1、1江苏扬州技师学院毕 业 设 计（论 文）机电一体化中的电机控制与保护专 业 机 电 一 体 化 技 术 学生姓名 卜 庭 俊 班 级 09 机电（2）班 学 号 指导教师 刘 建 农 完成日期 2内 容 摘 要依据机电一体化技术的发展前景，提出一种新型 电动执行机构的 设计方案， 详细介绍了该执行机构各功能元件的选型与设计、阀位及速度控制原理以及各种关 键问题的解决方法。该执行机构将阀门、伺服电机、控制器合为一体，采用 8031 单片机、变频技术实现了阀门的动作速度和位置控制，解决了阀门 的精确定位、 阀门柔性开关、极限位置判断、电机保护及模拟信号隔离等技术问题。现场运行情况表明，该电动执行
2、机构具有 动作快、保护完善以及便于和计算机通讯等优点，充分利用了机 电一体化技术带来的方便快捷。关键词：电动机阀门 继电器保护 机电一体化技术总结3目 录内 容 摘 要 .2插 图 索 引 .4引 言 .5第 1 章 机电一体化技术发展历程及其趋向 .611 机电一体化技术发展历程 .612 机电一体化发展趋向 .6第 2 章 机电一体化中电动执行机构的硬件设计及工作原理 112.1 系统工作原理 .11第 3 章 机电一体化中阀位及速度控制原理 15第 4 章 关键技术问题的解决 17第 5 章 机电一体化中继电器保护的现状与发展 195.1 继电保护发展现状 195.2 继电保护的未来发展
3、 215.2.1 计算机化 .225.2.2 网络化 .235.2.3 保护、控制、测量、数据通信一体化 .255.2.4 智能化 .26结束语 .26参考文献 .264插 图 索 引 图 2-1 电动执行机构控制系统框图11图 2-2 IPM 输出电流、电压检测 14图 2-3 程序出格自恢复电路 15图 3-2 阀位及速度控制原理框图 15图 3-3 执行机构的典型运行速度图 16图 4-1 线性隔离放大器 19引 言5在现代化生产过程控制中，执行机构起着十分重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度
4、低、可靠性差等 问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施以及必要的通信手段，系统的安全性较差，不便与 计算机联网。 鉴于以上原因，采用传统的大流量电动执行机构的控制系统，可靠性和稳定性较差。随着 计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用， 这种执行机构已远远不能满足工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行机构，采用机电一体化技术，将 阀门、伺服电机、控制器合为一体，利用异步电动机直接驱动阀门的开与关。通 过内置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔
5、性开关以及 电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反 转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护较完善、便于和计算机联网等优点。实际运行表明， 该执行机构工作稳定，性能可靠 。自电子技术一问世,电子技术和机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化“ 技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注重.第 1 章 机电一体化技术发展历程及其趋向6机电一体化是机械、微电子、操控、计算机、信息处理等多学科的相互交融，它的开展和前进依托关联技能的前进和开展，首要开展方向有数字化、
6、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化。11 机电一体化技术发展历程1.数控机床的呈现,迈出了“机电一体化“ 前史的榜首步 ;2.微电子的技能为“机电一体化 带来勃勃生气;3.可编程序控制器的使用、“ 电力电子“等等的开展为“ 机电一体化“奠定了刚强根底;4.激光技能、信息技能等新新式技能使“ 机电一体化“进一步开展. 12 机电一体化发展趋向1 数字化微控技能及其开展奠定了机电产物数字化的根底，比如不断开展的数控机床和机器人；就像计算机网络的敏捷兴起，为数字化描绘与制作创下了平整的大道，如虚拟描绘、计算机集成制作等等。数字化需求机 电 一体化产物的软件具有较高可靠性、简略的操作性、便
7、利保护性、以及自确 诊才能和友 爱的人机界面。2智能化即需求机电产物有必定的智能,使它具有相似人的逻辑考虑、判别推理、自主决议计划等才能。例如在 CNC 数控机床上添加人机对话功用，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给运用、操作和保护带来极大的便利。跟着含糊操控、神经网7络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技能的前 进与开展，为机电一体化技能开展拓荒了广阔天地。3 模块化因为机电一体化产物种类和出产厂家繁复，研发和开发具有规范机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产物单元模块是一项杂乱而有出路的作业。如研发具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图画处置、辨 认
8、和测距等功用的电机一体操控单元等。这样，在 产物开发描绘时，能 够运用这些规范模块化单元敏捷开宣布新的产物。4 网络化因为网络的遍及，根据网络的各种长途操控和监督技能方兴未已。而长途操控的终端设备自身就是机电一体化产物，现场总线和局域网技能使家用电器网络化成为可能，运用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中间的计算机集成家用电器体系，使大家在家里可充沛享用各种高技能带来的长处，因而，机 电一体化产物无疑应朝网络化方向开展。5 人道化机电一体化产物的结尾运用对象是人，怎么给机电一体化产物赋予人的智能、情感和人道显得愈来愈重要，机电一体化产物除了完善的功用外，还需求在颜色、外型等方面与环境相和谐
9、，运用这些产物， 对人来说仍是一种艺术享用，如家用机器人的最高境地就是人机一体化。6 微型化微型化是精密加工技能开展的必定，也是进步功率的需求。微机电体系(Micro Electronic Mechanical Systems，简称 MEMS)是指可批量制作的，集微型组织、微型8传感器、微型履行器以及信号处置和操控电路，直至接口、通 讯和电源等于一体的微型器材或体系。自1986年美国斯坦福大学研宣布第一个医用微探针，1988年美国加州大学 Berkeley 分校研宣布第一个微电机以来，国内外在 MEMS 工艺、资料以及微观机理研讨方面取得了很大开展，开宣布各种 MEMS 器材和体系，如各种微型
10、传感器（压力传感器、微加速度计、微触 觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微 泵、微绷簧以及微机器人等）。7 集成化集成化既包括各种技能的彼此浸透、彼此交融和各种产物不一样布局的优化与复合，又包括在出产过程中一起处置加工、安装、 检测、办理等多种工序。为了完成多种类、小批量出产的自动化与高功率， 应使体系具有更广泛的柔性。首要可将体系分解为若干层次，使体系功用涣散，并使各部分和谐而又安全地作业，然后再经过软、硬件将各个层次有机地联络起来，使其功用最优、功用最 强。8 带源化是指机电一体化产物自身带有动力，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。因为在许多场合无法运用
11、电能，因而关于运动的机电一体化产物，自带动力源具有共同的长处。带源化是机电一体化产物的开展方向之一。9 绿色化科学技能的开展给大家的日子带来巨大变化，在物质丰厚的一起也带来资源削减、生态环境恶化的结果。所以，大家呼喊保 护环 境，回归自然，完成可持续开展，绿色 产物概念在这种呼声中应运而生。 绿色产物是指低能耗、低材耗、低污染、舒服、和谐而可再生运用的 产物。在其描 绘、制作、运用和毁掉时应契合环保和人9类安康的需求，机电一体化产物的绿色化首要是指在其运用时不污染生态环境，产物寿数结束时，产物可分解和再生运用。10.光机电一体化.通常的机电一体化体系是由传感体系、动力体系、信息处置体系、机械布
12、局等部件组成的.因而,引入光学技能,完成光学技能的先天长处是能有效地改善机电一体化体系的传感体系、动力( 动力)体系和信息处置体系.光机电一体化是机电产物开展的重要趋向.11.自律分配体系化柔性化.将来的机电一体化产物,操控和履行体系有满足的“冗余度” ，有较强的“柔性” ，能较好地敷衍突发事件，被描绘成“自律分配体系”。在自律分配体系中，各个子体系是彼此独立作业的，子体系为总体系效劳，一起具有自身的“ 自律性”，可根据不一样的环境条件作出不一样反响。其特征是子体系可发生自身的信息并附加所给信息，在总的前提下，详细“举动” 是能够改动的。 这样 ，既 显着地添加了体系的适应才能(柔性 )，又不
13、因某一子体系的毛病而影响整个体系。12.全息体系化智能化。往后的机电一体化产物“全息” 特征越来越显着，智能化水平越来越高。这首要收益于含糊技能、信息技能(尤其是软件及芯片技能)的开展。除此之外，其体系的层次布局，也变简略的“从上到下”的局势而为杂乱的、有较多冗余度的双向联络。13.“生物一软 件” 化仿生物体系化。往后的机电一体化设备对信息的依托性很大，而且往往在布局上是处于“ 静态”时不安稳，但在动态( 作业)时却是安稳的。这有点相似于活的生物摘要：当操控体系(大脑 )停止作 业时，生物便“逝世”，而当操控体系(大脑)作业时，生物就很有生10机。仿生学探求范畴中已发现的一些生物体优秀的组织
14、可为机电一体化产物供给新式机体，但怎么使这些新式机体具有活的“生命”还有待于深化探求。这一探求范畴称为“生物 软件”或“生物体系”，而生物的特征是硬 件(肌体)软件(大脑)一体，不可分割。看来，机 电一体化产物虽然有向生物体系化开展 趋，但有一段绵长的路途要走。14.微型机电化微型化。当前，运用半导体器材制作过程中的蚀刻技能，在实验室中已制作出亚微米级的机械元件。当将这一效果用于实践产物时，就没有必要区别机械部分和操控器了。到时机械和电子完全能够“交融”，机体、履行组织 、传感器、CPU 等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。 这种微型机械学是机 电一体化的重要开展方向。第 2 章 机
15、电一体化中电动执行机构的硬件设计及工作原理电动履行机构操控系统原理框图如图2-1所示。智能履行机构从布局上首要分为操控有些和履行驱动有些。 操控有些首要由单片机、PWM 波发生器、IPM 逆变器、A/D、D/A 变换模块、整流模块、输入输出通道、毛病检测和报警电路等组成。履行驱动有些首要包含三相伺报电机和方位传感器 11如图 2-1 电动执行机构控制原理图2.1 系统工作原理 霍尔电流、电压传感器及方位传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的方位信号，经 A/D 变换后送入单片机。 单片机经过 8255 操控 PWM 波发生器，发生的 PWM 波经光电耦合作用于逆变模块 IPM，完成电
16、机的变频调速以及阀位操控。逆变模块作业时所需求的直流电压信号由整流电路对 380V 电源进行全桥整流得到。 2.2 控制系统各功能元件的选型与设计1)单 片机 选用 INTEL 公司出产的 8031 单片机，它首要经过并行 8255 口背负操控体系的信号处置：接纳体系对转矩、阀门敞开、封闭及阀门开度等设定信号，并供给三相 PWM 波发生器所需求的操控信号；处 置 IPM 宣布的毛病信号和报警信号；处置经过模仿输进口接纳的电流、电压、方位等检测信号；供给显现电动履12行机构的作业状况信号；履行操控体系来的操控信号，向操控体系反应信号； 2)三相 PWM 波发生器 PWM 波的发生一般有模仿和数字
17、两种 办法。模仿法电路杂乱，有温漂表象，精度低，约束了体系的功用；数字法是依照不一样的数字模型用核算机算出各切换点，并存入内存，然后经过查表及必要的核算发生 PWM波，这种办法占用的内存较大，不能确保体系的精度。 为了满意智能功率模块所需求的 PWM 波操控信号，确保微处置器有满意的时刻进行整个体系的检测、维护、操控等功用，文中选用 MITEL 公司出产的 SA8282 作为三相 PWM 发生器。SA8282 是专用大规模集成电路，具有独立的 规范微 处置器接口，芯片内部包含了波形、频率、幅值等操控信息。 3)智能逆 变模块 IPM 为了满意履行机构体积小，可靠性高的需求，电机电源选用智能功率
18、模块 IPM。该履行机构首要适用功率小于 55kW 的三相异步电机，其额外电压为 380V，功率因数 为 075。经核算可知，选用日本产的智能功率模块PM50RSA120 能够满意体系需求。 该功率模块集功率开关和 驱动电路、制动电路于一体，并内置过电流、短路、欠电压和过热维护以及 报警输出，是一种高功用的功率开关器材。 4)方位 检测电路 方位检测电路是履行机构的重要 组成部分，它的功用是供 给精确的方位信号。要害问题是方位传感器的选型。在传统的电动履行机构中多选用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。 绕线电 位器寿数短被筛选。差动变压器因为线性区太短和温度特性不抱负而受到约束。导电塑
19、料电位器当前较为13盛行，但它是有触点的，寿数也不可能很长，精度也不高。笔者选用的方位传感器为脉冲数字式传感器，这种传感器是无触点的，且具有精度高、无 线性区约束、稳定性高、无温度约束等特色。 5)电压 、电流及检测 检测电压、 电流首要是为了核算电机的力矩，以及变频器输出回路短路、断相维护和逆变模块毛病诊断。因 为变频器输出的电流和电压的频率规模为 050Hz ，选用惯例的电流、电压互感器无法满意需求。为了疾速反映出电流的巨细，选用霍尔型电流互感器检测 IPM 输 出的三相电流，关于 IPM 输出电压的检测选用分压电路。如图 2-2 所示。 6)通 讯接口 为了完成核算机联网和长途操控，选用
20、 MAX232 作为体系的串行通讯接口，MAX232 内部有两个完全相同的 电平变换电路，可以把 8031 串行口输出的 TTL 电平 变换为 RS232 规范电平，把其它微机送来的 RS232 规范电平变换成 TTL 电 平给 8031，完成单片机与其它微机间 的通讯。 7)时钟电 路 时钟电路首要用来供给采样与操控周期、速度核算时所需求的时刻以及日历。文中选用时钟电路 DS12887。DS12887 内部有 114 字节的用户非易14失性 RAM，可用来存入需长时间保管的数据。 8)液晶 显现单元 为了完成人机对话功用，选用 MGLS12832 液晶显现模块组成显现电路。选用组态显现方法。
21、 经过菜单挑选，可分别对阀门、力矩、限位、 电机、通讯和参数等信号进行设置或调试。并选用文字和图形相结合的方法，显现直观、明晰。 9)程序出格自康复电路 为了确保在强搅扰下程序出格 时体系可以自动地康复正常，选用 MAX705 组成程序出格自康复 电路， 监督程序运转。如图 2-3 所示，该电路由 MAX705、与非门 及微分电路组成。 作业原理为：一旦程序出格，WDO 由高变低，因为微分电路的效果，由“与非” 门输入引脚2变为高电平，引脚2电平的这种改变使“与非 ”门输出一个正脉冲，使单片机发生一次复位，复位完毕后，又由程序 经过 P10口向 MAX705的 WDI 引脚发正脉冲，使 WDO
22、 引脚回到高电平，程序出格自恢复电路持续监督程序运转。第 3 章 机电一体化中阀位及速度控制原理阀位及速度控制原理框图如图 3-1 所示。 15阀位及速度控制原理选用双环操控计划，其间内环为速度环，外 环为方位环。速度 环首要将当时速度与速度给定发生器送来的设定速度相比拟，经过速度调理器改动 PWM 波发生器载波频率，完成电机的转速调理。速度 调理器选用含糊神经网络操控算法(具体内容另文叙说)。 外环首要依据当时方位速度的设定，经过速度给定发生器向内环供给速度的设定值。因为大流量阀执行机构在运转过程中存在加快、匀速、减速等期 间。各期间的时刻长短、加快度的巨细、在何方位开端匀速或减速均与给定方
23、位、当 时方位以及运转速度有关。速度给定发生器的作业原理为：经过比拟实践阀位与给定阀位，当二者不相等时，以稳定加快度加快，减速点依据当时速度、 阀位值、阀位给定值的巨细核算得来。 执行机构各阶段运行速度的计算原理 16图 3-2 为执行机构的典型运行速度图，它由若干段变化速率不同的折线组成。将曲线上速率开始发生改变的那一点称为起始段点，相应的时间称为段起始时间，如图 3-2 中的 t(i)(i0，1，2， )，相应的速度称为段起始速度，如图 3-2 所示 vi)(i0，1， 2，)。 设第 i 段速度的变化速率为 ki，则有： 式中：v 为两段点之 间的速度 变化值， vvi1vi ； t为
24、两段之 间 的时间，tti1ti。 显然，当 ki0 时为恒速段 ，ki0 时为升速段，ki0 时为减速段。任意时刻的速度给定值为： Vi=v（i-1）+kiTsTs 为采样周期。 变化速率 ki 的取值由给定位置、当前位置以及运行速度的大小确定。第 4 章 关键技术问题的解决该电动执行机构选用了最新的变频调速技能，电机驱动功率小于55kW 。用户可依据需求设定力矩特性，依据操控的阀设定速度，速度分多转式、直行程、角17行程3种方法。操控体系由阀位给定和阀位反应信号构成的闭环体系，操控特性视运转方法、速度而定，并具有主动过流维护、过载维护 、超压、欠压、过热、缺相、堵转等维护功用。 该执行机构
25、处理的关键性技能问题首要有： 1)阀门 柔性开关 柔性开关首要是为了当阀封闭 或全开时，确保 阀门不卡死与损伤。执行机构内部的微处理器依据测得的变频器输出电压和电流，经过准确核算，得出其输出力矩。一旦输出力矩到达或大于设定的力矩，主动下降速度，以避免阀门内部过度的碰击，然后到达最优封闭，完成 过力矩维护。 2)阀 位的极限方位判别 阀位的极限方位是指全开和全关方位。在传统执行机构中，该方位的检测是经过机械式限位开关取得的。机械式限位开关精度低，在运转中易松动，可靠性差。在文中，电动执行机构极限方位经过检测方位信号的增量取得。其原理是，单片机将本次检测的方位信号与前次检测的信号相比较，若是未发生
26、改变或改变较小，即以为己到达极限方位，当即堵截异步电机的供电电源，确保阀门的安全封闭或全开。省去了机械式限位开关，无需在调试时对其进行杂乱的调整。 3)电 机维护的完成 为了避免电机因过热而焚毁 ，单片机经过温度传感器接连检测电机的实践运转温度，若是温度传感器检测到电机温度过高，主动堵截供电电源。温度传感器内置于电机内部。 4)精断定位 传统的电动执行机构在异步电机通 电后会很快到达其额外动作速18度，当挨近中止方位时，电机断电后，因为机械惯性，其阀门不可能当即停下来，会呈现不一样程度的超程，这一超程一般选用操控电机反向转变来校对。机电一体化的大流量电动执行机构依据当时方位与给定方位的差值以及
27、运转速度的巨细超前断定减速点的方位及减速段改变速率 ki，使阀门 在较低的速度下完成准确的微谐和定位，然后将超程降到最低。 5)模 拟信号的阻隔 关于变频器的直流电压以及输出的三相电压，它们之间的地址不一致，存在着较高的共模电压， 为了确保体系的安全性，有必要将它 们互相彼此阻隔。选用 LM358和4N25组成了阻隔线性扩大电路。如图4-1所示，选用15V和12V 两组独立的正负电源。若运放 A 的反相端电位因为扰动而正向违背虚地，则运放 A 输出端的电位将下降，因此光 电耦合器的发光强度将增强，则使其集射极电压减小，最终使运放 A 反相端的电位下降，回到正常状况。若 A 的反相端电位负向违背
28、虚地，也能够重回到正常状况。然后增强了体系的抗干扰性。 19第 5 章 机电一体化中继电器保护的现状与发展5.1 继电保护发展现状电力体系的飞速开展对继电维护不断提出新的需求，电子技能、核算机技能与通讯技能的飞速开展又为继电维护技能的开展不断地注入了新的生机，因而，继电维护技能得天独厚，在40余年的时刻里完结了开展的4个历史期间。建国后，我国继电维护学科、 继电维护描绘、继电器制作工业和继电维护技能部队从无到有，在大概10年的时刻里走过了领先国家半个世纪走过的路途。50年代，我国工程技能人员创造性地吸收、消化、把握了国外领先的继电维护设备功用20和运转技能1，建成了一支具有深沉继电维护理论造就
29、和丰厚运转阅历的继电维护技能部队，对全国继电维护技能部队的树立和生长起了指导效果。阿城继电器厂引入消化了其时国外领先的继电器制作技能，树立了我国个人的继电器制作业。因而在60年代中我国已建成了继电维护研讨、描绘、制作、运 转和教育的完好体系。这是机电式继电维护昌盛的年代，为我国继电维护技能的开展奠定了坚实根底。自50年代末，晶体管继电维护已在开端研讨。 60年代中到80年代中是晶体管继电维护蓬勃开展和广泛选用的年代。其间天津大学与南京电力自动化设备厂协作研讨的500kV 晶体管方向高频维护和南京电力自动 化研讨院研发的晶体管高频闭锁间隔维护，运转于葛洲坝500 kV 线路上2，完毕了500kV
30、 线路维护彻底依托从国外进口的年代。在此期间，从70年代中，依据集成运算放大器的集成电路维护已开端研讨。到80年代末集成电路维护已构成完好系列，逐步替代晶体管维护。到90年代初集成电路维护的研发、出产、使用仍处于主导地位，这是集成 电路维护年代。在这方面南京电力自动化研讨院研发的集成电路工频改变量方向高频维护起了重要效果3，天津大学与南京电力自动化设备厂协作研发的集成电路相电压抵偿式方向高频维护也在多条220kV 和500kV 线路上运转。我国从70年代末即已开端了核算机继电维护的研讨4，高等院校和科研院所起着先导的效果。华中理工大学、东南大学、 华北电 力学院、西安交通大学、天津大学、上海交
31、通大学、重庆大学和南京电力自动化研讨院都相继研发了不一样原理、不一样型式的微机维护设备。 1984年原华北电力学院研发的输电线路微机维护设备首要通过判定，并在体系中获得使用5，揭开了我国继电维护开展史上新21的一页，为微机维护的推行拓荒了路途。在主设备维护方面， 东南大学和华中理工大学研发的发电机失磁维护、发电机维护和发电机? 变压器组维护也相继于1989、1994年通过判定，投入运转。南京电力自动化研 讨院研发的微机线路维护设备也于1991年通过判定。天津大学与南京电力自动化设备厂协作研发的微机相电压抵偿式方向高频维护，西安交通大学与许昌继电器厂协作研发的正序毛病重量方向高频维护也相继于19
32、93、1996年通过判定。至此，不一 样原理、不一样机型的微机线路和主设备维护各具特色，为电力体系供给了一批新一代功用优秀、功用完全、作业牢靠的继电维护设备。跟着微机 维护设备的研讨，在微机 维护软件、算法等方面也获得了许多理论效果。能够说从90年代开端我国继电维护技能已进入了微机维护的年代。5.2 继电维护的将来开展继电维护技能将来趋势是向核算机化，网络化，智能化， 维护、操控、丈量和数据通讯一体化开展。5.2.1 核算机化 跟着核算机硬件的迅猛开展，微机维护硬件也在不断开展。原华北电力学院研发的微机线路维护硬件已阅历了3个开展期间：从8位单 CPU 布局的微机维护面世，不到5年时刻就开展到
33、多 CPU 布局，后又开展到 总线不出模块的大模块布局，功用大大进步，得到了广泛使用。华中理工大学研发的微机维护也是从8位 CPU，开展到以工控机中心部分为根底的32位微机维护。22南京电力自动化研讨院一开端就研发了16位 CPU 为根底的微机线路维护，已得到大面积推行，其时也在研讨32位维护硬件体系。东南大学研发的微机主设备维护的硬件也通过了屡次改善和进步。天津大学一开端即研发以16位多 CPU 为根底的微机线路维护，1988年即开端研讨以32位数字信号处理器(DSP)为根底的维护、操控、丈量一体化微机设备，其 时已与珠海晋电自动化设备公司协作研发成一种功用完全的32位大模块，一个模块就是一
34、个小型核算机。选用32位微机芯片并非只着眼于精度，由于精度受 A/D 变换器分辨率的约束，超越16位时在变换速度和本钱方面都是难以承受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的作业频率和核算速度，很大的寻址空间，丰厚的指令体系和较多的输入输出口。 CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器办理功用、存储器维护功用和使命变换功用，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在 CPU 内。电力体系对微机维护的需求不断进步，除了维护的基本功用外，还应具有大容量毛病信息和数据的长时刻寄存空间，疾速的数据处理功用，强壮的通讯才干，与其它维护、操控设备和调度联网以同享全体系数据
35、、信息和网络资源的才干，高档言语编程等。这就需求微机维护设备具有相当于一台 PC 机的功用。在核算机维护开展初期，曾想象过用一台小型核算机作成继电维护设备。由于其时小型机体积大、本钱高、牢靠性差， 这个想象是不现实的。如今，同微机维护设备巨细类似的工控机的功用、速度、存储容量大大超越了当年的小型机，因而，用成套工控机作成继电维护的机遇现已老练，这将是微机维护的开展方向之一。天津大学已研发成用同微机维护设备布局彻底一样的一种工控机加以改造作成的继电维护设备。这种设备的长处有：(1)具有486PC 机的悉数功用，能满意对其时和将来微机维护23的各种功用需求。(2)尺度和布局与其时的微机维护设备类似
36、，工艺精巧、防震、防过热、防电磁搅扰才干强，可运转于十分恶劣的作业环境，本 钱可承受。(3)选用STD 总线或 PC 总线，硬件模块化，关于不一 样的维护可任意选用不一样模块，装备灵敏、简单扩大。继电维护设备的微机化、核算机化是不可逆转的开展趋势。但对怎么更好地满意电力体系需求，怎么进一步进步继电维护的牢靠性，怎么获得更大的经济效益和社会效益，尚须进行详细深化的研讨。5.2.2 网络化 核算机网络作为信息和数据通讯东西已成为信息年代的技能支柱，使人类出产和社会生活的相貌发作了根本改变。它深刻影响着各个工业范畴，也为各个工业范畴供给了强有力的通讯手法。到其时为止，除了差动维护和纵联维护外，一切继
37、电维护设备都只能反响维护设备处的电气量。继电维护的效果也只限于切除毛病元件，减少事端影响规模。这首要是由于缺少强有力的数据通讯手法。国外早已提出过体系维护的概念，这在其时首要指安全自动设备。因继电维护的效果不只限于切除毛病元件和约束事端影响规模(这是首要使命)，还要保证全体系的安全安稳运转。这就需求每个维护单元都能同享全体系的运转和毛病信息的数据，各个维护单元与重合闸设备在剖析这些信息和数据的根底上和谐举措，保证体系的安全安稳运转。明显，完结这种体系维护的基本条件是将全体系各首要设备的维护设备用核算机网络联接起来，亦即完结微机维护设备的网络化。这在其时的技能条件下是彻底可能的。24关于通常的非
38、体系维护，完结维护设备的核算机联网也有很大的优点。继电维护设备能够得到的体系毛病信息愈多，则对毛病性质、毛病方位的分辨和毛病间隔的检测愈精确。对自适应维护原理的研讨现已过很长的时刻，也获得了必定的效果，但要真实完结维护对体系运转办法和毛病状况的自适应，有必要获得更多的体系运转和毛病信息，只需完结维护的核算机网络化，才干做到这一点。关于某些维护设备完结核算机联网，也能进步维护的牢靠性。天津大学1993年对准将来三峡水电站500kV 超高压多回路母线提出了一种分布式母 线维护的原理6，开端研发成功了这种设备。其原理是将 传统的会集式母线维护涣散成若干个(与被维护 母线的回路数一样)母线维护单元，涣
39、散装设在各回路维护屏上，各维护单元用核算机网络联接起来，每个维护单元只输入本回路的电流量，将其变换成数字量后，通过核算机网络传送给其它一切回路的维护单元，各维护单元依据本回路的电流量和从核算机网络上获得的其它一切回路的电流量，进行母线差动维护的核算，若是核算结果证明是母线内部毛病则只跳开本回路断路器，将毛病的母线阻隔。在母线区外毛病时，各 维护单元都核算为外部毛病均不举措。 这种用核算机网络完结的分布式母线维护原理，比传统的会集式母线维护原理有较高的牢靠性。由于若是一个维护单元遭到搅扰或核算过错而误动时，只能过错地跳开本回路，不会形成使母线整个被切除的恶性事端， 这关于象三峡电站具有超高压母线
40、的体系纽带十分重要。由上述可知，微机维护设备网络化可大大进步维护功用和牢靠性，这是微机维护开展的必定趋势。5.2.3 维护、操控、丈量、数据通 讯一体化 25在完结继电维护的核算机化和网络化的条件下，维护设备实际上就是一台高功用、多功用的核算机，是整个电力体系核算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力体系运转和毛病的任何信息和数据，也可将它所获得的被维护元件的任何信息和数据传送给网络操控中心或任一终端。因而，每个微机维护设备不但可完结继电维护功用，并且在无毛病正常运转情况下还可完结丈量、操控、数据通讯功用，亦即完结维护、操控、丈量、数据通讯一体化。其时，为了丈量、维护和操控的需求，室外 变
41、电站的一切设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都有必要用操控电缆引到主控室。所敷设的许多操控电缆不但要许多出资，并且使二次回路十分杂乱。可是若是将上述的维护、操控、丈量、数据通讯一体化的核算机设备，就地设备在室外变电站的被维护设备旁，将被维护设备的电压、电流量在此设备内变换成数字量后，通过核算机网络送到主控室，则可革除许多的操控电缆。若是用光纤作为网络的传输介质，还可革除电磁搅扰。如今光电流互感器(OTA) 和光电压互感器(OTV) 已在研 讨实验期间，将来必定在电力体系中得到使用。在选用 OTA 和 OTV 的情况下，维护设备应放在距 OTA 和OTV 比来的当地，亦即 应放在被维护设备邻
42、近。 OTA 和 OTV 的光信号输入到此一体化设备中并变换成电信号后，一方面用作维护的核算分辨；另一方面作为丈量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被维护设备的操作操控指令送到此一体化设备，由此一体化设备履行断路器的操作。1992年天津大学提出了维护、操控、丈量、通讯一体化难题，并研发了以 TMS320C25数字信号处理器(DSP)为根底的一个维护、操控、丈量、数据通 讯一体化设备。5.2.4 智能化 26这些年，人工智能技能如神经网络、 遗传算法、进化 计划、含糊逻辑等在电力体系各个范畴都得到了使用，在继电维护范畴使用的研讨也已开端7。神经网络是一种非线性映射的办法， 许多难以列
43、出方程式或难以求解的杂乱的非线性难题，使用神经网络办法则可方便的处理。例如在输电线两边体系电势视点摆开情况下发作通过渡电阻的短路就是一非线性难题，间隔维护很难正确作出毛病方位的分辨，然后形成误动或拒动；若是用神经网络办法，通过许多毛病样本的练习，只需样本会集充分考虑了各种情况，则在发作任何毛病时都可正确分辨。其它如遗传算法、进 化计划等也都有其共同的求解杂乱难题的才干。将这些人工智能办法恰当联系可使求解速度更快。天津大学从1996年起进行神经网络式继电维护的研讨，已获得开端效果8。能够预见，人工智能技能在 继电维护范畴必会得到使用，以处理用惯例办法难以处理的难题。结束语在机电一体化控制中，该执
44、行机构集微机技术和执行器技术于一体，是一种新型的终端控制单元，其电机是通过内部集成的一体化变频器来控制，因此，同一台智能执行机构可以在一定范围内具有不同的运行速度和关断力矩。该智能执行机构采用了液晶显示技术，它利用内置的液晶显示板，不仅可以显示阀门的开、关状 态和正常运行时阀门的开度，还可以通过菜单选择运行参数设定，当系统出现故障时，能显示出故障信息。总之，该执行机构集测量、决断、执行 3 种功能于一体，顺应了电动执行机构的发展趋势，它的研制成功给电动执行机构的研究开发提供了新的思路。建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了 4 个时代。随着 电力系统27的高速发展和计算机技术、通信技术的进步
45、， 继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保 护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。发展机电一体化，开 发和生产有关的机电一体化产品。机 电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。同 时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。 参考文献1 杨自厚 人工智能技术及其在钢铁工业中的应用冶金自动化，1994（5）2 唐立新.钢铁工业 C
46、IMS 特点和体系结构的研究冶金自动化，1996（4） 3 唐怀斌 工业控制的进展与趋势 自动化与仪器仪表，1996（4） 4 王俊普 智能控制M 合肥：中国科学技术大学出版社，1996 5 林行辛 钢铁工业自动化的进展与展望河北冶金，1998（1）6 殷际英 光机电一体化实用技术北京：化学工业出版社，20037 芮延年 机电一体化系统设计 北京：机械工业出版社，20048 邓 兵，等数字阀门电动执行机构J自动化仪表，2001(1) 9 王福瑞，等单片机微机测控系统设计大全M北京航空航天大学出版社，1999，9249 10 陈玉红一种简单实用的线性光隔离放大器J漳州师范学院学报(自然28科学版)，1999(4)
