流量控制技术

第一篇：流量控制技术

2009年8月23-24日，下一代网络融合与发展中国峰会(CNCS)在北京京都信苑宾馆召开，会议由国家广播电视电影总局指导，中国广播电视协会，BIRTV组委会主办，中广互联，电信传播研究中心承办。新浪科技作为独家门户网络支持进行全程现场直播。

图为：下一代网络融合与发展中国峰会现场，AceNet公司中国区技术总监官宇演讲。

以下为实录：

官宇(AceNet公司中国区技术总监)：尊敬的嘉宾各位领导、专家上午好！

昨天论坛上蒋总说IP网络有两个突破，一个是QoS，另外一个是安全问题。AceNet公司主要的方向就是解决QoS和安全上的问题。

我的演讲主要分三个部分：

第一，给大家介绍一下目前流控技术在广电宽带运营商的应用情况和解决的问题。

第二，AceNet“流控墙”和“流量安全”概念。

第三，应用层流控技术在三网融合中应用的思考。

2005年以后互联网上出现了一个重要的应用，就是P2P的应用，给网络带来了非常大的影响。影响到底在哪儿？很多人都有不同的看法。我们作为一个专家的流控的厂商，针对P2P做了很多研究。P2P对网络构成最大的威胁在哪儿？因为用户网络的行为模型发生了变化，才会导致现在的网络拥塞。我们在之前看到所有的网络都是以客户端和服务器之间的交互，用这种访问模型去构建现在所有的网络。而且我们的网络产品也是基于这种模型去设计和建造的。P2P出现之后，所有网络的模型，用户和用户之间产生了非常大交互的数据量，这样就形成一个扁平网状的模型。这种模型现在我们构建出来的基于星形连接的模式是不适合P2P新的网络访问模型，这样就给整个网络带来非常大的灾难性的影响。

P2P时代到来了，带来什么问题和变化呢？每一个用户开启的应用程序越来越多了，单个用户的并发会话数越来越多，如果你开一个新浪的新闻，同时产生的并发会话会有100多个，但是这个会话很快在一两秒就结束了。但是如果P2P的用户，会在瞬间产生非常大的并发会话，而且这个并发会话持续非常长时间。我们做了很多统计，如果一个正常的用户开启P2P的流量，它的并发会话数长时间维持在4、5千。如果这个用户中了木马病毒，在向外发攻击的时候，我们在一个高校里截到最高的数据，一个单个的PC机产生的并发会话数有19000个，非常惊人。

另外，UDP报文比例迅速增加。过去UDP只是用来DNS解析用的，现在大量UDP报文被当作语音和视频，因为它不是面向连接，它传输的延迟非常小。所以大量的UDP报文做语音和视频实时交互的流量。很多地方统计UDP报文已经超过60%。五前年UDP在网络中的报文不超过20%，现在已经超过60%。

另外，小包比例特别高。几年前我们有一个统计数据，小包的比例只有大概不到20%。这是我们在北京的海淀宽带做的统计。小于128字节的报文已经超过了40%。大于1K的报文超过了35%。实际上根据报文的比例做一个分布，它是一个哑铃形的分布，大量的报文是小包，小包是用来传语音视频，还有TCP的握手信号、协商报文。

小包增加了以后给现在很多网络设备带来很大的影响和负担，这就是网络设备一个重要的性能指标，只看吞吐是不行的，要看包交换率。

现在很多广电运营商都在尝试用各种各样的流控技术来解决网络拥塞问题。实际上我们作为一个专业的流控厂商，凡是我们面对的用户全都有网络拥塞的问题，也不光是我们面对，还有很多我们没有面对，几乎所有的网络现在都有拥塞的问题。

拥塞的控制和流控的识别是什么，最早所谓第一代P2P的控制，通过防火墙、P2P常用的端口的封闭，来解决P2P网络的影响。但是很快发现不行，因为P2P会慢慢自己去改，很快用80的端口、25110的端口，根本没法封，不可能封。如果封了，邮件和外部访问就用不了。后面就会用专业的流控设备，基于应用层的特征字的方式去识别P2P的应用。但是很快就发现又不行，发现我们有加密的BT，迅雷原来不加密，后来也加密了。还有一些其它的像Skype整个就是加密，加密的流量怎么识别？你在关键字里再也破译不到特征字，在报文里过滤不到特征字，这时就需要升级专业的流控设备，就要通过行为特征的分析，去发现加密的BT应用、加密的P2P的应用。

控制手段现在应用最多的是用在线的方式，对识别的流量做带宽的控制或者带宽的保障。在电信里边有很多应用是旁路的方式，旁路的方式只能解决TCP，给TCP的报文，发现TCP的链接是需要阻断的话，它就向两边发包，通过旁路干扰的方式阻断这个链接。另外还有一种方式，通过修改TCP报文头中的滑窗参考的方式控制客户端和服务器之间的传输速率。这两种方式都是只能控制TCP的报文，现在网络中大量UDP的报文，用这两种方式是无能为力的。

另外，对单个用户使用的带宽做精确的控制，网络资源包括我们常说的带宽，还包括我刚才提到的并发会话数。对这两个要素做一个精确的控制，对缓解网络拥塞是有非常大的作用。

归根到底，P2P时代对网络的影响最大的问题是5%的用户占用了90%的网络资源。我们如果要是把这个问题解决好了，就会大量地缓解网络拥塞问题，我们是有很多实践的。我们之前在海淀宽带有一台设备，我们通过对用户的带宽和并发会话数的控制，达到了对网络出口带宽利用率的大幅度提升。在相同的带宽的情况下，对每一个IP占用的带宽和每一个IP使用最多的并发会话数做控制之后，同样的带宽、同样的资源，我们承载的并发用户数增加了几乎一倍。这从一个侧面去帮助运营商提升网络的利用率，帮助运营商挣到钱。

我们提出两个概念，一个是流控墙，另外一个是“流量安全”。这两个概念都是AceNet首先提出来的。为什么提出来流控墙呢？我们看一下传统的流控设备和防火墙之间到底存在什么问题。这里有一个最标准的部署模式，透明的流控设备和防火墙之间。流控设备部署在

防火墙里，这样防火墙本身和流控是不能交互的，没有任何交互。有一点，防火墙挂的DMZ区的流量，这个流量怎么管理和分析就存在很大问题。从内网访问DMZ区，我们可以通过流控做分析和控制。从外网访问DMZ区就不行。有把这根线从流控设备这边绕一圈，又存在一个问题，从内网访问DMZ区过了两遍，被统计了两遍。另外防火墙和流控设备不能互动，外面的状况发生改变，一条网络被拥塞堵得满满，你这边做带宽保证一点效果都没有。这边开视频会议，那边传一个大文件，把入口堵住，再做带宽保证没有用，会议还是没法开，甚至断了都不知道。

我们在实践过程中经常遇到内网产生攻击流量，大流量上来的时候，传统的流控设备都是X86、NP，两种情况，一种被打死，另外一种是直接把攻击流量通过。在最需要流控设备分析攻击流量来源的时候，你不负责任让它通过，这时就不知道来源了。对于网管来说，发现有异常流量来的时候，要找到异常流量来源的时候，在没有流控设备的时候是非常痛苦的事情，没有半天时间是查不到的。

另外一种部署模式，这是把流控设备部署在防火墙外边，这种部署模式同样DMZ区的流量访问控制解决不了，从内网来的访问DMZ区又不经过流控设备。

防火墙做了地址转换，你在流控里看不到原始IP，只能看到转换以后的IP，这时出现安全问题你没法定位。

传统的流控又不能支持负载均衡，如果要有多链路，跨接在上面解决不了问题，一条链路10%的负载，另外一条链路99%负载的时候，这个问题就解决不了。

另外，流控设备不是安全产品，它需要保护。我们经常看到这种部署模式的时候，在外边再加一个防火墙，我们叫做汉堡包方式，把流控设备还要再保护一下。

这都是我们说的防火墙和传统的流控设备不能互动造成的问题。AceNet提出了一个流控墙的概念，我们把防火墙、流量控制和多链路出口的负载均衡集成在一个芯片里边去解决这个问题，这种部署模式就把刚才我前面两张图里列举的防火墙和流控设备不能互动造成的问题全面地做了。AceNet最强的是我们把二层到七层的流量分析和控制用芯片来完成了，这个芯片非常大，大概有3000多万门芯片，全世界采用芯片的模式去解决流控问题，只有我们和思科公司，剩下都是采用X86的方式或者NP的方式。而且我们比思科强的地方是，我们把防火墙和负载均衡能力功能全部集成在这个芯片里边，思科只解决流控问题。

我们能够解决：P2P的问题、带宽保障的问题、安全问题、做地址转换、用户认证、审计。我们做的是一个多层次的流控，流控包括带宽，包括QoS，包括并发会话数，对这三个要素做一个综合的控制。

(图)这是我们能够识别和控制的一部分流量，一部分P2P的协议和AM的协议。其实迅雷大家现在用了很多，目前在网络中看到最大的流量就是迅雷，我们在很多高校里看到迅雷的流量几乎超过60%，迅雷对现在的网络影响非常大，严格意义上讲迅雷是流氓软件，虽然给大家带来了很多下载方面速率上的体验，非常好，但是它严格意义上讲是流氓软件。为什么？首先，它带来很大的安全隐患。你用迅雷在你自己的FTTP服务器上上传和下载的时候

会很快，比你直接去用FTTP工具访问快很多。但是只要用迅雷访问过一次，它就会把你的用户名和密码都记下来，记在迅雷的服务器上。以后再有人去访问这个文件的时候，再也不用去敲用户名和密码，都用你的用户名和密码去访问，你的这些私有信息在他那儿全都记下来了，会造成非常大的安全隐患。不知道你们注意过没有，去年年初有一个新闻地香港警察的卧底名单泄露了，谁干的呢？就是FOXY。FOXY在香港和台湾比较流行的一种P2P软件，跟迅雷差不多。P2P的软件都会带来很多安全隐患。

迅雷还流氓在什么地方呢？它在不跟你打招呼的情况下不断向外传东西，除非把迅雷关掉，否则你同时下载的东西都别别人分享，这是一般人不能忍受的，至少会影响计算机的性能，CPU负载会很高。

AceNet首先提出来一个流量安全的概念。传统的流控是流量的可视和流量的可控，我们又提出来流量的可追溯。为什么提出这个概念？我们实际上在实践的过程中，通过我们的流控设备发现了很多网络安全事件，我们第一时间发现了网络安全事件，并且定位了网络安全事件，而且还能追溯网络安全事件。南京师范大学有一次内网服务器中病毒，当时给全网都造成非常大的影响，跑得非常慢，通过我们的设备直接看到了这个异常的用户，这个服务器的并发会话数超过19000，影响非常大。老师直接通过我们的设备定位到这个服务器，一看IP就知道这个服务器。把这个服务器网线一拔掉，这个网络就安全了。这种事情太多，都是通过我们的设备解决网络安全问题。我们提出流量安全的概念。

(图)最重要的是我们的日志和审计的功能，这是我们非常强的地方。我们用芯片的方式把我们需要的日志打成UDP包送给日志服务器，这边流量再大都不会影响我生成日志的性能。所以，我们能够在非常大的大带宽底下解决日志审计的问题，这也就是我们去解决公安部82号令要求的地址转换日志，需要做地址转换日志的需求。像很多我们的运营商、高校都存在这个问题。虽然有82号令规定你要做地址转换日志，但是我没有这么高性能的设备能够解决这个问题。我们通过流控设备能够帮他去解决这个问题。我们把每一个并发会话数都做了日志，然后对它的URL外部访问都做了记录，FTTP、Email，甚至MSN的聊天内容都可以做记录。

(图)这是我们的基础数据，我们做地址转换以后的IP和端口都会把它记录下来，并且我们能够基于基层协议应用的事业，我们记住这是DP，这是迅雷，多长发起时间、结束时间、持续时间，都记录下来，这是我们的基础数据。通过这些数据我们可以做分析，可以看到流量的前十名，我们可以看到IP流量的构成，可以看到这个IP是迅雷，绝大多数流量都是迅雷。

(图)我们点击这个按纽可以看到访问的IP地址的分布，比如现在是杭州，我们知道杭州市的IP，我们还知道杭州以外浙江省的IP，我们还是国内的IP，还是国外的IP。另外，点击了这个图标之后，很重要我们能够看到三个图，一个是基于时间的单个IP带宽的占用情况、变化情况，我们可以看到这个IP在峰值的时候流量超过100M。我们可以看到这个图的并发会话数是根据时间发生变化，这个图是每秒新建连接数的变化情况。我们可以看到其实一个正常的用户，不是中病毒的情况，每秒新建连接数不到30次，非常少。但是一旦有

异常流量的时候，我们截到最高的图4000多个，不断向外发攻击。通过这三张图其实就可以定义一个用户的网络行为是不是异常。

我们点击前面一个图的小图标之后，我们还可以看到这一个用户迅雷这一种流量根据时间变化的情况。我们的统计是非常细致的，细致到什么程度？按照用户的话说，已经可以当分析仪用了。

黑名单的功能，可以自动把异常流量的用户放到黑名单里，黑名单可以自动惩罚。一个是要么让他断网。另外，要么把他的带宽和并发会话数压得很低，让它对网络影响非常小。这是针对异常流量用户的控制手段。如果用我们的web认证，会弹出一个小窗口，告诉这个用户已经进入黑名单，请你跟网管联系。

最后，我们在思考应用层的流控技术在现在讨论的三网融合中应该怎么去用的问题。

我们现在在讲三网融合实际上是建高速公路的情况，我们把一个高速公路建起来了，流控做的事情是给高速公路划线，给它设置各种交通的标志，给它设红绿灯。有些车能够上什么样的道路，必须是什么速度，哪些道路是不能上的，流控就是干这些事情，解决QoS的问题。

三网融合以后我们看到3T、3Tnet，在非常大带宽，在用户到了30M、50M的情况下、是不是还有流控问题呢？是一样的，现在绝对不能非常乐观地说我在做试验网的时候带宽非常大，根本就没有遇到过流控的问题，没有遇到过拥塞的问题，拥塞以后就不会在实际应用中出现，这个概念是不会的。就像我们在56K的情况下想象不到1M、2M带宽会拥塞，但是我们真正用到1M、2M带宽，大家遇到的拥塞时时刻刻都在体会、感受。当用户升级到30M同样存在着拥塞的问题。我们一定要考虑网络融合的时候，在设计标准、设计方案的时候就要考虑到流控的问题。

应用层的流控，这个技术能够给网络融合带来什么好处呢？实际上我们可以去识别出来你的各种各样增值的应用，对这些增值的应用有特殊的控制手段，然后给你带来非常多灵活的收费方式、定价方式，有各种各样的带宽保障，给它不同的贷款，甚至他实时要求特制的带宽，我们都可以用。另外，我们还可以及时发现网络异常行为，在大带宽的情况下，异常行为的用户对网络的影响就更大了。另外，我们需要在三网融合考虑应用层流控的时候需要注意的一些问题，一个就是它部署的位置。另外，选用的平台。因为带宽非常大，X86和NP的方式肯定不行。另外，考虑全网络QoS，另外一旦你应用到了可增值的流量，一定要非常容易识别的才行。流控要和日志认证结合，流控和网络安全系统结合。

(图)流控到底能干什么？我们的流控部署在这里，这边是宽带的接入用户，我们可以把这些流控的数据都统计记录在数据库里边。同时给这些用户分配一些帐号，我们可以通过前台的服务器，让用户访问，能够看到自己的流控。就像我们现在通过网站可以查询我们的手机话单、通话记录一样，可以随时查询我们自己流量的玖单。技术可以非常详细。

另外，我们可以让用户定制自己的报表，每周发一个报表还是每一个月发一个报表，让用户自己心里非常清楚自己的流量到底是什么样子。有机是三网融合以后，各种业务都多了，可以分业务地给各种各样的报表。

一旦有异常流量涌上来，我们可以第一时间通知用户，告诉现在有异常，是不是检查一下、杀一下毒，给用户非常好的体验。

以后可能流控用得越来越多，还有更多的应用方式，也是大家集思广益。

第二篇：SiteView TC流量控制概要

SiteView TC流量控制

概述

今天，信息技术在中国各个行业中的应用都得到了前所未有的重视，“以信息化带动工业化”已为各级决策部门所共识,各个行业在IT方面都有很大的投入，进行了大量的系统建设和应用开发。在实际情况中，用户长时间的下载、上传文件，占用大量的带宽，影响正常的Email收发、实时视频会议等及时通信或商务活动。因此，有效地管理IT资源，合理的分配利用网络资源，已经成为一件刻不容缓须要解决的事情。为保证企业合理使用Internet资源，通过带宽监视和流量限制技术，能有效防止对Internet资源的滥用。合理分配每个IP使用流量。

SiteView TC是基于Linux操作系统的网络流量监测与管理系统，适用于各种规模的企业和政府的网络，能有效解决网络应用性能问题，保护IT投资，降低运营成本，从而提高用户的生产力。SiteView TC解决方案提供了直观的界面使网络管理人员能够随时随地了解网络带宽使用情况，而且能对网络用户进行分组上下行带宽限制。并且，一旦系统出现可疑异常状况，预警可通过声音、E-mail、滚动消息等方式及时通知相关人员或自动进行常见故障处理，从而最大限度的降低系统平台出现故障的可能，减少可能给企业带来的损失。完善的日志分析报告，更能帮助网络管理人员预防可能出现的故障，为企业网络的战略规划提供依据。

易用快捷的操作方式，SiteView TC采用Web界面，“一键一击”的引导式界面设计，全面提升用户体验。

成熟稳定的系统平台，基于Red Hat Enterprise Linux开发，内核性能优秀稳定，经过全面严格的网络性能测试，对于各种网络环境进行特别参数优化，使得系统可用性大大加强，最大程度上避免产品当机状况的发生，减轻网络管理员繁重的维护及管理工作。

先进的远程协同工作方式，方便多用户操作，当系统遇到突发状况，网络管理员可以通过系统的远程技术支持模块获取技术支持工程师实时在线支持。

完善的系统修复设计，网络管理员可以通过一键备份和一键修复模块，将系统配置自动还原到以前所定义的还原点，更可以通过系统操作记录，获知以前可能存在的误操作，对操作进行修正。

丰富的报警方式，无论系统管理人员身在何处，都能及时了解网络系统可能出现的故障。系统的各种日志报告，更能帮助网络管理人员快速追踪问题根源，找到网络误配置部分，从而杜绝日后出现同样问题。

全面的日志分析报告很好的满足了不同网络管理人员的需求，详尽的文本报告和直观易懂的带宽图表，方便网络管理人员对网络流量状况的了解。对于高层决策人员而言，更能从中提前发现隐患,给企业信息建设战略规划提供依据。功能介绍

1.工作原理 所用的数据包都会流经SiteView TC,通过流量分析引擎按照IP地址，或是协议对数据包进行分类，打上标记。然后，通过流量分析引擎，每三分钟对每个IP的上行流量，下行流量总的统计，以及细化到每个IP的几种基本协议流量统计，并以报表的形式把统计结果保存下来。在通过流通量控制引擎，检查已经受到限制的IP的流量，是否已经达到管理员所限制的最大值。如果已经达带到上限，则通过我们制定的算法对数据包发送的速率进行有效的控制、及整形。

1.1实时流量监控

通过实时获取流过SiteView TC的所有IP地址网络传输速率和流量，为网络管理员的网络建设和管理工作提供参考，并能从异常流量中，分析网络中存在的隐患。在对传输流量监视基础上，可以进一步对单个IP的上下行传输速率进行手动控制，为网络用户区分优先级，对不同优先级的用户提供不同的网络服务，同时SiteView TC还支持按协议控制流量，比如对常见的http、ftp、telnet、ssh、p2p等协议进行流量控制，保证正常的企业上网流量。

另外SiteView TC也可以通过以组的方式或者以一个网段的方式对用户的流量设置，进行统一的管理.2.系统管理

SiteView TC多功能网关不仅功能十分强大，而且通过Web界面进行操作也十分易用。2.1支持远程启停机 可以远程控制机子的关机。2.2网关状态查看 可以很方便地查看网关的硬盘空间、CPU利用率、系统授权文件情况等等。2.3支持远程启停网关各功能模块

以直观的方式提供网关各功能的状态的查看。

管理员可通过点击按钮来完成重启、停止、启动各功能模块。2.4 开机和关机设置 网关重启或关闭时，需要预先启动或关闭的服务，都可以在这里设置。2.5 修改密码

登陆用户可以随时修改登陆密码，增加系统安全性。2.6 计划任务

类似Windows操作系统的计划任务程序，可以通过定义这个模块来定时进行一些自定义任务，比如数据库统计，信息搜集等等。

2.7 支持本地DNS SiteView TC可以缓存查询过的DNS充当本地DNS域名服务器，更快地解析域名。2.8支持DHCP 在255台以下机器的企业网络中，客户机器只需设定自动获取IP地址，就可以通过DHCP服务 获得可以上网的IP地址。

2.9 网络工具

提供PING、TraceRoute、WEB执行命令窗口等日程命令工具集，避免管理员在多平台间切换，直接在Web页面查看输出结果。

2.10 实时连接查看 SiteView TC可以保存所有通过TC的内网机器连接状态，通过SiteView TC进行的数据分析，可以实时查看内网机器的当前状态，比如访问的外网IP地址以及对应的地理位置，端口，标志位等信息。

2.11网络隧道配置

在中大型企业网络中，当企业各组织机构被划分到不同的网段中时，可以通过配置网络隧道，在两台SiteViewTC系统或者一台SiteViewTC系统和一台支持GRE格式封装的路由器之间进行网络隧道对接，轻松实现各部门互访，如同在同一子网。

2.12日志文件大小监控

对系统日志磁盘使用状况进行监控，当日志文件大小超过定义的阀值时，系统会自动发送E-Mail到管理员邮箱提醒注意。

2.13一键备份与恢复

提供对系统配置文件的备份与恢复，可以一键点击备份所有配置文件，也可单独选择特定配置文件进行备份，这适用于重装或升级系统时，大大减少网络管理人员重复工作量，提升工作效率。2.14在线技术支持

这是游龙科技提供给正式版用户的特有服务，每个正式版License都会附送一年的技术支持服务，遇到重大问题无法自行解决时，网络管理人员可以通过点击连接按钮，使得SiteView TC自动连接远程服务器通知游龙科技技术人员，技术人员会进行在线实时维护修复。

第三篇：企业局域网管理 上网行为管理 流量控制管理

企业局域网管理上网行为管理流量控制管理

在网络中，我们可以搜索资讯、获取新闻、收发邮件、聊天、游戏、在线电影、购物炒股、网上课堂等，网络已经成为企业发展必不可少的一部分。

据调查显示在办公上网时间过长、遭受仿冒诈骗、办公时间玩网络游戏和因网络安全缺口而带来的工作风险等方面，国内企业的威胁很严峻。要想让公司局域网络能够发挥其最大的功效，局域网员工上网行为已经到了非管不可的地步了。

小草上网行为管理软路由正是企业所急需的专业局域网管理软件，能对企业局域网流量控制管理、员工的上网行为管理等，都非常有效。

小草的上网行为管理功能在控制员工上网方面做的十分精细，管理者可以有选择的设置网络黑白名单，从而把工作和娱乐分的一清二楚，让员工上班时间只能浏览与工作相关的网站，其他的娱乐、新闻和旅游购物网站统统禁止掉，同时如果员工上班开小差的话，而对P2P的管理成为当前局域网网络管理的最紧迫的课题，小草上网行为管理对P2P软件下载管理非常有效，可以限制禁止迅雷、QQ旋风、快车、电驴等下载软件的使用，避免局域网因为个别员工肆无忌惮地下载而变得非常忙，同时也能够限制其下载速度，满足基本的工作下载需求。

控制聊天，限制网络炒股，屏蔽网络游戏方面，小草上网行为管理软路由更是做到了简单智能管理，企业管理者只要勾选要控制的选项就可以轻轻松松一键解决这些问题，网管可以自定义添加所要禁止的网页、程序应用等。

上网行为管理软件处理好了这些员工工作时间上网的问题，局域网才能够发挥其最大的作用更好的服务于企业。保障企业局域网的稳定顺畅，把企业网络的价值，充分发挥出来，提高员工的工作效率。

第四篇：现代工业控制技术

现代工业控制技术（调速）

目录

一、课程设计的目的.......................................................................................................................2

二、课程设计的要求.......................................................................................................................2

三、课程设计的任务（十机架连轧分部传动直流调速系统的设计）.......................................3

（一）、连轧机原理...............................................................................................................3

（二）、基本参数...................................................................................................................3

(1)、电动机参数..............................................................................................................3

（三）、设计指标...................................................................................................................4

（四）设计要求.......................................................................................................................4

四、晶闸管整流主电路的设计与选择...........................................................................................4

（一）、整流变压器的计算与选择.......................................................................................4

（1）、整流变压器的电压.............................................................................................5（2）、整流变压器的电流.............................................................................................5（3）、整流变压器的容量.............................................................................................5

（二）、整流元件的计算与选择...........................................................................................5

（1）、整流元件的额定电压Ukn.................................................................................6（2）、整流元件的额定电流IT....................................................................................6

（三）、电抗器的计算与选择...............................................................................................6

（1）、实际应串入的平波电抗器LK（mH）.............................................................6

（四）、保护元件的计算与选择...........................................................................................6

（1）、交流侧阻容过压保护.........................................................................................6（2）、交流侧压敏电阻过压保护.................................................................................7（3）、晶闸管元件过压保护.........................................................................................8（4）、晶闸管装置的过流保护.....................................................................................8

（五）、晶闸管直流调速系统主电路原理图...............................................................8

五、晶闸管双闭环直流调速系统的设计与选择...........................................................................9

（一）、晶闸管双闭环直流调速系统的原理.....................................................................10

（二）、给定积分器单元(GJ)电路电路设计及分析..........................................................11

交直流调速系统课程设计

（三）、速度调节器单元(ASR)及电路设计及分析.........................................................12

（四）、电流调节器单元(ACR)及电路设计及分析........................................................13

（五）、速度变换器（SB）及电路设计及分析................................................................13

（六）、触发输入及保护单元及电路设计及分析.............................................................14

（七）、直流调速系统整体分析.........................................................................................17

六、晶闸管转速电流双闭环直流调速系统调试.....................................................................18

（一）、线路原理.........................................................................................................18

（二）、调试内容及步骤.............................................................................................19

（三）、系统调试注意事项.........................................................................................21

七、体会与建议.............................................................................................错误！未定义书签。

一、课程设计的目的

课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的 桥梁作用。因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的。

① 通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程方面的基本只是、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

② 通过课程设计，让学生养成严谨科学、严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，达到提高学生基本素质之目的。

③ 通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。

④ 通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好的基础。

二、课程设计的要求

① 根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。

② 要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。③ 要求会查阅有关参考资料和手册等。④ 要求学会选择有关元件和参数。

⑤ 要求学会绘制有关电气系统图和编制元件细节。⑥ 要求学会编写设计说明书。

交直流调速系统课程设计

三、课程设计的任务（十机架连轧分部传动直流调速系统的设计）

（一）、连轧机原理

在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，而连轧则是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法。其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制最终形成一定的断面形状。其轧制原理和过程如图3-1所示。

连续轧制的基本条件是物质流量的不变性，即S1v1=S2v2„=Snvn=常数，这里S1„Sn和v1„vn分别为被轧金属的横断面积和线速度。而连轧机的电气传动则应在保证物质流量恒定的前提下承受咬钢和轧制时的冲击性负载，实现机架的各部分控制和协调控制。每个机架的上下轧锟公用一台电动机实行集中拖动，不同机架采用不同电动机实行部分传动，各机架轧锟之间的速度则按物质流量恒定原理用速度链实现协调控制

物质流量不变的要求应在稳态和过渡过程中都得到满足，因此，必须对过渡过程实践和超调量都提出相应的限制。

连轧机的完整控制包括许多方面，本课题只考虑轧锟拖动的基本控制即调速问题，并以十机架轧机为例，至于张力卷取问题等将不涉及。

（二）、基本参数

考虑到课程设计的实践有限，本课题直接给出各部分电动机的额定参数作为设计条件，不再提及诸如轧制力、轧制转矩、轧锟直径等概念和参数，以便简化设计计算。(1)、电动机参数

以十机架为准，每个机架对应一台电动机，由此形成10个部分，各部分电动机参数集中列表3-1中，其中Pn(kW)为额定功率、Un(V)为额定电压、In（A）

交直流调速系统课程设计

为额定电流、nn[(r/min)]为额定转速、Ra(Ω)为电动机内阻、GD²a(N²m²)为电动机飞轮力矩、P为极对数。Ifn(A)为额定励磁电流。

表3-1 各部分电动机额定参数

机架序号 电动机型号 Pn/Kw Un/V

In/A

na/(r/min)Ra/Ω

Ifn/A

Gda²/N²m

²

P/对 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Z2-92 Z2-91 Z2-82 Z2-81 Z2-72 Z2-71 Z2-62 Z2-61 Z2-52 Z2-51 67 48 35 26 19 14 11 8.5 6 4.2 230 230 230 230 230 230 230 230 230 230 291 209 152 113 82.55 61 47.8 37 26.1 18.25 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 4.98 3.77 2.67 2.765 3.05 2.17 0.956 1.14 1.11 1.045 68.6 58.02 31.36 27.44 11.76 9.8 6.39 5.49 3.92 3.43 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

（三）、设计指标

① 稳态指标：无静差。

② 动态指标：电流超调量﹠i≤5%；启动到额定转速时的转速超调量﹠n≤5%（按退饱和式计算）

（四）设计要求

① 要求以转速、电流双闭环形式作为系统的控制方案。② 要求主电路采用三相全桥整流形式。

③ 要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。④ 要求触发脉冲有故障封锁能力。

⑤ 要求对1号机架拖动系统设置给定积分器，其他机架拖动系统设置给定速度链，以实现速度协调控制。

四、晶闸管整流主电路的设计与选择

（一）、整流变压器的计算与选择

在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流电压与电网电压往往不一致；因此，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干涉，要求它们相互隔离，故通常均要配

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用整流变压器。（1）、整流变压器的电压

整流变压器的一次侧直接与电网相连，当一次侧绕组Y接时，一次侧相电压U1等于电网相电压；当一次侧绕组△接时，一次侧相电压U1等于电网线电压。

整流变压器的二次侧相电压U2与整流电路形式、电动机额定电压Un、晶闸管装置压降、最小控制角αmin及电网电压波动系数∈有关，可按下式近似计算。

U2=KzUn/∈AB 式中，Kz为安全系数，一般取为1.05～1.10左右。

（2）、整流变压器的电流

整流变压器的二次侧相电流I2和一次侧的相电流I1与整流电路的形式、负载性质和电动机额定电流In有关，可别计算如下

I2=K2In I1=K1U2In/U1（3）、整流变压器的容量

整流变压器的二次侧容量S2、一次侧容量S1和平均计算容量S可分别计算如下

S2=m2U2I2 S1=m1U1I1 S=(S1+S2)/2 式中，m1、m2分别为一次侧与二次侧绕组的相数。以上各式中未定系数均列于表4-1中。

表4-1 整流变压器的计算系数（电感负载）

计算系数 单相全孔桥

三相可靠半波

三相全控桥

三相半控桥

A=Udo/U2 B=Ud/Udo K2=I2/In K1=I1/In 0.9 cosα1 1

min

1.17 cosα

min

2.34 cosα

min

2.34(1+cosα

min)/2

0.577 0.472

0.816 0.816

0.816 0.816

（二）、整流元件的计算与选择

正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保护可靠运行的前提下降低

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成本。选择整流元件主要是合理选择它的额定电压Ukn和额定电流（通过平均电流）IT,它们与整流电路形式、负载性质、整流电压及整流电流平均值、控制角α的大小等因素有关。一般按α=0计算，且同一装置中的晶闸管和整流管的额定参数算法相同。

（1）、整流元件的额定电压Ukn 整流元件的额定电压Ukn与元件实际承受的最大峰值电压Um有关，即

Ukn=（2～3）Um

（2）、整流元件的额定电流IT 整流元件的额定电流IT与最大负载电流Im有关，即

IT=(1.5～2.0)KfbIm

式中，Kfb为计算系数，参见表4-2；1.5～2.0为安全系数

表4-2 整流变压器的计算系数（电感负载）计算系数 负载形式 单相桥式 三相半波 三相半控桥 Kfb 电阻负载 0.5 0.374 0.368 Kfb 电感负载 0.45 0.367 0.367

（三）、电抗器的计算与选择

为了提高晶闸管装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性，通过需要在直流侧串联常有空气隙的贴心电抗器，其主要参数为额定电流In和电感量IK.（1）、实际应串入的平波电抗器LK（mH）

LK=max(Lm,L1)-La-2LB 式中max取其中的最大值。

（四）、保护元件的计算与选择

（1）、交流侧阻容过压保护

① 交流侧过压保护电容（单位为uF）的计算公式

C≥2i0%S//U2²

式中 S————整流变压器的平均计算容量，V²A；

i0%—————变压器励磁电流百分数，对于10～560kV²A的三相变压

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器，一般去i0%=4～10.电容C（单位为uF）的交流耐压应大于或等于1.5Uc,Uc是阻容两端正常工作的交流电压有效值。

② 交流侧过压保护电阻的计算公式

R≥(6.9 U2²/S)√￣(uk%/ i0%)式中，uk%为变压器的短路比，对于10～1000kV²A的变压器，对应uk%=5～10。

电阻功率P可在下式范围内选取

（2～3）（2πf）²K1(CR)CU2²＜PR＜（1～2）[（2πf）²K1(CR)+K2]CU2² 式中 R、C——为上述范围内阻容计算值；

f、U——电源频率（Hz）和变压器二次侧相电压（V）； 2～3和1～2——安全系数；

K1——计算系数，对于单相K1=1；对于三相K1=3；

K2——计算系数，对于单相K2=200；对于三相半波：阻容△接法K2=450；阻容Y接法K2=150；对于三相桥式：阻容△接法K2=900；阻容Y接法K2=300。

当CR＜0.2ms时，所选PR值接近于上式只右方； 当CR＞5ms时，所选PR值应接近于上式之左方。

③ 不同接法下阻容的实际取值：见表4-3.表中C和R为前述计算值。

表4-3 变压器和阻容不同接法时电阻和电容的取值

三相二次侧Y三相二次侧△变压器接法 单相

接 接

阻容装置接法 与变压器二次侧并联 Y接 △接 Y接 △接

电容 C C C/3 3C C 电阻 R R 3R R/3 R（2）、交流侧压敏电阻过压保护

① 电路用一只压敏电阻；三相电路用三只压敏电阻，可接成Y形或△形。压敏电阻的额定电阻U1mA

U1mA≥€Um/0.8～0.9 式中 Um————压敏电阻承受的额定电压峰值，V；

€ ————电网电压升高系数，取1.05～1.10； 0.8～.9————系数

② 压敏电阻的通流容量Iy

Iy≥（20～0）I2

③敏电阻的残压（即限压值）Uy

Uy≥KyU1Ma 式中，为残压比，当Iy≤100A时，Ky=1.8～；当Iy≥3kA时，Ky≤3。压敏电阻的残压必须小于整流元件的耐压值。

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（3）、晶闸管元件过压保护

① 限制关断过电压的阻容RC的经验公式

C=(2～4)IT³10

R=10～30 PR=0.45Um/R 式中，C的单位为uF；R的单位为Ω；PR的单位为W。

电容C的交流耐压大于或等于1.5倍的元件承受的最大电压Um。（4）、晶闸管装置的过流保护

① 直流侧快速熔断器

熔体额定电流 IkRz≤1.5In ② 交流侧快速熔断器

熔体额定电流 IkRj≤1.5I2 ③ 晶闸管元件串联快速熔断器

熔体额定电流 Ik≤IkR≤1.57IT 式中IK为晶闸管元件的实际工作电流，单位为A ④ 总电源快速熔断器

熔体额定电流 IkRD≤1.5I1

所有快速熔断器的额定电流均大于熔体额定电流；快速熔断器的额定电压均应大于线路正常工作电压的有效值。

（五）、晶闸管直流调速系统主电路原理图

2-3

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图 4-1

晶闸管直流调速系统主电路原理图

五、晶闸管双闭环直流调速系统的设计与选择 9

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（一）、晶闸管双闭环直流调速系统的原理

图5-1晶闸管双闭环直流调速系统原理框图

晶闸管直流调速装置的主电路采用三相桥式全控整流电路。三相整流变压器(TR)、三相同步变压器(TR)、控制系统主要由给定积分器(GJ)、速度调节器(ASR)、电流调节器(ACR)、触发输入及保护单元(CSR)、触发器(CF)、速度变换器(SB)、电流变换器(LB)等组成。速度调速器的输出作为电流调节器的电流给定电压，电流调节器的输出作为触发装置的移相控制电压，速度调节器和电流调节器采用PI调节器。

主电路采用三相桥式全控整流电路，如图3－8所示。交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380 V交流电源。

(1)为了消除高次谐波的影响，整流变压器采用△／Y接法。

(2)主电路设有过电压保护和过电流保护。交直流侧过电压保护采用阻容过电压吸收器和氧化锌压敏电阻。晶闸管元件换相过电压保护采用阻容过电压吸收器。过电流保护有快速熔断

器、电子过电流保护以及过电流继电器。电动机励磁回路设有过电压保护(压敏电阻)和失磁保护(欠电流继电器)。

(3)为了使电动机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器L。

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（二）、给定积分器单元(GJ)电路电路设计及分析

给定积分器的作用是把阶跃或快速给定的输入电压变换成具有一定斜率以时间为函数的线性电压输出，它的输出代表电动机的给定速度，该输出量作为速度调节器(ASR)的给定信号。给定积分器电路如图3—9所示。由图可知给定积分器主要由三个集成放大器A1，A2，A3组成的电平检测器(比较器)、积分器和倒相器

图5-2 给定积分器电路图

组成。A1组成的电平检测器(比较器)接受输入给定信号量并与A3倒相器输出电压反馈信号进行比较。A2组成的积分器，其积分时间常数取决于电阻R 13和R 14并联值与电容C1的乘积，积分器将输入电压信号变换为以时间为函数的线性电压。A3为倒相器，将A2的输出信号反相。A3的输出信号还通过电阻R8负反馈至A1输入端，当R8=R3=30 kΩ时，使A2和A3的输出稳态绝对值与Al输人给定电压相等。输入电压与A2输出电压(即○12端输出电压)同相，而与A3输出电压(○16端输出电压)反相。

积分器输出电压斜率

duU1

dtRC1式中U1－A1电平检测器输出电压限幅值；

－电位器RP5与电阻R10串联后输出的分压系数；

R－R13与R14并联后的阻值。

可见，调整，U1，R13，R14，C1便可调整输出电压斜率。A1比较器的

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正向负向输出电压限幅采用三极管反馈限幅方式。调整电位器RP3，RP4可分别调整A1比较器输出电压的正向和负向输出电压的限幅值U1。调整电阻R13，R14，C1可粗调积分时间常数。调整电位器RP5阻值可调移相触发角。

（三）、速度调节器单元(ASR)及电路设计及分析

图5-3速度调节器单元(ASR)电路图

速度调节器单元的电路如图3—10所示。速度调节器单元包括由Al组成的电平检测器(比较器)和集成放大器A2组成的速度调节器两个部分。电平检测器(比较器)是由集成运算放大器A1加正反馈(R 14)而形成。它具有继电回环特性，有一定的回环宽度，用以鉴别有无速度给定。当速度给定信号小于10．21V时，由于A1从电位器RP2获得正向偏压，所以A1输出正向最大电压，该输出电压通过二极管VDl加到A2速度调节器，使A2速度调节器迅速输出负向限幅电压，使电流调节器输出一个推β信号，使晶闸管变流器触发脉冲处于βmin，使系统处于可靠的停机状态。当○14(○16)端速度给定信号大于

∣0.2∣V时，A1电平检测器(比较器)迅速翻转，输出为负，由于二极管VDl的阻挡作用，便不再有正向偏压加至此速度调节器，解除封锁使A2速度调节器迅速退出负向饱和，并开始按速度偏差信号进行PI调节。速度调节器输出正向电压限幅采用三极管反馈限幅方式，调节电位器RP3用来改变正向电压限幅值。调节器输出负向电压限幅采用二极管反馈限幅方式，负向电压限幅值固定为－2 V。

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（四）、电流调节器单元(ACR)及电路设计及分析

电流调节器单元电路如图3—11所示。电流调节器单元包括VDl～VD6所组成的电流检测变换电路和集成放大器A组成的电流调节器两个部分。

图5-4 电流调节器单元(ACR)电路图

二极管VDl～VD6三相整流桥接受来自二次侧额定电流为0．1 A的电流互感器的信号，并变换成直流电压，作为电流负反馈电压输出，电流负反馈电压的大小可调节电位器RPl。电流调节器由⑤端接入速度调节器的输出信号，其输出端接触发输入单元。电流调节器输出正向、负向电压限幅采用二极管反馈限幅方式。

（五）、速度变换器（SB）及电路设计及分析

速度变换器将直流测速发电机电压经分压后向速度调节器提供转速反馈信号，同时还提供转速指示仪表所需的信号、超速保护信号。速度变换器电路如图3—12所示。直流测速发电机的电压从③和○11端输入。输入信号经电阻R1～R4降压后，从○12端(输出I)和④端(输出Ⅱ)分别可输出相反极性的转速反馈电压，交直流调速系统课程设计

该转速反馈电压的大小可分别调节电位器RPl，RP2，具体可根据控制系统要求的转速反馈电压极性进行选择。另外，经二极管VDl～VD4整流后，从⑥端(输出U)输出恒正电压，从⑤端(输出Ⅵ)输出恒负电压。

超速保护电路是由集成放大器A组成的电平检测器和小晶闸管VT组成带有记忆功能的电平检测器电路。转速反馈电压经二极管VD11，VDl2整流变成正绝对值转速反馈电压，送电平检测器输入端，与偏置电压进行比较。正常时转速反馈电压小于电位器RP4

图5-5 速度变换器（SB）电路图

上的取出偏置值，比较器输出负向电压，小晶闸管VT关断，输出Ⅲ为“1”高电平。当转速反馈电压大于电位器RP上的取出偏置值，则比较器输出正向电压，小晶闸管VT导通，输出Ⅲ为低电平，并自保发出超速信号送电源及事故综合单元。由于晶闸管VT一旦导通，即使触发信号消失，它仍能保持导通状态，起到事故记忆作用，因此在事故处理之后，需按复位按钮进行复位。

（六）、触发输入及保护单元及电路设计及分析

触发输入及保护单元电路如图3—13所示。

本单元包括过电流保护和触发输入两个部分。

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1)过电流保护电路。过电流保护电路由晶体管V1和小晶闸管VT及有关电

20端输入，它与从电位器RPl取出的阻、电容组成。过电流信号电压(负值)Ufi从○偏置电压Ul

进行比较。系统正常工作状态时, 过电流反馈电压Ufi状态，V1饱和导通，小晶闸管，VT处于阻断状态，通过电阻R10，为V2提供饱和基极电流使其饱和导通；当系统过电流事故状态时，过电流反馈电压UfiR1R2U1，VDl处于导通状态，原R5R1R2U1，VDl处于阻断R5来通过R6注入Vl基极的电流转移到VDl使Vl截止，正电源通过R7。VS1为晶闸管VT提供触发电流，晶闸管VT导通，由于R10，R11的分压作用使V2截止，正电源过R12、R13、VD5给触发输入电路输入一个推β信号，将触发脉冲推至最小逆变角βmin并保持，使晶闸管装置处于最大逆变电压下工作，迫使主电路电流下降以免事故扩大。由于晶闸管VT一旦导通，即使触发信号消失，它仍能保持导通状态并起到事故记忆作用，因此在事故处理后需按复位按钮进行复位。使晶闸管VT关断，解除记忆。调整RP1可调整过电流动作整定值。

2)触发输入电路。触发输入电路用于电流调节器和触发脉冲电路之间作电

图3－14 触发输入电路输入与输出关系

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位配合用，它将来自电流调节器输出的正负信号电压变换为正输出信号电压。以适应触发电路的移

相信号电压的要求。3号端的输入电压接电流调节器输出电压UK，13号端输出电压接触发电路移相控制电压UC端。本电路稳态时输入与输出关系如图3—14所示。

从电流调节器来的输出电压UK由3号端输入，它与电位器RP2上取得的电压U2进行叠加，在V3的基极A点得到的电位为：

UAR16UKR15U2R15R16

若R15=R16，则UA=(U2+UK)/2 ,当UN‹UA‹ＵＭ时，V3，V4，V5工作在线性放大区，若忽略三极管射基极和二极管正向压降，可得：

U13U5bU3b(U2UK)/2

由上式可知。当③端输入电压UK=0，调节电位器RP2上的偏移电压U2．可改变触发输入单元输出电压U13，即可改变系统的触发脉冲的初始相位角，使其处于90°值或所需值，具体可根据系统的控制要求而定。

本电路设有U13min(min)和U13max(min)限制。

当③端输入控制电压UK负向增大时，V3饱和导通，VD 8截止，正电压通过R18为V4的基极提供饱和基极电流，V4饱和导通，Uce≈0，U4c=UN==UA，所以U13=UA= UN。因此即使输入电压UK负向电压继续增加，U13端输出电压不变，U13min=U4c，输出电压U13min对应于触发电路控制角min。调电位器RP3，可调U13min的值。

当③端输入电压UK正向电压增加时，UA，U4c亦随之上升，当UA，U4c>UM时，VD9导通，U13max，即使U3(正向电压)继续增大，使UA随之上升。而U13却保持UM不变，即U13=UM。输出电压U13max对应于触发电路控制min。调整电位器RP4，可改变U13的值,即min的角度。

3）触发脉冲单元。触发脉冲单元采用串联控制的锯齿波同步触发电路。该触发电路由同步、锯齿波形成与移相、脉冲形成与整形、双脉冲形成和放大等环节组成。参见电力电子技术教材相关章节。

4）电源及故障综合单元(G2)电源及故障综合单元用以供给触发装置+24 v电源及综合±15 V低电压、过流超速等的故障信号。电源及故障综合单元电路如图3—15所示。

三相交流22 V电源经VD01～VD06整流，电容C01，C02滤波输出+24V，供触发装置。过电流、超速信号电压经④与⑤端输入，正常时输入均为“1”，三极管V2导通，继电器K吸合。当发生过电流或超速时，④端或⑤端出现“0”(小于l V)。光电二极管亮指示出事故种类，V2截止，继电器K释放发出事故信号。±15 V电源接②端和21端，交直流调速系统课程设计

正常时V3导通，V3集电极电位小于零电位，不影响V1，V2状态。当±15 v电源中任

一个电压过低时，V3关断使V1导通，V2截止，继电器K释放发出事故信号。

图5-7 电源及故障综合单元(G2)

（七）、直流调速系统整体分析

下面结合整个系统对不可逆直流调速系统停车、正向起动、减速各种运行工作过程进行分析。

(1)停车状态。电动机停车时，开关S打开，给定电压U*n=0，速度调节器单元中Al速度给定比较器输出一个大于+8 V的推β信号电压，使速度调节器输出电压为负向限幅值－U*im，电流调节器输出电压为正向限幅值Ucm，通过触发输入单元CSR、触发器CF，使晶闸管变流器控制角处于最小逆变角min，电动机处于停车状态。

(2)电动机正向起动运行。当开关S闭合，给出负的正向速度给定电压(U*n‹0)，当速度给定电压U*n>∣0．2 ∣V时A1速度给定比较器迅速翻转，输出为负电压，使速度调节器迅速退出负限幅值－U*im并开始按速度偏差信号进行P，I调节。经积分给定器使给出负的给定电压变成线性变化的负的给定电压U*n。速度调节器的输入偏差

△Un=U*n－Un其极性为负。由于转速反馈电压Un受机械惯性影响，增加较慢，所以速度调节器的输出U*i为正的限幅值。该输出电压U*i是电流调节器的电流给定电压，电流调节器输入电压△Ui=U*i－Ui，极性为正，因而电流调节器的输出电压Uc为负。经过触发输入单元CSR，触发器CF使晶闸管变流器的控制角从min向前移动，使<90°，晶闸管变流器工作于整流状态，电动机正向起动。以后起动过程和前面所述的速度电流双闭环调速系统起动过程一样，不再重复。稳态运行时，速度反馈电压Un等于速度给定电压U*n，速度调节器的输出电压U*i与负载电流反馈电压Ui相等。

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(3)减速(或停车)。正向减速时速度给定值减小，极性不变仍为负给定电压，而电

动机转速来不及改变，所以速度调节器的输入端偏差△Un=U*n－Un为正，速度调节器ASR的输出U*i为负的限幅值，使电流调节器的输出电压Uc为正，经过触发输入单元CSR，触发器CF使晶闸管变流器的控制角从<90°，迅速后移至min，主回路电流经本桥逆变后很快衰减到零。对于不可逆系统由于晶闸管变流器只能提供一个方向的电流，电动机只在负载阻力矩作用下减速，直至电动机转速降至接近新的给定值时。由于速度微分反馈的提前作用，使速度给定值U*n重新大于速度反馈值Un，速度调节器输出开始退出负的限幅值，电流调节器输出从正的最大值向负电压变化，触发器CF的触发脉冲从min开始前移，电流环和速度环相继投入闭环工作，晶闸管变流器控制角<90°，工作在整流状态，电动机在新的给定值下运行。

当正向停车时速度给定电压U*n=0(<∣0.2∣V时)，速度调节器单元中A1速度给定比较器输出一个大于+8 V的推β信号电压，使速度调节器输出为负向限幅值－U*im，电流调节器输出为正向限幅值+Ucm，使晶闸管变流器控制角迅速后移到min，电动机在阻力矩作用下减速至停车。

六、晶闸管转速电流双闭环直流调速系统调试

（一）、线路原理

双闭环调速系统的电流和转速分别由两个调节器进行调节，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，这样就可抑制电网电压扰动对转速的影响。

系统工作时，应首先给电动机加额定励磁电压，改变给定电压U*n，即可方便地调节电动机的转速。ASR、ACR均设有限幅电路，速度调节器ASR的输出U*i作为电流调节器ACR的给定，利用ASR的限幅达到限制起动电流的目的，ACR的输出作为移相触发器的控制电压Uc，利用ACR的限幅达到限制αmin的目的。

当加入给定电压U*n起动时，ASR饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动。直到电动机转速达到给定转速(即U*n=Un)并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的相应数值上。

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图6-1 晶闸管转速电流双闭环直流调速系统实验电路原理框图

（二）、调试内容及步骤

1．双闭环调速系统调试的基本原则‘

(1)先部件，后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。

(2)先开环，后闭环。即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈时组成闭环系统。

(3)先内环，后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后调转速外环。2．单元部件参数整定和调试

(1）晶闸管触发整流电路的检查和调整：用双踪示波器观察六个触发单元的锯齿波，要求波形正常、对称，触发用双脉冲相位差应接近60°，利用总偏电位器调节偏置电压，使控制电压Uc=0时，触发角α=90°

(2).ASR输出限幅值整定：ASR按比例积分调节器接线，将Un*接到ASR的输当输入Un*为正而且增加时，调节ASR负限幅电位器，使ASR输出为限幅值Uim，其值一般取为-6～-8V。

ACR输出限幅值整定：整定ACR限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR按比例积分调节器接线，将U*n接到ACR的输入端，用ACR的输出Uc去控制触发移相GT，当输入U*n为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角移至min为15°～30°的电压即为ACR限幅值Ucm，可通过ACR正限幅电位器锁定。

3． 电流环调试(电动机不加励磁并堵转)

(1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。

整定时ASR、ACR均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压U*n作为Uc接到移相触发器GT 以调节控制角，此时应将电动机主回路中串联的变阻器RM放在最大值处，以限制电枢电流。缓慢增加U*n，使≥30°，然后逐步减小主回路中串联的变阻器RM的阻值，直至电流Id=(1.1～1.2)IN，再调整电流变送器FBC 中的电流反馈电位器，使电流反馈电压Ui近似等于已经整定好的ASR输出限幅值Uim，并由此判断Ui的极性。继续减

(3)

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小主回路中串联变阻器RM的阻值，使电流Id=1.5IN，调整FBC中的过电流保护电位器，使过电流保护动作，并加以锁定。

(2)系统限流性能的检查和电流反馈系数β的测定。

将电流调节器ACR接成PI调节器，其参数参考值为Ri=20～40k，Ci=0.47～4.7μF，然后接入控制回路。将电流负反馈信号Ui接入ACR组成电流闭环。通过给定器G直接给ACR加上给定电压，并使U*n=Uim。观察主回路电流是否Id≤(1．1～1．2)IN，若出现Id>(1．1～1．2)IN，则说明原先整定的电流反馈电压Ui偏小。导致Ui偏小的原因是ACR给定回路及反馈回路的输入电阻有差值。必须重新调整电流变送器FBC中的电流反馈电位器，使Ui增加，直至满足要求为止。若当Un=U*im时，主回路电流Id≤(1．1～1．2)IN，则可继续减小串联变阻器RM的阻值，直至全部切除，Id应增加有限，小于过流保护值，这说明系统已经具有限流保护效果。在此基础上测定U i值，并计算出电流反馈系数β。

(3)电流环动态特性的调试。

在电流环的给定电压Ui=(50％～70％)U*im情况下，改变主回路串联变阻器RM的阻值，使Id=(50％～70％)IN，然后突减或突加给定电压U*n，观察并用慢扫示波器记录电流波形Id= f(t)。在下列情况下再突加给定，观察电流波形，研究给定值和调节器参数对电流环动态特性的影响。

①减小电流给定值；

②改变ACR反馈回路电容；

③改变ACR的比例放大系数((调节器积分时间常数不变)。

4． 速度环调试(电动机加额定励磁)。

（1）ACR接成PI调节器并接入系统，ASR按P调节器接入，速度反馈开环，U*n作为ACR 输入给定，逐渐加正给定U*n，当转速n＝nN时，调FBS上的速度反馈电位器，使速度反馈电压Un为最大。

（2）速度反馈极性判断。加U*n使电机旋转，然后接入速度反馈，使系统双闭环。如转速升高则极性有误，如果转速下降则极性正确。按负反馈要求将速度反馈信号Un接入ASR的输入端。

5．系统特性测试

将ASR、ACR均以PI调节器接入系统，形成双闭环不可逆系统，负载电阻Rfz起始置于最大，开关SL合上。

（1）系统静态特性测试。（2）系统动态特性的观察

用双踪慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下(速度调节器的增益、速度调节器的积分电容、电流调节器的增益、电流调节器的积分电容、速度反馈的滤波电容、电流反馈的滤波电容)，用记忆示波器观察、记录下列动态波形。

①突加给定电压时电动机电枢电流波形和转速波形。②突减给定电压时电动机电枢电流波形和转速波形。

③突加负载(即空载时闭合SL加额定负载)时电动机电枢电流波形和转速波形。④突减负载(即突然打开SL)时电动机电枢电流波形和转速波形。

改变下列参数，重做上述实验：

①改变给定电压大小。

②改变ASR反馈回路电容值。

③改变ASR比例放大倍数(积分时间常数尽量不变)。

由此可分析给定值和调节器参数对转速环动态性能的影响，确定调节器的最佳参数选择和

交直流调速系统课程设计

动态性能指标。

（三）、系统调试注意事项

1．双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短接的，故在使用时必须使两个探头的地线同电位(只用一根地线即可)，以免造成短路事故。

2．系统开环运行时，不能采用突加给定电压的方法起动电动机，必须逐渐增加给定电压，以免产生过大的电流冲击。

3．调试电流环时，不要让电动机在大电流下堵转时间太长，以免电动机因过度发热而损坏。

第五篇：PLC控制技术

关于PLC控制技术一体化教学方法的探索

摘要：通过对PLC控制技术一体化教学方法的探索，以学生在学习过程中的具体作品为例，阐述了在职业中学PLC控制技术课程教学中运用理论实习操作一体化教学方法的可行性。

关键词：PLC控制技术；一体化教学方法；探索

现行的职业中学课堂教学，大多数专业还是把理论教学和实习操作分开进行，而这种做法对于机电专业来讲，专业教师不好教，学生无心学。为扭转这一被动局面，我在PLC控制技术教学过程中运用了理论与实习操作一体化的教学方法，收到了较好的教学效果。

传统职中教学方法存在的主要问题及原因

其一为“填鸭式”教学。职中学生文化知识基础普遍较差，学习缺乏想象力，要掌握PLC控制技术所遇到的困难是可想而知的。“填鸭式”教学从头讲到尾，照搬书本；即使使用多媒体教学，也只是把原先写在黑板上的内容搬上了屏幕，教学手段虽有变化，但教学内容和效果并没有本质变化。

其二为理论与实习操作分离，不重视专业训练。上理论课时，学生对教师讲授的知识只是死记硬背，学生普遍感到似懂非懂、难学易忘；对于专业实习操作课，学生虽感兴趣，但专业技术理论知识已遗忘甚多，往往只限于模仿性的操作训练，而无法触类旁通，自然也就无法形成系统的操作技能。由于理论和实习操作相脱节，学生对机电专业的学习兴趣得不到激发，学习积极性难以调动，学习专业技术的方法和能力很难得到有效培养。

其三为理论课教学安排时间跨度大，学生对理论的认识是断续、分散的，整体认识不清楚、理解不透彻，学习难度加大。

其四为专业技术理论教学和实习操作教学分段实施，理论教师与实习操作指导教师各负其责，造成了相互脱节，在教学目标、教学内容和教学方法等方面难以形成有机结合。教学过程中往往出现“各自为战”和“相互推诿”的现象，专业教材之间的内在联系得不到协调，教学内容没办法合理统筹。以专业理论为中心的传统教学模式，容易产生偏重理论教学而轻实习操作的不良倾向，教师很难完成机电专业PLC控制技术编程的教学任务，也不能满足学生学习的需要。

理论与实习操作一体化教学的具体做法

针对职业中学传统教学模式存在的实际问题，我在机电专业PLC控制技术教学过程中进行了“理论与实习操作一体化”教学探索。具体做法是：

第一，以国家中等职业教育规划教材为蓝本，在机电专业教学大纲的指导下，将机电专业的PLC控制技术教材根据学校具体的实习实训仪器设备情况，划分为电工基础，电力拖动引入，可编程控制器的认识，“启、停、反”的可编程控制的认识训练，PLC控制技术的逻辑编程技术等五个部分，把电工基础知识融入到电力拖动技术中，电力拖动技术为可编程控制服务，遵循这样的教学思路来安排教学内容。让学生多次训练“启、停、反”的直接控制，甚至教师可以有意识让学生接错一条控制线，以引起学生的注意，最后让学生自己来修改，通过修改过程引入PLC控制技术的可编程控制，让学生进行对比，再多次训练“启、停、反”的逻辑控制程序，使学生在操作过程中认识可编程控制的优点，从而实现由直接控制向逻辑控制的过渡。学生的主要学习场所就在实训室，各阶段的教学内容是实训穿插相关理论，讲完相关理论后，学生可以马上根据教师所讲进行“模拟”训练，以达到强化理论的效果。另外，在教学过程中，大量运用实物、教具、多媒体等手段，达到理论与实习操作相结合的一体化教学，从而实现理论指导实践，实践检验理论的目的。

第二，针对职中机电专业学生知识基础较差的特点，在教学过程中，尽量利用实际简单电路进行直观演示，将电机用实物模型展现在学生面前，以激发学生的学习兴趣，缩短认识过程。同时，在教师指导下，学生动手按电力拖动的要求接线，实现对电动机的直接控制，将书本理论与实践相结合，促进理解，加深记忆，学习效率得到明显提高。

第三，在理论实习操作一体化教学中，不要求学生掌握繁琐的理论，学生通过电力拖动的实习操作很快就能建立一个清晰、直观的概念，大大提高了教学效率。教师讲授时可从电力拖动知识需要引入课题，明确电动机启动的工作条件，使学生很快理解电动机的正转与反转，还可以用多媒体和实物进行演示，在学生进一步理解控制和被控制之间的关系后，学生在教师指导下立刻进行动手操作，从而加深认识。这样，相对所需课时缩短了，可安排学生进行实习操作练习，进一步加强学生的动手能力培养。

第四，职中机电专业PLC控制技术教学运用理论实习操作一体化教学方法，对教师的教学水平提出了更高、更新的要求。它要求专业教师除了必须具备相关专业系统的理论知识外，还必须具备高级电工维修技能以上的操作水平，才能在授课过程中进行规范、准确的操作演示和指导学生进行实习操作。

PLC控制技术教学实行理论实习操作一体化的案例

教学单元为五人抢答器的程序编写（共8学时，每次课2学时）。

（一）教学目标

知识目标：掌握PLC控制技术的基本程序编写方法（先用梯形图，然后用指令表）。能力目标：初步具有能实现可编程控制的逻辑编程能力。

（二）教学流程

提出要解决的问题以一次知识抢答活动为例，请你用PLC可编程控制器编写一个五人抢答器的程序，并调试模拟运行。要求：在主持人宣布开始以后才可以抢答，20秒以后，还没有任何一组抢答，则自动停止本题的抢答；任何一个人抢到以后，其他选手不能再抢（有锁定功能）；一次抢答完成以后，主持人要复位，再准备进行下一次抢答。任务给出以后，教师引导学生。不能理解题意、甚至无法动手操作的学生，可以听教师讲解、指导；能理解题意、有一定思路的学生可以动手完成。这样，每位学生都有事可做，教学气氛活跃了很多。

自主探究学生完成教师给出的任务后交指导教师点评，教师指出学生编写的程序哪些地方需要修改，为什么要修改等等。要求学生从实际出发，思考符合实际工程要求的、逻辑思路清晰的程序。

利用实物演示编程效果把学生所编写的程序通过接口电路引到学生自己焊接的抢答器模拟电路板上，由5位学生进行现场模拟抢答，看看还有哪些没有考虑到，还要做哪些相应的修改。例如，有学生提到：第一个人抢到以后应有声音，要增加扬声器的控制输出端；抢到的组号还应有闪烁等。这样，学生的学习兴趣和积极性被激发出来，相关的理论知识也得到了补充。学生不仅学会了PLC控制技术的逻辑编程，还自然学习了电子技术的相关知识，使理论与操作达到了完美结合。

讨论教师和几位学生组成“专家组”，对每一位学生的作业进行点评，然后学生共同讨论，对每一题评出“编程之星”，学期末可根据“编程之星”的获得次数评定平时成绩。

作业要求学生把抢答器程序编写的逻辑思维“移植”到对交通灯、自动售货机等的控制上，这样更加有效地激发了学生的学习积极性，在自习课、活动课时间，有的学生也自觉到实训室进行编程练习，真正实现了“要我学”到“我要学”的转变。

（三）教学效果

通过理论与实习操作一体化教学模式的具体运用，原来在职中没法完成的功能指令部分的教学也收到了很好的教学效果。当学生看到简单的逻辑编程实现了复杂的功能以后，对功能指令产生了强烈的学习兴趣，对他们继续学习专业课起到了很好的激励作用。

理论实习操作一体化教学的启示和体会

几年来，理论实习操作一体化教学的探索在实践中取得了良好的效果，学生看得见、摸得着，生动而不呆板，既容易理解，又记得牢固。在实践中我有如下几点体会：（1）理论实习操作一体化教学方法可以使技能操作训练与相关专业理论紧密衔接，实现了理论与实践密切结合、理性认识与感性认识同步提高。（2）职中机电专业理论教学和操作训练的有机结合，使学生有较多机会将专业理论知识与实际反复对照理解。由于这种教学方法运用了感知记忆、理解记忆、运动记忆等记忆方法，所以学生容易在大脑中较快地形成总体结构的全方位表象，技能形成较快。（3）理论学习与技能训练反复交叉进行，内容不断更新，学生有新鲜感。理论指导下的技能训练，使学生感觉学到了实在的本领，自信心增强，技能形成进程加快。（4）理论实习操作一体化教学方法增加了师生的直接接触，教师能比较直观地了解学生掌握专业知识和操作能力的程度，有利于切合实际地对学生加以指导，因材施教，满足不同层次学生的需求。

参考文献：

[1]郑凤翼，等.图解PLC控制系统梯形图和语句表[M].北京：人民邮电出版社，2006.[2]田明，等.触摸式可编程终端[M].北京：机械工业出版社，2006.[3]高勤.电器及PLC控制技术[M].北京：高等教育出版社，2002.