为了让世界变得 更加美好…… · ron popper manager of sustainability affairs frank...
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为了让世界变得
更加美好……
2 / 2008
ABB集团技术刊物
www.abb.com/abbreview
解决水的短缺问题第19页
天气预报 第39页
未来的电力输送 第52页
ABB评 论
Power and productivity
for a better world™
culture have created an exciting career growth environment. For more information on open positions please visit
www.abb.com/careers
© 2007 ABB
ABB’s employees around the world form the key to our success. Our 100-year history and our multi-national
《ABB评论》通常报道的重点是
ABB公司的产品和技术。本期我们将从
另外一个角度报道这些产品如何能改变
人们的生活，并且让世界变得更加美
好。
单凭一种产品或者一个想法，就想
要实现人人都向往的更美好世界的愿
望，这是不可能的。相反，为此目标而
要做的工作需要克服许多不同性质的难
题，其中每一件都与某一特殊领域的进
步密切相关，本期《ABB评论》要讲述
的就是ABB公司是如何为了解决这些难
题不断地努力工作并且为此做出了重大
贡献。
预告 3/2008
电力电子设备
无论是小巧玲珑的电子照相
机，还是功率强大的电加热器，人
们家里的大多数电气装置都在某个
地方附带着一个标牌，用来说明所
用电源的电压和频率。然而，使用
者一般都选用产品随带的充电器或
电源线，因为这样可以确保电源正
确无误。只有在人们为手机或笔记
本电脑寻找另一个充电器或电源线
时，才会想到去注意那些细节。这
些日常所用的装置需要使用正确的
电源才能正常工作，而对于工业领
域里各种各样的电气设施，以及输
电配电网络，情况也是一样的。
电力的供应和使用对电压和频
率的要求是各不相同的，其变动的
范围也是较大的，而这些参数的不
同组合就可适用于各种不同的应用
场合。ABB公司的许多技术都可以
用于电力的转换或控制，从而保证
各种电气设备的最佳运行状态。例
如对于变速传动装置而言，必须将
输入的固定频率转换成在一定范围
内不断变化的频率。HVDC（高压
直流）大功率输电系统则需要保持
直流电压固定不变而只变换电流及
其方向。
要想进行这样的转换，就必须
具有高度灵活而又可控的技术，同
时还要求其损耗较低。在电力电子
换流器中，固态元件能够非常快速
地开关电流，从而调制所需的波
形。技术进步使得电力半导体能够
处理并有效控制电压和电流，从而
不断开创出新的应用领域。
ABB公司参与到电力电子设备
的几乎所有方面，包括自行开发制
造的半导体器件，换流器和驱动
器，以及电网控制和客户的特殊用
途。下期的《ABB评论》将深入探
讨ABB公司在这一领域里的业务活
动。
编辑部
Peter TerwieschChief Technology OfficerGroup R&D and Technology
Clarissa HallerHead of Corporate Communications
Ron PopperManager of Sustainability Affairs
Frank DugganRegion Manager, Middle East & Africa
Friedrich PinnekampChief Editor, ABB [email protected]
Andreas MoglestueDeputy Chief Editor, ABB Review
出版办公室
ABB Review is published by ABB Group R&D and Technology.
ABB Asea Brown Boveri Ltd.ABB Review/REVCH-8050 ZürichSwitzerland
《ABB评论》每年出版四期，用英文、法文、
德文、西班牙文、中文和俄文出版。
部分印刷或复印需经认可。
全部印刷需经出版者书面同意。
《ABB评论》免费提供给对ABB技术及其目标
感兴趣的人士。欲免费订阅《ABB评论》者请
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办公室联系。
出版者和版权 ©2008
ABB Ltd. 苏黎世／瑞士
印刷Vorarlberger Verlagsanstalt GmbHAT-6850 Dornbirn/Austria
版面设计
DAVILLA Werbeagentur GmbHAT-6900 Bregenz/Austria
声明
在评论中所包含的各种信息反映了作者的
看法，主要是以提供信息为目的。读者不应当
在没有获得专业咨询的情况下根据这些信息采
取行动。对于现有的出版物，读者应该了解，
作者不会对一些具体的事实或事情提供任何技
术上或专业上的咨询或者意见，并且不承担与
应用有关的任何责任。ABB集团中的各个公司
也不会对评论中所述看法的内容或者正确性做
出任何明确的或暗示的保证、担保或许诺。
ISSN: 1013-3119
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63ABB 评论 2/2008
3ABB 评论 2/2008
Thema
Themenbereich
为了让世界更加美好……
电力和生产率创造美好世界，这是 ABB 公司的核心
和基础。
ABB 公司是世界上电力基础设施产品和系统 (其中
包括从家庭电气设施一直到发电设备)以及工厂自动化和
制造工业工艺流程最佳化产品和系统的主要供应商。电
力和自动化是现代经济的两个基石，它们的发展与能否
具备高效而可靠的供电能力有着密切的关系，也与能否
把生产力持续提升到世界先进水平有着很大关系。
一个可靠的、低成本的供电基础设施能够使工业界
将其主要精力集中到他们的核心业务上去，并为社会创
造价值；同样，具有高生产率的制造工艺流程也是如
此。ABB 公司致力于帮助社会上各行各业实现更加美
好未来。当然，这样做不仅有利于工业界也同样有利于
ABB公司自身。
在 ABB 公司内部也在为了创造更加美好的世界而不
断工作。为了实现可持续发展，公司开展了多种项目，
还贯彻实行了有关职工安全方面的很多方案。我们的可
持续发展年度报告对我们在这方面所做的工作都有一个
很好的全面介绍。
ABB 公司采用了许多途径和方法来改善人们的生活
质量，例如，一套安全的家庭电气设施，可靠的供水，
一次舒适的火车旅行，运行稳定的电梯，在足球场看台
上的一个向阳座椅等等，还有其它无数的相类似的产
品，所有一切都是为了让世界变得更加美好。但是，当
发达国家中的人们由于火车误点而感到不高兴时，在其
它地方还有十多亿的人还没有完全享受到电力所带来的
方便与舒适呢！所以，对于更加美好世界的理解与体会
在全球各个地方显然是不同的。
ABB 公司感到自豪的是，我们不仅参与了为发达国
家，同时也为欠发达国家中的每一个人积极开发一个方
便舒适的生活环境。ABB 公司所使用的技术在许多情况
下都是相同的。例如在中国，通过 ABB 公司提供的世界
上最长的、最现代化的、功率最大的高压直流系统来输
送电力。在沙特阿拉伯，ABB 公司最近安装了一些现代
化的脱盐淡化设备，可以生产出新鲜、卫生的饮用水。
另外在非洲还有几个为当地农村提供电力基础设施的项
目正在进行之中。
如果说，“一个更好的世界”是按照“可持续发展
方式”而增加国内生产总值的话，那么能耗的增长——
特别是在欠发达国家，将会对全球形成挑战。因此，能
源的有效利用几乎已成为所有 ABB 公司产品和系统的核
心。我们要为实现可持续发展打好一个基础——既要为
我们全体成员提供一定程度的方便与舒适，又要不能过
度消耗我们的资源或者破坏我们的环境。这是一个必要
条件，保证在所有不同的国家中，每一个人都可以享受
到由 ABB 公司产品所带来的方便与舒适。
我衷心地邀请您们一起阅览本期《 ABB 评论》，从
而就能发现 ABB 公司为了提高您们的生活质量是如何在
努力工作的。您也许还会惊奇地发现，隐藏在每种使用
设备背后所带来的方便与舒适竟然都是源自于 ABB 公
司。
敬请阅读。
Peter Terwiesch
首席技术官
ABB 有限公司
编者按
差异巨大的世界
6更先进的技术、更美好的世界在世界各地，人们只要插上插头就能享受到很多的方便
与舒适。
10增值的舒适性智能建筑系统技术正在提升“拨一下开关”的含义。
将技术带进家庭
15安全无处不在ABB 公司正在把电气布线的安全带进家里。
19注入新活力一系列创新技术正在帮助解决水的短缺问题。
加速前进
25轨道上的性能ABB 公司的变压器和变频器正像一张车票，把轨道交通
方便舒适与灵活柔软的特性带进了火车车厢。
30提高升降速度！《 ABB 评论》讲述了一个使用在电梯中的高性能机械驱
动器对加快电梯升降速度的影响情况。
34平稳操纵智能起重机同时提升了其安全与性能。
天气与休闲
39观测天气当 ABB 公司在谈论天气的时候，一片云层将引起许多天
气预报员的兴趣。
43不仅仅移动球门柱按一下电钮，ABB 公司的传动装置和电动机就能够调节
体育馆的屋顶，或者甚至还可以把整个足球场都移动到
外面去。
简单与友好
47降低噪声噪声很大的变压器是不能成为好邻居的，ABB 教它们不
要发出声音来。
4 ABB 评论 2/2008
ABB 评论 2/2008为了让世界更加美好……
目录
52轻型、安全、高效HVDC Light® 电缆系统为电力输送展现了光明的未来。
永远的开拓先锋
56成功故事从一个鸡蛋中孵化出一个穿着橙黄色外套的助手，它重
塑了整个工业界：《 ABB 评论》详细介绍了 ABB 公司机
器人的发展历史。
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6 ABB 评论 2/2008
差异巨大的世界
更先进的技术、更美好的世界电力使生活变得更加方便与舒适——在世界各地都是如此
Friedrich Pinnekamp
方便舒
适使我们能自
由地发展我们的技术
与能力来改善我们的生
活质量。对方便与舒适的
理解主要决定于每个人的
出发点：对于那些需要走几
公里路才能取到饮用水的人来说，
他们想要的方便与舒适就是在家里能
够源源不断地得到饮用水。类似地，对
于那些过去要用手去打开百叶窗的人来说，
只要按一下开关按钮就能自动打开百叶窗
时，就会觉得这给他们带来了方便。
一旦具有功能良好的基础设
施——例如供水和百叶窗控制——那么
人们就可以有更多的精力从事于进一步开发和发
明新型手段来使方便与舒适达到更高的水平。因此为了
不断提高方便与舒适程度，提高世界上每一个人的生活质量，
我们需要在可靠的基础设施方面进行大量的投资。ABB 拥有齐全的产
品线和系统，可以向这一类的基础设施，尤其是与电力和生产率方面有关的一些
基础设施提供大部分主要设备。ABB 的业务遍及世界各地，因此对于各地各种不同的需
求均可很好地满足，从而为实现更加美好的世界而做出贡献。
7ABB 评论 2/2008
差异巨大的世界
更先进的技术、更美好的世界
使用的是太阳能发电，现
在已经扩大到 4 个以上的村
庄，共有 500 家住户。
ABB 公司最先参与的
坦桑尼亚农村电力项目，
近两年来已经为当地的经
济、社会、环境带来了很
多效益 (见图 2 )。在这个乡
村中已经出现了 15家企业，
其中包括旅馆、餐饮店、服
装店等。而在该项目实施之
前却只有 3 家。其它方面的
好处还有：
■ 25 家新住户的迁入突出
表明了当地经济的发展以及给移民
带来的好处；
■ 通过 ABB 公司赠送的柴油发电机，
使更多的住户可以接上微型电网，
另外还有一台新的水泵，使他们可
以接上水管；
■ 孩子们在天黑之后可以进行学习
了，因此通过学校考试的人数也不
断增加了；
■ 还进行了限制狩猎与可持续采伐的
培训。
ABB 公司、全球保护组织 WWF
(世界野生物基金会) 以及当地政府都
是项目的合作伙伴。
在印度，向偏远乡村供电也就是
帮助当地人民进行致富，并且有利于
们的方便舒适起了重大作用。但是，
要实现这种变化，这只是一个必要条
件，而不是一个充分条件1)。
成功的项目
ABB 公司作为现代电力产品和系
统的供应商，长期以来一直在积极参
与发展中国家的电力工业。
在成功地开展了坦桑尼亚南部偏
远地区的农村供电方案之后，最近又
在印度西部拉贾斯坦邦搞了一个扩建
项目，这个项目最初是在当地政府和
一个私人合作伙伴的基础上搞起来
的，现在又邀请了 ABB 公司参加，协
同拉贾斯坦邦政府和一个非政府组织
一起向一个沙漠小村提供电力。这个
项目开始的时候只向一个村庄供电，
每年的统计报告显示，根
据每个国家的人均年收
入进行排序，如果把人均收
入最低的国家与最高的国家
进行相互比较的话，那么其
相差要超过 100 多倍，差别
确实是很大的。不管这些收
入的绝对水平如何，可是各
国为了加快经济增长和提高
社会福利待遇而作的努力却
是随处可见的。
但是，对贫穷国家和富
裕国家来说，对于增长的要
求是不一样的，图 1 概要地
介绍了国内生产总值 (假如购买电力
的价格是相同的) 与其人均能源消耗
之间的关系情况，经过多年的观测表
明，经济的发展过程是从左边的较低
处逐步增加到右边的较高处。
在低收入国家 (人均年收入少于
5,000 美元)，国民生产总值的增长几
乎与其各自国家的能源消耗是成线
性关系的，随着能源需求增加而加快
工业化进程的时候，增加基础设施的
建设就可以提高人们的方便与舒适程
度。
这种趋势一直持续到工业化接
近于完成的阶段，当人均收入超过
15,000美元时，增长的方式开始向增
加服务价值方向转变，尽管基础设施
的增长依然在继续，但是由于对能源
需求已经较低，因此对能源需求的问
题已经不常提及了。
为了提供更好的基础设施和增加
方便舒适程度，在所使用的各种能源
形式中，电能起着特别重要的作用。
电能几乎可以应用在任何地方和场合
中，并能使人们的生活变得更加方
便，因此，电能已经成为了最为灵活
的可用能源。电能可以用于泵水，输
送人员，医院照明和开动医疗设备，
操作计算机和移动通信，向工厂提供
动力，优化生产工艺流程以及向房屋
供热。电力是一种基础设施，它为人
1 能源生产与国内生产总值之间的关系
0 5 10 15 20 25 30 35
400
350
300
250
200
150
100
50
0
GDP/人均 (千美元)
注：1) 尽管电力基础设施很完善，但是当生活中其它方面遇到不顺利时，生活仍然是不舒心的，例如出现战争、疾
病、镇压、恐怖主义等重要事件，当然还会有其它的一些事情，这些重大因素都会影响到每个人对方便舒适生
活的理解。
2 现代电力设施改变了人们的生活 [1]
所需要的能源服务 目前能源选择方案 新型能源选择方案
照明 油灯／煤油灯 除电网电力外(太阳能、水能、风能)
焙烤食品 木料炉／焦炭炉 改进后的烘烤炉／液化气炉和煤油炉
泵水 浅水井／深水井 电力泵
制冷 电网电力／柴油机动力或不用电 除电网电力外(太阳能、水能、风能)
通信 电网电力／柴油机动力或不用电 电池充电／非电网电力
运输 人力车／畜力车 机动车
农产品加工 人力设备／畜力设备 多功能设备／小型水利设备
8 ABB 评论 2/2008
更先进的技术、更美好的世界
差异巨大的世界
快的火车上，其运行速度打破了世
界纪录。由于开放了边界，致使那些
能适用于不同电力供应的火车需求量
不断增加。这种情况已经是很平常的
了。ABB 公司制造的变压器和变频器
已经安装在各种创新型火车上，可以
行驶到世界上任何地方。
作为运输工具的轮船来说，其方
便与舒适程度也有了极大的提高。装
以前，在欧洲和美国，火车的广泛使
用，使旅行更加地舒适。但是几十年
之后，火车在开动时仍然会出现猛烈
的冲击和晃动，人们必须紧紧的抓
住或靠在车厢上，以免被摔出去。
而 ABB 公司的变频器则进一步提高
了当今火车的舒适程度。除了变频器
之外，ABB 公司还可提供许多其它的
火车配件。例如 ABB 公司提供的牵
引变压器 TGV，它使用在世界上最
儿童的教育，当地居民主要是从事服
装生产，现在他们的工作时间可以延
长了，他们的小孩也可以在晚上进行
学习了。
ABB 公司已经与中国的广东省
(中国 GDP 最高的省份)签订了一个协
议，主要是为该省的工业企业如何提
高能源效率提出建议与方法。该协议
是在 2006 年签订的，为期5年，其目
标是到 2010 年，要使广东省的单位
GDP 的能耗降低 16%。各级政府当局
将促进 ABB 公司与 1,000 多家高能耗
企业之间的合作。ABB 将对这些合作
企业进行能源节约的审计，并帮助他
们实行节能措施。节省下来的能源可
以用于增加电力供应以及由此而带给
人们的方便。
为了提供更好的基础设施和增
加方便舒适程度，在所使用的
各种能源形式中，电能起着特
别重要的作用。
给全球更多的人们带来方便与舒适
ABB 公司正在利用技术为欠发达
国家的人们增加方便与舒适，它已经
有了大量的产品和服务解决方案可以
为新兴国家和发达国家中的人们提高
他们所需要的方便与舒适。
就拿运输来说吧，早在一个世纪
方框说明 通电是最重要的
千年发展目标(2000)
目标 1 消除极端贫困和饥饿
目标 2 达到普及小学教育
目标 3 促进男女平等和就业
目标 4 减少儿童死亡率
目标 5 提高母亲健康水平
目标 6 与损害人类免疫性病毒/艾滋病(HIV/AIDS)、疟疾和其它疾病开展斗争
目标 7 保护环境的可持续性
目标 8 发展全球性的合作伙伴
3 由于发电机供电多了4个小时，使恩加兰比
当地的商店营业时间延长了4个小时。
2007年7月，在伊斯坦布尔召开了联
合国最不发达国家部长会议，并发表了下
面的意见[1]：
“能源问题是实现千年发展目标(MDG)
的基础，有很多人到现在仍然还没有用上
电，这就是最充分的证明。据估计，全世
界约有 25 亿人只能依靠传统的燃料，如
木头、焦碳、牛粪等作为烧饭、取暖的主
要能源，约有 16 亿人还没有用上电。从这
些惊人的数字中可以看到，能源在实现千
年目标上起着非常重要的作用，这点已经
被国际社会所承认。这是由于能源是实现
千年目标的先决条件，因为能源与减少贫
困、教育、性别平等，卫生保健以及环境
保护有着内在的密切联系。虽然千年发展
目标没有明确地谈到能源问题，但现在大
家都已经认识到。如果不能为贫穷和未通
电地区建设一批他们能负担得起的可靠的
能源设施，那么千年发展目标是无法实现
的。”
“实际上，能源是我们方方面面生活
的中心问题，其中涉及到供水，农业生产
率，卫生保健、教育、创造就业机会，性
别平等和环境的可持续性，在发展中国家
还有几百万户家庭依然缺少安全可靠的 电
能。可是贫穷地区的人们要把他们收入的
很大一部分花在电费上，在某些国家里，
电费要占去他们家庭收入的三分之一。另
外他们还要把另外一种重要资产 (即他们的
时间) 的很大一部分花费在与能源有关的活
动上，例如，许多妇女和姑娘一天最多时
要花去六个小时去收集烧火用的木头以及
生活用水、还要做饭以及进行农产品的加
工。在非洲撒哈拉沙漠附近，只有 8% 农村
居民能够用上电，而 90% 的居民仍然要依
靠传统的燃料来做饭。”
“建设现代化的能源设施可以使贫穷
人们的生活发生真正的变化 ( 见图 3 )。因
此，在实现千年发展目标的战略上以及在
为最不发达国家实现全球化的过程中，能
源是起着特别突出的作用，在那些把建设
能源设施不仅仅只看作是一种支出，而是
将其看作是一种发展的真正动力的地方，
开发出一种适合当地情况的新的通电方式
将是十分关键的。”
9ABB 评论 2/2008
更先进的技术、更美好的世界
差异巨大的世界
还通过提供众多的产品来支持水源设
施。这些产品包括从简单的流量计一
直到先进的流程控制系统。即使是发
达国家人们也都习惯于使用淡水，使
用淡水使得我们的生活更加舒适。
预防自然灾害是人类的基本要
求。我们应当要早一些发出关于下
一次大飓风来临的预警，以便拯救众
多的生命。当人们在度假的时候，总
是想了解一下天气的情况以便能够尽
量享受一下舒坦的生活情趣。装备了
ABB 公司仪器的卫星正在提供更准确
的预测资料。装备了 ABB 公司干涉仪
的卫星还能严密检测空气的质量。像
水一样，干净新鲜的空气也会令人感
到心旷神怡的。
对于许多人来说，日常工作不仅
仅是一种必须承担的义务，也是一种
丰富生活的活动。在工作中具有创新
精神的人们，会感到更加豁达开朗。
同样，技术是提供舒适工作环境的关
键。ABB 公司自动化系统可以免除操
作人员管理工作中的沉重负担，并且
支持有关复杂过程的数据分析。机器
人可以帮助完成更多的机械操作任
务，而且机器人的编程也比过去更加
容易了。总之，正是技术、工具和形
式多样的能源为人们提供了进一步发
展的空间，同时也为人们带来方便舒
适的环境。
Friedrich Pinnekamp
ABB Corporate Research
Zürich, Switzerland
对建筑物内电气安装的安全和
自动化要求也已达到了很高的标
准。ABB 公司智能家用自动化系统为
豪华舒适生活带来了新的亮点，它已
经安装在迪拜最具特色的 50 层高梦
幻塔楼上，并且还获得了奖励，这是
在中东地区安装的第一套智能家用自
动化系统 (见图 4 )。
ABB 公司的 i-bus KNX 智能家用
自动化系统利用了无线触摸屏，使居
民可以控制他们家中所有的各种功能
设施，其中包括各个房间的照明，空
调、窗帘、水暖器的温度。对高能耗
电气设施进行控制的功能，例如对每
个房间的空调和照明的控制，能够减
少能耗与二氧化碳排放，使它成为市
场上能源效率最好的建筑物自动化系
统之一。它也是世界上应用最为广泛
的智能电器安装系统之一，是中东和
非洲地区引领潮流的时尚建筑物系
统。
ABB公司作为电力产品和系统
的供应商，长期以来一直致力
于参与发展中国家的电力设施
的建设。
但是 ABB 公司不仅仅参与了电力
工业，而且还拥有不少用于其它公用
设施管理的解决方案。例如、在供水
领域，ABB 公司生产的驱动装置可以
根据需要提供正确的压力。ABB 公司
备了 ABB Azipod® 推进器和涡轮增压
器的轮船航行起来速度更快，而且更
节省燃料。所以，不管你是在等待一
批货物或是想出海航行，或者甚至计
划要作一次极地探险，ABB 公司都会
使你梦想成真。
另外一种运输工具是电梯，新
型的电梯其舒适程度又上了一个档
次。ABB 公司的传动装置由于可以消
除冲击与晃动，因而在乘电梯时就会
感到更加舒适，与此同时还可以减少
能源消耗。但是，还有比抱怨办公楼
内电梯更有意思的事情，例如，可以
把一条船舶升举起来，让你坐在船内
作一次横跨加拿大的旅行。
随着收入的增加，对基础设施
的要求也日益提高，增加电力供应
在发达国家 (如果他们可以避免停电
事故的话) 已不再是个问题，但是，
对电力的质量要求却变得越来越苛
刻。ABB 公司为此做出了许多贡献，
其中包括让变压器变得更加安静，其
噪声比过去低得多，而且可以将其隐
蔽起来；因为几乎没有人会认为架空
电缆可以增加城市的景色，ABB 公司
技术可以将变压器移至地下。
风车也是一个引起激烈辩论的问
题，尤其是遭到那些在他们的后院里
安装了风车的人群的反对，由于 ABB
公司的技术，这些风车可以移至海上
或者移到人们看不见的地方。
4 迪拜的梦幻塔楼
参考资料：
[1] Energizing the least developed countries to achieve the millennium development goals: the challenges and opportunities of globalization. United National Ministerial Conference of the Least Developed Countries Issues Paper, July 2007, Istanbul.
10 ABB 评论 2/2008
差异巨大的世界
增值的舒适性智能电气设施技术使得生活更安全和更方便，能源利用更加有效
Bernhard Doerstel
网络化家庭已经不再是未来梦想，而是活生生的现实，所有这一切都应归功于ABB
公司的智能化房屋和建筑物系统技术。ABB公司提供各种革新性解决方案和产品，可通
过现有电气网络灵活连接和控制各种家用电气系统。这种系统所提供的功能不胜枚举，
随明暗变化的照明、恒定舒适的温度或门窗的监控等仅仅是这些功能中的几个实际例
子。节能、安装简便和可扩展性可给私家居室或商业和公共建筑物、博物馆或旅馆酒店
增加附加价值。
11ABB 评论 2/2008
增值的舒适性
差异巨大的世界
给上个世纪70年代的别墅换上现代
化新装
网络化居室的梦想并非新房屋
所专有，这种技术也可用于老旧建
筑物，而不会影响建筑物的外表。
在德国杜塞尔多夫附近的 Ratingen可
找到这种最新技术与上个世纪 70 年
代建造的别墅的成功结合，借助于
革新技术，对老旧的别墅进行了现
代化改造 (见图 3 )。
ABB 公司的智能化建筑物系统
技术使得多种电气装置可按照
用户要求在用户需要的地方和
需要的时间做出互动响应。
建筑物系统技术的核心是控制
屏，控制屏将漂亮的外观设计与装
置的实用性合二为一，它通过 ABB
公司的 i-bus® KNX进行控制。控制
屏起着中央控制和显示房屋内各种
功能的作用，从负责照明和遮阳的
消费电子器件到模拟房内有人的仿
热情欢迎，也可阻止不受欢迎的造
访者。在长期无人居住的家里，可
以通过灯光照明控制模拟有人在家
里的情况。
所有天窗是否已经关闭？一层
房间的采暖是否需要降低？采用现
代化的电气设施技术之后，这些问
题都是多余的，因为这些装置始终
处于传感器的监控之下。当人们离
家外出或开启窗户时，房间里的恒
温计会将温度调低一些，中央监控
系统会检查所有门窗是否都已关
闭，因此，出门之前的常规“巡
视”不再必要。如果夜间出现任何
可疑声响，触动应急按钮即可开启
家里的所有电灯。
但是，这些东西并非此种技术
所能提供的全部安全防护功能。厨
房和地下室里的自动湿度监测有助
于避免发生不愉快的意外事件，即
使在住户睡觉时，烟雾检测器也会
给人们发出烟雾和火灾报警信号。
这种技术安装简便，而且可以
随着需要的增加而一起“成长”。例
如，舒适开关看起来像个普通电灯开
关，但是，可提供更多功能，将若干
舒适等级结合在一起 (见图 2 )：
■ 普通运行：如同寻常开关那样，开
关电灯。
■ 半自动化运行：电灯自动开启，但
是，手动关闭。
■ 定时运行：电灯手动开启，但是，
通过定时器可以自动关闭。
■ 全自动化运行：不需要任何手动开
关动作。
许多要求苛刻的房屋业主还会
要求这种技术有优雅设计。例如，
他们会要求“纯不锈钢”系列开
关，对其表面光洁度要求特别高，
采用特殊涂层可使手印痕迹降低到
最低限度。
安全、防护、舒适和效率是普遍
的需要。特别是在人们度过大
量时间的家居环境中，情况更是如
此。在满足安全、防护、舒适、经
济和能源效率方面，电气设施起着
关键作用，因为家居中的无数设备
和功能都是通过电气进行控制并连
接到共同基础设施上。智能化建筑
系统技术可给居民提供各种功能，
让他们在舒适和安全的家居环境中
享受生活。
这种技术背后的基本创意是让
电气设施适应用户的需要，并且要
使操作简单方便，而不是让用户适
应电气设施的要求。下述三个例子
说明 ABB 公司的建筑物系统技术产
品是如何让这些设施变得更加人性
化：
■ 在睡觉前只要按一下按钮就可以关
闭家中所有的照明电灯；
■ 采用智能化技术，不需要再检查所
有窗户是否已经关闭；
■ 遮阳和暖通不再需要采用手工方式
进行操作，可采用更加安全和经济
的方法进行自动控制。
ABB 公司建筑物系统技术背后
的基本创意是让电气设施适应
用户的需要，而且操作要简单
方便。
这种未来的安全技术有许多优
越性，其中之一是使用方便。通过
中央显示器的简单触摸控制屏和控
制装置就可以控制大多数的功能 (见
图 1 )。可用于一次性关闭家中所有
百叶窗或者为阅读或观看电视选择
最为理想的照明亮度。
在正确地方获得正确照明不仅
让生活变得更加舒适，而且也增加
了安全防护性能。ABB 公司的 i-bus®
KNX 自动开启和关闭走道灯光，借
助于运动检测装置，可给客人提供
1 控制屏用作中央用户接口
2 舒适性开关具有四个层次的功能
12 ABB 评论 2/2008
增值的舒适性
差异巨大的世界
这个项目中率先使用了新酒店的钥
匙磁卡开关。
这家四星级酒店的公共区域也
充分利用了现代电气设施技术。气
势雄伟的玻璃穹顶横跨整个门厅、
酒吧和画廊，在白天里，将酒店入
口沉浸在友善和热烈的光照之下。
晚间，不同的灯光方案创造出诱人
的气氛。这些各种不同的灯光方案
是采用 ABB 公司的 i-bus® KNX装置
进行控制的，可根据每天不同时段
的状态而起动。
ABB 公司的 i-bus® KNX 自动开
启和关闭走道灯光，借助于运
动检测装置，可给客人提供热
情欢迎，也可阻止不受欢迎的
造访者。
在撒克逊酒店的几乎所有区
域，ABB 公司的现代化建筑物系统
技术可确保舒适，提供随明暗变化
调节的氛围照明。例如，在雄伟的
多功能厅里，有一面隔断墙，墙上
显示出用数字技术编辑的德累斯顿
的画面。只要不打开隔断墙，两个
部分的照明是分别进行控制的，一
旦隔断墙被打开，隔断墙两侧的开
关均可用于控制整个大厅。不同照
明方案，例如演讲或宴会的照明方
案，都会预先编好程序并将其存储
起来，只要触动一个按钮，就能开
启正确的照明。
灯光和遮阳保护以及投影屏幕
都是用方便使用的控制屏进行操作
的。几个贴有标签的按钮确保即使
新手也能够迅速而方便地控制各种
所需要的技术性能。另外，音频和
视频设备接口让人们可从讲台上对
灯光进行控制，这样，投影仪的运
行和灯光变暗可同时进行。为了满
足个别需要，所有发光组群既可以
手动控制，也可根据预先确定的方
案自动控制，而且也可以分别进行
是以来自 ABB 公司的革新性建筑物
系统技术为基础的。特殊设计的发
光设备和灯泡将壁画和楼梯置于正
确光照之下。ABB 公司的控制屏可
采用单个控制的方式用于非常特殊
的环境之中。
可以使用来自气象站的信号自
动控制照明，而照明强度可以分别
单独控制。严肃气氛要求照明灯光
必须适当，所以，对于正式招待会
和大型集会，这种技术特别有用。
除了具备不少其它建筑物所需的功
能之外，这种技术还能够让环境灯
光氛围简单而快速地适应各种不同
情景。
为旅行者提供最大限度的舒适
德累斯顿新市场是欧洲最漂亮
的广场之一，在经历了 117 年之后，
著名的撒克逊酒店又重新出现这个
广场上 (见图 5 )。这家新近开业的
酒店得天独厚地坐落在著名的 Frau-
enkirche 对面，隶属于 Steigenber-
ger 集团。酒店外表按照原有设计进
行装修，借助于 ABB 公司的现代化
建筑物系统技术，这家一流酒店可
为入住客人提供舒适豪华的享受。
内饰建筑师希望将房间所用之
概念延伸到电气设施的可见部分。
毕竟，在进入房间的时候，客人注
意到的第一件事情是旅店钥匙磁卡
开关和电灯开关。开关是从 ABB 公
司的未来® 线性系列产品中选择的，
这种系列产品的简朴设计与 Steigen-
berger 房间的文雅质朴融为一体。
真功能等都可进行控制。控制屏配
备有 i-bus® 传感器未来线性系列，
可完美地融合到现代化房间概念之
中。
智能化建筑物系统技术使得多
种电气装置可按照用户要求在用户
需要的地方和需要的时间做出互动
响应。让灯光变暗、关闭遮阳、开
启家庭影院等，一个系统就能将所
有事情搞定。优雅的触摸式屏幕可
显示 10 个画面，可以用手指触摸选
择，也可用手写笔进行选择。甚至
特殊灯光场景也可按照需要进行存
储和检索调用，将整个房屋置于氛
围灯光组合控制中心里。
智能化建筑物系统技术能够为
住户提供各种功能，让住户能
在舒适和安全环境中享受生
活。
将艺术置于正确灯光之下
在不少公共建筑物和历史性建筑
物上都可发现 ABB 公司的建筑物系
统技术产品，在这些建筑物中它们被
用于创造氛围性灯光场景。例如，在
Würzburg 公馆 (见图 4 )，客人一踏
上楼梯，就受到真正“帝国”式景象
的欢迎：沿着雪白的台阶拾级而上，
映入眼帘的是让人叹为观止的 Gio-
vanni Battista Tiepolo 壁画。
这一吸引眼球的独特艺术杰作
在复杂的灯光系统烘托下被表现得
淋漓尽致，而在此使用的灯光系统
3 德国北部Ratingen经过现代化改造的别墅
13ABB 评论 2/2008
增值的舒适性
差异巨大的世界
在客厅的中心部位，与现代化、功
能化的内部建筑结构优雅地融为一
体。在主菜单里，液晶显示器显示
出浮动别墅从底层至顶层阳台的整
个甲板结构。
控制屏的使用简单、直观。触
摸一下显示屏即可得到房间的各种
功能概况，显示出当前的温度数值
等情况。用指尖轻轻触摸屏幕即可
改变这些数值。
ABB i-bus® KNX 的系统成为浮
动别墅灵活的网络连接和方便
舒适控制的基础，该系统能够
控制照明、采暖、通风、安全
防护等设备。
灯光、采暖、冷风、时间、温
度、请勿打扰等功能的显示应有尽
有，控制屏功能的多样性无以伦
比。浮动别墅有不少使居室生活舒
适的功能，其中之一是不同灯光场
景的控制。主甲板主要为生活区，
包括暖房、厨房和卫生间等，另外
还有一个甲板既可晒晒太阳又可用
作游艇码头。由于所有区域都配备
有大量灯光照明设备，可为每种场
景设计氛围灯光照明方案程序。夜
间厨房需要明亮的灯光照明，而餐
厅和暖房则应沉浸在热烈和间接照
明灯光之下，在餐桌上方还安装了
投入使用了第一套低能耗浮动样板
房，该样板房安装了一套独特的
ABB 的建筑物系统技术。“水上生
活 1 号”综合了环境友好的建设施工
方法、再生性能源供应以及 ABB 现
代化安装系统的优点，成为此类项
目中的第一个样板房 (见图 6 )。
这种住宅建筑物的特点是木质
和玻璃结构，由浸没水中的浮动钢
结构承载。所需能源来自安装于屋
顶上的光电设备、浮动房屋下面的
热交换器和安装在暖房中的木屑取
暖炉。
四面都镶有玻璃的“水上别
墅”一年四季都能把自然风光尽收
眼底。这套别墅室内覆盖面积为 140
平方米，包括三层楼上的阳台或甲
板。室内装修采用了现代化内饰材
料，简洁明快地表达了建筑师的设
计思想。
装修的高标准反映在建筑物系
统技术上，业主规定装修标准不能
低于陆地房屋使用的标准。ABB i-
bus ® KNX 的系统成为浮动别墅灵
活的网络连接和方便舒适控制的基
础，该系统能够控制照明、采暖、
通风、安全防护等设备。
在这里，也把 ABB 的控制屏
用作为时尚控制单元。控制屏安装
明暗调节。
为了最大限度地给客人提供服
务，通过 KNX / LAN 接口，系统与
Steigenberger 酒店内部计算机网络
相连接，因此，从每位员工的 PC
计算机上都可对灯光进行控制。
甚至在厨房里，也有 ABB 公司的 i-
bus® KNX装置。从电器控制室到甜
点供应台等各个不同区域都细分成
不同照明群组，它们都可单独进行
开关。因为在任何给定时间，在一
定区域内只要有人，就需要进行照
明，各个房间的照明可以分别控制
有助于节省能源。同样原则亦可用
于楼梯和走廊的照明，楼梯和走廊
的照明强度一天中的不同时间是不
同的。
ABB 公司的建筑物系统技术产
品不仅使撒克逊酒店的设计趋于完
善，而且还保证了在其历史风貌背
后的现代化舒适享受和能源的有效
利用。
在德国北部的 Kiel Fjord 有一套
ABB 的建筑物系统技术，在这里
新近投入使用了第一套低能源浮
动样板房屋。
浮动房屋技术
在德国北部的基尔菲欧，新近
4 Würzburg 公馆 5 德累斯顿的萨克逊酒店
14 ABB 评论 2/2008
增值的舒适性
差异巨大的世界
景音乐系统可在每个房间里播放音
乐。甚至在最小房间内，恰当的音
箱设备也可提供最高等级的立体声
音响效果。“水上生活 1 号”项目完
美地融合了建筑功能和建筑物系统
技术，不仅在美学上，而且在技术
上都开启了许多崭新的可能性。
舒适性包含了效率
不断攀升的能源价格以及当前
颇受关注的有关气候变化的讨论提
高了人们对节能工作的兴趣。现代
建筑物系统技术在这个领域内扮演
着重要角色，除了其他功能以外，
这种技术能够提高采暖效率并实现
自动化控制。
ABB 已经开发出许多产品和系
统，在提供新功能的同时，还可以
增加用户的舒适性。灵活性和多样
性仅仅是 ABB 建筑物系统技术许多
优越性中的两个强项，这种技术已
经成功而优雅地应用于给新老建筑
物提供照明，有效提高了方便与舒
适性、安全防护功能。
温度都可使用房间恒温计直接进行
控制。
即使在没有用户输入数据的情
况下，智能化建筑物系统技术也可
检测节能潜力。例如，窗户接触器
会显示窗户开启状态。在这种情况
下，采暖将自动降低到防冰冻水
平。借助家中无人居住功能，系统
将会按照预先确定的一个数值自动
关闭。
即使在没有用户输入数据的情
况下，智能化建筑物系统技术
也可检测节能潜力。
除了中央控制屏外，安装在每
个房间里的 i-bus 传感器亦可按照住
户需要帮助控制灯光、保安设备或
消费类家用电器。单一和多重操作
单元都配备带照明的触发开关，程
序编制可以手写，亦可进行自由设
计。例如，在暖房里，四联传感器
可提供多种可能性。上方的四个按
钮可用于控制灯光，而下方按钮的
功能是控制窗户。
最后，为使舒适性更加完善，
使用 AudioWorld® 家居室内对讲背
吸顶灯。另外，玻璃房正面和阳台
上的外部灯光营造一种愉快温暖的
气氛。
触摸控制屏上的按钮可激活启
动许多功能，这里只讲述其中的一
种。诸如灯光、采暖或家用电器中
的所有功能均可进行遥控操作，也
可通过设备上的控制元件进行操
作。另外，多功能显示器和控制设
备起着“告知中心”的作用，采用
声音和影像方式来表示诸如运动检
测器或窗户接触器等这些保安设备
是否已被触发启动。
同时，保安设备也增加了方便
性。在房主回家或客人拜访浮动别
墅时，运动检测器能自动打开电
灯。人们一进入厨房区域，照明灯
就会开启，特别是在回家时，双手
都有东西，无法开灯时，这种功能
会让人感觉特别方便。
当天气变冷时，浮动房屋会变成
温馨的家，ABB 公司的 i-bus® KNX
和控制屏会确保采暖按照需要进行
有效的调节。每个房间的数值都可
单独显示、预先编制程序，并可进
行更改。另外，甲板上每个区域的
6 “浮动别墅”示范项目
Bernhard Doerstel
Busch-Jaeger Elektro GmbH
A member of the ABB Group
Lüdenscheid, Germany
参考文献：
Rohrbacher, H., Struwe, C. Intelligent energy effi-
ciency. ABB Review 1/2008, 14–17.
Steiger, O., Bloch, R., Kramer, B., et al. Wireless
detection. ABB Review 4/2007, 70–73.
15ABB 评论 2/2008
将技术带进家庭
工程的杰作之一是把具备潜在
危险的电流转换成完全安全的一种
日常用品。多数人都知道，触摸一
根带电的 220伏电线会留下一种痛苦
的经历。但是，尽管在其家中这种
电线无处不在，人们却能够泰然处
之，因为电气设备都有很高的保护
等级。设计完善的系统确保人员、
电气设备本身以及整个建筑物的安
全。此种设施的精美和重要意义通
常都隐藏在地下室和存放扫帚的壁
橱里，或者隐藏在墙壁砂灰后面。
本文想让读者了解一些幕后的
情况，让我们对为日常生活做出贡
献的电力技术留下一些印象。
安全无处不在建筑电器产品Guenter Schreiner, Gary Scardifield
16 ABB 评论 2/2008
安全无处不在
将技术带进家庭
立即切断电流。
一般，RCD 提供三种保护：
■ 基本保护：这种保护一般是用来防
止人员遭受电击。这可以发生在电
缆绝缘外套或电器装置及设备的外
壳上。如果基本保护有缺陷，有
人触摸到有故障的零部件，或者
是人们不小心触电， RCD 就会跳
闸，切断相联电路。在这种情况
下，RCD 提供附加保护，防止触电
事故的发生。
■ 故障保护：如果在设备外壳上发生
高压电流，这种装置保护用户免受
伤害。RCD 将切断相关电器线路，
防止人员触及故障设备。
■ 预防性火灾保护：如果电线漏电，
电流流入大地相当一段时间，则
需要这种保护。在这种情况下，
因为电流太小，微型断路器不会
断开，但是，这种故障电流有可
能会引发火灾。因而需要 RCD 切
微型断路器的广泛应用增加了选
择性保护要求。例如，如果一台洗衣
机采用一个单独的微型断路器进行保
护，洗衣机发生故障将导致洗衣机所
连接的线路被断开。而其他设备的供
电将不会受到影响，可继续运行。各
个电器设备上安装的微型断路器越
多，单独事故造成的影响就越小。
ABB 致力于为客户提供舒适、
安全、可靠、高能效的终端保
护电器产品，并且产品系列齐
全。
微型断路器的另外一个优点是
这种断路器可以重复使用。传统熔断
器 (保险丝) 每次熔断之后必须进行更
换，这意味着不仅每个家庭都必须准
备备用的熔断器，而且也存在选用熔
断器类型不正确的风险。微型断路器
不必拆卸或更换。任何非专业人士能
够很容易闭合已跳闸 MCB 的手柄，
重新接通受影响电路 (当然，这是在
解决了有关问题之后，例如，把有故
障电器的插头拔掉等)。
良好保护
剩余电流动作保护器 (RCD) 是另
外一种不可缺少的保护装置。在欧盟
国家中，根据国际和国家标准，所有
电器插座和室外移动设备都必须采
用 RCD 进行保护。RCD 可检测漏电
电流，即使电流很小，漏电电流也会
离开电线，释放进入大地。像微型断
路器一样，RCD 也有电流检测机构。
当漏电电流升高超过一定阈值，RCD
为了更换保险丝，多数人都会不
时下到地下室，或许他们并不
了解保险丝和电表箱内各种元件的
作用。能够安装于家居中的电气模
块范围极广，各种各样。ABB 作为
家用和商用电气装置和设备的主要
生产商，能够提供几乎所有必需的
设备和装置 (见图 1 )。
过电流保护
微型断路器 (MCB) (见图 2 ) 是家
居和建筑配电领域最重要和使用范围
最广的电器设备之一。微型断路器用
于输配电线路保护和火灾防范，即用
于建筑物和各种家用电器的短路和过
载保护。
例如，如果电缆绝缘被破坏，两
根铜线接触，就会产生短路。短路会
导致产生大电流，迫使安装于上级的
微型断路器立即断开。短路保护基于
磁脱扣原理，利用磁脱扣装置断开电
路，阻断电流的扰动。
微型断路器也负责给连接电缆
本身提供保护。配电线路内所有设
备的最大容量必须符合设计要求。
如果相连设备过多，或者相连设备功
率过高，就会发生长时间 (持续性) 过
载。这种过载情况或许不足以造成短
路，但是，仍然会造成线路过热，由
此可能引发火灾。微型断路器内部的
一个热保护元件可以检测较长时间的
过载，它能断开线路，防止危险的发
生。
1 ABB 供应的全系列电力设施器件
2 微型断路器 (MCB) 的内部结构
17ABB 评论 2/2008
安全无处不在
将技术带进家庭
由于各种原因，同时运行两个大
功率负荷 (如仓库采暖和通风加热器)
或许是不可能的。这种情况下，在使
用短期设备 (如通风加热器) 时，继电
器切断长期运行设备 (如仓库采暖)。
能耗计量仪表
这些仪表可以对单台设备装置或
住宅大楼的一些部分能耗进行测量，
例如对住宅大楼内的一个单元公寓进
行测量。它们可简便地提供能耗概
况，有助于提高电能使用效率。
世界范围的认证批准
由家用电力设施保障的安全、可
靠和高效的基础设施在世界各国都是
由地区监管理局控制。这些装置在推
广到市场和安装使用之前，必须获得
有关当局的认证。
世界各国用户使用的 ABB 产品都
已获得此认证，ABB 产品可给每个用
户提供最高水平的保护 (见图 3 )。但
是，不仅是最终用户可从此认证和标
装置。
除了这些专用保护装置外，ABB
还提供种类广泛的另外一些产品，这
些产品能够向客户的电力设施提供更
高的方便与适用性以及可靠性与能源
效率。这些装置包括：
时间开关
按照用户事先设置的时间，选择
的插座可定时启动和关闭。
时间继电器
可实现不同定时功能，如自动切
断、延迟启动或断开等。
由家用电力设施所保障的安
全、可靠和高效的基础设施在
世界各国都是由地区监管局控
制。
晨昏开关
可根据预先设定的环境光线实现
电灯的自动开关。
负荷控制继电器
断相关线路。
选择性的重要性体现在此。建筑
物内所有电器插座或灯光线路不应只
用一台 RCD，因为一旦出现故障，所
有电灯都会熄灭。
防止电压峰值造成损坏
大电流不是电器设施中唯一的风
险源，另一个危险源是过电压。尽管
电器插座的标称电压是 220 伏或 110
伏，但是，有时会突然出现较高的
电压峰值 (在非常短暂时间内)。造成
电压突然升高的原因可能是闪电、开
关动作，或者电网负荷变化太大。这
种情况会导致绝缘击穿或相连设备损
坏。
实际上，对普通商用和家用电子
器件而言，过电压是造成损坏的主要
原因。过电压造成的后果包括从由于
数据丢失而造成的各种故障到火灾都
有。计算机、打印机、DVD播放器或
电视等 (仅举几个例子) 都会受到这些
故障的影响，并且数量在持续增加。
ABB的过电压保护装置限制电压
等级，将电压峰值疏导到大地中去。
门类齐全、提高方便与舒适性的各种
4 德国柏林的联邦总理府 5 电力设施器件可靠地安装于安全的电器柜内。
3 ABB 的家用电力设施器件均已满足世界各国范围广泛的认证要求。
18 ABB 评论 2/2008
安全无处不在
将技术带进家庭
UK 500 消费性设备有嵌入
式及表面安装式。它们也可
安装在空心墙体之中或部分
凹进的壁龛中。由于柜门设
计漂亮、富于情趣，具备多
种选择方案，因此，虽然只
是一款技术产品，但却能满
足装璜和布局方面的要求，
不仅非常理想地融入周围环
境，而且成为吸引眼球的一
个重点 (见图 6 )。范围宽广
的模块式墙面安装、落地式
开关柜使得每位客户都可挑
选自己称心的、经济实用的
配置方式。
方便舒适的安全
最好的技术经常是那种
看不见的技术，因为它们每
时每刻都像用户希望的那样
运行。ABB 技术正好就是这
样的。不管人们是在泛光灯
下欣赏一场足球赛，还是在
凉爽明亮的购物中心中选购自己心
爱的商品，ABB 技术都给你所在的
大楼和住宅提供安全和可靠的电气
运行。
Guenter Schreiner
ABB STOTZ KONTAKT GmbH
Heidelberg, Germany
Gary Scardifield
ABB Stiebel & John GmbH
Sasbach, Germany
户保证，其电器设施尺寸的选择是
正确的。ABB的设备已经在医院、体
育场馆、购物中心、银行或办公大
楼等各种要求严格的场所中成功运
行。
在关注住宅大楼的安全设施
时，客户也会关注其它方面：包括
如果设备安装在房子的起居区，柜
子的外观是否漂亮等。
最好的技术经常是那种看不见
的技术，因为它们每时每刻都
像用户希望的那样运行
ABB UK 500 系列消费性装置可
满足客户的这些额外要求。这类装置
的特点是设计结构和谐，相互呼应，
技术先进，装配精美，质量优良。
准化中获得好处，同时受益
的还有将电器装置安装到
建筑物内的安装单位。采
用轨道安装式器件实现标
准化安装技术可确保安装
工作高效、可靠。
安全不容忽视
上述所有保护和计量
装置，在建筑物内的安装
方法必须能够确保，即使
没有经验或粗心大意的人
员在安装时与这些设施进
行接触，也不会产生危
险。以安全和标准化的方
法将装置设备安装在轨道
上并且这些轨道安装在不
可移动及密闭设备柜内可
以实现这个目标。
根据必须供电的建筑
物的要求，这些设备柜的
尺寸可能会相当可观。图
4 所示为德国柏林的联邦总理府大
楼。为确保电力基础设施可靠，其
大楼地下室采用了 ABB 的电器装置
(见图 5 )。
经过型式试验的低压开关组件
(TTA) 额定电流为 4,000 安培，可以
保证对人员和设备的安全都具备最
高标准，能够在商业和工业环境中
确保能源供应的可用性。对最终用
户而言，一个独特优势是，经过型
式试验的可用外壳品种范围非常宽
广，从用于小型配电盘的 125 安培到
用于 TriLine-R 开关柜的 4,000 安培的
规格都有。为了确保最终用户的产
品安全可靠，外壳与设备的配合在
进行型式试验时已得到验证。此种
试验均由认证和独立审批单位以文
件形式记录备案。这不仅保证设施
是符合其用途的，而且也向最终用
6 电力设施柜的前盖看起来像幅画，在家里起到装饰作用。
19ABB 评论 2/2008
将技术带进家庭
水覆盖了地球表面的三分之
二，人体的百分之七十五是由水构
成的，水还是地球生命的主要构成
元素。尽管人类可以使用的水占的
百分比非常小，但要满足全球不断
增长的人口需要实际上还是够用
的。可是，据估计，目前有三分之
一的人类生活在缺水的国家里，到
2025 年，这个数字估计将会上升到
三分之二！原因之一是水质的问
题。在许多人口密集地区，开采和
污染把可用水变成了不适合人类使
用的“化学鸡尾酒”。另一个原因
是大部分水的使用效率不高。效能
低下的输送和分配系统也是造成缺
水和增加水损耗的原因。
ABB 使用新的经过改进的技术
给自来水公司提供支持，解决可用
水的供应和水的重复利用问题。
注入新活力利用ABB的供水技术可以解决全球性淡水供应不断减少的问题
Heinrich-Martin Schreyer
20 ABB 评论 2/2008
注入新活力
将技术带进家庭
渗透工艺方法也被用于大型
海水淡化工厂。
一般，海水淡化需要使
用大量能源，因此，经常被
认为是一种代价昂贵的解决
方案，特别是与水处理厂生
产的水比较时，情况更上如
此。根据海水淡化工艺之不
同，所需能源费用占整个生
产成本的 20% 至 60%。就能
源要求而言，反渗透工艺是
最不昂贵的工艺，而多级闪
蒸技术是最为昂贵的生产工
艺。但是，在过去几十年里，海水淡
化厂的生产成本已经降低了四分之
一。由于 ABB 的努力，开发出高效
电气设备，海水淡化的生产成本被进
一步降低了。
由于经济的快速增长增加了对
电力和水等基础服务设施的需
求，因此，世界上很多海水淡
化工厂坐落于中东地区就不足
为奇了。
全世界在运行的海水淡化工厂共
有 13,000 座 [1]。近年来，中东的经济
快速增长，随之对电力和水等基础服
务设施的需求也不断增加，因此，全
球大部分的海水淡化工厂坐落于中东
就不足为奇了2)。ABB 与其中位于沙
特阿拉伯延布的反渗透技术海水淡化
厂有着密切的合作关系。
延布海水淡化厂
沙特阿拉伯王国的延布反渗透
海水淡化厂 (R.O.-1 号) 由 6 个高压泵
机组系列组成 (见图 1 )。这个地区的
海水淡化装机能力增加了 50,400 立
方米/日，达到约 146,000 立方米/日
合于消费或灌溉用的淡水，可对海
水进行淡化处理；在许多情况下，
在水的来源非常有限的地区，海水
淡化还是提供淡水的唯一方法。
海水淡化有三种主要工艺：
■ 多级闪蒸法 (MSF)：用于大型用
途，MSF 是一种多级蒸馏方法，在
海水被加热的过程中，降低环境压
力，让水“闪蒸”变成蒸汽。每级
压力都低于上一级。
■ 多效蒸馏法 (MED)：MED 这个名称
来自于 MED 生产蒸馏水时使用了多
个蒸馏室或使用了多种“效应”。
这种工艺方法用于中等规模用途，
海水在一系列效应下被蒸煮，每次
压力都比上一次低一些。来自一个
系列的蒸汽被用于加热随后系列的
蒸汽。只有第一个容器 (压力最
高) 需要使用外部热源进行加热。
■ 反渗透法 (RO)：含盐水1)或海水在
高压状态下被泵送至一个密闭容器
内通过可渗透薄膜。浓缩盐水被留
在薄膜一侧，可饮用水被留在另外
一侧。历史上，反渗透技术被用于
中小型海水淡化工厂。因为这种工
艺方法被认为是最具成本效益的海
水淡化解决方案，所以，今天，反
水是宝贵资源，但不
幸的是，淡水的供
应正在减少，而其需求却
在不断增加。因为工业增
长需要水，因此淡水缺乏
会减慢经济发展速度，降
低人民生活水准。农业用
水占可用淡水的比率非常
大，而效率低下以及浪费
的情况令人吃惊，特别是
在灌溉方面。污染也让更
多的可用水变得无法使
用。各国政府越来越认识
到更好地管理水资源的重
要性，并不断设法解决他们面临的
有关水的问题。
开采和污染已经把许多地区的
可用水变成了不适合人类消费
或使用的“化学鸡尾酒”。
应用多年的经验加上自身庞大的
产品和服务组合，ABB 帮助改善水
质，并将水资源分配到最急需的地
方。由于将重点放在电气和自动化工
艺方面，ABB 可以帮助开发、优化和
维护遍布世界各地庞大的水网系统。
这些改进在下列领域已经实现或正在
实现：
■ 升级改造海水淡化工厂
■ 升级改造输水系统 (WTS)
■ 水泵效率计量系统 (PEMS)
■ 水分配系统 (WDS)
■ 水泄漏管理系统 (WLMS)
海水淡化
为解决淡水供应不断减少的问
题，现有几种方法可供选择：如提
高灌溉系统的效率或栽种耗水少的
植物等。由于覆盖地球的海水资源
极其丰富，所以，海水淡化也是选
择方案之一。为了将海水转化成适
1 沙特阿拉伯的反渗透淡化工厂 1 号机组，该机组使该厂的装机淡化处
理能力增加了 50,400 立方米/日
21ABB 评论 2/2008
注入新活力
将技术带进家庭
泊，或者来自于人工资源，如水
库、水处理厂或海水淡化厂等。在
输水系统的终点，水被分配至靠近
城市的水库内。在供水中，输水系
统有可能形成瓶颈，在水库放空之
前，必须解决这个问题。
输水系统
输水系统 (WTS) 负责将水运送
到使用地。输水系统从供应方至需
求方，由横跨数百公里距离的多点
对多点连接组成。水的采集来自于
天然水源，如水井场地、河流或湖
的总装机能力。朱拜勒和延布皇家委
员会将整个工厂承包给 SBG-PCM分
部，然后 SBG-PCM 将主电气部分分
包给 ABB，主电气部分包括中压开
关系统、变压器、低压开关系统、电
动机控制中心、工厂控制系统以及工
厂运行培训用的模拟仿真装置等。这
个项目于 2007 年 3 月竣工。
2 目前正在沙特阿拉伯西部地区进行施工的绍伊巴输水系统第 3 期工程，由 344 公里管线系统组成，将把经过淡化处理的水输送到吉达、塔伊夫和圣城
麦加。
方框 1 通过绍伊巴输水系统项目，使管线输水能力不断增加
管线绍伊巴
吉达
绍伊巴
奎萨
绍伊巴
米纳
麦加
塔伊夫 PS 2D麦加
塔伊夫 PS 3D
初始设计能力 60 MIGD 65 MIGD 100 MIGD 40 MIGD 40 MIGD
最终设计能力 60 MIGD 130 MIGD 127 MIGD 40 MIGD 40 MIGD
初始加压水泵 3 + 1 × 900 kW 2 + 1 × 1,500 kW 4 + 1 × 1,400 kW N.A. N.A.
最终加压水泵 3 + 1 × 900 kW 4 + 1 × 1,500 kW 5 + 1 × 1,400 kW N.A. N.A.
初始主泵能力 3 + 1 × 3,100 kW 2 + 1 × 2,800 kW4 + 1 ×
10,300 kW3 + 1 × 7,800 kW 3 + 1 × 7,800 kW
最终主泵能力 3 + 1 × 3,100 kW 4 + 1 × 7,300 kW5 + 1 ×
10,300 kW3 + 1 × 7,800 kW 3 + 1 × 7,800 kW
注：
1) 因为盐水中的盐浓度较低，因此，盐水淡化一般
要比海水淡化成本低廉。
2) 据第 19 届 IDA 世界水淡化处理工厂的存量统计，
截止至 2005 年 12 月 31 日，已签约的综合处理
能力为 4700 万立方米，对 2001 年至 2005 年间
签约的年平均能力与前 5 年平均年签约能力的比
较说明，新增能力市场以每年 25% 的速度增长。
过去两年中新增能力 33% 的客户都来自阿拉伯
湾。
22 ABB 评论 2/2008
注入新活力
将技术带进家庭
以及仪器仪表工程承包给 ABB。管
线仿真模拟装置可以模拟长达 14 天
的水力学情况，帮助人工大运河管
理局 (GMRA) 来管理和运行整个复杂
的供水系统，即按照需求把水从井
场输送到沿海地区的水库中。这个
项目目前正在执行过程中。
水泵效率计量系统
先进水泵效率计量系统 (PEMS)
(见图 4 ) 采用 ABB 的专利技术，可以
连续监测和记录每台水泵的流量和效
率。以热动力测量方法为基础 (根据
英国标准 EN ISO 51983))，水泵效率
计量系统通过处理水温、水压和与每
台水泵相关的电动机功率，计算出水
泵效率。应用经过精准校验的极其灵
敏的温度传感器来测量水泵的进出口
水温。
水泵效率计量系统中的一个关
键零部件是高精度 Δ T 变送器
(HADTT)，这个部件是专门针对这
种应用需要而开发出来的，并且获
得了专利。HADTT 能够极其精确地
测量出温度差 (在 mK 范围内)，同
时，因为在制造过程中进行了预老
化处理，可保证其具备长期的稳定
性。另外，典型精度在百分之零点
零七五的智能压力传感器使得计量
范围具有高度的灵活性。
连续测量水泵效率和流量可让
操作人员选用效率最高的水泵或水
泵组合，达到节约能源的目的。水
泵寿命周期中，95% 的费用都是能
源费用。通过对记录下来的水泵效
率进行分析，水泵效率计量系统软
件可在计划性预测和主动维护计划
范围内提出维护保养工作的具体建
ABB，转包内容包括：高压开关系
统扩建、中压开关系统、中压电动
机、变压器、低压开关系统、电动
机控制中心以及管线控制系统和管
线泄漏检测系统等。这项工程目前
正在进行中，但是，在工程竣工之
后，管线输送能力将大幅度地增加
(见 方框 1 说明)。
Sarir/Sirt 和 Tazerbo/Benghazi 输水
系统
Sarir/Sirt 和 Tazerbo/Benghazi
管线系统是人工大运河工程的一个
组成部分 (GMR) (见图 3 )。在利比亚
南部的沙漠中存在大量淡水储量，
多数是在 15,000 至 35,000 年之前，
在四大地下平原中形成的。在 GMR
工程的范围内，这里的水被运送到
北部沿海地区，利比亚人口中的绝
大多数都生活在这一地区。
人工大运河管理局 (GMRA) 将自
动化系统、一台管线仿真模拟装置
A B B 的水泵效率计量系统
(PEMS) 通过处理与每台水泵有
关的水温、水压和与电动机功
率等，计算出水泵效率。
可用率比成本效益的重要性更
高，采用沙特阿拉伯西部的绍伊巴
(Shoaiba) 输水系统项目作为范例 (见
图 2 )，ABB 采用冗余设计理念提供
可靠的电气和控制设备，帮助提高
系统的可用率。
绍伊巴输水系统
在绍伊巴输水系统工程第3期项
目中，长 344 公里的管线系统将经过
淡化的水运输到吉达、塔伊夫和圣
城麦加等城市，客户是萨林恩水转
换公司 (SWCC)。加压泵站及输水管
线的施工承包给一家联合体，组成
联合体的单位有沙特机电工程服务
公司(SSEM)、拉希德贸易和承包公
司(RTCC) 以及 HAK 公司等。SSEM
公司将其中主要的电气部分转包给
3 Sarir/Sirt 和 Tazerbo/Benghazi 管线系统是人工大运河项目 (GMR) 的一个组成部分，目的是将足
够的水输送到绝大多数人口居住的利比亚北部沿海地区。
注：
3) 英国标准 EN ISO 5198 标准系指对离心泵、混流泵
和轴流泵等进行液压性能试验以及确定精密等级的
法规。
23ABB 评论 2/2008
注入新活力
将技术带进家庭
水”(NRW)，即：送入分
配系统中的水量与向消费
者收取费用的水量之间的
差异。高额的“无收入
水”分成 (由泄漏而产生
的) 真实损失或 (由于盗窃
或计量不准确而造成的)表
观损失4)。
曼谷市供水系统是世
界上最大的供水系统之
一，向曼谷、暖武里和沙
没巴干等大城市 1,300 万
人口每日供应 16.28 亿立
方米饮用水，管线长度为
24,328 公里，覆盖区域面
积为 1,855 平方公里。但
是，曼谷市水务局(MWA)
的“无收入水”的比例都
高达 40%。为了把这个比
例降低到不超过 30% 的水
平，曼谷市水务局邀请
ABB 予以帮助。通过使用
ABB 漏水管理软件 (WLMS)，在大曼
谷地区的 1,000 个测量点用于计算漏
水的情况，进而确定漏水点，并迅
速予以纠正。
海神项目
随着淡水供应的减少，需要使
网提供饮用水。依靠水泵加压或依
靠重力作用，从 DN 1600 的吸水管
线 (配备一个分支与Arafat水库连接)
把水输送到四个可能的供水管线，
管道直径在 DN 800 至 DN 1100 之
间。作为分包商，ABB 负责完整的
机械工程、中压开关、中压电动
机、变压器、应急电源、低压开
关、仪器仪表和自动化系统等电气
系统的安装工作，同时，还负责用
于管线网络的 SCADA 系统的安装工
作。
漏水管理系统
在许多发展中国家中，影响自来
水公司的主要问题之一是“无收入
议。
随着淡水供应的减少，
需要使用新方法，在不
增加更高费用负担的情
况下，对现有水资源加
以充分利用。
水分配系统
水分配系统 (WDS) 是由
许多相互配合的输水管道网
络所组成，其管道长度可能
达到数千公里。水采集来自
水源、水处理厂或海水淡化
厂。水分配系统的终点是给
工业和住宅建筑、农田或私
人住户直接供水的服务管
道。在有的地区，安装有两
种系统：其中一个为农产品
加工业和绿地服务，提供重
复使用的水或淡水，而另外
一个系统提供人类使用的饮
用水。
水经营公司的目标是，以合格
的质量和最低的成本连续不断地供
水。为了帮助沙特阿拉伯的公司，
如 Makkah al Mukarramah 水和卫生
管理局，实现这个目标，ABB 通过
电气和控制系统的正确设计和提供
可靠的电气和控制设备，帮助提高
水泵加压站的利用率。ABB SCADA
系统协助运行操作人员在最佳状态
下进行他们的水分配工作和灌溉工
作，协助服务管理人员将水的泄漏
保持在经济效益容许的最小范围之
内。
Makkah al Mukarramah 水泵加压站
Makkah al Mukarramah 水泵加
压站工程 (见图 5 ) 于 2004 年竣工，
给连接到圣城麦加的几个水库和水
方框 2 参与海神项目的公司和大学
注：
4) 除了真实和表观损失外，“无收入水”还包括不收
费的授权用水，这些可包括消防用水或宗教场所用
水等。“无收入水”是水分配系统质量的一个关键
指标。
4 ABB的水泵效率计量系统(PEMS)通过对水温、水压和与每台水泵相关
的电动机功率等数据的处理，可以计算出水泵效率。
控制器
压力 温度
吸入端 输出端
电源
温度
高精度
ΔT变换器
(HADTT)
信息
管理
■ 皇家科学、技术和医学院
■ 谢菲尔德大学
■ 埃克塞特大学
■ 剑桥大学校长、硕士和学者
■ 兰开斯特大学
■ 莱斯特市蒙特福特大学
■ 莱斯特大学
■ 约克水务公司
■ 工程物理科学研究理事会 (EPSRC)
■ 联合公用事业公司
■ ABB
压力
24 ABB 评论 2/2008
注入新活力
将技术带进家庭
全球水市场可望以每年 9% 的速
度增长，犹如其他任何工厂设施一
样，自来水公司需要不断改造并优
化他们的运行和维护保养活动。有
效的自动化系统和工艺有助于降低
运行维护保养费用，简化更大区域
内供水单位间的合作。
ABB 具有强大的技术基础和专
有技术，特别是在电气系统和过程
自动化方面更具特色，因此，在这
个市场领域里，ABB 有着很好的机
遇，可实现利润的大幅度增长。为
此目标，在 2007 年中制定了战略方
案，将重点具体放在技术推广、市
场营销和销售等各个方面。
水是我们生活的源泉，给水厂
注入了新的活力有助于赋予和保持
这种生活。
用新方法，在不增加费用负担的情
况下，对现有水资源加以充分利
用。2007 年春天，11 家公司和大学
(见 方框 2 说明) 联合，共同开展一项
研究课题，这项研究的目的是降低
水分配成本，提高供水质量。这个
研究课题称为海神项目，内容包
括：
■ 压力和能源管理；
■ 信息管理
■ 决策支持工具
这个研究课题有三个主要重点研
究领域 (RPAs) (见 方框 3 说明)，每个
领域都有各自的工作内容。
全球水市场的年平均增长率为
9%，自来水公司需要不断改
造并优化他们的运行和维护活
动。
正在成长的市场
方框 3 与海神研究课题相关的三个主要重点 研究领域 (RPAs)
5 Makkah al Mukarramah 水泵加压站给几个水库和圣城麦加的水网供应饮用水。
Heinrich-Martin Schreyer
ABB Power Systems
Mannheim, Germany
注：5) 这个研究课题的正式名称为“海神项目，其目标是
通过增加知识、提高认知和改进技术来优化现有基
础设施，以便达到能提供可持续发展的水系统。”
参考文献：
[1] Kranhold, K. (January 17, 2008). Water, Water, Everywhere . . . , Seeking fresh sources, California
turns to the salty pacific, The Wall Street Journal.
重点研究领域1: 传感器、数据和知识
重点研究领域 1 的宗旨是开发实用、
稳健和新颖的方法和技术 (如：传感器、通
信、人工智能、数学模拟仿真技术等)，了
解系统的实时性能；
重点研究领域2: 压力管理
重点研究领域 2 的总体目标是，开发
用于压力管理的新颖方法和实用工具，改
进客户服务、改进水分配系统的效率和可
持续发展性，同时对实施能源管理和减少
漏水的情况进行试验。
重点研究领域3: 基于风险的决策支持
重点研究领域 3 的宗旨是开发基于风
险的一体化决策支持系统，对干预 (战术
和战略) 策略进行评估，反过来又有助于
可持续发展水系统的运行决策。
25ABB 评论 2/2008
加速前进
当今世界的经济发展有赖于货物和人员的流动。没有高
效和经济的交通运输系统，人们对于选择购买什么货物或在
何处工作居住的余地就减少了。同时，这种交通运输应尽量
减少对环境产生的影响。电气化火车在满足这些要求方面具
备很好的优势，体现在功率大、能耗低、占用空间小以及无
污染。难怪世界各地都在新建铁路；一方面，对数百公里高
速城际旅行的需求做为替代航空的备选方案；另外一方面，
也可解决快速发展的大都市中出现的越发严重的交通拥堵问
题。
为了与汽车、飞机竞争赢得更多市场份额，可靠、安全
的铁路服务是必不可少的。为进一步吸引客户，减少行车时
间、增加舒适性及安全性是成功的关键因素。本文将给读者
介绍在实现这些目标方面，ABB所做的贡献。
轨道上的性能ABB设计的火车电气产品使出行更加方便舒适
Harald Hepp, Fabiana Cavalcante, Peter Biller
当人们乘坐火车、地铁或有轨电
车时，很少有人会想到机车上
的电气零部件是如何决定其出行舒
适度的。在这方面，首先想到的是采
暖、通风和空调 (HVAC)、照明、笔
记本电脑所用电源以及其他车载娱乐
装置。
“车载舒适装置”
这些年来，对火车和城市交通车
辆上的电源要求不断增加。HVAC、
自动门、乘客信息系统、视频监控系
统或封闭式卫生间已成为众多交通运
输系统中新型车辆的标准配置。如今
这些所谓辅助系统一般要求每个座位
的电源供应为 400 至 800瓦左右。
某些特殊类型的客车或火车上，
这种电力需求甚至更高，例如，餐车
上的厨房设备或睡眠客车上的淋浴设
施。
ABB BORDLINE® M 辅助变流器
在增加乘客舒适性的众多功能特
性中，ABB有哪些贡献呢？辅助电源
变换器将主电源转换成不同类型车载
应用所需的电压和电流。它们是那种
人们希望拥有但却不希望感知到的设
26 ABB 评论 2/2008
轨道上的性能
加速前进
电子器件、大功率开关 (见 方框 1 说
明)、变压器和发电机等。仔细研究
ABB 的变压器和紧凑型变流器就会发
现，这些设备不仅提高了行车速度，
而且还满足乘客坐车舒适性的诸多需
求：更大空间、更低噪音、计划更加
可靠、旅行时不必换车并且安全。
ABB 牵引变压器
牵引变压器是架空接触网线与电
动机之间的电能转换装置，是机车牵
引系统的“心脏”。另外，牵引变压
器应满足牵引负荷变化剧烈、外部短
路频繁的要求，对可靠性要求最高。
变压器出现任何故障都会立即停止机
车运转。所以，就可靠性和性能而
言，变压器是非常重要的。
上下车方便和更多空间
由于空间非常宝贵，牵引变压器
的尺寸要尽量小，特别是对于采用分
散式推进概念 [电气多重装置 (EMU) ]
的机车而言，更是如此。今天，分
散推进概念已经成为主要推进方式。
为此目的，ABB 开发出各种不同的
程中出现短暂停电也能确保辅助电源
的连续供电。对于跨越边界运行在不
同电压线路上的火车，ABB 提供多制
式辅助变流器，能自动切换以适应相
应电压系统。有关这方面的内容将在
后面段落中更加详尽地进行探讨。
ABB 辅助变流器也可以其他方式
增加旅行者的舒适性，这种装置驱动
火车的倾斜系统，因此，在转弯轨道
上，这种火车比常规火车跑的更快。
缩短旅行时间
借助辅助变流器，旅行者可在
火车上享受到他们习以为常的奢侈
便利 (而这在汽车上是做不到的，如
笔记本电脑、小酒吧、卫生间或床铺
等)。不过，决定旅行或短途行程价
值的最重要因素之一是旅程时间越短
越好。长途旅行时，人们希望速度最
快，而在城轨运行时，人们则希望快
速平稳的加减速。显然，在缩短旅行
时间方面，牵引系统是核心的关键部
件。ABB 供应电气或内燃牵引系统
中的主要电气零部件：电动机、电力
1 BORDLINE M30 是一种紧凑型辅助变流器，
安装于轻轨车辆顶部，给各种辅助应用提供
电源。
2 配备ABB牵引变压器的各种火车组合范例。
施。人们不希望听到此种系统的声
音，也不希望它占据空间，否则就
无法给乘客提供服务。在提高这些
装置的功率密度、开发更紧凑设计
并且降低必要的冷却及大功率开关
装置噪音方面，已经取得了相当进
展。ABB BORDLINE® M 辅助变流器
可依据具体情况安装在车底、车顶，
甚至安装在其他车载电力装置柜里面
(见图 1 )。
交通运输车辆上的辅助电源应该
不间断提供电力。 ABB 设计的冗余
电源及电池管理系统，即使在运行过
27ABB 评论 2/2008
轨道上的性能
加速前进
蔽的先进知识在这些方面得到充分发
挥，同时，在设计牵引变流器时也应
用了这种先进知识。
降低噪音
舒适的另外一个方面是尽量减少
噪音。在不断波动的电磁场作用下，
变压器铁芯和线圈绕组会受周期性磁
场力影响，这是变压器产生噪音的主
要根源。变压器在运行过程中，来自
铁芯和线圈绕组的振动被传输到变压
器箱体及其表面上，然后，作为噪音
辐射到外部空气中。
ABB 已经对几种不同的降低噪音
的措施进行了研究，这些不同的方法
都可以用于 ABB 牵引变压器。这些措
施包括：通过阻尼器，将变压器固定
在车厢上，将火车车厢与振动隔绝；
采用导磁性优质的晶粒取向铁芯硅钢
片，采用不同方法堆叠变压器铁芯硅
钢片 (阶梯搭接法)。同时，变压器的
外部冷却系统也可能是一个噪音源，
所以，在设计阶段，值得高度注意。
在一列区域列车上，食物柜大
小的箱体可容纳牵引变流器、
辅助变流器、电池充电机、线
路滤波器以及动力主开关等。
安全——看不见的舒适
牵引变压器和变流器与列车上的
其他设备一起必须满足严格安全标准
(见 方框 2 说明)。对于火灾和烟雾而
言，情况更是如此。在设计油浸变压
器(油用作绝缘和冷却介质)时，ABB
特别注意最大限度地减少所有可以想
象得到的火灾风险。尽管如此，万一
发生这种不太可能发生的事故时，材
料的正确选择也会确保对乘客健康造
成的风险最小。
采用地板下或车顶上安装变压器
时，乘客可能会坐在非常靠近变压器
的地方。除了安全方面的考虑以外，
还需要尽量限制电磁辐射。在设计带
电零件、接头和牵引变压器箱时，充
分考虑了这些因素。ABB 有关磁场屏
解决方案，或者将变压器安装在地
板底下(一般用于高速火车，如法国
新一代的 TGV、意大利的 ETR500 或
西班牙的 TALGO 350 等) 或者安装在
车顶上 (如庞巴迪的 NINA、阿尔斯通
的X60 或 Sadler 的FLITR 火车等) (见图
2 )。在两种情况下，变压器都需要
非常扁平，使得车厢地板可设计得低
一些。地板低，比较容易上下车，特
别是对于残障人士、携带大件行李的
乘客、婴儿车或自行车等，这是一项
大的改进。上下方便反过来又有利于
缩短车站登车时间，使得服务更加快
捷，更好地利用线路能力。
变压器重量应该尽量轻，因为
轴轮承重一般不超过 22.5 吨，甚至还
要更少一些，对某些高速火车或窄轨
火车而言，可能不能超过 17 吨。另
外，重量轻一些，意味着火车加速或
减速所需的能量更少一些，因此，可
确保电力的更好地利用。在地板下安
装沉重的牵引变压器降低了火车的重
心，所以，增加了舒适性，特别是在
高速行驶时，更是如此。
方框 1 中压真空断路器 AC Trac方框 2 变流器用作Zugspitzbahn的紧急制动器
中压真空断路器AC Trac是火车牵
引传动系列中对车上安全至关重要的另
外一个产品。新推出的这种中压断路器
安装于车厢顶上，适用于25kV / 50Hz
和 15kV / 16.7Hz两种情况。它的主要
功能是保护变压器、变流器和所有其他
电气设备免受铁路运行过程中经常遭遇
的诸如短路等事故产生的过电流风险。
山区铁路对安全性能有严格要求，特别
是制动系统。如果动力出现故障，机械制动
系统必须将火车停住。但是，机械制动并非
专为火车的整个下山过程而设计。
安装于Bayerische Zugspitzbahn 齿轨
车辆上的ABB的紧凑型变流器采用一种特
殊制动控制功能解决了这样一种应急情况。
当线路电压不可用时，首先使用车辆电池给
中间直流回路充电，然后，释放机械制动
器，启动变流器，最后电动机作为发电机
运行而制动车辆。为了能够保持这种运行
方式，必须要有最低速度才能保持变流器
的中间直流回路电压，因此，在火车抵达
终点时，还必须再次使用机械制动功能让
火车停住。乘客并不知道，这是一种紧急
情况，因为火车仍如通常那样从山上行驶
下来。
28 ABB 评论 2/2008
轨道上的性能
加速前进
生直接影响。假如变流器对电机的控
制并不完美，乘客会非常容易地察觉
列车在加减速过程中的冲动。
跨边界旅行的连续性
在欧洲，铁路线路电压在多数
国家边界处都会发生变更，而且
在一个国家里也经常会有不同。
例如，芬兰、匈牙利、希腊、葡萄
牙、法国部分地区、英国等国家的
器产品 BORDLINE®-CC，并将牵引变
流器与辅助变流器合二为一，集成为
一个装置1)。在一列区域列车上，食
物柜大小的箱体可容纳牵引变流器、
辅助变流器、电池充电机、线路滤波
器以及动力主开关等。这种结构非常
紧凑的模块化设计给乘客留下更多的
使用空间，而且维护保养也非常方便
(见图 4 )。
对于轻轨车辆，ABB 设计了紧
凑型变流器，适用于车顶以及车底安
装，结构非常多样化，适合用于各种
车辆。它配备有两个独立的电机逆变
模块和上面讨论过的 BORDLINE®-CC
系列产品的所有其他零部件 (见 方框 3
说明)。
乘坐平稳
所有 ABB 的 BORDLINE® 紧凑型
变流器均采用 ABB 标准工业控制平台
AC800PEC2)，可充分利用具有成本效
益长期支持和开发资源。在这个平台
上，在 MATLAB/Simulink 中进行的模
拟仿真可直接转换成控制软件。牵引
变流器控制的质量也对旅行舒适性产
除了在技术上领先之外，ABB
还在牵引变压器市场占据明显的领
先地位。设计过各种类型的牵引变
压器，向几乎所有铁路成套商提供
过产品，在世界各地各种用途上 (机
车、高速火车、EMU 等) 都可以看到
这些产品。ABB 牵引变压器已安装
在阿尔斯通／SNCF 公司最新的 TGV
高速火车上，于 2007 年 4 月在主要干
线上创造了每小时 574 公里的世界速
度记录 (见图 3 )。
ABB 紧凑型变流器
在交流驱动列车上，牵引变流器
是变压器与电机之间的有效联接，它
不仅能够在列车加速、恒速和减速运
行的任何时刻向电动机提供恰到好处
的电压模式，而且还能在列车制动过
程中，将能量反馈到电网中。其他类
型的变流器则从架空接触网上获取直
流电压输入 (对直流火车、地铁或有
轨电车而言)，或者是使用发电机的
输出电压 (内燃牵引系统) 来驱动并控
制电机。
ABB 已开发出一系列紧凑型变流
输入电压 420 ～ 900 V DC2 台独立的电机逆变模块，
每台电动机的输出功率为： 牵引： 166 kW 制动： 345 kW 紧急制动： 535 kW采用电隔离的辅助输出： 3x 230/400 V 50 Hz, 35 kVA 3x 0…230/400 V, 0…50 Hz, 5 kVA 24/36/72/110 V DC, 8 kW尺寸、重量 1600 x 1800 x 430 mm, 550 kg
方框 3 用于LRVs的ABB紧凑型变流器的技术数据 4a
4 用于区域性火车 a 和轻轨车辆 b 上的
BORDLINE®-CC 紧凑型变流器的例子。
a
b
3 配备ABB变压器的Alstom/SNCF火车，创造了世界速度记录，在2007年4月3日该火车时速达到574公里。
29ABB 评论 2/2008
轨道上的性能
加速前进
方框 4 ABB 铁路产品发展历史
车。这个过程占用很长时间。现在，
新型 FLIRT 火车配备了 ABB 的多系统
BORDLINE® 紧凑型变流器，可让火
车无缝化跨越边境。最近，Südtiroler
Transportstrukturen 公司 也订购了同
类型的设备，用于往来于意大利和奥
地利之间的火车上。
可靠性、准时性和可用性
最后，应该强调的是公共交通
舒适性的一个根本方面：服务的可靠
性。火车上电气动力产品的可靠性和
可用性对乘客的舒适性有着根本性的
影响。
在铁路运输行业，ABB 积累了多
年的丰富经验(见 方框 4 说明)，公司
不仅努力维护自己的创新技术领导者
的地位，而且也特别重视自己产品的
可靠性、快速维护性和设计的牢靠耐
用性，长期以来致力于为车辆生产制
造厂家和铁路运营商提供优良服务。
Harald Hepp
Fabiana Cavalcante
ABB Automation Products
Turgi, Switzerland
Peter Biller
ABB Sécheron SA
Genève, Switzerland
注：1) 在《ABB评论》2006年第3期52-53页上对这种变流
器进行了详细的讨论。2) 有关A C 8 0 0 P E C的详细资料，请参阅《A B B评
论》2006年第2期62页-65页题为“设计模式”的文
章。3) 世界上多数新型高速电气化铁路线都使用25kV AC
电网，在许多其他国家里，火车可能还需要另外运
行于 1,500 或 3,000V DC的电气化网络。4) 用于多系统火车上的ABB牵引变压器还在《ABB评
论》2006年第3期49页-51页上题为“Trained to
fit”的文章上进行了详尽讨论。5) FLIRT: 快速轻型革新性地区火车的的德文字头缩写
TILO:运行于意大利提挈诺与瑞士伦巴第之间跨国家
地区性火车运营公司名称的字头缩写。
5 配备 ABB 牵引技术的 Stadler FLIRT TiLo 跨越边境。
电网都是 25 kV/50 Hz 的，世界上许
多其他国家(包括中国和印度)的情况
也是这样3)。德国、瑞士、奥地利、
瑞典和挪威等国的电气化干线铁路均
为15 kV / 16.7 Hz，波兰、比利时、
意大利和西班牙等国占主要地位的是
3 kV DC 网络，同时，南美和南非的
情况也是这样，而荷兰和法国南部的
电气化铁路网络是 1.5 kV DC 的。在
欧洲长途旅行和穿越国界进行区域性
旅行时，要依靠变压器和变流器的技
术能力适应不同的线路电压。在火车
跨越不同电网边界时，能够坐在座位
上 (或睡在夜车卧铺上)，对乘客舒适
性而言，是很大一个优势。同时，多
系统适应功能还极大地缩短了乘客的
旅行时间。
ABB 已经开发出用于变压器4) 和
牵引变流器的创新性多系统解决方
案。多系统变压器可处理不同输入电
压和频率。ABB 的多系统前端变流器
将直流输入电压转换成交流电压，用
于ABB 多系统变压器的一次线圈上；
这样，常规的交流 BORDLINE®-CC 紧
凑型变流器就既可用于交流输入电
压，也可用于直流输入电压。
火车上电气动力产品的可靠性
和可用性对乘客舒适性有着根
本性的影响。
这种变流器目前正使用在
“FLIRT”TILO5) 区域性火车上，
这趟火车运行于瑞士的提挈诺 (AC
15 kV) 和意大利的伦巴第 (DC 3kV)
之间 (见图 5 )。过去，铁路运营公司
TILO拥有两种不同类型的机车：一种
用于瑞士，另外一种用于意大利。火
车必须在意大利和瑞士边境处更换机
A B B 是铁路行业的知名企业。
在1996 年当 ABB 运输系统称为 AdT-
ranz 公司 (与戴姆勒-奔驰组建的合资
公司，后来出售给庞巴迪 ) 的一个组成
部分时，ABB保留了设备生产部分 (如
牵引变压器、变流器和电动机等 )。作
为现在称之为 “行业细分计划”的先
行者，“ABB铁路客户单元RCS”创
建于2005年。由于对铁路市场采取了
重点和协调分工相结合的业务手段以
及改进了 ABB 内部相关单位之间的协
调工作，在业务开发上取得了重要成
果。2007 年从铁路行业获得了 7亿多美
元的订单，与 RCS 计划开始时相比，翻
了一番还要多。今天，作为独立设备供
应商，ABB 在市场上享有独特的位置，
给全世界多数运输系统成套商和车辆生
产制造商提供设备。
在机车车辆方面，ABB 的产品组合
包括牵引变压器、变流器、电动机、中
压主断路器、电力半导体、电涌放电器
以及低压电气产品等。
在固定设施方面，包括成套电力变
电站、中高压电气产品、变压器、动力
质量解决方案、变频器以及用于信号显
示的通信系统等。
如需了解更为详尽的信息，欢迎登
录我们的网站：
www.abb.com/railway
30 ABB 评论 2/2008
加速前进
在众多工业行业中和许多要求较高的应用领域中，ABB高性能机械驱动
器对于最终用户和系统集成厂商产生了重大的影响。作为一家位于瑞典并在
全欧洲进行产品销售的电梯制造厂家，Motala Hissar 公司就是一个典型的
案例。
当 Motala Hissar 面临一些其他驱动器生产厂商无法解决的技术困难
时，ABB 及时打来了电话。结果是：问题在几个小时之内得以解决，而
Motala Hissar 得到了一种比从前“更好，更简单，并且更加具有竞争力
的”产品。
提高升降速度!由于使用了ABB的高性能机械驱动器，电梯制造厂家到达了
新的高度。
Matti Turtiainen, Mika Alakotila
31ABB 评论 2/2008
提高升降速度！
加速前进
决方案，该驱动器独特的开放性仍能
够使用户采用并修改这些程序，以达
到用户精确的要求。
这些特点结合在一起，为大批量
机械制造厂带来了多方面的好处，其
中包括工程设计和最终组装，分销和
物流，知识产权保护以及零件的更换
(见 方框 1 说明)。
ABB 将主要硬件与软件功能分
别置入三个模块： 即一个电源
电子单元，一个控制电子单元
和一个软件存贮单元。
硬件模块 (电源和控制电子单元)
可以按照通常的分销日程发送给最终
用户，而存贮单元则可以在最后一刻
再发送。没有必要为派遣调试工程师
而花费差旅费——接受过基本驱动器
培训的当地技工就可以在现场简简单
单地将存贮单元插好。产品的零件数
目和产品种类都已是最小化了，而对
于那些自己开发了控制功能的 OEMs
厂家，其所有的知识产权都能够使用
密码进行保护。如果存贮单元或某一
个硬件模块损坏不能工作，则只需将
其拆下，把更换的备件插上即可，十
分简单。
由于配备了 ABB 直接力矩控制技
术，高性能的机械驱动器能够以开环
或闭环模式控制任何一种型式的电动
机——即功率在 0.75 至 110kW ( 1 至
150 hp) 范围内的同步或异步电动
机，伺服电动机或大扭矩电动机。由
于在设计过程中充分考虑了来自制造
商和设备制造厂的各种需要，以及各
种用户专业领域的特定要求，该驱动
器是一种通用化、低成本的驱动器，
并结合了以下的一些特点：
■ 模块化设计
■ 单独分离的存贮单元
■ 功能不受限制
模块化设计
ABB 将硬件与软件的功能分别
置入三个模块: 一个电源电子单元，
一个控制电子单元和一个软件存贮单
元。
单独分离的存贮单元
预编程序的存贮单元将驱动器的
全部应用软件和参数设置都集中于一
个易于更换，方便安装的模块之中。
功能不受限制
虽然大多数高性能机械应用领域
都已采用了现成的“即插即用”的解
一年一度的德国纽伦堡 SPS/IPC/
驱动器贸易展览会是自动化领
域的重要盛事之一，在 2006 年下半
年举办的展会上，ABB 公司发布了高
性能机械驱动器并获得了工业界广泛
的赞誉，并且这种驱动器迅速地在应
用十分广泛的机械领域中产生了显著
的影响 (见图 1 )。
作为一个历时三年的研究开发项
目的结晶，这一驱动器是 ABB 公司在
小功率变频器现代技术的代表作，它
为原始设备制造商 (OEMs)，系统集
成厂商以及最终用户等客户提供了特
别灵活并且功能强大的产品，还能够
根据客户精确的要求而特别定制。
由于配备了 ABB 直接力矩控制
技术，新型驱动器能够以开路
或闭路模式控制任何一种型式
的电动机。
ABB 机械驱动器能够在许多要求
较高的应用领域中进行速度、力矩和
运动的控制。该驱动器已经在一些行
业中，包括食品饮料、材料搬运、纺
织、印刷、塑料与橡胶、以及木材加
工行业，改变了用户的运行方式。
1 ABB 高性能机械驱动器 方框 1 驱动器特点
集成模块设计
三个模块分别用于电源电子单元，控制电子单元，以及存贮单元
速度，扭矩和运动控制
单独的存贮单元，具有可以“即插即用”的简单安装方式
功能不受限制，可编程记忆
对于大多数机械应用领域都备有现成的程序
可以控制额定功率在 0.75 至 110 kW / 1至150 hp 范围内的任何型式的电动机
开环或闭环控制
几种插入选项件，可以用于 I/O 扩展性，电动机反馈接口和通信
32 ABB 评论 2/2008
提高升降速度！
加速前进
Nieminen 这样解释了原因，他在位
于瑞典中部的 Motala Hissar 工厂中担
任现场经理。
“当时，我们项目的发布时间快
要到了，但我们都还有一个技术未能
解决，”Nieminen 解释说,“为了节
省空间，在设计电梯时取消了平衡配
重，但这就使电梯在每次开动之前都
产生一个窜动的感觉。我们接触了几
家驱动器供应商，希望他们能提供解
决方案，能够在不使用编码器的同时
防止窜动，但他们都没有能令人满意
地解决这一问题。这时 ABB 来了，他
们的几位专家带着新型高性能机械驱
动器来应对这个问题。在仅仅几个小
时之内，我们就不仅得到了一个解决
方案，而且从此有了一种更好，更简
单，并更加具有竞争力的产品。”
ABB 高性能驱动器的核心是 ABB
公司的直接力矩控制 (DTC) 技术所带
来的良好的扭矩反应和速度精度。这
一点，加上对驱动器能够进行无限制
功能性编程的能力，使得该驱动器功
能强大，而其他品牌的驱动器都无法
与之匹敌。
DTC的功能不仅能够在低速度或
零速度下保证精确的开环控制——
从而确保电梯的平稳启动——而且
还能够不使用编码器或其他反馈装
置。(竞争对手的驱动器都要使用编
码器来实现平稳启动，但又不能使
用开环控制。)
其次，该驱动器通过编程，可以
计算出轿厢中乘客的总重量，这样就
可以得知应该施加多大的扭矩来提升
电梯，同时又在启动时刻最关键的几
毫米之内避免窜动。电梯轿厢中的人
越多就需要更大的扭矩。能够按照用
户要求的功能对 ABB 驱动器进行编
程，这一技术方式成为了电梯行业的
而公司最终由此取得的收益，大大超
出了原来的期望。
Motala Hissar 公司是 Kone 集团公
司的一家子公司，也是世界领先的电
梯和自动扶梯生产厂家，该公司制造
两种特殊产品：用于行动不便的残障
人士的 Motala 2000 型平台电梯，以
及用于在原设计中不带电梯的建筑物
上加装使用的 Motala 3000 型紧凑型
电梯。公司每年在整个欧洲市场销售
大约 1,000 台电梯，有 60 名员工，年
产值约 2,200 万美元 ( 1亿 4 千万瑞典克
朗)。
Motala Hissar 公司用了一句口
号“里面最大 – 外面最小”, 来将自
己与其他公司区别开来。它所生产的
电梯轿厢拥有同类产品中最大的内部
尺寸和最小的外形尺寸，这归功于该
公司在上世纪 90 年代开发并注册了
专利的导向牵引链技术，它可以利用
最小的空间来升降电梯 (见图 2 )。
“ABB 驱动器帮助我们简化了
产品。Motala 6000 型更加易于
组装，易于维护，易于检测。
我们自己和我们的用户都降
低了运行费用。”——Motala Hissar公司现场经理 Ari Niemi-nen
作为其产品研发计划的一部分，
Motala Hissar 公司近来为其新型电
梯 Motala Hissar 6000 型重新设计了这
一技术，并使用一种独特的皮带驱动
系列，来代替导向牵引链，从而使得
电梯速度比其最相近的竞争对手提高
了一倍，——而且降低了噪音，提高
了舒适性 (见图 3 )。这使得用户订单
大增，在新型电梯正式发售之前就已
经卖出了 30多部。对于这一型号电梯
及其背后相关技术的成功，贡献最大
的就是 ABB 高性能机械驱动器。Ari
超出期望
在装备有 ABB高性能机械驱动器
的众多机械应用领域之中，电梯受到
了显著影响。瑞典的电梯制造厂商
Motala Hissar 就选用了这种驱动器，
3 Motala 6000型的图示，图中黄色部分为皮
带传动系统，电动机位于轴的顶部。
2 由于其特殊的紧凑型设计，Motala 6000型电梯经常安装在原有楼梯中间的天井中。
33ABB 评论 2/2008
提高升降速度！
加速前进
为了进一步降低噪声
级，Motala Hissar 公司正在
评估 ABB 的制动电动机，
并且正在考虑使用 ABB 公司
的断路器和接触开关。ABB
公司能够为全世界的电梯和
自动扶梯制造厂商提供全系
列的电力和自动化产品和系
统。ABB 高性能机械驱动器
加强了这一能力，它能够使
制造厂商特别定制自己的接
口 (可以借助或无需 ABB 公
司的帮助)，并控制任何型
式的电动机，或在需要时连
接上任何型式的反馈装置或
现场总线。如果驱动器损坏
了，建筑物里的任何一位有
基本电工技能的人都可以轻
而易举自行更换——因为全
部的使用数据都在存贮单元
里。
ABB 公司以自己专门的服务机
构和ABB驱动器联盟的全球网络来为
其驱动器用户提供支持。对 OEM 用
户，无论其处于何地，都能够得到特
殊服务支持的安排。
Matti Turtiainen
ABB Drives
Helsinki, Finland
Mika Alakotila
ABB Automation Products
Mölndal, Sweden
的噪音水平，而 ABB 驱动器是最安
静的。”Nieminen 说道,“最重要的
是，根据我们的研究了解，我们的客
户都很喜欢新型电梯，而乘客也是如
此。乘梯过程迅速，安静并且平稳。
启动和停止时没有振动，没有窜动。
这一切都为乘客提供了最大程度的舒
适性”(见 方框 2 说明)。
一大创举。同时，驱动器自
己就能完成这一功能，不需
使用承重传感器，也无需额
外的费用。
第三点，Motala Hissar
公司在这一承重感应功能的
基础上，开发出了第二个特
性，从而使 Motala 6000 型
电梯与其他的竞争产品有所
区别。电梯都必须遵从严
格的安全条例。在大多数国
家，都要求独立的检查机构
每年对电梯至少进行一次测
试；西班牙是一个重要的用
户市场，在那里每个月都要
求对电梯进行一次测试。
测试的一项内容就是在电梯
上加上大载荷，以确保电梯
在其最大载荷时能够安全运
行。测试是费钱费时的过
程。Motala Hissar 公司通过
对 ABB 驱动器进行编程来模拟测试解
决了这一问题。这一方法不必使用承
重传感器，而且得到了条例制订机构
的认可。这样就为 Motala Hissar 公司
的用户节省了大量的时间和费用。
“ABB 驱动器帮助我们简化了产
品，”Nieminen说,“Motala 6000 型
更加易于组装，易于维护，易于检
测。给我们自己和我们的用户都降低
了运行费用。我们的新型电梯运行速
度比老型号提高了一倍。这些都成为
我们客户的重要卖点。”
“我们测试了各种品牌驱动器
的噪音水平，而 ABB 驱动器是
最安静的。”——Motala His-sar 公司现场经理 Ari Nieminen
皮带传动技术与高性能驱动器
的结合，还产生了另外一项改进，
那就是噪声级比以前的电梯降低
了。“我们测试了各种品牌驱动器
方框 2 Motala Hissar 公司的获得的好处
零速度时的全扭矩，适用于
电梯平稳启动
乘客感觉非常舒适
独特的承重感应功能
开环解决(无编码器)
可不受限增加未来新功能
每年都可以节省费用，这是因为：
无反馈装置
无载荷感应器
为自己的客户带来的好处：
速度加快了一倍
承重测试简单易行
零件减少了，机械磨损减少了
维护保养工作量减少了
平稳操纵智慧的起重机承载你我舒适的生活Mikael Holmberg
一台20年役龄的起重系统表面上看来可能还比较现代，但这些年来技术革新突
飞猛进，定位精度提高，维护工作量减少，可靠性越来越高。虽然这些生产效率方
面的改进增加了起重系统的吸引力，但它们并不是采购起重机系统背后的直接推动
力。在一家公司的执委会的头脑里，首先考虑的无疑是健康和安全。
在世界范围内，有许多起重系统如今已经过时了，只能勉强满足起重机司机和
工厂人员的安全要求。由于零事故是无可争议的目标，现代化起重机的控制系统需
要具有能轻易达到该目标的所有功能。
ABB可以帮助客户做到这一点。ABB公司被公认为具有设计并开发起重机方面
顶尖产品的经验。ABB工业传动器与最新的起重机控制程序的组合，能够满足对起
重机控制系统在安全和性能方面的要求。这样的组合带给客户一个比以前的系统好
得多的系统。
34 ABB 评论 2/2008
加速前进
35ABB 评论 2/2008
平稳操纵
加速前进
低压AC变速传动时，感应式电机能
够进行精确而又柔和的控制，从而避
免负载的无规律运动。像 ABB 工业传
动这样的变速传动，能够提供优良的
扭矩响应，这对负载控制是至关重要
的 (见图 3 )。
ABB 公司的起重机控制程序，
有时也被称为“系统的大脑”,
是一种易于使用的加载在工业
传动上的可选用软件。
直接扭矩控制
ABB 工业传动引人注目的亮点之
一是ABB被称为直接扭矩控制 (DTC)
电机控制平台所带来的优异性能，
以及与生俱来的安全和保护功能。无
论是否有安装在电机轴上的脉冲编码
器反馈信号，DTC 都能够对转速和扭
矩进行精确控制。DTC 的一个显著
验，并能够使用最现代化的技术，包
括变速传动及其配套的软件。
电气工程部门的要求
夹在起重机操作人员和董事会的
双重期望之间，电气工程部门毫无疑
问地面对着最多的要求。这些要求不
仅与工厂内的健康和安全相关，还关
系到如何将生产率最大化的问题。采
用 ABB 工业传动与新开发的起重机控
制程序相结合的解决方案，电气部门
就能够轻而易举地满足这些安全和性
能方面的要求。
变旧为新
要对老式起重机进行现代化改造
更新，应从考察用于提升负载的电机
入手。大负载 AC 滑环电机已经被广
泛地应用于工业起重机的驱动之中，
其电流值可以高达 4,000A。虽然这些
电机能够在苛刻的环境中有效地工
作，但它们不像比较现代化的标准鼠
笼式感应电机 (见图 2 ) 那样，具备扭
矩和转速的较强适应性1)。在配备有
对于任何一项业务而言，要想做
到每时每刻讨得每个人的欢心
的确是难以办到的。但这正是 ABB 工
程师为 ABB 工业传动设计最新的专用
起重机软件的过程中必须考虑的 (见
图 1 )。在设计起重机系统时，必须
要让五个截然不同的客户群体都能满
意：董事会；电气工程部门；维修部
门；天车操作人员；最后还有工厂里
的地面工作人员。每一个客户群体都
会提出一个能让他们感觉“称心”的
要求，而且这些称心的要求都是各不
相同的。
ABB工业传动吸引客户的亮点
之一是被称为直接扭矩控制
(DTC) 的 ABB 电机控制平台所
提供的杰出性能。
董事会的要求
在世界范围内，有许多起重机系
统如今已经过时了。由于健康和安全
问题以及必须符合法规要求已经成为
大多数公司需要优先考虑的问题。因
此，一个起重机控制系统必须要能够
精确控制起重机的运动，而不危及天
车司机和其它工厂地面人员的生命安
全。这一点意味着系统必须能够处理
那些意外发生的动作。换句话说，就
是无论吊钩是空载还是满载，起重机
控制系统必须能够在最大和最小速度
范围内调节转速和扭矩。无论如何，
改造一台大型起重机要花费好几万的
美元，而如果仅仅依据生产效率的改
善来判断投资回报，既使有这个可
能，也将会是非常困难的。
因而，选择一家合适的公司是当
务之急。要想达到目标，就必须具备
相当的经验和技术，而 ABB 在这些方
面有着丰富的积累。ABB 公司被公认
具有设计并开发起重机方面产品的经
1 ABB公司被公认为具有设计并开发起重机方面产品的经验。
注：
1) 如果不能控制起吊负载的扭矩，负载将会来回摇
摆，而这种失去控制的冲击力可能造成事故损失。
36 ABB 评论 2/2008
平稳操纵
加速前进
尽可能方便。对于维修工程师而言，
这就意味着可以通过控制面板清楚地
看到文字报警和故障状态，从而能够
立刻采取行动 (见图 4 )。
司机室的要求
对于起重机操作人员来讲，司机
室的人机工程学设计是至关重要的。
由于操作人员需要长时间地坐在一个
位置上，因此新的设计显然需要考
虑：舒适而且符合人机工程学的操作
座椅；易于清洗的活动窗；空调；气
动或电动的雨刮系统；以及司机室的
温度控制。安全，人机工程学设计和
舒适对保证起重机司机的最佳效率是
不可缺少的，而这一切又取决于：
■ 操纵杆
■ 制动
■ 扭矩记忆
■ 防撞系统
操纵杆
操纵杆是司机与起重机控制系
统的接口，也是司机的命脉。操纵
杆应该反应灵敏、精确，还应该使用
器设定。然而，ABB 工业传动具有了
内置式的 PLC 功能，因此能够消除延
时、风险或通信错误。
对于电气工程师来说，ABB 公司
的起重机控制程序启动极为方便，这
一点还能够有助于控制整个项目的成
本。多台传动可以通过内部光缆连接
进行同步，从而减少对单独控制器的
需求。
起重机控制程序支持远程监视
和诊断，使用智能以太网模
块，通过互联网访问传动。
维修部门的要求
在有些行业里，每一分钟停机时
间的价值可以高达 1,000 欧元，因而
减少维修成本和寻找高可靠性的方案
是非常关键的。起重机控制程序支持
远程监视和诊断，使用智能以太网模
块，通过互联网访问传动。然而，对
于维修部门而言，变速驱动方案最大
的好处是减少了机械磨损，全面降低
了维修成本。在起重机上装备了这样
的传动之后，由于其软启动3) 特性，
使得机械磨损大为减少。
ABB 公司还在控制面板的研究开
发上投入大量资金，以保证用户接口
优势就是它能够在不带反馈装置的
情况下，在零转速条件下达到全扭
矩。无需反馈信号，在从零转速到
额定转速的范围内，不需要编码器
反馈，DTC对扭矩的控制精度可以达
到百分之一2)。
DTC 是为恒力矩应用而设计的，
因此特别适用于起重机控制系统。一
个典型的恒力矩应用是起重机悬挂负
载，速度由零变到最大或者相反的情
况下，扭矩总是保持不变。负载下降
时传动必须持续耗散能量。当一个
300 吨的负载下降时，需要使用四象
限的传动，以保证能量能够回馈到电
网。
起重机控制程序
为了进一步增强起重机的安全和
性能，近来 ABB 公司推出了起重机
控制程序，一种可选的、使用方便的
ABB 工业传动的附加软件。一些客户
称之为“系统大脑”。
这种灵活的高性价比软件，融合
了塔吊和工业港口起重机的起升、小
车和长行程运动通常所需的全部功
能，可以不再需要外部的可编程逻辑
控制器 (PLC)。PLC 通常用于上层控
制系统之中，检查电机的转速和制动
2 在起重机应用领域中，电气工程师亲身感受到使用标准感应式电机带
来的扭矩和转速控制上多种好处。
3 ABB工业传动优异的扭矩响应性能，对工作在钢铁厂这样恶劣环境中
的起重机负载控制是至关重要的。
注：
2) 然而，为安全起见，可以在起升电机轴上安装编码
器测量起重机的实际位置，而不完全依赖电机模型。
3) 软启动器提供平滑可控的启动和停止操作。用于避
免电机突然和不平稳的启动、大启动电流和扭矩、
高电流和扭矩尖峰。
37ABB 评论 2/2008
平稳操纵
加速前进
报警，并有足够的时间作出反应，将
负载安全地下降到地面。在起重机停
机时也可能遇到类似的问题。如果制
动器闭合过快，负载会产生跳动。因
此，保持全扭矩的同时逐渐并且柔和
地降低速度，然后再闭合制动器就非
常重要了。一旦制动器闭合，磁通就
从电机中消除了。
起重机系统在接受任何指令之
前，会自动地进行功能检查。包括检
查所有的电气功能以确保运行良好，
以及检查机械制动器以确保运行时不
会溜钩。
起重机控制程序所包含的扭矩
记忆功能可以保证机械制动器
控制安全可靠。
防撞系统
为了防止碰撞，起重机上安装
了防撞系统，在轨道末端装有限位
开关。防撞由激光控制，在传动接
近终点位置时，速度下降，必要时
完全停止。高限位和低限位传感器
在终点位置停止传动。在关键区域
动扭矩方法，也包括了启动、停机和
运行阶段的制动器监测功能。进一步
来讲，在提升作业开始时，需要低速
启动。在电机启动时，扭矩可以达到
最大，而且必须在低速下进行控制。
为了保证负载精密准确的运动，制动
器松开，速度直线上升。
ABB 的起重机控制程序还有一种
扩展的运行功能。当起重机停机时，
电机保持磁通 (时间可调)。如果磁通
没有取消 (通过制动)，起重机完成下
一次启动过程的时间就可以大幅度缩
短，因为不需要预励磁。
起重机控制程序的其他功能包括
检查机械制动器的位置 (打开/闭合)
的功能。例如，当母线电压下降或消
失、或熔丝烧断的情况下，制动器必
须闭合。换句话说，在掉电时制动器
必须有效地动作。
另外，ABB 的工业传动还具有良
好的安全措施向起重机司机发出报
警。例如，制动器的机械打开或闭
合容易出现问题，一个小型接近开
关指示制动器的位置。司机收到一条
舒适。ABB 可以提供多种类型的操纵
杆，其中有一种四档电位器操纵杆，
具有按钮，无线电和独立控制功能。
从开启电源的那一刻起，操作人
员就希望系统能够及时迅速地做出反
应。换句话说，当操纵杆接收到一个
速度给定时，就应该立即移动起重机
吊钩4)。ABB 推算司机能接受的最大
延时为 300 ms。
制动
司机必须对他所发出的起重机运
动指令有足够的信心。例如，起升运
动时，制动是必须的而非可有可无
的。机械制动器能够将负载牢牢保持
在某一位置上。当传动启动电机时，
需要小心地给出松开制动器指令，如
果制动器松开过早，负载就会失控
下坠。因此，在零转速下获得最大
扭矩就至关重要，这也是 DTC 的作
用。ABB 公司的起重机控制程序通过
一种被称作扭矩记忆的功能辅助实现
了该功能。
ABB 的工业传动与起重机控
制程序组合，满足对起重机控
制系统在安全和性能方面的要
求。
扭矩记忆
作为防溜钩的系统一部分，扭矩
记忆功能提供安全可靠的机械制动，
确保启动过程中吊钩不会下坠。更确
切地讲，集成的制动器控制逻辑利用
扭矩记忆和预励磁来安全可靠地打开
或闭合机械制动器。机械制动器刹车
时使用弹簧，而当传动系统启动并将
扭矩加载到电机轴之后，再通电打开
制动器。该软件能够适用于不同的启
4 传动控制面板使用了简单的用户接口，可以使得维修工程师对报警或控制性能的变化做出迅速反
应。
注：4) 通过把外部24 VDC接到装有软件的控制板实现。
38 ABB 评论 2/2008
平稳操纵
加速前进
“比传动还要重要。因为司机失去
了参照物，必须来适应新的控制系
统，改变司机室的外观和感受是有好
处的。不然他们会说起重机工作得不
好，而实际情况是好得多。”
工厂地面人员的要求
当大直径的卷筒吊着几百吨的重
物在工厂地面上方移动时，地面人员
需要确信负载不会坠落或剧烈摇摆。
使用变速传动来精确控制电机能够确
保这一点。结果是负载现在能精确地
对准分区中的板坯 (见图 5 )。
每台起重机的改造，ABB 都承诺
提供一个比改造前运转更好的系统。
虽然在翻新前后都要进行性能检测对
比，但大多数情况下这种检测大可不
必，因为最终的提高都超过他们的要
求。
也许每时每刻讨得每个人的欢
心，是最终能够做到的。
Mikael Holmberg
ABB Drives
Helsinki, Finland
能够用自己的技巧来弥补起重机系统
的精度和响应方面的不足。引入一套
新型并且响应快速的系统 (既便是操
作人员熟悉的按钮和操纵杆) 常常会
引起操作人员的不满。
处理这一问题有两种方法。第一
种是在安装有 ABB 传动的起重机对
司机进行培训。第二种方法也许是
最有说服力的，就是更换整个驾驶
室。其实，一个新的控制系统改变了
司机对起重机的感觉，给他一种在操
作一台不同的甚至是一台“全新”的
起重机的感觉。很可能换一个全新的
驾驶室，更容易加快操作人员的适应
过程。按照一个用户的说法，该方法
内，“慢下来”安全控制功能将速
度限制在预先设定的水平。在紧急
情况下，使用“急停”安全控制功
能。
速度监测功能保证起重机的电机
转速一直处于安全限制值之内。速度
匹配功能连续不断地对比给定速度与
电机轴的实际速度，检测任何差别。
当发生故障时，这些功能中的一个将
停止电机的运行。
操作人员满意
有些时候，新安装的控制系统会
导致起重机设计人员与操作人员的心
理竞赛。在许多情况下，操作人员都
5 起重机操作人员和工厂地面人员已经看到了ABB传动/电机与软件的组合所带来的好处。
39ABB 评论 2/2008
天气与休闲
天气预报：我们在电视中、报纸上、广播里、互联网上、甚至在电子游戏机的控制
盘中都可以查到天气预报。未来天气预报对于我们安排野餐或滑雪旅行、决定穿什么衣
服以及在闲谈时不要跑题等都是非常重要的。农民依赖于天气预报计划安排他们的工作
日程，海上渔民和海员使用天气图避开会给船员生命带来危险的大浪和强风地带。航空
业依靠天气预报确定何时发布除冰程序命令，调度空中交通路线，改进飞机的燃料消耗
效率，避开与环境条件相关的危险。配电公司依靠天气预报预测采暖或空调的电力需
求。准确预报飓风可挽救生命。出于各种各样的理由，人类需要知道未来数小时和数天
之内的天气是什么样子。
观测天气更好的天气预报可提供更多安全感和舒适性
Louis Moreau, Marc-André Soucy
图片来源： NPOESS IPO
40 ABB 评论 2/2008
观测天气
天气与休闲
插入关键参数进行补偿。对某一具体
时间的天气形势进行全面适当的估计
被称为天气分析。不能混淆天气分析
与天气预报。天气分析完成的时候，
天气情况就已经发生了变化。
气象专家把天气分析数据输入天
气预测数字模型，这些模型是在功能
强大的计算机上运行的数学模型。为
了预测未来数小时或数天的天气状
态，这些数学模型从当前的气象模式
推断出将来的气象状况。
ABB 现有的和未来将要使用的
仪器仪表有助于我们更好地了
解我们所在星球的大气情况以
及在我们头顶上面所发生的复
杂化学过程和动态过程。
预测天气并不简单。大气是一个
复杂的热动态体系，状态变化迅速。
预测准确度受到天气分析数据精确度
的限制，而天气分析又受限于所收集
的气象数据的质量和数量。在 3 天时
间范围内，天气预报的平均准确度在
60% 至 80% 之间。更长时间的预报，
准确度更低。天气模型也只能预测大
片地区 (一般在 1,500 平方公里以上) 的
平均状况。当然，在现实生活中，在
预测区域内的天气也不会是统一的，
这也是构成误差的另外一个原因。有
时，天气预测数字模型的输出数据要
经过经验丰富的气象专家的“修正”
和调整，以便在预测时能把当地最新
测量数据或模型没有考虑到的当地特
点考虑进去。这就是为什么同一地区
不同来源发布的天气预报会有差别的
原因所在。
现在，ABB 在用于收集气象数
用。气象卫星携带的仪器用于估算地
表温度、湿度、云层高度、某些化学
物质浓度等。用于气象预报的有两种
类型的卫星。有的仪器安装于地球同
步卫星上，例如，在 36,000 公里轨道
上用以地球同样速度运行的卫星 (卫
星固定于与地球相对的同一地区)；
这样，仪器可连续不断地监测地球上
的大片地区。其他一些仪器被安装于
低空卫星上 (绕地球运行速度更快)，
用于收集空间分辨率更高的数据，但
是，不连续进行数据收集工作，这些
仪器通常每天两次收集地球上几乎所
有地区的数据。一般来说，与从气象
站获取的信息相比，目前从气象卫星
上收集到的气象信息不太准确，比较
粗糙，但是气象卫星可提供几乎整个
地球的信息。
多数国家都自由分享他们收集到
的气象信息。所有数据通过气象部门
传播，然后，进入标准网络，确定某
一时间的全球天气形势图。为了弥补
地球某些地区测量密度的稀少，需要
为了向最终用户发布当地天气预
报，气象部门需要实时的全球
大范围的天气形势信息，所以，人们
需要对温度、压力、湿度、风速和风
向、能见度和云层覆盖等数据进行实
时测量。数种参数不仅要求获取有关
地球表面状况的数据，而且还要求测
量各种纬度上的状况。
专业观测人员从固定地点获取气
象数据，另外，气象数据也可从安装
于地面或大海浮标上的自动化气象站
获取。全世界约有 800 个气象站，有
的气象站也使用气象气球携带无线电
高空测候仪收集从地面至 30 公里大
气中的气象数据。一般，每个这种气
象站每天放飞两个气象气球。人们也
从商用飞机和有些船只上收集气象数
据。
从气象卫星上收集的数据已经
得到广泛应用。在观测地球云层图
和确定全球范围内空气质量运动状
态方面，从太空获取的影像非常有
41ABB 评论 2/2008
观测天气
天气与休闲
气预报的数据。这可以是在
常规基础上开展的工作，也
可以是为了应对诸如化工厂
火灾等某一异常事件而开展
的数据收集工作。
例如，美国环保局运
行的一架飞机上就有 ABB
制造的光谱辐射仪，这台仪
器用于测量大气中各种化学
品的浓度。这架飞机是名为
ASPECT (机载光谱光度计环
境采集技术) 计划的一个组
成部分。它是一种随时待命应急响应
系统，可收集空气中危险化学品的分
布信息。从 2001 年以来，这台仪器
已经使用过 60 多次，用于评估事故
发生后潜在危险化学品的浓度和分
布，如 2003 年哥伦比亚航天飞机坠
毁、2005 年加利福尼亚州山火和得克
萨斯州南部异丁烯酸盐生产厂火灾以
及 2005 年卡特琳娜和利塔飓风的后
果 [3]。收集到的数据用于开展环境影
响研究，发布撤离疏散建议等。
英国气象局也使用 ABB 的仪器，
这台称作 ARIES 的仪器设备生产于
1996 年，最近，对其进行了升级改
造。这台仪器安装在 BAE 146-301 飞
机机翼下，开展大气研究，对化学构
成物进行现场测量。为了提高对大气
的认知，自 1996 年以来，这台仪器参
与了 20 多次现场测量活动 [4] 。
加拿大航天局的一颗卫星 SciSat
且还能达到更高的精度。总之，这种
仪器提高从太空获得的数据质量，这
些数据将用于天气预报的数字天气预
报模型 [2]。在几年之后，当这种新型
卫星被部署在太空中时，可以期待天
气预报将会更加准确。目前，ABB 还
与欧洲和美国的合作伙伴一起开展研
究，看看 ABB 技术如何使用于下一代
地球同步气象卫星上。
若干气象部门除了发布天气预
报之外，还在进行改进天气预
报的研究工作，或者对特殊气
象现象开展研究。
一旦这些新型仪器投入使用，有
关当前天气信息的质量和数量都将有
所改进提高。由此获得的天气分析也
将更能代表当前的天气情况。因此，
采用数字天气预测模型进行的预报也
将更加准确。
若干气象部门除了发布天气预
报之外，还在进行改进天气预报的
研究工作，或者对特殊气象现象开展
研究。某些气象部门也在收集空气质
量、污染以及其他一些不一定用于天
据仪表的系列中又增添了一
种产品。这种仪器的名称
是 AERI (大气发射的辐射强
度干涉仪)，是一种傅立叶
红外光谱仪 (FT-IR)。AERI 仪
表是地基仪表，用于观测仪
器上面的大气状况。它们通
过测量来自大气的红外辐射
对大气进行观测。这些测量
数据被用于估算 (约 5 公里左
右) 较低大气中温度和湿度的
垂直分布状态。AERI 仪器是
全自动化的，它们每隔 10 分
钟通过无线电将它们收集的数据传
输给数据收集站。这种仪器是与美
国威斯康星大学合作经历 10 年时间
开发出来，现在正在进行商业推广。
同时，数套这种仪器已经被用于研究
项目。虽然 AERI 仪器并不能像气球
携带的高空测候仪那样在高空中进行
测量，但是，它们可以不分昼夜地连
续提供数据，而且还可以安置在不具
备放飞气象气球条件的自动化气象站
中 [1]。
卫星
ABB 还参与设计和制造下一代气
象卫星上用的仪器。2005 年 ABB交付
了第一台干涉仪，这种干涉仪是新型
大气探测仪的核心部件，将用于装
备美国的新型气象卫星。大气探测
仪的名称是 (CrIS) (交叉跟踪红外探测
仪)1)，用于进行测量，测量值将用于
推导几乎全球对流层的温度、压力、
湿度和某些化学品的垂直分布情况
(见图 1 )。ABB 还提供机载设备，用
于在太空日常飞行过程中校验仪器，
开发了数学方程式，用于校验 CrIS 数
据。与现有技术比较，在保留更高精
度的同时，CrIS 将提供更多信息，而
1 CrIS (交叉跟踪红外探测仪)干涉仪将装备美国的新型气象卫星。
注：
1) 在美国下一代国家极地轨道运行环境卫星系统(NPO-
ESS)上，交叉跟踪红外探测仪(CrIS)将替代高分辨率
红外辐射探测仪。CrIS将提供850公里左右高空大气
温度和水分分布的更精确测量数据。欲查询更多信
息请登http://www.ipo.noaa.gov/。
42 ABB 评论 2/2008
观测天气
天气与休闲
的重要温室气体之一。
大气是一个复杂的热动态体
系，状态变化迅速。
ABB 制造的现有和将来的仪器仪
表将有助于更好地了解我们星球的大
气情况以及在我们头顶上面所发生的
复杂化学过程和动态过程。它们也将
提供质量更高的数据，改进天气预报
的准确性，借此可增加你在野餐时不
下雨的机会。
Louis Moreau
Marc-André Soucy
ABB Bomem Inc.
Québec, Canada
参考文献：
[1] Feltz, W. F. et al. 2002 Near continuous profiling
of temperature, moisture, and atmospheric stability
using the Atmospheric Emitted Radiance Interfer-
ometer (AERI). J. Appl. Meteor.
[2] NOAA, NPOESS Instruments – CrIS, http://www.
ipo.noaa.gov/Technology/cr is_summary.html
(January 2008).
[3] Kroutil, R. et al. Emergency response chemical
detection using passive infrared spectroscopy,
SPIE (http://spie.org/x8799.xml, January 2008).
[4] UK Met Office, Infrared interferometry using ARIES,
http://www.metoffice.gov.uk/research/obr/radtran/
ariesinstr.html, January 2008.
[5] CSA, SCISAT – F rom dawn to tw i l i gh t ,
http://www.space.gc.ca/asc/eng/satellites/scisat/,
January 2008.
[6] JAXA, Greenhouse Gases Observing Satell ite
(GOSAT), http://www.jaxa.jp/projects/sat/gosat/
index_e.html, January 2008.
注：2) 加拿大的SCISAT卫星帮助一组加拿大和外国科学家
提高他们对臭氧层被破坏的了解，特别是了解发生
在加拿大和北极上空的各种变化。SCISAT 卫星上携
带的ACE-FTS仪器可同时测量650公里高空上层大气
中的温度、微量气体、稀薄云层以及所发现的悬浮
微粒等。
上也安装了 ABB 的仪器 (见图 2 )。每
天，这台仪器在高层大气的电磁光
谱红外部分采集 2,700 张高分辨率光
谱。这台仪器称作 ACE，主要用于测
量恒温层臭氧浓度。这种气体可以阻
挡住大多数来自太阳的有害紫外辐
射。卫星是 2003 年发射的，自那时以
来，仪器一直在运行，没有出现任何
问题。ACE 采集到的数据也有助于了
解导致高层大气中臭氧生成和破坏的
化学过程2) [5] 。
明年，日本航天局将发射一颗称
作 GOSAT 的新卫星，卫星搭载的仪
器上装有 ABB 制造的干涉仪。这台仪
器将用于检测靠近地球表面的二氧化
碳来源 [6]。二氧化碳是影响地球气候
2 加拿大太空局的 SciSat 卫星装备有ABB的 CE-FTS (大气化学试验—傅立叶变换分光计 )仪器。
方框说明 傅立叶变换分光计
a
bc
d
e
d1
d2
傅立叶变换分光计(FTS)通过光学干涉
手段，采用波长选择方法，调节入射红外
光束。入射光束强度 a 被光束分离镜(光学
装置 b )分割成两个部分。反射光部分入
射到移动反射镜 c 后，沿原路移动两倍d1
距离后返回到光束分离镜。同理，透射光
部分入射到固定反射镜 d 后，沿原路移动
两倍d2距离后，返回分束分离镜。透射光
和反射光被叠加于输出光束上，形成相互
干涉，根据入射光波长和距离d1和d2的大
小，形成明暗相间的干涉条纹。移动反射
镜 c ，随着干涉按照完全相加向完全抵消
的顺序进行转换，干涉仪输出强度以余弦
函数方式发生变化。实际上，进入干涉仪
的波长为 的单色光(或频率 )在经过
调制之后，其输出强度(也称作干涉图)可
从下列公式中求出：
式中： 为干涉仪两臂间的光
程差，而 为入射单色光强度。对复合光
输入而言，总干涉图即为单色干涉图之总
和，即：
式中， 为复合入射光光谱，故其干涉
图就是入射光光谱的傅立叶变换。所以，
可以通过对干涉图的逆傅立叶变换进行评
估并重新获得进入仪器的辐射光谱。
43ABB 评论 2/2008
天气与休闲
随着专业体育场馆的设计和规
模变得越来越大和越来越复杂，建
筑师们和工程师们都在大胆提出新
的想法。在这些结构中伸缩式屋顶
成为时尚，因为人们能够更有效地
控制体育场馆的内部环境。只有少
数公司具备这种专有技术，让这些
巨型结构实现机械化并对其进行控
制，同时，这些建筑物本身也因此
成为建筑杰作。
不仅仅移动球门柱ABB传动开启、关闭体育馆屋顶的巨型面板，ABB的电动机启动器可以把
整个足球场都移到外面去
Ken Graber
44 ABB 评论 2/2008
不仅仅移动球门柱
天气与休闲
Lennart Nielsen 说：“选择 ABB
传动装置的一个重要因素是，屋顶
运行的倾斜轨道本身就有一些固有风
险。这迫使我们寻找一种变频传动装
置 (VFD)，这种变频传动装置让我们
能在每个屋顶移动之前对传动力矩
输出进行试验，确保每个传动装置处
于运行状态，而且能够具备 100% 的
力矩输出。ACS800 具备这种功能，
在每次运动之前，可编程逻辑控制
器(PLC) 可在 0 Hz 状态下，检查变频
传动装置力矩输出，然后再打开电
动机制动器 (见图 3 )。”Nielsen 还
说，ABB 传动装置的安装和运行都不
需要使用编码器，这是成本效益很好
的方案，有助于公司满足预算要求。
采用革新性的滚动方式把整个
足球场移动出去估计可节省
5,000 万美元运行费用，将整
个场地移动到外面，比将整个
屋顶缩回，让足够阳光照射到
草坪上，费用更经济。
在 Uni-system公司先前设计的屋顶
上，当制动器松开时，如果由于某种
原因，电动机不启动，则屋顶将保持
原位不动。在卡蒂诺新体育馆，由于
屋顶轨道是倾斜的，如果出现这种情
况，屋顶各段将会坠落到停车场里。
“由于采用了力矩直接控制，
公司合作的杰作。在炎热季节里，伸
缩式屋顶可以关闭，体育馆可使用空
调器调节温度，然后，在凉爽季节，
屋顶可以打开 (见图 1 )。屋顶是用聚
四氟乙烯 (PTFE) 涂敷的玻璃纤维编织
面板组成，比传统的包层钢板屋顶要
轻。
移动足球场草坪
体育馆的设计不仅包括伸缩式屋
顶，还包括伸缩式足球场草坪 (见图 2 )。
采用革新性的滚动方式把足球场
移出去估计可节省 5,000 万美元运行
费用，将整个场地移动到外面，比将
整个屋顶缩回，让足够阳光照射到草
坪上，费用更经济。伸缩式天然草坪
足球场放于 1,690 万磅 (770万公斤) 重
的托盘内，托盘宽为 71 米 ，长为 122
米，是北美的第一个此种类型的体育
比赛场所。ABB 电动机启动器启动的
电动机，就可以把足球场再移进去。
总体而言，体育馆设计极其独特，就
连美国电视台“发现”频道也就这个
独特建筑拍摄了数集电视节目。
力矩直接控制
这个屋顶不同于 Uni-system 公司
先前建造的任何一个屋顶。据丹麦的
首席电工和 Uni-system 公司高级电气
设计师 Lennart Nielsen 称，最为重要
的决策之一是选择控制屋顶运动的电
动机传动装置。
Uni-system 公司就是这方面的专
家，公司总部设在明尼苏达州
首府明尼阿波利斯市。不管是伸缩屋
顶，还是伸缩投手踏板，或可移动的
墙壁或坐位，Uni-system 公司都是这
个行业的佼佼者。这家公司拥有可观
的业绩，他们承担过的工程包括得克
萨斯州休斯敦的 Minute Maid 公园和
Reliant 体育馆、威斯康星州密尔沃基
市的米勒公园、华盛顿特区的 RFK 体
育馆以及最近建成的亚利桑那州格伦
戴尔市的亚利桑那卡蒂诺体育馆等。
亚利桑那卡蒂诺体育馆屋顶成
弧形，伸缩性屋顶给设计工作提出
崭新的挑战。Uni-System 公司与 ABB
合作，选用了 ABB 的 ACS800 传动装
置，给屋顶力矩分配系统提供了最佳
控制。
沙漠绿洲
几年以前，当国家足球联盟中的
亚利桑那 · 卡蒂诺 (Arizona Cardinals)
决定建造一个新的比赛场地，沙漠气
候是设计方案的主要考虑因素。高温
会让球迷和球员苦不堪言，可能会损
坏足球场地，特别是如果是天然草
坪，情况会更糟。然而，在凉爽季
节，这种全世界都有名的气候又是举
办室外活动最佳场所。
体育馆外形设计酷似仙人球，
是著名建筑设计师彼特.埃森曼 (Peter
Eisenman) 与体育建筑公司 HOK 体育
1 位于亚利桑那州格伦代尔市的新亚利桑那卡蒂诺体育馆伸缩式屋顶由
ABB的ACS800传动装置提供动力。
2 整个运动场可以用滚动方式移出体育馆。
45ABB 评论 2/2008
不仅仅移动球门柱
天气与休闲
Nielsen 说，“于是，在每组 8 台变频
传动装置之间，我们使用了平行光纤
通信网络，在这个网络里，1 台变频
传动装置被指定为主动装置，其他7
台作为从动装置。”
“屋顶一旦开始移动，极其重
要的是，相对于每台屋顶扇面主动
变频传动装置，每台从动传动装置
周围的力矩和速度包络线必须保持在
非常严格范围内，”Nielsen 继续说
道，“ACS800 拥有超快速切换直接
力矩控制系统，这个系统可通过变频
传动装置快速的内部光纤网络提供这
样做的手段。”
可编程逻辑控制器 (PLC) 向两台
主动变频传动装置 (VFD) 中的每台装
置 (每侧各一台) 发出速度 (频率) 指
令，然后，7 台从动装置与主动传动
装置的力矩输出相匹配。屋顶面板的
每套可编程逻辑控制 (PLC) 处理每个
屋顶面板两个扇面之间的位置对准问
题，从每个扇面上的绝对编码器和每
个钢缆卷筒的递进编码器上接受位置
反馈信号。如果屋顶一侧比另一侧多
前进 2 英寸 (轨道相距 78 米)，可编程
逻辑控制器就会给领先一侧的主动传
动装置发出信号，让其放慢速度，直
至两侧再次对准。
由于屋顶轨道是弧形的，随着屋
顶面板朝着完全打开位置和轨道比较
径为 1.5 英寸 (3.8 厘米) 的钢缆进行牵
拉。
屋顶轨道的每个侧面都有两根钢
缆，每根钢缆都缠绕于其直径为 122
厘米的钢缆卷筒上。每块屋顶面板
扇面均在其上部小车之各个侧面安装
一个钢缆卷筒，每个扇面下面的两台
小车没有动力。每个钢缆卷筒沿外缘
配备一个大齿轮，由4台带有齿轮的
7.5 HP (5.6kW)、480V AC 的电动机驱
动，配置有弹簧制动器 (见图 5 )。
Uni-Systems 公司在过去场馆项
目上使用过的常规技术方法，
如动力牵引轮等，对于亚利桑
那体育馆的斜坡屋顶都不适
用。
每个钢缆卷筒配备的4台电动
机均由两套 20 HP (15 kW) ACS800
的变频传动装置控制，也就是说，
每个屋顶扇面由 16 台电动机提供动
力，由8台变频传动装置 (VFDs) 控
制。要将载荷均匀地分配到屋顶钢
缆上，变频传动装置的精确控制非
常重要。“我们认为，让屋顶可编
程逻辑控制器 (PLC) 作为每台传动装
置的裁判，通过 ProfiBus 总线处理
可编程逻辑控制器、变频传动装置
(VFD) 和远程输入输出接口 (I/O) 之
间的通信，这种做法是不适当的”，
ABB 的配置可比标准传动装置更为
精确地测量来自电动机的反馈，”
Nielsen 解释说，“ABB 的控制/输出
算法可测量频率为 0 Hz 时电动机特
性 (也就是说，他们在电动机没有旋
转的情况下，可以有转矩输出)，那
是我们选用这种设备的一个很重要原
因。”
“我们希望一直到频率为 0 Hz
时，都具有这种功能，除了 ABB 之
外，没有任何一家制造厂家可对此作
出保证，” Nielsen 继续补充说。
ABB 传动装置对确保屋顶功能非常
关键
伸缩式屋顶由两块活动面板组
成，面板悬架在东西两侧的两条平
行轨道上 (见图 4 )。为了沿着屋顶稍
呈圆穹顶状之轮廓行走，轨道是弧
形的，穹顶状屋顶从顶部朝建筑物南
北两端慢慢倾斜，它们之间距离为50
码。每块屋面板承载于 8 台两轮小车
上，4 台沿屋面板之西侧，4台沿屋面
板之东侧，每组 4 台小车组成整个伸
缩屋面系统的一个扇面。
Uni-Systems 公司在过去场馆项
目上使用过的常规技术方法，如动力
牵引轮等，对于亚利桑那体育馆的斜
坡屋顶都不适用。Uni-Systems 设计
了这样一种系统，在这种系统里，每
块屋面板都在其每个侧面采用 4 根直
4 伸缩式屋顶由两个悬挂于两条平行轨道上的活动面板组成。 3 由于屋顶面板随斜坡轨道安装，Uni-Systems公司希望所用的传动装
置在每个屋顶面板移动之前要能控制其扭矩，以确保传动装置能够处
于完全运行状态。ABB是惟一的生产厂家，他们的产品可以测量电动
机频率为零时的特性。
46 ABB 评论 2/2008
不仅仅移动球门柱
天气与休闲
准软件特性，让其分担从动
装置载荷 (扭矩)，产生一个
主要速度窗口，让其大约相
当于主动传动装置协调参考
速度，”Boren 解释说,“因
为钢缆张力之不均匀 (可视为
从动钢缆卷筒之间打滑)，要
让钢缆卷筒均匀分担负荷相
当困难。但是，如果激活扭
矩随动传动装置中 ACS800 的
速度窗口功能，将窗口 (打滑)
限制在每台电动机仅为 2 转/
分以内，钢缆卷筒就没有其
他选择，只能均匀地分担巨
大屋顶的负荷。”
正在进行中的一些项目
亚利桑那卡蒂诺体育馆很快就将
竣工，Uni-Systems 和 ABB 很快将把
他们的注意力转向全国足联 (NFL) 其
他几个新体育馆项目。在印第安纳
波利斯，工作已经开始，科尔茨公
司正在用新型现代化伸缩式屋顶更
换 RCA穹顶式屋顶。“屋顶所需要的
系统更加复杂，”Nielsen 说，“科
尔茨的屋顶面板的宽度与长度比例
不是 1:1，而是 5:1。这使得轨道为五
轨道设计，而不是卡蒂诺体育馆的两
轨道设计，钢缆和传动装置都成倍增
加，为原来的两倍。正在进行的项目
还有新达拉斯牛仔体育馆。这两家体
育馆都将使用更新的ACS800-U11，或
再生传动装置，在设计卡蒂诺体育馆
时，还没有这种系统。”卡蒂诺体育
馆设计使用了独立再生传动装置，与
ACS800 变频传动装置配套。
随着 Uni-Systems 公司和 ABB 公
司获得更多这种专业业务的经验，我
们可以期望，不久将来会有更大胆的
设计出现。
根钢缆发生摆动，钢缆固定点的扭矩
也随之发生变化。然后，主动传动装
置会对此作出反应，增加或减少扭矩
输出。于是，这种扭矩的变化将传输
到对此作出反应的其他传动装置上，
引起整个钢缆系统开始越来越厉害的
摆动”。
这是意料之外的一个挑战。ABB
工程师来到现场，协助Uni-Systems调
整驱动装置，提供最佳控制，消除屋
顶开启过程中钢缆摆动的问题。
Nielsen 说，“我们的自然反应是放
宽公差，给最佳速度和扭矩一个更大
窗口，容许少许摆动，只要传动装置
没有反应就行。但是，ABB 的做法与
此相反，实际上，他们将那个窗口变
得极其小，使其不作出激烈反应，从
而不会引起摆动。”
“我们只是需要利用 ACS800 的标
陡峭的段面移动，钢缆实际
负荷不断增加。为了获得最
佳电动机扭矩，在轨道下半
段，变频传动装置输出频率
为 60 Hz，为了减少运行时
间，在轨道上半段时，频
率为 85 Hz。电动机以电动
机和发电机两种模式运行，
在放低屋顶面板时，以发电
机模式运行，提升和关闭屋
顶面板时，以电动机模式运
行。
ABB传动装置不需要维
护保养，安装在空调箱体
内，空调箱体安装在小车上。
钢缆摆动
在卡蒂诺体育馆进行初步试验过
程中，Uni-Systems 公司发现，随着
屋顶开启，驱动钢缆的自然频率使钢
缆产生摆动。“移动越快，摆动越明
显，”Nielsen 说，“我们看到，传
动装置使这种摆动更加厉害。随着每
方框 1 伸缩式屋顶的简单数据
方框 2 ABB 与传动装置
5 每根钢缆卷筒沿外缘配有大齿轮，由4个带有齿轮的7.5 HP、480 VAC制动电动机驱动，每个卷筒的4台电动机由两台20 HP ACS800传动装
置进行控制。
■ 两个伸缩式屋顶面板，每块重1,100,000
磅 (550 吨)
■ 每块屋顶面板尺寸：185英尺长×285英
尺宽×16英尺高 (56×86×4.9米)
■ 8根钢缆，直径为 1.5 英寸(3.8cm)，将伸
缩式屋顶面板连接到体育馆结构上，间
隔距离为50码(所用钢缆超过半英里)
■ 32台电动机驱动每块屋顶面板，每台功
率为7.5HP (5.6kW)，整个体育馆加起来
功率总计为480HP (358kW)
■ 16个吊车钢轮支承每块伸缩式屋顶面
板，钢轮直径为36 英寸(97厘米)
■ 595,000磅 (270吨) 机械化设备用于移动
屋顶
■ 体育馆穹顶伸缩式屋顶跨度为257.5英尺
(78.5米)
■ 两条轨道线，采用175磅/码吊车轨道(所
用轨道长度在四分之一英里以上)
■ 最大移动速度：25英尺/分或0.25英里/小
时(0.4公里/小时)
■ 总移动时间：11.5分钟(10分钟运行时间
加上1.5分钟进入最终位置的慢速时间)
ABB是世界上最大的电动机和传动
装置生产厂家，公司向范围广泛的工业
和商业用户供应品种齐全的高能源效率
电器传动装置、电动机和特殊设计的传
动系统。生产的产品包括用于电动机的
交流和直流变速传动装置，功率从1/8马
力直至135,00马力以及各种特殊用途的
传动系统解决方案，可满足客户多种多
样的需求(http://www.abb.us/drives)。
Ken Graber
ABB Automation Technologies
New Berlin, WI, USA
47ABB 评论 2/2008
简单与友好
沉默是巨大力量的源泉。虽然这些话是中国古代的哲学家老子说的，但是，它们
完全可以用在现代化电力变压器上。在确保我们的电力供应方面，这些设备非常重
要，但是，同样很重要的是我们也不能忽视它们运行时的负面作用。其中一个重要问
题是它们产生令人生厌的噪声。
或许世界上最严格的噪声法规实行于美国纽约市。为了能够供应变压器并将其安
装在纽约市，ABB 必须满足极其严格的要求。通过公司对变压器振动和噪声的深刻
和详细了解，ABB 可以满足这些严格要求，并且现在已经具备资格，向世界其他主
要城市供应低噪声和超低噪声变压器。
降低噪声设计和生产“静音”变压器
Ramsis Girgis, Jan Anger, Donald Chu
48 ABB 评论 2/2008
降低噪声
简单与友好
测量的，1 个分贝被定义为
10 × Log10 (声压)。声级一般
以 A 计权分贝来表示和规定
的；用 dB (A) 表示，声级是
根据每个“A 滤波器”频率
进行衰减的，该滤波器描述
人耳的频率响应 (见图 3 )。
目前，有工业标准 (IEEE
和 IEC) 规定如何测量变压器
噪声。但是，有些客户要求
报告以 dB (A) 表示的变压器
总的合成噪声级，而其他一
些客户则要求报告各个频率
分量所产生的噪声。有些客户只要求
测量铁芯和风机噪声，有的则要求测
量变压器的总的包括负荷噪声的合成
噪声级。
变压器噪声
电力变压器有三个声音 ( 噪声 ) 来源：
■ 铁芯噪声：由磁致伸缩效应造成。
■ 负荷噪声：与电流相关的漏磁通在
线圈绕组和结构件之间产生电磁
力，由这些电磁力震动造成负荷噪
声。
■ 由冷却设备、风机和水泵等的运行
产生的噪声。
磁致伸缩造成的铁芯噪声
磁致伸缩这个术语用于描述铁
音变压器”，曼哈顿地区的噪声法规
是世界上最严格的法规。有关这些严
格法规，在本文后面还会详细进行讨
论。
噪声级和频谱
声音使空气压力产生微小波动，
当波动水平高于一定振幅，而且压
力波动频率在 20 Hz 至 20 kHz 范围内
时，人耳就能听见。声级的划分一般
由人对声音的感知确定，这种感知既
取决于声压级的对数，也取决于频率
的。例如，人耳对频率为 100 Hz 的声
音敏感度比对频率为 1,000 Hz 声音的
敏感度要低 10 倍，但声音绝对压力
每增加一倍，人们感知的声级增加得
很少。所以，声音是以分贝 (dB) 进行
今天，世界正在日益
关注与环境相关的事
宜，降低住宅区附近噪声的
重要性正在不断提高。运行
时，变压器发生振动，产生
被界定为“噪声”的特殊轰
鸣声 (见图 1 )。这种噪声的
特点是具有四种单纯音调，
其频率在人的话语频率范围
内 (见图 2 )。这种噪声具有
明显声调特性，引起人的
厌烦和让人感到不舒服。所
以，确保住宅区不被打扰非
常重要。这项工作在城区特
别重要，在城区，房子都建造在非常
靠近输配电变压器的地方。
在许多国家里，地方政府和中央
政府都规定有最高可允许噪声等级。
这种可允许噪声等级的规定数值也各
有不同，从农村地区的普通等级到靠
近大都市的较低等级以及在纽约市某
些部分的超低噪声等级都有。
为了满足这些噪声限制，有必要
了解声音产生、传播和辐射的整个过
程。这种知识让 ABB 能够成功地为
世界不同国家的客户建造安静的变
压器。最近，ABB 向纽约市曼哈顿
的ConEd 公司交付了不少超低噪声变
压器，这些变压器在本文中称作“静
1 配备有两台40MVA变压器的一个小型变电站周围的噪声分布图，当噪
声级超过一定值后，会让人感觉非常不舒服。
50
45
40
35
30
25
20
T -180
坐标为：带宽：倍频总
SPL dB (A)
N
2 60Hz电力变压器产生的典型噪声频谱
80
70
60
50
40
300 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200
频率 / Hz
3 相对于不同频率噪声的A计权滤波器的频率响应
0
-10
-20
-30
-40
10 20 40 100 200 400 1k 2k 4k 10k 20k
频率 / Hz
声压
级, d
B(A
)
衰减
, dB
49ABB 评论 2/2008
降低噪声
简单与友好
6 三相铁芯机械振动的三维模型 7 三相变压器箱体噪声辐射的三维模型
验证以及全尺寸试验的声学模拟
仿真提供了避免箱体共振和降低
噪声辐射所需的工具 (见图 7 )。
降低变压器噪声
降低铁芯噪声
除了寻求低磁致伸缩、使用更高
等级的磁取向硅钢片作铁芯、降低铁
芯磁通密度等措施以外，还可采用多
年开发的其他措施降低铁芯噪声，包
尖峰频率发生在“叶片通道”频率
上，这个频率是叶片在空气流中产生
的某些刚性扰动的频率，有时是这种
频率的两倍。泵也产生宽频带性质的
噪声，会对变压器的总体噪声产生影
响。
设计特点
ABB 目前应用电力变压器设计软
件 (TrafoStar) 设计出的变压器噪声水
平比 20 年或 30 年前的变压器的噪声
等级要低的多。让变压器取得那么低
的噪声等级的主要因素有：
■ 改进变压器铁芯的设计，使其磁通
均匀分布，无论在整个铁芯上还
是局部铁芯接头处，降低其磁通
谐波。详细的二维和三维磁场模
型用于优化铁芯设计，降低铁芯
噪声 (见图 5 )。
■ 采用夹紧构件将铁芯固定在一起，
使作用于铁芯叠片上的压力均匀
一致，避免出现局部变形。ABB
使用内部开发的工具计算铁芯振
动，将不同振动模式和机械共振
以及作用于三相变压器铁芯上的
复杂作用力等各种因素都纳入考
虑范畴 (见图 6 )。
■ 改进 TrafoStar 变压器箱体的设计，
使其避免了由于变压器箱体的高
辐射效率以及变压器箱体共振所
造成的额外噪声。经过比例模型
芯叠片由于磁场作用而引起的少量
机械变形。其变化大小与磁通方向
无关，因此，其频率经常是电源频
率的两倍。但是，因为磁致伸缩曲
线是非线性的，在磁通密度较高状态
下，会产生较高偶次频率谐波 (见图
4 )。所以，对 50 Hz 和 60 Hz 变压器而
言，其铁芯噪声的频率分别为 100 或
120 Hz。对于不同频率的噪声强度取
决于铁芯材料、铁芯几何形状、运行
磁通密度以及铁芯和变压器箱的共振
频率与激磁频率的接近程度。
电磁力引起的负荷噪声
负荷噪声主要是由线圈负荷电流
与这种电流产生的漏磁通之间的相互
作用而产生的。因此，这种噪声的主
频率是电源频率的两倍，50 Hz 变压
器为 100 Hz，60 Hz 变压器为 120 Hz。
如果负荷电流含有多次谐波，如整流
变压器，这种电磁力就会含有较高频
率谐波。这些附加谐波是噪声的主要
声源，在订购变压器时，必须予以考
虑。负荷电流噪声级主要取决于变压
器负荷，如果电流减少 50 %，可把噪
声降低 12 分贝。
冷却设备产生的噪声
风机噪声的频率特性不同于来自
于铁芯和线圈噪声的频率特性，没有
离散声调，而是覆盖宽广的频率带，
5 三相铁芯中的磁通分布
4 磁致伸缩范例：在交变磁通完整周期过程
中，铁芯矽钢片长度的相对变化
磁通密度 (T)
-2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0
2
1
0
-1
2
50 ABB 评论 2/2008
降低噪声
简单与友好
这些噪音噪声等级相对应于约 59 分
贝的总噪音噪声等级。在 100 % 电压
和全电流状态下，总噪声级的相应数
值为 54 分贝左右。与此相比，同样
大小的这种变压器，仅其空载噪声级
一般都在 70 分贝左右，低噪声变压
器的噪声级要少 10 分贝 (同样，也仅
是空载噪声级数值)。这显示了从与
一般变压器，甚至低噪声变压器的比
较中可以看出对 ConEd 噪声要求程度
是非常高的。
但是，这些还不是惟一的挑
战。ConEd 的要求还有其他设计方面
的限制。它们是：
■ 为了能将设备运进曼哈顿，对重
量、宽度和高度等都有严格限制
■ 对分接电压范围内，变压器阻抗变
化有严格限制
■ 苛刻的过载要求 (高达 200 %)
■ 不同负荷时，线圈绕组热点温度的
限制
对 ConEd 所要求的设计也应用于
他们标准化的 65 MVA 和 93 MVA 电网
变压器。
处安装了消声器的风机，可以降低来
自冷却风机的噪声。其他手段包括特
殊风机或可改进噪声性能的叶片设
计。许多情况下，如果对噪声有非常
严格要求，在设计上，不采用风机，
而让变压器设计使用更多散热器，这
样就可消除风机噪声。当要求使用冷
却泵时，采用低噪声的冷却泵。
ConEd 变压器的要求
为了满足纽约市噪声法规对城市
里所有噪声源的严格限制，ConEd 电
气设备部门修改了他们的新电力变压
器噪声技术规范。这些技术规范对保
证了对 ConEd 电力系统中的超低噪声
变压器的要求。这些技术规范有下列
严格要求：
1) 比相同容量的普通变压器的噪声低
15 至 20 分贝
2) 保证噪声级在下述条件下不会超
标：
a) 在施加 100 % 电压以及 100 % 负荷
情况下
b) 最大励磁加上 40 % 负荷情况下
3) 给出的限制不仅适用于总噪声级，
而且还适用于各个频率分量
就变压器噪声三个最重要频率分
量而言，变压器总噪声 (空载噪声与
有载噪声的合成噪声)频谱最大允许
极限见 方框说明 。
在最大过励磁和全电流状态下，
括：
■ 将铁芯振动与变压器箱体分开，为
了从中获得好的效果，有必要仔细
考虑变压器铁芯和变压器箱体的动
态性能。需要正确设计振动隔离元
件。
■ 避免箱体和铁芯两者产生共振，这
需要准确确定不同铁芯和箱体的共
振频率 (见图 8 )。
■ 对箱体进行阻尼处理。
■ 采用隔音板或者能覆盖部分或整个
箱体的外壳 (适用于必须满足要求
噪声级特别低的变压器)。
■ 试图减少铁芯振动传播的新技术，
因此，也可减少噪声辐射。
降低负荷噪声
线圈绕组类型、线圈绕组的布
置、电流密度、箱体屏蔽以及箱体设
计参数等都对负荷噪声有重大影响。
大量研发工作获得如下降低负荷噪声
的措施：
■ 采用一般能降低漏磁通密度的线圈
绕组设计
■ 避免线圈绕组共振
■ 改进箱体屏蔽，用于更有效的屏蔽
漏磁通
■ 对箱体进行阻尼处理
■ 改进箱体设计，降低噪声辐射性能
■ 用隔音外壳覆盖整个箱体
降低冷却系统噪声
选择低转速风机或选择在进出口
方框说明 三种最重要频率的最大允许极限
倍频的中心频率 (Hz)
125 250 500
允许等级声级 (dB)
71 64 57
8 5支架的三相铁芯机械共振模型 9 配备隔音外壳的超低噪声 ConEd 变压器
51ABB 评论 2/2008
降低噪声
简单与友好
由于这批订单的成功，结
果，ConEd 又给了 ABB 更多的 93 和
65 MVA 变压器的订单，交货时间是
2008 年和 2009 年初。这些变压器也
是采用 ABB 开发的最新技术设计的。
因此，可以对这些变压器设计进行升
级提高改进，大幅度减少铁芯和线圈
重量，而同时满足 ConEd 的要求。
从这种研发工作中获得的超低
噪声变压器技术，已经应用于为世
界各国大都市地区的其他客户生产
最佳设计的低噪声变压器上。
变压器所需要的严格等级，ABB 确定
了研究和开发工作重点。随后几年
里，ABB 技术开发小组非常努力地工
作，解决本文讨论过的与噪声相关的
7 个技术领域内的问题。研发工作取
得了进展，结果，ConEd 与 ABB 签订
了合同，生产第一批 93 MVA 超低噪
声变压器。这些变压器采用当时已有
的技术进行设计，成功进行试验后，
于 2005 年交付使用。这批变压器中的
第一台装备了隔音外壳 (见图 9 )。第
二台和第三台变压器只是在箱体外壁
上安装了隔音板 (见图 10 )。
计算越精确，由此产生的设计
偏差就越小，满足严格技术规
范的可能性就越大。
交付了这批变压器之后，ABB 又
从 ConEd 获得一份 65 MVA 超低噪声
变压器的订单。这批变压器是用 2005
年当时已有的最新噪声技术设计的。
生产的变压器没有使用隔音外壳或隔
音板 (见图 11 )。实际上，第二台变压
器设计所用线圈绕组重量大幅度降
低，而试验负荷噪声比第一台低 4 分
贝。这台变压器的铁芯和负荷总噪声
频率分量比 ConEd 规定的还低 2 和 5
分贝。
ConEd 变压器解决方案
要设计此种超低噪声级的变压
器，同时又要满足所有其他方面的各
种限制，只有在生产厂家有能力做到
下述各点时，才有可能：
■ 准确计算与其磁通密度相关的铁芯
噪声级
■ 准确计算负荷噪声
■ 准确计算铁芯、绕组、箱体钢板和
箱体加强筋等的共振频率
■ 准确计算与其磁通密度相关的铁芯
噪声的频谱
■ 采取有效措施降低不同频率的铁芯
噪声和负荷噪声
■ 变压器正确安装技术方法
■ 工厂室内测量低噪声级的准确技术
方法
计算越精确，由此产生的设计裕
量就越小，满足严格技术规范的可能
性就越大。
成功的故事
2003 年时，ABB 就有了设计低
噪声变压器的技术，但是，还没达
到 ConEd 超低噪声变压器的水平，也
不能满足经过修改的此种变压器所要
求的技术规范细节。认识到这种事实
之后，为了推进那时已有的技术，使
其达到能够成功地设计和建造 ConEd
10 配备隔音板的超低噪声 ConEd 变压器 11 没有配备隔音外壳或隔音板的超低噪声 ConEd 变压器
Ramsis Girgis
ABB Inc.
St. Louis, MO, USA
Jan Anger
ABB Inc.
Ludvika, Sweden
Donald Chu
ConEd
New York, NY, USA
52 ABB 评论 2/2008
简单与友好
轻型、安全、高效HVDC Light® 电缆系统是电力传输的未来
Anders Gustafsson, Marc Jeroense, Johan Karlstrand
全球人口持续增长，对资源的压力也越来越大。不
断增长的人口需要更多的耕地，也需要充足的电力、供
水和通讯服务，而提供这些服务还必须要符合强制性环
境法规的要求。对于能源行业来说，他们一直在努力工
作，试图找到安全的创新方法来提高供电线路的电力传
输量同时尽量减少对环境的不良影响。
ABB 公司一直积极投身于这一领域的研究。在过去
的几年里，该公司已经开发出新的输电方式，既能够为
人们带去更多电力，又能够以安全且隐匿的方式进行输
电。使用 HVDC Light® 电缆，能够使输电系统更加紧
凑，高效，所需要的维护工作量更小，而且对环境也更
加友好。
53ABB 评论 2/2008
轻型，安全，高效
简单与友好
离可以不受限制。另外，直
流输电对环境是非常友好
的。但是，由于电厂发电时
生成的是交流电，向用户提
供的也是交流电，因此高压
直流输电就需要在两端进行
交流到直流以及直流到交流
的转换。通常使用两种技术
来进行这项工作，传统的电
流源换流器 (LCC) 和电压源
换流器 (VSC)。
与 HVAC 方式相比，HVDC
Light® 电缆的主要优点在于其
减轻了重量和尺寸，从而导致
了较高的功率密度。
HVDC 输电以及 HVDC Light®
ASEA 公司于 1954 年在瑞典首先
推出了经典的 HVDC (高压直流电)技
术。而 HVDC Light® 则是 ABB 公司
在二十世纪 90 年代开发的新型电力
传输技术。由于其使用地下电缆，
因此也被称作“看不见的电力传
输”。与 HVAC (高压交流电) 方式相
比，HVDC Light® 电缆的主要优点在
于其减轻了重量和尺寸，从而导致了
较高的功率密度 (见图 1 )。换句话来
讲，就是说 HVDC Light® 每公斤电缆
能够输送的电力要比 HVAC 电缆大。
这方面的主要原因有：
■ HVDC Light® 电缆工作的电场强度
较高，而且也是由于这一原因，其
电缆绝缘层比 HVAC 电缆更薄。
■ 确定 HVAC 电缆导体的规格尺寸
时，必须考虑到肌肤效应损耗，邻
近效应损耗，在屏蔽层和护套中的
感应损耗，并且对于海底电缆，还
要考虑到铠装中的感应损耗。而在
确定 HVDC Light® 电缆规格时，只
需考虑导体的电阻损耗即可。
■ HVAC 电缆系统需要使用三根电
单。通常在乡村地区使用高架线路进
行远距离输电，在城市里则使用电缆
输电。在海洋湖泊地区，可以使用水
下交流电缆进行有限距离的输电。
然而，交流输电系统存在一些
技术限制，如产生无功功率/无功损
耗，以及无法控制潮流的问题。对
于产生无功功率/无功耗损，常常可
以使用补偿技术，如 FACTS 装置，来
限制其作用。另外，相比高架线路方
式，交流电缆会产生较大的电容性充
电电流，从而限制了其远程输电的能
力。高架线路和交流电缆周边存在电
磁场，也会对环境造成影响。
如果采用直流 (DC) 输电，就能
够消除这些限制因素。直流输电系统
能够增加输电能力，降低损耗，并且
由于消除了电容性电流，它的输电距
地球上的资源正变得越
来越有限了。建设相
应的基础设施来满足不断增
长的人口需求即使现在还不
是，但也很快将会成为一个
至关重要的问题。不管人们
喜欢与否，那些电力，供水
和通讯公司现在比以前任何
时候都面临着更大的压力，
他们必须要提供更多的服
务，而大多数情况下还要使
用现有的基础设施，同时又
必须做到更紧凑，更高效，更环保。
例如，能源部门一直试图找到使用现
有的供电线路提高输电量的方法。不
仅如此，欧盟委员会在2 003 年设定的
框架文件 [1] 中规定，必须提高成员国
之间的电力交易量。因为与其他的经
济因素相比，电力交易目前仍不够发
达，因此还需要在陆地或海洋建造数
量庞大的供电连接网络。
直流输电系统能够增加输电能
力，降低损耗，符合环保要
求，并且由于消除了电容性电
流，它的输电距离可以不受限
制。
一般而言，要想同时满足人口增
长的需求和日渐严格的法规要求，许
多提供服务的厂商都会面临三个重大
问题：
■ 如何提高每一平方米土地的使用效
率？
■ 如何利用现有的或经过改进的技术
和/或可靠性减少对环境的影响？
■ 如何处理相关的风险？
能源领域里的电力传输
目前，电力输送大多采用常规的
交流电 (AC) 方式，这是因为交流电由
一个电压等级转变到另一等级相对简
1 HVAC与HVDC Light®电缆的比较
三线电缆
平均
电场
强度
(k
V/m
m)
HVAC
20
15
10
5
0HVDC Light®
二线电缆
导体中的电阻损耗
导体中的感应损耗
电缆包皮中的感应损耗
相邻电缆中的感应损耗
长度造成的电缆电流
导体中的电阻损耗
直流电缆 交流电缆
2 挤出成型的HVDC Light®陆地用电缆
54 ABB 评论 2/2008
轻型，安全，高效
简单与友好
目，其中包括 Estlink 项目，这是一
条 150 kV，350 MW 的电缆线 [3]。在
不到 10 年的时间里，共铺设了将近
1,500 km 的 HVDC Light® 电缆，还有
另外 400 km 正在铺设安装，这都证
明了 HVDC Light® 是一种成熟可靠的
技术。除此之外，还有约 500 个电缆
接头已投入运行。这比 ABB 公司自
1953 年至今所铺设的整体浸渍电缆
1,700 km 还要多。
安装
在整个投资成本中，安装成本
占了很大部分，而 HVDC Light® 电
缆，由于其相对重量较轻，尺寸较
小 (由此可以减少使用不少的电缆
接头)，又经久耐用，对降低安装成
本起到了很大作用。加上新开发的
陆地安装施工设备，就使得 HVDC
Light® 聚合物电缆的成本比率大大低
于高架线路——虽然具体情况还要
视线路长度和条件而定。
如今，电缆的安装工作大多由机
械化电缆铺设机来进行，铺设机有挖
掘轮和后端的填埋装置。根据现有的
基础设施安装情况，关于土壤的情
况一般都已知道了，如果没用砾石
之类，安装工作就轻松得多了。在
澳大利亚的一个项目上，铺设 HVDC
Light® 电缆 (见图 3 ) 的速度达到了每
天一到三公里 [6，7] 。只有使用了
HVDC Light® 技术才能做到这一点，
如果是 HVAC XLPE 的设计就无法做
到了。
HVDC Light® 电缆可以在陆地上
或海洋中铺设。由于其相对而言重量
轻，体积小，从而对每卷电缆的长度
用，是一个维护工作量小，节省费用
的技术方案。
少用土地多输电
在 方框说明 中显示的是，由交联
聚已烯高压交流 (HVAC XLPE) 电
缆，HVDC Light® 电缆和高架线各自
组成的三种输电系统在用于额定电压
为 240 kV 到 400 kV 情况下进行输电时
的比较。在方框中还标注了通路权力
(ROW) 的宽度，或者称为用地宽度。
在这一表格还可以看出，从输
送的电力来看，HVDC Light® 系统较
之相应的高架线，其输送电力的密集
程度要大 25 到 30 倍左右。如果比较
两者每千克电缆承载的输电功率，则
HVDC 电缆的效率要高出 15 到 20 倍。
从输送的电力来看，HVDC
L ight® 系统较之相应的高架
线，其输送电力的密集程度要
大 25 到 30 倍左右。
可靠性
最早用于商业用途的 HVDC
Light® 电缆系统于 1999 年安装在瑞
典。使用了一条 80 kV，50 MW 的线
路将哥特兰岛南端的风力发电场连
接到同样在哥特兰岛的 Visby 市。
从那以后，又建设了许多其他项
缆，而HVDC电缆系统只需要两
根。
已经开发、安装并正在运行的
HVDC Light® 聚合物电缆系统 (见图
2 )，其电压等级为 80 kV 到 150 kV。
这些已经安装的系统其输送电力范围
为，从 50 MW [2] 到 350 MW [3]。
预计未来对于 HVDC 输电特别是
对于 HVDC 电缆的需求将会增加。
由于远距离电力传输线路可以埋在
地下，这就使得 ABB 公司的 HVDC
Light® 系统极具吸引力。目前，使用
HVDC 电缆系统的传统市场以及其背
后的技术推动力在于远距离海底输
电方面，特别是在要将非同步输电
网之间连接在一起的时候1) 更是非它
不可。但另一方面，VSC 的引进和挤
出成型的 HVDC 聚合物电缆为 HVDC
Light® 系统创造了新的潜在市场。例
如，现在已经能够轻易地连接上偏
远地区的较小电网，如像是海上风
力发电场2) [4]，以及石油天然气平台
[5]。“深入地下”也被看作是市场的
强大推动力。背后的其他力量还包括
要求很高的新版欧洲EMF标准，变得
越来越费力耗时的高架线路“准入程
序”(特别是在欧洲)，以及不断提高的
公众呼声，希望能够得到符合审美的
技术方案。
总之，HVDC Light® 系统经久耐
方框说明 不同电缆输电系统的比较
HVAC XLPE 电缆
HVDC Light® 电缆
电缆高架线路
额定220 kV 200–500 MVA100–300 MVA
(150 kV)300–800 MVA
额定400 kV 400–1,000 MVA300–1,000 MVA
(320 kV)500–2,000 MVA
受到影响的地面宽度 1–2 m 0.5–1 m 40–60 m
MVA/m 220–420 kV范围
200–500 MVA/m 200–1,000 MVA/m 7.5–33 MVA/m
注：
1) 对于这类连接，传统上都使用纸质绝缘电缆。
2) HVDC Light®的特点之一，是其能够使终端交流电压
相当稳定。这一点对于风力发电场特别重要，因为
风速的变化容易造成电压的剧烈波动。
55ABB 评论 2/2008
轻型，安全，高效
简单与友好
优点相结合，如环境和安全的特点以
及远距离输电能力等等，使我们获得
了一种更加方便舒适的电力传输系
统。
Anders Gustafsson
Marc Jeroense
Johan Karlstrand
ABB Power Systems
Karlskrona, Sweden
好的这种系统。在瑞典，所有的道路
都有其 GPS 系统中固定的坐标，这就
意味着其他的服务设施，像电缆和光
缆，也能够借助同一系统进行定位并
记录下来。如此一来，就减轻了第三
方的风险。另外，HVDC Light® 系统
能够很快将短路电流减小至零，要比
传统的交流线路快了约 15 至 20 倍，
这也将大大减少人身伤害的风险。
看不见的效益
使用 HVDC Light® 挤出型电缆来
进行电力传输，有几个主要优点。最
明显的是，由于电缆铺设在地下，使
得电能输送非常隐蔽。这一点与其他
或是电缆铺设船运载的电缆总量会产
生很大的影响。
环境效应
使用 HVDC Light® 系统，由于其
比现有输电系统基础设施所占用的土
地面积少，因而会带来经济效益。除
此之外，还能够减少对环境的影响。
例如，高架线路通过森林时，会使森
林对二氧化碳的吸收量减少，这是因
为树木可以从大气中吸收二氧化碳，
转化为碳贮存在木质中。事实上，一
条 400 kV 高架线穿过森林，意味着每
年每公里少吸收 42 吨的 CO2 [7]。
地球磁场起源于地球内部对流
的直流电流。随着地球表面纬度的不
同，这一天然磁场在 30 到 60 µTesla
之间变化。HVDC Light® 所产生的磁
场也属于同一类型，因此对人体健
康没有不利影响。在地表以上 1 米距
离处，直流电缆产生的磁场在 5 到
10 µTesla 之间。这一磁场叠加在地球
天然磁场之上，如上面所讲到的，直
流电缆所产生的磁效应也就像从地球
南端旅行到地球北端的那一点变化。
从磁学角度来看，这是没有任何危险
的。而对于交流场，则一直存在着争
议，并且有些国家建立了报警限制，
但迄今为止，都还没有确定的结论。
在不到 10 年的时间里，共铺设
了将近 1,500 km 的 HVDC Light®
电缆，还有 400 km 正在铺设安
装。
安全
一般而言，沿着道路或其它基础
设施来铺设安装电缆比在乡村中容易
得多，因为可以按照用于公路或铁路
的系统来确定电缆的方位和位置。国
有公路铁路管理部门一般都有一套很
3 在澳大利亚铺设HVDC Light®电缆：运输中的大型电缆卷 a 。使用链式挖掘机(左侧)准备铺设电缆
b 和填埋机(右侧)。典型的窄型电缆地沟，能够尽量减少对于环境的影响 c 。
参考文献：
[1] Regulation (EC) No 1228/2003 – on conditions for access to the network for cross-border exchanges in
electricity, 26 June 2003.
[2] Green, S. (July 2004). HVDC Systems Gotland: the HVDC pioneer. Power Engineering International.
[3] Pajo, R., Aarna, I., Lahtinen, M. (April 2007). Estlink tie Improves Baltic States system. Transmission and
Distribution World.
[4] E.ON lässt Offshore-Windpark für 300 Millionen Euro ans Netz anschliessen. Energie-Chronik, September
2007. http://www.udo-leuschner.de/energie-chronik/070910.htm
[5] Jones, P., Stenius, L. (2006). The Challenges of Offshore Power System Construction – Troll A, Electrical
Power delivered successfully to an oil and gas platform in the North Sea. EWEC, Athens.
[6] Mattsson, I. et al. (2004). Murray Link – the longest underground HVDC cable in the world. CIGRE paper B4-
103.
[7] Ravemark D., Normark B. Light and invisible. ABB Review 4/2005, 25–29.
详情可阅读：
Flisberg G., Englund L., Kumar A. (2005). HVDC transmits green energy in China. ABB Review Special Report
ABB in China, 15–18.
a c
b
56 ABB 评论 2/2008
工业机器人在世界范围内都普遍应用于离散制造工业
部门之中，它提高了生产效率，保证了良好的质量的一
致性，并且改善了工作场所的安全性。在以往的35年
中，所取得的进步是十分显著的。起初只是使用单
个机器人在危险环境中从事简单重复的工作。如
今则是多台机器人同步控制系统在柔性生产
单元中处理复杂的工作。在这一迅速发
展的过程中，ABB公司一直是
主要的推动者。
成功故事回顾ABB公司对工业机器人所作出的贡献David Marshall, Christina Bredin
永远的开拓先锋
57ABB 评论 2/2008
成功故事
制，它将技术优秀的喷漆工的喷漆样
式记录在磁带上，并用磁带制成了控
制程序。
起初，这台自动喷漆设备仅供
内部使用，但当 Trallfa 公司看到使
用是如此成功时，就决定对外销售
了。1969 年，第一台出售的 Trallfa
TR 2000 型卖给了瑞典 Gustavsberg 公
司，用于给浴缸和淋浴房这类的标准
盥洗室设备喷涂瓷釉。
1985 年，Trallfa 公司被 ASEA 公
司兼并，而到了 1988 年，ASEA 与瑞
士 Brown Boveri 公司合并成立了 ABB
公司，公司推出了第一台电驱动喷漆
机器人，TR 5000 型。在此之前，由
于液压驱动存在其固有的安全性优
势，造成喷漆机器人都使用液压驱
主要工作领域，一直到 1975 年，当时
ASEA 公司推出了 IRB 60 型，其设计
与 IRB 6 型相类似，但承载重量却提
高到了 60 kg。该型号的第一台机器人
交付给瑞典 SAAB 公司用于轿车车身
的点焊 (见图 2 )。也许真正让液压点
焊机“寿终正寝”的是在 1982 年出现
了 IRB 90 型机器人，这也是ASEA公司
特别设计用于点焊的机器人。这台机
器人具有全六轴联动装置的机械手，
集成了水、空气和电(WAC)的供给。
在二十世纪 90 年代，ABB 公司
推出了创新的 Cartridge Bell 系
统 (CBS)，用于车身部件喷
漆，这一系统至今仍在世界各
地的汽车生产线上使用运行。
喷漆机器人
早在液压机器人的时代，在挪威
曾经发生了一件大事，并且后来影响
到了 ASEA 公司的机器人业务。Trallfa
是一家小规模的农业工程公司，它当
时遇到了困难，找不到劳工来给手推
车喷漆，于是就想到了用自动化来解
决这个问题—— 一位年青工程师 Ole
Molaug 接受了这一挑战。1966 年，
他开发出了世界上第一台液压驱动
的喷漆机器人 (见图 3 )。与 Unimate
不同，这种机器人使用了连续路径控
1961年，一台 Unimate 机器人交付
给通用汽车公司，用于一台压铸
机的上下料工作，这就是第一台工
业机器人。Joseph Engelberger 被称
为“工业机器人之父”，而 Unimate
正是他智慧的结晶，这台机器人使用
的是液压驱动式，这一技术在工业机
器人领域羽翼未丰的头十年里一直占
据着主导地位。而后在 1974 年，瑞典
ASEA 公司开发出了第一台全电动工
业机器人，IRB 6 型。这台承重为 6 kg
的装置，不但使用了新的驱动方式，
而且具有拟人化的外形设计，并使用
了电子驱动技术，在当时可以说是出
类拔萃的。IRB 6 型在小基座、运动
速度和定位精度方面建立起了新的标
准，并由此生产出多种相类似的机器
人。
电驱动机器人开创出一些液压驱
动机器人无法应用的新领域，特别是
焊接方面。它在 ASEA 公司之外的第
一次使用，是在瑞典 Magnusson 公司
对食品行业所用的不锈钢管弯头进行
打磨抛光。1974 年，这家公司安装了
第一台 IRB 6 型 (见图 1 )，又在 1975
年安装了多台，——实际上这些机器
人在随后25年多的时间，一直在肮脏
的环境里不间断地运行工作。
以前，点焊一直是液压机器人的
1 在1974年，Magnusson AB 公司成为ASEA公司第一个外销机器人客
户。Leif Jönsson 经理和ASEA公司的Lennart Benz正在查看安装现场。
2 早期点焊机器人使用于1975年生产的SAAB 99 型轿车。
照片已获SAAB同意使用。
永远的开拓先锋
3 1969年早期型号的Trallfa喷漆机器人
58 ABB 评论 2/2008
成功故事
也是用户所一直要求的特点，在
1991 年，ABB 公司推出的载重能力
达150 kg 的 IRB 6000 型 (见图 5 ) 机器
人能充分满足这些要求。IRB 6000 型
的建造主要针对点焊和大型工件的搬
动，并在基座，手臂，腕部的模块上
采用了模块化概念，使其能够最大可
能地满足每一个用户的需要。另外通
过瘦身设计，IRB 6000 型比 IRB 90 型
减少了 60 % 的零部件数量，提高了成
本竞争力。这一型号的机器人收到了
多家一流汽车厂家的大批多工位机器
人订单，从而成为 ABB 公司最成功的
点焊机器人。
2007年，IRB 6620 型初次登场。
这种型号点焊机器人轻巧紧凑——其
体积之小，完全可以在安装一台其前
辈 IRB 6600 型的地方安装两台这类机
器人 [3，4]。IRB 6620 的承载能力为
150 kg，其腕部设计坚固耐用，适合
于操作典型的焊枪。其工具安装法兰
符合 200 kg 级的 ISO 标准，并且全套
外装防护均适合于点焊作业。该型机
器人安装简单，投资成本低，工作范
围广。机器人专家的概念在此得以充
分体现，即在行业中为用户提供更加
灵活，更加经济的技术方案。
ABB 公司在其通用设计平台上，
持续地开发“强力机器人”系列产
品，并在最近新增加了支架式安装的
派生机器人 (IRB 6650 S 型)，其承载
能力扩大到 235 kg，另外，IRB 6600
型机器人还能用于压弯机的上下料和
预加工 (见图 6 )。
高速机器人
在过去的 30 年里，机器人一般
都装有模拟人手的机械手，但对于小
零件装配和产品捡拾这类的工作，这
种机械手的设计方式受到了限制，因
而出现了其它的布局方式。
最成功的设计之一是 SCARA (选
择性排序组装机械手)，它由 Yama-
nashi 大学的 Hiroshi Makino 教授开
发，并在 1981 年由几家日本机器人
合于高端汽车应用领域，这种机器人
安装在墙上，其独特的设计布局创
造了外车身喷漆机器人最大的最灵
活的机器人工作范围 (见图 4 )。两台
FlexPainter IRB 5500 型机器人就能够
完成到目前还需要四台喷漆机器人
来完成的工作量。这样一来，就使其
具有成本低 (包括初期和长期成本)，
安装快捷，运行时间长，可靠性高并
且能源效率更高等特点。
喷漆机器人队伍里的最新成员
是IRB 52 型，这是一台全新的紧凑型
的喷漆专家，其设计特别适用在广泛
工业领域中对中小型零件进行喷漆作
业。这种机器人提供了一个低成本，
高质量的解决方案。它的喷漆功能还
包括了集成工艺系统 (IPS)，这一系统
包括有用于改变颜色的阀门以及空气
与油漆的调节器。这一独特的组合确
保了喷漆工艺控制的高质量，精确性
和一致性。
机器人结构的演变
IRB 6 型机器人的确设计精巧，
它利用拟人运动学基本原理制成了旋
转活动关节，这一运动方式至今仍然
可以在 ABB 机器人上看到。多年以来
所改变的只是速度、精度、更大的作
业范围，以及更加紧凑的基座面积。
在 IRB 6 型之后，ABB 公司在机
器人结构方面取得的第一个重大进步
是 ASEA 公司在 1986 年推出的承重为
10 kg 的 IRB 2000 型机器人。在这种
第二代设计方案中，在“臀关节”和
“肩关节”轴上使用无后坐力齿轮
箱替代了滚珠丝杠传动，产生了更
好的空间运动性能。而另一个显著
变化是使用交流 (AC) 电机来替代
直流 (DC) 电机。AC 电动机输出的
扭矩更大，相比 DC 电动机尺寸较
小，AC 电动机没有电刷，维护更简
单，并且使用寿命更长——这些特点
都符合了工业界用户，特别是汽车制
造厂的要求。
工业机器人的灵活性和适用性
动。然而，在 TR 5000 型机器人上，
使用电子驱动也达到了同样的安全性
要求，同时，它还发挥出速度，精度
和电子控制方面的自身优势，并将这
些优势带到了喷漆工艺上。
后来，到了 1990 年，ABB 公
司推出了创新的 Cartridge Bell 系统
(CSB)，用于车身部件喷漆，这一系
统至今仍在世界各地的汽车生产线上
使用运行 [1]。该系统可以很容易地利
用更换下来的油漆筒，减少了油漆和
溶剂的浪费，从而降低了成本，减少
了排放，同时还能够提供更多的油漆
颜色。
针对喷漆工艺所产生的污染问
题，ABB 公司一直设法引入创新技
术，用全机器人化的生产工艺来大幅
度减少工人在受污染区域的作业 [2]。
FlexPainter IRB 5500 型特别适
4 FlexPainter IRB 5500型喷漆机器人
5 于1991年推出的IRB 6000型使用了模块化设
计概念，并成为了ABB公司销售最好的点焊
机器人。
永远的开拓先锋
59ABB 评论 2/2008
成功故事
键在于使用于 Windows 类型的教学
式控制面板。这样就产生了与人们熟
悉的PC完全一样的环境，有列出的菜
单和对话窗口，这样一来机器人的调
整和运行就简单化了。同时，通过一
种新的开放式的多级编程语言 RAPID
使得编程更加方便，从而具有开发或
选用不同功能的灵活性，可以满足各
个用户的特殊需要。
建立动态模型
ABB 公司在 S4 型中使用了“运
动控制”的概念，充分利用了软件功
能而不是仅仅依靠加强机械性能，来
提高机器人的性能。运动控制的基础
是置于 S4 型内的整个机器人动态模
型，QuickMove 也是以这一模型为基
础的一种功能，这一功能可以确定每
一个动作的最大加速度，并应用在至
少一个坐标轴上，从而保证在最短时
间内到达终点位置。这样一来，作业
人需要专家来进行编程和操作。
在 1981 年，S2 型的引入带来了
调整与程序上的第一次突破。以两
台摩托罗拉 68000 型微处理器为基
础，S2 型的 HMI，或者称作“教学式
控制面板”连入了一个操作杆，可以
直观地进行点动并对机器人坐标轴进
行定位。同时，还引进了工具中心点
(TCP) 概念和被称作 ARLA (ASEA 机器
人编程语言) 的新型编程语言。这些
特性使得有经验的和未经培训的机器
人操作运行人员都能够较为轻松迅速
地进行编程和调整。
用于 S2 型的其它新软件还包括有
限定工艺软件，如弧焊功能以及用于
点焊的内置式计时器，还有机械手的
运动学模型。这一运动学模型在 IRB
6000 型上得到采用，使得机器人的运
动性能提高到了新的水平，不再受限
于实际结构的物理刚性，这是 ABB 公
司在通向当今产品所使用的完整的动
力学与运动学建模的道路上迈出的第
一步。
机器人控制方面的重大突破是
IRC 5 控制系统，它能够使用
多机联动 (MultiMove) 这一新功
能，可同时控制多达 36 个坐标
轴。
S3 控制单元是 1986年引入的，它
与 S2 型的主要区别在于改用了 AC 驱
动器，适合于 IRB 2000 型系列的机器
人。随后的重大变化是 1992 年推出的
S4 型，而许多 ABB公司的人员都将它
看作就像是推出 IRB 6 型和 S1 时所取
得的那样重大进步。开发 S4 型的工作
量超过 150 人·年，S4 型使用了多台微
处理器，可以控制六个外部坐标轴，
全部焊接参数，以及机器人本身的六
个坐标轴。
S4 型控制器为用户在两个至关重
要的方面做出了重大改进：人—机接
口和机器人技术性能。对于前者，关
制造厂家投入商业生产。ASEA 公司
于1987 年推出了自己的 SCARA，IRB
300 型。
1984 年，ASEA 公司开发出据
说是当时世界上最快的组装机器
人，IRB 1000 型，它的布局好像是一
个“摆锤”，机械手从摆动中心处垂
挂下来。机械手的运动质量集中在摆
动中心，减小了转动惯量，从而在
工作区范围之内能够达到 2G 的加速
度，这比 SCARA 的加速度要大得多。
但是对于像是电子和食品这些行
业的捡拾作业来说，这些机器人还是
不够快。为了满足这一要求，ABB 公
司于 1998 年引入了 IRB 340 FlexPicker
型机器人。按照瑞士 Ecole Polytech-
nique Fédérale de Lausanne (EPFL)
的 Raymond Clavel 教授 Delta 型机器
人的设想，FlexPicker 具有 10 G 的加
速度，每分钟 150 次捡拾动作的节拍
速度，在处理电子零件和巧克力之类
的小物品时，已经赶上了人类操作工
的速度和通用能力 (见图 7 )。
FlexPicker 的开发已成为研究开
发的重要项目，并且 ABB 公司将在
2008 年推出世界上首台第二代高速
捡拾作业机器人，IRB 360 型。这种
新型机器人具有承载更大，基座更小
的特点，而且在与 PickMaster 软件和
IRC 5 型机器人控制程序结合之后，
这一新型机器人系统将在捡拾作业中
进一步提高生产率，加强灵活性。
控制系统的进步
机器人运动学主流仍在继续发展
进行，而与此同时，控制系统、操作
接口——包括人机接口 (HMIS)——
和软件已经变得让人辨认不出来
了。1974 年，为 IRB 6 型机器人开发
了一套控制系统，这台当时十分先进
的系统后来被命名为 S1 型，它只使
用了一台 8 数位英特尔 8008 型微处理
器，一个HMI带有 4 位 LED 读数器和
12 个按键，以及用于坐标轴的插入计
算和运行控制的初级软件。这台机器
6 握住点焊枪
永远的开拓先锋
7 工作中的FlexPicker机器人
60 ABB 评论 2/2008
成功故事
SafeMove 系统是一台单独的电
脑，安放在ABB 公司第五代工业机器
人控制器 IRC 5 的机柜里，该系统能
够对机器人的速度和位置进行可靠的
容错监测，并且能够探测出无用的或
者是可疑的非正常偏差。当探测到危
险情况时，SafeMove 系统命令紧急停
机，可以使机器人在不到 1 秒钟的时
间内停下来。SafeMove 具有多种功
能，如电子定位开关，可编程安全区
域，安全速度限制，安全停顿位置和
自动制动试验，这些都可以保证更加
灵活的安全设置。结果就是：机器人
和操作工可以肩并肩地相互帮助，安
全有效地共同工作。
ABB 公司将在 2008 年推出世界
上首台第二代高速捡拾作业机
器人，IRB 360 型。
多台机器人联动控制
ABB 公司 2004 年推出的第五代
IRC 5 控制系统是机器人控制方面的
又一个重大进步。IRC 5 系统的一个
突出特点，是它能够通过应用一个新
的功能软件 MultiMove，能同时控制
多达四台的 ABB 机器人，加上工件定
位器或者其它伺服装置，它能够进行
总共 36 个坐标轴的联动运行。
由单台控制器来控制四台机器
人，能够减少安装成本，提高质量和
生产效率。它同时还开创了全新的可
能应用的领域，如：两台弧焊机器人
可以串联工作加工同一工件，从而使
工件受热均匀，减小了由于冷却收缩
而产生的变形；几台机器人能够一起
搬动一件薄壁工件，防止工件弯曲；
■ 一个编程环境，能让机器人自己找
出最佳路径
■ 用于控制磨具压力的反馈回路
■ 用于调整磨具速度的反馈回路
■ 便于使用的预设计产品方案
该系统应用了简单有效的编程方
法，使用力传感器来设定机器人的运
动轨迹，——操作人员只需要简单地
用手来移动机器人教给它大致的路径
就可以了。机器人能够自动跟踪工
件，记录确切的路径并生成机器人程
序。这一系统包含了先进传感器信号
处理，数学，逻辑处理方法和图形化
用户接口，用来进行迅速，直观和精
确的在线编程。
这一创新方法不仅提高了最终
产品的质量，还缩短了 80 % 的编程时
间，减少了 20 % 的机器人作业循环时
间，并将磨具使用寿命延长了 20 %。
下一代机器人的安全性
传统上，为了保护与机器人一
道工作的工人的人身安全，使用栅
栏将工人与机器人隔离开来，另外还
需要使用昂贵的安全设备 [6]。2007
年，ABB 公司终于可以使用 SafeMove
系统来取代这一昂贵的安全保护设备
了，该系统独立，紧凑，有效，并配
备了可重新调整的运动安全电子技
术。
循环时间可以达到最小，而且也可以
不再单纯依赖坐标轴运动速度了。
动态建模带来的另外一个特点是
利用 TrueMove 来使机器人运动轨迹
与程序设定路径的偏差达到最小。这
一功能可以在无论速度大小的情况下
保证运动路径不变，由此，当速度参
数在线调整之后，不必再进行“路径
精调”了。
ABB 公司从来就没有躺在成绩簿
上睡大觉，而是持续不断地开发改进
其运动控制技术。在使用了 ABB 公
司新一代运动控制技术之后，ABB 机
器人的用户都获得了作业循环时间更
短，精度更高的收效。ABB 公司第二
代 QuickMove 和 TrueMove 技术帮助
用户在不降低质量的前提下，路径
性能提高了近 50 %，循环时间减少了
20 %。由于使用了增强型的控制计算
方法，QuickMove 和 TrueMove 甚至
能够在高速时保证更高的精度。现
在，ABB 机器人在作业循环时间上可
以领先竞争对手 30 %。
柔性精加工 (FlexFinishing) 和力控制
(Force Control) 最近，机器人领域里又出现了一
个新的飞跃，ABB 公司开发出了柔性
精加工 FlexFinishing 系统，该系统使
用了 RobotWare Machining FC (Robot-
Ware 机加工力控制)，适用于精密加
工作业——特别是对铸件的打磨，去
毛刺和抛光 [5]。在 2007 年推出的这
种独特应用的机器人，结合了五个创
新元素：
■ 使用了最新型的 ABB 机器人控制器
IRC 5 型，带有高速传感器接口
永远的开拓先锋
61ABB 评论 2/2008
成功故事
以外开发出的程序可以足够精确，能
够“第一次，每一次”成功运行，对
减少准备时间，降低调整成本大有益
处。
以这一技术为核心，ABB 公司
引入了 RobotStudio 从而真正实现离
线编程和客户化。RobotStudio 使用
Visual Studio Tools for Applications®
技术，将实际机器人系统控制软件连
接起来进行机器人模拟。有了这一方
法，ABB 就可以在不中断生产过程的
情况下对机器人系统方案进行观察，
模拟和试验，减少了风险。机器人程
序的优化能够提高生产效率，改善产
品质量，增加产量，从而最大地发挥
机器人系统的赢利能力。
标准化生产单元
为了满足用户有更多的选择，更
加节省生产成本的要求，ABB 公司开
发了 FlexLean 技术，它能够使机器人
生产单元的适用性更好，安装更简单
并进一步减少了空间 [7]。
2006 年推出的 FlexLean 技术是
建立在“FlexiBase”原理上，该技
术能够提供紧凑型模块化机器人生
产单元，并将机器人，控制器和电
一台开放式机器人操作接口装置，也
是为 IRC 5 系统专门开发的1)，它可以
将原本十分复杂的多台联动机器人生
产单元的调整和运行变得非常容易。
它保留了操纵杆，这样既可以进行单
台机器人的常规运行，也可以将四台
机器当作一个整体进行同步控制，这
是 ABB 的一个与众不同的特点。
FlexPendant 使用 PC 开放系统架
构，具有自己的计算能力。它使用的
全色彩触摸屏带有类似 Windows 系
统的菜单格式，使用方便，操作灵
活，为这类系统建立了新的标准。根
据不同级别用户的需要，菜单全都使
用具有熟悉图标的页面和图像，还可
以按照用户与行业的需要生成新的页
面和图像。FlexPendant 简化了机器
人生产单元运行的各个方面，从调
整、加载程序到工艺开发，生产单元
运行，以及编制报告和维修服务。
虚拟机器人技术
1994 年 ABB 公司推出的 S4 型控
制器，也被称为 Virtual RobotTM Tech-
nology (虚拟机器人技术)，这一独特
的技术使用与实际机器人驱动信号
相似的代码，在 PC 中模拟机器人系
统。2004 年，随着 IRC 5 型的推出，
第二代 Virtual RobotTM 出现了。新技
术采用更多的控制代码加入模拟，从
而使虚拟控制器与实际的 IRC 5 控制
器之间完全透明。如此一来，生产线
两台或多台机器人可以一同举起超过
单台机器人承载能力的一件重物。
为了寻找机器人控制的简洁方
案，ABB 公司为 IRC 5 (见图 8 ) 型开
发了模块化概念，将功能按逻辑要
求分为控制模块，坐标轴驱动模块和
工艺模块，每一个模块都放置在完全
相同的标准“基座”机箱中。这些机
箱可以摞起来，也可以并排放置，或
者分散放置，只要机箱之间的距离在
75 m 以内即可。这样一来，安装就更
简单了，模块之间用两条电缆连接，
一条是安全信号，另一条是以太网通
讯。模块化布局意味着系统不但能够
迅速准确地满足用户的要求，还能够
节省费用，另外，还可以在将来需要
的时候随时进行扩展。
2007 年，挂壁式控制器的推出，
将机器人控制器的模块化概念又向前
推进了一步。这种新型号有一个底
座，可以将它安装在用户或是设备制
造厂家自己的控制面板上。这一配置
使其能够满足一些特殊要求，如像消
毒系统的不锈钢外壳，和需要进行冲
洗清洁的系统。在满足现有全封闭控
制器的全部功能要求的前提下，新型
控制器的厚度只有 250 mm，从而节
省了空间与能源。
智能型操作接口
示教器 (FlexPendant) 是世界上第
8 IRC 5模块化控制器能够控制多台机器人运
行。 9 在一个FlexArc® 生产单元中由两台机器人共同作业。
注：1) 参见《ABB评论》2006年第二期，P58～61，《自
己动手的机器人》。作者：Brorsson, I., Sjöberg,
R., Liberg, A.2) 二次点焊是在开始时，先点焊几处，将工件位置固
定起来，然后再进行最终焊接的工艺过程。
永远的开拓先锋
62 ABB 评论 2/2008
成功故事
第一台全电动微处理器控制
机器人以来，工业机器人的
发展进步已经是令人刮相看
了。ABB 公司一直致力于领
先开发工作，终于在当今的
工业机器人、机器人控制器
以及相关软件各个综合领域
里，攀上了顶峰。回顾 30 多
年来的历程，定位精度已
由 1 毫米提高到 10 微米，操
作接口从 4 位 LED 读数发展
到全部 Windows 触摸显示
屏，而计算能力由 8 kb 增加
到 20 GB 以上。与此同时，
可靠性增加到 80,000 小时 MT-
BF (平均故障间隔时间)，而
且成本直线下降，以至于今
天的机器人实际价格只有 15
年前价格的一半。工业机器
人的世界已是阳光普照了。
本文是根据《ABB评论 专题报告：机
器人》(2005年)中的“机器人的三十年”
这篇文章改编而成。
钱。ABB 公司在 2007 年开发出远程
服务技术、从而大幅减少了设备停机
时间和现场维修工作量。
该技术已经预置在机器人控制器
之内，它可以读取内部数据，再将数
据直接发送到远程服务中心，以便对
数据进行自动分析。由于服务支持专
家获取了机器人状态的全部相关数
据，因此可以远程分析确定故障原
因，并迅速地向最终用户提供服务支
持以便重启系统。在许多情况下，都
用这一方法解决了问题，避免了旅行
出差，还由此节约了能源，减少了排
放，即使必须进行现场调试，也会因
为有远程诊断系统的支持，而使得现
场问题的解决迅速快捷。这样的自动
分析系统不仅能够在机器人发生故障
时进行报警，还能够预报未来可能出
现的问题。对于一个用户来说，无论
何时何地，只要登录 ABB 公司的 My-
Robot Web 网址，都可以看到机器人
的状态，并获取重要的维护资料。
自从 1974 年，ASEA 公司制造出
缆分线都预安装在一个平
台上。FlexLean的核心概念
是认为，客户化的解决方
案、多种不同的技术规范
以及专用软件是产生成本和
工程设计不确定性的主要原
因。FlexLean 为汽车制造厂
家提供了组装和二次点焊 [2]
生产单元，并可对预先设定
的配置和广泛的机器人产品
进行选择。机器人技术和标
准化的发展，能够使机器人
单元的生产成本下降，甚至
可以与低成本国家的人工成
本相竞争。
FlexArc®–弧焊成套解
决方案 (见图 9 ) 是标准化机
器人生产单元系列中的新产
品。这样的单元包含了机器
人弧焊工艺所需的全部组
件：机器人、支持多台机器
人联动运行的 IRC 5 机器人
控制系统、定位器、以及焊接设备。
用户可以选择多个单台机器人，或者
是多台联动机器人的生产方案。所有
的内部电缆均已完成布线并与工厂电
缆连接。重复一遍，所有的单元组件
均已安装在一个通用基础上，减少了
现场的工程作业量。软件已预先配置
完毕，调试运行都非常简单方便。用
户所要做的，仅仅是拆开包装，将机
器人单元放置就位，连通电源，压缩
空气和保护气体，给机器人编程 (或
者从 ABB 公司的离线编程系统 Robot-
Studio 下载程序)，然后就可以开机生
产了。由于FlexArc®是一个成套的解
决方案，因此可以在厂内或不同生产
地点之间搬迁移动。这样一来，工程
师就能够很灵活地设计工厂布局，以
满足当今产品快速变化的要求。
远程服务
ABB 公司已经交付使用的机器
人超过 160,000 台，而机器人性能一
旦下降或出现问题就会明显影响生
产[8]。要派服务工程师去机器人安装
现场解决问题，只能是又费时又花
永远的开拓先锋
David Marshall
ABB Robotics
Milton Keynes, UK
Christina Bredin
ABB Robotics
Västerås, Sweden
参考文献：
[1] Yoshida, O. More colors, less waste. ABB Review 1/2006, 43–46.
[2] Labourdette, H. More productivity, less pollution. ABB Review 2/2007, 58–61.
[3] Svanström, O. Robotic specialists. ABB Review 3/2007, 65–67.
[4] Dunberg, K. Welding dedication. ABB Review 3/2007, 63–64.
[5] Fixell, P., Groth, T., Isaksson, M., et al. A touch-ing movement. ABB Review 4/2007, 22–25.
[6] Kock, S., Bredahl, J., Eriksson, P. J., et al. Taming the robot. ABB Review 4/2006, 11–14.[7] Negre, B., Legeleux, F. FlexLean. ABB Review
4/2006, 6-10.[8] Blanc, D., Schroeder, J. Wellness for your profit
line. ABB Review 4/2007, 42–44.
《ABB评论》通常报道的重点是
ABB公司的产品和技术。本期我们将从
另外一个角度报道这些产品如何能改变
人们的生活，并且让世界变得更加美
好。
单凭一种产品或者一个想法，就想
要实现人人都向往的更美好世界的愿
望，这是不可能的。相反，为此目标而
要做的工作需要克服许多不同性质的难
题，其中每一件都与某一特殊领域的进
步密切相关，本期《ABB评论》要讲述
的就是ABB公司是如何为了解决这些难
题不断地努力工作并且为此做出了重大
贡献。
预告 3/2008
电力电子设备
无论是小巧玲珑的电子照相
机，还是功率强大的电加热器，人
们家里的大多数电气装置都在某个
地方附带着一个标牌，用来说明所
用电源的电压和频率。然而，使用
者一般都选用产品随带的充电器或
电源线，因为这样可以确保电源正
确无误。只有在人们为手机或笔记
本电脑寻找另一个充电器或电源线
时，才会想到去注意那些细节。这
些日常所用的装置需要使用正确的
电源才能正常工作，而对于工业领
域里各种各样的电气设施，以及输
电配电网络，情况也是一样的。
电力的供应和使用对电压和频
率的要求是各不相同的，其变动的
范围也是较大的，而这些参数的不
同组合就可适用于各种不同的应用
场合。ABB公司的许多技术都可以
用于电力的转换或控制，从而保证
各种电气设备的最佳运行状态。例
如对于变速传动装置而言，必须将
输入的固定频率转换成在一定范围
内不断变化的频率。HVDC（高压
直流）大功率输电系统则需要保持
直流电压固定不变而只变换电流及
其方向。
要想进行这样的转换，就必须
具有高度灵活而又可控的技术，同
时还要求其损耗较低。在电力电子
换流器中，固态元件能够非常快速
地开关电流，从而调制所需的波
形。技术进步使得电力半导体能够
处理并有效控制电压和电流，从而
不断开创出新的应用领域。
ABB公司参与到电力电子设备
的几乎所有方面，包括自行开发制
造的半导体器件，换流器和驱动
器，以及电网控制和客户的特殊用
途。下期的《ABB评论》将深入探
讨ABB公司在这一领域里的业务活
动。
编辑部
Peter TerwieschChief Technology OfficerGroup R&D and Technology
Clarissa HallerHead of Corporate Communications
Ron PopperManager of Sustainability Affairs
Frank DugganRegion Manager, Middle East & Africa
Friedrich PinnekampChief Editor, ABB [email protected]
Andreas MoglestueDeputy Chief Editor, ABB Review
出版办公室
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ABB Asea Brown Boveri Ltd.ABB Review / REVCH-8050 ZürichSwitzerland
《ABB评论》每年出版四期，用英文、法文、
德文、西班牙文、中文和俄文出版。《ABB评
论》免费提供给对ABB技术及其目标感兴趣的
人士。欲免费订阅《ABB评论》者请与您最近
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ISSN: 1013-3119
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63ABB 评论 2/2008
为了让世界变得
更加美好……
2 / 2008
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解决水的短缺问题第19页
天气预报 第39页
未来的电力输送 第52页
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