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东南大学电气工程系课程设计任务书

一、项目背景与目标

(1)东南大学电气工程系作为我国电气工程领域的重要人才培养基地，一直致力于培养具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才。随着我国经济的快速发展和科技的不断进步，电气工程领域面临着前所未有的挑战和机遇。在此背景下，电气工程系特开展课程设计任务，旨在通过实际工程项目的设计与实施，提高学生的工程实践能力、创新能力和团队协作能力。

(2)本课程设计任务以电力系统自动化为背景，选取一个具体的应用场景，如智能电网、电力电子设备等，要求学生结合所学理论知识，完成一个完整的电气工程系统设计。通过这一过程，学生将深入了解电力系统的工作原理，掌握电力电子设备的设计方法，以及自动化控制系统的实现技术。

(3)项目目标主要包括：一是使学生掌握电气工程领域的基本设计方法和流程；二是培养学生解决实际工程问题的能力，提高学生的创新意识和实践技能；三是通过团队合作，培养学生的沟通协调能力和团队精神。此外，项目设计成果将作为学生课程考核的重要依据，有助于全面提升学生的综合素质。

二、设计任务与要求

(1)设计任务要求学生设计一套基于PLC（可编程逻辑控制器）的电力系统自动化控制系统。该系统需具备实时监测、数据采集、故障诊断和远程控制等功能。设计过程中，学生需考虑以下要求：系统响应时间不大于1秒，控制精度达到±0.5%，系统稳定性满足连续运行10000小时无故障要求。以某变电站为例，该站现有10台变压器，要求通过PLC控制系统实现对变压器的智能监控和管理。

(2)设计任务中，学生需根据电力系统特点，选择合适的PLC型号和编程软件。以西门子S7-1200系列PLC为例，该型号具有小型化、高集成度和丰富的I/O接口，非常适合电力系统自动化控制。在编程软件选择上，推荐使用Siemens的TIAPortal，该软件支持图形化编程，操作简便，易于实现复杂控制逻辑。根据实际案例，某电力公司采用TIAPortal编程，成功实现了变电站自动化控制，提高了工作效率和安全性。

(3)设计任务要求学生完成以下具体内容：首先，进行系统需求分析，明确控制目标、功能要求和性能指标；其次，进行硬件选型，包括PLC、传感器、执行器等设备；然后，进行软件设计，包括PLC编程、人机界面设计、数据通信等；最后，进行系统调试和测试，确保系统稳定运行。以某发电厂为例，该厂在实施电力系统自动化控制项目时，共投入PLC20台，传感器100个，执行器50个，项目完成后，发电厂的生产效率提高了30%，设备故障率降低了50%。

三、设计内容与方法

(1)设计内容方面，首先，学生需进行详细的需求分析，明确设计目标。以某智能电网项目为例，设计目标包括实时监测电网运行状态、故障预警和智能控制。为实现这一目标，设计内容应包括以下几个方面：首先，设计数据采集模块，通过安装传感器收集电网实时数据，如电压、电流、频率等；其次，设计信号处理模块，对采集到的数据进行滤波、放大等处理；然后，设计通信模块，确保数据能够稳定传输至监控中心；最后，设计控制模块，根据实时数据进行分析，并采取相应措施进行故障处理或调节电网运行。

(2)设计方法上，学生应遵循以下步骤：首先，进行初步设计，包括确定系统总体架构、模块划分和关键技术选择；其次，进行详细设计，对每个模块进行具体实现，如硬件选型、软件编程等；然后，进行系统仿真，通过仿真软件对设计进行测试，确保各模块功能正常；接着，进行硬件制作，包括PCB设计、元器件焊接等；最后，进行现场调试，对整个系统进行实际运行测试，确保系统稳定可靠。以某电力公司电力系统自动化项目为例，项目团队采用模块化设计方法，将系统划分为数据采集、信号处理、通信和控制四个模块，通过仿真和现场调试，最终实现了电网的智能监控和故障处理。

(3)在设计过程中，学生需注意以下几个方面：一是遵循标准化设计原则，确保设计符合国家和行业相关标准；二是注重系统安全性，如采用冗余设计、故障检测和隔离等措施，提高系统抗干扰能力；三是关注系统可扩展性，设计时预留一定接口，方便后续功能扩展；四是优化系统性能，如通过算法优化、硬件选型等方法，提高系统运行效率和响应速度。以某高校实验室电力系统自动化设计项目为例，项目团队在设计过程中充分考虑了以上几个方面，最终实现了实验室电力系统的稳定运行和高效管理。

四、设计报告与答辩

(1)设计报告的撰写是课程设计的重要环节，报告应包含以下内容：首先，项目概述，简要介绍项目背景、目标和设计范围；其次，设计过程，详细描述设计思路、设计方法和关键技术；然后，系统实现，展示系统架构、硬件选型、软件编程和调试过程；接着，实验结果与分析，提供实验数据，分析系统性能和优缺点；最后，结论与展望，总结设计成果，提出改进建议和未来研究方向。

(2)设计