现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献
(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992
(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998
一
当电影告别了自己技术杂耍的丑小鸭阶段而成为艺术的白天鹅时候，还处在电影艺术的默片时代，然而就在这默片时代，格里菲斯、卓别林、爱森斯坦、普多夫金等天才的电影艺术大师们就创作出了永载史册的电影艺术精品。后来形成的电影艺术史上的第一个系统的电影美学理论——蒙太奇理论，可以说主要就是这种默片时代电影艺术的美学表达和理论自认。那么，这默片时代电影艺术的本性或本体是什么呢?如果参照后来巴赞的纪实主义电影美学关于电影艺术本体的表达方法(巴赞把电影艺术的本体概括为“摄影影像”，亦即著名的“摄影影像本体论”)[1]，则可将默片时代的电影艺术本体概括为“蒙太奇”。也正因为这样，“蒙太奇”一词才不仅作为一种重要的电影艺术方法和技巧存在，而甚至成为电影艺术的同义语。然而电影的这样一种本质或本性存在了多久呢?最多不过20年。然而当声音技术的进步冲破包括几乎所有默片时代的电影艺术大师的习惯与成见的阻碍而终于挺进到电影艺术中来的时候，电影艺术的本体构成无疑发生了质的变化。电影“蒙太奇本体论”把电影的全部艺术可能性都归结为电影画面(影像)之间的自由组接，即蒙太奇上，甚至对用来进行这种自由组接的画面本身都认为是次要的，无关宏旨的。至于声音因素则根本未予考虑。即使在声音因素已经进入到电影艺术中来之后，在这种蒙太奇本体论的理论视野之内，也一直被作为一种次要的因素而附带涉及的(直到艾柯、麦茨等人的符号学电影理论阶段，也仍有这种情况。麦茨的组合理论就基本上没有考虑电影的声音因素)[2]。而事实上如果说运动的电影较之静止的绘画和摄影也不过是增加了一个运动的维度的话，那么拥有了声音的电影较之默片也是实实在在地又增加了一个新的维度——声音的维度。电影艺术在本体构成上的这一重大变革，其意义究竟有多大，其实直到现在也难以概述，但有一点是肯定的，那就是电影由单纯的视觉艺术变成了视听结合的艺术[3]。无论如何，仅就这一点来讲，虽同样被称为电影艺术，而此电影已决非彼电影。在人类的五种感官当中，最重要的是视听，而且迄今为止人类所创造的艺术也无一例外都是诉诸这两种感官的(李泽厚称之为充分“人化”的感官)，非此即彼。而至此为止，电影艺术独自以便捷的方式占据了人类接收外部信息的这两大频道。
此后的色彩技术以及光学镜头和感光胶片等方面的技术革新和进步虽都程度不同地给电影艺术的发展带来一些影响，但基本上都没有触及电影艺术的本体构成，也就是说在声音进入电影之后的相当长一段时间里，电影艺术的发展进步是处于一种量变的积累过程中，真正给电影带来一次新的本体性变革的是电视技术的出现和发展。
二
电视技术的出现在相当长的时间里是作为一种新的新闻媒体存在的。而一旦当电视作为艺术形式出现时，正像声音因素被电影艺术习惯力量视为异己一样，电影艺术也把电视艺术看成是自己的敌对势力，在美国就爆发了持续十年之久的电影电视大战。而事实上在各国都曾程度不同地发生过类似的影视大战。默片时代的电影艺术家当时没有意识到声音的出现是不可阻挡的，它必定要进入电影并使电影艺术进入一个新的时代。前电视时代的电影艺术家们也同样没能及时地意识到电视技术作为一种新的强势媒体对于电影艺术的深刻意味。
如果一定要用一句话来概括电视技术给电影艺术带来的深刻影响的话，也许有一个说法是便捷的，那就是使电影艺术进入了电视时代。在探讨并努力准确表述电视时代的电影艺术的本体存在或者说本性的过程中，有一个广为人们关注的话题，那就是关于电影艺术与电视艺术异同的探讨和争论。直至目前仍有人致力于电视艺术特殊性阐释和论证，即将电视艺术视为电影艺术之后的人类的又一种新的基本艺术形式，而努力收集归纳其有别于电影艺术的特异之处。然而笔者始终认为，电视艺术与电影艺术之间的差异，充其量只是同一类艺术形式内部不同种属之间的差异，而非人类基本艺术形式间的差异，而且这种差异主要的是一些量的、暂时性的、技术性或经济性的差异，而非艺术本体上的差异。也就是说，电视艺术与电影艺术在艺术本体上是一致的，相同的。随着影视技术的发展进步，电影艺术与电视艺术之间的差异和分野正在和已经消失和弥合。“电视电影”这个影视艺术的新品类的出现与存在，清楚不过地向人们昭示了这一点。[4]因此我们完全有理由这样宣布，电视技术的出现和发展，主要的和根本的意义，并不是在电影艺术之后、之外，使人类拥有了一个新的基本的艺术形式，而是使电影艺术又进入了一个新的时代——电视时代。其间变化之大，以致于事实上使我们已不便再用电影艺术这样的词语来意指人类的这一迟来的基本艺术形式，而应选择并习惯于影视艺术或影像艺术之类的新词汇、新概念。不仅电视时代的整个影像艺术之内涵已非电影艺术一词所能涵盖，即使单就电影艺术本身来讲，在电视时代的一系列新生与扩展，如在制作与播放以及观赏方式等方面的变化与进步，都已使电影艺术变得越来越不那么纯粹，不那么像电影了。大约是由于原有思维习惯的作用吧，人们只注意到了电视技术生长出了电视艺术这一重要事实，而且也许是吸取了历史上曾长期无视电影的艺术属性的教训吧，人们不仅一下子便认同了电视的艺术性质，而且似乎把全部的注意力和精力都用来发现和发掘电视作为艺术的区别于电影的特殊性，并急不可待地宣布电视是继电影之后的人类“第八艺术”。结果却忽视了另一个同样重要或者说更重要的一个事实，那就是电视艺术与电影艺术在美学本体上的一致性，更忽视了电视作为一种新的技术进步所给予电影艺术的深刻影响。如果把这种深刻影响所包含的发展趋势也考虑在内的话，我们完全可以做出下面的结论：进入电视时代的电影艺术即使还可以称之为电影艺术的话，也已基本上不再是原来意义上的，即以光学成像为基本技术与手段的电影艺术了。
三
人类社会确是以加速度的形式向更高的文明发展进化的。就在电视技术的发展进步正在深刻而有力地刺激并推动电影艺术向新的深度与高度发展迈进，其势方兴未艾的时候，又一种新的电子技术——电子数码信息技术又勃然兴起于世，并给予电影艺术以及整个影像艺术以更为巨大而深刻的影响。这场变革的来势之迅猛与内力之深厚，使人们真真正正地感到了绝对的应接不暇与别无选择。它既不像声音技术那样允许人们有一个怀疑、反对、认同的过程，也不像电视技术那样给你一个进行十年抵制大战的时间，而是在电视技术已经与电影技术趋于融合的基础上，一下子便出现在电影艺术的内部构成因素之中，它可以在你对其所知甚少或根本处于无知的状态，甚至根本还没有意识到它的出现与存在的情况之下，就一下子从里到外全方位地包围并渗透于你了。
电子计算机成像(CGI)技术的发明是在60年代，进入70年代即开始应用到电影制作领域。1975年乔治·卢卡斯创建了专门为拍摄电影提供电脑技术服务的特技王国“魔光实业”(IndustrialLightandMagic，简称ILM)，这已清楚地意味着又一个电影艺术的新时代即将来临。1991年，柯达公司“数字化视觉效果处理系统”简称(INEON)的诞生，宣告了数字技术支配电影技术的时代的到来。而2000年，美国最大的电脑网络公司——全美在线(AOLI-S)与美国第二大传媒集团——时代华纳公司(TimeWarner)的结盟，则最终标志着最新的电影艺术新时代——后电影时代(Post-cinemaEra)的来临。[5]
这究竟是一个怎样的新时代呢?
从技术层面讲，这一次的电影新技术革命，不是某种单一的技术变革，而是以电脑数字技术为核心的包括电影、电视、电脑硬件与软件、电话、自动化工程、机器人等等新技术长期发展融合的集中体现。从电影特技制作能力的空前提高(已没有什么影像是不可制作的)，到电影制作方式的根本性改变(电影已可以不是拍摄的，而是“合成”的)，再到各类新兴娱乐产品、产业的产生(如电脑游戏，实真经历，互动娱乐等)，再到全新的发行展示渠道的创建(如只读记忆光盘、数字光盘、卫星电视、有线电视、互联网等)，这一切不仅无一不直接引发着电影艺术的本性变革，更以集体的合力最终将电影艺术推进到了一个全新的“后电影时代”。
从艺术层面上讲，在后电影时代，电影艺术在艺术本体上发生的变化主要有以下几点：
(一)电影特技制作能力的空前提高，使电影艺术的奇观本性得到突现，超越了电影艺术的纪实本性而明显处于前景位置，直到产生所谓的“效果美学”[6]
纪实性与奇观性是电影本性的相互关联的两个方面。在巴赞时代，电影艺术的纪实本性得到了最大限度的高扬，“纪实美学”也因之而成为电影艺术美学原则的主旋律。而当电子计算机成像技术、特别是电脑数字技术一经应用到电影特技制作领域，就使电影特技超越了单纯的技术意义而具有了美学内涵。从《星球大战》(1976年制作完成，电影史将这一年称为“特技效果的新生”)到《谁陷害了兔子罗杰》(1988年)，从《终结者》(1991年)到《侏罗纪公园》(1993年)，从《阿甘正传》(1994年)到《勇敢者的游戏》(1995年)，从《玩具总动员》(1995年)到《泰坦尼克号》(1997年)……电脑特技，创造了一个又一个真正匪夷所思的人间奇迹。[7]在20世纪最后10个年头里，电影也正是凭借这种对于传统电影技术来说几乎永远无法实现的银幕奇观的表现而重新定位了自己的大众文化坐标，并再一次战胜了画面小、影像差和音响弱的电视的。而当这种“追求技术魔力”、“致力奇观呈现”的“效果美学”成为时尚、甚至主流时，就不仅悄悄地改变了观众的观影经验和观影期待(从对电影叙事真实性的认同转移到对电影奇观和技术的欣赏)，而且也悄悄地解构着电影艺术本身，将其融入到一个更为广泛的传媒体系之中去了。
(二)电影制作方式的革命性转变，使巴赞摄影影像本体论的电影理论趋于解体，并将最终改变电影本身的本体存在
虽然就全行业来讲，电影业仍然是一个“胶片”行业，但以卢卡斯“魔光实业”(ILM)为代表的数字化新技术正在排除电影拍摄放映的老式机械装置，电脑合成的数据人物和影像处理的仿真场景已经预示着电影工业成为“无胶片”行业的可能。就是说，电影已可以不是排演拍摄成的，而完全是电脑合成的。如果说传统的电影制作方式有一个最大的局限在于它的每一个艺术想象的实现都受到制作技术与条件的限制的话，而随着电脑数字技术支配电影制作，则最终完全超越了人类有限的想象力。它可以合成任何现实的、非现实的视听影像，只有你想象不出的，没有它制作不了的。这样一来，影像与物质实体之间的联系就变得非常脆弱了，影像本身不再保障视觉的真实性。再简单地讲就是，电影已不再是“记录”(Record)，不再是“物质现实的复原”(克拉考尔语)，而是“合成”(Graph)，是“实在的非真实”(Virtualirreality)。显然，当观众已清楚地知道任何影像都可以是数字化地制造出来的时候，人们对电影真实性的确信也必将终结。
(三)新兴媒体新兴娱乐产品的建立和新的传媒体系及发行展示渠道的创建，已经形成人类全新的“视听文化”，亦使电影艺术发生根本性变革，直至消失在新的系统之中
随着电视的出现，以及其后电脑技术的应用，特别是数字技术和互联网的出现与发展，新兴媒体及新兴娱乐产业层出不穷，并逐渐形成群雄并起、逐鹿中原的局面，电影不仅丧失了“大众艺术之王”的地位，更重要的电影与电视、电脑、多媒体和网络之间的界限日趋模糊。电影正在汇入更大的视听媒体洪流之中，这一媒体洪流从摄影化走到电子化，现在又到了网络化新阶段。
在这些新兴的娱乐产品或方式中，有两种产品或方式对电影的影响或者说改造最为深刻。其中一个是“互动娱乐”(InteractiveEntertainments)，及由之而生发出的互动电影。这种互动电影为观众(用户)提供了这样的可能：从一个音像数据库选取素材，建立多种不同的电影叙事走向，事实上就是构造观众(用户)自己的故事。另一个是“实真经历”(Vivtual-RealityExperienes，简称VR)。“实真经历”是对真实的全方位(视、听、嗅、味、触多种感官的信息来源及其综合)人为仿造，并企图最终达成与真实的完全一致。“实真经历”的用户或者说参与者，或游戏者，可以进入一个电脑合成的人为环境，在那里自如地活动，与物体、人物和事件发生直接的相互作用，并直接影响到叙事的结构和发展过程。传统的“视窗展示”方式和静坐式观影方式，让位于“活动中心”(activitycenter)式的“入门探寻”；被动的观看者，让位于能动的参与者。当电影的发展已经到了这样一种水平或阶段时，即便我们仍然将其称为电影、看成电影，也不难理解和想象它同此前的、传统意义上的电影已相去甚远，太远了。从内在的叙事内容与方式及结构到外在的展示方式、场所及观众的“观看”方式直到“观众”——用户由之而获得的艺术体验及审美感受都已发生了全方位的变革。正如有些评论者所指出的那样：“互动电影”与“实真经历”与传统电影的最重要的区别之点，在于其对于经验的强化和对用户控制力的赋予。而一旦用户拥有了这种控制力，则无疑意味着对叙事可能性悬念的摒弃，同时也就意味着对观众的观影欲望的摒弃，因此，单从这一点来讲，已决定此类新电影要保持或形成观众——用户的新的引力或欲望，就必须构建自己的新的电影语法。
虽上述电子计算机等新技术革命所引发的电影艺术本体性变革尚处在开始阶段，许多新的设计和创造还处在初期和试验的水平上，还存在许多有待定型、完善和改进的地方，但其发展趋势已是如日东升。1997年第一部互动电影《黯淡》已制作并发行；“实真经历”也已进入实验试制阶段；网络电影更是早已出现，网民完全可以像电台点歌一样，上网“点看电影”。不仅如此，世界的高科技巨人们正在联手研制被称作“蓝牙计划”(blue-teeth)的可以将所有装置(电脑、电话、电视、音响、家用电器和各种数据库等等)共享的联动终端。其目的是只要动一动手指头(甚至动一动意念)，你就能得到、看到和听到你想要的一切。届时，不仅人类的视听文化将发生前所未有的变化，就是人类文明也无疑进入到了一个更高的新阶段。
四
这是一场正在悄然行进中的电影技术与电影美学革命。经历这场革命之后的电影，即使不是烟消云散，也已是面目全非。而且确已可以看到或感受到使电影走向终结的新事物、新力量。
安德列·巴赞认为，人的潜意识中有一种所谓的“木乃伊情结”。其含义是说，人们总是倾向于把经历过的生活尽可能真实完整地记录下来，仿佛是给时间涂上香料、使之免于腐朽，如木乃伊一般。[1]电影诞生之后，由于其所具有的对于视听信息的方便而直观的呈现能力，便成了这种情结最理想的承载方式。于是巴赞在1946年便提出了一个所谓的“完整电影神话”的概念，认为“电影这个概念与完整无缺地再现现实是等同的；他们所想象的就是再现一个声音、色彩、立体感等一应俱全的外部世界的全景。”[1]进入后电影时代之后，我们发现，这个“完整电影神话”即将和正在成为现实。电影的完整再现与电子游戏的人机互动作为两个向度的理想追求，即将和正在最后阶段实现融合。代表这种融合的就是“实真经历”技术的出现和走向完善。“实真经历”既代表人类真实完整地记录自己生活这一探索轴线的运动极限，也代表了人机互动的仿真追求的运动终点。在“实真经历”的时代，我们将会和正在看到，我们不仅可以完整无缺地再现现实，而且我们将无法区别这再现的现实(虚拟的现实)与实有现实的不同(进入“实真经历”过程的“用户”由于不仅接受了“实真经历”技术所提供的从视听到嗅味直到触觉的全面的虚拟的仿真信息而且被隔绝了全部的现实真实信息，因此直到“实真经历”结束，将根本无法分辨这种虚拟真实与真实的现实)；与此同时，我们还将发现，我们不仅生活在实有的现实中间，我们也同时甚至更多地生活在虚拟的现实中间(比如我们不仅为现实生活中亲人的健康而欢乐，也为艺术虚构中的古人的痛苦而流泪)。其实很久以来或者从来就是如此的，只是今天恍然大悟罢了。更有甚者，我们还将看到，虚拟的现实与实有的现实不仅越来越难以区别，而且处在一种密切的相互渗透与影响的互动状态之中。总之，对于现在特别是未来的人们，虚拟的现实将不仅影响他们的生活，甚至将构成他们的人生。
于是在事情的最后阶段，我们终将发现，人类从完整再现现实的艺术追求出发，最后又走回到了创造现实的生活本身。正如作为心理学家的电影美学家爱因汉姆所预言的那样，与现实不同的才是可以审视的艺术。如果与现实完全相同了，则是现实本身，而不再是艺术。因此，“实真经历”的出现，正预示着电影艺术的终结。[8]
引力与加速度的等价使爱因斯坦发现了相对论，那么，虚拟现实与实有现实的等价又将意味着什么呢?到那时，也许终结的不只是电影艺术，整个人类思维与哲学都将发生目前还无法预想的深刻变化。
短短一百年，电影却经历了如此多的变化，以至即将走向终结。回想它曾给我们带来如此巨大的、长达百年的欢乐，一时确实很难接受，而理智应当告诉我们，如果放在足够长的历史长河中考查，世间万事万物，莫不如此。这也就是存在主义所谓的“存在先于本质”。所以，天才的巴赞才只用一个问句——“电影是什么?”来命名自己的文集。
收稿日期：2002-05-15
【参考文献】
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[6]虞吉.电影的奇观本性[J].当代电影，1998，(5).
关键词机电一体化技术应用
1机电一体化技术发展
机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。
1.1数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
1.2智能化
即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。
1.3模块化
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。
1.4网络化
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。
1.5人性化
机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。
1.6微型化
微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(MicroElectronicMechanicalSystems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。
1.7集成化
集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。
1.8带源化
是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
1.9绿色化
科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。
2机电一体化技术在钢铁企业中应用
在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：
2.1智能化控制技术(IC)
由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。
2.2分布式控制系统(DCS)
分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。
2.3开放式控制系统(OCS)
开放控制系统(OpenControlSystem)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。
2.4计算机集成制造系统(CIMS)
钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。
2.5现场总线技术(FBT)
现场总线技术(FiedBusTechnology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4～20mA，DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(ProgrammableLogicController)和现场就地控制站等的发展。
2.6交流传动技术
传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。
参考文献
1杨自厚．人工智能技术及其在钢铁工业中的应用[J]．冶金自动化，1994（5）
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5林行辛．钢铁工业自动化的进展与展望[J]．河北冶金，1998（1）
【关键词】继电保护现状发展
一、继电保护发展现状
电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。
建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。
自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kV线路上，结束了500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代。
在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。在这方面南京电力自动化研究院研制的集成电路工频变化量方向高频保护起了重要作用，天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的集成电路相电压补偿式方向高频保护也在多条220kV和500kV线路上运行。
我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用［5］，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机?变压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。
二、继电保护的未来发展
继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
2.1计算机化
随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。
南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础的微机线路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统。东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。天津大学一开始即研制以16位多CPU为基础的微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置，目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在CPU内。
电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。这种装置的优点有：(1)具有486PC机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。(3)采用STD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。
继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚须进行具体深入的研究。
2.2网络化
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。
对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。
对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，初步研制成功了这种装置。其原理是将传统的集中式母线保护分散成若干个(与被保护母线的回路数相同)母线保护单元，分散装设在各回路保护屏上，各保护单元用计算机网络联接起来，每个保护单元只输入本回路的电流量，将其转换成数字量后，通过计算机网络传送给其它所有回路的保护单元，各保护单元根据本回路的电流量和从计算机网络上获得的其它所有回路的电流量，进行母线差动保护的计算，如果计算结果证明是母线内部故障则只跳开本回路断路器，将故障的母线隔离。在母线区外故障时，各保护单元都计算为外部故障均不动作。这种用计算机网络实现的分布式母线保护原理，比传统的集中式母线保护原理有较高的可靠性。因为如果一个保护单元受到干扰或计算错误而误动时，只能错误地跳开本回路，不会造成使母线整个被切除的恶性事故，这对于象三峡电站具有超高压母线的系统枢纽非常重要。
由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。
2.3保护、控制、测量、数据通信一体化
在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。
目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OTA)和光电压互感器(OTV)已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。1992年天津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题，并研制了以TMS320C25数字信号处理器(DSP)为基础的一个保护、控制、测量、数据通信一体化装置。
2.4智能化
近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。例如在输电线两侧系统电势角度摆开情况下发生经过渡电阻的短路就是一非线性问题，距离保护很难正确作出故障位置的判别，从而造成误动或拒动；如果用神经网络方法，经过大量故障样本的训练，只要样本集中充分考虑了各种情况，则在发生任何故障时都可正确判别。其它如遗传算法、进化规划等也都有其独特的求解复杂问题的能力。将这些人工智能方法适当结合可使求解速度更快。天津大学从1996年起进行神经网络式继电保护的研究，已取得初步成果。可以预见，人工智能技术在继电保护领域必会得到应用，以解决用常规方法难以解决的问题。
三、结束语
建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。
摘要：电子政务的技术平台是信息技术，其应用状况直接影响着电子政务的发展。从四个方面探索分析信息技术应用状况对电子政务的影响，希望能为电子政务的健康发展提供有益的理论思考。
关键词：信息技术；应用状况；电子政务
1技术应用水平与电子政务的真实需求
1、1基础设施建设的水平
当前世界各国都在加快电子政务基础设施的建设，但与人们日益增长的需求相比，中国网络基础设施还须加强建设。联合国2005年《全球电子政务准备度报告》中指出，在全球191个国家中，中国信息基础设施指数排在第74位，属于世界中等发展水平。基础设施建设水平过低使得电子政务的需求得不到满足，从而限制了电子政务进一步的发展。中国在今后电子政务的发展中还应注重网络基础设施这个“硬件”的建设，使“硬件”建设与人们不断增长的信息需求相适应。
1、2技术应用中所提供服务的合理程度
人类有一种美好的愿望，总是想把最先进的技术运用到现实生活中去，但是往往事与愿违，达不到预想的效果——先进的技术未必都符合电子政务的真实需求。当前电子政务技术发展迅速，人们常常会把理论上已经成熟的技术应用到实际系统中而未能考虑其合理性，最终导致项目的建设与社会需求严重脱节，造成人力和物力上极大的浪费。不少政府把电子政务当作“形象工程”来建设，认为只要网站建起来，电子政务就实现了。能达到什么结果就不管了，仅仅把电子政务当“摆设”。数据来自CapGemini、Er—nest和Youngsurvey的研究，我们可以发现，公众对政府所提供的各种服务的关注程度并不一样，最受欢迎的是那些操作简单的服务——如求职、个人所得税以及增值税查询服务，最不常使用的是一些与医疗，建筑，环境相关的服务。另外对电子政务需求最大的商业部门(53％)，其次才是公众(40％)。
从上面两点的阐述我们可以得知：一方面，在电子政务建设的初期，由于资金、技术、经验等无法及时到位，使得电子政务基础设施的建设水平过低。另一方面，由于缺乏先进的信息，对所提供的服务是否满足电子政务的真实需求难以把握，即便有其他国家或地区的经验，但是由于具体国情的不同也很难真正把握其真实需求。总的来说。技术应用水平在建设初期是相对较低的，从而无法满足电子政务的真实需求。这个问题在任何一个国家或地区都存在。随着技术应用水平的提高，其所提供的设施和服务跟电子政务真实需求之间的差距会越来越小，但这种差距的缩小是相对的。因此，技术应用水平的高低直接影响到电子政务真实需求的满足程度。
2技术应用成本与电子政务项目的实施
2、1交易成本
交易成本一般在电子政务项目外包过程中产生，主要指政府为实现电子政务项目或功能所给予供应商的资金、人力等成本。由于政府部门不具备自主开发系统和规划网络建设的能力，通常情况下只能求助于私部门，即先由政府部门结合自己的实际情况和工作任务的需要提出具体要求，私部门按照政府部门的要求进行网络系统的集成与规划，完成建网任务。实现电子政务。这也是国外通常采用的方式。在这种情况下，政府部门与私部门之间建立良好的协作关系尤为关键。让私部门提供复杂的电子政务项目有很多好评，但外包也带来了问题，主要是公共部门缺乏必要的IT技能，因此在与供应商交往时成本较大。因此公共部门始终处于信息不对称的不利地位；另外，现实情况往往是私部门承建的项目达不到政府部门的期望值，而政府部门因为繁琐的财政审批制度和对技术处理的陌生，使得私部门不得不花大量时间和大批技术人员进行各种维护，大大增加了公司的额外投入。这样对承担项目的私部门的积极性和热情无疑是一个沉重打击，导致双方的合作产生种种矛盾，网络建成后维护变得很困难。交易成本的不断增加使得政府投资的风险加大。
2、2投资成本
投资成本是指国家对电子政务建设的各种投入。有投资就有风险。大多数国家制定了雄心勃勃的计划，目标是通过网络将服务和信息传递给公民，提高公共部门的智能化水平。但这些电子梦想很可能会变成恶梦，原因是政府在管理大型电子政务项目时的无能很可能会破坏项目的执行，主要表现为以下几点：
(1)大项目的风险。规模庞大、成本高昂、规划壮观的项目比小型项目更容易通过预算审议，因为它往往比较重要，能解决重大问题。在这种情况下，电子政务的规模与风险成正比，电子政务的规模越大、耗资越多、时间越长、工程越复杂的电子政务项目，失败的风险就越大。
(2)使用新技术的风险。新技术能提供更好的解决方案和服务，公共部门一直采用不断更新的技术，实践证明，在不成熟技术的基础上建立起来的政务系统很容易失败，在绝大数情况下，弊大于利；但在一些情况下，利大于弊。而很多项目都是在应用之后才能发现是否合适，那么在什么情况使用新技术呢?这是一个问题。
(3)缺乏识别并处理风险的能力。识别并处理风险是成功的电子政务项目的关键。一些国家有成熟的方案和实践经验，另一些国家仍然不足。独立的咨询公司等类似的独立机构、通过应用被证明有效的程序或者更好的标准软件、采用最实用的经验、在投产前先作失败、评估和处理风险的措施，以上这些都可以帮助识别并处理风险。但是有趣的现象是，很多失败被归罪于很好的方案和有效的经验上，因为仅仅有这些还不够，在经验和控制体系方面还需要与本国文化很好地融合、进行本土化。因此，我们可以知道，识别和处理风险的能力在一定的时期内仍会是一个难题。
通过上面对电子政务应用成本的分析我们可以看到，技术应用的高风险性阻碍了信息化建设步伐，同时对电子政务的推动和发展产生了消极的影响。
3技术应用的有效性与电子政务评估机制
电子政务应用时是否有效和达到相应的效果，是用电子政务评估机制来检测的。电子政务的绩效评估一方面是项目全程管理的手段，另一方面也是获取公民支持的依据。因此，电子政务绩效是衡量电子政务成败与否的重要依据。
电子政务应用的有效性评估是很难把握的，这在很大程度上是技术本身的问题，因为技术往往不能达到人们期望的水平，这给评估机制的建设带来了重重困难。电子政务绩效评估既包括对“电子”的评估，也包括对“政务”的评估，即电子政务系统建设的完备程度和政府职能的实现程度是电子政务绩效评估的主要衡量内容。目前国际上比较流行的有联合国、Accenture公司、TNS(TaylorNelsonSo—fres)公司、NewJersey—Newark大学、Sungkyunkwan大学提供的电子政务评价体系，每种体系都各有特点，每种评估方法都有自己的优势和劣势，没有任何一个是完美的。因此，就目前来讲，电子政务绩效评估方法是不完善的。另外，即便拥有很完善的评价体系，我们仍然不能得到完整和准确的答案。这一方面是由于技术自身的局限性，另一方面是因为目前国外多种电子政务评价方法大部分由咨询公司或研究机构提供。由于不同机构测评电子政务的目的不同、标准差异、范围区别等，评价体系会各有侧重。而应用任何外来的指标体系都要考虑水土不服的问题。这些方面的问题都会对电子政务的发展产生影响。
4技术应用引发的道德问题与电子政务的运行
信息活动在给人类带来效率与文明的同时，也带来了一系列的新的问题和利益利害冲突，对人类社会带来了诸多的负面影响。从伦理学的角度，我们把这些问题归结为信息道德问题，它显示了信息活动所呈现的道德危机与伦理困境。从国内外的实践看，现代信息活动中的道德问题可归纳为以下几个方面：
4、1道德观念的紊乱
道德观念的紊乱主要表现在道德相对主义，无政府主义和个人主义的盛行和泛滥。网络信息环境为这些观念的生长和繁衍提供了最适宜的土壤。
道德相对主义源于后现代主义思潮，认为一切都是没有客观根据和不确定的，他们怀疑权威，排斥规范和道德标准的统一性。与道德相对主义相伴的，必然是无政府主义和个人主义的流行。互联网当初的设计思想，是一种开放式的无中心架构，这样，当网络的一部分遭到袭击时，其他部分依然能够正常运转。因此，网络中没有明确的领导者，没有最终的管理者。网络没有权威，意味着每一个人都是权威；网络没有终极的管理者，意味着个人权利至上。
4、2道德行为的失范
道德观念的紊乱会导致道德行为的失范，从国内外的实践看·涉及的实际道德问题主要包括：(1)有意制造和传播计算机病毒。(2)侵犯知识产权。(3)信息与网络安全问题。(4)侵犯隐私权。道德行为失范的问题还有很多，包括信息污染，即有人有意地制造和有害的、虚假的、过时的和无用的不良信息而导致的危及人类健康生存和信息活动低效率的状况。现代信息活动中突出的信息污染问题有虚假信息、种族歧视信息和无用信息。
通过上面的阐述可知：在网络社会里，人们可以按照自己的想法做事，不必考虑遵守规则和承担义务，容易造成对电子政务权威和价值的忽视。另外，道德问题会引发公众对网络的不信任和怀疑，使人们产生恐惧和忧虑，必然也会影响对电子政务的认识，电子政务的运行也会因此而受到影响。因此，技术应用引发的道德问题在精神层面上影响了电子政务的发展。
5结语
综上所述，信息技术应用状况直接影响着电子政务的健康发展。虽然技术是非常重要的，但电子政务的成功或失败极少的是因为技术本身的问题，而是其应用状况的问题，因此，合理的应用信息技术并充分考虑其应用状况将会是我们最终需要关注的问题。
参考文献
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1.1服务器端的设置步骤1打开DataSocketServerManager对DataSocketServer进行设置[4]。步骤2打开DataSocketServer。DataSocketServer面板如图1所示。图1显示了该主机当前连接到DataSocketServer上的任务数和已发的数据包数。步骤3在服务器前面板对象上右击，在弹出菜单中选“属性”命令，在“数值类属性：对象名”对话框上选“数据绑定”选项卡。数据绑定选“DataSocket”，访问类型选“只写”。路径格式是dstp：//severname/item，dstp指DataSocket通信协议，Servername是服务器名或IP地址，item是数据项名称。设置完毕前面板对象右侧会有一个矩形连接指示灯，数据程序运行且打开DataSocketServer，连接正常该灯成绿色，否则为红色或灰色。
1.2客户端的设置客户端需在前面板对象上右击，在弹出菜单中选“属性”，在“数值类属性：对象名”对话框选“数据绑定”选项卡，数据绑定和路径的设置与服务器前面板相应对象相同，访问类型选“只读”。设置完毕，前面板对象右侧同样会有一个连接指示灯。服务器和客户端VI设置并都运行，在服务器端打开DataSocketServer，服务器的数据就能通过Internet传输到客户端电脑上。
2光伏电站发电数据的DataSocket传输实例
2.1陕西科技大学光伏电站监测系统介绍笔者建设的陕西科技大学880kW光伏电站的数据监测系统是使用LabVIEW2012设计编写的，是集数据采集、处理、传输、查询于一体的系统程序。
2.2服务器端设计（1）硬件配置使用RS485通讯线一头连接TBEA-GC-500KTL光伏逆变器的485通信接线端口，另外一头接安装了MOXACP-118U8串口UniversalPCI串口卡的研华IPC-610系列4U上架式工控机主机上。通过光伏逆变器的遥信读电能计量功能和利用LabVIEW2012编写上位机数据监测软件读取光伏电站的发电数据。（2）服务器数据VI设计在陕西科技大学880kW光伏电站数据监控系统的LabVIEW系统程序中，打开名为逆变器实时数据子界面的VI，编写服务器数据程序。编程完成后的程序框图如图2所示。图2中上半部分是通过编程从逆变器读出的三相电压、三相电流、发电量、功率因数、总功率等发电数据，下半部分是创建的三相电压、三相电流、发电量、功率因数、总功率的局部变量用以在同一个VI中传递数据，通过DataSocketWrite函数向DataSocketServer写数据，DataSocketWrite函数的连接地址的设置与数据绑定选项卡路径的设置相同为：dstp：//servername/item，Servername可以写为本机的IP地址，item改为要传递的数据名称，比如说累计发电量。（3）DataSocketServerManager的设置在主机服务器上的DataSocketServerManager程序主界面中PermissionGroups中的DefaultWrites设置成Localhost。
2.3客户端设计服务器将采集到的发电数据通过局域网送至客户机，客户机要完成数据的接收、处理和显示，所有功能均由软件来实现。在客户端的电脑只需要安装与服务器端相同版本的LabVIEW软件，并编写客户端数据接收VI。客户端数据接收VI的程序框图如图3所示。使用DataSocketRead函数从服务器读取数据。右击前面板上发电数据对象属性打开数据绑定选项卡。数据绑定选择“DataSocket”，访问类型选择“只读”。每个对象的路径设置与服务器相应对象的路径设置完全相同。
2.4服务器和客户端VI的前面板服务器VI的前面板如图4所示，客户端VI的前面板如图5所示。在服务器端打开DataSocketServer之后，当服务器和客户端的VI都打开并运行，服务器和客户端建立连接之后，服务器和客户端的前面板的连接指示灯亮绿灯，客户端显示和服务器相同的发电量、相同的功率、相同的功率因数等发电数据。实时数据的传输主要是指实现实时数据从服务器端到客户端的发送[5]。由图4、5可见发电数据可以远程实时传输，通过这种方法还可以实时传输光伏电站电压电流波形等数据，实现远程监测。
2.5发电数据传输流图在本文研究的发电数据实时传输系统中，数据流如图6所示。被测对象可通过测试现场的仪器设备，将测得的数据或信息通过网络传输给异地的计算机去分析处理，在逻辑上形成C/S（客户端／服务器）结构[6]。经过逆变器运算和处理过的数据通过RS485总线进入插有串口卡的工控机，用LabVIEW编写数据VI，使用DataSocketWrite函数把采集到的发电数据写入DataSocketServer，写入的数据通过局域网传到客户端计算机，通过编写的数据接收VI，利用DataSocketRead函数读取服务器发送的数据，实现发电数据远程实时传输。
3结语
1.1发电效率明显提升
社会的不断发展以及人们对生产及生活要求的不断提高，就导致了对电能的需求量会逐渐的增加，这为我国的火力发电工作带来了一定挑战，提高火力发电效率已经成为社会各界共同关注的问题。而原有传统的火力发电设备多数都需要较多的人员进行实际操作及控制，工作效率低，而将电气自动化技术应用于火力发电，可以使火力发电实现自动化控制，提高发电效率及电能产昌，更好满足社会需求。
1.2发电成本显著降低
用于火力发电的原材料通常都是煤炭及石油等可燃原料，原有的火力发电技术存在诸多问题，使得原材料的燃烧率不高，不能够充分燃烧而释放出全部的能量，这使得发电效果平平，投入了较多的原料却没有得到预期的电量，也就增加了发电成本。而将电气自动化技术应用到火力发电中，就可以对各种燃烧方法进行自动化控制，从而实现燃料的充分燃烧，使得燃料的浪费率大为降低，也就相应的节约了发电成本。
1.3资源得到最优化配置
在火力发电的过程中，所需要的是所有的资源是否能够全面合理的得以有效的利用，其结果对于电厂的发电效率有着直接的影响，过去较为滞后的发电技术，对于电力设备和原材料以及工作人员都没有进行更好更全面的加以利用，人员和原材料的浪费，设备发生了故障没有得到及时的发现和维护，对于火力发电在一定程度上都造成了损失。然而，自从电气自动化技术实现之后，对于设备运行中出现的障碍，能够得以有效的及早发现，在操作模式方面可以实现人机操作，时期资源在使用的过程中，能够将其最大的可利用价值给予充分发挥。
2火力发电系统应用电气自动化技术的可行性和必要性
电气自动化技术自诞生以来，在各行各业中都取得了十分骄人的应用成绩，其在数据采集及管理、运行控制等多个方面都取得了不错的效果。在火力发电系统中运用了电气自动化技术在对交流电进行采样、测量和监控的同时，还可以在新型计算机技术的协助下与工业输电之间的电网进行创新性和性能性革新。火力发电厂原来使用的火力发电技术中各系统与集散控制系统之间的数据传送量有限，加上工作人员无法周全的观察到所有的参数信息变化，这就导致了整个发电运行系统我们所能掌握的信息量较少，而且也导致了电力操作人员的操作内容不轻松和不能及时的发现运行装置系统中存在的问题，无法把握故障的发生。但是，对于电气自动化系统的火力发电，电力设备的自动化水平显著提高，在建立的火力发电的通信网络上传送的数据信号明显增多数倍。对于电力操作人员来说，很大程度上降低了操作难度和发现设备故障的难度。
3电气自动化在火力发电系统中各方面的应用实例
3.1实现炉机组一体化
在火力发电中运用电气自动化技术，就实现了火力发电厂的机、炉、电运行系统一体化的目标。这样整个系统的数据和运行信息就靠机、电、炉这个一体来监控运行和汇总分析。这样的一体化就更大的实现了火电机组的潜力，并且缩小了控制层的规模，简化了发电系统的监控系统，因此，也更大程度的降低了发电的生产成本。另一方面，炉机组这一统一单元实现了火力发电信息采集的便利化，更能提高火力发电厂的电厂信息管理系统的工作效率，统一了电网的运行和管理，提高了电网的工作效率，使电网保持在最优化的运行状态。
3.2实现设备的自动化检测
我国火力发电厂传统的系统控制及保护功能等只局限于电力运行系统内，是为了电力运行超过一定限定数值后，便会出现跳闸及报警的现象。但是现代化的电气自动化技术，可以运用计算机技术来进行检测，并实现对整个电力运行系统的有效控制，其不仅可以完成对发电系统的监控及诊断检测工作，同时还能够提前预测出可能发生的安全事故等，不是等到事故真的发生了现进行报警等，这样的工作方式有效的避免了电力安全事故的发生，降低了发电厂的经济损失。
3.3实现了通用网络结构的构建
在电气自动化系统的成功运行中，通用网络结构的构建起着至关重要的作用。通用网络结构实现了办公室自动化到整个系统的电气设备的运转自动化，完成了电厂的管理人员和操作人员对整个电厂设备的实时观测和监督，并且保证了控制系统、管理系统和计算机控制系统。
4结语
摘要：机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。本文简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。
现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手：
（一）机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。
（二）传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。
（三）信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。
（四）驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
（五）接口技术
为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
（六）软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
二、机电一体化技术的主要应用领域
（一）数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。
2、开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
3、WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。
5、能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6、系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
7、以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
（二）计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
（三）柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
（四）工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。
三、机电一体化技术的发展前景
纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展：
（一）智能化
智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。
（二）系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强，一般除RS232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。
（三）微型化
微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
（四）模块化
模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。
（五）网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
（六）绿色化
工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。
综上所述，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。
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小龙水电站最大水头6．31m，额定水头5．0m，最小水头3．0m，根据运行水头适合的机型有竖井贯流式和灯泡贯流式，但是，竖井贯流机组与灯泡贯流机组各具有其特点。小龙水电站工程在初步设计中推荐采用灯泡贯流式机组。但在施工设计阶段，遇到了诸多困收稿日期:2015-03-16难，比如:水轮发电机组采购时，由于机组运行水头超低、转速低、发电机尺寸大、生产周期长、制造难度大、交货时间不能满足电站的施工工期要求，同时大件运输也较困难等。于是对竖井贯流式和灯泡贯流式两种机型主要性能参数进行比较。由表1参数可知，在超低水头、相同同出力条件下，灯泡贯流式转轮直径比竖井贯流式大0．3m，转速低15%，水轮机重量多12%，水轮机流道尺寸也略大。水轮机最大起吊重量多12%，厂房起吊高度增加5%。而竖井贯流式发电机增加了一套变速系统，但发电机的重量仅是灯泡机的1/4，故机组重量轻。对发电机而言，若选用灯泡贯流式机型，按照水轮机参数，发电机转速为65．22r/min，转子磁极数为92个。根据电磁计算，发电机定子需选择450槽，发电机结构尺寸相对而言较大，其经济性指标明显下降，随之带来的是运输难度增大，发电机无法整体运输，灯泡头、锥体、定子机座等部件均需分瓣才能完成。同时，定子还需要在工地完成叠片、下线等工作，转子要采用叠片磁轭结构，也需在工地现场进行组装。从表中可以看出竖井贯流式机型，通过增设一个增速齿轮箱将发电机转速提高到750r/min，发电机结构尺寸大为减小，定子槽数减为了108槽，转子磁极数仅为8个，发电机可实现在制造厂总装配后整体运至工地。显然，给制造和运输都带来极大的方便。
2机型安装调试、周期的对比分析
由于灯泡贯流式机组结构紧凑，故安装工作要在狭小的空间里进行。而总体上这种机型，特别是对于尺寸较大的机组，其大部件刚性又相对较弱，这样，要满足机组重要部位设计精度的需要，其安装难度、调整工作量大、工作周期长是显而易见。但对竖井贯流式发电机组而言，情况则完全不一样，竖井贯流机组的发电机部分可在制造厂内进行总装，并在完成转动部件的静、动平衡试验后，如齿轮箱一样，整体运至工地可直接吊入竖井内就位后安装。另外，直锥尾水管的里衬在第一阶段安装，并作为后续工程的基准和支持面，导水机构在安装场预组装，待厂房土建工作结束后整体吊装就位，接着是安装主轴、转子、增速器和发电机，仔细地对中调直，使其在一条直线上，这样可大大减小安装场地，缩短安装周期。
3机型维护检修的对比分析
一般竖井外形除了迎水面做成圆弧形外，沿水面均为平面。灯泡贯流式机组发电机部分的维护工作较少，但维护操作则较为困难，发电机大修时流道需要进行排水，所需维修所需的时间较多。竖井贯流式机组发电机部分的维修操作则较为方便，不需要对流道部分实行排水。当然，增加了一个齿轮箱的维护，增速器一般指齿轮传动，需要我们对齿轮箱的选择给予足够重视，选用可靠的、高质量的产品，就完全可以将齿轮箱的故障率和机组总体噪音降到很低程度。由此看来，竖井机组也可以提高设备的运行可靠性和安全性，减少维护工作和费用。
4机型效率的对比分析
通常，人们可能认为竖井贯流式机组由于增加了一个齿轮箱，效率要比灯泡贯流式机组低。事实上，一台高质量的行星齿轮效率满负荷时效率约为99%，行星齿轮效率损失可从高速发电机的效率提高得到补偿。在做具体分析后，我们会发现，实际上两机型的效率几乎相差不大，祥见表2相关数据。由表2中两组数据可以看出，两种形式机组的综合效率相差不多。此外，竖井贯流式发电机还因无需采用强迫通风冷却，从而能有效减少厂用电负荷。
5两种机型价格的对比分析
两种机型的水轮机结构基本相同，制造过程也大致一样。但灯泡式水机转轮直径大，重量重，故竖井贯流式水轮机比灯泡贯流机的造价有明显优势。对发电机而言，竖井贯流式发电机转速较高，转动部件材料的机械性能要求比灯泡贯流机高，若仅从吨价来看，竖井贯流式发电机的吨价比灯泡贯流机高，但由于发电机转速的提高，发电机的总重量也大大减轻，加上增加的齿轮箱带来的投资，其发电机总体价格具有较大优势。若以灯泡贯流式机组的造价为100%，两种机型的价格统计分析见表3。从表3中可以看出，灯泡贯流机组的价格约是竖井贯流机组的1．187倍，竖井贯流机组实际采购价格比灯泡贯流机组约少2300万元，能节省电站的机电投资。
6建议
小龙水电站大功率竖井贯流机组已成功运行了6年，在近几年运行中发现了不少问题，根据此机组在应用中曾出现过的问题，笔者建议大功率竖井贯流机组应在以下几方面引起足够的重视:(1)水轮机，增速器、发电机的同轴度要严格按照设计要求进行安装;(2)增速器油泵控制系统中油温、油位及油压均要满足增速器运行要求，才允许机组启动;(3)增速器油选用高质量、性能优的油;(4)增速器选用品质优良，口碑好，售后好的厂商;(5)增速器振动情况的监察;(6)合理调整导叶紧急关闭规律、调速器轮叶协联关系以及调速器的关机时间和两段关闭拐点，减少反水锤对增速器推力轴承的冲击;(7)机组运行过程中增速器各部的油温，定期对增速器邮箱内的油质进行检查;(8)发电机集电环碳刷选用适宜高转速水轮机、硬度合适的产品。
7结语
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