計數器電路范文

導語：如何才能寫好一篇計數器電路，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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前導0計數器電路實現的功能：從數據的高位往低位計算連續0的個數，若出現1，則停止計數．

1.1設計理論本文設計一個108位前導0計數器電路，采用2位分組的并行計數算法，電路設計原理如下：如圖2所示，前導0計數電路將數據位寬平分為高半位和低半位兩個部分，然后分別對兩部分前導0個數進行計算，在下一級計數邏輯對上面兩個計數器結果進行匯總．當n＝2時，相當于4位前導0計數電路；當n＞2時，相當于2n位前導0計數電路．

1.24位前導0電路設計如圖3所示，Count［1：0］可以表示Data［3：0］不全為0時前導0個數；當Data［3：0］全為0時，前導0的個數為4，Count［1：0］最多也只能表示3，因此需要Z信號作為Count的拓展位［4］．當Data［3：0］全為0時，前導0個數是4，拓展位Z＝1，count［1：0］＝2′b00，Z與Count［1：0］組成3位二進制計數值，為3′b100，正好可以表示Data［3：0］全為0時前導0的個數4．

1.38位前導0電路設計8位前導0電路是在兩個4位前導0得出的計數結果后再做一次選擇，對前面兩個4位前導0的計數結果進行匯總．8位前導0的電路結構如圖4所示．圖4中，左上方電路計算高4位前導0個數，右上方電路計算低4位前導0個數．當高4位全為0時，則需將高4位前導0個數與低4位前導0個數相加；當高4位不全為0，則只需輸出高4位前導0個數即可．當Data［7：0］不全為0，Count［2：0］即可表示前導0的個數；當Data［7：0］全為0，則Count［2：0］＝3’b0，Z＝1，構成二進制1000可以表示成8個0．從8位前導0電路結構，再結合4位前導0電路結構，由此找出前導0電路設計規律，為108位前導0電路設計提供結構的拓展．將8位前導0電路結構進行模塊層次化，如圖5所示．圖5所示，淺灰色模塊（四端口模塊）是1個NR2D和1個INVD，深灰色模塊（三端口模塊）是1個AN2D，上一級的白色模塊是3個MUX2D，下一級白色模塊（五端口模塊）是5個MUX2D．在大位寬前導0電路設計中，每向下增加一級模塊，模塊的個數就會增加一倍，白色模塊的MUX2D就會增加2個，淺灰色和深灰色模塊的邏輯單元不變．

1.4108前導0電路設計將64位、32位和12位這三個前導0電路進行拼接，組成的108位前導0電路結構如圖6所示．如圖6所示，從上到下分別是第一級模塊、第二級模塊、第三級模塊、第四級模塊、第五級模塊、第六級模塊、第七級模塊．各個模塊的內部邏輯電路如圖7所示，其中白色模塊n（n≥2）是指模塊的級數。

2電路優化

2.1Z信號樹邏輯優化圖6中深灰色模塊（三端口模塊）是Z信號樹邏輯模塊，Z信號樹經過優化之后如圖8所示．

2.2Count樹邏輯優化圖6中白色模塊（五端口模塊）構成Count樹，Count樹由MUX2D邏輯單元構成．由于MUX2D標準單元存在傳輸管，導致標準單元延時大，以及單元驅動能力弱的情況［5］．因此需要將傳輸管邏輯單元優化成速度快、穩定性好的CMOS互補邏輯單元。將MUX2D傳輸管邏輯單元通過邏輯換算，使之成為互補的CMOS邏輯單元，可以有效提高Count樹的計算速度和穩定性．根據Count樹中白色模塊（五端口模塊）所處的模塊級數，分奇偶兩種情況分別進行邏輯換算和重組，優化之后的邏輯結構如圖9所示．從圖9發現，優化后的邏輯電路中有反相器存在，并且隨著模塊級數增加，反相器個數也在增加．因此有必要將反相器提取出來，以一個大尺寸的反相器來代替這些分散的反相器，這樣既可以滿足驅動的需要，也可以用來減少面積．于是進一步優化之后的電路結構如圖10所示．

2.3單元尺寸優化在同一級有關聯的相鄰兩個模塊，由于扇出不同造成負載不一樣，因而不同模塊內部單元尺寸的調整順序也不一樣．108位前導0電路邏輯單元尺寸調整的順序如圖11所示．從圖11可以看出，首先優化第1條路徑的尺寸，按照阿拉伯數字依次增大的順序，依次進行不同路徑的模塊單元尺寸調整，最后優化第13條路徑．每條路徑都是順著箭頭的方向，對各個模塊依次進行單元尺寸的調整．

3性能比較

在108位前導0電路設計完成過后，提取電路設計的網表進行PT分析，通過PT分析獲得到時序和面積結果．然后分別與傳統前導0計數器的RTL級代碼［6］進行DC綜合的結果，以及8位分組的RTL級代碼進行DC綜合的結果進行比較，如表1所示．通過比較發現，傳統前導0的RTL級代碼進行DC綜合的時序和面積都太大，相對而言8位分組前導0的RTL級代碼進行DC綜合的時序卻要比它要好得多，這也是當前一直使用8位分組前導0的RTL級代碼的原因．然而本文設計的2位分組的108位前導0電路，進行PT分析的時序比8位分組DC綜合的時序少了19％，但面積卻比8位分組的差了20％．由于計數器的運算速度對浮點加法的運算是至關重要的，在面積相差不大的情況下這個電路設計仍然是非常成功的．

4結束語

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【關鍵詞】搶答電路；定時電路；報警電路

1 課題研究的相關背景

搶答器在當下各種比賽中是非常受歡迎的一種設備，它可以快速有效的辨別出最先搶答到的選手。在早期，搶答器的組成很簡單，只有幾個三極管，可控硅和發光管等，辨認哪個選手優先搶到主要是通過發光管來辨別。而現在的搶答器，大部分是利用了單片機或是數字集成電路，并新添了許多功能，比如如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。

隨著科技的發展，現在的搶答器有著數字化，智能化的方向發展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現在小規模的知識競賽越來越多，操作簡單，經濟實用的小型搶答器必將大有市場。因此，我選擇簡易邏輯數字搶答器這一課題。

2 搶答器的工作原理簡介

搶答器的構造，它包括主電路和擴展的電路由兩部分組成。主電路完成基本搶答功能，當玩家按下搶答鍵之后，可以顯示參賽者的編號，同時阻止輸入的電路，阻止其他選手的回答。擴大的電路測試數字的工作。它的工作原理：啟動裝置后，主持人將開關撥到到"清除"的狀態、搶答器被禁用，編號顯示器關閉設置計時器顯示的時間；主持人將開關換到“開始”狀態，宣布“開始”搶答后。計時器開始倒計時，揚聲器發出聲音提示。參賽者在一個預定的時間期間在搶答時，搶答器完成：優先判斷，編號鎖存，編號顯示，揚聲器提示。一輪搶答之后，定時器停止，此時，禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果答案必須再次再一次，由主持人，“清除”和“開始”的切換。

3 搶答器的工作過程

如果想調節搶答時間或答題時間，按“加一”鍵或“減一”鍵進入調節狀態，此時會顯示現在設定的搶答時間或回答時間值，如想加一秒按一下“加1s”鍵，如果想減一秒按一下“減1s”鍵，時間LED上會顯示改變后的時間，調整范圍為0～99s， 0s時再減1s會跳到99，99s時再加1s會變到0s。

主持人按“搶答開始”鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預設15s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數并立刻進入回答倒計時（預設10s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手有效。倒數時間到小于5s會每秒響一下提示音。

如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按“停止”按鍵，系統會自動進入準備狀態，等待主持人按“搶答開始”進入下次搶答計時。

如果主持人未按“搶答開始”鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規搶答，LED上不斷閃爍FF和犯規號數并響個不，直到按下“停止”鍵為止。

4 搶答器的總體結構

圖1 總體方框圖

如圖1所示為總體方框圖 接通電源后，后臺工作人員將檢測開？S置“檢測”狀態，數碼管在正常清除下，顯示“■”；當后臺工作人員將檢測開關S置“搶答”狀態，主持按系統清除按鍵，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈；主持人松開，宣布“開始”，搶答器工作。選手按動搶答按鍵，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示。當一輪搶答之后，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。如果再次搶答必須由主持人再次按動系統清除按鍵。

5 優先判斷與編號鎖存電路

電路選用優先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是，分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號；二是，禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：系統清除按鍵按動時，74LS279的四個RS觸發器的置0端均為0，使四個觸發器均被置0。1Q為0，使74LS148的使能端■=0，74LS148處于允許編碼狀態，同時1Q為0，使74LS48的滅燈輸入端■=0，數碼管無顯示。這時搶答器處于準備搶答狀態。

當系統清除按鍵松開時，搶答器處于等待狀態。當有選手將按鍵開關按下時，搶答器將接受并顯示搶答結果，假設按下的是S4，則74LS148的編碼輸出為011，此代碼送入74LS279鎖存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的輸入為0100；又74LS148的優先編碼標志輸出■為0，使1Q=1，即■=1，74LS48處于譯碼狀態，譯碼的結果顯示為“4”。同時1Q=1，使74LS148的■=1，74LS148處于禁止狀態，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當優先搶答者的按鍵松開再按下時，由于仍為1Q=1，使■=1，74LS148仍處于禁止狀態，確保不會接受二次按鍵時的輸入信號，保證了搶答者的優先性。

6 搶答器設計中的優先編碼電路

搶答器設計中的優先編碼電路完成兩個功能：一是，分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是，禁止其他選手按鍵操作無效。

工作過程如下：

當把開關S放置在‘清除’端時，觸發器RS中的■端都為0，4個觸發器輸出置0，使74LS148的 ■=0，讓其在工作狀態中。開關S放置在‘開始’時，搶答器則是等待工作狀態，如現在選手按下時，74LS148的輸出■ ■ ■=010，■=0，經RS鎖存后，1Q=1，■=1，74LS48處于工作狀態，4Q3Q2Q=101，經譯碼顯示為‘5’。另，1Q=1，使74LS148 ■=1，處于禁止狀態，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的■=1，此時由于仍為1Q=1，使■=1，因此，74LS148還是在禁止的狀態中，保證了不會出現二次搶答，也確保了搶答者的優先搶答權。主持人將開關S重新放置在‘清除’位置上，可以進行下一輪的搶答。

（ 74LS148為8線-3線優先編碼器。）

7 搶答器設計中的定時電路

由節目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數器進行預置，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數器74LS192進行設計。本設計是以555構成震蕩電路，由74LS192來充當計數器，構成搶答器的倒計時電路。該電路簡單，無需用到晶振，芯片都是市場上容易購得的。設計功能完善，能實現直接清零、啟動。

8 搶答器的優點及組成

尤其是在知識比賽中做搶答題目時，其過程中，利用視覺判斷是很難判斷的，所以，需要設計出一個系統來確定哪位選手或者是哪一組選手先搶到的。我們可以利用單片機系統，其精確率哪怕兩組之間搶答的時間只差幾微秒，也可以判斷出來。以上問題（下轉第387頁）（上接第350頁）迎刃而解。

【參考文獻】

[1]趙保經，等.中國集成電路大全TTL集成電路分冊[M].北京：國防出版社，1985： 429-450，649-651，639-640.

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【關鍵詞】 EDA 數字電路 電路仿真

數字電路主要有組合邏輯電路和時序邏輯電路兩部分組成，交通燈控制器的設計既可以涉及到這兩部分的基本原理的運用，又可以鍛煉學生對數電綜合電路的設計和分析能力，因此交通燈控制器的設計是數字電路一個很好的教學題材，在完成電路設計的同時配合電子設計自動化（EDA）教學，學生無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，EDA可以很好地、很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現出來。并且可以用虛擬儀器技術創造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學員的學習熱情和積極性。真正的做到了變被動學習為主動學習。目前在各高校教學中普遍使用EDA仿真軟件是Multisim10.1， 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。

下面介紹以Muitisim10.1 為平臺設計一個十字路通控制器系統的過程.

1 設計要求

設計一個十字路口的交通燈控制器，要求主干道和支干道交替運行，主干道每次通行時間都設為30秒；支干道每次通行時間都設為20秒；綠燈可以通行，紅燈禁止通行；每次綠燈變紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘（此時另干道的紅燈不變）；十字路口要有數字顯示，作為等候的時間提示。要求主干道和支干道通行時間及黃燈亮的時間均以秒為單位做減法計數。黃燈亮時，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。

2 交通控制器電路設計與仿真

2.1 狀態控制器的設計

根據設計要求，主干道和支干道紅、綠、黃燈正常工作時，只有四種可能：主干道車道綠燈亮，支干道車道紅燈亮，用S0表示，綠燈亮足規定的時間間隔30秒時，控制器發出狀態轉換信號，轉到下一工作狀態；主干道車道黃燈亮，支干道車道紅燈閃爍，用S1表示，黃燈亮規定的時間間隔5秒時，控制器發出狀態轉換信號，轉到下一工作狀態；主干道車道紅燈亮，支干道車道綠燈亮，用S2表示，綠燈亮足規定的時間間隔20秒時，控制器發出狀態轉換信號，轉到下一工作狀態；主干道車道紅燈閃爍，支干道車道黃燈亮，用S3表示，黃燈亮足規定的時間間隔5秒是，控制器發出狀態轉換信號，系統又轉換到最初種狀態。可以用一個2位二進制計數器實現這四種狀態：S0=00，S1=01，S2=10，S3=11，本設計用74ls190連接成二進制加法計數器，電路圖如圖1所示：

2.2 狀態譯碼器的設計

狀態控制器已經產生了四種狀態，用Q2，Q1兩位二進制數組合來表示S0到S3四種狀態，狀態譯碼器要求利用Q2，Q1分別控制主、支干道上紅、綠、黃信號燈的狀態，紅、綠、黃信號燈狀態與控制器的輸出Q2，Q1關心可用表1（1不是燈亮，0表示燈滅）來表示。由信號真值表可以設計出狀態譯碼器電路，如圖2所示：

74LS245為8個雙向3態緩沖電路。主要使用在數據的雙向緩沖，～G=0，DIR=0，B->A；～G=0， DIR=1， A->B；～G=1， DIR為0或者1，輸入和輸出均為高阻態；高阻態的含意就是相當于沒有這個芯片。在本電路中是實現紅燈的閃爍，無論是主干道還是支干道，Q1為1，可以利用Q1來控制～G，當Q1為1，～ Q1為0，～G為0，秒信號就可以輸入電路，實現紅燈的閃爍。

2.3 倒計時電路的設計

根據設計要求，該系統共有四種狀態（S0-S3），在每種狀態都要求能夠自動調入不同定時時間的定時器，完成30S、20S、5S的倒計時顯示。該定時器由兩片74LS190構成減法計算器實現，初始值可通過三片74LS245完成預置數，顯示電路用自帶譯碼功能的兩個數碼管實現兩位十進制數的顯示。設計的定時倒計時電路如圖3所示：

2.4 仿真結果

將上述各單元電路組合起來，可以得到交通控制燈的整體電路，點擊Multisim 10.1 軟件的“Simulate/ Run”按鈕，便可以進行交通燈控制器的仿真。電路的倒計時顯示首先為30 s，此時主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，進入狀態S0，倒計時為0后，主干道黃燈亮，支干道紅燈閃爍，閃爍的頻率為1HZ，進入狀態S1，倒計時從5開始計時，倒計時為0后，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，進入狀態S2，倒計時從20開始計時，倒計時為0后，主干道紅燈閃爍，閃爍的頻率為1HZ，支干道黃燈亮，進入狀態S3，倒計時從5開始計時，倒計時為0后，又回到S0狀態，如此循環下去。

3 結語

該設計通過把數字電路的分析與設計與EDA相互結合，完成交通燈控制器各個單元電路和整體電路的設計和仿真，很好的解決目前高校教育中理論教學與實際動手實驗相脫節，試驗室條件不足等問題。電路設計仿真成功后再構建實際電路，既可以降低成本，又大大提高了教學和專業設計的效率，對老師教學也是一個很好的提高和促進。

參考文獻

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[2]周凱，郝文化.EWB 虛擬電子實驗室——Multisim7 &Ultiboard7 電子電路設計與應用[M].北京： 電子工業出版社，2006.

[3]張艷春.數字電子系統的EDA 設計方法研究[J].現代電子技術，2009（17）.

[4]鄭步生，吳渭.Multisim 2001 電路設計及仿真入門與應用[M].北京：電子工業出版社，2002.

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關鍵詞：露天煤礦；電氣自動化；控制系統；優化設計

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.037

1 露天煤礦電氣自動控制系統硬件方面的優化設計

1.1 優化輸入電路

輸入電路的優化需要考慮在正常狀態下的PLC供電源的電壓范圍，一般情況下，煤礦企業所采用的電壓范圍為：85.0V～240.0V，電源幅度為155.0V。但在運行和管理中，由于現場情況的復雜性，導致存在眾多因素的干擾。例如我國的供電系統在運行時，周圍的環境相對惡劣，常常受到外界因素的影響，從而時常出現電力中斷的現象。因此，在使用自動控制系統設備進行煤礦開采工作時，就需要采取緊急預案措施，例如：安裝電力凈化裝置（濾波器或隔離器等）。在設計的過程中，要時刻保持PLC輸入電源的直流電壓值穩定在24.0V，負載要根據環境的變化而調整。合理配置電路，避免運行時出現短路或斷路。在操作之前還應該檢查PLC芯片，確保其沒有受到損壞。為了確保電路穩定，電路需及時更換高質量的保險絲，避免跳閘，從而造成嚴重的事故。

1.2 優化輸出電路

在煤礦電氣自動化控制系統的輸出電路中，需要優化輸出電路。優化需要結合實際情況加以選擇，選擇的內容包括：相關設備的標志、指示、轉速等，從而保證設備的配置能夠滿足煤礦電氣自動化控制系統的工作。在正常狀態下，若電氣自動化控制系統的輸出頻率低于正常頻率時，則可以通過繼電器繼續完成。這樣可以合理化的設計電路，而不破壞電路的抗干擾性能，且不會影響負載端的正常工作。若電路的負載端為感性負載時（如：電磁線圈），當出現斷電情況時，電路仍會通過一定的電流，當浪涌電流值較大時，就有可能燒毀芯片，甚至整個電路。為防止這一現象出現，可以在負載端設置二極管用以吸收浪涌電流，保護電路系統，而不至于被燒壞。另外，為了確保電路能夠穩定運行，我們通常采用中間或固態繼電器，從而增強電路的靈活性。

1.3 抗干擾能力的優化設計

在煤礦自動控制系統的設計中，抗干擾能力的設計是必不可少的一部分。當自動控制系統的大致結構完成后，緊接著就需要對其抗干擾能力進行設計。一般而言，煤礦企業中的電氣自動控制系統經常處在相對惡劣的環境中，從而其穩定性較差，這就對我們的設計工作提出了更高的要求。通過分析我們發現在系統的長期運行中，往往因為磨損或是其他原因，導致電磁脈沖對系統芯片造成一定的破壞。因此，優化芯片的設計是工作的重中之重。通過電磁分析，我們發現可以采取的具體措施有如下幾種：第一，采用1：1隔離變壓器，降低干擾頻率，這是由于電網中原副邊繞組之間的電容耦合所產生的各種干擾，另外，在實施的過程中需要將電容接地。第二，將電路裝置放入金屬外殼內，從而實現屏蔽電磁的作用。金屬有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干擾。第三，優化系統周邊的布線設置，采用合理的手法改造線路，區分強電動力線路和弱電線路的走勢，并用雙絞線屏蔽模擬信號傳輸線的電纜。

2 露天煤礦電氣自動控制系統軟件方面的優化設計

2.1 程序結構的優化

煤礦電氣自動化控制系統的主要結構形式為基本程序設計和模塊化設計兩種，但至于要采用哪種結構形式還要根據實際情況加以選擇。但是，為了方便日后軟件的修改和設計及進一步開發煤礦電氣自動化控制系統，我們一般采用模塊化的結構設計形式。在模塊化的設計結構中，我們一般按照如下的方式進行操作：第一，勘察現場情況及企業生產要求，將煤礦電氣自動化控制系統所控制的對象模塊化，每一模塊對應一個執行任務。第二，通過對每一模塊進行程序的編寫和調試，完成每一模塊的任務。第三，當所有的子模塊都完成后，將其連接拼裝，形成一個完整的程序。這樣的工作流程便于查找錯誤，使得系統劃分整齊、調整便捷，從而與現場的生產過程有更高的契合度。

2.2 程序過程優化設計

實現煤礦電氣自動控制系統的優化設計的核心實質在于：確保優化對I/O接口分配。在執行的過程中，我們應該根據實際情況盡最大努力實現對整個煤礦電氣自動控制系統的I/O信號的編制，在這一基礎上，系統內部所對應的計數器和計時器等也需要進行集中的編制。當這一工作完成之后，對這些地址分配的情況需要加以詳細的記錄。另外，我們在設計的過程中需要注意對PLC的控制優化設計，從而極大地提高煤礦電氣自動控制系統的工作效率。在這一過程中，我們還需要簡化PLC控制程序所控制的設計結構，盡量不要占用更多的內存空間，從而縮短掃描時間。另外，可以多次循環利用PLC芯片所對應的各類觸點。在程序設計中安裝控制按鈕，利用二分頻技術控制能源的使用，從而降低資源的消耗，并在一定程度上提高了自動控制系統的運行速度和運行效率。

3 煤礦電氣自動控制系統的設備的選擇優化

目前市場上有很多自動控制系統的設備可供選擇，但是無論是哪一種都要找準其適合的工作環境，才能發揮出其應有的價值。煤礦電氣自動控制系統的設備品牌有：合力時、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在選擇的方面本人總結如下。

3.1 明確煤礦電氣自動控制系統的工作模式

在選擇時，明確煤礦電氣自動控制系統的工作模式及規模大小是一個必須的過程。若我們根據企業生產要求和實際的工作環境，以西門子的PLC產品作為選擇，在不同的作業任務及工作狀態下，選擇的PLC型號也是有所差異的。SIEMEN S7-200等微型PLC產品適合瓦斯濃度的檢查，SIEMEN S7-300等中型的PLC產品適合測量礦井水位的變化，SIEMEN S7-400等大型的PLC產品則可以對礦井工人安全進行監控。

3.2 確定I/O點的類型

由于施工的復雜性及實際要求有所差別，設備I/O點的數量和類型有很大的差別。因此，在這方面我們需要進行統計，并做好及時地記錄，并根據記錄的結果做出預算，從而避免過度的浪費。由于供電條件的不穩定性，在選擇設備輸出點的動作頻率時需要對應選擇輸出端。

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關鍵詞：電氣控制線路;設計方法;探析

中圖分類號： TM726 文獻標識碼： A 文章編號：

前言

電氣控制線路設計的優劣直接關系到控制系統性能的好壞，電氣工程技術人員必須要掌握電氣控制線路的設計方法和設計原則，以便在設計的過程中能及時調整設計方案，使設計出的控制線路達到最佳，本文主要對經驗設計法進行分析。

一、電氣控制線路的設計應遵循的基本原則

經驗設計法是根據生產工藝要求，利用各種典型的線路環節，直接設計控制線路。這種設汁方法比較簡單，但要求設計人員必須熟悉大量的典型控制線路，擁有多種控制線路的設計資料，同時具有豐富的設計經驗。采用經驗設計法設計控制線路時，應注意以下幾個原則。

1、應最大限度地了解生產機械和工藝對電氣控制線路的要求

設計之前，電氣設計人員要調查清楚生產工藝要求、每一道程序的工作情況和運動變化規律、所需要的保護措施，并對同類或接近產品進行調查、分析、綜合，作為具體設計電氣控制線路的依據。

在滿足生產工藝要求前提下，控制線路力求簡單、經濟。

2.1 盡量選取標準的或經過實踐檢驗的線路和環節。

2.2 應減少不必要的觸頭以簡化線路，這樣也可以提高可靠性。

在簡化過程中，主要著眼于同類性質的合力，同時應注意觸頭的額

定電流是否允許。

2.3 盡量減少連接導線的數量和長度。將電器元件觸頭的位置

合理安排，可減少導線根數和縮短導線的長度，以簡化接線，如圖1

中，啟動按鈕和停止按鈕放置在操作臺上，而接觸器放置在電氣柜

內。從按鈕到接觸器要經過較遠的距離，所以必須把啟動按鈕和停

止按鈕直接連接，這樣可減少連接線。

2.4 盡量減少電器元件的數量和采用標準件，并盡可能選用相

同型號。

2.5 控制線路在工作時，除必要的電器必須通電外，其余的盡量

不通電以節約能源。

3、保證控制線路工作的可靠和安全

為了保證控制線路工作的可靠性，應盡量選用機械和電器壽命

長、結構堅實、動作可靠、抗干擾性能好的電器，同時在具體設計過

程中應注意以下幾點：

3.1 設計電路時，應正確連接電器的線圈。在設計控制電路時，電器線圈的一端應統一接在電源的同一端。使所有電器的觸頭在電源的另一端，這樣當電器的觸頭發生短路故障時，不致引起電源短

路，同時安裝接線也方便。

3.2 控制線路在工作中出現意外接通的電路叫寄生電路。寄生

電路會破壞線路的正常工作，造成誤動作。

3.3 在線路中盡量避免許多電器依次動作才能接通另一個電器

的控制電路。

3.4 在線路中采用小容量繼電器的觸頭來控制大容量接觸器的

線圈時，要計算繼電器觸頭斷開和接通容量是否足夠。如果不夠，必

須增加小容量控觸器或中間繼電器，否則工作不可靠。

3.5 設計的線路應能適應所在電網的情況。根據電網容量的大

小、電壓、頻率的波動范圍以及允許的沖擊電流數值等決定電動機

的啟動方式是直接啟動還是減壓啟動。

3.6 在控制線路中充分考慮各種聯鎖關系以及各種必要的保護

環節，以避免因誤操作而發生事故。

4 應具有必要的保護環節

4.1 短路保護。在電器控制線路中，通常采用熔斷器或斷路器作

短路保護。當電動機容量較小時，其控制線路不需另外設置熔斷器

作短路保護，因主電路的熔斷器同時可作控制線路的短路保護，若

電動機容量較大，則控制電路要單獨設置熔斷器作短路保護。斷路

器既可作短路保護，又可作過載保護，線路出故障時，斷路器跳閘，

經排除故障后只要重新合上斷路器即能重新工作。

4.2 過載保護。三相鼠籠型電動機的負載突然增加、斷相動作或

電網電壓降低都會引起過載，鼠籠型電動機長期過載運行，會引起

過熱而使絕緣損壞。通常采用熱繼電器作鼠籠型電動機的長期過載

保護。

4.3 零電壓保護。零電壓保護通常靠并聯在啟動按鈕兩端的接

觸器的自鎖觸頭來實現。當采用主令控制器SA 控制電動機時，則通

過零電壓繼電器來實現。

二、電氣控制中線路設計的方法

經驗設計法和邏輯設計法是電氣控制中線路設計常用的兩種方法。兩種方法各有特點，具體如下。

1. 經驗設計法。經驗設計法在復雜線路設計中具有重要作用。這是因為，復雜線路設計需繪制大量線路圖，而且設計的線路需要經過多次的協調修改后，才能保證整體線路的可靠運行；因此要求設計人員必須具備豐富的工作經驗。

2. 邏輯設計法。邏輯設計法是指以生產工藝的需求為前提，根據電動機的運行特點，將電器元件的運行狀態看作邏輯變量，通過邏輯運算設計出最簡單的邏輯表達式；結合邏輯表達式畫出相應的控制線路，從而使各種動態的電器元件通過邏輯控制，得以有效運行。具體設計步驟如下。

（1）明確控制對象每個動作的啟動信號和停止信號。在進行整體邏輯變量系統設計前，要分析控制對象的工藝要求和工作狀態，把握在一個完整的工作循環過程中被控對象的工作過程和運行動作，進而明確控制對象每個動作的啟動信號和停止信號。

（2）確定電氣控制電路的邏輯函授。電氣控制中被控對象只有兩種對立而穩定的工作狀態，即線圈的得電和失電，觸點的閉合和斷開。在明確控制對象每個動作的啟動信號和停止信號的基礎上，可將啟動信號和終止信號看為邏輯變量。其變化規律符合邏輯規律，因此，可通過邏輯運算設計出最簡單的邏輯表達式。

（3）根據邏輯表達式畫出工作循環圖和控制線路。根據對控制對象的工作狀態要求設計各動作間的聯系互動環節、互鎖環節及順序動作環節，把握每個控制的邏輯關系。再根據工藝要求將所有邏輯關系組成整體的邏輯方程，即邏輯表達式。最后，通過邏輯表達式畫出工作循環圖和控制線路，并分析控制對象各個動作的先后順序是否合理、互鎖，每一動作的啟動信號和停止信號的使用是否安全、可靠，保證線路設計的有效性。

三、結語

作為電氣控制的重要環節，電氣控制線路對電氣設備各方面都有重要的影響，做好電氣控制的關鍵就是做好電氣控制線路的設計工作，因此，應在設計過程中綜合考慮，進行控制線路設計。

參考文獻

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關鍵詞：傳統電機 電機循環電路 電子接觸器

一、引言

從寬泛的概念上來說，在工業的企業中世紀上運行的電動機全部都是間歇式的電動機。這樣的電動機通斷的頻率是衡量其電機的間歇工作狀況的重點所在。所以，為了保護高間歇條件下的電機的正常安全運作，在通斷頻率大于60的時候，需要我們采用循環電路的方式對電機進行通斷。

傳統的循環電路有很多種不同的當時，基本上的結構以及運行的原理都是相同的。這些種類的電機都是通過交流接觸器主觸頭的分與合來進行電機的啟停操作的。目前在防治、水處理等等的行業有比較廣泛的運用。

這種類型的循環電路采取的是交流接觸器作為基本的控制元件來進行設計的。這樣的循環電路結構相對比較簡單，價格相對也比較低廉并且在維護的過程中十分的方便。所以在實際中使用的十分的廣泛。但是，這樣的電路也是有自己的適用條件的。電路的通斷頻率大于60的時候，是不能工作的。在通斷頻率大于45但是小于60的時候，這樣的電路就不適合考慮讓其工作。只有當通斷頻率小于45的時候，才能正常的工作。并且，雖然通斷頻率低于45是可以正常工作的。但是在這個值與45接近的時候，也會導致很多的問題。嚴重的時候可能會導致電機的損壞。

二、 傳統電機循環電路的電子接觸器技術改造

隨著技術的急速發展，目前已經有很多的可以取代傳統電機的循環電路的方案了。比如說現在應用比較廣泛的就是使用PLC元件進行整個的控制電路。還有的可以采用變頻調速技術進行電機啟停的控制。有的甚至對整個的電路進行防疊裝置的設計，從工藝上進行改進，對整個設備的傳動裝置以及電氣裝置進行全面的改進，這個方案當然也能夠實現整個電機的智能化。并且，有的企業現在甚至會直接放棄現在使用的機器設備，直接引入西方的先進技術和設備，但是西方的機械是相對比較昂貴的，很多的單位不愿意投入大量的資金。

所以，只能通過現代化的改造使得企業的設備所存在的問題進行修補。而一種比較廉價且比較合適的做法就是應用“電子接觸器”對循環電路進行適當的改造。在電路的改造過程中，使用NE555時基電路構成基本的控制電路。對于主回路的改造則使用雙向可控的硅取代傳統的交流接觸器的主接觸頭。這樣雙向可控的硅就可以很好的完場交流電力的控制的工作。

雙向可控硅可以控制電機的啟停問題的主要工作原理是：

首先，雙向可控硅期間中通過交流電的時候，在每半個電流的周期中可控硅進行一次觸發。

其次，只有在可控硅中通過的電流大于擎住電流的時候，次啊能在去掉觸發脈沖之后的維持器中繼續進行通導的工作。

第三，只有在可控硅中通過的電流下降到了維持電流之下的時候，可控硅斷開，回復阻斷的能力。

最后，可控硅在斷開之后，要在此出發才能重新進行通導。

所以，在陰極與門極之間需要加以核實的電壓，才能使得可控硅起到觸發控制的作用。

這一方案僅僅需要付出極少的成本，設備的體積很小，性能卻是相對比較穩定的。設備的性價比相對比較合理。在設備的改造過程中，方案比其他的方案更加可靠，并且需要調試的時間比較短。最重要的是，經過改造后的電路的電機通斷頻率的運行范圍到了80左右。

但是，新的方案所改造出的電路與傳統的循環電路有很大的不同。大功率的可控硅元件在使用的過程中需要加以適當的增強冷卻組件。具體的冷卻組件可以選擇散熱器冷卻。同時，在通斷頻率比較小的情況下，可以采取自然的冷卻方式，相對而言還是比較經濟適用的。

三、改造方案的運行原理

1、新的循環電路的工作

如下圖，經過改造之后的電路由兩部分組成，分為主電路部分和輔電路部分。住電路的回路中財務了雙向可控硅的原件，額定電流的選擇在41A以上。同時，為了確保新型電路的工作的穩定性，可以為雙向可控硅的表現加上一定的散熱裝置。在途中的大功率的繼電器KA型號為JQX-13F。主要的接線方式如圖所示。

圖一 改造后循環電路

在圖中的輔電路的回路設計中，其主要的作用是為主電路的回路提供電源。其中的B是50W的控制變壓器。其中的SB1和SB2則是控制電機停止以及啟動的操作按鈕。

在設計的過程中，為了能夠滿足實際的操作中操作人員的要求，在設計之初還提供了可循環電路的手動操作與自動操作之間的轉換。雙位撥動K1開關的時候，就能進行著兩種狀態的自由切換。

2、手動控制狀態

當圖中的K1處于閉合運行狀態的時候，電路的運行可以采取手動態進行一定的控制，那就是人工控制的狀態，在這種狀態下，基本的控制過程為：接通電源之后，將K1-1以及K1-2調整到關閉的狀態。這樣的情況下，V1和V2的門極就會處于一種一直通電的狀態。然后，操作人員可以使用SB2的控制按鈕進行操作，之后KM線圈就會得點，電機就會啟動，然后處于一種連續運轉的狀態的。

在手動的控制狀態之下，如果機器需要緊急的停止的話，使用SB1的按鈕，就會直接使得電路關閉。雖然此時的電路3會處在通電的狀態下，但是對整體的電路沒有影響，電路會切斷運轉。

3 、自動控制狀態

當圖中的K1處在斷開的狀態的時候，電路的運行就可以采取自動運行的狀態進行控制。那就是處在電路的自動運行狀態之下。這樣的運行狀態中期主要的控制過程是：接通電源之后，電路3會產生震蕩。這樣的情況下，KA這個循環就會閉合運行通電，這樣KA1和KA2兩個循環就會閉合，接著按下SB2的按鈕之后，KM線圈就會得點，電機就會進行循環啟停的運轉狀態。

另外，在自動的狀態下，還有幾個調整的功能。其中的RP1是對電機的運行時間進行調整的。RP2是對電機的運行停止時間進行調整的。如果在自動運行的狀態下，需要對電機進行緊急的停止的話，使用SB1的按鈕，就會使得KM線圈處于失電的狀態下，這樣就會使得電路關閉。

結語

通過以上的改造的實驗和設計，我們可以發現使用電子接觸器技術對傳統的循環電路進行改造的方案是切實可行的，并且經濟性相對來講是比較高的。同時，傳統的電路中以交流接觸器為主要的控制原件，并不是沒有一定的可取性，當通斷頻率小于30的時候，相對本方案來講也是一種比較經濟可行的運行方案。

參考文獻：

[1]陳業紹，用測振法確定交流接觸器噪聲功率級的研究[J]，聲學技術，1990

[2]建議推廣和開發的節電新產品[J]，中國科技信息，1992

[3]李波，淺談機械工程中交流接觸器的優化設計[J]，民營科技，2009

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關鍵詞：高壓輸電線路；電氣設計；關鍵點

Abstract: high voltage power lines can be divided into the overhead transmission lines and cable transmission line two, although the latter is embedded in the underground, can save a space, but to operations in the process of maintenance, repair bring certain problem, so usually uhv transmission lines overhead transmission lines in the form of existence. This article through to high voltage transmission line the main content of the electrical design and the key points in actual design simple discusses.

Keywords: high voltage power lines; Electrical design; Key point

中圖分類號：F407文獻標識碼： A 文章編號：

隨著我國社會經濟的快速發展，對于電力的需求量也日益增加。因此，對于電力資源供應的質量與安全性也有了更高的要求。目前在高壓輸電線路的電氣設計中仍然存在著一定的問題，為了保證高壓輸電線路電氣設計的質量，就先要對高壓輸電線路電氣設計的內容進行分析研究。

一、高壓輸電線路電氣設計的主要內容

高壓輸電線路電氣設計的主要內容可分為三個部分，即可行性分析、初步設計以及施工圖設計。

（一）可行性分析

所謂可行性分析就是指全面地從經濟上、設備上、技術上分析、調研項目盈利、資金籌備、設備選材、工程規模等各個方面，它主要是預測高壓輸電線路項目完成后可能產生的社會影響以及經濟收益等方面，進而提出相關咨詢意見以供施工方案、投資建設等作參考之用。其中需要注意的是，可行性分析必須嚴格按照國家相關政策法規與規定，還必須具備相應的計算圖表、實驗數據等技術資料，從而保證分析研究的全面性與可靠性。而可行性分析所得出的報告則由設計方案、報告內容、風險預測、論證結果幾部分組成。

設計方案。由于可行性分析主要針對的對象就是具體設計方案的可行性，因此設計方案的質量是至關重要的。為保證設計方案的質量，必須對輸電線路工程的環境影響、施工技術、主要設備、建設規模等進行全面、詳實、可靠的預估。

報告內容。在可行性報告中所提出的報告內容以及研究試驗數據都必須是基于客觀、真實的原則之上，缺乏可靠性、真實性的可行性報告將會使輸電線路在設計、施工過程中出現不可避免的失誤與偏差，從而對工程建設造成極大的負面影響。

風險預測。可行性報告中的另一項關鍵內容就是對工程風險的預測，只有在工程建設之前，對項目進行切實、合理的風險預測才能保證工程項目在建設過程中可能出現的因社會、經濟、環境等因素而導致的風險得以有效規避。

論證結果。論證性是可行性報告的最大特點，同時對于論證性的報告來說，其嚴密性就成了報告質量高低的關鍵點。要保證論證的嚴密性，就必須利用系統性的分析措施，即對于高壓輸電線路建設過程中的各方面影響因素都要系統地、全面地進行分析論證。

（二）初步設計

初步設計就是指高壓輸電線路設計項目的初期草圖，即以輸電線路在實際設計、施工中的要求為依據并將各類技術資料整理齊全后，提出多種設計思路，而后經過反復論證、研究，再將最為合適、經濟的設計方案選出作為最終方案。其中的主要內容包括：

路徑、導線與環境因素。周邊環境因素對于高壓輸電線路導線的參數有著較大的影響，而導線下方電場如果受到環境因素影響就會使線路的輸電性能相應受到影響。因此必須選擇精確、科學的計算方法來使導線電場的計算值盡可能與實際運行環境的真實值近似。另外，在設計高壓輸電線路時應盡可能在氣象、環境條件較佳的區域進行工程建設，從而有效降低輸電線路運行過程中可能出現的損失。

塔桿基礎。高壓輸電線路重要的組成部分就是塔桿基礎，良好的塔桿基礎也是使線路運行的安全性與穩定性的保證。由于在自然環境下，輸電線路的電氣元件處于外露的狀態下，因此電氣元件不僅受到機械荷載的影響，而且還會受到地質地形的影響，所以在實際方案設計中，必須對這些因素進行綜合考慮并保證施工質量。

防雷、絕緣與防振。高壓輸電線路中的絕緣子的作用是導線支撐以及防止電流出現回地現象，在整個輸電線路網絡中，設計絕緣子必須使其能夠充分發揮其作用與功能。而雷擊則是影響輸電線路正常、安全運行的重大自然隱患。因此在方案設計過程中，應結合高壓輸電線路所在區域的實際環境情況與雷擊傷害原因來制定相應的防雷擊措施。另外，高壓輸電線路在運行過程中，導線不可避免地會產生一定的振動應力，進而也會導致高壓輸電線路因振動而產生故障，所以應采取相應的防振措施使導線的振動情況得以減少或消除。

施工圖設計。這個階段的內容主要包括桿塔與基礎施工圖、機電安裝施工圖、桿位斷面圖與桿塔明細表、路徑平面位置施工圖以及概預算報告書。

二、電氣設計關鍵點探討

（一）路徑的選擇

高壓輸電線路設計的關鍵之一就是路徑的選擇，為了給輸電線路施工與運行維護提供良好的基礎條件，應在路徑選擇時，對水文、地質、氣象等沿線自然條件進行綜合考慮，同時將輸電路徑與周圍的環境保護、資源開發與其他設施間的關系妥善協調好。另外，選擇的路徑應嚴格以國家現行法律法規為依據，經過反復論證后，選擇最切實可行的方案。路徑選擇應遵循的原則：盡可能選擇路徑最短的，其中的曲折系數越小越佳；盡可能選擇直線線路，防止出現的轉角太多與轉角過大；盡可能選擇平坦的區域來設置轉角點，轉點距離應較大；盡量選擇交通便利的區域；盡量選擇良好地質條件的區域，防止因自然災害影響線路；盡量少占地，注意對農田作物與名勝古跡的保護；盡可能避開障礙物，要與鐵路、航空、通信等部門進行充分協調。總之，在選擇路徑時應對工程可行性與經濟性進行兼顧，對占地賠償等進行綜合考慮，同時最大限度使電網系統的需求得到滿足。

（二）桿塔基礎的選擇

高壓輸電線路桿塔是其主要的結構之一，它是以絕緣強度與機械強度為依據，并由鋼材或鋼筋混凝土為材料建造的。選擇桿塔形式應根據實際地質地形情況來確定，盡量做到因地制宜。針對我國多樣的地基形態，如巖體地基、凍土地基、黃土地基、軟土地基等，因此，為保證桿塔結構的穩定與安全，應選擇最為適宜的桿塔基礎形式，如人工斜挖原狀土形式的承載力較高，不易產生變形，同時節約了材料，開挖工作量較小，適用于較厚覆蓋層、可塑性粘土。而軟土地復合式的小樁基礎則為斜樁與直樁分布成網狀，從而使得設施所受水平力與上拔力朝下發展，以得到較大的承載力等。

（三）抗冰設計

在高壓輸電線路的設計中，還要特別注意的就是根據不同區域的氣候條件，進行抗冰性設計，力爭在節省工程造價的同時對線路運行的安全與穩定有所保證。由于我國各區域的氣候條件不盡相同，因此可能造成的凝冰程度也存在差異。因此在冰厚設計上應基于實際情況，同時綜合分析研究輸電線路所在區域的濕度、風向與地質地形狀況，從而使抗冰設計值科學、合理。

通常情況下，加強導線與重型抗冰塔是目前輸電線路抗冰最為普遍的設計方法。如果輸電線路在重冰區域，則應間隔一段距離就進行一個基抗串耐張塔的設置，而導線材質則應選擇機械強度大的，同時為避免導線因脫冰震動或不平衡張力而產生損害，應利用預絞絲護線對導線進行保護。除此之外，防止絕緣子冰閃也是抗冰設計的重要內容，而使絕緣子串長度與爬電距離增大就能使絕緣串傘型結構得以改善。將防水材料涂于絕緣子表面則能夠從一定程度上使覆冰緣子產生漏電的可能降低。

結語：綜上所述，對于高壓輸電線路的設計來說，應根據其所在地區的實際情況，在充分分析研究設計項目的可行性報告的基礎上，選擇最為合理的線路設計方案，從而保證高壓輸電線路在設計、施工與運行過程中的安全、穩定。

參考文獻：

[1] 周芳金.高壓輸電線路電氣設計分析.[J].技術與市場.2011,18(10)

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1鐵路電力調度SCADA／EMS系統及其子系統

1．1支撐平臺子系統支撐平臺是整個系統的最重要基礎．有一個好的支撐平臺，才能真正地實現全系統統一平臺，數據共享。支撐平臺子系統包括數據庫管理、網絡管理、圖形管理、報表管理、系統運行管理等。

1．2SCADA子系統包括數據采集，數據傳輸及處理，計算機與控制，人機界面及告警處理等。

1．3PAS子系統包括網絡建模、網絡拓撲、狀態估計、在線潮流、靜態安全分析、無功優化、故障分析及短期負荷預報等一系列高級應用軟件。

1．4調度員仿真培訓系統（DTS）包括電網仿真、SCADA／EM系統仿真和教員控制機三部分。調皮員仿真培訓（DTS）與實時SCADA／EMS系統共處于一個局域網上，DTS本身由兩臺工作站組成，一臺充當電網仿真和教員機，另一臺用來仿真SCADA／EMS和兼做學員機。

1．5AGC／EDC子系統自動發電控制和在線經濟調度（AGC／EDC）是對發電機出力的閉環自動控制系統，不僅能夠保證系統頻率合格，還能保證系統間聯絡線的功率符合合同規定范圍，同時，還能使全系統發電成本最低。

1．6調度管理信息子系統（DMIS）調度管理信息系統屬于辦公自動化的一種業務管理系統，一般并不同于SCADA／EMS系統的范圍。它與具體電力公司的生產過程、工作方式、管理模式有非常密切的聯系、因此總是與某一特定的電力公司合作開發，為其服務。當然，其中的設計思路和實現手段應當是共同的。

2系統結構

系統采用三網機制。主網為l00M平衡負荷雙網，由智能化100M堆棧式交換機來連接系統服務器和主網計算機節點。雙主網均可提供多口的100M交換能力并可進行擴展。兩臺系統服務器選用RISC（精簡指令集計算機）64位機，并配有磁盤陣列，以實現服務器的熱備用以及信息的熱備份。各工作站也優先選用64位機，都能從硬件上支持100M雙網或多網運行并支持標準商用數據庫，又能集成其它符合國際標形的實時數據庫。工作站系列產品使用壽命長，易于擴充升級。主網各節點，依其重要性和應用的需要，可選用雙節點備用、多節點備用或共享方式運行。主網雙網配置可實現負荷熱平衡及熱備用雙重使命。在雙網均正常情況下，雙網自動保持負荷平衡。當其中一網故障．另外一網就完全接管全部的通信負荷，在單網方式下亦可保證系統100％可靠性。系統通過MIS服務器或網橋與電力公司管理信息系統MIS連接，通過插入第三網來隔離連接MIS系統。還可以通過網絡交換機與配電調度自動化系統相連。

2．1系統服務器系統服務器運行Sybase商用數據庫管理系統，負責保存所有歷史數據、登錄各類信息：各種電網管理信息、地理信息系統（GIS）所需的多種信息、各類設備信息和用戶信息等。其強大的數據庫管理功能可方便用戶查詢和統計各種數據。

2．2SCADA工作站SCADA工作站為雙機熱備用，主要運行SCADA軟件及AGC／EDC軟件，完成基本的SCADA功能和AGC／EDC控制與顯示功能。SCADA工作站通過2組終端服務器接收各廠站RTU信息。兩組終端服務器直接掛在網上，實現雙機、雙通道的自動／手動切換，承擔前置系統信息處理以及網絡信息流優化功能。

2．3PAS工作站PAS是各種電力系統高級應用軟件的簡稱。PAS工作站用于各項PAS計算以實現各項PAS功能，如潮流計算、短路計算等，并保存PAS的計算結果，如某些結果需歷史保存、則同時保存到商用數據庫中的歷史數據庫中。

2．4調度員工作站調度員工作站承擔對電網實時監控和操作的功能，實時顯示各種圖形和數據，并進行人機交互，實現功能調用。其實，在主網的每個工作站上都可以顯示SMA數據、PAS數據、DTS數據、DMS數據及GIS數據，但其它工作站沒有對電網進行操作控制的權限。

2．5配電自動化工作站配電自動化工作站完成配電自動化管理功能，其地理信息系統（GIS）功能極強。

2．6DTS工作站DTS是調度員仿真培訓的簡寫。最好用兩臺機，一臺為教員機，另一臺為學員機，可通過圖形界面進行直觀操作。也有用一臺機進行仿真培訓的。

2．7調度管理工作站調度管理工作站負責與調度生產有關的計劃和運行設備的管理。

2．8電量管理工作站電量管理工作站實現電量的自動查詢、記錄、獎罰電量的計算等功能。

2．9網絡網絡是分布式計算機系統的關鍵部件，系統采用高速雙網結構，保證信息能高速可靠傳輸，集中器（hub）可靈活配置，既可以采用高速以太網交換機，也可以來用堆棧式高速hub等。網絡還配有路由器實現x．25通信協議，能方便地與廣域網互連或與其它計算機網絡進行通信，也可與上級或下級調度交換信息。

3軟件環境

3．1操作系統采用UNIX操作系統，它是一種多用戶，多任務的網絡操作系統，其先進的進程調度策略和占先內核技術，保證了實時性要求，井有很強的內存保護機制。任何一個進程決不能訪問到非法地址。UNIX是安全性最高的操作系統，可以不受病毒侵害。現有微機上所有病毒都不會感染到UNIX操作系統的機器上，不會因感染病毒導致網絡崩潰。網絡通信采用TCP／IP協議，它是目前使用最多，也是最安全的協議之一。

3．2系統軟件數據庫采用目前效率最高、采用客戶／服務器（Client／Server）模式的Sybase商用數據庫管理系統；圖形采用Motif界面；核心程序全部采用面向對象的程序設計語言C＋＋編寫；集成Excel作為制表工具，可方便地生成圖文并茂的圖形報表；提供x．25通信協議，可方便地與廣域網通信，或與上／下級調度交換信息；提供多媒體功能，具有語音編輯和圖像顯示功能。

4系統軟件結構

對鐵路電力調度這種大型的開放式的分布式系統，軟件結構要求開放、通用、模塊化。系統采用的軟件均為國標通用軟件，符合國際標準，便于與其它系統互聯。系統軟件分為三層：數據層、程序層和通信管理系統層。（1）數據層主要包括實時數據庫、歷史數據庫以及它們的存儲歷程。實時數據庫分布于各臺計算機中，支持數據的實時圖形顯示；歷史數據庫存干兩臺系統服務器中，互為熱備用，用于保存歷史數據、各種登錄數據和電力系統各種參數。（2）上層應用程序主要實現電力系統的各項功能，如SCADA、PAS、DTS等，并提供良好的人機接口和管理工具，方便用戶使用。（3）通信管理系統用于網絡的管理及通信任務的管理，它對上層應用程序屏蔽具體的網絡細節，保證通信進程之間實現高速、可靠和標準的通信。這些通信進程可能在同一臺機器上，也可能分布于多臺計算機中。

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關鍵詞：電氣化鐵路；諧波；計量影響；測試研究

中圖分類號： F530.3 文獻標識碼： A 文章編號：

前言

近年來，隨著電氣化鐵路的快速發展，各種電力機車大量接入電力系統，向電網注入一定的負序電流和諧波，對電力系統產生不利的影響。從而造成電網電壓波形的嚴重畸變，導致電力系統產生了大量的諧波。這不僅對供電系統造成污染，對電力設備構成危害，還對電能的計量造成影響，使電能表等計量裝置誤差增大，不能準確、合理地計量電能。目前諧波作用下的電能計量用的電能表應準確反映實際功率，即基波和諧波的綜合功率，這是目前國內的電能計量方式。由于采用全能量的計量方式，使得在諧波作用下的電能計量的準確性與合理性之間產生了誤差和矛盾。本文研究直接涉及到電力系統和電力用戶的經濟效益，也將影響到電力系統中關鍵經濟技術指標的計算，對于電力系統的安全、有效、合理運行以及維護電力市場公平合理有著重要意義。

1 電鐵牽引供電的特點

我國的電氣化鐵路采用單相工頻25kV交流制，電力機車是鐵路電氣化的牽引動力，所需的電力由牽引供電系統傳輸。牽引供電一次系統主要包括牽引變電所和接觸網。牽引變電所建設在鐵路附近，按照鐵路電氣化區段，沿線根據牽引負荷和接觸網供電能力相隔一定距離設立若干個牽引變電所，目前國內都是由電力系統110kV和220kV電壓雙電源或雙回路供電，經牽引變壓器降壓為27.5kV再接入接觸網。從接觸網獲取的交流電再經機車變壓器及機車整流裝置整流后再驅動直流電動機，這就是交直牽引供電制式。另外，還有交直交牽引供電制式。從鐵路牽引用電情況看，牽引變電所供電負荷不但是三相不對稱負荷，還是一個負序電流源和諧波源，它在向電網吸取基波電流的同時還向電網注入大量的諧波電流，并產生諧波電壓。另外,牽引用電變壓器負載率很低,供電效益不高。據某省電網近年統計,網內牽引變壓器平均負載率僅為17.3%～17.8%,見表1所示。

表1：近年來網變壓器平均負載率

2. 諧波的形成原因和對電能計量表的影響

2.1諧波形成原因

諧波主要由諧波電流源產生。在發動機的三相繞組制作過程中無法做到完全的對稱，因為鐵心材料的密度不是絕對的均勻，因此在發動機工作時就會產生相應的諧波。實際的生產運行中，非線性設備會產生相關的正弦基波的電壓，當設備中通過的電流與通過的電壓波形存在差別時，從而使電流的波形產生變形，由于電網是相互連通的，諧波就會隨之加入到線路網絡中，從而造成諧波源的產生。近年來，由于晶閘管整流廣泛的應用，以及隨著大容量電力整流設備和電力電子設備的廣泛應用，給電網造成了大量的諧波，產生的諧波對電力系統造成了污染，影響測量儀表、計量裝置的準確度。

2.2諧波對電能計量表影響

電能儀表在電力行業中一般是以正弦波為工頻形式進行設計的，因此在有諧波存在的情況下，電能計量表會產生相關的計量誤差。電力系統中的計量儀表，測量儀器等重要設備也會受到一定的影響。作為電力系統中費用核算標準的電能計量表，其計量的精確度直接關系供電用電雙方的經濟利益。電能表測量基波功率和電能的設計工作頻率在四十五到六十五赫茲之間,對六十五赫茲以上的諧波電能不能正確計量。相對于諧波源而言，研究諧波對電能計量的影響以及如何減小電能計量誤差都是相當重要的。諧波電流源是主要的諧波源，因為當端電壓是正弦波形，其電流也不一定是正弦波。基波在和電源相連時是會反饋諧波電流到電力系統中，其本身的基波功率不會完全消耗，并返回到電源系統中，計量時能反映實際電能并不等價于是合理的計量方式。非線性負載的使用造成的諧波功率注入到電網以后，不僅有害于電力系統，而且還會給用電客戶造成不良影響。對于發電設備電動機來說，不合理的諧波會極大的增加電機的軸功率，從而使得附加損耗增加，不僅消耗了電能，還損害了電機，降低了其使用壽命。對電磁感應式電能表來說，在設計上通常只考慮基波值，一旦系統中存在諧波，實際消耗的功率將會發生變化，而不會按照實現設計的功能進行電能的測量，造成測量的誤差，在實際的計量中，電力用戶分為諧波產生用戶和不產生諧波的諧波受害者用戶。諧波產生用戶產生的諧波功率，對電網造成了污染。諧波頻繁發生的電網中會對電表的使用壽命產生嚴重的影響，嚴重時會直接導致電能表的燒毀。

2.3 諧波對感應式電能計量表的影響

感應式電能計量表具有使用方便、性能穩定、成本低等特點。感應式電能計量表工作在很窄的頻帶內，當電壓和電流出現畸變，其計量會不斷地發生增大，直接影響了用戶和電力部門的利益。當電壓或電流有畸變時，由于磁路的非線性使電壓磁通中出現與諧波電流磁通同階次的分量，諧波電壓與電流磁通作用產生不同的驅動力矩，使感應電能表產生相關的誤差。當負荷為線性負荷，基波功率的方向一致與諧波功率的方向，電能表中得到的數值將會比基波電能大，但是比單獨的基波功率或是諧波功率都要小；當負荷為非線性負荷時，基波功率具有與諧波功率相反的方向，由電能表得到的數值將會大于基波電能與諧波電能的矢量和，但是比單獨的基波電能要小。

2.4諧波對電子式電能計量表的影響

隨著科學技術水平的提高，電子式電能表的性能以及外觀都發生了根本性改變。在性能方面，電能表的精度高，不受運輸安裝的影響因而可靠性好。在外觀方面，電子式電能表的體積較小，重量輕，因此比較美觀大方。電子式電能表的基本原理是利用電子元件對電能中的電流和電壓進行采樣，通過集成電路的相關運算，運算結果被轉換成與電能成正比的脈沖，這個脈沖去推動步進電機顯示字輪，從而完成了從信號的采樣到電量計量的整個過程。諧波響應系數的不同會導致電子式電能表表現出不同的性質，無法實現對用戶電能消耗的正確計量，線性負荷時，測量值將會比基波電能大，但是比單獨的基波功率或是諧波功率都要小；非線性負荷時，測量值將會大于基波電能與諧波電能的矢量和，但是比單獨的基波電能要小。見表2.

表二:感應式電能表與電子式電能表的性能比較。

3測試與數據分析

3.1實驗室數據

模擬電鐵的非線性負荷,利用FPA-I的數據分析得到電壓電流信號的波形與頻譜如下圖所示。

圖一：電壓電流信號的波形和頻譜

測試結果見下表：

表三：測試結果

實驗表明，對于有功功率的測量來說，電鐵為非線性負荷，能夠將吸收電能基波的一部分轉變為諧波電能并導入系統中，此時電能表所計電能為基波電能減去倒流入系統的電能。可以看出非線性負載不僅污染了電網，而且使電力企業蒙受經濟損失。

4. 減少諧波降低計量誤差的對策

在電子電力技術當中，為減少諧波對電能計量的影響，可以加強采取技術與管理兩個方面相結合的措施來抑制。對于非線性負荷進入電力系統的準入制度需要嚴格加強對待，充分落實諧波的低含量，將其控制在國家規定的標準范圍內。只有當諧波占有的含量在允許的范圍之內的時候，所計量的電能的準確性才能得到一定程度的保證。

4.1 采取有效措施抑制諧波

抑制電力系統中的諧波可以在電力電子裝置的設計時，通過技術手段的改進來優化其性能，達到減少諧波干擾的目的。整流裝置是最大的諧波源，對該裝置造成的諧波進行抑制可以采用增加整流相數的方法，通過多重濾波技術來濾除諧波。對于電子裝置已經產生了的大量諧波，可以采用相關的濾波器對諧波進行補償，通過相關的技術減少諧波干擾。

4.2 加強對諧波的監測與管理

從預測的角度出發，實施有效的檢測是一種可靠的維護方法，可以將其分為攜帶式監測以及針對性監測，利用便攜式測振儀測量設備運行時的振動信號，從而對設備的運行情況進行判斷，另外，也可以對設備進行定期檢測，將振動信號導入到控制中進行分析，一旦出現異常，可以及早的找到故障所在。充分認識諧波對電網的影響,建立健全諧波管理體系,組織專業管理隊伍。要充分認識到,諧波的治理不只是供電企業的責任,而是電力企業和用戶的共同責任,減少電網污染,提高電能質量對雙方都有較大的潛在利益,是一項互惠互利、節能增效,保證電網和設備安全穩定運行的舉措。

4.3 采用先進的設備和計量方法。

在測量電能量時，電網中的電壓和電流要用互感器轉換成弱電信號后才送入電能表，因此互感器的準確度直接影響著測量結果的準確程度。因為電子式電能表對于不同的被測信號的所產生的波形響應不同，所以產生的誤差也有一定的差別。在區域性管理方面，我們可以把容易產生諧波的工業源區進行相關的隔離，在電表上我們也可以使用先進的技術加以分析和改善。

結束語

對于電鐵電能計量而言，不同牽引站所帶牽引負荷性質不同，致使電量相對誤差不同，研究數據表明，電鐵用戶一方面污染了電網，又少計了電量，而線性負荷受到諧波污染卻要多計電量。今后要加大諧波治理的力度和研究計量方式的轉變。

參考文獻：

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關鍵詞：市政路橋施工；技術控制；探索研究

中圖分類號：TU99 文獻標識碼：A 文章編號：

城市立交橋、高等級公路等市政路橋在施工時，其施工技術手段的高低對整個城市的外觀以及當地政府部分形象有著重要影響，更重要的是關系到城市居住人員出行情況，與人們的生活密不可分。因此在市政路橋施工中，對其施工技術的研究分析和工程質量的管理就顯得很重要，控制市政路橋施工建設的質量不但直接關系到施工建設單位自身的利益，還對整個城市的建設有著十分重要的意義。

一、市政路橋施工的特點

作為城市重要設施之一，市政路橋與城市居住人員外出旅行等方面必不可分，所以受到國家、地區、有關建設單位的格外重視。對施工技術以及建設質量進行控制是整個市政路橋工程建設的核心內容，它關系著市政路橋的質量、安全程度、施工進度以及成本花費等多個方面。經過有效科學的控制與應用，可避免施工建設工程中出現的通病，是保證市政路橋工程具有高質量的前提，讓建筑施工企業獲得豐厚經濟利益的基礎條件，還能夠增加路橋的使用年限，減少竣工后路橋通行時維修保養費用。高質量的市政路橋，可以有效降低橋頭跳車、公路堵車等現象的發生概率，從而保證了行駛車輛的安全，大大降低了交通事故發生的概率，維護社會生活的穩定。

二、有關市政路橋施工技術控制

（一）預處理階段

市政路橋施工技術難點有采用的技術復雜多變、包含工種繁多、建設線路長、建設時間短、項目繁重等等方面，還有由于施工現場有眾多難以控制的元素，如施工工作人員，所用建筑材料、機器設備等都或多或少地增加市政路橋施工管理的困難程度，這就要求相關部門管理人員要全面準備施工預處理的工作。在工程施工的前期，相關部門管理人員應該宣傳全體職工整個過程中的動態技術管理以及質量監督控制的理念，強化施工現場所有施工人員施工技術方面的管理和質量監督控制方面的意識，從而能夠有效控制市政路橋工程建設的質量。有關管理部門人員第一要培養項目管理方面的理念，把市政路橋建設質量控制以及技術方面管理置在最重要的地位，在管理中一直采用這個理念，會對整個項目施工建設質的量有所提升。

（二）路橋施工全過程

在施工技術、施工工作人員、施工管理制度等多個方面，設定一個成熟的施工技術管理以及質量監督管理體制，保證現場的施工質量的前提下，進行監督控制工作，使其能夠有節奏、有效率、有目的的進行，可作為市政路橋施工項目質量控制方面的依據。建立先進的技術管理體系以及質量監督控制規章，在路橋施工全過程中不斷改進、明細化，按照自動檢測、互相檢查、專項檢查或者是三者聯合檢查的方式尋找管理的不足，加以完善，對重要部分、工序的施工技術以及質量方面嚴格控制，讓市政路橋建設向著質量高、效率快方面發展。

三、市政路橋施工技術管理與質量監督控制

（一）橋頭換填方面

在進行市政路橋施工時，要依靠具有高效率機械設備把橋臺臺背地方的路基處理好，對石灰土進行填筑，而不必留下四周的土質，然后采取重型壓路機，不經過其他處理，在臺背地方運轉開展碾壓作業。盡管采取石灰土的方法，與采取素土的方法相比，其工程的造價費用會稍微提高，但是采取這種技術方式在確保橋臺臺背質量的基礎上，還可以減少人為以及小型機器設備運行花費，加快施工進程，降低施工工期，對施工現場的質量水準也有所提升。因此從長遠來看，依靠石灰土換填施工技術有著良好的經濟效益。

（二）橋臺混凝土搭板和頂層方面

建筑施工單位在開展混凝土搭板中，要嚴格根據有關技術標準以及設計方案需求開展立模施工的工作，還有確保混凝土表面有關坡度值與平整程度能夠達到工程施工的標準。與搭板相鄰橋頭位置的頂層離基層項面較近，其厚度相對較小，在選取壓路機進行輾壓作業的時候，此部位易于被壓碎變形或者產生薄餅。所以，要在市政路橋建設時，如果搭板頂面利基層頂面小于0.1m的位置，進行下層澆筑時，就需要用已經處理好的碎石基層開展鑿除作業，然后選取瀝青混凝土填筑、找平，此種措施能夠起到確保橋臺臺背回填時保持高強度的作用。

（三）混凝土施工溫度方面

對混凝土溫度的控制就是為了避免其表面裂縫的產生，因此，就實際市政路橋工程項目施工而言，應根據有關溫度控制的原則，嚴格控制澆筑溫度，例如，如果要進行拌合操作，就應加水以降低混凝土的澆筑溫度；在天氣炎熱時，可降低其澆筑厚度，依靠澆筑層面散發熱量以使溫度降低。

（四）混凝土初始養護

對混凝土初期養護技術處理步驟，就有可能因混凝土結構表面失水造成的色差以及小裂縫產生的問題，對混凝土澆筑抗拉強度以及質量有所影響。所以，在混凝土結構初期凝結中，就要強化混凝土初始養護技術以及相關技術方面質量控制工作。

按照混凝土澆筑基本參數、天氣情況等方面考慮，對其各部分進行拆模工作，如果所測試的樣品，在相同參數以及天氣情況下能夠達到有關設定以及施工技術標準的時候，才能開展后續工作，即對混凝土結構拆模工作。其模板在拆卸以后，采取適當的保護設施，例如選取塑性薄膜對其進行覆蓋處理，開展初始養護工作，達到提升工程質量的目的。如果工程項目有多余的資金，就能夠選取噴涂護膜的施工技術開展混凝土相關養護工作，其持續時間最好超過14h，才能達到良好的養護效果。在混凝土結構外延出現微孔以及砂帶等問題時，應立即選用有效施工技術手段對其補救處理。

（五）路基面防水方面

加強路基面的防水措施，能夠阻止相關水分從道路縫隙滲透至市政路橋混凝土結構中，引起其鋼筋產生銹蝕等現象，還能夠預防水泥混凝土結構因滲水引起脹裂導致路橋結構功能損毀的問題。

四、結論

基于以上分析論述，對市政路橋施工技術有效管理以及對其質量進行監督控制，能夠提升整個施工工程項目的質量水準，這就要求，市政路橋施工建設單位嚴格管理施工技術，采用先進的成熟的施工技術，在預處理階段對施工技術人員，所用建材、機器設備等做好全面而充分的準備工作，還要做好維修以及養護工作，保證市政路橋的質量。

參考文獻

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