远距离控制技术（共11篇）
远距离控制技术 篇1
煤矿井下无计划停电停风主要发生在掘进工作面或采用局扇送风的回采工作面, 常常导致采掘工作面瓦斯积聚, 停电停风后未检查瓦斯浓度就随意恢复送风、送电或因排放瓦斯措施落实不到位酿成的煤矿瓦斯爆炸事故屡见不鲜[1]。究其原因, 主要是工人习惯性违章作业, 出班时顺手关停局部通风机或机电设备发生故障以及地面变电站或井下变电所突然停电所致。
目前, 煤矿主要采用双电源、双风机和切换装置的方式解决井下通风和瓦斯抽排问题, 但由于系统设备多、切换装置存在功能缺陷、控制开关设备落后、风筒接头漏风等问题没有得到解决[2], 局扇无计划停电、停风造成瓦斯积聚的事故仍屡有发生。因此, 研究高瓦斯掘进面远距离排抽控制技术, 在井下无计划停电停风时, 能自动开启瓦斯抽放管道阀门, 不仅能有效消除掘进工作面无计划停电停风事故, 还能对停风区、盲巷积存瓦斯进行自动排放, 有效提高矿井瓦斯排放安全性, 缩短排放瓦斯所用时间, 对搞好矿井“一通三防”工作, 实现煤矿安全生产具有重大意义。
1 技术方案概述
掘进面开采前要对煤层瓦斯进行预抽采, 井下预抽采时通风管道使用局扇向巷道内送风, 通过风流将环境瓦斯带出;瓦斯抽放管道抽放煤层内涌出的瓦斯, 两套管道系统共同解决掘进面瓦斯超限问题。
原始的瓦斯抽放管道末端使用盲板封闭, 经真空泵抽放后形成高负压管道, 抽取预开采煤层内瓦斯。将盲板换成可控制其开闭的电控阀门, 正常抽放时处于关闭状态。当通风局扇出现故障, 无法向掘进面送风时, 电控阀门迅速打开, 通过瓦斯抽放系统将掘进面涌出瓦斯排出, 从而保障工作面环境和人员安全。
高瓦斯掘进面远距离排抽控制系统主要由电控阀门、液压系统和控制器三部分组成。将电控阀门安装在抽放管路末端, 通风系统正常时, 阀门处于关闭状态;掘进面通风局扇与电控阀门形成闭锁控制, 使用同一路电源供电。
当局扇因上级供电系统故障而停止送风时, 液压系统的电磁阀组同时掉电, 蓄能器瞬间释放压力控制阀门打开, 通过抽放管路排出掘进面环境瓦斯;当局扇因本身机械故障而停止送风时, 控制器检测到局扇停止转动, 则向液压系统发送开阀指令, 控制阀门打开, 对掘进面瓦斯进行抽放。
2 电控阀门
根据阀门的应用环境和结构特征, 采用蝶阀作为抽采管道上的切换阀门;根据阀门的驱动形式和对关闭速度的要求, 设计并实现高速驱动蝶阀的电液联动系统, 使用高速电磁阀和液压油路系统快速驱动蝶阀, 实现切换功能。
2.1 阀体结构设计
电控阀门阀体采用蝶阀结构, 主要由阀体、阀杆、蝶板和密封圈组成。蝶阀是一种结构简单的调节阀, 适合用于瓦斯抽放管路开闭控制, 只需旋转90°即可快速启闭, 具有良好的流体控制特性, 当蝶阀处于完全开启位置时, 蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力, 因此通过该阀门所产生的压降较小。
井下掘进面存在大量粉尘及悬浮颗粒, 蝶板关闭时会影响其密封性。为了确保蝶板紧密关闭, 在阀体内壁嵌入橡胶密封圈。关闭时密封圈与阀体密封面相互压紧接触, 开启时密封圈和阀座之间的整个密封面上相互同时脱开, 无宏观摩擦和挤压, 不产生火花, 适合井下瓦斯环境。阀体结构如图2所示。
2.2 液压系统设计
液压系统是控制阀门开闭的驱动设备, 主要由油箱电机油泵装置、蓄能控制阀组、滤油管路系统、加热系统功能、执行油缸等组成。
油箱电机油泵装置主要用于储存液压装置工作时需要的油液, 同时供给系统所需压力油和接收系统排回的液压油;滤油管路系统过滤进入工作回路的油液;保证系统油液清洁及各控制阀能正常工作;蓄能控制阀组控制整个系统工作油液的走向, 致使系统完成工作;执行油缸按系统要求控制驱动外界负载, 实现阀体开闭。液压原理如图3所示。
蓄能控制阀组主要由集成块、溢流阀、单向阀、卸压阀、防爆电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀、防爆快关电磁阀、防爆压力控制器、压力表、插装阀等组成。溢流阀设定系统安全压力;节单向流阀调节系统开、关阀速度;压力控制器设定系统工作压力的上限、下限值;压力表显示系统管路内油液压力。
蓄能控制阀组将蓄能器内的油通过各个阀门及高压软管传送到执行油缸中, 油液推动活塞运动从而带动蝶阀转动, 完成开阀、关阀、停阀和快关阀等动作。
3 控制系统
控制系统是整个排抽系统核心, 包括监测监控、显示、事件记录等模块, 主要用于采集信号, 对数据进行处理;同时, 系统具有自检功能, 对于错误信号借助LCD显示屏向设备维护人员警示出错信息。控制系统主要由PLC, 本安电源, 输入、输出隔离电路, RS485通讯电路, 光电转换器, 显示电路等组成。
3.1 电气设计
掘进面远距离排抽控制技术采用PLC智能控制方法, 当传感器检测到通风局扇故障停止送风后, 立即将电信号传送到PLC控制器, 控制器发出指令, 液压系统驱动蝶阀迅速打开, 通过瓦斯抽放管路继续排出掘进面瓦斯。PLC控制器电控原理图如图4所示。
PLC模块是排抽控制系统的控制核心, 输入信号包括通风局扇故障信号、手动控制信号和蝶阀阀体位置反馈信号;输出信号控制蝶阀打开和关闭。控制系统还包括PLC扩展模块, 负责采集液压系统的压力、温度传感器信号, 控制液压系统蓄能器压力维持在13~16MPa;当温度低于5度时加热器开始加热, 直至加热至25度。
3.2 软件设计
控制系统上电后进入初始化程序, 初始化完毕后采集液压系统压力传感器信号, 经过处理后判断蓄能器油压是否正常, 若压力过低, 则启动油泵向蓄能器内充油;若正常则继续判断蓄能器油温是否正常, 若油温过低, 则启动加热器加热液压油, 使其达到正常油温, 保障液压系统工作正常。
系统进入在线监测通风局扇状态程序后, 持续检测通风局扇工作情况, 一旦收到故障信号, 控制器迅速发出开启蝶阀控制指令, 并继续监测局扇状态, 直到局扇恢复正常工作后, 控制系统自动将蝶阀关闭, 恢复井下掘进面通风系统和瓦斯抽放系统正常工作。
4 现场试验
高瓦斯掘进面远距离排抽控制系统设计完成后, 在山西潞安煤矿一水平二采区西 (南) 翼一区段 (122区段) 进行现场工业试验。
4.1 工作面参数
该矿井采用压入式通风, 局部通风机安设在下组煤轨道巷新鲜风流中。新风经1#2#副井→集中运输巷→下组煤轨道下山及局部通风机→下组煤轨道下山与行人斜巷联络巷到达掘进工作面, 污风经行人斜巷上山→回风钻孔→下组煤南部风道到达总排。工作面需风量160m3/min, 通风距离140m, 实行双风机双电源进行供风。
掘进工作面采用边掘采边抽方法抽取本煤层瓦斯, 掘进期间瓦斯涌出量为16.3m3/min, 井下抽放管路布置为:由地面抽放泵站 (双排管路) →瓦斯斜井 (双排管路) →回风大巷 (双排管路) →专用瓦斯巷→一采区大巷及111、122采掘顺槽。支管路直径250mm。
4.2 试验及数据分析
将直径为DN250的电控阀门安装到瓦斯抽放支管路末端, 并将液压系统和控制器连接, 液压系统电磁阀组与通风局扇共用一路AC660V电源, 系统连接完毕后上电, 进入在线监测与控制程序, 如图6所示。
(1) 通风供电系统故障, 观察液压系统电磁阀组是否动作, 用示波器测试电控阀门开启时间;等待20min后, 用甲烷传感器测量掘进面环境瓦斯浓度; (2) 局扇故障停风, 观察PLC是否能控制电控阀门开启, 用示波器测试开启时间;等待20min后, 用甲烷传感器测量掘进面环境瓦斯浓度。每项试验重复三次, 试验数据如表1所示。
试验结果表明, 通风系统供电故障和局扇自身故障情况下, 电控阀门均能在300ms内打开, 通过瓦斯抽放支路排出掘进面环境瓦斯, 经过20min后, 122采区环境甲烷浓度小于1%。
5 结论
本文通过对高瓦斯掘进面远距离排抽控制技术的研究, 提出了一套远距离排抽掘进面环境瓦斯的新方案, 解决了因井下无计划停电或局扇故障所带来的瓦斯超限问题。为了实现瓦斯连续排抽, 特别设计了由液压系统驱动的电控阀门, 可在无计划停电时, 自动开启阀门;PLC远程控制系统能在局扇故障时自动控制电控阀门打开, 通过瓦斯抽放支路排抽掘进面环境瓦斯。试验结果表明, 电控阀门动作时间小于300ms, 环境瓦斯可控制在1%以下, 有效解决了掘进面瓦斯超限问题。
参考文献
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[6]张林斌.煤矿井下通风瓦斯防治技术[J].能源与节能, 2014 (8) :64-65.
远距离控制技术 篇2
确定短跑技术教学目标时，应以田径课程教学目标为依据，完成短跑技术教学的具体任务。
教学目标：使学生具有中等学校体育教师必备的短跑教材的基本理论知识、基本技术和基本技能。把短跑作为锻炼身体的手段，系统地掌握、运用短跑锻炼身体的练习手段和方法。基本功要扎实，做到：会讲、会做、会教，具有分析问题和解决问题的能力。使学生能够基本胜任中等学校体育课中短跑教材的教学工作，课余短跑的训练工作和课外体育活动中短跑练习的指导工作。结合术科课教学特点，在教学中要发展学生的速度、力量、灵敏等身体素质，增强心肺功能，调节神经系统的灵活性。培养学生顽强、果断，勇往直前的思想品质。
(一)直道途中跑技术规格上体稍前倾或正直，头部与躯干在一条线上，两眼平视。面部、颈、肩放松、口微张开。摆臂时，应以肩关节为轴两臂屈肘，两手放松地张开或半握拳，轻快而有力地做前后摆动，前摆时手的高度齐于下颌，上、下臂夹角约60～70度；后摆摆至上臂约与肩平，肘关节的角度约90度左右；肘关节的角度在垂直部位时为130～150度(图1)，并且，前后摆臂时带动肩部不同程度的前后扭动。摆动腿前摆时，以髋关节为轴，快速折叠前摆，当摆动腿膝关节摆过支撑面稍前方时，大小腿的折叠达到最大程度，脚跟几乎触及臀部，大腿前摆的高度与上体接近垂直。前摆结束后，摆动腿积极下压，膝关节放松，小腿自然向前伸出，并稍抬起脚尖，随着大腿继续下压，小腿和前脚掌积极鞭打扒地。着地瞬间，小腿与地面垂直，膝关节稍弯曲，足踵距地面有一定高度。脚着地以后，膝踝关节继续弯曲，足踵下沉。有利于身体重心迅速前移和进入后蹬动作。后蹬是获得前移的主要动力，蹬伸动作是以伸展髋、膝、踝三关节组成的。蹬伸动作首先是由伸展髋关节开始的，当摆动腿脚着地后，髋关节继续伸展，形成脚掌积极有力地扒地，带动身体重心迅速前移，使髋关节逐渐伸展。重心移动到支撑腿前的适宜位置时，进一步伸展髋、漆、踝三关节，最后通过踝关节蹬离地面，完成蹬伸动作(图2(1)(2)(9)(10))。
(二)蹲踞式起跑技术规格
起跑器的安装因人而异，可根据学生的身高、身体素质水平、技术水平等情况选择适合两腿发力的安装方法。
起跑器的安装一般有两种形式：普通式、拉长式。普通式：前起跑器离起跑线后沿一脚半长，后起跑器离前起跑器支撑面一个小腿长。两起跑器左右之间距离约10～15厘米，前起跑器支撑面与地面约40～45度角后起跑器约为70～80度角。拉长式：前起跑器距起跑线后沿约两脚掌长，后起跑器离前起跑器支撑面约一脚长。起跑器支撑面和地面的夹角以及左右间隔大体上和普通式起跑器的安装法相同。起跑包括“各就位”、“预备”和蹬离起跑器三个动作。
“各就位”动作是：先前脚、后脚依次踏在起跑器上。后膝跪地，四指并拢拇指张开，呈“八”字形撑在起跑线后没的地面上。两手之间距离略宽于肩，颈部放松，形成双脚、单膝、双手五点支撑地面的姿势(图3(1))。
“预备”臀部适速而从容抬起，稍高于肩，肩部处于起跑线上或稍前的位置。前膝角90度左右，后膝角120度左右，颈部自然放松，两脚掌蹬紧起跑器(图3(2))。
当听到枪声以后，两手迅速推离地面双臂屈肘做迅速有力的前后摆动，两脚同时用力蹬离起跑器，后腿蹬离起跑器后以膝领先迅速向前摆动。摆动时脚掌不应离地太高，前腿充分蹬直，把身体向前上方有力地送出。此时，后蹬角为42～45度。上体彰倾与地面约成15～20度角(图3(3))。
(三)起跑后加速跑技术规格
加速跑开始时，上体保持较大的前倾，双臂摆动幅度大而有力，充分蹬伸支撑腿，与此同时，摆动腿迅速前摆，摆动腿前摆时，大、小腿折叠程度小，前摆幅度大(图4(1))。
在整个加速跑阶段，随着速度加快，上体逐渐抬起；步幅逐渐加大；起跑后两脚逐渐落在一条直线的两侧。步幅的增加一般第一步着地点应尽量靠近身体重心投影点，步长不宜过大，一般在三脚半至四个脚掌长，以后每步约增加半个脚掌长，逐渐增至途中跑的最大步长(图4)。
加速跑阶段完成以后，应顺势做2～3步自然跑进，随即过渡到途中跑。
(四)弯道跑技术规格
(1)弯道起跑、加速跑动作同直道起跑和加速跑。而只是为了起跑后有一段直线加速跑的原因，起跑器必须要装在跑道右侧正对弯道切点的位置上。相应地，在“各就位”动作时，左手应撑在距起跑线后沿5～10厘米处。
(2)弯道途中跑：为了克服离心力，弯道跑摆时，整个身体向内倾斜，摆动腿前摆时，左膝稍向外展，以前脚掌外侧着地；右膝稍向内扣，以脚掌内侧着地，同时，并加大右腿前摆的幅度。弯道跑摆臂时，左臂摆动幅度稍小，靠近体侧前后摆动；右臂摆动的幅度和力量稍大，且前摆时稍向左前方，后摆时肘关节稍向外。弯道技术变化的程度与跑的速度、弯道半径有关联，速度越快、半径越小，技术变化的程度越大(图5)。
从弯道进入直道时，身体逐渐减小内倾程度，放松跑2～3步，然后全力跑完全程。
(五)终点跑技术规格
终点跑是全程跑最后段落的跑，其技术与途中跑技术基本相同。由于疲劳的出现，此时应保持上体稍前倾的姿势，加强后蹬和两臂摆动，在距终点线前一步时，做上体急速前倾动作(图6)，以胸部或肩部领先通过终点，然后逐渐减慢跑速。
短距离跑技术教学的重点及难点
(一)教学重点
途中跑是短跑全程跑中，距离最长、速度最快的一段，占全程跑的60%～70%的距离。其任务是继续发挥和保持高速度跑，通过教学，不仅能够使学生掌握途中跑技术，而且能够发展学生的速度、快速力量、速度耐力等素质，提高学生的加速能力和高速度奔跑能力。所以，在短跑教学中应以途中跑技术教学为重点，在途中跑教学中，应注意双臂摆动和两腿蹬与摆的协调配合。
(二)教学难点
起跑和起跑后加速跑技术，即是短跑技术中比较复杂的部分。也是短跑技术教学的难点。这部分技术需要学生有良好的速度、快速力量、速度耐力以及灵敏、协调等身体素质和快速的反应能力。教学中应注意：“各就位”、“预备”、“跑”三个过程动作的准确性及其之间 的连续性。重点抓住起跑后加速跑的教学，使其协调、连贯、积极有力，随着速度逐渐加快，逐渐增加步长，逐渐抬起上体。
短距离跑技术的教学方法
(一)学习掌握直道途中跑技术
(1)集体原地弓步摆臂练习。
要求：深吸一口气，注意肩部放松下沉。练习过程中体会摆臂的正确动作。
(2)两人一组的摆臂练习。
要求，练习者的同伴手扶练习者肩部(预防耸肩动作)。同时注意观察练习者的脸、颈、肩和双臂动作，及时提醒练习者注意这些动作要放松。
(3)慢跑中摆臂练习。注意随着跑速的提高，加大摆臂的幅度和速度。
(4)手扶肋木做跑的模仿练习。注意折叠前摆和蹬摆协调配合两个技术环节。
(5)跑的专门性练习接加速跑。要求学生在练习过程中体会膝、踝关节的放松和途中跑各环节的正确技术。
(6)站立式起跑60～80米的放松大步跑练习。注意摆臂配合。要求在神经系统和肌肉不紧张的情况下，通过反复中速跑练习，体会和掌握途中跑技术。
(7)加速跑20～30米后接不减速的轻松惯性跑练习。要求学生体会放松跑的效果，并通过反复跑的练习提高快速跑中的放松能力。以下几个练习主要是在技术掌握到一定程度后，用来提高素质和巩固技术熟练程度采用的。
(8)三至四个人一组的50～60米快速跑的练习。要求练习者既有竞争意识，又要动作放松自然，步伐开阔，上肢、下肢以及躯干的姿势和动作正确。
(9)让距离跑。将学生分成前后两排，位置左右错开，跑得较快的学生编在后排，开始时，做原地高抬腿跑或站立，当听到口令后迅速跑出，后排学生追赶前排的同学。
(10)行进间30～40米计时跑。要求加速时先逐渐增大步幅，后加快节奏的方法进行。
(11)接力游戏。可以采用迎面接力或沿跑道依次接力，主要是通过改变练习的形式，调动学生学习的积极性。使学生在紧张活泼的气氛中进一步掌握技术动作。
(二)学习掌握起跑后加速跑技术教学方法
(1)正面斜撑肋木，做推手摆臂练习。两人一组，互要观察练习者面、颈、肩各部位的放松情况和摆臂的幅度和方向，及时指出错误动作，并帮助纠正。
(2)正面斜撑肋木，做高抬腿跑练习。要求，练习者认真体会大腿快速有力的前摆动作。注意前摆时脚离地面不太高，后蹬时，充分伸展髋、膝、踝三关节。
(3)直体前倒接加速跑20～30米后做不减速惯性跑练习。要求，两脚开立同肩宽提起足跟，直体前倒。当身体失去平衡瞬间，迅速跑出。要求认真体会加速跑的动作要领。
(4)由体前屈开始，加速跑20～30米后接不减速的惯性跑。要求两脚开立同肩宽，一臂在前自然放松，一臂屈臂在后。然后前移，至身体失去平衡时迅速跑出。
(三)学习掌握蹲踞式起跑技术教学方法
(1)游戏，提高快速反应的能力。
①黑与白。把练习者分成两排对面站立，也可采用背向站立或迎面行进等形式，命名一队为“白队”，一队为“黑队”。当游戏开始时，教师喊“黑”或者“白”的口令，两队听到口令后互相追拍。
②喊号接球游戏。练习者站成一个圆圈，顺时针报数。教师持一球站于圆心，游戏开始时，教师将球抛起后喊号，被叫的学生迅速起动，跑到圆心接球。
(2)采用各种姿势听不同信号起跑。
(3)学习安装起跑器，要求在教师的指导下，学生按小组自行安装。
(4)全组学习“各就位”、“预备”口令时的动作。要求练习者练习时，本小组其他同学指导练习者完成动作。依次轮换，并且同学之间互相纠正错误(动作)。
(5)用胶皮带做阻力起跑练习或双人抗肩的阻力起跑练习。要求躯干保持前倾姿势，阻力适当，以不影响练习者动作的连贯性为准。
(6)在斜杆下做起跑和起跑后加速跑练习。要求斜杆前端不要压得太低，以免产生低头躲杆跑的错误。
(7)蹲踞式起跑练习(无口令)。要求学生经过反复练习，选择出适与自己的起跑器安装方法和最佳起跑姿势。
(8)听口令后蹲踞式起跑30米。要求练习时对起跑信号做出快速反应，并注意体会正确技术。
(9)“预备”口令与“呜枪”之间，以不同的时间间隔做起跑练习，要求对起跑信号做出快速反应。
(10)蹲踞式起跑60米。可以采用让距离的追逐跑或计时跑等形式。要求练习者认真体会加速跑和途中跑的衔接技术。
(11)改进起跑和起跑后加速跑步幅的练习。在起跑器前按照正常的落地位置，画出标志，要求练习者起跑后脚落在标志上。
(四)学习掌握弯道跑技术教学方法
(1)叫号追拍游戏。学生站成5～6米半径的圆圈。逆时针1—3报数。游戏开始时，教师喊号，相同号数的练习者逆时针追拍他前面的同学。要求游戏结束后每位同学都谈一谈圆周跑和直道跑的不同之处。
(2)原地摆臂练习。
(3)在一个半径10～15米的圆圈上，用慢速、中速和快速等不同的速度跑，反复体会弯道跑技术以及与跑速的关系。
(4)在弯道上，中速跑、快速跑60～80米，体会和掌握弯道跑技术。
(5)学习进弯道跑技术。直道上15～20米加速跑，在进入弯道前2—3步时，有意识地内倾身体，用左脚掌外侧着地，右脚掌内侧着地，进入弯道后快跑40～50米。
(6)学习出弯道跑技术。要求以很快的速度跑出弯道。进入直道时，顺惯性做2～3步自然跑进，使向内倾斜的身体逐渐恢复正常姿势，然后加速跑20～30米。
(7)直道→弯道→直道跑150～200米。
(8)学习弯道起跑器的安装方法。
(9)弯道起跑40～60米。要求起跑时身体正对弯道的切点方向。
(五)学习掌握终点跑技术教学方法
(1)在走和慢跑中做撞线动作。当离终点线一步时做上体前倾双臂后摆的撞线动作。做这个练习时可将学生分成小组，每一组一根终点带，让学生分组练习。
(2)中速跑30米后的撞线动作。
(3)加速跑40～60米。跑过终点后逐渐减速。要求以最快的速度跑过终点，不改变跑的动作。
(4)加速跑40～60米做撞线动作。要求在最后10米开始加大摆臂的幅度和力量，在最后一步做撞线动作。
(5)预防过早前倾上体撞线的练习。把终点带延后50厘米，做各种距离跑的终点撞线练习。
(6)100米全程跑终点撞线练习。
(7)150米全速跑终点撞线练习。
易产生错误及纠正方法
(一)途中跑易产生的错误动作及纠正方法
1(1)产生原因：
①对后蹬对作概念不明确，在后蹬动作尚未结束时，急于完成摆腿动作。
②上体过于前倾，使髋关节产生补偿性后移。
③腰、腹肌松驰，髋关节柔韧性差，后蹬时髋部的前送不充分。
④支撑腿力量差，前摆不积极。
⑤移髋的速度不够。
(2)纠正方法：
①讲清在后蹬时髋、膝、踝三关节的用力顺序和充分伸展动作。
②后蹬时，强调摆动腿前摆带动同侧髋前送。
③加强腰、腹肌和伸支撑腿的力量练习。
④身体保持正直，加快髋关节前移速度。
⑤多做高抬腿和后蹬跑练习。
2(1)产生原因：
①后蹬动作结束后，大小腿没有充分折叠，致使前摆半径加大，造成抬腿速度慢。
②后蹬动作结束时，小腿后摆幅度太大。
③髋关节屈大腿肌群力量不足和伸肌群不放松。
④上体过分前倾，限制了抬腿动作。
(2)纠正方法：
①讲清后蹬结束后，大小腿折叠动作的重要性。并反复做大小腿折叠前摆的辅助性练习。
②加强抬大腿的屈肌群力量和伸肌肌群的柔韧性练习。
③反复做高抬腿练习。
3(1)产生原因：
①支撑腿蹬伸时膝、踝关节用力时间过早或过晚。
②支撑腿蹬伸和摆动腿前摆消极无力。
(2)纠正方法：
①讲清支撑腿与摆动腿配合动作的要领。
②做快速跨步跳练习。要求快蹬快摆动作幅度大。
③弓箭步走练习，体会蹬摆时机和幅度。
④加阻力的拖胶轮跑。要求在有阻力情况下，加大蹬伸和摆腿的力量及二者配合。
⑤用中等速度跑，体会蹬地与摆腿协调用力。
(二)起跑和起跑后加速跑易犯错误及纠正方法
(1)产生原因：
①有侥幸取胜的心理，猜测枪声起动。
②“预备”姿势身体重心过分前移。
③竞赛时心理过于紧张，不能控制，手指和臂的力量差。
(2)纠正方法：
①适当调整起跑的“预备”姿势。
②手指和臂的力量练习。
③以不同的时间间隔呜枪，使学生养成听枪起跑的好习惯。
④教育学生克服侥幸取胜的想法。
2(1)产生原因：
①起跑“预备”姿势时臀部抬得过高或过低。
②两脚没有压紧起跑器。
③两腿的力量差。
④起跑时两臂的摆动无力。
(2)纠正方法：
①调整“预备”姿势。使身体处于最佳起动状态。
②提示学生双脚掌蹬紧起跑器。
③抗阻力起跑。
④加强学生腿部力量训练。
3(1)产生原因：
①起跑第一步过大，向后摆臂不积极。
②腰部、腿部力量不强。
③下肢快频率的蹬摆和积极摆臂配合不协调。
(2)纠正方法：
①讲清起跑后加速跑动作要领。
②加强腿部腰部力量训练。
③用胶皮带牵引做起跑后加速练习。
④用斜杆控制起跑后加速跑时身体的前倾角度。
介绍几种专门性练习方法
(一)小步跑
(1)作用：体会用前脚掌积极着地技术培养协调能力和增强踝关节支撑力量。
(2)动作要求：躯干正直，肩和双臂放松，提起脚跟保持高重心。一腿伸膝蹬地一腿屈膝前摆，大腿前摆不高约与水平面呈45度角就开始髋部发力，大腿积极下压膝关节放松小腿自然稍向前下方伸出，接着前脚掌迅速向前下方着地。着地要积和富有弹性。着地点靠近身体重心投影点。此时着地腿膝关节伸直配合另一腿屈膝前摆使重心迅速前移。双臂屈肘前后摆动，步幅小频率快，整个动作配合要协调连贯(图7)(二)高抬腿跑
(1)作用：增强快速摆腿和蹬地的力量，提高两腿交换的动作频率以及蹬摆配合的协调能力。
(2)动作要求：躯干正直，保持高重心大小腿折叠高摆大腿，与地面平行，另一腿充分伸展髋、膝、踝三关节。然后摆动腿大腿下压用前脚掌着地。两臂屈肘前后摆动步幅小频率快，整个动作快速有力(图8)。
(三)车轮跑
(1)作用：体会摆腿和大腿下压，小腿放松前伸以及小腿和脚掌鞭打扒地技术，提高协调能力，增强蹬摆肌肉力量。
(2)动作要求：和高抬腿摆腿动作相同，但在大腿下压时，强调膝关节放松，小腿自然向前下方伸出。当脚掌接近地面时，膝关节呈伸直姿势，小腿的延长线约与地面成 70度角。随着大腿继续向下后方压，用前脚掌在靠近身体重心投影点处积极完成“扒地”动作，着地支撑时要充分伸展髋、膝、踝三关节，并使重心迅速前移。双臂屈肘前后摆，整个动作配合要协调、连贯(图9)。
(四)后蹬跑
(1)作用：体会蹬地和摆腿配合技术，增加蹬摆力量和幅度，提高协调能力。
(2)动作要求；两脚前后站立，躯干稍有前倾。后面的腿以膝领先，大小腿折叠前摆，同时支撑腿蹬地充分伸展髋、漆、踝三关节并把同侧髋前送，尽力加大两在腿夹角，蹬摆结束瞬间，摆动腿小腿和后蹬腿大腿约呈平行姿势，接着摆动腿大腿积极向后下压，用前脚掌着地转入后蹬，另一腿大小腿折叠前摆。两臂屈肘前后摆动，整个动作节奏快，重心上下波动小，动作幅度大而有力(图10)。
(五)发展快速跑中放松能力的练习
(1)肌肉的伸展性、关节的灵活性、全身的协调性以及柔韧性构成了放松能力的基本因素。因此，我们首先应有针对性地通过体操、艺术体操、游戏和球类运动等方式进行练习，发展基本放松能力和快速跑动中的放松能力。
(2)心理练习方法：讲清放松在短跑中的作用以及放松不只是肌肉的放松，而且还应重视神经系统的放松。通过反复对比测验，使学生相信用90%能力的放松快跑会提高成绩的事实。并培养学生的自信心。
(3)教育学方法。采用放松大步、加速后的惯性跑以及跑的专门性练习等手段，特别是加速跑后的不减速惯性跑练习，能够有效地发展快速跑中的放松能力。
(4)放松的自我检查。紧张往往始于面部、颈、肩和手各环节，在教学中应时刻注意学生这些部位的放松情况，并培养学生自我调整的能力。
(六)发展短跑能力的练习
(1)对抗肌柔韧性练习：各种压腿、摆腿、踢腿练习。
(2)主动肌的力量、速度练习。
①快速高抬腿练习和原地双腿的跨栏跑摆动腿练习。
②加阻力的摆腿练习和各种腹肌练习。
(1)髋关节柔韧性、灵活性练习。
①各种压腿、踢腿练习。
②强调转髋、送髋的竞走练习。
③原地转髋练习和侧向前后交叉步练习。
(2)伸髋肌群的力量、速度练习。
①仰卧伸髋摆腿练习、俯卧髋屈伸练习。
②负重体前屈、抓举或抓提杠铃、俯卧负重上、下打腿以及加阻力的下压大腿练习等，能够有效地发展伸髋肌群的力量。
通过大量的跳深练习和下坡跑练习能够有效地提高主动肌退让性工作能力，减少前蹬支撑所用时间，提高运动成绩。
4(1)手扶肋木地模仿练习。
(2)弓箭步走(强调蹬摆配合)。
(3)拉胶皮带跑(阻力)。
(1)各种负重和不负重的跳跃练习。例如；跨步跳、台阶上交换腿向上跳、直膝跳等。
(2)负重力量练习、负重双腿交换跳、负重半蹲展体跳、负重深蹲、负重提踵以及负重收拉小腿等练习都能很好地发展下肢力量。
(3)各种加大难度的跑的练习。①上坡跑。②逆风跑。③在沙滩、草地、雪地上做各种跑的练习。
(1)触臂摆臂练习。双人分组练习，是控制摆臂幅度的一种手段。
(2)防偏摆臂练习。双人分组练习，是预防和纠正左右摆臂的一种手段。
(3)用细胶皮带作阻力的摆臂练习。
(1)悬垂在单杆上或支撑在双杆上做快频率摆腿练习。
(2)快速跑下台阶练习。
(3)高速情况下，缩短步长的练习。要求加速跑速度达到最大后，不减速，而做减小步幅的惯性跑。
(4)超速情况下，限制步长的练习。主要有牵引跑或下坡跑格练习。
(5)利用节拍器，使运动员按节奏跑，努力保持步频。
8(1)在上坡或下坡跑道上起跑。
(2)利用助力或阻力做起跑或起跑后加速跑练习。
(3)改进起跑和加速跑步幅的练习。在起跑器前按照正常的脚落地位置，画出标志，要求学生起跑后脚严格落在标志上。利用不同距离的重复法、不同时间间隔的间歇法等方法，对短跑的速度、速度耐力和短跑能力进行综合性训练。
接力跑技术的新发展
接力跑是由短跑和传、接棒技术组成集体配合的径赛项目。它既能发展学生快速奔跑能力，又能培养团结协作的集体主义精神。
在田径场正式比赛的接力跑项目有男、女 4×100米接力，4×400米接力，少年女子有4×200米接力。在各级各类学校中，还有各种不同形式的接力跑，如：迎面接力、越野跑接力、异程接力，圆圈接力、跨栏接力和不同距离的团体接力赛等。
在田径场上正式比赛的接力跑由四人配合，各跑一段距离完成全程跑。所以在传接棒时，要充分发挥手和眼的作用。从形式来看，传接棒的方法有两种：一种是上挑式的方法，一种是下压式的方法。采用下压式传接棒方法，练习时应培养运动员双手都能掌握传接棒的技术，双手不但会传，而且也会接。另外，在选择各棒队员时，必须根据各个队员的特长，即各队员起跑技术，弯道跑技术，冲刺跑技术和传接棒技术等，发挥每一队员的特长，把最有特长的队员安排在最合适的棒次上。
各棒队员的安排，一般是第一棒持棒跑106～108米，安排起跑技术好并善于跑弯道的队员；第二棒持棒跑100米(实际跑126～128米)，安排专项耐力好，并善于传接棒的队员；第三棒持棒跑100米(实际上跑126～128米)，安排除要具备第二棒的条件外，还要善于跑弯道的队员；第四棒持棒跑92～94米(实际跑120米)，安排短跑成绩最好，冲刺跑能力强的队员。
接力跑被正式列式比赛项目是在19世纪末。当时的比赛规则规定接棒人在20米接力区内跑进中从传棒人手中接棒。20世纪后期，规则规定从接力区后沿向后延长10米，作为预跑线，接棒队员可以在10米的预跑段区域内任选一处开始起跑，但传棒接棒，仍然必须在20米接力区内完成。
男子4×100米接力是1912年瑞典斯德哥尔摩第五届奥运会被首次列为奥运会比赛项目的，英国队以42.2秒的成绩获得冠军。1920年8月22日在比利时安特卫普第七届奥运会上美国队创造的42.2秒的成绩被承认为第一个正式世界纪录。目前到1986年止男子4×100米世界纪录为37.83秒。
1928年第九届奥运会，首次进行了女子4×100米接力赛，加拿大队以48.4秒的成绩获得冠军；1936年柏林奥运会德国队在预赛中跑出46.4秒的成绩被承认为第一个世界纪录。目前，到1986年止，女子4×100米世界纪录为41.37秒。
女子4×400米接力开始较晚，1969年才由原苏联莫斯科队创造第一个世界纪录，成绩是3分47.4秒，1972年首次列入奥运会比赛。获得冠军的是当时初露头的东德队。目前，到1986年止，女子4×400米世界纪录为3分15.92秒。
接力跑在旧中国历届全运会上都被列为比赛项目。开始是880码、半英里、1英里接力。1924年第三届全运会改为4×200米接力和4×400米接力跑，1933年的第五届全运会有了4×100米接力跑，当时男子成绩为44.4秒，女子成绩为54.6秒。
新中国成立后，随着短跑成绩的提高，接力跑的成绩也有了大幅度的提高，到1994年止各项接力成绩如下表：
接力跑的传、接棒方法，有上挑式和下压式两种。在实践中又产生了两种方法兼用的混合式。从接力跑的竞赛规则和场地(接力区)的设计中，可以看出；在快速奔跑中完成传、接棒和提高跑的速度是接力跑技术的发展方向。
接力跑技术的教学目标
确定接力跑技术教学目标时，应以田径课程的教学目标为依据，完成接力跑技术教学的具体任务。
教学目标：使学生具有中等学校体育教师必备的接力跑的基本理论知识、基本技术和基本技能。把接力跑作为锻炼身体的手段，系统地掌握、运用接力跑锻炼身体的练习手段和方法。基本功扎实，会讲、会做、会教，具有分析问题和解决问题的能力。使学生能够基本胜任中学体育课中接力跑教材的教学工作，课余接力跑训练的指导工作和课外体育锻炼中接力跑练习的指导工作。结合术科课教学特点，在教学中要发展学生的身体素质，增强心肺功能，调节神经系统的灵活性。培养学生勇敢、顽强等意志品质和团结协作的集体主义精神。
(一)传接棒技术规格
传接棒方法，一般有上挑式和下压式两种。
接棒人的手臂自然向后伸出，手臂与躯干约成40～50度角，掌心向后，拇指与其他四指自然张开，虎口朝下。传棒人将棒向前上方送入接棒人的手中(图1)
这种传棒方法的优点是接棒人向后下方伸手臂的动作比较自然，传棒人传棒动作也比较自然，容易掌握。缺点是接棒后，手已握在接力棒的中部，如不换手再传给下一棒时，则只能握住接力棒的前部，容易造成掉棒和影响快速前进。
也有称“向前推送”的传接棒方法，应当强调指出，在传棒时，手臂不要太高，而是用手腕动作将棒向前下方推送入接棒队员手中。并且，传棒人可以用手腕动作来调整传棒动作的准确性。所在在做此动作时，接棒人的手臂向后伸出，手臂与躯干约成50～60度角，手腕内旋，掌心向上，拇指与其他四指自然张开，虎口朝后，传棒人将棒的前端由上向下传给接棒人手中(图2)。
下压式传接棒技术的优点是每一棒次的接棒，都能握住棒的一端便于持棒快跑。缺点是接棒时，接棒人的手臂比较紧张，不够自然。
4×400米接力跑多采用混合式传、接棒方法，它综合上述两种、接棒方法的优点。第一棒传棒人以右手持棒起跑。沿弯道的内侧跑进，用上挑式将棒传给第二棒接棒人，接棒后沿跑道外侧跑进，并以下压式将棒传给第三棒接棒人，接棒后沿弯道内侧跑进，用上挑式将棒传给第四棒接棒人。
无论是采用哪一种传接棒方法，接力棒传递的顺序，都应是第一、第三棒队员沿跑道内侧跑进，以右手将棒传给第二、第四棒队员的左手，第二棒队员沿跑道外侧跑进，以左手将棒传给第三棒队员的右手。
(二)蹲踞式持棒起跑技术规格
第一棒传棒人以右手持棒，采用蹲踞式起跑，按规则规定接力棒不得触及起跑线和起跑线前的地面，持棒起跑技术和短跑的起跑基本上相同，持棒方法有三种(以右手持棒为例)。
(1)右手的食指握住棒的后部，拇指与其他三指分开撑地(图3)。
(2)右手的中指、无名指握住棒的后部，拇指、食指和小指成三角撑地(图4)。
(3)右手中的中指、无名指和小指握住棒的后部，拇指和食指分开撑地(图5)。
(三)4×400米接棒人的起跑技术规格第二、三、四棒的运动员用站立式或一手撑地的半蹲踞式起跑姿势，站在选定预跑段的起跑线前面，两脚前后开立，两膝弯曲，上体前倾，第二、四棒运动员因站在跑道外侧，所以用左腿放在前面，右手撑地。身体重心稍向右偏，头转向左后方，目视跑来的同队队员和自己的起动标志线或标志区(图6)。
第三棒运动员是站在跑道内侧应以右腿在前，用左手支撑地面，身体重心稍向左偏，头转向后方，目光看跑来的同队队员和自己的起动标志线或标志区(图7)。
当传棒队员跑到标志线或标志区时，接棒人便应迅速起跑，在传递接力棒时，应充分利用熟练的传、接棒技术，在两人都处于全速跑中棒交接。
2正确的传、接棒时机和起跑标志线的位置是保证在接力区内快速完成传、接棒的重要条件。
(1)传、接棒的位置：接棒人站在预跑线内或接力区的后端。待传棒人跑到标志线时，便迅速起跑，当跑到最合适的位置时(离接力区的前端约4.50米、离接棒人约1.5米)，将棒迅速无误地传给接棒人的手中。
传、接棒过程，通常是传俸人跑到离接棒人约1.5～2米处，立即发出“接”的信号，接棒人迅速向后伸手臂接棒，当传、接棒技术十分熟练后，可以不发“接”的信号，完成传、接棒(如图8)。
传棒队员完成传棒后，在本跑道内逐渐减慢速度，等待其他道次队员跑过后，再离开跑道，以免造成犯规。
(2)接棒人起跑标志线的确定。由于传、接棒队员的速度快慢不同，即传棒队员最后跑进时是高速跑，接棒队员是从静止状态起跑和起跑后的加速跑，为了能使传、接棒在高速度跑中进行，接棒队员必须提前起跑，提前起动处的标志叫标志线。这段距离的确定是根据传、接棒队员的跑速，传、接棒技术的熟练程度和接棒队员的反映快慢等确定的。可采用下列两种方法：
反复实践法：练习前，接棒队员从预跑线内(或接力区后端)向后暂定为5米或6米处画一标志线，在练习中，如果过早传接棒，说明标志线距离短了，可酌情加长距离。如果传棒队员追不上接棒队员说明标志线的距离长了，可酌情缩短标志线距离，经过反复实践和不断调整，以能在20米接力区内前段(16～18米处为宜)传接为准，确定好两人适宜的标志线。
计算法：标志线距离=传棒人最后30米平均速度×接棒人起跑27米所需时间-(27～1.50米)注：1.50米是两人传接棒时相隔距离。
如果我们设传棒人最后30米的平均速度为每秒9米，接棒人起跑27为所需时间为3.5秒，即可算出标志线距离的初步数据为：
9米/秒×3.5秒-(27米-1.5米)=31.50米-25.5米=6米。
计算出的距离虽然是精确的，但是由于各种因素的影响，仍需经过反复实践，最后确定标志线距离。
(四)4×400米接力跑技术规格
4×400米接力跑的传、接棒技术相对比较简单。但是，由于传棒人在跑近接力区时的跑速已经明显下降，所以接棒人应十分注意接棒技术。当传棒人跑近时，接棒人要在慢加速跑中目视传棒人，顺其跑速主动接棒，随后快速跑出。
第一棒采用蹲踞式起跑，起跑技术同4×400米接力跑的起跑；第二棒采用站立式起跑，上体左转，目视传棒人，要估计好传棒最后一段跑的速度，如果传棒人最后一段仍然保持较好的速度，接棒人可以早些起动，如果接棒人的跑速减慢，接棒人应晚些起跑，并主动接棒。4×400米接力跑全部的交接棒过程，一般在20米接力区的前半段或接力区的中间区域内完成。传棒人将棒传出后，应从侧面退出跑道，避免影响其他接力队队员的跑进。
4×400米接力跑，多采用右手传递接力棒。即第一棒队员以右手将棒传给第二棒队员的左手，第二棒队员跑出后将接力棒换到右手，以后各棒次接力棒的传递均以此法传接。
4×400米接力跑以左手接棒换到右手的传递接力棒方法的优点；
(1)接棒队员上体左转，在弯道上进行交接棒，有利于传棒队员始终沿着跑道的内侧跑进。
(2)接棒队员上体向左转，面向里道，右肩可以防护其它接力队员的冲撞，使交接棒过程更加安全和准确。
远距离控制技术 篇3
摘要：以一座穿越铁路地道桥为例，介绍了其顶进施工难度，并重点介绍了顶进施工方法的特点.该顶进施工方法在施工难度较大，铁路运输繁忙的情况下，远距离顶进采用中继间法施工.施工过程控制是个复杂的动态系统工程，是实现该箱涵顶进精确就位的重要手段。
关键词：地道桥；顶进；加固；精确就位
1 引言
随着工程技术的逐渐发展和成熟运用，穿越铁路地道桥箱涵顶进的施工方法也日益增多。下面以一个下穿铁路咽喉地段，施工面积狭窄，新建箱涵与既有箱涵设计间距仅10cm的地道桥顶进为例，对控制新建箱涵远距离顶推精确就位如何实现快速顶进的施工技术做简要论述。
2 工程概况
2.1工程现况：哈尔滨市沿群力大堤到哈双南路段交通量大，车辆通行缓慢，经常出现拥堵现象，为缓解交通，达康路打通工程穿越京哈线两座立交桥工程在原铁路京哈线K1237+252.061-18.0m框构桥两侧各新增设一座1-17.8m框构地道桥。
2.2工程概况：本工程位于阳明滩大桥疏解段跨铁路部分工程（达康路穿越京哈线两座立交桥工程在原铁路京哈线K1237+252.061-18.0m框构桥两侧各新增设一座1-17.8m框构地道桥），北起新航路以北160m，向南穿越京哈路线、哈双南路至GK16+621.34止。GK15+800---GK16+621.34，北起新航路以北160米，下穿既有京哈线上、下行线、王孙上、下行线、站线、南至GK16+621.34止，全长820米。
达康路地道桥采用单箱结构，在既有涵洞两侧各增设两个单独地道桥，全长36米。下穿既有京哈线上、下行线、王孙上、下行线、站线，与既有线路成90°。由于施工现场场地狭小，采用了中继间顶推施工方法进行施工，根据箱涵位置设置预制平台及后靠背，在中继间前进节箱体底板端部将钢筋截断留出镐窝，然后将千斤顶放在镐窝内进行顶进，箱涵在平台预制完成后，利用顶推装置进行顶推，顶推时先利用后节箱涵做后背，顶进时先顶进前节箱体，而后顶进后节箱涵。如此循环往复，直至箱涵就位。
3 施工方案
3.1 顶推临时设施
3.1.1 工作坑
工作坑开挖施工前应先对桥位中线进行定位复测，确定框构的中轴线并加以保护。另外，进行地形的高程控制测量，以确保工作坑位置准确和坑底高程准确。依据现场的实际条件坑底四周挖排水沟，并在四角设置集水井，以便及时将坑底处积水用污水泵提升至工作坑顶排水沟中排走。
3.1.2 后靠背、分配梁
后靠背采用桩基础，根据受力计算，桩径1.20米，桩长12米。前端设置分配梁，分配梁是顶进千斤顶顶力作用的主要受力结构，其作用很重要，必须保证安全、可靠，故施工质量一定要保证。分配梁采用C30混凝土浇筑，为加强分配梁的整体性，在分配梁受力面增设钢筋网，且与滑板连成整体。由于本工程顶进施工为吃土顶进，后方为顶进时出土通道，因此将后靠背及分配梁设计成分段形式，中间留4m出土通道。
3.1.3 传力柱
由于顶力较大选用八三式军用杆件，4根7m八三式军用杆件拼接成一节传力柱，并且每7m设置一道分配梁。因顶程较长，因此在滑板内预埋钢筋，顶进时将顶铁环抱，防止顶铁崩起。
图1 传力柱布置示意图
3.1.4 顶推动力装置
根据检算，设置8台320t顶推千斤顶，根据顶推工况周转进行使用。在箱涵尾部设置托架，千斤顶安放在托架上，两节箱涵中间位置千斤顶固定在前节箱涵预留槽内。
3.1.5 限位装置
限位装置采用滚轮限位器。由于箱涵设计位置与既有箱涵间距仅10cm，因此将滚轮限位器安装在预制箱涵顶部，底部各一个。在顶推过程中如发现偏移过大，与既有箱涵接触滚轮限位器则利用顶推时顶力将箱涵正位。
3.1.6 中继间接缝
为防止顶进过程中土壤挤进涵身，需在箱体外的顶、侧三面设置钢护板，即沿前节箱体接缝处预埋10 mm厚的钢护板，钢护板长度延伸至后节箱体30 cm（在千斤顶最大行程时），为了防止頂进过程中巨大的摩擦使钢护套脱落，采用在混凝土中预埋钢筋穿孔与钢护板焊接形成一个整体。
3.2 箱涵顶推
根据顶推阶段的不同，最多只有8台320t千斤顶同时起作用。顶推千斤顶、传力柱共同合成一个顶推装置，运行过程具体如下：
（1）顶推第一阶段
此阶段箱涵位置为预制位置，将1#顶推至离2#箱涵10cm距离处。
图2 箱涵一阶段示意图
（2）顶推第二阶段
此阶段为利用1#箱涵作为后靠背，顶推2#箱涵。
图3 箱涵二阶段示意图
（3）顶推第三阶段
顶进1#箱涵至距离2#箱涵10cm处，为下一循环做准备。
图4 箱涵三阶段示意图
远距离控制技术 篇4
某发电厂#1厂房3台机组(#1～#3机组)于20世纪70年代投运,#2厂房2台机组(#4、#5机组)于2000年投运,两厂房的发变电设备及辅助设备相互独立,但由同一调度管辖。两厂房仅由一条电缆沟道连通,电缆沟最近相距400m。因两厂房的中央集控室分离,故两厂房的信号及控制完全独立,这就要求两厂房的中央集控室都要配备独立的运行值班人员。随着现代化水电厂“少人值守”、“无人值班”运行方式的推广,迫切需要实现两厂房电测量、控制量、信号量的互联。
2 改造方案的比较
采用硬连接方式实现两厂房的互联,会耗费大量的人力、物力,且硬连接点多将造成故障率高、运行不可靠、改造工作量大。#1、#2厂房互联电缆通道仅1条,强弱电电缆混合交叉放在一起,易引起机组误动、误调节(#4、#5机组的控制方式选择、开停机控制、有功/无功调节均由24V弱电实现)或造成控制端口元器件损坏。另外,直接引接的电缆太长,耗资巨大。
若采用光传输技术,则硬连接少、所需资金少、改造工作量小、抗干扰性能极佳,但技术方面还需要进行探索和求证。
3 改造要求
(1)数据采集与传输的光纤化,数据可共享。
(2)尽量减少设备重复建设,节约二次电缆。
(3)需解决远距离控制及信号的抗干扰问题,以提高设备、系统的可靠性和实时性。
(4)实现两厂房在“无人值守”状况下的安全、可靠运行。
4 系统设计方案和技术要求
4.1 设计方案
根据水电厂通信标准IEC 61850-7-410及该发电厂实际情况,提出#1厂房返回控制屏和#4、#5机组单元的控制、信号返回功能通过光通信技术实现。具体实现过程为:#1厂房返回控制屏对#4、#5机组控制量进行采集并将其转换为光信号后传输至#2厂房,经小型中间继电器隔离开出空接点实现控制;#2厂房信号屏对#4、#5机组信号进行重动后采集,并将其转变为光信号传输至#1厂房返回控制屏,再经空接点输出到信号回路。在#1、#2厂房间敷设1根光纤,通过光传输技术便可实现两厂房的互联。
4.2 技术要求
(1)#1厂房盘柜及PLC要求。PLC及其附属设备安装在#1厂房返回控制屏#6、#7盘柜内。每台机组的PLC及其附属设备的最大安装空间不得超过300mm×450mm×300mm。每台机组PLC开入点为16个(含备用),开出点为40个(含备用)。PLC开出点驱动中央信号装置。
(2)#2厂房盘柜及PLC要求。PLC及其附属设备安装在#2厂房#2信号盘的一个柜内。#2厂房#2信号盘内最大安装空间为800mm×550mm×400mm。每台机组PLC开入点为40个(含备用),每个开入量要求重动;每台机组PLC开出点为16个无源接点(含备用),且每对接点需独立;PLC开出点容量不小于220V,1A。
(3)#1、#2厂房供电电源为DC220V。
5 系统硬件配置说明
(1)配置PLC程序时将#1厂房PLC设置成主站,将#2厂房PLC设置成从站,通过#1厂房PLC来读取#2厂房PLC开入信息,将#1厂房的PLC开入信息写入#2厂房PLC。各开出信号由PLC用户编写的应用程序来执行,执行结果通过各自的开关量输出模块对应输出并驱动相应继电器,来实现各自需要的无源空接点信号。
(2)将#1厂房的无源空接点信号引入PLC的信号输入点,再经PLC通信口、光纤写入#2厂房PLC寄存器,经PLC程序处理后对应输出给开出模块,通过开出模块输出点驱动中间继电器,利用中间继电器的触点来提供#2厂房监控系统需要的无源空接点信号。
(3)将#2厂房的无源空接点信号引入PLC的信号输入点,再经PLC通信口、光纤读入#1厂房PLC的寄存器,经PLC程序处理后对应输出给开出模块,通过开出模块输出点驱动中间继电器,利用中间继电器的触点来提供#1厂房监控系统需要的无源空接点信号。
(4)主、从站通过光纤通信技术连接,避免了远距离传输信号衰减造成误动、拒动。
6 光纤通信的优点
光纤通信的原理是:在发送端,把传送的信息变成电信号后调制到激光器发出的激光束上(激光的强度随电信号的幅度(频率)而变化),并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,并经解调后恢复原信息。
光纤作为通信介质可保证通信的可靠性和抗干扰能力。采用光纤通信方式实现两厂房的连接,不仅降低了成本,而且比硬接点连接方式节约了大量电缆和安装布线工作,同时还大幅降低了后续的维护难度和费用。
7 改造的综合效益评价
#1厂房与#2厂房间的连接电缆通道长约400m。采用电缆实现连接,至少需要30根,按每米电缆100元计算,则需资金约120万元。原按“五值四班倒”进行人员配备,而采用光传输技术实现无人值守后,仅#2厂房集控室就减少运行人员6名,按每人每年9万元计算,则平均每年可节约54万元。改造当年,该发电厂节约直接费用约183万元,以后每年节约费用至少61万元,而改造费用仅5万元。
一次采集,系统共享,实现了资源共享,节约了能源。改造后,控制系统良好的可操作性及易维护性减轻了运行人员的劳动强度,降低了运维成本,满足了“无人值班”要求,同时,系统的可靠稳定为发电厂的经济运行提供了重要保障。设备运行方式灵活,既可切换至#2厂房实现各项操作,又能切换回#1厂房。
8 结束语
改造前,首先需明白要达到的目的和实现的效果,并综合比较各项指标,提出符合现场实际的设计理念,全盘考虑;改造时,选用可靠性高的可编程控制器、价廉物美抗干扰极强的光缆、优良的开出开入隔离继电器,并利用原设备空间位置进行施工,将光传输技术配搭PLC技术成功应用。
参考文献
[1]张运波,刘淑荣.工厂电气控制技术[M].北京:高等教育出版社,2004
[2]李桂芹.提高PLC控制系统可靠性的措施[J].电工技术, 2006(1):57,58
远距离控制技术 篇5
1短距离无线通信技术
1.1蓝牙技术
蓝牙技术是一种综合无线通信技术和语音通信技术的数据传输技术，具有开放性特点，可以不借助电缆，直接实现电子设备之间信息的传递，而且耗能低，不具有成本，在数据传输中是免费的。其传输的频率制定了标准，是全球通用的，运用的是2.4GHzISM频段，运用了1600Hz的高效率的扩频技术，在数据传输的过程中能够自动的排除干扰因素。蓝牙的传输距离一般为10m，如果要实现更长距离的数据传输，可以借助放大器，放大器能够使蓝牙的传输距离提高到100m，但是，蓝牙的芯片要消耗比较高的成本，在数据传输的过程中存在范围小的问题，而且还不能防止数据传输的安全问题。
1.2无线局域网技术
无线局域网技术是运用了IEEE802.11的相关标准的，其传输的速率是比较高的，最大的速率能够达到54MB/s，能够运用不同的测试系统进行传输速率的测试。尽管在数据传输中，还是会存在安全问题，数据容易泄露，但是，其数据传输的范围要比蓝牙广，能够在100m以上的范围内传输信息。无线局域网的结构框架并不复杂，在测试系统的前方设计了数据采集的信号口，能够对地方的“热点”进行收集，然后运用支持无线局域网的笔记本电脑，在“热点”区域内，就可以接收信号，将信号通过因特网进行传播。但是，无线局域网的技术还是比较复杂的，在各项技术中，如果不能合理地处理，就会存在一定的`冲突，影响了数据传输的效果。而且，在相关技术方面，还没有制定统一的标准，在技术的使用上存在一定的安全问题。
1.3红外数据传输技术
红外数据传输技术是运用红外线的方法，实现了点对点的数据传输，其能够实现无线个人局域网。现在，红外数据传输技术的发展已经相当成熟，其使用的软件和硬件都已经被研发出来，大多数应用在小型的移动设备上，掌上电脑和手机中几乎都是运用的红外数据传输技术。其传输速率是很高的，在1m内的范围内数据的传输速率就能够达到16MB/s，使用的是4PPM的调制方式，能够在大容量的数据传输中使用，适合多种数据文件的传输，在传输的过程中可以借助多媒体数据流的方法提高数据传输的安全性。而且，红外线在发射的过程中呈现的角度比较小，是运用的物理传输的方法，所以，其在数据传输的过程中可以保障数据的安全性，能够在工业测控网络中应用，实现了移动化的工业测试，为工业测试提供准确的数据。但是，红外数据传输技术的缺陷在于其传输的距离比较短，而且在数据传输的过程中会受到视距的影响。在进行数据传输的过程中，需要将移动设备的位置固定下来，只能进行点对点的传输，不能与其他的网络组合进行高速率的数据传输。
1.4ZigBee技术
ZigBee技术比较适合用于短距离的数据传输中，在数据传输中其结构比较单一，耗能也不多，自然传输的速率也不是很高。其覆盖的范围也很小，通常在10m到70m的范围内传输，但是其工作的频段都是免费的，而且能够提供各种工作频段，传输速度在20-200KB/s，在数据传输的过程中，能够分析数据是否是完整的，实现鉴权的功能，运用了AES-128的加密算法，使数据传输更加得安全。这项技术在实现数据传输的过程中，其协议也不复杂，且不会消耗过多的成本，数据传输及时，不会出现延时传输的问题，在网络中能够容纳大部分的数据。所以，ZigBee技术能够实现对低成本的无线网络传输技术的建立，具有很好的发展前景，在进行无线连接的过程中，其功耗是比较低的，而且传输的速率比较高，符合市场的发展。蓝牙技术、无线局域网技术以及ZigBee技术都具有各自的优势，但是ZigBee技术与其他的几项技术相比，其数据传输的速率较低，而且数据通信的范围也比较小，所以，其还是不能实现大容量的数据传输。
1.5UWB技术
UWB技术的数据传输速率比较高，而且成本低廉，不能产生大量的能耗，是一种新型的无线通信技术，这项技术的信号带宽比较大，一般都处于500Hz，信号带宽与中心频率的比值也比较大，其传输的速率控制在100-500MB之间。UWB在使用的过程中，其工作频段在3-10Hz之间，但是，信号的传输范围比较小，一般只能在10m以内的空间内实现数据的传输，运用OFDM技术进行调制，能够将无线收发中心必须使用的载波调制技术摒弃，能够在规定的范围内直接实现无线技术的操作。
2仪器通信的无线通信模块的开发
仪器间的通信技术已经朝着自动化的方向发展，其随着自动化测量技术的发展，已经取得了比较大的进步，为了能够实现短距离通信技术的发展，分析短距离通信模块在仪器通信技术中的应用，运用NRF905芯片，对无线通信技术的模块进行开发。NRF905芯片在使用的过程中采用了sho-ckburst技术，运用了高斯频仪监控的调制方法，从而能够使电路在集成的过程中减少成本，其传输的速率能够达到50KB/s，在待机中几乎不会产生能耗，其能够运用载波监测输出的方法，能够对多点的无线通信进行设计，在数据接收完成后，还能够降低能耗，使功率降低。NRF905芯片能够在不同的频段中使用，实现了较大范围的通信，其是一种单独的芯片，所以，在集成的过程中能够对电路进行充分地利用，借助几个外围的元件，实在数字的串行接口。能够实现系统的嵌入式应用，可以在将单片机嵌入到系统中应用，而且能够运用控制NRF905芯片进行控制的基础上，实现对数据的及时发射与接收，能够与PC机连接使用。NRF905中TXEN和TRX主要实现的是对系统的模块化的控制，在MCU中的几个PO口的状态不同时，能够对其待机、发射和接收的模式进行分析，在此基础上，能够实现对所有接口的配置。在计算机编程技术的前提下，单片机能够借助SPI接口，对几个模块的参数进行设计，然后再反射模式和接收模式的影响下，能够将数据发射和接收。NRF905芯片还能够实现载波的检验，使数据能够互相匹配。NRF905芯片能够实现对收发一体的数据传输模块的建立，这个模块可以与低速率传输的设备连接，实现无线的传输，通过相关的验证，此模块在通信的时候安全性比较高，而且具有较高的数据获取的灵敏度，在没有干扰的情况下可以在200m的范围内进行数据传输，数据的接收速率达到了50KB/s，实现了对传输范围的调整。在数据传输过程中，能够通过对天线端的设计，减少速率误码的出现。通过对数据的分析，可以看出接口的速率控制在RF端，能够实现点对点的数据传输，能够实现工业数据的收集和身份的认证。
3结语
信息技术拉近了数学与生活的距离 篇6
一、信息技术让情境创设更贴近生活
教学实践表明：当所要学习的数学内容和学生的实际生活越贴近，越能激发学生内在的学习动力，从而提高学生自觉参与探索新知识的积极性。因此，在教学中，教师要根据学生的生活经验并结合学习内容，利用信息技术，把学生熟悉的生活情境用学生喜欢的动画、图片等方式呈现出来，创设生动有趣、能吸引学生眼球的教学情景，使学生眼中的数学不再枯燥抽象、晦涩难懂，进而激发学生的求知欲。如，在教学“小数的认识”“小数加减法”以及“小数乘除法”时，可以根据学习内容，利用信息技术制作超市购物的动画课件，让学生在自己早已熟悉的生活情境中，认识小数，搜集并整理课件中提供的相关数学信息，解决生活中的实际问题。又如，在教学“图形的变换”时，把汽车在笔直公路上行驶、电梯上下运动、水车和风车的旋转、各种漂亮的对称图案等做成课件，让学生在教师创设的生活情境中学习对称、平移、旋转等数学知识，感受到数学不再是抽象遥远，而是就在我们的生活之中，充分体验学习数学的乐趣和价值。
二、信息技术让实践调查变得更快捷
让学生获得基本的数学思想方法以及必要的应用能力是《数学课程标准》的要求。教师要在学生学习数学的过程中，努力增加社会实践活动，使学生有更多机会接触现实生活中的数学问题，不断地积累数学活动经验，感受数学与自然及社会生活的密切联系，增强应用数学的意识，进一步培养学生的综合实践能力和对数学的积极情感态度。例如，在教学“利率和利息”与“税收”时，可以布置或组织学生利用课外时间到银行和税务机关进行相关信息的实践调查，了解有关利息、利率、税收、税率等的相关知识。但在实际教学过程中，由于安全和时间等因素，要做到实地调查并不太现实，而信息技术的应用则让这一难题迎刃而解。课前预习和课堂教学时，可以引导学生进入相关网站进行网上调查，搜集和了解有关信息，甚至可以做一些拓展性的学习，初步了解有关利率浮动的相关金融知识，知道税收在社会生活中的重要性，从小树立依法纳税的意识。这不仅能节省大量的时间，让实践调查变得更加快捷，提高学习效率，更重要的是，让学生从小意识到，信息技术是学习工具的一种，并能熟练掌握这一工具。
三、信息技术让道德教育更具时效性
关注学生全面均衡的发展和健全人格的形成是新课程的重要理念，学科知识传递不应该是课堂教学的唯一重点，课堂也应该成为人性养育的神圣殿堂。因此，关注学生的道德生活和人格养成也是课堂教学的重要内容。随着信息技术的发展和应用，教师在课堂教学时就能应用网络技术和多媒体有效地整合各种教育资源，把教学内容、社会时事与道德教育融为一体，让道德教育和情感价值的培养更具时效性。例如，在数学课堂上教学“位置”和“比例尺”时，可以结合教学内容，通过网络，把钓鱼岛和南海的地图用多媒体展示出来。应用所学的知识，让学生说说它们分别在祖国大陆或北京、上海、福州、台北等城市的什么方向上，以及大致距离。并通过互联网搜集钓鱼岛和南海的相关历史知识，让学生不仅学习到数学知识，更重要的是，通过学科知识的学习，知道钓鱼岛和南海诸岛自古以来就是中国的固有领土，培养学生的爱国情感。如果再结合钓鱼岛和南海的现状，介绍东海防空识别区的由来，普及一些军事国防基础知识，如导弹发射、北斗卫星定位系统等，初步了解经度、纬度以及三维空间的数学概念，对激发学生的学习兴趣、培养学生的海洋国土意识与军事国防意识都有着事半功倍的效果。
四、信息技术让学习方式更具生活化
转变学生单一、被动的传统学习方式，形成积极主动和多样化的现代学习方式，让学生在教师指导下，主动地、个性化地学习，是数学教学的重要任务之一，而教育信息化则为学生学习方式的转变提供了坚实的基础。在高度信息化的今天，课堂已经不再是唯一的学习场所，学生可以利用计算机、互联网、远程通讯等信息技术，随时获取知识，把学习活动渗透到日常生活的每个环节，从而使学习方式更具生活化。如今盛行一时的“翻转式”教学模式，更是对传统课堂教学模式和学习方式的颠覆。学生可以根据自己的学习习惯和生活条件，安排自己的学习活动，培养自我管理能力。而网络信息技术的发展，师生之间和学生之间的信息交流也变得更多向、更流畅。教师能够及时发现学生的学习困难并做有针对性的指导，学习活动可以在课外完成，而课堂则更多成了交流互动的平台。师生和生生之间的相互帮助可以大幅度地提高学习效率，从而达到更好的学习效果。近几年来，国内方兴未艾的“微课”教学，能够让学生根据自己的学习需要进行个性化学习，既可以对各个知识点做课前预习或自学，也可以对学过的知识进行复习巩固，是传统学习方式的重要补充和拓展。“翻转课堂”和“微课”将随着无线网络和智能化手机等信息技术的发展和普及，成为一种新型的教学模式和学习方式，使学生的学习活动在时间和空间上不受限制，把学习过程与日常生活融为一体，进而影响学生的学习习惯，让学生的学习方式更具多样化、生活化。
总之，我们在教学过程中，要不断提高教师和学生的信息技术素养，充分运用信息技术这一工作和学习工具，努力拉近数学和生活的距离，让学生在熟悉的生活情境中，快乐自主、富有个性化地学习，实现《数学课程标准》强调的，“人人学有价值的数学、人人都能获得必需的数学、不同的人在学习数学上得到不同的发展”的目标，促进学生全面均衡且可持续地发展。
远距离控制技术 篇7
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摘要：该报告的内容按编队卫星飞行的星间绝对距离测量与时间统一、编队构型的精确控制两部分独立展开。编队测量方面:完成了星间相对导航、精确定位的方案设计, 主要是基于飞秒激光飞行时间的绝对距离测量方法与基于压电偏摆镜的锁相环路实现的。利用由主星发射的三路独立的飞秒激光绝对距离测量获得子星靶标的3个微米精度的绝对信息, 其中微米精度是由飞秒激光的高时间分辨本领决定的;利用压电偏摆镜的锁相环路建立了星间自由光通信链路, 使得测距激光脉冲能够实时跟踪自由漂浮的子卫星角锥棱镜。给出了基于飞秒激光的相对导航以及基于压电偏摆镜的跟瞄系统锁相环路的设计方案并基于已有条件测试了压电偏摆装置的稳定性, 设计了跟瞄与测距系统集成方案, 为三路测距与跟瞄、并实现精确定位的实验演示验证打下了基础。实验上, 针对小卫星搭载的需求, 建立了一台高稳定性、高集成度、全保偏结构的掺铒光纤飞秒激光源, 测距、跟瞄与星间时钟统一的工作将主要依赖该飞秒激光源展开。编队控制方面:分析了编队卫星的动力学机理。以近距离航天器相对运动方程为基础, 分析了编队飞行的基本特性, 分析了不同动力学模型的特点, 确立了不同应用场合下动力学模型的选取准则。然后, 考虑到微小卫星质量与载荷限制导致携带燃料有限, 而编队初始化是个能耗较大的变轨过程, 基于Gauss伪谱法为编队初始化过程设计了最优轨迹。最后, 研究了卫星编队构型保持控制问题。首先确定了主从式的卫星编队协同控制结构。在该控制结构下, 基于非线性相对轨道模型, 分别采用传统滑模控制方法、自适应滑模控制方法设计了构型保持控制器, 并对所设计的控制算法进行了仿真验证, 验证了所设计控制算法的鲁棒性。
关键词：飞秒,绝对距离测量,光束跟踪,自适应滑模法
远距离控制技术 篇8
电力设施分布范围广,架空线路长,又处于露天运行,易受到周围环境与自然变化的影响。特别在气候剧烈变化、自然灾害、超负荷运行和意外事故等情况时,容易发生电力事故,给国民经济与人民生活带来很大的影响。为此,通过电力应急快速到达、迅速定位并排除故障或隐患就显得尤为重要。当有重大灾情发生,地面应急手段难以快速达到目标时,利用无人机(包括无人飞机和无人飞艇)进行低空应急将大幅提高工作效率。但是,在遥控或自控飞行模式下,安全性无法保障,非常容易与带电体发生碰撞,发生危险,反而造成更大的故障。与线路巡检[3]的要求不同的是,电力应急所表现的非计划性、区域局部性和响应的持续性,对飞行器的要求更侧重于长时间浮空和悬行、更好的稳定性和应急救援方面,这些是无人飞机技术在原理上难以突破的瓶颈。
为此,国家电网公司1发明了针对无人飞艇的自动线控安全作业方法及其装备[1],并研究了在风力作用下的扩展悬链线模型[2]。本文则从技术实现上阐述自动控制无人飞艇保持安全作业距离的几个重要技术环节、处理措施和改进建议。
二、雨雪作用下的线控模型
牵引绳在自然下垂状态下表现了悬链线模型曲线,在风力作用下的文献[2]推导了扩展悬链线模型。由于雨雪影响是不可必避免的,牵引绳的曲线模型应包含雨雪的影响规律,以便得出符合不同天气下的实际的模型。
雨雪作用分两个方面:1、直接作用,在应急现场局部范围内,可以假定雨雪对和牵引绳的作用是均匀的,因此与风力作用类似,因此,可将雨雪作用并入风力作用,代入悬链线模型和伯努利风压方程一并推导。2、间接作用,绳子被雨雪侵蚀,密度值提高,因此通过修改悬链线模型和伯努利风压方程中的密度常数解决。
三、自动线控决策机制
按照线控飞艇以保持安全距离的工作特点,在均匀放线、均匀收线和保持三种情况下,最符合上述模型描述的规律。一旦系统感知飞艇失控,则以最快的加速度开始收线直到完成。此时,飞艇做为端点之一会产生强大的加速变化的反作用力和剧烈的位移。收线作用力越大,模型中风力和线密度的影响越小,线的状态越趋直线。由于在失控收线状态下,快速变化的计算结果,无论值为多少,均不会用于改变收线方式的依据。因此,模型只用于放线和保持两种状态的决策或验证,不必用于失控保护收线过程的计算。同时,由于线控系统对飞艇是否失控的决策的准确性是非常重要的,在实际算法中,不仅参照模型计算结果的变化,同时参照飞艇的三维坐标值及其变化,以便对判断是否失控做双重的、更可靠、也更有利的决策。
四、自动线控机位置确定
如图1所示,红线为飞艇的飞行曲线,蓝线为飞艇最终接近一定高度监测点(h),并保持安全距离(K)的临界线。当飞艇位置未及临界线之前,线控机是依据拉力检测决定放线的,最小拉力值约为5KG(可调),最大拉力值为300KG(可调),因此,转出足够长的牵引线,使飞艇一开始获得自由飞行的惯性。因此,自动线控设备的选点不宜离监测点太近。
由于自动线控是强制安全可靠的技术措施,线材选择的是3mm直径的凯夫拉绳,并采用抗拉力好的编织结构,具有连续承受300KG的拉力,与飞艇自控或遥控飞行相比,可在大风天气下作业,此时,自动线控设备的选点必须在上风头。
如图2所示,为了保持飞艇与作业面保持安全距离,自动线控机应与监测点保持垂直,由于应急现场不可能完全满足自动线控设备的工作条件,此时,安全距离(K’)是与最短垂直安全距离(K)的关系为:
其中:K根据电力急应对象,由电力规程确定,X和L在作业前通过激光测距获得。
将K’的值输入自动线控系统,系统按照该值自动处理飞艇作业时的安全控制依据。
如图3所示,为复杂作业环境下K’的计算。
由于监测点位于三条电力线的前方,而自动线控机必须位于最好观测方向,此时,须做多向测距,得出作业面由自动线控机位置与距离最近的水平方向的电力线为半径画出,从而计算最安全的K’值。
五、自动线控飞艇的高度
如图4所示,计算K’还考虑飞行高度的影响。按照自动线控机设计的收线速度,当飞艇高度与监测点高度相当时,自动线控机位置宜选择线控角度不大于45度,对线控最为有利。风速较低时,角度可适当提高,风速越大,角度越小越安全。作业面的位置通过目视最近的障碍物,对其激光测距,从而求出K’。
五、改进建议
根据自动线控飞艇作业试验和演练,以下改进可以进一步提高作业效率。
线控机出线导向的改进
线控机出线人工辅助
线控机与运载车辆整合提高作业效率
飞艇装备与运载车辆的整合提高作业效率
作业吊仓应进一步整合各模块,使重量减轻,自稳更好。
摘要：无人驾驶飞艇在电力应急中具有重要作用。为了解决单纯依靠远程遥控或自控存在较大安全风险的问题,国家电网公司发明了带自动线控的无人飞艇应急作业方法,本文则从技术实现上阐述自动控制无人飞艇保持安全作业距离的几个重要技术环节、处理措施和改进建议。
关键词：无人飞艇,自动控制,悬链线
参考文献
[1]王国富,刘军等,观测带电检测体的无人驾驶飞艇控制装置及其控制方法,发明专利申请号或专利号201510209640.8
远距离控制技术 篇9
随着城市化的进程发展, 社会已经进入信息化的时代, 信息传输快捷化和处理高效化已经成为各行业目标要求的重中之重, 人们每时每刻都需要获取重要信息, 并对这些信息加以处理和利用。因此, 数据信息的传输和显示就成为一个值得研究和重视的课题。
大屏幕显示技术主要是基于LED的电子显示屏, 信息的获取和显示是依据控制器来完成的。通过控制室计算机远距离把数据传输给终端, 使得人们快速获得相关信息, 在控制系统中便于对数据的分析计算, 及时做出调整。
本文主要介绍利用单片机技术, 把软硬件结合起来设计一种传输控制器, 并根据传输协议来完成数据的传输和检测, 以达到快速准确处理数据的目的。远距离传输采用串行通道, 应用RS-232和RS-485协议传输数据信息。
这项设计属于实用技术, 且要求设计精确, 适合各种环境和场合应用。
2 控制器的方案
数据传输控制器是把人们的信息变成以数字代码表示的数据, 并把这些数据输送到远端的计算机系统, 同时, 可以接收远端计算机系统的处理结果——数据, 并将它变为人们能理解的信息, 相当于人和机器之间的接口。CPU与外设之间的信息交换, 是通过它们之间接口电路中的I/O端口来进行的, 由于同一个外部设备与CPU之间所要传送的信息类型不同, 方向不同, 作用也不一样, 所以接口电路中可以设置多个端口来分别处理这些不同的信息。
数据电路:由传输信道及其两端的数据电路终接设备DCE组成, 它位于DTE与计算机系统之间, 作用是为数据通信提供数字传输信道。
传输控制器接收数据后, 将数据传输给其它系统或显示终端设备。控制器是以CPU为核心, 有数据输入和输出接口、复位电路以及显示驱动电路等部分构成, 组成框图如图 (1) 所示。
3 硬件实现
传输控制器的电路原理图部分如图 (2) 所示。其中CPU采用的是ATMEL公司AT89C51控制器, 该单片机只有一路串行口, 为了与不同系统和微机通讯, 电路扩展了三路串行口, 通过74LS32及74LS11实现。采用MAXIM公司MAX232接口芯片与微机通讯, 该芯片应用方便, 只需外接4个电容即可。为了延长信号传输距离, 传输控制器设计了一个RS485接口与其它系统或大屏通讯。RS485接口采用MAXIM公司MAX1480芯片;该芯片采用单5V供电, 完全电隔离, 传输速率可达2.5Mbps, 具有电流限制及热关断功能, 抗雷击。
4 软件设计
根据功能要求, 主要完成:端口连接、上电提示、通信模块 (大屏幕和上位机) 等几个模块程序。控制器主程序流程图如图 (3) 所示。
结论
本文以89C51作为核心, 通过RS485协议, 实现数据传输控制器和大屏幕之间的通信流程;利用RS232协议, 实现了数据传输控制器与PC通信。
通过测试, 硬件电路和通信功能都已基本实现。设计中可能还有很多没有考虑到的地方, 如数据信息传输过程中的有效保护和信号干扰问题。
摘要：为了实现远距离数据传输, 把控制器和大屏幕配套使用, 能够很好的完成数据的接收、处理和显示功能。在核心控制器设计上采用单片机技术完成与上位机的通信, 完成通信接口模块、I/O扩展模块以及复位检测模块等几个部分的硬件设计。通过软件程序并设置传输协议来完成数据的传输和检测, 达到快速准确处理数据的目的。
关键词：单片机,传输控制器,远距离
参考文献
[1]毕厚杰.多媒体信息的传输与处理[M].人民邮电出版杜.2004.
[2]黎洪松.数字视频技术及其应用[M].清华大学出版社.2001.
[3]李世银.基于流媒体的数字视频传输技术研究[J].中国矿业大学.2002.
[4]Linear Application Hand book.ational Semiconductor.1993edition
远距离控制技术 篇10
远控钻机要求远距离控制钻杆加接与拆卸, 液压系统的可靠性、微调性远高于普通钻机;远控钻机为自带钻杆储存移送装置的履带式自行钻机, 结构复杂, 执行元件多, 各部件安装空间有限。因此, 普通的液压系统不能满足远控钻机的使用要求, 有必要采用先进的负载敏感液压系统。
1 负载敏感液压系统的发展及特点
1.1 负载敏感系统的发展[1]
工程机械最初广泛采用六通多路阀, 其有2条直通油路。直通供油回路可组成优先油路, 中位时直接回油箱卸载, 由普通六通多路阀与变量、定量泵组合而成工程机械复杂多变的直通型开式油路。开式油路有如下缺点:
1) 负荷压力变化会引起阀口压差变化, 从而会引起通过多路阀阀口流量变化, 使系统流量不稳, 微调性能差。
2) 当一个泵向多个泵供油时, 液压油会流向负载压力较小的执行元件, 从而使负载压力较高的执行元件速度减慢或无动作, 因此, 直通型开式油路很难实现用单泵同时控制多执行元件动作。
3) 在执行元件不工作时, 泵输出的油液通过多路阀卸荷回油箱, 这部分沿程能量损失大;在系统节流调速时, 系统多余流量大多通过溢流阀或节流阀泄回油箱, 系统能量损失大, 发热难以控制。
为了克服以上缺点, 在液压系统中采用了负载敏感控制, 通过检测执行元件的压力、流量、功率变化信号向系统反馈, 实现节能、流量及调速等方面的控制。
1.2 负载敏感液压系统的组成[2,3]
负载敏感系统主要液压元件包括负载敏感多路阀及负载敏感泵。
1) 负载敏感多路阀。
负载敏感多路阀 (见图1) 是在普通四通多路阀的基础之上发展起来的, 其通过采用二通压力补偿器1与四通多路阀阀口串联的方式形成比例节流调速回路, 二通压力补偿器能保持四通多路阀3的阀口节流时压差近似不变, 使多路阀的每一个阀口都相当于一个比例调速阀, 从而解决了普通六通多路阀利用阀口节流控制时, 流量易受负载压力或油源压力波动的干扰问题, 并且使多路阀能获得良好的微调性能。
由于压力补偿器的存在, 通过压力补偿器1的流量控制与分配, 可使多个执行元件同时工作而不出现压力流量干扰。同时, 负载敏感多路阀设置了能感知各联阀所控制的执行元件负载压力大小的负
1—二通压力补偿器;2—梭阀;3—四通多路阀;4—三通压力补偿器。
载敏感通道, 用于控制三通压力补偿器4的卸荷流量或负载敏感泵输出流量, 使系统工作压力和最高负载压力相适应, 最大限度地降低能耗。
2) 负载敏感泵。
负载敏感泵一般为变量柱塞泵, 其控制机构主要由泵出口节流阀、恒压调节阀和恒流调节阀等组成, 见图2。
负载敏感泵的工作原理:在负载压力小于控制阀设定值时, 调节阀不工作;如果由于某种原因, 使得通过流量阀的压力 (即压差) 损失发生了变化, 这就意味着系统的输出流量发生了变化, 即泵的转子位置发生了变化。此时, 调节阀阀芯的平衡被打破, 使阀芯产生相应的动作, 泵的转子回复到发生变化前的位置, 泵的输出流量则稳定在变化之前的流量。因此, 进入系统的流量不受负载或其他因素 (如泵本身) 的影响, 只由流量阀的开口来决定。
1.3 负载敏感液压系统的分类[3,4,5]
1.3.1 开中心负载敏感液压系统
开中心负载敏感液压系统主要由定量泵与负载敏感多路阀组成。在该系统中泵的输出压力与负载要相适应, 是一种压力适应系统。当系统各换向阀芯处于中位时, 泵输出流量为泵的最大流量, 而泵的输出压力较小 (1~2 MPa) , 因此被称为开中心负载敏感系统。
1.3.2 闭中心负载敏感液压系统
闭中心负载敏感液压系统主要由负载敏感泵与负载敏感多路阀组成。在该系统中不仅泵的输出压力与负载要相适应, 而且泵的输出流量也要与负载相适应, 是功率匹配系统。当系统各换向阀阀芯处于中位时, 泵的输出压力较低 (1~2 MPa) 而输出流量几乎为0。因此被称为闭中心负载敏感系统。
2 钻机采用负载敏感系统的特点[6,7,8]
普通全液压钻机的执行元件包括旋转、推进、卡盘、夹持器、钻机支护、方位角及倾角的调节等, 在钻机的所有执行元件中, 只有旋转和推进需要同时动作, 而且占用了钻机绝大多数输出功率。钻机在连接或拆卸钻杆时, 钻机旋转及推进的速度控制精度要求较高。因此, 无论从节能方面还是从控制精度方面而言, 提高钻机旋转及推进控制性能, 对整个钻机的使用性能均具有较大的作用。
综合钻机液压系统的特点及负载敏感控制系统的优点, 可以得出钻机在采用负载敏感液压系统后具有如下特点:
1) 利用负载敏感多路阀的流量分配特性, 可以用单一的油泵为钻机旋转、推进及其他执行元件供油。与传统全液压钻机相比, 可减少一个油泵或去掉分流装置。
2) 泵的输出压力及流量随负载变化而变化, 系统效率高, 发热量小。
3) 钻机输出转速及推进速度可按比例无级调速, 可根据钻孔施工时岩石煤层地质条件实时改变钻机转速及推进速度。
4) 具有优良的调速性能, 钻机可长时间稳定工作在较低转速或较低的推进速度, 这有利于钻机加接或拆卸钻杆, 避免钻杆接头损伤。
3 远控钻机液压系统原理及控制方式
3.1 远控钻机对液压系统的控制要求
与普通全液压钻机相比, 除旋转、推进机构外, 还包括实现钻杆自动装拆的双夹持器、钻杆移送装置、钻杆顶升机构, 以及钻机行走、倾角调节等执行元件。
要实现远距离控制钻杆连接及拆卸, 需要旋转、推进、双夹持器、钻杆移送及顶升机构紧密配合, 这对远控钻机的液压系统提出了更高的要求。
在加接钻杆时, 钻杆移送机构送出钻杆到位, 动力头慢速前进并拧紧钻杆螺纹, 在钻杆移送机构后退到位后, 钻机以正常旋转速度及推进速度钻进。
在拆卸钻杆时, 动力头快速回拖钻杆到第1个定位点, 然后双夹持器动作, 拧松钻杆的前接头, 动力头慢速反转并慢速后退到第2个定位点, 双夹持器中的后夹持器夹紧钻杆, 动力头慢速反转拧松钻杆的后接头。
钻机在执行动作时, 其旋转及推进速度变化大, 推进定位精度要求高, 普通液压系统难以达到使用要求, 因此必须采用控制性能更好的负载敏感液压系统。
3.2 远控钻机空间布局对液压系统的要求
远控钻机为履带自行式钻机, 除远控站以外所有部件均安装在履带车体上, 除了钻机主机外, 还包括先导电磁阀组、电控箱、配水装置等, 由于履带车体尺寸受煤矿巷道断面的限制, 必须控制钻机各子系统的空间体积以减小钻机的整机尺寸。
远控钻机执行元件多, 控制系统复杂, 包括钻机主油路、先导控制油路、辅助控制油路等3部分, 如果采用常规供油方式, 系统需要3个油泵为钻机提供动力油, 不利于钻机空间布局。钻机采用负载敏感液压系统后可以用单泵为所有液压元件供油, 钻机的先导控制油液也可以从负载敏感多路阀的先导控制口处获得, 这样就可以大大减少钻机油泵数量及连接管路, 有效地减小了钻机体积和降低了钻机成本。
3.3 远控钻机液压系统的特点
图3为防突远距离控制钻机的主液压系统图, 该系统是采用具有恒功率功能控制的闭中心负载敏感系统。
在该系统中, 负载敏感多路阀的反馈口与泵的反馈口连接, 实现流量与压力负载反馈控制。系统采用了恒功率负载敏感泵, 当执行元件负载较小时, 钻机具有稳定的旋转转速及推进速度, 且转速与推进速度具有负载敏感特性;当执行元件的负载增加到泵的设定功率时, 钻机具有恒功率特性, 即钻机的转速和推进速度随执行元件负载增加而减小, 随负载的减小而增加;当执行元件压力达到泵的设定压力时, 泵实现压力切流, 实现了钻机的过载保护。
在多路阀的旋转及推进控制中采用了二通压力补偿器, 在钻机工作时有效地保证了钻机的可靠性, 防止压力干扰;在钻机的夹持器、钻杆移送及顶升机构控制中采用了比例流量控制, 保证了钻机的控制精度。
通过转换阀将普通多路阀连接在负载敏感多路阀的尾片上, 可以用普通多路阀控制钻机的行走及支护元件。实现了单一油泵为整个钻机所有执行元件供油, 大大降低了系统的复杂程度。
4 结语
将负载敏感液压系统应用于远控制钻机, 不仅
对于防突远距离控制钻机的研制成功具有重要的意义, 还极大地提高了钻机的使用性能, 减少了系统发热, 对于煤矿全液压钻机的技术发展均具有重要的推动作用。
摘要：防突远距离控制钻机 (简称远控钻机) 要求操作人员在100m以外控制钻机, 实现钻场无人钻孔以减少人员伤亡。要求远控钻机的液压系统具有高效节能、高可靠性、良好的微调性能及系统过载保护功能。为此将具有恒功率控制功能的负载敏感液压系统应用于远控钻机, 可很好地满足钻机的使用要求。
关键词：远控钻机,负载敏感,恒功率控制
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远距离控制技术 篇11
随着社会经济的快速发展,高层建筑也越来越多。目前,我国已经成为全球容量最大、增长最快的电梯市场,电梯保有量已超过100 万台,且保持每年20% 的递增速度,市场前景乐观[1]。电梯作为一种必不可少的运输工具也在飞速发展中,电梯的运行速度、运行距离在不断的变快、边远,运行的效率也在不断地提高。乘客除了要求电梯有良好的运行性能、安全性能除外,对电梯的舒适度层面也提出较高的要求[2]。
目前国内绝大部分VVVF电梯都采用电梯专用的变频器对电动机的调速控制,因此对电梯速度变频控制系统的设计和研究具有重要的社会经济意义和学术意义[3]。通过研究和开发高效率、高稳定性的电梯速度控制系统,适应于当今电梯速度控制系统的发展趋势,更能提高我国的电梯控制技术的核心竞争力。
针对上述问题,本研究在基于模拟量输出方式速度控制模块上,采用绝对剩余距离为则的电梯速度控制方式实现对电梯的变频调速控制。
1电梯速度控制方式的选择
电梯运行能否舒适、安全、高效地性运行,在很大程度上是取决与对速度控制方式的选择[4,5]。目前国内外主要的速度控制方式为以下几种:
以时间为原则的速度控制方式是电梯主控制器依据理想的速度曲线按时间原则发送速度指令给变频器进行控制。该控制方式实质上是一个开环控制系统,因此该运行方式的运行效率低,平层精度和舒适性差[6,7]。
以相对距离为原则的速度控制方式是通过安装在曳引机轴上的增量编码器间接获得轿厢位置从而精确计算轿厢走过的相对距离来对电梯运行速度进行控制[8]。但是由于钢丝绳打滑、增量编码器脉冲丢失等干扰的存在,都容易使电梯丢失自身的正确位置。
以绝对剩余距离为原则的速度控制方式是通过绝对值编码器可以实时测得轿厢在井道中的绝对位置信息,并反馈给电梯速度控制模块。电梯速度控制模块根据反馈回来的电梯位置信号实时地计算出电梯到目的楼层的绝对剩余距离,并通过剩余距离来设计出电梯的运行曲线。由于绝对值编码器返回的是二进制编码的位置信号,不会存在丢失脉冲的情况。
考虑到以绝对剩余距离为原则的速度控制方式在理论上能够消除前两种控制方式的缺点,实现无爬行停靠,故本研究选择以绝对剩余距离为原则的速度控制方式作研究。
2电梯速度控制软件及算法实现
2. 1 电梯余弦速度曲线公式分析
为了保证电梯有良好的舒适性,本研究所设计的电梯运行速度曲线必须是平滑的。目前常用的电梯理想速度曲线为抛物线-直线型和余弦-直线型速度曲线[9,10,11]。由于余弦-直线型速度曲线能够消除抛物线-直线型曲线在抛物线往直线段过渡时产生加速度变化率突变的问题[12],本研究把余弦-直线型速度曲线作为理想速度曲线。
根据电梯的运行距离不同,理想余弦-直线型速度曲线可以演化成3 条速度运行曲线,电梯运行速度曲线模型图如图1 所示。
由速度曲线1 可知,OAC″G″是一条标准的余弦曲线,速度曲线2 和3 都是在该曲线基础上演化而来。该曲线也是理论上电梯运行最小行程时的速度曲线。
曲线2OAB'C'G'和曲线3OABCG分别为电梯运行中间非额定速度时的速度曲线和电梯运行额定速度时的速度曲线,两者的区别在曲线3 在电梯运行的额定速度但是还未到减速点的这段时间内作匀速直线运动,曲线2 和曲线3 的加减速过程都是一样的,因此,本研究采用速度曲线2 进行分析。
曲线OA段: 该段为标准余弦曲线的前四分之一部分,所以曲线公式与标准余弦曲线公式相同,如下:
其中: 0≤t≤tA。
曲线AB段: 该线段为匀加速直线段,斜率为曲线OA段A点切线斜率,其公式如下:
其中: tA≤t≤tB。
曲线BC段: 该段曲线是由标准余弦曲线的第2个四分之一部分平移得到,其公式如下:
其中: tB≤t≤tC。
式( 1 ~ 3) 中: tA,tB,tC—A、B、C 3 个点时刻; sA,sB—电梯在A点和B点走过的总路程; V0—曲线1 所能达到的最大速度。减速段曲线DEFG段与加速度曲线对称,因此速度公式类似。
2. 2 电梯速度曲线算法实现
电梯速度控制软件实现的一个难点在软件和硬件将数字量转模拟量输出的实时性。由于上述公式包涵大量的三角函数和浮点数的运算,如果采用软件计算的方法会使得单片机在计算过程需花费大量时间,降低了整个系统的实时性,本研究选择将曲线离散化。速度曲线具体各段曲线的实现算法流程如图2 所示。
OA段速度曲线中,按时间步长( 1 ms) 制成一个数据表sin_data[nsin],存于单片机的Flash里,再通过查表的方式实现OA段的速度值输出。
AB段速度曲线,则根据上文公式( 4 ) 进行简单四则运算,按一定的时间步长( 1 ms) 给出想要的速度值。
BC段速度曲线,其与OA段速度曲线对称相反,因此也可以通过查询数据表间接实现模拟量输出。
式中: nmax—四分之一余弦段总步长; Vm—运行最大速度,如果是运行额定速度,最大速度可以用额定速度代替。
2. 3 绝对剩余距离给定算法实现
绝对剩余距离是指当前电梯轿厢所在井道的绝对位置与电梯欲前往的目标楼层的绝对位置之间的距离,电梯的绝对位置都是通过绝对值编码器实时测量并反馈给电梯主控制器并经过计算得到。
本研究设计的电梯剩余距离给定算法如下: 当电梯启动时无论电梯目标楼层为几楼层,电梯速度模块给出的第一个剩余距离均为运行到下一个楼层的剩余距离,即运行一个楼层的剩余距离。随着电梯运行,给定的剩余距离将逐渐减小,直到电梯运行到下一楼层的减速点时检查下一楼层是否为目的楼层,如果不是则将下一楼层的距离加到剩余距离中,如果是目的楼层则不再增加剩余距离,直到电梯运行到目的楼层的平层位置。其算法如图5 所示。
图5 中,纵坐标为电梯运行过程中电梯速度控制模块计算给定的绝对剩余距离,横坐标为电梯运行过的距离,C1、C2等点表示电梯的减速点,也被称为“拐点”。当电梯的减速距离大于计算出的剩余距离时电梯进入减速段运行。因此在电梯在本楼层和目的楼层之间插入同向呼梯时,只要电梯运行未达到呼梯楼层的减速点时,本研究设计的电梯运行算法就能实现顺向截梯功能。
3电梯速度控制系统硬件设计
3. 1 LPC1114 主控制器
本研究电梯速度控制系统模块中的主芯片采用了ARM Cortex-M0 内核的32 位微处理器LPC11E14。该芯片性能高、功耗低,支持简单指令集和内存寻址,特别适用于工业控制领域。LPC11E14 以高达50 MHz的CPU频率工作,并具有高达32 KB的Flash存储器和8 KB SRAM数据存储器,其中的闪存能够代替外设EEPREOM芯片用于存储自学习参数、电梯运行速度值、电梯速度曲线频率值和各楼层的绝对位置值等。同时有一路USART,能够与电梯主控制板通讯。并有2 个可编程16 和32 位定时器能够给主芯片提供精确的定时计数和PWM波输出。
3. 2 RS485 通讯电路
RS485 通讯电路主芯片采用NXP公司的高速CAN收发器TJA1050,芯片具有以下几个特点: 理论最大通讯距离可达1 219 m,传输速率为1 Mb /S; 内部具有短路保护、瞬态高压保护和温度保护电路; 芯片采用差分总线,具有很高的抗噪性,并能兼容RS485 电气特性,同时其电路反向耐压可达30 V。
3. 3 DAC模拟量输出电路
DAC模拟量输出电路主要包括二阶滤波放大电路和电压跟随电路,其原理图如图3 所示。
LPC11E14 主芯片不带有DAC输出外设,故本研究通过硬件设计PWM滤波电路放大电路来实现DAC输出功能。
该硬件电路的主芯片采用LM358,该芯片内部具有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。电路的前端电路为一个简单的二阶低通滤波放大电路,当输入低频信号时,该电路可视为同相比例放大器。电路的后端为一个1 ∶ 1 电压跟随器,其具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗,能够有效地提高电路带负载能力。
4实验仿真
本研究采用电梯主控制板TSBK,安川变频器VS-616G5,电梯速度控制模块、绝对值编码器AWG-05、增量编码器CWG-03、380V三相异步电机等搭建实验平台。通过测量电机的转速输出,可以得到实际环境下电梯的速度。其中电梯在本研究优化策略控制方式下( 即基于绝对剩余距离速度控制方式) 测得的速度曲线图如图6 所示,多段速速度控制( 即基于时间原则的速度控制方式) 下测得的速度曲线图如图7 所示。
通过比较图6 和图7 可以发现,基于时间原则的速度控制方式运行时明显存在一段低速爬行段,而本研究采用的基于绝对剩余距离的速度控制方式则没有这段爬行段,虽然在实际测量过程中会会有干扰影响系统运行,但是明显可以看出该模式下电梯运行时间更短,电梯运行效率更高,与传统模式相比本研究采用的速度控制方式更具优势。
5结束语
本研究介绍了一种基于模拟量输出的速度变频控制模块,并基于绝对剩余距离速度控制方式,进行了相应的硬件模块和速度控制算法软件的设计。最后并进行了相关的实验研究和数据测量。通过实验测试并分析两组实际速度曲线数据得出研究结果,研究结果表明,该基于绝对剩余距离速度控制方式能够减少低速爬行段,在乘坐舒适性和电梯运行效率上有明显改进,同时本研究采用绝对值编码器获取电梯位置信号,能有效消除增量式编码器丢脉冲的缺点,电梯运行效果更佳。
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