電氣碩士論文范文

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篇1

關鍵詞：變壓器，鐵芯多點接地

 

變壓器的繞組和鐵芯是傳遞、變換電磁能量的主要部件。碩士論文，鐵芯多點接地。保證它們的安全是變壓器可靠運行的關鍵。統計資料表明因鐵芯問題造成故障，占變壓器總事故中的第三位。電力變壓器正常運行時，鐵芯必須有一點可靠接地。若沒有接地，則鐵芯對地的懸浮電壓，會造成鐵芯對地斷續性擊穿放電，鐵芯一點接地后消除了形成鐵芯懸浮電位的可能。但當鐵芯出現兩點以上接地時，鐵芯間的不均勻電位就會在接地點形成閉合回路，形成環流，引起鐵芯局部過熱導致絕緣油分解，還可能使接地片熔斷或燒壞鐵芯，導致鐵芯電位懸浮，產生放電。嚴重時，鐵芯局部溫升增加，輕瓦斯動作，甚至將會造成重瓦斯動作而跳閘的事故。燒熔的局部鐵芯形成鐵芯片間的短路故障，使鐵損變大，嚴重影響變壓器的性能和正常工作，甚至損壞變壓器。因此準確、及時地診斷與處理變壓器鐵芯多點接地故障，對保證變壓器的安全運行具有重要意義。碩士論文，鐵芯多點接地。

一、變壓器鐵芯多點接地故障的類型和成因

變壓器鐵芯多點接地故障按接地性質可分兩大類：不穩定接地和穩定接地。

1．不穩定接地是指接地點接地不牢靠，接地電阻變化較大，多是由于異物在電磁場作用下形成導電小橋造成的接地故障，如變壓器油泥、金屬粉末等。

2．穩定接地(也稱死接地現象)是指接地點接地牢靠，接地電阻穩定無變化，多是由于變壓器內部絕緣缺陷或廠家設計安裝不當造成的接地散障，如鐵芯穿芯螺栓、壓環壓釘等的絕緣破壞等。

運行中的變壓器發生多點接地的原因一般有以下幾種情況：

1．金屬物件掉落在鐵芯與接地體間(變壓器吊罩時容易發生)；

2．鐵芯組件緊固時個別尖角外露，觸碰接地體；

3．穿芯螺桿處的鐵墊圈在緊固時由于受力過大，其邊緣翹起而觸碰接地體；

4．鐵扼硅鋼片個別部位緊固不實，在強弱不同磁場力作用下，時而碰觸接地體，時而離開接地體，造成無規則的不穩定接地；

5．鐵芯對地絕緣物幾處不同程度受潮，造成鐵芯通過低電阻接地；

6．鐵芯與接地體間隙中形成不穩定橋路接地；

7．絕緣油中的油垢以及一些不潔凈而有潮氣的纖維等物，沾附在鐵芯對地的絕緣物表面，導致鐵芯通過低電阻不穩定接地等。

二、變壓器鐵芯多點接地故障的分析處理程序

變壓器鐵芯多點接地故障的分析處理分如下四個步驟。

1．試驗數據分析，判斷是否存在鐵芯多點接地故障。

試驗數據分析包括變壓器油色譜數據分析和電氣測量數據分析。

(1)色譜數據分析。目前，用油中溶解氣體色譜分析方法是監測變壓器鐵芯多點接地故障最簡便、最為有效的方法。碩士論文，鐵芯多點接地。常用的是“三比值法”和德國“四比值法”。由于三比值法只能在變壓器油中溶解氣體各組分含量超過注意值或產氣速率超過限值方可進行判斷，不便于在故障初期進行判別，因此建議使用“四比值法”進行判斷。碩士論文，鐵芯多點接地。利用五種特征氣體的四對比值來判斷故障，在四比值法中，以“鐵件或油箱中出現不平衡電流”一項來判斷變壓器鐵芯多點接地故障，其準確度相當高。

(2)電氣測量數據分析。變壓器正常運行時，可在變壓器鐵芯外引接地套管的接地引下線上用鉗型電流表測量引線上是否有電流，正常情況下此電流很小，為mA級(一般小于0.3A)，當存在多點接地故障時，環流上升到“A”級，最大電流可達數百安培，通過測量環流便能對鐵芯接地故障進行判斷。

當設備停止運行時，斷開鐵芯引出接地線，用2500V兆歐表對鐵芯接地套管測量絕緣電阻，如電阻值為零或與歷年數據相比較其值降低很多，則表明變壓器內部可能存在鐵芯多點接地，此時應正確測量各級繞組的直流電阻，若各組數據未超標，且各相之間與歷次測試數據之間相比較無明顯偏差，變化規律基本一致，則可排除故障部位在電氣回路內，從而確認主變鐵芯多點接地故障。

2．設備運行狀況分析，判斷鐵芯多點接地故障類型。

在確認了變壓器鐵芯確實存在多點接地故障，則應對變壓器的運行狀況進行分析，判斷鐵芯多點接地故障的類型，以便于確認應急措施及處理方案。

首先應查詢變壓器投運的時間、負荷情況、有無突發故障或沖擊等。其次是變壓器歷史運行情況，安裝試驗記錄等。碩士論文，鐵芯多點接地。綜合以上因素再結合色譜分析、電氣試驗數據進行判斷，確認鐵芯接地故障的類型。如變壓器鐵芯電阻突然降低，色譜分析數據無異樣，而變壓器長時間沒有運行，則可能是由于油泥沉淀導致鐵芯多點接地，屬于不穩定接地故障，對應采取措施消除即可。

3．采取應急措施，排除不穩定接地故障，限制鐵芯多點接地故障發展。

在確認了變壓器鐵芯多點接地故障的類型后，應根據現場情況及故障類型采取應急措施，從而排除不穩定接地或限制故障的發展。對于不穩定接地故障，在設備停運的情況下，可采用電容放電沖擊法排除故障。對于變壓器出現多點接地故障，但不能退出運行者，則應加強監視，并采取臨時措施，限制接地故障的發展。

4．停電檢修，徹底排除鐵芯多點接地故障。

如故障很嚴重，且有不斷發展的趨勢，嚴重威脅設備安全，在條件允許下，可對變壓器進行吊罩檢修，徹底排除故障。

在吊置檢修查找故障時，應遵循以下幾個步驟：(1)外觀檢查。檢查鐵芯與夾件支板是否相碰，硅鋼片是否有波浪鼓起，上下夾件與鐵芯之間、鐵芯牲與拉板之間有無異物，夾件與油箱壁是否相碰，下鐵軛與箱底是否有異物橋接短路等，如未發展異常，則進行下一步試驗。(2)直流法。碩士論文，鐵芯多點接地。將鐵心與夾件的連接片打開，在鐵軛兩側的硅鋼片上通入6V的直流，然后用直流電壓表依次測量各級硅鋼片間的電壓，當電壓等于零或者表針指示反向時，則可認為該處是故障接地點。(3)交流法。將變壓器低壓繞組接入220-380V交流電壓，高壓側與中壓側短路接地，此時鐵心中有磁通存在。如果有多點接地故障時，用毫安表測量會出現電流(鐵心和夾件的連接片應打開)。用毫安表沿鐵軛各級逐點測量，當毫安表中電流為零時，則該處為故障點。這種測電流法比測電壓法準確、直觀。若用(2)(3)兩種方法，仍查不出故障點，最后可確定為鐵心下夾件與鐵軛階梯間的木塊受潮或表面有油泥。將油泥清理干凈后，進行干燥處理，故障可排除。一般對變壓器油進行微水分析可發現是否受潮。(4)鐵心加壓法。就是將鐵心的正常接地點斷開，用交流試驗裝置給鐵心加電壓，若故障點接觸不牢固，在升壓過程中會聽到放電聲，根據放電火花可觀察到故障點。當試驗裝置電流增大時，電壓升不上去，沒有放電現場，說明接地故障點很穩固，此時可采用下述的電流法。(5)鐵心加大電流法。也是將鐵心的正常接地點斷開，用電焊機裝置給鐵心加電流。當電流逐漸增大，且鐵心故障接地點電阻大時，故障點溫度升高很快，變壓器油將分解而冒煙，從而可以觀察到故障點部位。故障點是否消除可用鐵心加壓法驗證。

出現變壓器鐵芯多點接地故障應及時、準確地診斷故障類型，確定相應的處理方法，對于油泥等不穩定接地故障，不宜盲目采取吊罩檢修方法，可用電容沖擊法排除，以免造成人力資源的浪費和停電損失。

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關鍵詞：電流檢測、羅氏線圈、通斷試驗

中圖分類號：TM152文獻標識碼： A

研究現狀

近年來，我國低壓電器行業出現了巨大的變化，低壓電器的檢測技術也隨之被推向了快速發展的階段。這就對試驗檢測設備的試驗和測量速度、精度都提出了更高的要求。傳統的試驗方式中，電流檢測裝置主要采用帶有鐵心的電磁式電流互感器，其體積大、頻帶窄、防爆絕緣困難，且在大電流下鐵心磁路易飽和，對測量結果產生較大的誤差[1]。而近年來，隨著電氣技術和計算機技術的普遍應用，國內外普遍采用了精度更高、更為可靠的數據測量，其中優勢比較明顯的就是運用羅柯夫斯基線圈(Rogowski線圈，以下簡稱羅氏線圈)技術的測量方式[2]。

羅氏線圈作為電流傳感元件，具有測試頻帶寬、無磁飽和、結構簡單等一系列優點，成為測量脈沖電流的理想元件[3]。本文首先闡述了羅氏線圈結構特點，通過感應電勢、電磁等參數推導，得出羅氏線圈等效電路計算方法，從而得出羅氏線圈的基本設計流程，設計出滿足低壓電通斷試器驗要求的羅氏線圈。

1 羅氏線圈的結構特點

羅氏線圈的骨架芯由非磁性材料制成，截面均勻并具有環形結構，在制作羅氏線圈時，線圈沿骨架芯均勻緊密纏繞足夠匝數后，再在線圈的末端接上終端電阻，用Rs表示。羅氏線圈的另一特點即“回繞”結構，也就是當線圈沿著閉合曲面環繞到終點后，需要回繞至起點。

如果用于測量大電流，羅氏線圈通常選用空心骨架芯，而如果測量一個小的穩態電流時，則骨架芯通常會選擇鐵磁材料，目的是使感應信號的強度增強。這種“回繞”的結構是羅氏線圈的關鍵特征，在實際使用中，我們應根據羅氏線圈所要測量的目標和工作場所來確定骨架芯選用何種材料[4]。

2羅氏線圈的參數

2.1 羅氏線圈的感應電勢

設羅氏線圈一次被測主電路電流為，匝數為，線圈直徑為，線圈二次側測量電路電流為，匝數為，纏繞的小線匝直徑為，可推導羅氏線圈感應電動勢為[5]：

=-=-=-M(1)

式中為一次回路和二次回路的互感為：

(2)

其中：其中為真空磁導率；

S為小線匝截面： S=

=

由此可知，羅氏線圈的感應電勢與被測電流的變率成正比，被測電流導體和羅氏線圈之間的互感就是其比例系數，由此可見，當采用羅氏線圈進行測量以期望獲得被測電流的物理量時，必須先將羅氏線圈二次回路通過后續積分電路進行還原處理。

2.2羅氏線圈結構和電磁參數

設b是羅氏線圈骨架芯外徑，a是內徑，為骨架中心半徑。與線圈的互感系數和自感系數有關。推算的方法有取算術平均值、幾何平均值和取加權幾何平均值幾種方法，其中取加權幾何平均值是最復雜的，但也是精度最高的，公式為[6]：

= (3)

羅氏線圈骨架芯截面形狀分為矩形和圓形兩種，下面以矩形線圈的結構參數和電磁參數為例進行分析，以了解它們之間的影響以及它們羅氏線圈的動態特性之間的關系。

當骨架芯為矩形截面時，c和h分別表示羅氏線圈的軸向高度和徑向厚度，D是直徑。則一匝磁通可表示為[7]：

(4)

可推得線圈的互感系數為：

= (5)

其中為矩形橫截面積：

(6)

把互感系數為理論值，則矩形截面時線圈的互感系數與自感系數的相對誤差即可得出：

(7)

(8)

由以上推論可以看出，對于矩形截面骨架芯的羅氏線圈來說，與互感系數和自感系數的相對誤差有關的參數是線圈的參數徑向厚度h和中心半徑，而和軸向高度c沒有關系。

綜上所述，對于矩形截面骨架芯的羅氏線圈，在互感系數的相對誤差符合要求并且別的尺寸參數不變時，可以改變軸向高度c，以提高磁通量從而可以顯著增加感應信號的強度。

2.3 羅氏線圈等效電路計算

以矩形截面骨架芯為例，推導下羅氏線圈結構參數和線圈內阻之間的關系，設（a、b分別為截面內外徑），綜合推導[8]推出線圈內阻表達式：

(9)

其中是線圈所纏繞導線的直徑，是導線的電阻率。

如果線圈小線匝采用緊密纏繞方式時，此時可以認為：

(10)

帶入(9)式可得：

(11)

以表示線圈的自感系數、為內阻、代表分布電容，為線圈終端電阻。和分別表示被測電流和線圈感應電流，的端電壓用表示?？赏茖С鋈缦赂魇剑?/p>

(12)

(13)

(14)

將(12) 、(13) 、(14)聯立化簡可得：

(15)

綜合參考羅氏線圈穩態誤差[10],可得出最佳取值：

(16)

2.4 羅氏線圈分布電容的分析計算

由羅氏線圈最佳終端電阻公式可以看出，線圈的分布電容對于分析羅氏線圈的動態特性具有重要意義，對的預先簡單的估算可以有效縮短羅氏線圈的設計周期，降低設計成本。

在此以矩形截面圓柱體形狀的羅氏線圈為例，在實際的羅氏線圈中，其骨架芯的內徑a和外徑b的差值是很小的，也就是說h值比較小。羅氏線圈可以看做一個圓柱形電容器，因為其外層屏蔽層和線圈的一端連接并接地，所以羅氏線圈組成的電容器兩極就是線圈本身導電電路和屏蔽層。

如果不考慮邊緣效應，可以把介質里的每點的電場看做均勻分布，方向與半徑方向一致。如果不計電場的切向分量，按照對稱的關系，各處電場的方向與導線方向垂直。

羅氏線圈的分布電容表達式為[11]：

(17)

其中是羅氏線圈導線的直徑，為真空介電常數，表示絕緣層介質相對介電常數。

3 羅氏線圈的設計

通過以上對羅氏線圈各參數的分析計算，我們可以理出設計羅氏線圈的一個基本思路，主要流程具體步驟如下：

1、綜合分析被測對象特點，如頻率、幅值大小等特性；

2、分析選擇線圈骨架芯，確定適合截面；

3、優選羅氏線圈結構參數；

4、推算線圈匝數n和線圈芯線的直徑；

5、推算線圈的自感系數、互感系數

6、推導線圈內阻；

7、推導羅氏線圈分布電容；

8、優選羅氏線圈的終端電阻；

9、結合上述結論，以試驗系統的需求為標準，通過不斷的實踐考核，不斷改進設計，完善細節。

4 總結

本章主要是通過對羅氏線圈的參數分析，并結合相關參考資料的分析，系統總結出羅氏線圈的構造特性，從而歸納出羅氏線圈的基本設計流程，據此設計出滿足低壓電器通斷試驗要求的羅氏線圈。

【參考文獻】

[1] 方鴻發. 低壓電器及其測試技術[M]. 機械工業出版社,1982

[2] 張郁. 一種基于低頻補償的脈沖大電流測試方法研究[D].南京理工大學碩士論文. 2014

[3] 丁正平. 低壓大容量試驗和測試技術水平綜述[J]. 低壓電器,1994(1):3-11

[4] 羅蘇南, 田朝勃, 趙希才. 空芯線圈電流互感器性能的分析[J]. 中國電機工程學報. 2004, 24(3):107~113

[5] 王其生. 用羅柯夫斯基線圈組成電流互感器[C]. 第四屆全國智能電器研討會論文集, 2000:59~64

[6] 張紅嶺. Rogowski 線圈的研究與設計[D]. 河北: 燕山大學碩士論文. 2006.4~5

[7] 鄒積巖, 段雄英, 張鐵. 羅柯夫斯基線圈測量電流的仿真計算及實驗研究[J].

電工技術學報. 2001, 16(1):81~84

[8] 黃浩, 陸繼明, 毛承雄, 利瓦伊波. Rogowski 線圈結構參數仿真研究[J].Proceedings of the EPSA. 2004,

[9] 邱紅輝. 電子式互感器的關鍵技術及其相關理論研究[D]. 大連: 大連理工大學碩士論文. 2008:5~6

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    一、“3.5+1.5”學制的特點

    1.本科畢業設計的特點

    南大的本科生畢業設計被稱為Final Year Project(簡稱FYP)。電力系的教授會根據自己的研究方向或正在進行的實際項目提出一系列題目供學生選擇。題目的方向主要包括新能源及其發電、電力系統、電力電子和水資源及處理四個方向。每個方向都有相應的實驗室。每個FYP通常由兩個學生共同完成,為期一年。與中國高校進校需按照高考選擇的專業進行系統的專業學習不同,南大電子和電氣工程學院所有的學生在前三年是不分專業的。到第四年才根據志愿分成電力、電子和信息三個寬泛的方向。每個大四學生在最后一年除完成FYP論文外還必須選擇和專業相關的課程,完成學分。

    本校學生在進入FYP之前已經進行了兩年多專業領域系統、深入的學習,專業基礎普遍好于南大的學生。由于進入FYP的時間較晚,同時還有語言和學習環境適應的問題,本校的學生多選擇仿真和分析類型的FYP。南大電力系的教授在每周都會和學生固定進行一次見面。他們會對學生在FYP中遇到的問題、課題進行的方向、英文報告的書寫等多個方面進行深入指導。通過審閱這幾年聯合培養學生本科畢業論文發現,絕大多數學生均能完成篇幅在40~50頁的論文。他們的論文經過南大教授的修改后英語語法正確、論述清晰、理論推導嚴謹、仿真結果豐富而有說服力。同時,這些學生在30分鐘的英文答辯中均能回答本校和南大教授的提問,取得良好的答辯成績。

    2.課程碩士培養的特點

    和很多英聯邦國家一樣,南大的碩士培養方案包括兩種:一種是課程型碩士;一種是研究型碩士?！?.5+1.5”聯合培養計劃的學生修讀的是課程型碩士,學制一年,畢業授予科學碩士學位。這些學生進入碩士階段學習后和本校已經沒有任何關系。他們需要在一年時間內完成30個學分,計4門必修課、5門選修課和1個獨立完成的課程設計。其中4門必修課包括:“電力電子變流器”、“現代電機拖動”、“可再生能源系統”、“電力系統運行和規劃”。5門選修課需從“計算機控制”、“系統分析”、“過程控制”、“電磁兼容”、“高等數字信號處理”、“電能質量”、“電力系統建模和控制”中選取。課程設計包括文獻綜述、實驗分析、理論推導和仿真。課程設計需向導師提交6000~8000字的報告并通過30分鐘的答辯。

    研究生的每門課程都有指定教材。這些教材通常是國外知名學者的論著。由于教材很貴,學生一般會從圖書館借閱。授課教授也會免費向學生提供包含重要知識點的授課講義。南大所有的研究生課程對全日制和在職人員開放?？紤]到在職人員白天需要工作,這些課程全都在晚上授課。授課時間是晚上的6:30到9:30,中間會有10分鐘的休息時間。每門課程均為30學時。授課教授在講授課程時會隨堂提問,并布置作業。作業的形式包括計算題和仿真兩種。比如在講授“現代電機拖動”時不僅需要完成直流電機內、外環控制系統的書面設計,還必須用MATLAB/SIMULINK搭出仿真模型,讓授課教授檢查仿真結果。

    研究生課程的成績包括平時作業和卷面考試,兩者分別占20%和80%。卷面考試的時間為3個小時,其內容一般會圍繞授課內容進行全面的考核。每份試卷通常有7道考題,學生可以從中選取6道進行作答。卷面考試成績50分為及格。授課教授會根據總成績和所有學生的相對成績給學生打分。學生最后的成績為A、B、C、D的形式。由于每門功課的卷面考試都比較難,所有的研究生都必須投入大量的時間準備每門考試。對于課程碩士而言,每個學期平均5門功課的學習任務還是比較繁重的。他們大多數時間用于閱讀教材和完成作業,進行深入科研的時間和精力有限。

    二、“3.5+1.5”培養方式的優缺點

    “3.5+1.5”培養方式最大的優點是培養了熟悉中英文雙語環境下的電力工程師。學生在南大一年半的學習過程中有很多機會接觸到電力行業權威,聆聽他們的講座,閱讀他們的著作、和他們面對面的交流。作為取得最終學位的一個必要條件,學生在畢業前必須提供他們參加的至少30次講座的紀錄。這樣的學習經歷能為這些學生在將來繼續攻讀博士學位打下很好的基礎。事實上,8年來已經有數個學生通過這一聯合培養渠道拿到了博士學位。他們的一些文章已經發表在頂級國際期刊上。

    然而聯合培養的大多數學生在畢業后選擇了就業。學生在當地就業受到了新加坡國土面積小、電力企業較少、雇工的政策受國際經濟影響較大等客觀條件的制約。另外,新加坡本地的企業更看重的是第一學歷。只有在英聯邦取得本科學位的員工才能取得更好的發展機會。聯合培養的學生即便是取得博士學位或者入籍都無法和本土取得榮譽學位的本科生站在同一起跑線上。面對就業和發展的困難,很多學生選擇回國就業。然而,國外為期一年半的學習并沒有給這些學生帶來更多的競爭優勢。相比國內兩年或兩年半的碩士畢業生而言,聯合培養計劃出來的學生沒有實際工程項目的經驗,繁重的課程學習使他們缺乏理論到實際的鍛煉機會。很多選擇回國就業的學生不得不用第一學歷參加應聘。

    三、聯合培養方式的改進措施

    鑒于聯合培養方式高額的投入和實際的產出并不成比例,有必要對這種方式進行改進。實際上,國內已經對這種培養方式存在的問題進行了討論。廣西和東盟高校在聯合培養法律人才上已經取得了較為豐富的經驗。[2]然而,電力工程學科是實踐性很強的學科,書本上的知識必須通過實際工程項目的鍛煉才能形成真正的技能。聯合培養方式必須從學制和合作的方式上進行深入改革。

    首先,可以改課程型碩士為研究型碩士。通過減少課程的學習可以讓學生有更多的時間和精力進行實際項目的鍛煉。從前面學習課程的安排來看,課程涉及的面較廣。而電力工程研究生階段的學習更強調的是某一特定研究方向的深入研究。通過碩士論文的完成,學生才有更多機會能和導師進行更多的交流,從他們那里得到工程實踐和理論相結合的系統訓練。當然,研究型碩士的培養需要更多的時間和經濟的支持。

    其次,需要重視學生未來的就業,在他們的培養計劃中加入實習學分的要求。實際上“3.5+1.5”聯合培養期間,學生有兩三個月的假期。通過這個假期,學生可以聯系當地電力企業進行短期的實習、培訓,為今后的學習和工作打下更好的基礎。而在制訂聯合培養計劃時,南大應該為這些學生實習提供便利。

    第三,可以采用師資共享模式促進聯合培養學生的成才。[2]目前“3.5+1.5”計劃中本校老師僅在學生本科畢業答辯時才有機會真正參與學生的培養,對于學生碩士階段的學習更是無法掌控。實際上,本校老師最大的優勢在于可以讓學生有更多的機會接觸到實際工程項目。而南大教授的優勢在于理論的提煉和高水平文章的發表。在聯合培養計劃制訂的過程中完全可以讓本校教師擔任學生的副導師。學生在南大學習的一年半時間內可以同時得到兩位老師在理論和實踐方面的指導,實現能力的提高。另一方面,通過師資共享,本校的老師也有更多的機會和國際同行實現交流,發表更高水平的文章。

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作為人才培養的主體，地方高校面向地方大中型企業，在機械工程領域已經招收了大量工程碩士研究生，培養一大批應用型高層次人才，但在培養過程中也出現了一些問題，主要體現在五個方面。

1.培養條件差異化較大

對于地方高校而言，一方面，相當于國內一流高校和各種強大資源，其硬件條件（如實驗條件、經費支持、信息資源等）和軟件環境（師資力量、管理體系、研究氛圍、校企合作、公共關系等）處于相對劣勢。但另一方面，與重點大學相比，地方高校更為重視工程碩士培養，在導師選聘、學生待遇、學習環境上或能提供更有優越的條件，且政策層面更加靈活。以某地方高校2009屆機械工程領域工程碩士為例，共29人，學院在授課方式、生活學習條件等方面實行政策傾斜，并為每位研究生配備雙導師，研究生論文全部來源于企業生產實踐。因此，地方高校工程碩士培養條件往往呈現很大的差異性。

2.生員質量參差不齊

（1）知識背景各異：由于機械行業是一個技術密集型行業，涉及材料、機制、電氣、測控、管理等諸多學科，生員專業差異性大、畢業院校也各自不同，因此該領域的生員背景知識差異較大。

（2）文化基礎較為薄弱。工程碩士研究生大多來自地方大中型企業的產品研發、生產一線及管理部門，具有極為豐富的產品開發設計、生產、管理經驗，但絕大部分人員離開高校較長時間，加之工作繁忙，沒有時間、精力學習本領域的前沿理論，存在一定知識陳舊現象，且英語、計算機等文化課基礎較為薄弱。

（3）學習積極性高但往往“心有余而力不足”，參加工程碩士學習的學員絕大多數都是是單位的技術骨干和中層管理干部，甚至有些擔任重要的行政職務，往往很難保證充分的學習時間和精力。

3.培養目標難以實現協調一致

地方高校機械領域工程碩士培養目標的實現需要高校、企業、研究生本人三方通力協作才能得以實現。然而，在具體實踐過程中往往會出現一些問題。

（1）企業迫切需要學校培養出創新能力強、能夠理論聯系實際、為企業創造大量經濟效益的應用型人才，但是往往很難將上述目標轉化為具體的培養方案并落實在具體的培養過程中。

（2）大多高校在工程碩士的培養過程中受以往慣性影響，往往會傾向于更為重視研究生的理論及學術水準提升，未能有效與企業溝通，協調一致，從而難以滿足企業對于人才的要求。

（3）絕大多數學員都是抱著很強的求知欲來學習的，但是往往低估了學習過程的艱苦性，加之家庭、工作方面的影響，往往會降低自己的要求，演變成為僅僅為了畢業證和學位證而學習，把獲得更高層次的學位而有利于自身發展作為學習目的。

4.過程管理不夠建全和完善

工程碩士研究生往往是企業的技術、管理骨干，承擔著繁重的科研、生產、管理任務，而工程碩士培養過程又是“進校不離崗”，因此在碩士生培養階段的學員往往在學習時間、學習地點、投入精力上會出現工作與學習之間的沖突；此外，學習內容與學員自己的知識背景差距大，學習難度大；同時，導師往往在學校承擔有其他教學科研任務，難以全身心投入。其次，在實際培養中往往沿用學術型培養模式，學院負責研究生的理論課教學、論文開題、中期檢查、答辯等工作，企業很少能參與人才培養的各個環節，往往造成企業對人才的質量要求與研究生的培養脫節。另外，“雙導師制”是針對工程碩士特點而實施的，但由于學員是在職學習，大部分時間在企業，學校導師往往很難像指導學術型研究生那樣細致指導，企業導師則往往是業務骨干或高層管理人員，難以抽出有效時間進行科學指導，從而使得工程碩士指導過程出現空檔。

5.評價標準難以把握

工程碩士培養是為工業企業培養具有創新能力的應用型人才，內容側重于應用能力和工程實踐能力。因此畢業論文中應強化解決工程問題的新思路、新設想、新工藝、新方法、新技術，而不一定要求具有較高的理論研究水平。而校內指導老師往往沿襲以往慣例，重學術水平輕工程應用、重理論輕實踐，如何客觀科學地評價工程碩士論文質量仍需要進一步厘清，因此對工程碩士論文客觀評價有一定難度。

二、提高機械工程領域工程碩士質量的探討

針對機械工程領域工程碩士培養的現狀和區域內產業發展趨勢，結合師情、生情、校情，湖南科技大學在機械工程領域工程碩士的培養過程中主要做了以下幾個方面的工作：

1.完善培養體系，強調實用性和可操作性

針對省情、校情、生情，依照“突出實踐能力”、“強化應用能力”、“提高綜合能力”及“夯實基本素質”原則，學校、企業單位、學員（導師）三方面結合協商制訂了具有學校特色的機械工程領域工程碩士培養方案。在具體實踐中，開學前邀請研究生院主管領導、企業專家、部分導師和學員代表進行溝通，根據生產、開發、制造過程中的具體問題，經現場專家、導師的交流和學員的面談后，學員可以結合自己從事的具體工作，選擇合適的課程滿足自身需要。

2.改革授課方式，強調靈活性和實用性

湖南科技大學工程碩士大都來源于本地大型工業企業，生產任務繁重，學員無法脫產學習。針對這一情況，學校采取了以下措施：（1）確立班主任責任制，每個班級配備1名碩士生導師為固定班主任，負責日常管理和聯系。（2）多時段集中授課。由班主任提前調研，確定合適授課時間，然后提前通知各位學員。對于因特殊情況未能參加授課的學生則利用周末、節假日進行單獨補課。（3）現場授課。對于部分距離較遠的學員，湖南科技大學采用教師現場授課。如學校多次組織相關教師到學生較為集中的企業等進行集中授課，取得了較好的教學效果。

3.強化校企合作，深化“雙導師制”

湖南科技大學針對“雙導師制”進行了以下改進：（1）師生雙向選擇：入學前組織師生見面會，加強交流，保證學員、校內導師、現場導師研究方向的一致性。（2）重視論文開題。由學位分委員會統一組織、集中管理、集中審核、嚴格把關。

（3）加強中期考核。由校內導師和現場導師組成評議組，互相檢查監督，保證論文質量。

4.加強管理，保證質量

為保證工程碩士研究生的培養質量，湖南科技大學建立了研究生院、學院、導師三級管理體制，主要包括：

（1）研究生院嚴把生源質量。在招生中全面考核學生理論水平、科研能力、綜合素質，嚴把招生質量關。

（2）學院負責日常教學管理。課程教學是工程碩士教育的核心環節，課程設置、內容選擇、教學方式上有效結合學員實際工作內容、突出個性，實行學分制和選修制相結合的考評體系，充分調動學生的積極性；考核方式采取讀書筆記、筆試、研究報告、綜合分析等多種方式。

（3）導師負責督促研究生學習、培養過程。由專家組集中組織學生開題、期中檢查，答辯過程由導師初審、預答辯、匿名評審等環節組成，確保研究生論文質量。

三、結語

篇5

關鍵詞：控制系統；控制方式；自動控制；太陽能；熱水工程

中圖分類號：TP13 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）05-1149-02

太陽能是典型的綠色可再生能源，研究、開發與應用太陽能資源具有全球性的戰略意義。在太陽能資源的應用中，太陽能熱水項目是目前技術比較成熟、經濟效益較高、環保效益與社會效益較好的項目。隨著太陽能熱水的廣泛使用，市場對太陽能熱水的系統特別是控制系統提出了越來越高的要求。該文以太陽能熱水工程的控制系統作為研究對象，根據北方高寒地區氣候特點和多年的工程設計、施工、維護經驗，切合市場反應及用戶需求研究、設計了太陽能熱水工程控制系統。

1 太陽能熱水工程概述

太陽能熱水工程是利用太陽能集熱器收集太陽能量，通過循環系統，將太陽能集熱器的熱量傳遞給水，將水加熱后根據控制系統的數據設定收集存儲于儲熱單元中，為用戶提供所需要的熱水。當天氣條件影響或其他原因使得系統儲存熱水不能滿足供熱指標時，可以通過輔助熱源系統加熱使水溫提高供用戶使用。為了減少管路熱損失，防止惡劣天氣條件管路凍堵，改善熱效，北方高寒地區還要有相應的保溫防凍系統。太陽能熱水工程主要由控制系統、集熱系統、儲熱水箱、循環系統、輔助熱源、保溫防凍系統等部分組成，見圖1。集熱系統是太陽能系統的能量積累轉換中心，其接收太陽輻射的能量，并將太陽的輻射能量轉化為水的熱能。儲熱水箱將太陽能所產熱水集中存儲，并通過管路供應至用水單元。循環系統是集熱器至儲熱水箱及輔助熱源至儲熱水箱的循環管道以及相關的水泵、電磁閥門等。輔助熱源主要是在太陽能產熱水能力供不應求時輔助加熱。北方高寒地區太陽能還需要有保溫防凍系統和，以減少管路熱量損失，防止低溫凍堵，保證系統在高寒條件下正常運行。

圖1 太陽能熱水工程系統組成

2 控制系統設計

2.1控制系統功能與組成

控制系統是太陽能熱水工程的中樞系統，其通過電氣控制的方式，提供智能的人機交互界面、實時采集顯示相關水溫、水位信號，實時監測相關運行信息，自動控制集熱器進行能量交換、自動控制循環系統的泵閥工作、自動控制輔助熱源按需加熱，確保系統正常運行?？刂葡到y能夠根據用戶現場設定數據及實時監測到的水壓、水位、水溫等參數自動控制加水泵閥、伴熱防凍、循環泵閥、輔助熱源、排空泵閥、供水泵及變頻器等設備的啟停，滿足用戶熱水需求。因此控制系統需有水位水溫監測顯示、數據輸入、運行信息指示、上水控制、集熱控制、供水控制、防凍控制、輔熱控制、排空控制等功能，見圖2。

圖2 控制系統結構與功能

2.2控制信號分析

控制系統根據用戶指令和輸入信號進行判斷、分析，從而輸出信號驅動相應的泵閥、熱水設備進行工作。據圖2所示系統，輸入信號有集熱器水溫[T1]、管道水溫[T2] 、儲熱水箱水溫[T3]、供水水溫[T4]、水位信號[H1]、水壓信號[P]等，輸出信號有上水泵閥控制信號、循環泵閥控制信號、輔助熱源控制信號、供水泵閥控制信號、防凍伴熱控制信號、排空泵閥控制信號、變頻供水控制信號等。

2.3控制方式分析

在太陽能熱水工程的控制系統中，根據運行原理和適用場合的不同，常用的有手動控制、溫差控制、定時控制、定溫控制等四種控制模式。

1）手動控制是最為基礎的控制方式，也是比較受大家認可的一種由操作人員根據實際需要手動控制上水、集熱循環、供水、防凍加熱、輔助加熱、排空等控制方式。在緊急情況或特殊情況時可以啟用手工模式進行控制。

2）溫差控制即系統適時監測集熱器水溫（[T1]）和儲熱水箱水溫（[T3]），并且將二者送到控制系統進行分析，當溫差（[ΔT=T1-T3]）大于設定值（[Δt0]）時（5～20℃），控制核心輸出信號啟動循環供水泵將集熱系統的熱量傳輸到儲熱水箱；當溫差（[ΔT=T1-T3]）小于設定值（[Δt0]）時（2～10℃），控制核心不再輸出信號循環泵停止工作。同時當溫差（[ΔT=T1-T3]）等于設定值（[Δt0]）時（50～60℃），控制核心輸出信號停止循環供水泵以保護低溫水進入集熱器造成集熱管炸裂；當溫差（[ΔT=T1-T3]）小于設定值（[Δt0]）時（20～30℃），控制核心再次輸出信號啟動循環泵開始工作。

3）定溫控制模式是系統適時監測集熱器水溫（[T1]），并且將其送到控制系統進行分析比較，當集熱器水溫（[T1]）大于等于設定值（[t1]）時，控制核心輸出信號啟動控制電磁閥或循環水泵，冷水進入集熱器將熱水壓入儲熱水箱；當集熱器水溫（[T1]）小于設定值（[t1]）時，控制核心不再輸出信號，控制電磁閥或循環水泵停止工作。

4）定時控制是效率較低的一種控制模式，操作人員根據實際需要，預先設定系統啟停、運行時間或排空時間，系統在設定時間啟動泵閥或停止循環泵。

2.4控制系統構建

據以上分析，結合北方地區氣候特點及用戶需求構建了以凱盈電子有限公司的KING-C型太陽能集熱工程控制器為核心，輔以SA136型數碼溫差控制器進行超溫保護、SB252型數碼定時器做定時排空控制、SC393電子探極式液位繼電器做液位雙重保護、水溫水位傳感器等器件的適合北方地區應用的太陽能熱水工程控制系統，見圖3所示。該系統綜合手動、溫差、定溫、定時四種控制方式，具有水位監測顯示、水溫監測顯示、數據輸入、運行信息顯示、自動與手動運行控制、上水控制、集熱循環控制、供水控制、防凍控制、輔助燃氣鍋爐或電加熱控制、恒溫控制、排空控制、自動保護等功能，適合北方高寒地區使用。

圖3 太陽能熱水工程控制系統簡圖

3 結束語

本系統應用于實際工程，經過現場調試、運行及參數測試，系統運行穩定、智能化程度高、保護措施完善，通過對數據的分析計算得到系統產熱量穩定、經濟效益與環保效益較高，適合在北方高寒地區使用。

參考文獻：

[1] 楊永剛.太陽能熱水器控制電路的設計[J].產業與科技論壇，2012，11（14）：63-64.

[2] 王懷龍.太陽能熱水系統全功能控制儀的開發設計[D].大連理工大學碩士學位論文，2010.

[3] 張世坤，許曉光.我國當前的能源問題及未來能源發展戰略[J].能源研究與信息，2004，20 （4）：211-219.

篇6

關鍵詞： 電連接器;電阻;鍍錫;微動

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.205

1 引言

就目前而言通過深入的研究，人們普遍的了解到在航空航天領域，微動腐蝕是造成連接器連接效果逐漸降低并最終完全失效的主要因素之一。但在智能化中高壓輸電和低壓配電領域，特別是智能化低壓配電開關柜局部領域還沒有引起人們的足夠重視。

智能化低壓開關柜的定義

第一類：采用智能化元器件的低壓開關柜。他是一智能化開關器件，智能化電力儀表，電機綜合保護裝置，饋電測控裝置為基礎，通過現場總線將各種信息匯總到柜內的通信管理中心后，再通過工業以太網于電力監控系統實現交互控制和交換信息。

第二類：具有全面信息化測控管理功能的低壓開關柜。此類開關柜內信息采集摒棄了傳統的電流互感器，利用各類傳感器和控制器，實現三相電流，電壓及其相位差的采集，還可以采集柜內各主回路一次搭接點的實時溫度數據。這些數據經過柜內的工業以太網傳輸到測控中心。

綜上通過智能化低壓開關柜的定義，可以看出智能化低壓開關柜內大量的數據傳輸要求，而這些數據的傳輸離不開連接器。電連接器是智能化低壓開關柜接口配套部件，從帶測控功能的元器件到各種個測控傳感器，都對電連接器接觸良好性，工作可靠性，維護方便性提出了特別高的要求。其在物流運輸和正常工作中要受到多種環境外力的影響，其中振動和環境溫度是影響其連接可靠性的兩大因素。各種因素作用于連接器內的公母插件，導致接觸部位摩擦和發生相對位移，所引發的接觸微動現象將造成電接觸性能逐漸退化甚至完全失效。

2 電連接器的主要性能

電連接器基本性能包括機械性能、電氣性能和環境性能，電接觸失效是其主要失效形式，表現為接觸電阻增加以及連接瞬斷等。為了保證電連接器的可靠連接，接觸件材料一般選用摩擦損耗小，導電性能好、且不易產生應力松弛的鈹青銅或銅合金材料;另外對連接器表面覆蓋電阻率較低、較耐腐蝕的鍍層的工藝處理也越來越被工廠所廣泛采用。

3 鍍層材料的選擇

電連接器是通過電接觸實現導體之間的電流導通和電信號傳輸的，所以，要使接觸件觸點的接觸電阻小、使用壽命長、具有一定的硬度和耐磨性以及良好的電氣性能等，就成為連接器電鍍中必須要考慮到的問題。

基底金屬上的鍍層材料不同，對連接的影響也不盡相同。通常采用的鍍層材料包括：金、銀和錫。

（1）金和銀的電阻率很低，抗被腐蝕氧化能力高，且材料表面不易產生絕緣的氧化膜層而影響接觸性能，但由于金和銀的價格相對昂貴，會帶來制造和加工成本的相應提高。故鍍金和鍍銀工藝并未被企業廣泛地采用。

（2）相對于金和銀的高昂成本，錫的價格則便宜了許多。錫是銀白色的金屬，密度7.28g/cm3，熔點232℃，具有耐腐蝕、抗變色、無毒、焊接性能好等優點。

鍍錫具有下列特點和用途：

1）化學穩定性高，空氣中暴露抗氧化，耐變色，與硫化物不發生化學反應，與其他強酸如稀硫酸、稀鹽酸、硝酸幾乎不反應，具有較強的防腐特性。

2）錫為良導電金屬材料，易釬焊，所以常用以電子元器件引線、印刷電路板及低壓器件的電鍍;

3）隨著科學技術的發展和人類的進步，人類對于環保意識的不斷強化，錫因其無不無害的性質而受到人們的廣泛使用。

4 鍍錫表面處理電連接器問題反饋

某型智能低壓開關柜在實際工程應用中頻繁的接收到客戶的投訴：該開關智能控制測量系統經常性的信息瞬斷，導致數據無法正常傳輸，甚至造成大面積的停電等嚴重事故。通過技術支持部門分析最終發現導致這些嚴重事故的原因是因為在該型智能低壓開關柜內大量應用了用鍍錫做表面處理的電氣連接器。

5 鍍錫對電接觸的影響失效模式分析

本實驗室對該型開關柜所用電連接器直插式電連接器進行測試試驗。電連接器的樣品如圖1 所示。

在進行連接器機械工作試驗時，選擇8對接觸件作為試驗樣本，測量其接觸電阻的初始值。每隔一月做40次插拔試驗，每40次插拔試驗后分別測對應的接觸電阻值，共做360次插拔試驗，得到的接觸電阻的測量值分別如表1所示。

當接觸點運動時，氧化膜在新位置中斷和更新鮮的錫流入接觸點。然而新暴露在最初的接觸點錫會氧化。當接觸返回到其原始位置的周期重復和內表面更新鮮的錫不斷暴露并氧化。氧化層厚度的增加，電阻會隨之增加。當這種情況發生時，電接觸正變得不那么有效導致增加的接觸溫度，最終導致接觸失效。

6 分析與結論

該型電連接器，剛開始的200次機械插拔試驗中，其接觸電阻的測量值變化比較大，而200 次機械插拔試驗之后，其接觸電阻的測量值都開始趨向穩定，沒有單調上升或單調下降的變化，也沒有忽升、忽降的變化。對于同類連接器制定產品標準時，機械工作試驗的次數可以定為200 次，在200 次以后，測得的接觸電阻可以反映此類產品穩定工作時的接觸狀態或接觸可靠性。

通過對此型號產品的研究、試驗和分析，確定了在本連接器表面鍍錫對該產品接觸電阻的影響，接觸電阻也是電連接器接通負載后產生接點溫升、自身發熱的主要原因。接觸件表面一般均涂覆有一定厚度的鍍錫層，鍍錫層雖具有一定的防腐蝕特性，但隨著觸點間相對微動而產生磨損，使錫的氧化膜在新位置中斷和更新鮮的錫流入接觸點，循環往復后會不斷有更新鮮的錫暴露于空氣中發生新的氧化。氧化層的不斷增厚會導致接觸電阻的逐漸增大，增大了電連接器接觸電阻值的分散程度，不利于提高固有可靠性、延長產品的使用壽命。

以此試驗分析在低壓開關柜制造過程中，凡是在滑動連接處用到的電連接器禁止使用鍍錫表面處理工藝。

參考文獻：

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[5]蘇竣，王其平.電連接器接觸壓力的測量和磨損蛻變模型[J].低壓電器，1993（05）：15-19.

篇7

關鍵詞:HSE 概念圖;知識模型;知識組織

1 相關概念

1.1 概念圖

概念圖(Concept Map,簡稱Cmaps)是一種利用概念以及概念之間的關系表示和組織關于某個主題的結構化知識的圖示方法。作為一種新的知識組織和知識表征的工具,概念圖不但可以可視地描述領域知識、揭示知識之間的關系,還能將知識結構與其他類型的相關資源集合起來形成知識模型,從而使用戶更有效地共享和利用這些資源。概念圖在知識組織功能方面存在著其他組織方式無法比擬的優勢。

1.2 HSE

HSE是健康、安全和環境管理體系的簡稱。H(Health),是指人身體上沒有疾病,在心理上保持一種完好的狀態;S(Safety),是指在勞動生產過程中,努力改善勞動條件、克服不安全因素,使勞動在保證勞動者健康、企業財產不受損失和人民生命安全的前提下順利進行;E(Environment),是指與人類密切相關的、影響人類生活和生產活動的各種自然力量或作用的總和,它不僅包括各種自然因素的組合,還包括人類與自然因素間形成的生態關系的組合。

HSE管理體系是由組織實施健康、安全與環境管理的組織機構、職責、做法、程序、過程和資源等要素有機構成的整體,這些要素通過先進、科學、系統的運行模式有機地融合在一起,相互關聯、相互作用,形成動態管理體系。

2 研究背景及研究現狀

2.1 研究背景

HSE管理體系是石油化工行業廣泛推行的先進管理方法,是三位一體的管理體系。HSE知識涉及面廣、內容紛繁復雜,這給知識組織帶來了比較大的困難。目前,國內對HSE的領域知識的組織和表征大多采用傳統的信息組織方式,僅僅是對HSE信息進行簡單的序化和存儲,無法揭示知識之間的關聯關系,沒有語義機制,也沒有將知識可視化,更不能在知識結構中直接容納與知識相關的其他資源。因此,用戶不能利用視覺能力從整體上理解HSE領域知識,更無法通過導航直接獲得所需的相關資源。

上述問題,筆者認為可以通過引入概念圖來解決。本文利用基于概念圖的信息可視化技術描述HSE領域知識、揭示知識之間的關聯關系、呈現HSE的知識體系,使用戶利用視覺能力從整體上理解HSE領域知識,并通過導航直接獲取所需的相關資源。

2.2 國內外研究現狀

筆者通過中國期刊全文數據庫、中國優秀碩士論文庫、國內核心期刊、Google搜索引擎等方式對HSE的知識組織情況進行檢索,均未得到命中文獻。目前國內外的HSE研究主要是圍繞HSE管理體系和管理模式進行的,而對HSE的知識組織及表征的研究還是空白,沒有形成相應的理論成果,也沒有構建該領域的概念圖知識模型。

3 HSE概念圖知識模型My_HSECKM的建設目標及體系結構

3.1 My_HSECKM的建設目標

My_HSECKM是具有個性化特色的集知識組織、可視化及知識導航功能于一體的概念圖知識模型,具體建設目標如下:

(1)以用戶為中心

用戶可與My_HSECKM進行實時交互,整個人機交互的過程由用戶控制。要充分發揮用戶在整個知識導航過程中的主導作用,充分滿足不同類型用戶的信息需求。

(2)基于內容的知識表示

My_HSECKM將HSE知識領域中的知識之間以及知識與資源之間的內在關聯以圖形形式呈現出來,為用戶提供基于內容和語義的領域知識表示,從而加強用戶對領域知識的理解及吸收。

(3)簡化相關媒體資源的獲取

My_HSECKM將與HSE知識相關的資源全部連接到知識模型中的相應位置,用戶可以直接通過瀏覽和點擊,方便快捷地獲取所需的、與HSE相關的媒體資源。

(4)通過知識組織可視化來優化用戶信息需求

My_HSECKM以可視化形式顯示HSE領域知識,用戶通過導航界面進行瀏覽,根據各結點之間的關聯,獲取對相關領域知識的較深入的理解,更好地表達其信息需求,為用戶的知識導航提供新的視角。

3.2 My_HSECKM的體系結構

My_HSECKM的體系結構如圖1,用戶接口層主要負責用戶與知識模型的交互;概念層主要負責概念之間關系的揭示及概念連接,該層次中的概念是互相關聯的,并形成領域知識框架;資源層主要負責相關媒體資源(如文本、圖像、音頻、視頻、網頁等)的鏈接,每個概念可以對應的資源類型及數目沒有限制。用戶通過對用戶界面的操縱進行知識導航,并通過資源鏈接獲取所需的概念及相關媒體資源。

4 My_HSECKM的實現

4.1 CmapTools

美國佛羅里達州的科研機構人機識別研究院IHMC(The Institute of Human & Machine Cognition)一直致力于概念圖的應用研究和軟件開發,開發了名為“CmapTools”的概念圖軟件。目前,教育和非商業機構可以免費獲得這一軟件。CmapTools的最新版本是CmapTools 5.03,可以從cmap.ihmc.us/download/網站免費獲得。

4.2 My_HSECKM的開發環境

知識模型My_HSECKM的開發環境為:

操作系統:Windows XP

開發工具:CmapTools客戶端軟件4.10

映射對象:HSE

信息來源:搜索引擎及各種數據庫

4.3 My_HSECKM的構建過程

筆者利用CmapTools工具、采用以下的步驟構建HSE領域的概念圖知識模型My_HSECKM:

(1)概念的抽取和概念之間關系的確定。

由于目前沒有全面系統的HSE的概念體系描述資料,所以本文利用期刊資料來抽取與HSE有關的專業詞匯,并確定詞匯之間的關系。每個詞匯將作為一個概念節點出現在概念圖中,概念間的關系也將得到清晰的揭示。

(2)構建My_HSECKM的層級結構。

首先對抽取的概念進行排序以確定My_HSECKM的縱向分層,按照含義最一般、最概括的概念在上,越特殊、越具體的概念在下,依次排列。然后找出并列的概念確定橫向分支。用連接線將概念連接起來,并在連接線上標明連接語,即概念之間的關系。不同分支間的概念可以使用交叉連接。

(3)搜索與概念相關的信息資源。

信息資源的類型可以多種多樣,如文本、圖片、音頻、動畫、視頻、網頁等。文本類型的資源主要通過CNKI和其他期刊數據庫獲得,其它各種媒體類型的數據通過Google等搜索引擎獲取。

(4)信息資源標引,建立概念與資源的連接。

為了實現信息資源和知識結構之間的連接,采用人工標引的方式對相關知識及資源進行標引。在需要連接資源的概念下方點擊鼠標右鍵,選擇“增加&編輯鏈接到文件”選項,在彈出的對話框中選擇所需連接的資源,即可將資源連接到概念圖的相應位置。

5 My_HSECKM的知識組織及導航功能測試

5.1 命題。選擇兩個相關概念,如“HSE”和“Health”,這兩個概念與連接語“include”構成了命題。如圖2-1。

5.2 頂級圖。打開CmapTools4.10,在“我的概念圖”中找到My_HSECKM概念圖知識模型,或者打開其網頁版本,點擊進入My_HSECKM的頂級圖“HSE Manage System”,如圖2-2。

5.3 關系。通過瀏覽My_HSECKMS,既可以清晰地掌握關于HSE的整體知識結構,同時又可以了解具體的概念與概念之間的關系。例如:圖2-2中,用戶可以清晰地看到“HSE Manage System”與 “PDCA”之間關系是“satisfy”。

5.4 資源。My_HSECKM中有的概念下面帶有小圖標,說明還有與這一概念有關的附加信息可以對這一概念做進一步的解釋或說明,不同的圖標代表不同的文件類型。例如:通過點擊“Cases”概念下面的圖標,可以打開資源列表中的任意一個選項,如圖2-3打開了圖片類型的相關資源。

6 結論

本文構建HSE概念圖知識模型為進一步利用概念圖進行有效的知識組織提供一定程度上的依據,促進對HSE領域知識的有效利用及共享的同時,也將對HSE管理體系的不斷完善起到一定的推動作用,并為HSE領域知識模型的深化或其他領域知識模型的構建提供借鑒,具有一定的理論及現實意義。但由于時間和篇幅的限制,My_HSECKM知識模型僅僅是對HSE領域的一個很小的部分進行了知識組織和表征,還需要日后的繼續深入。

參考文獻:

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[2] cmap.ihmc.us/

[3] 省略

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[8] 呂俊明.基于.NET的中國石油HSE信息系統職業健康模塊的設計與實現[D].北京交通大學碩士學位論文.2008.

篇8

關鍵詞：雷達伺服系統；雙電機消隙；驅動器控制；消隙偏置電流

引言

雷達伺服系統是雷達的一個極為重要組成部分，雷達伺服系統對于雷達的正常工作有著極為重要的調節作用，在發現目標、跟蹤目標以及精確地測量目標位置和其它參數都起著不可或缺的作用。雷達伺服系統的精度與雷達的測角精度有著很直接關系?，F代社會隨著科學技術的迅速提升，國際社會形勢的復雜多變，國家對跟蹤雷達伺服系統的跟蹤精度、快速性以及低速平穩性等性能參數提出了更高的要求。由于齒隙、摩擦等非線性因素的存在對雷達伺服系統的跟蹤精度、快速性以及低速平穩性的提高有著重大影響作用，如果不能消除齒隙、摩擦的影響，系統性能會因極限環或沖擊而降低，甚至變得不穩定。齒隙非線性是由于機械傳動系統中齒輪輪齒之間存在的間隙而導致的非線性位置誤差。在高精度運動控制領域，對齒隙非線性進行補償一直是研究的重要內容之一。

文章將以精密跟蹤雷達轉臺伺服系統為研究背景，其中電機控制用驅動器控制，伺服系統為大負載大慣量，研究雙電機消隙伺服系統。通過對實際系統進行建模，研究合適的控制算法，從而指導實際系統的開發，縮短其設計與調試周期。

1 雙電機消隙原理

雙電機消隙的本質就是系統在低速運行或轉換方向時，施加一個可以消除齒隙的偏置力矩，目的是為了實現系統的無齒隙傳動。由于力矩與電流成正比的關系，施加偏置力矩本質上也就是施加一個偏置電流，即在原有電流環主輸入的基礎上額外加一個電流作為電流環的輔助輸入。相對于傳統的機械消隙，雙電機電氣消隙在性能上具有以下幾個方面的優勢：

（1）更高的重復定位精度；

（2）更大的控制靈活性，一方面，兩個電機以目標策略反方向驅動可以消除反向間隙，另一方面，當需要加大驅動力矩時，兩個電機也可以同向驅動；

（3）降低成本，用普通精度的減速齒輪箱代替具有機械消隙功能的高精度減速機構，驅動系統的結構簡單、成本減小，并且不需要定期調整機械消隙機構，后期的維護費用大大降低。雙電機驅動消隙方法降低了傳動機構的復雜性，省去了為消除傳動間隙而附加設計的消隙機構，采用先進的電氣控制方法替代傳統的機械消隙方法，間接地實現了控制的零間隙傳動。

雙電機驅動能否完全消除齒隙，其中一個最重要的環節就是確定合理的消隙電流。該偏置電流方案可以在兩個電機的電流給定端施加大小相等、方向相反的常偏置電流，從而改善系統的性能。但是這種方法僅僅使得作用在兩電機上的總力矩成為一種近似線性的關系，實際運行過程中系統仍然會受到波動力矩的影響。因此，我們應當根據系統的實際的運行狀態和運行環境來施加一個偏置電流。

2 雙電機消隙的應用研究

對于一個科學、合理、高效的控制系統而言，其中關鍵的環節就是對控制器的設計，控制器設計的效果最終會關系到整個控制系統性能的好壞，控制器的設計主要要求實時性強，通用性強，在滿足性能指標的前提下結構和部件盡可能的簡潔。

為了簡化起見，本部分假設用于雙電機電氣消隙的兩個伺服電機的規格參數完全相同，這樣以來兩臺電機的驅動電流的最簡單關系為：

I1=It+I0，I2=It-I0

其中I0為消隙偏置電流，It是和輸出合力矩對應的目標驅動電流，無論消隙的偏置電流I0的大小怎么變化，兩個伺服電機的輸出合力矩總是：Kt*I1+Kt*I2=Kt*（It+I0）+Kt*（It-I0）=2Kt*It。

從理論上來說，雙電機電氣消隙在運行的過程中，總體可以分為以下四個工作狀態：

（1）在系統靜止和勻速運行時，系統所需要的輸出合力矩為零，這時兩臺伺服電機的驅動電流分別為+I0和-I0，其所對應的輸出力矩是大小相等、方向相反的關系。I0是施加給系統的一個消隙偏置電流，它所對應的輸出力矩為消隙偏置力矩，這時的消隙偏置力矩必須可以克服系統在傳動的過程中本身的各種動摩擦阻力和靜摩擦阻力，以及彈性形變等各類傳動死區環節等所需力矩的總和。

（2）在系統所需要的輸出合力矩增大時，兩臺伺服電機的驅動電流可以按照與其工作狀態所對應的特定的電流曲線變化，其中一臺伺服電機的輸出力矩將繼續增加，而另外一臺伺服電機的輸出力矩會逐漸減小至零，然后再反向增大，由阻力變為驅動力。

（3）如果兩臺伺服電機輸出同向力矩時使系統以足夠大的輸出合力矩朝某個方向運行過程中需要減速停止，這時系統的兩臺伺服電機的驅動電流將會按照所對應的特定的電流曲線反轉，這時候系統輸出力矩中較大的一臺伺服電機的驅動電流將會越來越小直至小到消隙偏置電流I0，另一臺伺服電機的驅動電流會在前一臺伺服電機的驅動電流減小到消隙電流I0之前減小到零，再反方向增大到消隙電流I0，輸出力矩也相應地由驅動力恢復為阻力。

（4）當兩臺伺服電機的輸出同向力矩使系統以足夠大的輸出合力矩朝某個方向運行過程中需要減速并反向運行時，將首先執行過程（3）然后在執行過程（1）最后再到過程（2）的變化。

3 結束語

齒隙是動力傳動過程中一種常見的非線性現象，它對雷達伺服系統的跟蹤精度、快速性以及低速平穩性的提高有著重大影響作用。確定合理的消隙電流是雙電機驅動能否完全消除齒隙的一個最重要的環節，偏執電流的確定需要根據客觀的系統環境進行確定，如何更加精確的確定偏執電流這也是文章作者后續的一個研究課題。

參考文獻

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[2]楊文清.雙電機消隙伺服系統的研究與應用[D].西安電子科技大學碩士論文，2010.

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論文摘要：介紹教育機器人在機器人競賽及課內外教學中的應用現狀，并提出其教育價值。

1 引言

自從20世紀50年代末世界上第一臺機器人誕生之后，機器人技術得到了迅速的發展。機器人技術是一個國家科學技術水平和國民經濟現代化、信息化的重要標志，也是打開21世紀大門的鑰匙[1]。

隨著機器人技術的發展，其在教育領域的應用也逐步得到重視。目前教育機器人主要應用于課內外教學和參加各級各類科技創新活動，表現出了無可比擬的教育價值和極待挖掘的發展前景。

2 機器人的定義

在科技界，科學家會給每一個科技術語一個明確的定義，但機器人的定義卻至今沒有統一。原因之一是機器人還在發展，根本原因則是機器人涉及到了人的概念，使之成為難以回答的哲學問題。早在1967年日本召開的第一屆機器人學術會議上，就有專家提出了兩個有代表性的定義[2]。之后又不斷涌現新的見解。我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力，是一種具有高度協同性的自動化機器?！盵2]

3 教育機器人簡介

干國勝在其碩士論文中對教育機器人解釋如下：用在教育領域的以人工智能決定其行動的機器人[2]。從學習角度講，“教育機器人是由生產廠商專門開發的以激發學生學習興趣、培養學生綜合能力為目標的機器人成品、套裝或散件”[3]。它除了機器人機體本身之外，還有相應的控制軟件和教學課本等。

國內已有一些企業和公司可以生產教育機器人或教學平臺。不同種類的教育機器人不斷涌現，如SmartCar[4]、SUUNY618、博思威科教育機器人等均已投入市場。

4 教育機器人產生背景

機器人技術是在二戰以后才發展起來的新技術。1958年美國的Consolidated公司制作出了世界上第一臺工業機器人，由此揭開了機器人發展的序幕[5]。1967年日本川崎重工公司從美國購買了機器人的生產許可證，日本從此開始了研究和制造機器人的熱潮。隨著機器人在工業上的廣泛應用，如何加強工人對機器人的了解從而提高他們對機器人的控制也就成為一個顯著的問題。機器人教育也就隨之產生。2003年4月3日到7日，日本橫濱舉行了2003年機器人博覽會[6]。專門用于教學的教育機器人從此誕生了。

國外教育機器人的研究開展較早。早在上世紀六十年代日本、美國、英國等西方發達國家已經相繼在美國大學里開始了對機器人教育的研究，到了六十年代他們在中小學也開始了機器人教學，在此過程中也推出了各自的教育機器人基礎開發平臺[5]。我國的機器人研究在七八十年代就已開展起來，在我國的“七五”計劃，“863”計劃中均有相關的內容。但針對中小學的機器人教學起步較晚，到上世紀九十年代后期才得到了初步的發展，目前發展仍不完善。

5 教育機器人應用現狀

教育機器人主要用于機器人競賽和課內外教學。

5.1 機器人競賽機器人教育對高科技社會的巨大影響已經引起了美國、歐洲、日本等發達國家和亞洲各國的高度重視，也得到了我國教育界的極大關注。國內外機器人賽事不斷，引人注目。目前，全球每年有一百多項機器人競賽，參加人員從小學生、中學生、大學生到研究者[5]。

1）國際比賽。①機器人足球競賽。讓機器人踢足球的想法是在1995年由韓國科學技術院（KAIST）的金鐘煥(Jong-Hwan Kim)教授為了發展多智能體技術而提出的。1996年11月，他在韓國政府的支持下首次舉辦了微型機器人世界杯足球比賽(即FIRA MiroSot’96)。

國際上最具影響的機器人足球賽主要是FIRA和RoboCup兩大世界杯機器人足球賽，這兩大比賽都有嚴格的比賽規則，融趣味性、觀賞性、科普性為一體，為更多青少年參與國際性的科技活動提供了良好的平臺。

FIRA ( Federation of International Robot-soccer Association)是國際機器人足球聯合會的縮寫，于1997年第二屆微型機器人錦標賽(MiroSot ’97)期間在韓國成立的。FIRA每年舉辦一次機器人足球世界杯賽(FIRA Robot-Soccer world Cup)，簡稱FIRARWC，比賽的地點每年都不同，至今已經分別在韓國(三屆)、法國、巴西、澳大利亞(兩屆)、中國等國家舉辦了多屆賽事。

RoboCup (Robot World Cup)是一個國際性組織，1997年成立于日本。RoboCup以機器人足球作為中心研究課題，通過舉辦機器人足球比賽，旨在促進人工智能、機器人技術及其相關學科的發展。RoboCup的最終目標是在2050年成立一支完全自主的擬人機器人足球隊，能夠與人類進行一場真正意義上的足球賽。RoboCup至今已組織了八屆世界杯賽。比賽項目主要有:電腦仿真比賽、小型足球機器人賽、中型自主足球機器人賽、四腿機器人足球賽、擬人機器人足球賽等項目。

②機器人滅火競賽。機器人滅火的想法是在1994年由美國三一學院的Jack Mendelssohn教授首先提出的。比賽在一套模擬四室一廳住房內進行，要求參賽的機器人在最短的時間內熄滅放置在任意一個房間中的蠟燭。參賽選手可以選擇不同的比賽模式，比如，在比賽場地方面可以選擇設置斜坡或家具障礙，在機器人的控制方面可選擇聲控和遙控，熄滅蠟燭所用的時間最短，選擇模式的難度最大，綜合扣分最少的選手為冠軍。雖然比賽過程僅有短短幾分甚至幾秒鐘的時間，用來滅火的機器人體積也不超過31立方厘米，但其中包含了很高的科技含量。目前，機器人滅火比賽已成為全球最普及的智能機器人競賽之一。

③機器人綜合競賽。國際機器人奧林匹克競賽。主要是亞太國家參與的一項國際機器人賽事，2002年中國北京成功舉辦了第四屆比賽，有包括韓國、新加坡、中國大陸、香港、臺灣、菲律賓、泰國在內的七個國家和地區參加了這一賽事，比賽圓滿成功，第五屆比賽于2003年月11月6日～10日在韓國舉行。

FLL機器人世錦賽，1998由美國非盈利組織FIRST發起，目前有10多個國家(英國、法國、德國、北歐5國家、新加坡、韓國、中國)及美國的46個州參加該活動。每年秋天，由教育專家及科學家們精心設計的FLL挑戰題目將通過網絡全球同步公布。各國/區域選拔賽在年底舉行，總決賽于4～5月在美國舉行。競賽內容包括主題研究和機器人挑戰2個項目，參賽隊可以有8～10周的時間準備比賽。

④其他比賽。在國外，1980年，第一屆全日本機器人走迷宮比賽；1992年，第一屆美國人工智能學會移動機器人比賽；1998年，第一屆國際海洋機器人競賽；2001年，日本政府舉辦第一屆國際機器人節，舉行了十幾項各種機器人比賽。教育智能機器人是目前歐美國家流行的用于培養學生動手能力，計算機應用能力，和創新思維的學習工具。

孫媛媛、何花撰文指出，國際機器人競賽有以下特點：比賽規模不斷擴大，比賽項目不斷完善，比賽的影響力不斷完善，推動技術進步，促進學校教育[7]。

2）國內比賽。在國內，2000年，FIRA中國區比賽;2002年，CCTV杯機器人比賽;2004年，第五屆全國中小學電腦制作大賽；自2005年開始的全國青少年教育機器人競賽[8]；中國科協主辦的中國青少年機器人競賽，中央電教館舉辦的中小學生電腦制作活動，教育部關心下一代工作委員會、中國發明協會舉辦的全國中小學信息技術創新與實踐活動[9]。還有近幾年各省、市組織各種類型機器人比賽。

3）機器人競賽的教育價值。何智等撰文指出中小學機器人競賽對當前的教育會產生重大的作用：促進教育方式的改革，培養學生的綜合能力；有利于建立一門新的標準課程；寓教于樂；培養學生的團隊協作精神和寬容為懷的人文品格[9]。

北京科技大學的郗安民教授在接受訪談時指出，大學生機器人比賽是一項很好的科技創新活動，不僅易于激發興趣，而且綜合了多學科的知識，是一項比較大的訓練工程[10]。張云洲等探討了機器人競賽對于大學生教育的價值：機器人競賽活動的開展有效激發了學生參與科技創新、開發與研制的興趣愛好，有利于其綜合素質的培養[11]。

5.2 學科及課外教學目前，除將教育機器人用于參加各種比賽外，教育機器人還被用于課內外教學，以提高學生設計、開發、應用機器人的能力和創新能力。北京、上海、廣東、浙江、江蘇、湖北等省市已經先后將教育機器人納入地方課程或校本課程。到2005年底，我國已有76所中小學成為機器人教學實驗學校。教育機器人正在逐步地走入我國的各類學校[3]。

王立春撰文從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等各個方面探究教學機器人所具有的獨特的教育價值，指出教育機器人在教育領域的頑強生命力和巨大發展前景[12]。

張興華以碩士論文的形式深入探究了基于機器人的青少年活動的教育價值。她從親身體驗的活動案例出發，把握了全國基于機器人的青少年活動的形勢，在深入研究的基礎上認為基于機器人的課外活動的教育價值主要體現在三個方面：對青少年各方面能力的培養；促進教育方式的改革；有利于建立一門新的標準課程[13]。

6 結語

教育機器人事業方興未艾。教育機器人活動知識覆蓋面廣、能力鍛煉多樣、情感體驗豐富，受到越來越多的師生歡迎，正向廣大師生的普及過渡。教育機器人必將為我國的素質教育做出應有的貢獻。教育機器人的前途是光明的。

參考文獻

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[11]張云洲，吳成東，崔建江，叢德宏.基于機器人競賽的大學生創新素質培養與實踐[J].電氣電子教學學報，2007(2)

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[關鍵詞]STC單片機；遠程數據抄讀；自動控制

現階段的人工抄表等方式存在諸多的缺陷不便，不但抄讀效率低、費時費力，而且準確性和及時性得不到有力保障，進而導致生產管理和技術決策方面得不到詳細準確的原始數據。隨著智能電網建設的步伐加快和用電量的突增，電力部門和用戶對抄表設備質量的要求越來越高，本文設計的采用無線抄表系統，將物聯網技術運用到抄表系統中，實現電表數據的自動抄讀以及開關的遠程控制。

無線自動抄表系統（簡稱AMRS，Automatic Meter Reading System）主要由計算機軟硬件系統、通信系統、計量設備等結合在一起的采集與傳輸裝置將采集數據傳輸到管理系統，完成抄表和實時監控的用電管理設備[1]。

1、系統結構與工作原理

無線自動抄表系統的硬件部分包含由微處理器、Zigbee模塊、存儲模塊、數據傳輸模塊、時鐘模塊和電源模塊等部分。

系統工作原理：數據采集模塊采集到電表數據后傳輸到微處理器，微處理器經過數據的提取，保存到數據存儲模塊，在管理部門需要的時候，將數據通過Zigbee網絡傳輸到數據庫，管理部門可方便監測，并周期性的對采集的數據匯總分析。系統也可以根據用戶需要實時將部分數據發送給用戶終端。當發生異常情況時，如預購電量不足、通訊模塊網絡出錯、過電流、過電壓等，系統會向電力部門和用戶發送告警信號，當預購電量消費完時，微處理器會向執行模塊發送命令信號使整個電力系統斷電，只保留設備的供電部分的電源。系統硬件的結構框圖如圖1所示。

2、系統硬件部分

2.1單片機最小系統

本系統的選用的微處理器為宏晶科技生產的STC12C5A60S2單片機，該單片機具有高速、低耗、超強抗干擾的的特點，且指令代碼完全兼容傳統的8051，而速度快8～12倍，其工作寬電壓范圍在3.3V～5.5V，工作溫度在-40℃～+85℃，符合野外工作環境的要求，該單片機最大的優點是具有兩個全雙工的串行通信接口。在電路設計時，串口1通過采集模塊連接電表采集數據，串口2連接通信模塊發送數據或者接受命令。該單片機還提供了一種串行通信接口--SPI接口，SPI是一種全雙工、高速、同步的通信總線，SPI與數據存儲器FM25256連接，將采集的數據實時的保存[2]。

2.2Zigbee無線模塊的構建

ZigBee標準和CC2430芯片設計的開放式ZigBee模塊――DTD243B模塊，其核心為CC2430芯片，CC2430[3]是符合IEEE 802.15.4和Zigbee標準的一顆真正的系統芯片CMOS解決方案，其內部帶有一個2.4GHz的射頻收發器和工業級增強型8051內核。該芯片具有極高的接收靈敏度和抗干擾能力。CC2430芯片設計如圖2，主要包括3.3V和1.8V電源電路、復位電路、晶振電路等。

整個電路屬于數字信號和模擬信號混合的電路，在布線過程中要防止兩者相互干擾，符合數模電路混合布線的要求。

2.3數據采集模塊

采集模塊實時采集電表數據，數據采集有兩種方式，一種是循環不定時采集數據；另一種是當接收到管理部門的用戶命令時實時采集數據。模塊采用RS485方式進行數據采集，最高傳輸速率為10Mbps，最大的通信距離約為1200m，并且具有良好的抗干擾性。采集模塊選擇美國TI公司生產的SN65LBC184半雙工收發器，片內集成四個瞬時過壓保護管，可承受功率達400W的瞬時脈沖電壓，可抑制雷電及其他原因在電路中產生的瞬時高壓，保護接口電路免遭損壞。采集模塊連接單片機的串口1。

2.4存儲模塊

數據存儲模塊選用的RAMTRON公司先進的鐵電技術制造的非易失性存儲器FM25256，它可承受一萬億次的讀寫次數，數據在掉電后可以保存10年以上，具有最大可以達到15MHz的操作速度，在執行讀寫操作時與RAM相似，以總線速度進行寫操作，無需延時。數據成功地傳輸到器件之后，在周期過程中被寫入存儲器陣列，下個總線周期可以立即開始[4]。FM25256用在頻繁、快速讀寫操作的系統中，加強了數據存儲的安全性和準確性。

鐵電存儲器FM25256通過串行數據接口SPI與單片機連接，如圖3所示。SPI接口主要有4個信號：MISO（主入從出）、MOSI（主出從入）、SCLK（串行時鐘）、SS（外設片選或從機選擇）[5][6]，占用單片機I/O接口少。SPI以全雙工模式工作，即數據可同時雙向傳輸。在主器件的移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，低位在后，數據傳輸速度總體來說比I2C總線要快很多，速度可達到幾Mbps。

3、系統軟件部分

系統的軟件主要為采集中斷的下位機軟件的設計，下位機軟件采用了移植性強的C語言編寫，便于模塊化結構設計。軟件設計主要包含系統初始化、數據采集、數據處理、報警斷電和數據通信等，整個軟件流程圖如圖4所示。

4、結論

本系統主要利用STC12C5A60S2單片機豐富的內部資源，通過軟件編程實現了遠程抄表與控制。系統采集的數據遠程傳輸，傳輸距離遠，不受地域和距離的限制，并具有設置各項報警數值，實時和定時檢測電力系統的功能，同時具有性能價格比高，干擾性強的特點，在電力系統中，它都能夠較好的滿足電力傳輸現場的遠程工作要求。

參考文獻

[1]許學慧.基于GPRS技術的無線自動抄表系統.碩士論文，山東科技大學，2006年5月

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