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电气控制系统设计论文范文1
论文关键词：动力实验台,可编程控制器,控制系统
可编程控制器（PLC）是在传统的顺序控制器基础上引入微电子技术和计算机技术而产生的，用来取代传统的继电器控制系统，执行逻辑控制、计数、计时、数据处理及联网与通信等功能。大量采用传统继电控制系统的设备通过改造或更新，成了PLC控制的自动化系统。同时，又因为PLC改造成本低、简单易用等，使其在教学实验及老企业设备改造上使用越来越普及。本文介绍在设计制作组合机床动力实验台的控制系统中PLC的应用。
1实验台及控制要求
组合机床是由通用部件和部分专用部件所组成的高效率机床。而实验台是组合机床一种重要的通用部件，可以根据不同工件的加工要求，通过电气控制系统的配合实现动力头各种动作循环。传统实验台采用继电器控制系统，一旦控制系统接线完成，则控制功能即固定，如要改变控制系统控制功能，必须对继电器控制系统的硬件电路重新设计、安装和接线，费时费力又复杂。采用PLC控制后，只要通过可编程控制器改变相应的控制程序，而不需对外部电路接线进行改动，即可适应不同的控制要求，方便、高效又可靠。
实验台液压系统的工作原理图如图1所示。实验台可以通过改变电气控制功能，满足动力头以下多种动作循环要求：
图1实验台液压系统工作原理
①动力头快进→一工进→二工进→停留→快退→原位停止；
②动力头快进→工进→快进→工进→停留→快退→原位停止；
③动力头快进→工进→停留→快退→原位停止；
④动力头快进→停留→快退→原位停止；
本文以第一种动作循环要求为例，说明PLC控制系统的设计过程。
设计的PLC控制系统的控制功能要求如下：
①能满足动力头上述第一种动作循环要求；
②快进、一工进、二工进、延时停留等各阶段都有相应的工作指示灯；
③终点停留方式可选（有压力继电器检压退回或时间继电器延时退回两种）；
④为确保安全，液泵电机有过载保护，动力头在任何中间位置都可通过手动按钮快速退到原位；
2硬件系统设计
采用SE-11R-EX型整体式小型PLC。该型号PLC采用AC110/220V或DC24V电源供电，有自带24V直流电源的15点输入接口及9点继电器输出接口。输出接口可直接控制负载220V的小功率交流电磁铁工作。PLC的输入输出配置如表1所示。
表1PLC的输入输出配置
由液压原理图可知，一工进、二工进是通过电磁铁3YA、4YA切断该液压分路来实现的。液压泵启动时3YA、4YA即处于通电工作状态。电磁铁动作顺序如表2所示。PLC控制系统的硬件接线图如图2所示。
表2电磁铁动作顺序
3软件设计
根据实验台液压系统的控制要求，程序按照如下动作顺序设计：
①用按钮SB4选择终点停留方式（按下SB4，采用定时器延时后退回；否则采用压力继电器检压退回，此时，终点行程开关ST3不起作用）。
②按下按钮SB2时液压泵启动，为动力头前进提供压力油。
图2硬件接线图
③按下按钮SB3，动力头快进。
④压下行程开关ST1，动力头转为一工进。
⑤压下行程开关ST2，动力头转为二工进。
⑥到终点压下行程ST3后动力头停止，延时计时开始。
⑦延时结束动力头快速回退，到原位时压下行程开关ST4，动力头停止。
程序采用PLC梯形图编写。该型号PLC输入继电器用I来表示，输出继电器用O来表示，中间继电器用S来表示。为使整个程序结构统一，方便阅读理解，该程序中所有自锁环节都通过中间继电器实现。
为了精简程序，提高编程效率，本程序采用了主控指令MCS和MCR，同时也起到了联锁控制的作用（即在液压泵没有启动时，后面的快进按钮SB3和快退按钮SB5不起作用）。程序中还用了很多中间继电器作为中间状态的记忆或过渡。
控制系统的梯形图程序如图3所示。本程序通过实际调试，使用效果良好。实验台在使用过程中如有不同的控制要求，可在不改动接线或改动很少的情况下，通过程序的改变来满足不同的控制要求，大大节省了安装调试时间，提高了效率。
图3控制系统梯形图程序
4结论
应用PLC实现电气控制，可以充分发挥PLC可靠性高、接线简单、易学、使用灵活等优点，所以，PLC在设备改造、研制中可以发挥越来越大的作用。
参考文献
1 廖常初. PLC编程及应用〔M〕 . 北京:机械工业出版社,2002.
2 王也仿.可编程控制应用技术〔M〕 . 北京:机械工业出版社,2004.
3 胡学林.可编程控制器原理及应用〔M〕.北京:高等教育出版社,2005.
电气控制系统设计论文范文2
关键词：机电一体化；电气控制系统；优化和改进设计
中图分类号：TK221 文献标识码：A
1 机电一体化集成装配装置概述
原有机电一体化集成装配装置主要由机械本体、控制系统、工控机测量系统、力传感器系统、真空系统和气动系统及工装等组成。由于工控机测量系统与控制系统是相对独立的一套系统，本论文将不论述。控制系统采用西门子840D和FM-NC数控系统来控制7个数字轴和2个模拟轴，其中840D系统控制7个数字轴（X、Y、Z、C1、C2、C3、W轴）的运动和处理力传感器的快速响应及相关实时控制，以及和工控机测量系统间的通讯和协调控制。FM-NC系统控制2个模拟轴(W1、W2轴)的运动，实现调姿机构的运动控制，从而达到对待装配工件的姿态调整。在上述的9个轴中，X、Y、Z、W、W1和W2轴是直线轴，C1、C2、C3轴是旋转轴，其中C1轴的旋转角度范围为0o～380o。W1、W2轴组成调姿机构，在调姿机构的下端装有拾取工件的真空吸盘和在移动过程中对工件起保护作用的气动手爪。W轴作为加载机构的加载轴在所有工件装配完成后对整个产品进行下压加载。C2轴作为装配工位，C3轴作为待装配工件放置工位装置的系统构成如图1所示，其中控制系统为SINUMERIK 840D数控系统（CNC），它包括：人机界面（MMC103）、机床控制面板（MCP）、数控装置模块（NCU）、SIMATICS7-300模块以及SIMODRIVE 611D数字伺服驱动系统，调姿机构由松下伺服驱动系统构成。FM-NC数控系统通过CPU315-DP模块提供的一个MPI总线接口，与840D采用MPI通信总线的方式对MMC103实现共享。
2 优化基本指导思想和改进思路
原有装配装置研制出来后，经过功能性试验，证明其基本功能已达到当初的设计要求，但由于所装配产品的特殊性，以及试验中暴露出来的问题，需要对装置作进一步的优化和改进设计。优化和改进的基本指导思想是，在不削减原有装置的功能的基础上，通过优化和改进设计，提高装置的安全性和任务可靠性，适当简化控制系统结构，使其硬件结构更紧凑，控制过程更简便。改进思路是，根据安全性和任务可靠性分析，在电气控制系统的电路结构上，根据可靠性设计方法，适当采用降额设计或冗余设计等技术来提高任务可靠性，同时增加一些安全检测部件来提高其安全性，并在软件设计中相应增加一些故障诊断和报警信息；通过优化，将原来较为繁琐的两套数控系统控制简化为一套数控系统来控制，从而既降低了应用软件的开发难度，使控制更易于实现，也减少了工作量，提高了工艺程序的灵活性，并且消除了两套系统间数据交换出现错误的隐患。
3 电气系统的优化和改进设计
3.1 冗余设计
针对气动手爪的张开和闭合以及真空吸具的吸合采用了工作冗余设计，以提高气动手爪和真空吸具工作的可靠性和产品装配过程中的安全性。其电路设计如图 2所示。为了防止气动手爪和真空吸具的误动作，在气动手爪不应该闭合的时候闭合或在不应该张开的时候张开，以及在真空吸具不应该吸合的时候吸合，同时又要求它们在应该动作的时候可靠地动作，在电路设计上采用了对同一个信号进行双模块输出控制，甚至对安全性要求更高的气动手爪闭合信号采用了混合并联冗余设计，针对每一个输出信号所控制的继电器也采用了并联冗余，但在继电器触点控制电路上又采用了串-并联设计或并-串联设计。
在图2中Gn和Gn+1是两块完全一样的SIEMENS DO模块，两个模块的对应输出点信号都是相同的，且两个模块同时工作。每个信号输出点所控制的两个并联继电器中只要其中一个继电器小失效，就能得到装配任务所需要的输出信号。尤其是对于气动手爪闭合信号，只要两个模块中有一个模块小失效，或者两个模块中非对应的两个输出点小同时失效，就能得到该输出信号。
3.2 抗干扰设计
在机电一体化系统中，既包含有高电压、大电流的电力电气设备，即强电设备，又包含有低电压、小电流的控制与信息处理设备和传感器，即弱电设备。强电设备产生的电磁噪声会对弱电设备造成极大的干扰，弱电设备之间也可能互相进行信号干扰。同时，供电系统以及环境电磁噪声也会对弱电设备产生严重的干扰。由此可见，电磁噪声的干扰是机电一体化设备中产生元器件失效或数据传输、处理失误、进而影响其可靠性的最常见和最主要的因素，因此抗干扰设计在机电一体化系统的可靠性设计中不容忽视。主要运用了以下几项技术来进行抗干扰设计。
3.2.1 屏蔽技术
屏蔽技术可抑制电磁噪声沿着空间的传播，及切断辐射电磁噪声的传输途径。在装置中，除了380V和220V电源电缆之外，其余电缆均使用了带屏蔽层的电缆，从而既隔断了本身信号对别的信号的干扰，也隔断了别的信号对自己信号的干扰。
3.2.2 接地技术
接地在电气控制系统的电路设计中充当着一个重要的角色。“地”为电路、系统提供了一个参考电位，电路、系统中的各部分电流都必须经“地线”或“地平面”构成电流回路。在本装置中，分别设计了保护地线、工作地线和屏蔽接地。其中，保护地线是将电气控制柜柜体、操作台机壳和装置本体都可靠接地；工作地线采用单点并联接地方式，很好地消除了共阻抗干扰；屏蔽接地是将所有的屏蔽电缆的屏蔽层通过接地线可靠地接到同一个接地铜排上，电源变压器和隔离变压器的屏蔽层接到保护地线。
3.2.3 滤波技术
滤波器是由电感、电容、电阻或铁氧体器件构成的频率选择性二端口网络，可以插入传输线中，抑制不需要的频率进行传播，能较小衰减地通过滤波器的频率段称为滤波器的通带。通过时受到很大衰减的频率段称为滤波器的阻带。为了抑制供电电网系统和装置周边环境用电设备所产生的电磁噪声对控制系统和驱动系统的影响，在SIEMENS840D 数控系统和SIMODRIVE611D数字伺服驱动系统的电源前端，以及松下模拟伺服驱动系统的主电路上分别设计了电源滤波器。除此之外，为了抑制电气系统中弱电器件的互相干扰，还采用了浪涌吸收器等措施。
3.3 热设计
制造电子元器件时所使用的材料有一定的温度极限，当超过这一个极限时，物理性能就会发生变化，元器件就不能发挥它预期的作用。元器件还可能在额定温度上由于持续工作的时间过长而发生故障，故障率的统计数据表明电子元器件的故障与其工作温度有密切关系。一般情况下，在高温或负温条件下元器件或电路容易发生故障。半导体元器件故障率随着温度的增加而呈指数上升趋势，其电性能参数，如耐压值、漏电流、放大倍数、允许功率等都是温度的函数。在本装置中，SINUMERIK840D数控系统、SIMODRIVE 611D 数字伺服驱动系统、松下模拟伺服驱动系统、可编程逻辑控制器（PLC）以及它们的电源都是模块化结构。每个模块内都有大量的电子元器件。在工作时，这些模块内的电路会产生大量的热量。虽然自身发热量较大的模块一般都安装有冷却风扇，或者设计了空气对流散热孔，但整个电气控制柜由于防护等级的需要是一个封闭的环境，工作时元器件产生的热量将会使柜内温度升高很多，从而影响部分元器件的正常工作。基于此原因，对电气控制柜和操作台进行热设计时，对控制柜采用了用强制制冷设备（空调）进行冷却的方式，使柜内温度维持在元器件能正常工作的一个较佳温度范围内，对操作台采用了安装带空气过滤器的冷却风扇进行强制风冷的方式。
参考文献
[1]方建军,田建君,郑青春编著.光机电一体化系统设计[M].北京：化学工业出版社，2003.
电气控制系统设计论文范文3
关键词：稳定；故障；分布式诊断；实验样机
中图分类号：TD64 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0003-02
车载控制电源作为电力机车控制系统的重要组成部分，一旦出现故障将导致整个列车控制系统的瘫痪，将会对行车安全造成无法预计的严重后果。针对这种情况，研制出一套具有能够实时准确的监测及预测诊断车载控制电源的实时运行情况，是当前保障电力机车安全运营急需解决的问题。车载控制电源系统包含了整流、逆变、变压、控制等多个子系统，再加上系统自身的寄生参数对整体性能和系统稳定性都起着决定性作用，而这些子系统的寄生参数相互之间有着紧密的耦合关系。所以，使用传统的系统故障诊断方法不能够对车载控制电源进行全面实时的诊断。
针对目前存在的问题和控制电源自身的故障诊断计算量大，子系统寄生参数的分析方法不明确的问题。提出了使用分布式故障诊断的方法，将整个车载控制电源系统分割为相互之间有一定独立性的不同子系统，分割之后可以针对不同子系统采取各自最有效的故障诊断方式，不需要考虑其他子系统的结构和参数。系统诊断的复杂程度得到了大大的降低，与此同时可以针对特性不同的子系统采取更加准确有效的诊断方法，从而系统诊断的可靠性和准确性得到了大大的提高。[1，2]
一、故障诊断方法及建模
（一）分布式诊断原理
（二）车载控制电源的电路结构
电力机车的电气控制系统都需要车载控制电源来进行供电，其是机车控制系统的重要组成部分。它性能的好坏与电力机车的安全运有着直接的关系。伴随着机车控制技术的逐步提高，控制系统精细程度的不断增加，由直流稳压电源直接供电的子系统也在不断的增多。尤其是各种控制、检测设备的大量使用，控制电源保证无故障运行就显得越发重要。[2，4，5]
对上面提出的车载控制电源故障关系图，我们分成如下三个步骤：
1.将系统分区为不同级。将模型中的反馈环分配给分区中的各级。
2.建立对应于系统循环因果模型的非循环因果模型。
3.建立的非循环因果模型的分区。
经过以上三步，通过优化系统的分区，使他们变成相互独立的故障区，来实现结构简单、计算准确高效和诊断稳定可靠的分布式故障诊断系统。[3，6，7]
二、诊断系统整体结构
基于前面的理论研究工作，采用了分布式的设计思想，针对列车的实际运行环境中具有的三大特点：运行中电磁干扰非常严重、机械震动大、温湿度条件苛刻。因此在故障诊断系统设计的时候，除了诊断系统自身需要得到绝对可靠的保障之外，还必需要一些附加的电路来对采集到的信号进行信号不同的调理，以确保故障诊断过程中使用到的信号的可靠性。考虑到以上的种种因素，我们进行了车载控制电源故障诊断系统的初步设计。系统的基本结构框图如图3所示，图中的虚线框中是为以后增加子模块预留的扩展接口。
三、试验结果
分布式车载控制电源故障诊断系统目前有样机正在线上运行，经过了两年的试验运行，一共诊断出各种故障68次，下面对试验运行过程中诊断出来的故障进行对比分析。
试验证明，分布式故障诊断系统车载110V控制电源上的能够较准确的起到诊断的作用，其诊断精度及稳定性已具备工业推广的要求。
四、结论
本文提出了一种新型的车载电源故障诊断方法—分布式故障诊断，采用该方法试制出来的实验样机运行结果良好，基本达到了预期的准确可靠诊断的目标，具备工业推广的价值。
参考文献：
[1]王儒.新型控制电源研究[J].电气技术，2008，1：54-59.
[2]阮新波，严仰光.直流开关电源的软开关技术[M].科学出版社，2000，1.
[3]史平君.实用电源技术手册电源元器件分册[M].辽宁科技出版社，1999，1.
[4]周桂发，陈特放，崔晓庆.机车在线故障诊断专家系统研究[J].长沙铁道学院学报，2002，20（1）：105-112.
[5]阮新波，严仰光.脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术[M].科学出版社，1999，9.
[6]吴明强，史慧，朱晓华，等.故障诊断专家系统研究现状与展望[J].计算机测量与控制，2005，13（12）：1301-1304.
[7]严云升.TM1型机车的微机控制系统[J].机车电传动，1997（3）：1-4.
电气控制系统设计论文范文4
[关键词]汽车 转向泵 测试 设计
中图分类号：U125.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0046-01
0 引言
近年来，我国汽车行业高速发展，一辆金橙色解放汽车驶下生产线，标志着我国从此迈向千万辆级汽车生产的大国行列。第1000万辆汽车的下线，也标志着经历60年社会主义建设和30年改革开放，中国汽车行业从无到有、从弱到强的发展历程。目前，汽车行业已经成为国民经济发展的支柱产业，中国已经成为汽车制造大国。
汽车的高速发展和零部件技术的进步是密不可分的。汽车转向泵是汽车系统的重要组成部分，其发展水平是衡量汽车工业发展水平的重要标志之一。汽车转向泵的好坏直接关系到整车的操控性、稳定性和安全性，是直接关系汽车质量的零部件，因此在出厂前必须进行质量检验，保证其各项参数满足预计要求。原有的实验台采用手工控制，工人劳动强度大、生产效率低，急需对设备进行改造升级，开发高自动化、高性能和高精度的检验检测平台是汽车转向泵测试领域的发展趋势。
1 转向系统工作原理
转向系统的随着汽车性能提高而不断变化，大体经历机械转向和动力转向两个阶段，最初驾驶员们希望比较容易的操控转向系统，而后则追求在高速行驶是的稳定性、安全性和良好的操控性。转向泵是整个转向系统的动力源，是整个转向系统的“心脏”部位，其性能好坏对汽车动力转向系统有着直接的影响，并直接影响汽车的转向和操纵系统的稳定性。助力转向系统为车辆在转向过程中提供液力辅助转向作用。发动机通过涨紧轮产生压力并作用于转向助力泵，并通过压力油管传送至转向器，然后由转向器将液力转化成机械运动，促使转向传动杆进行工作。
液压助力转向系统结构简图如图1所示，转向控制系统主要包括转向器、控制阀、液压缸、转向梯形机构、反馈机构等几部分。车辆转向时，操纵方向盘1，使之转动θ1角度，通过锥齿轮变换，使丝杆2沿反馈机构3中的丝母产生轴向移动。同时，与丝杆相连的换向阀4的阀芯轴向位移，换向阀处于开口状态，如右位，两只转向液压助力缸5的下腔进油，上腔回油，活塞杆推动转向梯形机构6运动，车轮偏转θ2角度，此即输出量θ2对输入量θ1的响应过程。但是，若换向阀一直处于右位，θ2就不是一个定值，这是车辆转向控制所不允许的。为了实现θ2对θ1一一对应关系的准确控制，系统中引入反馈机构，该机构包括转向节臂7、纵拉杆8、摇臂10、扇形齿轮11及丝母等。当转向时，输出量θ2会通过反馈机构的传递，反作用于丝杆2，使与之相连的阀芯向相反方向移动，直到使阀关闭处于中位，液压缸在新的位置停止不动，θ2达到一个值，此即输出量θ2对输入量θ1的反馈作用。θ2对θ1的响应过程以及反馈作用就是液压助力转向伺服控制系统的工作原理。
I.操纵方向盘2.丝杆3.反馈机构4.换向阀5.转向液压助力缸6.转向梯形机构7.转向节臂
8.转向纵拉杆9.转向泵10.转向摇臂II，扇形齿轮
2 测试系统设计
结合国家标准和企业生产实际要求，确定试验项目包括跑合试验、容积效率试验、最大流量检测试验、安全阀调节试验等。在传统液压系统中，一般使用压力阀、节流阀（或调速阀）和换向阀等液压元件，实现液压系统的压力、流量和方向控制，另外借助压力表、流量计和测力计等测量仪器，进行压力、流量（速度）和力等物理量的测量，经过手工处理，即可得到试验数据，测试过程都是全手工完成的。但对于要求响应速度较快，测试精度较高、数据处理繁杂和动作较复杂的测试，这种传统的测试方法就很难完成。
由于基于计算机的机电液控制技术近十几年来发展非常迅猛，所组成的液压控制系统越来越成熟，已经被广泛应用到工业各领域中。转向泵测试系统作为一个典型的机电液设备，结合了计算机的机电液控制技术，使用先进的传感器测量仪器进行测试，已经成为测试系统发展的方向。本课题所研制的转向泵测试系统可分为两个部分：比例液压系统和电气控制系统。检测系统综合采用了单片机控制、电液比例控制、传感器等技术，组成多个反馈量的闭环控制系统，如图2所示为测试系统组成结构图。
3 结论
针对转向泵的试验项目设计了试验系统，采用单片机控制自动完成转向泵的性能检测，提高了测试效率和精度，实现了自动化和智能化操作。在转向泵出厂前使用该测试系统不但能确保产品的质量，同时也为研究和开发多种型号的转向泵新产品提供了测试设备。
参考文献
[1] 黄金国.转向器性能试验台测控系统的研究与开发[D].武汉理工大学硕士学位论文，2005
电气控制系统设计论文范文5
关键词：实践教学；创新能力；模块化；教学体系
作者简介：阴振勇（1956-），男，北京人，北京建筑工程学院电气与信息工程学院，高级实验师。（北京100044）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）06-0106-02
科学技术和现代经济的高速发展需要基础知识和专业宽厚、具备创新精神和创造能力的高素质人才。突出综合素质与能力培养是高等学校本科教育的目标。教育部早在《关于加强高等学校本科教学工作提高教育质量的若干意见》文件中明确指出：“实践教学对于提高学生综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用。”因此，高等教育必须适应社会经济发展对人才的需求，实践教学始终是人才培养的重要环节，有着其他教学过程无法替代的显著作用。应用型人才应具有一定的理论基础、较高的专业技能和很强的工程实践应用能力。根据北京建筑工程学院“立足首都，面向全国，依托建筑业，服务城市化”努力培养为城市化服务的、德智体美全面发展、具有工程实践能力和创新意识的应用型高级专门人才的办学基本定位，针对北京地区二类学生的学习基础，结合北京建筑工程学院（以下简称“我院”）的办学特色和历届毕业生的追踪反馈信息及建筑生产企业对高校教学的要求，对“电力电子”、“电机拖动与自控系统”及“交流调速”课程体系进行系列实验教学改革。
一、课程体系总体结构
根据我院办学定位，提出了以“工程应用能力”培养为主线，专业内容以“应用为目的”，基础理论以“够用为尺度”的教学改革思想。通过对课程的基础理论和实践环节进行调整，强调了掌握概念、强化技能、培养工程应用能力的教学重点。明确了专业课程教育目的是为北京市城市经济建设培养从事建筑行业及相关领域的工程技术应用型人才。建立起了以北京重点实验室“建筑电气与智能化实验教学中心”为核心，搭建起多层次、模块化教学为主平台，辅以多元化教学方式的实践基地。
二、传统课程存在的问题
目前，我国普通高等学校的教学模式普遍存在着重理论轻实践的现象。由于我院电气工程及自动化专业是由传统工业企业自动化过渡而来的，是一个强电为主，强弱电技术、计算机技术相互渗透的宽口径专业，而“电力电子”、“电机拖动与自控系统”及“交流调速”课程的特点是所涉及的基础理论和知识面广，要求基础理论扎实，学生要有很强的分析问题和解决问题能力以及实践能力。而传统课程表现出教材厚、内容广、学时多，教学过程强调的是知识的系统性和理论的完整性，缺乏工程应用的针对性和实用性，尤其是课程所设及的内容不能结合建筑领域，学生不知上述课程学完以后在建筑行业能有什么用处，学习积极性不高，这种学术型的教学模式显然不适应对高级应用型人才培养的办学目标，因此，对上述课程改革势在必行，为了强调工程应用能力的培养，首先需要改革的便是实践教学环节。
三、教学内容的改革与实践
1.改革实验教学体系，探索新的实验教学方法
近年来，我院实验中心在如何拓宽学生素质培养平台，强化创新意识、创新能力的培养等方面进行了一系列有针对性的研究和实践。
（1）调整实践教学计划。在学时安排上增加了实验学时，压缩了理论学时，如电力电子实验课由过去的6学时改为8学时，并增加了2周电力电子综合大实验。将“交流调速”与“直流拖动控制系统”两门课程合并，原实验学时不变。把原有3周直流调速系统设计大实验改为4周交、直流调速系统综合实训。为此，新购进20套实验设备。同时为了提高实验设备的利用率，将“电力电子”、“交流调速”、“电机拖动与自控系统”课程的实验分为不同学期，这样可以使学生由过去的3个人一组改为2个人一组，增加了学生的动手能力。
（2）完善实验教学体系。在实验中心的正确领导下，和任课教师一起修改了实验教学计划、实验大纲，重新编写了实验指导书。完善了学生重修、重做一般性实验、综合性实验、设计性试验及实训管理制度，学生实验登记制度。从教学管理上督促学生从思想上重视实践能力的培训。
（3）重视实验考核和实验成绩。在实验教学的考核上，强调要严格按照实验教学大纲和项目中规定的考核标准进行，既有实际操作技能的考试，同时增加了笔试内容，提高实验成绩在期末成绩的比重，平时实验成绩占期末总成绩20%~30%，特别注重过程考核和综合能力测评，以确保实验教学质量。对于综合实验，设计型大实验及实训课，采用单独考试，以答辩的形式进行考核。几年来取得了明显效果。
现在“电力电子”、“交流调速”、“电机拖动与控制系统”的实验教学正按照教学改革计划制定的实验教学体系有目的、有步骤地进行和完善。从已完成的实验项目来看，教学的目的性、针对性及其实际效果都有了明显的提高。
2.建立多层次、模块化教学体系
根据对人才所需知识、能力和素质结构的要求，重新构建了电专业教学体系，确定了由易到难循序渐进的分层次、模块化教学方法，强调了理论与实践并重，理论为应用服务的原则，增大实践教学环节比重，采用“基础、综合、设计和实训”多层次实践教学模式，体现以培养具有独立思考和创新精神和创新能力为重点的教育特色。
（1）基础性实验。基础性实验多以验证性为主，属于培养学生的认识实践能力。主要对学生进行实验基本知识、基本方法、基本技能的规范性、严谨性训练和指导。通过这些基础实验，使学生掌握常用仪器、仪表的使用，学会参数测试、实验数据的记录，实验结果分析等基本实验技能。以培养学生实验操作能力为目的，巩固深化理论知识。这其中安排了锯齿波触发器实验、单相桥式可控整流实验、三相半波可控整流实验、三相全波可控整流实验、开环直流调速系统实验、单闭环直流调速系统实验和三相交流调压调速试验等。通过这些实验教学，加深了学生对基础理论知识的理解，培养了学生学习的兴趣，养成了严谨、求实、科学、思维开放的实验作风。
（2）综合性实验。综合性实验是培养学生动手能力、开发智力和创新意识而进行的实验教学。要求学生对所学的知识能灵活掌握，培养学生对专业理论知识的应用能力，锻炼学生综合实验技能，积累科学实验经验。在验证性实验的基础上，形成具有综合知识内容的综合性实验。主要安排了三相可控整流仿真系统实验、双闭环直流调速系统试验、异步电动机SPWM与电压空间矢量变频调速系统实验、基于DSP的矢量变换控制与直接转矩控制变频调速系统实验。这些实验涉及到模电、数电、电力电子、自控系统、电机拖动、自控理论及交流调速等课程。学生通过综合性实验，将这些知识有机的串联起来，达到了培养学生综合应用知识和创新能力的目的。
（3）综合设计性实验。主要是培养学生独立分析问题和解决问题的能力、科学的研究和创新能力。创新能力是在认识能力、应用能力培养的基础上进行更高层次的能力培养。我们在实践教学方法中采用了开放式的实践教学模式，学生可以随时进出实验室。我们主要教学计划是：第一，安排2周时间，通过电力电子等课程所学知识，设计制作一台不间断稳压电源；第二，安排3周时间，设计调试直流拖动双闭环调速控制系统。
综合设计性实验课一改过去教师扶着学生走的传统实验方法，而让学生自己设计原理图、硬件电路及流程图。并亲自动手焊接、调试电路。这对学生是一种全新的实验方式，在这里将给学生一定的自，使他们面对实际问题来发挥自己的聪明才智，检验自己的学识水平，在解决实际问题中来提高自己分析问题和解决问题的能力。学生学会了查阅文件资料，撰写论文，总结经验，最后拿出自己的设计制作实验成果，为今后科学研究打下基础。
（4）工程实训。注重培养学生的专业技能和动手能力，强化工程应用能力和实操训练是工科院校教学实践的内容。结合我院的办学定位和行业特色，明确了专业课程教育目的是为北京市城市经济建设培养从事建筑行业及相关领域的工程技术应用型人才。为此，电信学院建立了“建筑电气智能控制中心”实训基地和电力电子与电力传动控制系统大兴校区实训基地。两个实训基地，可完成电梯控制系统、风机水泵交流变频调速控制系统、空调控制系统、消防控制系统、动力和照明配电系统、低压电器控制设备等内容的实训。这些系统完全是建筑电气领域中真实系统的微缩，完全模拟实际系统运行的真实情况，是真实可操作的实验系统。它突出行业特点，整个工程实训过程也就是巩固理论、扩展知识面、增加动手能力和开拓智力的过程。它使以往所学的知识在紧张的思维设计、巧妙的具体使用中得到升华，并在解决一个又一个的难题中得到乐趣。
学生在实训基地中既可接受实际操作的职业素质训练和职业技能训练，又可以对现代建筑中的几大典型电气控制系统建立真实的感官认识和工程应用技能操作训练，对未来所从事的行业充满信心，可以更好地找到理论与实践的结合点。
四、结论
实践证明，几年来，实验中心依照“基础、综合、设计和实训”的多层次、模块化的实践教学方式，突出了以创新精神和创新能力培养为重点的专业课程的教学特色；体现了实践教学改革内容体系的创新。通过对“电力电子及自控系统”课程的实践教学环节的设计与改革，已初见成效，使北京建筑工程学院的电气工程及其自动化专业毕业生的实践意识、操作技能、工程应用等专业综合素质得到了很大提高，使实践教学步入多元化、科学化的轨道，拓展了学校的发展空间。
参考文献：
[1]陈怀侠,蔡火操,黄建林,等.设计性实验教学的实践教学与思考[J].实验技术与管理,2006,(8):101-103.
电气控制系统设计论文范文6
关键词：中央空调问题节能自控能力
中图分类号： TE08文献标识码： A
目前国内的公共建筑广泛釆用中央空调系统,由于受到建设综合投资以及理念和技术水平的制约,浪费了非常大的电能资源。因此,选择节能降耗的中央空调系统以及提高其电能综合能效比就成为了当今的主题。
1中央空调系统优化存在的问题
中央空调系统过于复杂,如果我们单纯的去运行空调设备将会出现很多问题,所以我们要将这些问题考虑进去再去进行系统优化,才能解决空调能耗的问题,下面是主要出现的五大问题:
1.1 空调冷冻水系统的水力不平衡
现在因为多种多样的原由,所以很多大楼里的中央空调系统,在验收的时候都没有仔细的检查调试,只是简单地将空调系统中的阀门全部打幵看是否能正常工作,尤其是空调水系统。许多时候由于资金问题的限制,导致了空调水系统中的水管上没有安设电动调节阀情况的发生,使得空调水系统并不能实现自动控制,而有的时候即使空调机组安设了所谓的电动的调节阀,但由于空调机组配套的强弱电智能电气控制系统存在一些缺陷不能进行正常的工作所以也没有办法去实现自控。上述的这些原因,都可能会造成各个空调机组的水力的不平衡等问题。
1.2 负荷、系统分区等问题引发冷热不均勻
中央空调系统在运行中往往会存在夏季外区正常甚至偏热、内区偏冷等冷热不均匀的现象,主要原因是因为在中央空调设计的时候,没有考虑到计算的负荷不准确、内区外区空间大小分区不合理等因素。内区全年几乎都是表现出冷负荷的现象,原因是内区不受室外气候条件的影响,并且其他室内负荷相对都比较稳定,所以需要对内区长年供冷;外区则跟内区有很大的区别,它的负荷随季节变化明显,并且出现冷、热负荷的交替变化,主要是因为受到室外气候条件的影响很大,导致外区需要冬季供热、夏季供冷的情况。
1.3 冷水机组装机容量偏大
在目前的中央空调系统设计中,主要存在以下问题,即初期投资偏高并且部分负荷下的冷机效率也会受到影响,产生此种情况的主要原因是冷水机组装机的容量普遍偏大。对于一些商场类的建筑,规定夏季冷负荷的概算指标为210—240W/m2。目前大多数用户都有一个误区,他们判断中央空调效果好坏的标准就是,要么冬季室内的温度越高越好,要么夏季室内的温度越低越好,如果不满足他们的这个标准,即便屋内的温度达到了设计标准,他们也认为空调的效果不好。所以,许多设计人员在设计中央空调时,往往会首先考虑到人们的标准和各种各样的安全系数,设计偏于保守,结果会造成建筑物单位空调而积的装机容量远大于实际运行中的卑位空调峰值冷负荷。
1.4水系统旁通问题
在目前的一些中央空调系统中,经常出现各种水系统旁通的问题。同时,冷机的能效比也受到不运行冷机的冷却水阀不关闭的影响。不运行冷机的冷却水和冷冻水的旁通问题不仅会使冷却水泵和冷冻泵的运行出现不必要的偏差,使耗电量增加,也会使运行冷机的能效比降低,增加能耗。而且,运行人员也会通过增加冷却水系和冷冻水系的运行台数来明显增加电耗量,这样做可以防止“停车”现象的发生。
1.5管理水平低和自控程度差
通过查阅参考文献和根据建筑空调系统的实际工程调研结果来看,中央空调的运行制度和管理水平也有高低之分。这些建筑中央空调系统运行中存在的问题,除了与系统自身的运行管理情况有关以外,与系统的设计也密切相关,例如中央空调设备的清洗次数过少,结果会导致冷凝器、过滤器都会或多或少有阻塞现象,从而会使空调系统的正常运行受到严重的影响。大多数情况下,由于水量分配和系统风量出现问题,会不能满足用户的要求,这种情况通常是由于阀门调节性能不好造成的。虽然有一些中央空调系统安装了自控系统,但是在实际运行时它们大部分都处于全关或全开的状态,要么调节精度不高,要么不能进行正常工作。由此可见,为了节省运行费用和保证空调效果,我们要根据建筑的不同情况,对中央空调系统采用不同的自控方案,尽最大努力来提高中央空调系统的自控程度。
2中央空调系统运行节能应用研究上的措施
在中央空调系统运行节能环节的应用研究上我们要釆取一定的措施,只有这样才能够降低空调系统在运行中大量的能耗,因此基本采用以下几种措施:
2.1 末端变风量的节能
变风量的中央空调系统是可以经由系统末端的一些装置来实时的进行改变送入房间的风量,以此来应对一些房间内温度不断变化的一个全空气的系统。我们要想实现对各个房间的一些负荷变化都能适应,需要根据房间设定温度与实测温度的一些差值来进行调节位于系统末端的装置以此来让房间内的风量得到改变。
2.2空调房间运行参数的确定
目前,舒适性空调的主要控制参数是室温,往往室内温度很难把握,如果控制精度的变化范围相差l°C,就会导致能量消耗相差5%—10%。对于各个民用用户来说,主要还是使用舒适性空调,舒适度情况因人而异,民用空调的舒适度范围可以有一个很大的波动。如果改变空调房内的一些相对湿度,则可以达到节能的目的。国内外已经证明了如果适当的使室内温湿度的标准降低,那么节能的效果就会很明显。从进入21世纪幵始,我国就号召大家在夏季把空调的室内温度设定值至少要高于26°C,只有这样才会节省更多的能量。
2.3 充分利用室外新风
我们根据空调房间内的卫生条件来决定运行中的空调系统所采用的最小新风量。对于冬季和夏季,我们应该把空调系统设定为最小新风的运行方式。由于不同的建筑有不同的设计风格,所以在空调房间内,它的排风量可能也是变化的。所以,在夏季和冬季的空调系统运行中,我们必须以一些空调房间的一些情况为标准,通过尽可能的减少使用的新风的量多釆用室外新风来实现降耗节能。
2.4 大温差送风的采用
当工艺条件要求(如温度分布等)和空调房间内卫生要求都满足的前提下,我们如果加大送风的温差,系统的送风量就可以减少,从而达到了节约电能的目的。
2.5 减少空调系统运行中的漏风量
在空调运行的时候,会出现一种漏风现象,漏风经常不知不觉中给人类造成的损失,对于这点我们必须要引起重视。有文章指出,如果漏风量为10%,那么就会多损耗10%的电量。为了降低运行中的一些费用和使一些空调系统运行的能量消耗降低,我们必须要采取一定的措施来处理运行中的空调系统的过大漏风量的问题。
2.6 增强空调系统的自控能力
随着高科技水平不断深入,空调系统管理以及运行调节都逐步实现了自动化,在目前的一些运行中的空调系统,分区并且多工况的调节方式已经得到广泛的应用,实现了经济运行的目的,所以空调系统能够实现运行及管理的自动化对我们来说是非常重要的。这样不仅可以防止空调系统中过度的能量损耗、降低经营成本、节约能源,同时也可以节省人力,以确保室内温度和湿度精度要求。
3结论
中央空调系统运行过程复杂,影响因素多,要实现节能需考虑的环节众多,所以要把中央空调系统的各个组件看成一个完整的系统,树立起整体的观念,全方面考虑节能问题,不能只考虑个别参数,要协调好各个参数之间的关系,才能使系统处于最优的运行状态。
参考文献
[1]范賛.公共建筑空调内能耗模拟与节能研究[D].[硕士学位论文].北京:北京建筑工程学院,2005
