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航空机电工程论文范文1
论文摘要 针对传统的机电一体化类课程在教学过程中重理论轻实践的现状，本论文对高等院校机电一体化类课程实践教学进行了探讨与研究，分析了我国高等院校当前机电一体化类课程教学现状，并指出了其原因，在此基础上重点探讨了高等院校机电一体化类课程实践教学的改革策略与教学方法，从充实实践教学内容和教学手段、改革实践教学考核方式及加强实践设备及基地建设三个方面详细论述了机电一体化类课程的专业实践教学方法的改革，对于进一步提高我国高等院校机电一体化类课程的专业实践教学水平和教学效果具有较好的指导和借鉴意义。
0 引言
“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”，它是取Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电子学）的后半部分拼合而成的。由于机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，其发展依赖于其他相关技术的发展，因此很多高校都开展了机电一体化这门课程的课堂教学。机电一体化是一门综合性实践性很强的课程，涉及知识面广、容量大，这门课的教与学都不容易。
传统的教学方法都是按照机电一体化系统的功能结构构成，将机电一体化系统分为若干个功能结构模块，逐一进行讲解，例如分别讲解机械本体功能模块，传感检测功能模块，中央控制功能模块等等，这样的教学方法易于学生理解，但是在无形中割裂了机电一体化系统各个功能模块之间的有机联系，为此必须结合机电一体化这门学科本身的特点，对其教学方法和教学策略进行改革与尝试，以期从中能够找到有效的复合机电一体化课程特点的教学方法与教学策略。
1 我国当前机电一体化类课程教学现状及其原因分析
结合我国目前高等教育的现状，造成当前机电一体化类课程理论讲不透、实验做不好、学得不扎实的原因主要有以下几个方面：
1.1 师生思想上都不够重视
从目前的高等院校的教学现状来看，重视理论教学轻视实践教学一直是我国高等院校理工科教学的传统方法，在这样的教学模式下，尤其是像机电一体化这样的课程，理论课本来就比较晦涩难懂，加之实践实训比较少，学生学到最后完全没有系统的概念和知识体系，对于机电一体化的理解只是停留在表面层次，因此必须要逐步加强实践实训。从体制上来说，师生自身对该课程的重视程度不够也是十分重要的原因，教师认为对于机电一体化课程教学任务重，往往疲于应付授课；而学生对于机电一体化课程知识的理解比较吃力，往往兴趣不大，加之实践实验时间较少，最后将实践实训流于形式，因此，师生在思想上不够重视是目前高等院校机电一体化课程教学的一个基本现状。
1.2 机电专业实践教学课程的设计不合理
机电类专业实践教学的课程内容包括很多技术内容，目前，绝大多数高等院校的机电专业课程体系受传统教育思想的影响，课程的内容过多过深奥，理论课时数太大，实践技能教学课时不足，而且内容陈旧。还有些学校脱离实际情况过高地制定了课程标准，导致教学与实践相背离。现在学校里学习的知识和社会上用到的知识相差很远，很多学生学习了很多知识，可到了社会上去无从下手。相关机电行业和企业很少参与机电类专业实践课程的制定，这也是导致高等院校机电专业的实践课程体系设置不合理的原因。
1.3 实践教学条件不完善
由于机电一体化类课程所开设的实验，往往实验设备体积比较庞大，集成度较高，价格昂贵，因此很多院校对于机电一体化课程实验所配置的实验设备都是很简单的，目前很多高等院校也在进行教学改革，增大实验实践课程量，但是相应的实践教学课程内容仍然或多或少的存留着传统教学模式的影子，主要表现在以下几个方面：
（1）实验实践条件差，硬件实验设备陈旧，很多实验台或者实验设备都是演示性实验，整个实验过程都是老师在做实验，学生只负责看，即使动手也是按照老师调试好的实验按照老师实验的顺序重复一遍，实验教学效果比较差，这使得整个实验就流于形式化。
（2）缺乏综合性的创新性的实验台供学生动手实践，目前机电一体化类的课程实验都只是简单的重复性的实验，缺乏激励学生创新动手能力的综合性实验，这使得机电一体化类的实验无法激发学生创新能力，无法提高学生动手实践能力。
（3）实验实践评价机制不够健全，很多实验实践流于形式，这导致学生对实验重视程度不够，多数学生的实验报告依靠抄袭完成，老师对学生没有印象，学生的实验成绩仅仅凭实验报告打分，实验实践评价机制的缺失使得机电一体化类的实验实践失去了价值。
2 机电一体化类课程的教学改革策略探讨
2.1 充实机电一体化类课程的专业实践教学内容和完善教学手段
在对机电一体化课程专业实践课程进行教学改革的时候，我们提倡应当根据各个院校各个专业自身的专业特色进行相应的教学改革，添加符合专业特色的实践教学内容，不断完善实践教学条件和教学手段，尽量弱化传统实践模式中的演示性的或验证性实验，加大动手实践实验及综合性实验内容，并和理论课程对应起来，使得学生在掌握理论知识的基础上进行相关实践实验，这样更容易掌握机电专业知识和技能。
2.2 重视机电一体化类课程的专业实践教学环节的考核
任何课程都需设置考核环节，同样的，机电一体化课程实践教学也需要考核，考核环节也是学生最为敏感的环节之一。传统的机电专业实践课程考核的方式是出勤考查、实验报考考查以及最后实验考查成绩相结合的方式，这种考查考核方式不能够考查出学生的完全实践能力，只能够从实验报告的完成情况给学生考核打分，因此传统的考核方式并不合理，就需要对传统的考核方式进行改革。
结合机电一体化课程实践教学的特点，对于机电一体化实践课程的考核不应该有一个统一的模式和标准，而是应该结合实践教学的方式和手段灵活的设定考核方式，采取定量结合定性的方法进行实践教学考核。简单的演示性或者验证性实验，应当减小考核的比重，而对于综合实验及动手考查较为全面的实验，考核比重就应当加大；另一方面，还可以灵活的采取口试笔试、现场提问、课程设计、综合课程实验等多种形式进行考核，重点不是考查学生的知识理解程度，而是应当重点考核学生对于实践技能的掌握和应用能力。
2.3 加大机电专业校内外实习实训基地建设的力度
对于机电一体化这样的实践要求较高的课程，实践实训基地的建设就显得十分有必要了。实践实训基地的建设力度直接关系到机电一体化课程实践教学的效果与成果，而学生实践能力的掌握也取决于实践实训基地的建设，以及实践实训基地实践教学内容的设置和安排。各院校要想真正提高机电一体化专业实践课程教学的效果，就必须加大对实践实训基地的建设力度。另一方面，机电专业校内外实习实践项目的开设依赖于实习实训基地，而目前多数机电专业课程依赖于金工实习的相关设备，因此对于机电一体化类课程的专业实习实践，必须要加强具有机电一体化特色的专业实习实践基地及其相关设备的投资建设力度，为机电一体化类课程及其专业的学生提供足够丰富的实习实践动手机会，以真正提高机电一体化类课程的专业实习实践能力水平。
3 结语
随着科学技术的飞速发展，教育的方法和手段应适应这一发展的需要，传统的纯理论教学已不能适应新的教育目标，加强实践能力和创新能力的教育已势在必行。本论文所探讨的机电一体化类课程实验教学方法及其教学改革策略的应用研究，是结合当前国内高等院校机电一体化类课程教学内容设置及其实验实践教学现状而提出来的，能够有效地提高机电一体化类课程的教学效果，对于这一类的理论知识多且深、动手实践能力要求高的课程而言，必须要不断加强实验实践教学的份量，而本论文也是重点探讨如何开展实践动手能力的训练，对于进一步提高机电一体化类课程的实验实践教学效果无论是在理论方面还是在实践方面都具有较好的借鉴和指导意义。
参考文献
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[4]何龙，祁传琦.项目教学法在机电一体化专业综合实训中的应用[J].成都航空职业技术学院学报，2005(4):40-41.
航空机电工程论文范文2
关键词：应变测试 数据采集 ADuC845 Delphi
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）01-0125-02
1 引言
在材料、航空航天、机械等重要工程领域中为了提高工程结构的安全性和可靠性，需要通过实验应力分析来检验材料的质量。在实际应用中，实验应力分析的方法很多，其中以电测法中的电阻应变测试方法应用最为广泛。
应变测试仪在测量过程中有数据采集点多、数据采集量大的特点，同时又要求测试仪能动态实时地反映应变数据。由于测量过程中人工干预等因素，使传统的应变测试仪无法完成大量数据的实时采集和分析汇总。为此，本文设计了一套基于ADuC845微控制器的应变测试系统，以解决传统应变测试仪测量精度较低、校准不便、数据处理功能差等问题。
2 硬件设计
本文研究开发的应变数据采集系统采用ADuC845单片机为主控制器，能完成工业现场的应变数据采集和分析，应力数据采集系统硬件部分由自带A/D转换器的单片机系统、数据采集电路、继电器控制电路、通讯电路等构成，如图1所示。
本文选择ADuC845型单片机作为下位机处理器。ADuC845是ADI公司新推出的嵌有单指令周期8052闪存MCU，自带两路24位Δ-∑A/D、双12位D/A以及两个灵活脉宽调制输出的高性能24位数据采集与处理系统芯片。该芯片的数据处理速度达12MIPS，且设计简单，噪声低，非常适用于精密仪器仪表。
ADuC845内部集成的A/D转换部件包含两24位Δ-∑A/D模数转换器和一个10通道输入多路复用器。该ADC是由基于电容式ADC的常规逐次逼近式转换器组成，能接收的外部输入模拟电压范围为±20mV—±2.56V。ADuC845及其电路如图2所示。
由电桥电路采集到的应变信号相对微弱，需要通过信号放大才能进行后续的处理，系统中采用二级放大电路完成应变信号的放大。前一级采用差分放大电路，使系统能准确放大电桥电路输出的电压差同时抑制噪声信号。后一级主要功能是放大，将第一级放大电路的信号放大到合适用于AD采样的电压值。同时考虑到工业现场的高频干扰，在放大电路前设置了一个低通抗混叠滤波器。
3 软件设计
3.1 下位机软件设计
下位机主要完成现场的应变数据采集，采用模块化程序设计，由主程序、数据采集程序、数据处理程序、通信程序、延时程序等模块构成，以完成系统初始化、采集控制、通信控制、数据处理等功能。主程序流程图如图3所示。
为了降低外界干扰对系统的影响，提高采集精度，一方面采用高精度、高稳定度的ADC基准源同时对ADC输入信号进行RC高频滤波。另一方面在软件设计中采用滤波算法来减小系统带来的误差。在实际测试中，系统的采集精度能够接近理论上的24位精度。A/D转换流程图如图4所示。
3.2 上位机软件设计
上位机软件采用Delphi平台开发。根据功能要求系统由串口通讯、数据显示及数据保存三部分组成。 包含登陆界面、主界面、串口设置界面、密码设置界面、曲线绘制界面等五个图形用户界面，每个界面对应一个窗体，各个窗体之间相互独立，主窗体可以调用其它的窗体。主界面图5所示。
（1）应变采集与数据显示功能。能实时接收下位机的应变数据，对接收到的数据进行处理在上位机显示。
（2）应变数据记录和查询功能。通过文本或Excel方式对应变数据进行保存。其中采用Excel方式保存可以进行历史数据的查询。
（3）曲线绘制功能。通过绘制测试点应变数据的变化曲线，可以更加直观的来了解应变量的变化过程。
（4）报表打印功能。可以将绘制出的应变曲线打印出来，方便分析。
4 实验结论
本文对应变测试系统进行实验测试，将实验测量值与理论计算值进行比较，分析系统的测量误差。实验装置中，横梁的规格，长600mm，宽10mm，高28mm，材质为不锈钢，弹性模量。横梁中贴有7个电阻应变片，应变片的阻值R为120，灵敏度系数K为2.08。根据公式可以计算实验装置中各点的应力值，根据实测可得测量值。下表为理论值与测量值的误差（如表1）。
从实验测量数据，应力测试系统基本满足了测量的需求，而且系统性能稳定、可靠，具有较好的应用前景。
参考文献
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[2]庄坤领.基于ADuC845数据采集系统的研究与设计.中国海洋大学硕士论文，2009.
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[6]李忠明，方锦明.基于Delphi6的串口通信程序实现方法研究.兰州大学学报，2004，40（4）：41-44.
航空机电工程论文范文3
Abstract： This article analyzes the development pattern of higher vocational education in based on the information in the enrollment guide of ten full-time higher vocational colleges such as history and enrollment number， development of each major and their understanding of each major， diversity of school-enterprise cooperation as well as the fitting degree with regional economy and national development strategy. It is put forward that the future direction is to be closer with the regional economy and national development strategy.
关键词： 湖北省；高职；发展格局
Key words： Hubei province；higher vocational education；development pattern
中图分类号：G718.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0266-02
0 引言
高职教育的发展格局如何，作者选取了一个非常有意思的角度，选取了湖北省内10所具有一定影响力和知名度的全日制的高职院校，这些院校分别为武汉职业技术学院、湖北科技职业学院、武汉民政职业学院、武汉城市职业学院、武汉工业职业技术学院、武汉交通职业学院、湖北商学院、湖北交通职业技术学院、武汉航海职业技术学院、武汉船舶职业技术学院，从他们的招生简章来探讨这个问题，发现一些有趣的现象。
1 各高职学校的历史与招生人数比较
在招生简单中可以明了地了解湖北高职学校发展的历史，武汉职业技术学院是教育部批准独立设置、湖北省人民政府主办、湖北省教育厅主办的全日制普通高等学校。湖北科技职业学院是经湖北省人民政府批准、教育部备案，具有独立颁发学历文凭资格的省属全日制普通高等学校。武汉民政职业学院隶属于湖北省民政厅，是全日制普通高等职业院校。武汉城市职业学院创立于1904年清末湖广总督张之洞创办的两湖总师范学堂，是湘鄂两省近代师范教育的发端。2004年更名为江汉大学实验师范学院，培养小学、幼儿园教师。2007年更名为武汉城市职业学院。武汉工业职业技术学院是由武汉市政府主办的面向全国招生的全日制综合性高等职业技术学院。武汉交通职业学院是直属湖北省教育厅领导和管理的公办全日制高等学校。湖北商学院是经教育部批准、湖北省人民政府主管、武汉市人民政府主办的普通本科院校，也是唯一一所高职的本科院校。湖北交通职业技术学院是经湖北省人民政府批准、教育部备案的全日制公办高等职业院校，是湖北省交通厅主办的唯一一所院校，有60年的办学历史。武汉航海职业技术学院是经教育部批准，中国外运长航集团举办的唯一一所公办普通高等职业院校。武汉船舶职业技术学院创建于1950年，是一所中央与地方共建、由湖北省人民政府管理的主办全日制普通高等学校。从2013年的招生简单中，作者对各学校的招生人数进行了比较（表1）。
以上的学校都是全日制院校，大部分的历史有40年以上。有中央与地方共建的，有湖北省人民政府主办的，有市政府主办的，也有民政厅和中外运长航集团主办的。办学的主体多样化。十所院校中，几乎90%以上的学生从湖北省内招生，可以看出高职在湖北省内招生的竞争是十分残酷的。其中举办本科的高职院校只有湖北商学院一所，其余都是专科学校，高职教育的层次还十分单一。除了武汉职业技术学院招生6890名，武汉船舶职业技术学院4700名，武汉交通职业学院4600名以外，其余都在4000人以下，我们可以看出湖北的高职招生是以武汉职业技术学院为龙头，武汉船舶职业技术学院和武汉交通职业学院紧紧跟随而其余学校为补充的多层次的高职群落。而武汉交通职业学院和武汉船舶技术学院从名称上也可以看出是高职类的偏重于交通和船舶方面的专科学校，虽然现在这两所学校已经向综合性高职方向发展，但其本身交通和船舶方向的发展功底还在。
2 各学校专业的比较
设立有建筑工程学院的有两个学校的是武汉职业技术院校和武汉工业职业技术学院，但这两所院校的偏重又不太相同，武汉职业技术学院偏重的是适合房地产开发行业的建筑工程类学生，而武汉工业职业技术学院则偏重的是工业用空调的安装人员和大型场馆建设人员。
除民政学院外，其余九所学校都设有工程学院或相关学院。大部分的学校工程学院都涉及有机电一体化、模具和汽车行业。而有些高职设有特殊的工程专业：如湖北科技职业学院设有石油工程学院，武汉交通职业学院和武汉船舶职业技术学院设有船舶与海洋工程学院，武汉交通职业学院设有交通与工程学院，湖北交通职业技术学院设有道路与桥梁工程系，武汉航海职业技术学院设有轮机工程系，武汉船舶职业技术学院设有动力工程学院。这十个学校都设有经贸方向的专业，武汉航海职业技术学院虽没有单独的商贸学院但设有航运物流系。另外机电与计算机在这十所学校中所都占有重要的一席之地。除武汉航海职业技术学院和武汉船舶职业技术学院外，所有学校都设有艺术方向的专业。除武汉科技职业学院、湖北交通职业技术学院和武汉船舶职业技术学院外，其余七个学校都设有旅游方向的专业。另外有些学校设有一些特殊的专业：如武汉民政学院设有民政管理系、老年事业服务与管理系、康复医疗系。武汉城市职业学院设有学前教育学院、初等教育学院、职业网球学院。武汉商学院设有体育与马术学院、烹饪与食品工程学院。
3 各学院对专业的理解不尽相同
各学校在发展自己相同的大专业，如艺术专业，但各学校有着不同的对艺术专业的理解。如武汉职业技术学院的艺术设计学院拥有环境艺术设计、景观设计、动漫设计与制作、电脑艺术设计、产品造型设计、数字传媒艺术方向。武汉城市职业学院则拥有装饰艺术设计（包括中央财政支持建设方向和环境艺术方向）、广告设计与制作、视觉传达艺术设计、文化创意与策划（奢侈品文化与营销管理）、初等教育（美术）、新闻采编与制作（包括网络编辑和影视制作两个方向）、动漫设计与制作方向。武汉商学院的应用艺术系则拥有动漫设计与制作、摄影摄像技术、环境艺术设计、服装设计（其中包括一个汉绣方向）、艺术设计方向。我们发现，各学校对艺术专业的理解不一样，或者因其发展历史不一样，其艺术专业中小的培养方向也各不相同，武汉职业技术学院偏重于通过对整个艺术通用的整体分类，来发展自己的艺术专业；而武汉城市职业学院则因其师范的历史，在其专业发展中重视对美术教育人才的培养，同时也关注现在中国的消费品市场的发展，开设了针对奢侈品方向的文化创意与策划小的方向；武汉商学院则以传承和发展汉绣为已任，开设了汉绣方向的服装设计专业。
4 各学校与企业合作的形式也很多样
从武汉职业技术学院各学院的学生就业企业来看，几乎所有国内外知名企业都在它的学生就业名单里。如机电工程学院的学生就业单位主要有富士康集团、深圳华为公司、上海大众有限公司、上海通用汽车有限公司等；电子信息工程学院的学生就业单位主要有烽火集团武汉光迅科技股份有限公司、深圳华为慧通有限责任公司、广东长虹电子有限公司等；计算机技术与软件工程学院的学生就业单位主要有百度（中国）有限公司、腾讯网、淘宝网、新浪网、网易网等；旅游与航空服务学院的学生就业单位主要有雅高酒店集团、迪拜金棕榈集团、大韩航空、南方航空等，学生的就业单位是社会上你几乎可以想得到或想不到的大、中、小型企业。
除了就业上与企业合作以外，企业与各学校合作办了不少的定单班，在武汉交通职业学院，宁波逸东豪生大酒店设立了酒店管理的订单班，中国国旅集团――武汉国际旅行社设立了旅游管理订单班，富士康集团设立了应用电子技术订单班，武汉地铁集团设立了交通安全与智能控制订单班和机电一体化的订单班，马士基航运集团设立了航海技术和轮机工程技术的订单班。
武汉民政职业学院则与企业更深度的合作，学校利用企业的培训的品牌，而企业利用学校的资源进行合作培训学生，与民政学院合作办学的企业有武汉宏鹏咨询有限公司、武汉海天世纪航务有限公司、武汉雅博教育服务有限公司与光谷金融港合作的公司以及武汉四维创意教育科技有限公司。通过上述的深度合作，学校收取学生学历培养的费用，而企业则收取学生职业技能培训的费用，学生的就业由学校和企业一起给予推荐，收到了双赢的效果。
多种形式的校企合作办学已经在高职学院展开，其多种形式不胜枚举。
5 与区域经济和国家发展战略的拟合程度不高
从湖北省战略性新兴产业发展“十二五”规划中，政府真金白银地投入了节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能力汽车等七大新兴产业，在2015年，新一代信息技术产业力争产值达到2500亿元，高端装备制造产业产值达到2000亿元，新材料产业产值突破2500亿元，生物产业产值达到1300亿元，节能环保产业产值达到1700亿元以上，新能源装备产业产值超过1000亿元等等。
但是我们发现，新材料、节能环保、新能源等产业许多高职院校鲜有涉及，而大部分学校了新一代信息技术、生物、高端装备制造等产业，但是其进入程度比较浅，而且进入面比较窄。如在生物产业中涉及了四个方向：生物医药、生物医学工程、生物农业和生物制造方向，但是，许多学校则偏重于生物医药和生物制造的比较浅层的方面，学生大部分进入的是医药企业的流水线上，做着最基层的工作，学生的创造性和工作满意度都不太高。
对湖北高职院校发展现状的一些思考：
湖北高职院校基本上形成了一个良好的生态发展群落，以武汉职业技术学院这所综合性高职院校为龙头，第二集团和第三集团共同发展的良好态势。各学校有相同的方向，但因为各种原因，有自己发展的不同方向，形成了既竞争又互补的共同发展之路。在湖北高职院校的发展中，各院校有着自己展的思路，发展手段灵活，发展形式多样，有着鲜明的自我特色。
但是由于高职的发展历史普遍不长，最长的高职学校的武汉城市职业学校的历史也才60年，其发展经验不足，发展模式也有待发展，与区域经济的关系也有待贴合，以及其发展水平有待提高，这是需要湖北高职院校急需考虑的问题。
参考文献：
[1].
[2]http：//61.183.207.205：8080/zsjy/zs/index.php？action=class&
航空机电工程论文范文4
关键词:微机保护;数据采集;三段电流保护;零序保护;自动重合闸
中图分类号:TM76;TP368.1 文献标识码:B 文章编号:1004-373X(2009)10-174-04
Application for Power System Microprocessor-based Protector on MSP430
CHEN Ming1,BAO Xin2,ZHU Mozi3
(1.Department of Communication,Headquarters of 94580 Army,Bengbu,233000,China;
2.State Key Lab of Industrial Control Technology,Zhejiang University,Hangzhou,310027,China;
3.Huawei Technologies Co.Ltd.,Nanjing,210005,China)
Abstract:In order to realize microprocessor-based protector of 10 kV power system,MSP430F1611 single chip computer is applied to collect current and voltage of power system in order to protect it.In addition,communication with measurement module and display module by serial bus is also completed.This protector is introduced in detail both on hardware and software.Every part is introduced in detail apart with a circuit diagram.Specifications are analyzed and flow charts are presented.This equipment has been applied in 10 kV power systems reliable.
Keywords:microprocessor-based protector;data acquisition;three sect current protection;zero-sequence protection;auto-reclosure
0 引 言
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入了新的活力。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[1-8]。从20世纪90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
电力系统对微机保护的要求不断提高,除了保护的基本功能外,还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,与其他保护、控制装置和调度联网,以共享全系统数据、信息和网络资源的能力、高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。
计算机网络可从网上获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控制中心或任一终端。因此,每个微机保护装置不但可完成继电保护功能,而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能,亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。
本文以MSP430F1611单片机为基础,通过采集配电网的电流、电压以及开关的状态;对配电网实现保护,其内容包括电流速断保护、三段式过流保护、反时限保护、零序保护和带后加速的三相一次重合闸,并且利用串口总线实现与测量模块、人机界面模块的通信。
1 硬件部分
1.1 概述
微机保护的硬件由数据采集系统、CPU主系统、开关量输入输出系统等组成。整体原理图如图1所示。通常整套硬件是用单独的专用机箱组装的。
1.2 数据采集系统硬件组成
数据采集系统又称模拟量输入系统,它的作用是将互感器次侧输出的电压、电流等模拟量经过隔离、采样、A/D转换等步骤转化为计算机能接受与识别的数字量,然后经过CPU主系统进行数据处理与运算,开关量输出输入系统的作用主要是输出跳闸、信号等信息。本文的装置共有8路数据采集输入,其中的一路见图2。该系统中,共有3个部分组成:互感器与变换器、低通有源滤波器、限压电路。
互感器与变换器分别包括电流和电压。互感器的作用是采集母线上的电流和电压,并将其转换成单片机可接受的电流和电压值。这里选择CS-TA1型互感器,一般将二次侧的电流值变为5 A。另外,由于要求实现零序保护,将B相的电流互感器设定为零序互感器。电流变换器是将互感器的二次侧电流再一次变换。
MSP430F1611所接收的电压最大值为3.3 V,但作为保护电路,要考虑到瞬时脉冲电流的最大值可能远大于平均值,所以设计的电路可以使单片机承受正常电流20倍以上的冲击。
电网上采集的电流电压有高次谐波,不利于软件求出电流平均值,因此要加入低通有源滤波器,见图3。
图3中,Vo:Vi=1+R7/R6,可以选R6=400 Ω,R7=240 Ω。该有源滤波器的特征频率ωn=1/(RC)。对于工频为50 Hz的交流电,采样频率fs=600 Hz。根据香农采样定理,取R8=4 kΩ,C1=1 μF,可以达到滤波的功能。另外,滤波器的地与单片机的地是一致的。
由于MSP430F1611的容许电压是3.3 V,而电网电流可能产生瞬时脉动而造成单片机的烧毁,因而要有一限压电路。如图4所示。
图4中,因二极管的存在,输入A/D转换器的电压被限制在3.3 V以下。同时两个电阻产生分压效果。当电压过高,会使二极管导通,输入A/D转换器的电压会箝制在3.3 V。
1.3 CPU
MSP430系列单片机是由美国德州仪器设计开发的。这是一种具有超低功耗特性、功能强大的单片机。它具有处理能力强,运行速度快,功耗低等优点。具体介绍
参考文献[9]。
1.4 开关量输入/输出系统硬件组成
对微机保护装置的开关量输入/输出,即接点状态的输入/输出可以分为两类:安装在装置面版上的接点;从装置外部经过端子排引入装置的接点。
保护模块不仅要有保护装置,还要与测量显示模块实现异步通信。要从测量显示模块得到设定值及从自身得到闸刀的开关状态,必须要有开关量的输入输出。从其他模块得到的开关量直接接在P3口上,而自身得到的开关量需要有开关量输入电路。
1.4.1 开关量输入电路
图5中,开关量经过光电隔离后与CPU相连。其中,当输入端为高电平时,输出端为低电平。
1.4.2 开关量输出电路
开关量输出电路是跳闸合闸信号的通道,低电平有效,如图6所示。
2 软件部分
微机保护的软件由初始化模块、数据采集模块、故障计算模块、故障检出模块、数字滤波模块及自检模块等组成。其核心部分是故障计算模块和故障检出模块,这些模块是根据所需保护的保护算法用高级语言编写的[10]。
2.1 主要技术指标[11]
2.1.1 电流速断保护
电流速断保护指当电流超过一定值,闸刀立即断开。这个一定值Idz1由用户自行设定。用户在显示模块中设定后,通过异步通信传输到保护模块中。由于是计算机控制,所谓的立即断开是指经过连续数次采样,每次采样值都在设定值之上,CPU输出跳闸信号。这里采用6次采样后跳闸。
2.1.2 三段式过流保护
三段式过流保护指用户设定三个电流保护值Idz1,Idz2,Idz3,当电流高过任何一个时都执行调闸,但每个跳闸延时不一样。这里,当测量值高过一段值时进行速断保护,测量值在一段值和二段值之间时,延时跳闸。同样在二段值和三段值之间也进行延时跳闸。两次延时时间tdz2和tdz3不同,且都由用户设定。延时时间的测定在程序中由定时器提供。
2.1.3 反时限保护
反时限保护是动作时间与被保护线路电流大小有关的一种保护,当电流大时保护的动作时限短,而电流小时动作时限长。
2.1.4 零序保护
在大接地电流系统中,零序电流保护是利用中性点直接接地电网中发生接地故障时出现零序电流的特点而构成的。从保护构成情况看,零序电流保护与相间电流保护类似,其主要区别在于零序电流保护的测量元件(电流继电器)接入的电流量性质不同,零序保护的测量元件则接在零序电流滤波器的出口。
零序保护的数值I0dz和时间t0dz由用户设定。
2.1.5 带后加速的三相一次重合闸
自动重合闸的作用是针对电网故障的不同类型起作用的。对于瞬时性故障,断路器断开后再合上,电网就能恢复正常供电。对于永久性故障,即使合上电源,由于故障的存在,线路还要被继电保护再一次断开,因而就不能恢复正常的供电。
带后加速的三相一次重合闸是指在闸刀断开后,经过一段延时,闸刀自动合上,此时若故障在一段时间内仍然存在,就再次断开闸刀,这一次断开后闸刀就不再自动合上。若在一段时间内,测量值未大于设定值,则动作结束,系统正常供电。
在软件中,用定时器实现重合延时时间,重合后再检测参数并判断。由用户设定重合时间tch和记忆时间tjy。
2.2 软件流程图
2.2.1 程序流程图
主程序的流程比较简单,如图7所示。主程序作为一个永久循环,不断与测量显示模块实现通信。
2.2.2 中断程序流程图
在编写程序时,可采用一个中断,其中A/D转换,数字滤波及所有的保护都在该中断中。一个中断周期与一个采样周期的时间相同。中断程序流程图如图8所示。
3 结 语
在总结前人对微机保护研究工作的基础上,对微机保护的应用做了深入探讨,设计了一种具有多功能的保护装置,并可靠地应用在10 kV配电网中。但设计中,由于笔者的水平有限,论文还需进一步研究和改进,如保护定值不能随电力系统的运行变化而自动调整等。
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