時(shí)間：2023-03-24 15:09:31
導(dǎo)語(yǔ)：在電氣碩士論文的撰寫(xiě)旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
工業(yè)工程（IndustrialEngineering，簡(jiǎn)稱IE）是一門(mén)工程技術(shù)與管理技術(shù)相結(jié)合的綜合性工程科學(xué)，它以降低成本、提高質(zhì)量和生產(chǎn)率為導(dǎo)向，采用系統(tǒng)化、專業(yè)化和科學(xué)化的方法，綜合運(yùn)用多種學(xué)科的知識(shí)，對(duì)人員、物料、設(shè)備、能源和信息所組成的集成系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新和決策等工作，使之成為更有效、更合理的綜合優(yōu)化系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行及效果進(jìn)行鑒定、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。
IE在19世紀(jì)末起源于美國(guó)，并在歐洲、日本等國(guó)家得到迅速應(yīng)用和發(fā)展。到了二戰(zhàn)期間，美國(guó)多數(shù)大學(xué)的工學(xué)院都已經(jīng)相繼成立了正系，并開(kāi)始招收IE碩士生，到1990年美國(guó)已有150所大學(xué)的工學(xué)院設(shè)有IE系，其中92所可以招收碩士生。1992年國(guó)家教育部批準(zhǔn)西安交通大學(xué)和天津大學(xué)首批設(shè)立IE專業(yè)，1993年正式招收IE專業(yè)本科生，目前，我國(guó)已有150多所高校設(shè)立了IE專業(yè)。1999年國(guó)家教委批準(zhǔn)設(shè)立IE工程碩士點(diǎn)。
2.工業(yè)工程專業(yè)碩士研究生的特點(diǎn)
IE最初主要應(yīng)用在機(jī)械制造、電氣工程、材料工程等領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代管理發(fā)展，IE的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到服務(wù)行業(yè)、公用事業(yè)甚至政府部門(mén)。工業(yè)工程強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)觀念”和“工程意識(shí)”重視研究對(duì)象的“統(tǒng)籌規(guī)劃、整體優(yōu)化和綜合原理”。目前現(xiàn)代工業(yè)工程涉及的研究方向主要有：人因工程、生產(chǎn)及制造系統(tǒng)工程、現(xiàn)代經(jīng)營(yíng)工程、工業(yè)系統(tǒng)分析方法與技術(shù)等。
IE專業(yè)碩士研究生都是具有四年以上實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)及事業(yè)單位的在職專業(yè)技術(shù)人員和管理人員，他們經(jīng)過(guò)了一定的工程技術(shù)和工程管理工作的訓(xùn)練，積累了豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立工作能力較強(qiáng)。但是，由于他們本科畢業(yè)已多年，外語(yǔ)水平不高，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和應(yīng)用能力較弱，基礎(chǔ)及專業(yè)理論知識(shí)相對(duì)薄弱和陳舊，但分析和解決問(wèn)題的能力較強(qiáng)。另外工業(yè)工程專業(yè)碩士研究生大多是作企事業(yè)單位的骨干或重要領(lǐng)導(dǎo)者，他們是帶著工程實(shí)踐中的實(shí)際問(wèn)題而來(lái)的，具有強(qiáng)烈的求知欲。工程碩士學(xué)習(xí)方式是“進(jìn)校不離崗”，集中在每周六和周日集中授課，保證了工程碩士在不耽誤本職工作的前提下，學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。
3.創(chuàng)新工業(yè)工程工程碩士人才培養(yǎng)模式
3.1 工業(yè)工程專業(yè)碩士培養(yǎng)的總體目標(biāo)
工程碩士的培養(yǎng)應(yīng)該按照“積極發(fā)展、規(guī)范管理”的指導(dǎo)思想，認(rèn)真分析和把握工業(yè)工程碩士培養(yǎng)的特點(diǎn)，努力提高工業(yè)工程碩士培養(yǎng)質(zhì)量。工業(yè)工程領(lǐng)域碩士學(xué)位獲得者應(yīng)具有堅(jiān)實(shí)的自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，系統(tǒng)的掌握某一門(mén)工程專業(yè)知識(shí)和工業(yè)工程的基本理論與方法，懂得現(xiàn)代工程經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工程管理理論，掌握解決工程技術(shù)問(wèn)題的先進(jìn)技術(shù)和手段，并能綜合應(yīng)用這些理論和方法，分析、解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題。
3.2 創(chuàng)新工業(yè)工程人才培養(yǎng)模式
在體現(xiàn)新時(shí)期社會(huì)發(fā)展需求的前提下，我們?cè)谝韵聨讉€(gè)方面加強(qiáng)正專業(yè)工程碩士創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)：注重科學(xué)研究能力、工程實(shí)踐能力、組織協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新能力的全面培養(yǎng)，突出創(chuàng)新能力；重視知識(shí)、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展；加強(qiáng)管工結(jié)合，因材施教，靈活教學(xué)，注意IE領(lǐng)域工程科學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿知識(shí)的傳授。
（1）優(yōu)化培養(yǎng)方案，完善課程體系
工業(yè)工程碩士是工程領(lǐng)域里的一種專業(yè)學(xué)位，它側(cè)重于工程應(yīng)用。課程設(shè)置強(qiáng)調(diào)較寬的學(xué)科覆蓋面，因此必須對(duì)工程碩士生加強(qiáng)基礎(chǔ)理論和拓寬專業(yè)知識(shí)，建立起一個(gè)合乎工業(yè)工程工程碩士知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和素質(zhì)結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)方案。管理領(lǐng)域的工業(yè)工程課程設(shè)置主要包括：①學(xué)位課程?？茖W(xué)社會(huì)主義理論與實(shí)踐、自然辯證法、外語(yǔ)、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件基礎(chǔ)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、戰(zhàn)略管理、工業(yè)工程理論與實(shí)務(wù)、先進(jìn)制造技術(shù)。②選修課?，F(xiàn)代生產(chǎn)與管理、人因工程、質(zhì)量系統(tǒng)工程與管理、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)學(xué)、設(shè)施規(guī)劃與物流分析、價(jià)值工程等與工程結(jié)合的工程領(lǐng)域或相關(guān)的技術(shù)課程。學(xué)位課學(xué)分19分，累計(jì)學(xué)分33分。
（2）有效利用現(xiàn)代信息技術(shù)
信息技術(shù)的飛速發(fā)展，為教育和教學(xué)方式的變革提供了可靠的保證。應(yīng)用遠(yuǎn)程教育和多媒體等手段進(jìn)行教學(xué)，可以憑借其信息量大、交互性強(qiáng)，覆蓋面廣等特點(diǎn)，突破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制。這種新的教學(xué)手段可以適應(yīng)工業(yè)工程碩士生不能像全日制學(xué)生那樣集中時(shí)間學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，學(xué)生可以在業(yè)余時(shí)間和工作的空閑時(shí)間里進(jìn)行自修，老師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)手段如電子郵件等給學(xué)生布置作業(yè)和答疑等。
（3）抓好工程碩士學(xué)位論文質(zhì)量關(guān)
①論文選題與開(kāi)題。工程碩士論文研究題目一般直接來(lái)源于企事業(yè)單位生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和管理工作實(shí)際，工程背景明確、應(yīng)用性強(qiáng)。論文有一定的技術(shù)難度、先進(jìn)性，體現(xiàn)作者綜合運(yùn)用工業(yè)工程科學(xué)理論、方法和技術(shù)手段解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。論文開(kāi)題報(bào)告由導(dǎo)師審查通過(guò)后，由學(xué)校組織3-5名具有副教授以上職稱的專家小組論證，通過(guò)者方可進(jìn)入論文階段。②論文指導(dǎo)。工程碩士的指導(dǎo)采用雙導(dǎo)師制，有校內(nèi)具有工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師與企事業(yè)單位內(nèi)經(jīng)單位推薦的業(yè)務(wù)水平高、責(zé)任心強(qiáng)、具有高級(jí)技術(shù)職稱的兼職導(dǎo)師聯(lián)合指導(dǎo)，保證工程碩士論文的質(zhì)量。③論文答辯。論文經(jīng)過(guò)導(dǎo)師審查通過(guò)，且工程碩士生完成了培養(yǎng)方案中規(guī)定的所有環(huán)節(jié)并成績(jī)合格，才可以申請(qǐng)參加學(xué)位論文答辯。工程碩士生學(xué)位論文應(yīng)有3位專家評(píng)閱，其中一位為校外專家評(píng)閱，另外兩位為校內(nèi)專家。答辯委員會(huì)由5位專家組成，并聘請(qǐng)校外工程領(lǐng)域具有高級(jí)職稱專家作為答辯委員會(huì)主席。
4.結(jié)論
關(guān)鍵詞：智能風(fēng)冷控制 變壓器 IEC61850 控制IED設(shè)計(jì) 智能變電站
中圖分類號(hào)：TM401.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2012）11-0032-02
隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展與推進(jìn)，變壓器智能化的研究與設(shè)計(jì)將是變壓器技術(shù)發(fā)展的方向，風(fēng)冷控制系統(tǒng)作為變壓器不可或缺的重要組成部分[1-2]，必需滿足變壓器智能化發(fā)展的要求。目前我國(guó)的220kV及以上電壓等級(jí)的變壓器大多采用強(qiáng)油風(fēng)冷冷卻方式[3-5]，控制部分大多采用PLC或單片機(jī)完成，系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，控制功能簡(jiǎn)單且控制模式基本固定，整個(gè)控制系統(tǒng)比較獨(dú)立和封閉，基本不與其他設(shè)備信息交互[6-7]，在智能電網(wǎng)通訊及信息共享的要求下，傳統(tǒng)風(fēng)冷控制系統(tǒng)已不能適應(yīng)智能變壓器發(fā)展的要求。
本文詳細(xì)介紹了變壓器智能風(fēng)冷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)構(gòu)成及配置情況、控制原理、功能實(shí)現(xiàn)以及控制IED軟硬件設(shè)計(jì)等。
1、系統(tǒng)構(gòu)成及配置
1.1 系統(tǒng)構(gòu)成
智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)基于IEC61850通訊及信息共享要求，變壓器風(fēng)冷控制作為過(guò)程層設(shè)備應(yīng)接入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，信息通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)傳輸，包括控制所需的測(cè)量數(shù)據(jù)、控制指令以及監(jiān)測(cè)結(jié)果等，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)配置
變壓器智能風(fēng)冷控制器包括冷卻控制IED以及就地控制柜組成，根據(jù)目前運(yùn)行的情況，控制器配置分為如下三種情況：（1）對(duì)于無(wú)特需要求情況，冷卻控制IED作為控制主體安裝在就地控制柜上，配置必要的輔助執(zhí)行單元和電路，完成所有控制及信息傳輸功能；（2）對(duì)于就地控制柜已有簡(jiǎn)單智能控制器的情況，如PLC、單片機(jī)等控制執(zhí)行單元，冷卻控制系統(tǒng)由冷卻控制IED與智能控制設(shè)備及輔助電路組成，完成控制及信息傳輸功能；（3）對(duì)于就地控制柜采用了特殊控制方式的情況，如風(fēng)機(jī)控制采用變頻器控制方式，冷卻控制系統(tǒng)由冷卻控制IED與變頻器及輔助電路組成，完成控制及信息傳輸功能。
2、工作原理
2.1 基于IEC61850網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸
冷卻控制IED所需測(cè)量數(shù)據(jù)主要來(lái)自測(cè)量IED，包括主變本體相關(guān)的油溫、繞組溫度、主變負(fù)荷等，來(lái)自其他監(jiān)測(cè)IED數(shù)據(jù)包括鐵芯監(jiān)測(cè)電流、主變油中氣體分析數(shù)據(jù)等，來(lái)自智能終端數(shù)據(jù)包括主變運(yùn)行信息等，通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)GOOSE傳輸方式接收。
控制指令包括來(lái)自后臺(tái)的遠(yuǎn)方控制指令經(jīng)測(cè)控裝置的控制信息、冷卻控制IED發(fā)給智能終端跳閘信息等，均通過(guò)GOOSE傳輸機(jī)制，高效、快速的通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)傳輸。
2.2 控制IED運(yùn)行方式
傳統(tǒng)風(fēng)冷控制系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)采集的局限性，一般采用固定的“運(yùn)行”、“輔助”、“備用”模式對(duì)風(fēng)機(jī)組的控制，或采用奇偶數(shù)組控制模式控制風(fēng)機(jī)組的啟停，控制模式固定單一，不利于節(jié)能和設(shè)備的有效利用。變壓器智能風(fēng)冷控制設(shè)計(jì)運(yùn)行方式分為手動(dòng)和自動(dòng)，其中手動(dòng)方式又分為就地手動(dòng)和遠(yuǎn)方手動(dòng)控制方式。自動(dòng)運(yùn)行方式下，控制IED根據(jù)油溫、繞組溫度、變壓器運(yùn)行負(fù)荷情況以及變化趨勢(shì)或者異常情況如主變鐵芯電流的增大、油中氣體反映出的熱故障等，綜合判斷出需要運(yùn)行的風(fēng)機(jī)組數(shù)，發(fā)出控制指令啟停風(fēng)機(jī)組，完成主變的冷卻控制要求。當(dāng)處于手動(dòng)就地控制方式時(shí)，與傳統(tǒng)就地控制手動(dòng)方式基本一致，運(yùn)行人員在控制柜就地通過(guò)把手或按鈕控制風(fēng)機(jī)組的啟停；當(dāng)處于手動(dòng)遠(yuǎn)方控制時(shí)，通過(guò)后臺(tái)或調(diào)度等將控制風(fēng)機(jī)組啟停命令下發(fā)給測(cè)控單元，由測(cè)控轉(zhuǎn)發(fā)控制指令到冷卻控制IED，完成風(fēng)機(jī)組的控制。
2.3 控制IED控制執(zhí)行
根據(jù)1.2節(jié)介紹的配置情況，風(fēng)冷控制IED的控制執(zhí)行分為：（1）冷卻控制IED直接控制輔助電路，如接觸器和繼電器等，完成風(fēng)機(jī)組和油泵的啟停，冷卻控制IED需要有開(kāi)出回路設(shè)計(jì)要求；（2）采用冷卻控制IED與智能控制設(shè)備及輔助電路組成的配置系統(tǒng)，冷卻控制IED采用通訊的方式與智能控制器信息交互，完成控制及信息傳輸功能；（3）采用冷卻控制IED與變頻器及輔助電路組成的配置系統(tǒng)，冷卻控制IED采用通訊或模擬量輸入輸出方式，完成控制及信息傳輸功能。
3、功能實(shí)現(xiàn)
3.1 控制電源熱備用
電源控制設(shè)置自動(dòng)手動(dòng)切換，在自動(dòng)模式下，控制電源自動(dòng)完成雙電源的互為備用，且具備自鎖功能，即當(dāng)一路電源工作時(shí)，另一路電源可靠斷開(kāi)。在手動(dòng)模式下，支持遠(yuǎn)方手動(dòng)切換。
3.2 數(shù)據(jù)采集
支持GOOSE方式從過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)接收與風(fēng)冷控制相關(guān)的測(cè)量量，完成控制所需的數(shù)據(jù)采集功能。
3.3 控制
控制策略根據(jù)綜合數(shù)據(jù)分析，合理配置風(fēng)機(jī)運(yùn)行組數(shù)，滿足變壓器運(yùn)行要求的同時(shí)兼顧節(jié)能、循環(huán)啟停風(fēng)機(jī)組以及風(fēng)機(jī)組先啟先停運(yùn)行等原則。
3.4 切換
切換功能完成遠(yuǎn)方、就地以及手動(dòng)、自動(dòng)等控制方式的切換，滿足不同運(yùn)行方式要求。
3.5 通信
風(fēng)冷控制IED具有過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)IEC61850通信功能，支持GOOSE方式數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集以及控制命令、控制結(jié)果和監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)的發(fā)送。
3.6 自檢及告警
風(fēng)冷控制系統(tǒng)的控制IED以及其他智能設(shè)備具有自檢以及異常告警功能，實(shí)現(xiàn)自身狀態(tài)檢修。
3.7 對(duì)時(shí)
控制IED滿足智能變電站所要求的對(duì)時(shí)精度和對(duì)時(shí)方式。
4、控制IED軟硬件設(shè)計(jì)
4.1 硬件構(gòu)成
硬件組成包括CPU、FPGA控制器、通信模塊、開(kāi)出控制器、開(kāi)入采集單元等組成。硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示：
系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)均通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)獲取，設(shè)置開(kāi)入插件滿足就地信號(hào)的便捷接入，當(dāng)就地控制柜配置有智能控制設(shè)備時(shí)，開(kāi)出插件可不配置。
4.2 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)變壓器智能風(fēng)冷控制功能要求以及控制策略設(shè)計(jì)，其主程序設(shè)計(jì)流程如圖3。
5、結(jié)語(yǔ)
變壓器智能風(fēng)冷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，該風(fēng)冷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合智能變電站通訊要求，滿足變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，智能化程度高，節(jié)能且風(fēng)機(jī)組運(yùn)行效率及使用壽命等方面都得到了很大提高，運(yùn)行方式靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，符合風(fēng)冷控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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作為人才培養(yǎng)的主體，地方高校面向地方大中型企業(yè)，在機(jī)械工程領(lǐng)域已經(jīng)招收了大量工程碩士研究生，培養(yǎng)一大批應(yīng)用型高層次人才，但在培養(yǎng)過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在五個(gè)方面。
1.培養(yǎng)條件差異化較大
對(duì)于地方高校而言，一方面，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)一流高校和各種強(qiáng)大資源，其硬件條件（如實(shí)驗(yàn)條件、經(jīng)費(fèi)支持、信息資源等）和軟件環(huán)境（師資力量、管理體系、研究氛圍、校企合作、公共關(guān)系等）處于相對(duì)劣勢(shì)。但另一方面，與重點(diǎn)大學(xué)相比，地方高校更為重視工程碩士培養(yǎng)，在導(dǎo)師選聘、學(xué)生待遇、學(xué)習(xí)環(huán)境上或能提供更有優(yōu)越的條件，且政策層面更加靈活。以某地方高校2009屆機(jī)械工程領(lǐng)域工程碩士為例，共29人，學(xué)院在授課方式、生活學(xué)習(xí)條件等方面實(shí)行政策傾斜，并為每位研究生配備雙導(dǎo)師，研究生論文全部來(lái)源于企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。因此，地方高校工程碩士培養(yǎng)條件往往呈現(xiàn)很大的差異性。
2.生員質(zhì)量參差不齊
（1）知識(shí)背景各異：由于機(jī)械行業(yè)是一個(gè)技術(shù)密集型行業(yè)，涉及材料、機(jī)制、電氣、測(cè)控、管理等諸多學(xué)科，生員專業(yè)差異性大、畢業(yè)院校也各自不同，因此該領(lǐng)域的生員背景知識(shí)差異較大。（2）文化基礎(chǔ)較為薄弱。工程碩士研究生大多來(lái)自地方大中型企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)一線及管理部門(mén)，具有極為豐富的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理經(jīng)驗(yàn)，但絕大部分人員離開(kāi)高校較長(zhǎng)時(shí)間，加之工作繁忙，沒(méi)有時(shí)間、精力學(xué)習(xí)本領(lǐng)域的前沿理論，存在一定知識(shí)陳舊現(xiàn)象，且英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)等文化課基礎(chǔ)較為薄弱。（3）學(xué)習(xí)積極性高但往往“心有余而力不足”，參加工程碩士學(xué)習(xí)的學(xué)員絕大多數(shù)都是是單位的技術(shù)骨干和中層管理干部，甚至有些擔(dān)任重要的行政職務(wù)，往往很難保證充分的學(xué)習(xí)時(shí)間和精力。
3.培養(yǎng)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致
地方高校機(jī)械領(lǐng)域工程碩士培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要高校、企業(yè)、研究生本人三方通力協(xié)作才能得以實(shí)現(xiàn)。然而，在具體實(shí)踐過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。（1）企業(yè)迫切需要學(xué)校培養(yǎng)出創(chuàng)新能力強(qiáng)、能夠理論聯(lián)系實(shí)際、為企業(yè)創(chuàng)造大量經(jīng)濟(jì)效益的應(yīng)用型人才，但是往往很難將上述目標(biāo)轉(zhuǎn)化為具體的培養(yǎng)方案并落實(shí)在具體的培養(yǎng)過(guò)程中。（2）大多高校在工程碩士的培養(yǎng)過(guò)程中受以往慣性影響，往往會(huì)傾向于更為重視研究生的理論及學(xué)術(shù)水準(zhǔn)提升，未能有效與企業(yè)溝通，協(xié)調(diào)一致，從而難以滿足企業(yè)對(duì)于人才的要求。（3）絕大多數(shù)學(xué)員都是抱著很強(qiáng)的求知欲來(lái)學(xué)習(xí)的，但是往往低估了學(xué)習(xí)過(guò)程的艱苦性，加之家庭、工作方面的影響，往往會(huì)降低自己的要求，演變成為僅僅為了畢業(yè)證和學(xué)位證而學(xué)習(xí)，把獲得更高層次的學(xué)位而有利于自身發(fā)展作為學(xué)習(xí)目的。
4.過(guò)程管理不夠建全和完善
工程碩士研究生往往是企業(yè)的技術(shù)、管理骨干，承擔(dān)著繁重的科研、生產(chǎn)、管理任務(wù)，而工程碩士培養(yǎng)過(guò)程又是“進(jìn)校不離崗”，因此在碩士生培養(yǎng)階段的學(xué)員往往在學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)地點(diǎn)、投入精力上會(huì)出現(xiàn)工作與學(xué)習(xí)之間的沖突；此外，學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)員自己的知識(shí)背景差距大，學(xué)習(xí)難度大；同時(shí)，導(dǎo)師往往在學(xué)校承擔(dān)有其他教學(xué)科研任務(wù)，難以全身心投入。其次，在實(shí)際培養(yǎng)中往往沿用學(xué)術(shù)型培養(yǎng)模式，學(xué)院負(fù)責(zé)研究生的理論課教學(xué)、論文開(kāi)題、中期檢查、答辯等工作，企業(yè)很少能參與人才培養(yǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，往往造成企業(yè)對(duì)人才的質(zhì)量要求與研究生的培養(yǎng)脫節(jié)。另外，“雙導(dǎo)師制”是針對(duì)工程碩士特點(diǎn)而實(shí)施的，但由于學(xué)員是在職學(xué)習(xí)，大部分時(shí)間在企業(yè)，學(xué)校導(dǎo)師往往很難像指導(dǎo)學(xué)術(shù)型研究生那樣細(xì)致指導(dǎo)，企業(yè)導(dǎo)師則往往是業(yè)務(wù)骨干或高層管理人員，難以抽出有效時(shí)間進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)，從而使得工程碩士指導(dǎo)過(guò)程出現(xiàn)空檔。
5.評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)難以把握
工程碩士培養(yǎng)是為工業(yè)企業(yè)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，內(nèi)容側(cè)重于應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力。因此畢業(yè)論文中應(yīng)強(qiáng)化解決工程問(wèn)題的新思路、新設(shè)想、新工藝、新方法、新技術(shù)，而不一定要求具有較高的理論研究水平。而校內(nèi)指導(dǎo)老師往往沿襲以往慣例，重學(xué)術(shù)水平輕工程應(yīng)用、重理論輕實(shí)踐，如何客觀科學(xué)地評(píng)價(jià)工程碩士論文質(zhì)量仍需要進(jìn)一步厘清，因此對(duì)工程碩士論文客觀評(píng)價(jià)有一定難度。
二、提高機(jī)械工程領(lǐng)域工程碩士質(zhì)量的探討
針對(duì)機(jī)械工程領(lǐng)域工程碩士培養(yǎng)的現(xiàn)狀和區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合師情、生情、校情，湖南科技大學(xué)在機(jī)械工程領(lǐng)域工程碩士的培養(yǎng)過(guò)程中主要做了以下幾個(gè)方面的工作：
1.完善培養(yǎng)體系，強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和可操作性
針對(duì)省情、校情、生情，依照“突出實(shí)踐能力”、“強(qiáng)化應(yīng)用能力”、“提高綜合能力”及“夯實(shí)基本素質(zhì)”原則，學(xué)校、企業(yè)單位、學(xué)員（導(dǎo)師）三方面結(jié)合協(xié)商制訂了具有學(xué)校特色的機(jī)械工程領(lǐng)域工程碩士培養(yǎng)方案。在具體實(shí)踐中，開(kāi)學(xué)前邀請(qǐng)研究生院主管領(lǐng)導(dǎo)、企業(yè)專家、部分導(dǎo)師和學(xué)員代表進(jìn)行溝通，根據(jù)生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)、制造過(guò)程中的具體問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)專家、導(dǎo)師的交流和學(xué)員的面談后，學(xué)員可以結(jié)合自己從事的具體工作，選擇合適的課程滿足自身需要。
2.改革授課方式，強(qiáng)調(diào)靈活性和實(shí)用性
湖南科技大學(xué)工程碩士大都來(lái)源于本地大型工業(yè)企業(yè)，生產(chǎn)任務(wù)繁重，學(xué)員無(wú)法脫產(chǎn)學(xué)習(xí)。針對(duì)這一情況，學(xué)校采取了以下措施：（1）確立班主任責(zé)任制，每個(gè)班級(jí)配備1名碩士生導(dǎo)師為固定班主任，負(fù)責(zé)日常管理和聯(lián)系。（2）多時(shí)段集中授課。由班主任提前調(diào)研，確定合適授課時(shí)間，然后提前通知各位學(xué)員。對(duì)于因特殊情況未能參加授課的學(xué)生則利用周末、節(jié)假日進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)課。（3）現(xiàn)場(chǎng)授課。對(duì)于部分距離較遠(yuǎn)的學(xué)員，湖南科技大學(xué)采用教師現(xiàn)場(chǎng)授課。如學(xué)校多次組織相關(guān)教師到學(xué)生較為集中的企業(yè)等進(jìn)行集中授課，取得了較好的教學(xué)效果。
3.強(qiáng)化校企合作，深化“雙導(dǎo)師制”
湖南科技大學(xué)針對(duì)“雙導(dǎo)師制”進(jìn)行了以下改進(jìn)：（1）師生雙向選擇：入學(xué)前組織師生見(jiàn)面會(huì)，加強(qiáng)交流，保證學(xué)員、校內(nèi)導(dǎo)師、現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)師研究方向的一致性。（2）重視論文開(kāi)題。由學(xué)位分委員會(huì)統(tǒng)一組織、集中管理、集中審核、嚴(yán)格把關(guān)。（3）加強(qiáng)中期考核。由校內(nèi)導(dǎo)師和現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)師組成評(píng)議組，互相檢查監(jiān)督，保證論文質(zhì)量。
4.加強(qiáng)管理，保證質(zhì)量
為保證工程碩士研究生的培養(yǎng)質(zhì)量，湖南科技大學(xué)建立了研究生院、學(xué)院、導(dǎo)師三級(jí)管理體制，主要包括：（1）研究生院嚴(yán)把生源質(zhì)量。在招生中全面考核學(xué)生理論水平、科研能力、綜合素質(zhì)，嚴(yán)把招生質(zhì)量關(guān)。（2）學(xué)院負(fù)責(zé)日常教學(xué)管理。課程教學(xué)是工程碩士教育的核心環(huán)節(jié)，課程設(shè)置、內(nèi)容選擇、教學(xué)方式上有效結(jié)合學(xué)員實(shí)際工作內(nèi)容、突出個(gè)性，實(shí)行學(xué)分制和選修制相結(jié)合的考評(píng)體系，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性；考核方式采取讀書(shū)筆記、筆試、研究報(bào)告、綜合分析等多種方式。（3）導(dǎo)師負(fù)責(zé)督促研究生學(xué)習(xí)、培養(yǎng)過(guò)程。由專家組集中組織學(xué)生開(kāi)題、期中檢查，答辯過(guò)程由導(dǎo)師初審、預(yù)答辯、匿名評(píng)審等環(huán)節(jié)組成，確保研究生論文質(zhì)量。
三、結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：微網(wǎng)；控制策略；現(xiàn)狀
中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Analyses the micro network control research status
DUAN Xiao-rui，LI Jin，ZENG Zhao-wei
（College of Electrical Engineering， Guizhou University， Guiyang Guizhou，550025）
Abstract： In recent years， Distributed Generation obtained more and more attention and application， and by the small capacity of distributed power network research. This paper first introduces the concept of micro network and micro network control strategy， and then summarizes and analyzes the current research status of micro network.
Key words： Micro network；The control strategy；The status quo
引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，近年來(lái)用電負(fù)荷正急劇增長(zhǎng)。與此同時(shí)，能源危機(jī)與環(huán)境保護(hù)的壓力正逐漸加大，化石燃料的迅速消耗和燃燒應(yīng)用中產(chǎn)生的污染問(wèn)題也已嚴(yán)重影響到了人們的正常生活。因此，綠色清潔的新能源以及可再生能源的應(yīng)用得到了越來(lái)越多的重視。分布式發(fā)電將分散存在的清潔能源轉(zhuǎn)化為電能，使分布式能源得到最有效的利用，因此分布式發(fā)電技術(shù)為清潔能源的推廣應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐[1]。分布式發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展，將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式運(yùn)行，與大電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)能效的最有效方式。
微網(wǎng)概念
微網(wǎng)是一種可將各種小型分布式電源組合起來(lái)為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電能的低壓電網(wǎng)。它具有聯(lián)網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行模式，能提高負(fù)荷側(cè)的供電可靠性。微網(wǎng)中的分布式電源常采用電力電子接口連接到微網(wǎng)，這增加了分布式電源接口控制的靈活性，但是減少了系統(tǒng)的慣性。微網(wǎng)缺少慣性和運(yùn)行模式的多樣性增加了系統(tǒng)在維持能量平衡及頻率穩(wěn)定等方面的控制難度。微網(wǎng)既可以通過(guò)配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，形成一個(gè)大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，也可以獨(dú)立地為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電力需求。該靈活運(yùn)行模式大大提高了負(fù)荷側(cè)的供電可靠性。同時(shí)，微網(wǎng)通過(guò)單點(diǎn)接入電網(wǎng)，可以減少大量小功率分布式電源接入電網(wǎng)后對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響。
微網(wǎng)控制策略
微網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一就是控制問(wèn)題。當(dāng)微網(wǎng)中的負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，如何通過(guò)對(duì)微網(wǎng)中各種微電源進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)控制，以保證微網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下都能夠滿足負(fù)荷的電能質(zhì)量要求，是微網(wǎng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵[2]。
目前的微網(wǎng)控制方案，按整體控制策略可分為對(duì)等控制、主從控制。主從控制一般是指底層微電源的控制是一種主從控制結(jié)構(gòu)：以一個(gè)微電源作為主單元，其控制器作為主控制器，其余微電源的控制器作為從控制器。從控制器必須服從主控制器，其之間的通信聯(lián)系是強(qiáng)聯(lián)系，一旦通信失敗，微網(wǎng)將無(wú)法正常工作。主從控制策略主要用于孤島運(yùn)行時(shí)的微網(wǎng)。對(duì)等控制就是微網(wǎng)中每個(gè)微電源地位相等，不存在起主要支撐作用的主控制單元。對(duì)等控制策略基于下垂控制法，分別將頻率和有功功率、電壓和無(wú)功功率關(guān)聯(lián)起來(lái)，通過(guò)一定的控制算法，模擬傳統(tǒng)電網(wǎng)中的有功、頻率特性曲線和無(wú)功、電壓曲線，實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)而無(wú)須借助于通信。
下垂控制、恒壓恒頻控制和恒功率控制是目前常見(jiàn)三種的微電源接口逆變器控制方法。下垂控制方法就是使接口逆變器模仿傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的下垂特性，通過(guò)有功和無(wú)功來(lái)調(diào)節(jié)微電源輸出的頻率和電迅。該控制方法是基于本地測(cè)量的有功和無(wú)功值對(duì)逆變器進(jìn)行控制，各微電源之間不需要通信，因此一般用于對(duì)等控制策略中[3]。恒壓恒頻控制通過(guò)直接給定電壓和頻率的參考值，設(shè)計(jì)控制器來(lái)調(diào)節(jié)接口逆變器的輸出電壓和頻率，主要用于孤島運(yùn)行模式，給微網(wǎng)提供頻率和電壓的支撐[4]。主從控制策略中主微電源的控制一般釆用此控制方法。通常PQ控制用于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)計(jì)控制器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)使逆變器按照給定的有功和無(wú)功參考值輸出功率，微電源一般不參與電壓、頻率的調(diào)節(jié)，主要由大電網(wǎng)提供支撐[5]。當(dāng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，微網(wǎng)必須中有維持電壓和頻率的微電源。
研究現(xiàn)狀
微電網(wǎng)是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，其靈活的運(yùn)行方式、高質(zhì)量的供電服務(wù)以及綠色高效的經(jīng)濟(jì)性能，使其具有良好的發(fā)展前景。我國(guó)對(duì)微網(wǎng)的研究尚處于起步階段，在國(guó)家科技部“863計(jì)劃先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域2007年度專題課題”中已經(jīng)包括了微網(wǎng)技術(shù)，目前中國(guó)科學(xué)院電工研究所、清華大學(xué)、天津大學(xué)等單位相繼開(kāi)始了對(duì)微網(wǎng)的研究。
文獻(xiàn)[6]通過(guò)對(duì)微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)微網(wǎng)主從控制模式和對(duì)等控制模式進(jìn)行比較，得到結(jié)論：主從控制微網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的無(wú)差控制，但對(duì)主控單元有很強(qiáng)的依賴性，主控單元的選擇至關(guān)重要； 若微網(wǎng)中存在燃機(jī)等輸出穩(wěn)定且易于控制的DG時(shí)，應(yīng)優(yōu)選其作為主控單元，而光伏風(fēng)力等間歇性DG作為從控單元； 若微網(wǎng)中不含有可控DG，則選擇儲(chǔ)能裝置為主控單元，但儲(chǔ)能裝置容量將限制其長(zhǎng)時(shí)間孤島運(yùn)行。對(duì)等控制微網(wǎng)具有冗余性，但沒(méi)有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復(fù)問(wèn)題，屬于有差控制，魯棒性差，并且在控制和應(yīng)用上尚存在若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題亟待攻克，目前僅限于實(shí)驗(yàn)研究階段。
文獻(xiàn)[7]研究了下垂控制和混合控制的微源控制方法，并建立了微網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型， 針對(duì)計(jì)劃孤網(wǎng)和非計(jì)劃孤網(wǎng)中的下垂控制和混合控制進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了2種控制方式對(duì)維持微網(wǎng)孤網(wǎng)穩(wěn)定的有效性，并且任何控制方式下，微網(wǎng)再并網(wǎng)時(shí)均需對(duì)微源出力進(jìn)行重新調(diào)整，才能平滑過(guò)渡至并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行模式。
文獻(xiàn)[8]分析了微網(wǎng)中多個(gè)分布式電源采用 P-f 和 Q-V 下垂控制時(shí)，微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)分布式電源的輸出特性和負(fù)荷需求特性，設(shè)計(jì)了一種分布式電源層對(duì)等控制與主從控制相結(jié)合的微網(wǎng)控制策略，并分析了采用此控制方案后微網(wǎng)在不同運(yùn)行情況下的暫態(tài)特性。
文獻(xiàn)[9]主要研究了微電源接口逆變器的控制方法，通過(guò)建立下垂控制小信號(hào)模型，仔細(xì)分析了電壓頻率、電壓幅值下垂參數(shù)和低通濾波器的截止頻率三個(gè)參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。將微電源等效為直流源或經(jīng)整流后的直流源，在坐標(biāo)系中建立了三相逆變器的數(shù)學(xué)模型；在分析微電源逆變器控制方法和原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于下垂特性的雙環(huán)反饋控制器、PQ控制器。
文獻(xiàn)[10]只考慮并網(wǎng)后電網(wǎng)向微網(wǎng)注入功率時(shí)，對(duì)含有一個(gè)DG的微網(wǎng)并網(wǎng)過(guò)程仿真，研究了并網(wǎng)過(guò)程中頻率和電壓波動(dòng)變化，著重分析了在并網(wǎng)前開(kāi)關(guān)兩側(cè)電壓相對(duì)相位超前和落后的兩種不同情況，提出了微網(wǎng)并網(wǎng)的最佳控制策略：并網(wǎng)時(shí)開(kāi)關(guān)兩側(cè)的電壓差必須很小，理想狀態(tài)為零；電網(wǎng)頻率必須稍高于微網(wǎng)頻率；并網(wǎng)時(shí)刻電網(wǎng)電壓必須超前于微網(wǎng)電壓。
文獻(xiàn)[11]詳細(xì)分析了PQ控制和V/f控制的原理和方法，對(duì)相應(yīng)的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上建立起微網(wǎng)的模型。通過(guò)不同運(yùn)行方式仿真驗(yàn)證了該模型的運(yùn)行特性，從而證明了控制策略的有效性和正確性。
文獻(xiàn)[12]分析了傳統(tǒng)的下垂控制策略在微電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用所存在的缺陷，并提出采用倒下垂控制與下垂控制相結(jié)合的綜合控制策略。該策略在改善微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，最大限度地限制過(guò)流情況發(fā)生等方面都具有顯著特點(diǎn)，而且能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程的無(wú)縫切換，同時(shí)也為不同響應(yīng)時(shí)間的儲(chǔ)能裝置選擇合適的控制策略提供了可能。
由以上的分析可知，目前我國(guó)針對(duì)微網(wǎng)控制的研究主要集中在下垂控制、恒壓恒頻控制和恒功率控制三種控制方式，在假定條件下通過(guò)對(duì)其控制原理和方法的分析進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，進(jìn)而搭建模型進(jìn)行仿真，從而驗(yàn)證控制策略的有效性。
總結(jié)
面對(duì)能源危機(jī)的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)綠色能源的利用，既符合國(guó)家的能源政策，又可以緩解現(xiàn)階段能源供求緊張的關(guān)系。智能微網(wǎng)的出現(xiàn)，可以較好地解決整個(gè)電網(wǎng)控制的復(fù)雜性。雖然目前微網(wǎng)的實(shí)用化還存在著各種各樣的困難，但微網(wǎng)在降低能耗以及補(bǔ)充電網(wǎng)不足方面的優(yōu)點(diǎn)會(huì)促進(jìn)專家學(xué)者的研究，微網(wǎng)的巨大潛力會(huì)凸現(xiàn)出來(lái)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；燃機(jī)模塊；電子控制系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)
引言
隨著燃?xì)廨啓C(jī)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛使用，對(duì)控制性能的要求越來(lái)越高，其控制系統(tǒng)也迅速?gòu)囊簤簷C(jī)械式控制器發(fā)展為模擬式電子控制系統(tǒng),進(jìn)而發(fā)展成數(shù)字電子控制系統(tǒng)。到20世紀(jì)90年代,燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)始全面配置數(shù)字電子控制系統(tǒng)。近年來(lái)，國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)的數(shù)字電子控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，實(shí)現(xiàn)了模塊化,并配置了菜單式的開(kāi)發(fā)軟件。模塊化控制系統(tǒng)中通信總線是系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的橋梁，總線的可靠性是系統(tǒng)可靠性的保障，總線速度也直接影響到整個(gè)控制器的性能，因此必須選擇實(shí)時(shí)、可靠的通信總線。MIL-STD-1553B、ARINC-429等傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線可靠性高、使用靈活，工程上已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但卻遭受速度瓶頸。工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)具有速度快、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等特點(diǎn)，它的發(fā)展使工業(yè)控制在通用化、模塊化、數(shù)據(jù)交換等方面都面臨新的技術(shù)革命，特別適用于分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。EtherCAT是由德國(guó)Beckhoff公司開(kāi)發(fā)。采用以太網(wǎng)幀，以特定環(huán)狀拓?fù)浒l(fā)送數(shù)據(jù)的技術(shù)，擁有杰出的通訊性能，接線簡(jiǎn)單，并對(duì)其它協(xié)議開(kāi)放。
1.總體方案
1.1燃機(jī)模塊式電子控制系統(tǒng)方案
系統(tǒng)的控制對(duì)象是某型艦用中檔功率系列燃?xì)廨啓C(jī)，控制系統(tǒng)采用開(kāi)放性的模塊結(jié)構(gòu)。電子控制器采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的模塊設(shè)計(jì)，各模塊間采用最新的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Ethercat連接，控制軟件設(shè)計(jì)成可選擇、可配置的標(biāo)準(zhǔn)模塊和接口，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成通用的模塊化的部件和組件。這就使整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變?yōu)楣δ苣K的選擇、匹配和調(diào)整——根據(jù)燃機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)量和接口類型選擇合適的硬件模塊，根據(jù)特定控制規(guī)律和控制系統(tǒng)要求選擇、配置相應(yīng)的軟件模塊，根據(jù)燃油和導(dǎo)葉的控制要求選擇合適液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用的是成熟的模塊使各模塊功能、性能都有了保證，各部件僅需要進(jìn)行部分調(diào)整就能滿足要求，既縮短研發(fā)周期，又提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也便于今后實(shí)現(xiàn)性能改進(jìn)和功能擴(kuò)展。
1.2燃機(jī)控制系統(tǒng)組成
燃機(jī)控制系統(tǒng)包括綜合電子控制柜、系統(tǒng)軟件、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)等。液壓機(jī)械裝置采用模塊化設(shè)計(jì)方法，包括高壓燃油泵、燃油計(jì)量裝置、導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置等。各模塊可根據(jù)具體燃機(jī)要求配合使用。電子硬件通用模塊包括：電子控制器模塊、獨(dú)立保護(hù)模塊。系統(tǒng)軟件包含控制軟件和應(yīng)用軟件。控制系統(tǒng)接收來(lái)自控制室或監(jiān)控臺(tái)的控制信號(hào)，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)、加速、減速、穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行以及停車(chē)和重要參數(shù)限制實(shí)施全面的自動(dòng)控制和安全保護(hù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)輔助系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制，能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)的故障診斷和重要參數(shù)的記錄、存貯和通訊。
2.控制軟件設(shè)計(jì)
2.1電子控制器方案介紹
電子控制器由主CPU模塊與AD模塊、DA模塊、FI模塊、IO模塊等低級(jí)模塊組成，各模塊自帶CPU處理器，模塊之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，控制系統(tǒng)采用基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)模塊化設(shè)計(jì)，控制器的各種功能模塊之間用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，完成數(shù)據(jù)交互。各模塊可以集中在一起也可以分散到燃機(jī)的各部分，通過(guò)工業(yè)總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交流和控制。
2.2控制軟件分層設(shè)計(jì)
控制軟件包含CPU模塊的控制應(yīng)用軟件、其它通用模塊底層軟件組成。底層軟件與模塊一一對(duì)應(yīng)。模塊的底層軟件主要是實(shí)現(xiàn)通用模塊采集、輸出或信息交互功能，并與其它模塊通訊，傳遞和接受信息，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能。CPU模塊的控制應(yīng)用軟件通過(guò)與底層軟件，根據(jù)模塊的特點(diǎn)進(jìn)行功能的初始選擇和配置。初步設(shè)計(jì)的控制軟件層次結(jié)構(gòu)如圖1所示，該層次結(jié)構(gòu)適用于主CPU模塊與所有低級(jí)功能模塊。由于低級(jí)功能模塊的任務(wù)都比較簡(jiǎn)單，所以并無(wú)必要采用實(shí)時(shí)內(nèi)核，主CPU模塊也需根據(jù)實(shí)際情況決定采用傳統(tǒng)的順序結(jié)構(gòu)還是基于實(shí)時(shí)內(nèi)核的并行結(jié)構(gòu)。同一功能的器件在驅(qū)動(dòng)程序?qū)酉蝽攲犹峁┮恢碌慕涌冢谶@一層次中需要制定對(duì)器件讀、寫(xiě)、模式設(shè)置、中斷、輪詢等操作的驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)模版。整理電子控制器硬件設(shè)計(jì)中常用的接口器件資料，針對(duì)這些器件編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序并用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序模塊的管理。
2.3控制軟件模塊化設(shè)計(jì)
控制軟件采用模塊設(shè)計(jì)，將燃機(jī)的主要控制過(guò)程、各種控制規(guī)律形成標(biāo)準(zhǔn)程序模塊。模塊劃分可層層分解，步步細(xì)化，當(dāng)針對(duì)具體燃機(jī)時(shí)只要選用合適的模塊進(jìn)行組合，并進(jìn)行對(duì)參數(shù)設(shè)置連接就可形成控制程序。程序的框架設(shè)計(jì)要保證其可擴(kuò)展性，根據(jù)燃機(jī)控制要求的變化，不斷的增加先進(jìn)控制規(guī)律、控制算法模塊提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。在對(duì)燃機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)后，建立對(duì)燃機(jī)控制軟件的通用框架結(jié)構(gòu)、模塊劃分準(zhǔn)則與模塊配置策略，通過(guò)更改模塊配置信息、模塊整體更換等方式靈活構(gòu)建可靠的燃機(jī)控制軟件。軟件模塊化按照由粗到細(xì)、由繁到簡(jiǎn)的指導(dǎo)方針，按步驟逐級(jí)細(xì)化，最終生成最基本的模塊單元。根據(jù)燃機(jī)控制系統(tǒng)的功能，將控制軟件劃分為基本數(shù)值計(jì)算模塊庫(kù)、信號(hào)處理模塊庫(kù)、故障處理模塊庫(kù)、起動(dòng)控制模塊庫(kù)、燃機(jī)運(yùn)行控制模塊庫(kù)、停車(chē)控制模塊庫(kù)、輔助系統(tǒng)控制模塊庫(kù)、底層軟件模塊庫(kù)、通訊協(xié)議模塊庫(kù)。模塊一般采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫(xiě)，與CPU相關(guān)的代碼采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，考慮到不同CPU的字長(zhǎng)、對(duì)齊方式等特性，模塊內(nèi)部均采用自定數(shù)據(jù)類型，且可通過(guò)外部進(jìn)行設(shè)置。
3.通訊軟件設(shè)計(jì)
EtherCAT通訊程序包括網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、EtherCAT接口模塊、EtherCAT設(shè)備模塊、主站模塊和從站模塊。網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊完成底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收功能。EtherCAT接口模塊實(shí)現(xiàn)EtherCAT通訊程序與功能軟件的接口功能。EtherCAT設(shè)備模塊實(shí)現(xiàn)EtherCAT設(shè)備掃描和軟件初始化工作。主站模塊實(shí)現(xiàn)主站初始化命令和循環(huán)命令的發(fā)送處理，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)主站的狀態(tài)機(jī)。從站模塊實(shí)現(xiàn)從站設(shè)備的配置，同時(shí)維護(hù)從站設(shè)備的狀態(tài)機(jī)。
3.1Ethercat協(xié)議
EtherCAT是用于過(guò)程數(shù)據(jù)的優(yōu)化協(xié)議，憑借特殊的以太網(wǎng)類型，它可以在以太網(wǎng)幀內(nèi)直接傳送。EtherCAT幀可包括幾個(gè)EtherCAT報(bào)文，每個(gè)報(bào)文都服務(wù)于一塊邏輯過(guò)程映像區(qū)的特定內(nèi)存區(qū)域，該區(qū)域最大可達(dá)4GB字節(jié)。數(shù)據(jù)順序不依賴于網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)端子的物理順序，可任意編址。從站之間的廣播、多播和通訊均得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)最佳性能，且要求EtherCAT組件和控制器在同一子網(wǎng)操作時(shí)，則直接以太網(wǎng)幀傳輸就將派上用場(chǎng)。然而，EtherCAT不僅限于單個(gè)子網(wǎng)的應(yīng)用。EtherCATUDP將EtherCAT協(xié)議封裝為UDP/IP數(shù)據(jù)報(bào)文，這就意味著，任何以太網(wǎng)協(xié)議堆棧的控制均可編址到EtherCAT系統(tǒng)之中，甚至通訊還可以通過(guò)路由器跨接到其它子網(wǎng)中。顯然，在這種變體結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)性能取決于控制的實(shí)時(shí)特性和以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式。因?yàn)閁DP數(shù)據(jù)報(bào)文僅在第一個(gè)站才完成解包，所以EtherCAT網(wǎng)絡(luò)自身的響應(yīng)時(shí)間基本不受影響。另外，根據(jù)主/從數(shù)據(jù)交換原理，EtherCAT也非常適合控制器之間（主/從）的通訊。自由編址的網(wǎng)絡(luò)變量可用于過(guò)程數(shù)據(jù)以及參數(shù)、診斷、編程和各種遠(yuǎn)程控制服務(wù)，滿足廣泛的應(yīng)用需求。主站/從站與主站/主站之間的數(shù)據(jù)通訊接口也相同。從站到從站的通訊則有兩種機(jī)制以供選擇。一種機(jī)制是，上游設(shè)備和下游設(shè)備可以在同一周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)通訊，速度非?？?。由于這種方法與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)，因此適用于由設(shè)備架構(gòu)設(shè)計(jì)所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應(yīng)用等。而對(duì)于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機(jī)制—數(shù)據(jù)通過(guò)主站進(jìn)行中繼。這種機(jī)制需要兩個(gè)周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過(guò)程耗時(shí)仍然快于采用其他方法所耗費(fèi)的時(shí)間。EtherCAT僅使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，無(wú)任何壓縮。因此，EtherCAT以太網(wǎng)幀可以通過(guò)任何以太網(wǎng)MAC發(fā)送，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)工具。
3.2主站軟件設(shè)計(jì)
EtherCAT可以在單個(gè)以太網(wǎng)幀中最多實(shí)現(xiàn)1486字節(jié)的分布式過(guò)程數(shù)據(jù)通訊。其它解決方案一般是，主站設(shè)備需要在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)周期中為各個(gè)節(jié)點(diǎn)處理、發(fā)送和接收幀。而EtherCAT系統(tǒng)與此不同之處在于，每周期僅需要一個(gè)或兩個(gè)幀即可完成所有節(jié)點(diǎn)全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專用的通訊處理器。主站功能幾乎不會(huì)給主機(jī)CPU帶來(lái)任何負(fù)擔(dān)，處理任務(wù)的同時(shí)，還可處理應(yīng)用程序，因此EtherCAT無(wú)需使用昂貴的專用有源插接卡，只需使用無(wú)源的NIC卡或主板集成的以太網(wǎng)MAC設(shè)備即可。EtherCAT主站容易實(shí)現(xiàn)，尤其適用于中小規(guī)模的控制系統(tǒng)和有明確規(guī)定的應(yīng)用場(chǎng)合。EtherCAT映射不是在主站產(chǎn)生，而是在從站產(chǎn)生，此時(shí)過(guò)程映像已經(jīng)完成排序。該特性進(jìn)一步減輕了主機(jī)CPU的負(fù)擔(dān)。可以看到，EtherCAT主站完全在主機(jī)CPU中采用軟件方式實(shí)現(xiàn)，相比之下，傳統(tǒng)的慢速現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)通過(guò)有源插接卡方可實(shí)現(xiàn)主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務(wù)于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀的主機(jī)資源。
3.3從站軟件設(shè)計(jì)
子站模塊劃分為A/D采樣模塊、頻率量模塊、LVDT及振動(dòng)信號(hào)處理模塊、熱電阻信號(hào)處理模塊、熱電偶信號(hào)處理模塊、壓力信號(hào)處理模塊、電流電壓信號(hào)處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸入1模塊、開(kāi)關(guān)量輸入2模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸出模塊1、模擬量輸出模塊2，備份槽。主程序通過(guò)不同的功能要求調(diào)用軟件塊。軟件模塊設(shè)計(jì)的基本原則是數(shù)據(jù)隱藏，即各模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)私有，并提供外部接口訪問(wèn)這些私有數(shù)據(jù)，各模塊之間相互獨(dú)立，從而降低各模塊之間的耦合程度。整個(gè)框架提供諸多配置接口，具有一定的通用性。子站模塊實(shí)現(xiàn)的功能為DSP外設(shè)初始化；獲取通道信息；獲取開(kāi)關(guān)量輸入、擬量輸入、頻率量輸入信號(hào)；輸出開(kāi)關(guān)量、PWM信號(hào)；FLASH存儲(chǔ)器操作；定時(shí)器的啟停、看門(mén)作等。
4.結(jié)束語(yǔ)
在國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)研制的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的燃機(jī)模塊式電子器研究工作，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、具有國(guó)際先進(jìn)水平的燃機(jī)模塊式電子控制系統(tǒng)，不僅可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠打破燃機(jī)電子控制系統(tǒng)被國(guó)外公司壟斷的局面，極大提高燃機(jī)市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
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關(guān)鍵詞：鐵路行車(chē) 安全
中圖分類號(hào)：F53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
1 鐵路行車(chē)安全定義
鐵路行車(chē)安全是指在運(yùn)輸過(guò)程中，維護(hù)鐵路正常運(yùn)行秩序、保證旅客和鐵路員工生命財(cái)產(chǎn)安全、保障運(yùn)輸設(shè)備和貨物的完整性的全部生產(chǎn)活動(dòng)的集合體。
鐵路行車(chē)工作是涉及多部門(mén)、多環(huán)節(jié)、多因素的綜合性很強(qiáng)的工作。行車(chē)過(guò)程受到路內(nèi)、路外以及各種環(huán)境條件的影響，所處情況十分復(fù)雜，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題都可能威脅行車(chē)工作的安全。
2. 影響鐵路行車(chē)安全的因素
2.1 人員素質(zhì)因素分析
人是安全的中心，而人的可靠性，首先取決于人的自身素質(zhì)的高低。人的素質(zhì)包括以下幾個(gè)方面：
（1）生理素質(zhì) ：年齡、性別、記憶力、體力、耐力、血型、視力、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間、疲勞和飲酒等；
（2）心理素質(zhì) ：氣質(zhì)和性格、能力、情緒、需要和動(dòng)機(jī)、態(tài)度、愛(ài)好、興趣、意志等；
（3）業(yè)務(wù)素質(zhì)：文化修養(yǎng)、業(yè)務(wù)水平、法律和安全知識(shí)、安全技能和處理各種非正常情況的作業(yè)能力等；
（4）思想素質(zhì)：事業(yè)心、責(zé)任感、職業(yè)道德、勞動(dòng)紀(jì)律、安全意識(shí)等；
（5）群體素質(zhì)：群體目標(biāo)、群體人際關(guān)系、群體凝聚力、群體信息溝通等。
2.2 設(shè)備質(zhì)量因素分析
近年來(lái)，鐵路運(yùn)輸能力越來(lái)越緊張，任務(wù)負(fù)荷越來(lái)越重。設(shè)備長(zhǎng)期失修帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，潛伏著不安全因素。此外，目前還存在線路維修養(yǎng)護(hù)不好，車(chē)輛廠修或檢修質(zhì)量差，漏檢漏修等現(xiàn)象。從對(duì)過(guò)去發(fā)生的事故分析中可以看出，各種運(yùn)輸設(shè)備的不安全因素主要表現(xiàn)在：
（1）線路：鋼軌或魚(yú)尾板折斷，軌道幾何尺寸（軌距、水平）超限，脹軌跑道，道岔病害，路基損毀等；
（2）車(chē)輛：斷軸，制動(dòng)梁或下拉桿脫落，制動(dòng)裝置失靈等；
（3）機(jī)車(chē)：制動(dòng)系統(tǒng)故障，自動(dòng)停車(chē)裝置失靈，蒸汽機(jī)車(chē)搖連桿裂損、燒漏易熔塞，內(nèi)燃機(jī)車(chē)柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置、電機(jī)、電器破損，電力機(jī)車(chē)主變壓器絕緣被擊穿，電器設(shè)備短路著火，電氣化鐵路供電系統(tǒng)故障等；
（4）信號(hào)及通信設(shè)備、機(jī)械部分故障，電氣接點(diǎn)接觸不良，信號(hào)燈熄滅，電線短路、斷路、混線、虛接等。
2.3 環(huán)境影響因素分析
（1）自然環(huán)境
高溫和高寒都會(huì)對(duì)行車(chē)安全造成影響。高溫使人容易疲勞，高寒情況下人要多穿衣服使得行動(dòng)遲緩。溫和高寒同時(shí)會(huì)對(duì)人的心理造成影響。高溫時(shí)人會(huì)變得煩躁，高寒時(shí)人會(huì)變得懶惰。嘈雜的噪聲使人難以發(fā)現(xiàn)異常聲響和報(bào)警信號(hào)；照明不夠和大霧天氣使人不易識(shí)別物體；有害氣體和粉塵損害人的身體健康等。
（2）社會(huì)環(huán)境
家庭矛盾、人際關(guān)系、社會(huì)風(fēng)氣和崗位工作安排會(huì)對(duì)工作人員的心理造成影響。一些不法之徒也對(duì)行車(chē)安全構(gòu)成危害。
3.保障鐵路行車(chē)安全的建議
3.1 提高人員素質(zhì)的建議
（1）在任用人員時(shí)，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行職工適應(yīng)性測(cè)試，以便于為工作挑選最合適的人，減少潛在的不安全隱患。
（2）根據(jù)本單位的實(shí)際情況以及運(yùn)輸?shù)?、旺季的變化，及時(shí)調(diào)整不同工作崗位的人數(shù)，工作量大時(shí)，應(yīng)該增加人員；反之，應(yīng)該精簡(jiǎn)人員。
（3）對(duì)工作人員尤其是調(diào)度員等重要崗位的人員進(jìn)行定期的考核，包括理論知識(shí)和實(shí)踐能力的考核，提高工作人員的工作水平。
3.2 設(shè)備因素的改善辦法
防止和排除人為錯(cuò)誤的設(shè)備：如機(jī)車(chē)信號(hào)、自動(dòng)停車(chē)裝置、列車(chē)無(wú)線調(diào)度電話、車(chē)站辦理進(jìn)路的監(jiān)督設(shè)備、列車(chē)運(yùn)行速度的測(cè)錄設(shè)備等。
對(duì)各種固定和移動(dòng)設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷的設(shè)備：如熱軸探測(cè)和報(bào)警設(shè)備、電磁探傷設(shè)備、超限界報(bào)警裝置、各種自然災(zāi)害的報(bào)警設(shè)備等。兼有擴(kuò)能和安全作用的設(shè)備 如自動(dòng)閉塞、電氣集中、調(diào)度集中、列車(chē)自動(dòng)控制設(shè)備等。
3.3環(huán)境因素的解決措施
（1）社會(huì)環(huán)境因素安全保障措施
鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)各次管理部門(mén)要落實(shí)鐵路企業(yè)安全目標(biāo)、安全責(zé)任制和獎(jiǎng)罰激勵(lì)制度；加大安全技術(shù)設(shè)備的投入，依靠科技加強(qiáng)安全監(jiān)控及通過(guò)深入細(xì)致的思想工作，提高職工思想和業(yè)務(wù)素質(zhì)；關(guān)心職工生活，解決后顧之憂；增強(qiáng)內(nèi)部團(tuán)結(jié)，建立融洽的人際關(guān)系；
（2）自然環(huán)境因素安全保障措施
鐵路選線，應(yīng)做好地質(zhì)、水文和氣象等勘察工作；做好自然災(zāi)害的預(yù)、確報(bào)工作及設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)診斷工作。
（3）作業(yè)環(huán)境因素安全保障措施
在改善作業(yè)環(huán)境過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，有效防止人員疾病、中毒現(xiàn)象發(fā)生，避免過(guò)早疲勞和不舒適感、使作業(yè)人員在繁忙的工作中，仍能保持良好的心態(tài)和充沛的精力，把行車(chē)安全建立在良好的作業(yè)環(huán)境條件基礎(chǔ)上。
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關(guān)鍵詞 平臺(tái)；諧波；仿真分析
中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）20-0131-03
隨著海上平臺(tái)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，交流變頻驅(qū)動(dòng)中變頻器的廣泛應(yīng)用給海洋石油工程帶來(lái)了巨大的收益，同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的諧波污染[1]。諧波使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生附加諧波損耗；產(chǎn)生電磁干擾；降低了電網(wǎng)中的電能品質(zhì)，進(jìn)而嚴(yán)重影響船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)乃至各種日用負(fù)載的用電質(zhì)量，因此這種影響需要重視。海上平臺(tái)電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，使得應(yīng)用強(qiáng)大的電力系統(tǒng)分析軟件協(xié)助進(jìn)行電力系統(tǒng)分析成為必然趨勢(shì)[2]。
本文首先對(duì)諧波的危害進(jìn)行了概述，隨后介紹了諧波分析的必要性，最后通過(guò)某平臺(tái)不同工況的仿真分析，確定平臺(tái)電力系統(tǒng)諧波仿真分析數(shù)值及影響因素。
1 諧波的危害
諧波是指電網(wǎng)中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，其余大于基波頻率的電量。當(dāng)電網(wǎng)中的電壓或電流波形非理想的正弦波時(shí)，即說(shuō)明其中含有頻率高于50Hz的電壓或電流成分，將頻率高于50Hz的電流或電壓成分稱之為諧波。
諧波主要產(chǎn)生以下幾種危害。
1）使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生諧波損耗，降低了電網(wǎng)的效率[3]。
2）使電機(jī)發(fā)熱、振動(dòng)，產(chǎn)生過(guò)電壓。影響電機(jī)壽命。
3）使電纜增加附加損耗，并引起尖峰電壓，破壞電纜絕緣層，縮短電纜使用壽命。
4）船舶上的變頻設(shè)備將產(chǎn)生大量諧波影響電網(wǎng)，同時(shí)，電網(wǎng)上的諧波噪聲又會(huì)引起變頻器控制系統(tǒng)電流、電壓變化率增大，損壞功率元件。
5）干擾通訊系統(tǒng)，損壞精密元件[4]。
2 仿真分析的必要性
海工裝備中，變頻器是最大的諧波發(fā)生源，諧波產(chǎn)生的途徑主要有以下兩個(gè)方面：整流裝置中的開(kāi)關(guān)元件；逆變單元反饋到直流母線上。計(jì)算逆變產(chǎn)生的諧波幅值與頻率涉及到電機(jī)的特性，函數(shù)又及其復(fù)雜。隨著計(jì)算機(jī)精度的提高，需要參與諧波計(jì)算的條件也隨之增加[6，7]。軟件分析能夠縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，電氣設(shè)計(jì)人員已逐步成熟應(yīng)用此分析手段[5]。
3 仿真分析
3.1 模型建立
本文針對(duì)遼河一號(hào)風(fēng)電安裝平臺(tái)項(xiàng)目，通過(guò)軟件進(jìn)行諧波分析及仿真研究。該平臺(tái)電力系統(tǒng)主要由6臺(tái)2125kVA，690V/50Hz發(fā)電機(jī)（1臺(tái)備用），690V變頻負(fù)載由推進(jìn)變壓器、800T起重機(jī)等構(gòu)成，電力系統(tǒng)單線圖如圖1所示。
圖1 電力系統(tǒng)單線圖
3.2 仿真分析基本數(shù)據(jù)
仿真分析數(shù)據(jù)基于電力系統(tǒng)單線圖中各設(shè)備參數(shù)進(jìn)行。
3.2.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)
本平臺(tái)采用瓦錫蘭齊耀柴油機(jī)有限公司提供的型號(hào)為T(mén)FJ6638-6SA93發(fā)電機(jī)。
3.2.2 電機(jī)/整流器
變頻器采用西門(mén)子BlueDrive系列，該系列變頻器是電力推進(jìn)特殊設(shè)計(jì)的一款交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)側(cè)的逆變器將采用脈寬調(diào)制的方式為電動(dòng)機(jī)提供輸出電壓，輸出正弦波電流。西門(mén)子公司對(duì)脈寬調(diào)制的方式進(jìn)行優(yōu)化，將諧波畸變量降到最低范圍，提供給電動(dòng)機(jī)的電流波形為正弦波，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩在低轉(zhuǎn)速下也能保持平穩(wěn)。每臺(tái)變頻器的整流器由兩套三相全波整流二極管橋式電路所組成，在圖1主電網(wǎng)上反饋12脈沖。整流器單元為水冷。逆變器單元將通過(guò)半導(dǎo)體保險(xiǎn)絲與變頻器直流母排相連接。假設(shè)電機(jī)的效率為0.85。
表1 電機(jī)/整流器參數(shù)
進(jìn)出港工況 航行工況 吊裝工況
LF LOAD LF LOAD LF LOAD
發(fā)電機(jī)最大負(fù)荷（kW） 5 8500 5 8500 3 5100
推進(jìn)功率（kW） 1.3 4225 1.8 5850 0
800T起重機(jī)功率（kW） 0 0 0.8 624
3.2.3 主推進(jìn)變壓器
主推進(jìn)變壓器采用瑞士Transfor公司變壓器，額定容量3738KVA，Uk=8%。800T起重機(jī)為上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，其中變壓器型號(hào)為CSCFD-1000，0.69 kV/0.44x2kV（副邊兩組），Uk=6%。
3.3 整流器端模擬
變頻器因?yàn)槠潋?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能明顯、調(diào)節(jié)方便等特點(diǎn)在海洋平臺(tái)電力系統(tǒng)中得以廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)，因?yàn)榉蔷€性的方式產(chǎn)生的諧波對(duì)海洋平臺(tái)電網(wǎng)造成了一定的影響，是不容忽視的。本平臺(tái)變頻負(fù)載為推進(jìn)電機(jī)、800T起重機(jī)。對(duì)應(yīng)使用工況分別為進(jìn)出港工況、航行工況、吊裝工況。因此，仿真選用三種工況作為典型工況分析，能夠代表本平臺(tái)的諧波特性分析。運(yùn)用軟件仿真分析了平臺(tái)進(jìn)出港工況、航行工況和吊裝三種運(yùn)行工況。
3.3.1 進(jìn)出港工況
仿真分析數(shù)據(jù)基于本平臺(tái)電力負(fù)荷計(jì)算書(shū)，進(jìn)出港工況使用了推進(jìn)電機(jī)，此仿真分析基于24脈沖的運(yùn)行工況。
3.3.2 航行工況
本次仿真分析基于24脈沖的運(yùn)行工況，仿真分析結(jié)果如圖3所示。
圖2 進(jìn)出港工況諧波仿真分析曲線
圖3 航行工況諧波仿真分析曲線
3.3.3 吊裝工況
本次仿真分析基于12脈沖的運(yùn)行工況，仿真分析結(jié)果如圖4所示。
圖4 吊裝工況諧波仿真分析曲線
3.4 仿真分析對(duì)比
三種運(yùn)行工況，諧波仿真分析對(duì)比結(jié)果，如表2所示。
表2 不同工況諧波仿真分析結(jié)果對(duì)比
工況 進(jìn)出港工況 航行工況 吊裝工況
發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù) 5 5 3
發(fā)電機(jī)最大負(fù)荷（kW） 10625 10625 6375
推進(jìn)功率（kW） 4225 5850 0
800T起重機(jī)功率（kW） 0 0 624
其余負(fù)荷（kW） 6400 4775 5751
690V配電板諧波 1.90% 2.00% 1.40%
三種運(yùn)行工況仿真分析中沒(méi)有包含電動(dòng)機(jī)等的其余負(fù)載。電動(dòng)機(jī)或電阻類負(fù)載可以抑制諧波。忽略了這些負(fù)載模擬的諧波值，比預(yù)期中的更為悲觀。
電容性電阻（功率因數(shù)補(bǔ)償）會(huì)影響諧波電流的正常路徑。電力系統(tǒng)是感性的，但是當(dāng)感性電路中含有電容負(fù)載時(shí)，將會(huì)反映出來(lái)。這些頻率如果很接近特征諧波頻率，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。
由于主電力推進(jìn)產(chǎn)生的諧波阻抗流向電網(wǎng)而導(dǎo)致電壓畸變，可通過(guò)降低阻抗的方式來(lái)減少諧波分量。在平臺(tái)電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)是影響諧波阻抗的關(guān)鍵設(shè)備，因此，通過(guò)降低發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電抗值成為降低諧波分量的重要手段。另外，連接電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)數(shù)目也將減少THD值。
4 結(jié)論
隨著海洋平臺(tái)的大量運(yùn)用，諧波分析已成為海洋石油裝備電力系統(tǒng)分析必須攻克的問(wèn)題，文章介紹了仿真分析的必要性，著重分析了遼河一號(hào)風(fēng)電安裝平臺(tái)電力系統(tǒng)的諧波曲線，并且通過(guò)降低阻抗、降低發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電抗等多種方法能夠降低電網(wǎng)THD值。
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作者介紹
薛?。?973-），男，工程師，研究方向：海工裝備電氣
設(shè)計(jì)。
王艷杰（1979-），女，碩士研究生，研究方向：海工裝備電氣設(shè)計(jì)。
張陽(yáng)（1983-），男，工程師，研究方向：海工裝備電氣
關(guān)鍵詞：主蒸汽隔離閥；合同談判；經(jīng)驗(yàn)反饋
1 主蒸汽隔離閥的功能
主蒸汽隔離閥（Main Steam Isolation Valve，簡(jiǎn)稱MSIV）是核電站的重要閥門(mén)，用于核電站二回路主蒸汽系統(tǒng)，布置在核安全有關(guān)廠房和電氣廠房頂部。
主蒸汽隔離閥的功能包括：在主蒸汽管道或主給水管道破裂后防止失控的蒸汽噴放量超過(guò)一臺(tái)蒸汽發(fā)生器的儲(chǔ)水量，以維持反應(yīng)堆冷卻和安全殼壓力升高值在可接受的范圍內(nèi)；在任何位置的蒸汽管線或給水管線破裂后，該閥門(mén)都必須能夠迅速截?cái)嗳我环较虻恼羝?；?dāng)反應(yīng)堆處于熱停堆狀態(tài)時(shí)，該閥還用來(lái)將汽輪機(jī)側(cè)的部分主蒸汽管道與核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)隔離開(kāi)，以進(jìn)行下游設(shè)備的檢修。
2 主蒸汽隔離閥的特性
為實(shí)現(xiàn)以上功能，主蒸汽隔離閥在設(shè)計(jì)方面必須具備下列特性：
（1）無(wú)論其上游或下游管線發(fā)生破裂，閥門(mén)能在主蒸汽管線發(fā)生破裂時(shí)接到隔離信號(hào)后5秒內(nèi)自動(dòng)快速安全關(guān)閉；
（2）控制系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)成冗余的；
（3）能夠進(jìn)行在線功能試驗(yàn)，并且能在全關(guān)位置、全開(kāi)位置和90%開(kāi)度位置進(jìn)行遠(yuǎn)距離位置指示；
（4）能夠進(jìn)行定期泄漏試驗(yàn)；
（5）設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)相應(yīng)蒸汽發(fā)生器的參數(shù)；
（6）能夠滿足核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)瞬態(tài)的溫度、壓力和流量的系統(tǒng)瞬態(tài)；
（7）具有在設(shè)計(jì)工況條件下的3000次循環(huán)壽命；
（8）通過(guò)正常工況和主蒸汽管道破裂工況條件下環(huán)境鑒定；
（9）閥座密封性能滿足從0MPa到設(shè)計(jì)壓力的靜壓差和任何溫度到設(shè)計(jì)溫度的條件；
（10）閥門(mén)懸臂或外伸結(jié)構(gòu)的自然頻率不小于33Hz；
（11）在正常、異常、危急和事故工況下閥門(mén)應(yīng)能保證其結(jié)構(gòu)完整和可操作。
主蒸汽隔離閥在檢驗(yàn)內(nèi)容上主要包括以下要求：
（1）主蒸汽隔離閥的密封性能：測(cè)定閥門(mén)的主閥座、倒密封和填料的泄漏率是否滿足設(shè)計(jì)要求：①主閥座：正向：0.12cm3/h-每毫米閥座直徑（試驗(yàn)介質(zhì)為水）；反向：0.1%設(shè)計(jì)蒸汽流量。②倒密封和填料：0.04cm3/h-每毫米閥桿直徑（試驗(yàn)介質(zhì)為水）；
（2）主蒸汽隔離閥的冷、熱循環(huán)可操作性：驗(yàn)證閥門(mén)在鑒定溫度在室溫（38℃）及超過(guò)室溫（38℃）時(shí)，在閥門(mén)驅(qū)動(dòng)力同系統(tǒng)壓力不利的綜合下開(kāi)啟和關(guān)閉的能力，并測(cè)定閥門(mén)的正常啟閉時(shí)間和快速關(guān)閉時(shí)間；
（3）在最大管端反作用載荷下主蒸汽隔離閥的可操作性：驗(yàn)證閥門(mén)在承受接管反作用力端部加載荷之后的閥門(mén)運(yùn)行能力；
（4）在最大地震事件的載荷作用期間及以后主蒸汽隔離閥的可操作性：驗(yàn)證閥門(mén)在承受最大地震載荷作用下的閥門(mén)可運(yùn)行性，并測(cè)定閥門(mén)的快速關(guān)閉時(shí)間；
（5）在振動(dòng)擾動(dòng)期間及以后主蒸汽隔離閥的可操作性：驗(yàn)證閥門(mén)振動(dòng)環(huán)境對(duì)閥門(mén)可運(yùn)行性的影響，并測(cè)定閥門(mén)的正常啟閉時(shí)間和快速關(guān)閉時(shí)間；
（6）主蒸汽隔離閥的流體阻斷能力：驗(yàn)證閥門(mén)切斷實(shí)際流量的能力，并測(cè)定閥門(mén)的快速關(guān)閉時(shí)間；
（7）主蒸汽隔離閥的結(jié)構(gòu)材料與使用環(huán)境和老化影響的相容性：閥門(mén)部件采用金屬材料保證防止環(huán)境及老化效應(yīng)，因而在輻照、環(huán)境溫升及事故工況環(huán)境條件的沖刷下閥門(mén)不喪失其可操作性。閥門(mén)上使用的非金屬材料，如墊片、填料、油漆等按IEEE382的規(guī)定進(jìn)行輻照和熱老化、以及事故工況環(huán)境條件下的鑒定試驗(yàn)。
從設(shè)備采購(gòu)角度來(lái)講，主蒸汽隔離閥有很多不同于常規(guī)閥門(mén)設(shè)備的特點(diǎn)：
（1）主蒸汽隔離閥合同供貨范圍數(shù)量少，一般為4-6臺(tái)，且均為同一型號(hào)，閥門(mén)口徑大，是核島系統(tǒng)口徑最大的閥門(mén)；
（2）主蒸汽隔離閥控制系統(tǒng)復(fù)雜，鑒于閥門(mén)口徑較大，且要求安全關(guān)閉時(shí)間小于5s，多數(shù)供應(yīng)商采取氣-液聯(lián)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，電儀接口復(fù)雜；
（3）主蒸汽隔離閥有縮徑，喉徑處一般為460-600mm，提高了對(duì)閥門(mén)振動(dòng)噪音及總體尺寸的要求；
（4）主蒸汽隔離閥雖然為核2級(jí)設(shè)備，但是在進(jìn)行閥體壁厚計(jì)算和應(yīng)力分析時(shí)，應(yīng)該按核1級(jí)設(shè)備的要求進(jìn)行。
3 合同談判注意事項(xiàng)
由于該設(shè)備重要性及特殊性，根據(jù)閥門(mén)設(shè)計(jì)、制造及以往電站應(yīng)用過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，提出以下若干注意事項(xiàng)。
3.1 振動(dòng)噪音。主蒸汽隔離閥由于公稱直徑較大，采用縮徑，減小過(guò)流面積，減小閘板，從而減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在成本控制、解決布置問(wèn)題可靠性方面有不可替代的優(yōu)勢(shì)。因此，各廠家均采用縮徑的方式。但是由于閥門(mén)存在縮徑，通過(guò)閥門(mén)的高速蒸汽容易產(chǎn)生振動(dòng)、噪音。根據(jù)規(guī)格書(shū)要求，建議閥門(mén)喉徑應(yīng)為公稱直徑的80%。閥門(mén)喉徑提高，可有效避免振動(dòng)及噪音問(wèn)題，但同時(shí)會(huì)增加閥門(mén)的高度和整體重量，提高閥門(mén)的布置難度。在合同談判過(guò)程中，應(yīng)好充分考慮全部關(guān)于振動(dòng)機(jī)噪音的要素。
3.2 承壓部件。主蒸汽隔離閥直徑為DN800，閥體長(zhǎng)度約1600mm，高度約為1400-1600mm，材料為20MN5M，整體鑄造或鍛造。鑄（鍛）件較大，且用量較小，分包商的經(jīng)驗(yàn)一般來(lái)自相同閥門(mén)，故在合同談判期間，一定確認(rèn)閥體分包商是否有鑒定文件，以及之前是否擁有生產(chǎn)并檢驗(yàn)合格原型件，若無(wú)，應(yīng)要求供應(yīng)商在限定期限完成鑒定文件及產(chǎn)品原型件。原型件生產(chǎn)是影響閥門(mén)供貨周期的重要因素。對(duì)于原型件生產(chǎn)過(guò)程，采購(gòu)方及業(yè)主方有權(quán)利控制生產(chǎn)及檢驗(yàn)過(guò)程。閥體分包商是否已取得國(guó)家核安全局HAF604的認(rèn)證，這也是分包商選擇的重要因素。
3.3 控制系統(tǒng)。主蒸汽隔離閥由于閥門(mén)口徑較大、閘板重，且需快關(guān)，閥門(mén)供應(yīng)商使用了不同的方式達(dá)到目的。一般為氣液聯(lián)動(dòng)，控制系統(tǒng)復(fù)雜，需通過(guò)單獨(dú)的執(zhí)行邏輯實(shí)現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)在建項(xiàng)目均采用DCS主控系統(tǒng)，閥門(mén)通過(guò)DCS中的邏輯控制安全性、布置方面等各方面更有優(yōu)勢(shì)。除執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體外，為實(shí)現(xiàn)控制功能，供應(yīng)商還為執(zhí)行機(jī)構(gòu)配備了液動(dòng)裝置所需的整套液壓系統(tǒng)，以及氣動(dòng)裝置需要電器附件，如電磁閥、限位開(kāi)關(guān)及電纜等。根據(jù)已有條件，在合同談判期間選擇更合理的電氣附件分包商。
3.4 易燃物。主蒸汽隔離閥為整體組裝到貨，安裝時(shí)應(yīng)為開(kāi)啟狀態(tài)，故在設(shè)備合同中的供貨范圍包括初次驅(qū)動(dòng)閥門(mén)所用的液壓油。由于液壓油屬于易燃易爆品，應(yīng)交由其分包商的國(guó)內(nèi)負(fù)責(zé)液壓油的運(yùn)輸和清關(guān)工作，并直接運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)，在合同談判階段，還需考慮此部分合同金額的支付問(wèn)題。
4 結(jié)語(yǔ)
主蒸汽隔離閥設(shè)備由于其設(shè)備功能重要性，設(shè)備本身設(shè)計(jì)、制造工藝復(fù)雜性，在合同談判過(guò)程中需注意的問(wèn)題很多，文章根據(jù)合同管理經(jīng)驗(yàn)及其他電廠反饋，提出了若干需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，能夠?qū)χ髡羝綦x閥的合同談判起到一定的指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；串行通信；總線；計(jì)算機(jī)；接口
隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，論文工業(yè)過(guò)程的智能化、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛．單片機(jī)系統(tǒng)由于其抗干擾性能較好被大量應(yīng)用到工業(yè)過(guò)程控制的各個(gè)領(lǐng)域。因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣，單片機(jī)系統(tǒng)在使用過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)時(shí)想不到的新情況、新問(wèn)題，這就需要進(jìn)一步修改和完善．因此，有必要設(shè)計(jì)一套單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)反饋的各種問(wèn)題，隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)中的功能模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和分析，解決工程實(shí)際問(wèn)題．本文設(shè)計(jì)的這套單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有自動(dòng)采集多路模擬量、對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示、根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制輸出、與計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信等功能．
1系統(tǒng)組成及工作原理
綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：89C51單片機(jī)及其仿真系統(tǒng)，溫度、壓力等模擬量傳感器及其接口電路，A／D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，按鍵控制模塊，日歷時(shí)鐘模塊，看門(mén)狗電路模塊，F(xiàn)P—GA模塊，液晶顯示模塊，通信模塊及上位計(jì)算機(jī)，其組成框圖如圖1所示．系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)作為主控芯片，A／D轉(zhuǎn)換模塊將多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為該系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)空間；按鍵控制模塊向CPU傳回鍵值，用來(lái)設(shè)置和調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)；日歷時(shí)鐘芯片不僅可以給系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，而且為系統(tǒng)提供掉電保護(hù)功能；看門(mén)狗電路模塊為系統(tǒng)提供了精確復(fù)位和低電壓監(jiān)控功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障或程序跑飛，它就可以在超時(shí)周期之后使CPU復(fù)位，提高系統(tǒng)的整體可靠性和抗干擾能力．FPGA模塊是現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列，通過(guò)編程可將它作為多種數(shù)字邏輯器件使用；LCD液晶顯示模塊可以同時(shí)顯示多行字符及自造圖形，主要用來(lái)顯示采集到的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間等；兼容RS485和RS232兩種協(xié)議的全雙工串行通信接口，可以與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)(約1200m)近(約15m)距離的數(shù)據(jù)通信[1]；上位計(jì)算機(jī)將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、繪制模擬曲線、打印曲線和數(shù)據(jù)文件，按照用戶的具體要求作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和處理，同時(shí)發(fā)送控制參數(shù)，對(duì)被測(cè)對(duì)象的溫度、壓力等進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)．
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1單片機(jī)仿真系統(tǒng)
單片機(jī)仿真系統(tǒng)可以模擬CPU在仿真機(jī)上運(yùn)行用戶程序(程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器借用仿真機(jī)的)，也可以連接外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與控制功能．仿真機(jī)一般都具有單片機(jī)的基本功能部件，如CPU、RAM、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、鍵盤(pán)等；具有單步、設(shè)置斷點(diǎn)(以便隨時(shí)觀察內(nèi)部各RAM、特殊功能寄存器的數(shù)據(jù)變化)、連續(xù)運(yùn)行用戶程序的功能[2]．
監(jiān)控程序放置在仿真機(jī)內(nèi)，要仿真的CPU器件位于仿真機(jī)外仿真線的端頭，畢業(yè)論文更換不同的仿真頭和CPU，該機(jī)可以仿真8031、89C2051、89C51等類型的單片機(jī)，該機(jī)的調(diào)試軟件可以直接編輯匯編源程序．通過(guò)仿真機(jī)進(jìn)行編程和調(diào)試減少了對(duì)芯片的頻繁寫(xiě)人、擦除和修改操作，只有當(dāng)程序調(diào)試順利通過(guò)才將程序?qū)懭胄酒幊谭奖闱夜?jié)省時(shí)間．
2．2傳感器的選擇及信號(hào)變送電路的設(shè)計(jì)
傳感器作為系統(tǒng)的感知器件，直接影響著系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性．本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，溫度傳感器選用精度高，線性度好，使用方便的LM335傳感器；壓力傳感器選用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變式壓力傳感器，它具有精度高、響應(yīng)速度快、分辨率高等特點(diǎn)．傳感器接El電路的設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了溫度、壓力等專門(mén)接口電路，直接與上述各種傳感器相連．由于從傳感器輸出的模擬電信號(hào)非常微弱，需對(duì)這些模擬信號(hào)進(jìn)行放大，同時(shí)為了確保信號(hào)不失真，選用了線性度好、抗干擾能力強(qiáng)的高精度運(yùn)放OP07，其特點(diǎn)是輸入失調(diào)電壓較高、溫漂較小、開(kāi)環(huán)電壓增益較高、共模抑制比較大，它輸出的模擬信號(hào)經(jīng)10位A／D轉(zhuǎn)換器TLC1543轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，送人89C51進(jìn)行處理．
2．3通信模塊的設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)(PC)串行通信端口是RS232負(fù)邏輯電平，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通過(guò)RS232總線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，也可以通過(guò)RS485總線進(jìn)行多機(jī)通信_(tái)3]，RS485總線上最多可掛接32個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，總體布局如圖2所示．所以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之間的近距離通信，通過(guò)RS232接口即可；若要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)距離通信，則必須將RS232電平轉(zhuǎn)換為RS485電平后，才可將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)掛接在RS485總線上．RS232-RS485電平轉(zhuǎn)換原理如圖3所示，通過(guò)MAX485的差動(dòng)輸入(A、B)與RS485總線相連進(jìn)行信號(hào)的收／發(fā)，由于RS485總線上只能進(jìn)行半雙工通信，所以MAX232和MAX485之間除了接收和發(fā)送線外，還有一個(gè)信號(hào)線來(lái)控制MAX485的接收使能(RE)和發(fā)送使能(DE)，在PC與RS232相連的這一側(cè)，通過(guò)PC的請(qǐng)求發(fā)送(RTS)來(lái)控制．
2．4串行總線I*2C
I*2C總線是PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)單、雙向二線制串行總線[4]．它只需兩根線(串行時(shí)鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA)就能完成掛接在總線上的若干個(gè)IC器件與微處理器之問(wèn)的數(shù)據(jù)交換．該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用具有IC總線接口的看門(mén)狗芯片CATll61和可編程實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563，由于單片機(jī)89C51自身沒(méi)有IC總線接口，所以采用軟件合成IC總線與它們相接．
IC串行總線與并行總線的最大區(qū)別在于：并行總線有地址總線，CPU通過(guò)地址總線訪問(wèn)從器件；而IC總線利用數(shù)據(jù)傳送中的前幾個(gè)字節(jié)傳送地址信息，所以占用CPU的口線大大減少[5]．隨著智能化測(cè)控儀器日趨小型化和集成化，IC串行總線正在逐步取代傳統(tǒng)的并行總線．．5抗干擾設(shè)計(jì)
工業(yè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境一般較差，干擾較嚴(yán)重，為了保證系統(tǒng)可靠工作，必須解決抗干擾問(wèn)題．針對(duì)工業(yè)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)可能產(chǎn)生的干擾、干擾來(lái)源、傳播途徑等，采用了軟硬件方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)．硬件抗干擾設(shè)計(jì)主要包括：對(duì)電源噪聲進(jìn)行濾波、大功率驅(qū)動(dòng)電路接口進(jìn)行光電隔離、集成電路芯片的VCC與地之間并連電容、優(yōu)化電路板的布線、看門(mén)狗監(jiān)控等；軟件抗干擾設(shè)計(jì)主要包括：軟件陷阱、軟件自恢復(fù)、數(shù)字濾波、求平均值等．
對(duì)于數(shù)據(jù)輸入通道的干擾，采用軟硬件結(jié)合的方法進(jìn)行濾波．當(dāng)存在隨機(jī)干擾而使被測(cè)信號(hào)中混入了無(wú)用成分時(shí)，碩士論文首先經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間連續(xù)的RC濾波電路，再經(jīng)A／D變換成二進(jìn)制數(shù)字量后，進(jìn)行數(shù)字濾波．因?yàn)橛布V波能很好地抑制高頻干擾，而對(duì)低頻干擾的濾波效果卻較差；而軟件數(shù)字濾波算法對(duì)低頻干擾具有較好的抑制能力．
在控制強(qiáng)電設(shè)備的開(kāi)關(guān)量輸出通道中，為防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過(guò)輸出通道反串到監(jiān)控系統(tǒng)，采用了光電隔離技術(shù)．因?yàn)楣庑盘?hào)的傳輸不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，可有效地防止干擾信號(hào)因耦合而進(jìn)入系統(tǒng)，達(dá)到電氣隔離的效果．
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)軟件和PC機(jī)軟件．單片機(jī)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，利用MCS一51匯編語(yǔ)言編寫(xiě)．根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，該軟件由主程序以及數(shù)據(jù)采集、A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、日歷時(shí)鐘編程、鍵盤(pán)中斷調(diào)控、液晶顯示、D／A轉(zhuǎn)換、數(shù)碼管顯示等程序模塊組成．下面以加熱爐的爐溫控制為例，給出系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示．
PC機(jī)軟件的主要功能是對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、動(dòng)態(tài)模擬顯示、報(bào)表繪制、打印輸出等．PC機(jī)軟件采用VisualBasic6．0編寫(xiě)，醫(yī)學(xué)論文PC機(jī)與單片機(jī)之間的實(shí)時(shí)通信程序主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行通訊口進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和雙向通信，此外，PC機(jī)程序還將單片機(jī)采集過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)按照用戶的具體要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、生成報(bào)表和數(shù)據(jù)文件等，并對(duì)不同情況下得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出變化規(guī)律．
4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
為了測(cè)試該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，將5臺(tái)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與工業(yè)計(jì)算機(jī)組成分布式多機(jī)通信系統(tǒng)，單片機(jī)串口工作方式1(傳送一幀信息10位)，波特率2400bps，一幀數(shù)據(jù)采用5個(gè)字節(jié)(其中數(shù)據(jù)占2個(gè)字節(jié)是因?yàn)锳／D轉(zhuǎn)換結(jié)果是10位)的格式，如表1所示．5臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各采集一次數(shù)據(jù)給PC機(jī)傳送時(shí)，理論上連續(xù)發(fā)送速率為2400／(10*5*5)===9．6次／s．經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)在120ms后收到了5臺(tái)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)送的共250位數(shù)據(jù)，實(shí)際發(fā)送速率約為8次／s，這是因?yàn)橛袪顟B(tài)轉(zhuǎn)換和等待時(shí)間；為了測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，將調(diào)試好的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)芯片，使系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，120h后觀察系統(tǒng)仍然在按設(shè)定的流程工作，沒(méi)有出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象．該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，據(jù)此設(shè)計(jì)了工業(yè)加熱爐爐溫控制系統(tǒng)并在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝使用，結(jié)果系統(tǒng)能連續(xù)正常工作(工業(yè)計(jì)算機(jī)故障除外)，測(cè)量隨機(jī)誤差為±0．01℃，控制結(jié)果滿
足了實(shí)際要求．
5結(jié)論
該綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅能為以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)前期探索研究提供一種方便的實(shí)驗(yàn)裝置，而且能在遠(yuǎn)離工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)室解決工業(yè)應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)可以將許多分散的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合在一起進(jìn)行研究和分析，節(jié)約資源，降低成本；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確率高，通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，系統(tǒng)工作可靠；單片機(jī)串行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分布式通訊系統(tǒng)靈活性強(qiáng)，易于擴(kuò)充，其基本原理適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的分布式數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)及控制系統(tǒng)，具有很大的實(shí)用價(jià)值．
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