真空技术_工科论文十篇

真空技术_工科论文十篇

【论文大全】导语，眼前阅读的本篇文章共有26469文字，由柳华鸣专心订正，发布于美文档！干扰是指对有用信号的接收造成损伤。抗干扰即用来对抗通讯或雷达运行的任何干扰的系统或技术 。真空技术_工科论文十篇假若你对这文章想说点什么，可以和大家一起探讨！

真空技术_工科论文 第一篇

 1、真空的发生

真空的建立常用二种方法： 

使用真空泵

使用真空发生器

一般情况下，如果真空吸盘的数量不是很多，吸盘的直径不是很大，采用喷射式真空发生器发生真空比较经济。因为喷射式真空发生器本身产生真空所需的就是一般的压缩空气，不需要另外装配其它的真空管道。但如果真空耗气量比较大的情况下，如彩色显像管制造企业，采用真空泵比较合理。

2、真空元件的选择

选择真空元件首先要考虑选真空发生方式：喷射式真空发生器或真空泵及其管道系统。真空发生的方式应根据真空吸盘的直径和数量来选择。

真空发生方式确定后，要形成真空吸盘机械装置还需要下面必不可少的元件：

真空吸盘

真空开关

真空过滤器

真空发生、真空破坏阀

真空调压阀

真空气缸

3、真空吸盘的计算

真空吸盘提升力的计算公式：

W = (P / 760) x S x t x 1.033

其中: W - 真空吸盘提升力(kgf)

  P - 真空压力(mmHg)

  S - 吸盘面积(cm2)

  T - 安全系数

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TP变频器在空气压缩机系统中的应用_工科论文 第二篇

 随着我国经济的高速发展特别是21世纪初WTO的加入，能源的安全已成为摆在我们面前的一个刻不容缓的问题。全国范围内的连续限电已向我们拉响了能源的警报。也是关系到我国经济可持续发展战略的一个重要因素。同时异常激烈的市场竞争已渗透到各行各业的每个角落中。生产型企业怎样能否有效的提高生产效率、工艺、节能降耗从而降低生产成本，保住产品优势业亦成为各厂家发展中的首要问题。据不完全统计在我国的电能的60%是被各行各业中广泛使用的风机、水泵所消耗，而空压机则占了60%中的15%左右。可想而知其年消耗量有多大。

而由于空压机是结构复杂的通用设备，运转时间长，配备电机功率较大，因而降低空压机的功耗，提高空压机的经济运行，对节能具有一定意义。尽管我们加强日常运行管理：减少泄漏、合理润滑、定期维护，但是共蕴藏的节能潜力远未被挖掘出来。下面就作简单。

我们通常使用的都是活塞式空压机，活塞在气缸内作往复运行，周期性地改变缸内的容积，从而使气缸内气体容积发生变化，并与气缸内气阀作相应的开闭动作配合，通过吸气、压缩、排气等动作，将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。

首先，空压机的驱动轴上所需要的轴功率，与排气压力、空压机转速有直接的关系，也就是说，在实际运行中，由于压缩空气的使用随时在变化，空压机并不经常在额定工况下运行，而空压机排气压力的高低则直接影响到实际轴功率的大小。排气压力越高，所需轴功率也越大。试验证明满负载时，空压机的输入电流（功率）与排气压力的关系符合图2曲线与关系式。

 其次，为满足用气量的随时变化要求，储气罐内气体必须保持一定的压力，我厂滤池运行压力为0.65-0.80MPA，目前大多数空压机均采用切断进气的调节方式来改变排至储气罐的气量。对于空压机气量的供求关系表现为排气压力的变化，空压机排气量正好满足生产用气量要求时，储气压力保持不变，若能维持这种状态当然最佳，但实际上用气量是随时变化的，而且设计冗余量较大，所以空压机排气量都要大于用气量，如果空压机仍恒速运转，则储气罐内的气体越积越多，当罐内压力上升达到设定压力时，一般采用两种办法：一种是空压机卸荷运行，不产生压缩气体，电动机处于空载运转，其用电量仍为满负载的30-60%，这部分电能被白白浪废掉。另外一种办法是停止空压机运行，这样似乎空压机空转或不断放空所浪费的电能被消除了，但是若无容积较大的储气罐，将会带来电动机的频繁启动，空压机的空载启动电流大约是额定电流的5-7倍，对电网及其它用电设备冲击较大，同时使空压机的使用寿命也会缩短。

综上所述，由于空压机可以在保证生产所需要的最低压力下运行，电机输入功率大大下降，辅以压力闭环控制，实现空压机的供气压力—转速的动态匹配，减少了电机的实际输入功率，达到节能目的。即电机的转速由供气压力来控制，压缩机需要多大的功率，电机就输出多大的功率，而不必做无用功，从而取得良好的节能效果，节能的第二方面是空压机停止了空转，电机不存在轻载运行，这部分能量很可观。

相应带来的其它好处是：供气压力稳定，通过压力调节器，可使空压机保持在设定的压力值下工作，压力稳定可靠性高，而且压力可以无级设定，随时可调。电机实现软启动，压缩机的使用寿命及检修周期都将得到大大延长。空压机排气量由空压机的转速来控制，气缸内气阀片不再反复地开启和关闭，阀座、弹簧等工作条件大大改善，避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击，维修工作量减少。

示例1、以下为某水厂的空压机运行状况：

自来水厂的每日供水量随季节天气的变化而不同，一日之随每时的供水量也随时间昼夜而有别。水厂的供水量始终处于动态的变化之中，滤池的运行数量也在不断地改变。水厂滤池总数为32格，进水闸板、排水闸板、反冲气蝶阀、反冲水蝶阀与出水蝶阀都采用气动控制，以四台空压机（两用两备）组成的空压站供给气源。以下是滤池空压站节能效果的测算：（空压机配用电机Pe=11KW，Ie=22.3A，Ue=380V）

1.1 只运行—组滤池（16格）

现场实测：只开启一台空压机，卸荷时运行电流为11A，电压为400V，功率因数约为0.85，消耗有功功率：P＝ 3×400×11×0.85＝6477.68W＝6.4777KW

载荷—卸荷时间比为8：6，那么一年一台空压机卸荷运行所需电能为：

W＝P×24×365×6÷14＝24319.06kWh

1.2 一组滤池全部投运，另一组运行4格（共20格）

现场实测：只开启一台空压机，这时空压机不再有卸荷运行，储气罐压力为0.65MPA，输入电流为20A，没有做无用功。

1.3 两组滤池全部运行（32格）

必须将两台空压机全部投入运行，这时运行情况与1类似。

1   空压机变频调速的实现方案

根据现场情况，目前控制滤池气动阀共有四台（两用两备）空压机，型号相

同。选用一台TP变频器轮换去驱动两台空压机，这样在运行两台时，一台调速一台定速；再辅以适当的控制功能，实现整个空压站的恒压自动控制，该系统可以根据储气罐压力的变化，自动调节空压机的转速和空压机的运转台数。

该系统自动化程度高，运行方式合理，不到一年时间就能收回投资。当然，

空压机采用了变频调速后，对空压机正常运行有无影响应该注意，首先是润滑问题，其实空压机转速越低，吸、排气压力差越小，润滑油耗量也就越小，即所谓“低转速，低润滑”。

变频器性能要求：

1、由于空压机同时具备了变转矩负载和恒转矩负载的特性。所以我们选用了德国原装的TP2200A系列变频器，它的过载特性最高可达电机额定电流的200%，IGBT的极限电流为额定电流的6倍。全面的电机保护功能保证空压机的长期无故障运行。且由于其唯一的出厂24个月保质期最大限度的保护用户利益。

2、TP2200变频器采用多种控制模式包括磁场定向矢量控制、直接转矩控制等，可以保证变频器足够的转矩输出。

3、TP2200变频器内置PI功能，可以直接输入压力便于压力闭环控制。

4、TP2200可以在0℃-55℃中的环境温度无障碍运行（一般空压机安装场合温度较高）；甚至可以在海拔4000M的高原地区正常使用；可在320V到528V之间，宽电压运行；

总之TP2200系列变频器在各行各业中，特别是对变频器性能、功能要求较高的场合已逐渐得到广泛的应用，以上案例仅为抛砖引玉。我们相信在不久的将来，TP系列变频器将成为中国电气传动领域的重要一员。

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冲床改造项目介绍_工科论文 第三篇

机床类型：数控冲床 

----控制方式：凸轮方式 

----制造厂商：德国HAAR公司

----原机床控制系统：SIEMENS工控机

----现机床控制系统：SIEMENS 840D数控系统

----现驱动系统： SIEMENS 611D

----该机床是该制盖容器有限公司1988年从香港买进，改造之前已运行将近十年，由于控制系统不稳定，又无备件，因此决定改造。双方商定将原机床所用数控系统和驱动系统全部去掉，采用SIEMENS的840D数控系统及611D驱动系统。

----该机床用于生产易拉罐上盖，使用铝合金材料，共有x、Y及主轴三个轴。x、Y轴用来定位铝片，主轴用来控制冲头，冲头上有七个模具，即每冲一次产生七个盖子，由于铝质材料薄且轻，所以该机床控制方式与普通冲床相比有其特殊性，归纳如下：

冲头位置判断采用绝对位置编码器，而不是机械凸轮或感应开关。用于确定冲头的位置，决定送料时刻、吹气时间、是否有盖子通过以及下模润滑时间。

当上下模离开时，七个模具旁的气嘴必须同时吹气，将盖子吹走，同时系统必须确认盖子是否已被吹走，如果没被吹走，必须立即停机，否则模具将被损坏。随着主轴速度的提高，对系统控制时间的要求越严。此功能称为掉盖模具保护功能。

盖子被吹出后，通过接盖槽进入下一道工序。由于接盖槽有时会阻塞，因此系统必须及时作出反应，避免模具损坏。此功能称为塞盖模具保护功能。

冲压速度为150～200次/分。

吹气时间及时机必须准确，否则将出现盖子不能掉入接盖槽或盖子不能被吹出，造成机床加工经常中断，从而影响生产效率。

下一道工序出现故障时，机床必须自动停止加工，当故障消除时，机床能自动重新启动。

----本项目的难点在于模具保护。由于盖子很轻，每冲一次产生七个盖子，由于气流的不稳定性，导致盖子通过检测部位的时间不一致，而检测时间是有限的，大约50毫秒。为了保证检测的准确性，采用了单独的PLC单元专门负责过盖检测，然后将检测结果反馈给数控系统。经实际运行表明该项目是成功的，达到了预期效果，同时为今后此类机床的改造积累了宝贵的经验。

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传感器技术在生产实践中的研究与应用_工科论文 第四篇

随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。可以说，测试技术与自动控制水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。

传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。

 具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。

传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的过高的精度要求对某种使用也无太大意义，过宽的范围度也会使测量精度降低，而且会造成成本过高及增加工艺上的困难，因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。为此，在研究高精度传感器的同时，必须重视可靠性和稳定性的研究。目前，包括床暗器的研究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术，已逐渐形成了一门相对的专门学科。

一般情况下，由于传感器设置的场所并非理想，在温度、湿度、压力等效应的综合影响下，可引起传感器零点漂移和灵敏度的变化，已成为使用中的严重问题。虽然人们在制作传感器过程中，采取了温度补偿及密封防潮的措施，但它与应变片、粘帖胶本身的高兴能化、粘帖技术的精确和熟练、弹性体材料的选择及冷、热加工工艺的制定均有密切的关系，哪一方面都不能忽视，都需精心设计和制作。同时，还须注意传感器的安装方法，支撑结构的设置，如何克服横向力等问题。

作为一次仪表的传感器通常由敏感元件与转换元件组成。

转换元件就是精密的电桥。因此，测力秤重用电阻应变式传感器主要由弹性体、应变片、粘帖胶及各种补偿电阻构成。他的稳定性也必然是由这些元件的内、外因的综合作用所决定。本文就此问题进行探讨，谈些粗浅看法，与同行商榷。

首先是弹性元件。弹性元件一般是由优质合金钢材及有色金属铝、铍青铜等加工成型，影响弹性体稳定性，主要是它经各种处理后的金相组织及残余应力。考虑到应力释放时的相互平衡关系及弹性体结构形式的约束，要想让残余应力释放，就要进行时效处理，这在实际中若采用自然时效法，则释放缓慢、周期长，常常是不可取的，需要人为缩短时间，一般要消除弹性体表面残余应力的方法是：做真空回火处理和疲劳式脉动处理及共振。这样可大幅度地降低残余应力，在短时间内完成通常的长时间的自然时效，使组织性能更为稳定。

其次，是应变片和粘接胶。影响应变片稳定性的是箔材本身，制造应变片的电阻合金种类很多，其中以康铜合金使用最广，它有较好的稳定性，高的疲劳寿命及小的电阻温度系数，是理想的丝栅制造材料。此外，制造应变片过程中应消除不良影响而造成的不稳定性。如：丝栅与基底胶的粘接强度，应变片与弹性体间的粘帖强度，基底胶内应力的释放等等，都是不稳定因素。另外，应变片的粘帖，也是非常关键的要素之一，这一工作的好坏，直接影响胶的粘接质量，乃至测量精度，如果帖片不严格，技术不熟练，即使使用最好的应变片也无济于事。

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我国促进自主创新的人才战略_金融证券论文 第五篇

自主创新，已成为我国当务之急。人才是自主创新的关键。要积极主动地充当自主创新的战略规划者、推动者，营造良好的创新环境，有力地去创造真正能体现人尽其才，才尽其用的客观环境，以吸引为实行自主创新战略所需的有用之才，通过招商引资与引才借智紧密结合、通过请进来，走出去等多途径广泛聚集人才。

[关键词]自主创新；研发性投资；高科技俱乐部；人才战略

目前我国科技人才的资源总量位居世界前列，但创新人才匮乏。人才是具有高增值性和惟一具有能动性的资源，是创新之本。要提高自主创新能力，就要想方设法发现人才、培养人才、吸引人才和稳定人才，让人才的创造性得到最大程度的发挥。

一、要鼓励跨国公司研发性投资，重视学习吸收创新型人才培养

在强调自主创新的今天，原始创新、集成创新固然重要，但消化吸收创新更不可忽视。我国自主创新人才数量不足，素质不高，创新意识不强，创新能力有限。而发达的资本主义国家，资金雄厚，汇集全球的顶尖人才，鼓励创新，在几百年的发展历程中积累了丰富的创新经验。我们鼓励研发性投资企业在我国投资，学习他们成功的经验，拿来为我所用，同时在学习的基础上注重消化吸收。惟有如此，才能寻求捷径，少走弯路，才能尽快培养我国的自主创新研发人才。

我国要鼓励和吸引跨国公司的研发性投资。为其进行研发投资创造良好的法律环境和政策环境。加快与跨国公司研发性投资有关的法律规章的修订与完善工作，取消外商投资中对研发性投资等方面不合理的要求与规定，降低跨国公司进入的各种交易成本，加大对跨国公司的政策宣传力度，增强对跨国公司研发性投资的吸引力。以此来把握研发全球化的发展趋势。例如，日本坚持以消化吸收创新为主的技术政策，在战后30年实现了产业结构不间断的优化升级，成为经济大国。韩国走的也是消化吸收创新的道路，同样取得了成功。我国改革开放以来的实践，很大程度上走的也是引进技术消化吸收创新的路线。我们要总结我们自己的成功经验，完善引进技术的消化、吸收和再创新机制，把自主创新与技术引进、消化和吸收有机结合起来，努力实现在引进基础上的创新，促进我国产业结构持久性优化升级。

二、要重视并充分利用归国高科技人才资源优势

归国高科技人才拥有独特的优势，拥有在国外知名大学学习的经历，理论功底深厚，学识渊博；拥有学科前沿知识，能站在全球前沿领域探讨前沿问题；拥有多国工作的经历，了解多国的知识与技术，视野开阔：在发达的资本主义国家学习与工作，重视能力的氛围，促使他们具备创新思想与创新意识，拥有竞争能力与实力，由于他们具备了上述素质，因此，他们能为企业创新发展献计献策，亦能成为创新的主力军。如果拥有了这些人才，就能带来一个甚至一批具有自主知识产权的高科技项目，他们是宝贵的人力资源。

如今，“海归派”变成“海待派”，我国没有充分重视这一群体的作用，应积极创造条件，为他们提供发展、创新的空间。国家、地区以及有条件的企业，重视创建留学生创业园，吸纳海外留学人员回国创业。通过留学生创业园创办，吸引留学生在高科技如计算机软件、绿色新型产品、生物医学等领域作研究，或创办企业。在创业园要创造良好的环境，组织科技周、企业家沙龙、专题讲座等各种科普活动，为科技人员交流信息牵线搭桥，促进企业科技创新活动。

重视归国科技人才，要建立良好的人才机制。要制定一系列引智政策，尤其是对于一些国内急需、领先国内或国际的技术项目给予特殊优惠政策和资金支持，让他们感觉到国家对他们的重视和尊重。通过多种激励措施，调动其积极性，确保自主创新动力长盛不衰。依靠人才机制来实现自主创新目标。按市场经济规律，建立强大的人才库，实行课题招标、科技成果奖励、技术入股等一系列激励制度，使归国科技人才享受到科技成果转化为经济成果带来的利益，特别是对在园区高新技术企业发展中做出突出贡献、创造巨大经济效益的高级人才给予重奖，以此来鼓励他们创新的热情，取得更大的成绩。

三、要引导企业通过请进来，走出去，合作获得创新人才

韩国用了短短40余年时间，以相当于我国4％的人口和1％的国土面积，创造出相当于我国2／5的经济总量，一举跻身于中等发达国家之列，正积极筹划跨入发达国家门槛，力争实现在未来10年内进入世界科技八强和经济十强的发展目标。他们创新发展过程中的经验是，引进吸收、大胆创新、积极合作、敢于冒险。这些值得我们学习借鉴。

我国许多成功的企业，都有引进来、走出去的经历，如聘请国外相关领域的专家，帮助做消化吸收工作，使其较快地掌握核心技术，解决相关问题，带领、培育技术创新人才。有条件的企业，在国外建立自己的研发机构，充分利用国外国际化的人力资源，进行创新。海尔、格兰仕是最好的例证，华为在全球亦有11个研发中心。自主创新并不是闭门造车。发达的信息社会和开放的全球环境，为我们提供了追赶世界先进水平的有利条件。奇瑞作为我国自主创新的一面旗帜，它的经验，就是充分利用了全球化资源，与世界最优秀的研发机构联合合作，以我为主，为我所用，与世界先进水平的研发机构的联合研发，迅速造就了一支自己的研发队伍，对企业的创新，占领技术制高点，无疑起到重要的作用。

四、充分利用大学资源，走产学研之路

技术创新成果来源于知识创新成果，知识创新成果来源于基础研究，高校学科门类齐全，基础研究力量雄厚，由于学科交叉和相互融合，不断衍生出新思维、新理念、新设计，爆发出新的科技生产力。据国际权威机构调查，世界上70％以上的高科技成果与高校有关，世界上83．6％的科技园是依托高校而建或与高校建立了紧密型联系。据江苏省经贸委统计，20xx年全省工业企业开发的省以上新产品80％是通过产学研合作开发的，关键技术均来自高校或科研单位，而企业自主开发的只占20％。高校和科研院所是专门从事科学研究的，与他们进行合作既能弥补企业自身科研能力的不足又能缩短创新周期，提高自主创新的成功率。

要重视创新园区的建设。凡在研究型大学聚集地如、上海、南京、武汉、西安等按硅谷模式结合中国实际建设重点大学科技园区。研究型大学具有较强的科研力量，依托大学科技园、博士后流动工作站、博士后创业中心的科研、人才、信息等优势，通过大学与园区内的企业之间的良性互动，加快信息、知识、人才的交流，既可以提高科研成果的商品化率，又可以提高园区内企业自主创新的能力。

美国通过研究项目和采购合同影响科研机构的研发活动：通过制定投资和技术标准，减少研发中的盲目性。美国四所一流的研究型大学加州大学伯克利分校、哈佛大学、麻省理工学院和斯坦福大学的合作研究中心，是其中较为成功的合作范例。

五、参与国际高科技俱乐部的一些重大活动

当今世界全球性的技术竞争不断加剧，企业技术创新面对的技术问题越来越复杂，研发成本呈上升之势，研发风险亦加剧，技术的综合性和集群性越来越强，尤其是高技术，即使是技术力量雄厚的企业也会面临技术资源短缺的问题。为此，发达国家间为取得互补，常通过双方或多方合作来研制开发高新技术产品，共享技术创新的成果，渗透世界市场。通过参与合作可实现技术学科与领域之间的互补，使具有符合需要的研发资源聚集在一起，共同实现创新目标；通过参与合作亦可缩短收集资料、信息的时间，提高技术创新速度。有利于以较低的转换成本进入新的领域，分摊创新成本和分散创新风险。我国要积极参与国际舞台各种各样的科技活动，充分利用这一创新平台提高创新能力。参与的过程既是学习的过程，也是创新人才培养和锻炼的过程。如深圳最近成立的深圳高科技投资基金俱乐部，其成员有荷兰ING霸菱(中国)投资基金、法国苏伊士(亚洲)投资基金、美国华登(中国)投资基金、美国国际数据网络投资公司以及宝等6家风险投资机构。将海外风险基金的成功运作模式、管理经验引进到深圳和中国大陆其他地区，对培育中国高新科技风险投资市场具有重要意义。

六、要鼓励企业积极倡导学习型组织，以培养人才

学习型组织的管理理念是美国著名管理学家彼得，圣吉在《第五项修炼学习型组织的艺术与实务》中提出来的。学习型组织是指培养整个企业的学习气氛，充分发挥员工的创造性思维能力，而建立起来的一种有机的、高度柔性的、横向网络型的、符合人性的、能持续创新发展的组织。通过学习型组织的创建，为员工学习、提高构建一个好的基础平台，员工之间可实现知识共享。在学习型组织中的每个成员，摊出心中的假设，引导员工畅所欲言，自由交流，员工在开放交流中相互学习，相互借鉴，相互促进，共同提高。学习型组织的建立也可促进显性知识的集成，隐性知识向显性知识转化。尤其隐性知识是组织极其宝贵的财富，但现实中难以挖掘，通过交流平台的搭建，员工在交流中相互传递知识，思想的碰撞会产生新的思想，新的观点，因而促使员工素质不断提高。学习型组织的创建是培养人才的捷径。

提高自主创新能力，需要知识作基础。创新需要形成良好的知识共享、相互促进的氛围。创新需要围绕组织的战略目标，发挥团队的共同智慧。因此，致力于创新的企业都要形成学习的氛围，努力把企业办成学习型组织，在良好的学习氛围中培植创新的活力。

变频器应用中的干扰及其抑制_工科论文 第六篇

 河南职业技术师范学院  李国厚

Li Guohou

摘要:变频器在工业生产中的应用越来越广泛，其干扰问题日益引起人们的重视。本文主要介绍了变频器应用系统中干扰产生的来源及其传播途径，提出了抗干扰的实际解决方法，阐述了在变频器应用系统设计和安装中抑制干扰的具体措施。

关键词:变频器   干扰   抑制

Abstract:The application of the inverters in the industrial production is becoming more and

more universal，and its interface is being paid much attention.The source and spreading route in the

application system of the inverter are introduced in this paper，some practical resolvents are put forward，and the concrete measures in the system design and installment are expounded.

Key words：Inverter  Interface  Restrain

[中图分类号]TN973    [文献标识码]B    文章编号 1561-0330(20xx)06-00

1  引言

变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。它以很好的调速、节能性能，在各行各业中获得了广泛的应用。由于其采用软启动，可以减少设备和电机的机械冲击，延长设备和电机的使用寿命。随着科学技术的高速发展，变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，如变频调速在供水、空调设备、过程控制、电梯、机床等方面的应用，保证了调节精度，减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益，但随之也带来了一些干扰问题。现场的供电和用电设备会对变频器产生影响，变频器运行时产生的高次谐波也会干扰周围设备的运行。变频器产生的干扰主要有三种：对电子设备的干扰、对通信设备的干扰及对无线电等产生的干扰。对计算机和自动控制装置等电子设备产生的干扰主要是感应干扰；对通信设备和无线电等产生的干扰为放射干扰。如果变频器的干扰问题解决不好，不但系统无法可靠运行，还会影响其他电子、电气设备的正常工作。因此有必要对变频器应用系统中的干扰问题进行探讨，以促进其进一步的推广应用。下面主要讨论变频器的干扰及其抑制方法。

2　变频调速系统的主要电磁干扰源及途径

2.1　主要电磁干扰源

电磁干扰也称电磁骚扰 （EMI），是以外部噪声和无用在接收中所造成的电磁干扰，通常是通过电路传导和以场的形式传播的。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波会对同一电网的其他电子、电气设备产生谐波干扰。另外，变频器的逆变器大多采用PWM技术，当其工作于开关模式并作高速切换时，产生大量耦合性噪声。因此，变频器对系统内其他的电子、电气设备来说是一个电磁干扰源。另一方面，电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变，从而对电网中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电；浪涌、跌落；尖峰电压脉冲；射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制线也会干扰变频器的正常工作。

2.2　电磁干扰的途径

变频器能产生功率较大的谐波，对系统其他设备干扰性较强。其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的，主要分电磁辐射、传导、感应耦合。具体为：①对周围的电子、电气设备产生电磁辐射；②对直接驱动的电动机产生电磁噪声，使得电动机铁耗和铜耗增加，并传导干扰到电源，通过配电网络传导给系统其他设备；③变频器对相邻的其他线路产生感应耦合，感应出干扰电压或电流。同样，系统内的干扰通过相同的途径干扰变频器的正常工作。下面分别加以。

（1）电磁辐射

变频器如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度、装置的等效辐射阻抗以及干扰源的发射频率。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载，它所产生的谐波对接入同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。变频器的逆变桥大多采用PWM技术，当根据给定频率和幅值指令产生预期的和重复的开关模式时，其输出的电压和电流的功率谱是离散的，并且带有与开关频率相应的高次谐波群。高载波频率和场控开关器件的高速切换（dv/dt可达1kV/μs以上）所引起的辐射干扰问题相当突出。

当变频器的金属外壳带有缝隙或孔洞，则辐射强度与干扰的波长有关，当孔洞的大小与电磁波的波长接近时，会形成干扰辐射源向四周辐射。而辐射场中的金属物体还可能形成二次辐射。同样，变频器外部的辐射也会干扰变频器的正常工作。

（2）传导

上述的电磁干扰除了通过与其相连的导线向外部发射，也可以通过阻抗耦合或接地回路耦合将干扰带入其它电路。与辐射干扰相比，其传播的路程可以很远。比较典型的传播途径是：接自工业低压网络的变频器所产生的干扰将沿着配电变压器进入中压网络，并沿着其它的配电变压器最终又进入民用低压配电网络，使接自民用配电母线的电气设备成为远程的受害者。

（3）感应耦合

感应耦合是介于辐射与传导之间的第三条传播途径。当干扰源的频率较低时，干扰的电磁波辐射能力相当有限，而该干扰源又不直接与其它导体连接，但此时的电磁干扰能量可以通过变频器的输入、输出导线与其相邻的其他导线或导体产生感应耦合，在邻近导线或导体内感应出干扰电流或电压。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现，这与干扰源的频率以及与相邻导体的距离等因素有关。

3　抗电磁干扰的措施

据电磁性的基本原理，形成电磁干扰（EMI）须具备电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统等三个要素。为防止干扰，可采用硬件和软件的抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施，一般从抗和防两方面入手来抑制干扰，其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统对干扰的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。

（1）隔离

所谓干扰的隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中，通常是在电源和放大器电路之间的电源线上采用隔离变压器以免传导干扰，电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。

（2）滤波

设置滤波器的作用是为了抑制干扰从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少电磁噪声和损耗，在变频器输出侧可设置输出滤波器。为减少对电源的干扰，可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备，可在电源线上设置电源噪声滤波器，以免传导干扰。

（3）屏蔽

屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏。输出线最好用钢管屏蔽，特别是以外部控制变频器时，要求线尽可能短（一般为20m以内），且线采用双芯屏蔽，并与主电路及控制回路完全分离，不能放于同一配管或线槽内，周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效，屏蔽罩必须可靠接地。

（4）接地

实践证明，接地往往是抑制噪声和防止干扰的重要手段。良好的接地方式可在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。变频器的接地方式有多点接地、一点接地及经母线接地等几种形式，要根据具体情况采用，要注意不要因为接地不良而对设备产生干扰。

单点接地指在一个电路或装置中，只有一个物理点定义为接地点。在低频下的性能好；多点接地是指装置中的各个接地点都直接接到距它最近的接地点。在高频下的性能好；混合接地是根据频率和接地线长度，系统采用单点接地和多点接地共用的方式。变频器本身有专用接地端子PE端，从安全和降低噪声的需要出发，必须接地。既不能将地线接在电器设备的外壳上，也不能接在零线上。可用较粗的短线一端接到接地端子PE端，另一端与接地极相连，接地电阻取值<100Ω，接地线长度在20m以内，并注意合理选择接地极的位置。当系统的抗干扰能力要求较高时，为减少对电源的干扰，在电源输入端可加装电源滤波器。为抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数，可在变频器输入端加装交流电抗器，选用与否可视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网允许的畸变程度而定，一般情况下采用为好。为改善变频器输出电流，减少电动机噪声，可在变频器输出端加装交流电抗器。图1为一般变频调速传动系统抗干扰所采取措施。

以上抗干扰措施可根据系统的抗干扰要求来合理选择使用。若系统中含控制单元如微机等，还须在软件上采取抗干扰措施。

（5）正确安装

由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10℃，最高温度不超过50℃；变频器的安装海拔高度应小于1000m，超过此规定应降容使用；变频器不能安装在经常发生振动的地方，对振动冲击较大的场合，应采用加橡胶垫等防振措施；不能安装在电磁干扰源附近；不能安装在有灰

产业用无刷直流电机_工科论文 第七篇

 Brushless  DC  Motor  in  Industry  Application

唐山普林依托永磁电机有限公司 戴政耀 

深圳依托普林电力电子有限公司 赵泉勇

Dai Zhengyao  Zhao  Quanyong

摘  要: 无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本产品已经生产超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。

. 关键词:无刷直流电机  永磁同步电机   直流变频   钕铁硼

Abstract: Brushless direct current motor has the same dc motor output characteristics, also

named BLDC. BLDC have higher output torque in low speed, higher efficiency and better

speed precision than any control modes of frequency converter drives. This chapter

introduce capacity up to 400kW for the industrial application.

Key words:Brushless direct current motor  Permanent magnetic synchronous motor 

BLDC NdFeB

TM921   [文献标识码]B    文章编号 1561-0330(20xx)06-00

1 无刷直流电动机简介

无刷直流电动机的学名叫“无换向器电机”或“无整流子电机”,是一种新型的无级变速电机,它由一台同步电机和一组逆变桥所组成,如图1所示。它具有直流电机那样良好的调速特性,但是由於没有换向器,因而可做成无接触式,具有结构简单,制造方便,不需要经常性维护等优点,是一种现想的变速电机。

在工作原理上有二种不同的工作方式：

(1)直流无刷电机:又称“无换向器电机交一直一交系统”或“直交系统”,如图1所示。是将三相交流电源整流后变成直流，再由逆变器转换成频率可调的交流电,但是,注意此处逆变器是工作在直流斩波方式。

(2)交流无刷电动机:它是利用交-交变频器向同步机供给交流电。

（插图1）

无刷直流电动机Brushless Direct Current Motor ,BLDC,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料;产品性能超越传统直流电机的所有优点,同时又解决了直流电机碳刷滑环的缺点,数字式控制,是当今最理想的调速电机(参考下列美国能源部针对各种不同调速电机效率比较图).

本产品具有高效率,高转矩,高精度的三高特点;同时具有体积小,重量轻,可作成各种体积形状,是当今最高效率的调速电机,与传统直流有刷电机比较,或与交流变频调速比较均有更好的性能;在牵引电机电瓶车EV行业,取代传统直流有刷电机时除可以达到更高效率,更高激活转矩等特性外,由于采用方波驱动,让铅酸蓄电池有时间修补电极板,可以延长蓄电池的寿命,提高约1.3倍的电池容量,综合效率约可提高一倍左右的电池容量,大大的改善了电瓶车的性能.

无刷直流电动机在先进国家已大量应用于军事、信息业(IT)、办公设备(OA)、家电业(HA)、DIY手动工具、伺服系统、电动汽车、电瓶车、磁旋浮列车等;经过本公司十多年的研究开发,目前生产容量已经达75kW,设计容量可达315kW,可以满足产业自动化及流体机械、空调机械的节电驱动应用.

无刷直流电动机具有上述的三高特性,非常适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动;其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高,性能价格比更好,是现代化调速驱动的最佳选择。

由于本产品具有弹性的尺寸及不同的电气特性,除通用型G系列,高激活转矩M系列外,每一种行业的应用都不尽相同,因此用户订货前必须提出电气特性与机械尺寸的要求，图2示士出永磁无刷直流电动机与异步电动机变频变压的机械特性比较。

图2  机械特性比较图

1     异步电动机变频变压2     永磁无刷直流电动机（BLDCM）

注：BLDCM可在≤Mmax负载转矩下起动，可在MN≤M≤Mmax负载下短时运行，可在≤MN下长时运行。

美国能源部对各种驱动电机效率的比较，如图3所示

图3   美国能源部对各种驱动电机效率的比较

2-无刷直流电动机的工作原理

2.1 基本工作原理

无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。而转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器和正反转，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。

无刷直流电动机的原理简图如图4所示：

主电路是一个典型的电压型交—直—交电路，逆变器提供等幅等宽5-26KHz调制波的对称交变矩形波。

永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差1200的U、V、W方波，结合正/反转产生有效的6状态编码：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1—T4导通、T1—T6导通、T3—T6导通、T3—T2导通、T5—T2导通、T5—T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1—T6功率管即按固定组合成6种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动600电角度，转子跟随定子磁场转动相当于600电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进600电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。

无刷直流电动机的工作原理简图

2.2 无刷直流电动机的电磁转矩

无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。

由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流—转矩特性。

电动机的转矩正比于绕组平均电流：

Tm=KtIav    （N·m）                     (1)

电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度：

ELL=Keω    （V）                (2)

所以电动机绕组中的平均电流为：

Iav=（Vm-ELL）/2Ra    （A）           (3)

其中，Vm=δ·VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩：

Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）

Kt、Ke是电动机的结构常数，ω为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的ω时，改变占空比δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。

无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值为+5V对应的最高转速：Vc（max）ón max，那么，+5V以下任何电平即对应相当的转速n，这就实现了变速设定。

当Vc设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转速低于指令转速时，反馈电压Vfb变小，调制波的占空比δ就会变大，电枢电流变大，使电动机产生的电磁转矩增大而产生加速度，直到电动机的实际转速与指令转速相等为止；反之，如果电动机实际转速比指令转速高时，δ减小，Tm减小，发生减速度，直至实际转速与指令转速相等为止。可以说，无刷直流电动机在允许的电网波动范围内，在允许的过载能力以下，其稳态转速与指令转速相差在1%左右，并可以实现在调速范围内恒转矩运行。

由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体，所以不象异步机那样需要从电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通，其转子上既无铜耗又无铁耗，所以效率比同容量异步电动机高10%左右，一般来说，无刷直流电动机的力能指针（ηcosθ）比同容量三相异步电动机高12%-20%。

2.3 与异步电动机的比较

. 由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调速下重载启动的同步电动机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。

中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）材料。

虚拟制造技术的相关概念及其应用_工科论文 第八篇

 摘要：阐述了虚拟制造产生的背景、定义、特点和分类，并对它的应用和前景作了探讨．

关键词：虚拟制造；先进制造模式；数字化模型

1　前言

制造业为了在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须能够更好地满足市场所提出的T、Q、C、S要求，即要以最短的产品开发周期(Time)，最优质的产品质量（Quality），最低廉的制造成本（Cost）和最好的技术支持与售后服务（Service）来赢得市场与用户．面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性．

为了提高竞争能力，企业应当能够对市场需求的变化作出快速敏捷的反应，并及时地对自身的生产作出合理的调整与重新规划．计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为实现这一目标提供了强有力的支持．基于这些因素，90年代中有许多新概念、新观点应运而生，虚拟制造（VirtualManufacture)就是其中之一，它代表了一种全新的制造体系和模式．在虚拟制造中，产品开发是基于数字化的虚拟产品开发方式（VirtualProductDevelopment），以用户的需求为第一驱动，并将用户需求转化为最终产品的各种功能特征．VPD保证了产品开发的效率和质量，提高了企业的快速响应和市场开拓能力．

2　虚拟制造的定义及特点

对虚拟制造的研究还处于不断的深入、细化之中，国际上尚没有对其作出一个统一的公共定义．不同的研究人员从不同角度出发，给出了各具特点的描述，其中有代表性的包括以下几种：

Kimura的定义为：虚拟制造是指通过对制造知识进行系统化组织与，对整个制造过程建模，在计算机上进行设计评估和制造活动仿真．他强调通过用虚拟制造模型对制造全过程进行描述，在实际的物理制造之前就具有了对产品性能及其可制造性的预测能力．

LawrenceAssociates则认为，虚拟制造是一个集成的、综合的可运行制造环境，其目的是提高各个层次的决策与控制．

美国Wright空军实验室则对虚拟制造作出了如下定义：虚拟制造建立在计算机建模、和仿真技术的基础之上，它是对这些技术的综合应用．这种综合应用增强了各个层次的设计制造、生产决策与控制能力．

从这些定义可以看出，虚拟制造涉及到多个学科领域，是对这些领域知识的综合集成与应用．计算机仿真、建模和优化技术是虚拟制造的核心与关键技术．可以认为，虚拟制造是对制造过程中的各个环节，包括产品的设计、加工、装配，乃至企业的生产组织管理与调度进行统一建模，形成一个可运行的虚拟制造环境，以软件技术为支撑，借助于高性能的硬件，在计算机局域/广域网络上，生成数字化产品，实现产品设计、性能、工艺决策、制造装配和质量检验。它是数字化形式的广义制造系统，是对实际制造过程的动态模拟．所谓“虚拟”，是相对于实物产品的实际制造系统而言的，强调的是制造系统运行过程的计算机化．

由于计算机软硬件技术和网络技术的广泛应用，虚拟制造具有以下几个特点：

（1）无须制造实物样机就可以预测产品性能，节约制造成本，缩短产品开发周期．

（2）产品开发中可以及早发现问题，实现及时的反馈和更正．

（3）以软件模拟形式进行产品开发．

（4）企业管理模式基于Intranet或Internet,整个制造活动具有高度的并行性．

3　虚拟制造的种类

广义的制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配，还包含了对企业生产活动的组织与控制．从这个观点出发，可以把虚拟制造划分为三类：以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造．

3.1　以设计为中心的虚拟制造

以设计为中心的虚拟制造强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与、优化，进行产品的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的和可装配性，以获得对产品的设计评估与性能预测结果．

3.2　以生产为中心的虚拟制造

以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程及其组合进行优化．它对产品的“可生产性”进行与评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策．

3.3　以控制为中心的虚拟制造

以控制为中心的虚拟制造是将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制．以上三种虚拟制造分别侧重于制造过程的不同方面．但它们都以计算机建模、仿真技术为一个重要的实现手段，通过对制造过程进行统一建模，用仿真支持设计过程、模拟制造过程，进行成本估算和生产调度．

4　虚拟制造的应用

虚拟制造在工业发达国家，如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域，美国处于国际研究的前沿．福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经应用了虚拟制造技术，大大缩短了产品的发布时间。波音公司设计的777型大型客机是世界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机．它的设计成功已经成为虚拟制造从理论研究转向实用化的一个里程碑．

在我国，清华大学、航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了这一领域的研究工作．当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情，进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真，主要是研究如何生成可信度高的产品虚拟样机，在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性．在对产品性能具有高科技含量要求的行业中，如航空航天、军事、精密机床、微电子等领域，随着研究的不断深入和相关技术的发展，虚拟制造必将得到日益广泛的应用．

5　结论

基于产品的数字化模型，应用先进的系统建模和仿真优化技术，虚拟制造实现了从产品的设计、加工、制造到检验全过程的动态模拟，并对企业的运作进行了合理的决策与最优控制．虚拟制造以产品的“软”模型（SoftPrototype）取代了实物样机，通过对模型的模拟测试进行产品评估，能够以较低的生产成本获得较高的设计质量，缩短了产品的发布周期，提高了企业生产效率．企业的生产因为虚拟制造技术的应用而具有了高度的柔性化和快速的市场反应能力，因而市场竞争能力大大增强．作为一种先进的制造模式，虚拟制造的应用范围必然会不断扩大，给更多的企业带来更大的收益．

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机械工业中的绿色制造技术_工科论文 第九篇

一、绿色制造的提出

在人类即将跨入２１世纪的今天 ,当微电子技术、大规模集成电子技术和机械工业相结合 ,从而使古老的机械工业蓬勃发展的同时 ,却产生了对能源和原材料的巨大消耗和浪费及对生态环境的日益破坏 ,使得全世界的技术人员和环保人士都在全力解决此类问题 ,美国、日本、德国等发达国家在这方面都取得了不少成果。我国对该领域已经开始重视起来。目前机械制造工业存在的主要问题有 :

（１）废旧或闲置设备回收和再利用率较差这在旧机床处理方面问题尤为突出 ,我们的许多工厂常见的场景就是厂房内废弃满身锈迹的旧设备 ,数控机床、加工中心、ＦＭＳ、ＣＩＭＳ甚至网络加工等先进制造系统和大批的五、六十年代的旧机床并存 ,如何改造和利用好这些旧设备是摆在我们面前的大课题。

（２）能源和原材料的浪费现象十分严重这在某些国营大厂表现更为明显 ,满地的切屑和小零件、无从下脚的遍地油污也许能说明我国在由原料到产品所消耗的能源和原材料为什么比美国和日本等先进国家高出数十倍之多。

（３）环境保护意识在机制工业厂家头脑中还比较淡薄尤其是一些中小企业对环境的污染还比较严重。

（４）产品的回收利用率很低长期以来我们沿袭的生产模式是生产→流通→消费→废弃的开式循环 ,现在我们提倡的是闭式循环的生产模式 ,就是在原来的生产模式中增加一个“回收”环节。厂家在产品的设计和制造过程中就应该充分的考虑回收的问题 ,我国清华大学的家电产品和上海交通大学汽车全生命周期绿色设计现在也取得了不少成果。

近几年开始开发的绿色制造 ,正是针对以上这些现象 ,提出了综合考虑环境因素和资源利用效率的现代制造模式。传统制造和绿色制造的最大区别就是传统制造只是根据市场信息设计生产和销售产品 ,而其余就考虑的较少。绿色制造则通过绿色生产过程（绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理）生产出绿色产品 ,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少对环境的负面影响 ,同时原材料和能源的利用效率能达到最高。目前已经颁布的ＩＳＯ９０００系列国际质量标准和ＩＳＯ１４０００国际环保标准更为绿色制造提供了广阔的应用空间 ,一场“绿色革命”已经来到 ,如何去迎接２１世纪的制造业———绿色制造是我们每个机械行业技术人员所亟待解决的课题。

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基于嵌入式Linux的BACnet控制器软件设计_工科论文 第十篇

摘要：描述BACnet协议的体系结构，BACnet控制器的功能，论证基于嵌入式Linux开发BACnet控制器的可行性；给出BACnet控制器软件的体系结构及其软件设计。

关键词：BACnet 控制器 楼宇控制设备 嵌入式Linux 体系结构

BACnet协议是一种为楼宇自动控制网络所制定的数据通信协议。该协议已成为美国国家标准（ANSI/ASHRAE 135-1995）和欧盟标准草案，并在2000年成为草案级国际标准。其中定义了23个对象和42个服务，以及5个数据链路的局域网底层网络结构。1999年1月正式发布了附录135a，成为标准的附件J，确定BACnet/IP技术的第6个局域网互联的底层技术。

1 BACnet网络体系结构和控制器功能

1.1 BACnet网络体系结构

BACnet建立在包含四个层次的简化分层体系结构上。这四层相当于OSI模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层。BACnet标准定义自已的应用层和简单的网络层，对于其数据链路层和物理层，提供了五种选择方案，在附件J-BACnet/IP中加入了对IP的支持。

图1是BACnet/IP网络体系结构层次图。BACnet没有对应于OSI的第四、五、六层，也就是说，BACnet没有传输层、会话层和表示层。BACnet网络层屏蔽了底层采用的网络技术的差异。

1.2 BACnet控制器的功能

在一个BACnet控制网络中，一个BACnet控制器通常和多个控制设备直接相连，负责监控这些设备的运行。概括起来说，BACnet控制器应该具有三个方面的功能。①通信功能。BACnet控制器是一个网络控制器，所以它必须能够发送和接收BACnet报文，和其它BACnet设备进行通信。②监视功能。BACnet控制器要监视与它直接相连的控制设备的状态。这样，它就要提供数据结构来描述这种状态。在BACnet协议中，描述这些状态是用BACnet对象。BACnet协议提供了42个标准对象。③控制功能。BACnet控制器要控制与它相边听设备的运行，不仅要使这些设备之间具有互动能力，而且要使这些设备和系统的远程设备能够互动，所以在BACnet控制器中应该有逻辑控制模块来实现这一功能。值得注意的是，不同时间、不同地点，BACnet控制器中的控制逻辑可能是不同的，因而在BACnet控制器中要提供改变控制流程的工具。这种工具最好是图形界面的，以方便用户使用。

图1 BACnet体系结构层次图

2 基于嵌入式Linux开发软件的可行性

①Linux是一个和Unix相似、以核心为基础的、完全内存保护、多任务多进程的操作系统。在开发过程中，可以根据实际需要，通过内核构筑工具对Linux内核功能进行裁减，做成体积很小的嵌入式操作系统，可使其达到500KB或更小的规模。

②在实时性应用方面，通用的Linux在强实时性应用方面存在欠缺。Linux调度程序原来主要是针对台式计算机操作系统。重点考虑的是在应用程序的吞吐量上，即采用了一种“公平共享”的策略保证所有进程得到平均的CPU时间。在楼宇控制设备这种弱实时性应用中，如果采用先进的内核机制、进程调度算法和较小粒度的系统时间（10ms），是可以满足弱实时应用要求的，因此，Linux可用于楼宇自动化系统。

③Linux是源代码开放的操作系统，可以很容易得到内核的接口和源码，我们可以把BACnet的协议实现集成到内核中去。

④Linux是自由软件。在GNU GPL许可证协议下，可以自由使用、修改和发布，所以采用嵌入式Linux可以降低BACnet控制器的成本。

3 BACnet控制器软件的实现

3.1 BACnet控制器软件的体系结构

基于BACnet协议的体系结构和上面对BACnet控制器功能的，可以得出BACnet控制器软件包括以下几个模块：BACnet协议栈、BACnet对象和服务、底层驱动模块、应用控制逻辑模块和控制配置模块。

对Linux内核中不必要的模块加以裁减，并把BACnet控制器的一些模块嵌入到Linux内核，最终的开发体系结构如图2所示。

3.2 BACnet协议栈的实现

BACnet协议栈报文的封装流程如图3所示。

BACnet协议的分层体系结构支持多种底层通信协议。BACnet的网络层功能则对不同物理层和链路层的抽象，其原理与TCP/IP的IP层相。在BACnet应用层，定义了标准的对象和服务，以实现不同厂家的BACnet产品的互连。因此，从BACnet体系结构的各层协议内容来看，BACnet的体系结构呈“哑铃状”，最低层包容不同的通信协议，最高层承接多样的“实体”和应用。

在BACnet协议中，BACnet网络层是相对稳定的部分，也是BACnet协议的核心，应放入内核之中。其应用程序接口（API）应以系统调用（sys-call）的方式提供。这种构成方式不仅可以在内核内部高效实现对BACnet网络层的处理，而且对外挂模块还提供简洁和高效的调用方式，使外挂模块代码紧凑。对于BACnet的低层协议和应用层则应放在内核之外，以模块的方式外挂或为系统程序。在本开发过程中，将低层协议以原代码的形式编译在内核中。原因是，对于具体的应用，低层协议通常是固定的，即一旦某个设备接入一种网络系统，该设备的低层通信协议就不会改变，从而形成一个类别的楼宇设备自动化产品。

3.3 BACnet对象和服务的实现

BACnet对象是驻留在BACnet设备中的数据结构，提供到一个楼宇自控设备的“网络可见”部分的抽象描述。每个对象都有一组属性，描述对象的特片和结构。BACnet对象按其功能可分为两类。一类是采集数据的对象，如模拟输入/输出对象。这类对象需要访问设备硬件，对象实现会根据不同设备硬件而变化，因此如果硬件发生变化，就要重写驱动程序。另一类对象是在采集的数据基础上完成复杂功能，如环对象以及其它实现事件功能的对象。这类对象不需访问硬件。每一种BACnet控制器需要对已实现的对象进行配置。

BACnet服务提供了用于访问和操作设备中BACnet对象的命令，并定义了这些命令的格式和内容（即服务原语）。Banet根据设备功能将不同服务分组得到7个部分：数据共享、和事件管理、时间表、趋势记录、设备管理、网络管理、虚拟终端。

BACnet所定义的通信设备一致遵守的编码规则是ASN.1。BACnet对象和服务原语都通过ASN.1进行编码，因此对象和服务实现的核心是BACnet编/解码器和BACnet标准数据类型、对象和服务原语的抽象数据类型。

对于BACnet对象的处理必须放在内核之外。原因是：不同BACnet控制器具有不同的BACnet对象集合，且BACnet对象类型较多。这就要求嵌入式系统具对BACnet对象进行灵活的配置方式。实现这种灵活配置的方法仍需要采用Linux常用的抽象方法，将不同的具体BACnet对象进行抽象，形成“虚拟BACnet对象”的概念。此处是“虚拟对象”不同于面向对象程序设计语言中的“虚拟对象”。这两个概念不同的。前者是相对BACnet协议中定义的具体对象而言，其作用是管理BACnet协议中定义的具体BACnet对象，是内核提供配置和操作具体BACnet对象的接口，相当于Linux内核中的“虚拟文件系统”等。

3.4 驱动程序的实现

BACnet支持多种底层通信协议。在BACnet控制器中，必须为这些通信协议编写驱动程序，同时在BACnet控制器中还要为一些数据采集卡之类的设备写驱动程序。Linux操作系统下的驱动程序，是以模块的形式存在的，能够被动态地加载。对于不同的底层结构，可以灵活地加载不同的驱动程序。

开发设备驱动程序必须对内核有严格要求，其主要内容是根据内核的file_operations数据结构开发相应的设备操作函数，并填写数据结构。如果设备具有中断功能，则需要开发中断处理函数并安装中断函数。file_operations的数据结构，内核版本不同时，其结构可能不同，可以相看linux/fs.h头文件以确定具体的结构。在file_operations的众多函数指针成员中，通常只需实现reax、write、open和release即可；ioctl可以根据需要加以实现，以增强对设备的控制和管理功能。

3.5 BACnet控制器应用层实现

应用逻辑层是建立在嵌入式操作系统之上的具体应用。根据BACnet协议中定义了3个级别的BACnet控制器——楼宇控制器、高级应用控制器和应用控制器、实现不同类别BACnet设备规定的互操作域（InteroperationArea）。这样，就可以在应用逻辑层中实现协议规定的5个互操作域。这种方式不仅使协议的互操作域开发简单，而且使互操作域的开发具有可管理性。

这5个操作域是：数据共享、和事件管理、时序安排、趋势记录及设备和网络管理。

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