供电系统设计（共12篇）
供电系统设计 篇1
预搞好工厂供电对于企业的发展, 工业现代化的实现以及节能减排有重要意义, 因此切实保证工厂的正常用电, 必须使供电系统在电能的供应, 分配和使用中能够安全、可靠、经济、稳定的运行。
一、工厂供电设计的基本要求与一般规则
1. 工厂供电的基本要求
(1) 安全在电能的供求、分配和使用中, 不应发生人身事故和设备事故。
(2) 可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
(3) 优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
(4) 经济供电系统的透支要少, 运行费用要低, 并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外, 在供电工作中, 应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系, 既要照顾局部的当前的利益, 又要有全局观点, 能顾全大局, 适应发展。
2. 工厂供电一般要求
(1) 遵守规程、执行政策:
必须遵守国家的有关规定及标准, 执行国家的有关方针政策, 包括节约能源, 节约有色金属等技术经济政策。
(2) 安全可靠、先进合理:
应做到保障人身和设备的安全, 供电可靠, 电能质量合格, 技术先进和经济合理, 采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
(3) 近期为主、考虑发展:
应根据工作特点、规模和发展规划, 正确处理近期建设和远期发展的关系。做到远近结合。适当考虑扩建的可能性。
(4) 全局出发、统筹兼顾:
按负荷性质, 用电容量。工程特点和地区供电条件等, 合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员, 有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识, 以便适应设计工作的需要。
二、负荷的概述及计算
1. 负荷的概念
负荷在电力系统中有以下几种含义:
(1) 电力负荷是指电力系统中一切用电设备所消化的总功率, 这称为电力系统的用电负荷。
(2) 电力负荷有时又指用电设备, 包括一部电动机, 同步电动机, 整流设备。电热炉和照明设备等。
(3) 电力负荷有时也值用电设备或用电单位所消耗的电流。
2. 电力负荷的等级
(1) 一级负荷:一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。
(2) 二级负荷:二级负荷若中断供电会造成较大的经济损失。
(3) 三级负荷:三级负荷为一般电力负荷, 对供电回路无特殊要求。
3. 负荷计算的意义
负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假象负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据, 所以非常重要。如果估算过高或过低, 就会加速其绝缘老化的速度, 降低使用寿命, 增加电能损耗, 影响供电系统的正常可靠运行。因此, 我们在设计时必须认真确定。
4. 负荷计算的方法
常用负荷计算的方法: (1) 需要系数法 (2) 二项式系数法 (3) 形状系数法。
在供电系统设计选择, 如果台数较多, 多台设备容量相差不太悬殊, 所以考虑采用需要系数法。当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时, 则宜于采用二项式法计算。
四、工厂配电系统
工厂配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。配电所在大中型工厂中的作用是厂内电能的中转站。它的位置应尽量的接近负荷中心, 经常是配电所与车间变电所设在一起。
1. 配电所设计的一般原则
(1) 安全性:在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧, 必须安装高压隔离开关。在安装高压熔断器——负荷开关的出现母线一侧, 必须装高压隔离开关;
(2) 可靠性:配电所的主结线方案必须与其负荷级别相一致, 对二级负荷, 应有两回路或者一回专用架空线路供电;
(3) 灵活性:配电所采用单母线和单母线分段结线, 主结线方案应于主变压器运行要求相实应。
(4) 经济型:由于工厂所采用的都是安全可靠切经济美观的成套的配电装置, 所以柜型一般采用固定式。
2. 配电线路的设计
工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。
厂区配电线路设计。包括厂区高压供配电线设计及车间外部低压配电线路设计。其设计应包括:配电线路路径及线路结构形式的确定, 负荷的计算, 导线或电缆及配电设备和保护设备的选择, 架空线路杆位的确定及电感与绝缘子、金具的选择。防雷与接地和接零的设计、最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程预算, 绘制厂区配电线路系统图和平面图、电杆总装图及其他施工图纸。
车间配电线路设计, 包括车间配电线路布线方案的确定、负荷的计算、线路导线及配电设备和保护设备的选择、线路敷设设计等。最后也需编制设计说明书、设备材料清单及工程预算, 绘制车间配电线路系统图、平面及其他施工图纸。
五、变压器的选择
》转193页》接207页
1. 变压器数量的选择
主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下了条件之一时, 应安装两台及两台以上变压器:
(1) 有大量一级及二级负荷。 (以便备用)
(2) 季节性负荷变化较大, 适合采用经济运行方式。
(3) 集中负荷较大。
(4) 在确定变电所台数时, 应适当考虑负荷的发展, 留有一定的余地。
2. 变压器容量的选择
可根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及车间负荷的位置、符合性质、符合大小等, 结合其他各项选择原则, 与工艺、土建有关方面协商确定。
六、电器设备的选择
1. 高压电器选择的一般原则
为保证一次设备安全可靠地运行, 必须按下列选择和检验
(1) 按正常工作条件包括电压, 电流, 频率及开端电流等选择;
(2) 按短路条件包括懂稳定度进行检验;
(3) 考虑电气设备运行的环境条件温度, 湿度, 海拔高度以及有无防尘, 防腐, 防火, 防爆等要求;
(4) 按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能, 互感器的二次负荷和准确度级等级进行选择。
2. 一次设备的选择
(1) 高压开关柜的选择
根据安装地点的电气条件, 选择适宜的高压快关柜的型号
(2) 高压隔离开关的选择
初选高压隔离开关规格应为GN30-100
(3) 熔断器选择
高压熔断器是一种放点电气设备长期通过过载电流和短路的保护元件。从降低着地考虑, 只要断流容量合格, 应优先考虑采用高压熔断作为控制和保护设备
七、防雷保护
防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击, 而将雷引入并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最近本的防雷保护装置有:避雷针、避雷线、避雷器和防雷接地等装置。
八、结语
合理的供电系统设计不仅可以保证企业安全合理的供电和经济运行, 也有利于电力系统的安全经济运行, 最大限度的节约能源。所以工厂供电的可靠性和安全性就显得非常重要了。
摘要：工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配问题, 工厂供电系统设计的任务是从电力系统取得电源, 经过合理的传输, 变换, 分配到工厂车间中的每个用电设备上, 伴随工业电气自动化技术的发展, 众所周知, 电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式能量转换而来, 又易于转换为其他形式的能量以供应用;它的输送与分配既简单经济, 又便于控制、调节和测量, 有利于实现生产过程自动化。因此, 电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
关键词：配电线路,变压器,电气设备
参考文献
[1]姚志松姚磊等新型配电变压器结构、原理和运用[M]北京;机械工业出版社, 2007
[2]王守相王成山现代配电系统分析[M]北京高等教育出版社2007
供电系统设计 篇2
教学目标：
知识与技能：
通过具体的系统设计案例分析，使学生初步掌握系统设计的基本方法。
过程与方法：
具备一定的系统设计和系统评价的能力。
情感、态度和价值观：
培养学生团队精神和认真学习、刻苦钻研、坚忍不拔的意志和毅力。
教学重点：
1、系统设计的基本方法。
2、让学生会运用系统设计的知识进行简单的系统设计。
教学难点：
1、掌握好系统设计基本方法中的系统设计。
2、确定一个任务，根据设计要求完成系统设计的方案设计。
教学过程：
新教学：
一、系统的设计
1什么是系统设计？
2系统设计应考虑的主要问题。
系统设计的目的与要求
系统各部分之间的相互联系与相互作用
系统设计方案的优化
P86马上行动：
1要实现的总体目标是安全、经济、快速地完成筑路工程。
2要选择好筑路技术设计方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。
3要考虑工期、人员、材料的具体安排方案，降低材料成本，减少材料浪费，在不增加过多人员的前提下，提高工程进度等。
3系统设计的一般步骤。
①将系统分解为若干个小系统
②确定各子系统的目标、功能及相互关系
③对子系统进行技术设计和评价
④对系统进行总体技术设计和评价
二、简单系统设计的实现
系统设计多用于比较复杂的社会系统工程、经济系统工程、规划系统工程、生态系统工程、能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工程、工业及企业系统工程、军事系统工程等方面
（讲解本上两个案例）
三、系统设计的主要过程
结合编制《学校田径运动会竞赛日程表》来分析阐述系统设计的主要过程。
、提出设计问题；
学校每年都举行田径运动会，如果你是学生会的体育部长，会如何组织编制好《学校田径运动会竞赛日程表》。
2、收集与分析相关资料（包括外部环境及约束条）；
学习竞赛规程和田径规则，了解运动会的期限、天数，作息时间，开、闭幕式的时间；
了解参赛单位人数、组别设置；
场地器材条、跑道条数、跳跃和投掷场地及器材数量；
熟悉赛次的安排、录取办法、录取名次、计分办法；
掌握裁判员的人数和水平、等级情况。
查阅学校前几届运动的相关资料。
3、确定设计目的；
编制好编排合理，符合竞赛规程和学校实际的《学校田径运动会竞赛日程表》。
4、系统的设计（重点考虑：系统由哪些组分组成？系统各组分具有什么功能？各组分如何配合工作？如何解决矛盾冲突？）；
具体讲：竞赛日程的编排视为一个系统，这个系统是系统结构与系统流程相辅相成的系统，要求系统结构合理，运行流程畅通。
A、竞赛日程的编排原则
（1）比赛的间隔时间（最短）：200米及200米以下各项为4分钟；200米以上至1000米各项为90分钟；1000米以上各项目不在同一天；全能各单项间休息30分钟（以最后一人结束比赛到下一项比赛第一人开始）。
（2）尽量不安排项目冲突。
（3）尽量照顾兼项之间的时间间隔，及格赛后间隔一天进行正式比赛。
（4）不同组别的同一田赛项目，一般不连续安排在同一单位。
（）不同组别的同一径赛项目，最好衔接进行。
（6）跨栏项目一般安排各单元的第一项，还可安排在长距离竞走、跑之后进行。
（7）决赛时预计能破纪录的项目，可分配到各个单元。
（8）同一时间不安排、两个田赛长投项目。
（9）竞走、长跑时最好不要安排标枪。
（10）撑竿跳高尽可能安排在上午。
（11）接力赛尽量安排在单元的最后。
（12）精彩的项目尽可能安排在开、闭幕式后或节假日。
（13）田赛项目注意场地的合理运用。
（14）最后一个单元尽量少安排项目。
（1）尽可能使田赛和径赛同时结束。
B、竞赛日程的编排方法
按竞赛规程规定的比赛天数、单元、时间、组别和项目等，填写竞赛日程安排表，再根据竞赛规程中的参赛单位、报名要求等预计各项赛次，然后先填全能项目，后排单项；单项中先排径赛，后排田赛。
、编排比赛秩序：
（1）先排全能项目，其次是赛次多的项目，再排跨栏和其他径赛项目。
（2）参阅兼项表进行核对，检查有无兼项冲突。
（3）排完径赛再排田赛，注意兼项和性质相关项目的先后顺序。
（4）全部项目排好后，应详细检查，如有不妥之处，再进行调整。
编排出多个方案，从中筛选最佳方案。
、系统的评价及优化
对《学校田径运动会竞赛日程表》进行反复研究、征集意见、调整修改。
小结与练习：
1、堂小结
本节主要内容有：
1)系统设计的原则。
2)系统设计的主要过程
3)运用系统设计的基本思想和方法，进行简单的系统设计。
2、练习
评价项目
方案1
方案2
方案3
成本投入状况
少
少
多
实施的速度
快
快
慢
管理的可行性
可行
较可行
有经费可行
技术的先进性
一般
一般
先进
技术实现的可行性
可行
可行
可行
可能产生的负效应
职工人数增多
影响学生正常时间就餐
投入较慢
整体效果
可行
较可行
较可行
关键是运用系统的思想，设计分选设备中各个部分，使它们之间构成特定的关系，才能实现分选并达到的可调孔径的目的。
运用系统的思想解决：
①应增加管道和集水设备；
②实现定时排水浇洒；
煤炭连采工作面供电系统设计 篇3
关键词：连采工作面；供电系统设计
一、研究意义
目前，我国的矿井生产工作面不断地延伸和扩大。在矿井中，高压供电电缆和设备不断地深入末端，低压系统也一直不断地发展，密密麻麻的电网，高低压开关和磁力启动器随处可见，那么这些供电设备的安全性如何就成为大家最为关心的问题，因为供电设备的安全性直接关系着矿井的生产是否可以安全进行。众所周知，煤矿的环境很特殊，瓦斯爆炸经常在煤炭的采掘过程中发生，而长期处于温度和湿度较高环境中的供电设备内部容易产生凝露现象。据有关资料显示，在众多的矿井事故中，由于供电设备引发的事故占据50%，触电的死亡率为64%。如此可见，为了确保矿井生产可靠、安全，设计合理的供电系统是十分必要的。
第二章，负荷统计和移动变电站的选择。
二、负荷统计
在实际的供电工作中，供电设备不可以满负荷运行，实际的负荷容量往往小于额定的容量；况且生产需要的不同决定所有的设备不能同时工作。笔者为了对负荷进行准确的计算和统计需要合理的计算方法，采用的计算方法主要是系数法，二项式法，等等，系数法是最为主要的方法。
三、连采工作面移动变电站数量的确定
经过分析调查，连采工作面供电电源的电压为10kV。 依据供电设备的容量及其布置，分别采用三种电压等级10kv、1140v、660v来供电，此外，照明及其保护的控制电压则为127V通过以上的负荷计算以及矿井工作平台的大小来确定移动变电站的数量。
四、选择高低压电缆
根据《煤矿安全规程》的相关规定，在移动变电站供电的高压电缆应该选取煤矿专用的监视型高压双屏蔽的橡套电缆。众所周知，电缆会因为电流的通过而发热使其温度升高，而且当时间过长时电缆就会加速老化，受到严重损害，甚至引起火灾及爆炸，因此在选取截面时要根据电流大小合理选择。同时由于线路存在电阻和电抗的问题，电压的损失会影响设备的运转，因此应该按电网允许电压进行校对，保证设备的正常运行。
对于低压电缆的选择也要在符合《煤矿安全规程》的前提下，以实际用电设备的要求为依据，结合电缆的用途和铺设场所的情况进行确定。但需要注意的是固定铺设的动力电缆要选用铠装铅包纸的绝缘电缆或不燃性橡胶电缆，此外，接地的橡胶电缆只能用作接地回路。
五、选择低压开关
在进行低压馈电开关的选择时，设备应该遵循额定电流大于等于其控制的设备额定电流的要求，以免发生事故。此外，馈电应该具备短路，过负荷，漏电跳闸及闭锁等功效，以起到保护的作用。对于电子式磁力启动器，则遵循额定电流小于等于其控制的设备额定电流的要求，应该具备短路，过负荷，漏电闭锁，断相等保护和远程控制的功能。
经过对供电设备参数的对比，开关应该选取煤矿专用的隔爆型真空饋电开关KBZ-630/1140（660）、KBZ-400/1140（660），磁力启动器用QJZ-315/1140（660）系列。
六、确定接地方案设计
煤矿所创造的的经济效益应该是建立在安全生产的基础之上的，安全可靠的工作面供电系统是煤矿获得更好的经济效益的坚实基础。众所周知，矿区存在大量的供电设备，在连采的工作面如果没有良好的接地就会产生较大的杂散电流，不然很容易产生危险事故。
在接地方案中，每个需要接地的设备都要用专用的连接导线直接与接地或铠装电缆的装层及铅护套相互连接，禁止设备串联接地；此外，辅助接地和主接地之间保持5米以上的距离；每个单独的高压电气设备设置一个局部的接地极。
七、工作展望
1、在煤矿连采工作面供电系统的设计中，电力负荷是重要的依据和参考系数，这对于设备的合理选择和系统的安全运行至关重要。但是设计过程中设备参数的测量不会十分准确，况且电气设备的继电保护在实际的运行过程中和理论中的计算也存在着偏差，这些存在的问题要求在供电设备的安裝调试过程中不断地完善，以达到最为优化的状态。
2、现代的科学技术飞速发展，供电系统中存在的瑕疵将在以后的新产品的研发中得到克服，供电系统会朝着先进和不断完善的方向发展。
3、在工作面的供电工作中，结合先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术可以实现对工作面主要的设备的监控、控制，此外还可以与局部或上级的计算机兼容，实现供电系统的自动化，以提高电网的安全性和供电的持续性。
八、结语
随着科学技术的不断发展，矿井的采煤设备不断增加，机械化的程度大幅度提高，供电系统的安全性就显得尤为重要。
参考文献
[1] 周邦全.煤矿安全监测监控系统的发展历程和趋势[J].矿业安全与环保.2007（S1）.
[2] 赵延明，高军，杨国庆，李仲宇.煤矿安全监控系统的现状与发展[J].煤矿机电.2007（03）.
[3] 严莉.继电保护装置可靠性及其最佳检修周期的研究[D].山东大学 2010.
煤矿采区供电系统设计探讨 篇4
供电系统是煤矿生产的只要动力来源, 如果电力运输中断, 就会出现被迫停产的后果, 而且, 其中出现淹井、瓦斯积聚、爆炸坍塌等严重事故的几率就会上升。供电过低, 会对采煤采矿的工作造成不良的影响, 严重的还会威胁到矿工的生命安全。并且, 由于时代的进步、机械技术的发展, 煤矿采区的作业区域逐渐加大, 供电线路也越来越长。煤矿采区对“安全”的要求非常高以及严格, 虽然增加了设计的难度, 但是也必须按照要求高质量地完成供电系统设计。
2 煤矿采区供电系统的设计步骤
为了保证供电系统的安全性和提高供电效率与质量水平, 保证煤矿采区工作如期进行, 就需要设计一个有序的、简介明晰、高质量和经济节能的供电系统设计的最优方案。
设计出最优的方案需要遵循下列步骤:
在进行设计方案之前, 需要做的工作是收集煤矿采区的原始资料作为设计的依据。而原始资料的收集包括采煤的方法、运输方式、采煤工作面的长度等方面。除此之外, 还需要对整个煤矿采区的电负荷情况进行全面的了解和系统地归纳总结, 列出供电系统所需要的用典设备以及制作出用电设备分布情况的平面图以及负荷统计表。
根据用电设备分布情况图和相互之间的用电关系, 然后再进一步对其对应分类分组, 再根据分组的具体情况给出一个大致的规划、设立负荷集中配电点。如果出现采区作业面上功率大, 而且供电的距离较远和需要保护等级较高的用电负荷的情况, 那么就使用双干线电缆或者井下防爆式移动变电站进行供电。另外, 采区变电所位置的确定需要确定在通风良好的地方, 温度不能超过其附近巷道的5℃, 而且还要严格满足方便运输设备、电缆进出, 顶板无漏水等要求。
因为在采区作业的过程中会存在电缆悬挂形成弯曲的供电设备的这种情况, 所以在设计橡胶电缆的长度时应该尽量满足用电设备最大的供电距离。
如果煤矿的产业规模较大, 产量较高, 为了确保能在煤矿采区正常供电, 为了提高供电系统的可靠性, 在设计供电系统时就需要采用这样的一个供电设计:双回路高压电源进线加上两台或以上的移动变电站。
3 煤矿采区供电中主要存在的问题
采区供电系统的电压具有不稳定性, 波动的次数也较为频繁, 使得设备起动和日常作业、工作供电方面的可靠性降低。
多数的采煤机械设备在煤矿采区供电系统中应用都是以电力电子为核心的, 并且具有非线性电力负荷的特点, 在这些设备的运作过程当中就会产生众多的谐波分量。这种情况同样会威胁到供电系统的可靠性, 降低工作人员对此供电系统的信心。
供电系统在设计的过程中也会有考虑不周全, 忽略了煤矿采区生产量增大的情况。由于产量增大, 那么原来设计的供电系统已经不能满足这时的煤矿采区, 其中的变压器的容量不能满足数量在增加的电动拖动系统所需要的起动容量, 造成系统不能起动, 拖慢采区作业的进度与降低效率, 造成采区工作人员再一次地对供电系统的可靠性增添了怀疑。
4 煤矿采区供电系统的设计要点
4.1 采区漏电保护
现在的设备多数是智能化高科技产品, 具有漏电保护功能, 所以出现漏电的可能性的高低是取决于安装系统的可靠性。在变电所、运输巷、井底车场和其他配电点的用电设备的外壳连上橡胶电缆。另外, 必须可靠地进行主接地极, 在水沟处或者潮湿的地方可以有针对性地采用局部接地的埋设, 但采用的钢板的面积和厚度都需要多加注意。
4.2 设备的保护
除了漏电之外, 在采区的变电所、配电点和移动变电站都需要安装短路、过负荷的保护装置以及远程控制装置, 提高供电系统的可靠性。在高压电线区域必须装上具有选择性的单向接地的保护装置。
4.3 提高供电系统电压
在正常情况下, 动力线路的电压变动范围只能在5%以内, 不得超过。这是电业规程的规定要求, 也是为了保证采区电器设备能够正常运转, 高效稳定所提高的硬性要求。
为了保证采区供电系统的供电质量, 在选择电缆截面的时候往往会偏向于大型。虽然这会增加供电系统的成本, 但是采区k V级电压设计供电系统, 除了提高供电的可靠性和供电质量水平之外, 还能降低供电的电流, 减少电能在线路运行过程中的损失, 大大提高供电电路中的电能传输效率。
4.4 控制电机拖动系统
对于运作功率较大、可以空载启动和对起动没有特殊要求的机电设备, 可以采取降压起动式;而对于功率小、在运作过程总对供电系统影响不大的机电设备, 可以采取直接起动式;对于功率大、负荷又集中并且要求重载起动的点击拖动系统就要求使用变极调速的方式。针对不同的机电设备, 采取不同的起动方式, 这样才能保证供电系统的高效运转, 增强其中的可靠性。
4.5 设计电缆截面及型号
在供电系统设计的过程中, 电缆选型的设计方法的依据有:电压的损失、电流密度、机械强度和短路热稳定条件等。而采区的机电设备的电缆大部分为动力电缆, 所以电缆选型的设计方法应采用按照电压损失来对电缆截面和型号进行设计, 再用按长期运行的条件来进行检验, 确保电缆工作稳定性。
5 结语
总结以上的论述, 在进行设计煤矿采区供电系统的时候, 无可厚非的是需要根据煤矿采区的实际情况:产量多少、规模、实际用电情况、地势特点等方面, 再思考需要的系数、配电点的确定、电缆类型、长度以及机电设备的选择等多方面的因素。除此之外, 还要顾及供电系统的后期的维护工作以及采区规模发生变化后所做的应对措施。这样才能设计出科学可持续、合理规范、节能、经济的采区供电系统, 保证矿工人员的生命安全和煤矿采取工作的正常运作、高效进行。
参考文献
[1]候阿龙.煤矿采区供电系统设计探讨[J].科技情报开发与经济, 2012 (11) .
[2]彭秋红, 成兰.煤矿采区供电系统设计探析[J].煤矿现代化, 2014 (01) .
单片机课程设计秒表系统设计 篇5
学院：信息工程专业：
——秒表系统设计
一，设计目的：
1，熟悉51单片机的内部结构，计数器，中断控制器等的用法，来实现简单的控制应用系统。
2，通过简单系统的设计了解单片机应用系统的设计与开发过程及其相应的调试程序过程。
二，设计任务：
实验通过单片机的定时器/计数器定时和计数原理，设计简单的计时器系统，拥有正确的计时、暂停、清零、快加功能，并同时可以用数码管显示，在现实生活中应用广泛，具有现实意义。
三，设计题目：
秒表系统设计——用AT89C51设计一个2位LED数码显示“秒表”，显示时间为00~99秒，每秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。调用子程序:暂停键子程序,计时键子程序,清0键子程序,加一子程序，显示子程序,定时子程序，所用特殊寄存器：寄存器A，寄存器C，所用中断：外部中断INT0、INT1，定时器T0、T1
四，设计的硬件接线图：
五，设计思路及描述
要求进行计时并在数码管上显示时间，则可利用DVCC系列单片机微机仿真实验系统中的芯片8032（芯片的功能类似于芯片AT89C51，其管脚功能也和AT89C51的管脚功能类似）中的P3.2管脚做为外部中断0的入口地址，并实现“开始”按键的功能；将P3.3做为外部中断1的入口地址，并实现“清零”按键的功能；将P3.0做为数据信号DATA输入的入口地址；将P3.1做为时钟信号CLK输入的入口地址。定时器T0作为每秒加一的定时器；定时器T1作为“快加”键的定时器。其中“开始”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时开始计时；“清零”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时。
六，流程图
七，程序 源程序： ORG
0000H AJMP
MIAN;主程序入口地址 ORG
0003H
AJMP
ZHONGDUAN0;中断0入口地址
ORG
000BH
AJMP YANSHI;定时器T0入口地址
ORG
0013H
AJMP
ZHONGDUAN1;中断1入口地址
ORG
001BH
AJMP
DINGSHI1;定时器T1入口地址
ORG
0030H
;主程序
;***********************************************************
MAIN: MOV
TCON,#05H;主程序开始 外部中断跳变模式
MOV
TMOD,#11H;定时器0,1模式1 MOV
IE,#8FH;开总中断,中断0,1,定时器0,1 MOV
DPTR,#TAB MOV
R1,#00H MOV
R2,#00h MOV
R3,#40;循环次数40 MOV
TL0#2CH;置初值,定时25MS
MOV
TH0,#0CFH
MOV
TL1#78H;置初值,定时10MS
MOV
TH1,#0ECH CLR TR0;关定时器
CLR
TR1;***********************************************************;暂停键K3，快加键K4程序
;*********************************************************** HERE:JB P1.0,HERE SHOW:
CLR
TR1 CLR
TR0 ACALL
XIANSHI KUAIJIA
:JB P1.2,KUAIJIA;等待P1.2为0 快加 CLR
TR0 SETB
TR1
HERE 3JNB
P1.2,HERE 3 AJMP
HERE;***********************************************************;外部中断INT0子程序-----计时按键K1子程序
;***********************************************************
ZHONGDUAN 0:
SETB TR0;计时按键 RETI;***********************************************************;外部中断INT1子程序----复位按键K2子程序
;***********************************************************
ZHONGDUAN 1: CLR TR0;复位按键
CLR
TR1
MOV
12H,#00H
MOV
11H,#00H ACALL
XIANSHI;调用显示子程序
MOV
R1,#00H
MOV
R2,#00H RETI;***********************************************************;加一子程序
;***********************************************************
JIA1:
INC
R1;加1子程序
CJNE R1，#0AH ,LOOP;判断是否到表尾
MOV
R1,#00H INC
R2
CJNE
R2,#0AH,LOOP
MOV
R2,#00H
LOOP: MOV
12H,R1;重新赋值
MOV
11H,R2
RET;***********************************************************;显示子程序
;*********************************************************** XIANSHI: MOV R7,#02H;2个数码管显示子程序 MOV R0,#12H LOOP5: MOV R6,#08H;8位2进制数 MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR LOOP6: RLC A;循环左移 CLR P3.1 MOV P3.0,c SETB P3.1 DJNZ R6,LOOP6 DEC R0 DJNZ R7,LOOP5 RET;***********************************************************;定时器T0子程序;*********************************************************** YANSHI: MOV Tl0,#2CH;定时子程序 MOV TH0,#0CFH DJNZ R3,LOOP7 ACALL JIA1;调用加1子程序 ACALL XIANSHI;调用显示子程序 MOV R3,#40 LOOP7: RETI;***********************************************************;定时器T1子程序
;*********************************************************** DINGSHI1:MOV Tl1,#78H;置初值,定时10MS MOV TH1,#0ECH CLR TR0 SETB TR1 MOV 12H ,R1 MOV 11H,R2 JNB p1.0,SHOW ACALL JIA1 ACALL XIANSHI LOP7:TETI;*********************************************************** TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH END
八，内容提要
利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，结合dvcc实验箱上的集成电路芯片8032、LED数码管以及实验箱上的按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，数码管能够正确地显示时间。其中本设计了四个开关按键：其中一个按键按下去时以1秒加一开始计时，即秒表开始键（本实验中当开关从1变为0时开始计时），另一个按键按下去时暂停计时，使秒表停留在原先的计时（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时），第三个按键按下去时清0（本实验中当相应开关从1变为0时即停止计时），第四按键按下去则是以每10ms秒快速加一计时（本实验中当开关从1变为0时开始计时）。本设计中开始时都要使各按键回到各初始位置，即都处于1状态。
九，课程设计心得体会
选择适当的课题，不益太简单或者太难。做到既能把课题完成又能锻炼自己的能力！根据课题要求，复习相关的知识，查询相关的资料。根据实验条件，找到适合的方案，找到需要的元器件及工具，准备实验。根据课程设计的要求和自己所要增加的功能写好程序流程图，在程序流程图的基础上，根据芯片的功能写出相应的程序。然后再进行程序调试和相应的修改，以达到能够实现所要求的功能的目的。还要根据实验的实际情况，添加些额外程序来使系统更加的稳定，如开关的消震荡（采用延迟）。程序要尽量做到由各个子程序组成，在有些程序后面最好加注释，这样在程序出错的检查过程中可以更容易查找的到，也更简洁，更明白易懂。该设计的程序可以参考DVCC系列单片机微机仿真实验系统实验指导书中的串并转换实验，也可自己根据自己熟悉的方法来编程。在设计控制开关时，注意2个中断的打开和关闭的先后顺序，否则就会出错。这次的单片机课程设计重点是理论与实际的相结合。不再只读书了。该设计从头到尾都要自己参与，熟悉了对整个设计的过程，更系统的锻炼了自己。
十、参考文献
苏家健等编的《单片机原理及应用技术》 高等教育出版社 2004年11月 余锡存等，《单片机原理及接口技术》 西安电子科技大学出版社 2004
孙涵芳等 《单片机原理及应用》 北京航空航天大学出版社 1990
供电系统设计 篇6
【关键词】STM32；DC/DC；PWM控制器；闭环控制
一、系统方案设计
本系统主要由2块DC/DC开关电源模块和单片机测控模块两部分构成。其中，DC/DC模块输入为24V直流电压，输出为8V直流电压信号。采用了Buck降压电路结构。测控模块采集电压和电流量，经过计算之后，使用STM32F103产生调整信号。保证电压和电流按照一定比例输出。每一个模块都是双环控制系统，分别为电压控制和电流控制，电压环为内环，电流环为外环，两个环路的信号共同通过SG3525进行脉宽调制，将输出的信号反馈回输入端，形成闭环控制系统。如图1所示：
均流电路：实际应用中，往往由于一台直流电源的输出参数不能满足要求，需要采用模块式电源，按照并联、串联方式，实现输出电压、输出电流、输出功率的扩展。在设计中使用了电源并联技术，但是简单的并联不能保证整个扩展后的系统稳定可靠的工作，电源模块存在“均流”问题。解决的方法对整个系统的稳定性、可靠性都有很大影响。本设计使用强迫均流法，该方法通过监控模块实现均流，实现方式主要有软件控制和硬件控制两种。其中软件方式比较容易实现，均流精度高。软件方式是通过软件计算，比较模块电流与系统平均电流，然后调整模块电压，使其电流与平均电流关系固定。
Buck变换器电路：采用SG3525作为Buck型拓扑的PWM控制芯片。SG3525是高性能固定频率电流模式控制器，专为离线和直流变换器应用而设计，只需最少外部元件就能获得成本效益高的方案，能进行精确的占空比控制。
二、电路分析与实现
1.DC/DC变压器稳压原理分析
系统共有两个DC/DC电源模块，输入是24V直流电压，调整负载电阻时要保证负载上的输出电压不变，即保证在8V。电路里使用了电压反馈和电流反馈，使整个系统形成稳定的闭环，如图2所示。
调整负载电阻的时候，根据欧姆定律，电路电流发生了变化（取自B点），为保证输出的电压稳定在8V，就需要采用单片机测控电路配合调节。单片机产生的PWM信号经LM331进行频率—电压转换后，电压信号与B路输入形成互补。为保证反馈的电压不变，只需调整SG3525PWM控制器输出固定脉冲占空比，使B端电压和PWM输出的电压保持平衡状态。
2.电流电压检测
如图3中所示，从DC/DC模块中电源的输出端取8V输出分压后的A（电压）、B（电流）信号，分别接到单片机STM32F103的两路AD通道上进行测量。另外一个电源模块也用同样的方法，测量其电流的输出。
3.均流方法分析
本系统采用强迫均流法，强迫均流法是通过监控模块实现均流，实现方法主要有软件控制和硬件控制两种。这里采用软件控制。
软件控制是通过软件计算，比较模块电流和系统平均电流，然后再调整模块的电压，使其电流与平均电流相等，这种方法易于实现，均流精度高。
实现的公式：设总电流I0；分电流：I1， I2； I0=I1+I2；I1= I0； I2=I1—I0；
使用测控模块输出的电压调整其中一个电源模块的电流为I0，那么另一个模块的电流自动变为I0，实现均流。
4.过流保护分析
本设计中电路保护功能的实现由两部分构成。其中一部分使用软件保护，一部分使用硬件保护。
软件保护部分使用测控模块检测电压信号，当发生短路故障，电压变为0，使用PWM转换后输出较小电压，然后循环检测，直到检测到电压不为0，说明短路故障已经修复，重新调整电源模块电流恢复原来的状态。如此可以实现短路故障的自动恢复功能。硬件保护部分使用了可控硅。如图4所示，当检测到E端有较高电压信号时，既满足控制级有足够的正向电压和电流的条件，同时也满足阳极电位高于阴极电位的条件，此状态使得Q5截止，Q6导通，在F端有电压输出。把F端电压加载到SG3525的软启动引脚。使得PWM输出关闭，调整反馈回路的电压。
图4 硬件保护模块
5.测控电路
该部分电路使用了STM32自带的3个通道的AD转换器，分别采集2个开关电源输出的电压和电流信号，该信号在CPU中处理后，得到调整结果，经过内部的PWM模块产生占空比可调的方波脉冲，该脉冲经过LM331模块进行频率和电压的转换，然后供给电源模块，和原来的模拟量电流输出进行平衡，以保证SG3525的输出稳定。
三、总结
采用Buck降壓变换器为核心的并联开关电源供电系统，可以在负载不同时，通过设定自动控制两路开关电源按照任意电流比例输出。通过测试结果表明，该系统输出稳定，纹波小，精度高，有一定的应用意义。
【参考文献】
[1]张占松，蔡宣三.开关电源原理设计[M].北京电子工业出版社，1999.
[2]刘胜利.现代高频开关电源使用技术[M].北京电子工业出版社，2001.
[3]华伟.现代电力电子器件及其应用[M].北京交通大学出版社，2002.
某机修厂供电系统设计 篇7
工厂供电系统的核心是全厂的总降压变电所及配电系统。对总降压变电所及配电系统的设计内容,主要包括:(1)工厂变电所的设计;(2)工厂高压配电线路的设计(3)车间低压配电线路的设计等。
变电所是由主接线、主变压器、高低压配电装置、继电保护、必要的无功功率补偿装置等组成。其中,主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统;继电保护等属于二次系统。
本文以某机修厂35kV总供电系统的设计为例。说明如何依据供电规则来进行变电所主结线方案的选择、进出线的选择、变电所所址的选择及主变压器的台数和容量的选择等供电系统的关键设计问题。
2 工厂供电系统的组成
一般工厂供电系统是由总降压变电所、高压配电所、配电线路、车间变电所和用电设备等组成。图1是一般工厂供电系统组成单元的结构框图。
3 主要组成单元的合理选择
由于供电系统组成单元的选择依据是各用电单位用电负荷,因此在选择供电系统组成单元之前要进行各车间各单位的用电负荷的计算。而负荷计算的方法很多,常用的主要有需用系数法、利用系数法、二项式法、单位产量耗电法、单位产值耗电法、单位面积用电量法等。其中需用系数法比较简单,适用于用电设备台数比较多、各台设备用量差别不十分悬殊的用电场合,特别适用于车间及工厂的计算负荷的计算,一般多用于初步设计和方案估算等,是目前用的最普遍的一种方法。
利用科学合理的计算公式对全厂各车间变电所及车间用电设备的负荷进行计算,其结果作为选择各元件的依据。
4 变压器的选择
4.1 变压器型号与数量的选择
在选择变压器时,应选择低损耗节能型变压器。当变压器需安装在楼内时,则选择干式变压器。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所,应选择密闭型变压器或防腐型变压器。变压器台数的选择应考虑以下原则。
(1)满足用电负荷对可靠性的要求。在有一、二级负荷的变电所中,宜选择两台变压器,当在技术经济比较合理时,主变压器也可选择多于两台。三级负荷一般选择一台主变压器,如果负荷较大时,也可选择两台主变压器。
(2)当企业绝大多数负荷属三级负荷,其中少量一、二级负荷或由邻近企业取得备用电源时,可以装设一台变压器。
(3)对负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所,应选择两台变压器。
(4)在选择变电所主变压器台数时,同时需考虑负荷的发展,使留有扩建增容的余地。
结合本厂的实际用电情况,拟采用一台变压器。
4.2 变压器容量的选择
单台变压器的额定容量SN应能满足全部用电设备的计算负荷Sca,并留有足够的余量,同时还需考虑变压器的经济运行。即:
选用一台变压器作为主变,用式(1)选择变电所主变电所容量。由负荷计算可知,经过功率补偿的此电机厂总的计算负荷为5477.14kVA,选用一台主变压器时,SN=1.4×5477.14=7668kW,查相关变压器的选型手册,选择SF7-8000/35型号的变压器作为主变压器,能满足全厂负荷的使用,并留有一定余地,属于轻经济运行状态。
5 变配电所地址选择
5.1 变配电所所址选择的一般原则
(1)接近负荷中心;
(2)进出线方便;
(3)接近电源侧;
(4)设备运输方便;
(5)不应设在有剧烈振动或高温的场所;
(6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所,当无法远离时,不应设在污染源盛行风向的下风侧;
(7)不应设在有爆炸危险的正上方或正下方,且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方;
(8)不应设在地势低洼和可能积水的场所;
(9)高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。
结合上述变电所选址的注意事项,将变电所设置在离负荷中心不远的、方便进线的、环境较好的地方,因此该机修厂变电所设置在该厂区东南角。
5.2 变电所形式的选择
变电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便,占地面积少。在选择工厂总变配电所型式时,应根据具体地理环境,因地制宜;技术经济合理时,应优选选用屋内式。
负荷较大的车间,宜设附设式或半露天式变电所;负荷较大的多跨厂房及高层建筑内,宜设车间内(室内)变电所或组合式成套变电站;负荷小而分散的工厂车间及生活区或需远离有易燃易爆危险及有腐蚀性车间时,选用设立独立变电所;如户外环境正常,亦可设露天式变电所;在工厂的生活区,当变压器容量在315kVA及以下时,选用设杆上式变电所或高台式变电所。
由此,该厂总降压变电所设为屋内式,只是将变压器设在室外。各车间变电所采用变压箱即可,并由专人设计。
6 主接线方式的确定
总降压变电所的主接线是整个企业变配电工程的核心,它与电力系统的供电电源情况、工厂负荷对可靠性的要求、变电所的布置、设备的选型、继电保护、控制方式、自动装置的配置、运行维护是否灵活方便及经济性等诸多方面有密切的联系。主接线的好坏,将直接影响到整个企业用电的可靠性、灵活性和经济性。
对总降压变电所主接线的基本要求有以下几点:
(1)在系统可能的供电方式下,满足工厂本身的可靠性要求和对电能质量的要求;
(2)接线应尽可能简单、清晰;
(3)运行操作简单、灵活,维护检修方便、安全;
(4)投资省,运行费用低;
(5)按企业的发展规划留有一定的发展余地。
该机修厂采取用一台变压器作为主变,结合变电所主接线设计的原则,本设计的主接线形式选用单母线分段。如图2所示。
7 变配电所进出线的类型截面选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行,选择导线和电缆截面时必须满足下列条件。
(1)发热条件
导线和电缆包括母线在通过正常最大负荷电流(即计算电流)时产生的发热温度,不应超过其正常运行时的最高允许温度。
(2)电压损耗条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗不应该超过正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路,可以不进行电压损耗校验。
(3)经济电流密度
高压线路及特大电流的低压线路,一般应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面,以使线路的年运行费用接近最小,节约电能和有色金属。但对于工厂内的很短的10kV及其以下的高压线路和母线,可以不按经济电流密度选择。
(4)机械强度
导线的截面不应小于最小允许截面。对于电缆,不必检验机械强度,但是需要校验短路热稳定度。
根据设计经验,一般10kV以下高压线路及低压动力线路,通常先按发热条件来选择截面,再校验电压损耗和机械强度。对于长距离大电流及35kV以上的高压线路,则可先按经济电流密度确定经济截面,再校验其他条件。
8 结论
当然,以上只是把供电系统设计中几个关键问题做了简单介绍,而要使供电系统能安全可靠地得到应用,必须要进行必要的补偿计算和采取必要的安全保护措施。
参考文献
[1]刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,2004.
[2]隋振有.配电实用技术[M].北京:中国电力出版社,2006
[3]王崇林,邹有明.供电技术[M].北京:煤炭工业出版社,2003.
安徽地震会商系统系统设计 篇8
目前,安徽省地震局使用的分析预报系统是约十年前建设的并沿用至今,随着地震分析预报理论和相关技术发展,越来越不适用我省防震减灾需要,其主要问题为:系统是在DOS平台上建立的,选择的是面向过程的开发语言,严重过时;数据的获取和生成的结果是采用文件的方式,调用数据通过网络搜索文件夹和文件名的方式,速度慢,效率低;与些同时,这些文件夹分布在九五建设的相关服务器中,随着十五建设,这些文件服务器将很快由新的数据库服务器所替代;数据文件所采用九五格式也即将由十五数字化格式所取代;系统受DOS平台所限,界面不友好,数据及成果展示极为受限;功能开发受限制,难以增加新的功能模块;难以与十五建设成果和新技术接轨,如数据库技术,GIS技术、数据共享技术等。随着十五项目的竣工,数据化取代模拟数据的趋势迫切要求建立新的系统,十五期间,我省建设了以数字化测震、强震、前兆为主体的数据获取软硬件及传输平台,进行了三级台网分级并增加了一些台站、设备和测项,数据量成倍增加,按照中国局的要求,对现有的数字化数据必须采用新的格式进行采集、传输、处理、存储和共享,同时要加上日志和元数据,统一实行数据库方式进行管理。随着GIS技术的发展,目前的地震应急、信息服务等基础平台均采用了Suse操作系统+Oracle数据库+GIS平台的模式,甚至前兆数据台网中心也要求采用Oracle数据库+GIS功能的要求。鉴于以上情况,建立我省地震会商GIS平台为日常会商服务成为迫切需求。
2 系统总体框架
《安徽省地震会商GIS平台》设计的总体架构图如右图1。
系统设计充分考虑业务与功能的紧密结合,根据需求将系统总体结构划分成四层结构,分别是基础设施层、数据采集层、数据资源中心层、应用系统层。
基础设施层主要是指位于各类基层现场的软硬件平台及通信网络体系,他们为整个系统的运行维护提供最基础的支持,同时他们也是整个系统运转和使用的物理基础,主要包括了各类系统平台软件、计算机硬件设备及通信网络系统。
数据采集层负责各类原始数据的获取,主要是指地震业务数据采集系统,包括前兆数据采集、测震数据采集、地震地质数据采集和基础空间数据采集。
数据资源中心层负责对系统所需和所拥有的各类数据进行统一的存储和管理,在该层次主要是通过建立数据库系统,实现对各类数据的存储和交换,实现数据安全性与备份机制。
应用系统层主要是构建综合业务应用系统和信息服务平台,同时为业务部门构建应用系统也是相应部门的业务处理和管理的工具平台。主要包括测震数据处理系统、前兆数据处理系统、空间信息查询系统和会商展示系统等。
系统软硬件支撑平台采用地震局现有的软硬件系统和网络通信系统。系统信息采集体系和数据资源管理体系采用现有的采集和管理体系。如图2所示。
业务支撑平台:地理信息系统平台采用MAPINFO,测震数据处理和分析平台采用MAPSIS,前兆数据处理与分析平台采用EIS2000,数据库采用SQLSERVER及ORACLE。
3 数据库设计
3.1 系统数据总体模型设计
地震会商GIS平台建设涉及到的数据内容复杂,数据库组成参见表1。
表1中的数据库一起构成了地震会商GIS平台的数据基础,其中“基础数据库”、“测震专题数据库”、“前兆数据库”是本系统重点建设的数据库。这些数据在系统的管理方式如表1。
3.2 空间参考
矢量数据采用地理坐标。
地理坐标是一种特殊的地图投影。采用地理坐标的数据是连续的,解决了跨带问题,从而可以保证数据库地理对象的完整性,为数据库的查询检索、分析应用提供极大的方便。同时保持与国家基础地理信息数据库的统一,为数据库的集成管理、数据更新维护、数据共享提供支持。采用地理坐标的缺点是应用数据时需要进行投影转换工作,但矢量数据投影转换速度快,没有任何精度损失。当需要制作地形图或以高斯坐标分发数据时,可以将地理坐标转换成高斯坐标输出。坐标系变换不改变拓扑关系和属性的关联关系,所以坐标转换和投影变换后不需要再作数据处理即可重新建立以高斯坐标为参考系的工程,或直接进行制图输出。
3.3 具体数据库设计
3.3.1 基础数据库设计
基础空间数据以1:25万、1:5万基础地理空间数据库和社会经济数据为基础。其中1:25万和1:5万空间数据包括行政区划、主要交通、主要水系、地形数据、地名数据等。数据存放在ORACLE数据库中。按比例尺用英文名称定义表空间名称。行政区划表字段要包括基本社会经济数据,包括人口、GDP等,具体与地震应急数据库相同。
3.3.2 测震专题数据库设计
地震地质数据库包括全国地震构造图、全国地震带分布图、全国MS>5.0级地震震中分布图、全国地震危险区分布图、全国地震重点监视防御区分布图,安徽省地震构造图、安徽省Ms>4.5级地震震中分布图、安徽省地质遥感解译图、安徽省地震小区划图、小震目录等。地震地质数据存放在ORACLE数据库中,按全国和全省用英文名称定义不同表空间名称。
3.3.3 前兆数据库设计
前兆数据库主要采用“九五”时期设计的数据库格式,为保证与“十五”数据库相兼容,制作数据转换程序,将现行的ORACLE数据库转换到“九五”SQLSERVER数据库格式。对于未被录入现行数据库的地方前兆台站数据统一文本格式后,制作数据录入程序录入到SQLSERVER数据库中。在“九五”数据库中添加“注释”、“事件”等数据表。
3.3.4 用户数据库设计
系统设计不同级别的用户拥有不同权限。用户数据库保存用户的信息。包括:用户名、用户密码、用户权限、用户操作记录等。
4 系统功能设计
系统主要功能包括基础信息查询和展示,测震数据的处理与分析、前兆数据的处理与分析,数据库维护与数据更新,会商系统展示,会商报告自动生成等。
4.1 系统总体界面设计
图3为系统总体界面设计。
4.1.1 菜单设计
图4为菜单设计。
4.1.2 功能设计
“地方台前兆入库”功能主要将当前一些通过网络由地方台人工报送的前兆信息录入到数据库中。该功能可以浏览上报的数据文本文件,一键进行录入。但数据文本文件要统一数据格式。
“数据浏览”提供浏览数据库中各类数据,用户可以通过下拉列表选择要浏览的数据库和数据表名称。
“数据编辑”提供对数据库中各类数据的编辑功能。用户可以通过下拉列表选择要编辑的数据库和数据表名称,然后可以修改其中的数据并进行保存。
“数据库备份”提供对各数据库的备份。将当前数据库备份到其他服务器上。
“测震分析工具”调用测震分析处理软件“MapSIS”。
“前兆分析工具”调用前兆分析处理软件“EIS2000”。
“地震事件分析”调用MSDP软件。
“会商展示系统”主要用于会商时各种数据和图表的展示。本项目在POWERPOINT软件中创建模版,在模版上定义地图显示控件和地图信息查询工具,定义前兆数据绘图控件。
其它功能包括对空间地图的浏览、漫游、放大、缩小、信息查询、距离量测、打印等。
5 结束语
安徽省地震会商系统设计改变了传统的会商模式,充分考虑了“十五”数字化数据成果的使用,为安徽省地震会商提供了先进的模式。但由于经费等客观原因,该设计对硬件通信方面的考虑不是十分详细,需要将来进一步改进。
摘要：如何阐述清楚软件系统的必要性和重要性,一直是项目申请的一个瓶颈,安徽地震会商系统系统设计从项目背景和当前可以支撑的最新技术条件出发,从总体框架分析到技术具体设施的细节,详细阐述了系统的层次结构和数据来源,比较详尽的体现出系统设计的思路。
关键词：安徽地震会商系统,软件设计,总体结构,数据模型,功能设计
参考文献
[1]蒋春曦.省级行业信息服务系统的设计与实现[J].电脑知识与技术,2008,2(17).
[2]蒋春曦.安徽省防震减灾基础地理数据库设计与实现[J].华北地震科学,2006,24(3).
供电系统设计 篇9
机场是航空交通系统中的核心环节之一, 机场的构成主要有跑道、机库、航站楼等等, 大型机场通常还有机场地勤服务、水上飞机停泊码头和机坪、空中交通管制和旅客设施, 如餐厅和酒廊, 以及灾难应对服务。机场的基础设施建设不仅包括以上方面的内容, 同样涵盖了供油系统、消防系统、行李系统、供电系统和安全检查系统等等, 机场基础设施建设中的任何一环出现问题就会直接影响到其日常经营的顺利开展。供电系统在机场日常经营工作中尤为重要, 一旦供电系统瘫痪, 整个机场将会陷入严重混乱的局面。
供电系统由电源系统和输配电系统构成, 供电系统的设计需要重视系统的额可靠性、安全性、灵活性、经济性和可能性, 应该根据系统的负荷等级来选择设计方案, 保证系统的可靠性, 同时要重视系统的维护和检修, 保证运行的安全可靠;供电系统设计更要重视经济性原则, 应该采取简单、成本较低的接线方式, 并要根据民用航空支线机场的实际运营和发展要求来分期建设供电系统。
2 民用航空支线机场供电系统的负荷分级分析
由MH 5023—2006 《民用航空支线机场建设标准》中的关于民用航空支线机场建设内容可知, 民用航空支线机场主要指每年旅客吞吐量小于50 万人次, 而且其直达航程在800-1500KM范围之内的机场, 支线机场数量占据了民用航空机场的绝大部分, 在保障民用航空机场顺利运营方面的作用不可替代。
民用航空支线机场供电系统的负荷等级主要可以分为两个方面, 即:支线机场作为一个区域性整体符合的分级与支线机场供电系统内各个用电单位根据自身实际情况决定的具体供电负荷等级。根据民用航空支线机场的相关建设标准可知, 民用航空支线机场供电系统的负荷等级应该根据GB 50052—2009 《供配电系统设计规范》中3. 0. 1 负荷分级的条文来选择, 对于电源供电突然中断造成的正常秩序混乱的用电负荷等级应该选用一级负荷。当民用航空支线机场供电系统中的一级负荷等级占据绝大比例时应该将该供电区域作为一个整体认为是一级负荷等级。
民用航空支线机场供电系统的负荷等级的选择工作需要充分考虑系统的安全性和经济性, 负荷等级的选取需要尽可能的保证供电系统的安全, 同时要降低输送过程中的电力损耗, 以便减少经济损失。支线机场作为地方立体交通体系中的重要交通枢纽, 其供电系统的用电负荷主要集中在航站楼、航管楼以及导航台站等方面, 该供电系统的一级负荷占据了支线机场用电负荷的绝大部分, 因此可以根据《供配电系统设计规范》中关于负荷等级确定的相关条例, 将民用航空支线机场的整体符合等级确认为一级负荷等级。
3 民用航空支线机场供电系统中供电电源相关内容的分析
根据GB 50052—2009 《供配电系统设计规范》第3.0.2 条、第3.0.3 条等相关条文的规定内容可知, 民用航空支线机场采用一级负荷等级的供电系统应该采用双重电源供电, 同时民用航空支线机场可以根据机场的实际情况来增加设置应急电源, 在选用一级负荷等级的情况下选择设立两个独立的的电源点供电, 以便提高民航支线机场供电系统的安全性和可靠性。民用航空支线机场的供电系统设计工作人员要重视电压并网方面的问题, 目前大部分地域的电力网在主网电压上部都是采用并网模式, 因此用电部门难以从电网中取几回电源进线, 导致设定两个独立电源的工作难以得到顺利的开展。因此, 民用航空支线机场的双重电源可以采用来自不同电网的电源。对于应急电源, 可以将独立于正常电源的发电机组或者独立于正常电源的专用电线路以及蓄电池等作为应急电源, 支线机场可以设置多种应急电源, 并根据机场各个区域对供电电源的要求来选择不同的独立电源, 比如机场中心变电站的主应急电源可以采用快速自起动的柴油发电机组, 而类似于航站楼和航管楼等建筑则可以采用供电稳定, 安全性比较高的蓄电池组或者在设计时采用EPS系统。
民用航空支线机场供电系统还包括高低压配电系统。在高压供电系统的接线工作方面, 支线机场供电系统设计工作人员可以选用单电源的单母线, 保证其与二级负荷等级衔接匹配, 也可以从低压侧获取备用电源的一级负荷, 在通常情况下, 低压侧通常噶很难过采用分段单母线接线形式, 对于双电源进线, 变压器可采用单母线或者单母线分段接线形式。
4 民用航空支线机场供电系统设计工作应该注意的问题
民用航空支线机场供配电系统设计工作应该要重视对备用电源自动投入装置的要求, 可以将备用电源自动投入装置装配在母线分段断路器之中, 提高供配电系统的安全性和稳定性。同时, 要重视低压侧柴油发电机的系统接入工作的作用, 要及时发展供配电系统可能出现的问题, 可以将电力系统电源之间设立电气或者机械联锁, 尽可能不要采用并网运行, 柴油发电机与外电源转换之间可以采用四极开关, 避免其与外电网的计费方式混淆, 要尽可能的降低民用航空支线机场供电系统的经济损耗, 做好节能工作, 降低电力资源耗费。供电系统设计人员要重视引入接线工作的灵活性, 要保证机场供电系统可以根据机场运营和发展的要求进行动态调整, 以便满足在非事故情况下能供给部分重要负荷用电的可能性。
参考文献
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开关电源模块并联供电系统设计 篇10
2 主要模块设计方案
2.1 供电系统
桥式整流电路的工作原理如图2:e2为正半周时, 对D1、D3和方向电压, Dl, D3导通;对D2、D4加反向电压, D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路, 在Rfz, 上形成上正下负的半波整洗电压, e2为负半周时, 对D2、D4加正向电压, D2、D4导通;对D1、D3加反向电压, D1、D3截止。电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路, 同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
2.2 DC模块的选择
电源芯片采用美国国家半导体的LM2596—ADJ它是一款降压型的PWM调节方式的开关稳压电源的芯片, 内部振荡源频率为150KHZ, 最大输出电流3A, 最大输出电压40V, 基本可以满足题目要求。它通常被作为恒压电源应用, 此时其通过电压取样电压反馈稳压方式达到稳定电压的目的。
2.3 输出电流比例实现方案
输出电流比例实现有两种方案。一是通过单片机控制ucc29002来实现电流比例, 但电路极其复杂。二是调节内部参数使DC-DC模块输出电流1:2。当电流需要1:1的时候, 通过检测, 单片机识别选通, 让均流模块电路ucc9002工作, 实现电流1:1。
UCC29002采用一个高增益、高精度的放大器, 能检测到外面的输入的微小的电压变化量, 放大倍数的大小可以通过改变外电路的参数获得。UCC29002中的电流检测放大器的输入偏置电压极低, 使得它可以精确的检测到一个阻值很小的电流采样电阻上的微小电流变化量。而且, 它的共模范围介于接地电压和UCC29002供电电压之间。芯片电流读出放大器超低的输入补偿电压使得对通过低值电阻的电流信息的检测更加适宜。为防止错误的输出调整信号, 在误差放大器的反向输入端加一个比同向输入端高25m V的固定偏置, 当连输入端输入相等时不会做出调整。当芯片不能正常工作时调整放大器的同向输入端将被下拉到地 (相当于误差放大器输出为零) , 防止该单元被错误调整, 此外, 误差放大器的两个输入端还可作为使能。
2.4 单片机检测实现方案
用霍尔传感器 (ACS712) 检测负载上电流, 把电流变为电压, 然后经过D/A把信号传给单片机。
2.5 单片机过流控制方案
用单片机实现对模拟开关CD4051控制选通实现电路调整如过流保护, 如图3所示。
使用低功耗单片机MSP430实时监测电流。因为UCC29002的8脚电压与系统的输出电流成正相关, 我们用MSP430片内12位ADC定时采样该电压。并把它与预先设定的电压比较来判断过流。当连续两次检测到电流过大时, 关断TPS5430使系统不输出电压, 6秒延时后使能TPS5430, 并继续检测电流。
3 系统测试与误差分析
3.1 性能指标
实验过程:在实验室220v交流点下分别测量CD模块空载输出 (测量数据及结果如表1) 和负载输出。
3.2 比例均流性能指标
实验过程:把CD模块的输出端后接均流电路分别测量两路的输出电流。
3.3 单片机调节电路性能
实验过程:调节可视负载使输出总电流由1A逐渐增大到6A再减小到4A观察各电路电流量。
3.4 均流效率
实验过程:改变负载电阻测量负载功率P1和CD模块输出功率P2由P1/P2计算均流效率。
从测试结果来看, 均流偏差在0.5%以内。但是电源均流时两路的电流仍有一定的误差, 并非绝对均流;而且均流偏差变化不是线性的, 即输出电流增大时, 均流偏差不是单调变化。主要原因是由于我们均流方法是UCC29002, 通过能检测到外面的输入的微小的电压变化量, 放大调节。但由于电路本身和焊接等原因, 造成一定误差。若需要进一步减小误差, 则需采用更为精确的平均电流均流法。均流误差的非单调变化, 主要是由于采样电阻等分立元件的温漂及杂散噪声引起, 当温度变化或工作频率变化时, 电阻会偏离原来的阻值, 导致UCC29002内部调节信号偏离理论计算值, 从而使调制的信号和理论值有差异, 产生均流偏差波动。
摘要：选用开关电源芯片LM2596和load sharing芯片UCC29002, 并选用两片load sharing芯片UCC29002的配合使用, 通过调节上路电路中连接在UCC29002电位器, 使上下两路对称, 实现自动均流。并由单片机监控调节, 确保电路安全, 灵活变换。
关键词：LM2596,UCC29002,反馈
参考文献
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门机防风系统设计 篇11
关键词：门机；防风；稳定性；设计计算
1.概述
随着门机的大型化，其安全性越来越受到关注，防风安全成为码头作业中一项最为重要的安全防治工作。门机防风是个系统，目前国家规范繁杂，不同部门对防风要求不一样，我们针对这种情况，整合现有各方面研究门机防风的设计要求，对门机的轮压及整机稳定性、锚定力、防风铁鞋和惯性制动器、防风拉索和缓冲器等进行设计计算，确定门机的防风设计方案。以此作为门机防风的设计依据和参考，解决设计防风系统缺乏设计依据的问题。
2.门机防风系统计算
2.1轮压计算
门机的轮压关系着码头基础建设和整机稳定性。分为工作状态和非工作状态的轮压，并以门机在最不利位置，受最不利的风向条件下的理论计算。
四支点门机按刚性支承假定计算支承压力和轮压，即假定门机的四个支点始终保持在同一个平面上。
式中： 非回转部分总重量； 回转部分的总重量（包括货重）；t旋转中心和门架中心的距离；
、 总力矩M沿X和Y轴的分量；l、S轨距；b、B基距；n每条支腿的行走轮数量。
2.1.1工作状态最大轮压
当门机最大幅度、满载、风由后向前吹，且臂架处于支承平面垂直于对角线连线AC，即 ，货物外摆10度时，出现最大轮压（B点）和最小轮压（D点）。
式中： 工作状态下风作用在门机上的最大风压
风力系数；
工作状态下最大计算风压；
构件平行于纵向轴线的正面风作用面积（ ）；
风力方向与构件表面纵向轴线呈的夹角（ ）
倾覆力矩：
式中：e门机回转以上部分质量的重心到回转中心的距离
h风载荷作用于整机的型心高度； 风载荷作用于货物的高度
最大轮压： ；最小轮压：
2.1.2非工作状态最大轮压
门机空载最小幅度臂架平行于轨道放置，非工作状态最大风压沿臂架从前往后吹时，有最大轮压。
式中： 非工作状态下风作用载荷； 风压随高度变化系数；
非工作状态计算风压 ； 构件平行于纵向轴线正面受风作用面积（ ）。
倾覆力矩 最大轮压 ；最小轮压
整机稳定性
根据GB/T3811-2008规定，门机的稳定性计算按无风静载、有风动载、突然卸载或吊具脱落和非工作状态最大风压四种工况进行（基础一定情况下，不考虑坡道、轨道高低差和惯性力等附加力矩）
（1）无风静载：门机吊起试验载荷的重量，位于最大幅度时的状态；
（2）有风动载：门机吊起额定载荷重量，位于最大幅度，貨物外摆10°，并且整机受到沿着臂架方向，由后向前吹的Ⅱ类风的状态；
（3）突然卸载或吊具脱落：门机起吊额定载荷重量，位于最小幅度，并且整机受到沿着臂架方向，由前向后吹的Ⅱ类风，此时门座机悬停在空中的货物发生突然卸载（或吊具突然脱落）的状态；
锚定力和防风计算
大车锚定装置和防风绳的作用一样，均为防止非工作状态下，起重机不沿轨道滑移，设计时只考虑一种保护单独作用的情况。当臂架处于最小幅度平行于轨道放置，非工作状态最大风压沿轨道吹时，大车锚定处于最不利状况。
锚定力计算
风载荷
式中：C风载系数； 风压高度变化系数； 计算风压；A垂直于风向的迎风面积。则主动轮和轨面的粘着力
式中： 主动轮的总轮压；f主动轮和轨面的粘着系数。
得总锚定力和防风水平力为
一般门机配备四个锚定插板，所以单个锚定插板的水平力为 。
防风拉索计算
防风拉索装置主要具有防止门机在非工作状态下发生倾覆作用，当门机遭受最大风速作用时，可根据不同的工况计算出门机各腿的的腿压值，以此作为垂直方向上防风拉索装置的受力情况。根据拉索装置的空间布置，（如图2）防风系缆图）可求出拉索的受力 的大小。
根据空间几何关系，得：
式中 为负腿压值。由此式可以见，只有减小防风拉索系缆装置顺着和垂直于轨道两个方向上的距离，才可以减小防风拉索受到的拉力，也就是 为零时，防风拉索所受力为最小值。
电动铁鞋计算
起重机处于最小幅度，并且起重机变幅平面垂直于轨道。风顺着轨道方向吹的情况下进行计算，此时起重机受风面积最大，即风载荷最大、最不利情况。此时风速按 ，风压为 （ ） 风载荷
由整机水平方向力平衡得
式中 是行走机构从动轮的数量， 是电动铁鞋的数量， 是每个电动铁鞋所可以提供的水平方向力。
缓冲计算
由计算式： 得
式中： 运行机构速度；S缓冲器缓冲行程。
总结
本文在对门机的相关防风装置进行设计计算，主要包括：门机轮压计算、整机稳定性计算、锚定和防风水平力计算、防风拉索设计、电动铁鞋的选型计算和缓冲器的选型计算等，确定了相关防风装置的通用设计方案及其验算方法，提供防风系统设计依据。
展望
数据中心供电系统的节能设计 篇12
数据中心节能降耗工作是艰苦而漫长的过程。首先要搞清楚数据中心基础设施能耗的去向, 各子系统的能耗状况和降低能耗的潜力, 在此基础上制定出综合治理策略, 如果仅从某一层次采取孤立解决问题的战略, 或具备某一层次技术支持的厂商是不可能取得明显效果。
2 数据中心能源效率指标
当前, 测量数据中心能耗的指标主要用“电能使用效率”, 即:
但是, 为便于了解各子系统能耗状态, 并对新技术新方案应用的节能效果进行评估, 在进行能耗测量时又提出了另两个指标:
(1) 空调制冷负载系数CLF, 即:
式中PCooling为空调制冷系统耗能, 包括冷源 (冷水机组、冷却塔、干冷器、水泵、电动阀门、水处理设备等) 、空调、湿度调节、新风系统等所有设备的耗能 (含空调制冷系统中消耗其他能源所折算出的电量消耗值) 。
(2) UPS供配电负载系数PLF, 即:
式中PPower为供配电系统耗能, 包括高压配电、变压器、线缆传输、转换开关、各级低压配电、UPS、谐波治理等设备的耗能。
3 当前数据中心能效状况
实际上, 没有做节能设计的机房的PUE值普遍偏高, 测量数值一般在3.0左右。图1是一个大型数据中心能效测试数据, 该数据中心设计标准符合TIA 942 IV级标准, IV级数据中心基础设施配置和运行的基本情况如下:
(1) 交流输入数量为二路。
(2) 供电冗余2N或2 (N+1) 。
(3) 需要全部计算机硬件有故障容错的双电源输入。
(4) 连续制冷。 (5) 不存在单点故障 (不包括人为错误) 。
(6) 每年电力环境引起的IT停机时间 (实际值) 为0.4小时。
(7) 整个数据中心系统的可用性为99.995%。
从图1可以比较清楚地看到目前典型的数据中心电能分布情况, 各子系统的具体能耗分布如下:
(1) 制冷系统的能耗约占数据中心机房总能耗的33%左右。
(2) 空调送风和回风系统的能耗约占数据中心机房总能耗的9%左右。
(3) 加湿系统的能耗约占数据中心机房总能耗的3%左右。
(4) UPS供电系统的能耗约占数据中心机房总能耗的15%左右。
(5) 配电、谐波治理、变压器等能耗约占数据中心机房总能耗的5%左右。
(6) 转换开关和线缆及其他系统的能耗约占数据中心机房总能耗的1%左右。
(7) 照明系统的能耗约占数据中心机房总能耗的1%左右。
(8) 机房辅助 (维修和办公) 设备的能耗约占数据中心机房总能耗的2%左右。
(9) IT设备的能耗约占数据中心机房总能耗的32%左右。
图1是没有进行节能设计和改造且符合TIA 942 IV级标准的特例。综合分析我国根据当前各种类型的数据中心公布的节能数据可知, PUE值均在3.0以上, 特别是传统的未经节能设计的高性能数据中心, PUE测量值均在3.0左右。
4 数据中心基础设施能效低下由传统设计造成
数据中心从诞生到现在已经有四十多年, 在这漫长的发展过程中, 数据中心技术也历经了翻天覆地的变化, 而能耗问题是最近几年才被提出。在此之前, 数据中心的规划设计和广大工程技术人员没有主观地从系统的角度对节能降耗问题做过深入地研究, 也可以说数据中心高能耗问题是采用传统设计理念和建造技术的必然结果。
传统IT技术、供电和散热技术的局限与低效是能效较低的根本原因, 如表1所示。
5 造成数据中心基础设施能效低的主要原因
在数据中心机房基础设施能效低的各种因素中, 设备容量利用率低是最主要原因。
5.1 设备利用率低是数据中心机房基础设施主要特征之一
在数据中心机房基础设施中, 供电和制冷设备普遍存在着低于额定容量下工作的现象, 原因有以下四个方面:
(1) IT实际负载低于系统设计 (统计) 容量, 一般来说实际负载是系统设计 (统计) 容量的70%。
(2) 出于可靠性的考虑, 设计和设备选用时有意使用过度规划的组件, 以提供安全余量 (20%~25%的降额) 。可靠性的考虑, 同时通常对关键的环节或可靠性薄弱的设备采用容错冗余配置, 当采用2N配置时, 设备实际的输出容量又降低50%。
(3) 考虑到在生命周期内要适应负载的多样性、不确定性和可能出现的扩容需求, 规划设计时通常要过度规划配电系统容量, 典型的配电环节和各级开关的过度规划量大致为30%~100%。
5.2 设备损耗类型与负载量的关系
设备的损耗有三种类型, 如图2所示。
(1) 空载损耗:损耗值与设备额定容量有关, 损耗百分比随着负载的减少而增加。
(2) 比例损耗:损耗百分比不变。
(3) 平方律损耗:损耗百分比与负载电流 (包括谐波电流) 的平方成正比。
表2是数据中心机房基础设施各种设备在额定值负载情况下的典型电能损耗。
设备的运行效率实际上就是输送给负载功率的百分比。第三种损耗虽然随着输出电流的增加会减少输送给负载功率的百分比, 但这部分损耗主要表现在主电路输入、输出导线和开关器件上, 数值较小。第二种损耗的百分比与负载无关, 所以不会随着输出负荷的增加而影响输送给负载功率的百分比。只有第一种损耗百分比是随着负载的增加而减少, 所以输送给负载的功率百分比会随着负载量的增加而增大, 即工作效率会随着输出负载的增加而提高。以UPS设备为例, 图3和图4说明两者关系。
图3是UPS设备自身损耗和传送给负载功率的比例, 当负载量达到设计额定值的90%时, 虽然设备的比率损耗和平方律损耗都有所增加, 但传送给负载功率的百分比可达91%。当负载量只有设计额定值的20%时, 虽然设备的比率损耗和平方律损耗都减少, 但是由于设备空载损耗并没有随着负载的下降而减少, 所以传送负载功率的百分比只有75%。把自身损耗和传送给负载功率的比例以纵坐标表示出来, 就是典型的当前UPS设备的效率曲线。
图4更直接地反映了数据中心机房基础设施用电效率DCIE和能效比PUE与实际负载的关系。在机房基础设施不做节能改造的情况下, 如果提高容量利用率, 便可改善系统的PUE值。
以上分析的结论证明, 提高容量利用率是提高设备运行效率的关键。
6 数据中心的节能策略
数据中心节能降耗的最终效果体现在降低数据中心总设备能耗。从能效指标PUE可以看出, 数据中心总能耗主要由两个因素决定。
(1) IT设备能耗。这部分能耗对数据中心总设备能耗的影响主要表现在IT设备能耗与PUE的乘积上。如果数据中心能耗指标PUE=3.0, 当IT设备能耗降低1k W时, 则数据中心总能耗就可降低3k W。数据中心PUE值越高, 降低IT设备能耗的作用越明显。
(2) 能耗指标PUE。PUE是在IT设备能耗为1.0的情况下计算得出, 所以PUE主要是由数据中心基础设施设备的能耗所决定。确切地说, 主要是由供电、制冷等系统能耗所决定。
明确以上关系后, 节能降耗方面就能有清晰的工作重点。
6.1 降低IT设备能耗和提高基础设施能效并举
数据中心节能降耗应从两个方面入手, 第一是减少数据中心IT设备对电能的需求, 降低其能耗和发热量;第二是提高供电和制冷系统的效率, 减少不必要的浪费。
数据中心在这两个方面都存在很多问题:一方面, IT技术迫于应用发展的压力不断增加设备数量, 提高计算密度, 造成更大能源需求压力;另一方面, 由于基础设施方案、设备和结构布局的不合理, 特别在低效的供电和制冷系统等方面, 又浪费了大量能源。
减少数据中心对能量的需求, 可使数据中心原有的供电和制冷容量满足数据中心更长时期的扩展需求, 改变或延缓机构建立新的数据中心计划。传统数据中心通常是采用超额供应策略来满足未来扩展的需求, 不仅IT设备超额供应, 供电和制冷基础设施也超额供应, 这必然造成数据中心成本 (购置成本和运营成本) 的增加。
采用低功耗的芯片、节能外设以及节能服务器可以有效地减少数据中心的能量需求;从整体布局角度分析, 可以全面采用虚拟化技术以及实施服务器和存储整合解决方案, 减少数据中心服务器数量和存储容量冗余, 以及采用水冷却机柜提高功率密度、降低能耗等措施, 既满足业务需求, 又降低数据中心对供电和散热的总需求。
6.2 综合节能策略
数据中心的节能降耗应采用综合节能策略, 贯穿于从规划、设计、建造、设备选型、维护管理等全过程, 涉及从IT设备芯片和器件, 到服务器和存储等设备、放置各种设备的机架, 再到整个数据中心基础设施 (机房建设、供电、制冷等) 。任何试图仅从某一层次孤立解决问题的战略, 或只具有某一层次技术支持的厂商都不可能取得成功。
综合节能策略概括起来应包括以下几个方面:
(1) IT设备节能组件包括:以节能组件设计, 节能的服务器与存储设备, 刀片系统与热量智能控制技术, 机内高效电源。
(2) IT动态节能管理包括:虚拟化技术, 提高系统利用率, 电源智能管理。
(3) 基础设施节能优化包括:提高设备利用率, 高效供电系统和设备, 动态智能散热技术, 紧耦合散热技术, 机架水冷却技术。
(4) 节能咨询与服务包括:数据中心节能策略和规划, 电力审计, 制定环境改造计划, 规划和运行能耗评估。
大部分数据中心在规划之初, 要想做到准确规划IT设备的具体型号、装机数量和电力需求具有相当大的难度, 尤其是远期规划则更加难以预测。因此, 在数据中心的规划建设过程中, 只能依据经验数据和同行业现状, 给出IT设备的总体能耗指标, 提供数据中心的最大服务能力。
6.3 机房建筑与布局的节能策略
绿色数据中心首先应当考虑的应用对象便是绿色建筑。建筑物围护结构的能耗在数据中心总体能耗中也占有一定的比例, 也是节能降耗应该重点关注的一个方面。
在设计数据中心机房围护结构时要考虑的主要问题之一是热隔离性能。由于机房中有大量的IT设备产生热量, 冬季气温较低时, 围护结构只能将少部分热量带走, 大部分热量需要空调系统进行换热。夏季气温较高时, 围护结构能有效地影响机房内的温度。因此, 为了减小对围护结构的影响, 就需要使机房墙体具备较好的热隔离保温功能。
首先要做好机房的空间与平面布局规划, 确定机房的场地分隔、工作流程以及建筑工艺。现行数据中心通常采用机房密闭护围、大空间、少隔断、适宜的空间容积、人机区域分离等。主机房内各IT关键设备区域用房应集中 (相邻) 布置, 其他支持区和辅助房室内温、湿度要求相近的房间也应相邻布置。在数据中心IT关键设备区域布置中, 应根据IT关键设备种类、系统特性、设备的发热量、机柜布置密度、设备与机柜的冷却方式等, 综合考虑数据中心机房区域、机柜列组、机柜内部三个层面的精密空调设备制冷的气流组织。包括空调设备的位置布置、送回风方式、送风口和回风口设置等。采用“冷通道”与“热通道”的送回风通道、平衡和散列高密度机柜中的设备布置等, 这些都是当代数据中心空间与平面布局的设计理念与节能策略。
对于建筑体内的数据中心机房区域, 需要在符合《公共建筑节能设计标准》的前提下, 加强对数据中心机房区域进行建筑热工复合计算和设计处理。同时, 根据数据中心所在外部环境、主机房区域的内外部环境以及主机房内各功能区的内部环境, 对IT关键设备区域加强措施, 合理计算保温隔热的热工参数, 选择适宜的围护结构与材料。在可能的条件下, 使用传热系数 (K) 值小的绝热材料。对顶、地、墙的六方体进行隔热, 以减小围护结构四周的传热系数, 将数据中心的机房区域包裹起来, 可以达到较好的密闭、保温、节能效果。
对数据中心的主机房区域应当采用无窗密闭护围, 以避免和减少进入室内的太阳辐射以及窗或透明幕墙的温差传热。对数据中心的支持区和辅助房间等功能区采用有窗玻璃护围时, 应该控制建筑朝向及窗墙面积比, 采用双层玻璃窗或low-e玻璃 (幕墙) , 并辅助采用遮阳设施 (外遮阳、内遮阳等) 以减少太阳辐射量。
6.4 供电系统的节能策略
图5是一个典型的数据中心供电配置系统示意图。在一个高性能的数据中心供电系统基础架构中, 图5所列出的配电环节和相应的设备都是必不可少的。在评估或测试数据中心供电系统效率时, 一是要考察系统中所有环节和设备的能耗, 而不是仅由主要设备 (例如UPS) 来确定系统的效率。系统中的配电、变压器、转换开关、谐波治理、线缆等都消耗输入功率;二是不应只考察所用设备的标称效率, 而应考察系统中所有设备在实际运行状态下的效率。绝大部分设备的标称效率是较高, 例如UPS设备, 尽管它的工作效率在系统所有设备中是最低的, 但当前的UPS设备的标称效率均在92%左右, 很多大功率 (特别是由无输出变压器电路组成的UPS) 其满载标称效率可达94%以上, 但在系统中实际的负载量与实际的工作效率要低得多。当然, 供电系统中的其他设备工作效率同样是随着实际工作容量的减少而降低。
供电系统的节能主要依靠系统设计、提高产品性能。对于机房供电系统的规划设计应注意以下几个方面:
(1) 合理规划供电系统裕量和系统冗余度, 避免过度规划。应尽可能采用允许电源基础设施随着负载的增加而增大的模块化架构。
(2) 应当关注电力传输电缆的经济性, 在电缆线损与价格上寻找平衡点, 选用高效的变压器、转换开关、谐波治理、配电等供电设备。
(3) 供电系统中的无功功率主要是由高次谐波造成, 治理谐波对降低设备和传输损耗, 提高电能的使用效率至关重要, 特别是要选用高输入功率因数的UPS设备。
(4) 选择高效UPS电源系统。重点观察设备在实际负荷情况下是否处于高效状态, 目前UPS特别是无输出变压器UPS系统的效率在很大的负载范围内都可达到94%。
6.5 制冷系统的节能策略
最近几年来, 为了应对数据中心高能耗和高密度计算产生的巨大热量以及局部高温的难题, 制冷系统从设计理念到新技术的应用都发生了巨大的变化。图6是传统的未经节能设计和改造的数据中心能耗状况示意图, 从中可清楚地看到, 在房间制冷的状态下系统能耗分布情况。
从图6可以看出, 在传统数据中心系统能耗指标PUE=3.0的情况下, 制冷系统占1.55, 也就是说, 当IT负载功率为100k W时, 制冷系统要消耗155k W的功率。其中, 湿度调节消耗10k W, 空调 (空调设备自身损耗+冷热气流输送风机功率) 消耗30k W, 制冷消耗115k W。机房的热源除IT设备100k W之外, 还包括照明及辅助用电设备消耗10k W、UPS供电损耗20k W、谐波治理及其他供电设备损耗15k W、空调送风及湿度调节设备损耗40k W, 再加上机房防护结构的传热和冷气的泄漏损耗等。要抵消这些热源产生的热量大概需要200k W左右的冷量。但是, 按照空调机制冷能效比为1:3的情况, 110k W的制冷功率可产生330k W的冷量, 这之间巨大的差距是空调制冷效率降低造成的。在实际运行中, 空调机制冷效率根本得不到充分的发挥, 影响空调机制冷效率的主要因素有空调布局和气流组织问题, 造成空调回风温度降低, 室外与室内机的匹配问题、多台空调机制冷和湿度调节运行状态的设置问题等。在诸多原因中, 冷热气流直接混合是最主要的原因, 因此改善机房内的气流组织变得非常重要。
在当代的数据中心里, 制冷系统的设计主要是针对制冷功率, 而采取的措施包括:采用盲板 (空气挡板) 防止热空气在机柜内循环;机架摆放采用冷、热通道的布局;空调机应正确安放;提高活动地板铺高, 重视机房 (特别注意活动地板下送风夹层) 的密封;关注机架制冷效果, 提高机房室内温度;采用不停电供电及冷冻水空调系统;针对热点紧靠热源制冷;在高密度区采用气流遏制系统 (冷通道或热通道封闭) ;采用自由制冷技术。
7 数据中心能效测量与评估
当前数据中心节能降耗工作存在的问题是:缺乏指导性的标准;缺乏科学的能耗测量方法;缺乏节能规划、设计和节能技术改造的数字依据;缺乏节能规划、设计和节能技术改造的评估和验收标准。
采用正确的能效测量方法才能真实地反映所建数据中心的能效状况, 就目前情况看, 以下几点是对数据中心能效测量时必须注意的问题和遵守的原则。
7.1 数据中心能耗测量和统计范围
以下是能效测量时应该明确的测量范围及相关的定义:
(1) 测量和统计的区域
(1) 数据中心主机房包括:服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。
(2) 数据中心辅助区包括:电信进线间、测试机房、IT监控室、备件库、维修室等区域。
(3) 数据中心支持区包括:变配电室、发电机房、UPS室、电池室、空调机房、新风机房、动力站房、环境、动力监控值班室、消防设施用房、消防和安防控制室等。
(4) 行政管理区包括:工作人员办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间等。
(2) 数据中心总能耗
(1) IT设备耗能。
(2) 数据中心基础设施耗能:包括供配电系统、UPS系统、空调制冷系统、消防、安防、环境动力监控、机房照明等数据中心基础设施设备的耗能。
(3) IT设备
包括计算机、通信设备、处理设备、控制设备及其相关的配套设施构成, 按照一定的应用目的和规则, 对信息进行采集、加工、存储、传输、检索等处理的人机系统称为电子信息系统。
(4) 输入能源
(1) 主供电电网。
(2) 备用发电机。
(3) 非主供电电网 (由个别设备引入) 。
(4) 太阳能、风能等再生能源, 最终都以输入到数据中心的电能表示。
(5) 供配电系统
供电系统由高压配电、变压器、配电柜、线缆传输、UPS系统、空调制冷系统配电、安全、照明配电、列头柜、机架PDU等组成。
(6) UPS系统
包括输入配电、输出配电、UPS主机 (单机、冗余并机) 、电池、并机柜等。
(7) 空调制冷系统
(1) 机房内使用的空调设备包括机房专用空调机、湿度调节设备等。
(2) 冷源的设备包括风冷室外机、冷水机组、冷却塔、干冷器、水泵、电动阀门、水处理设备等。
(3) 新风系统包括新风预处理机和送风系统等。
(8) 其他设施
包括照明设备、安防设备、消防灭火设备、传感器以及数据中心的管理系统等。
7.2 测量周期和频率
能耗指标的数值受各种因素影响, 会随季节、节假日和每天忙闲时段的改变发生变化, 因此为全面准确了解数据中心的能效, 应采用固定测量仪表, 对数据中心能耗进行持续、长期的测量和记录。测量的周期和频率如下:
(1) 每年测量4次, 分别在春季、夏季、秋季、冬季进行测量。
(2) 每个时段测量时间间隔不少于3天。
(3) 每天测量不少于2次, 分别在数据中心业务忙时和闲时进行测量。
(4) 每次测量不少于1小时, 取稳定数值或3次测量的平均值。
注意:在每次测量时, 要对各点和各环节测量的同时性。
7.3 对共用供电系统的测量
在进行数据中心能效测量时, 要把供电系统分为两种类型, 即独立供电系统、共用供电系统。
(1) 独立供电系统:为数据中心配置的主供电电网 (包括备用发电机) 只对本数据中心供电, 本数据中心的主机房、辅助区、支持区和行政管理区内的所有设备都由主供电电网供电。
(2) 共用供电系统:为数据中心配置的主供电电网 (包括备用发电机) 可能还向数据中心之外的用电设备供电, 本数据中心的主机房、辅助区、支持区和行政管理区内的个别设备可能由建筑物内的其他电网供电。
对独立供电系统的能耗的测量要相对简单些, 只要测量出IT设备的实际运行能耗和主输入线路的总功率输入就可以。但是对共用供电系统数据中心测量或者是独立供电系统时, 需要对数据中心内局部 (子系统) 进行测量时, 因为输入总功率除来自主输入线路外, 系统中主机房的冷源 (例如集中空调、水冷等) 、非主机房区域的安全、照明及辅助设备等, 可能是由所在地区和建筑物的其他供电线路提供, 所以在测量和统计总输入功率时应注意以下几点:
(1) 总输入功率应包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区内所有的与数据中心有关的用电设备功率。
(2) 测量非主供电线路的输入功率时, 应考虑非主供电线路输入功率的上级设备 (变压器、配电和线缆传输) 的效率, 也就是说要在这部分功率的数值上除以上级设备的效率。通常配电和线缆传输的效率典型值在98.5%~99%之间, 输入变压器的效率的典型值在98%~98.5%之间。
(3) 当很难对非主供电设备用电功率进行准确的测量时 (例如建筑物集中空调、水冷冷源及室外设备、安全照明设备等) , 可采用折算的办法进行估算, 折算办法包括:用共用供电系统各部分的设备的额定功率分摊;用共用供电系统各部分的面积或空间 (例如照明和制冷) 分摊功率;用共用供电系统各部分的电费分摊功率。
7.4 数据中心能效状态评估
能效状态评估的前提是对数据中心能效的正确测量和符合实际情况的能耗测量数据进行整理, 评估内容应包括:
(1) 针对整个数据中心能效状态 (PUE) 对数据中心规划、选址、可用性、节能设计等做出综合性评估, 并对存在问题和改进措施进行可行性分析。
(2) 针对供电系统能效状态 (PLF) 对供电系统方案、供电设备运行状态和效率等做出评估, 并对存在问题和改进措施做可行性分析。
(3) 针对制冷系统能效状 (CLF) 态对空调制冷方案、设备运行状态和工作效率、机房气流组织状态等做出评估, 并对存在问题和改进措施进行可行性分析。