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節點設計論文范文第1篇

電動機安裝形式為IMB3。電動機冷卻風路采用經濟實用半管道出風。轉子鐵心兩端不帶冷卻風扇。為了確保電動機性能的準確性，設計電磁方案時盡量使氣隙磁場分布接近合理化，性能指標達到最高，定、轉子均采用新系列通用冷軋硅鋼片設計。電動機軸承均采用滾動軸承，電動機結構示意圖。圓柱滾子軸承只用于承受徑向載荷，且承載能力強，使用中對同軸度要求高，在滾子軸承中極限轉速較高。允許外圈與內圈軸線偏斜度較小(2''''～4'''')，故只能用于剛性較大的軸上，并要求支撐座孔很好地對稱。此次設計中，對大軸及相關零部件的加工質量有嚴格的要求，特別是軸承檔的全跳不得超過0．025mm。深溝球軸承主要用于承受徑向載荷，但當增大軸承徑向游隙時，具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受徑向、軸向聯合載荷。在轉速較高又不宜采用推力球軸承時，也可用來承受純軸向載荷。深溝球軸承裝在軸上后，在軸承的軸向游隙范圍內，可限制軸或外殼兩個方向的軸向位移，因此可在雙向作軸向定位。此外，該類軸承還具有一定的調心能力，當相對于外殼孔傾斜2''''～10''''時，仍能正常工作，但對軸承壽命有一定的影響。與尺寸相同的其他類型軸承比較，此類軸承摩擦因數小、極限轉速高、噪聲低，且結構簡單，使用方便。外圈帶止動槽的可簡化軸向定位，縮小軸向尺寸。綜合兩種軸承的性能特點，在該同步電動機的結構設計時軸伸端采用深溝球軸承6244M/C3和圓柱滾子軸承NU244M/C3相結合，非軸伸端用一件圓柱滾子軸承NU244M/C3，這種軸承組合在力求成本最低的情況下，充分利用了各個軸承的優勢，滿足電動機的設計要求。

2電動機重點結構設計

2．1軸承

傳統的同步電動機結構是采用座式滑動軸承，電動機機座與端罩及軸承同裝在一個底板上，兩軸承中心的軸向距離為2000mm(圖3)。而采用端蓋滑動軸承后兩軸承中心的軸向距離壓縮為1770mm。通過本次改進，采用滾動軸承后的兩軸承中心的軸向距離壓縮到了1297mm。

2．2集電環

對用戶要求集電環防護等級為IP23的同步機，原來設計的集電環為下端采用支架承托和上端用螺桿拉緊聯合固定形式(到機座端面距離為850mm)。在本電動機設計時改變大型同步機集電環的支撐形式，在電動機端蓋上加工止口，并設計了高度為100mm的連接環，實行過渡連接(集電環端面到機座端面距離為650)。由于連接環的高度有限，原用軸承測溫元件WZP－280體積大，考慮到安裝特別困難，設計時改用體積小，經濟實惠的端面熱電阻WZPM－201來檢測軸承溫度。改進集電環連接形式后，安裝方便，電動機結構因此而更加緊湊。

2．3連接環

設計連接環時，在保證連接環與軸承外蓋不干涉的情況下，考慮用戶給軸承加脂以及排脂時的空間、方便安裝軸承測溫和把合螺絲，所以連接環的圓周設計為輻射筋、周邊為敞開的形式。

3結語

節點設計論文范文第2篇

選擇紫甘藍汁作指示劑一些電解質溶液電解后，其酸堿性經常發生變化，因此需要加入酸堿指示劑（如酚酞）揭示陰陽極所發生的電極反應；紫甘藍汁可由紫甘藍（紫卷心菜）制得，所含色素的顏色會隨pH改變而有鮮明的變化，且較穩定，可保存較長的時間，是一種天然的酸堿指示劑；已有文獻報道了紫甘藍汁遇到不同pH溶液所呈現的不同顏色。筆者將紫包菜剪碎，用熱水浸泡獲得紫甘藍汁（或直接剁碎紫包菜擠壓獲得高濃度的紫甘藍汁）。借助于pH傳感器配制了上述不同pH的溶液，發現溶液酸性增強，紫甘藍汁的顏色由紫青色逐漸轉變為紅色，溶液堿性增強，紫甘藍汁的顏色由紫青色先變成綠色，后變為黃色，證明了上述結論的正確性。因此我們借助紫甘藍汁來作為該微型實驗的酸堿指示劑。

2實驗應用

2.1電解硫酸鈉溶液

配制1mol•L-1硫酸鈉溶液，向2個西林瓶中分別加入硫酸鈉溶液至體積占大部分，然后滴加紫甘藍汁至瓶口，將盛滿液體的西林瓶反倒于瓶蓋中，與注射針頭相接觸。向飲料瓶蓋中加入少量硫酸鈉溶液，以保證整個裝置回路，用連接導線的的鱷魚夾各夾住2個注射針，并分別與9V的電源相連。可以發現大約1~2分鐘就可以觀察到下列明顯的現象：陽極附近有氣泡產生，溶液變紅色說明陽極區顯酸性，水分子失去電子，生成氧氣和H+；陰極附近有氣泡產生，溶液變綠色說明陰極區顯堿性，水分子得到電子，生成氫氣和OH-。學生依據上述的實驗現象就可以寫出該反應的電極反應式。隨著反應的進行，陰極溶液堿性增強，由綠色變成黃色。筆者建議若本實驗應用于課堂教學，只要觀察到陰極區變綠色即可，若應用于綜合實踐活動和研究性學習，可引導學生進一步觀察溶液顏色的變化。陽極反應：2H2O-4e-=O2↑+4H+陰極反應：2H2O+2e-=H2↑+2OH-

2.2電解飽和食鹽水

將上述硫酸鈉溶液換成飽和食鹽水，陽極電極換成鉛筆筆芯，其余步驟同上。電解飽和食鹽水，陰極區H+得到電子，生成氫氣，因此附近溶液顏色由紫色變成綠色進而變成黃色，溶液顯堿性。陽極溶液的顏色變化則由紫色變為紅色，進而變為無色，并且可以聞到少量的刺激性氣味，這說明Cl-失去電子，發生氧化反應，生成氯氣，氯氣與水反應生成鹽酸和次氯酸，顏色的鮮明變化可以揭示這一系列化學反應。陰極反應：2H++2e-=H2↑陽極反應：2Cl--2e-=Cl2↑Cl2+H2OHCl+HClO但該實驗進行到10分鐘時，陽極溶液才褪色，此時產生的氣體已把陽極的溶液排得僅剩少部分，而陰極所在西林瓶中的溶液則更是被排得所剩無幾（因為氫氣的逸出速率比氯氣大）。為了解決該問題，筆者將作為陽極的西林瓶中溶液體積減少一半，陰極溶液體積不變，可以發現大約5min內陽極就可以出現由紫色變紅色進而褪為無色的現象，便于學生的自主探究。該微型實驗裝置也可以用于其他溶液電解實驗的研究，由于不同反應的分解電壓有差別，可在電源回路中串聯一個合適的變阻器，用于調節電解電壓，實驗時逐漸增大電壓，至電極上有明顯反應為止。

3實驗特點

宋心琦教授在“中學化學教學改革與微型實驗”一文中指出，微型化學實驗在中學化學中推廣艱難的原因之一是很多物質在微量時和常量時給予觀察者的感受可能不同，使得印象或結論因此不同。筆者認為不僅是物質本身，化學反應有時在微量和常量時給予觀察者的感受也不同，而本案例中的電解質溶液雖然是“微量”（3mL），但現象并沒有因此打折扣，實驗現象明顯。以電解硫酸鈉溶液為例，陰陽兩極的溶液分別呈現紅色和綠色，呈現鮮明的顏色區別。

上述介紹的實驗裝置和相關的設計除了具有現象明顯的特點外，還具有以下一些優點：

（1）時間較短，適合學生自主探究，探究電解硫酸鈉溶液大約1分鐘后就能觀察到明顯現象,而飽和食鹽水的電解則可以在5分鐘內看到陽極先變紅后褪色的現象。

（2）成本較低，在淘寶上購買西林瓶，僅2毛錢1個，注射器為2元，而鉛筆芯和飲料瓶蓋均可在日常生活中尋找，唯一較貴的是電池為8元左右，可重復使用多次。

節點設計論文范文第3篇

【關鍵詞】10KV配電網；設計；節能問題

筆者做為一名電力工作人員 在中低壓配電網設計中．合理選擇方案，合理選用用電設備及加強其它節電降損措施，將極大的提高電能利用率從而實現節能。

一、配電線路選擇

配電線路的損耗在配電網電能損耗中占有很大的比重，在設計中降低線路本身的電能損耗．對于節能有及其重大的作用。

1．縮短0．4KV線路供電半徑

合理的供電半徑不僅能提高電網的輸送功率 而且還能降低線路損耗 ．保證供電質量，因此．將10KV線路深入0．4KV 系統的負荷中心 這就縮短了0 4KV線路的供電半徑，降低了線路損耗 ．提高了電壓質量。因此在設計工作中．在不影響用戶發展規劃的情況下 用戶獨立變電所的位置應盡可能接近負荷中心。負荷中心可以用負荷功率矩法 負荷電能矩法和負荷指示圖法近似確定。

2． 1OKV供電線路與相應金具的選擇

2．1合理選用1OKV線路導線截面

為使10KV 配電線路既能滿足用戶需求．又能達到節能的要求因此，采用高于規范中一個等級來選擇導線截面，在輸送負荷不變的條件下，換大導線截面，可以減少線路電阻的降損。

2．2采用架空絕緣導線

采用架空絕緣導線，有以下優點：(1)提高線路供電的可靠性減少了合桿線路作業時的停電次數，減少維修工作量．提高線路的利用率。(2)可以簡化線路桿塔結構．甚至可以沿墻敷設，既節約了線路材料 又美化了環境道路。(3)節約了架空線路所占的空間便于架空線路在狹小通道內穿越。(4)減少了線路電能損失，減少了導線腐蝕．延長了線路使用壽命。

2．3使用節能型金具

目前配電線路中大量應用鐵磁材料金具如懸垂線夾 耐張線夾，并溝線夾，防震錘及與導線接觸的金具，這些鐵磁材料制成的金具在運行中造成磁滯損耗和渦流損耗．因此通過采用無磁金具或低磁金具是節能的一種有效手段。

二、配電變壓器的選擇介紹

①推廣使用節能型變壓器

變壓器能耗是輸變電能耗里的大戶．因而降低變壓器能耗．尤其是10KV 以下中小型變壓器，由于使用量大，運行時間長．所以具有很大的節能潛力。

中國標準化研究院制定的新的《變壓器能效標準》將于2010年7月1日起實施 2010年7月以后生產出的變壓器能耗要降低到s11水平。目前s9型 變壓器是市場主流 ，而s11節能型產品的技術正走向成熟，其市場規模正在增長．和s9系列變壓器相比．它有如下特點：(1)損耗低。s11與s9相比空載損耗下降30％ 空載電流下降7O％．約為s9型變壓器的四分之一左右。(2)空載電流小．磁通完全沿著冷軋硅鋼片晶格排列方向。 (3)噪聲低與JB／10088-1 999標準值相比，約降低了3-5db。(4)抗短路能力強，可靠性高。因此大力推廣使用s11型變壓器．可以減少大量電能損耗。

②變壓器連接組別的選擇

在中低壓配電設計中三相變壓器常用連接組別有Y．yn0和D， ynl1。目前我國工業與民用 建筑 中容量 在1000KVA 及以下．電壓為{0KV／O 4KV的變壓器幾乎全部采用Y．,／nO連接組別而D． yn11型的變壓器用的很少。而D，ynl 1連接組別的變壓器與Y，

yn0相比，有以下優點：(1)空載損耗和負載損耗均低于同容量的Y． yn0連接的變壓器。(2)三次及以上的高次諧波勵磁電流可在一次繞組中環流，有利于抑制高次諧波電流，在當前電網中采用電子器件R益增多的情況下 使用D yn11連接是有利的。(3)D ynl連接比Y．ynO連接零序阻抗小得多．有利于單相接地短路故障的切除。(4)在接單相不平衡負荷時Y．ynO連接變壓器要求中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25％．嚴重的限制了單相負荷的容量，而D．ynl 1連接變壓器不受此限制，有利于變壓器設備能力的充分利用。因此．在中低壓配電設計中推廣使用D ynl1連接組別的變壓器會使節能效果更好。

三、無功補償技術的應用概況

(1)無功補償的作用

提高功率因數和實現無功就地平衡是電網降損節能的關鍵，具有顯著的經濟效益和社會效益，而進行無功補償正是一個重要的手段。對中低壓配電系統進行無功補償，可以有效抑制諧波的污染和影響，降低了由于無功的流動而引起的有功損耗，從而進一步提高電壓質量提升系統安全運行能力 從而達到節能降耗的效果。

(2)中低壓配電設計中的無功補償方式

(3)就地平衡補償

把并聯電容器安裝在0．4KV母線側，設電容補償柜．安裝動態調節裝置，使用戶低壓端無功補償裝置一般按照用戶無功負荷的變換自動投切補償電容器，達到動態控制的目的，這樣做既可以不向高壓線路反送無功電能又能使配電線路中的無功電流最小．有功功率損耗最小．這是最理想的效果。

另一種是把并聯電容器安裝在10KV母線側．這主要是補償10KV 配電線路本身和所在配電變壓器的無功損耗．其作用是以降損為主，同時能夠提高線路末端電壓。

無功補償容量的大小按照負荷性質和變壓器容量的大小及功率因數進行綜合計算。

一般來說 ，廠礦企業有大量的三相用電設備，因此采用三相電容 自動補償是可行的．而民用建筑中大量使用的是單相負荷．照明 空調等負荷變化的隨機性大．容易造成三相負載的不平衡．由于調節補償無功功率的采樣信號取自三相中的任意一相．因此會造成未取樣的兩相要么過補償，要么欠補償，這對于電網的運行造成很大的危害。所以對于三相不平衡可以采用分相電容補償的方式。

(4))單獨就地補償

單獨就地補償通常適用于經常投入運行負荷比較穩定容量較大的用電設備。如大型感應電動機．高頻爐等．需要在設備旁單獨安裝就地補償裝置．可以使補償效果最好。4、定時限過電流保護

(5)定時限過電流保護

繼電保護的動作時間與短路電流的大小無關，時間是恒定的，時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內是連續可調的．這種保護方式就稱為定時限過電流保護。

(6)繼電器的構成

定時限過電流保護是由電磁式時間繼電器{作為時限元件)、電磁式中間繼電器(作為出1：3元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構成的。它一般采用直流操作 須設置直流屏。定時限過電流保護簡單可靠、完全依靠選擇動作時間來獲得選擇性，上、下級的選擇性配合比較容易、時限由時間繼電器根據計算后獲取的參數來整定動作的選擇性能夠保證、動作的靈敏性能夠滿足要求、整定調試比較準確和方便。這種保護方式一般應用在電力系統中變配電所．作為1OkV 出線開關的電流保護。

(7))定時限過電流保護的基本原理

在10kV 中性點不接地系統中，廣泛采用的兩相兩繼電器的定時限過電流保護。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時間繼電器和一只信號繼電器構成。保護裝置的動作時間只決定干時間繼電器的預先整定的時間．而與被保護回路的短路電流大小無關，所以這種過電流保護稱為定時限過電流保護。

節點設計論文范文第4篇

關鍵詞：VXI總線寄存器基地址修改碼

VXI（VMEbuseXtentionforInstrumentation）總線是一種完全開放的、適用于各儀器生產廠家成為高性能測試系統集成的首選總線。VXI總線器件主要分為：寄存器基器件、消息基器件和存儲器基器件。目前寄存器基器件在應用中所占比例最大（約70%），其實現方法在遵守VME協議的前提下，根據實際需要各有不同。VXI接口電路用于實現器件的地址尋址、總線仲裁、中斷仲裁和數據交換等。設計VXI接口首先需明確尋址空間和數據線寬度，VXI器件尋址有A16/A24、A16/A32和A16三種。A16/A24尋址支持16M字節空間，A16/A32尋址支持4G字節空間，A16尋址支持64字節地址空間，但不論哪種尋址方式，A16尋址能力是不可缺的。本文設計的VXI寄存器基接口電路是A16尋址的，支持D8和D16數據線傳輸，有較寬的使用范圍。其接口電路原理框圖如圖1所示。

1DTB及DTB仲裁

DTB（數據傳輸總線）及DTB仲裁是VXI接口的核心，DTB主要包括：尋址總線、數據總線和控制總線。其主要任務是：①通過地址修改碼（AM）決定尋址空間和數據傳輸方式。②通過DS0*、DS1*、LWORD*、A1控制數據總線的寬度。③通過總線仲裁決定總線優先使用權。

VXI總線器件在A16（16位地址）尋址時，有64字節的地址空間，其呈部分作為器件配置寄存器地址（已具體指定），其余可用作用戶電路端口地址。每個器件的寄存器基地址由器件本身唯一的邏輯地址來確定。地址修改線在DTB周期中允許主模塊將附加的器件工作模式信息傳遞給從模塊。地址修改碼（AM）共有64種，可分為三類：已定義修改碼、保留修改碼和用戶自定義碼。在已定義的地址修改碼中又分為三種：①短地址AM碼，使用A02～A15地址線；②標準地址AM碼，使用A02～A23地址線；③擴展地址AM碼，使用A02～A31地址線。A16短地址尋址主要是用來尋址器件I/O端口，其地址修改碼為：29H、2DH。

圖2為VXI器件尋址電路圖，其中U1為可編程邏輯器件，其表達式為：VXIENA*=AS*+！IACK*A14+！A15+！AM5+AM4+！AM3+AM1+！AM0；（！IACK*表示系統無中斷請求）。尋址過程為：當VXI主模塊發出的地址修改碼對應為29或2D、總線上地址A6～A13和邏輯地址設置開關K1的設置相同并且地址允許線AS有效時，圖2中的MYVXIENA*有效（為低），表示本器件允許被VXI系統尋址。在允許本器件尋址的基礎上（即MYVXIENA*有效），再通過MYVXIENA*、A1～A5、LWORD*、DS0*、DS1*譯碼生成64字節地址，根據VME總線協議可譯出單字節地址和雙字節地址。協議協定：當單字節讀寫時，奇地址DS0*為低、DS1*為高，偶地址DS1*為低、DS0*為高，LWORD*為高；雙字節讀寫時，DS0*和DS1*為低、LWODR*為高；四字節讀寫時，DS0*、DS1*和LWORD*都為低。

DTB數據傳輸應答主要依賴DTACK*和DS0*之間的互鎖性握手關系，而與數據線上有效數據什么時候出現無關，所以單次讀寫操作的速度完全決定應答過程。為適應不同速度用戶端口讀寫數據的可靠性，本文采用由用戶端口數據準備好線（DATREADY*）去同步DTACK*答應速度的方法來保證數據傳輸的有效性。該方法的優點是電路簡單、使用方便，缺點是占用DTB時間長，影響VXI系統性能，且最長延時時間不得超過20μs。通常情況下用戶可通過數據暫存的方法實現數據可靠傳輸，并使用戶端口數據準備好線（DATREADY*）接地。由于寄存器基器件在VXI系統中只能作為從模塊使用，所以其總線請求只有該器件發生中斷請求時才由中斷管理模塊提出。

2中斷請求及仲裁電路

VXI系統設有七級中斷，優先中斷部遲疑不決包括：①中斷請求線IRQ1*～IRQ7*；②中斷應答線IACK*；③中斷應答輸入線IACKIN*；④中斷應答輸出線IACKOUT*。從系統的角度看，在VXI系統中有一個成鏈的中斷查詢系統。當VXI系統中有中斷請求時，中怕管理器使中斷應答信號IACK*有效（置低），并送往鏈驅動器，鏈驅動器使輸出IACKOUT*有效，送至相鄰的下一個器件。如果相鄰器件沒有中斷請求，則該器件的IACKOUT*輸出仍為低，繼續向下一個相鄰器件傳送；當此器件有中斷請求時，所以其輸出IACKOUT*為高，進入中斷過程，并屏蔽后級器件的中斷應答。

圖2

為實現中斷請求和中斷仲裁，每個器件的中斷仲裁電路應完成的功能為：①產生中斷請求；②上傳狀態/識別碼；③屏蔽后級中斷應答。本文設計的中斷仲裁電路如圖3所示。其中TX1～TX3來自中斷號選擇跳線器，INNER-IRQ為器件內部用戶電路中斷請求信號，上升沿有效。中斷請求過程分如下四步：（1）在系統復位或中斷復位（來自控制寄存器）后，IRQOPEN*為“1”使比較電路輸出“1”，使中斷應答鏈暢通，且譯碼電路不工作。（2）當本器件內有中斷請求時，使IRQOPEN*為“0”，則譯碼電路根據中斷置位開關的設置輸出相應中斷請求信號IRQx*。當中斷管理器接收中斷請求信號后使IACK*有效，并送往中斷鏈驅動器使之輸出IACKOUT*有效，同時中斷管理器請求DTB總線使用權。（3）當中斷管理器獲得DTB使用權后，根據接收到的中斷請求信號，在地址允許線AS+作用下在地址線上輸出相應的A1～A3地址，使比較器輸出“0”，從而使IACKOUT*變高，屏蔽后續中斷，并清除本器件內部中斷請求。（4）中斷管理器使數據允許信號DS0*為低，讀出器件狀態/識別碼，響應中斷，同時在DS0*的上升沿清除中斷請求（使IRQOPEN*為“1”），接通中斷應答鏈，進入中斷過程。

3可編程器件實現和調試

為了克服用中小規模集成電路實現VXI接口電路存在的體積大、可靠性差和可調試性差等不足，可采用可編程器件實現接口電路。本文采用的器件是ALTERA公司的MAX系列，采用的器件可編程軟件平臺的MAX+plusII。MAX+plusII在編程上提供了多種電路描述形式，主要有圖形描述、AHDL描述和VHDL描述等。本文采用圖形描述和AHDL描述相結合的描述方法。接口電路的主框架結構和能夠用標準元件表述的子模塊電路用圖形描述方法設計，部分功能子模塊用AHDL語言描述。這種設計方式的電路原理結構直觀、功能描述簡潔。VXI接口電路硬件描述子程序模塊由地址修改碼器件尋址、端口地址譯碼、中斷請求及控制、寄存器配置四部分組成。

在VXI器件中，寄存器配置步驟是必不可少的，VXI寄存器基器件主要配置寄存器有：識別/邏輯地址寄存器、器件類型寄存、狀態/控制寄存器。在接口電路的性質特性明確的前提下，寄存器基器件的配置是確定的，所以直接在可編程器件中實現，且更改也很方便。以下列出的是VXI寄存器基接口電路的主要邏輯表達式（用AHDL語言格式）：

VXIENA=AS#！IACK#！A14#！A15#！AM5#AM4#！AM3#AM1#！AM0；

MYVXIENA=VXIENA#（A6$Q0）#（A7$Q1）#(A8$Q2)#(A9$Q3)#(A10$Q4)#(A11$Q5)#(A12$Q6)#(A13$Q7);

ACKED=(TX1$A1)#(TX2$A2)#(TX3$A3)#IACK#!SYSRST#!IRQPEND#AS#IACKIN;

DTACKNODE=!(DS0&DS1#MYVXIENA&ACKED);

DRACK=DFF(DTAKNODE,SYSCLK,VCC,VCC);

IOENA=MYVXIENA#DS0&DS0&DS1#!LWORD;

IACKOUT=AS#IACKIN#!ACK;

需要注意的是，在使用中由于部分信號線與VXI背板總線連接時需要采用集電極開路方式接入，如DTACK*、SYSFAIL*、BRx*等，所以應增加一級集電極開路門電路后再與VXI背板總線連接。

節點設計論文范文第5篇

1.1主體結構設計由于配網通信結構復雜，難以采用單一的通信技術滿足所有配網系統需求［9，10］。因此，采用異構網絡構架組成混合式網絡是配電通信網的重要解決方案。所提出的典型異構配電通信網絡分為三層，包括骨干通信網(骨干網)、接入通信網(接入網)和終端層(用戶駐地網)，如圖1所示。其中，骨干網是服務器端的信息網絡，實現配網通信主站之間的通信，這些主站包括各高壓變電站(110/35kV變電站)、電廠等;接入網實現配網通信子站與配網通信主站之間的通信，配網通信子站主要包括10kV變電站［12］駐地網實現用戶側用電信息的收集和監視。圖1配電通信網的異構式混合結構骨干網中由于站點相對較少，各站點地位均等，因此適合采用光纖通信方式，搭建光纖自愈環網，具有高速、可靠、實時的優勢。接入網則由于用戶較多，需要根據網絡覆蓋地域特點進行選取。對于用戶集中的地方，如城區、縣城、工業園區等地，接入網也適合采用光纖通信方式。而對于郊區或者農村，用戶分散，采用光纖接入代價巨大。因此，可以采用GPRS/3G技術實現接入。對于駐地網，可以分別選擇Wi-Fi，ZigBee或者總線技術。例如，在城區的用戶家庭或者辦公室可以選擇ZigBee子網，而在配電房則選擇總線。

1.2城市配電通信網以所提出的三層網絡基本構架為基礎，本文所設計的城市配電通信網整體結構如圖2所示，其中，骨干網采用的通信技術為光纖通信技術，并采用光纖環作為基本的網絡結構。圖2城市配電通信網結構考慮到城市用戶集中，10kV變電站分布均勻，適合采用以太網無源光網絡(EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON)+以太光纖環接入網。其中，EPON接入網主干是由子站匯聚交換機組成的以太網光纖環。每個35/110kV高壓變電站可以連接一個或者多個以太網光纖環。每個子站匯聚交換機連接一個光線路終端(OpticalLineTerminal，OLT)，或者子站匯聚交換機與OLT集成為一個OLT交換機。每個OLT對應一個10kV的變電站，下面分接多個光網絡單元(OpticalNetworkUnit，ONU)。每個ONU單元都負責收集一個或者多個駐地網絡的信息。城市配網駐地網可以為無線網絡或者有線網絡，無線網絡可以是ZigBee［16］、紅外、WiFi等局域網，而有線網絡一般是總線網絡。無線網絡包括一個協調器和若干個節點。節點即為用戶家中的智能電表、智能插座等，而協調器則負責組建此無線網絡，匯聚各個節點的信息并轉換成適合接入至ONU的接口(如RS485)傳輸至ONU。同時，也負責將從ONU接收到的數據信息廣播至各個節點。有線網絡一般為總線網絡，如RS485總線。

1.3農村配電通信網本文所設計的農村配電通信網整體結構如圖3所示，其中，農村配網骨干網與駐地網的功能與結構與城市配網相同。考慮到農村用戶分散，覆蓋面廣，10kV變電站分布稀疏，農村配網接入網并不適合采用EPON+以太光纖環接入網。由于農村用電信息監測實時要求不高，也沒有嚴格的可控性要求，因此采用GPRS/3G/4G接入方式網絡結構最為簡單。采用此方式主要租用網絡運營商的無線網絡，將數據送回網絡運營商的后臺系統，然后該后臺再通過專線和配網系統進行互聯。GPRS/3G/4G接入方式對用戶的數量沒有限制，用戶無需建網和維護，具有建設周期短、業務開展快、網絡成本低等特點。

2異構配電通信網多址與數據聚合方法

2.1多址與數據聚合方法基于上述異構配電通信網，本文采用駐地網網關來解決配網通信系統中的多址與數據聚合問題，其位于駐地網與接入網之間，作為多個異構駐地網與接入網中一個接入點的連接，如圖4所示。圖4駐地網網關在網絡中位置在上行通信中，駐地網網關首先接收來自掛接在該網關上的N個駐地網的短數據包，并按照駐地網進行分類存儲。例如，來自駐地網n的短數據包存儲在第n號存儲器，n=1，2，…，N。每個短數據包含有其在本駐地網的地址和數據包長度。然后，每接收短數據t秒，駐地網網關將接收到的存儲于N個存儲器中的短數據包進行封裝。在封裝幀的過程中，幀頭包括駐地網網關ID和子幀個數，如圖5所示。幀體由各子幀組成，每一個子幀封裝來自同一個駐地網的所有已經接收到的短數據包，即存儲于同一個存儲器中的所有短數據包。值得指出的是，有可能t秒內某駐地網沒有數據包發送，此時對應的存儲器為空。因此，子幀的個數可能小于N。子幀幀頭包括駐地網網關下面駐地網ID和短數據包個數，如圖5所示。子幀幀體由若干個數據包組成。這些數據包即是在t秒內接收到該子幀所對應的駐地網的所有數據包。駐地網網關將幀封裝好后，將其傳送給該網關所連接的接入點。隨后，駐地網網關再次接收并分類存儲N個駐地網的短數據包，并對短數據包進行封裝及傳送，如此循環。在下行通信中，駐地網網關首先接收來自接入點的數據幀。該數據幀的封裝結構與如圖5所示的上行通信時封裝幀結構完全一致。然后，駐地網網關按照圖5所示結構，對數據幀進行解析，分別得到各個子幀。最后，駐地網網關依次解析每一個子幀。根據子幀中的駐地網ID，將該子幀內所有的數據包發送至該駐地網協調器。值得說明的是，上述介紹的通信方式中，一個網關下的多個駐地網回傳時間間隔(t秒)是相同的。然而，在實際使用中，更為普遍的情況是多個駐地網的采樣間隔和回傳間隔是各不相同的。這種情況下，網關需要根據每個駐地網的回傳間隔和采樣間隔進行處理。網關的回傳將是以駐地網為單位進行。這樣就不需要使用圖5所示的幀結構。

2.2駐地網網關的軟硬件實現駐地網網關的硬件設計并無特殊要求。根據上述駐地網網關的基本功能，硬件系統需要包括RS485接口、CPU和RJ45接口，如圖6所示。其中，RS485接口用于連接駐地網網關與駐地網，接口數量視駐地網數量而定;RJ45連接駐地網網關與接入網，一般為1個。CPU處理駐地網數據的采集、存儲和回傳。駐地網網關的實現重在軟件設計。這里考慮更為一般的情況，即每一個駐地網都有獨立的采樣間隔和回傳間隔。由于串口對象與文件都是獨占式的，軟件設計的重點在于如何處理好資源的調配。下面以微軟的VS2010平臺為例進行詳細介紹。(1)整體思路在整體設計上，采用定時器進行處理。CPU為每個子網設定一個采樣定時器，周期性采樣數據，保存到本地緩存txt文件中。此外，CPU為每個子網另設一個回傳定時器，周期性向服務端發送緩存的txt文件，發送完畢后該文件清空。(2)串口收發處理CPU通過CMSComm類對象訪問串口。由于只有一個串口對象，需管理多個異步串口，故采用搶占式設計，即“先到先得，后到跳過”。當某一個子網采樣定時器觸發時，先判斷當前串口對象是否被使用。如果否，即串口空閑，則將串口占用，執行該定時器內的行為，當串口信息接收完畢時解除串口占用;如果是，即串口當前被占用，則本次定時器跳過。采樣定時器觸發時，如果串口并未被搶占，則將串口配置成駐地網對應的參數，然后打開串口，根據當前設備號，配置設備地址，并獲取相應指令，將其轉換為十六進制格式向串口發送，從而實現對當前設備的數據采集。如有多條數據需要采集，則短暫間隔后更新設備地址重復發送采集命令。串口接收到駐地網上傳的采集數據就會觸發接收函數。接收函數被觸發時，首先將數據轉換為字符串類型保存在數據緩存中，并判斷此時緩存中的數據是否可以提取出完整指令。若否則繼續接收數據;若是則提取出完整指令，存儲在對應的最新數據變量中，以供服務端查詢，并且根據需要寫入緩存txt文件中或發送到服務端。(3)文件操作駐地網網關管理著多個緩存txt文件，每個駐地網網關對應一個文件。網關采集到數據之后需要存儲在文件中;同時，網關需要將文件傳輸到服務器。顯然，由于采樣定時器和回傳定時器是異步的，讀寫文件也是異步的。因此，也需要對文件操作進行異步管理。將網關回傳采集到的數據至服務器的過程稱為緩存同步。緩存同步采用調用子線程的方式執行。所有子網文件對應同一個子線程。當某一子網的緩存同步定時器觸發時，將先判斷當前子線程是否被調用，若未被調用，則調用該子線程。在子線程內，文件發送將分3部分進行:1.發送文件名，以便服務器創建該文件。2.發送文件內數據。3.發送文件發送完成信號，通知服務器文件發送完成。同時，為了避免同一文件被多次打開，規定緩存同步的優先級高于緩存文件寫入，即在緩存文件進行同步的時候不允許寫入數據到該文件。(4)Socket操作通過CSocketClient類對象訪問Socket端口(RJ45)。當收到來自服務端的消息時，調用指令解析函數分析其數據包頭，根據協議判斷其含義，響應對應行動。Socket消息響應包括:a.停止查詢:停止向服務端發送采樣數據。b.開始查詢:向服務端發送采樣數據。首先將最新數據變量中的數據發送至服務端以供顯示，然后每次都將當前的采樣數據發送。c.配置采樣/回傳時間:設置各子網采樣/同步緩存的周期。當回傳定時器觸發時，判斷同步緩存子線程是否已被調用，如果否則跳過，如果是則配置好當前數據包頭信息，并調用緩存同步子線程。該線程將根據協議向服務端發送相應緩存文件，并重建該文件。

3實例與分析

為進一步說明所提出的三層異構網絡體系結構及多址與數據聚合方法，針對城市異構配電通信網絡，圖7給出了一種基于駐地網網關的配電網絡。其中，骨干網部分只給出了總服務器，對應110/35kV高壓變電站，用于收集、監控本高壓變電站下屬所有中、低壓變電站和用戶的信息。EPON接入網的以太光纖環網節點直接采用4個OLT交換機用光纖呈環狀連接，每個OLT交換機兼具OLT單元與子站匯聚交換機的功能，每個OLT下面掛接若干個ONU。ONU與OLT交換機之間、以及OLT交換機之間都是光接口。ONU與駐地網網關之間以及OLT交換機與總服務器之間均采用高速的RJ45以太網接口。圖7基于駐地網關的城市配網通信系統在圖7中，駐地網網關與3個駐地網相連，連接接口均為RS485，因為RS485是工業領域最為常用的接口。3個駐地網中有兩個ZigBee網絡和一個485總線網絡，每個ZigBee子網由一個ZigBee協調器和若干個節點。協調器則負責組建ZigBee子網，匯聚各個節點的信息并轉換成適合接口接入至駐地網網關。同時，協調器也負責將從駐地網網關接收到的數據信息廣播至各個節點。ZigBee協調器與駐地網網關之間的接口為RS485。此實例采用的3種駐地網具有不同網絡結構、不同傳輸媒質、不同業務類型，充分體現了駐地網絡的異構特點。3種駐地網涉及典型的智能插座、智能電表和無源溫度傳感監測，都是電力領域典型應用。通過駐地網網關的解析與統一封裝，服務器端不僅能夠清晰地知道是哪個駐地網中的哪個用戶發來的信息，而且大大減少了短數據包的數量。如果這3個駐地網中每個駐地網有L個節點，t秒內共收集到3L個短數據包。駐地網網關將這3L個短數據包封裝成1個，使得服務器端的解析處理數據包的頻率降低了3L倍，大大提升了服務器端的處理效率。

4結論