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集成电路(IntegratedCircuit)产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业,是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业,是新一代信息技术产业发展的核心和关键,对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展,我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局,产业链基本形成。但与国际先进水平相比,我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中,集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业,集成电路设计人才严重匮乏,已成为制约行业发展的瓶颈。因此,培养大量高水平的集成电路设计人才,是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题,也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1_4]
一、集成电路版图设计软件平台
为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要,合肥工业大学(以下简称"我校”从2005年起借助于大学计划。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程,如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计 、 ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订,注意相关课程之间相互衔接,关键内容不遗漏,突出集成电路设计能力的培养,通过对课程内容的精选、重组和充实,结合实验教学环节的开展,构成了系统的集成电路设计教学过程。56]
集成电路设计从实现方法上可以分为三种:全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计,特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论,这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向,目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。
在集成电路版图设计的教学中,采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(ZeniEDASystem),这是中国唯1的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容,支持百万门级的集成电路设计规模,可进行国际通用的标准数据格式转换,它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优,已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用,特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能,并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。
九天EDA软件系统包括设计管理器,原理图编辑器,版图编辑工具,版图验证工具,层次版图设计规则检查工具,寄生参数提取工具,信号完整性分析工具等几个主要模块,实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。
二、集成电路版图设计的教学目标
根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点,在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。
在集成电路版图设计的教学中,首先对集成电路设计的_些相关知识进行回顾,介绍版图设计的基础知识,如集成电路设计流程,CMOS基本工艺过程,版图的基本概念,版图的相关物理知识及物理结构,版图设计的基本流程,版图的总体设计,布局规划以及标准单元的版图设计等。然后结合上机实验,讲解Unix和Linux操作系统的常用命令,详细阐述基于标准单元库的版图设计流程,指导学生使用ZeniSE绘制电路原理图,使用ZeniPDT进行NMOS/PMOS以及反相器的简单版图设计。在此基础上,让学生自主选择_些较为复杂的单元电路进行设计,如数据选择器、MOS差分放大器电路、二四译码器、基本RS触发器、六管MOS静态存储单元等,使学生能深入理解集成电路版图设计的概念原理和设计方法。最后介绍版图验证的基本思想及实现,包括设计规则的检查(DRC),电路参数的检查(ERC),网表一致性检查(LVS),指导学生使用ZeniVERI等工具进行版图验证、查错和修改。7]
集成电路版图设计的教学目标是:
第熟练掌握华大EDA软件的原理图编辑器ZeniSE、版图编辑模块ZeniPDT以及版图验证模块ZeniVER丨等工具的使用;了解工艺库的概念以及工艺库文件technology的设置,能识别基本单元的版图,根据版图信息初步提取出相应的逻辑图并修改,利用EDA工具ZSE画出电路图并说明其功能,能够根据版图提取单元电路的原理图。
第二,能够编写设计版图验证命令文件(commandfile)。版图验证需要四个文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)来支持,要求学生能够利用ZeniVER丨进行设计规则检查DRC验证并修改版图、电学规则检查(ERC)、版图网表提取(NE)、利用LDC工具进行LVS验证,利用LDX工具进行LVS的查错及修改等。
第三,能够基本读懂和理解版图设计规则文件的含义。版图设计规则规定了集成电路生产中可以接受的几何尺寸要求和可以达到的电学性能,这些规则是电路设计师和工艺工程师之间的_种互相制约的联系手段,版图设计规则的目的是使集成电路设计规范化,并在取得最佳成品率和确保电路可靠性的前提下利用这些规则使版图面积尽可能做到最小。
第四,了解版图库的概念。采用半定制标准单元方式设计版图,需要有统一高度的基本电路单元版图的版图库来支持,这些基本单元可以是不同类型的各种门电路,也可以是触发器、全加器、寄存器等功能电路,因此,理解并学会版图库的建立也是版图设计教学的一个重要内容。
三、CMOS反相器的版图设计的教学实例介绍
下面以一个标准CMOS反相器来简单介绍一下集成电路版图设计的一般流程。
1.内容和要求
根据CMOS反相器的原理图和剖面图,初步确定其版图;使用EDA工具PDT打开版图编辑器;在版图编辑器上依次画出P管和N管的有源区、多晶硅及接触孔等;完成必要的连线并标注输入输出端。
2.设计步骤
根据CMOS反相器的原理图和剖面图,在草稿纸上初步确定其版图结构及构成;打开终端,进入pdt文件夹,键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器;读懂版图的层次定义的文件,确定不同层次颜色的对应,熟悉版图编辑器各个命令及其快捷键的使用;在版图编辑器上初步画出反相器的P管和N管;检查画出的P管和N管的正确性,并作必要的修改,然后按照原理图上的连接关系作相应的连线,最后检查修改整个版图。
3.版图验证
打开终端,进入zse文件夹,键入zse,进入ZeniSE原理图编辑器,正确画出CMOS反相器的原理图并导出其网表文件;调出版图设计的设计规则文件,阅读和理解其基本语句的含义,对其作相应的路径和文件名的修改以满足物理验证的要求;打开终端,进入pdt文件夹,键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器,调出CMOS反相器的版图,在线进行DRC验证并修改版图;对网表一致性检查文件进行路径和文件名的修改,利用LDC工具进行LVS验证;如果LVS验证有错,贝懦要调用LDX工具,对版图上的错误进行修改。
4.设计提示
要很好的理解版图设计的过程和意义,应对MOS结构有一个深刻的认识;需要对器件做衬底接触,版图实现上衬底接触直接做在电源线上;接触孔的大小应该是一致的,在不违反设计规则的前提下,接触孔应尽可能的多,金属的宽度应尽可能宽;绘制图形时可以多使用〃复制"操作,这样可以大大缩小工作量,且设计的图形满足要求并且精确;注意P管和N管有源区的大小,一般在版图设计上,P管和N管大小之比是2:1;注意整个版图的整体尺寸的合理分配,不要太大也不要太小;注意不同的层次之间应该保持一定的距离,层次本身的宽度的大小要适当,以满足设计规则的要求。四、基本MOS差分放大器版图设计的设计实例介绍在基本MOS差分放大器的版图设计中,要求学生理解构成差分式输入结构的原理和组成结构,画出相应的电路原理图,进行ERC检查,然后根据电路原理图用PDT工具上绘制与之对应的版图。当将基本的版图绘制好之后,对版图里的输入、输出端口以及电源线和地线进行标注,然后利用几何设计规则文件进行在线DRC验证,利用版图与电路图的网表文件进行LVS检查,修改其中的错误并优化版图,最后全部通过检查,设计完成。
五、结束语
集成电路版图设计的教学环节使学生巩固了集成电路设计方面的理论知识,提高了学生在集成电路设计过程中分析问题和解决问题的能力,为今后的职业生涯和研究工作打下坚实的基础。因此,在今后的教学改革工作中,除了要继续提高教师的理论教学水平外,还必须高度重视以EDA工具和设计流程为核心的实践教学环节,努力把课堂教学和实际设计应用紧密结合在一起,培养学生的实际设计能力,开阔学生的视野,在实验项目和实验内容上进行新的探索和实践。
参考文献:
[1]孙玲.关于培养集成电路专业应用型人才的思考[J].中国集成电路,2007,(4):19-22.
[2]段智勇,弓巧侠,罗荣辉,等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报,2010,(5):25-26.
[3]唐俊龙,唐立军,文勇军,等.完善集成电路设计应用型人才培养实践教学的探讨J].中国电力教育,2011,(34):35-36.
[4]肖功利,杨宏艳.微电子学专业丨C设计人才培养主干课程设置[J].桂林电子科技大学学报,2009,(4):338-340.
[5]窦建华,毛剑波,易茂祥九天”EDA软件在"中国芯片工程〃中的作用[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2008,(6):154-156.
[6]易茂祥,毛剑波,杨明武,等.基于华大EDA软件的实验教学研究[J].实验科学与技术,2006,(5):71-73.
1:客厅的电路设计
客厅布线一般应为10支路线:电源线、照明线、空调线、电视线、电话线、电脑线、对讲器或门铃线、报警线、家庭影院、背景音乐。
客厅各线终端欲留分布:在电视柜上方欲留电源(5孔面板)、电视、电脑线终端。空调线终端欲留孔应按照空调专业安装人员测定的部位欲留空调线(16A面板)、照明线开关。单头或吸顶灯,可采用单联开关;多头吊灯,可在吊灯上安装灯光分控器,根据需要调节亮度。在沙发的边沿处欲留电话线口。在户门内侧欲留对讲器或门铃线口。在顶部欲留报警线口。客厅如果需要摆放冰箱、饮水机、加湿器等设备,根据摆放位置欲留电源口,一般情况客厅至少应留5个电源线口。另外,在客厅布上5.1家庭影院线,可以在家坐想电影院的震撼效果。如今,背景音乐已进入家庭,成为现在装修的新时尚,不同年龄都可以享用,而且互不干扰,比如,年轻人可以用它听遥滚,儿童可以用它听英语、老年人可以用它广播。 2:卧室的电路设计
卧室布线一般为应8支线路;电源线、照明线、空调线、电视线、电话线、、报警线、背景音乐线、视频共享。
卧室各线终端欲留:床头柜的上方欲留电源线口,并采用5孔插线板带开关为宜,可以减少床头灯没开关的麻烦,还应欲留电话线口,如果双床头柜,应在两个床头柜上方分别欲留电源、电话线口。梳妆台上方应欲留电源接线口,另外考虑梳妆镜上方应有反射灯光,在电线盒旁另加装一个开关。写字台或电脑桌上方应安装电源线、电视线、电脑线、电话线接口。照明灯光采用单头灯或吸顶灯,多头灯应加装分控器,重点是开关,建议采用双控开关,单联,一个安装在卧室门外侧,另一个开关安装在床头柜上侧或床边较易操作部位。空调线终端接口欲留,需由空调安装专业人员设定位置。报警线在顶部位置欲留线口。如果卧室采用地板下远红外取暖,电源线与开关调节器必须采用适合6平方铜线与所需电压相匹配的开关,温控调节器切不可用普通照明开关,该电路必须另行铺设,直到入户电源控开部分。另外,背景音乐您是否也应该考虑到,它可以在卧室或其他房间共享客厅的DVD(或CD、MP3、TV等)音乐。现在很多人都在卧室予留视频共享端口,可共享客厅DVD影视大片,是不是也很方便
3:走廊、门厅的电路设计
走廊、门厅布线应为2支路线:电源线、照明线或考虑人体感应灯。
电源终端接口欲留1—2个。灯光应根据走廊长度、面积而定、如果较宽可安装顶灯、壁灯;如果狭窄,只能安装顶灯或透光玻璃顶,在户外内侧安装开关。另外,也可以考虑人体感应灯,人来灯亮、人走灯灭,是不是很方便啊。
4:厨房的电路设计
厨房布线应为4支路线:电源线、照明线、电话线、背景音乐。
电源线部分尤为重要,最好选用4mm2线,因为随着厨房设备的更新,目前使用如微波炉、抽油烟机、洗碗机、消毒柜、食品加工机、电烤箱、电冰箱等设备增多,所以应根据客户要求在不同部位欲留电源接口,并稍有富余,以备日后所增添的厨房设备使用,电源接口距地不得低于50cm,避免因潮湿造成短路。照明灯光的开关,最好安装在厨房门的外侧。另外,厨房挂上个小电话机是不是也很方便呀。还有再布上背景音乐线,听着音乐做饭,感觉也是很好的!
5:餐厅的电路设计
餐厅布线应为4支路线:电源线、照明线、空调线、电视线。
电源线尽量欲留2至3个电源接线口。灯光照明最好选用暖色光源,开关选在门内侧
。空调也需按专业人员要求欲留接口。另外,在餐厅予留电视接口,边看新闻,边吃饭也是很不错的想法。
6:卫生间的电路设计
卫生间布线应为5支线路:电源线、照明线、电话线、电视线、背景音乐线。
电源线以选用4mm2线为宜。考虑电热水器、电加热器等大电流设备,电源线接口最好安装在不易受到水浸泡的部位,如在电热水器上侧,或在吊顶上侧。电加热器,目前看好的是浴霸,同时可解决照明、加热、排风等问题,浴霸开关应放在室内。而照明灯光或镜灯开关,应放在门外侧。在相对干燥的地方欲留一个电话接口,最好选在坐便器左右为宜,电话接口应注意要选用防水型的。如果条件允许的话,在墙壁装上个小液晶电视或背景音乐,边泡热水澡边看电视或听音乐也是很不错的想法吧!
7:书房的电路设计
书房布线应8支线路;电源线、照明线、电视线、电话线、电脑线、空调线、报警线、背景音乐
书房内的写字台或电脑台,在台面上方应装电源线、电脑线、电话线、电视线终端接口,从安全角度应在写字台或电脑下方装电源插口1-2个,以备电脑配套设备电源用。照明灯光若为多头灯应增加分器可安装在书房门内侧。空调欲留口,应按专业安装人员要求欲留。报警线应在顶部欲留接线口。
8:阳台的电路设计
【关键词】工控 PLC 变频器 触摸屏 融合教学
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)08-0236-02
触摸屏、PLC和变频器融合实训在我院机电一体化教学中,学生通过阅读材料及有关技术资料,专门练习的内容,要求和实施办法, 需要在实习任务的总体实施计划下,确定操作步骤与操作方法。首先要确定的总任务和劳动分工,再绘制电路原理图和安装控制线路,从而进行PLC程序设计,触摸屏显示器,变频器的相关参数设置等。具体的培训工具,设备的准备,安装和检测方法,掌握为了安全操作,同时也为问题的分析和选择解决方案,列举了多种实用的主题,为学生的学习进程,制定相应的系统评价,优化对学生的考核细则,能反映出学生实训真实的学习情况。
一、融合实训的目的要求
1.实训的目的。
PLC、触摸屏、变频器的融合实训,是我院在机电一体化和电气自动化的教学重点。是学生重点需学技术课程和专业课程,是将理论与实践结合,培养学生能力,解决生产中的实际问题,在将来进行必要的毕业设计相结合的重要一步,所以说变频器,触摸屏和PLC综合训练是基于自动化控制系统的设计及主要生产线中的应用。
2.根据课题任务的系统控制设计,程序设计,硬件电路和控制程序的安装的总体方案。
通过学习综合运用技术,变频技术,传感器技术等方面的知识相结合,学生将把多门核心专业课融合起来学习,从而培养学生综合动手能力和整体素质。
二、实训的内容及要求
要求学生理解,PLC控制,触摸屏与变频器的运用基础上,利用系统学习完成下面内容:
1.控制系统设计
①明确控制系统、框图绘制;②变频器,触摸屏和PLC,须选择的对应低压电气元件; ③设计绘制控制系统的电路原理图;④设计控制柜的元件布局;⑤编写PLC控制流程及控制程序;⑥设置变频器的控制参数;⑦设计触摸屏的控制组态。
2.控制系统安装和调试
①在控制柜进行安装及接线;②编写调试流程;③调试硬件电路和软件程序。
三、实训的工作量
1.图纸部分
①绘电路控制的系统原理图 (需A3或A4图纸一张);②组件机柜方面的布局图(一张A3或A4图纸);③控制流程 (A3或A4图纸一张);④调试流程(A3或A4图纸一张)。
2.任务说明指导
任务描述是整个设计过程的培训和指导的叙述性描述,并应包括下列内容:
①题目和控制要求;②控制系统的整个方案分析、控制框图;③硬件电路设计说明;④ 触摸屏、PLC、变频器的相关参数配置的设计规范;⑤系统调试说明;⑥总结。
四、考核内容、考核方式、成绩评价
1.考核内容:在学生接受培训的任务,必须先阅读任务内容,为了设计内容和需要一个全面系统的认识,及时对相关信息收集,然后按照步骤进行,应避免在没有理解就动手。
2.考核方法:在每一个已经完成训练的学生,必须由教师评估。
3.考核评定:学生在完成所有的训练情况后,由学生统一完成一份系统的课题,导师据评估内容评估学习掌握效果。
①控制箱中的多种电器元件的名称、功能、选用;②控制电路的互锁和自锁环节;③PLC与变频器的电路连接原理;④PLC程序的控制流程;⑤变频器控制中,实现其功能关键参数的设置;⑥触摸屏与PLC的通信及变量的连接;⑦控制的软件程序以及硬件电路的匹配情况;⑧系统调试的要点。控制柜的安装及接线情况。
4.评分标准:
实训成绩分为优秀,良好,中,及格、不及格五个层次。各级评分标准如下:
优秀:实训内容完整。按期完成任务。控制系统的思路方案正确可行,论证证据充分。控制系统的硬件电路设计,元件选择完全正确的,安装接线出来的控制柜美观可靠,设计规范整洁有序、质量可靠。能理解的考试和评估内在意义,并完全地、 正确地回答问题。
良好:实训任务按时完成且完整。任务系统设计方案尚可,论证较好。硬件电路的设计合理方面,选用元器件恰当。控制柜的安装接线美观可靠。图纸光滑整洁,操作过程规范,绘图质量好。所评估的知识点的每一个部分,有很好地了解,评估时回答问题正确全面。
中等:实训内容项目按时完成。编程及设定的参数等设计方案基本正确,论证一般。合理的硬件电路设计,选定的组件的正确。控制电气柜的接线安装可靠,整齐美观。说明书图有资料较整洁、质量尚好。考试时,较好地了解每个部分的考试的题目,提示可以正确地回答问题。
及格:基本完成任务实训的规定内容。设计没有原则性的错误,可靠的程序选择与硬件控制柜安装接线。规格和表面粗糙度,平均质量一般,有一定的误差,但在很大程度上符合主要部分的要求,评价列问题认识不足,只能回答一些主要问题。
不及格:内容培训要求未能完成,有一个以上原则性的程序问题、元件选择错误,硬件电路的设计和图纸有重大的错误,控制电气线路柜的安装接线不可靠。该评估点时,所列出的主要问题无法通过提示答案来回答。如考试中发现有别人代作,取消参考的资格,并扣团体分。
五、实训的参考题目
1.多泵切换恒压供水系统
现有两台电动机,水泵控制特点如下:
①用转换开关QS实现手动、自动控制的切换。②手动按钮分别控制两台电机运行、停止。 ③自动切换中两个异步变频器控制,变频器控制开始与PLC,一分钟的延迟,当水压力达到时将被限制。当开关操作,和变频器控制的启动速度;压力上升,当压力到最大延迟30秒时,升至水压力到达上限时,电机M1停止;当压力低于下限和马达的额定频率50HZ, 1分钟水压力的下限延迟,换到工频运行的M2和M1,启动变频器调速控制。如此反复使水压恒定。停止时,电机M1和M2两台同时停机。 ④自动控制时,采用触摸屏来实现控制启动和停止,并能直接设置管道压力值。
2.储水器水位控制系统
在锅炉和许多工业设备中,常采用部分供水系统。即是:泵用于泵水,将水被泵入(水塔,水箱)高的位置的储水器,然后供水至低水位的用户。
此时,水位控制原理:水能导电原理,取得信号的:当两根金属棒都入水,它们之间是“接通”的;当在两个金属棒,只有一个在水中,判断为“关”。其中 1 杆用作公共接点,2,3,4 棒用来控制不同水位。
现在控制要求如下:
1)用转换开关QS来实现手动、自动的切换控制。
2)手动按钮分别实现电机的启动、停止控制。
3)自动过程控制中:通过变频调速来减少泵水的速度实现节能的目的。
①使用正常时,水泵以较低转速nL运行,控制在3号棒LL1和4号棒LH的水位。 ②到用水高峰时间,供水水泵运行低nL不足以补充供水,水位将低至第3号棒后LL1 ,还将继续下降。所以,当水位低于 2号LL2,泵转速增加,提高至nH,以保障增加供水量,以防止水位继续下降。③水位上升,至3号棒LL1以上时,经适当延时后,又可将转速恢复,至低速nL运行。 ④当水位上升,到达上限水位LH时,则水泵断电,停止供水。
4)自动控制过程中,可以触摸屏控制电机的启动和停止,可直接显示水位、水泵转速。
六、融合实训教学的实践小结
本文所采用的PLC、变频器、触摸屏的融合实训体系,在我院已成功地应用于机电一体化、电气自动化等专业的核心课程教学中,从教学效果来看,因教学中能调动学生的参与热情,不断激发学生的学习兴趣,受到了广大教师、学生的好评,教学效果是显著的,是值得推广的教学模式。
参考文献:
[1]周久艳等.《电气时代》.2002年6期.《升、降速控制端的应用电路》;
[2]李曜.《华章》.2012年18期.《基于PLC和触摸屏的变频器固定频率调速设计》
[3]周智敏等.《机械制造》.2009年12期.《供水系统设计与控制》
[4]姜绍辉.《职业教育研究》.2010年9期.《PLC校本实训教材开发的实践与思考》
本设计方案力求使本系统达到技术先进、经济实用、安全可靠、质量优良的要求,设计中遵循以下原则:
1)先进性
在投资费用许可的情况下充分利用现代最新技术、最可靠的科技成果,以便该系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。并使系统具有强大的发展潜力。
2)可靠性
必须考虑采用被证明为成熟的技术与产品,在设备的选型和系统的设计中尽量提高系统的可靠性。
3)实用性和便利性
在满足工厂的功能要求和实际使用需要的基础上,采用实用的技术和设备,确保设备使用方便、安全,并且经久耐用。
4)可扩充性与经济性
为满足今后的发展需要,系统在使用的产品系统、容量及处理能力等方面必须具备兼容性强、可扩充与换代的特点,确保整个系统可以不断得到改进和提高。
二、设计依据
1)中华人民共和国公共安全行业标准
2)《中国建筑电信设计规范》
3)JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》
4)JGJ46-88《施工现场临时用电安全技术规范》
5)JGJ59-99《建筑机械使用安全技术规程》
6)JGJ80-91《建筑施工安全检查标准》
7)GA/T-75-94《安全防范工程程序与要求》
8)YJ253-88《建筑电气安装工程评定标准》
三、周界报警系统配置
周界防盗报警系统是防盗报警系统中的一种,它是利用红外对射防盗探测器对一定区域的周边进行布防检测,可以探测到非法侵入本区域的信号,并在探测到非法侵入的同时向有关人员报警,周界报警系统由探测器部分、信号传输部分和控制部分组成。
探测器部分
周界报警系统的探测器通常可以安装在围墙或栅栏上,有人翻越或破坏时即可报警。
传输部分
传输部分的功能是将探测器检测到的报警信号传输至报警控制主机进行报警和各种处理,主要是由传输线路组成。
报警控制部分
报警控制部分是周界报警子系统的核心部分,它接收前端探测器部分的报警信号,识别和控制是否报警。
探测器部分:
在周界报警系统中,一般采用红外对射探测器,通过它对非法入侵信号进行采集。在本方案中,主要用到SAB-60、SAB-100红外对射探测器。用于监测工厂周边的情况。根据工厂的实际情况,我们设计在工厂安装7对红外对射探测器,
双光束红外对射探测器是由一对发射器和接收器组成。发射器向接收器发出看不见的红外射束。如果射束被切断,接收器则向控制主机发出报警信号,主机接收到报警信号后,驱动高分贝声光警号报警,威慑犯罪分子,并提醒小区保安人员立即前往出事地点。
双光束主动红外探测器
产品特点:
*室外双光束增益自动调节,适应雨、雾、雪等恶劣天气;
*特殊滤光镜片及电路,抗强光干扰;
*光学镜片、调整更快、更方便、更准确;
防雷的电路设计。
型号SAB-20SAB-30SAB-40SAB-60SAB-80SAB-100
警戒
距离(室外)20m30m40m60m80m100m
(室内)60m90m120m180m240m300m
最大可达距离230m350m460m650m900m1100m
光束数2束
探测方式2光束同时遮断检知式
光源红外线LED
感应速度50~700msec
警报输出继电器接点输出1C接点容量ACDC30V0.5Amax
电源电压DC10.5~28V
消耗电流40mAmax40mAmax40mAmax55mAmax65mAmax65mAmax
使用温度范围-25oC~55oC
外型尺寸参照外型图
防拆输出接点输出1bDC30V0.5Amax.
光轴调整角度水平180o(±90o)
光轴调整角度垂直20o(±10o)
瞄准器可拆卸式
结露、箱对策超声波机构
其他附加机能受光指示、OK指示、测试端子
材料ABS树脂
Ⅱ、报警控制部分
在报警控制部分我们配置美国CK238防盗报警主机一台,负责整个工厂周界报警系统的控制及监控。防盗报警控制主机安装于工厂监控中心,可以对整个工厂周界的安全情况适时掌控,防患于未然。
CK238防盗报警主机
现代风格
32个用户密码
双重、分类、备份报告形式
128条带日期/时间的事件记录
规格:尺寸小巧:31.2(H)×26.7(W)×7.4(D)cm;
重量:1.2Kg
监控电路类型:N.O./N.C.;EOL;警铃监控
输入电源:16.5VAC,25VA,UL认证,2个50-60Hz变压器
备用电池:12V,6.5A密封酸性电池
警铃输出:9.5-14VDC@1.5A
辅助电源:500mA,稳压
数字通讯器:3个18位电话号码:2个用于事件/状态报告,1个用于遥控编程(RPS);可选脉冲或双音频拨号
报告形式:双重、分类、备份
接收器格式:快速″A″2300Hz;低速″B″1400Hz;SumCheck2300Hz;AdemcoDTMF1400Hz;CFSK¢
信号格式:3/1Extended,4/2,CFSK¢,SumCheck,4+2Ademco
SAB-1225大功率电源箱(12V/2.5A)
1、输入电压AC220V±10%50/60HZ;
2、输出电压DC12V2.5A
3、输入门锁受控信号,输出门锁控制电压DC12V2.5A
【关键词】Blackboard平台;电子工程实习;网络课程
Network Course construction of Electronic Engineering Practice Based on Blackboard Platform
WANG Jin-hui WU Shu-qin YE Mao PAN Zi-Chun LIAO Qiu-li
(Engineering Training Center of Machinery and Electronics, Guilin University of Electronic Engineering, Guilin Guangxi 541004, China)
【Abstract】This paper introduces in detail network course construction of electronic engineering practice base on blackboard(BB) platform in Guilin University of Electronic Technology. Practice shows that teaching method that combines network course and traditional classroom can not only provide student good study platform, but also provide teacher convenient for managing course, so that it can improve the effect of teaching.
【Key words】Blackboard platform; Electronic engineering practice; Network course
随着现代信息技术的发展及其在高校教学领域的广泛应用,传统简单利用现代技术设备辅助教学的教学模式已经不能适应现代教学的需求,而学生通过网络平台进行自主学习的教学模式已经越来越受广大师生的欢迎[1]。传统的集中课堂授课模式,学生一般仅限于课本内容的学习,课前课后的自主性学习目的性不够,对课程学习不够全面,教学效果不佳。而现代技术下的网络课程在教师的“教”与学生的“学”中架起了一座桥梁,一方面为教师对课程的教学管理提供了条件,另一方面也为学生的个性化学习提供了良好的学习平台。
1 课程的性质与特点
桂林电子科技大学的《电子工程实习》是一门以实践为主的课程,主要面向全校电子信息类专业的学生。本课程以数字电路、模拟电路和电路分析等课程为基础,利用之前的知识进行一次电子技术综合实训,包括电路设计与仿真、电路板的工业制作、电路装配、电路调试等环节。由于该课程涉及的知识面广,授课学时有限,过去一直使用集中授课传统的授课方式,学生在课前对基础知识掌握得不够牢固,在课程教学过程中出现跟不上教学进度的情况,教学效果不佳。而在课后学生自主学习也比较盲目,同时无法较好地实现资源共享和师生互动。因此,对该课程的网络化建设有非常重要的意义。
2 BB平台的功能简介
BB教学平台以课程为中心,集成网络“教”、“学”的网络教学环境。教师可以在平台上创建网络课程,学习者可以登录平台自主选择要学习的课程内容。BB平台具有强大的易用性和丰富的功能模块,使教师可以有效地管理课程、制作内容、创建和布置作业和加强协作,使学生可以轻松学习。通过BB网络的讨论区,学生与学生之间,以及教师与学生之间可以进行讨论,交流互动。人性化的界面让管理者和使用者都觉得非常方便,以文件夹的方式组织各种文件,从外观上看以文本显示为主,结构层次分明,界面浏览直观。教师可以利用“网络课堂”与传统课堂进行有机的结合,开展基于网络的辅助教学活动,提高课程教学效率,减少重复劳动,并提高整体教学质量 [2-6]。
3 电子工程实习网络课程的建设
基于课程的性质与特点,学生只有课前做好充分准备,课后及时补充相关知识,才能有效利用课程时间进行实操训练,提升时间操作能力。利用BB平台强大的功能进行电子工程实习网络课程建设,学生可以通过BB平台在课前做好充分的预习,了解课程相关内容和最新资料,及时实现师生共享。课后可以通过BB平台实现对课堂的点评、师生互动和生生互动等交互性操作,不仅能够异步地在线沟通交流,而且能够很好地把记录交流的过程供其他学生参考,方便学生的自学与提高[7]。《电子工程实习》网络课程主要内容有:通知公告、课程学习导航、学习资料、课程教学、交流互动、课程考核。课程主页如图1所示:
图1 课程主页
3.1 通知公告
《电子工程实习》是电子类专业学生的必修课,学生人数多,分成多个批次进行实习,部分学生对课程的教学进度不甚了解。此模块公布教学动态,包括上课时间、调课通知、教学进度安排、预习通知等。通知公告要做到及时更新,使学生及时了解该课程的上课时间及教学进度,并做好相关的预习工作。
3.2 课程学习导航
在开课之前,学生对课程的学习内容没有总体把握,也不知道该从哪里开始学习。因此对《电子工程实习》课程设计一个学习导航,让学生在学习过程中少走弯路。主要包含课前预习、课堂学习、课后复习三大部分。课程学习导航设计如图2所示:
图2 课程学习导航
3.3 学习资料
此模块主要是为学生提供与课程相关的视频资料和学习文档,使学生能够随时随地获取学习资料。根据课程的性质与特点,内容主要包括:电路设计软件DXP的使用方法及仿真软件Multisim的使用方法、电子元器件基础知识、电路设计规范、电子产品装配流程及技术要求、电路调试的基本要求。这些学习资料表现形式多样,文本、网页、图形、音频、视频以及多媒体等,BB平台都提供了很好的文件格式支持。要求学生在上课之前掌握相关的基础知识,比如电路设计软件的使用方法和电子技术基础知识,在授课的过程中不再详细讲解,往往更多地强调一些经验性的知识和技术规范。
3.4 课程教学
在BB 平台中的控制面板中提供的教学工具来实现课程教学内容的建设,具体内容板块如下:(1)教师信息。全体任课教师的个人信息,包括:姓名、职称、电子邮件、办公时间和办公地点及研究方向等,便于学生了解教师,与教师联系。(2)课程信息。显示关于课程的描述性资料,组织和安排该课程,主要内容包括:课程简介、教学大纲、教学计划、教学安排、学习计划、教学课件等。(3)教学录像。把教师课堂上各个环节的教学录像上传,学生在课后可以反复观看录像加深对课堂内容的学习。(4)仪器使用。由于在实习过程中需要用到较多的电子仪器设备进行调试,为了能让同学们更好的掌握各种仪器设备的使用方法,把各仪器设备的使用说明和操作要领进行说明。(5)外部链接。教师利用该栏目与课程相关的外部教学资源的网站链接,包括国内相关课程的精品课程网站。
3.5 互动交流
BB平台提供了发送电子邮件、讨论区、协作、数字收发箱等交互工具[7]。其互动功能主要体现在交流讨论板,学生对课程有什么疑问都可以通过讨论板进行发表,同学之间可以相互讨论,教师对学生的疑问进行及时解答和指导。这种交互学习的方式很大程度上扩展了教学的时间和空间,让学生可以随时随地进行知识的学习与互动,教师也可以及时地与学生进行沟通。
3.6 课程考核
该课程是以实践为主,考核的内容主要以考察操作能力为主,该模块主要把课程考核的内容、标准和成绩评定方法进行说明,使学生学习更具有针对性,掌握重点内容,规范化操作。以图片、文档等多种方式进行展示。
4 总结
通过网络课程的建设与使用,充分体会到BB平台在教与学之间的“桥梁”作用,提高了教学效率。网络课程的应用打破了传统教学的时空限制,课堂上没法面面俱到讲解的内容可以网络共享的方式进一步的学习。利用互动功能的讨论版,促进了师生交流,同学们也可以在网络上分享学习的经验,活跃了课程学习气氛。当然,网络课程的建设不是一劳永逸的事情,而是需要一个长期建设与维护的过程,与时俱进,不断更新相应内容才能保持活力。总之,《电子工程实习》网络课程的建设刚刚起步,还有诸多方面需要进一步调试和完善,还需要教师投入更多的时间和精力来更好地使用该平台辅助教学,及时更新与完善教学内容,最大限度地发挥平台的作用,全面提高学习绩效。
【参考文献】
[1]沈红,张国辉.基于BB教学平台进行高效教学模式改革的研究[J].现代企业教育,2012(5):105.
[2]高东怀,立妍.基于网络课程的教学模式构建与应用[J].现代教育技术,2013(23):80-83.
[3]秦艳姣.基于Blackboard的网络教学平台应用研究[J].中国教育信息化,2008(16):67-69.
[4]孙健,李悦,邵通.基于Blackboard平台进行高校网络教学建设的应用与思考[J].电脑知识与技术,2011(7)12:2877-2879.
[5]谷增军.基于Blackboard教学平台的网络信息化教学环境构建[J].实验室研究与探索,2011(30)7:174-177.
[6]网络教学管理平台的功能介绍[DB/OL].http:///article/20030918/3091363.shtml
[7]卢志标.BB平台在网络课程建设中的应用[J].经济研究导刊,2010(25):256-257.
关键词:学习情境;项目驱动;示范校;实践能力
中图分类号:G642 文献标识码:A
1引言
“电路CAD”课程应用计算机辅助设计技术来设计电子、电气产品的电路原理图和电路板制板图,将现代化计算机辅助设计技术完美地、成功地应用于实际产品设计中,是从事现代电子信息类专业工作不可缺少的课程。随着电子信息行业突飞猛进的发展,电子线路板在工业控制、仪器仪表、计算机、家用电器等方面的应用越来越广泛,应用先进的计算机辅助设计技术设计电路板势在必行。
Protel系列软件是当前电子电气行业功能最强、应用最广的软件,可方便地设计电路原理图和电路板PCB图,设计效果是传统设计方法难以媲美的。本课程的培养目标是使学生掌握印刷电路板主流设计软件Protel的使用,掌握印刷电路板图的设计规范与标准,掌握元件布局和布线的设计规则,使学生能根据电路原理和工艺要求设计与制作一般电路板。
2课程开发
示范校专业建设提出了全面贯穿工学结合,实现人才培养与产业需求无缝链接的要求。本课程内容虽然是最终在计算机上完成印刷电路板图的设计,但图中的元件符号、元件封装却不能凭空想象,而是按照实际元件绘制的。评价一张印刷电路板图的质量优劣要在印刷电路板使用之后,因此从整体设计、学习情境设计、教学方法与手段和课程特设建设等方面,本课程的设计都是教师与企业工程技术人员共同完成的。
2.1课程整体设计
通过走访中环电子、三星电子、商科科技有限公司等企业,结合示范校建设对高职类学生遵循“够用为度”的原则,我们确定本课程的总体目标是:让学生在真实的情境下接受技能训练,接触实际项目的设计与生产,通过全过程的训练掌握设计和制作知识,具有一定的PCB设计和制作能力,并考取职业资格证书。课题组教师通过与企业专家的沟通,从实际产品中获取工程案例,这些案例具有实践性(提高学生探究的兴趣和解决问题的动机强度)、相关性(既与学生当前的学习内容有关,也与学生未来的职业岗位有关)、思考性(项目要有一定的难度和思考空间)。这样课程打破了以知识为主体的内容体系,以难易程度不同、涵盖知识点不同的产品为载体,教师通过任务驱动诠释课程内容,介绍设计技巧,培养学生的职业技能和职业素质。本课程的职业技能和职业素质分解见表1。
2.2学习情境设计
遵照国家示范校建设的要求,我们与企业工程技术人员合作开发了基于项目驱动的“两极放大电路板设计”、“8951单片机存储器扩展电路板设计”、“双路直流稳压电路板设计”、“煤气泄漏报警器电路板设计”四个学习情景。
学习情景任务的选择遵循学生职业能力培养的基本规律,由简单到复杂,循序渐进,体现职业性、实践性,为学生可持续发展奠定良好的基础。以“两极放大电路板设计”、“8951单片机存储器扩展电路板设计”二个学习情景为例,其任务、知识目标、技能目标、学时的分解见表2。
2.3教学方法和手段的改革
在本课程的教学过程中,教师使用多媒体课件、视频录像等多种手段演示重点、难点,帮助学生学习理论并掌握实践操作技能。这些教学手段不仅为学生提供了大容量的信息资源,更以其声、形、音、画合而为一的动感场景和巨大的虚拟设计功能增加了吸引力和感染力,为学生创造了一个能全面调动学习兴趣,激活创造性思维的环境。
学习的最终目的是使学生在走上生产岗位后能立即投入角色。因此校内的教学就模拟出了企业、工程现场的项目,使学生在真实环境下学习和训练。“电路CAD”的教学使用了“虚拟项目”,课题组选取真实项目,对其进行分解和简化,提炼出适合学生学习进度和难度的案例。学生先接受案例,再设计方案,最后具体实施,可以亲身经历一个项目从设计到制造出成品的全过程,了解项目的运作全过程和规则。实训室模拟工程现场,从布局到设备、工具,完全按照真实的工作情景进行布置。学生在这样的环境中进行实训操作,收获的不仅是简单的技能,还有宝贵的经验。他们将来走出学校,进入工作岗位,就会迅速适应环境,投入角色。
另外,该课的课程标准、多媒体课件、电子教案、实训指导、上机练习题集、习题解答,在线测试等内容全部上网,并经常更新,充分利用了网络化的辅助教学手段。通过网络化的教学方式,学生可以随时登录网站,在课外自主学习。
2.4课程的主要特色
本课程的主要特色有:项目教学法的应用体现了超前的教学理念;采用多媒体及网络教学方式,画面直观、易懂易学,教学方法先进;采用产品实物教学,紧贴实际;教学内容实用,效果显著,使电路图和电路板的现代化设计方法与生产一线实际产品的具体要求完美结合,充分发挥了Protel软件的各项功能,使电子电气产品的制造增加了技术含量,提高了效率,保证了质量;教学条件好,自编教材、课件,行业通用,覆盖全国,示范性强。
3结束语
高等职业教育项目教学要紧密产学结合,教师不仅要不断提高专业素质,而且必须真正参加到企业的工程实践中去,学习企业的开发管理模式,总结实践经验,并将这些经验运用到教学中去。同时,教师还必须使用适当的教学方式,才能将自己丰富的经验与项目驱动的教学模式有机结合起来,提高教育教学质量。
参考文献:
[1] 江思敏. PROTEL电路设计教程[M]. 北京:清华大学出版社,2003.
[2] 赵志群. 职业教育与培训学习新概念[M]. 北京:科学出版社,2003.
[3] 姜大源. 职业教育学研究新论[M]. 北京: 教育科学出版社,2007.
[4] 赵建华,李克东.协作学习及协作学习模式[J]. 中国电化教育,2000(10):15-18.
[5] 何克抗. 建构主义――革新传统教学的理论基础[J]. 电化教育研究,1997(3):3-9.
Research on Curriculum “Circuit CAD” based on Item-drive
SUN Hui-qin
(Sub-college of Information Engineering, Tianjin Vocational Institute, Tianjin 300410,China)
【关键词】10KV配电线路;优化设计;节能研究
1.引言
当前,在我国现有的电力系统之中,35kV以上电压等级的输变电系统主要负责的是远距离的输电,而lOkV电压等级的输变电系统则是全部配电系统的重要部分,其直接与用户展开连接。因为整个配电线路比较长,覆盖面非常广,电能在通过变压器等设备展开传输的过程之中,会由于各种各样的原因而发生功率的耗损,最终会致使用户无功补偿产生非常大的差异。所以,怎样对lOkV的配电线路展开优化设计进而达到节能的目标是电力行业所面临的最大难题。
2.10kV配电线路的优化设计
10kV配电线路的设计在全部电力工程建设之中是一项非常重要的工作,其不但受到较多规范的限制,并且对于设计的技术有非常高的要求。要做好lOkV配电线路的设计工作不但要实行国家现行的有关要求和规范,还要依据实际的状况展开合理的设计以达到客户的需求。下面是依据一些工作所总结出来的一些经验。
2.1 lOkV供电线路导线的选择
在我国的系统之中lOkV供电线路主要是用在与用户的直接联系,换言之就是其供电线路并不是太长。所以,在选择供电线路的导线时可以在输送负荷不改变的情况下,适当的加大导线的横截面积,通过减低导线线路的电阻来降低电能的耗损。下面通过一个具体的案例展开比较:
导线有功功率损耗:Px=31jsROL×10-6(kW);公式中:Ijs一计算电流(A);RO一导线电阻(12/km);L一导线长度(m)。
导线截面加大之后,线损下降:Px= 31jsROL×10-6(kw):Wx=3IjsROLt×lO一6(kwh);公式中:Px一 线损有功功率损耗下降值(kw);Wx一 线路有功电能损耗下降值(kWh);RO一线路电阻减少值(12/kⅢ);t一线路运行小时数(h)。
假设每千瓦时电价为B元,两相邻截面电缆每米的价格相差E元,则截面增加之后,降低的线损电费M和加大的线路投资N各为:M=Wx×B(元)N=E×L(元)若M=N,则节约电费与加大投资相等,可得:t=E/31jsROB×10-6(h),假设VV22~0.6/ikV四芯电缆埋地敷设,计算电流的环境温度为30℃时的相应载流量,截面增加之后节电效果如下表所示:
最小截面(mm?) 选用截面
(mm?) 计算电流(A30℃) 差价回收期(h/运行)
16 25/35 88 1871/2397
25 35/58 183 2431/3621
35 50/78 127 3478/4953
50 79/95 155 4539/6938
70 95/128 183 7578/8531
95 128/158 221 6977/8511
120
150 150/185
185/240 249
287 8430/12843
13956/14318
185 240 320 11820
通常导线的使用寿命能够达到10年左右,倘若通过加大导线的横截面积来减低损耗,从上面的计算之中能够看出将实现非常大的经济效益。
另一方面,对于输电线路之中所应用的与导线接触的铁磁金具应当尽可能运用无磁型的金具。因为电流在输电线路之中遇到磁场会耗损一些电能产生磁涡流,不但耗损了电能,并且对于导线也产生了非常大的损害。
2.2 10kV配电线路的设计
输电线路的设计受到非常多因素的影响,好的线路设计可以有效的减短输电线路而且延长全部输电设备的使用年限。在实质的运用之中应当首先对起止点和整个输电区域展开一个全面的认识,然后依据实际的输电设备、气象、地理等挑选几条较好的输送路径,接着再对各个方案展开经济比较,最后挑选出最为合适的方案。通常在展开输电路径选择时应当要注意下面几个方面:第一是应当尽可能的不占用附近的农田,要挑选维护方便、运行和交通便利的地段;第二是光缆应当随着lOkV架空线路走,光缆的配备通常为1-2km,太短或太长都会发生一定的弊端。太短输电的集中度较低。会发生信号误差,太长则不利于进行维修;第三是尽可能挑选在平地上栽种电线杆,每隔50一60米左右栽种一个,要尽可能维持每个电线杆的受力均衡,倘若电线杆间间隔太长或高度相差太多,都会非常容易使电线杆由于受力不均而出现倒塌的状况。
2.3 导体与电器的设计
在《电力装置的过电压保护设计规范》之中对于配电线路的各种装置的绝缘水平和另外要求都做出了不同的规范,所以在设计电器以及导体的时候应当要严格依据规范展开设计。对予所选用的电器装置所可以承受的最高电压应当要高于全部电路的运行电压,而针对导体其所允许通过的电流应当要大于全部回路运行过程之中会产生的最大的电流。此外,还应当要注重气候等外界因素对于配电线路中的电器和导体的影响,要依据具体的外界环境展开导体和电器的设计。在对电器和导体的热稳性、稳定性和意外的短路电流展开定值的时候,应当要严格的依据设计规划展开精密的计算,与此同时还要考虑到全部线路的长远设计,在计算值之余展开边缘值规范。
3.lOkV配电线路设计应当注意的问题
配电线路有两类,一类是用来实现电能的分配、传输和装换。另一类就是用来处理、储存和传输各种信号。
3.1 安全方面的优化设计
安全是电力生产的重要要素。在1OkV的电路设计之中应当要考虑到配电线路的安全问题,配电线路在机械性能与电气上要达到运行的时候所需要的条件。其次配电线路要装置接地装置与避雷线。最后,线路的交叉跨越距离以及每个杆塔的距离等方面都要重点考虑。通常而言,用绝缘导线替代裸导线可以降低由外界因素而造成的安全和停电等方面原因,但是因为物资和资金的缺少、电缆本体很难满足输配工程所需,所以这个就不做探讨。
3.2 技术方面的优化设计
根据在当地建设的规划,依照电网的规划,要把目光放长远,找到最能达到实用性和经济性的的电路设计。而在电气性能上应当要重点考虑:污染程度、本地的天气、风力及风向的等级等条件。在考虑机械性能的时候要考虑:导线、金属、塔杆等的稳定性和受力情况。在配电线路的线路的挑选,首先应当要与当地的建设规划相符合,不可以影响到当地的发展,避免还要从拉线路。线路的设计要尽量的直、短等。尽可能少占用耕地或尽可能挨近耕地的边缘,并且还要注重杆塔底部的水文与地质的勘测。
4.10kV配电线路的节能研究
4.1 变压器的选择
变压器节能的实际上是减低其有功功率耗损,提升其运行效率。变压器应当选用SCBIO、SCBll等节能型变压器(SCBll系列比SCBIO系列节电百分之十),其都是采用高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造的新系列节能变压器。在设计变压器的时候,合理挑选变压器台数和容量、合理分配用电负荷,让其工作在高效区之内,可以有效降低变压器总损耗。对于不能受影响、可靠性要求高的负荷,采用专用变压器。
4.2 配电线路的选择
本文第二大部分从详细的设计流程和其中详细部件的挑选两方面对lOkV配电线路的优化设计展开探究,下面就从节能方面展开一些总结。在设计线路以及供电系统的时候想要实现节能的目标,可从以下几个方面进行解决:挑选电导率比较小的材质做导线,在负荷比较大的一类、二类建筑之中选用铜导线,在三类或者负荷量比较小的建筑之中可以选用铝芯导线,缩短导线长度,加大线缆截面。
4.3 应用无功补偿技术
电网无功补偿是一项建设性的技术措施,对电网经济、优质、安全运行具有非常重要作用。在配电线路之中应用无功补偿装置应当要注意产品可靠性及运行的问题,另外应当要注意产品功能和类型挑选问题,控制方式和控制量选取问题也非常重要,最后要注意补偿容量和补偿效果问题。较多的工程实践证明,对动态补偿在配变容量20%~30%内。与此同时,对个别情况应当要展开特殊处理。
5.结束语
综上所述,在针对10kV 的配电线路展开线路设计的时候,应当要注意设计方案的合理性和科学性。这项工作对于全部电力工程而言,是一项非常艰巨而又重要的工作,它的规范性和技术性是否可以达到标准,能够在较大的程度上决定全部电力系统的运行状况。要做好供配电的设计工作,就应当要根据国家的现行规章制度和有关政策和具体落实工程施工工作,达到人们对供电的需求,与此同时,为电力系统的良好运行打下良好的基础。想要有效的减低供电成本就需要电网的经济运行。因此,供电企业应当增加科技的研发和投入,依据实际的情况采取对应的措施,优化配电线路的设计,而且采取一定的管理和节能措施,在有效的减低线路损耗的条件下延长输电设备的使用时间,从而达到用户的要求,最大化实现企业的经济效益。
参考文献
[1]赵刚印,任艳,秦澎涛,王海荣.10kV配电网降损节能措施探讨[J].机电信息,2012(21).
关键词:电子设备;结构设计;工艺设计
结构设计是为了满足电子产品的各项功能和电性能,使设备在各种既定环境下都能正常工作所进行的设计。它可以把产品的外观直接展现出来,在一定程度上决定了产品的可靠性、寿命及性价比。好的设计应合理满足整机的性能要求,在市场上具有竞争力。产品的工艺性能直接影响到产品性能和战术技术指标的实现。工艺设计的最高原则是以最少的社会劳动消耗创造出最大的物质财富,这个原则也是企业赖以生存和发展的基础。无论哪类电子设备的设计都离不开结构,整机结构设计水平的高低和工艺技术的好坏对于产品质量至关重要。电子设备的故障或失效大都可归结为设计上没有想到或没意识到某些细节或约束,一些通用设计的技术、准则、理念和方法必须被予以重视并深入贯彻到产品研发中去。
1某系统电子设备结构设计
1.1概述
某系统主要由多路耦合器、终端机和信号分配器组成,采用19英寸标准机柜上架安装方式。各设备遵循标准化、系列化、通用化设计原则,颜色、标识、铭牌、把手和接口连接器选择均符合系统设计规范要求。根据研制方案确定电气功能、性能及使用环境要求,经研究分析整机结构形式和尺寸约束后,初步进行元器件布局、布线和组装设计,合理选用材料、涂镀、加工手段,采用通用件和标准件,简化制造工艺,积极运用成熟技术。后通过软件进行三维实体建模、装配仿真、应力应变分析、热流分析,进一步优化零部件结构。
1.2多路耦合器机
箱箱体及内部隔板全选用铝合金板,铣削成型,并通过相互搭接、螺钉拧紧固定。选用铝合金板,是因其具有重量轻、加工定位准确、易开沟槽安装固定屏蔽材料、装配拆卸简便、外形美观等优点。多路耦合器采用模块化设计理念,将防雷电路、放大电路和功率分配电路分别安装在铝合金板铣削成型的屏蔽盒内,构成单独的防雷模块、放大模块和功率分配模块。为便于器件散热,将散热器紧贴机箱左侧板,电源模块紧贴机箱右侧板,放大模块和功率分配模块固定在散热器上,并分别在安装贴合面涂敷导热硅脂。由于电源模块较重,为满足冲击、振动试验要求,设计固定架使其一侧与底板连接,另一侧包住电源与右侧板。防雷模块安装在前隔板预设位置,并与中隔板和后隔板一起组成隔板部件,组装时将其整体插入机箱。各模块用隔板隔开,分别安装在3个相对封闭独立的隔段内,尽可能避免电源与模块、模块与模块间的电磁互扰。多路耦合器结构形式如图1所示。
1.2.1终端机
箱体是机箱结构的主体部分,是设备功能模块的安装载体,也是机箱结构的集中受力体。根据安装器件的尺寸、重量和位置,同时考虑振动、冲击对结构强度的影响,参考压铆螺钉、压铆螺母柱的铆接装配要求,核算确定各面板材料及厚度。终端机结构形式如图2所示。终端机由16个解调模块组成,外部线缆通过航空插座进入机箱并通过双绞塑胶线与母板欧式插座连接。由于结构尺寸的限制,一个航空插座需通过8路音频信号或8路串口数据,为避免设备内部多路信号互相串扰,走线及母板设计尽量将多路同类信号线分开。另外所有解调板都安装了背板进行电磁屏蔽隔离、安全防护和固定,以提高电气连接的可靠性。导轨支撑部件由托板、导轨和连接条构成,主要起约束解调模块自由度的作用,模块的插拔、固定简单方便。终端机前面板左、右两侧各开设一个进风口,出风口安在后面板中部,风扇装在机箱外侧向外抽风。由于风扇转动把箱内的热空气强制抽出,使机箱内产生负压,吸引机箱外的冷空气由进风孔口进入,从而形成空气交换。为避免导轨支撑部件阻挡、妨碍空气在箱内流通,导轨上设计有导风孔,冷空气经导风孔流过带走解调模块散发的热量。其基本任务是在热源至热沉之间设计一条低热阻的通道,保证热量迅速传递出去,以便满足可靠性要求[1]。另一方面,设计导风孔还起到减轻设备重量的作用。兼顾电磁屏蔽和良好通风的双重要求,通风开口处分别安装了屏蔽通风窗,为进一步提高屏蔽效果,屏蔽通风窗与箱体固定贴合面还粘结橡胶密封丝网组合衬垫。终端机风道设计如图3所示。
1.2.2信号分配器
以前设计的机箱大多采用零部件搭接、螺钉拧紧固定的结构形式,为满足强度和电磁兼容性要求,完成箱体组装往往要使用很多螺钉,这使得设备拆卸、装配十分繁琐,维修性不好。为解决此问题,信号分配器设计采用插装结构形式,如图4所示。根据装配顺序将底板插入前面板、后面板、左侧板和右侧板底部对应的沟槽,推动左、右侧板使其与前、后面板互相卡住,然后用螺钉进行固定。把隔板插入箱内使其与底板和后面板配合,分别将滤波器、电源模块和主板模块安装在隔板分开的两个封闭隔段内,尽可能避免电源对主板模块的电磁骚扰。将盖板榫齿插入前面板顶部后面的沟槽中,往前推动盖板使其后端向下插入左、右侧板卡槽,用螺钉将盖板与箱体固定。信号分配器全部零部件共计12个,结构简单,组装方便。
2某系统电子设备工艺设计
2.1概述
某系统电子设备环境适应性要求比较苛刻,设计人员不仅要将“六性”设计理念融入、贯彻到研发工作中去,还需清楚产品的工艺流程。电子设备环境适应性主要取决于所选材料、构件、元器件的耐环境能力和结构设计、工艺设计采取的耐环境措施是否合理和有效[2]。装联工人应积极主动地提出合理化建议,配合工艺人员共同完善产品设计,这样才能使设备满足低温、高温、湿热、盐雾、霉菌、振动、冲击、颠震等环境试验要求。装配、组装质量不仅影响设备外观,而且影响系统的性能,可以说系统的质量直接体现在焊接和组装上。应合理安排装配顺序,注意前后工序的衔接,连接应牢固可靠,安装方向、位置要正确,不损伤设备单元和零部件,不损伤面板等机壳表面涂覆层,确保电性能稳定和机械强度足够。
2.2通用工艺技术
根据各种材料在实际应用中的表现,内部设计规范应明确禁止使用预镀锌钢板。以前钣金件多采用冷轧钢板,加工后进行镀锌工艺处理,但其防护能力还是偏弱,长时间使用时会产生锈斑腐蚀,相关零件要求全部换成奥氏体不绣钢,新产品设计不再使用冷轧钢板。除钝化处理外,奥氏体不绣钢零件可不再做其他表面处理。电磁兼容设计应采取主动预防、整体规划、“对抗”与“疏导”相结合的方针[3]。某系统电子设备的箱体材料全部选用铝合金板材,机加工后进行导电氧化处理,使机箱内表面形成理论上连续的导电面。箱体搭接缝隙处全部安装橡胶芯金属丝网屏蔽条,这种屏蔽条既有很好的弹性,又抗永久压缩形变,在潮湿及盐雾环境中具有很强的抗电化学腐蚀性能。由于屏蔽条有弹塑性,按设计尺寸截取时不要用力拉伸,可先从一端塞入沟槽并顺着按压到另一端再截取,剪切屏蔽条时应使其端头的橡胶芯微缩在丝网内,切忌安装后屏蔽条端头的橡胶芯露出金属丝网很长。在设备通风开口处安装屏蔽通风窗,利用截止波导原理解决通风和屏蔽这对矛盾。具体设计可参考GJB1046-1990《舰船搭接、接地、屏蔽、滤波及电缆的电磁兼容性要求和方法》(6.2.2.3截止波导通风孔)。电源线穿过箱体会使机箱整体屏蔽效能降低,为提高设备电磁兼容性,电源输入接口采用将航空插座与电源滤波器做成一体的结构形式。在滤波器与后面板安装固定面粘接扭角铍铜簧片或导电衬垫,使壳体和机箱贴合并保证接触良好,输入输出线不能靠得太近,引线尽量短且不能交叉,电源线不要与其他电缆捆绑走线。电源输入接口旁边就近设计安装安全的螺栓,并将电源线安全地连接。带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、点焊、单面焊接等组合件,原则上不允许进行电化学处理,不同金属材料组合在一起的部件不能进行溶液处理,这些组合件应尽可能采用涂漆,或分别进行电化学处理后再组装。所有电化学处理都应在零件状态(即非组合件)下进行。钢铁件在喷涂前应进行磷化处理,铝件喷涂前应进行氧化处理(铸铝合金可采用喷砂处理),以增加涂层附着力。体积和质量较大的模块、晶振、线圈可用硅橡胶封装或加固管脚。尽量降低元器件的安装高度,缩短其管脚引线。导线穿过金属孔或靠近金属零部件时需用绝缘套管将导线套住,线束的安装和支撑应当牢固,以免使用期间绝缘材料因磨损而短路。电路GND通过金属化螺钉以及对应的阻焊亮铜带和结构件良好搭接,对应的结构件不作喷漆处理。使用不锈钢错齿弹垫、棘爪弹垫、止退螺母等紧固件防止装配松动。
3结语
随着社会发展及加工技术的进步,产品的结构形式有了很大变化,从单机到系统,从最初主要使用型材、钣金结构发展到数控铣削成型的零件实现形式,精密加工技术已开始影响电子设备的设计和生产。电子设备的结构及工艺设计是项目研制过程的重要组成部分,直接影响到产品的可靠性、稳定性和品质指标,并不仅是为硬件平台做个外壳那样简单,需考虑多方面的约束因素以选择最合理最可靠的设计技术。综合某系统装备介绍,可了解电子设备的结构形式及设计方法和在工程实际应用时采取的具体措施,对其他电子产品的结构及工艺设计具有一定的指导意义。某系统电子设备装配拆卸简单,生产维护方便,具备较高的标准化、系列化、通用化程度,符合国家标准有关要求。系统通过公司内部功能、性能测试和第三方电磁兼容试验、环境试验、信道试验验证,所有设备均满足研制方案要求。
作者:彭辉 单位:
参考文献
[1]邱成悌,赵惇殳,蒋全兴.电子设备结构设计原理(修订本)[M].南京:东南大学出版社,2005.
关键词:优化;建筑电气照明供电;设计技术
一、负荷计算在建筑供电照明系统中的作用
1.负荷计算在三相用电设备组的应用
通常来说这类负荷计算需要通过系数进行运算,在运算过程中首先需要对计算对象进行有关类型的区别划分,其次将类型一致的设备划入同一组,在这些步骤完成后才可以进行运算。在进行三相用电设备的负荷运算时,以相同类型的系数为依据,可以对设备的有无功率进行运算区分,也就是说,有功率的计算负荷需要以已知系数及设备容量为依据。
2.负荷计算在单相用电设备中的应用
相负荷的运行标准需要保证其作业电压在相电压范围内,在日常工作中,相负荷在用电设备中对火线与中性线之间起着连接作用,通常情况下这种相负荷大多被应用于建筑及家用用途中。在进行负荷运算时,最基本的是要将相负荷与三相进行平均处理,并将最大的单相设备最为运算单位,关于总容量的计算要以3为倍数进行依次推算,而后通过公式的运算就可以得出线路的电流数值。
3.负荷计算在配电干线及变电所的应用
计算的首要条件就是要保证设备类型的同一性,只要这样才能保证计算数额的准确性,因此需要将设备进行划分,然后再对线路进行负荷计算。通常条件下,配电干线及变电所的低压母线需要承载着相当大一部分的用电设备,而这类负荷计算需要对单独的个体用电设备进行总和的累加,然后乘以相同的标准系数,这样有功或者无功的计算负荷就可以在公式中进行表现了。
二、优化建筑电气照明供电的技术措施
1.关于系统导线的优化设计
照明系统的电路通常具有以下几种线路构成:首先需要有缆线进行电能的传输、其次需要对电力进行绝缘保护,这就需要绝缘线、传输电力的传输线、最后一个就是架空的明线。建筑电气与居民用电不同,维持运转需要功率较大的动力电,这部分电能的电压通常较高,因此这就对导线的质量提出了更高的要求,不仅材料质量要符合用电标准,其直径及规格更要与实际需求相配。电力系统包含着照明电路,因此架空明线这一方面并不会过多的涉及。在进行导线的选择时不仅需要将导线性能进行综合考量,更要将价格控制在一定范围内,在一般情况下,导电效果最好的无非是银质材料的导线,其次就是铜质,最后是铁质的,基于价格各方面的综合比对,可以发现,效果好的导线材质应属于铜质导线最为合适。建筑电气照明供电的技术设计环节最主要的影响因素为导线线路的设计及铺设,线路应根据照明设备的不同需求而实时做出相应调整。打个比方:在进行家用照明设备的施工过程中,导线应当以室内对角线的情况进行分布铺设,这样就可以不破坏房间布局,更能够使线路的铺设更为规整,增强了技术美观性。如果是施工照明方面的用电,由于是临时作业,因此应当将导线长度进行适当缩短,使其距离能够达到最佳标准。
2.电源设在负荷中心
照明系统的供电设计中,电源选择是首要任务。建筑物自身会设有配电柜,也就是负荷中心的所在处,用于衡量照明系统中各发光设备的用电总和。闭合状态下照明供电的损耗与三种因素相关,其一是导线的长度;二是与导通电流流量相关;其三是导通器件自身电阻阻值。
3.设计中要保证三相平衡
对于照明供电涞水,绝对的三相平衡是不存在的。负荷三相平衡是指通过设计调控使供电系统处于最优的模式下。电源布线时保持平衡状态可以使电流各线路的电压均衡不会出现较大波动,设计时可先选定一处火线作为基准,在通过测量将其余两项确立。方案中零线与保护体越接近越节能材料的使用量,为后续电路设计提供较大的可用空间。照明终端包括三条相线,若相线处于平衡对称状态,则零线中会产生相应的电流。如常用的翘班插座,不需要照明设备工作时可将电路断开,在插座端阻断电流,降低了设备准备期间的电能损耗,并且操作方面,保护了操作人员的人身安全。
三、优化建筑电气照明供电的节能设计措施
1.加大宣传力度
建筑照明系统节能,要充分发挥政府在建筑照明系统节能降耗工作中的主导作用,即通过行政、经济等技术手段,在全社会范围内全面开展照明节能工作,增强居民的照明节能意识。在新建建筑和既有建筑技术改造工程中,要结合相关技术规范标准,把建筑照明节能工作同绿色建筑其他节能领域相互结合起来,推动建筑照明系统节能工作高效顺利开展。
2.结合实际确认优化设计方案
在进行建筑照明系统设计过程中,要严格按照GB50034-2004《建筑照明设计标准》、JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》等技术规范要求,结合建筑物功能和照明场所实际特性确定适宜的照度标准值,不应根据主管意愿随意提高或降低照度水平。要合理确定照明系统的照明功率密度值、照明方式、控制系统等。建筑照明系统节能优化设计,应在满足建筑物不同场所、不同部位对照明照度、色温、显色指数等技术指标要求的前提下,设计出技术上可行、经济上合理的照明节能优化设计方案。
3.将节能光源应用到实际照明供电中
灯具反射面的反射比越高,这该灯具反射面优化设计越合理,对应其照明光效也会越高。通过灯具反射面的优化设计,通常可以有效提高灯具效率达10%~50%。对于低压钠灯和高压钠灯,虽然其发光率较高,但由于存在色温低、光色偏暖等不足,其显色指数大多只有40~60,同时颜色失真度较大,通常只使用在路灯或广场照明系统中使用;显色指数在60的高显色性钠灯在工程中通常与汞灯相互搭配组成混合灯使用,主要用于工厂及体育馆照明系统,此类灯具主要用于量大面广的照明系统;发光率非常高的金属卤化物灯、三基色荧光灯、以及稀土金属荧光灯,由于其色温范围较广(3200K~4000K),运行中光色选择性较好,显色指数指标也较高(可以达到80~95),同时颜色失真度较小,特别是金属卤化物灯其在使用过程中对人的皮肤显色性非常好。
4.优化照明系统的控制方式
通^对建筑照明系统控制方式的节能优化改进,根据使用场所不同功能特点和技术要求有区别进行对待,尽可能做到使用方便,且又为节电创造良好条件。采用格栅荧光灯与空调通风系统向配合时,应优选选用溴化锂制冷直燃机,这样可以用大容量集中式空调机组,可以有效防止大容量冷冻机组频繁起动对荧光灯运行带来影响,防止荧光灯发生光通减少和频闪等问题。应结合照明系统灯具布置等因素,多采用光控、时控、感应等控制系统相互搭配,适时开断照明灯具。
参考文献: