制动技术论文范文

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一、引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。

在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。

在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。

二、能耗制动

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。

其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。

一般在通用变频器中，小功率变频器（22kW以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kW以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。

三、回馈制动

实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示，电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。

四、新型制动方式（电容反馈制动）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块IGBT、充电、反馈电抗器L及大电解电容C（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块IGBT组成。保护回路，由IGBT、功率电阻组成。

(1)电动机发电运行状态

CPU对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向VT1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380VAC—530VDC）高到一定值时，CPU关断VT3，通过对VT1的脉冲导通实现对电解电容C的充电过程。此时的电抗器L与电解电容C分压，从而确保电解电容C工作在安全范围内。当电解电容C上的电压快到危险值（比如说370V），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制VT3的关断与开通，从而实现电阻R消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。

(2)电动机电动运行状态

当CPU发现系统不再充电时，则对VT3进行脉冲导通，使得在电抗器L上行成了一个瞬时左正右负的电压（如图标识），再加上电解电容C上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测，控制VT3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。

2、系统难点

(1)电抗器的选取

（a）、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态，再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。

（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。

(2)控制上的难点

（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500VDC，而电解电容C的耐压才400VDC，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容C的瞬时充电电压为νc=νd-νL，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400V），就得有效的控制电抗器上的电压降νL，而电压降νL又取决于电感量和电流的瞬时变化率。

（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容C所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。

3、主要应用场合及应用实例

正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列。

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2构建“四阶递进、工学结合”人才培养模式

人才培养模式的构建可以依据不同专业的特点和不同学院的实际情况进行设计。自2011年起，学院先后与数家业内知名企业签署“订单”培养协议。依托订单合作企业，以工作过程为载体，建立“四阶递进、工学结合”人才培养模式。其中“四阶递进”是指职业能力培养分解为四个阶段逐级进阶，即第1、2学期在校内实训基地进行，完成专业基础能力培养；第3、4学期校企交替进行，完成专业核心能力培养；第5学期校企交替进行，完成协岗能力训练；第6学期到企业进行顶岗能力实习“。工学结合”是指第1、2学期利用校企共建的移动通信综合实训平台，开展“教学做一体”的仿真实训；第3、4学期聘请企业技术人员担任指导教师，开展“教学做一体”的全真实训；第5学期在企业技术人员的指导下，协助完成基本岗位工作；在第6学期在校外实习基地开展顶岗综合实习。

3设计以工作过程为导向的课程体系

通过对移动通信运营商、移动通信设备供应商、移动代维公司等企业实地走访及毕业生的跟踪调研，确定移动通信行业面向高职院校毕业生的岗位群。邀请企业技术人员与校内专家组一起对岗位群进行分析，归纳整理典型工作任务。基于这些典型工作任务分析从业所需的职业能力，典型工作任务分解过程如表1所示。再将这些职业能力按照专业能力、方法能力和社会能力进行分类、汇总，并以此为依据构建移动综合职业能力课程体系。由于移动系统有GSM/WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA等，需要从典型岗位任务推演到各系统的典型工作任务，选取岗位工作技能为逻辑载体，分别以对象系统、工作顺序为线索，提炼学习领域课程，形成专业核心课程。

4实施一体化教学模式改革

依托实训条件，创设情境，实施专业核心课“教学做”一体化教学模式改革，启发学生思维、学生在教师的引导下完成各子项目任务，利用情境进行真实配置、在线实际处理，激发学生学习动力和兴趣，并在教学做的过程中锻炼协作、分析、整理的方法能力和社会能力。丰富教学案例视频，展现特色教学方法。充分发挥校企合作的优势，结合实践，收集整理更多案例素材，制作更多的实际案例教学视频，丰富教学内容和教学方法。利用专业教学资源信息化，建成开放、共享的专业与课程资源库，可随时学习自学。搭建资源服务平台，为院校、教师、学生和企业从业人员提供服务，移动通信技术专业教师、学生和从业人员，免费共享个性化学习。改变传统的反馈及测试方式，提高学习质量，激发学生创新思维。通过专业资源平台在线答疑，反馈信息。

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2计算机远动控制技术的应用分析

计算机远动控制技术的应用主要是通过遥测、遥信、遥控以及遥调等功能实现的，计算机远动控制技术是电力系统自动化技术中的核心技术，其在电力系统运行中发挥着重要的作用，尤其是在电力系统中的数据采集、通信传输以及信道编译码等环节中占据着重要的地位。其中，计算机远动控制技术的工作原理如图1所示。2．1远动控制技术中的数据采集技术远动控制技术中的数据采集技术主要有A／D技术和变送器技术等，其处理的信号多数为0～5V的TTL电平信号，而在电力系统自动化技术中，多数采用大功率参数，为了实现采用远动控制技术处理电力系统中的信号，只有通过变送器将大功率参数转变为TTL电平信号，从而达到遥信信息的编码和遥测信息的采集任务。其中在电力系统中，其遥信信息需要经过采集遥信对象的状态，将采集到的描述遥信对象状态的二进制位编进具体的遥信码中这2个途径进行传送，然后再通过数字多路开关将电力系统各路的遥信状态输出到接口电路中，最后通过接口电路将遥信信息送入到CPU系统中进行处理，从而实现遥信信息编码。2．2信道编译码技术分析在计算机远动控制技术中的信道编译码技术主要有编码、译码以及信息传输协议（规约）等。在电力系统自动化控制中，想要实现采用远动控制技术进行信息采集，则必须通过通信信道传输到调控中心才能使用。因此在电力系统自动化控制中，为了进一步保证传送的信息具有非常好的抗干扰能力，必须要对信息进行信道编译码，其中数字传输系统模型如图2所示。在上述电力系统自动化系统中，通过采用远动控制进行数字传输中，其干扰是不可避免的，而通过信道编译码能够有效克服通道中的干扰，其中，信道编译码的方法主要采用线性分组码中的循环码进行编译码。2．3循环式数据传送规约远动控制技术在变电站、电厂以及调度中心的数据通信应用中，首先需要在信道编译码前，预先设定通信方式和数据格式，也就是通信信息传输协议（规约），以保证电力系统中数据通信的可行性。另外，在电力系统远动控制技术中，其数据传输主要是以帧结构的形式进行传输的，其中重要的遥测信息主要安排在A帧，次要遥测信息安排在B帧，一般遥测信息安排在C帧。通过采用帧格式进行包装后，电力系统中的数据就能够有效按照规约进行传送，从而实现信道全部编译工作，实现对电力系统的全方位监控。

3电力系统自动化技术的发展及建议

对于电力系统自动化的发展方向，应从以下几点出发：（1）兼顾提高经济效益和改善自动化服务水平，我们追求的自动化技术应向着更优化、更具实效性、更加智能化、区域覆盖更广的方向前进。（2）加强电力自动化系统的设备稳定性，有效保障其安全运行，尽量减少大面积停电，建立一系列行之有效的处理机制，将停电损失降到最低。（3）开拓电力系统自动化的数字化之路，使数据更加全面，数字更加精准，力求节省更多时间和人力。（4）随着科技的不断进步，各种先进设备相继出现，对电力企业的工作人员提出了更高的要求，加强电力企业人员的技能培训和技术队伍建设，注重对新技术高素质人才的引进和吸收，培养全面发展的技术人才，鼓励员工以先进的理论知识和丰富的实践武装自身，投入更多精力到电力自动化的发展中去，推进电力自动化的发展进程。（5）在全球能源危机的严峻形势下，正是挑战电气自动化进程的关键时期，要以可持续的发展观，改善传统的管理模式，从整体化逐步转变为分布式、集约化的运营模式，实现能源利用的最大化、功耗的最小化、资金节约化。

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1.1.1现场总线及网络技术的普及和应用现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，其主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器和执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。目前世界上存在着大约40余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司的Profibus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGavazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），Modbus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。现场总线技术改变了整个工业控制过程的系统结构，使仪表信号（4～20mA）过渡到全数字通讯信号。这个改变对于造纸传动自动化是颠覆性的，使整个控制系统结构和方式进入到了一个信息化和智能化的崭新阶段。

1.1.2人机界面取代按钮和操作器由人机交互式操作屏全面取代传统的按钮操作，也彻底改变了造纸传动工业现场。操作屏不仅可以任意设置按钮的功能和数量，还可以实时监视系统的各个运行状态以及参数等。在系统结构方面，目前普遍采用双端口网络系统，其中一个端口用于传动系统及各个执行单元，另一个用于操作屏进行数据传输，提高抗干扰能力。操作屏的使用，使用户节省了大量的现场电缆的铺设以及操作台的安装，节约了自然资源和工作量。目前由于自然资源的价格上涨，显示操作屏的价格下降，在一次成本投入上已经十分相近，如果考虑辅助传动控制的按钮连线，操作屏的投入成本更具优势。

1.2公共直流母线的推广和应用

1.2.1公共直流母线与交流母线的区别与特点公共直流母线系统的应用在造纸传动自动化技术领域具有标志性作用。所谓公共直流母线，简单地说就是将变频器的交直交内部结构，变为交直交外部系统结构。图1和图2是公共直流母线和交流母线的原理结构图，以说明两者的区别。从图中可以看出，交流母线变频器是各个变频器分别与交流电网连接，各自工作是独立的；而公共直流母线结构则是有一个总的进线整流单元，通过直流向各个逆变器单元供电。这种结构上的变化，导致其工作方式和效果不同。从相关资料和研究分析可以归纳这两者的主要区别和特点如下：(1）由于烘缸等大惯性负载的存在，在交流母线系统中往往会出现过压跳闸等情况。但在公共直流母线系统中，因为能量可以通过直流母线在所有电机之间互相流动，从而解决因为负载波动引起的跳闸，很好地克服多电机间电动状态和发电状态之间的矛盾。(2）通过集中整流，可以使公共直流母线电压在技术手段上做得更加可靠，降低故障率。但是事物总是利弊相伴，集中整流尽管可以通过技术手段提高可靠性，但毕竟是一个单机运行，一旦整流单元故障，也会造成整个系统停机。而交流母线系统，由于每台变频器都是独立的，因此，一台故障不影响整个生产线的运行，排除故障相对简单。(3）关于节能和降低成本。由于在技术上明显复杂，如果不采用特殊手段，公共直流母线的价格目前高于交流母线的价格。关于节能的观点，目前尚没有理论和实验数据证明这一说法。(4）关于谐波抑制问题。变频器的谐波主要来源于高频开关的脉冲电流，使电网的电流波形失真，导致大量谐波产生。从统计学的角度看，当采用公共直流母线后，母线上的电流是多台变频器不规则的脉冲电流叠加，各个变频器的电容相当于并联，理论上比交流母线电流波形好，谐波影响会得到改善。但由于整流单元的集中，对变压器的影响比交流母线要大，特别是普通六脉波系统，会在电网侧产生很大的5次谐波，甚至达到干扰其他用电设备的程度。因此，当功率超过2000kW时，建议采用12脉波整流单元，这样可以有效减小谢波干扰的影响。而交流母线系统，由于没有集中大功率整流，因此5次谐波的影响要小。关于回馈制动问题。由于纸机传动是一种长期稳速运行的系统，是否考虑增加回馈制动单元，应当根据系统的总投资、运行车速及停机的要求综合考虑。一种说法是通过能量回馈可以节省能源，但实际上纸机正常生产后是很少需要紧急停车的，因此用相当增加一套整流系统的代价来解决回馈能量的回收问题值得权衡利弊。当车速1000m/min以上时，为使惯性部分尽快停下来，适当增加一定功率的能耗制动，也是一个不错的选择。

1.2.2公共直流母线实现方案及运行维护成本分析目前在ABB、AB和西门子公司的标准产品系列中，都有标准的直流母线系统。除AB系统在直流母线产品和交流母线产品中差别不大以外，其他两家公司的直流母线系统都比交流母线系统价格要高。特别是整流逆变单元，比国产产品价格要高出数倍。因此，目前普遍解决方案是在不带逆变回馈单元时较多采用的是国产整流单元，配以上述公司的逆变器或变频器，这已经在国内许多造纸生产线上使用。当然如果系统投资资金充足，客户要求，采用更高性能的PWM整流逆变系统，既可以实现整流回馈，又可以降低谐波影响。现将可能的方案介绍如下：(1）可控硅整流逆变回馈供电系统。这种系统是目前各大公司主推的系统，造价较高，具有能量回馈能力，谐波影响根据功率大小、6脉波和12脉波而不同。(2）国产整流单元，配逆变器加能耗制动公共直流母线系统。这种系统经济性较好，性能与整流回馈相同，谐波影响与上一方案相同。(3）国产整流单元，配变频器加能耗制动公共直流母线系统。这种方案是国内的系统集成商，在激烈竞争下采用的一种降低成本的方案。这种方案适合于当变频器价格低于逆变器价格时，具有一定竞争力，但如果与逆变器价格相当，则与方案（2）相同。(4）局部直流母线方案，其是在交流母线系统的基础上，为了解决惯性负载的过电压跳闸问题或针对某些负荷分配点需要能耗制动的情况下而采取的方案。整个系统仍然是交流母线即通常的变频器系统方案，但是将惯性负载传动点的变频器外接制动单元的端子通过一定的技术手段相互连接，在相连接的变频器之间形成公共直流母线。其性能和工作特点与集中整流直流母线相当，只不过集中整流由分散整流代替。特点是简单、低成本，但系统接线复杂，给系统的可靠性和维护带来不便，在小系统中应用比较适合。总之，从目前来看，公共直流母线、网络通讯和操作屏等现代信息技术已经成为纸机传动自动化的发展趋势；以AB公司等为代表的工业以太网技术以及远程监控和服务等将成为下一步技术发展的大方向，甚至无线网络和远程调试等在今后的发展中都是可能的；对纸机传动自动化来说，还有优化设计、程序化的安装和调试，以及精准的故障诊断与维护等问题。

2现代纸机传动自动化系统的组成与设计特点

2.1现代纸机装备的最新技术动向从2014CIPTE国际造纸技术报告会获悉，以芬兰维美德公司、德国福伊特公司为代表的纸机装备制造商，分别从各种不同的角度为纸机装备的发展提出了多种解决方案。其中，优化概念模块化纸机实际上是在整个系统中，将不同纸机的各个部分部件，用统一的设计和规划方案，尤其是连接部分、通用部件的标准方面，如同组装模块一样，可以批量生产适合各种不同纸机的产品部件。在需要的时候，可以迅速地通过模块组装和连接形成不同的造纸机生产线，这就是优化和模块化的核心所在。在纸机装备的模块化和优化设计的推动下，纸机传动自动化其实也正在朝着这个方向发展和变化。无论是从软件设计还是硬件结构，国外的大公司以及国内的一些企业已经在不同程度上实施并推进这一方法的实现。所谓面向对象的设计方法和解决方案，实际上是从软件工程的开发角度，来设计和构建电气传动系统的软件和硬件系统，从而最大限度地减少重复性工作和最大限度地降低制造和设备采购成本，提高工作效率，降低系统的故障率和增加可靠性。

2.2硬件模块化、通用化设计根据模块化的设计思想和标准化的系统目标，ABB和西门子的大功率变频器就是一个典型的实例。在ABB的大功率变频器设计中即采用了模块化的设计，一台大功率变频器可以由若干个硬件功率模块组成。当某个模块故障时，可以在不停机的状态下降低功率继续使用，直至更换新的模块以后恢复原功率运行。西门子S120变频器系统则在模块化方面体现更加彻底，不但主回路模块化，连控制回路也一起模块化了。在新的系统中变频器本身就组成了一个小型分布式控制系统，控制中心管理着变频器的各个主回路模块，每个模块仅相当于一个功率单元。如果说ABB变频器是变频器并联运行的话，西门子变频器就是一个小型集散控制系统。控制单元独立于功率单元，一台控制器可以管理多个功率单元。这种硬件结构的设计使模块化达到了电力电子装置的最新高度。除此之外，在诸如电控柜、操作台以及辅助传动的控制回路设计方面，模块化的设计也体现了面向对象的特征。将一台电控柜从柜体设计到安装板以及柜内的每一个部件和回路，统统按照对象描述和封装模块的思想进行设计。在硬件的选择上尽可能做到对于整个公司的硬件系统要求做到模块化设计，即凡是运转方式、功率等级基本一致的对象，采用一样的模块加以控制，同时在对比较重要的控制单元的柜体设计中，凡是控制模块在条件许可的情况下再增加一块备用的控制模块（与厂家协调），这样当某个受控对象的控制回路出现故障时，抽出故障模块，换上备用模块，系统先恢复运行再维修故障模块。在整个系统的硬件设计中，类的设计即每一种抽屉状模块的设计中，系统面向对象所必须具备的封装及数据隐藏得以着重体现。在这里，我们强调的是每个受控对象（独立的用电负载）不仅仅要有一个实实在在的硬件类与之对应，在PLC程序中也会存在一个相对应软件类与硬件类对应，这样，每一个受控的实体对象都在控制系统对这两个相互依存的类对象的调用中，实现工艺的要求。而在此时面对纸机装备的优化概念模块化处理中，对于相对应的控制系统，我们也应该有同等的要求。在面向对象的硬件系统设计中，最大的特点就是控制回路的模块化，使其在强电回路封装的基础上继续封装控制回路，从而使得系统具有以下特点：(1）尽管模块受到被控对象功率的不同、运行方式的差异导致具体电路上的差别，但在外观上尽量标准化，使得除了模块之外，柜体也可柔性化设计；(2）从元器件到模块，应尽量体现出最大程度的通用与互换性；(3）模块的接口尽量简单，互换时简单方便；(4）模块设计应尽量使得可靠性足够高。在面向对象的硬件系统设计中，我们可以做到：(1）大大简化系统构建及设计过程的难度；(2）形成柔性化的控制系统；(3）更加利于专业化分工；(4）更有利于系统未来的扩容和改造。在这里，我们以最为常见的电动机控制回路的设计来详细说明面向对象的硬件系统如何实现：首先分析普通电机（对象）的特性：(1）电机直接启动，自由停止；(2）无反接制动及能耗制动的需求；(3）电机内无报警装置，提供额外异常信号指示；(4）短时间的电机堵转等异常情况在热保护等手段作用之前，不会给电机带来伤害。下面以一个简单的电机控制系统为例，说明我们在硬件设计时采用的方法，如图3、图4。我们将一个普通的电机作为对象，对它进行分析，从而得到控制要求，利用面向对象技术，将跟它有关系的操作封装在一个结构系统，使得在一张图纸上可以看到它的全部信息，并且全部模块化设计，利用端子接线。对于图4，我们可以在它的基础上，针对具体的工控要求，很快进行修改而不破坏其内部封装，改造成适用于变频和软启等硬件设计，几乎没有什么太大的变化，这一现象，体现面向对象中继承的思想。同样的设计完全可以在电控柜和操作台上实现，从而将我们的关注点完全放在这样一个个对象上，而不是一个庞大系统的每一个细节，可以极大地节省设计时间，简化设计步骤。而对于相同或者差异不大的对象或者项目，完全可以很方便的完成，而不用再担心改动错误。因为在封装对象的时候，我们投入了极大的精力，使得每一个对象里面的每个元件都有跟随作用。如果封装后有错误，是无法通过测试的。这首先保证了自己所使用的“元件”是无误的，而不像面向过程中每一步都没有电气属性，改动完之后不知道是否正确的尴尬局面。目前，对于整个造纸机传动自动化来讲，我们往往对于辅助传动的着力点过少，从现在这个行业的故障率来讲，目前应该将辅助传动控制与主传动进行一体化设计。对此，我们还是针对于每一个项目进行具体设计，因为辅助传动在各自的分布可能要求不一致，系统之间又没有具体的联系，还是采用面向过程的设计思路，简单方便、可靠性高。

2.3软件模块化、通用化设计在国外，1999年Benitez等人提出面向对象方法在PLC程序设计应用中的必然性。2010年ChiacchioP．等人提出IEC61131标准中的PLC程序设计方法已无法满足自动化系统的发展需求，提出面向对象的编程方法。AdnanSalihbegović等人也提出将软件工程方法运用到工业自动化控制中。在国内，2000年陈娟等人将面向对象方法运用到粮食储运自动化系统中，讨论了类的抽象和封装的实现。2009年张逸群等人将面向对象方法运用到煤炭输送机控制系统的PLC程序设计中，阐述了基于STEP7的面向对象程序设计方法。2009年12月，祝瓛冰出版了《面向对象的现代工业控制系统的实用设计技术》一书，更是取得突破性技术，使得面向对象的方法更加实用于PLC程序设计。综上所述，在国内外研究中面向对象方法已经在工业控制中崭露头角。但在此时，纸机传动自动化软件设计还是处于传统的阶段，对于此次当代纸机装备制造商提出的优化概念模块化纸机，为了提高工业效率的适应性，还是难以满足，所以我们将面向对象方法引入纸机传动自动化行业，在硬件上加以强类封装，同时相对于每一个硬件类，都有一个相对应的软件类。这样对于一个控制系统的对象，我们只要通过接口，操作硬件类与软件类相互联系，就可以很好地完成控制任务。下面以普通电机为例，介绍其每个环节的做法：(1）建立需求分析表，如表1。其作用就是以控制系统对此类目标的需求，对未来对象所执行的任务进行反向递推，将需求层层细化。(2）建立变量表，如表2。这个需要好好琢磨，以至于反复修改。(3）编制类的梯形图，测试修改，反复多次。这样，所有编程均基于所述接口，对于每一个具体的工程对象，仅仅只需要修改相对应的外部变量，而不需要在所封装的程序内部做修改。当然这个过程是循环往复的，它需要我们有足够的测试对象以及测试次数，但这一点，相对于以往工程项目毫无头绪的修改，导致的出错率还是可以接受的。

3现代纸机传动系统常见技术问题分析与处理方法

纸机在运行中，由于机械、电气紧密联系，相互配合，因而故障出现时，往往会导致很难确定是何原因。作为电气技术人员，在对所管设备充分了解后，理应对于其工作原理以及设计思想有所了解，最后依据现象做出分析判断，区分故障，从而解决问题。在造纸生产中，不可避免地会出现一些类似操作失灵、频繁断纸等表面现象，操作人员往往第一时间会认为是出现了电气故障。此时，作为电气工程师则必须首先对故障现象进行仔细分析，完整描述，准确判断。要做到一看、二想、三检验，即：一看就是先看准问题的部位和现象，进行细致分析和准确描述，分清问题所在。二想就是对于问题表现的现象，要冷静思考、综合判断，特别是结合公共和电气参数的记录值，对现象的产生原因做出判断，防止误判。三检验就是在可能情况下，通过一些参数的人为变化，检验和核对问题的原因，最终确定问题的原因和处理方法。下面通过对几种常见问题的分析和判断，以说明问题的处理方法。

3.1速度不稳、断纸、引纸困难这类问题在早期的新纸机调试和二手机开机过程以及更换产品品种时较易发生。由于目前机械和传动设备都已经设计比较完善，操作人员也已经比较熟练。在设备和工艺以及电气之间发生问题梳理不清的情况已经减少。但是，从电气技术原理的角度分析问题的根源和找出解决办法仍然是电气工程师应当具备的基本能力。面对速度不稳、断纸这样的现象，往往会伴随着工艺和机械设备等相互交织的问题。有经验的车间主任、班组长可以很快判断问题的原因所在。以下通过电气传动的参数数据分析来说明逻辑分析方法：(1）仔细观察上位机记录的转速和转矩变化曲线，在反应的断纸点观察是否有速度的突变和转矩突变以及突变的方向和规律。这一点非常重要，传动参数的记录数据，特别是实时数据对分析判断至关重要。(2）基本分析和判断：如果在断纸附近速度曲线变化不明显，而转矩或电流在断纸附近显著波动，通常可以认为调速系统是正常的。可以不予理会关于速度波动的说法，这是因为如果速度没有明显变化而转矩或电流有明显波动，则恰恰说明调速系统是正常的。在双闭环系统中，速度反馈是外环，电流或转矩是内环。内环的响应要远远大于外环，因此正是电流的波动才抑制了或抵消了速度的波动，是正常的响应。(3）反之如果先有速度的变化，不论是缓慢变化还是突变，之后才是电流的变化，那么可以怀疑调速系统或在设备的某些部位存在问题。可能的问题有：编码器或速度反馈干扰或不稳定，引起速度波动；可以进一步观察速度反馈系统或电机和编码器的连接部位，进行必要的检修和加固，对导线连线以及屏蔽等进行检查和再次接线；如果电气系统检查无误，则可以怀疑设备或安装存在的可能问题。在某厂的系统中曾经发现过施胶部在施胶过程中主传动点速度缓慢变化的情况，后经检查发现是由于主从控制的安装不当引起，当胶辊在受热后形变较大时，会发生直径增加的情况因而导致线速度缓慢增加。引起不稳定或张力增加而出现断纸，更改主从配置后问题得以解决。(4）另外，在压榨部也会出现莫名其妙断纸的现象。在观察电气记录后如果没有发现问题，则可以提醒操作人员注意真空度和湿纸的干度，真空度的变化也会引起纸的强度变化。同时，应当充分注意速度环PID参数整定要合适。举例说明，如图5。此为卷取部换卷时的曲线记录。从曲线上看，当换卷时从三烘到卷取的纸幅所承受的拉力减小，从而导致三烘部的负荷加大，引起速度下降，在速度闭环系统的控制下，变频器进行了自动调节，但是此过程持续时间较长，从而可以明显看到三烘之前的纸幅下垂现象。从图5（上）明显还可以看出，速度控制的调节时间太长，速度下跌较大，因此需要增大速度环的比例系数，缩短积分时间。从图5（下）明显可以看到，同样在进行换卷时，速度有波动，但是速度下跌较小，而且调节过程的时间明显缩短，纸幅变化量不大。总之，应对速度不稳问题，一定要以记录数据为依据，然后再根据工艺过程分析问题的根源所在。电气工程师不但应当能够发现自身系统的问题，更要能够分析和判断出其他方面的问题，才能是合格的工程师。

3.2负荷分配控制方案及存在问题对策在网部和压榨部以及施胶部等，都存在负荷分配的控制问题。早期直流系统中负荷分配控制是由模拟的转矩电流分配器来完成的，现代纸机由于采用了通讯控制方式，这种分配关系由模拟变为数字，但基本的控制原理是相同的。本文所要阐述的是在负荷分配控制中针对不同情况的控制策略选择问题，这也是本人及其团队多年来研究和实践的总结，现分几个问题介绍如下：(1）刚性负荷分配控制的稳定性问题通常情况下压榨部、网部、施胶部等各部分的负荷分配问题，都可以定义为刚性连接的负荷分配控制问题。所谓刚性连接就是指两个连接的电动机之间没有速度误差，例如压榨部，上下辊之间在正常时是不可能有速度偏差的，否则纸页就会产生质量问题，网部和施胶部都可以做类似的解释。在这种负荷分配控制中，普遍采用的方案是用转矩或电流叠加进行分配，其中一台作为主传动，另一台作为辅传动。通过转矩电流的比例分配，满足协调所需的工艺控制要求。但是，这种方案是否存在稳定性问题呢？长期以来一直没有理论的证明和分析，陕西科技大学2013届研究生张洪涛在参考相关资料的基础上，将速度反馈微差注入的方法引入到负荷分配控制的稳定性仿真分析中，在理论上证明了刚性连接情况下采用转矩或电流进行负荷分配控制是稳定的。现将这一原理仿真模型进行说明。图6中编号1代表的是速度给定，编号2和3是负载和负载扰动的加载点。模型中刚性耦合的模拟是通过求取两者的速差，然后再乘以刚性系数去叠加到各电流调节器的输出上，从而代表由于速差而引起的转矩传递。主传动点的速度给定直接乘以一个补偿系数作为从传动点的速度给定，此补偿系数一般大于1，目的是为了使从传动点的速度调节器饱和。将主传动点的电流反馈和主传动点的转速调节取最小运算，目的是为了使主传动点的电流反馈值对从传动点的电流给定值起到一个限幅的作用，也即从传动点跟随主传动点的电流反馈，从而模拟转矩控制的效果。仿真波形如图7所示。由仿真波形可以看出，速度的稳定性较高而且从点电流在整个过程当中都仅仅跟随主点电流，保证主从出力相同。在25s时在标号2处添加一个负载扰动信号，此时转速变化很小，而电流的波动相对转速要大，但在不到2s时间内又稳定下来，且主从电流一致。从仿真波形来看，用转矩控制的负荷分配方式对刚性耦合的负载进行控制，系统始终是稳定的。(2）柔性耦合的负荷分配控制的稳定性问题图8是柔性耦合负荷分配控制系统中基于速度控制的仿真模型，其中主从传动点都处于速度控制模式，通过比较主从点的电流反馈值，然后求差，再乘以柔性补偿系数叠加到从点的速度给定上，从而微调从点电流，使得从点的电流值跟随主点电流的目的。在柔性耦合的负荷分配控制中，同样先采用主从传动点都处于速度控制模式进行仿真分析。在速度控制模式下通过比较主从点的电流反馈值，然后求差，再乘以柔性补偿系数叠加到从点的速度给定上，从而微调从点电流，使得从点的电流值跟随主点电流。模拟柔性耦合机械上的连接还是通过求速差，再乘刚性系数去叠加到各电流调节器的输出上。和刚性耦合中不同的是，当在主点加负载扰动时，其对从点转矩的影响需要经过一定的延时，所以在此还是通过求速差，再乘刚性系数去叠加到各电流调节器的输出上。在此模型中，添加了一个延时模块，其延时取决于实际转矩的传递时间。仿真时，在编号2处加负载扰动，而延时环节则加在去主点电流环的一侧，此时代表当从点负载发生波动时，其到主点转矩的传递需要经过一定的延时。仿真波形如图9所示。从仿真波形可以看出，当从点加负载扰动时，主从点转速的波动仍然很小，电流波动相对较大，但在短暂调整后又趋于平稳，从点的电流跟随性良好，说明主从点负载均衡，达到了负荷分配的目的。从上面仿真结果来看，对柔性耦合的负载采用速度控制的负荷分配方式是稳定的。图10是柔性连接的转矩控制方式仿真模型，模型中柔性耦合的模拟与刚性连接相同，均采用求取速度反馈差值的办法，用差值乘以刚性系数后叠加到各电流调节器的输出上，代表由于速差而引起的转矩传递。主传动点的速度给定直接乘以一个补偿系数作为从传动点的速度给定，此补偿系数一般大于1，目的是为了使从传动点的速度调节器饱和，从而形成转矩控制的方式。将主传动点的电流反馈和主传动点的转速调节取最小运算，目的是为了使主传动点的电流反馈值对从传动点的电流给定值起到一个限幅的作用，也即从传动点跟随主传动点的电流反馈，从而模拟转矩负荷分配控制的效果。与刚性连接不同的是增加一个延时环节，图10是将主扰动的影响经过延时后叠加到从点上。由图11仿真波形我们发现，当柔性耦合的负载采用总线通讯转矩控制的负荷分配方式时，主从点的转速与转矩都发生了振荡的现象。而前面采用总线通讯速度控制方式时，主从点的速度与转矩都能经过短暂的调节趋于稳定，且从点的电流和主点的电流基本相等。这也说明了柔性耦合的负载当采用转矩控制的负荷分配方式时是不稳定的，此跟实际调试当中遇到的现象完全吻合。总之，对于负荷分配控制系统而言，正常情况下我们都可以看作是刚性连接的系统。因此，无论是速度控制方式还是转矩控制方式，系统本身都是稳定的。但是如果具有延迟特性的负荷分配控制系统，由于转矩和速度之间增加了反馈延迟，就会造成不稳定现象。典型的例子如高速卫生纸机的负荷分配控制系统，在网部和大缸之间由10m以上的毛布进行连接，毛布的弹性作用会导致转矩和速度的延迟。这时如果采用转速控制的负荷分配方案则是稳定的，反之如果采用通常的转矩负荷分配控制方案则极有可能会造成系统不稳定，理论研究和实践都证明了这一点。

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1问题的提出

随着科学技术在生产中的应用，特别是信息技术和智能自动技术在几乎所有领域对人类劳动的不断替代，人类劳动正面临着一场革命，即在人类历史上第一次出现了劳动开始被排除在经济过程之外的现象。美国经济学家杰里米·里夫金认为建立在新技术基础之上的劳动革命实质上是人类劳动结束的进程。并预言，一个多世纪后，在多数工业化国家，很可能不需要劳动了。…美国的约瀚·奈斯比特在《大趋势》中说：“在信息社会里，价值的增长不是通过劳动，而是通过知识实现的，劳动价值论诞生于工业经济初期，必将被新的知识价值论所取代。”因此，正确认识新科技革命下知识对劳动价值的作用，进而正确认识马克思的劳动价值论具有极其重要的意义。

2知识性劳动与价值创造

社会生产发展的历史过程，就是认识知识、积累知识并将知识应用于社会生产的历史过程，知识经济及其物化的科学技术对社会生产力的发展起着重大的作用。马克思认为“劳动生产力是随着科学的发展而不断发展的”，“这种发展归根到底总是来源于发挥着作用的劳动的社会性，来源于社会的分工，来源于智力劳动特别是自然科学的发展。”

知识是属于人的一种对象性的具有客观内容(信息)的意识形式。它不是人脑天生固有的，而是人通过人脑的意识思维活动对相关对象的观念掌握。知识作为人类认识客观事物一种能量的产物，是人类劳动的结晶或劳动成果，而不是人类劳动本身。这种结晶作为“一般人类劳动”就是马克思所说的“价值实体”。

知识经济最基本的特征表现为：劳动是创造、创新性的智力劳动，或称为知识性劳动，这种劳动是创造价值的主要源泉。知识性劳动具有以下特点：

第一，知识的形成和掌握需要更多的社会必要劳动时间，在现代市场经济中，往往表现为对人力资本的投资。例如，教育是对劳动者提高自身能力素质的投资，而生产知识劳动者包括管理人员、工程师、高熟练程度的工人所必需的生活资料的劳动都是这种社会必要劳动时间。

第二，知识性劳动以前所未有的速度更新。在知识经济社会和信息社会，知识经济的社会效用和它创造价值功能的时间是一致的，社会需要的瞬息万变和知识更新周期的不断缩短，使知识性劳动并不是一次性投入，而需要劳动者不断的学习，不断获取已有的更新知识成果。

第三，技术、信息日益成为生产中一种重要的生产要素。在知识产品的生产中最关键的要素已经不再是被称为生产资料的的设备和工具，而是人的知识能量，它们成为劳动者的资本。正如马克思所言：“随着大工业的发展，现实财富的创造较少地取决于劳动时间和已消耗的劳动量，较多地取决于一般的科学水平和技术进步，或者说取决于科学在生产上的应用。”“直接劳动在量的方面降到微不足道的比例，……同一般科学劳动相比，同自然科学在工艺上的应用相比，……却变成一种从属的要素。”

3知识经济下“总体工人”内涵的扩展

马克思明确提出：“我们把劳动力或劳动能力，理解为人的身体即活的人体中存在的、每当人生产某种使用价值时就运用的体力和智力的总和。劳动过程把脑力劳动和体力劳动结合在一起了。”这表明，劳动既是体力也是智力的支出。脑力劳动和体力劳动的分工是随着生产的发展和社会化而实现的。历史证明，也正是这种分工促使了科技文化的迅速发展和劳动生产力的显著提高。企业的经营管理人员也是作为“总体工人的一个器官”而发挥作用的。在知识经济条件下，创造价值的劳动不仅仅局限于直接的物质生产领域和物质产品的生产现场，劳动创造价值的方式也进一步社会化和复杂化，大量的知识劳动、科技创新劳动发生在与物质生产间接有关的社会化过程中，承认这些劳动创造价值并没有否定马克思的劳动价值论，而是对劳动价值论的深化认识。

4服务业与商品价值的创造

第三产业包括第一产业和第二产业以外的其他产业，主要是指流通部门和服务部门。二次世界大战后，世界各国的第三产业得到了迅速的发展，主要资本主义国家均呈现经济服务化的势头。服务业劳动力所占的比重也迅速提高，到20世纪90年代，高收入国家的服务业从业人数已上升到总就业人数的60％～70％，其中美国已超过70％。马克思创立的劳动价值论是针对物质形态的商品生产而言，他在分析社会资本再生产的比例关系时，把流通部门和服务部门全免掉了。我们认为这是与马克思经济学的方法论有关的。在研究物质生产问题时，把非物质生产问题舍弃掉，着重对物质生产领域的问题进行研究，正是《资本论》中运用的抽象法使然。

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下运带式输送机是煤矿生产中的一种重要的运输设备,其可靠平稳运行对保证矿井正常、安全、高效生产有着重要的意义。目前常用的制动系统有机械闸块制动，电气动力制动，液力制动和液压制动等。电气制动性能较稳定，但在突然断电时制动系统就无法工作；液力制动不仅系统复杂，并且在转速较低的情况下制动力矩迅速减小，仍需机械闸块进行干摩擦制动；而对于机械闸块制动，由于其会产生火花及烧灼现象，对矿井生产安全产生危害，因而液压制动的采用就显得越来越迫切。

一、制动控制系统的原理及基本构成

1.1制动控制系统的原理

随着长距离、大运量、大功率的下运带式输送机的广泛应用，其制动装置功能的完善、性能的好坏，直接影响着下运带式输送机的安全与可靠运行。主要体现在以下几个方面：

（1）制动力矩可控；

（2）具有断电可靠制动；

（3）具有定车功能；

（4）具有重载起车制动力矩零速保持功能；

（5）实现多机制动力矩平衡；

（6）易实现井下防爆要求；

（7）尽量做到节能。

在下运带式输送机制动过程中，制动装置不但要能克服负载力矩的作用，同时要不断地吸收制动过程产生的热量。若制动减速度取较小时，制动装置的制动力矩可以较小，但是此时要求制动装置作的制动功较大，要求制动装置的热容量也要大。由于这个原因，在现场使用中，制动装置的制动力矩由于设置不当，制动时间过长，产生了大量的热，使得制动装置温升过高。但是当制动减速度过大时，虽然产生的发热量小了，但要求制动装置输出的制动力矩大了，对带式输送机系统的机械冲击也大，甚至出现减速机齿轮损坏或断轴事故。所以一般情况下，对于大功率的下运带式输送机都要采用可控制动装置，同时要求制动装置具有较大的热容量和良好的散热条件。

此外，对于大功率、长距离的下运带式输送机的制动技术而言，直接机械抱闸可能会产生滚料、打滑、飞车、冒火花等问题。因此，为保证正常停车和紧急停车需要，避免发生事故，也要求大功率、长距离的下运带式输送机采用可控制动装置。

1.2制动控制系统的基本构成

下运带式输送机的制动控制系统主要包括控制单元、制动单元、皮带输送机传动系统和信号传感反馈单元。当控制单元得到主控信号；要求液压制动器实施制动，即向皮带输送机传动系统输出一个制动力矩，则控制单元发送一定值得电流与电压信号，然后由信号传感单元反馈加速信号与速度信号到控制单元中，控制单元即可按一定的指标来实现对力矩的调节功能，使皮带输送机传动系统的制动满足工况要求。

二、制动装置

针对下运带式输送机的制动技术要求，目前国内已应用和开发研究成功的大功率可控制动装置主要有以下几种：盘式制动器，液力制动器、液压制动器和粘液可控制动器。

2.1盘式制动器

盘式制动系统主要由机械盘闸和可控液压站组成，其工作原理是通过制动器对工作盘施加摩擦制动力而产生制动力矩，通过液压站调整制动器中油压的大小，可以调整正压力，从而调整制动力矩的大小。液压站采用了电液比例控制技术，所以制动系统的制动力矩可以根据工作需要自动进行调整，实现良好的可控制动。它具有制动力矩大、可调、动作灵敏、散热性能好、使用和维护方便等优点。但由于需要设置油泵站而导致体积较大。

煤矿井下因有防爆要求，则盘式制动器不能安装在高速轴上，而是将其安装在不足以产生火花的中低速轴上。同时，根据下运带式输送机驱动系统的要求，当大功率或多机驱动时，要在减速器与电动机之间安装软起动装置，以保持功率平衡。

2.2液力制动装置

液力制动器实质上是一个涡轮固定，并对泵轮带动的高速液流产生巨大的阻力矩，使带式输送机减速运行的液力偶合器。它可以通过调整充液量来改变制动力矩的大小，实现下运带式输送机的可控制动功能。主要由带泵累、涡轮的液力制动偶合器和液压冷却控制系统组成。

当带式输送机正常运转时制动器内不充液，泵轮被驱动电动机带动而运转，需要制动时将液体输入，根据所充入液体量的多少来调节其制动力矩的大小。通常采用的液体为油，但是由于在很短的制动时间内需要把带式输送机的全部动能消耗掉，因此油温势必急剧上升，所以油路必须采用循环系统以利散热。它具有制动力矩大，可以调节的优点，但因配有泵站等设备，因此设备体积大。

液力制动器的制动力矩与制动器叶轮转速的平方成正比，一般安装在减速器的高速轴上。由于制动力矩在制动过程中可调，因此非常适用于下运带式输送机。又由于液力制动器不可能把带式输送机制动到零速，当泵轮速度低于400r/min时，必须安装其他类型的制动装置与之配合，满足定车要求。但因设备体积大，在可伸缩带式输送机上无法安装使用。

2.3液压制动装置

液压制动分为液压调压制动与液压调速制动。

1）液压调压制动器

它的工作原理是将容积式油泵连接在带式输送机上，由主机拖动。当制动时，油泵将机械能转变为液压能，通过调节泵出口压力的大小就可以调整制动力矩的大小，从而实现带式输送机制动目的。液压调压制动装置的压力确定后，系统将输出一个不随主机转速变化的恒定制动力矩。其主要优点是制动力矩正比于调定压力，而且它与转速无关，故可将转速制动到零而无需设机械闸。

2）液压调速制动器

该装置的油泵随主机转动，当改变液压油泵的流量时，就可以改变带式输送机的转速，从而实现制动装置的可控制动。

液压制动装置通过控制油压或流量，可以有效地对下运带式输送机实现制动减速。对于大功率下运带式输送机的制动，一般采用高压大流量变量柱塞泵，当制动带式输送机时，排量调到最大，而带式输送机正常运行时，排量调到最小。由于液压泵长时间处于高速运转状态，磨损快，寿命短，在制动过程中，大量的制动热由液压油带走，并经水冷散热器散热，增加了附设系统。当油温过高时，液压元件易出现故障，同时油液由于大流量的循环运动和温度变化，很容易变质，进一步影响液压控制系统的可靠性，同时当带式输送机定车时，由于液压泵和液压系统的泄漏，必须专门加液压推杆制动器以定车。

2.4粘液可控制动装置

液粘可控制动装置工作原理与液体粘性可控软起动装置相同。它是利用摩擦片在粘性液体中的摩擦力来传递力矩的。为实现带式输送机各项制动性能要求，液粘可控制动装置采用常闭式结构。当主动轴带动主动摩擦片旋转时，由于从动摩擦片不动，使得主、从动摩擦片之间产生摩擦力。改变控制油缸中的油压大小，就可以调节主、从动摩擦片之间的压紧力，进一步改变主动摩擦片与从动摩擦片间的摩擦力矩，从而实现带式输送机各项制动技术要求。在制动过程中，制动力矩随油膜间隙的减小而增大，随制动速度的降低而减小。所以在制动过程中，应不断地减小油膜间隙，才能保证一定的制动力矩。

液粘可控制动装置结构简单：能提供可调的、平滑的、无冲击的制动力矩；可以用一个液压站进行多台制动；带式输送机过载时能实现自动过载保护功能；使用安全可靠，制动力矩冲击小，具有良好的使用效果；液粘可控制动装置的主、从动摩擦片都在粘性油中工作，它是通过油来进行冷却散热，可以省去冷却用水，节省了运行费用。液粘可控制动装置是目前较好的制动装置，特别适合应用于长距离、大功率的下运带式输送机上。

三、结论

以上各种制动装置在实际使用用中各有特色。根据它们的工作原理和工作特点，在实现大功率下运带式输送机制动要求的设计中，它们的工作性能也各有差别，如表所示。

各制动装置性能比较表

制动装置类型工作原理可控性定车效果可靠性防暴性安装部位维护费复杂性

盘式干摩擦好好好好中低速轴低简单

液力式液体动压好无一般好高速轴低复杂

液压式流体静压好差一般好高速轴高一般

粘液可控湿摩擦好好良好好任意轴一般一般

为满足大型下运带式输送机可控制动的要求，结合现场使用情况，可选用适当的可控制动装置。对具有较高的可控制动性能要求的场合，为更好的达到限速制动的目的，均可与液压推杆制动器配合使用，实现软、硬两级制动。

参考文献

[1]崔根伟.下运带式输送机液压制动系统的研究[J].矿山机械,2002,(11).

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2人工智能技术在电气自动化控制中的应用

2.1人工智能控制实现了数据的采集及处理功能

在电气设备的运行过程中，数据的采集和处理是了解电气设备自动化控制情况，发现运行过程中的问题和提出解决办法的重要依据。在传统的自动化控制中，由于技术水平和实际运行中的动态变化，数据的采集和传输无法做到准确和稳定，保存数据容易出现丢失的情况。人工智能技术的使用，可以保障电气自动化运行过程中对动态信息的及时收集和稳定传输，对相关数据的保存工作也更安全，这就提高了电气自动化的控制水平，充分保障了电气运行中的安全性和稳定性。

2.2人工智能控制实现了系统运行监视机报警功能

电气自动化控制是用电气的可编程控制器，控制继电器，带动执行机构，完成预期设计动作的过程。在此过程中，系统内部各部分之间的运行都要严格按照设计模型和函数计算的基础上进行，如果系统中的一点出现问题，就会造成整个自动控制系统的故障。在以往的自动化控制系统运行中，对系统内部各部分之间的运行数据和运行状态进行实时监测，对运行中的特殊情况进行及时的报警处理，帮助自动化系统及时处理可能出现的故障，提醒电气管理人员加强对电气系统的管理。

2.3人工智能控制实现了操作控制功能

电气自动化控制的主要特征之一就是通过计算机的一键操作，就可以实现对电气系统的整体控制，保障电气自动化运行符合现实的需要。传统的自动化系统的操作，需要靠人工对系统各个环节进行人工操作，从而促进自动化系统内部的协调和配合，这种方式既降低了自动化运行的效率，也增加了自动化系统的故障发生频率。人工智能技术对电气自动化系统的控制，是通过各种先进的算法，按照电气自动化的需求，对自动化系统进行自动化和智能化设计，从而实现对电气自动化控制系统的同时操作，大大提高了自动化控制的效率，减少了单独指令操作中容易出现的不协调情况的发生。

3人工智能技术在电气自动化控制中的控制方式

3.1模糊控制

模糊控制以模糊推理和模糊语言变量等为理论基础，并以专家经验作为模糊控制的规则。模糊控制就是在被控制的对象的模糊模型的基础之上，运用模糊控制器，实现对电气控制系统的控制。在实际控制设计过程中，通过对计算机控制系统的使用，使电气自动化系统形成具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统，从而达到对电气自动化系统的科学控制。

3.2专家控制

专家控制是指在进行电气自动化控制过程中，利用相关的系统控制理论和控制技术的结合，通过对以往控制经验的模拟和学习，实现电气自动化控制中智能控制技术的实施。这种控制方式具有很强的灵活性，在实际运行中，面对控制要求和系统运行情况，专家控制可以自觉选取控制率，并通过自我调整，强化对工作环境的适应。

3.3网络神经控制

网络神经控制的原理就是基于对人脑神经元的活动模拟，以逼近原理为依据的网络建模。神经控制是有学习能力的，属于学习控制，对电气自动化控制中出现的新问题可以及时提出有效的解决办法，并通过对相关技术问题的分析解决，提高自身的人工智能水平。

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发动机再制造技术也称发动机专业修复技术，它主要以旧发动机或不能使用的发动机为原材料通过一系列几乎完全与新机相同的加工工艺使发动机的零部件恢复尺寸和精度后，重新组装成完整的发动机的特殊过程。在这个过程中，将发动机完全拆解、清洗，按照制造原厂家的技术要求对基础零部件（缸体、缸盖、曲轴、连杆等）进行检测和检查，再按照严格的技术要求进行修复，对于易损坏件如轴承、活塞环、活塞、垫片等，在装配中使用原厂配件，然后组装成整机，其装配公差可达到原机装配水平。

1.2发动机再制造技术的应用价值

3Z+_发动机再制造技术的精髓就在于对原有发动机的有效利用，这正符合了循环经济的思想。应用这项技术可以有效降低生产成本，提高售后服务层次，增强产品的综合竞争力。目前，发动机再制造技术主要用于汽车维修行业当中，实施此项技术可在较短时间内完成总成互换，缩短汽车大修时间，由过去的几天时间缩短为现在的几个小时。同时，实施这种再制造技术后，发动机的工作效益都大幅度提高，有利于减少机动车的排放污染。而且，因为再制造后的发动机总成价格远低于新机的价格，这在另一方面也有效地遏制了非法拼装车的蔓延。

发动机再制造技术不仅仅只属于售后服务范畴，而事实上，在发动机的生产环节，再制造技术也发挥着不可替代的重要作用。如在发动机制造厂，应用再制造技术对在线次品进行二次加工后的产品作为维修备件纳入售后服务系统，是对主生产线的重要补充。

发动机再制造技术的应用不仅为汽车工业带来巨大的成本节约，同时也是有利于环境资源再利用的“绿色工程”。

2我国汽车发动机再制造技术的应用现状

发动机再制造技术在国外已经有了50多年的发展历史,已经形成了比较完善的制造和服务体系，并且有了一定的规模。如北美发动机再制造协会就是一个专业的发动机再制造组织，其拥有160余家的会员；世界著名的汽车制造厂如福特、通用、大众、雷诺等或者有自己的发动机再制造厂，或者与其它独立的专业发动机再制造公司保持固定的合作关系，以对旧发动机进行再制造；德国大众在50年时间里已再制造发动机720万台，销售的再制造发动机与配套新发动机的比例为9：1，而且再制造发动机的市场份额还在持续地增长

与国外比较，国内进行发动机再制造起步较晚，目前进行发动机再制造的专业公司仅有上海大众汽车公司和由中国重型汽车集团有限公司与英国ListerPetter公司合资创办的济南复强动力有限公司等几家，其每年的生产量也仅限于特定的范围。显然，发动机再制造在我国的市场竞争还远没有展开，仍然处于起步阶段。而近几年来我国汽车产业迅

中国发动机技术论坛猛发展，目前的汽车生产量和销售量已经跨入了世界的前4位，市场上的汽车保有量在不断提高，而且很多在用的车辆也即将进入大修阶段。2000年，我国达到报废标准的汽车共有210万辆，预计到2010年我国年均汽车报废量将在200万辆以上，这些报废汽车中的发动机绝大多数都有再制造的价值，是一批宝贵的资源。由于应用发动机再造技术比发动机大修在性能价格方面有明显的优势，因而以发动机再制造取动机大修是今后的必然趋势，我国进行发动机再制造的市场空间很大。

3我国汽车发动机再制造技术的发展讨论

虽然在我国发动机再制造技术有很大的发展空间，但由于应用时间不长，还不成熟，所以国家相关部门必须注意合理地引导与控制，尽量使它规范化、合理化，只有这样，才能使它更好地服务于社会。

3.1国家政策法规是发动机再制造技术健康发展的理论依据和有力保障

在2006年，国家发改委、科技部、环保总局新的《汽车产品回收利用技术政策》中明确提出：2010年起，我国汽车生产企业或进口汽车总商要负责回收处理其销售的汽车产品及其包装物品，也可委托相关机构、企业负责回收处理。在我国销售的汽车产品在设计生产时，需充分考虑产品报废后的可拆和易拆解性。在政策允许的前提下，鼓励合格的拆卸零部件重新进入流通，作为维修零部件装车使用

中国发动机技术论坛并且，《汽车产品回收利用技术政策》还提出了具体的目标：201O年起，所有国产及进口的M2类和M3类、N2类和N3类车辆的可回收利用率要达到85％左右，其中材料的再利用率不低于80％；所有国产及进口的M1类、N1类车辆的可回收利用率要达到80％。这其中，汽车的核心部件发动机自然是回收再利用的重点。

由此可见，国家是非常重视汽车旧件的回收利用的。发动机再制造技术的应用与推广有了国家政策法规的大力支持，就有了健康发展的前提和保障。

3.2消化吸收国外的成功经验是发动机再制造技术快速发展的有效途径

国外发动机再制造技术比我国早发展了几十年，从技术标准、生产工艺、加工设备、到供销和售后服务，已形成了一套完整的体系，积累了成熟的技术和丰富的经验，且已形成足够的规模。我们可以借鉴国外一些发展得好的发动再制造企业的成功做法，结合我国的实际情况，来制定相关的政策文件、法律法规、行业标准等，以促进发动机再制造技术在我国健康快速的发展。我们国家汽车产业的迅猛发展不也是走的“引进吸收”这条途径么？这说明消化吸收国外的成功经验的确是个切实可行而又高效的办法。

3.3建立完善的质量保障体系是发动机再制造技术应用与长远发展的关键

目前，虽然我国在政策上支持与鼓励发动机再制造技术的应用发展，但在我国建立完善的发动机再制造市场体系尚需一段时间，因为还有许多问题有待解决，包括法律和法规的完善、制造商责任制的建立、行业准入标准的制定与颁布、再制造发动机技术标准的制定与颁布、严格和完备的废旧发动机回收体系的构建等等。其实这些问题可以归结为建立完善的质量保障体系问题。因为质量保障体系建好后，再制造发动机的质量才有可靠保证，它才有存在和发展的意义。质量保障体系是一个系统工程，短时间内难以完善，我认为可以先采取试点、再进行经验总结推广的办法，例如可以在我国两家发动机再制造技术应用得较早的企业（上海大众公司和济南复强公司）进行试点，对他们的质量体系进行分析评价和对他们的再制造发动机产品进行监测，得出对发动机再制造企业的基本要求、再制造发动机技术标准和工艺流程等关键数据，从而为国家制定相关的法规提供依据。

4结束语

发动机再制造技术的应用克服了汽车大修中低质、低效、高耗的缺点，具有较大的实用价值。由于它在我国的应用时间不长，还有许多不成熟的地方，为促进它规范、健康地发展，国家相关部门必须对其加以正确、及时的引导和监管。

参考文献：

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樱桃番茄又叫圣女果，原产于我国台湾省和东南亚地区，是番茄栽培亚种的一个变种，其果型小，近圆形，品质好，糖度及VC含量远高于普通番茄，经济价值高。现将冬暖式温室樱桃番茄栽培技术总结如下。

一、品种选择

冬暖式温室秋冬樱桃番茄的种植，要求在温度最低、光照最差的季节开花结果。选择品种要求耐低温，耐弱光，抗枯萎病、白粉病、霜霉病能力强，果实在低温条件下生长快等。目前选择的品种有美味樱桃番茄。

二、苗期管理

苗床温度要求出苗前保持30℃，出苗后20～25℃。晴天控温25℃，阴天16℃，夜间比白天低7～10℃。底水浇足湿透表土10～13cm，做到白天湿、晚上干，晴天湿、阴天干。苗出土后要经常通过低温和控制浇水来进行炼苗，定植前7d，没有风雨霜的夜晚还要进行露天炼苗。每隔10～15d，用65％代森锌600～800倍液喷雾1次，也可用50％代森铵和70％托布津1000倍液交替使用。当苗床出现个别病株时，应立即将病株拔除，及时喷药，防止病害蔓延。苗龄25～30d、3叶1心时，达到子叶肥大、叶片深绿、根系发达、无病虫害的标准。

三、整地施肥

种植越冬番茄一定要施足底肥。底肥应以腐熟的秸秆堆肥、牛马粪、鸡禽粪、猪圈粪等为主，施入圈肥时可适量掺入充分腐熟的麦糠、稻壳及废弃食用菌培养基等。一般施农家肥45~75t/hm2、过磷酸钙1500kg/hm2或磷酸二铵450~750kg/hm2或生物肥600~750kg/hm2或饼肥3000kg/hm2。底肥多时宜撒施，底肥较少时可2/3撒施、1/3沟施。地面撒施后深翻2遍，再按行距开沟，将剩余肥料施入沟里，与土充分混匀，然后在沟里浇大水，造足底墒。

四、定植

定植一般采取南北向地膜覆盖双高垄（大小垄）种植，一般可提高地温2℃左右，可减少土壤水分蒸发，降低温室内湿度，地膜可起到反光作用。双高垄的规格为垄高20～30cm，小行距80cm，大行距100cm，定植4.95~5.25万株/hm2。温室内应适当稀植，并加强肥水管理。定植密度应根据品种、地力而定，耕深25cm，耕平耙细，使肥料与土壤均匀，做成20～30cm高的畦，有条件可安装滴灌设施。

选晴天午后光弱时定植，顺垄开沟浇水后定植苗。将苗按大、中、小分级，搬运到定植垄旁，从整个温室来看，大苗应放到东西两头和温室前部，小苗宜放到温室中间。从一行来看，大苗在前，小苗在后，一般苗居中，这样有利于后来生长整齐一致。摆苗时子叶方向一致，培土深度以苗坨面与垄面持平为宜，由于定植时地温还较高，可不覆膜，定植后应在反复锄划的基础上，尽量促进根系深扎，等定植后15d左右再破洞引苗，覆盖好地膜，并把地膜两边压好。

五、田间管理

1适时浇水

浇水要控两头促中间，即结果期以前，以中耕保墒提高地温为主，以小水勤浇，做到见湿见干；定植到深冬季节，浇水可选择晴天上午，将两小垄间的地膜揭开，进行膜下浇小水，午后适当提前盖草帘，以后几天加强通风排湿。在此期间，切不可浇大水、明水。2月以后番茄需水量加大时可适当加大浇水量和浇水次数。

2科学追肥

在保证土壤氮素供应的前提下，适当多施磷、钾肥。摘果后每隔10～15d穴施1次活性有机肥，用量1500kg/hm2，叶面喷施3～4次磷酸二氢钾。

3调节温度，加强通风换气

定植到发棵，以促根为主，保持白天25～30℃，夜间15～18℃，地温21℃，缓苗后陆续通风降温。深冬严寒季节，随着天气情况的变化，将温度控制在适温下限，晴天白天最高温度不超过28℃，晚上不低于10℃；阴天白天尽量提高温度，晚上最低8℃，保持昼夜温差在8℃以上。2月气温逐渐回升，番茄进入结果盛期，晴天白天不超过30℃，晚上12℃以上。定植缓苗前不进行大通风，缓苗后加强通风。严冬前，温室内温度达到要求时，晚上要留通风口。深冬严寒季节，晚上不再通风，白天通风量要逐渐减少。温室温度较低时，中午仍要通小风，以排出温室内有害气体及湿气。2月随着气温回升，通风量要由小逐渐加大，根据温室内的温度，通过通风维持温室内适宜温度的下限范围。

4植株调整

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带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸振及过载打滑以保护其他零件的优点。

1.2圆锥-圆柱齿轮传动减速器

YK系列圆锥-圆柱齿轮传动减速器适用的工作条件：环境温度为-40～40度；输入轴转速不得大于1500r/min,齿轮啮合线速度不大于25m/s，电机启动转矩为减速器额定转矩的两倍。YK系列的特点：采用一级圆弧锥齿轮和一、二、三级圆柱齿轮组合，把锥齿轮作为高速级（四级减速器时作为第二级），以减小锥齿轮的尺寸；齿轮均采用优质合金钢渗碳淬火、精加工而成，圆柱齿轮精度达到GB/T10095中的6级，圆锥齿轮精度达到GB/T11365中的7级；

减速器的选用原则：（1）按机械强度确定减速器的规格。减速器的额定功率P1N是按载荷平稳、每天工作小于等于10h、每小时启动5次、允许启动转矩为工作转矩的两倍、单向运转、单对齿轮的接触强度安全系数为1、失效概率小于等于1%等条件算确定.当载荷性质不同，每天工作小时数不同时，应根据工作机载荷分类按各种系数进行修正.减速器双向运转时，需视情况将P1N乘上0.7～1.0的系数，当反向载荷大、换向频繁、选用的可靠度KR较低时取小值，反之取大值。功率按下式计算：P2m=P2*KA*KS*KR，其中P2为工作功率；KA为使用系数；KS为启动系数；KR为可靠系数。（2）热功率效核.减速器的许用热功率PG适用于环境温度20℃，每小时100%连续运转和功率利用律（指P2/P1N×100%）为100%的情况，不符合上述情况时，应进行修正。（3）校核轴伸部位承受的径向载荷。

2结构设计

2.1V带传动

带传动设计时，应检查带轮的尺寸与其相关零部件尺寸是否协调。例如对于安装在减速器或电动机轴上的带轮外径应与减速器、电动机中心高相协调，避免与机座或其它零、部件发生碰撞。

2.2减速器内部的传动零件

减速器外部传动件设计完成后，可进行减速器内部传动零件的设计计算。

1）齿轮材料的选择应与齿坯尺寸及齿坯的制造方法协调。如齿坯直径较大需用铸造毛坯时，应选铸刚或铸铁材料。各级大、小齿轮应该可能减少材料品种。

2）蜗轮材料的选者与相对滑动速度有关。因此，设计时可按初估的滑速度选择材料。在传动尺寸确定后，校核起滑动速度是否在初估值的范围内，检查所选材料是否合适。

3）传动件的尺寸和参数取值要正确、合理。齿轮和蜗轮的模数必须符合标准。圆柱齿轮和蜗杆传动的中心距应尽量圆整。对斜齿轮圆柱齿轮传动还可通过改变螺旋角的大小来进行调整。

根据设计计算结果，将传动零件的有关数据和尺寸整理列表，并画出其结构简图，以备在装配图设计和轴、轴承、键联结等校核计算时应用。

联轴器的选择

减速器的类型应该根据工作要求选定。联接电动机轴与减速器，由于轴的转速高，一般应选用具有缓冲、吸振作用的弹性联轴器，例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器。减速器低速轴（输出轴）与工作机轴联接用的连周期，由于轴的转速较低，传递的转距较大，又因为减速器轴与工作机轴之间往往有较大的轴线偏移，因此常选用刚性可以移动联轴器，例如滚子链联轴器、齿式联轴器。

联轴器型号按计算转距进行选择。所选定的联轴器，起轴孔直径的范围应与被联接两轴的直径相适应。应注意减速器高速轴外伸段轴径与电动机的轴径不得相差很大，否则难以选择合适的联轴器。

目录

一绪论………………………………………………………………………1

二结构设计

三设计计算过程及说明……………………………………………………….3

1选择电动机..............................................................................................….3

2传动装置的总传动比及其分配.......................................….............................3

3计算传动装置的运动和动力装置参数..................................…........................3

4带传动设计.......................................................…..........................................4

5齿轮传动设计.....................................................…........................................5

6轴的设计........................................................................................…...........11

7轴承的选择..............................................................................................…22

8键的选择.....................................................….........................................…22

9减速机箱体的设计...............................................…......................................23

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引言

本文所设计的全数字电动执行器，是在湘仪电子电器设备厂的9610R系列的全电子式电动执行器的电机驱动电路基础上所做出的进一步的改进。我们将控制部分用基于80C196单片机的数字控制代替原有的模拟控制，以提高具控制的精度与运行的可靠性。同时，为方便调试，增加了红外遥控的功能和基于CAN总线的通信功能，以适应现代工业控制的需要。

1原全电子式电动执行器的特点

原9610R系列的全电子式电动执行器是以220V交流单向电源作为驱动电源，驱动电机采用单向交流电机，位置反馈采用高性能导电塑料电位器。

伺服放大器的原理如图1所示。

①当UY=0时，

K_=Uo/Ux=-[(R4+R5)/R5]×(R6/R1)

②当Ux=0时，

K+=Uo/UY=[R3/(R2+R3)]×[(R4+R5)/R5]×(1+R6/R1)

根据线性叠加原理，Uo=K+UY+K_UX。

由上可知，由于电阻很难做到完全匹配，所以原9610R电动执行器存在着电机正反转不对称的问题。电机驱动电路如图2所示。

图2中，Uo为从伺服放大器来的电压信号，当Uo>0.7V时，电机正转；当Uo<-0.7V时，电机反转。C1为控制电机制动的电容。

重新设计的全数字电动执行器对电机的驱动电路进行了改进，用±12V的开关量信号的时间长短来控制电机的正反转，并实现了电动执行器的制功与反向截止功能。新的电机驱动电路如图3所示。

图3中，Ukp和Ukn分别为80C196的两个高速输出引脚，T2-1/T2-2、T3-1/T3-2、T4-1/T4-2、T5-1/T5-2、T6-1/T6-2、T7-1/T7-2分别为6个光电隔离器。当Uk为+5V高电平时，T2-1/T2-2导通，从而T*-1/T6-2导通使电机正转；当Uk由高电平到低电平的瞬间，T4-1/T4-2瞬间导通，使得T7-1/T7-2瞬间导通，电机瞬间反转，电容放电结束后电机停止；同理，当Uk为0V低电平时，电机反转。这样便实现了电机正反向控制。

图3新设计的电机驱动电路

系统输出与驱动电路之间完全实现了光电隔离，这样可提高系统的抗干扰能力和可靠性。

2控制系统结构

以80C196KC单片机为核心的全数字电动执行器的控制系统结构如图4所示。图4中，除80C196KC单片机外，还选用了X25043实现掉电保护功能，以MAX7219驱动LED数码管显示阀位的给定值与反馈值以及阀位的状态与控制方式；同时，以改进的4～20mA恒流电路直接将阈位反馈信号转换成4～20mA的信号送至室内模拟二次表显示，以保证其模拟与数字控制的兼容性。利用80C196KC内部的A/D转换口，将阀位反馈与阀位模拟给定信号转换成10位的数字信号，用软件判断阀位故障（堵转，超限），进行故障处理（报警或停机），在控制输出端与故障处理端用MOC3061光电隔离将单片机系统与电机驱动电路隔离开来，达到抗干扰的目的。

选用1838红外遥控接收解码一体化集成芯片，接收来自遥控器的红外遥控信号。CAN控制器采用Philips的SJA1000集成芯片，CAN总线驱动选用82C250集成芯片，在SJA1000与CAN总线驱动82C250之间用6N137快速光隔进行光电隔离处理，与单片机接口实现单片机与上位机的通信功能。

各部分的主要硬件电路介绍如下。

（1）改进的4～20mA恒流电路

整个恒流电路，由1片集成的4通道运放LM324和6个精密电阻、1个可调电阻、1个瓷片电容及1个二极管组成，电路结构非常简单，电路如图5所示。图5中，R1=R2=R3=R4=R5=100kΩ,R6=200Ω,R7为0～100Ω可调电阻。

从图5电路可知：在R2、R3、R4、R5这四个电阻匹配得比较好的情况下，U1-U2=U1，通过调节R7使得R6+R7=250Ω,从而Io=U1/250Ω达到使1～5V电压转换成4～20mA的目的，且不论输出端的负载如何变化，这种关系都不会发生变化，达到恒流的目的。为为使该恒流电路可带的负载尽量大，集成运放LM324的电源最好用+18V电源。

（2）红外遥控接收电路

作为电动执行机构，在工业过程控制应用时，常常会遇到安装位置不便于调试的情况。采用红外遥控调可以说是一个很好的解决方案，可以免去常规调试所需要做的一些工作，比如打开控制盒盖进行调试线路更改等等。红外遥控接收芯片采用红外遥控接收解码一体化集成芯片1838。电路如图6所示。

图6中，电阻和电容组成去耦电路，以抑制电源干扰；除此以外不需要任何外接元件，中心频率为38kHz。但是，由于1838集成芯片的增益高且不可调，没有屏蔽，特别容易受到外界的干扰，因此必须采取屏蔽措施。最好的办法就是利用金属材料做一个屏蔽盒，将1838装入，只留红外接口在外。

我们选用一种通用红外遥控器作为电动执行机构的调试装置。80C196KC单片机首先将遥控器各按键的命令码测出，然后对它们分别赋予我们所需要的调试命令，这样就可使开发周期大大缩短。

图7CAN总线通信接口电路

（3）上下位机通信

CAN（CantrolAreaNetwork）是控制局域网络的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，广泛应用在离散控制领域。其信号传输介质为双绞线。通信速率高达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps，挂接设备最多可达110个。

CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。CAN总线通信接口电路如图7的示。

80C196KC的AD15端口作为SJA1000的片选信号，故CAN控制器SJA1000所占用的地址为：8000H～80FFH。使用CAN总线收发器PCA82C250目的是进一步提高CAN总线的驱动能力。它的工作模式由RS控制引脚来提供，取决于斜率电阻（200kΩ可调电阻的阻值）。

上位机通过一块华控的公司的HK-CAN30BPCI总线非智能隔离型通信板，可对工业现场具有CAN通信接口的仪表和控制设备进行监控。

（4）掉电保护和抗干扰措施

系统实现现电保护的元件采用Maxim公司的X25043。X25043有三种常用的功能：看门狗定时器、电压监控和E2PROM，组合在单个封装内。X25043对于要求电路板空间尽可能小的该系统来说是非常适用的，电路如图8所示。

X25043的看门狗定时器对微控制器80C196提供了独立的保护系统，可选超时周期有：1.4s、600ms、200ms，也可禁用。当系统故障时，在超出所选的超时周期以后，X25043看门狗将以RESET信号作出反应，使系统复位。利用X25043低VCC检测电路，可以保护系统使之免受低电压情况的影响。当VCC降到最小VCC检测电平时，RESET变为低电平，给系统复位，直到VCC上升到最小VCC检测电平200ms为止。此外，X25043还具有512×8位串行E2PROM，使得本系统无须另外扩展数据存储器RAM。

系统的抗干扰措施包括硬件措施和软件措施。硬件上：①在输入和输出通道采用光电隔离来进行信号传输，电机驱动电路上采用光电隔离器MOC3061，在上下位机通信电路上采用快速光隔6N137；②在每一个集成电路芯片都安置一个0.01μF的陶瓷电容，以消除大部分高频干扰；③模拟地与数字地分开；④在CPU抗干扰措施上，除了配置掉电保护电路外，还配置了人工复位和自动上电复位电路。软件上：①指令冗余，在一些双字节和三字节指令之后插入两条NOP指令，以保证跑飞的程序迅速纳入正确的控制轨道；②利用软件陷阱强行将捕获到的程序引向对程序出错处理的程序；③启用80C196KC内部监视定时器（watchdogtimer）；④对A/D输入信号采取软件数字滤波。

3系统的软件设计

本系统程序框图如图9所示。首先，是程序的初始化，包括对硬件和变量的初始化。然后，程序判断全局变量RUN，若RUN=0，表示程序终止运行，则跳转到程序的末尾复位看门狗，随后再跳转到程序的前面，判断RUN标志，循环执行；若RUN≠0，则程序执行主循环，再复位看门狗。这样，通过设定RUN变量来控制程序的执行。

在中断程序程序中只处理基本的操作，如数据的输入和输出等；一些复杂的数据处理，如输入通道的软件滤波等等，都放在主循环里面处理。在主程序里，给每一个断分配一个全局变量作为中断标志，当有中断发生时，对此标志置1。在主循环里，程序依次判断每个标志位，来决定是否要执行相应的子程序，即过程或函数。在主程序中处理完相应的中断服务后，要对对应的中断标志清零。

篇12

为了展开分析我们的问题，首先有必要确切把握马克思所说的商品价值的质的规定性和量的规定性。这看似老生常谈，但不少分歧都与此有关。商品的价值，体现的不是人与自然的关系，而是市场经济中一种人与人的关系。按照通常的说法，它是商品生产者之间互相交换劳动的关系；但需要明确的是，这种互相交换劳动的关系充满着商品生产者之间的竞争，这种竞争首先表现在同类商品生产者之间，其次也表现在商品的买者与卖者之间乃至买者之间。正是这种竞争关系决定了同类商品一方面具有各自不同的个别劳动耗费量即个别价值，另一方面却只能有一个为市场确认的社会价值（社会必要劳动时间）。这意味着诸多商品生产者生产商品实际耗费的劳动量与被市场承认的劳动量往往并不一致，正是这种不一致决定着他们的不同命运。竞争迫使他们千方百计降低自己生产的商品的个别价值，使它小于社会价值，力争以较少的劳动（包括活劳动与物化劳动）耗费能够被市场认可为较多的劳动耗费。作为商品经济的基本规律的价值规律，正是通过这种个别价值与社会价值的矛盾运动，才能够发挥优胜劣汰，不断推动社会生产力持续发展的巨大作用。

那么，商品生产者怎样才能使其商品的个别价值小于社会价值呢？为了解决这个问题，首先需要对商品的社会价值有个全面理解。大家知道，商品社会价值的实体是社会必要劳动时间。马克思指出社会必要劳动时间“是在现有的社会正常的生产条件下，在社会平均的劳动熟练程度和劳动强度下制造某种使用价值所需要的劳动时间”。马克思的这一界定意味着社会必要劳动时间的多少，是由两类标准条件有机结合起来共同制约的。其一是“现有的社会正常的生产条件”；二是“社会平均的劳动熟练程度和劳动强度”。历史经验证明，劳动者在劳动熟练程度和强度方面的差异相对说来要小得多，而他所拥有的生产条件的差异要大得多，发展变化的潜力几乎是无可限量的。而且，如果说在手工劳动时代是活劳动支配物化劳动，那么，随着机器大工业不断发展进步，情况就大变了。正如马克思指出的，“工人不再是生产过程的主要当事者，而是站在生产过程的旁边。”这一变化今天更加突出了。随着科技进步的加快，在制约商品生产所需的劳动时间方面，前一标准条件更加明显地起着主导作用了。各厂商拥有的生产条件是先进还是落后，从根本上决定了所生产的商品的个别价值与社会价值之间量的对比关系。令人遗憾的是过去不少人对这一点是重视不够的。

应该指出，马克思所说的生产条件是多个变量的综合，包括分工协作、生产组织与管理、生产规模、自然条件与生产技术或生产资料的效能等等。但其中生产技术的重要性日益突出，对劳动生产率的高低起着决定性的作用。当然，技术创新与进步对社会生产所起的作用是多方面的，例如可以提高产品质量，可以不断创造出各种新产品丰富人们的生活等。但可以不断提高劳动生产率则是它所起的一种最基本最普遍的作用，这种作用也是我们探索技术创新在价值创造中的独特作用时所关注的焦点。

二、先进技术与商品价值创造的复杂关系

根据以上分析，可知率先使用比社会平均技术优越的先进技术，能使所生产的单位商品的个别价值小于社会价值，从而能够以较少的劳动创造较多的社会价值。这就提出一个值得深入研究的问题，即先进技术与价值创造的关系究竟应如何认识？

我们知道，马克思的劳动价值论认为只有活劳动才创造价值，物化劳动在生产中只转移自身的价值而不创造价值。马克思还明确说过“自然力本身没有价值”，“它们进入劳动过程，却并不进入价值形成过程”马克思的这些论断，如果单从商品的个别价值来说，或者单从商品的社会价值来说，都是不难理解的。在分别考察的场合，由于单位商品的价值与劳动生产率成反比，因此，个别厂商使用先进技术提高了劳动生产率，所生产的单位商品的个别价值当然会相应降低。同样，如果这种先进技术在市场竞争中已被普遍采用，已经成为社会平均水平的技术，用它生产的单位商品的社会价值当然也会相应降低。所以，在分别考察单位商品的个别价值或社会价值时，只有活劳动创造价值，物化劳动只转移自身的价值而不创造价值的原理是一目了然的；同时，自然力本身不但没有价值，而且技术越先进，利用自然力的水平越高，单位商品的价值不但不会相应提高，反而只会相应降低，从而根本谈不上它会创造价值。但是，如果从商品的个别价值与社会价值的矛盾运动中进一步分析，问题就显得比较复杂。比如，某个厂商率先使用了一种先进技术，能够把它生产的商品的个别价值降低到社会价值以下，但在市场上却仍能按同一价值出售，具有同一（社会）价值，就好比它包含了实际上并不包含的同一劳动时间。那么，如何进一步分析说明这一现象呢？如何解释上述商品的个别价值小于社会价值的差额部分的成因呢？对于这个问题，理论界存在着不同的思路。有一种相当流行的观点认为仍应归因于操作使用先进技术的工人或“总体工人”的活劳动。理由是先进技术本身在这里已经是物化劳动，如无活劳动启动操作，它就无法在生产中发挥作用；同时，它在活劳动操作使用于生产时，既然只能转移自身的价值而不能创造价值，因此，上述个别价值与社会价值之间的差额部分的源泉也不在它那里。为了自圆其说，这种观点进一步强调随着科技不断进步，操作使用劳动资料的劳动者的素质必然不断提高，其活劳动的复杂程度也日趋增高，认为这才是产生上述差额部分价值的源泉，至少也是这部分价值的来源之一。笔者不能苟同这种观点。我感到这种观点无论从历史事实看还是从逻辑分析看，都未必恰当。

先从历史事实看，近200年来先后经历三次重大科技革命。在此期间技术进步突飞猛进，生产中使用先进技术的活劳动与使用正在被淘汰的技术的活劳动相比，从总的发展趋势看，劳动的复杂程度在逐步提高；虽然如此，仍要看到在有些重要场合情况并非这样，甚至恰恰相反。比如马克思在分析机器大工业逐步淘汰工场手工业的过程时曾深刻地总结说：“使用机器的基本原则，在于以简单劳动代替熟练劳动，……把劳动力的生产费用减低到简单劳动力的生产费用的水平。”他引用了大量资料，指出英国当时纺织品等重要部门机器生产中，作为简单劳动力的童工、女工已占工人总数一多半，于是“从事各种不同形式活动的比较复杂的劳动消灭了，代替它的是简单的机器劳动”马克思还多次指出由于大批女工、童工等更简单的劳动力被资本雇佣，使熟练的男劳动力也贬值了，从而直接间接地促使相对剩余价值乃至绝对剩余价值的增加。这就说明上述观点并不能全面概括丰富的历史事实。即使在今天，就劳动复杂程度的提高说，劳动密集型产业与技术密集型产业之间，传统第三产业

与新兴第三产业之间也有重大差别，需要具体分析，不宜一概而论。

再就逻辑分析说，上述观点无法摆脱这样一个悖论：操作先进技术的劳动越复杂，它所生产的单位商品的个别价值不但不会进一步降低，反而会相应提高，从而只会缩小而不会扩大这一个别价值小于社会价值的差额。而且，如果它过于复杂，以致使这一差额趋于消失，就会出现类似马克思所说过的那种情况，即它只不过是一种劳动变换而已，生产力却并未发展。这就从根本上否定了这一技术的先进性和必要性。进一步分析还会看到，当这一先进技术被普遍使用时，这一个同样的活劳动所生产的商品的社会价值就会降低到上述个别价值的同一水平。这也说明了上述活劳动复杂程度有所提高这一点，虽然在许多场合的确是事实，但它只能制约或影响上述个别价值与社会价值之间差额的大小，而不是产生这一差额的根源。

看来上述观点失误的原因在于未注意区分马克思所说的两种不同的劳动所起的自乘劳动的作用。应该明确复杂劳动所起的自乘劳动作用与生产力特别高的劳动所起的自乘劳动的作用是不同的。拙作《生产力高的劳动创造更多价值的成因》对此曾作了分析，这里再强调一点：前一种自乘作用在分别观察商品的个别价值或社会价值时，或在观察商品的个别价值与社会价值的矛盾运动时，都是存在的，都会产生增加相关价值的作用；后一种自乘作用却不同，它在分别观察商品的个别价值或社会价值时都并不存在，只是当观察个别价值与社会价值的关系或矛盾运动时，它才存在，才会起到自乘劳动的作用。这是因为前者产生的根源就在于活劳动本身的特点，后者产生的根源则在于活劳动使用的技术的特点。因此，对我们现在所要研究的问题来说，真正需要进一步分析的不是活劳动的复杂程度是否提高及提高多少，而是本身复杂程度既可能提高也可能没有提高的活劳动何以能够具有特别高的生产力，这种特别高的生产力为什么能够使这种活劳动起自乘劳动的作用。下面为了在纯粹形态上分析我们的问题，不妨运用马克思常用的方法，暂且舍象活劳动复杂程度的变化这一变量。

三、马克思的提示：机器的生产率

关于上述劳动的为什么具有特别高的生产力，以及特别高的生产力为什么能够使这一活劳动起自乘劳动作用的问题，马克思有一个提示对解决这问题具有重要指导意义，这就是他关于机器的生产率的提示。马克思指出利用机器进行生产的“大工业把巨大的自然力和自然科学并入生产过程，必然大大提高劳动生产率”。接着他对生产一台机器本身所费劳动与使用该机器所可节省或代替的劳动之间的量的关系作了分析，强调“物化在机器本身中的劳动，总是比它所代替的活劳动少得多”。他并强调指出“机器所费的劳动和它所节省的劳动之间的差额或机器生产率的高低，显然不是由机器本身的价值和它代替的工具的价值之间的差额来决定的。……机器的生产率是由它代替人类劳动力的程度来衡量的。”

从马克思这些论断中可以梳理并引申出几点重要思想：（1）作为人类进行物质生产所使用的劳动资料，不论是手工工具还是机器，都具有一种利用自然力以节省或代替人类劳动力支出的功能，从而能够不同程度地提高劳动效率。马克思的劳动价值论并不否认这一点，而是肯定了这一点。因此，马克思所说的社会正常的或平均的生产条件，从这个意义上也可以理解为在社会生产中，通过劳动资料的使用所可达到的节省或代替人力的平均水平。而使用先进技术于生产则意味着节省或代替人力的水平已高于社会平均水平，从而才导致用它生产的商品的个别价值小于社会价值这一结果。需要明确指出，马克思这里所说的机器可以节省或代替的劳动，主要指的并不是形形的具体劳动，而是抽象劳动。否则他就不会在机器所费劳动与所代替的劳动之间进行量的比较。鉴于今天科学技术又比马克思当时有了惊人的发展，它在生产中的应用不仅更有效地节省或代替了各种体力劳动，而且还在节省或代替脑力劳动方面不断取得新的进展，因此还需要明确指出，在商品世界，各种生产技术的应用在节省或代替人类体力劳动或脑力劳动方面所采取的形式虽然各种各样，但实质上都可归结为对人类抽象劳动的节省或代替。（2）机器所以能够在用于生产时具有节省或代替人类劳动的功能，有一个不可或缺的前提条件，这就是制造机器所耗费的劳动一定要比它在用于生产时所可节省或代替的劳动少。否则就没有必要制造和使用机器了。应该指出，这一原理同样适用于当代各种生产技术。（3）机器这种所费劳动与所可节省或代替的劳动之间的差额，马克思又把它称为“机器的生产率”。这是两种既相通又有所不同的表述。我们假设这一所费劳动为A，所可节省或代替的劳动为B，那么，马克思所说的差额就是指B减A的结果，而机器的生产率则为B／A。一个是绝对差额，一个是相对比率。两者可以互相换算。从分析我们要讨论的问题说，采用B／A更简便适用一些。这种机器的生产率，实质上体现着使用机器于生产时所可被生产者无偿利用自然力以代替人力的水平。技术越先进，这一水平就越高，于是用它生产的单位商品的活劳动消耗就越少，从而其价值也就越来越小了。

还有一点很值得注意，这就是马克思在提出机器的生产率后，还从商品个别价值与社会价值矛盾运动的角度对有关剩余价值的问题所作的分析。他说：“机器生产相对剩余价值，不仅由于它直接地使劳动力贬值，使劳动力再生产所必需的商品便宜，从而间接地使劳动力便宜，而且还由于它在最初偶尔被采用时，会把机器所有主使用的劳动变为高效率的劳动，把机器产品的社会价值提高到它的个别价值以上，从而使资本家能够用日产品中较小的价值部分来补偿劳动力的日价值。因此，在机器生产被垄断的这个过渡时期，利润特别高”。他接着又说：“随着机器在同一生产部门普遍应用，机器产品的社会价值就降低到它的个别价值的水平，于是下面这个规律就会发生作用：剩余价值不是来源于资本家用机器所代替的劳动力，恰恰相反，是来源于资本家雇来使用机器的劳动力。……可见利用机器生产剩余价值包含着一个内在矛盾。

马克思在这里的提示值得深思。他一方面把超额利润或超额剩余价值当作相对剩余价值的一个特殊部分，另一方面又对二者的成因有所区分，并未简单等同起来。从上下文可以看出，这里他把超额剩余价值的成因归为机器具有更高的生产率并被垄断使用，从而即使是女工、童工更简单的劳动也能因而具有特别高的效率；而当机器在生产中普遍采用时，商品的社会价值下降到这一个别价值的水平了，这时这同一个工人的同样的劳动就不能继续起自乘劳动的作用了，从而超额剩余价值就消失了只是在这种条件下他才说于是“这个规律就会发生作用”。这是因为这时机器生产率不论多么高，它都只等于社会平均达到的同一水平，因此谁都不再能够靠使用这种机器就比别人节省更多的人力。于是，机器除了照旧在生产中转移自身的价值外，不会再为个别曾经垄断使用它的企业继续带来超额利润了；但与此同时，相对剩余价值却普遍增加了，这种增加意味着资本家对“雇来使用机器的劳动力”剥削的加深。

马克思的这一提示体现了实事求是的科学精神。我们可以从中体会到超额剩余价值同具有更高生产率的先进技术被垄断使用密不可分。在这种条件下，用它生产的商品的个别价值就会小于社会价值，但在市场上却好象仍然耗费了与社会价值所代表的同样多的抽象劳动。这样看来，正是由于所使用的先进技术以它高于社会平均水平的生产率，在生产中相应节省或代替了更多的人类劳动，才既创造又填补了商品个别价值与社会价值之间的差额。当然，一旦这种先进技术普及了，商品的社会价值降到上述个别价值的水平了，这种在价值创造中利用自然力“冒名顶替”人力的西洋景就被揭穿了；同时，超额剩余价值也消失了。但新的更先进的技术又会出现，新一轮在更高水平上利用自然力“冒名顶替”人力的现象又会产生，并继续被激烈竞争的市场所默认。

四、技术创新劳动自身的价值创造

先进技术具有更高的生产率，这是创造和填补用它生产的商品的个别价值与社会价值之间的差额部分的根源所在。但是，先进技术并非天然存在的自然物，而是人类劳动的产物，并且不是一般劳动的产物，而是创新型复杂劳动的产物。因此，归根到底，发明先进技术的创新劳动又是这一根源的根源。因此，以上所说的先进技术在创造价值中的特殊作用，实质上正是发明先进技术的创新劳动的特殊作用的体现。在市场经济中，这种技术创新劳动通过作为它的智慧结晶的先进技术所起的特殊作用，通过市场竞争优胜劣汰机制，在商品世界普遍存在着个别价值与社会价值的矛盾运动中，永不停歇地起着拉动各种商品的社会劳动生产率不断提高，社会价值不断降低，社会财富迅速增长的历史火车头作用。技术创新劳动在社会生产力发展中这一无可替代的贡献，也从一个侧面展现出科学技术是第一生产力的规律的丰富内涵与主导社会经济发展的重大作用。

那么，技术创新劳动本身的价值创造又应如何认识呢？由于技术创新劳动结晶在它所发明的具有更高生产率的先进技术上，因此，问题可以归结为先进技术本身所费劳动或它的价值应该如何估量。

在这个问题上，首先需要注意的是不要把先进技术的价值与使用价值混为一谈，不要用它的使用价值去估量它的价值。当然，各种先进技术的使用价值是多种多样丰富多彩的，但从我们现在所要研究的问题的角度看，其使用价值可以说正好集中体现在它所具有的更高的生产率上，即体现在用它生产时所可无偿地代替人力的更高水平上。事实上，率先买进它用于生产的厂商所看中的也正是这一点。这正是它所具有的不同于一般商品的一种特殊的使用价值。马克思在原则上明确肯定了这一点。他说机器“代替人的劳动就是它的使用价值”。但是，正如马克思所指出的机器所费劳动要远远小于它在使用中所可代替的劳动一样，先进技术也必然具有这一特点。而且，先进技术既然比社会平均水平的技术具有更高的生产率，那么它的B／A必然更大一些。这意味着它所费劳动增加的幅度一定比它可代替的劳动增加的幅度小一些。这正是一切技术进步和劳动生产率提高所必须具有的共同特点。因此，如果以先进技术所可代替的劳动量去估计它的价值，就会偏高了，甚至会否定用它生产的商品的个别价值小于社会价值的事实，从而否定了这种技术的先进性。

由此可见，先进技术的价值仍应从发明创制它所费劳动的角度去分析。不过，这里会遇到一个问题，即先进技术既是技术创新劳动的成果，那么它在一定时期内就具有独家生产的特点，还只有个别价值，缺乏完整意义上的社会价值。但它的个别价值又不能过高，以免率先购买使用它的厂商不能使自己产品的个别价值低于社会价值，从而丧失购买它的必要性。与商品社会价值相比，这种仅只体现在个别价值上的实际劳动耗费量的大小，具有一定的偶然性和某些不确定性，波动的幅度比较大。尽管如此，我们在交代了这一点后，下面还要对发明先进技术的创新劳动耗费量作些探索。

首先，发明先进技术的创新劳动当然是一种复杂劳动，但又与那些可以由许多人同时分别重复进行的一般复杂劳动有所不同。它以在不同领域内与不同层次上率先成功实现了某种从人类未知到已知的独创性为特点，别人一时都还未能取得相同或相似的成果。

其次，如果说一般重复进行的复杂劳动需要以一定的教育培训为基础，劳动者有了这个基础就可以从事某种相关的重复性复杂劳动，并相应地进行商品价值创造，那么技术创新劳动则有所不同。他们虽然需要接受甚至更多的教育培训，但有了这个基础还很不够，更重要的是还必须进而从事艰巨的创造性的探索，并率先取得创新成果。只有这样，他们的艰辛劳动才能创造价值，被市场承认。因此，发明先进技术的创新劳动在价值创造上所要冒的风险就比一般重复进行的复杂劳动所冒的要大得多。这正是这种创新劳动的特点之一。

再次，技术创新劳动虽然一时还只形成个别价值，但它仍是一种市场需要的社会劳动，因此，还需要从整个社会着眼去估量这种劳动的耗费。事实上技术创新劳动虽仅由某人或某单位率先取得创新成果，但在此之前与在此同一期间往往还有其他若干探索者在从事类似的研究。他们的研究虽还未开花结果，但他们探索中取得的某些进展与经验教训都有重要的借鉴作用。失败是成功之母。率先成功者往往因善于借鉴他们的经验教训才少走了弯路而拔得头筹。因此，社会地看，这种率先成功的技术创新所耗费的劳动中，还应该包括其他尚未成功的探索者的复杂劳动的一个合理部分。如果缺乏这一部分，该项技术创新的成功就可能相应推迟，需要继续付出的创新劳动反而可能更多。

根据以上分析，发明先进技术的创新劳动，可以看作是某种倍加的复杂劳动。

总之，作为技术创新劳动的产物，先进技术的个别价值必然是比较高的。不仅如此，由于这种先进技术在市场上一时还处于独家垄断的有利地位，因此还可以在一定幅度内以高于自身价值的垄断价格售出。这就涉及先进技术的发明与使用所带来的利益（首先体现在用它生产的商品的个别价值与社会价值的差额上），如何在不同人群中进行瓜分或分享的问题，对此笔者拟以后另文分析。

【参考文献】

［1］马克思恩格斯全集第26卷［M］.北京：人民出版社，1972。

［2］马克思恩格斯全集第23卷［M］.北京：人民出版社，1972。

［3］马克思恩格斯全集第25卷［M］.北京：人民出版社，1972。

［4］马克思恩格斯全集第46卷［M］.北京：人民出版社，1972。