自动化技术设计论文范文

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2电气工程及其自动化的应用

2.1电气工程及其自动化技术在变电站的应用

电力设备运行的平稳、安全以及可靠是电气工程及其自动化技术的基本保障，所以对电力设备进行在线监控、系统保护以及调动控制等措施是必不可少的，但是由于社会经济的不断发展，科学技术的不断进步，变电站的电力设备也逐渐增多，并且电力设备之间的联通方式也越来越复杂，为了确保电网的安全运行，电业部门，投入了大量的人力物力和资金，将电气工程自动化技术引入到了变电站的设备控制之中，应用全微机化设备代替了原有的常规电磁式设备，应用计算机光缆或者电缆作为了电力信号电缆，使得变电站控制中心对变电站设备的控制变得快速而又安全。所以电气工程及其自动化也成为了变电站建设过程中的重要组成部分，进而保证了变电站的自动化调控模式的高效率，所以对变电站实施自动化改造是必不可少的。

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不断的将机械产品的创新能力优化与提高，与国家、机械领域的企业单位发展与生存有着密切的联系。在美国，相关的机械工程的设计委员会制定了2005年到2030年的有限资助计划领域中，将机械创新设计作为重要的资助之一；另外，机械个性化的发展趋势以及机械市场的复杂多变也要求了企业需要在机械设计当中不断的更新、设计，迎合市场的需要，而自动化技术创新的运用是确保企业能够在第一时间内研发出迎合市场需求的产品的有利武器。因此，对于21世纪的机械工程设计学科来说，创新性与快速性就成为企业是否能够适应市场需要、社会发展的关键所在。在机械产品概念设计的初期阶段，也就是原理方案的设计当中决定了产品是否具备创新性。

对于机械产品的设计概念来说，主要是设计到了人们的创新思维，也可以看成为人脑抽象与形象思维综合运用的一种结果。当然也受到了人们创新思维以及知识积累的局限。人们进行机械创新设计时，具有很大的随机性，并不能够确保想要的设计，同时兼具创新性的方案能够在一定的时间段之内得出。因此，想要在第一时间内设计出满足市场需求、能够占据市场的产品，存在一定的困难局限性，也是不太现实的问题，因此，在机械产品的创新迅速实现过程中，基于计算机化的创新就是非常有效的方法之一。

从广义的机构学的教学来看，对于机电一体化系统（包含了机、电、液与控制等等），都可以将其看成为两个组成部分——广义的传动机构与传动载体。而对于创新机电一体化系统的方案，就在于创新广义机构。因此，笔者在本文当中针对机械设计当中自动化技术创新的运用提出了一套机械系统创新设计以及自动化的方案（基于三维平台，以下所述都是基于三维平台）。

二、机械设计与自动化体系

对于上述中的复杂机械系统进行创新设计以及对于机械相应的自动化系统的组成方面，主要是以下：两种具有较强的获得创新性设计方案的能力的、在计算机化方法当中适合于机械系统创新设计当中较为复杂的方案；直接支持产品设计方案的三维虚拟样机装配与仿真的自动化建模过程，能自动化地对创成的复杂机械系统符号方案进行仿真、建模以及装配。而快速与创新则是其最大优点。

对于初期机械设计概念的这一阶段放纵，主要通过自动化系统为创新设计提供两套方案：其一，基于机械设计的基本规则而采用的创新设计方案；其二，创新方案的功能改良分解以及重组。考虑到这两种系统设计在方案的产生原理上都是采用的符号形式将最终的方案列出。而对于机械概念设计的初期阶段的使用符号的方案，机械自动化则会将方案进一步的分解成为机构的基本形式以及相互的连接这两个方面。在进行识别基本的机构方法选取上可以考虑到进行运动分析，从而将内部各个构件运动时所产生的分析数据展示出来。为了将开发机械产品的速度进一步提高，就能够使用面向对象的技术来进行基本机构的设计。然后，三维平台进行的二次开发，在采用的措施当中选择特征控制参数、数据库驱动等等，对于整体的基本机构三维造型设计，能够使用少量特征控制参数对其进行驱动。能够良好的解决基本机构虚拟建模的问题。

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2采矿机械装备中的自动化技术

近年以来，我国的采煤装备以及技术等各方面都有了很好的发展，同时采煤机械设备的自动化技术也取得了较大的发展。2．1液压支架中的电液控制系统液压支架电液控制系统方面的功能主要有支架的自降功能、自动推移刮板输送机、自动化跟机作业、远程操作作业等等，并且液压支架的电液控制系统已经完全摆托了对进口的依赖，实现了国产化。国内有很多液压支架电液控制系统的研究单位，主要分布在北京、河南、山西、广东等地，其中北京是主要的分布范围。2．2智能型采矿机的自动化控制智能型采矿机已经基本实现了记忆割煤、检测采煤位置、摇臂调高控制以及机身水平测试等等功能。国内的采矿机厂家有很多，都实现了挖矿机的这一重要功能。2．3刮板输送机中的自动化技术刮板式输送机的自动化功能不仅仅包括减速器、温度测试，还有电机的降压启动、链条张力检测以及破碎机自动推移等等。刮板式输送机的自动化技术在国内多家成套装备供应商家那里已经取得了突破，“三机”控制系统已经实现国产化。目前，多家公司组织专门的技术研究人员参与自动化控制方面的研究，并将无线、视频、音频等手段应用于输送机的自动化控制，致力于实现“无人跟机作业，有人安全值守”的理念。

3与国外先进机械设备对比

不可否认，我国自主研发的电牵引采煤机、液压支架、刮板式以及带式输送设备等都具有很强的技术实力，即使是在国外，也是有很强的竞争力的。但是，我国目前的煤矿开采机械设备同国外的相比仍有很多不足之处，主要体现在可靠性、安全性、智能化、信息化、自动化等方面，这些都是我国需要进一步提高的方面。3．1液压支架国产的液压支架主要是在材料、元部件、高级控制方面输与国外高端产品，而中国的液压支架的全自动控制系统还处在刚刚起步的阶段，更不要说与外国先进设备一较高下了。3．2采煤机国产的采煤机主要是在智能化功能方面弱于国外高端采煤机。如记忆割煤、远程遥控等等方面。要想取得长远的进步，必须在已有技术的基础上，借鉴国外的先进技术，同时也要有自己自主创新的过程。3．3输送机与国外高端输送机相比，国内的刮板式输送机主要是在自动伸缩机头以及在线故障诊断等方面存在着不足之处;对于带式输送机，主要是在动态分析、自控张紧技术等方面属于国外。3．4自动化技术在自动化技术以及设备的自动化方面，国内的科研单位在三维检测、自动找直等方面弱于国外技术。另外，我国的采煤设备，主要是以单机控制为主，缺乏联动控制;缺乏运输设备智能的一体化控制等等。

4我国采煤机械设备以及技术的发展方向

要想实现我国采煤技术以及开采机械设备的真正独立，必须要依靠自主创新，以期能够实现即使是在极其恶劣的情况下，也能安全信息传输、煤岩识别以及对安全的感知等等;形成一套依靠视频、音频、感知等手段的集检测、控制于一体的智能控制装备。通过对自动化技术的运用，将我国现有的液压支架、电牵引采煤机、刮板式输送机、带式输送机等有机地结合起来，全面提升我国采煤机械装备以及自动化技术的现有水平。努力为我国参与世界竞争创造条件。

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二、数字艺术设计中三维动画设计的应用分析

1．广告三维动画设计三维动画设计最主要的一种类型就是广告三维动画设计，以商业化广告为目的，利用多媒体技术，丰富广告内涵，提高广告的表现力，从而吸引消费者，引导购物。广告三维动画设计具有很强的目的性，时间短，但是所要展示的内容却要有针对性，能够吸引人、感染人，实现商业化广告效果。所以在广告三维动画设计中一般为了将广告内容更加的形象化、生动化、具体化，往往采用多种特效技术，如:粒子效果、滤镜效果等，将广告动画美化，提高广告动画的表现力和吸引力，达到引导消费者消费的目的。

2．影视三维动画设计影视三维动画设计主要是与影视相结合，将影视作品殊的镜头和画面通过三维动画设计合并成影片需要的特效。随着影视制作技术和设备不断提高和完善，人们对影视动画的要求也越来越高。在影视作品中为了能够有效的提高特殊镜头的感染力，给人以更大的视觉冲击和巨大的视觉震撼，提高影视作品的艺术性。在影视作品制作中采用三维动画设计，结合多种多媒体软件，使影片发挥最大的表现力，以达到特殊的影视效果。利用三维动画设计，影视动画的展现将更加的真实，更能够促动观众的情感，为影视作品提供更多的展示平台，实现影视作品的真实化，给人以更广阔的视觉享受空间。

3．游戏三维动画设计游戏本身就是一个绚烂的，跳跃的，丰富的场景和画面，游戏不同于一般的影视作品，具有真实存在的人，而是一个完全虚拟的平台。三维动画设计在游戏的开发设计中起着关键性的作用。游戏中的场景、人物、活动等都是通过三维设计制作的。利用三维技术，将游戏中的人物、场景生动形象化，利用环境效果，运动效果等特效，构成一个虚拟却真实的世界，从而使游戏更加的吸引人，使游戏者在游戏中感受到乐趣。

4．工业三维动画设计三维设计运用在每一个所需要的行业中都发挥着巨大的作用，在工业设计领域，三维动画仍然起着十分重要的作用。利用三维动画技术将工业的设计以立体的、空间的形式表现出来，能够完整的、真实的模拟工业设计的流程和布局，这样就能更加简单的观察设计中存在的不合理的地方，能够有效的调整方案规划设计，使工业设计流程布局更加的合理化和科学化，这样就有效的减少了工业施工过程中存在的问题，提高了工业的成功率，有效的节约了时间。

5．建筑三维动画设计建筑三维动画设计与上述工业三维动画设计类似，都是利用三维动画技术，将建筑进行全方位的展示，提高建筑设计的效果。三维动画设计技术将想象变为现实，以有限的视觉设计效果展示无限的设计空间。在未来建筑设计要求不断增加的前提下，为了节约建筑成本，减少建筑施工过程中存在的问题，就必须将三维动画设计具体的应用在建筑设计中，以三维动画技术展示建筑设计的空间效果图，使人们能够更加全面的、立体的感受整个建筑的整体效果，提高建筑价值。

6．机械设计中的三维动画机械设计中的三维动画能够有效的将机械的各个部分以及各个零件的运动关系，通过电脑真实的、客观的表现出来，使其能够从整体上把握机械设计，还能较快发现机械在细微之处存在的不足，并加以更正，避免了生产出产品后再进行更正，节省了大量的原料和时间，提高了生产效率。在机械设计中运用的三维动画，要掌握相关的软件，电脑系统配置要高，要满足软件的运行。在机械设计中的三维动画的创造是有步骤，分过程进行的，一般而言主要分为三个部分:第一，动画编导。它是机械设计的一个前期的准备工作。首先，设计人员对产品进行大致的一个三维模拟，将回路中的线路设计成场景，展示产品流程原理。其次，最重要的，单个的装置可以按照准备好的路径运行，在电脑上面放大检测，观察其运行情况。最后，合理的配置相关的配件，掌握好它们之间的工作原理，使整个流程更加的快速、顺畅。动画编导需要掌握相应的知识和技术，能够灵活的运用软件设备，有效的减少机械设计中的错误和偏差，提高机械设计的合理性。第二，资料收集。资料收集的途径有很多种，如:网上查阅、图书馆等。主要收集的都是机械设计相关的内容和设备，如:收集路径、机械设备，基本流程、三维几何尺寸等。提高机械设计的效率。第三，建立模型。一般而言建立模型也分为设计水平不高的产品和设计难度系数大的产品。前者建立模型的方法有很多种，并且都简单易操作。但是对于后者模型的建立就必须贴近原产品，模型建立难度大、时间长。下面主要就设计难度大的产品模型建立提出集中方法:第一种方法:创建实体模型，通过微调相关的比例修改产品尺寸，准确的把握好尺寸大小，抓住关键点建立基础模型。第二种方法:通过函数程序在客户端应用程序中创建对象，然后再分别创建一些子对象，最后通过这些子对象来完成实体的构建和编辑。编辑完成后再保存结果与原模型进行对比。在创建子对象以及对于实体的构建和编辑都可以通过软件内部的宏功能轻松的实现。这种方法相对比较省时省力，适合创建一些结构单一、建模步骤较多的零部件。但是如果所需要创建的模型需要很多宏的时候，就比较容易出现差错。

三、数字艺术设计中三维动画设计过程

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0 引言

随着我国电力工业和电力系统的快速发展，对发电厂、变电站的安全、经济运行要求越来越高。另外，因电子、计算机和通信系统的快速发展，也使得发电厂、变电站监控系统的自动化水平不断提高。微机继电保护和安全自动装置也成为了电网安全稳定运行和可靠供电的重要保障。

1 继电保护发展现状

上世纪60年代到80年代是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kV线路上,结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。在20世纪70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产和应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。免费论文，维护。我国从20世纪70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全且工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。

2继电保护的维护管理

2.1 微机保护装置要采取电磁干扰防护措施

变电站改造中，电磁型保护更换成微机型保护时，必须采取防电磁干扰的技术措施，即严格执行微机保护装置的安装条件，安装带有屏蔽层的电缆，而且两端的屏蔽层必须接地。防止由于线路较长，一端接地时，另一端会由于电磁干扰产生电压、电流，造成微机保护的拒动或误动。为减少保护装置故障和错误出现的几率，微机保护装置必须优化设计、合理制造工艺以及元、器件的高质量。同时还要采用屏蔽和隔离等技术来保证装置的可靠性，从而提高抗干扰的能力。

2.2 微机保护装置的接地要严格按规定执行

微机保护装置内部是电子电路，容易受到强电场、强磁场的十扰，外壳的接地屏蔽有利于改善微机保护装置的运行环境；微机保护提高可靠性，应以抑制干扰源、阻塞耦合通道、提高敏感回路抗干扰能力入手，并运用自动检测技术及容错设计来保证微机保护装置的可靠性；容错即容忍错误，即使出现局部错误也不会导致保护装置的误动或拒动。免费论文，维护。容错设计则是利用冗余的设备在线运行，以保证保护装置的不间断运行。采用容错技术设计是为了换取常规设计所不能得到的高可靠性，确保微机保护装置的可靠运行。

2.3 防误措施

微机保护的一些定值设定以及重要参数修改在硬件设计上设置操作锁，操作时必须正确输入操作员的密码和监护人的密码时，方可进行正常操作，并将操作人和监护人的姓名等信息予以记录和保存。

2.4 继电保护装置的日常维护

（1）当班运行人员定时对继电保护装里进行巡视和检查，对运行情况要做好运行记录。

（2）建立岗位责任制，做到人人有岗，每岗有人。

（3）做好继电保护装置的清扫工作。清扫工作必须由两人进行，防止误碰运行设备，注惫与带电设备保持安全距离，避免人身触电和造成二次回路短路、接地事故。

（4）对微机保护的电流、电压采样值每周记录一次。

（5）每月对微机保护的打印机进行检查并打印。免费论文，维护。

3 继电保护故障处理要点

继电保护工作是一项技术性很强的工作。如果只想学会对设备的调试并不难,只要经过一段时间的培训,按照调试大纲依次进行就可实现。而一旦出现异常现象,想处理它并非易事。它要求工作人员有扎实的理论基础,更要有解决处理故障的有效方法。一个合适的方法,在工作中能帮你少走弯路,提高效率。可以说继电保护技术性很大程度上体现在故障处理的能力上。因此,如何用最快最有效的方法去处理故障,体现技术水平,成为广大继电保护工作者所共同要探讨的课题。下面是常用的几种故障处理方法。

3.1 直观法

处理一些无法用仪器逐点测试,或某一插件故障一时无备品更换,而又想将故障排除的情况。比如10KV开关柜分或拒合故障处理。在操作命令下发后,观察到合闸接触器或跳闸线圈能动作,说明电气回路正常,故障存在机构内部。到现场如直接观察到继电器内部明显发黄,或哪个元器件发出浓烈的焦味等便可快速确认故障所在,更换损坏的元件即可。

3.2 掉换法

用好的或认为正常的相同元件代替怀疑的或认为有故障的元件,来判断它的好坏,可快速地缩小查找故障范围。免费论文，维护。这是处理综合自动化保护装置内部故障最常用方法。当一些微机保护故障,或一些内部回路复杂的单元继电器,可用附近备用或暂时处于检修的插件、继电器取代它。如故障消失,说明故障在换下来的元件内,否则还得继续在其它地方查故障。

如一条110 kV旁路L FP-941A微机保护运行指示灯忽闪忽灭,并不打印任何故障报告,很难判断为何故障。正好附近有备用间隔,取各插件相应对换,查出故障在CPU插件上。用此项方法,要特别注意插件内的跳线、程序及定值芯片是否一样,确认无误方可掉换,并根据情况模拟传动。

3.3 逐项拆除法

将并联在一起的二次回路顺序脱开，然后再依次放回，一旦故障出现，就表明故障存在哪路。再在这一路内用同样方法查找更小的分支路，直至找到故障点。此法主要用于查直流接地，交流电源熔丝放不上等故障。如直流接地故障。先通过拉路法，根据负荷的重要性，分别短时拉开直流屏所供直流负荷各回路，切断时间不得超过3秒，当切除某一回路故障消失，则说明故障就在该回路之内，再进一步运用拉路法，确定故障所在支路。再将接地支路的电源端端子分别拆开，直至查到故障点。如电压互感器二次熔丝熔断，回路存在短路故障，或二次交流电压互串等，可从电压互感器二次短路相的总引出处将端子分离，此时故障消除。免费论文，维护。然后逐个恢复，直至故障出现，再分支路依次排查。如整套装置的保护熔丝熔断或电源空气开关合不上，则可通过各块插件的拔插排查，并结合观察熔丝熔断情况变化来缩小故障范围。免费论文，维护。

4 结语

继电保护是电力系统安全正常运行的重要保障，目前已经得到了广泛的应用，随着科学技术的不断进步，继电保护技术日益呈现出向微机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展的趋势。

参考文献：

[1]罗钰玲.电力系统微机继电保护[M].北京:人民邮电出版社.

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从培养具有创新能力的应用型人才目标出发，根据“电力电子技术”课程的特点，建立起如图1所示的“电力电子技术”课程实践教学体系。实践教学体系以培养学生的创新能力和实践能力为核心，涵盖课程实验、课程设计、学生科研、教师科研四个方面。在培养体系中，课程实验是基础阶段，课程设计是提高阶段，学生科研和教师科研是升华阶段。下面对体系的四个组成部分予以分别介绍。

1“.电力电子技术”课程实验

课程实验是整个体系的基础阶段，是培养学生创新能力和实践能力的最起码的条件。课程实验包括验证性实验、设计性实验和研究性实验，主要是锻炼学生应用所学的电力电子理论知识验证电力电子主电路、触发电路与控制电路的工作原理、综合应用电力电子技术设计、电力电子电路等方面的能力，使学生具备初步的电力电子技术实验能力。为了更好地锻炼学生的创新能力和实践能力，我们采取的措施一是在实验项目中增加设计性实验项目的比例，使其达到50%，二是大胆尝试研究性实验教学方法。研究性实验教学根据“电力电子技术”课程教学大纲要求，根据课程实验课时要求，让学生完成规定的研究性实验项目。研究性实验项目跟一般的验证性实验项目相比有着本质的区别，着重锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，达到培养学生创新能力和实践能力的目的。研究性实验项目可以单独完成，也可以和其他学生组成小组共同完成。完成后必须撰写实验研究报告并答辩。

2“.电力电子技术”课程设计

课程设计是实践教学体系的提高阶段，主要是锻炼学生在课程实验的基础上综合应用所学的电力电子技术设计某种实际的电力电子应用电路（电力电子装置）或驱动电路、控制电路。设计内容包括电路拓扑结构的选择、功率开关器件的选型与参数计算、控制电路设计、驱动电路设计和保护电路设计等，为将来从事电力电子装置的研究和开发奠定基础。根据需要，我们给学生课程设计的题目也基本上归纳为主电路（含整流电路、斩波电路、交流电力控制与交变频电路、逆变电路）设计及器件选型与参数计算、PWM控制电路设计、驱动电路设计和保护电路设计，同时要求学生能熟练应用PSIM和MATLAB等仿真软件对所设计的电力电子主电路、控制电路和保护电路进行仿真分析。通过课程设计让学生具备“方案论证—理论分析—仿真分析—参数计算—器件选型—实验验证”的电力电子装置设计能力。

3“.电力电子技术”学生科研

学生科研就是积极鼓励学生申报电力电子技术类科研课题，带着问题去学习、去探索，锻炼学生的文献查阅能力、应用电力电子技术解决实际问题的能力等，从理论和实践两个方面全面提升学生的实践能力和创新能力。学生科研的主要途径就是申报各级各类大学生科研项目，如湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目、邵阳学院学生科研项目等。我们鼓励并资助大学生开展研究性学习和创新性实验计划项目，从项目的实施与管理、资助条件与项目申报、项目结题与奖励等几个方面对大学生申报项目进行管理。到目前为止，电气工程及其自动化专业学生已获得湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目4项、获得校级大学生科研立项项目2项。这些项目均以电力电子装置的设计与实验为研究内容。通过这些项目的研究，学生发表学术论文8篇、获得软件著作权3项。

4“.电力电子技术”教师科研

除了学生自己申报各级大学生研究性学习和创新性实验计划项目外，同时积极引导学生参与教师与电力电子技术相关的科研课题，进一步培养学生的创新意识和创新能力。在锻炼创新能力和实践动手能力的过程当中，要结合学生具体的研究课题进行专题培训。主要是让学生通过阅读相关专著、文献等掌握所研究课题的发展情况及最新进展。目前，学生已经参与到湖南省自然科学基金项目“基于VSI-SPWM结构的综合电能质量调节器关键技术研究”、湖南省教育厅优秀青年项目“基于并联补偿的配电网电能质量控制技术研究”等多项电力电子研究课题当中，学生的毕业设计课题、申报的科研项目也大都与教师的科研课题相关。

二、“电力电子技术”课程实践教学体系的成效

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一、工业以太网概述

以太网（Ethernet）出现于1975年，1982 年成为IEEE 802.3 标准的第一版本。1990年2月，该标准正式成为ISO/IEC 8802.3国际标准。进入21 世纪以来，以太网技术开始应用于工业自动化控制网络。工业以太网交换机是在商用以太网交换机（IEC 8802.3 标准）的基础上研制而成的，适应不同工业控制系统的功能和性能需求，适应各种恶劣环境的高可靠性数据交换设备。

2007 年12 月，IEC 出版了IEC 61158 现场总线第四版国际标准，包括EPA实时以太网在内的9 种类型的工业以太网进入新版标准。它标志着工业以太网技术成为与现场总线技术并列的工业自动化控制系统网络通信解决方案。由于以太网技术标准开放性好，应用广泛，使用透明、统一的通讯协议，以太网将成为工业控制领域唯一的统一通信标准。工业以太网为机器与机器之间的数据通信提供了统一的网络平台，是未来物联网的重要网络基础。工业以太网与商业以太网都符合OSI 模型，但针对工业控制实时性、高可靠性的要求，工业以太网在链路层、网络层增加了不同的功能模块，在物理层增加了电磁兼容性设计，解决了通信实时性、网络安全性、抗强电磁干扰等技术问题。目前工业以太网已逐步应用于电力、交通、冶金、煤炭、石油化工等工业领域中。

二、工业以太网技术应用在教学中的意义

结合我院实际情况，面向轻工行业中的印刷、包装、纺织、塑料等行业的生产现场自动控制，工业以太网仿真教学系统的研究在我系的多个自动化类专业的实际教学中具有很高的应用价值。并且这一领域的知识具有广阔的应用前景，对于学生将来在行业内部就业具有很强的实用意义。作为新兴产业，全球工业以太网行业目前正处于产业发展的导入期，最近十年的增长速度远高于互联网和现场总线的增长速度。

我们选择工业以太网技术来实现教学仿真系统主要是考虑到工业自动控制系统的网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内部的连接越来越高速化与紧密化，集中控制系统已经不能满足要求。系统细分成了独立的控制孤岛，因此对驱动器和用户接口的需求越来越多。分布式实时控制的前提及其确定性的概念是一种网络技术，其性能至少要高于现行的现场总线。传统的PLC技术不能满足这一要求。在所有的网络技术中，以太网技术是至今最理想的选择，它具有以下特点：

（1）高传输速率，目前到1000MB/s;

（2）高传输安全性和可靠性，集线器技术的确定性:

（3）几乎不需考虑网络的拓扑结构;

（4）传输物理介质:双绞线、光纤、同轴电缆;

（5）集线器的应用可不需考虑网络的扩展;

（6）建立一种标准:一个新的工控总线标准;

（7）与IT连接，“世界标准”的TCP/IP技术的应用;

（8）在整个网络中的随机网络存取技术;

（9）低成本高性能面向未来的开发;

三、POWERLINK成为中国工业以太网推荐性标准

2012年3月7日，国家工业标准委员会工业二部孙维女士宣布《以太网POWERLINK通信行规规范》获批成为中国国家推荐性标准，标准号GB/T-27960，这意味着POWERLINK这一全球范围广泛使用的实时通信技术得到了中国官方的认同和支持，并在全国范围内推荐使用。

POWERLINK通讯技术于2001年由贝加莱公司研发并推向市场，同年成立EPSG(Ethernet POWERLINK Standardization Group)联盟，如今POWERLINK已经成为国际标准（IEC61158和IEC61784-2），并满足工业安全标准IEC61508。全球已有240个机械制造商正在使用POWERLINK技术。

POWERLINK是一个严格且具有确定性的实时通讯软件协议，它完全建立在以太网硬件基础上，现在可实现波特率为1Gbits/s的安全通讯速率。POWERLINK不仅支持PLC，I/O以及运动控制数据的循环通信，同时也支持实时网络节点间的非同步通信，并且专门为这一目的预留有部分网络带宽。

四、基于POWERLINK的工业以太网仿真教学系统从站功能分析

工业以太网仿真教学系统从站是一种处于控制系统最底层的设备,需要有信息输入模块，如模拟量传感器或者是数字量IO输入，还需要有像继电器和机械开关这样的执行机构。但在本设计中由于只是实现POWERLINK网络的正常连接和通讯，所以没有必要花费更多的物力和人力在执行机构上。

仿真教学系统从站设计上主要需要一个主控芯片完成POWERLINK通讯协议，以及控制执行机构以实现POWERLINK主站下发的指令。在主芯片需要一个SRAM芯片做内存之用，以便处理器在处理网络协议的时候可以缓存网络数据。FLASH芯片用于存储部分掉电不能丢失的数据，如主站给从站下发的参数设置，以及一些系统信息等，以便在某个从站出现问题时能在不停掉整个系统的情况下，对其进行及时的更换。作为工业以太网从站，这里需要一个100M/s PHY芯片做网络通讯。最后还需要8个LED灯，以便学生在使用此仿真教学系统做实验的时候，通过眼睛能观察到从站对主站命令的执行情况。

五、从站硬件系统整体结构

硬件原理图的设计上，主要以满足从站设计要求为主，由于设计初衷是选择在FPGA内部放置一个Nios II内核作为核心CPU，对于Nios II CPU来讲需要外挂一片FLASH和SRAM就能作为最小系统工作起来了。所以，器件的设计上不必配备像DDR2这种高速的且必须用FPGA的专用管脚去连接的芯片。系统整体原理框图如图1所示。

图1 仿真教学系统从站原理框图

六、小结

本论文提出并实现了POWERLINK智能从站的硬件设计方案。本文基于Ethernet POWERLINK技术设计出以FPGA（现场可编程门阵列）为基础的POWERLINK智能从站仿真系统，目的是开发出一套对现有的POWERLINK技术平台进行虚拟化仿真教学的系统，以适应高职教育的特点。在教学中，学生可以通过该系统对POWERLINK技术有更加直观的认识和了解。

截至目前，由于时间与技术等诸多因素的限制，本文对基于POWERLINK的工业以太网仿真教学系统的研究工作还只是处于初级阶段。接下来我们要做的是，从站的器件选型、从站的重要器件原理设计、从站软件设计等方面的工作。

参考文献：

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1引言

EDA是（ElectronicDesignAutomation）的缩写即电子设计自动化。EDA的关键技术之一就是IP核（IntellectualProperty)。IP核是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，具有可移植性，并具有很高的通用性和灵活性，可以通过软件编程完成用户需要的，不同的，特定的功能，可以任意使用在各种嵌入式微控制系统中。嵌入式IP核的应用，大幅降低了设计成本，缩短了设计周期，成为当今SOC的重要设计手段。在EDA技术和开发中占有重要的地位。

2系统介绍

本文的设计工具是Altera公司的QuartusII，用VHDL语言进行描述，采用自顶向下的设计原则。MC8051IPCore顶层结构图如图1所示，图1中指示了mc8051_core的顶层结构以及与三个存储模块的连接关系，同时显示了顶层的输入输出I/O口。定时器/计数器和串行接口单元对应于图1中的mc8051_tmrctr和mc8051_siu模块，数量是可选择的，在图中用虚线表示。MC8051IPCore核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块不包括于核心内，处于设计的顶层，方便于不同的应用设计及仿真。

图1MC8051IPCore顶层结构图

3系统实现

3.1可编程时间间隔定时/计数器8254的设计

任何微型计算机系统中都存在定时控制问题，可编程时间间隔定时/计数器8254的设计是在使用软件控制下的精确时间延迟，这样可以解决定时控制问题。内部结构如图2所示。

图28254内部结构图

3.28259的设计

分析8259A的功能和内部结构可知，本单元应分成五个部分三个模块来实现，模块层次关系如图3所示：

图38259层次关系图

各模块的主要功能如下：

数据缓冲模块：对8259A数据缓冲和暂存。

读写控制模块：负责8259A的所有初始化工作及读写操作。

中断请求模块：负责中断询求、中断信号的产生及判优。

中断控制模块：完成中断应答功能，中断向量的生成，级联选通，主从功能设置等这一系列功能。

优先级控制模块：设定实现不同的优先级判别方式。

3.3MCS-51IP核的设计

按照自顶向下的设计原则，整个系统分为：控制模块、定时/计数模块、算术逻辑模块ALU、串行通信模块四个功能模块，而RAM和ROM在使用时，只根据需要进行定制。系统核心由定时器/计数器、ALU、串行接口和控制单元各模块组成。ROM和RAM模块为方便各种应用设计和仿真，处于设计的顶层。在本设计中控制单元主要完成操作指令译码、时序逻辑控制、中断响应优先顺序处理和微操作控制等功能。它分为中断的响应及指令的译码子模块和微操作控制模块两个子模块。其中，ontrol_fsm模块产生各指令的控制信号并主要实现MCS-51中断的响应，ontrol_fsm模块产生微操作信号的具体操作过程，控制RAM存储器的读写地址及数据传输、PC寄存器的赋值、串口与定时器的中断信号处理、中断的查询、SFR的读写等功能。在定时/计数器单元，本设计能保证计数速率为1/12个振荡器频率。计数脉冲在选择计数器工作模式时在来自相应的外部输入引脚T0或Tl。对外部输入信号的占空比这一电平至少要保持一个机器周期，因为必须确保某一给定的电平在变化之前至少被采样一次。算术逻辑运算模块设计调试以优化后综合后产生的模块符号图如图4所示，该工程项目文件可在其它逻辑电路设计中直接调用。

图4ALU模块符号图

通过前面的模块设计和综合后生成MSC-51单片机系统，如图5所示：

图5mc8051最终图形

4．结束语

EDA技术近年来发展速度令人惊奇，它作为当下电子设计技术的核心，被广泛的应用在电子系统设计中。

本文创新点：1.采用完全同步设计，即整个SOC系统都是在统一工作时钟的协调下工作的。内部采用锁相环进行分频得到其它工作频率。2.指令集和标准8051微控制器完全兼容。3.优化的CPU时序使得完成一条指令最多只需1~4个时钟周期，执行性能优于标准8051微控制器8倍左右，提高其运算速度。4.用户可选择定时器/计数器、串行接口单元的数量。5.新增了特殊功能寄存器用于选择不同的定时器/计数器、串行接口单元。6.可选择是否使用乘法器（乘法指令MUL）。7.可选择是否使用除法器（除法指令DIV）。8.可选择是否使用十进制调整功能（十进制调整指令DA）。9.I/O口不复用。10.内部带256BytesRAM。11.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。12.最多可扩展至64Kbytes的ROM和64Kbytes的RAM。

参考文献

1 唐颖.EDA技术与单片机系统[J].现代电子技术,2002,11(3):31-32.

2 谭会生,张昌凡.EDA技术及应用[M],西安:西安电子科技大学出版社,2004.4:15-18.

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当前在变电所自动化领域中，智能化电气设备的发展，特别是智能开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，变电所自动化技术即将进入数字化新阶段。科学技术的发展是没有止境的，随着智能开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电所运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电所自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电所自动化系统在不远的将来将成为现实。

一、变电所自动化系统的特点

(一)一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换句话说，变电所二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序所代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤替代。

(二)变电所内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

(三)变电所运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化;数据信息分层化、分流交换自动化;变电所运行发生故障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见;系统能自动发出变电所设备检修报告，即常规的变电所设备“定期检修”改变为“状态检修”。

二、变电所自动化系统的结构

在高压或超高压变电所中，保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元，如A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等将割列出来作为智能化一次设备的一部分。反言之，智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、测控等装置的I/O部分;而在中低压变电所则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电所机电一体化设计。

数字化变电所自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备;在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC6185A通信协议草案定义，这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“所控层”。

1、过程层:该层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类:(1)电力运行实时的电气量检测;(2)运行设备的状态参数检测;(3)操作控制执行与驱动。

(1)电力运行的实时电气量检测。

它是与传统的功能一样，主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代;采集传统模拟量被直接采集数字量所取代，这样做的优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好，开关装置实现了小型化、紧凑化。

(2)运行设备的状态参数在线检测与统计。

变电所需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以和工作状态等数据。

(3)操作控制的执行与驱动。

操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的，即按上层控制指令而动作，比如接到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切命令、对断路器的遥控开合命令等。在执行控制命令时具有智能性，能判别命令的真伪及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路器定相合闸，选相分闸，在选定的相角下实现断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。例如对真空开关的同步操作要求能做到开关触头在零电压时关合，在零电流时分断等。

2、间隔层:其主要功能是:(1)汇总本间隔过程层实时数据信息;(2)实施对一次设备保护控制功能;(3)实施本间隔操作闭锁功能;(4)实施操作同期及其他控制功能;(5)对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制;(6)承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及所控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。

3、所控层:其主要任务是:(1)通过两级高速网络汇总全所的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库;(2)按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心;(3)接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行;(4)具有在线可编程的全所操作闭锁控制功能;(5)具有所内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能;(6)具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能;(7)具有变电所故障自动分析和操作培训功能。

三、变电所自动化系统中的网络选型

网络系统是数字化变电所自动化系统的命脉，它的可靠性与信息传输的快速性决定了系统的可用性。常规变电所自动化系统中单套保护装置的信息采集与保护算法的运行一般是在同一个CPU控制下进行的，使得同步采样、A/D转换，运算、输出控制命令整个流程快速，简捷，而全数字化的系统中信息的采样、保护算法与控制命令的形成是由网络上多个CPU协同完成的，如何控制好采样的同步和保护命令的快速输出是一个复杂问题，其最基本的条件是网络的适应性，关键技术是网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定。

如果采用通常的现场总线技术可能不能胜任数字化变电所自动化的技术要求。目前互联网异军突起，已经进入工业自动化过程控制领域，固化OSI七层协议，速率达到100MHz的嵌入式以太网控制与接口芯片已大量出现，数字化变电所自动化系统的两级网络全部采用100MHz以太网技术是可行的。(注:OSI模型，即开放式通信系统互联参考模型(Open System Interconnection Reference Model)，是国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架，简称OSI。)

四、变电所自动化系统发展中的主要问题

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1引言

地铁的供电系统为地铁运营提供电能。无论地铁列车还是地铁中的辅助设施都依赖电能。地铁供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

地铁全面采用变电站自动化设计，由于变电站数量多、设备多，在加上其完善的综合功能，信息交换量大，而且要求信息传输速度快和准确无误。在变电站综合自动化系统中，监控系统至关重要，是确保整个系统可靠运行的关键。

变电站自动化系统，经过几代的发展，已经进入了分散式控制系统时代。遥测、遥信、遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过通讯系统送至后台计算机系统。变电站自动化的综合功能均由后台计算机系统承担。

将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统。它取消了传统的控制屏台、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。

2地铁变电站自动化系统组成

在本地铁变电站自动化系统设计中，采用分层分布式功能分割方案。系统纵向分三层，即变电站管理层、网络通讯层和间隔设备层。分层式设计有利于系统功能的划分，结构清晰明了。系统采用集中管理、分散布置的模式，各下位监控单元安装于各开关柜内，上位监控单元通过所内通信网络对其进行监视控制。变电站自动化系统需要对35kV交流微机保护测控装置、直流1500kV牵引系统微机保护测控装置、380/220V监测装置、变压器及整流器的温控装置、直流/交流电源屏等设备进行监控和数据采集。

由于可编程序控制器技术经过几十年的发展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，己被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现地铁变电站自动化的RTU功能，能够很好地满足“三遥”的要求。本系统采用了ModiconQuantum系列PLC，来实现变电站自动化的RTU功能。Quantum具有模块化，可扩展的体系结构，用于工业和制造过程实时控制。对应于变电站的电压等级和点数的多少，可以选用大、中、小型不同容盈的PLC产品。

随着当地保护装置功能的日益强大，可以通过与保护装置的通讯来实现遥控和遥信功能。一些特殊要求的情况下，采用DI,DO,AI模块来实现遥控和遥信。使用PLC的DI模块来实现遥信、用PLC的DO模块来实现遥控、用PLC的AI模块来实现遥测、用PLC的通信功来完成与微机保护单元的通讯。利用PLC的各种模块可以很方便的实现“三遥”基本功能。

3地铁变电站自动化系统设计

3.1系统结构

变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器，主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参数和软件的RAM和FLASHMEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。

电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。通讯模块采用Modbus+通讯模块。系统结构如图1所示:

间隔层的微机保护装置经过RS一485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到主监控单元PLC。

系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过MB十网络与PLC建立网络通讯，同时在中央信号屏中还配有可编程网桥NW一BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS一485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC一60870-7-101与中央控制中心通讯。

系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS一422接口采用IEC60870-5-101国际标准规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，提高系统的可靠性。

配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时，液晶显示报警装置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息，并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择，必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。

“就地一远方”控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有“就地一远方”切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。

系统的电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。

3.2开放式、宜扩展性设计

可以与满足相应标准规约(profibus,spabus,modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。

网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus+等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和可靠性。

3.3软件设计

PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有RTU功能，PLC采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进行通讯。通过Modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用了Quantum系列PLC配套的con-cept编程软件中的FBD方式，进行了PLC的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。

如图2所示的遥控功能的组态。通过使用合适的功能块的组合，可以实现你所要的功能。其中的功能块有concept软件的FFBlibarary提供的标准功能块，也可以自己定义，自己独特的功能块。

遥信的实现，有两种方式。一种是通讯方式，当变电站设备发生变位时，通过PLC与智能保护装置的通讯，读取变位的信息到PLC中，并将其上送给控制中心。另一种为D工模块方式，通过连接设备的位置继电器，PLC的DI模块能够感知设备的变位信息。

遥测的实现也包含两种方式。一种是通讯方式，PLC通过与智能保护装置的通讯，实时获取保护装置采集的遥测量信息，相当于由保护装置完成现场级的采集功能。另一种为AI模块方式，由PLC自己来完成现场的遥测量采集，并将采集到的数据存放在RAM中。网桥将RAM中的遥测量信息，作为二级数据，实时的与控制中心进行通讯。

网桥中的报文接收分析程序分析控制中心传来的报文，如果分析认为其是遥控报文，对其进行报文解析，将获取的遥控对象信息写入PLC，由PLC程序与智能保护装置通讯，来完成遥控功能。

3.4系统功能及特点

变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。

变电站自动化系统的特点:

(1)完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，提高系统运行可靠性。

(2)开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。

(3)监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。

(4)取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。

(5)简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。

(6)对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。

4结束语

在实际运行中，网桥与控制中心的双通道设计，给运营和检修带来了很大的便利。因为是软件自动切换，克服了进口系统手动切换通道的缺点，通道的状态由软件来判断，大大提高了发现问题的及时性。双通道同时出现故障的概率并不是很高，实际运营中有在备用通道长时间运行的情况，这样就给检修人员预留了充足的时间来检查问题。

PLC硬件由于应用工业级可靠性设计，因此实际运行中非常可靠，绝少出现死机的情况，可靠性远高于采用windows操作系统的通用计算机，很好的满足了供电监控的要求。从交付使用到现在PLC还没有出现过硬件故障，凸显了PLC对地铁的潮湿、高温环境的适应性。模块化的设计也使的系统的检修和更换更为便捷。

需要更改进的方面，就是对通信的改进。由于设计中没有采用光纤通讯模块，各设备对由绝缘检修和线缆破损窜进来的高压电，不能非常有效的隔离，会造成设备的高压击穿，造成不必要的损失，计划在今后的设计中对于高电压的隔离方面加以改进，就可以很好的避免这种问题。

参考文献

[1]施耐德.ModiconTsxQuantum硬件手册，1998

[2]黄益庄.变电站综合自动化技术.北京:中国电力出版社，2000,1(2):41-43

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中图分类号：X816 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0236-02

全国高速铁路建设全面铺开，铁路供电设备不断更新，随着科学技术的进步，自动化与网络技术促使铁路供电系统更加的完善，在保证工作效率和供电质量的前提下不断降低生产成本，增加各项功能和提高工作效率。我国部分大型供电企业已经实施应用配电网络自动化系统，以下主要阐述铁路供电系统的特点，配电自动化的方式和实际应用。

一、 铁路供电系统的特点

铁路供电系统的改进和完善显然相对于其他供电系统有着更为严格的要求，为了保证列车在运行过程中不间断供电的可靠要求，其结构和功能发生变动，主要体现在三个方面。

1 低电压

我国铁路工程一直受到国家的重视，为了保证铁路列车的正常运转，建立专项铁路供电系统，直接为铁路工程服务，因此该供电系统针对铁路的供电需求具有很强的针对性，哈尔滨铁路局牡丹江―绥芬河电气化铁路2015年即将投入使用。根据调查可知，铁路工程一般使用无人值守箱式配电所，例如10KV配电所，当然也有少部分的高压配电所，例如66KV变电所。由于供电对象的针对化和配电要求的单一化决定该供电系统结构的简单化，有利于制定供电系统的标准化和自动化程序的设置。

2 接线形式简单

铁路供电系统的接线形式根据配电所单一的特性也较为简单，沿着铁路的走向成简单网状结构，将配电所、变电站和中转站基本均匀分配，并将其相互连接。其连接的形式也并不复杂，主要成两种形式，一种是自闭线，该连接方式主要为闭塞信息区间提供电源；另一种是贯通线，该连接方式主要是相邻区间、部门和其它配电设施的连接。在供电系统中这两类连接方式仅仅属于一、二、三级负荷，在实际连接中为了实现铁路供电系统不间断的供电需求，根据世界情况两种接法经常被采用。相对于其他领域的供电系统，该接线形式十分简单，从而降低配电系统的总成本，提高供电的可靠性。其接线形式如图1所示。

3 不间断、高稳定和安全的供电要求

铁路工程的特殊性决定该供电系统需要满足不间断、高稳定和安全的供电要求，相对的电压、配电所和接线形式就没有更高的要求，起重点放在供电的稳定性和安全性方面。从理论角度分析，其供电系统中断的时间不能超过150ms，会造成电区间的信息中断，发出警告信号，很大程度降低铁路运转的安全系数，因此铁路供电系统的自动化形式更为重要，降低信息中断的概率，从而增加供电系统的稳定性和安全性，并保证铁路的正常运输。

二、 配电自动化的方式

1 分布式

分布式控制是指利用自动化技术和网络技术设计铁路供电系统各个分站之间的相互配合，共同组建铁路供电系统的控制中心，其终端具有自主排除故障和隔离的功能，相互之间是独立的个体，但是又受到终端的控制，该控制方式当分站过多时其配合度和工作效率必然会有所影响；该方式的分段器有电压时间型和电流计数型两种，都具有重合功能，但是存在故障处理效率低，需要改变变电站的出线保护定值和重合闸的方式和各个分站配合度的问题，因此该控制方式不适于用在对于供电可靠性较高的场所。分布式配电网自动化系统如图2所示。

2 集中式

集中式控制是指配电终端FTU采集子站故障信息上传到配电主站进行分析，从而制定故障隔离和处理的方案，并由终端进行处理。一般经过配电终端、子站和主站三个层面，配电终端负责故障分析和相关数据信息上传；配电子站负责该区域内的故障处理和控制；配电主站负责铁路供电系统的管理和优化。主站是集中式的核心部位，该层面负责故障处理系统的不断优化，从而提升故障处理的能力和效率。

集中式相对于分布式的效率高、稳定性高，并且高级程序的设置可以实现多重或复杂的故障的处理，相对应的集中式控制方式对于通信技术和网络技术有着很高的要求，需要高配置的主站系统来支持更为复杂的故障分析和处理能力，在铁路供电系统中是以水电段为核心进行运转的固定系统，为了降低系统建立的成本，可以降低供电系统中子系统的配置，将重点放在主站的建立方面，增加主站对于全网配电自动化的控制能力。从经济的角度和铁路供电系统结构的简单化考虑，建立基本的集中式控制体系，从而实现铁路配电系统的自动化。集中式供配电方式的网络通信结构如图3所示：

三、配电自动化的实践应用

1 系统设计与构成

配电自动化系统的而建立分为硬件系统和软件系统。硬件系统包括服务器、移动工作站、打印机、调度员工作站、网关工作站、前置机、通讯柜组成，为了保证铁路供电系统的稳定性和安全性我们在建站期间对服务器设置第二台机器作为备用机；若是由于经济的限制可以选择将服务器和调度员工作站共用一台机器。软件系统包括CSDA2000配电自动化系统，从而实现FA功能，建立高级应用软件PAS，PAS模块由实现运行监控、安全性和经济性分析等功能。根据铁路供电系统低电压、接线形式简单和稳定、安全高标准的特点，建立网络拓扑、故障分析和检测、隔离与处理等功能的模块，实现自动一体化；智能控制器CSF100和开关相结合实现故障信息采集、上传下达、开关在线监控等功能，从而实现配电自动化。配电网自动化系统硬件设计结构如图4所示：

2 通信系统设计

铁路供电系统的通信设备较为简陋，一般使用铁路系统公共通信设备，因此很容易受到客观因素的制约，经常由于通讯效率的低下，导致故障处理时间的延误，降低铁路供电系统的工作效率，因此需要完善改进铁路供电系统的通信渠道，同时设计其他备用的通讯渠道，例如建立通讯效率高、可靠性高、扩展性能强的先进通信光缆光缆通信渠道。

通讯渠道需在智能一体化的前提下改进，为了保证铁路供电系统故障等信息上传下达，增加通讯处理机CSF200设备，实现CDT规约与正C870-5-101之间的转换和通信专用渠道，从而提升铁路供电系统信息的传输能力，满足配电自动化系统的通信需求。

3 故障试验设计

为了保证配电自动化的各项功能在铁路供电系统的实现，设计故障实验，正常的主要流程为：供电系统发生故障，贯通线路保护速断动作，重合失败，保护故障信息向上传输到达主站，启动故障处理模块对故障信息进行分析、隔离和处理，保证整个流程在三个小时内完成。其故障隔离设计实验如图5所示：

4 绿色环保的设计

铁路供电系统尽可能选择少油或无油的设备，及时不可避免使用污染源油也要建立挡油池和储油池，降低污染源的排放；配电所的选址尽可能远离居民区，减轻污染物货物电磁对人类的危害；建立之初应选有带有底板、横卧板混凝土直埋式基础，增加支柱的强度，降低其变形带来的铁路供电系统的故障概率等。

结束语

综上所述，铁路供电系统的自动化系统仍然存在很多不足的地方需要不断改进和完善。该系统的配电自动化可以借鉴我国电力和水力自动化系统的发展经验和相关技术应用，增加系统的一体化和智能化，并结合铁路供电系统的特点提升铁路供电系统的运行、故障处理能力、保护环境能力和综合管理水平。在实践中不断发现问题和解决问题，促进我国铁路供电系统的配电自动化。

参考文献

[1] 周奉聚.浅析铁路供电系统工程中配电自动化应用分析[J].机电信息.2011（12）.

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关键词：通用技术；融入；现实生活；事例；效果