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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 内蒙古农业高校（专升本）毕业论文论文题目机电一体化中的电机掌握与爱护所学专业 ： 机械制造与自动化学院证号：学员姓名： xx工作单位： xxxxx 指导老师： xxx名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【摘要 】依据机电一体化技术的进展前景,提出一种新型电动执行机构的设计方案,具体介绍了该执行机构各功能元件的选型与设计、阀位及速度掌握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、掌握器合为一体,采纳8031 单片机、变频技术实现了阀门的动作速度和位置掌握
2、,解决了阀门的精确定位、阀 门柔性开关、极限位置判定、电机爱护及模拟信号隔离等技术问 题；现场运行情形说明,该电动执行机构具有动作快、爱护完善以 及便于和运算机通讯等优点,充分利用了机电一体化技术带来的方 便快捷；【关键词】：电动机阀门继电器爱护机电一体化技术总结名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录内容摘要 2 引言 4 第 1 章机电一体化技术进展历程及其趋向 4 11 机电一体化技术进展历程 4 12 机电一体化进展趋向 5 第 2 章机电一体化中执行机构的设计及工作原理 8 2.1 系统工作原理 8 第 3
3、 章机电一体化中阀位及速度掌握原理 11 第 4 章关键技术问题的解决 13 第 5 章机电一体化中继电器爱护的现状与进展 14 5.1 继电爱护进呈现状 14 5.2 继电爱护的将来进展 14 5.2.1 运算机化 16 5.2.2 网络化 17 5.2.3 爱护、掌握、测量、数据通信一体化 18 5.2.4 智能化 19 参考文献 20 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 引 言在现代化生产过程掌握中,执行机构起着特别重要的作用,它是自动掌握系统中不行缺少 的组成部分；现有的国产大流量电动执行机构存在着掌握手段落
4、后、机械传动机构多、结 构复杂、定位精度低、牢靠性差等问题；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,这一速度固定不行调整,其通用性较 弱；整个机构缺乏完善的爱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,不便与运算机联网；鉴于以上缘由,采纳传统的大流量电动执行机构的掌握系统,牢靠性 和稳固性较差；随着 运算机网络 、现场总线等技术在工业过程中的应用,这种执行机构已 远远不能满意工业生产的要求；笔者设计的大流量电动执行机构,采纳机电一体化技术,将阀门、伺服 电机 、掌握器合为一体,利用异步 电动机 直接驱动阀门的开与关；通过内置
5、 变频器,采纳模糊神经网络,实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及 电机 转矩等 掌握；该电动执行机构省去了用于掌握 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、昂贵的掌握柜和配电柜,具有动作快、爱护较完善、便于和运算机联 网等优点；实际运行说明,该执行机构工作稳固,性能牢靠；自电子技术一问世 , 电子技 术和机械技术的结合就开头了 , 只是显现了半导体集成电路 , 特别是显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意 .第1章 机电一体化技术进展历程及其趋向机电一体化是机械、微电子、掌握、运算机、信息处理
6、等多学科的交叉融合,其进展和进 步有赖于相关技术的进步与进展,其主要进展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化；11 机电一体化技术进展历程1. 数控机床的问世, 写下了 机电一体化 历史的第一2. 微电子技术为 机电一体化 带来勃勃愤怒；3. 可编程序掌握器、 电力电子 等的进展为 机电一体化 供应了顽强基础；4. 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化 跃上新台阶 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 12 机电一体化进展趋向1 数字化 微掌握器及其进展奠定了机电
7、产品数字化的基础,如不断进展的数控机床 和机器人；而运算机网络的快速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚 拟设计、运算机集成制造等；数字化要求机电一体化产品的软件具有高牢靠 性、易操作性、可爱护性、自诊断才能以及友好人机界面；数字化的实现将便 于远程操作、诊断和修复；2 智能化即要求机电产品有肯定的智能, 使它具有类似人的规律摸索、判定推理、自主决策等才能；例如在CNC数控机床上增加人机对话功能,设置智能I/O 接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和爱护带来极大的便利；随着模糊掌握、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与进展,为机电一体化技术进绽开创了宽阔天地；3
8、模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接 口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工 作；如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像 处理、识别和测距等功能的电机一体掌握单元等；这样,在产品开发设计时,可以利用这些标准模块化单元快速开发出新的产品；4 网络化 由于网络的普及,基于网络的各种远程掌握和监视技术方兴未艾；而远程 掌握的终端设备本身就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术使家用电器 网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以运算机为中心的运算 机集成家用电器系统,使人们在家里可充共享受各种高技术带来
9、的好处,因 此,机电一体化产品无疑应朝网络化方向进展；5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品给予人的智 能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,仍要求名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在颜色、造型等方面与环境相和谐,使用这些产品,对人来说仍是一种艺术享 受,如家用机器人的最高境域就是人机一体化；6 微型化 微型化是精细加工技术进展的必定,也是提高效率的需要；微机电系统Micro Electronic Mechanical Systems,简称MEMS是指可批量制作的
10、,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和掌握电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统；自1986 年美国斯坦福高校研制出第一个医用微探针, 1988 年美国加州高校Berkeley分校研制出第一个微电机以来,国内外在 MEMS工艺、材料以及微观机理讨论方面取得了很大进展,开发出各种 MEMS器件和系统,如各种微型传感器（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、微弹簧以及微机器人等）；7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化 与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、
11、治理等多种工序；为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔 性；第一可将系统分解为如干层次,使系统功能分散,并使各部分和谐而又安 全地运转,然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强；8 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电 池；由于在很多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动 力源具有特殊的好处；带源化是机电一体化产品的进展方向之一；9 绿色化 科学技术的进展给人们的生活带来庞大变化,在物质丰富的同时也带来资 源削减、生态环境恶化的后果；所以,人们呼吁爱护环境,回来自然,实现可 连续进展,绿色
12、产品概念在这种呼声中应运而生；绿色产品是指低能耗、低材 耗、低污染、舒服、和谐而可再生利用的产品；在其设计、制造、使用和销毁 时应符合环保和人类健康的要求,机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 时不污染生态环境,产品寿命终止时,产品可分解和再生利用；10. 光机电一体化 . 一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等 部件组成的 . 因此, 引进光学技术 , 实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源 产品进展的重要趋向 . 动力
13、系统和信息处理系统 . 光机电一体化是机电11. 自律安排系统化柔性化 . 将来的机电一体化产品, 掌握和执行系统有足够的“ 冗余度” ,有较强的“ 柔性” ,能较好地应对突发大事,被设计成“ 自律安排系统” ；在自律安排系统 中,各个子系统是相互独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有本身的“ 自律性” ,可依据不同的环境条件作出不同反应；其特点是子系统可产生本 身的信息并附加所给信息,在总的前提下,具体“ 行动” 是可以转变的；这样,既明显地增加了系统的适应才能 整个系统；12. 全息系统化智能化； 柔性 ,又不因某一子系统的故障而影响今后的机电一体化产品“ 全息” 特点越来越明显,智能化
14、水平越来越高；这主要收益于模糊技术、信息技术 特别是软件及芯片技术 的进展；除此之外,其系统的层次结构,也变简洁的“ 从上到下” 的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系；13. “ 生物一软件” 化仿生物系统化；今后的机电一体扮装置对信息的依靠性很大,并且往往在结构上是处于“ 静态” 时不稳固,但在动态 工作 时却是稳固的；这有点类似于活的生物摘要：当掌握系统 大脑 停止工作时,生物便“ 死亡” ,而当掌握系统 大脑 工作 时,生物就很有活力；仿生学探究领域中已发觉的一些生物体优良的机构可为 机电一体化产品供应新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“ 生命” 仍有 待于深化探究；这一探究领域
15、称为“ 生物软件” 或“ 生物系统” ,而生物 的特点是硬 件 肌体 软件 大脑 一体,不行分割；看来,机电一体化产品 虽然有向生物系统化进展趋,但有一段漫长的道路要走；14. 微型机电化微型化；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在试验室中已制造出亚微 M 级的机械元件；当将这一成果用于实际产品时,就没有必要区分机械部分和掌握器了；届时机械和电子完全可以“ 融合” ,机体、执行机构、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
16、进展方向；第 2 章 机电一体化中执行机构的设计及工作原电动执行机构掌握系统原理框图如图 为掌握部分和执行驱动部分；2-1 所示；智能执行机构从结构上主要分掌握部分主要由单片机、PWM波发生器、 IPM逆变器、 A/D、D/A 转换模块、整流模块、输入输出通道、故障检测和报警电路等组成；执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器；2.1 系统工作原理霍尔电流、电压传感器及位置传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及名师归纳总结 阀门的位置信号,经A/D 转换后送入单片机；单片机通过8255 掌握 PWM波发生第 8 页,共 20 页器,产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM,实现电机
17、的变频调速以及阀位掌握；逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 控制系统各功能元件的选型与设计1 单片机选用 INTEL 公司生产的 8031 单片机,它主要通过并行8255 口担负掌握系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开度等设定信号,并供应三相PWM波发生器所需要的掌握信号；处理IPM 发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；供应显示电动执行机构的工作状态信号；执行掌握系统来的掌握信号,向掌握系统反馈信号；2 三相 P
18、WM波发生器PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法；模拟法电路复杂,有温漂现象,精度低,限制了系统的性能；数字法是依据不同的数字模 型用运算机算出各切换点,并存入内存,然后通过查表及必要的运算产生 PWM 波,这种方法占用的内存较大,不能保证系统的精度；为了满意智能功率模块 所需要的 PWM波掌握信号,保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、爱护、掌握等功能,文中选用MITEL公司生产的 SA8282作为三相 PWM发生器；SA8282 是专用大规模集成电路,具有独立的标准微处理器接口,芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息；3 智能逆变模块IPM 为了满意执行机构体积小,牢靠性高的要求
19、,电机电源采纳智能功率模块 IPM；该执行机构主要适用功率小于 55kW 的三相异步电机,其额定电压为 380V,功率因数为 075；经运算可知,选用日本产的智能功率模块 PM50RSA120可以满意系统要求；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、欠电压和过热爱护以及报警输出,是一种高性能的功率开关器件；4 位置检测电路位置检测电路是执行机构的重要组成部分,它的功能是供应精确的位置信号；关键问题是位置传感器的选型；在传统的电动执行机构中多采纳绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等；绕线电位器寿命短被淘汰；差动变压器由于线性区太短和温度特性不抱负而受到限制；导电塑
20、料电位器目前较为流行,但它是有触点的,寿命也不行能很长,精度也不高；笔者采名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 用的位置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 限 制 、 稳 定 性 高 、 无 温 度 限 制 等 特 点 ；5 电压、电流及检测 检测电压、电流主要是为了运算电机的力矩,以及变频 器输出回路短路、断相爱护和逆变模块故障诊断；由于变频器输出的电流和电压的频率范畴为 050Hz,采纳常规的电流、电压互感器无法满意要求；为了快速反映出电流的大小,采纳霍尔型电流互感器
21、检测IPM 输出的三相电流,对于 IPM输出电压的检测采纳分压电路；如图 2-2 所示；6 通讯接口 为了实现运算机联网和远程掌握,选用 MAX232作为系统的串行通讯接口, MAX232内部有两个完全相同的电平转换电路,可以把 8031 串行口输出的 TTL 电平转换为 RS232 标准电平,把其它微机送来的 RS232 标准电平转换成 TTL电平给 8031,实现单片机与其它微机间的通讯；7 时钟电路 时钟电路主要用来供应采样与掌握周期、速度运算时所需要的时间以及日历；文中选用时钟电路DS12887；DS12887内部有 114 字节的用户非易失性 RAM,可用来存入需长期储存的数据；8
22、液晶显示单元为了实现人机对话功能,选用MGLS12832液晶显示模块组成显示电路；采纳组态显示方式；通过菜单挑选,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；并采纳文字和图形相结合的方式,显示直观、清楚；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 9 程序出格自复原电路为了保证在强干扰下程序出格时系统能够自动地复原正常,选用 MAX705组成程序出格自复原电路,监视程序运行；如图 2-3 所示,该电路由 MAX705、与非门及微分电路组成；工作原理为：一旦程序出格,WDO由高变低,由于微分电路的作用,由
23、“ 与非” 门输入引脚 2 变为高电平,引脚 2 电平的这种变化使“ 与非” 门输出一个正脉冲,使单片机产生一次复位,复位终止后,又由程序通过 P1 0 口向MAX705的 WDI引脚发正脉冲,使 续监视程序运行；WDO引脚回到高电平,程序出格自复原电路继第 3 章 机电一体化中阀位及速度掌握原理阀位及速度掌握原理框图如图 3-1 所示；采纳双环掌握方案,其中内环为速度环,外环为位置环；速度环主要将当前速度与速度给定发生器送来的设定速度相比较,通过速度调剂器转变 PWM波发生器载波频率,实现电机的转速调剂；速度调剂器采纳模糊神经网络掌握算法 具体内容另文表达 ；外环主要依据当前位置速度的设定,
24、通过速度给定发生器向内环供应速度的设定值；由于大流量阀执行机构在运行过程中存在加速、匀速、减速等阶段；各名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 阶段的时间长短、加速度的大小、在何位置开头匀速或减速均与给定位置、当 前位置以及运行速度有关；速度给定发生器的工作原理为：通过比较实际阀位 与给定阀位,当二者不相等时,以恒定加速度加速,减速点依据当前速度、阀 位值、阀位给定值的大小运算得来；执行机构各阶段运行速度的运算原理图 3-2 为执行机构的典型运行速度图,它由如干段变化速率不同的折线组成；将曲线上速率开头发生转变的那一点
25、称为起始段点,相应的时间称为段起始时间,如图 3-2 中的 tii0,1,2, ,相应的速度称为段起始速度,如图 3-2 所示 vii0,1,2, ；设第 i 段速度的变化速率为 ki ,就有：式中： v 为两段点之间的速度变化值, vvi 1vi ； t 为两段之间的时间, t ti 1ti ；明显,当 ki 0 时为恒速段, ki 0 时为升速段, ki 0 时为减速段；任意时刻的速度给定值为：Ts为采样周期；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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；
26、第 4 章 关键技术问题的解决该电动执行机构采纳了最新的变频调速技术,电机驱动功率小于 55kW；用户可依据需要设定力矩特性,依据掌握的阀设定速度,速度分多转式、直行程、角行程 3 种方式；掌握系统由阀位给定和阀位反馈信号构成的闭环系统,掌握特性视运行方式、速度而定,并具有自动过流爱护、过载爱护、超压、欠压、过热、缺相、堵转等爱护功能；该执行机构解决的关键性技术问题主要有：1 阀门柔性开关 柔性开关主要是为了当阀关闭或全开时,保证阀门不卡死与损耗；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,通过精确运算,得出其输出力矩；一旦输出力矩达到或大于设定的力矩,自动降低速度,以防止阀门内部过
27、度的撞击,从而达到最优关闭,实现过力矩爱护；2 阀位的极限位置判定阀位的极限位置是指全开和全关位置；在传统执行机构中,该位置的检测是通过机械式限位开关获得的；机械式限位开关精度低,在运行中易松动,牢靠性差；在文中,电动执行机构极限位置通过检测位置信 号的增量获得；其原理是,单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相 比较,假如未发生变化或变化较小,即认为己达到极限位置,立刻切断异步电 机的供电电源,保证阀门的安全关闭或全开；省去了机械式限位开关,无需在 调试时对其进行复杂的调整；3 电机爱护的实现 为了防止电机因过热而烧毁,单片机通过温度传感器连续 检测电机的实际运行温度,假如温度传感器检测
28、到电机温度过高,自动切断供 电电源；温度传感器内置于电机内部；4 精确定位 传统的电动执行机构在异步电机通电后会很快达到其额定动作速 度,当接近停止位置时,电机断电后,由于机械惯性,其阀门不行能立刻停下名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 来,会显现不同程度的超程,这一超程通常采纳掌握电机反向转动来校正；机电一体化的大流量电动执行机构依据当前位置与给定位置的差值以及运行速度的大小超前确定减速点的位置及减速段变化速率 现精确的微调和定位,从而将超程降到最低；5 模拟信号的隔离；ki ,使阀门在较低的速度下实对于变频器的
29、直流电压以及输出的三相电压,它们之间的地址不一样,存在着 较高的共模电压,为了保证系统的安全性,必需将它们彼此相互隔离；采纳LM358和 4N25组成了隔离线性放大电路；如图4-1 所示,采纳15V 和 12V两组独立的正负电源；如运放A 的反相端电位由于扰动而正向偏离虚地,就运放 A 输出端的电位将降低,因而光电耦合器的发光强度将增强,就使其集射极电压减小,最终使运放A 反相端的电位降低,回到正常状态；如A 的反相端电位负向偏离虚地,也可以重回到正常状态；从而增强了系统的抗干扰性；第 5 章 机电一体化中继电器爱护的现状与进展5.1 继电爱护进呈现状电力系统的飞速进展对继电爱护不断提出新的要
30、求,电子技术、运算机技术与通信技术的飞速进展又为继电爱护技术的进展不断地注入了新的活力,因名师归纳总结 此,继电爱护技术得天独厚,在40 余年的时间里完成了进展的4 个历史阶段；第 14 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 建国后,我国继电爱护学科、继电爱护设计、继电器制造工业和继电爱护技术队伍从无到有,在大约10 年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路； 50 岁月,我国工程技术人员制造性地吸取、消化、把握了国外先进的继电爱护设备性能和运行技术1,建成了一支具有深厚继电爱护理论造诣和丰富运行体会的继电爱护技术队伍,对全国继电爱护技术
31、队伍的建立和成长起了指 导作用；阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术,建立了我国自己的继电器制造业；因而在60 岁月中我国已建成了继电爱护讨论、设计、制造、运行和教案的完整体系；这是机电式继电爱护富强的时代,为我国继电 爱护技术的进展奠定了坚实基础；自 50 岁月末,晶体管继电爱护已在开头讨论；60 岁月中到 80 岁月中是晶体管继电爱护蓬勃进展和广泛采纳的时代；其中天津高校与南京电力自动化设备厂合作讨论的 500kV 晶体管方向高频爱护和南京电力自动化讨论院研制的晶体管高频闭锁距离爱护,运行于葛洲坝 500 kV 线路上 2,终止了 500kV 线路爱护完全依靠从国外进口的时代
32、；在此期间,从 70 岁月中,基于集成运算放大器的集成电路爱护已开头研究；到 80 岁月末集成电路爱护已形成完整系列,逐步取代晶体管爱护；到 90岁月初集成电路爱护的研制、生产、应用仍处于主导位置,这是集成电路爱护时代；在这方面南京电力自动化讨论院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用 3,天津高校与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频爱护也在多条220kV和 500kV线路上运行；我国从 70 岁月末即已开头了运算机继电爱护的讨论4,高等院校和科研院所起着先导的作用；华中理工高校、东南高校、华北电力学院、西安交通高校、天津高校、上海交通高校、重庆高校和南京电力
33、自动化讨论院都相继研制了不同原理、不同型式的微机爱护装置；1984 年原华北电力学院研制的输电线路微机爱护装置第一通过鉴定,并在系统中获得应用5,掀开了我国继电爱护进展史上新的一页,为微机爱护的推广开创了道路；在主设备爱护方面,东南高校和华中理工高校研制的发电机失磁爱护、发电机爱护和发电机 .变压器组爱护也相继于 1989、1994 年通过鉴定,投入运行；南京电力自动化讨论院研制的微机线路爱护装置也于1991 年通过鉴定；天津高校与南京电力自动化设备名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 厂合作研制的微机相电压补偿式方
34、向高频爱护,西安交通高校与许昌继电器厂合作研制的正序故障重量方向高频爱护也相继于1993、1996 年通过鉴定；至此,不同原理、不同机型的微机线路和主设备爱护各具特色,为电力系统供应 了一批新一代性能优良、功能齐全、工作牢靠的继电爱护装置；随着微机爱护 装置的讨论,在微机爱护软件、算法等方面也取得了很多理论成果；可以说从 90 岁月开头我国继电爱护技术已进入了微机爱护的时代；5.2 继电爱护的将来进展继电爱护技术将来趋势是向运算机化,网络化,智能化,爱护、掌握、测 量和数据通信一体化进展；5.2.1 运算机化随着运算机硬件的迅猛进展,微机爱护硬件也在不断进展；原华北电力学 院研制的微机线路爱护
35、硬件已经受了 3 个进展阶段：从 8 位单 CPU结构的微机 爱护问世,不到 5 年时间就进展到多 CPU结构,后又进展到总线不出模块的大 模块结构,性能大大提高,得到了广泛应用；华中理工高校研制的微机爱护也是从 8 位 CPU,进展到以工控机核心部分为基础的32 位微机爱护；南京电力自动化讨论院一开头就研制了 16 位 CPU为基础的微机线路爱护,已得到大面积推广,目前也在讨论32 位爱护硬件系统；东南高校研制的微机主设备爱护的硬件也经过了多次改进和提高；天津高校一开头即研制以 16 位多CPU为基础的微机线路爱护, 1988 年即开头讨论以32 位数字信号处理器 DSP为基础的爱护、掌握、
36、测量一体化微机装置,目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32 位大模块,一个模块就是一个小型运算机；采用 32 位微机芯片并非只着眼于精度,由于精度受 A/D 转换器辨论率的限制,超过 16 位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是 32 位微机芯片具有很高的集成度,很高的工作频率和运算速度,很大的寻址空间,丰富的指名师归纳总结 令系统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 位第 16 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 的,具有储备器治理功能、储备器爱护功能和任务转换功能,并将高速缓存
37、 Cache 和浮点数部件都集成在 CPU内；电力系统对微机爱护的要求不断提高,除了爱护的基本功能外,仍应具有 大容量故障信息和数据的长期存放空间,快速的数据处理功能,强大的通信能 力,与其它爱护、掌握装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的 才能,高级语言编程等；这就要求微机爱护装置具有相当于一台 PC机的功能；在运算机爱护进展初期,曾设想过用一台小型运算机作成继电爱护装置；由于 当时小型机体积大、成本高、牢靠性差,这个设想是不现实的；现在,同微机 爱护装置大小相像的工控机的功能、速度、储备容量大大超过了当年的小型 机,因此,用成套工控机作成继电爱护的时机已经成熟,这将是微机爱护的发
38、 展方向之一；天津高校已研制成用同微机爱护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电爱护装置；这种装置的优点有：能,能满意对当前和将来微机爱护的各种功能要求；1 具有 486PC机的全部功 2 尺寸和结构与目前的微机爱护装置相像,工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰才能强,可运行于非常恶劣的工作环境,成本可接受；3 采纳 STD总线或 PC总线,硬件模块化,对于不同的爱护可任意选用不同模块,配置敏捷、简洁扩展；继电爱护装置的微机化、运算机化是不行逆转的进展趋势；但对如何更好 地满意电力系统要求,如何进一步提高继电爱护的牢靠性,如何取得更大的经 济效益和社会效益,尚须进行具体深化的讨论； 5.
39、2.2 网络化运算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱,使人类 生产和社会生活的面貌发生了根本变化；它深刻影响着各个工业领域,也为各 个工业领域供应了强有力的通信手段；到目前为止,除了差动爱护和纵联爱护 外,全部继电爱护装置都只能反应爱护安装处的电气量；继电爱护的作用也只 限于切除故障元件,缩小事故影响范畴；这主要是由于缺乏强有力的数据通信 手段；国外早已提出过系统爱护的概念,这在当时主要指安全自动装置；因继电爱护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范畴 这是首要任务 ,仍名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - -
40、 - - - 要保证全系统的安全稳固运行；这就要求每个爱护单元都能共享全系统的运行 和故障信息的数据,各个爱护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础 上和谐动作,确保系统的安全稳固运行；明显,实现这种系统爱护的基本条件 是将全系统各主要设备的爱护装置用运算机网络联接起来,亦即实现微机爱护 装置的网络化；这在当前的技术条件下是完全可能的；对于一般的非系统爱护,实现爱护装置的运算机联网也有很大的好处；继 电爱护装置能够得到的系统故障信息愈多,就对故障性质、故障位置的判定和 故障距离的检测愈精确；对自适应爱护原理的讨论已经过很长的时间,也取得 了肯定的成果,但要真正实现爱护对系统运行方式和故障状
41、态的自适应,必需 获得更多的系统运行和故障信息,只有实现爱护的运算机网络化,才能做到这 一点；对于某些爱护装置实现运算机联网,也能提高爱护的牢靠性；天津高校1993 年针对将来三峡水电站500kV 超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理 6,初步研制胜利了这种装置；其原理是将传统的集中式母线爱护分散成如干个 与被爱护母线的回路数相同 母线爱护单元,分散装设在各回路爱护屏上,各爱护单元用运算机网络联接起来,每个爱护单元只输入本回路的 电流量,将其转换成数字量后,通过运算机网络传送给其它全部回路的爱护单 元,各爱护单元依据本回路的电流量和从运算机网络上获得的其它全部回路的 电流量,进行母线
42、差动爱护的运算,假如运算结果证明是母线内部故障就只跳 开本回路断路器,将故障的母线隔离；在母线区外故障时,各爱护单元都运算 为外部故障均不动作；这种用运算机网络实现的分布式母线爱护原理,比传统 的集中式母线爱护原理有较高的牢靠性；由于假如一个爱护单元受到干扰或计 算错误而误动时,只能错误地跳开本回路,不会造成使母线整个被切除的恶性 事故,这对于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽特别重要；由上述可知,微机爱护装置网络化可大大提高爱护性能和牢靠性,这是微 机爱护进展的必定趋势；5.2.3 爱护、掌握、测量、数据通信一体化在实现继电爱护的运算机化和网络化的条件下,爱护装置实际上就是一台名师归纳总结
43、- - - - - - -第 18 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 高性能、多功能的运算机,是整个电力系统运算机网络上的一个智能终端；它 可从网上猎取电力系统运行和故障的任何信息和数据,也可将它所获得的被保 护元件的任何信息和数据传送给网络掌握中心或任一终端；因此,每个微机保 护装置不但可完成继电爱护功能,而且在无故障正常运行情形下仍可完成测 量、掌握、数据通信功能,亦即实现爱护、掌握、测量、数据通信一体化；目前,为了测量、爱护和掌握的需要,室外变电站的全部设备,如变压 器、线路等的二次电压、电流都必需用掌握电缆引到主控室；所敷设的大量控 制电缆不但要大量投资,而且使二次回路特别复杂；但是假如将上述的爱护、掌握、测量、数据通信一体化的运算机装置,就地安装在室外变电站的被爱护 设备旁,将被爱护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后,通过运算 机网络送到主控室,就可免除大量的掌握电缆；假如用光纤作为网络的传输介质,仍可免除电磁干扰；现在光电流互感器OTA和光电压互感器 OTV已在研究试验阶段,将来必定在电力系统中得到应用；在采纳 OTA和 OTV的情形下,爱护装置应放在距 OTA和 OTV最近