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[關(guān)鍵詞]自來水廠 電氣自動化 控制工程
中圖分類號：TU991.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）29-0295-01
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)對于水資源的需求日益增加，但是我國水資源正處于短缺狀態(tài)，為了走向可持續(xù)發(fā)展觀的道路，滿足人們?nèi)找嬖黾拥男枨?，自來水廠的改革迫在眉睫?，F(xiàn)在電氣自動化技術(shù)的逐漸成熟，將該技術(shù)融入到自來水廠的控制系統(tǒng)中是改革的關(guān)鍵。
一、自來水廠電氣自動化控制系統(tǒng)的概述
1.自控系統(tǒng)的組成
自來水廠的各個工藝程序雖然繁多，但是它們每一個環(huán)節(jié)都是相對獨立的存在，因此相對性的控制系統(tǒng)也要遵循這一特點，將故障的影響降到最低，若是某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，并不會牽連其它環(huán)節(jié)，其它環(huán)節(jié)仍可正常工作，將自來水廠的經(jīng)濟損失降到最低。
自來水廠的工藝環(huán)節(jié)主要由取水泵房控制系統(tǒng)，送水泵房控制系統(tǒng)，加礬自動控制系統(tǒng)，加氯自動控制系統(tǒng)等多種處理系統(tǒng)共同組成。對其各個工藝的控制系統(tǒng)主要采用PLC+IPC的控制系統(tǒng)的模式。該控制模式采取的多組主站加副站的組合形式，它將全國各個自來水廠作為每一個網(wǎng)點，共同形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于水資源的統(tǒng)籌分配管理。在自來水廠的內(nèi)部控制中每一個環(huán)節(jié)都設(shè)有控制系統(tǒng)，利用先進的通訊技術(shù)將自來水廠中水資源的傳輸過程的可靠數(shù)據(jù)精確的傳遞給監(jiān)管總部，實現(xiàn)自來水廠的自動化全面監(jiān)控目標。
自來水廠的自動化控制系統(tǒng)是由各個控制站點共同組成，其中包括中央控制站點，該控制站點是整個控制體系的終端，其功能是對整個控制體系最終呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果和統(tǒng)籌調(diào)節(jié)和下達最終命令，也是監(jiān)控總部，該站點的工作人員將最終結(jié)果進行總結(jié)分析；配電室控制站點，該站點主要監(jiān)控自來水廠的電壓穩(wěn)定工作，對其進行自動調(diào)節(jié)，使其維持自來水廠的正常工作；取水泵控制站點是負責監(jiān)控取水泵房內(nèi)部的工作，并對其進行自動操控，維護取水泵房內(nèi)部的正常工作；送水泵房站點，濾池控制站點或反應(yīng)沉淀池控制站點等多種自來水處理環(huán)節(jié)都設(shè)有自動控制站點，并且根據(jù)自來水廠的實際控制安排，將其控制站點相結(jié)合，盡可能在保證其控制力度的前提下簡化站點的建立，節(jié)約投資成本。
2.水廠自動化控制的現(xiàn)狀
我國自來水廠的自動化程度與國際先進自來水廠建設(shè)水平有一定的差距，由于對國際上發(fā)達國家的經(jīng)驗學習和政府的支持，我國自來水建設(shè)水平正在不斷提高。我國借鑒國外的管理體系和引入先進的自動化設(shè)備，結(jié)合我國自來水廠的現(xiàn)狀綜合應(yīng)用于自來水廠的建設(shè)，從而提升自來水廠的自動化程度，提高自來水廠的工作效率。
我國各個地區(qū)的自來水廠由于受到經(jīng)濟水平的限制，造成自來水廠的發(fā)展不平衡狀態(tài)，有些落后地區(qū)甚至還處于傳統(tǒng)的管理模式，沒有進入自動化控制系統(tǒng)，嚴重落后于發(fā)達城市的自來水廠的自動化水平；我國自動化技術(shù)發(fā)展十分迅速，但是相較于發(fā)電廠或化工廠的自動化程度而言，自動化技術(shù)較晚些才進入自來水廠的控制系統(tǒng)中，使之自動化程度并不徹底；我國新建的自來水廠相較于具有年代的自來水廠而言自動化程度更為徹底，舊的自來水廠雖然具有強大的工作經(jīng)驗，但是其身上背負著傳統(tǒng)觀念和陳舊設(shè)備的負擔，對于自動化的改革需要承擔巨大的代價，這些需要時間貫徹落實自動化制度等，這些就是我國自來水廠的發(fā)展現(xiàn)狀，與其說是自動化控制的改革，還不如說是半自動化控制系統(tǒng)的改革，我國自來水廠急需自動化水平全面發(fā)展，保證全國自來水廠自動化改革的貫徹落實。
二、現(xiàn)代自來水自動化控制系統(tǒng)技術(shù)
1.水質(zhì)檢測自動化技術(shù)
自來水廠水質(zhì)檢測技術(shù)是自來水廠輸送自來水質(zhì)量的有力保證，該技術(shù)的完善也是對人們的生命安全負責的表現(xiàn)。自來水廠對于水質(zhì)量的自動化檢測包括水質(zhì)PH檢測儀，電流檢測儀，漏氯報警儀等。其中水位監(jiān)測儀在自來水廠經(jīng)常被使用，在對水處理的各個環(huán)節(jié)都有用處，檢測儀是自來水廠自動化的基礎(chǔ)設(shè)備之一，檢測儀的形式多種多樣，有超聲波、靜電電容式等多種形式，目前我國正在不斷研發(fā)更為優(yōu)化的先進檢測儀，提升自來水廠輸出的水質(zhì)質(zhì)量。
2.水處理控制技術(shù)
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，自來水廠的自動化程度不斷加深。水廠內(nèi)的自動化控制系統(tǒng)的不斷完善，大大提升了水廠內(nèi)部對水處理能力。人們對于水質(zhì)的質(zhì)量要求越來越高，人工的水處理技術(shù)已經(jīng)不能達到人們對于健康飲水的標準，水處理控制技術(shù)的自動化可以達到更為復(fù)雜嚴格的水質(zhì)要求，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。雖然對于水質(zhì)要求不斷提升，但是自動化的水處理控制技術(shù)仍然以國家標準為依據(jù)，沿襲經(jīng)典的水處理技術(shù)標準，有利于全國水質(zhì)標準的統(tǒng)一。
3.變頻控制技術(shù)
水廠由于地區(qū)季節(jié)的變化和經(jīng)濟市場的變動，該地區(qū)對于水量的需求存在上下波動的現(xiàn)象，而變頻控制技術(shù)就是針對這一問題設(shè)計的節(jié)約資源的新技術(shù)。變頻技術(shù)是以變頻調(diào)整為原理，根據(jù)各種檢測儀所提供的數(shù)據(jù)分析，包括水位、水壓和水量來自動控制取水水泵對于自來水的傳輸量進行調(diào)整。該自動控制技術(shù)改善了自來水廠的功率因素和工作的標準，從而提升了水質(zhì)的質(zhì)量和利用率，從而達到節(jié)能的目標。在水資源短缺的狀況下，該技術(shù)應(yīng)該不斷研發(fā)，提高水資源的利用率，走可持續(xù)發(fā)展道路。
4.水廠電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
自來水廠的自動化控制系統(tǒng)，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展不斷加深，未來的自動化系統(tǒng)應(yīng)該向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、一體化等方向發(fā)展，擴大自動化系統(tǒng)對水廠的影響程度，促使自來水廠的生產(chǎn)效率不斷提升。智能化的發(fā)展方向體現(xiàn)在智能化設(shè)備、智能化的控制技術(shù)，自動化控制系統(tǒng)具有自身采集數(shù)據(jù)和傳遞信息的智能化的表現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)化的表現(xiàn)為自來水廠的數(shù)字化，信息化，遠程監(jiān)控等多方面；一體化表現(xiàn)為管理、監(jiān)控、現(xiàn)場控制三個空間的一體化，對我國水資源的統(tǒng)籌規(guī)劃和充分利用等。
結(jié)束語
綜上所述，我國自來水廠的自動化控制系統(tǒng)發(fā)展不全面，存在很多問題需要我們不斷改進和完善。電氣自動化技術(shù)的加入是我國水廠改革的重要力量之一，我們應(yīng)該充分利用自動化技術(shù)的優(yōu)勢，提升水廠的工作效率和水質(zhì)質(zhì)量。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】機電自動化；優(yōu)點和效益；應(yīng)用領(lǐng)域；發(fā)展趨勢
前言
機電自動化是現(xiàn)代科學技術(shù)迅猛發(fā)展的必然結(jié)果，是人類向著自動化方向發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類社會從事生產(chǎn)生活的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在人類社會不斷朝著自動化發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。機電自動化不但能夠提高生產(chǎn)力，促進生產(chǎn)迅猛發(fā)展，更在很大程度上方便了人們的生活。
一、機電自動化系統(tǒng)的優(yōu)點和效益
1、使用安全性和可靠性提高
機電自動化產(chǎn)品一般都具有自動監(jiān)視，報警，自動診斷，自動保護等功能，降低了故障率，提高了設(shè)備的使用安全性，并使產(chǎn)品壽命得到延長。
2、具有復(fù)合功能，適用面廣
機電自動化產(chǎn)品一般具有自動化控制，自動補償，自動校驗，自動調(diào)節(jié)，自動保護和智能化多種功能，能應(yīng)用于不同的場合和不同領(lǐng)域，滿足用戶需求，應(yīng)變能力較強。
3、生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高
機電自動化產(chǎn)品大都具有信息自動處理和自動控制功能，其控制和檢測的靈敏度、精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動化控制系統(tǒng)可精確的保證機械的執(zhí)行機構(gòu)按照設(shè)計的要求完成預(yù)定的動作，使之不受機械操作者主觀因素的影響，從而實現(xiàn)最佳操作，保證佳的工作質(zhì)量和較高的產(chǎn)品合格率。同時，由于機電自動化產(chǎn)品實現(xiàn)了工作自動化，所以生產(chǎn)力大大提高。
二、機電自動化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
機電自動化技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及到生產(chǎn)過程的所有領(lǐng)域，因此，機電自動化產(chǎn)品的種類很多，而且在不斷增加。按照機電自動化產(chǎn)品的功能，可以將其分為下述幾類。
1. 信息控制類，主要產(chǎn)品包括傳真機、磁盤存儲器、磁帶錄像機、錄音機、復(fù)印機等。這類產(chǎn)品的主要特點是執(zhí)行機構(gòu)的動作由所接收的信息類信號來控制。除此之外，機電自動化產(chǎn)品還可根據(jù)機電技術(shù)的結(jié)合程度分為功能附加型、功能替代型和機電融合型三類
2.設(shè)備類，主要產(chǎn)品包括電火花加工機床、線切割機、超聲波加工機以及激光測量儀等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置。
3.機電結(jié)合類，主要產(chǎn)品包括自動探傷機、形狀自動識別裝置、CT掃描診斷機以及自動售貨機等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為電子裝置和機械裝置的有機結(jié)合。
4.電液伺服類，主要產(chǎn)品為機電液一體化的伺服裝置， 如電子伺服萬能試驗機。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為液壓驅(qū)動的機械裝置，控制機構(gòu)是接受電信號的液壓伺服閥。
5. 數(shù)控類，主要產(chǎn)品包括數(shù)控機床、機器人、發(fā)動機控制系統(tǒng)以及全自動洗衣機等。這類產(chǎn)品的特點是執(zhí)行機構(gòu)為機械裝置。
機電自動化產(chǎn)品的功能是通過其內(nèi)部各組成部分功能的協(xié)調(diào)和綜合來共同實現(xiàn)的。從其結(jié)構(gòu)來看，機電自動化產(chǎn)品具有自動化、智能化和多功能的特性，而實現(xiàn)這種多功能一般需要機電自動化產(chǎn)品具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能、控制功能和執(zhí)行功能，而實現(xiàn)這些功能的各個組成部分及其技術(shù)就構(gòu)成了機電自動化產(chǎn)品的總體或系統(tǒng)。
三、機電自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢
機電自動化是多學科交義的一種學科，它集光學、計算機、信息等學科，它在歷史的長河中不斷發(fā)展，不斷的進步，并且促進了技術(shù)的不斷發(fā)展，機電自動化的進步可以歸結(jié)以下個方面：
1、綠色化
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展給人們生活帶來巨大的變化。物質(zhì)豐富，生活舒適，然而資源減少，生態(tài)環(huán)境受到了嚴重的影響。此時，人們倡導(dǎo)保護白然，回歸白然。綠色產(chǎn)品概念在這種情況下出現(xiàn)了，所以，綠色化漸漸成為時代的主題。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造等一系列過程中，環(huán)境和人類的要求不斷的增加，對生態(tài)資源要求高，利用率卻不斷增加。有效的設(shè)計綠色機電化產(chǎn)品，具有未來遠大的前景。機電自動化產(chǎn)品的綠色化主要凸顯在使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。
2、自動化
自動化是動態(tài)化的，前瞻未來機電自動化技術(shù)，更加注重產(chǎn)品和人的人性結(jié)合，機電自
動化技術(shù)的人格化有兩個方面：一是如何給自動化實現(xiàn)更加人的一些功能，顯得越來越重要，特別像家用機器人，更加凸顯出人機一體化技術(shù)：二是模仿生物機理，研制出各種機電自動化技術(shù)產(chǎn)品。其實，很多機電自動化技術(shù)產(chǎn)品都是在動物的靈感下研制出來的
3、電氣自動化控制系統(tǒng)的標準化接口。采用微軟公司的標準化技術(shù)后，工程的成本大大降低了，成功地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的共享?？紤]到自動化系統(tǒng)策劃方案的重要，當企業(yè)進行系統(tǒng)連接時，必須采用微軟操作系統(tǒng)，那么這種情況下辦公室使用的就是 IP 系統(tǒng)，管理系統(tǒng)和自動化控制之間聯(lián)系的建立就是通過 PC 系統(tǒng)。程序標準化接口使廠家之間的數(shù)據(jù)交換有了保證，解決了通訊產(chǎn)生的難題。
4、 智能化進入
21世紀，智能化成為機電自動化的一個重要方向，人工智能越來越受到人們的重視，人機智能化成為一個重要的應(yīng)用之一，所謂智能化是對機器行為等一切理論基礎(chǔ)上的，運用人工智能，計算機，動力學等學科，使她逐漸成為自動化產(chǎn)品的智能，但是要完全和人一樣的智能是不可能的，從多個方面考慮，高性能，速度的微處理器使自動化技術(shù)產(chǎn)品賦了低級職能，都是完全可以實現(xiàn)的。
5、電氣自動化工程控制系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)。在我國電氣自動化發(fā)展計劃的指導(dǎo)之下，隨著市場化的環(huán)境，不斷提升電氣自動化工程控制系統(tǒng)的創(chuàng)新能力。并且企業(yè)不斷吸收創(chuàng)新技術(shù)以提升自身的創(chuàng)新能力，而科研的投入，為電氣自動化的創(chuàng)新提供了更加廣闊的空間，加強政策上的扶持，健全、完善機制對創(chuàng)新都是非常有利的。目前我國企業(yè)主要生產(chǎn)一些中低檔次的產(chǎn)品，產(chǎn)品主要服務(wù)于中小型的項目，企業(yè)應(yīng)該打開自主創(chuàng)新的新局面，轉(zhuǎn)換經(jīng)濟增長模式，逐漸提升創(chuàng)新能力。
電氣自動化可以與地球數(shù)字化互相結(jié)合。此設(shè)想包含了自動化的創(chuàng)新經(jīng)驗，可以把大量的相關(guān)數(shù)據(jù)整體為坐標，最終成為一個電氣自動化數(shù)字地球。將信息全部放入計算機中，與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，不管人們在什么地方，根據(jù)地球地理坐標，便能知道任何地方的數(shù)據(jù)信息。還可以加強企業(yè)與相關(guān)院校之間的合作。鼓勵企業(yè)到此專業(yè)的學校中建立車間，進行技術(shù)生產(chǎn)等，建立學習形生產(chǎn)培訓(xùn)基地。還可以走入企業(yè)進行教學。將實踐能力和理論學習結(jié)合在一起。此外，還要與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，積極利用已有的科學技術(shù)。加強專業(yè)培訓(xùn)，提供研究人員水平等。
四、結(jié)束語
由此可見，作為多門科學技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶成果，機電自動化代表著社會的生產(chǎn)力已經(jīng)發(fā)展到了一個必然的全新階段，各個行業(yè)的發(fā)展將極大地有賴于該項技術(shù)的推動，傳統(tǒng)的理念和方法得到了變革創(chuàng)新，其重要性肯定會在我國今后的經(jīng)濟發(fā)展中得到越來越多的體現(xiàn)。
【參考文獻】
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【關(guān)鍵詞】電氣自動化 ；監(jiān)控系統(tǒng) ；問題 ；發(fā)展趨勢
在我國，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)逐漸變?yōu)楝F(xiàn)在技術(shù)和設(shè)備更為成熟的監(jiān)控系統(tǒng)了。隨著科技的革新，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)也開始向著更為科學化、更為系統(tǒng)化、更加安全可靠、更利于操作的方向發(fā)展了。不過，凡事都具有兩面性，在電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，為相關(guān)工作人員帶來便捷的同時，也對相關(guān)工作帶來了一定程度的沖擊。因此，筆者認為，為了今后更有效、更科學地使用電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，認清電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，明確其使用過程中產(chǎn)生的問題，并對其未來的發(fā)展趨勢進行合理的推斷是極為重要和必要的。
1 電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的概述
電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，主要是對在工作中的電氣自動化的相關(guān)設(shè)備及操作進行實時的監(jiān)控，以達到及時發(fā)現(xiàn)工作中問題、有效解決問題并進行相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄的目的，這不僅僅提高了工作的效率，還為以后的電氣自動化的工作人員提供了寶貴的資料。
現(xiàn)在，經(jīng)濟全球化的趨勢越來越嚴峻，中國的大部分企業(yè)，無論是傳統(tǒng)企業(yè)，還是新興企業(yè)都陸續(xù)開始將電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)引入到企業(yè)日常的工作當中。不可否認，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的引入，極大的滿足了當今市場的需求，在增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益、促進了企業(yè)的綜合發(fā)展的同時，也為中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展做出了巨大的貢獻，為中國更好、更快地打開國際市場創(chuàng)造了極為有利的先決條件。
2 電氣自動化系統(tǒng)的重要性
2.1 提高了工作中突發(fā)事件的處理效率
在企業(yè)、工廠的日常工作中，通過對優(yōu)化的電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的使用，可以實現(xiàn)對當?shù)毓ぷ鲾?shù)據(jù)信息進行實時的采集、分析與處理等等。例如 ：工作時，在現(xiàn)場發(fā)生了突發(fā)事件或是沒有預(yù)知的事故，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)會自動進行當時數(shù)據(jù)信息的采集，并通過監(jiān)控系統(tǒng)進行科學、合理的事故分析，將實時發(fā)生的事故數(shù)據(jù)信息進行保存，使得工作人員可以及早地發(fā)現(xiàn)問題的所在，有效地防止了更大事故的發(fā)生，更為今后工作的調(diào)研提供了科學、準確的數(shù)據(jù)信息。此外，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)還可以對數(shù)據(jù)信息進行及時的更新，使相關(guān)工作人員對工廠的具體情況更為了解，對于工廠內(nèi)部存在的一些極為細小的問題，或是工作人員不容易發(fā)現(xiàn)的故障，通過電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的良好都可以及時發(fā)現(xiàn)。這樣一來，對事故發(fā)生后的處理有了推進作用，從而從根本上提高了員工工作的效率，加大了員工工作的安全系數(shù)。
2.2 提高了工作的準確度
傳統(tǒng)的工作方式，主要是通過人進行的。在人工的處理過程中，不論工作人員的技術(shù)水平有多高，工作態(tài)度有多認真，都難保不會在日常的工作當中，有注意不到或是解決不了的問題。但是，利用機器并使用電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對問題進行及時的分析與解決。此外，人不同于機器，是會有情緒起伏的，也會有身體不適的時候，在上述這些情況出現(xiàn)時，工作的質(zhì)量與效率就很容易受到不同程度的影響。而通過電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的使用，可以有效地避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，機器和系統(tǒng)是不會有情緒波動的。因此可以避免由情緒變化引發(fā)的問題。雖然，機器也會出現(xiàn)損壞，系統(tǒng)也會存在漏洞，但是可以通過機器的維修與換代，系統(tǒng)的定期維護與修補，進行及時的解決。而人一旦生病，其無法工作的期限則是不能夠估測的。即使員工帶病上崗，其工作效率也會大打折扣。
3 電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題
通過上述的論述，筆者介紹了電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，下面筆者就具體談?wù)勗陔姎庾詣踊O(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用中存在的問題。
3.1 網(wǎng)絡(luò)問題給監(jiān)控系統(tǒng)造成的影響
電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，在很大程度上依賴電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)。通過大量的調(diào)查研究，筆者發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)今的使用電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的絕大多數(shù)企業(yè)當中，其使用的電子計算機設(shè)備基本上是能夠滿足電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的要求的。但是，在具體的應(yīng)用過程中，其網(wǎng)絡(luò)速度給實際工作帶來了很多麻煩。例如 ：在使用電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)時，由于該地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)速度
過慢，使得電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息無法進行及時的采集與更新，在很大程度上影響了電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)分析問題、解決問題的能力。網(wǎng)絡(luò)速度的緩慢，不僅僅給電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)上帶來了困難，在數(shù)據(jù)信息的保存上也有不小的影響。在現(xiàn)實的工作當中，由于網(wǎng)絡(luò)速度的緩慢，數(shù)據(jù)信息的丟失與錯誤保存的情況也是時有發(fā)生的。這種現(xiàn)象的存在，對日后的工作埋下了安全隱患。
3.2 周圍的環(huán)境問題給監(jiān)控系統(tǒng)帶來的影響
在經(jīng)濟全球化的大趨勢下，我國為了實現(xiàn)經(jīng)濟的快速發(fā)展，政府大力支持與扶持工業(yè)的發(fā)展工業(yè)的飛速發(fā)展，雖然為企業(yè)和國家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟效益，但是對于環(huán)境的危害也不小近幾年來，我國環(huán)境問題的日益加深，不單單給人們?nèi)粘５纳顜砹司薮蟮奈：?，對電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用也帶來了不可磨滅的影響。這其中，最為嚴重的就是電磁影響。目前，在我國，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，其對電量的需求也在逐漸增加。在員工使用電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行工作的時候，會由于日益加重的電磁污染而使得所使用的電氣設(shè)備受到電磁的干擾，從而對電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)工作的準確度產(chǎn)生了影響。
4 電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
4.1 增加模擬情形的分析
目前的電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)工作現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的采集，進行分析與解決的，屬于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的階段。這雖然能夠提高工作的質(zhì)量與效率，但是沒有從根源上減少工作中出現(xiàn)事故的概率。筆者認為，隨著現(xiàn)今科學技術(shù)的飛速發(fā)展與更新，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)也會發(fā)生不同程度的升級。在模擬情形分析這方面，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)還是比較欠缺的。因此，未來電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)將會向模擬情形分析這一塊發(fā)展。實現(xiàn)根據(jù)當時、當?shù)貙嶋H情況的分析，做出模擬情形的設(shè)計與分析，從根本上抑制事故的發(fā)生，減工作中存在的安全隱患，從而降低企業(yè)的事故率，提升企業(yè)的整體形象。
4.2 加強技術(shù)創(chuàng)新，引進優(yōu)秀人才
現(xiàn)在，雖然電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)正在使用較為先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，但是由于企業(yè)員工的技術(shù)能力、素質(zhì)等客觀原因的限制，電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)上仍有很大的上升空間。因此，未來電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)一定會朝著技術(shù)人才更加優(yōu)秀，電子技術(shù)更加創(chuàng)新的方向發(fā)展。引進優(yōu)秀的技術(shù)人才是提升企業(yè)形象、加速企業(yè)發(fā)展的重要舉措之一，是技術(shù)創(chuàng)新的必要條件。隨著相關(guān)優(yōu)秀技術(shù)人才的引進，技術(shù)上的創(chuàng)新是電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢。只這樣，才會推進企業(yè)不斷的發(fā)展，才會從技術(shù)層面上提升企業(yè)的綜合實力，從而增加企業(yè)的核心競爭力，使企業(yè)在競爭激烈的環(huán)境中得以生存與發(fā)展。
5 結(jié)語
電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的使用，降低了企業(yè)的資源成本，提高了企業(yè)的業(yè)務(wù)工作質(zhì)量。這就要求相關(guān)人員要對電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)的管理更為嚴苛，要及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，為企的發(fā)展提供更為廣闊的平臺空間。
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“多位一體”的主要措施
找到問題的所在，本文從多個角度對畢業(yè)設(shè)計工作進行改革，充分調(diào)動學生在畢業(yè)設(shè)計中的主動性和創(chuàng)造性。通過分類指導(dǎo)、團隊指導(dǎo)、產(chǎn)學研結(jié)合、科學選題、畢業(yè)設(shè)計提前等手段，設(shè)計了一個“多位一體”的教學模式來提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，從而提高就業(yè)質(zhì)量;同時也增強教師的工程實踐經(jīng)驗和科研能力，豐富了教學內(nèi)容。
1．加強選題的科學性和實踐性。指導(dǎo)教師確定畢業(yè)設(shè)計的課題要具有科學性、時效性、實用性、創(chuàng)新性。盡量從科研項目、生產(chǎn)現(xiàn)場提煉課題，并有一定的理論性。每個課題必須要經(jīng)過集體討論篩選并形成選題庫。
2．充分發(fā)揮學生主體作用，加強校企合作，利用學生工作實習的機會，在老師的指導(dǎo)下鼓勵學生自主選題，讓學生自己給自己加壓，從而激發(fā)學生的積極性。
3．根據(jù)學生的具體情況，進行分類指導(dǎo)。有條件的同學可以提前進行畢業(yè)設(shè)計、考研的學生采取錯時進行畢業(yè)設(shè)計。
4．發(fā)揮各位老師專業(yè)特長，進行聯(lián)合指導(dǎo);打破學生與老師間單一附屬關(guān)系，發(fā)揮每位老師的專業(yè)特長，對相關(guān)課題的學生進行交叉指導(dǎo)。各位指導(dǎo)老師除完成各自學生的指導(dǎo)工作外，對一些專業(yè)問題進行專門集中指導(dǎo)。
5．每位教師指導(dǎo)的學生自然形成一個小組，由指導(dǎo)教師指定一位組長負責跟蹤每位同學的畢業(yè)設(shè)計工作動態(tài)，協(xié)助教師督促每位同學及時完成各階段的任務(wù);另外，不同教師指導(dǎo)的學生如果研究領(lǐng)域或者方向有類似的，可以進行不定期的學術(shù)討論，互相學習，取長補短。
“多位一體”的實施效果
經(jīng)過兩屆畢業(yè)設(shè)計工作的實踐，“多位一體”教學模式的各項措施均取得了一定的成果。
1．形成了一個多渠道的選題模式，建立了一套科學的畢業(yè)設(shè)計課題庫。每位老師在平時的科研過程中產(chǎn)生的一些問題，會及時進行總結(jié)、提煉，更新到課題庫內(nèi)，對陳舊的課題及時淘汰，實現(xiàn)了真題真做。鼓勵學生進行自主選題，發(fā)揮學生的主觀能動性是引起學生重視畢業(yè)設(shè)計工作的一項重要措施。學生會非常珍惜自己的勞動。電氣專業(yè)的顏詩洋同學一開始選題是指導(dǎo)老師自擬課題，與其實習單位的工作關(guān)系較遠，后來在老師指導(dǎo)下根據(jù)其實習內(nèi)容自主選題。其實習單位正在給南京衛(wèi)崗乳液開發(fā)一個恒壓供水的項目，安排他參與完成。該生將畢業(yè)設(shè)計和工作實習結(jié)合起來，投入很大精力，不僅順利完成公司交給的任務(wù)，畢業(yè)設(shè)計(論文)還被評為省級優(yōu)秀畢業(yè)論文三等獎。
2．對情況各異的學生形成一套分類指導(dǎo)的制度。大部分同學的畢業(yè)設(shè)計是按照正常的時間節(jié)點按部就班的進行。但是，一部分同學由于很早就進入到企業(yè)進行實習，他們希望畢業(yè)設(shè)計和他們的工作內(nèi)容相類似，我們就及時與其工作單位聯(lián)系，由其實習單位指定一位專家與我們的老師共同指導(dǎo)、把關(guān)，保證畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。有部分同學考研，按正常步驟做畢業(yè)設(shè)計時間無法保證，針對這樣的情況，指導(dǎo)教師特意安排學生利用考研的間隙，如寒假、復(fù)試前后等時間段，集中進行畢業(yè)設(shè)計，化解了畢業(yè)設(shè)計與考慮之間的沖突。電氣專業(yè)的王磊(B07071093)和翁俊輝(B07071115)經(jīng)過與老師溝通，從課題庫中選擇適合自己的課題后，將畢業(yè)設(shè)計的軟硬件提前至第七學期期末進行。在這期間由于暫時沒有就業(yè)壓力的干擾，他們的精力都投入到軟硬件的設(shè)計中，不但完成任務(wù)書既定的目標，他們還自己完成了一些像網(wǎng)絡(luò)通信、模糊控制等一定難度的內(nèi)容，完成了一個完整小型的項目的控制，有了這些實戰(zhàn)經(jīng)驗后，兩位同學的個人簡歷就更加充實了，在后來的應(yīng)聘過程中，兩位同學在專業(yè)上的特長就顯現(xiàn)出來了，以至于多家用人單位爭相聘用。自動化專業(yè)的莊凱(B07072017)因為考研時間與畢業(yè)設(shè)計時間發(fā)生沖突，經(jīng)過研究，決定給他早下任務(wù)，熟悉課題，充分利用寒假完成文獻檢索、開題報告、軟硬件初步設(shè)計等工作，指導(dǎo)教師在寒假期間通過網(wǎng)絡(luò)、電話等形式使其有充分時間做考研準備。在研究生考試結(jié)束后復(fù)試之前的時間段內(nèi)，集中精力完成軟硬件的最后調(diào)試工作，使系統(tǒng)完善，由于沒有其它因素的干擾，該同學在有限的時間內(nèi)較好地完成了畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容，保證了畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，并且順利地考上了南京工業(yè)大學的研究生。這種模式對考研的學生來說效果比較好。
3．形成了訓(xùn)練有素、配合默契的指導(dǎo)團隊。術(shù)業(yè)有專攻，各位老師根據(jù)自身的特長對學生進行有針對性的指導(dǎo)，使畢業(yè)設(shè)計過程中軟硬件設(shè)計更加的準確和專業(yè)。例如，學生在繪制電路板上存在困難，由相關(guān)老師重點給相關(guān)同學進行輔導(dǎo)。在PLC或者現(xiàn)場總線通信方面的問題，由這方面經(jīng)驗豐富老師進行集中指導(dǎo)。這樣每位學生的畢業(yè)設(shè)計不僅有自己的老師進行日常性指導(dǎo)，還能夠得到更加專業(yè)的指導(dǎo)，使畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量得到進一步提高。
4．指導(dǎo)老師和部分同學借助該項目的研究平臺，積極地開展教學和科研方面的研究，發(fā)表了一定數(shù)量的教改和科研論文、專著。
5．形成了一批可靠穩(wěn)固的校企合作單位，為學生提供了多個就業(yè)渠道。
6．為學生考研解決了時間沖突的問題，減輕了學生的壓力，為畢業(yè)設(shè)計贏得了時間，保證了設(shè)計的質(zhì)量。我院的考研上線率連年創(chuàng)新高。
存在問題及改進方法
“多位一體”的畢業(yè)設(shè)計教學模式，經(jīng)過兩年多的實踐摸索，雖然取得較好的效果，但在實施過程中也存在許多問題，有待進一步完善。
1．進行分類指導(dǎo)時，學生的實際情況不易掌握，這一點必須與班級的輔導(dǎo)員進一步溝通，切實掌握好每個同學的實際情況。
2．改革后，畢業(yè)設(shè)計進行的時間點會與學校的作息時間發(fā)生沖突，一定程度上影響部分畢業(yè)設(shè)計的進行，尤其是需要實驗室支持的情況。這一點必須取得學校有關(guān)部分的支持。
3．受科研條件的限制，畢業(yè)設(shè)計課題庫的更新滯后，這一點需要指導(dǎo)教師抽出一部分時間及時地更新課題庫。
4．校企合作單位的數(shù)量和質(zhì)量一定程度上影響了畢業(yè)設(shè)計選題和開展。今后應(yīng)更加著力加強校企合作，提升合作對象的質(zhì)量，能夠讓更多的學生參加自主選題，主動接受任務(wù)。
【關(guān)鍵詞】無功功率補償；晶閘管投切電容器；DSP控制器
1.引言
現(xiàn)代電網(wǎng)中，電動機等感性負荷占據(jù)很大比重，它們在做工時需要吸收大量的無功功率，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，帶動設(shè)備做功。這樣，電源提供的電功率并不完全供給給有功功率，還要一部分轉(zhuǎn)換為無功功率，這無疑增加了電網(wǎng)電源的負擔，降低了供電設(shè)備的效率，而且由于線路中無功電流的存在將增大網(wǎng)絡(luò)損耗，降低輸電線的使用壽命，嚴重影響供電質(zhì)量。為了解決這一問題，我們設(shè)計了低壓終端無功補償裝置，在電路中需要消耗無功功率的地方提供無功功率，即對無功功率進行補償[1-3]。
2.無功補償技術(shù)的有關(guān)理論分析
2.1 TSC型無功補償裝置的工作原理
圖2-1給出了TSC型無功補償裝置的系統(tǒng)模型，其中2個反并聯(lián)晶閘管作為補償電容器的投切開關(guān)。首先，交流電源US經(jīng)變壓器PT和線路電抗XL后對負載供電，負載端電壓為U2，負載電流為I，IP和IQ分別成為正弦電路中的電流有功分量和無功分量。在負載處經(jīng)晶閘管開關(guān)T接入一個補償電容器C，電容抗為XC=1/（2πfC），若選取C的大小使IC等于負載感性電流IQ，即：
，同時，IC為容性電流，超前電壓U290°，-IC即為感性電流，滯后U290°，與負載感性電流IQ同相，這樣，按上式選擇電容C，負載的感性電流IQ的大小和幅值都等于電容器向電網(wǎng)輸出的感性電流-IC，電容器C輸出的無功功率抵消掉了負載消耗的無功功率，因此，整個電路中只有有功電流在流動，沒有無功電流的損耗，負載的功率因數(shù)接近于1，這樣就提高了電能的利用率，降低了電能在輸送過程中造成的浪費。
2.2 無功補償控制方式的研究
傳統(tǒng)的無功補償裝置依靠單一的物理量作為參考量，難以實現(xiàn)精確的控制，本設(shè)計中，為了滿足控制的需要，做到精準無誤的控制，我們選擇性能較好的兩種控制方式相結(jié)合，即以無功功率為主要判據(jù)、電壓為輔助判據(jù)的電壓無功復(fù)合控制方式，利用無功功率校正控制避免投切震蕩、以電網(wǎng)電壓的限定值作為電容投切的約束條件，從而實電容器組的智能綜合投切，在保證電壓在合格的范圍內(nèi)實現(xiàn)無功平衡，既減少了網(wǎng)絡(luò)損耗，又考慮到了電壓質(zhì)量。
圖2-2為控制投切區(qū)域圖，分為11個區(qū)域來進行控制。Q是系統(tǒng)的實際無功功率，U是實際電壓值，控制策略中設(shè)置了兩級電壓門限和一級無功門限，分別是：電壓上限U上限和下限U下限；電壓上極限U上極限和下極限U下極限；無功上限Q上限和下限Q下限，當電網(wǎng)電壓越上、下極限時，此時不考慮無功功率，投切電容器來改變電壓值，使其回到上、下限之間，只有當電網(wǎng)電壓在合格范圍內(nèi)才根據(jù)無功值來投切電容器，調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)無功。
2.3 有關(guān)補償電容器分組方法的研究
本設(shè)計中電容器的分組方式采用不等容分組方式。不等容分組方式是指各組電容器的容量不相等，分組容量比不宜過大，以不超過1：3為宜。例如：可以補償15kvar無功容量的電容，按照1：2：4：8的比例來分，每組補償容量分別為1kvar、2kvar、4kvar、8kvar，就可實現(xiàn)15級組合，分成4組就可以實現(xiàn)0～15kvar補償級差為1kvar的無功補償。這種分組方式補償速度快，精度高，同時也節(jié)省了電容器投切開關(guān)的數(shù)量，降低了成本；缺點是只要最小一組容量能夠進行投切，則總是對該組進行操作，以此類推，順序操作，結(jié)果最小一組電容器頻繁進行投切，使用壽命最短，且其控制也比較復(fù)雜。
本設(shè)計選用四種電容器，電容大小分別為60uf，30uf，15uf，8uf，當在220V工作電壓下的容量分別為9043var，4521ar，2260var，1205var，這樣可以補償?shù)臒o功功率最大可達到17030var。這四種電容器組可以實現(xiàn)0到17Kvar的補償，可以分為15級調(diào)節(jié)控制。雖然軟件控制較復(fù)雜，但可以節(jié)省投切開關(guān)的數(shù)量，減少了補償裝置的成本。
3.無功補償裝置的硬件設(shè)計
本課題設(shè)計的是基于DSP控制的晶閘管投切電容器（TSC）型無功補償裝置，其控制器采用DSP[4]為核心控制器，采用了集中補償方式，裝配在配電變壓器低壓母線上，對配電變壓器所帶的整個區(qū)域負荷進行補償，利用電壓無功復(fù)合投切判據(jù)來判定電容器組的投切，投切開關(guān)選用晶閘管與繼電器結(jié)合使用的復(fù)合開關(guān)。其硬件原理結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示，主要包括控制器模塊，電壓、電流檢測調(diào)理模塊，脈沖驅(qū)動電路模塊，復(fù)合開關(guān)模塊以及通訊、存儲模塊幾部分組成。
3.1 復(fù)合開關(guān)電路設(shè)計
復(fù)合開關(guān)是電容器組的投切開關(guān)，本設(shè)計采用晶閘管與繼電器相結(jié)合的方式來執(zhí)行電容器組的投切，如圖3-2所示，晶閘管與繼電器并聯(lián)，L1的作用是抑制電容投切時對晶閘管產(chǎn)生的沖擊影響。當需要補償無功時，應(yīng)當將電容器并入電網(wǎng)，此時控制器發(fā)出該控制信號，并給晶閘管和繼電器同時發(fā)送一個閉合驅(qū)動信號，由于晶閘管的響應(yīng)速度比繼電器快，故上半回路先導(dǎo)通，電容器立即投入電網(wǎng)補償無功，延遲一段時間后，繼電器閉合，此時，上、下回路都導(dǎo)通，只需要給晶閘管發(fā)送一個關(guān)斷信號切斷上回路即可；當需要將電容器從電網(wǎng)去除時，控制器發(fā)出該控制信號后，此時，只有繼電器下回路導(dǎo)通運行，只對晶閘管發(fā)送接通脈沖信號，上下回路同時導(dǎo)通，然后對繼電器發(fā)送關(guān)斷信號，延遲一段時間后下回路斷開，此時只有上回路導(dǎo)通，最后對晶閘管發(fā)送關(guān)斷信號，兩回路都關(guān)斷，電容器組切除。
3.2 復(fù)合開關(guān)驅(qū)動電路設(shè)計
由于控制電路輸出的PWM控制信號驅(qū)動能力有限，不足以直接驅(qū)動復(fù)合開關(guān)的開通或者關(guān)斷，因此在主電路和控制電路之間還需要加入驅(qū)動電路。驅(qū)動電路作為整個硬件電路的重要一環(huán)，其良好的性能可以加快復(fù)合開關(guān)開斷的速度，減少開關(guān)過程中產(chǎn)生的損耗，提高整個裝置的工作效率，保障設(shè)備安全可靠運行。
本設(shè)計所選用的復(fù)合開關(guān)屬于電壓驅(qū)動型器件，既需要為其提供開通控制信號，也要提供關(guān)斷控制信號，以保證它能按照要求可靠地開通或關(guān)斷，所以我們選擇6N173光耦合器來驅(qū)動復(fù)合開關(guān)的開通或關(guān)斷，電路如圖3-3所示。
DSP控制器將調(diào)理后的電流、電壓等信號進行運算處理，得到三相投切控制信號并進行各相同步，然后發(fā)出控制脈沖控制驅(qū)動電路來驅(qū)動繼電器與晶閘管進行開斷，從而達到投切電容器組的目的。5V電壓驅(qū)動晶閘管輸入，15V電壓驅(qū)動繼電器輸入。
4.無功補償裝置的建模仿真
根據(jù)無功補償裝置的硬件設(shè)計，我們對其設(shè)計電路進行仿真驗證，模擬硬件電路的運行結(jié)果，根據(jù)仿真結(jié)果來分析硬件電路是否滿足要求，若不滿足則對硬件電路進行修改，重新設(shè)計并更改參數(shù)然后再進行軟件仿真，如此反復(fù)直至達到設(shè)計目標。
本課題的主要目的是設(shè)計一種無功補償裝置能夠補償電網(wǎng)中的無功功率，使得電源的電功率盡可能全部地提供有功功率，這就要求網(wǎng)絡(luò)中沒有無功電流的流動，功率因數(shù)趨近于1。圖4-10為補償前后無功、有功功率的變化波形圖，上方波形為有功功率補償前后的變化波形，單位為（Kw），下方波形無功功率補償前后的變化波形，單位為（Kvar）。為了觀察對比補償效果，我們在0.1秒后投入補償裝置，可以發(fā)現(xiàn)在0.1秒前，有功、無功功率波動頻繁，投入補償裝置后，有功功率逐漸趨于穩(wěn)定，無功功率也逐漸趨近于0值，說明該補償裝置補償效果明顯，能夠達到理想的補償效果，但是觀察到網(wǎng)絡(luò)中的無功功率明顯提高，而有功功率提升效果不明顯，說明該裝置能夠補償網(wǎng)絡(luò)中的無功，但不能有效的提高有功功率，提升電壓的利用率，所以該裝置還有待改進。
5.結(jié)論
本文設(shè)計的無功補償裝置是基于TSC型的低壓終端無功補償器，利用DSP控制器來完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與計算、控制信號發(fā)出、與外界通訊等功能，根據(jù)檢測的三相電路中的電壓、電流等信號進行數(shù)據(jù)運算與處理，計算出網(wǎng)絡(luò)中需要補償?shù)臒o功功率，再由控制器發(fā)出控制信號來執(zhí)行電容器組的投切，調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)無功。
該補償器能快速跟蹤電網(wǎng)負荷的突變，根據(jù)電網(wǎng)無功的需求適當補償電容器，隨時保持最佳饋電功率因數(shù)，實現(xiàn)動態(tài)無功補償，同時，投切過程不產(chǎn)生諧波，對原電網(wǎng)的干擾小，成本低，自身能耗小。但是，由于TSC型補償裝置是分級式補償，可能產(chǎn)生補償死角，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，在電網(wǎng)不穩(wěn)定時還可能出現(xiàn)投切震蕩，所以，TSC裝置一般與TCR補償裝置組合[5-6]，這樣即可以實現(xiàn)連續(xù)的無功調(diào)節(jié)，同時大大減小了諧波，因此，該設(shè)計還需要一定的改進和完善。
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機器人競賽是一項很好的科技創(chuàng)新活動，形式繁多，內(nèi)容豐富。設(shè)計方案的開放性，也為學生的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。參賽者可以用不同的方法實現(xiàn)同一個項目，通過比賽，激發(fā)其對機器人的學習興趣，引導(dǎo)他們積極探索機器人新科技，為其自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供良好的平臺。中國機器人大賽暨RoboCup公開賽：1999年，在RoboCup國際委員的支持和授權(quán)下，首屆中國機器人大賽暨RoboCup公開賽在中國重慶舉辦，目前是中國機器人最具影響力的賽事，比賽共設(shè)立12類65項賽事。機器人競賽種類多、規(guī)模大、水平高，為大學生進行創(chuàng)新實踐活動提供了很好的平臺?！拔磥砘锇椤北袊悄軝C器人大賽（暨國際機器人滅火比賽中國賽區(qū)選拔賽），是中國人工智能機器人專業(yè)委員會等多個單位主辦的一項全國性賽事。大賽包含機器人救火大賽、機器人足球比賽、機器人創(chuàng)新大賽、機器人搜救大賽、機器人擂臺賽和機器人舞蹈戲劇大賽等6個主題項目。其中機器人救火大賽是國際賽制機器人滅火比賽（暨國際機器人滅火比賽中國賽區(qū)選拔賽）?！帮w思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽，由教育部委托高等學校自動化專業(yè)教學指導(dǎo)分委員會主辦。競賽分競速賽與創(chuàng)意賽兩類比賽。自2006年首次舉辦以來，“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽已經(jīng)成功舉辦了6屆。
機器人實踐教學的具體實施
機器人競賽、創(chuàng)新實踐是一項很好的科技創(chuàng)新活動，機器人的趣味性易于激發(fā)學生學習和研究的興趣，同時將創(chuàng)新實踐、競賽引入教學過程，使學生變被動學習為主動學習和研究?！皺C器人項目教學法”的一般教學結(jié)構(gòu)如圖1所示：“項目教學法”最顯著的特點是“以項目為主線、教師為引導(dǎo)、學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，創(chuàng)造了學生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學模式。本文以參加2012年中國機器人大賽暨RoboCup公開賽的醫(yī)療與服務(wù)機器人組的項目為例，在比賽初期確定人員，將不同專業(yè)和不同年級的學生組成一個競賽小組，研究競賽規(guī)則、制定項目方案、機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計、程序調(diào)試，學生分工合作，過程中集思廣益、取長補短、團結(jié)協(xié)作。這種在探索中學習的過程是其他教學環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)的，對于培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力非常重要。本文以一種醫(yī)療與服務(wù)機器人設(shè)計為導(dǎo)向的項目教學法，按照以下六個教學步驟進行：1.項目的申請根據(jù)學院參加機器人競賽的實際情況，中國機器人大賽暨RoboCup公開賽，作為全國最具影響力的機器人比賽。本學院主要參加了醫(yī)療服務(wù)機器人、機器人游中國、擂臺等機器人項目，學生可以針對感興趣的比賽項目，或者根據(jù)江蘇省高等學校大學生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，申報項目，填寫申請書。教師針對學生申報的項目，分析學生的實際情況，建議選擇項目規(guī)模和難度適中的項目。中國已經(jīng)進入了老齡化社會，而且在今后幾年內(nèi)老齡人口數(shù)量將會呈上升趨勢，老齡化將更加嚴重。老齡化使社會的勞動力減少，一些老年人不僅不能參加勞動，而且有的甚至失去了自理能力，需要人照顧，這就增加了他們的子女以及社會的負擔。年輕人為了工作日益繁忙，在目前服務(wù)行業(yè)工作者稀缺的背景下，在醫(yī)院時不時會有行動不便的病人需要護士和家人的攙扶。而在沒有人幫助的情況下，行動不便的病人寸步難行，稍有不慎就有可能摔倒受傷。所以筆者建議學生選擇參加醫(yī)療與服務(wù)機器人創(chuàng)新設(shè)計與制作賽項，設(shè)計一種醫(yī)療服務(wù)機器人更好的服務(wù)病人。2.項目團隊的建立建立學生團隊，營造互相競爭、互相幫助的學習氛圍，學生在做項目過程中攜手合作，彌補相互間的不足，遇到問題大家一起討論解決，這讓學生體會到團隊的重要性，做到共同進步。同時，團隊的學生分工明確，每人負責項目的某一部分，使學生真正參與到項目中，整個項目的完成，離不開每一個學生，學生為使項目不會因為自己負責的部分沒有完成而主動學習，主動查資料，可以培養(yǎng)和提高學生的自主學習能力。學生團隊的建立，應(yīng)考慮學生的專業(yè)，年紀，特長等因素。教師確定一名隊長，根據(jù)項目的特點，隊長可以自己招學生，實現(xiàn)學生管理學生。參加醫(yī)療與服務(wù)機器人創(chuàng)新設(shè)計與制作賽項，筆者選擇了5名學生，隊長由09級的一名學生擔任，該生組織能力比較強，專業(yè)能力也比較脫出，由他負責整個項目的進展，匯報工作。其他學生分別是1名2009級的，2名2010級的，1名2011級的，專業(yè)分別是自動化、測控、電氣。3.項目任務(wù)、計劃的制定團隊負責人制定機器人項目工作計劃，確定工作步驟。機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術(shù)于一體的智能儀器。本次設(shè)計的醫(yī)療服務(wù)機器人由小組討論決定，醫(yī)療服務(wù)機器人外形像輪椅，病人能夠獨自駕駛?cè)セ炇夷萌蟾?，去門診找醫(yī)生復(fù)診，降低護士工作量及病人家屬的負擔。為使醫(yī)療服務(wù)機器人更好的服務(wù)病人，該團隊為機器人設(shè)置了兩種模式：座椅模式和病床模式，免去了病人就診、休息時需要被移動到病床上的麻煩。機器人將現(xiàn)場鍵盤控制和遠程控制相結(jié)合，實現(xiàn)護士對病人的遠程監(jiān)護，機器人在前進過程中，檢測到前方有障礙物時就會立刻停下，減少不必要的事故。同時機器人配備了機械手，可以幫助病人取物品，最大程度幫助病人。根據(jù)團隊中學生的專業(yè)、特長等分配任務(wù)，負責機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的學生需要畫圖紙、電焊等來完成機器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計、機械手的設(shè)計；電路設(shè)計的學生制作包括單片機電路、電源穩(wěn)壓電路、電機驅(qū)動電路、紅外避障電路、鍵盤輸入電路；測控專業(yè)的學生負責電路的測試、場地的制作等工作；程序編寫的學生，完成程序的設(shè)計、調(diào)試；控制界面的設(shè)計由另外一個學生負責，主要是VB編寫上位機、WIFI攝像頭的調(diào)試、藍牙通信的調(diào)試。根據(jù)機器人項目的特點，學生在制作過程中可適當?shù)刈饕恍┱{(diào)整。根據(jù)項目完成的時間確定工作步驟，進行時間分配。最終得到教師的認可才能執(zhí)行。4.項目制作學生自己確定各自在小組中的分工，然后按照已確立的工作步驟和程序工作?；跈C器人項目的作品成果形式多種多樣，可以是調(diào)查報告、實物模型、演講稿、論文等。通過展示作品成果，可反映學生在項目完成過程中所掌握的技能。本次設(shè)計的醫(yī)療服務(wù)機器人成果包括機器人模型一個、機器人設(shè)計與使用說明書一份、演講稿一份。在本項目比賽結(jié)束后，指導(dǎo)學生按照他們設(shè)計的醫(yī)療服務(wù)機器人撰寫論文、申請專利。5.項目檢查評估整個項目檢查評估采用答辯的形式向教師匯報，首先由隊長對整個項目進行匯報總結(jié)，再由隊員對自己負責的工作進行匯報和自我評估，并且對設(shè)計的醫(yī)療服務(wù)機器人進行展示，教師根據(jù)團隊成員的表現(xiàn)、研究成果表述和作品的展示進行檢查，為到現(xiàn)場比賽作準備。針對項目中出現(xiàn)的問題，師生共同討論，教師引導(dǎo)學生獨立思考問題，解決問題。學生通過對比師生評價結(jié)果，找出造成結(jié)果差異的原因6.項目資料歸檔或應(yīng)用為使學生養(yǎng)成良好的習慣，項目結(jié)束后，教師監(jiān)督學生將項目工作資料整理歸檔，材料包括項目申報書、進度表、機器人機械結(jié)構(gòu)圖、程序設(shè)計流程、機器人控制程序、項目結(jié)項書、項目報告講義等。
機器人項目教學的成果
從“離網(wǎng)”向“并網(wǎng)”的跨越
光伏并網(wǎng)發(fā)電是當今世界光伏發(fā)電的主要發(fā)展方向，是光伏技術(shù)步入大規(guī)模發(fā)電階段，成為電力工業(yè)組成部分之一的重大技術(shù)步驟。許多統(tǒng)計資料表明，近幾年來世界光伏并網(wǎng)發(fā)電市場發(fā)展迅速，光伏并網(wǎng)發(fā)電的裝機容量從1 996年的7MWp上升到2000年的140MWp，光伏并網(wǎng)發(fā)電在光伏行業(yè)中的市場比例也從1 996年的10％上升到2000年的50％，2007年光伏并網(wǎng)發(fā)電的市場比例已達到80％。而在中國，光伏發(fā)電也將在未來的電力供應(yīng)中扮演重要的角色，其累計裝機容量預(yù)計至201 0年將達600MWp，2020年將達到30GWp，2050年將達到100GWp。根據(jù)電力科學院預(yù)測，到2050年，中國可再生能源發(fā)電將占到全國總電力裝機的25％，其中光伏發(fā)電則占到5％。顯而易見，光伏并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)是大規(guī)模光伏發(fā)電的主要趨勢。
早在上世紀80年代，合肥工業(yè)大學已經(jīng)開展起太陽能光伏與風力發(fā)電技術(shù)的研究，張興就是在那個時候走入合肥工業(yè)大學校門的。在這所留下他半生印記的學校里，不僅走過了從學士到博士的求學之路，而且也撇下了攻關(guān)，探索的辛勤汗水。他對太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究，源于1 997年新疆新能源研究所原所長王國華研究員在合肥工業(yè)大學的一次講學。在那次講學中，張興對歐美日等發(fā)達國家正在興起的光伏并網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，當時，我國的光伏發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)還是針對技術(shù)相對落后的光伏離網(wǎng)系統(tǒng)，很少有人關(guān)注技術(shù)新穎且有一定難度的光伏并網(wǎng)技術(shù)。盡管深知其中的挑戰(zhàn)，張興卻從未想過低頭，他抓住光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器這一核心技術(shù)，開始了潛心的研究。經(jīng)過一年多的努力，他終于成功研制了500W光伏并網(wǎng)樣機。在1 998年的全國光伏年會上，該樣機一經(jīng)展出即引起了同行的高度關(guān)注。在此基礎(chǔ)上，1999年，張興教授又與新疆新能源研究所開展了技術(shù)合作，共同承擔起自治區(qū)的科技攻關(guān)項目。當時，逆變電源專家曹仁賢創(chuàng)辦的合肥陽光電源有限公司起步不久，雖然主打產(chǎn)品主要是離網(wǎng)型光伏逆變器，但他還是給予了這一項目充分的肯定和支持。在共同的努力下，該項目組于2000年成功開發(fā)出3kW工程化樣機，并在新疆鄯善縣成功地進行了應(yīng)用測試，取得了預(yù)期性能。隨之，在經(jīng)過一年多的試運行之后，2001年，該項目順利通過了新疆維吾爾自治區(qū)組織的專家鑒定，得到了一致的好評。
而正是這個項目的成功，拉開了張興教授與合肥陽光電源有限公司產(chǎn)學研合作的帷幕。此后，國家“十五”科技攻關(guān)項目“并網(wǎng)光伏發(fā)電用系列逆變器的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”、科技部新能源行動計劃項目等諸多科技攻關(guān)項目在他們的攜手并進下，得以產(chǎn)業(yè)化實踐，同時建造了多個并網(wǎng)光伏示范電站，其中，科技部新能源行動計劃項目“60kW光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用與研究”項目獲得新疆維吾爾自治區(qū)科技進步二等獎。
與“陽光”同行
“陽光”，一個聽起來倍感明媚的詞語。而在電源領(lǐng)域，這一個詞語則讓人聯(lián)想起我國知名的新能源發(fā)電電源專業(yè)制造商――合肥陽光電源有限公司(以下簡稱“陽光電源”)。
自1 997年成立以來，陽光電源專注于可再生能源發(fā)電產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)，囊括了光伏發(fā)電電源、風力發(fā)電電源、回饋式節(jié)能負載、電力系統(tǒng)電源等系列產(chǎn)品，曾成功參與北京奧運鳥巢、上海世博會、三峽工程，全球環(huán)境基金可再生能源項目、西班牙MaIaga 5MW大型光伏電站，英國和法國小型風力并網(wǎng)發(fā)電項目、青藏鐵路等重大工程，獲得了國內(nèi)外業(yè)界的一致好評。多年來，陽光電源先后獲得“安徽省優(yōu)秀民營科技企業(yè)”、“安徽名牌產(chǎn)品”、“優(yōu)秀創(chuàng)新企業(yè)”，“安徽省‘115’產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊”、國家發(fā)改委REDP項目“技術(shù)進步優(yōu)秀項目獎”，“太陽能光伏產(chǎn)品金太陽認證”等榮譽，是安徽省可再生資源電源工程技術(shù)研究中心依托單位、安徽省研究生產(chǎn)學研示范基地。
同樣，經(jīng)過二十余年的努力，合肥工業(yè)大學在太陽能光伏與風力發(fā)電技術(shù)等可再生能源發(fā)電技術(shù)方面也取得了長足的進展，如今，不僅擁有電力電子與電力傳動國家級重點學科、教育部光伏工程研究中心，還進入了國家培育優(yōu)勢重點學科的“111計劃”，成為“可再生能源并網(wǎng)發(fā)電國家級創(chuàng)新引智基地”。而在可再生能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的科學研究中，張興教授與陽光電源的產(chǎn)學研合作尤其值得稱道。
從1 999年共同開展新疆維吾爾自治區(qū)的科技攻關(guān)項目開始，他們的產(chǎn)學研合作已經(jīng)整整十年。十年間，他們聯(lián)手創(chuàng)造了不少成績，近年來更是成果選出。
“上海電力局奉賢10kW光伏屋頂示范工程項目”屬于上海電力局新能源發(fā)展計劃項目，工程于2003年3月建成并投入運行，2004年7月通過專家鑒定，是上海首個全部采用國產(chǎn)化技術(shù)的光伏屋頂并網(wǎng)示范系統(tǒng)，該系統(tǒng)所用的1臺10kW三相并網(wǎng)逆變器即由張興課題組與陽光電源聯(lián)合研制。
他們合作的“并網(wǎng)光伏發(fā)電用系列逆變器的產(chǎn)業(yè)化”項目是國家科技部“十五”科技攻關(guān)項目，該項目于2005年2月通過科技部的專家鑒定。其成功研發(fā)解決了并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵部件逆變器的產(chǎn)業(yè)化難點，推進了我國并網(wǎng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如今，該項目系列產(chǎn)品已在陽光電源實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并定型了多種規(guī)格的并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品。
隨即，在國家科技部新能源行動計劃項目“新疆烏魯木齊大型光伏并網(wǎng)工程”研發(fā)中，張興課題組承擔起72臺60kW并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)及控制設(shè)計任務(wù)，而陽光電源則對逆變系統(tǒng)的制造，現(xiàn)場安裝與調(diào)試工作進行了全權(quán)負責。2004年12月，該工程完滿建成并投入運行，2006年3月，通過科技部驗收及專家鑒定。經(jīng)鑒定，該項目采用可調(diào)度型并網(wǎng)發(fā)電結(jié)構(gòu)，并具有并網(wǎng)發(fā)電、蓄電池充放電和獨立逆變?nèi)剡\行功能，省略了常規(guī)的充電控制器，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大提高了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的性價比，是當時新疆地區(qū)最大且功能最為先進的光伏并網(wǎng)示范工程，其成果被授予新疆維吾爾自治區(qū)科技進步二等獎。
此外，在“上海生態(tài)示范園光伏屋頂工程”、安徽省科技攻關(guān)項目“合肥陽光電源30kW光伏屋頂示范工程項目”以及
科技部科技攻關(guān)推廣項目“上海崇明30kW光伏屋頂示范工程”研發(fā)中，他們的表現(xiàn)也不負眾望。
“非?！弊非?/p>
電力電子與新能源應(yīng)用技術(shù)的多年研發(fā)、與陽光電源十年的產(chǎn)學研合作，點點滴滴的付出，張興教授用自己的智慧和汗水寫出了一個不一般的科研生涯。
在風力發(fā)電研究方面，其MW級變流器作為核心技術(shù)一直被外國壟斷，其國產(chǎn)化的路途極其艱辛和富有挑戰(zhàn)性，2004年，張興教授與陽光電源再度聯(lián)手進行科技攻關(guān)，他們首先完成了安徽省“十五”科技攻關(guān)項目“風力發(fā)電用交直交并網(wǎng)變流器”，并獲得安徽省2006年度科技進步二等獎。接著，作為課題負責人之一，張興教授與陽光電源聯(lián)合申報并獲得了“十一五”國家科技支撐計劃“大功率風電機組研制與示范”的兩個重大項目的資助――“1 5MW以上直驅(qū)式風電機組控制系統(tǒng)及變流器的研制與產(chǎn)業(yè)化”與“1，5MW以上雙饋式風電機組控制系統(tǒng)及變流器的研制與產(chǎn)業(yè)化”。經(jīng)過大家不懈的努力，目前，MW級雙饋型與直驅(qū)型風機變流器基本實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，部分機型已經(jīng)批量向整機廠商供貨。
在柔性直流輸電變流與控制研究方面，張興教授著眼于柔性直流輸電技術(shù)與風力發(fā)電相結(jié)合，對安徽省自然基金項目“電網(wǎng)異常條件下風場柔性直流輸電網(wǎng)側(cè)變流器控制策略研究”進行了攻關(guān)研究。與此同時，在合肥工業(yè)大學本科評建項目的支持下，他自主研發(fā)成功了一套1 5kW柔性直流輸電變流及控制系統(tǒng)研究平臺。
在PWM整流器技術(shù)研究方面，張興教授完成了包括HT--7u超導(dǎo)托卡馬克等離子移快控電源、蓄電池雙向饋電電源、背靠背雙向變流器等多項研究成果，并在其博士學位論文基礎(chǔ)上，由“電氣自動化新技術(shù)叢書”編委會資助并由機械工業(yè)出版社出版了《PWM整流器及控制》學術(shù)專著，該學術(shù)專著在新能源并網(wǎng)發(fā)電的逆變器研究與應(yīng)用領(lǐng)域得到了學術(shù)界專家學者的肯定并被廣泛引用。
在積極進行科研攻關(guān)的同時，張興教授還將大量精力投入到特色實驗室建設(shè)中。2006年，他主持完成了“合肥工業(yè)大學風力發(fā)電變流器及其控制實驗室”的建設(shè)，其主要包括“250kW中低壓雙饋、交流異步全功率風力發(fā)電驅(qū)動平臺”、“永磁同步直驅(qū)風力發(fā)電驅(qū)動平臺”，以及分布式發(fā)電系統(tǒng)中的“風力發(fā)電模擬平臺”，“柔性直流輸電變流及控制系統(tǒng)研究平臺”等。而他與陽光電源合作，還為該公司建成了“2MW雙饋型風力發(fā)電變流器試驗平臺”、“2MW同步直驅(qū)風力發(fā)電變流器試驗平臺”。這些實驗研究平臺基本上涵蓋了張興教授及其團隊近年來的大部分成果，在這些成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過深入地自主研制，這些平臺已經(jīng)開始發(fā)揮各自的功用，不僅大大促進了合肥工業(yè)大學新能源應(yīng)用及其電力電子研究技術(shù)的發(fā)展，使其成為全國高校風力發(fā)電變流器研究條件一流的單位，也為國家支撐項目的取得與完成提供了良好的研究條件與基礎(chǔ)。
經(jīng)過多年的拼搏，張興教授不僅在風力、太陽能并網(wǎng)發(fā)電的變流器技術(shù)的研究和工程應(yīng)用方面取得眾多的成果，積累了大量研究與工程經(jīng)驗，同時也為陽光電源以及電力電子行業(yè)輸送了一批高素質(zhì)人才。從當年初次涉足光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，到如今的MW級風電變流器的研制成功，在太陽能光伏并網(wǎng)、風力發(fā)電變流控制與驅(qū)動領(lǐng)域的多年研究，使他和團隊得到了錘煉和成長，逐漸發(fā)展為一支擁有2名教授、2名副教授、3名博士畢業(yè)的青年科研骨干教師以及近30名博士、碩士研究生的優(yōu)秀團隊，在一起，他們總是能形成一股強大的科研力量。而與陽光電源長期的優(yōu)勢互補合作，其科研水平經(jīng)受了考驗，更是得到了升華。