时间：2023-03-24 15:48:35
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电气控制系统设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
[关键词]电工技师论文论文撰写要求
一、电工技师论文的作用及分类
电工技师(高级技师)论文是其在总结研究本职业(工种)领域中的有关技术或业务问题时，表达其工作或研究过程及其成果的综合实用性文章，是维修电工技师从事本职业(工种)的学识、技术能力的基本反映，是科学研究成果和工作经验总结的文字体现，也是个人劳动成果、经验和智慧的升华。技师专业论文是社会实践活动的产物，是撰写者在长期的社会生产实践中不断总结经验，努力学习理论知识，不断追求和探索所取得的研究成果的文字存在形式，撰写技师专业论文是培养人才、选拔人才和保证人才质量的重要途径之一。
按电类技师本身的内容和性质不同，一般电类技师论文分为：专题型、论辩型、综述型和综合型。按电类技师论文具体涉及内容的主要有：维修电气经验总结类、技术革新类、新产品开发类和四新技术推广类。
二、电工技师论文撰写的要求
撰写电工技师专业论文，既是一个艰苦的思考、探究和再学习的过程，又是一种复杂的创造性劳动，需要对工作实践、技术革新和技术改造等做出客观的评价。
1.注意论文的科学性。科学性是指电工技师专业论文的基本观点和内容能够反映事物内在的基本规律。电工技师专业论文的科学性来自对客观事物周密而详实的调查研究，掌握大量丰富而切合实际的材料，使之成为研究论述的基础。
2.注意论文的翔实性。电工技师专业论文要求作者所提出的观点、见解确实是属于自己的。那么，要使自己的观点能够得到普遍的承认，就一定要拿出有说服力的论据来证明自己的观点是正确的。这样，就应该在已掌握的大量材料中选择具有典型性、代表性的关键证据来证明。
3.内容正确、语言简明。撰写技师专业论文应当力求言简意赅，无多余的字句。对论文的内容不要进行艺术性渲染和夸张；切忌不适当地夸大个人在技术革新和技术改造中的贡献；更不能将技术问题的争论引入政治观点。同时，在撰写技师论文时，要注意按照撰写格式进行撰写，并熟练应用。
三、电工技师毕业设计论文的选题
论文的选题必须立足于总结工作成果与实践紧密联系上。在对已获得的大量素材进行分析、归纳和研究的基础上，提出问题，确定写作的基本方向。
1.论文的选题原则：准确恰当、提高创新和可行实用。
(1)准确恰当。论文的选题要提得准确恰当，面向实际，着眼于社会的需要，确实是生产实践中亟需解决的问题。选题一定要与生产实践相结合，与自己的工作领域相结合。
(2)提高创新。创新性原则是指选题要有新颖性、先进性，有所发明，有所发现，以推动本职业(工种)的发展。遵循这一原则，选题时必须注意选择位居本职业(工种)较前沿的并具有普遍意义的课题；选择填补空白的课题；选择补充前人学说的课题；选择突破禁区的课题；选择借他山之石可以攻玉的课题，即借用其他学科的新理论、新技术、新工艺和新材料，从新的角度进行研究、验证或论证来解决本职业(工种)中的老问题或疑难问题的课题。
(3)可行实用。可行实用性原则是指要选择有利于发挥个人的聪明才智，有完成的把握，同时也符合自己的志趣、适合个人能力的论题。
2.论文的选题方法
(1)选择能发挥本人特长的论题。申报电工技师(高级技师)的人员，都具有相当长的本职业(工种)专业工作的经历，在理论与实践的结合上有自己的独到之处和技术特长；而预备技师在学校学习4～5年，理论知识特别是新技术的知识非常充实，但实践经验欠缺。
(2)选择具有突破性的论题。申报电工技师(高级技师)的人员长期工作在第一线，对于生产实践中出现的问题最有发言权。如果敏锐地抓住问题的关键处，加以研究，就能形成应用性极强的专业论文。
(3)选择具有普遍性的论题。所谓具有普遍性的论题是指在生产实践中有广泛的用武之地的课题。例如，用现代电气技术改造机床的电气控制问题、变频技术在中央空调系统的应用问题及电梯的技术改造和维修技术问题等。有些问题看似简单，但实际上有很多需要进一步研究总结的内容，这些都属于具有普遍意义的论题。
3.论文的推荐选题
(1)典型PLC控制系统的设计、安装与调试。机械手的PLC控制系统设计、安装与调试；组合机床PLC控制系统设计、安装与调试；立体车库控制系统设计、安装与调试；材料分拣装置的PLC控制系统设计、安装与调试。(2)典型低压电气柜的设计。两台三相异步电动机动力控制电气柜的设计、安装与调试；变频调速控制柜的设计、安装与调试；总计量配电箱设计、安装与调试。(3)供配电系统的设计。某通用机械厂供配电系统的电气设计、安装与调试；某学校生活区配电系统设计、安装与调试。(4)电子技术应用设计。三相正弦波变频电源的设计、安装与调试；晶闸管串级调速系统的设计、安装与调试。(5)典型单片机控制系统的设计。基于单片机和LCD的电子钟的设计；数字钟的设计与制作等。(6)机床电气控制系统改造。Z3050型摇臂钻床PLC改造；M1432A型万能外圆磨床PLC改造；T68型卧式镗床PLC改造；B2012A型龙门刨床PLC、变频器改造等。(7)楼宇自动化技术及维修。电梯控制线路的安装与维修；无塔供水系统控制线路的安装与维修等。
总之，加强对电工技师毕业论文的指导，可使他们通过论文的写作，在以后的工作岗位上更好地发挥技术带头人的作用，为高层次实践经验和科研成果转化成现实生产力打下坚实的基础。
参考文献:
[1]王建.国家职业资格证书取证问答[M].机械工业出版社,2006,3.
[2]机械工业技师考评培训教材编审委员会[M].维修电工技师培训教材.机械工业出版社,2001,3.
关键词：建筑电气；设计；
中图分类号：TS958文献标识码： A
首先，它可应用于建筑。智能化建筑的发展必然离不开电气自动化,随着我国国民经济的飞速发展以及数字电子化科技发展,高档智能化建筑无疑已经成为当今建筑界的主要发展方向。自然达到合理利用设备,在资源方面，人力的节省就有了建筑设备的自动化控制系统。智能化建筑内有大量的电子设备与布线系统。这些电子设备及布线系统一般都属耐压等级低,防干扰要求高,是最怕受到雷击的部分。智能建筑多属于一级负荷,应该设计为一级防雷建筑物,组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。
其次，它也可以应用于净化空调设备。净化空调系统控制自动监控装置,可以设计成单个系统的测量、控制系统,也可以设计成以数字计算机控制管理的系统。在温度控制方面，净化空调系统采用DDC控制。装设在回风管的温度传感器所检测的温度送往DX一9100,与设定点比较,用比例加积分、微分运算进行控制,输出相应电压信号,控制加热电动调节阀或冷水电动调节阀的动作,控制回风温度应保持在18-16度之间,从而使得洁净室温度符合GMP要求。在湿度控制方面。装设在同风管内的湿度传感器所检测的湿度,送往控制器与设定湿度比较,用比例加积分运算控制,输出电JK信号,控制蒸汽电动调节阀的动作,控制回风湿度应该保持在45%-65%之间,这样洁净室湿度方能满足GMP要求。
一、建筑电气概述
建筑电气技术是以电能、电子、电器设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人民居住或工作的生活环境的电、光、声、冷和暖环境的一门跨学科的综合性的技术科学。它是强电和弱电与具体建筑的有机结合。
随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供配电、照明、消防、防雷地通信、网络等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展。
建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准和规范的前提下，进行工业与民用建筑建筑电气的设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理。
二、建筑电气设计的概念
1.1设计的概念
设计是一个构思表达、再构思表达、反复推敲、不断深入发展和进行评价的过程。基本上可以概括为博览、创意、构思、表达等几个阶段。设计过程从一开始到深入下去，各阶段思维的广度、深度都不同，表达方式、工具也可能是多样化的。表达方式和工具要适应思维的速度，推动思维发展成熟。
1.2服务的对象
设计是为甲方（业主）的功能需要服务的，也是为施工单位的施工需要服务的。在满足国家有关规定的前提下，设计人员应树立服务意识、树立合作观念、树立敬业精神。对建筑电气专业的设计人员而言，妥善处理与各个专业之间的关系是十分重要的事情，在协调上所用的时间甚至可能超过埋头设计的时间。
部分工程（特别是规模较小的工程）不按建设程序办事，私雇资质等级不符合要求的设计人员及施工单位（或个体户）设计或承包工程。由于设计和施工人员技术水平有限，致使一些安装工程达不到规定指标的要求。
三、电气自动化控制系统设计的一般原则和设计思想
（一）设计原则
1、最大限度满足生产机械和工艺对电气控制的要求。生产机械和工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行原件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供，对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如启动，转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑；2、在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单，经济；3、妥善处理机械与电气的关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好二者的关系；4、正确合理地选用电器元件；5、确保使用安全、可靠；6、制造美观、使用维护方便。
（二）设计思想
1、集中监控方式。集中监控方式不但运行维护方便，控制站的防护要求也不高，而且系统设计也很容易。但由于这种方式是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，所以处理器的任务相当繁重，处理速度也会受到一定的影响。由于电气设备全部进入监控，致使主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，这也会造成设备无法操作。这种接线的二次接线比较复杂，查线也不方便，而大大增加了维护量，还存在在查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。
2、远程监控方式。远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高和组态灵活等优点。但由于各种现场总线的通讯速度不是很高，使得电厂电气部分通讯量相对又比较大，所以这种方式大都用于小系统监控，而在全厂的电气自动化系统的构建中却不适用。
3、现场总线监控方式。目前，对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，而且已经拥有了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了坚实的基础。现场总线监控方式使系统设计更加具有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样就可根据间隔的情况进行设计。这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，节省了大量控制电缆，节约了很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。此外，各装置的功能相对独立，组态灵活，使整个系统具有可靠性而不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。 转贴于 中国论文下载
四、结束语
近年来我国经济发展迅速，建设项目日益增多。随着人们生活水平的提高，电气安装工程的质量要求也越来越高，它不仅要满足照明、家电用电量、安全用电等需求，更注重其美观、实用、方便的使用效果。这就要求设计师在设计时就要设身处地的为人们的实际生活考虑，力求设计的完美和实用效果。
参考文献
[1]JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范[S].
关键词：发电厂；电气系统；有效控制
Abstract: As one of the important basic industries of national economy, power industry plays an extremely important role in the national economic development strategy. At the same time, as the million-kilowatt-class large-scale power plant system, stable operation and economic benefit of power plant electrical system and is closely related to the. Therefore, in order to make the large power plant safe and reliable operation and good economic benefits, it is necessary for the electrical system wiring, equipment selection, following aspects of protection, control, analysis, and design a scientific and effective electrical control system.
Key words: power plant; electrical system; effective control
中图分类号：TM62文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
伴随当今发电技术的迅猛发展，由于我国的人均可利用的能源资源比较缺乏，因此，亟待发展大容量、高效率、节能环保的百万千瓦级大型发电机组。同时，又因为电气系统对电厂的生产运行作用巨大。所以，为使发电机自动化水平得到提高，并实现其安全可靠运行和较高的生产效益，就必须进一步加强对电厂电气系统的有效控制。
一、发电厂电气系统设计所要遵循的基本原则
1.发电厂电气主接线形式的选择所要遵循的基本原则。发电厂电气主接线在满足灵活性、经济性以及可靠性等基本要求之外，还需以以下几项内容作为设计所要遵循的依据：第一，在电力系统中发电厂所起的作用及其地位；第二，分期以及最终建设发电厂的规模；第三，负荷的重要性及其大小；第四，电气系统备用容量的大小；第五，电气主接线由电气系统专业所提供的具体资料。
2.发电厂主变压器容量的选择所要遵循的基本原则。首先，主变压器的容量可以按照扣除厂用变压器计算负荷后的发电机最大连续容量来加以选择。其次，主变压器的容量可以在扣除本机组的厂用负荷并留出10％裕度的发电机额定容量来加以选择。
3.发电厂主变压器阻抗的选择所要遵循的原则。首先，变压器的阻抗实际上就是产生于绕组之间的漏抗，其大小主要有变压器的材料及其结构所决定。并且，当变压器的材料、结构以及所采取的的类型、变比一定时，其阻抗大小受变压器容量的影响便很小。其次，从供电质量及电力系统稳定性两方面分析，对变压器的阻抗要求尽量偏低；然而变压器阻抗偏低却又可能造成系统的短路，而导致电流急剧增大，从而造成选择高压及低压电气设备变得困难。此外，发电厂主变压器阻抗的大小与变压器并联运行的要求密切相关。
4.发电厂用电接线形式选择所要遵循的基本原则。首先，为避免出现因一台故障机停运或出现电气故障而导致对另一台的正常运行产生影响，因此，要保持各机组厂用电系统之间相互独立。其次，要对机组启动及停运过程的供电要求加以充分考虑，如配备可靠的备用/启动电源；尽量减少机组启动、停用或发生事故时的切换操作。再次，要对厂用电系统在电厂分期建设及连续施工过程的运行方式加以充分考虑，尤其是需要对厂用电系统给公用负荷供电所带来的影响加以格外注意。最后，为保证在全厂停电时，变压器能够持续运行，则需要在2机组中设置容量足够大的交流事故保安电源，并保证保安电源的供电装置不能间断【1】。
二、发电厂电气系统控制的基本方式
通常在当前大型火力发电厂中，采取DCS（Distributed Control System）集散控制的电气控制系统。该系统高度整合通信技术、控制技术、屏幕显示技术以及计算机技术，是网络控制以及计算机高速发展并有效结合的产物，在诸如化工、电厂、炼钢、制药等诸多领域都有广泛的应用。一般来说，依据结构层次对集散控制系统进行分类，其主要包括上位管理层、监督控制层、现场控制层以及生产现场四类，并且该系统的结构图如图所示。
图1 集散控制系统DCS的结构图
1.集散控制系统的现场控制层。现场控制层在DSC结构层次中处在最低端，其主要完成的功能是：首先，采集过程数据，即对现场的状态开关量以及各种物理量加以采集，并适当采取转换及滤波设备对数据加以处理。其次，监测并诊断装置设备情况及其运行的状态。最后，使得开环及闭环控制得以实现，并尽可能地对顺序逻辑控制功能或DDC控制功能加以完成，逐渐将一些自动控制技术包括仿真智能控制、专家系统控制、预测控制以及自适应控制等投入到集散控制系统当中。
2.集散控制系统的监督控制层。监督控制层主要是用来对现场控制层发出的实时数据及状态信息加以接受，然后将下一步操作指令向下级进行。其主要功能包括：处理事故报警以及对装置加以监视；各类报表的打印工作；提供集散控制工作的操作界面；使得优化控制、自适应控制以及其他各类的先进控制策略得以实现；完成数据通信等。
3.集散控制系统的上位管理层。从功能层次上看，上位管理层主要包括调度层和决策管理层两类。其中调度层主要是依据市场调查的情况，完成对生产计划的制定工作，并然后使生产优化的调度与管理得以实现。在此过程中，能够获得工厂级制定的统计报表以及实时的监测数据。而决策管理层则是为方便上层管理人员能够方便科学地进行决策管理，所以从调度层获得相关的统计信息及监测数据等【2】。
三、发电厂电气系统的有效控制方案选择
（一）发电厂电气主接线有效方案的选择
发电厂电气主接线通常选用两种接线方式：一台半断路器接线和双母线接线。
1.一台半断路器接线包括六台断路器，有两个完整串，其接线图如图2所示。
图2 一台半断路器接线图
采用一台半断路器接线的优点包括，第一，供电具有极高的可靠性，因为在每一条回路均有2台断路器进行供电，因此，一旦母线发生故障，只需将所有与此母线相连的断路器跳开，便可保证认可回路电路运行正常。并且在对回路进行事故检修时，停电回路要低于两回。
第二，运行调度非常灵活，通常情况下，全部断路器及两组母线均被置入工作之中，形成多环形供电的模式，因此对其运行的调度非常灵活。
第三，对检修的操作非常方便，线路中的隔离开关只用作检修，无需被当做倒闸操作电器。
而采用一台半断路器接线的缺点是，因为一台半断路器接线中一条回路中被接入两台断路器，并且中间断路器的两端各连着一条回路，因此，将二次回路和继电保护变得异常复杂。
此外，500kV配电装置采取一台半断路器接线，其占地面积为208。
2.双母线接线包括五台断路器，且中间没有分段，其接线图如图3所示。采用双母线接线的优点包括，第一，供电比较可靠，为防止供电中断，可以将两组母线的隔离开关用作倒闸操作电器，以便对母线进行轮流检修。并且一旦一组母线出现故障，可以迅速将供电恢复正常，同时在对任意一回路的母线隔离开关进行检修时，只需将该回路停运即可。
第二，运行调度比较灵活，可以任意将各个回路负荷及电源箱某一组母线分配，从而能够使运行中对各种潮流变化的需要而进行的调度操作变得更加灵活。
采用双母线接线的缺点是，第一，在检修母线出现故障的过程中，将隔离开关当成了倒闸操作电器使用，因而，容易出现操作上的失误。
第二，在今后将双母线接线扩建成双母线双分段或者双母线单分段的接线方式，会增加更多的设备，因而，使得其运行的可靠性与灵活性比一台半断路器接线方式要差。
其中，500kV配电装置采取双母线接线，其占地面积为。
图3 双母线接线图
综合考虑两种接线方式的优缺点、占地面积及经济性特点，依据发电机出口是够装设机组的启动（备用）电源以及GCB断路器，当接入500kV配电装置时，得出两种发电厂电气系统的主接线有效方案。其一，是将断路器装设在发电机与主变压器之间，并在每四台机组配置一台高压备用变压器；其二，是不在发电机与主变压器之间设断路器，而在美两台机组中设置两台高压启动（备用）变压器。
（二）发电厂发电机出口断路器的有效选择
1.发电机出口断路器技术性能的分析。发电机出口断路器一般在绝缘性能、电气性能和机械性能上鱼通用型断路器基本一致。其与后者主要的区别是，发电机出口断路器对直流分量及衰减时间常数的要求比较严格。这是因为发电机的电感值相对较大，因而导致在瞬间断路器所承受的衰减时间常数及直流分量急剧增加。
2.发电机出口断路器的有效选择。当前国际通用的ANSI/IEEEC37-013规定，对发电机出口断路器型式的选择主要考核系统源短路以及发电机源短路时断路器的开断与关合。首先，系统源短路是断路器的开断与关合试验，通常情况下，发电机出口断路器的工作是在非自动重合闸操作顺序之下，直流分量包括DC％＞20％和DC％＜20％，其瞬间恢复的电压峰值是发电机最高工作电压的1.7倍，而瞬态恢复电压达3.5Kv/us的上升率；而通用型断路器通常是在自动重合闸操作顺序之下工作，其直流分量为DC％＜20％，瞬间恢复电压峰值为额定工作电压的1.71倍，而瞬态恢复电压的上升率仅仅为0.34Kv/us。
其次，发电机源短路的开端与关合，发电机源短路时，依照国际标准规定，其直流分量的值为DC％=130％，远远高出通用型断路器的直流分量。
综上所述，发电机出口断路器的选择主要从断路器在电力系统中的作用、发电机源短路及系统源短路的可靠性数据的计算、电厂接入系统的方式等多方面进行考虑【3】。
此外，在变压器的选择过程中，除却要遵循其变压器容量及阻抗选择的原则之外，通常还要对变压器的可靠性要求、运输条件及制造条件等多方面综合考虑，从三相变压器或者单相变压器组中进行合理选择。尤其是大型变压器，则更需对其运输的可能性进行考察。
结束语：基于电气系统与电厂的稳定运行及经济效益之间的密切关系，电气系统的有效控制包括电气系统主要设备如断路器以及主变压器等的合理选择、对电气主接线形式的合理选择、电气系统的继电保护以及控制等的科学有效，在保证大型发电厂的电气系统为发电厂提供安全、可靠、经济的生产环境方面，均具有极其重要的意义。
参考文献:
[1] 金楠.发电厂电气系统控制浅谈[J].城市建设理论研究（电子版），2011，(24)：105-107.
【关键词】自动组装；可编程控制器；传感器；振动盘
在电机的组装中，法兰与轴承的组装是其中的一个重要工序。用手工安装方式，效率低下，成品不良率高，人工成本高。本文设计了一种法兰与轴承自动组装的装置，用于提升产品生产效率和质量。
一、法兰与轴承自动组装的方案设计
（一）系统的控制要求。在本设计中为了实现法兰与轴承自动组装能够顺利完成自动组装的任务，主要应用了传感器和可编程控制器来进行系统控制。法兰与轴承自动组装机动作过程是上电后，检查法兰部分气缸、轴承部分气缸与组装部分气缸是否在原点，工装是否正确，总气源压力正常，门开关正常。轴承与法兰搬运机构将法兰与轴承搬送到组装工位，然后由组装机构进行压入组装，最后将成品排出。
（二）控制方案的确定。基于PLC控制的自动组装机应符合系统的动作要求和实际应用性。在自动组装机装置中，需要的控制元件很少，采用可编程控制器结合传感器作为开关元件的控制系统，这种系统控制简单、廉价、可靠性好，而且接线固定，编程方便，适用范围广。
二、法兰与轴承自动组装结构设计
（一）机架本体与组装工件。法兰与轴承自动组装机上部的机架是铝型材构成以及由压克力构成的面板，台面是铁制面板，表面镀镍处理，底座是铁制底座，表面刷漆。组装工件是法兰与轴承零件，法兰的长度约为50mm，宽约为40mm，轴承的内径约为7mm。
（二）法兰输送以及移载结构。法兰输送机构主要组件有法兰零件、圆盘式振动盘、直线式振动盘、法兰振盘压紧缸、检测传感器。法兰搬送机构的基本动作是振动盘启动法兰输送到搬送振盘出口出口接近感应（同时法兰振盘压紧缸下压）法兰移载平移气缸前伸前伸到位法兰移载升降气缸下降下降到位底部吸盘带有的接近感应真空电磁阀动作吸盘吸气（动作保持）下降保持2s并一直保持吸气法兰移载升降缸上升上升到位法兰移载平移缸后退后退到位法兰移载升降缸下降下降到位真空电磁阀断电吸盘无气法兰移载升降缸上升旋转缸旋转同时法兰移载机构前伸搬运法兰。
（三）轴承输送以及移载结构。轴承输送机构主要组件有轴承零件、圆盘式与直线式振动盘、轴承切料气缸、轴承顶升气缸、检测传感器。轴承移载机构主要组件有轴承移载升降气缸、轴承移载平移气缸、轴承移载夹爪气缸。轴承搬送机构的基本动作是轴承送到切料治具取料光纤感应轴承切料气缸前伸轴承升降缸下降轴承顶升气缸上顶轴承升降缸上升轴承移载平移气缸前伸轴承升降缸下降轴承移载夹爪气缸松开回复到原点。
（四）法兰轴承组装结构。法兰轴承组装机构主要组件有组装下压气缸、压力传感器、组装工位的旋转气缸、脱料气缸、检测接近开关、槽型光电、轴承振盘出口光纤（装载在旋转气缸的两个工位上，用来检测法兰的有无，槽型光电的作用是作为压力测试点）。
三、硬件选型
（一）可编程控制器PLC的选型。本设计采用了基恩士PLC在此设计中所采用的是KV-NANO系列的，根据本设计的要求及输入、输出点的分配合理性，本设计将选用KV Nano系列小型可编程控制器：KV-N60AT。
（二）传感器的选型
1.光电传感器。在此设计中选用了对射型光电和扩散反射型光电。在轴承振盘满料光电和不良检出光电两个部位选用了对射型光电传感器。在法兰与轴承振动盘空料光电两个部分选用了扩散型光电传感器。
2.光纤传感器，由于在轴承振盘出口与轴承取料检测的精度要求较高，所以在这两部分选用了光纤传感器。
3.压力传感器，设计中所选用的压力传感器也称为称重传感器，其类型有许多种，在此设计中选用了电阻应变式的压力传感器。
（三）气动部分元器件的选型。在本设计中气动部分元器件的选型包括、气缸的选型、电磁阀的选型、真空吸盘的选型，
1.气缸的选型。在本设计中一共使用了11个气缸，在法兰部分有振动盘压紧缸、法兰移载升降缸、法兰移载平移缸，由于振动盘压紧缸没有什么特殊要求，因此选用了SMC薄型CQ2系列的气缸，法兰移载升降缸的选用要求轻巧，所以选择了SMC MG系列带导杆薄型气缸，法兰移载平移缸根据其运动的要求选用了SMC气动滑台气缸MXS系列；在轴承部分有上顶气缸、轴承移载平移缸、轴承移载升降缸、夹爪气缸、轴承切料缸，上顶气缸的作用是将切料缸中的轴承顶入夹爪中，所以要求不高，可以选用SMC型CQ2系列薄型气缸，轴承移载平移缸和轴承移载升降缸均选用了SMC带导杆薄型气缸，切料缸所要求的行程较短所以选用了SMC薄型气缸CQ2系列；在组装部分使用了脱料气缸、下压缸、旋转缸，脱料缸的作用是保证法兰搬运到位后不跑位，所以要求也不高，选用了双作用气缸，下压缸的要求与其他气缸不一样，要求下压时带缓冲，所以选用SMC带缓冲的薄型气缸。旋转气缸根据机械要求选用SMC带导杆MGP系列的气缸。
2.电磁阀的选型。根据选型原则和参照设计要求，设计选择了三通袖珍电磁阀，电磁阀体积小，流通能力大，节省空间，低成本；响应时间短；功率仅为0.5W，可靠性高，安装方便，电压选择DC24较为方便。
3.真空吸盘的选型。在此设计中运用真空吸盘主要实现两个功能。一是实现法兰的搬运和推动法兰在振动盘上前进。二是吸取法兰，将法兰零件搬送到组装工位和将已组装好的成品搬送到良品盒中。
（四）振动盘和直线振动器的选型。振动盘是一种自动组装机械的辅助设备，本设计的主要动作要求是通过两个振动盘的振动分别将无序的法兰和轴承有序定向排列整齐、准确的输送到直线料道。由于需要定向整理，且法兰和轴承有一定的形状和尺寸，所以选择圆盘式振动盘。
电气控制系统设计
本设计中最主要的程序就是组装平台的控制程序，由于篇幅所限，在此只给出程序的流程图。
本文设计的法兰与轴承自动组装机，具有结构简单，安装方便，工作稳定，工作效率高等优点。在实际的使用中提高了产品的良品率，节约了人力成本，就有较好的实用价值。
参考文献：
2016年6月2日，中国正式成为《华盛顿协议》成员国，这将对中国工程教育质量的提高发挥极大的督促作用，促进中国按照国际标准培养工程师，提高工程技术人才的培养质量[1]。国际上广泛应用的CDIO工程教育模式是在2004年由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学联合研究提出的[2]。它主要由构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)四部分组成，目的是通过产品研发到产品运行整个过程的锻炼培养学生理论联系实际的能力[3]。按照CDIO的培养模式，工程毕业生的能力被分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层次，并通过12条标准来衡量学生的培养质量，这与中国工程教育专业认证的12条标准有异曲同工之处。
我校机械电子工程专业目前虽然已经制定了较合理的专业培养目标和培养方案，培养了结构合理的师资队伍，形成了较好的理论和实践教学模式，但是与CDIO工程教育标准的要求相比，在培养方案、教学体系、教师队伍建设及教学效果评价机制等方面，仍然存在一定的差距。现有机电专业课程体系存在专业特色不明显、不同课程之间存在重复或相互冲突的地方等缺点，因此要依据CDIO工程教育理念，借助校企合作平台，全面地进行机电专业人才培养模式的探讨，建立符合CDIO工程教育标准的机械电子工程专业实践教学体系。
1.我校机械电子工程专业课程体系情况
目前的专业培养方案里包括的核心课程为：机械制图、理论力学、材料力学、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计、单片机原理及应用、自动控制原理、机电传动控制、传感技术、机械原理、机械设计、机械工程测试技术、机电一体化系统设计、互换性、工程材料等;主要实践环节为：社会实践调查、金工实习、电子电路实训、工程制图实践、创新实践、生产实习、毕业实习、毕业设计(论文)、PLC与组态技术综合实验、测试技术与传感器综合实验、单片机综合实验、自动化生产线认知实践、机械设计基础课程设计和机电专业综合课程设计等。
2.CDIO模式下的机电专业教学体系
根据CDIO工程教育标准的要求和我校办学特色，为适应煤炭行业和地方经济对机电专业高级技术人才的需求，结合重实践、重创新的培养目标设计新的课程体系。广泛吸取企业专家建议，深入探讨和修订机电专业课程体系，强化实践环节，构建国际化的课程体系和教学模式，从而保证面向工程的课程体系能够培养学生的实践能力与创新思维。依据CDIO工程教育理念，选择典型的工程实践项目，采取“做中学”的方式，通过在项目中反复训练锻炼学生自主学习的能力，这样不仅可以促进学生对基础知识的掌握，还可以提高学生解决工程实践问题的能力，从而使学生综合素质和能力能达到CDIO标准的要求，增强人才培养对企业的适应性[4]。近年来，主要通过以下措施进行教学体系的改革：
(1)基于CDIO的工程教育理念，构建了“一个核心、两个方向、四个阶段”的工程教学体系。
“一个核心”是以矿业领域的机电一体化系统设计、研发为主，覆盖了多学科交叉领域，主要涉及机械设计、机械传动、机械制造、机电传动控制、PLC、单片机、控制工程、机电一体化系统设计等多种技术;“两个方向”是指机械设计与制造、电气控制系统，选修课中增添“煤矿机电设备”、“工业控制网络与现场总线技术”等课程;“四个阶段”是指根据CDIO理念的构思、设计、实现、运行四阶段指导，学生要经历认知实习、基础课程实验、专业课程设计与综合实验及毕业设计、创新大赛等综合实训，才能更好地掌握本专业的工程应用技术。从第三学期开始，每学期均安排工程实践环节，按照核心知识点和要求来设定每个工程实践项目，在课程设计与毕业设计过程中企业参与。
(2)依托产学研合作背景，通过专业综合实训和企业顶岗实习等环节提高学生工程实践能力。
我校机械工程学院已经建立了电子创新设计实验室、慧鱼模型创新设计实验室、机电控制技术实验室、虚拟仪器综合实验室、动态测试技术实验室等实践创新平台，与淮南矿业集团、皖北煤电集团、淮南万泰电子股份有限公司、淮南润成科技股份有限公司、平安开诚智能安全装备有限责任公司、凯盛重工有限公司、淮南阶梯电子科技有限公司等开展了长期的产学研合作，从而可以保证给学生提供校内、外实践实习基地。通过单片机和PLC综合实验、课程设计、毕业设计、实训检验学生电工电路、单片机、PLC综合开发的能力，往往借助典型机电案例(如斜井跑车防护装置、皮带机集控系统、立井提升系统过卷过放保护系统等)，让学生经历“构思—设计—实现—运行”四阶段的完整实训。与此同时，让学生积极深入到到校企合作的实习基地中，在相关机电系统中顶岗锻炼，进一步提高学生的理论联系实践的能力，缩短学生个人能力与企业要求的差距。
(3)通过创新团队建设、学科竞赛和大学生科研项目培养学生工程实践创新能力。
为进一步拓展学生科技创新能力，借助学院设置的创新团队、学科竞赛活动、大学生科研项目的平台，在日常的教学管理中，融入紧密联系工程实际的大学生课外科技创新能力培养模式，鼓励学生积极参加“全国大学生机械创新大赛”、“全国大学生机器人大赛”、“全国大学生电子设计竞赛”、“全国大学生节能减排大赛”等各种赛事，鼓励学生撰写学术论文和申请专利。
3.结语
CDIO工程教育模式与中国工程教育专业认证的标准是高度统一的，只有坚持以CDIO工程教育模式为指导，依据校企合作背景，不断创新改革机电专业的课程教学模式，才能进一步提高学生的工程实践应用能力，为国家和企业培养出能在机电行业及相关领域从事机电一体化产品和系统的设计制造、研究开发、工程应用和运行管理工作的复合型工程技术人才，达到国际标准的要求。
关键词：GIS；光纤通讯；可编程控制器；在线监测
中图分类号：TJ768.4 文献标识码：A 文章编号：
绪论
课题的背景及意义
气体绝缘金属全封闭组合电器（GIS）是指整个开关站设备包封在金属壳内并充以SF6气体作绝缘，这类设备具有尺寸小、占地面积小、可抵御苛酷环境条件、可靠性高等优点。近几年，随着智能化电气的发展,特别是智能化开关[1]、光电式互感器等机电一体化设备的出现,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,使以GIS开关为原型的变电站信息的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。
随着可编程逻辑控制器（PLC）的发展，PLC的功能得到极大的提升，形成了各种规模的系列化产品，以适用于各种环境和规模的工业控制场合。同时，随着电子技术的发展，PLC的硬件功能不断增强，除了提供逻辑处理功能以外，PLC还不断完善了数据运算能力，以便用于各种数字控制领域。随着PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口等；同时，PLC采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路具备很强的抗干扰能力，一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间更长。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以入器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。因此，整个系统具有极高的可靠性，在变电站综合自动化中得到了广泛的应用。
国内外发展现状
国外智能GIS发展现状
当前，世界上大型高压开关制造公司竞相改革GIS的二次技术，尤其欧洲几大制造公司表现的更为突出。
西门子公司
最新型8DN9 GIS采用了在线检测系统，利用计算机辅助的电子控制和监视单元进行连续控制和监测。用电流和电压传感器取代传统电流电压互感器。带间隔处理能力的数字间隔控制系统用于监测和记录所有基本运行参数，这样可以进行系统发展趋势分析，实现“状态检修”。
Alstom公司
在就地控制柜中安装计算机控制二次功能。用密度计、光电传感器、电流传感器和局放测量传感器对GIS进行周期性或永久性的状态监测，用光纤或屏蔽电缆传送信号，数字技术和计算方法将所有信息不仅用于间隔的自动控制，也用于监测整个设备。
ABB公司
GIS产品分为EXK和ELK型，其产品很有特点。ABB公司早在1984年就开始更新高压电器设备的二次系统控制技术，将一次和二次技术融合在一起，在二次技术上经历了3个发展阶段：传统技术、现代技术和智能技术。其中在EXK为智能化产品[2]有72.5、123KV电压等级，其中EXK-01型Smart-GIS中体现了智能技术应用，是先进的一次设备制造技术、新型传感器和现代计算机技术的整合。
我国智能GIS发展现状
随着淮北110千伏桓谭变电站投运，我国已建成的智能变电站数量已经超过10座以上。 其中有北川110千伏智能变电站、220千伏西泾智能变电站以及500千伏兰溪变电站，特别是世界最高电压等级的智能变电站——750千伏延安变电站投运，标志着我国智能变电站试点工程不断取得进展。这将拉开我国开始大规模建设智能变电站的序幕，同时对于我国建设坚强智能电网[4]也具有重要意义。
我国在淮北110千伏桓谭变电站的建设过程中，采用大量的新技术、新工艺、新设备来实现整个变电站的数字化、智能化。工程建设中应用国内领先的纯光纤电子式电流互感器；断路器独立地执行其当地功能，一次开关实现智能化；应用国内领先光学电压互感器技术；应用统一的信息共享平台；将通过配置光伏发电系统，以实现变电站的“零损耗”；应用智能化告警与分析策略高级智能功能应用智能站用电源及辅助设备系统；应用变压器新型光纤光栅温度传感器在线监控系统应用；采用GOOSE网络，实现网络化、信息共享标准化；应用GIS组合电气采用SF6压力、微水在线监测系统等，采用数字化的监视和控制手段减少了设备停电检修的几率和时间，实现一次设备100%在线监控。
基于可编程控制器的110kV智能化GIS二次控制系统设计与实现
系统控制要求
系统总体控制要求
传统的GIS控制系统主要是模拟控制板、多位控制开关、光字牌、辅助开关、中间继电器、接触器等构成，用户通过手动操作模拟控制台，通过一系列的中间继电器的联锁验证后，在满足主回路逻辑条件和内部电控元件的自锁保护条件下，对开关进行输出控制，光字牌则主要用来直接反映开关位置状态和其它报警信号。其现场安装接线和调试工作量大，大量元件造成整个系统可靠性较低，容易拒动和误动作，而且，无法进行智能控制和在线监控功能。
本文提出的基于PLC系统的GIS二次智能化控制和监测系统，省去了模拟控制板、光字牌和中间继电器等外设元件，它们都将以模拟或者数字信号的方式存在于PLC程序中或者直接显示于触摸屏。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。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
其中中间继电器均以中间变量的形式存在于PLC程序中，而模拟控制板和光字牌则直接在触摸屏中以图形状态体现，同时与PLC程序中的对应变量相关联。因此它不仅节省了元件成本，同时也提升了系统的安全性和稳定性。
同时，为监测GIS一次元件的正常运行，早日发现事故隐患，本系统根据GIS开关运行特性，除应满足电力系统要求的“五防”和“四遥”外，还增加了如下的智能化程序模块，以便用户能迅速判断开关的运行状况，更准确地确定开关的检修时间，使开关的状态检修更加有针对性，最终达到节约成本目的：
1) 断路器、三工位隔离、接地开关、快速接地开关等操作元件的合分闸操作记录，用于监视各一次主要操作元件是否达到额定的机械寿命。
2) 断路器事故分闸记录，记录开断电流的加权值，间接测量断路器弧触头的烧损情况[1]。
3) 记录各元件气室的SF6气体密度变化情况，同时增加监视SF6气体的下降变化率，以便更准确地判断故障。
4) 断路器、三工位隔离、接地开关、快速接地开关等操作元件的操作回路监视，包括常规的回路断线，电机回路故障等，还增加了电机操作电流监视，以判断机构有无卡涩等情况。
系统的主要功能组成
整个系统由设备控制部分、在线监测部分和安全监控部分组成。设备控制部分主要完成数据和状态信号采集、现场控制输出。在线监测部分主要进行现场模拟量数据的收集、分析，并向用户提供状态检修意见和报警功能。监控部分则通过比较经过CPU处理的数据，实时显示系统各元件的工作状态，并向设备控制层发出控制指令，实现“遥信、遥测、遥控、遥调”功能。
系统监控层通过西门子的软件STEP7和SIMATIC WINCC FLEXIBLE操作屏组态软件进行编程，它承担了控制操作、状态显示、数据处理、操作记录等功能。用户在就地操作时，可通过触摸屏了解整个系统的工作状态，查看报警信息、发出控制信号；用户在远方操作时，可通过WINCC组态后的画面，了解整个系统的工作状态，查看报警信息、发出控制信号。
此监控层实现的主要功能如下：
1）控制操作：对系统内的所有被控断路器和辅助开关进行实时控制。
2）状态显示：用图形实时地显示一次主接线图内主要元件的运行状态。
3）数据处理：利用实时数据和历史数据，对系统内采集的各状态量进行逻辑判断。
4）操作记录：实时地记录用户对本系统的每一个操作（包括日期、用户名、设备名、具体操作结果等）
5）报警功能：当某一指定状态量发生变位时，直接通过触摸屏中的虚拟光字牌显示系统报警信号。
6）安全设置：可以设置多级密码，按不同的操作权限分别加密，以特定管理员来限定用户级别，并记录其它用户信息；普通用户将无法创建其它用户或者查看其它用户信息；管理员和普通用户均须登录成功后方可进行控制操作或者查看操作记录。
可编程控制器的选型
系统的硬件配置和构成
GIS控制系统硬件配置与一次元件的构成是相互相存的，主要根据一次元件的内容来配置二次元件功能和配置，为了说明本文的主要功能，设计一次系统主接线如图2.1所示：
图2.1 一次系统主接线
其中CT11-CT14为电流互感器，用于测量一次系统电流，PT01为母线侧电压互感器，用于测量变电站母线电压，PT11为线路侧电压互感器，用于测量线路侧电压，CB11为线路断路器，DSES11为母线侧三工位开关，DSES13为线路侧三工位开关，FES1开关为线路侧快速接地开关。
通过分析比较国内外知名公司的工控产品并结合GIS智能控制系统的需求，选用了深圳鑫诺尔的HTS-2000VA正弦波逆变电源、西门子的SIMATIC S7-300可编程控制器和TP277触摸屏来构成此智能控制系统。系统硬件配置如图2.2所示：
图2.2 系统硬件配置图
深圳鑫诺尔的HTS-2000VA正弦波逆变电源专门为通信系统、电力系统及工业自动化应用而设计的高品质逆变器，产品具有直流输入过欠压、输出过载保护、短路保护、直流输入与交流输出完全电气隔离等保护功能。并可提供RS232数字通信口、输入与输出有或无的故障干接点，也可通过计算机进行监控逆变电源的工作状态及历史记录，同时可以通过LCD或LED显示逆变电源的工作状态。
SF6密度变送器采用秦川集团宝鸡仪表有限公司 MSK—20型远传六氟化硫气体密度控制器，该仪器用于高压开关设备灭弧气体—六氟化硫(SF6)密度监测[3]的专用仪表，是该公司最新研制的机电一体化产品。仪表由MS-20型六氟化硫气体密度变送器、YX—100SF6六氟化硫气体压力（密度）表组合而成。变送器输出的4~20mA信号可接入PLC实时显示六氟化硫气体的密度，并可实现报警和闭锁功能。仪表外观新颖，美观大方。具有独特先进的环境温度补偿功能，改变了传统的一般六氟化硫气体压力表的压力监测值与温度压力变化曲线对照来计算六氟化硫气体实际密度的繁杂检测过程。该表在使用温度范围内的任何温度下指示的压力值即指示的是室温20℃的压力（密度）值。
断路器三相电流二次测量采用香港恒发科技有限公司 HF-SD(DP)420E型交流电流传感器，采用霍尔电流元件，输入电流（交流）0-10A，电流测量范围0-50A ，输出电流4-20mA，响应时间≤20mS，线性度 ≤1%FS，直流电源为5-24VDC。能满足断路器三相故障电流采样使用。
可编程控制器采用SIMSTIC S7-300系统，是西门子公司的新一代高端产品，它具有完善的指令集，且采用了模块化的设计，使得其在计算性能、可扩展性和稳定性等方面有突出的优势；彩色触摸屏TP277配以西门子经典组态软件SIMATIC WINCC FLEXIBLE操作屏组态软件，使得整个人机界面操作简单灵活，且管理功能强大，可以直观准确的实现GIS系统的各项监控功能，并完全满足系统智能控制的要求；远方控制中心采用基于西门子WINCC控制系统的上位PC机，用于就地设备的操作、状态显示、历史记录、SOE显示和RTU功能。
PLC硬件配置
硬件设备中PLC元件表见表3.1，其中包括CPU（中央处理单元）、电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、光纤接口PROFIBUS DP主站或从站等，这些模块均为西门子SIMATIC S7-300 PLC系列的标准模块。其中数字量输入模块（DI16XDC24V SM321输入模块）采用高速输入响应模块，响应时间小于200μS，满足高压开关开入量10ms测量要求。模拟量输入模块采用高速输入响应模块，响应时间小于10mS，能满足电流测量要求。
表2.1 可编程控制器的硬件配置表
I/O点及地址分配
根据控制要求，对可编程控制器的I/O点及地址进行分配，详见表2.2。
表2.2 可编程控制器的I/O点及地址进行分配表
电气控制系统原理图
表2.3 可编程控制器的I/O点及地址进行分配表
系统控制程序的设计
系统控制流程图
图3.1 主程序框图
控制程序的设计
图3.2 断路器（或三工位开关、快速接地开关）的控制程序框图
图3.3 电机电流采集和判断程序框图
结 论
本次论文主要完成了间隔层的智能化GIS开关操作柜设计研究，说明了西门子S7-300型在GIS智能化设计过程的应用情况，通过S7-300丰富的编程功能和强大的硬件配置，完成了基本间隔要求的开关操作、联锁设计、就地电量/电度采集，实现了变电站的遥控，遥信和遥测的功能，有效地实现了高压开关的最安全控制；利用采集的开关机构操作过程电流信号以及操作时间，可以进一步分析开关机械设备的状况；同时，由于GIS自身的结构特点，不可避免存在SF6气体的泄漏，本次系统对SF6气体压力在线连续监视和诊断，很大程度上确保GIS的安全运行，促使用户在压力波动大时提前检修设备，避免事故的发生，为用户的实现状态检修提供依据；智能判断故障设备并自动告警，进一步提高了系统的可用性；采用标准的通信协议以及高速安全的网络通信与电站级管理系统连接，实现了变电站综合自动化对高压电器的智能化要求。
参考文献
[1] 邹积岩，. 开关智能化的概念与相关的理论问题[J]. 高压电器，2000，36(6):43-46.
[2] Georg Sche,Fred Engler,Alfred Jaussl,elal. Intelligent GIS-- a Fundamental Change in the Way Primay and Secondary Equipment is Combined[J]. ABB Review, 1996(8):4-14
[3] 周骁威，陈振生. UP908型数字式SF6密度继电器原理及应用[J]. 电气开关，2004，42（1）:5-7.
