电气自动化微波干燥机测控系统文献综述

第一篇：电气自动化微波干燥机测控系统文献综述

河北科技师范学院2013届本科毕业设计

微波干燥机测控系统的现状与发展

（姓名）***

河北科技师范学院 机电工程学院 电气工程及其自动化 **班

（指导老师）***

摘 要：本文阐述了微波干燥的工作原理及特点，介绍了国内外现状及发展趋势，并对目前的集中微波干燥控制方案进行了对比。测控系统是干燥机的中枢，其性能对被干燥产品的质量及公司效益有较大影响。因此，本设计是一个基于单片机的智能化测控系统，从而使得干燥的能耗低、效率高、操作方便、参数控制精度高，保证物料品质，提高物料干燥过程的自动化和智能化水平。

关键词：微波干燥机；现状及发展；单片机；测控系统 [1]

引言

目前，越来越多的农产品需要长期储存，干燥的基本目标是保持干燥过程稳定的前提下，以最低的干燥成本和能耗得到物料最优的烘干品质。

传统的热风加热方式使干燥机热效率比较低，干燥成本高。微波以其独特的加热方式，提高了热能利用率，降低了生产成本，因此微波干燥机被广泛应用于物料干燥中。但不同的物料吸收微波性能和传热传质特性不同以及热敏性能不同，对干燥过程的温度、湿度和干燥时间的控制提出了严格的要求，尤其是变温、间隙式等节能高效干燥方式，对干燥过程参数的控制提出了更高的要求。

测控系统是干燥机的中枢[2]，它具有对工作台、传送带、鼓风机等元件以及对温度、湿度等参量的测控功能，其性能对被干燥产品的质量及公司效益有较大影响。

因此，针对农副产品的干燥要求，并基于现有的一种微波连续干燥机，很有必要设计一个智能化测控系统，使得干燥的能耗低，效率高，操作方便，参数控制精度高，保证物料品质，提高物料干燥过程的自动化和智能化水平。微波干燥机的基本原理及特点

1.1 微波干燥原理

微波是一种波长极短的电磁波，波长在1mm到1m之间，其相应频率在300GHz至300MHz之间。微波加热技术是利用电磁波把能量传播到被加热物体的内部，加热达到生产所需求的一种新技术。为了不干扰雷达和通信设备的正常工作，医用、工业加热和烹调用磁控管的工作频率通常为915±25兆赫及2450±50兆赫[3]。

微波干燥依赖于微波加热[4]。微波的加热机理完全不同于传统的加热方法（传导、对流、辐射）。当微波照射到含水物料时，由于水分子是极性分子，极性分子排列从杂乱无章非极性状态变成有序排列。当外电场方向反复变动时，极性分子相应随之反复转换，频繁地摆动，在摆动过程中，造成分子间类似摩擦作用而产生大量热量，物料的温度也随之升高。微波加热就是利用介电损耗原理将微波能转化成为物料加热所需要的热能，物料吸收热量与其物料电介质的损耗因子成正比。由于水（或其它溶剂）的电介质损耗因子比其他物质大得多，所以水（或其它溶剂）分子优先吸收微波能，水分子由物料内部向表面移动，继续吸收微波能，水分变成水蒸汽而被排走，从而迅速完成干燥的目的。

1.2 微波干燥设备的特点

（1）均匀快速，这是微波干燥的主要特点。由于微波具有较大的穿透能力，加热时可使介质内部直接产生热量。

（2）具有选择性，微波加热与物质的本身性质有关、在一定频率的微波场中，水由于其介质损耗比其它物料大，故水分比其它干物料的吸热量大得多；同时由于微波加热是表里同时进行，内部水份可以很快地被加热并直接蒸发出来，这样陶瓷坯体可以在很短的时间内经加热而脱模。

（3）热效率高、反应灵敏，由于热量直接来自于干燥物料内部，热量在周围介质中的损耗极少，加上微波加热腔本身不吸热，不吸收微波，全部发射作用于物料，热效率高。

1.3 微波连续干燥机的结构与工作原理

微波连续干燥机由进料斗、干燥腔（微波发生器、波装导置）、输送装置、仪表控制柜、控制系统和机架等组成。5个干燥腔串联在一起，每个干燥腔内均安装有3个微波磁控管和驻波管，物料输送带由变频电机驱动穿过相互串联的5 个微波干燥腔。在每个干燥腔上安装1个红外温度传感器、1个湿度传感器和1个排湿风机。在进料口和排料口各安装1个水分传感器。仪表控制柜上安装有物料表面温度显示仪、空气温湿度显示仪、风机控制开关、水分显示仪、变频调速显示仪、电源开关、磁控管功率调节开关、磁控管工作时间调节开关、输送带电机开关。各显示仪分别与相应的传感器连接[5]。

工作时，物料从进料口落到物料输送带上，物料输送带在电机的驱动下，穿过相互

串联的微波干燥腔，在每个干燥腔内物料受到微波加热作用，温度升高，同时物料中的水分向外蒸发，在排湿风机的作用下，干燥腔内的水蒸气不断被排到腔外，被干燥后的物料从出料口排出。在干燥过程中，湿度传感器和温度传感器不断采集各个干燥腔内的湿度和物料温度，水分传感器采集物料的水分含量，将这些信息输送到控制系统，从而控制磁控管的输出功率、排湿风速和物料输送带的运行速度，调节干燥腔的温度和湿度以及干燥时间，保证物料干燥品质和干燥效率。控制系统能根据物料在干燥过程中温度、湿度和物料含水率的变化，不断优化控制参数，自动调节系统参数，实现干燥工艺参数的动态优化。国内外研究现状

早在上世纪80年代[6]，美国、加拿大、英国和德国就开始研究微波真空干燥技术，主要集中在美国的威斯康辛大学、加利福尼亚大学，加拿大的British Columbia大学，德国的Karlsruhe大学，英国的Queen’s University，希腊的国立科技大学，法国的Albi研究所等[7]。研究的内容涉及微波真空干燥机理、传热传质、微波真空干燥模拟、微波真空干燥能耗与工艺以及各种不同类型物料（香蕉，萝卜片，土豆，浆果等）的微波真空干燥操作等。

30年来，中国的许多干燥技术已得到了工业化应用[8]，主要有喷雾干燥、流态化干燥(普通流化床,振动流化床,内加热流化床,流化床喷雾造粒干燥)、蒸汽回转干燥、气流干燥、回转圆筒干燥、旋转快速干燥、圆盘干燥、带式干燥、双锥回转真空干燥、桨叶式干燥、冷冻干燥、微波及远红外干燥、粮食干燥等。常规干燥设备基本可以满足生产需要，有部分机型已达到国际当代水平并出口到国外[9]。

干燥单元的重要性不仅在于它对产品生产过程的效率和总能耗有较大的影响，还在于它往往是生产过程的最后工序，操作的好坏直接影响产品质量，从而影响市场竞争力和经济效益。我国有许多产品，就纯度而言已经达到甚至超过国外产品，只是因为干燥技术不如国外，堆积密度、粒度、色泽等物性指标上不去，在国际市场竞争中处于劣势，有的售价仅为国外同类产品的三分之一。目前我国某些大型石化干燥装备还依赖进口。椐估计，我国生产的干燥设备种类仅为国外的30%～40%。由此可见，我国干燥技术研究仍然是任重而道远。国内外微波干燥机的发展趋势

微波干燥总的发展趋势是改革创新、节能降耗、降低成本、提高其经济性[10]。干燥技术随着有关产业的发展有较大进展，干燥技术涉及不同类型产品的品质、形

状、干燥前后的物态。干燥设备的能耗在工业发达国家超过其能耗总量的10%，因此，降低干燥设备能耗是涉及面广的长远课题。目前,工业生产对干燥技术的需求剧增，这就促进了干燥设备的发展，尤其是机电一体化、制造加工标准化、提高调控水平等成了干燥设备研究发展的方向。近期内干燥技术要有突破性进展还相当困难，一般是趋于技术革新。目前，在世界范围内干燥设备的主要研究方向是有效利用能源、提高产品质量与产量、减少环境污染、安全操作、易于控制和一机多用等。具体研究课题为[11]：

(1)在直接式干燥器中使用过热蒸汽作为干燥介质。

(2)大量使用间接加热方式。

(3)采用组合式传热方式(对流、传导与介电或热辐射的组合)。

(4)采用容积式加热(微波或高频场)。

(5)组合使用不同类型干燥器。

(6)采用间断传热方式[12]。

(7)运用新型或更为有效的供热方法(如脉冲燃烧、感应加热等)。

(8)运用新型气固接触技术(如二维喷动床、旋转喷动床等)。

(9)应用计算机辅助设计,设计灵活的、多用途的干燥器[13]。

(10)使用模糊逻辑、神经网、专家系统等实现干燥过程的控制。方案对比

4.1 基于工控机 工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，其最大的优势是便于管理，而且机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力[14]。

尽管工控机具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常明显的：数据处理能力差，价格较高，具体如下：（1）配置硬盘容量小；（2）数据安全性低；（3）存储选择性小。

4.2 基于PLC

PLC是英文Programmable Logic Controller的简称，翻译过来就是可编程逻辑控制器。PLC是一种数字运算操作的电子系统，广泛应用于工业控制。它采用可以编制程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等一系列操作的指令，而且还能以数字或模拟的方式输入和输出，控制各类的机械或生产过程[15]。

PLC更注重于工业应用，其最大的特点就是可靠性高，抗干扰能力强，便于维护，但是执行速度慢，投资成本高。

4.3 基于单片机

单片机是指集成在一块芯片上的完整的计算机系统[16]。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上[17]。单片机技术含量高，工作量很大的，对于抗干扰、模块化要求低，但是单片机编写的程序更合理，使用灵活，成本低廉，性价比高，应用更广泛。

4.4 方案选择

根据以上方案的具体分析，从工程的角度，对基于PLC、工控机以及单片机测控系统方案进行选择：

（1）工控机虽然便于管理，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力，但是其劣势也是非常明显的：数据处理能力差，成本较高。

（2）对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，但成本较高。

（3）对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行[18]。

综上所述，基于微波干燥测控系统的改革创新、节能降耗、降低成本、提高其经济性的发展趋势，在保证生产规范化的前提下,为提高产品质量,降低成本,满足需要,保证安全生产，本设计最终选择性价比高、使用灵活、应用广泛的单片机测控系统的方案。5 总结

随着计算机技术的迅速发展,将微型计算机技术引入测控系统中[19],不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题,而且还能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性[20],显著增强测控系统的自动化、智能化程度。这就在一定程度上实现了微波干燥技术的改革创新、节能降耗、经济效益的提高。

通过参考中外相关文献[21]，我对微波干燥的原理与应用有了较全面的认识，基于国内外微波干燥技术的现状与发展趋势，以及对基于PLC、工控机、单片机等测控系统的分析与方案选择，本文将设计一个基于单片机的智能化测控系统，使得干燥的能耗低，效率高，操作方便，参数控制精度高，保证物料品质，提高物料干燥过程的自动化和智能化水平。参考文献

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[20] 高海生，杨文焕.单片机应用技术大全[M].成都：西南交通大学出版社，1996.

第二篇：电气自动化文献综述

电气自动化文献综述

摘要在现实生活中越来越多地出现用电事故，究其主要原因，大多是因为人们不重视电气设备接地装置的运行和维护，所以有必要进行探讨以引起人们的警觉。关键字电气设备接地装置维护

一、使用维护电气设备中的误区（以农机为例）1.“电枢”与“磁场”接线柱接反了。三联调节器“电枢”与“磁场”接线柱，应分别接至发电机“电枢”与“磁场”接线柱。若粗心大意把这两根线接反了，则会因发电机的输出电流将通过1Ω电阻构成回路，因电流过大被烧毁。

2.损坏的二极管继续使用。当发现硅整流发电机不发电或充电电流很小时，可能是由于二极管的损坏而引起的，查清后应立即更换，如继续使用，将会引起定子绕组一相或两相烧毁。

3.未按季节温度变化调整电解液。这样会使蓄电池极板不能在最佳比重的电解液内工作，将大大缩短其使用寿命。另外，在冬季还容易造成电解液结冰而胀坏蓄电池。4.硅整流发电机安装蓄电池时不注意搭铁极性。这样做会因二极管的导通使蓄电池短路，使硅二极管迅速烧毁。所以安装蓄电池时必须正确分辩蓄电池的正负极桩，确认无误后才能连接。5.拆掉调节器与发电机的搭铁钱。机车电系均为单线制电路，所以不少驾驶员误认为发电机与调节器的搭铁连线可以省掉（利用机体作搭铁连线）。但机体上有油污、油漆等，发电机与调节器之间存在一定电阻，使通往调节器的两并联线圈的电流不能随发电机电压的升高而增大，造成截流器白金触点不能闭合和1Ω电阻烧毁而不充电。因此，不应拆掉调节器与发电机的搭铁线。6.将调节器随便平装在机车上。不是按原来那样垂直安装，这将引起调节器白金触点因路面不平或机车振动而振动，影响发电质量与工作稳定。7.充电时间过长。蓄电池的容量是有限的，如果在充足电后，还继续充电，储存的电能不会增加，充电电流只是在电解水。长时间的过充电还会使极板活性物质脱落，加速蓄电池的自放电。8.加入电池内的电解液过多或过少。加入单格电池的电解液应浸没极板10~15mm，这样就有足够的硫酸参加化学反应。若过多易外溢，腐蚀周围机件；过少，极板会裸露，这不但使蓄电池容量降低，且所露的极板会很快硫化。9.电解液过浓。有人认为电解液浓度大，参加电化学反应的离子多，会使蓄电池容量增大。实际上，太浓的电解液粘度增加，渗透速度降低，内阻增大，使蓄电池端电压下降，容量反而下降。过浓的电解液还会加速隔板的腐蚀，缩短蓄电池的寿命。所以电解液不能太浓，存电充足时，电解液比重以1.28为宜。10.不注意蓄电池外表清洁。蓄电池上常积有尘土等杂物，这些东西与溅出的电解液混合一起，会使蓄电池的正负极之间形成回路，使蓄电池放电。所以应常将蓄电池外表擦干净，并注意避免将金属物品放在其壳盖上。11.串联使用两只容量不同的蓄电池。这样使用是有害处的。因为两个容量不同的蓄电池串联使用时，往往会使容量小的蓄电池过度充电或放电，从而缩短其使用寿命。12.将发电机电枢与磁场接线柱用导线短接起来。当调节器出故障时，有些驾驶员将发电机电枢与磁场接线柱用导线短接起来，使其隔离调节器的调压部分，直通截流器向电流表供电。这样做，因发电机随转速提高电压也大大提高，过电压会使用电设备烧毁。13.电喇叭持续通电时间过长。电喇叭连续通电时间不宜过长，一次鸣叫不应超过3秒，以免由于电流过大而烧毁触点和激磁线圈，同时，也应防止蓄电池过多放电。14.使用仪表灯不会与后灯同时接通。因东方红-75型拖拉机仪表灯与后大灯并联，使用时必须将其与后灯同时接通。有些驾驶员在后大灯断路时，单独接通仪表灯，结果因该灯功率很小，发电机该相电压便上升很多，造成仪表灯被烧毁。15.不用照明灯时，不摘掉发电机皮带。装用永磁交流发电机的东方红系列履带式拖拉机及其它小型拖拉机，白天作业不需照明灯时，应在发动机熄火后卸下发电机传动带，使之停止运转。这样可避免发电机轴承无意义磨损，并减小发动机功率消耗。

二、电器设备接地装置运行1.接地装置的技术要求1.1变（配）电所的接地装置①变（配）电所的接地装置的接地体应水平敷设。其接地体采用长度为2.5m、直径不小于12mm的圆钢或厚度不小于4mm的角钢，或厚度不小于4mm的钢管，并用截面不小于25mm×4mm的扁钢相连为闭

合环形，外缘各角要做成弧形。②接地体应埋设在变（配）所墙外，距离不小于3m，接地网的埋设深度应超过当地冻土层厚度，最小埋设深度不得小于0.6m。③变（配）电所的主变压器，其工作接地和保护接地，要分别与人工接地网连接。④避雷针（线）宜设独立的接地装置。1.2易燃易爆场所的电气设备的保护接地①易燃易爆场所的电气设备、机械设备、金属管道和建筑物的金属结构均应接地，并在管道接头处敷设跨接线。②在1kv以下中性点接地线路中，当线路过电流保护为熔断器时，其保护装置的动作安全系数不小于4，为断路器时，动作安全系数不小于2。③接地干线与接地体的连接点不得少于2个，并在建筑物两端分别与接地体相连。④为防止测量接地电阻时产生火花引起事故，需要测量时应在无爆炸危险的地方进行，或将测量用的端钮引至易燃易爆场所以外地方进行。1.3直流设备的接地由于直流电流的作用，对金属腐蚀严重，使接触电阻增大，因此在直流线路上装设接地装置时，必须认真考虑以下措施。①对直流设备的接地，不能利用自然接地体作为PE线或重复接地的接地体和接地线，且不能与自然接地体相连。②直流系统的人工接地体，其厚度不应小于5mm，并要定期检查侵蚀情况。1.4手持式、移动式电气设备的接地手持式、移动式电气设备的接地线应采用软铜线，其截面不小于1.5mm2，以保证足够的机械强度。接地线与电气设备或接地体的连接应采用螺栓或专用的夹具，以保证其接触良好，并符合短路电流作用下动、热稳定要求2接地装置运行接地装置运行中，接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂，接地电阻也会随土壤变化而发生变化，因此，必须对接地装置定期进行检查和试验。2.1检查周期论文网在线①变（配）电所的接地装置一般每年检查一次；②根据车间或建筑物的具体情况，对接地线的运行情况一般每年检查1次~2次；③各种防雷装置的接地装置每年在雷雨季前检查一次。④对有腐蚀性土壤的接地装置，应根据运行情况一般每3年~5年对地面下接地体检查一次；⑤手持式、移动式电气设备的接地线应在每次使用前进行检查；⑥接地装置的接地电阻一般1年~3年测量一次。2.2检查项目①检查接地装置的各连接点的接触是否良好，有无损伤、折断和腐蚀现象。②对含有重酸、碱、盐等化学成分的土壤地带（一般可能为化工生产企业、药品生产企业及部分食品工业企业）应检查地面下500mm以上部位的接地体的腐蚀程度。③在土壤电阻率最大时（一般为雨季前）测量接地装置的接地电阻，并对测量结果进行分析比较。④电气设备检修后，应检查接地线连接情况，是否牢固可靠。⑤检查电气设备与接地线连接、接地线与接地网连接、接地线与接地干线连接是否完好。

三、维护人员要求1认真观察通过眼睛的观察可以发现的异常现象有破裂、断线；变形（膨胀、收缩、弯曲）；松动；漏油、漏水、漏气；污秽；腐蚀；磨损；变色（烧焦、硅胶变色、油变黑）；冒烟（产生火花）；有杂质异物；不正常的动作等等。2耳听鼻闻设备由于交流电的作用而产生振动并发出特有的声音，并呈现出一定的规律性。如果仔细倾听这些声音，并熟练掌握声音变化的特点，就可以通过它的高低节奏，音色的变化，音量的强弱，是否伴有杂音等，来判断设备是否运行正常。电气设备的绝缘材料因过热而产生的特有的焦糊气味，大多数的人都能嗅到，并能准确地辨别。值班人员在进入配电室检查电气设备时，如果闻到了设备过热或绝缘材料烧焦而产生的气味时，就应着手进行检查，看看有没有冒烟变色的地方，听一听有没有放电闪络的声音，直到找出原因为止。闻气味也是对电气设备某些异常和缺陷比较灵敏的一种判别方法。3用手触摸运行人员可用手触摸被检查的设备，来判断设备的缺陷和异常。应该强调的是，用手触试带电的高压设备是绝对禁止的。通过手摸，可以感觉出设备温度的变化和振动，如变压器的温度变化，局部发热；继电器的发热、振动等，都可以用触摸法检查出来。4了解运行状况设备检修人员向运行人员了解设备的运行状况，发生故障时的天气变化，负荷的人小，以往发生类似故障的记录及解决的办法等。通过这些“问”，可以较快地掌握设备运行的最基本的情况，便于检修人员快速完整地处理事故，避免事故查找工作进人误区而延长停电时间，扩大事故范围。参考文献1.余小平.电气设备维护.电气自动化[M]2004年2.吕雅琴.电气设备接地装置及其运行

维护.文献综述是研究者在其提前阅读过某一主题的文献后，经过理解、整理、融会贯通，综合分析和评价而组成的一种不同于研究论文的文体。综述的目的是反映某一课题的新水平、新动态、新技术和新发现。从其历史到现状，存在问题以及发展趋势等，都要进行全面的介绍和评论。在此基础上提出自己的见解，预测技术的发展趋势，为选题和开题奠定良好的基础。好的文献综述，不但可以为下一步的学位论文写作奠定一个坚实的理论基础和提供某种延伸的契机，而且能表明写作者对既有研究文献的归纳分析和梳理整合的综合能力，从而有助于提高对学位论文水平的总体评价。（摘自《应用写作》杂志2004年12期，《怎样撰写硕士学位论文的文献综述》）

二、文献综述的格式

文献综述的格式与一般研究性论文的格式有所不同。这是因为研究性的论文注重研究的方法和结果，而文献综述介绍与主题有关的详细资料、动态、进展、展望以及对以上方面的评述。因此文献综述的格式相对多样，但总的来说，一般都包含以下四部分：即前言、主题、总结和参考文献。撰写文献综述时可按这四部分拟写提纲，再根据提纲进行撰写工作。前言部分，主要是说明写作的目的，介绍有关的概念及定义以及综述的范围，扼要说明有关主题的现状或争论焦点，使读者对全文要叙述的问题有一个初步的轮廓。

主题部分，是综述的主体，其写法多样，没有固定的格式。可按年代顺序综述，也可按不同的问题进行综述，还可按不同的观点进行比较综述，不管用那一种格式综述，都要将所搜集到的文献资料归纳、整理及分析比较，阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述，主题部分应特别注意代表性强、具有科学性和创造性的文献引用和评述。

总结部分，与研究性论文的小结有些类似，将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测。

参考文献，因为它不仅表示对被引用文献作者的尊重及引用文献的依据，而且也为评审者审查提供查找线索。参考文献的编排应条目清楚，查找方便，内容准确无误。关于参考文献的使用方法，录著项目及格式与研究论文相同，不再重复。

三、文献综述规定

1.为了使选题报告有较充分的依据，要求硕士研究生在论文开题之前作文献综述。

2.在文献综述时，研究生应系统地查阅与自己的研究方向有关的国内外文献。通常阅读文献不少于30篇

3.在文献综述中，研究生应说明自己研究方向的发展历史，前人的主要研究成果，存在的问题及发展趋势等。

4.文献综述要条理清晰，文字通顺简练。

5.资料运用恰当、合理。文献引用用方括号[ ]括起来置于引用词的右上角。

6.文献综述中要有自己的观点和见解。鼓励研究生多发现问题、多提出问题、并指出分析、解决问题的可能途径。

7.文献综述不少于3000字。

四、注意事项

⒈ 搜集文献应尽量全。掌握全面、大量的文献资料是写好综述的前提，否则，随便搜集一点资料就动手撰写是不可能写出好的综述。

⒉ 注意引用文献的代表性、可靠性和科学性。在搜集到的文献中可能出现观点雷同，有的文献在可靠性及科学性方面存在着差异，因此在引用文献时应注意选用代表性、可靠性和科学性较好的文献。

⒊ 引用文献要忠实文献内容。由于文献综述有作者自己的评论分析，因此在撰写时应分清作者的观点和文献的内容，不能篡改文献的内容。

⒋ 参考文献不能省略。有的科研论文可以将参考文献省略，但文献综述绝对不能省略，而且应是文中引用过的，能反映主题全貌的并且是作者直接阅读过的文献资料

第三篇：微波雷达系统介绍

微波雷达系统介绍

摘要：首先介绍了雷达的基本工作原理，对雷达的基本参数进行了简单的说明，而后对雷达中用到的微波器件做了说明，主要介绍了两种雷达结构，最后对雷达系统进行了简单总结。

关键词：雷达；微波 0前言

20世纪40年代，电磁波被用于发现目标和测量目标的距离，称之为“无线电探测和测距”（radio detecting and ranging），取这几个英文字母便构成radar（雷达）一词。按照IEEE的标准定义[1]，雷达是通过发射电磁波信号，接收来自其威力覆盖范围内目标的回波，并从回波信号中提取位置和其他信息，以用于探测、定位，以及有时进行目标识别的电磁波系统。由于微波具有频带宽、穿透电离层能较强、似光性等优点，雷达就是利用了微波这些特性的典型代表。

1雷达的基本工作原理[2][4]

雷达的基本工作原理是，发射机通过天线向空间定向发送探测信号，信号被远距离的目标部分反射后，由天线接收并传送到接收机接收检测和信号处理，观测人员可以在接收机输出端显示屏上观测有无目标以及目标的性质和距离。如果发射和接收共用一副天线，叫做单站雷达；如果收、发系统各有自己的天线，则叫做双站雷达，分别如图1和图2所示。

GRPt双工器目标

图1单站雷达图

GtPt接收机/处理机GrR目标

图2双站雷达图

以单站雷达为例。发射功率Pt，发射天线增益G，传输距离R，则目标处的功率密度为

S1PGt（W/m2）24R目标将在各个方向散射入射功率，在某个给定方向上的散射功率与入射功率密度之比定义为目标的雷达截面，表征目标的电磁散射特性，即

Ps（m2）S1因此雷达截面具有面积的量纲，是目标本身的特性，它还依赖于入射角、反射角和入射波的偏振态。若把散射场看作二次源，二次辐射的功率密度为

S2PG2t（W/m）22(4R)PRM2Gt由天线的有效面积定义式Aeff，PRM最大接收功率。可得，接收功率为 Si422PGttPr(4)3R4

这就是雷达方程,接收功率单位W。接收功率按1/R减小，这意味着为了检测远距离目标，需要高功率发射机和高灵敏度接收机。

由于天线接收噪声和接收机噪声，存在接收机能够识别的最小监测功率。若这一功率是Pmin，则得到最大可探测距离为

Rmax22PGtt（m）3(4)Pmin1/44信号处理技术能够有效降低最小可检测信号，从而增加了可测量距离。

2雷达的基本参数[3]

2.1分辨率

分辨率可严格定义为分辨具有不同对比度的相隔一定距离的相邻目标的能力。一般习惯使用一个不太精确的定义，既对微波系统来说，分辨率通常是指测量系统响应的半功率宽度。2.2角度分辨

毫米波雷达及辐射计通常都采用窄波束天线来提高角度分辨率。角度分辨一般采用半功率点的波束宽度来表示。其半功率点的波束宽度可表示为

hKh

DKh—取决于天线类型和加权函数的系数；—波长；D—天线口径。

2.3距离分辨

大多数雷达都采用距离分辨概念。距离的分辨率由测量信号从雷达发至目标，并返回雷达所需的这一有限时间间隔决定。

当忽略大气对微波传播速度的影响（一般只有十万分之几的数量级），电波从雷达传播到目标往返引起的时间延迟，就是电波传播从雷达到目标的两倍距离的时间，可由下

第四篇：关于船舶电气自动化系统可靠性保障技术

关于船舶电气自动化系统可靠性保障技术 的应用探讨

一艘营运的船舶必须安装有各种各样的设备。通过这些设备的应用来完成船舶的航行、靠离泊、装卸货物等生产作业，并保证船舶和人员的安全。船舶的主要设备有动力设备、操纵设备、装卸设备和安全设备等。

船舶必须配置一整套符合规范要求的动力装置和辅助设备后，才能在水上航行。这些动力装置包括有船舶主动力装置、辅助动力装置、蒸汽锅炉、制冷和空调装置、压缩空气装置、船用泵和管路系统、造水装置和自动化系统等。这此机电动力设备主要集中于机舱，专门管理这些设备的技术部门是轮机部。

而其中自动化系统随着科学技术的进步以及在船上的广泛的应用，机舱控制系统越来越先进，船舶动力装置的远距离操纵与集中控制，大大改善了船员的工作条件，提高了工作效率，减少了维护修理工作量。对机舱的主、辅机及其它机械设备进行遥控、自动调节、监测、报警等设备所组成的自动化系统，是现代船舶必不可少的组成部分。

1.系统监控的综合化

由于电气设备已经日趋通用化、模块化、系列化, 可以做到组态灵活;计算机所有功能选择均能通过屏幕软件按钮直接完成, 为系统监控的综合化提供了必要的基础。当然, 根据需求不同仍旧存在着先进程度不同和性能要求不同的船舶,但是单机单控的系统必将逐步向综合监控的系统过渡。因为采用综合监控的形式, 可以构成双重或多重冗余, 对提高系统或者全船整体可靠性是有积极意义的。

2.系统的网络化

当前, 数字化技术和总线技术应用已经相当成熟。现场总线是一种互联现场设备(或模块)与控制系统之间的双向数字通信网络。通常采用双层网, 第一层为数据采集与传送网, 第二层为控制网。为保证系统的可靠性, 控制网络可采用冗余结构。考虑到危险分散原则, 按系统又分成若干子网,如: 推进系统、管道系统、电力监控系统等独立子网。通过系统的网络化, 功能上集各子系统之众, 从可靠性出发又是一个分布式系统;在数据采集和控制平台上各分系统密切结合, 但在系统结构上又是一个主动性极强的系统, 在平台某系统局部受损时不影响独立工作;采用网络冗余和设备冗余设计及不间断后备电源, 生存能力很强;具有图像控制功能, 人机界面和对话效果良好。网络系统的优势在于采用数字化和高层次的自动化技术代替大量繁琐的人工操作, 提高工作效率是显而易见的。它有助于减少频繁操作和减轻人员疲劳, 把船员从环境恶劣的工作场合中解放出来。

对于船舶电气自动化领域展望机电一体化使学科互相交叉渗透, 电力与电子、强电与弱电更难分难解, 人工智能和模糊技术的应用使船舶电气自动化领域将更加宽广, 必将会对造船和航运业带来重大变革。

新一代大功率半导体电力电子器件, 在材料、理论、机理、制造工艺和应用技术等方面的研究开发, 将会取得突破性的进展, 船舶设备将会进一步向高可靠、节能型方向发展,将会对船舶电力推进和辅机电力拖动技术带来重大变革;可编程序控制器和单片机将逐渐发展成为船舶控制中的一种普遍控制方式。计算机监控系统正在经历着从集中型计算机监控系统→分散型微机监控系统→集散型(分布式)多级、多微机监控系统→网络型(智能式)计算机监控系统。

而这些技术的发展会使船舶工业向着智能综合自动化、微机监视、智能控制、卫星通信导航、全球定位系统、船岸信息直接交流、全船自动化领域延伸得更深入。随着船舶电气化程度的提高, 作为传输信息和能量的电缆品种会增多, 纵横交叉、结构复杂, 对船用电缆的要求愈来愈高。船舶电缆的安全可靠性, 对船舶航行和安全有着重大影响, 世界各国对舰船电缆的阻燃防火性能和安全等方面的要求将不断提高。进入新世纪, 电缆制造新工艺和新材料的应用将可能有重大突破, 如利用高能高压电子加速器对电缆绝缘进行辐照, 可以提高电缆的耐温性、阻燃防火性和机械强度, 大大延长电缆的寿命。

出于经济性和可靠性的考虑, 在今后l0-20 年左右, 柴油发动机作为船舶原动机具有无可争议的地位。然而, 石油面临枯竭, 环境污染、生态受到破坏, 使柴油发动机的地位受到了冲击。人们有可能通过技术上的突破而获得绿色能源。如太阳能、氢、燃料电池、超导电磁推进等等, 但进入船舶实际应用还需要进行大量的研究和试验, 要有一个相当长的时间, 且初始投资高昂。这些领域也需要积极的探索和开发。

第五篇：浅谈船舶电气自动化

浅谈船舶电气自 动化现状及发展 趋势

刘承民

都基盛

高

飞

刘

昆

（大连船舶重工集团有限公司）

前言

：船舶电气自动化（以下简称船舶自动化）就是通过采用计算机微处理装置，解决船舶手工操作所不能达到安全可靠的精细管理为目的，帮助船员频繁巡回检测机械设备运行状况和航行工况，并早期发现故障，避免船员在恶劣工作环境条件下的疲劳，使船舶安全、高效、可靠的营运。

关键词： 船舶

自动化

发展趋势

概述

船舶自动化的明显标志就是把自动控制技术、微电子技术、信号处理技术、电子计算机技术及其网路接口技术用于船舶通讯导航自动化、机舱自动化、干 / 液货装卸载自动化等系统的监测与控制。通讯导航自动化是指雷达、、卫星定位、自动舵、航迹跟踪等实现自动驾驶。机舱自动化是指主机和发电机各种参数和工况的自动监测、报警、控制，以及各种辅机的集中自动控制、自动调节，火警探测及自动灭火，实现“机舱周期无人值班”。干 / 液货装卸载自动化是指辅锅炉、惰气、货油泵、压寨泵、阀门、液位、船舶强度和浮态等自动监控系统。、船舶自动化的构成船舶自动电站（船舶馈电中枢系统 PMS）。

机舱集中报警监测装置（对主机及辅机的运行状态进行集中监控）。

主机遥控装置（对主机进行远距离控制，如在驾驶室、机舱集控室控制主机）。

船体应力监测（船舶货舱的剪力、弯矩力安全监测系统）。

干 / 液货装卸载自动化（液位测量、阀门控制、货油泵、压载泵、惰气系统、装载计算）。

通讯导航系统（雷达系统、电子海图、自动舵、电罗经、航行记录仪、GPS(DGPS)、自动识别系统等。通讯系统：卫通、VHF 电话、桥搂值班报警系统、GMDSS 等。按照 DNV 入级符号分为： NAUT-OC（大洋一人驾驶）、NAUT-AW（所有海域一人驾驶）、NAUT-OSV

海洋工程船一人驾驶）

冷藏集装箱监测报警（冷藏集装箱监测采用传统的四极监测系统或电力载波系统(PCT)）。、船舶自动化的作用

船舶自动化能够帮助船员在海上航行过程中 , 对机械场所的设备、航行设备的监测与控制，以及船舶实施装卸载过程中的监测管理与控制。船舶航运界在实践中不断认识到，船舶自动化能够帮助实现节能、降低成本、提高工作效率和保障船舶安全航行。另外，船舶自动化程度越高，越能使船舶的主要机电设备处于最佳运行状态，在机电设备出现异常时能及时发现预警并及时排除险情，而且船舶自动化系统能够根据险情的严重程度，控制船舶推进器降速、停车，控制船舶航行，从而降低船员的劳动强度和保障了船舶海上航行的人命安全，而且维修费用也大幅度下降。因此，提高船舶的自动化水平一直倍受航运界的关注和青睐。、船舶自动化的发展概况

自二十世纪 30 年代初至今，控制理论发展约有 80 年历程，专家学者认为“前 30 年历程为经典控制理论发展和成熟阶段，中间 30 年为现代控制理论形成与发展阶段”，后 20 年为智能控制理论的发展与成熟阶段。预测再经 20 年后是未来智能控制理论的行成与发展阶段。、船舶自动化的现状

4.1 随着数字化技术和总线技术的持续发展，船舶各设备、各系统的自动监测控制从单一的设备和单一的系统自动化已经成熟的发展成高度集成化、高度综合集成化自动监测与控制。目前的船舶自动化还是以有线网络技术为主，普遍应用的是现场总线和以太网并存的网格技术。不论是哪种技术，在中国，船舶自动化技术的现状凸显无力，不能满足本土船舶工业发展的需求。

4.2 我国的船舶自动化配套企业技术实力相当薄弱，在船舶制造企业中备尝辛酸地开拓船舶市场的准入，不能使船舶自动化产品快速有效获得市场实践经验的积累，来促进产品技术水平与质量的浅谈船舶电气自 动化现状及发展 趋势 刘承民

都基盛

高

飞

刘

昆

（大连船舶重工集团有限公司）

前言

：船舶电气自动化（以下简称船舶自动化）就是通过采用计算机微处理装置，解决船舶手工操作所不能达到安全可靠的精细管理为目的，帮助船员频繁巡回检测机械设备运行状况和航行工况，并早期发现故障，避免船员在恶劣工作环境条件下的疲劳，使船舶安全、高效、可靠的营运。

关键词： 船舶

自动化

发展趋势

概述

船舶自动化的明显标志就是把自动控制技术、微电子技术、信号处理技术、电子计算机技术及其网路接口技术用于船舶通讯导航自动化、机舱自动化、干 / 液货装卸载自动化等系统的监测与控制。通讯导航自动化是指雷达、、卫星定位、自动舵、航迹跟踪等实现自动驾驶。机舱自动化是指主机和发电机各种参数和工况的自动监测、报警、控制，以及各种辅机的集中自动控制、自动调节，火警探测及自动灭火，实现“机舱周期无人值班”。干 / 液货装卸载自动化是指辅锅炉、惰气、货油泵、压寨泵、阀门、液位、船舶强度和浮态等自动监控系统。、船舶自动化的构成

船舶自动电站（船舶馈电中枢系统 PMS）。

机舱集中报警监测装置（对主机及辅机的运行状态进行集中监控）。

主机遥控装置（对主机进行远距离控制，如在驾驶室、机舱集控室控制主机）。

船体应力监测（船舶货舱的剪力、弯矩力安全监测系统）。

干 / 液货装卸载自动化（液位测量、阀门控制、货油泵、压载泵、惰气系统、装载计算）。

通讯导航系统（雷达系统、电子海图、自动舵、电罗经、航行记录仪、GPS(DGPS)、自动识别系统等。通讯系统：卫通、VHF 电话、桥搂值班报警系统、GMDSS 等。按照 DNV 入级符号分为： NAUT-OC（大洋一人驾驶）、NAUT-AW（所有海域一人驾驶）、NAUT-OSV

海洋工程船一人驾驶）

冷藏集装箱监测报警（冷藏集装箱监测采用传统的四极监测系统或电力载波系统(PCT)）。、船舶自动化的作用 船舶自动化能够帮助船员在海上航行过程中 , 对机械场所的设备、航行设备的监测与控制，以及船舶实施装卸载过程中的监测管理与控制。船舶航运界在实践中不断认识到，船舶自动化能够帮助实现节能、降低成本、提高工作效率和保障船舶安全航行。另外，船舶自动化程度越高，越能使船舶的主要机电设备处于最佳运行状态，在机电设备出现异常时能及时发现预警并及时排除险情，而且船舶自动化系统能够根据险情的严重程度，控制船舶推进器降速、停车，控制船舶航行，从而降低船员的劳动强度和保障了船舶海上航行的人命安全，而且维修费用也大幅度下降。因此，提高船舶的自动化水平一直倍受航运界的关注和青睐。、船舶自动化的发展概况

自二十世纪30年代初至今，控制理论发展约有80年历程，专家学者认为“前30年历程为经典控制理论发展和成熟阶段，中间30年为现代控制理论形成与发展阶段”，后20年为智能控制理论的发展与成熟阶段。预测再经20年后是未来智能控制理论的行成与发展阶段。

4、船舶自动化的现状

4.1 随着数字化技术和总线技术的持续发展，船舶各设备、各系统的自动监测控制从单一的设备和单一的系统自动化已经成熟的发展成高度集成化、高度综合集成化自动监测与控制。目前的船舶自动化还是以有线网络技术为主，普遍应用的是现场总线和以太网并存的网格技术。不论是哪种技术，在中国，船舶自动化技术的现状凸显无力，不能满足本土船舶工业发展的需求。

4.2 我国的船舶自动化配套企业技术实力相当薄弱，在船舶制造企业中备尝辛酸地开拓船舶市场的准入，不能使船舶自动化产品快速有效获得市场实践经验的积累，来促进产品技术水平与质量的 4.8 我们自问，在中国能不能有船舶自动化配套企业自信地站出来，告诉船厂和航运界人士：“我国的船舶自动化设备不需从国外进口，国内的船舶设备配套企业完全有能力提供具有自主知识产权、高质量的船舶自动化产品，并且能够提供全球范围内的营销、技术服务从而代替进口船舶自动化产品”。就目前的现状可以肯定地回答“没有”。所以，中国的船舶配套业需要加快雄起的步伐。5、船舶自动化的发展趋势

5.1 应该清楚地看到各种类型的计算机被广泛应用到各个控制系统中，船舶自动化水平日益提高，使船舶自动化向规模集成化、高速化、和高新技术化方向发展的速度迅猛。通过信号处理技术进行控制、管理和数据通讯处理，在完成系统监控功能外，还能够按不同需求，不断升级，提供友好的人机界面。系统操作简单明了，使船舶控制、监测系统的传输数据技术不断更新，致使控制、监测系统的布线成本降低，大大简化船舶的日常维护工作，提高船舶管理水平，从而敦促船舶自动化设备的必然发展。

5.2 船舶自动化向规模集成化、高速化的发展，人机交换界面将不断的升级优化，在监测预报警、监测与控制、监测与管理、控制与管理的监测信号的采集、数据处理、存储、网格通讯接口简捷等大型集成化界面设计是船舶自动化广为普及和发展的方向。

5.3 根据照船舶自动化现状分析，未来的船舶自动化设备的发展趋势，必将会朝着智能控制与智能管理方向发展，必将成为船舶配套业中一门新兴的研究领域。“智能控制一词，读者千万不要认为智能控制技术是门新型技术或学科，其实早在20世纪60年代，计算机技术和人工智能技术跨越式发展中，控制学者已经将人工智能控制应用于控制系统。在70年代初，傅京孙等学者就提出了智能控制就是“人工智能与控制理论”的交叉思想。再到80年代，计算机技术到了飞速发展的阶段，促成智能控制取得较好的发展。

5.4 船舶智能控制与管理一个重要发展领域，就是无需在人的干预下能够自主地模拟操作者智能驱动机器实现其目标的自动控制。对于我国船舶行业来说，对“智能控制”一词，也并不陌生，已在21世纪初，在结构化或非结构化的，熟悉或陌生的环境条件下，自主地或与人交互执行人类规定的任务的一种智能机器“智能主机”悄然诞生，并在船舶市场中不断地推广应用，5.5 智能控制是在系统工程学、运筹学、信息学等学科相结合条件下，建立的适用于各种复杂系统控制理论和技术，也就是模拟人类的智能实施自动控制的研究范畴，是建立在传统的自动控制无法解决的问题和模型严重不确定性研究对象。也可以说基于模型传统自动控制很难解决的问题，现在得以实现，但必须具备足够的关于船舶操纵者的控制策略、受控对象和船舶环境条件及有关知识运用的能力。

5.6 船舶智能化控制与管理就是在传统自动化控制框架下，结合船员对船舶航行控制与管理的策略，实现运筹船舶航行和进出港所采取的对复杂任务自动模拟规划和决策能力控制。诸如：船员在进出港，船舶操纵者利用虚拟仿真技术，依据进出港口的环境条件，虚拟仿真规划进 出港口的数据信息输入计算机中，演示船舶进出港控制状态，确立虚拟仿真成立基础上，采用一键控制方式，向智能机器（推进器、舵浆发出前进、倒车，左舵、右舵、左右满舵等）发出指令，实现船舶进出港智能化控与管理；系统还可以通过船长的语音命令、手写命令实施船舶进出港智能控制。

5.7 当今的船舶自动化综合集成控制技术基础非常雄厚，无线电通讯技术在船舶自动化应用领域也非常广泛，专业人士已认识到无线电网络技术应用到船舶运营管理的重要性和可行性，国际上已有诸多企业已经将“船—岸”无线电网络技术走向成熟阶段（简称船岸信息网络技术）。船岸信息网络技术的功能主要是以船舶综合监测控制、管理决策为基础，建立船舶岸站管理信息数据库。将船舶的航行工况、营运管理自动模拟决策者智能及所有信息与岸站数据库共享，使船舶航行规划、装卸货规划，预警船舶性能（浮态、稳性）模拟与高效管理集成，实现“一键功能”。最终构成航运船舶、航运公司、港口监理一体化的“船岸信息网络技术”战略合作式的船舶管理发展前景，着眼本世纪实现全球一体化的船舶航运智能化管理。

5.8 船舶自动化设备已经历昨天和今天，明天将伴随新概念船型的开发和船舶自动化科学技术的进步，以及全球性的节能环保技术的要求不断提高，使船舶自动化、集成化、智能化技术不断升级，船舶推进系统和自动导航系统的集成和智能化控制与管理，来实现自动修正船舶偏离规划航线，减少机、浆、舵频繁启停和船舶尽最大限难度缩短航程和航行时间，实现船舶燃油低消耗、低排放（两 D）环保船型的目的已不是再梦想。、综述 6.1 据统计 2010 年某一船厂全年交工船舶 32 艘，在交工的船中，船舶自动化系统的设备 100% 进口。这些设备的合同总额最低约合美元 60 万元 / 每船，一年总计 32*60=1920 万美元。保守换算统计，中国每年有约有 4 0～50亿美元用于购买进口的船舶自动化设备。如果拿出全年购买进口船舶自动化设备总费用的 10% 来扶持国内船舶配套企业，研发生产具有竞争力的船舶自动化产品，打入国际市场，那将会带来多大的经济效益，更重要的是会产生巨大牵引力来拉动内需。

6.2 据分析，中国的船舶自动化设备配套业发展比较慢的原因有三：一是配套产业对产品开发缺少按照科学发展观的认识，不能有效组织起产、学、研信息共享的机制。二是每年的投入相对比较散乱，偏激性过强，资源不能有效的共享，不规范化的投入过大，有效的资源被占用，而船舶配套业的专业人才培养和扶持资金缺乏，使船舶自动化产业不能平衡的发展，不能使现有产、学、研及职能部门有效形成合力。三是缺少有组织，有计划走自主创新技术研发激励政策。

6.3 中国的船舶自动化行业发展潜力很大，对拉动中国的内需效益非常丰厚。急需有能够组织协调中国船舶工业南北两大集团的职能部门牵头，并取得中国船级社的服务支撑，共同规范掌控船舶配套设备的研发与制造和质量控制，同时均衡船舶配套业的分布和配套能力的培育，把握协调好有限资源，以市场为导向，产品技术开发以支撑国内船舶工业为纲要，面向世界创新发展，解决好产品研发的技术、设计和管理的问题，通过创新思路开发的新技术、新工艺、新应用不断促进船舶自动化配套业健康的发展。

6.4 从中国现有的船舶自动化产品看，其已具备一定的能力和条件，该是进入规范和加强船舶工业全方位的组织与管理的关键时期，机遇永远是留给有准备的企业，抓住机遇坚持可持续发展，前途无限风光。另外，加大船舶自动化设备的发展战略意义舆论的导向，使国内业界充分认识到，发展船舶自动化系统技术不仅是降低船员的劳动强度、船舶维修费用和保障船舶海上航行的人命安全，而且能够满足船舶节能环保的目的，政府部门会应着力激励国内船舶自动化配套业，高起点地开发船舶自动化技术前沿技术，使中国船舶自动化企业及早挤入全球领先企业。

6.5 船舶制造业的飞速可持续发展离从没有离开政府的扶持和社会化的合作，在规范化产业链构成和技术水平的提高，助长船舶自动化配套业自主创新能力。同时对我国的船舶自动化配套业提出更高要求，加快船舶自动化设备中长期发展规划，制定相应的政策和激励政策，遵循科学发展观，积极主动开发具有自主知识产权的产品，快速提升产品技术含量和质量，从而促进船舶配套业的整体水平。大力发展国内船舶配套行业会更好地促进造船业的发展，摘掉“船壳大国”的帽子，戴上“船舶强国”帽子。