计数器电路范文

导语：如何才能写好一篇计数器电路，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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前导0计数器电路实现的功能：从数据的高位往低位计算连续0的个数，若出现1，则停止计数．

1.1设计理论本文设计一个108位前导0计数器电路，采用2位分组的并行计数算法，电路设计原理如下：如图2所示，前导0计数电路将数据位宽平分为高半位和低半位两个部分，然后分别对两部分前导0个数进行计算，在下一级计数逻辑对上面两个计数器结果进行汇总．当n＝2时，相当于4位前导0计数电路；当n＞2时，相当于2n位前导0计数电路．

1.24位前导0电路设计如图3所示，Count［1：0］可以表示Data［3：0］不全为0时前导0个数；当Data［3：0］全为0时，前导0的个数为4，Count［1：0］最多也只能表示3，因此需要Z信号作为Count的拓展位［4］．当Data［3：0］全为0时，前导0个数是4，拓展位Z＝1，count［1：0］＝2′b00，Z与Count［1：0］组成3位二进制计数值，为3′b100，正好可以表示Data［3：0］全为0时前导0的个数4．

1.38位前导0电路设计8位前导0电路是在两个4位前导0得出的计数结果后再做一次选择，对前面两个4位前导0的计数结果进行汇总．8位前导0的电路结构如图4所示．图4中，左上方电路计算高4位前导0个数，右上方电路计算低4位前导0个数．当高4位全为0时，则需将高4位前导0个数与低4位前导0个数相加；当高4位不全为0，则只需输出高4位前导0个数即可．当Data［7：0］不全为0，Count［2：0］即可表示前导0的个数；当Data［7：0］全为0，则Count［2：0］＝3’b0，Z＝1，构成二进制1000可以表示成8个0．从8位前导0电路结构，再结合4位前导0电路结构，由此找出前导0电路设计规律，为108位前导0电路设计提供结构的拓展．将8位前导0电路结构进行模块层次化，如图5所示．图5所示，浅灰色模块（四端口模块）是1个NR2D和1个INVD，深灰色模块（三端口模块）是1个AN2D，上一级的白色模块是3个MUX2D，下一级白色模块（五端口模块）是5个MUX2D．在大位宽前导0电路设计中，每向下增加一级模块，模块的个数就会增加一倍，白色模块的MUX2D就会增加2个，浅灰色和深灰色模块的逻辑单元不变．

1.4108前导0电路设计将64位、32位和12位这三个前导0电路进行拼接，组成的108位前导0电路结构如图6所示．如图6所示，从上到下分别是第一级模块、第二级模块、第三级模块、第四级模块、第五级模块、第六级模块、第七级模块．各个模块的内部逻辑电路如图7所示，其中白色模块n（n≥2）是指模块的级数。

2电路优化

2.1Z信号树逻辑优化图6中深灰色模块（三端口模块）是Z信号树逻辑模块，Z信号树经过优化之后如图8所示．

2.2Count树逻辑优化图6中白色模块（五端口模块）构成Count树，Count树由MUX2D逻辑单元构成．由于MUX2D标准单元存在传输管，导致标准单元延时大，以及单元驱动能力弱的情况［5］．因此需要将传输管逻辑单元优化成速度快、稳定性好的CMOS互补逻辑单元。将MUX2D传输管逻辑单元通过逻辑换算，使之成为互补的CMOS逻辑单元，可以有效提高Count树的计算速度和稳定性．根据Count树中白色模块（五端口模块）所处的模块级数，分奇偶两种情况分别进行逻辑换算和重组，优化之后的逻辑结构如图9所示．从图9发现，优化后的逻辑电路中有反相器存在，并且随着模块级数增加，反相器个数也在增加．因此有必要将反相器提取出来，以一个大尺寸的反相器来代替这些分散的反相器，这样既可以满足驱动的需要，也可以用来减少面积．于是进一步优化之后的电路结构如图10所示．

2.3单元尺寸优化在同一级有关联的相邻两个模块，由于扇出不同造成负载不一样，因而不同模块内部单元尺寸的调整顺序也不一样．108位前导0电路逻辑单元尺寸调整的顺序如图11所示．从图11可以看出，首先优化第1条路径的尺寸，按照阿拉伯数字依次增大的顺序，依次进行不同路径的模块单元尺寸调整，最后优化第13条路径．每条路径都是顺着箭头的方向，对各个模块依次进行单元尺寸的调整．

3性能比较

在108位前导0电路设计完成过后，提取电路设计的网表进行PT分析，通过PT分析获得到时序和面积结果．然后分别与传统前导0计数器的RTL级代码［6］进行DC综合的结果，以及8位分组的RTL级代码进行DC综合的结果进行比较，如表1所示．通过比较发现，传统前导0的RTL级代码进行DC综合的时序和面积都太大，相对而言8位分组前导0的RTL级代码进行DC综合的时序却要比它要好得多，这也是当前一直使用8位分组前导0的RTL级代码的原因．然而本文设计的2位分组的108位前导0电路，进行PT分析的时序比8位分组DC综合的时序少了19％，但面积却比8位分组的差了20％．由于计数器的运算速度对浮点加法的运算是至关重要的，在面积相差不大的情况下这个电路设计仍然是非常成功的．

4结束语

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【关键词】抢答电路；定时电路；报警电路

1 课题研究的相关背景

抢答器在当下各种比赛中是非常受欢迎的一种设备，它可以快速有效的辨别出最先抢答到的选手。在早期，抢答器的组成很简单，只有几个三极管，可控硅和发光管等，辨认哪个选手优先抢到主要是通过发光管来辨别。而现在的抢答器，大部分是利用了单片机或是数字集成电路，并新添了许多功能，比如如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。

随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。

2 抢答器的工作原理简介

抢答器的构造，它包括主电路和扩展的电路由两部分组成。主电路完成基本抢答功能，当玩家按下抢答键之后，可以显示参赛者的编号，同时阻止输入的电路，阻止其他选手的回答。扩大的电路测试数字的工作。它的工作原理：启动装置后，主持人将开关拨到到"清除"的状态、抢答器被禁用，编号显示器关闭设置计时器显示的时间；主持人将开关换到“开始”状态，宣布“开始”抢答后。计时器开始倒计时，扬声器发出声音提示。参赛者在一个预定的时间期间在抢答时，抢答器完成：优先判断，编号锁存，编号显示，扬声器提示。一轮抢答之后，定时器停止，此时，禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果答案必须再次再一次，由主持人，“清除”和“开始”的切换。

3 抢答器的工作过程

如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”键进入调节状态，此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下“加1s”键，如果想减一秒按一下“减1s”键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0～99s， 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

主持人按“抢答开始”键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。

如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。

如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不，直到按下“停止”键为止。

4 抢答器的总体结构

图1 总体方框图

如图1所示为总体方框图 接通电源后，后台工作人员将检测开？S置“检测”状态，数码管在正常清除下，显示“■”；当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。

5 优先判断与编号锁存电路

电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。该电路主要完成两个功能：一是，分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号；二是，禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：系统清除按键按动时，74LS279的四个RS触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。1Q为0，使74LS148的使能端■=0，74LS148处于允许编码状态，同时1Q为0，使74LS48的灭灯输入端■=0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。

当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4，则74LS148的编码输出为011，此代码送入74LS279锁存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的输入为0100；又74LS148的优先编码标志输出■为0，使1Q=1，即■=1，74LS48处于译码状态，译码的结果显示为“4”。同时1Q=1，使74LS148的■=1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为1Q=1，使■=1，74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。

6 抢答器设计中的优先编码电路

抢答器设计中的优先编码电路完成两个功能：一是，分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是，禁止其他选手按键操作无效。

工作过程如下：

当把开关S放置在‘清除’端时，触发器RS中的■端都为0，4个触发器输出置0，使74LS148的 ■=0，让其在工作状态中。开关S放置在‘开始’时，抢答器则是等待工作状态，如现在选手按下时，74LS148的输出■ ■ ■=010，■=0，经RS锁存后，1Q=1，■=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为‘5’。另，1Q=1，使74LS148 ■=1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的■=1，此时由于仍为1Q=1，使■=1，因此，74LS148还是在禁止的状态中，保证了不会出现二次抢答，也确保了抢答者的优先抢答权。主持人将开关S重新放置在‘清除’位置上，可以进行下一轮的抢答。

（ 74LS148为8线-3线优先编码器。）

7 抢答器设计中的定时电路

由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。本设计是以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成抢答器的倒计时电路。该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善，能实现直接清零、启动。

8 抢答器的优点及组成

尤其是在知识比赛中做抢答题目时，其过程中，利用视觉判断是很难判断的，所以，需要设计出一个系统来确定哪位选手或者是哪一组选手先抢到的。我们可以利用单片机系统，其精确率哪怕两组之间抢答的时间只差几微秒，也可以判断出来。以上问题（下转第387页）（上接第350页）迎刃而解。

【参考文献】

[1]赵保经，等.中国集成电路大全TTL集成电路分册[M].北京：国防出版社，1985： 429-450，649-651，639-640.

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【关键词】 EDA 数字电路 电路仿真

数字电路主要有组合逻辑电路和时序逻辑电路两部分组成，交通灯控制器的设计既可以涉及到这两部分的基本原理的运用，又可以锻炼学生对数电综合电路的设计和分析能力，因此交通灯控制器的设计是数字电路一个很好的教学题材，在完成电路设计的同时配合电子设计自动化（EDA）教学，学生无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，EDA可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。目前在各高校教学中普遍使用EDA仿真软件是Multisim10.1， 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

下面介绍以Muitisim10.1 为平台设计一个十字路通控制器系统的过程.

1 设计要求

设计一个十字路口的交通灯控制器，要求主干道和支干道交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒；支干道每次通行时间都设为20秒；绿灯可以通行，红灯禁止通行；每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟（此时另干道的红灯不变）；十字路口要有数字显示，作为等候的时间提示。要求主干道和支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位做减法计数。黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。

2 交通控制器电路设计与仿真

2.1 状态控制器的设计

根据设计要求，主干道和支干道红、绿、黄灯正常工作时，只有四种可能：主干道车道绿灯亮，支干道车道红灯亮，用S0表示，绿灯亮足规定的时间间隔30秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道黄灯亮，支干道车道红灯闪烁，用S1表示，黄灯亮规定的时间间隔5秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道红灯亮，支干道车道绿灯亮，用S2表示，绿灯亮足规定的时间间隔20秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态；主干道车道红灯闪烁，支干道车道黄灯亮，用S3表示，黄灯亮足规定的时间间隔5秒是，控制器发出状态转换信号，系统又转换到最初种状态。可以用一个2位二进制计数器实现这四种状态：S0=00，S1=01，S2=10，S3=11，本设计用74ls190连接成二进制加法计数器，电路图如图1所示：

2.2 状态译码器的设计

状态控制器已经产生了四种状态，用Q2，Q1两位二进制数组合来表示S0到S3四种状态，状态译码器要求利用Q2，Q1分别控制主、支干道上红、绿、黄信号灯的状态，红、绿、黄信号灯状态与控制器的输出Q2，Q1关心可用表1（1不是灯亮，0表示灯灭）来表示。由信号真值表可以设计出状态译码器电路，如图2所示：

74LS245为8个双向3态缓冲电路。主要使用在数据的双向缓冲，～G=0，DIR=0，B->A；～G=0， DIR=1， A->B；～G=1， DIR为0或者1，输入和输出均为高阻态；高阻态的含意就是相当于没有这个芯片。在本电路中是实现红灯的闪烁，无论是主干道还是支干道，Q1为1，可以利用Q1来控制～G，当Q1为1，～ Q1为0，～G为0，秒信号就可以输入电路，实现红灯的闪烁。

2.3 倒计时电路的设计

根据设计要求，该系统共有四种状态（S0-S3），在每种状态都要求能够自动调入不同定时时间的定时器，完成30S、20S、5S的倒计时显示。该定时器由两片74LS190构成减法计算器实现，初始值可通过三片74LS245完成预置数，显示电路用自带译码功能的两个数码管实现两位十进制数的显示。设计的定时倒计时电路如图3所示：

2.4 仿真结果

将上述各单元电路组合起来，可以得到交通控制灯的整体电路，点击Multisim 10.1 软件的“Simulate/ Run”按钮，便可以进行交通灯控制器的仿真。电路的倒计时显示首先为30 s，此时主干道绿灯亮，支干道红灯亮，进入状态S0，倒计时为0后，主干道黄灯亮，支干道红灯闪烁，闪烁的频率为1HZ，进入状态S1，倒计时从5开始计时，倒计时为0后，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，进入状态S2，倒计时从20开始计时，倒计时为0后，主干道红灯闪烁，闪烁的频率为1HZ，支干道黄灯亮，进入状态S3，倒计时从5开始计时，倒计时为0后，又回到S0状态，如此循环下去。

3 结语

该设计通过把数字电路的分析与设计与EDA相互结合，完成交通灯控制器各个单元电路和整体电路的设计和仿真，很好的解决目前高校教育中理论教学与实际动手实验相脱节，试验室条件不足等问题。电路设计仿真成功后再构建实际电路，既可以降低成本，又大大提高了教学和专业设计的效率，对老师教学也是一个很好的提高和促进。

参考文献

[1]孙晓艳，黄萍.基于Multisim 的电子电路课堂教学[J].微电子技术，2006（24）.

[2]周凯，郝文化.EWB 虚拟电子实验室——Multisim7 &Ultiboard7 电子电路设计与应用[M].北京： 电子工业出版社，2006.

[3]张艳春.数字电子系统的EDA 设计方法研究[J].现代电子技术，2009（17）.

[4]郑步生，吴渭.Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

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关键词：露天煤矿；电气自动化；控制系统；优化设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.037

1 露天煤矿电气自动控制系统硬件方面的优化设计

1.1 优化输入电路

输入电路的优化需要考虑在正常状态下的PLC供电源的电压范围，一般情况下，煤矿企业所采用的电压范围为：85.0V～240.0V，电源幅度为155.0V。但在运行和管理中，由于现场情况的复杂性，导致存在众多因素的干扰。例如我国的供电系统在运行时，周围的环境相对恶劣，常常受到外界因素的影响，从而时常出现电力中断的现象。因此，在使用自动控制系统设备进行煤矿开采工作时，就需要采取紧急预案措施，例如：安装电力净化装置（滤波器或隔离器等）。在设计的过程中，要时刻保持PLC输入电源的直流电压值稳定在24.0V，负载要根据环境的变化而调整。合理配置电路，避免运行时出现短路或断路。在操作之前还应该检查PLC芯片，确保其没有受到损坏。为了确保电路稳定，电路需及时更换高质量的保险丝，避免跳闸，从而造成严重的事故。

1.2 优化输出电路

在煤矿电气自动化控制系统的输出电路中，需要优化输出电路。优化需要结合实际情况加以选择，选择的内容包括：相关设备的标志、指示、转速等，从而保证设备的配置能够满足煤矿电气自动化控制系统的工作。在正常状态下，若电气自动化控制系统的输出频率低于正常频率时，则可以通过继电器继续完成。这样可以合理化的设计电路，而不破坏电路的抗干扰性能，且不会影响负载端的正常工作。若电路的负载端为感性负载时（如：电磁线圈），当出现断电情况时，电路仍会通过一定的电流，当浪涌电流值较大时，就有可能烧毁芯片，甚至整个电路。为防止这一现象出现，可以在负载端设置二极管用以吸收浪涌电流，保护电路系统，而不至于被烧坏。另外，为了确保电路能够稳定运行，我们通常采用中间或固态继电器，从而增强电路的灵活性。

1.3 抗干扰能力的优化设计

在煤矿自动控制系统的设计中，抗干扰能力的设计是必不可少的一部分。当自动控制系统的大致结构完成后，紧接着就需要对其抗干扰能力进行设计。一般而言，煤矿企业中的电气自动控制系统经常处在相对恶劣的环境中，从而其稳定性较差，这就对我们的设计工作提出了更高的要求。通过分析我们发现在系统的长期运行中，往往因为磨损或是其他原因，导致电磁脉冲对系统芯片造成一定的破坏。因此，优化芯片的设计是工作的重中之重。通过电磁分析，我们发现可以采取的具体措施有如下几种：第一，采用1：1隔离变压器，降低干扰频率，这是由于电网中原副边绕组之间的电容耦合所产生的各种干扰，另外，在实施的过程中需要将电容接地。第二，将电路装置放入金属外壳内，从而实现屏蔽电磁的作用。金属有良好的屏蔽作用，且能有效地防止外界的干扰。第三，优化系统周边的布线设置，采用合理的手法改造线路，区分强电动力线路和弱电线路的走势，并用双绞线屏蔽模拟信号传输线的电缆。

2 露天煤矿电气自动控制系统软件方面的优化设计

2.1 程序结构的优化

煤矿电气自动化控制系统的主要结构形式为基本程序设计和模块化设计两种，但至于要采用哪种结构形式还要根据实际情况加以选择。但是，为了方便日后软件的修改和设计及进一步开发煤矿电气自动化控制系统，我们一般采用模块化的结构设计形式。在模块化的设计结构中，我们一般按照如下的方式进行操作：第一，勘察现场情况及企业生产要求，将煤矿电气自动化控制系统所控制的对象模块化，每一模块对应一个执行任务。第二，通过对每一模块进行程序的编写和调试，完成每一模块的任务。第三，当所有的子模块都完成后，将其连接拼装，形成一个完整的程序。这样的工作流程便于查找错误，使得系统划分整齐、调整便捷，从而与现场的生产过程有更高的契合度。

2.2 程序过程优化设计

实现煤矿电气自动控制系统的优化设计的核心实质在于：确保优化对I/O接口分配。在执行的过程中，我们应该根据实际情况尽最大努力实现对整个煤矿电气自动控制系统的I/O信号的编制，在这一基础上，系统内部所对应的计数器和计时器等也需要进行集中的编制。当这一工作完成之后，对这些地址分配的情况需要加以详细的记录。另外，我们在设计的过程中需要注意对PLC的控制优化设计，从而极大地提高煤矿电气自动控制系统的工作效率。在这一过程中，我们还需要简化PLC控制程序所控制的设计结构，尽量不要占用更多的内存空间，从而缩短扫描时间。另外，可以多次循环利用PLC芯片所对应的各类触点。在程序设计中安装控制按钮，利用二分频技术控制能源的使用，从而降低资源的消耗，并在一定程度上提高了自动控制系统的运行速度和运行效率。

3 煤矿电气自动控制系统的设备的选择优化

目前市场上有很多自动控制系统的设备可供选择，但是无论是哪一种都要找准其适合的工作环境，才能发挥出其应有的价值。煤矿电气自动控制系统的设备品牌有：合力时、研祥、LG、GE、SIEMEN等。在选择的方面本人总结如下。

3.1 明确煤矿电气自动控制系统的工作模式

在选择时，明确煤矿电气自动控制系统的工作模式及规模大小是一个必须的过程。若我们根据企业生产要求和实际的工作环境，以西门子的PLC产品作为选择，在不同的作业任务及工作状态下，选择的PLC型号也是有所差异的。SIEMEN S7-200等微型PLC产品适合瓦斯浓度的检查，SIEMEN S7-300等中型的PLC产品适合测量矿井水位的变化，SIEMEN S7-400等大型的PLC产品则可以对矿井工人安全进行监控。

3.2 确定I/O点的类型

由于施工的复杂性及实际要求有所差别，设备I/O点的数量和类型有很大的差别。因此，在这方面我们需要进行统计，并做好及时地记录，并根据记录的结果做出预算，从而避免过度的浪费。由于供电条件的不稳定性，在选择设备输出点的动作频率时需要对应选择输出端。

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关键词：电气控制线路;设计方法;探析

中图分类号： TM726 文献标识码： A 文章编号：

前言

电气控制线路设计的优劣直接关系到控制系统性能的好坏，电气工程技术人员必须要掌握电气控制线路的设计方法和设计原则，以便在设计的过程中能及时调整设计方案，使设计出的控制线路达到最佳，本文主要对经验设计法进行分析。

一、电气控制线路的设计应遵循的基本原则

经验设计法是根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接设计控制线路。这种设汁方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉大量的典型控制线路，拥有多种控制线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验。采用经验设计法设计控制线路时，应注意以下几个原则。

1、应最大限度地了解生产机械和工艺对电气控制线路的要求

设计之前，电气设计人员要调查清楚生产工艺要求、每一道程序的工作情况和运动变化规律、所需要的保护措施，并对同类或接近产品进行调查、分析、综合，作为具体设计电气控制线路的依据。

在满足生产工艺要求前提下，控制线路力求简单、经济。

2.1 尽量选取标准的或经过实践检验的线路和环节。

2.2 应减少不必要的触头以简化线路，这样也可以提高可靠性。

在简化过程中，主要着眼于同类性质的合力，同时应注意触头的额

定电流是否允许。

2.3 尽量减少连接导线的数量和长度。将电器元件触头的位置

合理安排，可减少导线根数和缩短导线的长度，以简化接线，如图1

中，启动按钮和停止按钮放置在操作台上，而接触器放置在电气柜

内。从按钮到接触器要经过较远的距离，所以必须把启动按钮和停

止按钮直接连接，这样可减少连接线。

2.4 尽量减少电器元件的数量和采用标准件，并尽可能选用相

同型号。

2.5 控制线路在工作时，除必要的电器必须通电外，其余的尽量

不通电以节约能源。

3、保证控制线路工作的可靠和安全

为了保证控制线路工作的可靠性，应尽量选用机械和电器寿命

长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器，同时在具体设计过

程中应注意以下几点：

3.1 设计电路时，应正确连接电器的线圈。在设计控制电路时，电器线圈的一端应统一接在电源的同一端。使所有电器的触头在电源的另一端，这样当电器的触头发生短路故障时，不致引起电源短

路，同时安装接线也方便。

3.2 控制线路在工作中出现意外接通的电路叫寄生电路。寄生

电路会破坏线路的正常工作，造成误动作。

3.3 在线路中尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器

的控制电路。

3.4 在线路中采用小容量继电器的触头来控制大容量接触器的

线圈时，要计算继电器触头断开和接通容量是否足够。如果不够，必

须增加小容量控触器或中间继电器，否则工作不可靠。

3.5 设计的线路应能适应所在电网的情况。根据电网容量的大

小、电压、频率的波动范围以及允许的冲击电流数值等决定电动机

的启动方式是直接启动还是减压启动。

3.6 在控制线路中充分考虑各种联锁关系以及各种必要的保护

环节，以避免因误操作而发生事故。

4 应具有必要的保护环节

4.1 短路保护。在电器控制线路中，通常采用熔断器或断路器作

短路保护。当电动机容量较小时，其控制线路不需另外设置熔断器

作短路保护，因主电路的熔断器同时可作控制线路的短路保护，若

电动机容量较大，则控制电路要单独设置熔断器作短路保护。断路

器既可作短路保护，又可作过载保护，线路出故障时，断路器跳闸，

经排除故障后只要重新合上断路器即能重新工作。

4.2 过载保护。三相鼠笼型电动机的负载突然增加、断相动作或

电网电压降低都会引起过载，鼠笼型电动机长期过载运行，会引起

过热而使绝缘损坏。通常采用热继电器作鼠笼型电动机的长期过载

保护。

4.3 零电压保护。零电压保护通常靠并联在启动按钮两端的接

触器的自锁触头来实现。当采用主令控制器SA 控制电动机时，则通

过零电压继电器来实现。

二、电气控制中线路设计的方法

经验设计法和逻辑设计法是电气控制中线路设计常用的两种方法。两种方法各有特点，具体如下。

1. 经验设计法。经验设计法在复杂线路设计中具有重要作用。这是因为，复杂线路设计需绘制大量线路图，而且设计的线路需要经过多次的协调修改后，才能保证整体线路的可靠运行；因此要求设计人员必须具备丰富的工作经验。

2. 逻辑设计法。逻辑设计法是指以生产工艺的需求为前提，根据电动机的运行特点，将电器元件的运行状态看作逻辑变量，通过逻辑运算设计出最简单的逻辑表达式；结合逻辑表达式画出相应的控制线路，从而使各种动态的电器元件通过逻辑控制，得以有效运行。具体设计步骤如下。

（1）明确控制对象每个动作的启动信号和停止信号。在进行整体逻辑变量系统设计前，要分析控制对象的工艺要求和工作状态，把握在一个完整的工作循环过程中被控对象的工作过程和运行动作，进而明确控制对象每个动作的启动信号和停止信号。

（2）确定电气控制电路的逻辑函授。电气控制中被控对象只有两种对立而稳定的工作状态，即线圈的得电和失电，触点的闭合和断开。在明确控制对象每个动作的启动信号和停止信号的基础上，可将启动信号和终止信号看为逻辑变量。其变化规律符合逻辑规律，因此，可通过逻辑运算设计出最简单的逻辑表达式。

（3）根据逻辑表达式画出工作循环图和控制线路。根据对控制对象的工作状态要求设计各动作间的联系互动环节、互锁环节及顺序动作环节，把握每个控制的逻辑关系。再根据工艺要求将所有逻辑关系组成整体的逻辑方程，即逻辑表达式。最后，通过逻辑表达式画出工作循环图和控制线路，并分析控制对象各个动作的先后顺序是否合理、互锁，每一动作的启动信号和停止信号的使用是否安全、可靠，保证线路设计的有效性。

三、结语

作为电气控制的重要环节，电气控制线路对电气设备各方面都有重要的影响，做好电气控制的关键就是做好电气控制线路的设计工作，因此，应在设计过程中综合考虑，进行控制线路设计。

参考文献

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关键词：传统电机 电机循环电路 电子接触器

一、引言

从宽泛的概念上来说，在工业的企业中世纪上运行的电动机全部都是间歇式的电动机。这样的电动机通断的频率是衡量其电机的间歇工作状况的重点所在。所以，为了保护高间歇条件下的电机的正常安全运作，在通断频率大于60的时候，需要我们采用循环电路的方式对电机进行通断。

传统的循环电路有很多种不同的当时，基本上的结构以及运行的原理都是相同的。这些种类的电机都是通过交流接触器主触头的分与合来进行电机的启停操作的。目前在防治、水处理等等的行业有比较广泛的运用。

这种类型的循环电路采取的是交流接触器作为基本的控制元件来进行设计的。这样的循环电路结构相对比较简单，价格相对也比较低廉并且在维护的过程中十分的方便。所以在实际中使用的十分的广泛。但是，这样的电路也是有自己的适用条件的。电路的通断频率大于60的时候，是不能工作的。在通断频率大于45但是小于60的时候，这样的电路就不适合考虑让其工作。只有当通断频率小于45的时候，才能正常的工作。并且，虽然通断频率低于45是可以正常工作的。但是在这个值与45接近的时候，也会导致很多的问题。严重的时候可能会导致电机的损坏。

二、 传统电机循环电路的电子接触器技术改造

随着技术的急速发展，目前已经有很多的可以取代传统电机的循环电路的方案了。比如说现在应用比较广泛的就是使用PLC元件进行整个的控制电路。还有的可以采用变频调速技术进行电机启停的控制。有的甚至对整个的电路进行防叠装置的设计，从工艺上进行改进，对整个设备的传动装置以及电气装置进行全面的改进，这个方案当然也能够实现整个电机的智能化。并且，有的企业现在甚至会直接放弃现在使用的机器设备，直接引入西方的先进技术和设备，但是西方的机械是相对比较昂贵的，很多的单位不愿意投入大量的资金。

所以，只能通过现代化的改造使得企业的设备所存在的问题进行修补。而一种比较廉价且比较合适的做法就是应用“电子接触器”对循环电路进行适当的改造。在电路的改造过程中，使用NE555时基电路构成基本的控制电路。对于主回路的改造则使用双向可控的硅取代传统的交流接触器的主接触头。这样双向可控的硅就可以很好的完场交流电力的控制的工作。

双向可控硅可以控制电机的启停问题的主要工作原理是：

首先，双向可控硅期间中通过交流电的时候，在每半个电流的周期中可控硅进行一次触发。

其次，只有在可控硅中通过的电流大于擎住电流的时候，次啊能在去掉触发脉冲之后的维持器中继续进行通导的工作。

第三，只有在可控硅中通过的电流下降到了维持电流之下的时候，可控硅断开，回复阻断的能力。

最后，可控硅在断开之后，要在此出发才能重新进行通导。

所以，在阴极与门极之间需要加以核实的电压，才能使得可控硅起到触发控制的作用。

这一方案仅仅需要付出极少的成本，设备的体积很小，性能却是相对比较稳定的。设备的性价比相对比较合理。在设备的改造过程中，方案比其他的方案更加可靠，并且需要调试的时间比较短。最重要的是，经过改造后的电路的电机通断频率的运行范围到了80左右。

但是，新的方案所改造出的电路与传统的循环电路有很大的不同。大功率的可控硅元件在使用的过程中需要加以适当的增强冷却组件。具体的冷却组件可以选择散热器冷却。同时，在通断频率比较小的情况下，可以采取自然的冷却方式，相对而言还是比较经济适用的。

三、改造方案的运行原理

1、新的循环电路的工作

如下图，经过改造之后的电路由两部分组成，分为主电路部分和辅电路部分。住电路的回路中财务了双向可控硅的原件，额定电流的选择在41A以上。同时，为了确保新型电路的工作的稳定性，可以为双向可控硅的表现加上一定的散热装置。在途中的大功率的继电器KA型号为JQX-13F。主要的接线方式如图所示。

图一 改造后循环电路

在图中的辅电路的回路设计中，其主要的作用是为主电路的回路提供电源。其中的B是50W的控制变压器。其中的SB1和SB2则是控制电机停止以及启动的操作按钮。

在设计的过程中，为了能够满足实际的操作中操作人员的要求，在设计之初还提供了可循环电路的手动操作与自动操作之间的转换。双位拨动K1开关的时候，就能进行着两种状态的自由切换。

2、手动控制状态

当图中的K1处于闭合运行状态的时候，电路的运行可以采取手动态进行一定的控制，那就是人工控制的状态，在这种状态下，基本的控制过程为：接通电源之后，将K1-1以及K1-2调整到关闭的状态。这样的情况下，V1和V2的门极就会处于一种一直通电的状态。然后，操作人员可以使用SB2的控制按钮进行操作，之后KM线圈就会得点，电机就会启动，然后处于一种连续运转的状态的。

在手动的控制状态之下，如果机器需要紧急的停止的话，使用SB1的按钮，就会直接使得电路关闭。虽然此时的电路3会处在通电的状态下，但是对整体的电路没有影响，电路会切断运转。

3 、自动控制状态

当图中的K1处在断开的状态的时候，电路的运行就可以采取自动运行的状态进行控制。那就是处在电路的自动运行状态之下。这样的运行状态中期主要的控制过程是：接通电源之后，电路3会产生震荡。这样的情况下，KA这个循环就会闭合运行通电，这样KA1和KA2两个循环就会闭合，接着按下SB2的按钮之后，KM线圈就会得点，电机就会进行循环启停的运转状态。

另外，在自动的状态下，还有几个调整的功能。其中的RP1是对电机的运行时间进行调整的。RP2是对电机的运行停止时间进行调整的。如果在自动运行的状态下，需要对电机进行紧急的停止的话，使用SB1的按钮，就会使得KM线圈处于失电的状态下，这样就会使得电路关闭。

结语

通过以上的改造的实验和设计，我们可以发现使用电子接触器技术对传统的循环电路进行改造的方案是切实可行的，并且经济性相对来讲是比较高的。同时，传统的电路中以交流接触器为主要的控制原件，并不是没有一定的可取性，当通断频率小于30的时候，相对本方案来讲也是一种比较经济可行的运行方案。

参考文献：

[1]陈业绍，用测振法确定交流接触器噪声功率级的研究[J]，声学技术，1990

[2]建议推广和开发的节电新产品[J]，中国科技信息，1992

[3]李波，浅谈机械工程中交流接触器的优化设计[J]，民营科技，2009

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关键词：高压输电线路；电气设计；关键点

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

中图分类号：F407文献标识码： A 文章编号：

随着我国社会经济的快速发展，对于电力的需求量也日益增加。因此，对于电力资源供应的质量与安全性也有了更高的要求。目前在高压输电线路的电气设计中仍然存在着一定的问题，为了保证高压输电线路电气设计的质量，就先要对高压输电线路电气设计的内容进行分析研究。

一、高压输电线路电气设计的主要内容

高压输电线路电气设计的主要内容可分为三个部分，即可行性分析、初步设计以及施工图设计。

（一）可行性分析

所谓可行性分析就是指全面地从经济上、设备上、技术上分析、调研项目盈利、资金筹备、设备选材、工程规模等各个方面，它主要是预测高压输电线路项目完成后可能产生的社会影响以及经济收益等方面，进而提出相关咨询意见以供施工方案、投资建设等作参考之用。其中需要注意的是，可行性分析必须严格按照国家相关政策法规与规定，还必须具备相应的计算图表、实验数据等技术资料，从而保证分析研究的全面性与可靠性。而可行性分析所得出的报告则由设计方案、报告内容、风险预测、论证结果几部分组成。

设计方案。由于可行性分析主要针对的对象就是具体设计方案的可行性，因此设计方案的质量是至关重要的。为保证设计方案的质量，必须对输电线路工程的环境影响、施工技术、主要设备、建设规模等进行全面、详实、可靠的预估。

报告内容。在可行性报告中所提出的报告内容以及研究试验数据都必须是基于客观、真实的原则之上，缺乏可靠性、真实性的可行性报告将会使输电线路在设计、施工过程中出现不可避免的失误与偏差，从而对工程建设造成极大的负面影响。

风险预测。可行性报告中的另一项关键内容就是对工程风险的预测，只有在工程建设之前，对项目进行切实、合理的风险预测才能保证工程项目在建设过程中可能出现的因社会、经济、环境等因素而导致的风险得以有效规避。

论证结果。论证性是可行性报告的最大特点，同时对于论证性的报告来说，其严密性就成了报告质量高低的关键点。要保证论证的严密性，就必须利用系统性的分析措施，即对于高压输电线路建设过程中的各方面影响因素都要系统地、全面地进行分析论证。

（二）初步设计

初步设计就是指高压输电线路设计项目的初期草图，即以输电线路在实际设计、施工中的要求为依据并将各类技术资料整理齐全后，提出多种设计思路，而后经过反复论证、研究，再将最为合适、经济的设计方案选出作为最终方案。其中的主要内容包括：

路径、导线与环境因素。周边环境因素对于高压输电线路导线的参数有着较大的影响，而导线下方电场如果受到环境因素影响就会使线路的输电性能相应受到影响。因此必须选择精确、科学的计算方法来使导线电场的计算值尽可能与实际运行环境的真实值近似。另外，在设计高压输电线路时应尽可能在气象、环境条件较佳的区域进行工程建设，从而有效降低输电线路运行过程中可能出现的损失。

塔杆基础。高压输电线路重要的组成部分就是塔杆基础，良好的塔杆基础也是使线路运行的安全性与稳定性的保证。由于在自然环境下，输电线路的电气元件处于外露的状态下，因此电气元件不仅受到机械荷载的影响，而且还会受到地质地形的影响，所以在实际方案设计中，必须对这些因素进行综合考虑并保证施工质量。

防雷、绝缘与防振。高压输电线路中的绝缘子的作用是导线支撑以及防止电流出现回地现象，在整个输电线路网络中，设计绝缘子必须使其能够充分发挥其作用与功能。而雷击则是影响输电线路正常、安全运行的重大自然隐患。因此在方案设计过程中，应结合高压输电线路所在区域的实际环境情况与雷击伤害原因来制定相应的防雷击措施。另外，高压输电线路在运行过程中，导线不可避免地会产生一定的振动应力，进而也会导致高压输电线路因振动而产生故障，所以应采取相应的防振措施使导线的振动情况得以减少或消除。

施工图设计。这个阶段的内容主要包括杆塔与基础施工图、机电安装施工图、杆位断面图与杆塔明细表、路径平面位置施工图以及概预算报告书。

二、电气设计关键点探讨

（一）路径的选择

高压输电线路设计的关键之一就是路径的选择，为了给输电线路施工与运行维护提供良好的基础条件，应在路径选择时，对水文、地质、气象等沿线自然条件进行综合考虑，同时将输电路径与周围的环境保护、资源开发与其他设施间的关系妥善协调好。另外，选择的路径应严格以国家现行法律法规为依据，经过反复论证后，选择最切实可行的方案。路径选择应遵循的原则：尽可能选择路径最短的，其中的曲折系数越小越佳；尽可能选择直线线路，防止出现的转角太多与转角过大；尽可能选择平坦的区域来设置转角点，转点距离应较大；尽量选择交通便利的区域；尽量选择良好地质条件的区域，防止因自然灾害影响线路；尽量少占地，注意对农田作物与名胜古迹的保护；尽可能避开障碍物，要与铁路、航空、通信等部门进行充分协调。总之，在选择路径时应对工程可行性与经济性进行兼顾，对占地赔偿等进行综合考虑，同时最大限度使电网系统的需求得到满足。

（二）杆塔基础的选择

高压输电线路杆塔是其主要的结构之一，它是以绝缘强度与机械强度为依据，并由钢材或钢筋混凝土为材料建造的。选择杆塔形式应根据实际地质地形情况来确定，尽量做到因地制宜。针对我国多样的地基形态，如岩体地基、冻土地基、黄土地基、软土地基等，因此，为保证杆塔结构的稳定与安全，应选择最为适宜的杆塔基础形式，如人工斜挖原状土形式的承载力较高，不易产生变形，同时节约了材料，开挖工作量较小，适用于较厚覆盖层、可塑性粘土。而软土地复合式的小桩基础则为斜桩与直桩分布成网状，从而使得设施所受水平力与上拔力朝下发展，以得到较大的承载力等。

（三）抗冰设计

在高压输电线路的设计中，还要特别注意的就是根据不同区域的气候条件，进行抗冰性设计，力争在节省工程造价的同时对线路运行的安全与稳定有所保证。由于我国各区域的气候条件不尽相同，因此可能造成的凝冰程度也存在差异。因此在冰厚设计上应基于实际情况，同时综合分析研究输电线路所在区域的湿度、风向与地质地形状况，从而使抗冰设计值科学、合理。

通常情况下，加强导线与重型抗冰塔是目前输电线路抗冰最为普遍的设计方法。如果输电线路在重冰区域，则应间隔一段距离就进行一个基抗串耐张塔的设置，而导线材质则应选择机械强度大的，同时为避免导线因脱冰震动或不平衡张力而产生损害，应利用预绞丝护线对导线进行保护。除此之外，防止绝缘子冰闪也是抗冰设计的重要内容，而使绝缘子串长度与爬电距离增大就能使绝缘串伞型结构得以改善。将防水材料涂于绝缘子表面则能够从一定程度上使覆冰缘子产生漏电的可能降低。

结语：综上所述，对于高压输电线路的设计来说，应根据其所在地区的实际情况，在充分分析研究设计项目的可行性报告的基础上，选择最为合理的线路设计方案，从而保证高压输电线路在设计、施工与运行过程中的安全、稳定。

参考文献：

[1] 周芳金.高压输电线路电气设计分析.[J].技术与市场.2011,18(10)

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1铁路电力调度SCADA／EMS系统及其子系统

1．1支撑平台子系统支撑平台是整个系统的最重要基础．有一个好的支撑平台，才能真正地实现全系统统一平台，数据共享。支撑平台子系统包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。

1．2SCADA子系统包括数据采集，数据传输及处理，计算机与控制，人机界面及告警处理等。

1．3PAS子系统包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预报等一系列高级应用软件。

1．4调度员仿真培训系统（DTS）包括电网仿真、SCADA／EM系统仿真和教员控制机三部分。调皮员仿真培训（DTS）与实时SCADA／EMS系统共处于一个局域网上，DTS本身由两台工作站组成，一台充当电网仿真和教员机，另一台用来仿真SCADA／EMS和兼做学员机。

1．5AGC／EDC子系统自动发电控制和在线经济调度（AGC／EDC）是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围，同时，还能使全系统发电成本最低。

1．6调度管理信息子系统（DMIS）调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不同于SCADA／EMS系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系、因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务。当然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。

2系统结构

系统采用三网机制。主网为l00M平衡负荷双网，由智能化100M堆栈式交换机来连接系统服务器和主网计算机节点。双主网均可提供多口的100M交换能力并可进行扩展。两台系统服务器选用RISC（精简指令集计算机）64位机，并配有磁盘阵列，以实现服务器的热备用以及信息的热备份。各工作站也优先选用64位机，都能从硬件上支持100M双网或多网运行并支持标准商用数据库，又能集成其它符合国际标形的实时数据库。工作站系列产品使用寿命长，易于扩充升级。主网各节点，依其重要性和应用的需要，可选用双节点备用、多节点备用或共享方式运行。主网双网配置可实现负荷热平衡及热备用双重使命。在双网均正常情况下，双网自动保持负荷平衡。当其中一网故障．另外一网就完全接管全部的通信负荷，在单网方式下亦可保证系统100％可靠性。系统通过MIS服务器或网桥与电力公司管理信息系统MIS连接，通过插入第三网来隔离连接MIS系统。还可以通过网络交换机与配电调度自动化系统相连。

2．1系统服务器系统服务器运行Sybase商用数据库管理系统，负责保存所有历史数据、登录各类信息：各种电网管理信息、地理信息系统（GIS）所需的多种信息、各类设备信息和用户信息等。其强大的数据库管理功能可方便用户查询和统计各种数据。

2．2SCADA工作站SCADA工作站为双机热备用，主要运行SCADA软件及AGC／EDC软件，完成基本的SCADA功能和AGC／EDC控制与显示功能。SCADA工作站通过2组终端服务器接收各厂站RTU信息。两组终端服务器直接挂在网上，实现双机、双通道的自动／手动切换，承担前置系统信息处理以及网络信息流优化功能。

2．3PAS工作站PAS是各种电力系统高级应用软件的简称。PAS工作站用于各项PAS计算以实现各项PAS功能，如潮流计算、短路计算等，并保存PAS的计算结果，如某些结果需历史保存、则同时保存到商用数据库中的历史数据库中。

2．4调度员工作站调度员工作站承担对电网实时监控和操作的功能，实时显示各种图形和数据，并进行人机交互，实现功能调用。其实，在主网的每个工作站上都可以显示SMA数据、PAS数据、DTS数据、DMS数据及GIS数据，但其它工作站没有对电网进行操作控制的权限。

2．5配电自动化工作站配电自动化工作站完成配电自动化管理功能，其地理信息系统（GIS）功能极强。

2．6DTS工作站DTS是调度员仿真培训的简写。最好用两台机，一台为教员机，另一台为学员机，可通过图形界面进行直观操作。也有用一台机进行仿真培训的。

2．7调度管理工作站调度管理工作站负责与调度生产有关的计划和运行设备的管理。

2．8电量管理工作站电量管理工作站实现电量的自动查询、记录、奖罚电量的计算等功能。

2．9网络网络是分布式计算机系统的关键部件，系统采用高速双网结构，保证信息能高速可靠传输，集中器（hub）可灵活配置，既可以采用高速以太网交换机，也可以来用堆栈式高速hub等。网络还配有路由器实现x．25通信协议，能方便地与广域网互连或与其它计算机网络进行通信，也可与上级或下级调度交换信息。

3软件环境

3．1操作系统采用UNIX操作系统，它是一种多用户，多任务的网络操作系统，其先进的进程调度策略和占先内核技术，保证了实时性要求，井有很强的内存保护机制。任何一个进程决不能访问到非法地址。UNIX是安全性最高的操作系统，可以不受病毒侵害。现有微机上所有病毒都不会感染到UNIX操作系统的机器上，不会因感染病毒导致网络崩溃。网络通信采用TCP／IP协议，它是目前使用最多，也是最安全的协议之一。

3．2系统软件数据库采用目前效率最高、采用客户／服务器（Client／Server）模式的Sybase商用数据库管理系统；图形采用Motif界面；核心程序全部采用面向对象的程序设计语言C＋＋编写；集成Excel作为制表工具，可方便地生成图文并茂的图形报表；提供x．25通信协议，可方便地与广域网通信，或与上／下级调度交换信息；提供多媒体功能，具有语音编辑和图像显示功能。

4系统软件结构

对铁路电力调度这种大型的开放式的分布式系统，软件结构要求开放、通用、模块化。系统采用的软件均为国标通用软件，符合国际标准，便于与其它系统互联。系统软件分为三层：数据层、程序层和通信管理系统层。（1）数据层主要包括实时数据库、历史数据库以及它们的存储历程。实时数据库分布于各台计算机中，支持数据的实时图形显示；历史数据库存干两台系统服务器中，互为热备用，用于保存历史数据、各种登录数据和电力系统各种参数。（2）上层应用程序主要实现电力系统的各项功能，如SCADA、PAS、DTS等，并提供良好的人机接口和管理工具，方便用户使用。（3）通信管理系统用于网络的管理及通信任务的管理，它对上层应用程序屏蔽具体的网络细节，保证通信进程之间实现高速、可靠和标准的通信。这些通信进程可能在同一台机器上，也可能分布于多台计算机中。

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关键词：电气化铁路；谐波；计量影响；测试研究

中图分类号： F530.3 文献标识码： A 文章编号：

前言

近年来，随着电气化铁路的快速发展，各种电力机车大量接入电力系统，向电网注入一定的负序电流和谐波，对电力系统产生不利的影响。从而造成电网电压波形的严重畸变，导致电力系统产生了大量的谐波。这不仅对供电系统造成污染，对电力设备构成危害，还对电能的计量造成影响，使电能表等计量装置误差增大，不能准确、合理地计量电能。目前谐波作用下的电能计量用的电能表应准确反映实际功率，即基波和谐波的综合功率，这是目前国内的电能计量方式。由于采用全能量的计量方式，使得在谐波作用下的电能计量的准确性与合理性之间产生了误差和矛盾。本文研究直接涉及到电力系统和电力用户的经济效益，也将影响到电力系统中关键经济技术指标的计算，对于电力系统的安全、有效、合理运行以及维护电力市场公平合理有着重要意义。

1 电铁牵引供电的特点

我国的电气化铁路采用单相工频25kV交流制，电力机车是铁路电气化的牵引动力，所需的电力由牵引供电系统传输。牵引供电一次系统主要包括牵引变电所和接触网。牵引变电所建设在铁路附近，按照铁路电气化区段，沿线根据牵引负荷和接触网供电能力相隔一定距离设立若干个牵引变电所，目前国内都是由电力系统110kV和220kV电压双电源或双回路供电，经牵引变压器降压为27.5kV再接入接触网。从接触网获取的交流电再经机车变压器及机车整流装置整流后再驱动直流电动机，这就是交直牵引供电制式。另外，还有交直交牵引供电制式。从铁路牵引用电情况看，牵引变电所供电负荷不但是三相不对称负荷，还是一个负序电流源和谐波源，它在向电网吸取基波电流的同时还向电网注入大量的谐波电流，并产生谐波电压。另外,牵引用电变压器负载率很低,供电效益不高。据某省电网近年统计,网内牵引变压器平均负载率仅为17.3%～17.8%,见表1所示。

表1：近年来网变压器平均负载率

2. 谐波的形成原因和对电能计量表的影响

2.1谐波形成原因

谐波主要由谐波电流源产生。在发动机的三相绕组制作过程中无法做到完全的对称，因为铁心材料的密度不是绝对的均匀，因此在发动机工作时就会产生相应的谐波。实际的生产运行中，非线性设备会产生相关的正弦基波的电压，当设备中通过的电流与通过的电压波形存在差别时，从而使电流的波形产生变形，由于电网是相互连通的，谐波就会随之加入到线路网络中，从而造成谐波源的产生。近年来，由于晶闸管整流广泛的应用，以及随着大容量电力整流设备和电力电子设备的广泛应用，给电网造成了大量的谐波，产生的谐波对电力系统造成了污染，影响测量仪表、计量装置的准确度。

2.2谐波对电能计量表影响

电能仪表在电力行业中一般是以正弦波为工频形式进行设计的，因此在有谐波存在的情况下，电能计量表会产生相关的计量误差。电力系统中的计量仪表，测量仪器等重要设备也会受到一定的影响。作为电力系统中费用核算标准的电能计量表，其计量的精确度直接关系供电用电双方的经济利益。电能表测量基波功率和电能的设计工作频率在四十五到六十五赫兹之间,对六十五赫兹以上的谐波电能不能正确计量。相对于谐波源而言，研究谐波对电能计量的影响以及如何减小电能计量误差都是相当重要的。谐波电流源是主要的谐波源，因为当端电压是正弦波形，其电流也不一定是正弦波。基波在和电源相连时是会反馈谐波电流到电力系统中，其本身的基波功率不会完全消耗，并返回到电源系统中，计量时能反映实际电能并不等价于是合理的计量方式。非线性负载的使用造成的谐波功率注入到电网以后，不仅有害于电力系统，而且还会给用电客户造成不良影响。对于发电设备电动机来说，不合理的谐波会极大的增加电机的轴功率，从而使得附加损耗增加，不仅消耗了电能，还损害了电机，降低了其使用寿命。对电磁感应式电能表来说，在设计上通常只考虑基波值，一旦系统中存在谐波，实际消耗的功率将会发生变化，而不会按照实现设计的功能进行电能的测量，造成测量的误差，在实际的计量中，电力用户分为谐波产生用户和不产生谐波的谐波受害者用户。谐波产生用户产生的谐波功率，对电网造成了污染。谐波频繁发生的电网中会对电表的使用寿命产生严重的影响，严重时会直接导致电能表的烧毁。

2.3 谐波对感应式电能计量表的影响

感应式电能计量表具有使用方便、性能稳定、成本低等特点。感应式电能计量表工作在很窄的频带内，当电压和电流出现畸变，其计量会不断地发生增大，直接影响了用户和电力部门的利益。当电压或电流有畸变时，由于磁路的非线性使电压磁通中出现与谐波电流磁通同阶次的分量，谐波电压与电流磁通作用产生不同的驱动力矩，使感应电能表产生相关的误差。当负荷为线性负荷，基波功率的方向一致与谐波功率的方向，电能表中得到的数值将会比基波电能大，但是比单独的基波功率或是谐波功率都要小；当负荷为非线性负荷时，基波功率具有与谐波功率相反的方向，由电能表得到的数值将会大于基波电能与谐波电能的矢量和，但是比单独的基波电能要小。

2.4谐波对电子式电能计量表的影响

随着科学技术水平的提高，电子式电能表的性能以及外观都发生了根本性改变。在性能方面，电能表的精度高，不受运输安装的影响因而可靠性好。在外观方面，电子式电能表的体积较小，重量轻，因此比较美观大方。电子式电能表的基本原理是利用电子元件对电能中的电流和电压进行采样，通过集成电路的相关运算，运算结果被转换成与电能成正比的脉冲，这个脉冲去推动步进电机显示字轮，从而完成了从信号的采样到电量计量的整个过程。谐波响应系数的不同会导致电子式电能表表现出不同的性质，无法实现对用户电能消耗的正确计量，线性负荷时，测量值将会比基波电能大，但是比单独的基波功率或是谐波功率都要小；非线性负荷时，测量值将会大于基波电能与谐波电能的矢量和，但是比单独的基波电能要小。见表2.

表二:感应式电能表与电子式电能表的性能比较。

3测试与数据分析

3.1实验室数据

模拟电铁的非线性负荷,利用FPA-I的数据分析得到电压电流信号的波形与频谱如下图所示。

图一：电压电流信号的波形和频谱

测试结果见下表：

表三：测试结果

实验表明，对于有功功率的测量来说，电铁为非线性负荷，能够将吸收电能基波的一部分转变为谐波电能并导入系统中，此时电能表所计电能为基波电能减去倒流入系统的电能。可以看出非线性负载不仅污染了电网，而且使电力企业蒙受经济损失。

4. 减少谐波降低计量误差的对策

在电子电力技术当中，为减少谐波对电能计量的影响，可以加强采取技术与管理两个方面相结合的措施来抑制。对于非线性负荷进入电力系统的准入制度需要严格加强对待，充分落实谐波的低含量，将其控制在国家规定的标准范围内。只有当谐波占有的含量在允许的范围之内的时候，所计量的电能的准确性才能得到一定程度的保证。

4.1 采取有效措施抑制谐波

抑制电力系统中的谐波可以在电力电子装置的设计时，通过技术手段的改进来优化其性能，达到减少谐波干扰的目的。整流装置是最大的谐波源，对该装置造成的谐波进行抑制可以采用增加整流相数的方法，通过多重滤波技术来滤除谐波。对于电子装置已经产生了的大量谐波，可以采用相关的滤波器对谐波进行补偿，通过相关的技术减少谐波干扰。

4.2 加强对谐波的监测与管理

从预测的角度出发，实施有效的检测是一种可靠的维护方法，可以将其分为携带式监测以及针对性监测，利用便携式测振仪测量设备运行时的振动信号，从而对设备的运行情况进行判断，另外，也可以对设备进行定期检测，将振动信号导入到控制中进行分析，一旦出现异常，可以及早的找到故障所在。充分认识谐波对电网的影响,建立健全谐波管理体系,组织专业管理队伍。要充分认识到,谐波的治理不只是供电企业的责任,而是电力企业和用户的共同责任,减少电网污染,提高电能质量对双方都有较大的潜在利益,是一项互惠互利、节能增效,保证电网和设备安全稳定运行的举措。

4.3 采用先进的设备和计量方法。

在测量电能量时，电网中的电压和电流要用互感器转换成弱电信号后才送入电能表，因此互感器的准确度直接影响着测量结果的准确程度。因为电子式电能表对于不同的被测信号的所产生的波形响应不同，所以产生的误差也有一定的差别。在区域性管理方面，我们可以把容易产生谐波的工业源区进行相关的隔离，在电表上我们也可以使用先进的技术加以分析和改善。

结束语

对于电铁电能计量而言，不同牵引站所带牵引负荷性质不同，致使电量相对误差不同，研究数据表明，电铁用户一方面污染了电网，又少计了电量，而线性负荷受到谐波污染却要多计电量。今后要加大谐波治理的力度和研究计量方式的转变。

参考文献：

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关键词：市政路桥施工；技术控制；探索研究

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：

城市立交桥、高等级公路等市政路桥在施工时，其施工技术手段的高低对整个城市的外观以及当地政府部分形象有着重要影响，更重要的是关系到城市居住人员出行情况，与人们的生活密不可分。因此在市政路桥施工中，对其施工技术的研究分析和工程质量的管理就显得很重要，控制市政路桥施工建设的质量不但直接关系到施工建设单位自身的利益，还对整个城市的建设有着十分重要的意义。

一、市政路桥施工的特点

作为城市重要设施之一，市政路桥与城市居住人员外出旅行等方面必不可分，所以受到国家、地区、有关建设单位的格外重视。对施工技术以及建设质量进行控制是整个市政路桥工程建设的核心内容，它关系着市政路桥的质量、安全程度、施工进度以及成本花费等多个方面。经过有效科学的控制与应用，可避免施工建设工程中出现的通病，是保证市政路桥工程具有高质量的前提，让建筑施工企业获得丰厚经济利益的基础条件，还能够增加路桥的使用年限，减少竣工后路桥通行时维修保养费用。高质量的市政路桥，可以有效降低桥头跳车、公路堵车等现象的发生概率，从而保证了行驶车辆的安全，大大降低了交通事故发生的概率，维护社会生活的稳定。

二、有关市政路桥施工技术控制

（一）预处理阶段

市政路桥施工技术难点有采用的技术复杂多变、包含工种繁多、建设线路长、建设时间短、项目繁重等等方面，还有由于施工现场有众多难以控制的元素，如施工工作人员，所用建筑材料、机器设备等都或多或少地增加市政路桥施工管理的困难程度，这就要求相关部门管理人员要全面准备施工预处理的工作。在工程施工的前期，相关部门管理人员应该宣传全体职工整个过程中的动态技术管理以及质量监督控制的理念，强化施工现场所有施工人员施工技术方面的管理和质量监督控制方面的意识，从而能够有效控制市政路桥工程建设的质量。有关管理部门人员第一要培养项目管理方面的理念，把市政路桥建设质量控制以及技术方面管理置在最重要的地位，在管理中一直采用这个理念，会对整个项目施工建设质的量有所提升。

（二）路桥施工全过程

在施工技术、施工工作人员、施工管理制度等多个方面，设定一个成熟的施工技术管理以及质量监督管理体制，保证现场的施工质量的前提下，进行监督控制工作，使其能够有节奏、有效率、有目的的进行，可作为市政路桥施工项目质量控制方面的依据。建立先进的技术管理体系以及质量监督控制规章，在路桥施工全过程中不断改进、明细化，按照自动检测、互相检查、专项检查或者是三者联合检查的方式寻找管理的不足，加以完善，对重要部分、工序的施工技术以及质量方面严格控制，让市政路桥建设向着质量高、效率快方面发展。

三、市政路桥施工技术管理与质量监督控制

（一）桥头换填方面

在进行市政路桥施工时，要依靠具有高效率机械设备把桥台台背地方的路基处理好，对石灰土进行填筑，而不必留下四周的土质，然后采取重型压路机，不经过其他处理，在台背地方运转开展碾压作业。尽管采取石灰土的方法，与采取素土的方法相比，其工程的造价费用会稍微提高，但是采取这种技术方式在确保桥台台背质量的基础上，还可以减少人为以及小型机器设备运行花费，加快施工进程，降低施工工期，对施工现场的质量水准也有所提升。因此从长远来看，依靠石灰土换填施工技术有着良好的经济效益。

（二）桥台混凝土搭板和顶层方面

建筑施工单位在开展混凝土搭板中，要严格根据有关技术标准以及设计方案需求开展立模施工的工作，还有确保混凝土表面有关坡度值与平整程度能够达到工程施工的标准。与搭板相邻桥头位置的顶层离基层项面较近，其厚度相对较小，在选取压路机进行辗压作业的时候，此部位易于被压碎变形或者产生薄饼。所以，要在市政路桥建设时，如果搭板顶面利基层顶面小于0.1m的位置，进行下层浇筑时，就需要用已经处理好的碎石基层开展凿除作业，然后选取沥青混凝土填筑、找平，此种措施能够起到确保桥台台背回填时保持高强度的作用。

（三）混凝土施工温度方面

对混凝土温度的控制就是为了避免其表面裂缝的产生，因此，就实际市政路桥工程项目施工而言，应根据有关温度控制的原则，严格控制浇筑温度，例如，如果要进行拌合操作，就应加水以降低混凝土的浇筑温度；在天气炎热时，可降低其浇筑厚度，依靠浇筑层面散发热量以使温度降低。

（四）混凝土初始养护

对混凝土初期养护技术处理步骤，就有可能因混凝土结构表面失水造成的色差以及小裂缝产生的问题，对混凝土浇筑抗拉强度以及质量有所影响。所以，在混凝土结构初期凝结中，就要强化混凝土初始养护技术以及相关技术方面质量控制工作。

按照混凝土浇筑基本参数、天气情况等方面考虑，对其各部分进行拆模工作，如果所测试的样品，在相同参数以及天气情况下能够达到有关设定以及施工技术标准的时候，才能开展后续工作，即对混凝土结构拆模工作。其模板在拆卸以后，采取适当的保护设施，例如选取塑性薄膜对其进行覆盖处理，开展初始养护工作，达到提升工程质量的目的。如果工程项目有多余的资金，就能够选取喷涂护膜的施工技术开展混凝土相关养护工作，其持续时间最好超过14h，才能达到良好的养护效果。在混凝土结构外延出现微孔以及砂带等问题时，应立即选用有效施工技术手段对其补救处理。

（五）路基面防水方面

加强路基面的防水措施，能够阻止相关水分从道路缝隙渗透至市政路桥混凝土结构中，引起其钢筋产生锈蚀等现象，还能够预防水泥混凝土结构因渗水引起胀裂导致路桥结构功能损毁的问题。

四、结论

基于以上分析论述，对市政路桥施工技术有效管理以及对其质量进行监督控制，能够提升整个施工工程项目的质量水准，这就要求，市政路桥施工建设单位严格管理施工技术，采用先进的成熟的施工技术，在预处理阶段对施工技术人员，所用建材、机器设备等做好全面而充分的准备工作，还要做好维修以及养护工作，保证市政路桥的质量。

参考文献

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[2]王久明.对市政路桥施工特点及技术控制韵研究分析[J].华东科技：学术版,2012(12)

[3]龚小贵.常见市政路桥施工中问题及解决措施[J].神州,2012(31)