智能控制单元范文（精选12篇）
智能控制单元 第1篇
1 智能网络现场控制单元的基本结构
远程控制依附于网络技术, 其控制模式是客户服务器模式, 其模式如图1所示:
远程工作站发出信息请求, 智能网络接口单元负责接收工作站的信息请求, 可以代替服务器进行工作站的信息响应并作出处理。服务器通过验证码等进行验证工作站的信息, 同时现场设备也可以把信息定时的发送工作站并进行处理。
2 智能网络现场控制单元的硬件设计原理和实现
硬件原理是工作的基本准则, 其设计过程是与软件结构的实现有一定关联, 其智能网络接口单元由微控制器、现场设备接口、网络接口三部分组成。微控制器采用LF2407信号处理芯片;与网络的接口采用以太网控制器RTL8019AS。网络接口接收Internet传送过来的控制命令, 向微控制器LF2407发出中断请求;微控制器响应中断请求, 接收从RTL8019AS传来的数据帧;LF2407的应用程序根据既定的规则对接收的应用数据进行解释和处理, 通过自身丰富的外设设备接口对现场设备进行直接控制, 并将控制信息和设备状态信息通过Internet反馈到远程工作站。或者LF2407周期性地通过现场设备接口获取被控现场设备的状态信息, 按照既定的规则对其进行编码后, 封装成标准的IP包传送到远程工作站。智能网络现场控制单位的硬件原理设计是为其软件结构实现打下基础, 硬件原理是根据软件结构的工作方式进行实现, 其本身都具有一定的现实应用价值。
3 智能网络现场控制单元的软件结构
智能网络现场控制单元的软件结构其工作方式主要有初始化程序、接收程序、中断处理程序、编码及解释程序、故障处理及应急程序、现场设备接口程序、发送程序组成。智能网络现场控制单元使用RTLILVUX实时操作系统, 整个应用程序的流程如下:系统上电后, LF2407对自身、网络接口芯片RTL8019AS和现场设备接口芯片M AX 5741进行初始化, 以确定工作卞频和各芯片的工作方式, 并启动芯片进入工作状态。为了提高整个远程控制系统的实时性, 网络接口以及现场设备接口的数据读写都采用中断方式。其工作流程如图2所示。
4 提高系统实时性的方法
远程控制技术日趋完善, 但远程控制还是有一定的弊端, 实时性效果不是很好, 只能通过一定方法手段提供系统的实时性, 要完全改善实时性还需要一定的过程, 只能网络现场单元控制实时性提高主要有以下2种方法。
4.1 设计服务器为有状态服务器
在工作站向服务器进行请求时候, 进行信息记录, 工作站与服务器进行信息交换时候, 减少时延, 进行状态标识设计, 进行服务器轮转, 起到一定效果。
4.2 通过降低所需传输的数据量来降低线路负载, 从而降低冲突
在工作站进行信息请求时候, 进行一定的信息限制, 减少线路的负载, 把信息之间的冲突降低最小范围内, 用来满足信息请求, 提高效率。在一定程度上提高系统实时性的效果, 在远程控制中具有一定的现实应用价值。
总之, 实时控制技术在各个领域都有一定的应用, 其取得了一定的效果。智能网络现场控制单元在远程控制中的应用在一定程度上提高了实时控制技术的改进, 对其现实应用具有一定价值。在网络技术快速发展的今天, 今后还会有新的技术应用到远程控制技术中, 远程控制技术应用, 是我们今后工作中最重要的一种工作方式。
参考文献
[1]伍巍.基于固网通信的家庭智能网络[J].电脑知识与技术, 2010 (16) .
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[3]李平.智能网络系统的基本概念与结构[J].计算机与数字工程, 1995 (Z1) .
[4]刘红军, 吴骅.家庭智能网络控制系统的研究[J].广西民族学院学报 (自然科学版) , 2003 (03) .
区控制性详细规划编制单元管理规定 第2篇
化、规范化和法制化的要求，保障城市建设按规划实施，特制定天津
市中心城区控制性详细规划编制单元（以下简称控规编制单元）管理
规定。
一、编制范围
控规编制单元是编制控制性详细规划时确定用地范围的最小单
位。
天津市中心城区规划范围为371平方公里，外环线中心线以内的城市用地按照行政区界、主要道路、铁路及河流岸线划分为28个分
区共175个控规编制单元；外环线以外张贵庄地区划分为1个控规编
制单元，总共176个控规编制单元。
外环绿化带（不含张贵庄地区）作为独立分区，目前已经编制控
制性详细规划，不再细划。
中心城区控制性详细规划编制单元的具体界线以图则为准。
二、划分原则
依据天津市城市总体规划修编成果，结合中心城区用地功能的调
整与优化，每个控规编制单元有一个主要的用地功能。
每个控规编制单元不跨越内环线、中环线，以保持用地相对完整。
中环线以内每个控规编制单元的用地规模为1平方公里左右；中
环线至外环线之间的每个控规编制单元为1－5平方公里左右；以居
住混合用地为主要用地功能的控规编制单元规模为1－2平方公里左
右；以风景区、工业区、农田为主要功能的控规编制单元规模一般为
2平方公里以上。
三、控制性详细规划编制单元编码原则
中心城区外环线中心线以内（包括张贵庄地区）划分为176个控
规编制单元，每一个控规编制单元对应一个总序号和一个单元编码，序号及单元编码顺序由北向南、由西向东。
控制性详细规划编制单元编码由六位数字组成，形如XX－XX－
XX。
编码第一位、第二位为行政区代码：
01－北辰区02－红桥区03－河北区04－西青区05－南
开区06－和平区07－河东区08－东丽区09－河西区10津
南区
编码第三位、第四位为分区代码：
编码第五位、第六位为控规编制单元代码：
例：01－01－01表示北辰区第一分区第一单元。
四、管理规定
天津市中心城区控规编制单元是今后编制所有天津城区范围内的控制性详细规划、修建性详细规划时确定用地范围的依据。
今后在编制控制性详细规划时，必须严格按照控规编制单元划定的界线来确定规划范围并提出规划条件，任何规划设计部门及单位不
得随意划定规划范围。单个规划项目用地范围可以包括一个或数个控
规编制单元，但不得打破控规单元的界线。规划成果应满足各项规划
指标配套要求。在控制性详规的基础上，按照控规的要求编制小区、组团或街坊的修建性详细规划。
建设开发单位提出申请编制某地区的控制性详细规划或修建性
详细规划，应先到市规划设计管理局指定部门登记，并申请和确认该
地区的控制性详细规划编制单元的单元编码及其属性，然后才能到其
他部门办理相关手续。
没有按照控规编制单元的要求编制控制性详细规划的地区，不能
编制修建性详细规划。当某一地块坐落的控规编制单元尚无性详细规
划成果时，则必须先按照控规编制单元编制该地区的控制性详细规
划，然后再编制修建性详细规划编制该地块所在街坊的修建性详细规
划，然后才能进行该地块的开发建设。在编制所在街坊的修建性详细
规划时，该地块范围内应满足控规对公共设施、市政设施及绿地面积的要求。
对于1996年1月1日以来经过正式审批和正在编制的控制性详
细规划，应按照本规定进行补充完善，并综合平衡各项规划指标。
在编制某控规编制单元的规划时，应将已经批准和正在编制的重
点地段、道路两侧、路口等控制性详细规划或修建性详细规划的成果
纳入到控规编制单元综合考虑，以避免重复或矛盾，同时必须满足铁
路、道路、河流等专项技术要求。
五、附则
本规定的解释权、修改权属于天津市规划设计管理局。
如有特殊情况确需调整控规单元的范围，必须经原编制部门统一 调整并经局长办公会审查通过。
本规定所附图则与本文具有同等效力。
本规定自发布之日起执行。
长虹公园地区地块指标控制表（A街坊）
------------------
序号 地块用地性用地用地容积建筑密建筑限绿地率配套设施编号质代码性质面积率度（％）高（米）（％）项目名称------------------
AA－01G11集中绿地6672
A－02G12街头绿地1537
A－03C1办公用地182412.0352535停车场、绿地A－04G11公园315111
A－05D1特殊用地715291.5
A－06G12绿化带8021
A－07E1河流10490
电控液压制动系统控制单元的开发 第3篇
关键字:制动压力调节 下位控制器 CAN
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.09.021
前 言
随着汽车技术的不断发展,电控液压制动系统(包括ABS/TCS/ESP/EHB/RB)得到了广泛而深入的研究,世界各大汽车公司纷纷推出了各自的电控液压制动系统1-3。国内的汽车厂商和研究机构也开展了相关的研究。在电控液压制动系统开发过程中,液压调节结构的控制起着至关重要的作用。
本文的目的正是要开发电控液压制动系统压力调节机构的控制器。该控制器的主要作用是根据整车控制器的控制指令,控制液压制动系统前后轮的制动压力,以保证液压制动系统提供准确的摩擦制动力。
1.控制单元硬件系统设计
压力调节下位控制单元的硬件系统总体结构如图1所示。
图1 控制器硬件结构框图
根据功能划分,硬件部分可以分为四部分:供电电路、单片机最小系统、电磁阀和电机驱动电路、CAN通讯接口电路。
其中供电电路的作用是将外部输入的12V电源转换成供单片机及各部分电路工作的稳定电压,以及給传感器提供稳定的电源。单片机是控制器的核心部件,单片机最小系统为单片机正常工作提供必要的复位、晶振等信号。电磁阀和电机驱动电路将单片机控制电磁阀和电机的输出信号进行功率放大,以驱动电磁阀和电机。通过电磁阀和电机驱动电路实现以小电流控制大电流的目的。CAN通讯接口电路将CAN总线电平转换成单片机CAN模块可处理的收发电平,为单片机与外部的CAN通讯的正常稳定地工作提供硬件支持。由于选用的压力传感器本身已经集成了信号调理电路,其输出信号能满足单片机AD输入要求,因此没有压力信号调理电路,而直接把传感器信号输入给单片机AD采样管腿。
但控制器进行控制时,运行于单片机片内的程序通过片内CAN通讯模块接收来自上位控制器命令,通过信号采集模块接收调理好后的前后轮轮缸液压压力信号。根据这两个信号,输出一定占空比的方波信号给高速开关阀驱动电路,以控制高速开关阀调节前后轮缸压力。同时控制器通过片内CAN通讯模块向外部不断发送轮缸压力以及各电磁阀状态信号,以达到反馈控制器的控制效果。
2.控制器软件系统设计
根据液压调节系统的要求,控制器软件应具有如下功能:通过CAN接收来自上位控制器的命令; AD 采样获取各传感器值;根据上位控制器命令目标对电磁阀和电机进行控制,实现对两路油压的精确控制;检测程序是否跑飞,如出错控制硬件强制重启。通过上述控制器软件功能的分析,本文确定压力调节下位控制器软件系统结构如图2所示。
图2 控制器软件结构框图
将控制器的软件系统按照功能划分,可以分为5个主要模块。而控制器软件采用了模块化设计思想,因为这不仅有利于提高系统的运行效率,而且能改善压力调节下位控制器的实时性。软件系统的5个模块为:
1) 系统初始化模块:主要完成CAN、定时器、脉宽调制输出、AD采样和系统状态参数的初始化工作。
2) CAN通迅模块:完成总线上各信息的接收,作为控制器确定控制目标和工作模式的输入条件。同时在在线调试时实时发送管路压力以及状态参数到CAN总线上,作为监控系统的一部分。
3) 定时器模块:按照通讯协议定时启动CAN信息的发送,同时给系统提供时间参量,产生定时中断。
4) 控制算法以及PWM输出模块:负责计算PWM输出占空比,以使管路压力快速准确的达到目标值,它是整个控制程序的核心。
5)AD采样模块:用于每隔一定时间获取蓄能器压力和管路压力值,作为控制算法模块的计算参数以及系统逻辑的判断条件。
3.控制单元调试
控制单元调试目标如下:
1)检测控制器能否驱动电机、油泵以及电磁阀,使蓄能器内压力在系统工作时稳定在一定的压力范围内;
2)检测控制器能否按照设定的前后轮目标压力值控制各电磁阀动作以快速调节前后两路油压,响应时间和精度要满足系统设计要求。
控制单元调试原理如图3所示。
图3 系统在线调试原理图
调试思路如下:监控计算机将制定好的目标压力和控制逻辑程序通过BDM发送给下位控制器ECU,ECU比较此时AD采集到的轮缸压力以及目标压力根据相应控制逻辑制定电磁阀和电机控制命令通过PWM和I/O口控制液压调节单元工作以调节前后通道制动轮缸制动压力。同时下位控制器通过CAN总线向外部不断发送实际轮缸压力信号以反馈液压系统的实际状态。观测计算机通过CANOE软件将接收到的实际压力信号实时显示出来以观测试验效果。
3.1 阶跃信号调试结果
首先进行目标压力为为0/50阶跃信号的调试。调试结果如图4所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
图4 0/50阶跃在线调试结果
图5 0/100渐变在线调试结果
从以上调试结果可知, 对于阶跃输入的目标信号,前后通道经过调试都可以令实际压力以比较满意的效果跟随目标压力变化。上升时间小于0.3秒,而调整时间也能够不大于0.5秒。而对于最大超调量,前轮基本可以达到小于20%,而后轮存在一些问题,最大超调量有时会达到40%,但好在很快能够趋于目标压力值。
3.2 渐变信号调试结果
当设定目标压力在0和100间渐变时,调试结果如图5所示。图中a为目标压力变化曲线,b为前通道实际压力变化曲线,c为后通道实际压力变化曲线。
从以上调试结果可知,对于目标压力渐变的情况,在渐变段实际压力调节过程都是呈阶梯状上升。对比前后轮实际压力变化曲线,可以看出前轮的调试结果明显优于后轮,梯度较小跟随效果相对较好。而后轮虽然也对电磁阀控制逻辑进行了多次调整,但最终控制效果还不是很好,实际压力变化曲线可以看出明显的阶梯,调压过程时间上存在明显的滞后,且控制精度也不够理想,与目标压力存在较为明显的误差,但总体变化趋势与目标压力还是吻合的。
4.结 论
综上所述,可得到如下结论:
1)所开发的压力调节软件具有压力调节控制、CAN通讯、AD采样、PWM及I/O输出功能。通过现场在线调试,验证了软件控制算法的正确性及软件的各项功能。
密封油控制单元功能分析 第4篇
机械设计领域, 目前了解的密封方式有硬密封和软密封两类, 第一类硬密封主要指金属直接接触或者通过粉末类耐磨材料接触密封, 主要用于高压高温等恶劣环境下的密封方式, 它是材质比较硬的金属与相对较软金属接触, 也有在中间涂抹耐磨耐高温的材料间接密封;工程师接触最多的是另一种密封方式, 即软密封, 不同于橡胶类的密封圈密封, 油封也是机械设计中密封技术中的一种常用的方式。
1 密封油控制单元功能简介
MAN 60MEC上所用的密封油控制单元其功能作用为阀杆处的阀杆轴套三道密封中油封位置实时填充密封用的密封油液, 此处泄漏出油液的多少也可以检验出阀杆与轴套密封圈的密封性能, 同时此处的密封主要是防止排气腔内废气往上渗漏与空气缸内的空气外泄, 以免造成排气阀开启关闭的故障, 废气渗漏也能影响空气缸内空气的压力, 但此处的密封油泄漏只需要满足一定的泄漏要求即可, 如图1所示。
2 密封油控制单元结构及功能原理分析
结构如图2所示。
1) 密封油控制单元功能的实现取决于液压油压力的变化。在排气阀上升阶段油液从高压油控制单元进入初始节流孔和节流螺钉进入连通密封油控制单元的通道。
在缓存内腔中的油液在出口处的二次节流孔和螺塞的安装使得在连接油孔的位置压力缓缓增加, 不受高压力的冲击作用, 这样就形成了周期性压力变化, 如图3。
1.壳体6.弹簧杆7.导杆8.螺栓 (位于滑块9外部安装在滑槽内, 对其做安全定位) 9.滑块10, 11.弹簧12.密封圈13.轴22.制动螺杆23.制动螺杆24, 25.螺栓
2) 在流道中液压油低压时垂直方向切面图如图4, 此时弹簧行程变大, 压缩针轴油槽中的油液, 针轴连接出口 (滑块中的油槽) , 油液从滑块中的油槽进入密封油出口。
3) 在流道中液压油高压, 滑块向左移动, 弹簧压缩, 压力推动指示销 (导杆) 向左侧划出, 指示滑块的动作, 使得针轴连接出口 (滑块中的油槽) 关闭, 油液进入针轴的暂存槽内, 如图5。
4) 在流道中液压油压力下降过程中, 同时弹簧渐渐恢复预压缩状态, 滑块移动, 使得密封油出口连通, 释放槽内油液, 如图6。
5) 在流道中液压油压力低时, 同时弹簧恢复预压缩状态, 滑块移动, 针轴连接出口 (滑块中的油槽) , 油液从滑块中的油槽进入密封油出口, 完成一个循环。如图7。
详细参数说明:针轴传输能力取决于抵抗来自油液的表压为0.4 MPa左右, 这个需要充分考虑到排出到槽内传输排出压力最大为0.23 MPa。
滑块9移动距离为6 mm, 即在油液高压作用下, 由右侧进入的油液压力作用下推动滑块移动, 导杆7、移动6 mm, 即弹簧10此时压缩6 mm, 由预压缩的32 mm变为26 mm, 弹簧负荷F1= (36.4±2.5) N变为F2= (98.8±7) N (弹簧技术参数图样中已明确) , 需要增压承受的力为F0=F2-F1=62.4 N;轴13与弹簧6杆压缩弹簧2.5 mm, 此时高压油存留在此处, 低压下传递的油压, 即弹簧11此时压缩2.5 mm, 由预压缩的13 mm变为10 mm, 弹簧负荷F11= (2.1±0.2) N变为F22=3N, 需要增压承受的力为F00=F22-F11=0.8 N。
3 系统功能分析
图8中, A处滑块上有两个键槽, 前部一个键槽为滑块定位用, 用于限定滑块的移动距离, 下部能与芯轴连通的为存油输送槽, 此滑块的公差精度直接影响油液的输出量, 油液槽中的油液通过滑块运输到节流孔然后进入油液管路中, 最终油液经过止回阀进入轴套位置的内外油封环槽中, 以达到油密封的作用;B处内部的轴与弹簧杆装配起来, 轴的端部存油液量为0.035 m L;C处油液起两处密封作用, 即阀杆轴套内侧与阀杆接触油封和轴套与空气缸接触的油封;D处止回阀流量6 L/min, 开启压力为0.02 MPa, 最大压力为700 MPa, 即密封油控制单元没有起作用, 高压油直接从顶部泄漏下来, 此处的止回阀仍然起作用。
4 常见的问题
1) 初始节流孔大小限制问题, 需要充分考虑到油液排量大小, 在孔直径大小为0.7 mm时油液排量为50~70 m L, 如果此处的节流螺栓孔大小为1.3 mm那么排量变为98 m L, 出口处泄压节流螺塞同样如此;2) 切屑堵塞节流螺塞孔;3) 二级节流螺塞孔公差为上公差时孔太大;4) 二级节流螺塞孔位置的O形圈被破坏, 用碾磨球去毛刺;5) 二级节流螺塞未安装;6) 针轴在滑槽孔内不能正常工作 (自由滑动) , 其表面和孔都必须满足公差要求;7) 导向的指示销即导杆错位导致静摩擦, 滑块延迟复位, 这时针轴中传输的油液不能进入滑块暂存槽内, 即滑块错位, 功能不能实现;8) 滑块的加工精度要求未达到, 引起滑块不动作或者动作延迟, 间隙过大, 使得油液从泄油孔和泄油槽直接流出, 达不到预期排放密封油的作用。
摘要：MAN柴油机排气阀机构密封油控制单元, 根据其泄漏出油液的多少也可以检验出阀杆与轴套密封圈的密封性能, 同时此处的密封主要是防止排气腔内废气往上渗漏与空气缸内的空气外泄, 以免造成排气阀开启关闭的故障, 废气渗漏也能影响空气缸内空气的压力, 但此处的密封油漏漏只需要满足一定的泄漏要求即可。但设计方并未给出具体的泄漏量, 为此文中进行一些功能分析, 研发相关测试平台, 最终测算出泄漏量大小, 解决实际生产过程中配套合格的问题, 并掌握MAN设计理念, 比较间隙配合对于泄漏量的影响。
第八单元单元单元教学设计. 第5篇
备课时间： 教材简析：
本单元公有四篇课文：《真想变成大大的荷叶》、《猴子种果树》、《会走路的树》、《问银河》。这些课文有的运用童话的描写，教育学生光有美好的理想，没有足够的耐心和主见，就会一事无成，还有的是通过进行想像激发学生探索宇宙奥秘的兴趣。
《真想变成大大的荷叶》是一首儿童诗，展现了孩子们在夏天的美好遐想，于遐想中透出对大自然的向往和心灵的美好，表达了小诗人热爱大自然，亲近大自然的愉悦之情。这篇文章，看似简单，但细细品位，的确有很多令人回味的东西。对于本文，我的理解是“语言美，结构美，意境美”。
《猴子种果树》课文清洁曲折，语言生动，极富儿童情趣，适合儿童诵读。故事告诉我们做任何事如果没有耐心，没有主见，就不会取得成功。
《会走路的树》叙述了小鸟和驯鹿一家纯真的友情。全文共9个自然段，分两部分。第一部分是第一至第四自然段，写小鸟认识了一棵会走路的树，它们虽然结下了深厚的友谊，但小鸟直到告别始终不知道这棵“小树”是谁。第二部分是第五至第九自然段，写小鸟认识了小驯鹿，知道了会走路的树原来是驯鹿一家。全文语言浅显流畅，故事有情有趣，生动活泼，文中设置悬念，引人入胜。
《问银河》是一首儿童诗，文学性强，其内容主要是抒发看银河的感想，每一段都以孩子的口吻对美丽神秘的银河提出了很多有趣的问题提出问题而无答案，从而激发学生丰富的想像力。教学时不必急于向学生介绍有关银河的科学知识，要让学生自己走进课文充满遐思奇想的情境，激发学生对星空产生浓厚的兴趣。
学习本单元课文，要抓住重点词、句、段来理解课文内容，讲课时，还要注意观察能力、想像能力的培养。教学理念：
拓展学生的思维，训练大家的想像，创新能力的培养，以读文为基础，大胆地想像，表达出自己的真情实感来。图文结合，引导想像，创设优美的音乐环境，让学生在读文想像中感受美。教学目标：
1、学会本单元的生字，理解由生字组成的词语。
2、正确流利油柑情地朗读课文背诵指定内容
3、通过读文明白道理。
4、让学生学会想像，拓展思维。
教学重点：
学会本单元词语，背诵指定课文内容。教学难点：
1、通过读文明白道理。
2、让学生学会想像，拓展思维。教具准备：
挂图、课文录音、投影、卡片、小黑板等 课时安排：
21、真想变成大大的荷叶„„„„„„2课时
22、猴子种果树„„„„„„„„„„2课时
23、会走路的树„„„„„„„„„„2课时
智能控制单元 第6篇
关键词：智能变电站;二次设备;智能终端;合并单元
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）35-0097-01
智能终端合并单元一体化装置在110 kV电压等级已得到广泛应用，达到节省就地智能控制柜空间、方便运维等目的。
随着智能变电站的广泛建设，220 kV智能控制柜内配置独立合并单元、智能终端，使得智能控制柜柜体增大，柜内布线拥挤，不便于运行维护;并且装置多，柜内发热量大，影响了设备的安全可靠性及运行寿命;此外，220 kV过程层设备为双套配置，使得过程层设备、柜体、光缆数量远远多于110 kV过程层设备。以上这些因素严重制约了220 kV智能变电站二次设备的布置优化。
因此，本文提出在220 kV电压等级采用智能终端合并单元一体化装置，以优化布局，简化接线。下文对采用智能终端合并单元的可行性、技术方案、可靠性、对运行维护的影响、效益等进行分析。
1 装置集成方案
220 kV合并单元智能终端一体化置采用双CPU配置方式。其中，CPU1主要负责智能终端功能，实现对一次设备控制驱动与状态采集、GOOSE点对点或组网收发功能;CPU2主要负责合并单元功能，实现对电流电压模拟量或数字量采样、SV点对点或组网收发功能。双CPU独立工作、互不影响，同时又通过内部高速总线交互实时采样和GOOSE信息，实现双CPU复采、SV、GOOSE共口传输等功能。
合并单元智能终端一体化装置主要安装在GIS本体汇控柜或一次设备就地智能柜中，既可通过模拟量输入方式实现传统互感器的数字化，也可通过IEC 61850-9-2或FT3等规约接入电子式互感器的数字采样信息;可以点对点或组网方式为多个装置共享采样数据。与此同时，装置还可作为一次开关设备的数字接口，提供GOOSE点对点和组网用的以太网口。由于合并单元与智能终端在装置内通过板卡级的总线互通，因此可以实现SV、GOOSE报文通过同一接口输出，节省了交换机与装置的光口数量，减少了发热量。
一体化装置内的合并单元与智能终端模块之间，共用电源模块、人机接口模块、光纤数据收发模块与对时模块，进一步节约了站内资源，减少了站内设备之间的接线。
2 可靠性分析
在性能与停运影响方面，合并单元、智能终端在集成前，数据处理与命令执行均独立进行、互不影响，但其中一台装置停运，单间隔本套内的所有二次装置（包括保护、测控）均要陪停。集成后，合并单元与智能终端CPU独立，数据处理与命令执行与集成前同样相互独立。一体化装置停运，与集成前的影响范围完全相同。因此，在性能方面与停运的影响范围方面，一体化装置与集成前相同。
在与一次设备接口方面，合并单元、智能终端在集成前，与一次设备的接口相互独立。一体化装置中二者与一次设备的接口仍是相互独立，互不影响。因此在与一次设备接口方面，一体化装置与集成前相同。
在对时与电源方面，若在时间同步主机或电源主机端出现故障，则与之相连的设备均停运，集成前与集成后情况相同。若故障出现在装置内的对时模块或电源模块中时，集成前的独立装置虽然不会相互影响，但是合并单元装置停运或智能终端的停运，均会导致该间隔本套内的其他所有装置陪停，因此集成后的影响范围与集成前相同。但由于220 kV电压等级二次设备均为双套配置，因此不论集成前或集成后，即使一套系统故障，另一套二次系统仍能正常运行，不影响可靠性。此外，由于电源与对时模块公用，减少了电源电缆与对时光缆，减少对时主机与电源主机负荷的同时，也提高了设备稳定性，降低设备成本。
在光缆连接方面，装置集成后，由于SV、GOOSE可以共口传输，装置用于组网的光口、光纤熔接点及光缆数量可以减少一半，同时可减少过程层网络交换机光口数量，甚至减少交换机数量。光口的减少可大幅改善装置散热，同时减少连接点故障概率，有效提高可靠性。若将来采用220 kV保护测控一体化装置，此方面的效益将更为明显。
在主变本体合并单元与智能终端方面，由于主变智能终端集成了非电量保护功能，考虑保护的独立性与可靠性，在220 kV保护装置不与其它装置集成的前提下，主变本体智能终端与合并单元暂不宜进行集成。
从以上分析来看，采用合并单元智能终端一体化装置，相较独立装置而言，运行可靠性基本相当，且220 kV电压等级装置均为双套配置，即使单套故障，也不影响一套系统。
3 对运维的影响、问题及建议
在互感器配置方面，按照传统互感器的配置原则，测量线圈和计量线圈分开、线路保护用线圈和母线保护线圈用分开，合并单元需要接收所有线圈的二次信号并进行AD转换，再发送至相应装置。这样会造成合并单元机箱内的小CT、小PT数量众多，导致AC插件放不下。目前的解决措施是，改变互感器配置方式，将测量用和计量用线圈合一，线路保护用线圈和母线保护用线圈合一，从而解决多合一装置内空间局促的问题;同时，通过优化操作回路，减少相关插件数量，内部空间还有进一步优化的空间。此外，若智能变电站中采用电子式互感器，AD转换在互感器远端模块中完成，互感器与合并单元之间通过光缆连接，一体化装置不会出现以上问题。
在设备操作方面，根据现场实现运行情况，35 kV及以下电压等级智能终端操作运作的频率要远大于110 kV及以上电压等级，也未出现控制时智能终端对合并单元造成影响，并且110 kV的合并单元智能终端一体化装置也已经过长期运行，性能稳定，完全能够满足运行要求。因此在运行方面，220 kV一体化装置可参照110 kV一体化装置执行。
在相关技术规范方面，现阶段还缺乏运行经验，也没有相关的技术规范，各厂家的一体化装置软硬件结构存在一定的差异。因此，建议基建与生产部分尽快制定220 kV智能终端合并单元一体化装置的技术规范，并扩大试点范围。
4 结 语
①主流二次设备厂家具备生产一体化装置的能力。一体化装置技术可行，国内主流二次设备厂家均可生产。
②可靠性有所提升。由于一体化装置共享电源及通信模块、减少了外部接线、相应地减少故障元件，总体可靠性较两台独立装置有所提升。
③减少了运维工作量。采用一体化装置，减少了设备数量，相应地减少了运维工作量。
④经济效益显著，每座220 kV变电站约可节省投资160万元。
参考文献：
[1] 束娜.智能变电站合并单元、智能终端功能整合的可行性研究及效益分析[J].电力电气，2013，（13）.
[2] 王宾，黄磊，曹润彬，等.智能变电站126 kV智能终端设计与测试方案研究[J].电力系统保护与控制，2014，（1）.
车载单元中智能电源的设计 第7篇
1 ETC系统介绍
电子不停车收费 (Electronic Toll Collection, ETC) 设计成由路边读写设备 (Road Side Unit, 简称RSU) 、车载单元 (On Board Unit, 简称OBU) 、IC卡、计算机安全控管技术、网络及账务等几大部分组成。其组成由图1.1所示:
OBU中存有车辆的识别信息, 如车牌号、汽车ID号, 一般安装于车辆前面的挡风玻璃上, RSU安装于收费站旁边, 环路感应器安装于车道地面下。中心管理系统有大型的数据库, 存储大量注册车辆和用户的信息。当车辆通过收费站口时, 环路感应器感知车辆, 路边单元发出询问信号, 车载单元做出响应。并进行双向通信和数据交换, 中心管理系统获取车辆识别、车型等信息并和数据库中相应信息进行比较判断, 根据不同情况来控制管理系统产生不同的动作。通过路边单元与车载单元进行相互通信和信息交换, 以达到对车辆的自动识别, 并自动从该用户的专用帐户中扣除通行费, 从而实现自动收费。
因为OBU在整个ETC系统中起着非常重要的作用, 而电源模块的性能直接关系着OBU能否正常工作。现有的OBU供电方式一般有两种, 但各有缺憾。据此, 新的低功耗电源设计方法应该产生。
2 低功耗智能电源在电子不停车收费系统中应用设计方案
如OBU这种以嵌入式处理器为核心的系统, 其功耗主要由处理器功耗和外围电路功耗组成。考虑实际的运行情况, 汽车在公路上行驶的整个过程中, 经过收费站的时间是非常短的, OBU只需要在汽车经过收费站时工作, 而且工作时间不到一秒钟, 其他绝大部分时间都不需要工作。OBU智能电源管理采用电池供电的方法, 控制OBU工作在两种模式, 睡眠模式和激活模式;当车进入收费站时, OBU被激活, 开始工作, 处于激活模式;当交易完成, 车离开收费站后, OBU马上停止工作进入睡眠模式。根据这种特点, 对电源采用分级管理的策略, 即分为待机电源与工作电源, 如图2.1
同时, 为实现进一步的分时供电控制, 工作电源模块又按功能模块划分独立电源回路, 各个模块电源独立可控, 由主控制器统一协调。激活的MCU, 使用中断编写方式, 对各个I/O进行判断后分时控制, 输出各个耗电模块的DC/DC使能高电平信号, 分时为射频接收、射频发送、基带电路、IC卡读写、账户管理及人机接口供电;在任一时刻, 系统除主控制器外最多只为2个模块供电, 大大减少了系统的功耗。
3 智能电源电路设计及器件选择
3.1 放大电路设计
从检波器检测出来的信号是非常微弱的, 可能是几毫安甚至是微安级的, 这么小的信号一般是不能满足后级各种电路对信号幅度的要求, 所以必须要进行放大。运算放大器的静态电流与带宽是成正比的, 带宽越大, 静态电流也越大, 这一点在各大半导体生产商的选型表中可以明显的看出;通过比对, 为了设计出增益大、噪声小、又具有一定带宽的放大器, 本设计选择TLV2382最为唤醒信号放大器。
3.2 低功耗M C U软硬件设计
为了实现低功耗, MCU应该选择自身能耗低的型号, 一款超低功耗MCU, 主要从以下几方面综合考虑:系统平均电流、时钟系统、中断、片内外设、BOR保护、管脚漏电流、处理效率。根据这一特点, 本设计选择了美国德州仪器 (TI) 1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器 (Mixed Signal Processor) MSP430系列单片机。
3.3 系统时钟的设计
对于一个带有低电压睡眠唤醒的系统, 晶振的选择非常重要。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少, 特别在睡眠唤醒时, 造成晶振启振很慢或根本就不能启振, 而启动时间过长将会明显地增加系统的功耗。MSP430F2001设计的系统可以很好地解决这个问题。低速时钟选用12k Hz的VLOCLK, 高频由内部集成的DCO振荡器产生, 可以通过调整的控制参数选择合适的输出频率。
3.4 电源供电的设计
本系统采用2节干电池作为测试供电, 通过电源芯片产生+3.3V的电压。由于TPS79633的输入电压范围是2.7~5.5V, 使能信号高电平, 而且低电平, 因而可以直接使用单片机的I/O管脚作为使能信号。
MCU的工作与否完全由总开关的输出POW所决定, 单片机只在工作与断电之间转换。其他I/O接口作为控制其余模块的输出, 进行分时控制。
3.5 软件设计
在降低功耗上必须软硬件结合才能达到理想的效果。软件设计主要注意以下方面:
系统采用中断编写方式, 对各个I/O进行判断, 分时控制, 对每个模块分时供电, 从而降低功耗。其次输出一个反馈信号, 对总开关进行控制, 达到断电的功能。
系统的功耗会随着系统的频率升高而增加, 在系统开始工作后使用12k Hz的主时钟可以降低工作时的功耗。
4 结论
嵌入式系统的低功耗设计是嵌入式系统设计中必须考虑的设计原则, 一个成功的低功耗设计应该是硬件设计和软件设计的结合, 从硬件设计开始, 就应该充分意识到一个低功耗应用的特性, 选择一款合适MCU, 通过对其特性的了解, 设计系统方案;在软件设计上, 要考虑到低功耗编程的特殊性, 并尽量使用单片机的低功耗模式。
参考文献
[1]GB/T 20851.1-2007.电子收费专用短程通信第2部分:数据链路层.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化管理委员会, 2007.
[2]邱婷.电子不停车收费系统基带电路的设计与实现.南京:南京理工大学, 2009.
[3]刘洋.智能交通系统中高速公路不停车收费系统的研究.大连:大连海事大学, 2004.
《设备控制技术》单元课程开发实践 第8篇
关键词：课程开发,课程设计,课程实施,课程评价
目前, 我国中等职业教育课程改革的根本目标是真正体现出中等职业教育的特色, 以学生获得的职业能力和素质受到企业和社会的承认, 减小甚至消除所学与所用之间的系统偏差。为此, 我国职业教育研究人员提出了一套全新的适合我国国情的职业教育课程模式及其开发方法, 即以就业为导向的职业能力系统化课程开发方法。笔者从事《设备控制技术》教学多年, 觉得采用此法进行《设备控制技术》的单元课程开发, 经过实践教学, 取得了良好的效果。
一、单元课程开发的原则和思路
中等职业教育的单元课程开发与传统的课程改革是有区别的, 它不仅要考虑课程知识目标的实现, 更要考虑职业专门能力和能力本位的指导思想, 根据行业的需求急慢性课程设计, 确定教学重点和教学目标, 设计合适的课程范型。
1、单元课程开发必须走产学研合作之路
教师必须深入企业了解用人单位和部门对学生能力规格的要求, 并亲身体验实际工作, 提高实践技能, 积累工作经验。教师在实践过程中要深入分析各个岗位的工作过程, 并针对每个工作步骤需要具备的能力和知识要求来设计教学方法。
2、要坚持因材施教、因地制宜的原则
我们教学的目的是学生, 教学的最终目标的把学生培养成适应社会需求的应用型人才。因此, 进行单元课程开发一定要认真分析学生的素质和接受能力, 充分利用学校的教学资源, 采取有针对性的可操作的教学方法。
3、专业课的单元课程开发一定要与证书考核紧密衔接
那“双证制”是中等职业教育的特色, 各专业学生的校期间要考取那些职业技能证书是根据就业需求确定的, 为了搞好证书考核工作, 专业课教学一定要适应证书考核范围和考核方式。
二、单元课程开发的过程
1、课程分析
课程分析是中等职业教育单元课程开发的第一步, 是以专业及职业分析结果为基础的课程分析, 主要包括课程任务分析、课程实施的内、外部环境分析。这一步是单元课程开发的基础和依据, 只有进行全面充分的课程分析, 才能设计出切实可行的方案, 减少课程实施过程中的阻力和困难, 获得预期的效果。
《设备控制技术》是生产过程自动化技术专业的一门主干专业课, 通过该课程的学习, 学生应掌握主要常用低压控制电器的机构原理、工作特性及选用原则;讲解电气控制线路的基本环节, 使学生掌握电气控制线路的基本原理;讲解电气控制线路的设计;讲解继电器控制与可编程控制器的区别与联系, 强调继电器—接触器逻辑控制方法仍然是基本的方法, 低压电器是现代工业过程自动化的重要基础元件, 了解自动化的发展趋势。
在内部环境方面, 我们有良好的实验条件, 有国家配备的实验设备, 创建了良好的实验室有相当良好的教师队伍。但是, 近几年学生素质明显下降, 学生的理论分析能力、理解能力较差, 因而应采用直观的教学方法来增强感性认识。
在外部环境方面, 随着电子技术和计算机技术的飞速发展, 设备技术向集成化、智能化方面迈进。所以, 在该课程教学中, 主要通过实验现象分析, 让学生体会电器控制线路的基本原理;了解PLC控制的基本原理;训练学生根据原理图, 掌握故障排除的基本技能。
通过课程分析, 我们确定该课程采用理论教学、现场教学和多媒体教学相结合的方式。理论教学以够用为度, 现场教学要尽量模拟实际工作环境, 多媒体教学要作为辅助手段拓宽学生知识面。要采用启发式教学方法, 调动学生的积极性, 注重学生创新能力的培养。
2、课程设计
课程设计作为中等职业教育单元课程开发的第二步要完成从策划单元课程知识体系的框架到具体设计单元课程的教材中涉及到的多项任务, 包括设计课程目标、教学内容、教学环节的组织形式、活动方式、制作课件等。课程设计是单元课程开发的核心部分, 必须深入分析课程特点, 集思广益, 设计出最佳方案指导课程实施。
本课程的特点是内容多而散, 不成体系。因此该课程比较适合采用以问题为中心的范性, 将某一单元课程内容归纳为几个问题, 再通过解决这些问题达到相应的知识目标和能力目标。在设置问题的时候一定要从工作过程的需求出发, 选择有实际意义的题目, 只有这样才能调动学生的积极性。
在选择本课程的实验项目时要减少验证性的实验, 尽量设置与工作过程相吻合的实用性的实验。所以, 我们主要安排了各种典型电气线路的实验。实验教学采用以训练为中心的范型, 在教师讲解实验目的、原理、并作简单示范的基础上, 训练每个学生严格按照实验规程完成实验项目, 提高学生的操作技能, 培养良好的职业道德和严谨的科学态度, 培养学生良好的综合分析问题和独立解决问题的关键能力。
对媒体课件教学是被广泛认可的一种先进的教学手段, 采用对媒体课件教学辅助教学, 可以有效的提高课堂效率, 增强感性认识, 也可以将有效地节省教学经费。所以, 在单元课程开发中, 课件的设计和制作也是一项非常重要的工作。制作教学课件, 首先要在课程分析的基础上, 将课程内容分解为几个单元, 确定各单元要解决的问题, 再围绕具体问题进行展开课。
3、课程实施
课程实施是根据课程分析和课程设计的结果, 按照课程实施的时间进程、学习者的实际情况以及实施课程的具体条件, 将课程实施的教学内容体系拆分成教学单元, 然后制订每一教学单元的实施方案, 包括每个教学单元的教学目标、教学情境、教学活动组织形式、教学单元的时间进程、教学单元的考核方式等方面的设计, 还包括教学媒体的选择等。
下面以异步电动机的双重互锁正反转控制为例介绍课程实施的方法。该实验要求学生了解接线方法, 掌握互锁原理, 掌握故障排除方法。在教学中, 我们首先演示实验, 然后让学生跟着做, 这样会立刻调动学生的求知欲, 这时再引导他们分析现象, 体会线路的原理, 再将本节内容、出现的问题进一步分析、解决。 (1) 实验说明:正反转控制线路的互锁可以防止误操作而引起的电源短路。 (2) 设计步骤:A、在做了接触器触头互锁和按钮互锁控制电路的基础上, 自拟出双重互锁正反转的控制电路。B、原理电路图经老师检查认可后进行接线。C、接线前检查所用电动机及各种低压电器功能是否正常。D、按原理电路图进行接线, 要求牢靠、规范, 经检查无误后运行。E、运行成功后请老师检查, 再关断电源。 (3) 要求:A、使用一个接触器、三个按钮及其他低压电器。B、正反转启动按钮要使用复合功能。C、自拟电路以组为单位进行讨论。D、写出电路的工作过程。 (4) 思考题:什么是双重互锁?双重互锁的目的是什么?
4、课程评价
课程评价是对单元课程开发过程与结果进行评估, 从而确定课程开发过程是否符合规范, 预期的目标能否实现。课程评价是确保课程开发质量的必要环节。
《设备控制技术》的课程评价是采用对学生专业素质综合分析的方式进行的。在实施单元课程开发方案的过程中, 多次调查了解了学生的反馈意见, 发现学生普遍对这种教学模式很认可, 有利于提高学生的综合分析能力和创新能力。
三、几点建议
智能控制单元 第9篇
广州地铁一号线A1型车为上世纪90年代产品, 由德国西门子制造。A1型车110 V控制电路是采用继电器控制的有节点电路, 继电器数量达到500个/列[1]。继电器触点控制布线多, 易出错, 无法进行系统故障的记录和诊断, 不易维护, 同时, 在使用过程中继电器容易出现触点接触不良、定位销卡滞、线圈发热量大等缺点, 其故障具有突发性和重复性。由于继电器故障率较高, 检修维护工作量大, 对列车正常运营造成很大影响。
为减少A1型车110 V控制继电器的应用, 降低110 V控制回路故障率, 根据LCU的开关量逻辑控制特性, 可取代传统继电器控制, 实现逻辑控制和顺序控制。广州地铁采用成都运达科技股份有限公司研发的LCU逻辑控制单元对A1车110VV控制电路进行改造。
2 改造方案设计特点
广州地铁一号线A1型车110 V控制电路LCU改造所采用的控制器是成都运达科技股份有限公司为铁路机车、地铁车辆和动车组研制的专用可编程控制器。它采用高性能16位高速单片机系统作为硬件基础, 研制成适合电力机车110 V直流电源的专用输入输出控制电路。用软件实现原有控制电路逻辑关系;用现代电力电子器件和微机控制技术构成的无触点控制电路替代传统的继电器有触点控制电路, 是用于铁路机车、地铁车辆及动车组的新一代智能型逻辑控制装置。
2.1 主要技术参数[2]
主要技术参数如表1所示。
2.2 主要技术特点
2.2.1 可靠性高
(1) 一列车共取消了364个控制继电器, 减少了110 V控制电路节点, 有效降低有节点电路故障。
(2) 采用冗余设计, AB两组之间能相互切换, 一组出现故障不影响另一组正常工作, 安全性更高。
(3) 采用光电隔离的开关量信号输入, 抗干扰能力强, 能准确、快速的接收输入电信号指令。
(4) 采用隔离控制场效应晶体管输出开关量, 具有短路保护功能。
(5) 输入输出延迟不超过30 ms, 响应时间快。
2.2.2 维护性好
(1) LCU系统具备自诊断能力和报警显示, 故障查找方便。
(2) 模块化设计, 受外部环境影响小, 日常维护简单。
(3) 各节车LCU彼此独立工作, 但所有接口保持一致, 控制板件可互换使用, 备件采购单一, 使用方便。
(4) 箱体式结构设计, 空间占用率低。
2.2.3 节能性好
每套LCU自身功耗小于100 W, 可节约能耗。
3 LCU改造硬件设计
3.1 硬件结构组成
LCU的机箱采用铝合金材料制成, 用于安装和实现EMC防护, 机械结构上实现安装对外接口插座和紧固控制插件板。LCU的硬件结构如图1所示。
电源插件板和控制插件板并排安装在机箱中, 左边第一块插件板是电源插件板, 其他插件板均为控制插件板。控制插件板从左到右依次排列, 奇数位为A组, 偶数位为B组, 依次为1/A、1/B、2/A、2/B、…、10/A、10/B。
3.2 硬件结构原理
广州地铁一号线A1型车110V控制电路LCU改造取消了部分继电器控制, 集成为LCU模块化逻辑控制, 控制板采取双备份系统, 设置一个“三位”转换开关, 以A组为主控制板和B组为备份控制板, 正常工作时“自动位”默认为主控制板A组工作, 并自动检测A组控制板工作状态, 若检测A组控制板存在异常, 会自动切换到B组备份控制板工作, 如图2所示。
DC110V通过LCU电源开关分别送入到电源插件板和控制插件板, 其中控制插件板通过“三位”转换开关送入A组和B组。
电源插件板设计实现从DC110V (77~137.5) 到DC5V的电源转换, 为控制插件板提供DC5V工作电源, 同时实现故障诊断相关功能。
控制插件板采用光电隔离的DC110V开关量信号输入, 其隔离电压为DC1000V。输入信号电压小于75 V定义为“0”;输入信号电压大于等于75 V定义为“1”。当某路负载出现短路时, 该插件会提示并自动将该路输出断开, 当短路消失后能及时自动的恢复。同时控制插件能对自身的工作状态进行检测, 当出现异常时能通过控制板LED闪烁等手段进行提示。
4 LCU改造软件设计
4.1 软件控制原理
LCU软件控制主要是通过CPU完成逻辑运算、延时控制、软件抗干扰、保护及各插件之间的通信, 根据列车的实际工况确定输入信号和状态信号来决定各个输出的状态。LCU的输出电路采用高速光耦和CMOS管等元件实现光电隔离, 从而解决高低电压的隔离和驱动功率的放大, 实现了可靠地驱动各类机车负载, 如图3所示。
4.2 软件逻辑设计原理
由于地铁车辆电路控制复杂多样, 以下仅以司机台主控电路的逻辑设计原理进行说明。如图4所示, 在蓄电池DC110V供电正常时, 激活司机台主控开关2A01-S01, 2K01、2K02、2K03将通过2K07常闭触点得电, 同时2K01将自锁保持供电, 2K01得电后2K04、2K05将得电闭合。而在无人自动折返司机台主控开关断开时, 则通过4K03折返继电器闭合给2K01、2K02、2K03供电, 使司机台继电器激活[3]。
通过LCU改造后, 取消了部分继电器控制, 如图4所示, 虚线框中继电器控制电路已由LCU控制板替代, 三角形标记的2K01、2K04、2K05为保留继电器, 当蓄电池供电正常LCU输入信号I_20100为“1”时, 激活主控开关LCU输入信号I_20101为“1”, 则LCU输出信号O_20103、O_20104、O_20105为“1”。
其中软件逻辑设计如下:
5 LCU应用效果
广州地铁一号线A1型车110 V控制电路LCU改造共完成两列车, 改造取消了大部分继电器控制, 减少了110 V有接点电路, 有效降低控制电路故障率, 提高列车可靠性, 减少维护成本。如图5所示LCU模块化控制取代了继电器控制。
改造完成后正式载客运营至今已将近两年, 累计运行公里数达到37万公里, 期间没有发生LCU逻辑控制故障, 运行状态良好。
LCU逻辑控制单元稳定性高、节能性好、使用寿命长、便于维护, 相较于传统继电器控制的故障率高、维护困难等缺点, LCU的应用减轻了车辆日常维护工作量, 降低了车辆维护成本, 每年每列车直接经济维护可节约数万元。同时, 通过LCU改造的列车可靠性得到有效提高, 减少了运营故障影响, 赢取列车应用效益可达数十万元。
6 结束语
广州地铁一号线A1型车110V控制电路LCU改造, 实现了无触点控制代替传统继电器有触点控制, 在地铁车辆技术创新运用上有着重大突破。通过LCU在地铁车辆控制中的应用研究论述了逻辑控制单元替代传统继电器控制的可行性和优越性, 为地铁车辆传统控制技术升级改造探明了新方向。
参考文献
[1]SIEMENS公司.广州地铁一号线车辆维修手册[Z].德国:SIEMENS公司, 1997.
[2]成都运达科技股份有限公司.广州地铁一号线车辆LCU改造使用维护说明书[Z].2012.
智能变电站中断路器智能单元的设计 第10篇
一次设备智能化是智能变电站的主要特点,即要实现断路器等高压设备的数字化。其主要方式无外乎两种,一种是将智能控制模块形成一个单独的智能终端中,并将其附加到断路器上,另一种则是直接将智能控制和通信设备内嵌到现有的断路器中。
由于一次设备的智能化比较困难,目前为实现变电站数字化的进度,国内的变电站基本采用常规断路器加智能终端的方案进行过渡,常规断路器通过附加组件实现部分智能化,如有需要,还可加装通信组件和诊断组件,设备示意图如图1。
其中,S为传感器。
1 智能单元的特点分析
智能单元作为过程层的一部分,为过去的常规设备提供了数字化的接口。过程层智能单元通过光纤与间隔层通信的数字信号,决定断路器、隔离开关等设备的开合,实现保护和控制。过程层采用的光纤网络传输数字信号较以往的模拟信号有更强的抗干扰能力,信息交互和上传比传统的二次大量线缆连接都更为简化,是一种较为经济和快速的解决方案。
智能单元的主要任务和特点是数字化的接口、在线监测、智能控制和电子操作。数字化接口实现的主要功能是采集、上传断路器、隔离开关(包括地刀闸)的位置、开关本体信号和其他状态信息;智能控制主要采取一定的策略设计控制程序,实现断路器的最佳开断、顺序控制等。同时,传感器采集电、磁、开关机械、控制回路及温度等数据采集,在线监测的同时支持部分在线修复,根据状态评估指导技术人员制定检修计划。智能控制的开关组件主要是通过电容储能加变频器直接驱动电机,机械运动部件较少,可靠性显著提高。
2 智能单元取代常规二次连线的优势
相对于以往复杂的二次回路,采用智能终端可以在基本不改变变电站现有设备的情况下实现一次设备的智能控制和间隔层设备的数字化通信,具体优点有:
(1)节约了电缆等设备的使用和相应的工程投资。智能变电站主要特点之一就是二次电缆数量极大的减少,控制电缆数字化以及多信道复用起到了很大的作用。
(2)光纤数字信号具有很好的电磁兼容性,且信息传输带宽上限很高,可靠性比电缆也有显著提高。
(3)一次线路上的传感器所采集的信号不仅可以为变电站技术人员掌握线路情况、制定维修计划,还可以通过外网传输到信息中心进行大数据的收集和分析,制定更合理的发电、输电策略。
(4)经过优化的二次回路的功能结构,可以有效的简化传统电缆的冗余回路。光纤以太网的冗余相对于电缆冗余设计十分简单方便。
(5)智能单元和数字信息化使得系统的互操作、运行和控制更容易实现和修改。
(6)大大减少了技术人员对线路进行调试的工作量,更多的调试可以通过控制台进行,也减少了技术人员到现场调试的时间。
3 智能变电站断路器智能控制单元的功能与结构
断路器智能单元是应用于智能变电站一次开关设备操控的智能终端。支持实时的GOOSE通信,通过保护装置、控制装置的配合实现对断路器、隔离开关等刀闸设备的操作,并定期采集间隔内一次开关设备的开关量信号。断路器智能单元可以将传统的一次断路器设备改造为满足数字化需求的智能断路器设备,具体配置如下:
(1)支持数字化变电站IEC61850通信标准。断路器应配备多个100M带宽的以太网端口,通过网络实现GOOSE命令的收发和网络校时。
(2)能够将GOOSE命令转换为硬接点触发,同时保留人工开合,满足各类情况的需求。
(3)具有IEC61058标准中要求的快速响应能力,一般认为小于4ms。
(4)智能检测单元应具有自检功能,以及报告和保存系统日志的功能。
综合上述要求,断路器智能单元的基本参数应符合或高于以下数值:额定电压DC110-220V,分合闸电流0.5-4A,功耗为30-100W。出口时间:继电器出口时间为3-5ms,平均延时4ms,接收信号到出口动作小于8ms,刀闸控制时间小于10ms。开关量参数为至少20路开入12路开除,均为DC220/110V无源接点,光耦隔离。4路冗余出口,可采用额外开入开除插件。通讯接口应包括5组以上的RS-485接口和100M以太网通信功能。
参考文献
[1]王璐.智能变电站过程层组网分析与应用[J].电力系统保护与控制,2012(02).
[2]黄灿,肖驰夫,方毅,郑建勇.智能变电站中采样值传输延时的处理[J].电网技术,2011(01).
[3]王德文,王艳,邸剑.智能变电站状态监测系统的设计方案[J].电力系统自动化,2011(18).
智能控制单元 第11篇
故障现象：一辆2007年产长安福特蒙迪欧致胜2.3轿车，搭载6前进挡电子控制自动变速器，行驶里程5万km。用户反映该车在行驶约2h后突然熄火，重新起动车辆无法起动，仪表显示发动机故障。然后该车被拖至其他修理厂，该修理厂称该车动力系统控制单元（PCM）损坏，于是为其更换了全新的动力系统控制单元。更换后，车辆能够起动，但在行驶一段时间后，又出现无法起动的现象。经检测，他们发现PCM再次损坏。由于该控制单元价格昂贵，他们一时又找不到控制单元损坏的原因，于是将车拖至本站。
检查分析：接车后，维修人员连接故障诊断仪对车辆进行检测，发现PCM（图1）与故障诊断仪无法通信。根据该车的情况，笔者初步判定导致该车故障出现的原因包括，发动机相关线束接地故障；发电机发电量过高及线路故障；以及PCM本身及线路故障。于是笔者要求维修人员对相关线路进行了检查，经维修人员检查，没有发现相关线路存在问题。为此，只能为其更换新的PCM。在更换新的PCM后，连接故障诊断仪，发现故障诊断仪已经与PCM正常通信。经检测，发现控制单元内存储了与节气门相关的故障码，且无法清除。
根据故障码的提示，维修人员对节气门及加速踏板位置传感器及相关线路进行检查，未发现异常。可以确定电子节气门（图2）已经损坏，为此更换了全新的节气门。在更换新节气门后，尝试对故障码进行清除，此时故障码能够被清除。
起动车辆后，检测无故障码出现。观察相关数据流，均正常。此时利用万用表测量发电机的输出电压，为14.05V，属正常范围。为保险起见，笔者要求维修人员让该车在车间怠速运转了约1h。之后，再次利用故障诊断仪对车辆进行检测，没有发现故障码，于是准备对车辆运行路试。结果车刚开到车间出口，踩下制动踏板时，发动机突然熄火，尝试再次起动时，无法起动。可以确定，导致故障发生的根本原因并没有找到，故障再次出现。
此时笔者介入该车故障的维修。连接故障诊断仪对车辆进行检测，设备显示了含义为防抱死制动系统（ABS）控制单元与仪表及PCM通信失败的故障码（图3）。利用故障诊断仪对车辆进行网络测试，控制单元全部合格，说明不是由于网络故障所致。连续起动几次发动机后，原来节气门相关的故障码再次出现。根据故障码的含义，要么是制动系统存在相关故障，要么是其他系统的干扰所致。检查制动开关和相关插头，均未发现异常。经仔细观察，笔者发现该车加装了氙气前照灯。鉴于氙气灯系统设有高压安定器，如果产品质量不可靠，很有可能对其他系统造成干扰。在仔细检查发动机前端线束确定没有问题后，笔者决定更换PCM试车。
在更换新的PCM后，发动机可以正常起动。当试车过程中无意打开前照灯变光时，突然发现发动机会熄火。于是连忙断开氙气前照灯安定器插头。回到车间后，插好氤气灯安定器插头变光，发现有火花出现，直接打在车身上。经仔细检查，发现高压电线的绝缘皮有破损。
故障排除：在对损坏的线路进行修复后，试灯光一切正常，故障排除。
汽车电控单元智能检测系统设计 第12篇
关键词：信号特性,电控系统,发动机故障
引言
在现代汽车上,电子技术的应用越来越广泛,我们称这种电子技术为汽车电子技术。随着汽车电子技术的发展,现代汽车已进入电控时代[1]。这样电子设备在汽车中占的比例就越来越大,分析这些电信号来分析汽车的故障原因和故障部位是当前的一个研究热点。电控汽车大量使用传感器,有节气门位置传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、水温传感器、氧传感器、进气压力传感器、空气流量传感器等,传感器输入到电控单元的信号都是电信号。电控单元输入到执行器的信号也是电信号。这些传感器信号和执行器信号可以反映发动机工作的全过程,通过分析这些信号的特性及变化规律就可以找到汽车的故障部位及故障原因。
本文设计的汽车电控单元只能检测系统,是兼具有汽车示波器和汽车信号发生器的功能。该系统能采集显示传感器和执行器信号,在于这些设备产生的正确信号对比,可以找出故障原因,同时该系统能模拟传感器和执行器信号,独立检测某传感器或者执行器的性能,找出故障原因。
1 硬件设计方案各功能模块介绍
测试系统主要有小信号处理部分和数字系统组成,其中小信号处理部分主要是模拟电路,主要是完成信号缓冲、放大、加法运算等功能,分为输入缓冲级、前置放大级、程控放大级、中点电平设定电路和电压比较电路。数字系统主要完成信号采集、增益控制、通道选择、过压检测、自动调零、USB数据通信等功能。其中ADS7881是模拟与数字接口的核心,而CY7C68013A是数字系统的核心。除了两个主系统模块外,整个完整系统还包括波形发生模块和电源模块。
1.1 模拟部分实现功能
图1是测试系统的模拟部分信号流程框图,这是我们用于处理从探针探测到的电量信号的电路。
信号通过限压保护以后,就输入到缓冲级,缓冲级主要由电压跟随器构成,信号经过缓冲级后就和信号地一起送入到RC滤波网络,RC滤波器是一个低通模型,主要用来抑制信号中的高频差模干扰信号,所以在这里对两个RC网络的对称性要求比较严格。
信号经过滤波后就以差动的方式输入到仪表放大器,仪表放大器由AD620构成,AD620有高精度、低噪声、低漂移的优点。程控放大级是主放大级,电压增益是可以通过编程控制的,考虑到ADC的参考电压为2.5v,为了不让ADC溢出,我们保证程控放大级的输出电压在-1.25v~+1.25v之间[2]。
信号通过了程控放大器以后,就经过过压保护电路,过压保护电路实质上是一个限幅器,它的作用是避免输入到ADC的电压过高或者过低,可以把ADC输入端信号幅度限制在安全范围内。
经过过压保护以后,信号就分两路,一路供到电压比较器,另一路到中点电平调节电路。在信号进入到电压比较器前先通过一个低通滤波器,主要是滤除高频窄脉冲,只保留极低频信号和直流信号。这个比较器主要是在做静态测试的时候用。
中点电平调节电路主要完成调整输入信号的中点电平。在这里用两个运算放大器来实现,这种电路形式电阻调整比较方便。
1.2 数字部分实现功能
数字系统的核心是Cypress公司的基于增强型5 1内核的U S B接口芯片CY7C68013[3]。与模拟部分的接口是通过ADS7881来实现的。CY7C68013在本系统中主要完成的功能有:
·控制ADS7881把模拟电平变成数字信号,为ADS7881产生时序信号、复位信号、读信号使其能正常工作,并从利用IOA、IOB读取ADS7881的转换结果。
·接受过量程中断,根据输入信号幅度自动调整模拟系统的放大增益,写入相关的增益控制字控制模拟电路中的模拟选择器选中不同的电阻网络。
·切换选择输入信号通道,在静态测试过程中实现轮流对8个通道进行模拟取样,时分复用ADS7881,使得可以实现同时对各路探针进行监测。
·控制DAC的参考电压,根据放大增益,通过对模拟选择器写入不同的控制字选中不同的参考电压。
·控制DAC(DAC0832)写入DAC数据,用于平衡失调电压,进行自动调零的时候不断查询ADC得转换结果,与设定值不断进行比较(如0x804~0x7FC),根据比较结果增加或减少写入DAC的数据,直到ADC的转换结果落在这个范围内为止。
·控制地址锁存器74HC373锁存通道信号、增益控制字、DAC参考电压选择控制字。
·控制数据缓冲器74HC244,当USB接口工作在GPIF方式时候允许四位增益控制字和12位转换结果合并成一个字的数据进行传输。
·与主机实现USB通信,把采集到的数据通过USB传输到主机上进行处理。
·与主机进行串口通信,这个主要是在电路调试、固件程序调试过程中用来监视硬件的工作状态和USB通信是否正常,在系统正常工作中这部分功能不再运行。图2是数字系统框图。
1.3 信号发生电路和电源电路
信号发生电路主要是用来在动态测试过程中,产生仿发动机初级信号给发动机检修仪。其主要由方波信号发生电路、微分电路、反相电路、移相电路、脉冲整形电路、比例加法器电路等模块组成。
电源电路是保证整个系统工作的前提,在本系统中电源提供电流质量对电路的测量精度影响是最为明显的,电源电压质量主要体现在电压的纹波系数和稳压范围,纹波系数越小,电源的电压质量就越好,本设计中考虑用单15v供电,而模拟电路中的工作电压要求有±12v、5v电压,数字电路中要求有3.3v电压,在电源电压变换上要考虑可行性和效率。基于上述得考虑,选择了LM2575系列的集成开关电源作为电源电路的核心。
2 固件程序设计
在本系统中,固件程序完成的主要功能有:
(1)自动调整ADC输入的中点电平
(2)通过中断来监视静态测试时ADC输入电平是否超出允许范围,并做增益调整
(3)控制通道选择和增益责
(4)配置USB端点属性
(5)控制ADC转换
(6)控制DAC输出电压和极性
(7)负责与主机通信
固件程序主要是实现测试系统的自动化,达到自动调整模拟电路的工作点和ADC的输入中点电平,自动控制模拟放大电路的增益系数的目的,在系统初始化的时候,先对各个增益的零点和ADC模拟输入电压的中点电平进行调整,使之尽量地接近ADC电压基准的1/2(即1.25v),整个系统的设计增益系数有0.1、1、10、100、1000五挡,第八个通道的输入使在输入端衰减了10db才输入的,主要处理高电平大于12V信号。调整好以后就把各个通道的增益调整为“1”挡,等待主机的测试命令。在调接中点电平过程中,考虑到电路本身的噪声的抖动,所以先采集多个数据,然后算平均值跟预定范围值进行比较调整,如果要获得更好的效果可以采用相关运算或取统计平均的方法,但是这两种方法计算量很大,不是单片机轻易能实现的。
当主机发来静态测试命令时,CY7C68013就开始执行静态测试程序,轮流置入通道控制字和增益控制字,写入相关的中点电平调节DAC数据(在自动调节中点电平已经写入数组)。如果接收到有过压中断,就调节中断,就进入增益自动调整。调整好以后,就开始针对该通道进行采样,依次采样512个数据,采样间隔为1us。采集完成以后就由主机读取端点传输。完成以后就进入到下一个通道采集。
在进行数据处理的时候。我们要获得的数据除了转换数据以外,还要有增益系数,这样就可以准确地计算输入信号电压值。对转换数据要做相应的运算,因为是针对直流信号的,所以在此对其取算术平均值或统计平均值都可以,但统计平均值较为准确。这也算是一种软件降噪手段。
对于动态测试,考虑到信号变化比较快,只考虑采样单通道的数据,通道参数和增益参数切换由主机控制,CY7C68013不作自动调整,采用GPIF(通用可编程接口)方式来进行采集数据,以期获取更高的采样速率。主程序流程如图3所示。
3 电路调试与总结
电路调试采用逐级调试策略,在调试过程中,对原有的设计也有了不少修改的地方,主要解决的是零点失调电压问题、增益调节问题、噪声干扰问题、加法器精度问题、参考源问题等等。图4、图5是该系统模拟出的柴油压力信号波形和喷油信号波形。
参考文献
[1]李泉胜.汽车示波器在电控系统故障诊断中的应用[J].公路与汽车,2006(5):21-22
[2]蔡锦福.运算放大器原理与应用[M].北京:科学出版社,2005