软件交流材料（精选7篇）
——软件使用经验交流
市中区文化路小学
二〇一六年十一月 智慧校园让教育走向现代化
文化路小学始建于1980年，在历任干部及教师的辛勤努力下，学校的办学规模不断扩大，教育教学质量不断提升，社会声誉逐年提高。目前，文化路小学“一校三区”共有88个教学班，在校学生5200人，教职工296人。三年完成规划后，将达到136个教学班，在校学生8000余人，教职工近500人。
近年来，我们始终秉承“爱与责任”的核心理念，践行“融爱于心，践责于行”的校训，在丝雨的滋润下，培养了数以万计的阳光少年，这些孩子的综合素养走在了全市乃至全省的前列。
随着信息化技术在教育领域的推广和应用，学校信息化建设已成为未来学校教育发展战略的制高点，将传统校园逐步转换为数字化校园已成为迫切需要。为适应这一需求，软件的规划和应用越来越显示出重要性。多年来我校以满足教育教学需要为基本出发点，在各级领导的正确指导和关怀下，软件建设和应用工作取得了长足的发展，实现了学校教学和管理的信息化，确立了学校数字化校园的发展愿景：数字化“教”向数字化“学”转变，信息化“点”向数字化“面”转变，现代化“建”向智慧化“用”转变。
我们的主要做法是：
一、基本原则
1.统筹规划。根据智慧校园建设规划信息中心对软件使用进行细化，并结合总规和细化的方案进行实施。
2.突出重点，分步实施。根据建设目标的内容，按照学校整体规划要有侧重点，分步实施，具体落实。
3.突出应用，讲求实效。根据学校的实际情况，采购的软件要着眼智慧校园建设的功能与作用，突出应用，本着够用、实用、用好的思想原则。
二、具体措施
1.做好每年的软件征订工作。做到专款专用，根据学校需要，广泛争取教师意见，由分管校长和信息中心主任完成软件的征订工作。除了按上级要求征订电教软件外，学校要统筹资金采购软件。
2.做好软件的使用管理工作。新购入的软件要及时建档，目录公布到学校网站方便老师们查阅。网络版软件安装到位，对使用人员进行培训。
3.学校不断完善硬件建设，支撑软件发挥最大作用。
学校信息化建设依据统筹规划分步实施的原则进行。2011制订了第一个五年规划（2011～2015），学校挤出一切可以筹集的资金完成规划目标。到2015年止已在教育信息化工作中投入经费300余万元，主要建设项目有：学校网络微机室3个（190台微机）、多媒体电教室2个、录课制作室1个、校园广播站1个、57个教学班，实现班班通，教师人手一机，全校网络覆盖，让教师享受网络资源教学的优越性。
2013年投入60余万建成的自动录播教室，教师在录播室的课堂教学除自动录像外，还可以时时上传到点播服务器供老师们随时点播观看。
为了确保网络畅通，2014年学校投资24万元改造了中心机房，配备国内一流品牌（华为）的交换管控设备。学校应用双光纤，一条接入教育网，一条接入商业宽带，将出口带宽增加到200M，信息中心到各楼之间光纤连接，每人百兆到桌面。投入13万元购置三层网络交换机和防火墙，实现教师IP和MAC地址绑定，彻底告别了断网、网速慢等问题。这一切都为我校“基于信息技术环境下的小组合作学习”的课堂改革奠定了坚实基础。2015年7月投资20万元建成学校IP广播系统。该广播系统采用网络广播，60余个网络终端覆盖学校各教室和功能室。可以对各个终端任意分组，实现同时多个节目的播放。
学校还保持每学年对教育信息化设备维修、更新。目前已完成教师办公电脑和班级视频展台的更新。
2016年是第二个五年规划的开局之年，也是文化路小学跨越发展的特殊时期。一校三区为学校发展带来了挑战和机遇。三个校区信息化建设累计投入已达数百万元。目前三个校区配备660余台电脑应用于教育、教学、管理（2016年就新购入了近300台电脑），除了教师人手一机外，学生用机达到了400多台，实现了学生上课人手一机。本学期，我们又建设了几口创客室，引入机器人、三D打印等有利于培训学生创新能力的课程。
目前，各校区网络微机室、创客室、多媒体电教室、自动录播室、校园电视台、校园广播站、电子巡查系统等各功能室一应俱全。学校专用教室（多媒体教室、美术专用教室、音乐舞蹈房、科学实验室等）配备了多媒体教学设备，并连通校园网。
其中自动录播系统实现了自动录播、直播和视频编辑等功能。做到了视频教学资源制作的自动化，同时可实现网上开课、视频会议、教学资源收录等众多和教学相关的有效功能。
4.采取各种形式促进软件应用
我校自2000年起就自建了学校网站（域名为http://），年访问量10万人次。网站设置了学校概况、校园新闻、教学科研、德育之窗、特色教学、习作欣赏、资源仓库、校长工作室、教师博客、家校互动等主要栏目。成立了由校长为组长，相关处室负责人为成员的网站管理小组，设有专人负责校园网的维护与更新，做到内容丰富，更换及时。同时，学校教师和教师之间开通QQ群、微信群，教师和家长之间开通QQ群，深化网络互动和交流。积极引导教师开通个人博客，展示个人才能及研究成果。学校的微信公众号及时向社会、家长传达学校的各项工作动态，目前关注人数达到了4300余人，发挥了极大的宣传效果。
为进一步提高学校数字化教学水平，在原来教学办公网络化的基础上，学校为教学楼每个班布设了网点，实现了校园内每间办公室和每个教室随处都能上网，使校园网络化教学更加便捷。学校把微机室打造成绿色网吧，安装了上网过滤软件，方便学生上网查找信息，为其他学科与信息技术的整合提供方便。
学校充分开发利用网络信息资源，为师生的教与学提供便捷、优质、高效的服务。建立了开放性的教学资源平台，包括K12、时代智囊等500G以上的容量。在软件建设上，我校“以购买为主，下载为辅，自制补充”。利用电教教材专款每年都根据不同学科的教学需要订购相关的教学光盘。在日常教学中，学校教师自制的各科课件上传到学校资源库中，实现了校内同学科教师教学设计的资源共享。网站资源还友情链接了中国教师教育视频网、枣庄教育网、市中教育网及现代远程教育网等，建立起了信息交换、资源共享的网络平台，极大地丰富我校教师可利用的优质教育现代化、教育信息化资源。学校利用网站开展丰富多彩的教研活动，每个教研组和每位教师都在学校网站建立自己的博客，及时把他们的教育教学改革实践中的做法和经验发表到网上与大家共享。
2014年投入校园无纸化办公系统涵盖了学校的所有工作层面。各分管领导、教师每天到校后，只要打开办公平台，就会在平台的导引下有条不紊地进入常规的工作状态。初步实现了管理数字化。
5.对全体教师进行全员化培训。在原有基础上，加大培训力度，强化信息技术培训，形成一支健全的具有一定信息技术水平的教师队伍。校园信息化建设资金投入巨大，一切教育技术的现代化都是为教育教学服务的。我们认为不用就是浪费。为了最大限度发挥信息化软件的作用，我们主要做了以下工作： ⑴学校有计划、有组织地开展了各级信息技术培训，同时多方位开展教师信息技术技能和信息化教学应用评比活动，全面提高了教师的信息技术应用能力。同时，通过理论学习提高学校管理团队信息化条件下的沟通能力和决策水平，提高管理者的管理效能。
高素质的教师队伍是推动教育信息化进程的关键。因此，学校重视加强对教师进行现代教育理论和现代教育技术的培训，一方面选派骨干教师参加上级教育主管部门举行的各类信息技术培训；另一方面，学校聘请专家来校讲座，和教师面对面作指导，如课题研究方面、课程整合方面等；第三，开展校本培训，学校信息中心组织教师进行多媒体使用技巧、课件制作、微课录制、博客等培训，有效地提升了教师的信息素养。在每年的山东省网络研修，我们组织老师们全员参加。我们还利用每年的优秀教育资源、一师一优课评比等活动，鼓励教师进行微课制作，要求每位教师每学期至少录制一节自己满意的优课上传到学校视频点播平台上，供大家观摩。学校还把说课、制作知识树作为常规工作，通过这些活动有力地促进了学校教育教学改革。
⑵更新观念，充分调动教师的积极性。现代教育技术应用到教学中，是时代发展的需要，是教育改革深入到课堂教学的必然趋势，是提高课堂教学效率的辅助手段。学校规定：教师上课必须使用多媒体进行教学，并将教师使用多媒体进行教学的情况纳入到教师的期末综合考核之中。同时，学校通过信息课展评、课件制作比赛、博客评比等形式，促进教师积极运用现代教育信息技术。目前，信息技术已成为我校教师每天提高工作、学习、生活质量的重要手段。信息技术的运用，成为教师们工作中的自觉行为。
⑶学校将上录播课与平时的集体备课活动、教研活动等紧密结合在一起，极大地促进了学校教师，尤其是青年教师的快速成长。借助录播教室的先进性，每次教研活动时间，各教研组都会针对每一位老师推出的优质课进行回放及评议，畅所欲言地发表自己的看法，这样的教研模式对于提升教师的教学技能是非常有效的。本学年课堂教学共计录制160多节，总时长达到了6400分钟。
⑷学校网站专门开辟了教师博客栏目，每学期，教研组长带领本组人员进行网络教研活动。每个单元主执人把中心发言材料、教案、示范课视频等上传到教研组博客，大家进行点评，其他教研组的老师也可以参与进来，大家各抒已见。同时，学校积极参加课题实验活动，先后有省规划课题《信息技术与小学学科优势互补研究》，国家级课题《多媒体网络教学促进教学改革的实验研究》，省级课题《小学科学（青岛版）多媒题课件的开发和应用》等实验课题结题，有的实验课题还被市教科所评为优秀成果奖。
⑸学校积极开展综合实践活动课程研究，充分利用现代信息技术手段进行教育创新。例如学生利用信息技术展示特色班级创建成果等。我们还利用网上家长学校的平台，积极与家长取得联系，及时与家长沟通，有效形成了家校教育的合力。设立“电脑机器人俱乐部、电脑制作、电脑绘画”等一系列学生社团组织，各个社团有专门的辅导教师，固定活动时间，多年来参加各级比赛均取得优异成绩。
⑹学校把教师利用信息化辅助教学、教研活动纳入了教师工作评价中去，制订了详细的考核细则在教代会上通过，以此来督促、规范全体教师利用信息化平台进行工作。逐渐让老师们使用信息化手段成为常态，使信息技术变成教师的核心素养。
三、与专业服务商合作，助力学校发展
最近我们正积极与中国联通合作，计划用一年的时间整合学校原有软件功能，建成“互联网+智慧校园”。
建成后将实现四大功能：
1.互动答题。极大提高学生课堂学习的注意力和主动性，实现课堂教学的全员参与和全程参与。教师通知大数据评估分析学生学习效果。2.校园电话
3.平安考勤。学生出入校园全记录，自动识别学生身份，异常情况老师家长及时掌握。
4.一卡通。实现进出校园、图书借阅、身份识别等 在以下六个方面得到应用：
1.高效备授课。教学内容涵盖小学全学科内容，包括各种音视频资源，使教师个性化教案编制更加便捷，使授课变得更加形象、生动、有效。
2.互动课堂。改变传统课堂训练形势，激发学生兴趣，分析答题结果，精确反馈班级学情。
3.精准教学。老师精准智能分析本节知识点掌握情况，自动推送。学生可在PC端或移动端查看自己的测评报告。
4.翻转课堂。教师为中心转向以学生为中心的课堂模式的重要方法，以数字化方式提供更有效科学的导学思路和方法。
5.移动教学。实现个性备课、互动训练、网上作业、同步学习、日常表现等。
6.校园管理。实现校园日常网上管理功能，提高管理效率，节约管理成本。
四、电教软件应用：一路欢歌，一路情 1.学校业务流程得到有效规范
当前文化路小学一校三区的办学规模，为学校的科学管理带来了挑战。依靠软件的强大功能为管理提供了方便，规范了学校的各项业务流程，提高工作效率，减少以往一些工作因手工操作所带来的随机性大，流程不易规范化的缺点。
2.轻松解决学校信息化孤岛问题 使学校内部相对独立分散的网络系统得到统一整合，消除了学校“信息化孤岛”问题，有效地实现数据共享、消除对数据的重复管理及数据不同步的问题，使学校各个部门分别管理自己业务的相关信息，数据采集点唯一，所有的数据信息都可实现共享，当某个部门需要用到其他部门信息的时候，可以直接从网上获得，这样就避免了多部门的重复劳动，节约了人力成本，保证了数据的标准化存储。
3.降低劳动强度，提升人员脑力价值
实现数字化校园，可将管理人员从繁杂、简单重复的数据输入、传送、管理、检索等工作中解脱出来，大大降低了工作强度，提高了工作效率，使人员的脑力价值得到提升，改善了师生的工作、学习和生活环境。
4.使信息处理具有实时、权威特点
管理平台应用可使用户随时随地从网上获取学校的信息。此外，由于信息的录入与发布由学校办公室统一完成，因而这就保证信息采集的唯一性及权威性。
5.创造新的教育和工作模式
它将先进的信息技术引入到教学、科研、管理和服务等各项活动中去，提高教、学、管的质量和效率，创造新的教育和工作模式，完成传统教育模式难以实现的目标。教育信息化的过程就是教育思想、教育观念、教育模式转变的过程。
6.创建虚拟学校空间，实现跨地域管理
数字化校园建设以信息资源与信息服务为核心内容，实现数字化的学习、教学、科研和管理，实现教育信息化和现代化。虚拟学校空间可为学校的跨地域业务管理提供坚实的基础保障，如系统通过提供分校区各业务部门的统计图表，就可帮助学校领导进行业务优化，促进学校各项工作的开展。
近年来,计算机仿真技术在电力电子技术行业得到了广泛的应用,其在变流技术的研究应用和产品研发中有重要的作用。与此同时,适用于电力系统的各类通用仿真软件越来越多,但它们对用户计算机语言的要求较高,而且对一些复杂的系统,这些软件的仿真效率和仿真精度也不理想。为了解决这些问题,研究和开发针对交流变频调速系统的仿真平台具有十分重要的意义。
1 电力电子系统的通用仿真软件概况
目前,电力电子技术迅猛发展,电力电子电路的仿真研究越来越受到重视,在国际上,电力电子变流技术仿真软件得到广泛应用,美国Analogy公司研发的Saber模拟和混合信号仿真软件,是全球最先进的系统仿真软件之一,它能够在多技术、多领域的系统中进行仿真研究。美国Mathwork公司推出的MATLAB软件包,具有效率高、功能强、便于进行工程和科学计算的特点,其使用直译式语言进行编程。MATLAB软件包中的Simulink是该软件中最重要的功能模块之一,能够进行模块化、交互式建模和仿真。在电力电子领域,通过Simulink构建电力电子系统的模型,并可直接对控制器进行设计和仿真。Simulink对C语言提供了很好的支持,因此它既可以在交互式图形环境下工作,也可以在MATLAB指令语言模式的批处理模式下工作。
不难看出,电力电子系统通用仿真软件不仅具有基本的通用电路仿真功能,而且因其应用领域的不同而各具特色,在使用中可根据控制要求的不同,选用不同的电力电子电机变频调速系统,但在具体分析不同调速系统的功能模块时发现其种类很有限。此类仿真软件的优点是大而全,它们多数使用面向器件或面向电路的仿真算法,有效解决变频调速系统变拓扑结构的建模问题,因此,用户要根据需要建立所仿真的系统。对于电机变频调速控制系统而言,组成电机控制系统的器件数量大,如果仍采用上述面向线路的建模与仿真方法,将使系统的分析十分复杂,仿真时间过长。
2 交流变频调速系统仿真软件
国内对于交流变频调速系统的数字仿真研究已做了大量工作,但大多数研究较零散,不成系统,因此研制并开发一种专用的交流变频调速系统仿真平台具有重要意义。该平台的功能是不仅为用户提供一个具体的电力电子电机系统的仿真模型,而且还具有构成这些系统的各个功能模块,同时允许用户根据控制要求对这些功能模块任意连接,从而构成用户所需的具体系统。一套完整的、高效的、通用的电力电子电机系统仿真软件包,应包括以下三个特点:(1)具有良好的用户图形界面,用户不需专门培训,就可以简单直观地构成所需的仿真系统;(2)通用性强,能满足不同要求的建模与仿真,以及满足不同用户的要求;(3)能处理交流调速系统中存在的特殊问题,包括时刚性、变拓扑、非线性和系统优化等。
交流变频调速系统仿真软件包就是以上述思路为基础研制的,计算机软、硬件及网络技术的不断发展为仿真软件的设计与开发提供了良好的环境和工具。目前,对于仿真方法的研究大体有以下3个方向。
2.1 采用C++高级语言直接进行编程
目前,利用C++高级语言开发的仿真软件有EESimulator3.0和交直流传动系统CAD软件包。EESimulator3.0是采用Visual C++6.0面向对象的程序语言对软件进行设计和编制的,有效地解决了仿真效率和仿真精度的问题,在分析多电平变频调速系统的仿真问题时,克服了仿真中出现的非线性、变拓扑等问题。交直流传动系统CAD软件包是在Windows环境下利用BORLAND C++语言开发而成的,在开发过程中充分利用了面向对象语言的先进特性,解决了复杂非线性反馈控制系统的仿真和设计问题。由于变频调速电机系统是高阶、非线性、多变量的复杂系统,采用C++高级语言直接进行仿真软件的开发需要对系统进行建模,这将导致编程工作量庞大,费时费力,而且难以产生可靠稳定的结构。因此,采用工具语言进行仿真研究往往要对系统做大量简化,并难以从编程上实现对系统的动态仿真计算。
2.2 采用MATLAB/Simulink通用工具软件
Matlab具有易学易用、扩展性强、高效性等特点,是一套可视化和高性能的数值计算软件。Matlab软件包中的Simulink为调速系统提供了非常方便的仿真平台,但它也有不足之处。首先,Matlab是一种解释性语言,因此它的实时效率是相当差的;其次,Matlab程序必须依赖于环境运行,所以它不能用于开发商用软件;最后,Matlab程序可以直接看到应用程序的源代码,不利于数据和算法的保密性。利用该方法进行仿真软件开发时,采用了图形化的开发工具,所以开发速度快而灵活便捷。但是,为此付出的代价就是仿真运行速度慢和仿真只能在其单一的工作环境中运行,而且它也不能为用户提供简便、友好的交互界面,因此必须使用一种面向对象的编程语言。
2.3 采用MATLAB和Visual C++联合编程
通过对以上两种方法的分析论述可知,C++高级语言虽然在数值处理分析、算法工具、编程效率和准确方便地绘制数据图形等方面远低于Matlab语言,但它采用编译方式运行,运行速度快,特别是它强大的程序接口,能方便地实现端口操作等特点,使其在编制各种特殊用途的程序时具有独特的优势。因此,若能将两者结合运用,混合编程,实现了两种语言的优势互补,将会给编制复杂程序带来极大的方便。基于上述分析,Matlab是功能强大的数学软件,Visual C++是高效率的程序开发工具。通过Matlab和Visual C++联合应用,即以Visual C++作为系统前端开发环境,而以Matlab作为后端仿真工具,通过Visual C++和Matlab的接口将仿真软件转换成可直接在Windows环境下独立执行的应用程序。用户可以自己构建特制系统,也可调出软件包提供的典型系统,修改参数后进行仿真。使用者不用编程序,只要用鼠标拖拉和点击,就可完成全部计算机辅助设计的任务。
3 交流变频调速系统仿真软件的前景展望
变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术已经渗透到经济领域的所有部门,有着广泛的应用前景,因此对交流传动系统CAD软件包的开发已经越来越受到关注,它既可以用于科研项目的辅助设计,又能用于自动控制专业及相关专业课程的辅助教学。随着我国变频调速技术的迅速发展,我们需要将集中精力考虑控制算法,并对各种算法的控制效果能够准确认识,因此对相应软件功能的继续开发和完善成了下一步研究的重点。对软件的改进和提高主要在软件的适用范围和实用性方面下功夫,主要有以下几个方面:
(1)进行系统仿真模块的开发,进一步扩大软件的应用范围;
(2)随着科技的发展,新元件的不断出现,应不断充实和完善模型库的内容;
(3)完善系统的编辑模块,对复杂的系统仿真框图也能清晰完整地绘制。
4 结论
随着对电力电子电机系统研究得不断深入,对由电力电子系统和电机组成的变频调速系统的仿真分析软件的研究开始引人瞩目。本文对目前的电力电子系统的通用仿真软件进行了介绍和分析,在此基础上对交流变频调速系统仿真软件进行了研究开发,该软件可以支持仿真研究的全过程,并将有效地将高效性和通用性进行融合,提高了仿真的性能,为交流变频调速系统的设计和分析提供了有效的仿真工具。
参考文献
[1]缪波涛,孙旭东,等.多电平变频调速系统仿真软件[J].清华大学学报:自然科学版,2003,43(3):373-376.
[2]尔桂花,窦曰轩.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2002.
徐匡迪指出，发展和支持软件产业，是一个国家提高国家竞争力的重要途径。也是参与全球化竞争必须占领的战略制高点。中国软件产业拥有规模庞大的潜在内需市场，经济全球化也给软件产业的发展带来巨大机遇。软件企业应当很好的抓住这一契机。提升产业自身的内容，加快发展壮大。
徐匡迪强调，人才是软件产业发展的关键，开展切实有效的产学研合作，不断完善软件人才培养体系和教学内容，培养造就对所服务的行业有深入了解的实用型人才，应成为软件学院办学模式改革的重要方面。
易小准表示，加强软件人才交流，对促进中国软件产业的健康发展具有重要意义，商务部愿意配合有关部门、院校和企业一起把这项工作做好。
王超同时指出，软件和信息服务业是国民经济的重要组成部分。近年来，随着我国的软件与信息服务业的迅速发展，软件人才结构性短缺已经成为制约我国软件出口的发展瓶颈。我国的软件人才结构呈现出典型的“橄榄型”，既缺少掌握基础专业知识的初级软件工程师，又缺少熟悉客户语言和文化背景，精通国际规则、具有国际市场开拓能力的软件高端人才。受国际金融危机的影响，国际软件和信息服务业面临着前所未有的困难，中国的软件和信息服务业对人才的需求也出现了一些变化，软件企业招聘员工的门槛有所提高，对高校毕业生的就业产生压力。王超希望，会议能够成为高等院校、政府部门、软件企业和园区相互交流的平台，找出更好的加强软件人才培养的途径，为进一步促进我国软件出口培养和提供更好更多的人才。
会上，与会代表进行了广泛而深入的交流。清华大学、北京大学等知名高校软件学院的代表介绍了各自人才培养的模式、专业设置、毕业生就业情况以及办学经验和体会，并分析了国内软件人才培养的形势现状和存在的问题。IBM、SAP、东软、中软等国内外知名软件企业的代表从用人角度介绍了企业对软件人才的需求情况，探讨了人才缺口的成因，并分享了培养软件人才的成功经验。地方主管部门的代表则就地方政府如何在软件人才培养方面发挥积极作用进行了介绍。
Xxx大学本科毕业设计(论文摘要 摘要
本文主要介绍基于意法公司STM32处理器的三相交流异步电动机调速系统的软件设计。详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及软件实现。使用IAR公司的EWARM开发环境进行C语言程序开发,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性。然后通过MATLAB/Simulink 软件进行仿真验证。实验及仿真结果表明,所设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。
关键词三相异步电动机,矢量控制,SVPWM,STM32,μcos-ii实时操作系统,MATLAB仿真
本科毕业设计(论文 ABSTRACT 目录 绪论 矢量控制的基本原理 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理 4 STM32简介 μcos-ii实时操作系统简介 基于STM32的μcos-ii实时操作系统移植 7 MATLAB/Simulink仿真软件简介 8 调速系统软件实现 9 调速系统仿真模型及仿真 1 绪论
当前,三相交流异步电动机已广泛应用于现代工业及相关领域,其调速系统显然成为应用的关键,而调速系统的实现有很多种方式。20世纪70年代德国学者Blaschke等人提出了矢量控制方法。这种控制方法就是采用矢量变换使交流异步电机定子电流励磁分量和转矩分量之间实现解耦,交流异步电动机的磁通和转矩分别进行独立控制,从而使交流异步电动机变频调速系统具有了直流调速系统的优点。因此,近几年来得到相当广泛的应用。
矢量控制采用脉宽调制(PWM技术控制输出电压,PWM技术主要有正弦PWM(SPWM、消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM、电流滞环跟踪PWM(CHBPWM、电压空间矢量PWM(SVPWM等控制技术。其中经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波,并未顾及输出电流的波形。而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流,使之在正弦波附近变化,这就比只要求正弦电压前进了一步。然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目标是在电
动机空间形成圆形旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩,这正是电压空间矢量PWM(SVPWM控制技术的控制目标。如此,SVPWM控制技术具有系统逆变器直流端母线电压利用率高、开关损耗小、电动机转矩波动小等优越性能,应用更为广泛。
本文详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及基于意法公司STM32处理器的软件实现,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性,然后通过MATLAB/Simulink软件进行仿真验证。实验及仿真结果表明,该设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。矢量控制的基本原理 2.1矢量控制的基本思路
通过坐标变换,使异步电动机等效成直流电动机,模仿直流电动机的控制策略,得到直流电动机的控制量,然后经过相应的坐标反变换,就能够控制异步电动机。即通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统(VC 系统。基结构框图如图2-1。
2.2坐标变换 2.2.1坐标变换引出
由于异步电动机的动态数学模型复杂,即是一个多变量(多输入输出,并且电压(电流、磁通、转速、频率之间相互影响的高阶、强耦合、非线性系统,因此,要分析和求解这样的数学模型所列的方程显然是十分困难的。在实际应用中必须设法予以简化,而简化的基本方法就是坐标变换。
2.2.2坐标变换的基本思路
坐标变换的基本思路是能把异步电动机的物理模型等效的变换为类似直流电动机的模式,所依据的原则是:在不同的坐标下所产生的磁动势完全一样。
首先看看直流电动机的物理模型,如图2-1中所示。图中F 为励磁绕组,A 为电枢绕组,其中F 在定子上,A 在转子上。这里把F 的轴线称作d 轴,主磁通Ф的方向就是沿着d 轴的方向;A 的轴线则称为q 轴,由于换向器电刷的作用,电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相同的,因此,电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在q 轴位置上,其效果好象一个在q 轴上静止的绕组一样,即电枢绕组。由此可描述直流电动机的物理模型是建立在两个相互垂直的坐标系上的,其中d 轴励磁绕组A 的励磁电流a i 决定主磁通Ф,而q 轴电枢绕组F 的电枢电流f i 在主磁通Ф下产生电磁转矩,与主磁通Ф无关。
在交流电动机三相对称的静止绕组A、B、C 中,通以三相平衡的正弦电流A i ,B i ,C i 时,所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ,它在空间呈正弦分布,以同步转速 1 顺着 A-B-C 的相序旋转。其物理模型如图2-2(a 所示。
依据坐标变换的原则,要建立与直流电动机的物理模型等效的物理模型,可由下面的方法进行坐标变换:一是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系(3/2变换,二是将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系(3s/2r 变换,如图2-2。如
此得到与直流电动机的物理模型的等效的坐标系。2.2.3坐标变换之三相二相变换(2s/2r 变换
2s/2r 变换即二相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,α、β轴为静止的, d,q 轴是以转速 1ω旋转的,α轴与d 轴的夹角为ϕ,根据文献[8]知,(式2-4 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡C B A β232302121132αi i i i i
⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323021211322/3C ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2321232110322/3C ⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡q d s 2/r 2q d βαcos sin sin cos i i C i i i i ϕϕϕϕ 则两相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换的变换阵为,(式2-5 由(式2-4两边左乘以变换阵的逆矩阵,可得(式2-6 则二相静止坐标系到两相旋转坐标系变换的变换阵为,(式2-7 2.3异步电动机在两相同步旋转坐标上的数学模型 2.3.1磁链方程
在dq 坐标系的磁链方程为,(式2-8 其中, —— dq 坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感;
—— dq 坐标系定子等效两相绕组的自感;——dq 坐标系转子等效两相绕组的自感;sd ψ、sq ψ、rd ψ、rq ψ分别表示d、q 轴上定子磁链,d、q 轴上转子磁 链;⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos s 2/r 2C ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡βαq d cos sin sin cos i i i i ϕϕϕϕ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos r 2/s 2C ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r m r m m s m s rq rd sq sd 00000000i i i i L L L L L L L L ψψψψr m r l L L L +=ms m 23L L =s m s l L L L += sd i、sq i、rd i、rq i 分别表示d、q 轴方向定子绕组电流,d、q 轴方向转子绕组电流;2.3.2电压方程
在dq 坐标系的电压方程为,(式2-9 其中, s R 为转子内电阻,r R 为定子内电阻;1ω为同步角转速,其等于定子频率;s ω为转差,ωωω-=1s ,ω为转子转速;sd u、sq u、rd u、rq u 分别表示d、q 轴方向定子绕组电压,d、q 轴方向转子绕组电压。
2.3.3转矩与运动方程 在dq 坐标系的电转矩方程为，(式2-10 运动方程为,(式2-11 2.3.4异步电动机在两相同步旋转坐标上的状态方程 由于鼠笼型转子内部是短路的,故有 rd u = rq u = 0 ,由代数变换可知,其状 态方程,即s r i--ψω状态方程, ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+-+--+=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r r r s m m s r s r r m 1m m m 1s s s 1m 1m s 1s s rq rd sq sd i i i i p L R L p L L L p L R L p L p L L p L R L L p L L p L R u u u u ωωωωωωωω(rq sd rd sq m p e i i i i L n T-=t n J T T d d p L e ω+=(式2-12(式2-13(式2-14(式2-15(式2-16 其中, ——电机漏磁系数;——转子电磁时间常数。2.4按转子磁链定向的矢量控制 2.4.1按转子定向的旋转坐标系
现令d 轴沿着转子总磁链矢量方向,并称之为M 轴,而q 轴再逆时针转90°,即垂直于转子总磁链矢量,称之为T 轴。即有
r rm rd ψψψ==, 0==rt rq ψψ(式2-17 2.4.2按转子定向的旋转坐标系的状态方程 转矩方程为(式2-18 L p rq sd rd sq r m 2p(d d T J n i i JL L n t--=ψψωsd
r m rq 1rd r rd(1d d i T L T t +-+-=ψωωψψsq r m rd 1rq r rq(1d d i T L T t +---=ψωωψψs sd sq 1sd 2r s 2m r 2r s rq r s m rd r r s m sd d d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+++-+=s sq sd 1sq 2r s 2m r 2r s rd r s m rd r r s m sq d d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+-+--=r r r R L T =r s 2m 1L L L-=σr st r m p e ψi L L n T = 转差方程为(式2-19 d、q 解耦方程(式2-19 2.4.3按转子磁链模型(计算 ϕ 按转子磁链模型如下图图2-3, 2.4.4按转子磁链定向的矢量控制 矢量控制的结构框图如下图2-4，r r st m s 1ψωωωT i L ==-sm r m r 1i p T L +=ψ 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理 4 STM32简介
4.1基于CORTEX-M3内核的STM32 CORTEX-M3是ARM公司最新推出的基于ARM v7体系架构的处理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特点,专门为嵌入式应用领域设计。ARM v7架构采用了Thumb.2技术。保持了对现存ARM解决方案完整的代码兼容性,比单纯 ARM代码少使用3l%的内存,减少了系统开销,同时能够比Thumb技术高出38%的性能。在中断处理方面,CORTEX-M3集成了嵌套向量中断控制器 NVIC。NVIC可以配置 1~ 240 个带有256个优先级、8级抢占优先权的物理中断。同时,抢占(Pre-eruption、尾
链(Tail-chaining、迟到技术(Late-arriving的使用,大大缩短了异常事件的响应事件。CORTEX-M3异常处理过程中由硬件自动保存和恢复处理器状态,进一步缩短了中断响应时间,降低了软件设计的复杂性。
STM32是意法公司基于CORTEX-M3内核的一款高性能单片机,在具有与其它单片机相同功能的同时,在电机控制方面尤为突出,可产生高精度的可控6路PWM 波,其可设置死区时间与故障输出保护,并且设有正交编码器速度反馈接口,实现高精度速度检测。并且意法公司针对交流感应电动机还专门设计了应用程序库,方便使用者二次开发。ARM是目前嵌入式领域应用最广泛的 R I S C微处理器结构,它以低成本、低功耗、高性能等优点占据了嵌入式系统应用领域的领先地位。
C o r t e x-M3内核是 A R M新型 V 7架构系列的微控制器版本,广泛应用于企业、汽车系统、家庭网络和无线技术领域,特别在电机数字控制领域的性能尤为突出。
4.2STM32的高级定时器 4.2.1高级定时器的结构图 参考文献[11],其结构如下图4-1, 4.2.2高精度PWM产生
时钟可为APB总线频率的2倍,最大72MHz,可提供13.8ns 定时精度。有边沿或中心对称模式,方便PWM波的结构调整。在更新率倍频模式,中心对称模式下无精度损失,每个PWM周期可产生两次中断或DMA连续传输。
4.2.2高精度PWM管理
可编程的死区产生是其最大的特点,由8位寄存器控制死区时间,在时钟为
72MHz时13.8ns 最大精度(从0 到14µs, 非线性。有专门的故障停机输入控制,由关闭6路PWM输出且发出中断请求来实现,且异步操作(无须时钟同步,更适合实时控制。
4.3STM32的速度检测
STM32可直接与增量式正交编码器相连而无需外部逻辑电路,其中正交编码器的第三个输出口,可连至外部中断口来触发定时器的计数器复位。当自动重载寄存器的值配置为正交编码器每转产生的计数脉冲时,则计数器的值直接为转子的角度/位置,非常方便速度检测。
4.4STM32的ADC ADC转换速度可达1MHZ,精度为达12位,采样时间可编程(1.5-239.5个时钟周期,最小采样时间达107ns,满足高性能异步电动机调速的采样频率要求。有多通道基于定时器的扫描采样功能,且每个ADC通道可被来自定时器的6个事件触发,或由外部事件和软件触发,由此可将ADC与定时器并联控制,得到更好的调速性能。μcos-ii实时操作系统简介
µC/OS-II是著名的源代码公开的实时内核,是一个完整的,易移植、易固化、易裁剪的占先式实时多任务内核。µC/OS-II是用ANSI C编写的,包含一小部分与微处理器类型相关的汇编语言代码,使之可供不同架构的微处理器使用。虽然µC/OS-II是在PC机上开发和测试的,但µC/OS-II的实际对象是嵌入式系统,并且很容易移植到不同架构的微处理器上。至今,从8位到64位,µC/OS-II已在超过40中不同架构的微处理器上运行。基于STM32的μcos-ii实时操作系统移植 7 MATLAB/Simulink仿真软件简介 8 调速系统软件实现
8.1调速系统软件的结构图 调速系统软件的结构图如图8-1，磁场定向控制(FOC 软件的流程图如图8-2, 8.2 9 调速系统仿真模型及仿真 电流采样
(A i ,B i ,C i =得到相电流(αi ,βi = Clarke(A i ,B i ,C i(d i ,q i = Park(αi ,βi *d V = PID 调节(d i ,*d i *q V = PID 调节(q i ,*d i(q V ,d V = 饱和处理(*q V ,*d V(αV ,βV = 反Park(q V ,d V SVPWM(αV ,βV
结 束 结论
参考文献
[1] 华成英,童诗白.模拟电子技术基础[M] 北京:高等教育出版社,2006 攀枝花学院本科毕业设计(论文参考文献
[2] 杨路明.C语言程序设计教程[M] 北京:北京邮电大学出版社,2005 [3] 王晓明.电动机的单片机控制.北京:北极航空航天大学出版社,2002.[4] 王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2000.[5] 李华德,白晶,李志明.交流调速控制系统.北京:电子工业出版社,2004.[6] 罗政球.提高电子电路抗干扰能力经验谈[J].电子制作,2006,10.[7] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2006,3.[8] 陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社,2004,07.[9](澳霍姆斯(Holmes,D.G.,(美利波(Lipo,T.A.著;周克亮译.电力电子变换 器PWM技术原理与实践.北京:人民邮电出版社,2010,02.[10](英姚文详,宋岩译.ARM Cortex-M3权威指南.北京:北京航空航天大 学出版社,2009,7.[11] 彭刚,春志强.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践.北京:电子
工业出版社,2011,01.[12] 侯殿有,才华.ARM嵌入式C编程标准教程.北京:电子工业出版社,2011,01.[13](美Jean J.Labrosse著,邵贝贝等译.嵌入式实时操作系统μCOS-Ⅱ(第2版.北京: 北京航天航空大学出版社,2003,05.[14] 陈瑶,李佳,宋宝华.Cortex-M3 + μC/OS-II嵌入式系统开发入门与应用.北京:人民邮
新疆油田公司交流材料
2010年是新疆油田公司深入开展数字新疆油田建设成果应用，积极推进智能化油田建设的重要之年。新疆油田公司在自治区和中石油集团公司领导的关怀下，在主管部门统一领导和直接指导下，始终遵循中石油集团公司“统一规划、统一标准、统一设计、统一投资、统一建设、统一管理”的六统一原则，认真贯彻“化是过程、统是原则、建是重点、用是目的”的十六字工作要求，全面落实“业务主导、部门协调”的工作机制，扎实推进ERP等集团公司统建信息系统的建设和应用，形成了领导重视、业务主导、积极应用、持续投入、不断改进的良好局面和浓厚氛围。2010年新疆油田公司ERP系统的建成和单轨运行、集团公司推广的A1、A2等一批系统的深化应用，标志着新疆油田以信息化手段推动精细化管理又迈出了重要的一步，为深化数字油田应用和加快智能化油田建设发挥了重要作用。
主要做法：
一、建立了科学合理的信息化管理体系，培养了一支高素质的油田信息化建设队伍
新疆油田公司信息化工作通过多年的持续调整，形成了以公司领导为决策层、机关部门为管理层、数据中心为执行层、各二级单位信息档案管理中、技术专家和技术支持队伍为支持层的信息化工作体系，分别负责数字油田建设的战略决策、运行管理、执行监督和建设支持，为数字新疆油田的建设提供了制度上的保障。公司业务主要包括油气勘探开发、生产服务、矿区服务和辅助业务，现有员工5.4万人。在多年的数字油田建设和运行过程中，信息技术队伍不断壮大，目前直接从事信息化工作的信息技术人员总数达到429人，其中大学本科以上学历占74％，高级职称占14％，中级职称占37％，1名教授级高级工程师。一批骨干人才脱颖而出，成为集团公司和油田信息化建设的中坚力量。
二、建立数字油田信息标准体系
信息标准是油田信息管理体系的重要组成部分，建立完善的信息标准体系是科学建设和规范化管理企业信息的重要保障。新疆油田公司标准化委员会下设信息专标委，负责开展公司信息化管理办法、规定和标准修制定。目前，已完成67个技术标准、11个工作标准和64个管理标准的制定，形成了完整的信息化标准体系。2010年新疆油田公司积极参与集团公司信息标准制定工作，组织开展了《钻井井史数据填写规范 第1部分：陆上钻井》和A1系统数据管理规范编制工作。
三、建立完善的信息基础设施
一是新疆油田通过两次大规模计算机网络升级改造，油田网络已经从办公区域延伸到油田生产前线，已建成的传输光缆2199千米，无线接入点126个，196个重点生产站库接入油田网络，野外探井施工现场也通过卫星信道接入油田信息网，形成了覆盖全油田的立体通信网络体系。二是建立了多级防火墙系统、网络防病毒系统等一整套网络安全、系统安全和数据安全保障体系。三是中石油新疆区域网络中心在新疆油田全面建成，成为中石油在全国的11个区域中心之一。四是公司现有办公用台式计算机设备约2万多台，完全满足行政、科研、管理人员每人一机的拥有量。另外，UNIX服务器63台，PC服务器500多台，在线磁盘存储达到630TB。
四、落实信息化建设绩效考核，全面完成信息化建设目标
新疆油田公司信息化工作已纳入公司各级领导和部门的业绩考核内容，也是集团公司考核各地区公司信息化工作的主要指标。公司专业主管部门与公司总经理签订业绩合同，将信息化工作指标分解，细化并落实。公司机关主管部门按照公司信息化发展的总体规划和计划，扎实推进信息化建设和应用，2010年各项业绩指标圆满完成，已被集团公司推荐集团公司信息化工作先进单位。
五、自主创新，研发信息技术平台体系
数字油田信息平台是数字油田技术创新的重要体现。经过十几年的不断研发完善，在国内石油行业率先自主研发和集成了由数据管理平台、空间数字平台、业务管理平台、协同工作平台等4个基础平台和集成应用系统、安全管理系统、数据共享与交换系统、企业信息门户等4个辅助系统构成的数字油田信息平台。
六、积极推进信息系统研发和应用
新疆油田公司自主研发数字油田应用软件近100套；建成了覆盖油田生产、科研、经营、管理全过程的集存储、处理、分析、应用、传输、发布于一体的勘探开发信息管理和服务体系；建成国内首个勘探开发科研协同工作环境。研发了《新疆油田生产自动化数据管理系统》，实现了自动化实时数据库向关系数据库的转化、共享及应用。
七、积极开展集团公司信息系统应用推广工作 按照集团公司信息化发展的总体规划和项目推广安排，新疆油田公司已推广实施了勘探与生产技术数据管理系统（A1）、油气水井生产数据管理系统（A2）、HSE系统、人力资源管理系统、合同管理系统、财务管理系统、资产管理系统、成本管理系统、内控业务流程管理系统、规章制度管理系统、电子商务系统、电子公文系统（OA）、电子邮件系统、信息门户系统、视频会议系统、防病毒系统、新疆区域网络中心等项目的实施。这些系统目前运行正常，应用效果良好，为提高新疆油田信息化水平发挥了重要作用。
八、积极开展电子采购
2002年，股份公司启用电子商务系统，建立了集团公司同样的电子采购平台“能源一号网”依据2009年集团公司物资采购管理工作的总体要求，新疆油田公司根据《一级采购物资目录》，全面启动集中采购工作。根据集团公司物资管理部要求，授权有关单位牵头，成立若干一级采购物资管理小组，采取网上采购、组织采购、直接采购等方式，完成集中采购规划目标。加强采购资源、实施、质量的过程管理，规范采购计划、采购方案报批程序。进一步扩大网上交易物资品种和范围，积极开展网上目录式采购以及网上招标、网上谈判等电子采购业务。2010年新疆油田公司网上交易物资品种13个大类58中类，完成电子采购额10亿元。
九、不断加大信息化建设投入
2010年用于信息化建设的投入包括信息科技项目投入、勘探开发计算机工程项目投资和信息系统运行维护费用投入，全年共计投入1.288亿，占公司固定资产投资的1.68%。一是2010年信息系统建设投入1400多万，开展了信息基础研究、数字新疆油田建设与深化应用等方面6项42个项目。二是投入8600多万，主要用于专业应用软件购置、地理信息系统建设各二级单位计算机服务器、网络基础设施改造。三是下达信息基础设施及信息系统专项费用约2240多万元，有利地保障了信息基础设施及信息系统的正常运行。四是投入2000万元对公司重点要害单位安全防范系统逐步进行完善升级。
任丘项目部
二○一○年九月二十八日 努力实现“四零”工作目标
各位领导、同志们：
大家好！
今年以来，我们任丘项目部按照公司要求，以开展“强堡垒、达三标、争先进”主题实践活动为载体，严细基础管理，强化责任落实，紧扣“四零”工作目标，在提升井控管理工作水平上下功夫，促进了各项工作顺利开展，实现了井控装置零延误。截止8月底，为钻井公司提供服务68口井、进尺183377米；倒运钻具305745米，维修钻具7789米，喷焊钻杆2090头，修理工具111件，修理防喷器52套；送井钻具、工具、井控设备合格率100；实现安全生产无事故；井控管具车间党支部被公司党委授予先进党支部。
一、落实“四零“目标，有序推进活动开展
为使“四零”工作目标植入广大员工思想中，落实到行动上，见到实实在在的效果，项目部重点把握好“一结合、二查找、三提高”环节。“一结合”，即把“四零”目标与“强达争”主题实践活动结合起来，并做到“三个强化”，即：强化井控培训。针对近年来大学生分配和部分员工岗位变动，采取内培、外送的培训方式，认真组织井控人员进行取证、换证培训工作，持证率达100%。特别是在井控班地面钻井工具装修工增加、调整，对防喷器试压装置使用操作存在不熟练等问题，邀请重庆渝华矿山机械研究所工程师对DSY35-70防喷器试压装置的产品结构、工作原理、使用技术要求、操作规程进行讲
解，使井控维修人员掌握了防喷器试压装置操作维护应知应会知识。同时，我们针对井控设备管理中存在的问题，开展经常性原因分析会，重点剖析溢流、井喷、井控失控典型案例，还借助多媒体，组织职工对井控应急设备的操作使用和保管常识进行学习培训，使职工掌握应急抢险应知应会技能，提高了应急处置能力，员工业务素质明显提高；强化井控责任。“井控工作绝无一失，井控工作重于泰山”，这句警示恒言一直铭刻在井控员工的脑海中。我们针对人员的变动和服务区域的调整，及时调整井控管理组织机构，明确岗位职责，全面落实“有感领导”、“直线责任”和“属地管理”，实施主管领导包车间，车间领导包班组，班组长包员工，员工包设备的井控管理工作模式，切实把井控管理工作落实到位；强化现场监督。一是提高设备的检修质量。在井控设备的修理过程中，严格按照设备管理规定，加大在用井控设备的使用、保养和维护工作。按照井控设备的修理周期、维护项目进行试压、检验和验收，确保每台送井井控设备的检修质量。二是提高现场井控设备的安装质量。我们严格落实《石油与天然气钻井井控实施细则》、《井控设备安全管理规定》、《井控应急预案管理办法》等管理规定，坚持口井巡检、回访制度，了解在用井控设备的运行情况和井队需要解决的问题，确保在用井控装置始终处于完好状态，增强了干部员工的责任心和安全敏锐性，实现井控设备零隐患的目标。“二查找”，即对照“四零”目标准查找不足。我们把找准问题作为关键，认真分析在井控装置的管理、钻具工具的修理、配件的加工和生 3
产运行保障中的薄弱环节，总结、剖析问题原因，进行安全经验分享。针对去年渤钻公司安全检查中发现作业现场有一插接钢丝绳这一违章现象，我们把它作为反面教材，在召开各类会议时列为安全经验分享的必学课，进行安全警示，把因违章操作造成的事故和损失作为教训，以便在今后的工作中引以为戒。“三提高”，即抓好全员思想认识提高。我们把能否有效激发职工参与“四零”目标的活动热情，作为抓实抓好“强达争”活动的关键。为使活动扎实有效开展，我们以开展“四强四优”活动、“三联”示范点、“创先争优”暨“党员先锋工程”创建活动为载体，注重加强党支部建设和党员自身建设。同时，针对严峻的经营形势，组织开展责任意识教育和形势、政策、目标、任务教育以及“比贡献、看收入、找差距”大讨论，使两级班子牢固树立了思想随着生产转、工作围绕效益转、日常检查围绕“三标”转的观念，管理举措不断深化，工作水平明显提高。另外，针对集团公司近期几起较大事故责任追究的通报，结合事故案例，有针对性剖析引发事故的原因及造成事故的后果，用血的教训提醒和教育员工，使干部员工充分认识反“三违”的重要性，自觉约束不安全行为，杜绝不安全事故发生。
二、把握重点环节，确保生产平稳运行
为钻井公司提供优质服务是我们的工作重点，为钻井提速、提效服好务是我们应尽的责任，没有钻井的提速和安全，也就没法保证我们的服务市场和经营创收。因此，我们围绕公司提出的“四零”工作目标，给自己定位，抓好三个重点环 4
节。一是确保生产运行零延误。我们密切关注钻井公司的市场调整和生产运行，对涉及管具配套服务，无论天气好坏，都积极主动精心组织安排，确保生产稳步运行。7月19日中午十二点半，正值今年最热的桑拿天，闷热潮湿的天空就像罩在人们头上的一口大锅，叫人喘不过气。当时，井控管具车间在接到为40689队安装液控管线的通知后，车间副主任许志华立即带领4名员工赶赴现场进行施工，待傍晚安装任务完成后，汗水、油水和泥水渗透了他们的衣衫和面部，可是每个人的脸上却露出完成任务后受到井队干部职工赞许的喜悦。二是筑牢井控安全防线。我们充分认识秦总提出的“不因井控装置带病而导致井喷失控事故是我们的天职”的重要意义，超前做好井控预防工作。成立以主管领导为井控安全工作第一责任人的管理网络，明确各个环节的责任和遇到井喷等井控突发事件的协调办法，对要害部位进行责任承包，把安全管理重点设在班组，把安全职责放在岗位，把安全教育落到员工。修订、完善《井控设备维修、试压管理规定》、《污水处理装置及清洗设备操作规程》、《污水处理装置及清洗设备巡回检查路线》等管理制度，严格按要求落实井控设备检验、维修、保养、试压和送收、技术交接等项工作，确保井控工作绝无一失。三是严格员工操作规程落实。要求每名员工都要熟悉所在岗位工艺流程、精通设备操作规程、掌握隐患排查方法要求和应急处理预案内容。同时以HSE体系为依托，认真落实岗位责任制，严格执行“两书一表”，车间、班组按要求召开安全形势分析会，对事故案例进行剖析，5
做到隐患查找不过夜，及时整改存在问题，切实把安全制度、措施落到实处。9月3日上午八点半，我们在接到为40508队安装液控管线、下午三点为50252队维修远程控制台、晚上十点为70173队（牛东一井）送9 5/8换防喷器闸板芯子的通知后，井控管具车间干部带队上井执行任务，确保钻井生产顺利进行。
三、注重活动效果，着力提高服务质量
为使活动卓有成效开展，我们从深化“四零”目标出发，结合公司确定的2010年为“基础管理建设推动年”和2011年至2012年为“基础管理建设提升年”实施方案，把今年定为项目部现场管理年，围绕提高井控服务质量，突出在“标准化管理、标准化现场、标准化操作”上下功夫，重点抓了三个方面工作。一是规范班组活动记录。针对井控服务阶段性工作量大、任务集中、时间紧，召开班前班后会头绪多、记录时间长等实际情况，对班前班后会活动记录方式进行改进，按照班组实际工作，列出巡回检查项目、当日工作安排、安全环保要求、当日工作风险识别、当日工作小结、班组到会人员和到会领导等事项，根据实际工作进行对应落实，较好地解决了记录时间长、记录不规范等问题。此记录已在公司各项目部中推广使用。二是做好井控设备检修工作。我们结合实际，按照公司领导提出的“四零”工作目标，认真执行上级工作部署和生产调度指令，妥善安排好井控设备检修、试压、上井安装工作。严细认真地做好回收防喷器的污物清除，对使用超过6个月的液压缸进行清理，对回收的压井、节流管 6
汇按要求进行分段检修试压。特别是对不符合技术要求的所有橡胶件和“O”型圈等进行更换，使送井井控设备合格率始终保持100%。我们还坚持服务质量回访制度，定期上井巡检自查，征求井队对井控设备在井使用状况的意见和建议，了解服务质量和井队需求，确保钻井生产正常运转。三是加大现场管理力度。按照现场管理年的要求，加大现场管理力度，通过几个月的严抓细管，已见到较好成效。作业场地分区和标示明确，安全通道、待修区、成品区一目了然，实现了场地清洁、井控设备摆放整齐，安全标志齐全的目视化管理目标。对送井的防喷器、液控管线、压井节流管汇，认真执行“三标” 标准，规范安装、调试程序和HSE要求，做到工完、料净、场地清，满足了井队对作业现场的环保要求，上井服务满意率达98.5%以上，实现了由被动服务向主动服务的转变。
今年以来，我们按照公司提出的“四零”工作目标，结合主题实践活动，做了大量的工作，也见到一定的成效。但与上级要求和工作目标还有一定的差距。后几个月，我们将巩固取得的成果，进一步加大内部管理力度，夯实基础工作，为实现公司发展目标做出积极贡献。
过去的交流电参数采集多采用硬件测频方案, 硬件测频虽然软件设计、计算非常简单, 但是电路需要使用更多的电子元器件, 因此造成了采样硬件测频方案的装置设备体积大、电路可靠性下降、成本高等诸多问题。软件测频是对被测信号的瞬时值采样, 再对采样结果进行大量的数值处理, 它是用软件功能代替的硬件功能, 因此软件测频的软件设计要复杂得多, 但是硬件设计更简单, 从根本上解决了硬件测频的诸多缺点。随着计算机和集成电路技术的发展, 软件测频原有的困难如算法复杂、对A/D的速度要求高等已逐步得到克服。
文中提出以STM32系列处理器为控制核心, 以AD7606模数转换芯片作为高速采样模块, 适用于实时采集电力系统频率的软件测频方案, 并将其应用于电压、电流、功率等电参数的采集, 满足电力系统实时监控的需要, 因此具有一定的参考价值。
1 硬件设计
由于软件测频以及交流采样算法较复杂, 因此需要处理器拥有比较高的运算能力。STM32[1]系列处理器基于ARM Cortex-M3内核, 最高工作频率72 MHz, 单周期乘法和硬件除法, 最多多达11个定时器, 具备处理复杂算法的能力, 能满足交流采样的要求。STM32系列处理器还拥有稳健的外设库, 外设库可以提高开发效率, 不必把精力用于记忆寄存器名称和功能、调试底层、精简代码, 而是把更多的精力放在算法和具体的应用上。STM32系列处理器价格低廉, 降低了整体设备的生产成本。STM32系列处理器是工业级的处理器, 工作的温度范围-40~105℃, 能满足交流采样装置在恶劣的物理条件下工作的需要。
交流采样算法需要对信号的瞬时值进行采集, 这里选用的是AD7606[2]模数转换芯片, AD7606是16位、8通道同步采样模数数据转换芯片, 能够同时采集三相电压、三相电流信号, 具备高速串行和并行接口。采用5 V单电源供电, 可以处理±10 V和±5 V真双极性输入信号, 同时所有通道均能以高达200 ksps的吞吐速率采样。AD7606具有采样时刻动态调整的能力, AD7606启动转换是由CONVST引脚所控制, 处理器通过控制AD7606的CONVST引脚, 就能够自如地控制采样时刻, 而交流采样的采样间隔与信号的频率密切相关, 采样间隔随着频率的改变而改变, 因此AD7606的采样时刻动态调整功能很好地满足了交流采样动态调整采样间隔的需要。三相电压、三相电流分别经过电压互感器和电流互感器转换, 以及电阻和电容滤波后输入AD7606进行采样转换, AD7606与STM32F103ZE处理器之间的接口电路如图1所示。
2 软件设计
2.1 傅里叶交流采样算法
交流采样计算电气量的算法常见的有:有效值法、两点乘积法、半周积分法及傅里叶算法[3]。由于傅里叶算法计算简单、容易实现, 而且算法本身具有滤波作用, 因此选择傅里叶算法作为交流采样算法[4]。
假设输入电压信号是一个周期性时间函数, 除基波外还含有不衰减的直流分量和各次谐波, 可表示为:
式中, an、bn分别为基波和各次谐波的正弦项和余弦项的振幅, an=Xncosαn, bn=Xnsinαn。其中a1、b1分别为基波分量的正、余弦项的振幅。根据傅里叶级数的原理, 可以求出a1、b1分别为:
a1、b1的离散化形式:
式中, N为基波信号每周波采样点数;xk为第k次的采样值。
在STM32系列处理器上控制AD7606转换器进行采样, 对x (t) 信号每周波采样N=32次, 产生采样序列{Xk}, 即得到:
由于电流信号是经过互感器转换成电压信号然后进行A/D采样的, 因此电流参数的交流采样算法与电压一致。
功率参数的算法应用了复功率的定义, 即电压相量与电流共轭相量之乘积。
其中, I*为I的共轭复数。
由定义可知复功率实部为有功功率、虚部为无功功率。将傅里叶交流采样算法计算后得到电压和电流相量代入复功率公式, 各种功率以及功率因数就可以很方便地计算出来。
2.2 软件测频设计思想
为了测量频率f, 首先要测量频率的变化量Δf, 并通过公式f=f0+Δf求出频率f。每周波取32个采样值, 连续取两次。分别求出两个周波基波分量的实部与虚部。
其中f0=50 Hz。
使用上述公式求频率时, 由于实际频率未知, 因此会出现不同步采样, 计算时会产生偏差, 为了提高测量精度, 还需对采样间隔进行动态调整。即把前一次计算得出的频率值迭代到后一次计算频率的公式中, 如下式:
其中, f (K+1) 为后一次计算的频率值, f (K) 为前一次计算的频率值。
为了检验算法的精确度, 选取了不同频率的正弦波进行测量, 计算结果见表1。由表1可知, 算法在第1次计算时误差稍大, 通过动态调整采样间隔, 在随后的计算中逐渐接近实际的频率值, 在第3次计算中即可得到实际的频率值。
2.3 电参数采集软件实现
交流采样的采样间隔动态调整是通过处理器中的定时器Tim5的比较功能实现的。1个周波需要32个采样点。由于初始状态下交流电的频率是未知的, 因此首先假设交流电的频率为50 Hz, 此时AD7606的采样频率为50×32=1 600 Hz。处理器的系统时钟频率为72 MHz, 系统时钟频率输入Tim5定时器之前还有一个预分频器, 将预分频器的分频比设置为4, 则输入Tim5定时器的时钟频率为18MHz, 如果要产生采样频率为1 600 Hz的中断信号, 则必须先读取Tim5定时器当前内部计数器的值, 然后将这个计数器的值加上Tim5时钟频率与AD7606采样频率的比值, 即Tim5_count+72M/4/1 600, 其中Tim5_count表示Tim5定时器当前内部的计数器值, 把这个值写入Tim5_count的比较寄存器中, 这样Tim定时器就能产生一个频率为1 600 Hz的中断信号, 并在中断信号中加入启动AD7606开始采样的代码 (控制AD7606的CONVST引脚, 使之产生一个低电平的脉冲信号) , 这样AD7606就能按照1 600 Hz的采样频率进行采样。当采集了一个周波的数据后, 通过软件测频的算法就能得到一个频率值, 把这个频率再次迭代到上述的过程, 即每次进入Tim5中断后就把Tim5_count+72M/4/ (32×fk-1) 这个值写入Tim5的比较寄存器里, 其中fk-1表示上一周波数据计算得出的频率值, 这样AD7606的采样频率就不是固定的, 实现了交流采样的采样间隔的动态调整。
下面介绍从AD7606读取采样数据的过程。由AD7606的时序图可知, 当AD7606完成一次采样后, 其BUSY引脚将产生一个下降沿, AD7606的BUSY引脚与处理器的PE9引脚互连, 因此要开启处理器PE9引脚的外部中断功能, 并且设置PE9引脚在出现下降沿时进入中断。接下来就是在该中断中加入读取AD7606采样值的代码了。读取AD7606有三种模式, 分别是并行模式、串行模式、字节模式, 在这里采用的是串行模式, 从AD7606串行模式的时序图可以看出, 在将CS引脚至低电平之后, SCLK引脚产生一系列的脉冲, 数据就会出现在DOUTA引脚, AD7606上接入了A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流总共6个通道的信号, 每个通道单次采集有16位的数据, 即每次读取数据SCLK引脚要模拟出6×16=96个脉冲信号, 然后采样值就会按照脉冲的节奏依次地出现在DOUTA引脚上, 处理器要做的就是模拟产生一个SCLK引脚脉冲之后立刻读取DOUTA上的电平值, 不断重复这个过程直到所有通道的数据全部读取完毕。
在主程序中, 处理器不断地查询当前是否已经读取了一周波32个采样点的值, 如果已经采集了32个数据则将32个采样点的值代入文中2.1章节和2.2章节中所述的算法中, 即可得到三相电压、电流的有效值及其频率值, 完成了交流电参数采集。软件的流程图如图2所示。
为了验证该设计的可行性, 利用微机继电保护测试仪对该系统进行测试。选取了不同幅值的电压、电流信号进行测试, 这些信号由微机继电保护测试仪产生, 最终的转换结果见表2, 测试结果表明该设计达到一定的测量精度, 具备可行性。
3 结语
本设计采用STM32F103ZE和AD7606实现了电压、电流、频率参数的同步采集, 并省去了硬件测频电路, 从而提高了系统的可靠性, 降低了成本, 适用于电力系统的实时监控, 具有一定的实际意义。
参考文献
[1]张卓.电力参数测量模型及实时测量系统的研究[D].南京:河海大学, 2005.
[2]郭颖娜, 傅周兴.交流采样的频率测量及跟踪锁相方法的实现[J].自动化与仪器仪表, 2002 (3) :17-19.
[3]伍永锋.基于TMS320C5409的三相交流电参数测量系统的设计[J].科技促进发展, 2010 (6) :36-37.
[4]李一泉, 何奔腾.一种基于傅氏算法的高精度测频方法[J].中国电机工程学报, 2006, 26 (2) :78-81.
[5]陈博.基于DP总线的交流采样装置的设计[J].自动化博览, 2004, 21 (6) :85-86.
