各种传感器来进行非电量的转换，从而使检测对象转变为电量(电流或电压)。由于所测对象本身为微弱量，同时受各种不同传感器灵敏度的限制，因而所得到的电量自然是小信号，一般不能直接用于采样处理。本设计中的光电二极管前置放大电路主要起到电流转电压的作用，但后续电路一般为A／D转换电路，所需电压幅值一般为2V。然而，即使是这样，而输出的电压信号一般还需要继续放大几百倍，因此还需应用主放大电路。其典型放大电路如图4所示。
该主放大器的放大倍数为A=l＋R2/R3，其中R2为反馈电阻。为了后续电路的正常工作，设计时需要设定合理的R2和R1值，以便得到所需幅值的输出电压。即有
3．2滤波器设计
为使电路设计简洁并具有良好的信噪比,设计时还需要用带通滤波器对信号进行处理。为保证测量的精确性，本设计在前置放大电路之后加人二阶带通滤波电路，以除去有用信号频带以外的噪声，包括环境噪声及由前置放大器引人的噪声。这里采用的有源带通滤波器可选通某一频段内的信号，而抑制该频段以外的信号。该滤波器的幅频特性如图5所示。图5中，f1、f2分别为上下限截止频率，f0为中心频率，其频带宽度为：
B=f2-f1=f0/Q
式中，Q为品质因数，Q值越大，则随着频率的变化，增益衰减越快。这是因为中心频率一定时，Q值越大，所通过的频带越窄，滤波器的选择性好。
有源滤波器是一种含有半导体三极管、集成运算放大器等有源器件的滤波电路。这种滤波器相对于无源滤波器的特点是体积小、重量轻、价格低、结构牢固、可以集成。由于运算放大器具有输人阻抗高、输出阻抗低、高的开环增益和良好的稳定性，且构成简单而且性能优良。本设计选用了去处放大器来进行设计。
本设计选用了去处放大器来进行设计。
图6所示的二阶带通滤波器是一种二阶压控电压源(VCVS)带通滤波器，其滤波电路采用有源滤波器完成，并由二阶压控电压源(VCVS)低通滤波器和二阶压控电压源高通滤波器串接组成带通滤波器。
对于第一部分，即低通滤波器，系统要求的低通截止频率为fc，其传递函数为：
第二部分为高通滤波器，系统要求的高通截止频率为fc，其传递函数如下：
4完整的检测电路设计
本光电检测系统设计的完整电路如图7所示。为方便表示，电路中的R2、R3即为前面等效电路模型中的RT、RF。前级部分由光电转换二极管与前级放大器组成，这也是光电检测电路的核心部分，其器件选用高性能低噪声运算放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号，以实现数倍的放大。然而，虽然前级放大倍数可以设计得很大，但由于反馈电阻会引入热噪声而限制电路的信噪比，因此前级信号不能无限放大。
【关键词】机器视觉 ITO 斑马纸 图像处理 偏移计算
1 前言
过去几十年中，中国作为“世界工厂”，凭借着人口红利，较低的人力成本，打造出了“中国制造”的品牌，但是随着人力成本的上升、经济转型升级，以往粗放型生产模式已经不能适应现代化工厂生产线的需求。随着德国在2013年的《高科技战略2020》中工业4.0概念的提出，如何从“中国制造”向“中国智造”转变成为了当务之急。
产品在其生产制造过程中有着大量的检测、验证工序，利用机器视觉所具有的非接触、速度快、精度高以及高性价比等特点代替以往的以人工为主的生产检测方式，可以大大减少在检测和验证工序的人力成本、时间成本，提高生产效率、质量以及生产的自动化程度；机器视觉检测技术在智能生产的过程中必将发挥其至关重要的作用。本文主要就机器视觉在生产过程中的热压焊接目标的位置偏移检测技术进行设计并加以说明，抛砖引玉，希望能够使机器视觉检测技术在生产制造过程中得到更广泛的应用，推动从“中国制造”到“中国智造”的转变。
2 简介
2.1 ITO与斑马纸
ITO导电玻璃是一种无色透明的物质，具有良好的导电性，耐碱性易被酸刻蚀。普遍应用于LCD、TP、CF、OLED、TFT等产品。普通的ITO玻璃由ITO层、SiO2层、玻璃基板三部分构成，如图1所示。
LCD液晶屏实物图如图2所示。
从图2可以看出，在一般环境光下ITO玻璃为透明、半透明状态，这对机器视觉的检测提出了一定的要求，也是本机器视觉系统解决的难点之一。
斑马纸，也称为热压密封连接器，俗称导电纸，是一种可弯折、性能稳定、使用简便的连接传导的电子元配件，在液晶显示器与电路板、电路板与电路板等的电子、电器的相互连接等方面有广泛的运用。
2.2 需求说明
目前国内生产线上对LCD热压焊接工序主要依靠人工通过专门的热压焊接机进行对齐和焊接，整个工序分成多个步骤，首先放置液晶屏与斑马纸并通过专门的显示设备人工将其对齐并热压然后再放置电路板将电路板与斑马纸另一端对齐并热压焊接；这种方法耗费过多人力且效率低下难以满足批量生产的要求。
本系统的目的即开发一种仅需将ITO导电玻璃、斑马纸、电路板按规定放置，通过机器视觉检测三者相对偏移数值并通过伺服运动平台对偏移进行修正，最后进行热压焊接的设备，提高LCD热压焊接工序的工作效率，以期能够满足批量生产的要求。
3 系统架构简述
本系统采用机器视觉技术来实现对LCD、斑马纸、电路板三者位置偏移的计算，并通过精密伺服运动平台对偏移进行纠正，最后使用热压焊接头对目标进行焊接；系统控制示意图如图3所示。
由于本文篇幅限制，仅对系统中的机器视觉部分进行展开和说明。
4 机器视觉系统
机器视觉系统是整个偏移检测及校准系统的核心部分。由于本系统应用于位置偏移的检测，为了防止对图像的处理使真实偏移数值出现失真，不能对原始图像进行过多的图像处理操作；因此原始图像的质量就成为了机器视觉部分中最为重要的关键，原始图像质量的好坏直接影响整个机器视觉系统的可靠性和稳定性；这对机器视觉系统的图像采集设备提出了更高的要求。
4.1 硬件选型
视觉系统的硬件部分主要由摄像机、光源及其他控制器件组成，其主要功能为将目标物体的图像转化为可被计算机处理的数据，为之后软件的图像处理提供必要的素材。经过多方参考比对和实验，摄像机最终选用130万像素CCD相机；由于ITO玻璃的物理特性，使用一般的光源，摄像机成像系统难以清晰的识别ITO层上的电路管脚，从而影响机器视觉识别的最终结果；通过对多种照明方式的反复试验，最终选取同轴光源对标的物进行照明，能有效增强标的物在摄像机成像时的对比度。另外，考虑到应用场景环境光的不可控性，而本系统对于外界环境光的要求又十分严苛，所以在系统内搭建小型光学暗室使视觉环境可控。
视觉系统硬件部分如图4所示。
4.2 软件系统设计
图像处理软件的功能是通过硬件将被测标的物的图像保存至计算机内存中，再使用图像处理算法对图像进行处理（包括二值化、边缘检测等），使图像中的关键信息能够被识别，从而达到检测LCD、斑马纸、电路板三者位置偏移的数值并对其进行修正的目的。通过硬件系统采集到的原始图像如图5所示。
本软件系统开发环境以Windows XP为操作系统并以Visual Studio 2010为开发平台使用VC++作为开发语言；系统软件主要分为系统设置模块、图像采集模块、图像处理模块、偏移检测模块和结果显示模块。
图像处理模块中，由于本系统是对标的物位置偏移的检测，为了防止图像在处理过程中出现不必要的误差，所以对原始图像并未进行过多的图像处理操作，图像处理的操作主要是图像的二值化和图像的边缘检测以及一定的降噪处理。二值化以后的图像如图6所示。
偏移检测模块实现对图像的偏移量的检测和计算，斑马纸在生产过程中由于生产工艺的问题存在一定的公差，所以在计算偏移量时采用的是取平均偏移量的计算方法，即分别对ITO、斑马纸和电路板金手指选取多个管脚导线并计算它们的中值相对于原始图像的位置，从而计算它们之间的位置偏移量。各部分边缘检测效果图如图7、图8、图9所示。
系统通过边缘检测获得图像中所有管脚导线的边缘相对于原始图像的位置，并计算各自中线相对于原始图像的位置，中线位置的偏移量即各部分之间的偏移量，随后通过伺服控制模块对各部分进行位置调整，即可实现各部分对齐的目标。
由于斑马纸生产工艺的限制，每张斑马纸均存在一定的公差，使得想要做到各部分完全精确的对齐非常困难，但是通过对多个管脚导线的位置取中值的做法可以缓解这种公差对对齐效果的影响，使最终的对齐效果能够满足LCD热压焊接的要求。
5 结语
目前对于LCD热压焊接工序，生产企业主要采用人工检验并调整的方式，存在诸如耗时长、人工成本高等问题。本系统通过引入机器视觉技术对ITO、斑马纸及电路板金手指的位置偏移检测实现自动化，提高生产效率，减少人力成本并保证产品质量。
（1.贵州大学电子科学系，贵州 贵阳 550025；2.贵州省微纳电子与软件技术重点实验室，贵州 贵阳 550025）
【摘 要】应用0.5umCMOS工艺，在5V电压下设计了一个放大倍数为81.29dB的二级运算放大器，采用了密勒补偿的方法对电路进行补偿，相位裕度达到64度。偏置电路中采用cascode连接结构确保偏置稳定。另外输入级采用差分输入，增强电路抗干扰能力。
关键词 运算放大器；反馈补偿；高性算计算
0 引言
运算放大器是模拟系统或者数模混合信号系统的一个重要部分，在很多领域中涉及到运算放大器的应用[1]，包括有源滤波器、采样保持电路、模数转换器、波形发生器等等。各种机构与复杂性各异的运放来实现各种各样的功能[2]：从产生偏置到滤波或放大。增益和稳定性[3]是运算放大器的两大重要因素，而这两方面的因素是由运放电路结构决定的。对这两方面的优化是互相制约的，通过多级级联可以获得较高的放大倍数，但是多级运放实现高增益的同时，由引入了多个极点。使得运放的稳定性显著恶化。通过在输入与输出间添加补偿电容和调零电阻的方法可以对单位增益带宽和相位特性进行调节[4]。本电路在第二级的输入与输出间增加了补偿电容和电阻构成的RC密勒补偿。补偿电容用来调节电路的极点，进而调节增益带宽。补偿电阻用来调节电路的零点，从而调节相位特性。
1 电路实现
图1给出的CMOS二级运算放大器的结构电路图。主要包括了以下几个部分：偏置电路、输入级放大电路、二级放大电路、补偿电路。
偏置电路由M8-M13晶体管和电阻R1组成。M8和M9参数相同，是一对匹配的pmos镜像电流源。通过在M12上串联电阻R1，使的晶体管M12和M13失配。电阻R1决定了偏置电流I1的大小。M11与M13接为二极管形式，为cascode连接的M10提供偏置电压，这种cascode结构减小了沟道长度调制效应造成的电流误差。
由于镜像电流源M8和M9的作用，M12与M13通过的电流是相等的I1.可得
可以得到偏置电流为
从上式中可以看到，I1仅与电阻R1阻值和晶体管M12和M13的尺寸有关，不受电源电压的影响。因而可以通过调节电阻R1和晶体管M12和M13的尺寸来调节偏置电流的大小。每个晶体管的Gm都正比于，因为可以通过I1求出每个晶体管的跨导。
输入级放大电路由M1-M5组成。其中M5为输入级提供稳定的偏置电流。而M1和M2是一组差分输入对，相比单端输入可以有效地抑制共模信号干扰。M3和M4作为有源负载。输出级由M6、M7组成。M6是共源放大结构，M7提供偏置电流也作为第二级的输出负载。相位补偿电路由电阻R0和电容Cc构成。跨接在输出级的输入和输出之间。绘制电路的简单的等效模型如图2。
图中两级都是互导放大器，第一级电压增益为：
A1=Gm1R1=ɡm1（r2r4）
第二级位：
A2=Gm2R2=-ɡm6（r6r7）
所以总的放大倍数估计为：
A=A1A2=-ɡm1ɡm6（r2r4）（r6r7）
由等效电路可以得到两个KCL等式
可得电路的传输函数为
在第二级的输入和Cc之间串联串接一个电阻,可以通过调节阻值的大小来实现调节零点的作用。串联后系统函数的极点不发生变化，零点变为
通常将零点移动到略大于单位增益带宽的地方，以获得足够大的相位裕度，确保电路稳定。
2 仿真结果
图3给出了用cadence中的spectre仿真的幅频和相频特性。可以看到仿真结果和理论基本吻合，增益能达到81.29dB，相位裕度达到64度。单位增益带宽26.74MHz。
3 结束语
本文设计了采用米勒补偿的二级运算放大器，即在输出级和输入级间串联补偿电容和电阻。即提高了增益，又增加了运算放大器的单位增益带宽，同时保证了相位裕度在60度以上，保证了电路的稳定。
参考文献
［1］易清明,张静,石敏.低功耗CMOS集成运算放大器的研究与设计[J].微电子学,2007,03:414-416+420.
［2］李建中,汤小虎,魏同立.一种低电压CMOS折叠-共源共栅跨导运算放大器的设计[J].微电子学,2005,04:412-415.
［3］柳逊,闫娜,吴晓铁,程君侠.一种高性能运算放大器的设计[J].微电子学与计算机,2005,06:28-30+33.
目前,变配电站综合自动化装置(微机保护)是利用操动机构的分励线圈来进行事故跳闸,操作电源一旦发生故障,继电保护就会拒动.所以变配电站综合自动化装置(微机保护)用于交流操作时,操作电源必须可靠,需要选用带蓄电池的不间断电源.如果操作电源取自电压互感器的二次侧或控制变压器做操作电源,无法保证供电的可靠性,那么事故跳闸必须采用电流脱扣器.发生短路事故时要进行大电流切换,需要采用专用继电器,接点容量必须进行校验.电流脱扣器动作可靠性也必须进行校验.因此,把变配电站综合自动化装置(微机保护)保护跳闸出口(X-11,12,13,14)配用专用大容量继电器KA,增加一对常开干接点,就可以采用去分流式电路,利用电流脱扣器进行事故跳闸.大容量的跳闸接点采用带电保持,断电释放的可靠方式,使得电流脱扣器可靠跳闸.保护原理见图3.图3中微机综合保护JZB的设计在章节3“交流操作电源的微机综合保护设计”中阐述.
2交流操作回路设计方案的优点
由一次供电系统给交流操作电源供电,可靠性和稳定性不如直流系统,但交流操作电源系统也具有成本低或性能可靠及接线简单的优势.一套智能接口的直流电源需15万元以上,这对于农村、小工矿企业的设备更新和改造是一笔巨资,以交流操作系统取代直流操作系统节省了大量资金.如果用节省下来的资金购买8~12回路出线的微机综合二次保护装置,是非常经济的,同时也大大提高了系统的可靠性;交流操作电源可使二次回路简化,维护方便.交流操作不需要专门的电流变换装置,且二次回路简单,发生故障少,日常运行维护方便[6].交流操作电源主要适合以下场合:中小型水电站;中小型工矿企业变配电站;农村的小型变电站;建筑电气中的变配电所;煤矿系统输煤系统生产线等用电系统[7].
3交流操作电源的微机综合保护设计
(1)基本保护功能配置.三段式电流保护(电流速断,限时电流速断,定、反时限过电流);电流闭锁低电压保护;零序电流保护;PT断线报警;接地故障报警;控制回路断线告警.(2)额定交流参数.装置电源:AC220V;交流电压100V;交流电流5A或1A;额定频率50Hz;功率消耗:直流回路正常工作不大于15W,动作时不大于25W;交流电压回路每相不大于0.5VA.交流电流回路:额定电流为5A时,每相不大于1VA;额定电流为1A时,每相不大于0.5VA.接点容量:信号回路为AC220V/5A;跳合闸出口回路为AC380/5A;速断跳闸出口回路为AC380/15A.电源电压范围:DC220V,允许偏差:-20%~+15%;DC110V,允许偏差:-20%~+15%;AC220V允许偏差:-50%~+20%;AC110V,允许偏差:-50%~+20%.(3)交流开入回路设计.采用专用双向光耦并对电路参数进行合理设计后,装置对交流开入的检测速度更快,信号更可靠,检测范围更宽.(4)交流操作电源微机综合保护装置的设计要求.满足交流供电要求;同时支持直流电源和交流电源供电;AC220V输入和AC100V输入自动适应,不需外加跳线区别,在两种电源水平、电源较大波动范围下正常工作,以保证装置在系统故障时仍能可靠动作;双路电源输入具备自动切换告警功能[8];具有掉电记忆功能,若系统故障失电,在一定时间内,保护装置能正确动作;能与交流操作机构配合,大容量的跳闸接点采用带电保持,断电释放的可靠方式,使得电流脱扣器可靠跳闸;内部增加电容储能元件:在电源板整流回路之前并联大容量电容器件,在外部交流电源消失后,由电容器向装置和操作回路继续供电一段时间,保证装置的正常动作;如果条件允许的场合,可采用交流不间断电源装置(UPS)为保护装置供电[8],则交流操作的微机保护的稳定性和可靠性就更高,可与直流操作电源差不多.
各种集成视频滤波放大器。关键词：模拟视频滤波；视频滤波放大器
对于视频摄像系统，视频DAC输出最常见的信号是视频消隐、同步(CVBS)以及亮度/色度(Y/C)复合信号。本文详细介绍几种滤波放大器的配置，具有不同的DAC输出信号直流电平、信号振幅以及交、直流耦合视频信号的组合。集成视频滤波器的常用电源电压是5V或3.3V，对于要求微功耗的应用，可以采用1.8V或2.5V电源对视频滤波放大器供电。这些低功耗应用中的滤波放大器(MAX9509)采用了Maxim的DirectDrive专利技术，通过内部固定8V/V增益获得2VP-P视频信号。以下几种配置的共同特性是：所有输出都在75Ω负载上进行测量。因此，当输出曲线显示1VP-P时，集成滤波放大器的输出为2VP-P。此外，所有滤波器均采用75％的TV NTSC彩条信号作为信号源。
重建滤波器连接视频DAC与视频放大器
图1中，视频DAC的输出通过重建滤波器与MAX9502G视频放大器连接。对DAC的视频信号输出进行偏置，使同步头接近地电位。MAX9502G对信号进行滤波放大，得到2VP-P,的输出信号，并为信号提供直流偏置。MAX9502G的输出也提供了偏置，其同步头大概高于地电位300mV。在负载处，由于输出端采用75f2分压结构，该同步头电平变为150mV。MAX9502G是集成度非常高的解决方案，占用很小的电路板面积，能够在绝大多数便携式系统设计中有效节省空间。注意：如果视频输出需要交流耦合电容，则不建议使用该方案；这种情况下，设计人员应寻求其它解决方案。
视频DAC向视频放大器提供交流耦合信号
图2所示电路，视频DAC向MAX9586视频滤波放大器提供交流耦合视频信号。这对于要求交流耦合、同步头低于地电位的单电源应用是非常好的解决方案。然而，输出交流耦合信号并没有把黑电平置于地电位；黑电平随着视频信号内容的变化而变化。MAX9586可以驱动两个直流耦合视频负载或一个交流耦合150Q负载。提供0.5VP-P直流偏置信号
图3和图1非常相似，只是其DAC只能输出0.5VP-P的直流偏置信号。这种情况下，具有12dB固定增益的MAX9502M是比较合适的解决方案。负载上的视频信号有直流偏置，同步头大约高于地电位150mV。此外，DAC的视频信号输出必须在地电位以上。MAX9502M可以为一路150Ω对地负载提供2VP-P的视频驱动。
只有一路CVBS或Y信号输出的视频DAC
图4提供了一种非常有趣的配置。某些应用中，DAC同时提供Y和C信号，而图4只有一路输出。这一输出可以在CVBS和Y信号之间进行选择，这样，可以使用求和(合成器)电路产生CVBS信号。在同一输出上很难同时提供这两类信号，也很难在正确的时间对这两类信号进行切换。一般在输出线上采用一个2：1复用器实现这一功能。好在这里所使用的MAX9524视频滤波放大器集成了两个模拟单刀单掷开关，可以配置成2：1复用器，从而利用一个芯片就能够适当选择输入，并对其进行滤波放大。由于对Y、C信号求和后无法确定其直流电平；因此，应该在滤波放大之前对视频信号进行交流耦合。交流耦合电容之后的箝位电路建立偏置电平。设计人员应注意产生CVBS信号的求和电路设计，应仔细考虑Y、C信号的直流偏置电平以及DAC所允许的电压范围。直接连接Y、C信号所产生的CVBS信号会超出DAC电压范围，具体取决于每个信号的直流偏置电平。
具有Y/C至CVBS合成器的多路视频输出
图5中的MAX9512有四个独立的输出通道，可理想用于多路视频输出设计。该器件还有一个Y/C至CVBS的合成器，从Y、C信号产生复合视频信号。每路输出可驱动两个直流耦合视频负载，或一个交流耦合150Ω负载。芯片采用了Maxim的SmartSleep技术(图中没有画出)，能够对输入信号或输出负载进行检测，相应地接通或关断不同的放大器，从而降低功耗。这一配置常见于提供一路S端子以及两路CVBS输出的应用。
【关键词】门式起重机；PLC；变频器；纠偏
在大跨距门机的实际使用中受到很多因素的影响，导致刚性腿与柔性腿之间行走速度的不能完全同步，如大车轨道高低不平，大车行走轮直径的偏差，减速机的机械偏差 ，电机转速偏差，大车行走机构承受的载荷存在差异等。在因此产生的偏差达到设计规定值时 ，起重机就应自动减速纠偏，；如果偏差在一定延时时间内无法调整到正常值内，控制系统自动要断开大车运行控制回路，使起重机自动停车。这时，就要依靠操作员根据偏差指示仪进行手动纠偏。
1．常用的自动纠偏的方法
要实现大跨度门机的自动纠偏，首先要分析并找出偏差产生的原因，然后采取相应的纠偏措施。常用的方法如下所示：
1.1通常的方法，是在两侧支腿各安装一个行走随动轮，通过编码器测量随动轮转动产生的脉冲信号，并将信号输入到PLC ，计算出两侧的行走速度或行走距离，进行纠偏处理。
1.2对于变频控制的系统，可以采用变频器的同步功能进行纠偏控制。首先通过编码器采集刚性腿与柔性腿的脉冲信号，然后将脉冲信号输入到对应侧的变频器编码器卡，变频器之间通过通讯的方式进行信号处理，控制各自的输出频率，达到纠偏目的。
1.3可以通过比较主梁与柔性腿的夹角大小的方法进行纠偏。这可以在柔性铰接处安装角位移传感器，当测量角度大于或小于90度，输出控制信号进行纠偏。
1.4在刚性腿侧和柔性腿侧安装光束传感器或各类型感应传感器，侧量两侧行走的距离，将采集信号输入PLC，经程序处理输出控制信号进行纠偏。
通过以上方法我们不难看到，电气自动纠偏的原理大概一致，即通过编码器或传感器测量刚性退与柔性腿两侧的行走距离或行走速度，将信号反馈到处理器，通过比较测量值间的偏差进行补偿，都是采取闭环的控制方法。
2.大车电气控制和自动纠偏系统应用
2.1方案配置
本方案采用刚、柔腿侧的电动机分别用两个安川H1000变频器同时驱动，采用上述第一种方法进行自动纠偏控制，变频器的调速范围为0～50HZ。具体系统配置如下：
1)控制方式为联动台主令控制，各机构4档控制。
2)大车行走机构采用多转速给定，1～4速的对应频率分别设定为5HZ、15HZ、35HZ、50HZ。
3)将刚、柔腿侧编码器的脉冲信号反馈到PLC或变频器进行闭环控制。
4)电气系统设有错相和缺相保护，过压失压保护、零位保护、电动机过载保护、制动单元过热保护、门限位开关、大小车限位，线路过载、短路、断路保护等。
5)控制系统具有抗干扰能力，对电磁波辐射、电网电压瞬间波动、无线电波、电源高次谐波都有屏蔽过滤功能，控制系统在电网电压波动10%时仍能正常工作。
6)刚性腿侧与柔性腿侧各2个4KW的大车电动机，采用2个安川H1000系列11KW变频器，内置制动单元，两套1800w/40Ω制动电阻。
2.2电气自动纠偏原理
基本程序编制和参数设定方法是通过计算编码器脉冲数计算刚、柔腿侧大车随动轮实际运行的距离偏差 。当偏差达到设计规定值时，运行较快的一侧减速运行，以达到纠偏效果。具体的工作过程如下图所示：
K06、K07为大车左行与右行的运行输入信号，分别输入到PLC的X06、X07端口，当运行信号输入后，内部计数器开始计数，此时门机开始行走，编码器A发出的脉冲信号通过X00、X01端子输入到PLC，编码器B发出的脉冲信号通过X03、X04端子输入到PLC，两组脉冲信号通过内部计数器进行比较，数值大的一侧速度较快，对相应的驱动设备进行控制，使其速度降低(一档不纠偏，二档以上速度运行时纠偏系统起作用)，当速度恢复到合理的数值范围内，重新快速运行，从而实现自动纠偏控制。
自动纠偏的方法是快了就减速的方法——如起重机在运行过程中，刚性腿侧较快时，经过PLC程序处理，PLC输出继电器KQ0动作，使继电器K13失电，从而使K02继电器失电，刚性腿变频器停止输出，柔性腿侧的2个电动机则立即进行减速惯性停止（电磁制动器仍然打开），此时，柔性腿变频器以一档速度低速驱动输出。当两侧距离回到允许偏差距离内时，KQ0继电器重新得电，使柔性、刚性腿侧电动机又同时以相同的转速稳定运行。
如起重机在运行过程中，柔性腿侧较快时，经过PLC内部程序处理，PLC输出继电器KQ1动作，使继电器K14失电，从而使K22继电器失电，柔性腿变频器停止输出，柔性腿侧的2个电动机则立即进行减速惯性停止（电磁制动器仍然打开），此时，刚性腿变频器以一档速度低速驱动输出。当两侧距离回到允许偏差距离内时，KQ1继电器重新得电，使柔性、刚性腿侧电动机又同时以相同的转速稳定运行。
考虑到纠偏过程的安全性和稳定性，纠偏时设备驱动侧以最低速运行。如图所示，无论K13或K14继电器失电，行走二速和行走三速信号均断开。同时KQ2继电器输出，控制报警装置发出报警信号。
2.3人工纠偏原理
当门机两侧的偏差超过一定范围（可根据设备工况设置），KQ0、KQ1、KQ2继电器同时输出，此时依靠SB转换开关进行人工纠偏。如下图所示，当SB左打时，K02和K03继电器得电，同时制动器接触器K07得电，制动器打开，此时配合主令左行或右行，可控制刚性腿侧移动；当SB右打时，K22和K23继电器得电，同时制动器接触器K07得电，制动器打开，此时配合主令左行或右行，可控制柔性腿侧移动。纠偏过程中报警装置一直发出报警信号，知道偏差回到允许范围内，报警声停止，纠偏结束。在这里，出于安全性考虑，SB转换开关为自复位转换开关，纠偏操作时操作人员要一直用力，否则纠偏操作无法进行。
2.4性能特点
该套方案结构简单、经济性好、易于实施、方便安装和检修。但在一些方面需要注意：
首先，如果编码器选用增量型编码器，设备长时间断电后，编码器的数据将清零，就无法检测到起重机的偏斜量或行走位置，就需要对起重机进行零点的校对，降低工作效率。为了解决这个问题，可以预先在轨道的两端和中间位置设置锚定点，并做校验点使用，长时间断电停车时，可以停在就近的锚定点位置，方便下次设备工作时编码器从“0”开始计数；另外，还可以用绝对值型编码器替代增量型变编码器，使设备成本稍微提高。
上述纠偏控制系统的主要信号源是编码器脉冲计数，因此保证编码器信号的准确性是纠偏系统正常运行的关键。如果出现随动轮空转或打滑，就会导致错误的纠偏状态，存在安全隐患。 [科]
【参考文献】
［1］GB/T3811-2008，起重机设计规范．