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第1篇

電路設(shè)計尤其是超聲波信號的收發(fā)處理采用諸如TX734激勵電路、MAX2038回波放大處理電路等專用IC效果固然理想，但考慮到研發(fā)專用設(shè)備僅需小批量試制的因素，故在電路方案選型設(shè)計時遵循簡單實用、器件易于采購的原則，盡量選用通用元器件實現(xiàn)，系統(tǒng)電路主要由超聲波發(fā)射激勵和電源變換單元、超聲波回波信號處理單元、時間差測量單元、單片機控制和數(shù)據(jù)處理單元組成。排版布線亦盡量參照IC生產(chǎn)廠商的DEMO方案，采用貼片元件的雙面PCB設(shè)計制作，以提高樣機研發(fā)的一次性成功率。

1.1超聲波收發(fā)電路由于檢測裝置工作于井下，井口只為其提供了一路＋24V直流電源，各單元電路的工作電源需要依靠DC／DC變換電路獲得。控制系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)使用的＋5V和±12V電源由LM2596－5．0承擔(dān)，其主路輸出＋5V／2A電源供單片機等數(shù)字系統(tǒng)使用，將其儲能電感改用5026－47μH環(huán)形功率電感，并在其上增加兩個輔助繞組，經(jīng)整流、濾波和LM78（79）L12三端穩(wěn)壓IC后產(chǎn)生±12V／0．1A直流電源供信號處理系統(tǒng)使用；超聲波發(fā)射采用了高壓脈沖激勵方式，＋200～300V激勵電壓由＋24V供電電壓經(jīng)簡單的Boost升壓電路獲得，利用單片機送來的1ms周期、5μs脈寬脈沖信號控制MOSFET開關(guān)管實現(xiàn)對超聲波發(fā)射探頭的激勵，儲能電感選用TDK－NL565050T－822J－PF（8．2mH）貼片電感，NMOS開關(guān)管選用2N60即可。超聲波激勵及電源變換電路如圖2所示。經(jīng)實測，激勵脈沖會在接收探頭中產(chǎn)生一個較大的諧振頻率為5MHz、大約5個周期的串?dāng)_信號，為此，接收電路設(shè)計了一個對發(fā)射激勵脈沖延遲6μs、持續(xù)30μs的使能控制信號，控制接收放大處理電路僅在使能信號有效期間實現(xiàn)回波信號的放大和輸出，使之能夠在鋼管內(nèi)壁和外壁反射的一次、二次回波信號到來之前有效地消除激勵脈沖串?dāng)_的影響，使能控制信號時序關(guān)系見圖3。檢測裝置中用于時間差測量的TDC－GP2的典型應(yīng)用是作為超聲波流量計、激光測距儀的時間間隔測量、頻率和相位信號分析等高精度測試領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中輸入信號一般都較強，經(jīng)簡單處理后即可作為TDC－GP2的START、STOP控制信號使用，而該檢測裝置的超聲波回波信號尤其是多次反射回波信號非常微弱且雜波較大（實測回波信號大約在mV數(shù)量級），必須經(jīng)高增益寬帶放大器放大和濾波、檢波、整形處理后才能勝任。寬帶放大器由AD604承擔(dān)，可獲得6～54dB的增益并可由VGN端電壓連續(xù)控制，可較好地滿足超聲波回波信號高速高增益放大的要求［2］。考慮到僅需將回波信號放大處理后形成STOP控制脈沖即可，故電路僅利用可調(diào)電阻對2．5V基準(zhǔn)電壓（由TL431產(chǎn)生）分壓獲得的VGN電壓進行增益設(shè)定，但設(shè)計電路亦有預(yù)留接口可用于接受經(jīng)單片機和DAC輸出的AGC控制電壓，實現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。AD604前級放大電路如圖4所示。帶通濾波器選用由MAX4104構(gòu)成，設(shè)計中心頻率為5MHz，帶寬約為1MHz；鉗位和檢波由AD8036完成，具有卓越的鉗位性能和精度高、恢復(fù)時間短、非線性范圍小、頻帶寬的特點；檢波輸出信號的整形處理由MAX9141負(fù)責(zé)，這是一款具有鎖存使能和器件關(guān)斷功能的高速比較器，具有高速、低功耗、高抗共模能力和滿擺幅輸入特性等，回波信號經(jīng)其整形處理后可獲得理想的脈沖前沿，并便于與TTL邏輯電平接口，還可以方便地實現(xiàn)回波信號輸出的使能控制。信號調(diào)理電路如圖5所示。

1.2時間差測量電路回波信號時差測量選用了德國ACAM公司的高精度時間間隔測量芯片TDC－GP2。TDC－GP2采用44腳TQFP封裝，內(nèi)含TDC測量單元、16位算術(shù)邏輯單元、RLC測量單元及與8位處理器的接口單元和溫度補償單元等主要功能模塊，利用內(nèi)部ALU單元計算出時間間隔，并送入結(jié)果寄存器保存。TDC－GP2基于內(nèi)部的硬件電路測量“傳輸延時”，以信號通過內(nèi)部門電路的傳輸延遲來實現(xiàn)高精度時間間隔測量，測量分辨率可達pS數(shù)量級，可以很好滿足項目測量的要求。單片機在給超聲波傳感器提供發(fā)射激勵脈沖的同時給TDC－GP2提供START信號指令使之開始計時工作，超聲波接收頭接收到的反射回波信號經(jīng)放大、處理后作為STOP指令信號，由TDC－GP2完成兩次反射波時間間隔的測量。由前述可知，STOP與START信號的時間差大約在6～40μS之間，時差測量分辨率約為0．07μs，為此，設(shè)定TDC－GP2工作于“測量模式2”，在該模式下芯片僅使用通道1，可允許4個脈沖輸入，實現(xiàn)STOP1與START信號之間的時間差測量，測量范圍在60ns～200ms，然后，由TDC－GP2計算出各回波信號間的時間差Δt＝tB－tS＝tn－tn－1。測量原理如下：在輸入START信號指令后，芯片內(nèi)部測量出該信號前沿與下一時鐘上升沿的時差，標(biāo)記為Fc1；之后，計數(shù)器開始工作，得到predivider的工作周期數(shù)，并標(biāo)記為Cc；這時，重新激活芯片內(nèi)部測量單元，測量出輸入的STOP1信號的第一個脈沖（一次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差，標(biāo)記為Fc2，將STOP1信號的第二個脈沖（二次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差標(biāo)記為Fc3，……；Cal1和Cal2分別表示一個和兩個時鐘周期。

1.3單片機接口電路實現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的單片機選擇余地較大，項目結(jié)合TI公司中國大學(xué)計劃選用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的MSP43016位單片機，具有16位總線、帶FLASH的微處理器和功耗低、可靠性高、抗強電干擾性能好、適應(yīng)工業(yè)級運行環(huán)境的特點，很適合于作現(xiàn)場測試設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)處理使用［4］。TDC－GP2其與單片機的通信方式為四線串行通信（SPI），利用MSP430的4個P2．x和P4．2I／O口實現(xiàn)GP2的選通、中斷和開始、結(jié)束使能以及復(fù)位等控制功能。MSP430除用來對GP2控制和數(shù)據(jù)處理外，還可以留出一些資源實現(xiàn)設(shè)備其他電路和動作機構(gòu)的控制使用。單片機接口電路原理和程序流程分別如圖8和圖9所示。

2結(jié)束語

第2篇

關(guān)鍵詞：燃?xì)庵睙幔晃⒉ㄝo助；干燥裝置

引言

我國是世界上最大的發(fā)展中國家，國民經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，與此同時，干燥技術(shù)的應(yīng)用在市場需求的刺激下也出現(xiàn)了迅猛增長的勢頭。我國的干燥技術(shù)應(yīng)用經(jīng)歷了引進、消化吸收及自制等階段，是世界上擁有干燥設(shè)備制造廠數(shù)量最多的國家，但我國大部分的農(nóng)產(chǎn)品仍沒有條件獲得先進干燥技術(shù)的處理。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，由于得不到及時的干燥處理，我國平常年景損失的糧食達50億Kg。至于干燥技術(shù)對糧食產(chǎn)品外形和口味的影響尚無力顧及，今后與進口糧食產(chǎn)品全面競爭的局面遲早要出現(xiàn)，屆時，這方面的缺陷將削弱我國產(chǎn)品的競爭力。

干燥能源通常使用煤、電、油、氣等，而且隨著世界煤炭、石油等能源的枯竭，使用成本愈來愈高，太陽能、微波能、遠紅外、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)及應(yīng)用愈發(fā)受到重視。本文介紹的是利用天然氣燃燒產(chǎn)生的氣體作為熱介質(zhì)，利用微波進行輔助加熱的一種組合干燥機，具有綠色、無污染，溫度易控制，熱利用率高的特點，另外微波還具有殺菌的作用。

就北方的玉米干燥而言，降速干燥階段時間占整個干燥時間的2/3，蒸發(fā)掉的水分卻不足全部水分的1/3，本發(fā)明設(shè)想在傳統(tǒng)干燥的恒速干燥最后階段，在進入降速干燥之前，加入微波輔助加熱，加快內(nèi)部水分向外部擴散的速率，這樣可以大大縮短降速干燥階段時間，也使整個干燥時間縮短，從而達到高效節(jié)能的目的。

一、總體結(jié)構(gòu)

烘干機由四部分組成：帶式干燥機及配風(fēng)系統(tǒng)、天然氣燃燒系統(tǒng)、微波輔助加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

帶式干燥機由機箱、帶傳動系統(tǒng)組成，帶速可無級調(diào)節(jié)。配風(fēng)系統(tǒng)包括進、出風(fēng)管、循環(huán)風(fēng)機、排潮風(fēng)機及控風(fēng)門。

微波輔助加熱系統(tǒng)包括微波加熱腔、微波源、微波源外罩及進、出料微波抑制器。

控制系統(tǒng)控制傳送帶開/停及變頻調(diào)速；循環(huán)風(fēng)機、排潮風(fēng)機開/停；微波源分組開啟/關(guān)閉及狀態(tài)顯示；料溫顯示及報警；風(fēng)溫顯示及報警。

二、烘干機主要參數(shù)的確定

通過干燥過程的物料衡算和熱量衡算，確定主要參數(shù)，包括計算水分蒸發(fā)量、空氣耗量、天然氣用量及微波能耗。

在干燥過程中，新鮮空氣（其狀態(tài)為環(huán)境溫度t0，濕度H0，熱焓I0，干空氣量L）進入空氣加熱器，加熱后（其狀態(tài)為t1，H1＝H0，I1，L）進入干燥器，在加熱器中物料燥，由含水率m1降至m2，物料溫度由tm1升至tm2后排出干燥器；而干燥空氣溫度下降、濕度增加后排出干燥器（其狀態(tài)為t2，H2，I2，L）。

（1）原料玉米的質(zhì)量流量G1（kg/h）：根據(jù)要求G1=1000kg/h。

（2）產(chǎn)品玉米的質(zhì)量流量G2：G2=G1*（1－m1）/（1－m2）

式中：G2為產(chǎn)品玉米的質(zhì)量流量，kg/h；G1為原料玉米的質(zhì)量流量，kg/h；m1為原料玉米的濕基水分，28%；m2為產(chǎn)品玉米的濕基水分，14%。帶入數(shù)值，計算得到：G2=837kg/h。

（3）玉米中去除水分的質(zhì)量流量mw：每小時去除的水分質(zhì)量流量mw，由如下公式計算：mw＝G1*（m1－m2）/（1－m2）

式中：mw為每小時去除的水分質(zhì)量流量，kg/h；帶入各值，計算得到：mw=163kg/h

（4）干燥介質(zhì)進入干燥室時的濕含量H1：因H1＝H0，當(dāng)溫度為t0＝－20℃，相對濕度為35%，查表得H1＝0.001

（5）干燥介質(zhì)離開干燥室時的濕含量H2：溫度為t2＝35℃，相對濕度為80%，查表得H2＝0.029

（6）干燥介質(zhì)濕比容υ（m3/Kg）：

υ＝（0.773+1.244*H1）（273+t1）/273＝1.002（m3/Kg）式中：t1＝70℃

（7）干燥介質(zhì)流量L（Kg/h）：L＝mw/（H2－H1）＝5821.4（Kg/h）（8）干燥介質(zhì)體積流量V（m3/h）：V＝L*υ＝5833（m3/h）

（9）干燥介質(zhì)離開干燥室時的焓值I2：I2＝1.01t2+H2（2501+1.86t2）＝35.35+0.029*2566.1＝109.8（KJ/Kg）

（10）干燥介質(zhì)進入加熱室時的焓值I0：I0＝1.01t0+H1（2501+1.86t0）＝－20.2+0.01*（2501－37.2）＝4.44（KJ/Kg）式中：t0＝－20℃

（11）加熱器加入的熱量QH（KJ/h）：系統(tǒng)輸入熱量：1）濕物料G1帶入的熱量：因為G1＝G2+mw，所以濕物料G1帶入的熱量為G2Cmtm1+mwCtm12）空氣帶入的熱量LI03）加熱器加入的熱量QH

系統(tǒng)輸出熱量：1）產(chǎn)品G2帶走的熱量：G2Cmtm22）廢氣帶走的熱量：LI23）干燥器散熱損失QL取QL＝10％QH

綜合以上：G2Cmtm1+mwCwtm1+LI0+QH＝G2Cmtm2+LI2+10％QH

得：90％QH＝G2Cm（tm2－tm1）+L（I2－I0）－mwCwtm1

式中：Cw為水的比熱容，4.187KJ/（Kg·℃）；tm1為原料玉米的溫度，－20℃；tm2為產(chǎn)品玉米的溫度，60℃；Cm為產(chǎn)品玉米的比熱，2.01KJ/（Kg·℃）

最后QH＝846202（KJ/h）＝202150Kcal/h

（12）天然氣燃燒熱為8000Kcal/m3，則天然氣用量為25.3m3/h。

（13）微波功率P（Kw）：假設(shè)降速干燥開始時，玉米中應(yīng)去除的水分還剩1/3（54Kg），此時的質(zhì)量流量（包含水分在內(nèi)）為Mj，含水率wj＝（54+1000×14％）/Mj＝21％，設(shè)經(jīng)微波加熱后，含水率為20％，糧食溫度由T1（60℃）變?yōu)門2（70℃），加熱效率η1（80％），微波轉(zhuǎn)換效率η2（70％），在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的氣化熱539Kcal/Kg，產(chǎn)品干燥時，所需要的熱量為Q，可得：

Mj＝1000×（1－28％）+54+1000×14％＝914Kg/h＝15.23Kg/min

Q＝Mj×〔W1（T2－T1）×1+C（1－W1）（T2－T1）+539（W1－W2）〕＝171.8（Kcal/min）

則微波功率P＝0.07Q/η1η2＝21（Kw）

三、總結(jié)

玉米是我國主要的糧食資源，研制烘干玉米的關(guān)鍵技術(shù)和裝備，已成為節(jié)能減排、建設(shè)玉米綠色供應(yīng)鏈的關(guān)鍵，且眾多生產(chǎn)領(lǐng)域還沒有采用先進的干燥技術(shù)和裝備，更有巨大的市場還有待于開發(fā)。使用可燃?xì)猓饕煞轂榧淄椋紵啥趸己退瑢儆谇鍧嵞茉矗捎梦⒉ǜ稍铮俣瓤臁⒓訜峋鶆颍瑫r具有殺菌、減少污染的作用，結(jié)合熱風(fēng)干燥，能達到節(jié)能的目的，目前在糧食烘干領(lǐng)域還未見應(yīng)用，但經(jīng)廣大科技人員的研究與推廣，我國的糧食干燥技術(shù)及裝備必將取得更多成果。

參考文獻：

[1]金國淼等.干燥設(shè)備[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2]郝立群，白巖，董梅.玉米干燥中的能耗[J].糧食加工，2005,(2).

第3篇

本文工作中設(shè)計的便攜式電場傳感器標(biāo)定裝置，其基本結(jié)構(gòu)由兩個平行極板構(gòu)成，標(biāo)定裝置的下極板開有圓孔，并采用特殊夾具固定被檢電場傳感器。被檢電場傳感器的動片與標(biāo)定裝置的下極板平齊，使得被檢電場傳感器無需進入標(biāo)定裝置的上、下極板之間的空間，即可感應(yīng)到其電場。

2電場傳感器標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計分析

基于有限元的相關(guān)理論，首先對標(biāo)定裝置的機械結(jié)構(gòu)建立模型。黃色部分為標(biāo)定裝置，藍色部分為電場傳感器。然后，對幾何模型進行單元剖分、加載，可求解出標(biāo)定裝置兩極板間的電場分布情況。根據(jù)求得的電場分布情況，可進行標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計。在計算求解過程中，改變加載在兩極板間的電壓，使兩極板間形成的電場強度的理論值始終為20kV/m。被標(biāo)定的場磨式電場傳感器外殼直徑8cm，感應(yīng)片直徑6cm，傳感器外殼與標(biāo)定裝置的下極板接觸。

2.1標(biāo)定裝置極板間距和極板直徑對電場的影響研究

在標(biāo)定裝置的設(shè)計上，受限于被檢電場傳感器的尺寸，以及要考慮標(biāo)定裝置的便攜性，把標(biāo)定裝置的極板直徑L固定為16cm。在L固定的條件下，分析兩極板間距H對極板間電場強度的影響，并以此確定極板間距H。依照圖2所建立的模型，取H值分別為1cm,2cm,3cm,4cm和5cm,，。橫坐標(biāo)是電場傳感器感應(yīng)片距離標(biāo)定裝置中心的橫向距離，單位為m；縱坐標(biāo)是感應(yīng)片某一位置處的電場強度，單位是V/m。同時，在感應(yīng)片的敏感范圍（x<0.03m）內(nèi)，電場強度并非恒定值，而是隨著與標(biāo)定裝置中心距離的增加發(fā)生了畸變。圖6為極板間電場強度實際值的畸變情況。理想情況下，在感應(yīng)片的敏感范圍內(nèi)，電場強度應(yīng)保持不變，但由于標(biāo)定裝置中極板邊緣效應(yīng)的存在，使得感應(yīng)片敏感區(qū)域內(nèi)的電場不是一個恒定值，距離電場傳感器的外殼越近，畸變程度越大。定義在感應(yīng)片敏感范圍（x<0.03m）內(nèi)各個位置處電場強度的平均值與理論值之比為電場強度的畸變率，并用該值來衡量電場強度的變化程度。畸變率越小，說明所產(chǎn)生的電場越接近均勻分布。綜上，在極板直徑固定為16cm時，極板間距為5cm時，電場強度的實際值與理論值最為接近，且在電場傳感器感應(yīng)片感應(yīng)區(qū)域內(nèi)電場的畸變最小。同時，在保證H/L小于0.5的條件下，極板直徑L對實際電場的影響非常小。

2.2傳感器外殼與標(biāo)定裝置的相對位置研究

當(dāng)標(biāo)定裝置與被檢電場傳感器配合不好時，容易使被檢電場傳感器相對于標(biāo)定裝置發(fā)生傾斜。模型中，極板直徑為16cm，極板間距為1cm，傾斜角度為1.5°。標(biāo)定裝置的傾斜，會對被檢電場傳感器感應(yīng)片上方的電場分布造成較大影響。圖9是基于圖8的傾斜模型計算得到的感應(yīng)片上方的電場強度的橫向分布。由于相對傾斜后，模型不再對稱，因此分析了整個感應(yīng)片上方（-3cm~3cm）的電場強度的橫向分布，并將結(jié)果與沒有相對傾斜時的感應(yīng)片上方電場分布作了比較。被檢電場傳感器與標(biāo)定裝置在相對傾斜角為1.5°時的電場的畸變情況，比沒有相對傾斜時嚴(yán)重。有相對傾斜時，感應(yīng)片上方電場分布更加不均勻，因而被檢電場傳感器與標(biāo)定裝置間的相對傾斜會對標(biāo)定結(jié)果產(chǎn)生較大影響。在標(biāo)定裝置設(shè)計中，應(yīng)使標(biāo)定裝置與被檢電場傳感器的外殼的直徑盡可能接近（極限情況是外徑與孔徑的差值為零），以使得兩者緊密結(jié)觸，從而保證被檢電場傳感器與標(biāo)定裝置之間不會發(fā)生相對傾斜。

3便攜式標(biāo)定裝置的優(yōu)化設(shè)計和實驗結(jié)果分析

當(dāng)輸出為-3kV至+3KV的可調(diào)直流電源加在兩極板上時，兩極板間的電場強度理論值的范圍為-60kV/m~+60kV/m。使用在標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定裝置中標(biāo)定好的電場傳感器測量本文工作中所設(shè)計的便攜式標(biāo)定裝置中的實際電場。實測電場強度與所加電源電壓之間有良好的線性關(guān)系，同時，實測電場小于理論電場，兩者的比值約為0.92，這與給出的仿真結(jié)果吻合。在野外的實際標(biāo)定過程中，保持被檢電場傳感器與標(biāo)定裝置的位置不變，使得電場強度理論值與實際值的比值保持不變，在此基礎(chǔ)上，可以通過加在兩極板間的電壓計算出電場強度的理論值，計算出電場強度的實際值。然后，通過電場強度實際值與被檢電場傳感器輸出值兩者間的關(guān)系，計算出被檢電場傳感器的靈敏度，實現(xiàn)對被檢電場傳感器的標(biāo)定。經(jīng)過較長時間的現(xiàn)場使用，所研發(fā)的便攜式標(biāo)定裝置能夠方便、快捷地對場磨式電場傳感器進行校準(zhǔn)。目前，該校準(zhǔn)裝置已經(jīng)應(yīng)用于中國電力科學(xué)研究院特高壓直流實驗基地高壓直流輸電線路地面合成電場測量系統(tǒng)中，并已取得了良好的效果。

4結(jié)論

第4篇

散熱裝置主要由MCU、風(fēng)扇電路、溫度監(jiān)測電路、串口驅(qū)動電路、供電電路、MCU電路和MCU軟件組成。

2設(shè)計方案

2.1硬件設(shè)計

散熱裝置主要由MCU、風(fēng)扇電路、溫度監(jiān)測電路、串口驅(qū)動電路、供電電路和MCU電路組成。以下對散熱裝置各個功能電路進行詳細(xì)設(shè)計介紹。

2.1.1MCU

散熱裝置的MCU采用LPC2132微控制器，其主要功能為基于I2C的IPMI通信接口、風(fēng)扇控制、溫度傳感器數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)打印，它是整個散熱裝置的控制核心。LPC2132微控制器基于16位/32位ARM7TDMI-SCPU，該CPU支持實時仿真和嵌入式跟蹤。

2.1.2風(fēng)扇電路

散熱裝置中的風(fēng)扇采用四線制可調(diào)速風(fēng)扇，風(fēng)扇的速度通過改變接到調(diào)速PWM信號線上的PWM占空比的大小，來調(diào)整速度值得大小。占空比越大，風(fēng)扇速度越大，反之，則越小。把風(fēng)扇的調(diào)速PWM信號線接到了MCU（LPC2132）的PWM輸出引腳上，用于控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇的反饋速度信號線上傳輸?shù)氖且粋€矩形波信號，信號的頻率，表示了風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速大小，信號頻率越高，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快，反之，則越小。風(fēng)扇的反饋速度信號線接到MCU的捕獲口上，通過計算風(fēng)扇反饋速度信號的頻率，計算出來風(fēng)扇的實際轉(zhuǎn)速。

2.1.3溫度監(jiān)測電路

電路功能監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部溫度，并將溫度數(shù)據(jù)傳給MCU。電路的溫度傳感器選用LM92C，該溫度傳感器的準(zhǔn)確度可達±0.33℃，溫度刷間隔500ms，溫度數(shù)據(jù)輸出采用I2C口。

2.1.4串口驅(qū)動電路

串口驅(qū)動電路主要功能，將MCU的RS232串口轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)串口電平，驅(qū)動芯片選用MAX3223，用于散熱裝置溫度數(shù)據(jù)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和告警狀態(tài)數(shù)據(jù)的打印。

2.1.5供電電路

電路的功能是控制風(fēng)扇12V上電，可以通過MCU（LPC2132）控制風(fēng)扇打開與關(guān)閉，使得散熱裝置更加人性化。電路控制芯片選用LM5069，通過MCU（LPC2132）控制LM5069的UVLO腳，高電平控制12V上電，低電平控制12V斷電；通過MCU（LPC2132）讀取LM5069的PGD腳狀態(tài)可以查看12V上電是否成功。

2.1.6MCU電路

MCU電路功能是配置MCU正常工作，主要有時鐘、MCU復(fù)位處理、看門狗處理和JTAG程序下載。

2.2軟件設(shè)計

散熱裝置軟件為MCU控制軟件，它主要包含MCU初始化軟件模塊、IPMI通信軟件模塊、風(fēng)扇速度控制軟件模塊、風(fēng)扇速度檢測軟件模塊、風(fēng)扇板溫度值讀取軟件模塊和調(diào)試串口軟件模塊。

2.2.1MCU初始化軟件模塊

MCU初始化軟件模塊的主要功能是根據(jù)MCU硬件電路配置MCU相應(yīng)功能寄存器，使得MCU能按硬件電路設(shè)計正常工作。MCU的GPIO管腳的初始化是根據(jù)硬件設(shè)計來規(guī)劃。對于LPC2132來說，每個GPIO的配置需要經(jīng)歷管腳功能選擇、上拉下拉模式選擇、輸入輸出方向選擇、高低電平設(shè)置四步。

2.2.2IPMI通信軟件

IPMI通信軟件模塊主要功能為運用MCU硬件I2C0接口與上層控制單元進行數(shù)據(jù)通信，采用IPMI（IntelligentPlatformManagementInterface）通信協(xié)議，用于設(shè)備的物理特征，如各部件的溫度、電壓、風(fēng)扇工作狀態(tài)、電源供應(yīng)以及機箱入侵等，散熱裝置用于傳輸溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、告警等信息。

2.2.3風(fēng)扇速度控制軟件模塊

風(fēng)扇速度控制軟件模塊主要功能根據(jù)設(shè)備溫度值或上層控制命令調(diào)扇轉(zhuǎn)速，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可以0%、30%、50%、70%、90%和100%幾個級別進行調(diào)節(jié)包含根據(jù)主控發(fā)送溫度值調(diào)扇轉(zhuǎn)速。散熱裝置風(fēng)扇速度控制由MCU（LPC2132）的脈寬調(diào)制口PWM控制，根據(jù)軟件設(shè)置，PWM可以輸出不同占空比脈寬信號，風(fēng)扇1、風(fēng)扇2、風(fēng)扇3和風(fēng)扇4轉(zhuǎn)速分別由PWM2、PWM4、PWM5和PWM6控制，每個風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速都可以單獨設(shè)置。

2.2.扇速度監(jiān)測軟件模塊

風(fēng)扇速度監(jiān)測軟件模塊主要功能是監(jiān)測風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，判斷風(fēng)扇工作狀態(tài)。風(fēng)扇速度監(jiān)測由MCU（LPC2132）的定時器捕獲口CAP0檢測，CAP0每捕獲到一個下降沿產(chǎn)生一次中斷，風(fēng)扇1、風(fēng)扇2、風(fēng)扇3和風(fēng)扇4速度監(jiān)測分別由CAP0.0、CAP0.1、CAP0.2和CAP0.3讀取。

2.2.5溫度讀取軟件模塊

溫度值讀取軟件模塊的主要功能為讀取設(shè)備上溫度傳感器LM92溫度數(shù)據(jù)。溫度傳感器溫度讀取端口為I2C口，MCU設(shè)置為主設(shè)備，通信速率設(shè)置為400kb/s，定時器間隔1s讀取溫度傳感器的溫度值。

3結(jié)束語

第5篇

軟件開發(fā)項目中包括籌劃、研制與實現(xiàn)等主要環(huán)節(jié)，需要在人力資源、自動化資源等方面進行投資。為了提高開發(fā)的經(jīng)濟性，需要對項目進行核定，對項目的目標(biāo)、條件、限制、可行性等方面進行分析。

1.1 提高計劃審批的效率能夠帶來經(jīng)濟效益

在電能計量管理運行管理系統(tǒng)進行設(shè)計與實現(xiàn)的過程中，其中包含了大量的檢驗計劃，為了提高計劃審批的效率，可以借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對相關(guān)計劃的查看與審批，消除計劃審批延遲給計劃工作進度帶來的各種不利影響。同時，也降低了審批延遲所帶來的各種隱性經(jīng)濟損失。

1.2 提高信息運用的效率能夠帶來經(jīng)濟效益

工作人員在電能計量裝置運行狀態(tài)管理中溝通、協(xié)調(diào)與控制是最為基本的聯(lián)系，而這些在系統(tǒng)中都得到了良好的實現(xiàn)。知識管理主要的目標(biāo)是幫助企業(yè)在正確的時間中將正確的知識傳遞給正確的人，從而實現(xiàn)企業(yè)整體業(yè)務(wù)水平的提高，提高企業(yè)信息的運用效率，提高企業(yè)管理與決策的科學(xué)性。

1.3 實現(xiàn)自動化能夠帶來經(jīng)濟效益

電能計量裝置運行狀態(tài)管理系統(tǒng)中包含了大量的自動化手段，能夠?qū)Σ糠秩斯ば畔⒓庸み^程進行替代；系統(tǒng)中包含的各種功能降低了管理人員在工作中的強度，從而實現(xiàn)了工作效率的提高。電能計量裝置運行狀態(tài)管理系統(tǒng)能夠節(jié)約的時間能夠重新投入到生產(chǎn)過程中，將會產(chǎn)生非常大的效益。

2 電能計量裝置運行狀態(tài)管理系統(tǒng)的設(shè)計

電能計量裝置運行狀態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)為實現(xiàn)數(shù)據(jù)流向著軟件結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，其中軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)為按照功能對復(fù)雜的系統(tǒng)進行模塊劃分，實現(xiàn)模塊之間的層次結(jié)構(gòu)與調(diào)用關(guān)系，對模塊間的接口進行確定，對人機界面進行確定；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)為描述數(shù)據(jù)特征、確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特性、設(shè)計數(shù)據(jù)庫。

2.1 電能計量裝置運行狀態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1.1 設(shè)計的原則

（1）先進性的原則。用戶在程序操作的過程中主要是通過 IE 瀏覽器，在操作的過程中并不需要客戶端程序的安裝過程，而且在運行的過程中維護非常簡單。系統(tǒng)中所采用的是網(wǎng)絡(luò)版數(shù)據(jù)庫，確保數(shù)據(jù)在保存的過程中能夠具備安全性，通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息傳遞技術(shù)、工作流技術(shù)、容錯技術(shù)等實現(xiàn)智能化信息集成系統(tǒng)的建設(shè)。

（2）安全性原則。在對系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中要確保網(wǎng)絡(luò)具有安全保障系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)安全的保障與保密。通過各種非常先進的軟硬件等技術(shù)手段實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中傳輸、數(shù)據(jù)、接口等方面的安全。

（3）通用性原則。系統(tǒng)需要實現(xiàn)通用管理平臺的構(gòu)建，要對電力系統(tǒng)各電能計量裝置檔案編制都實現(xiàn)適應(yīng)，系統(tǒng)所提供的流程管理功能、檢驗計劃功能、數(shù)據(jù)采集與分析功能等能夠滿足企業(yè)不斷增長的業(yè)務(wù)需要。

（4） 逐步性原則。在系統(tǒng)設(shè)計與項目實施的過程中，需要遵循SSAGF 原則，要先從簡單的入手，逐步向著不同的深度與廣度進行推進，實現(xiàn)從小到大、從簡到繁，通過對項目的不斷完善確保其安全與可靠，促進其可持續(xù)發(fā)展。

2.1.2 系統(tǒng)的邏輯框架

電能計量裝置運行狀態(tài)管理系統(tǒng)中所采用的模式為 .Mvc三層架構(gòu)模式，通過該模式實現(xiàn)對應(yīng)用程序的開發(fā)與部署。其中，視圖指的是統(tǒng)一的用戶界面，用戶可以通過瀏覽器與交互訪問等方式實現(xiàn)信息的獲取；訪問請求指的是統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)調(diào)用方式，實現(xiàn)用戶請求與系統(tǒng)請求的封裝，并轉(zhuǎn)發(fā)到業(yè)務(wù)處理層組件中；業(yè)務(wù)邏輯指的是業(yè)務(wù)層中不同業(yè)務(wù)功能模塊與系統(tǒng)支持模塊的實現(xiàn)；數(shù)據(jù)訪問指的是對數(shù)據(jù)進行訪問所采用的方法；分析圖表指的是為電能計量裝置檢驗數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)提供模型與算法。

2.1.3 技術(shù)路線

第一，在系統(tǒng)進行分析與設(shè)計的過程中要采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎㄟ^應(yīng)用計算機輔助軟件工程技術(shù)和 UML 建模技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的分析、軟件的設(shè)計與開發(fā)，提高系統(tǒng)的規(guī)范性、可靠性，實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)效率的不斷提高。第二，選擇能夠?qū)ο到y(tǒng)各個階段工作的一體化進行支持的計算機輔助軟件設(shè)計工程工具，實現(xiàn)了對應(yīng)用功能的開發(fā)與搭建。第三，利用三層體系架構(gòu)--瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)兵法訪問速度的提升。

2.2 電能計量裝置運行狀態(tài)管理系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計

2.2.1 檢驗計劃管理方面的設(shè)計

檢驗計劃中主要包括的內(nèi)容有：年度計劃、月度計劃、周計劃。檢驗計劃管理的主要功能為實現(xiàn)計劃的制定、審核與審批流程方面的管理。依據(jù)計量裝置檢驗周期與檢驗周期規(guī)則的不同，能夠自動的生成檢驗計劃，同時也可以對其進行手工的調(diào)整。上傳的檢驗數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)計劃完成情況的自動確定，同時對各種沒有完成的檢驗計劃進行提醒與生成，并對計劃的執(zhí)行情況進行統(tǒng)計。

2.2.2 現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)管理方面的設(shè)計

檢驗數(shù)據(jù)中包含的內(nèi)容包括現(xiàn)場檢驗作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定數(shù)據(jù)項目等。檢驗數(shù)據(jù)在采集的過程中主要的采集模式包括以下幾個方面：第一，利用監(jiān)測儀器對數(shù)據(jù)進行采集，數(shù)據(jù)采集完成之后在檢驗設(shè)備中的 MMC 或者 SD 卡中進行保存；第二，利用標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理系統(tǒng) PDA 對數(shù)據(jù)進行填寫；第三，利用紙張對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行記錄。

2.2.3 電能計量裝置運行狀態(tài)評估管理方面的設(shè)計

電能計量裝置運行狀態(tài)評估管理主要的作用是對計量裝置運行過程中的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)進行管理，對計量裝置運行中的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)進行新增、修改、刪除、審核與存檔。

2.2.4 權(quán)限管理方面的設(shè)計

權(quán)限管理是系統(tǒng)安全性最為基本的保障。通過基礎(chǔ)平臺中的相關(guān)的權(quán)限管理功能對權(quán)限組進行劃分、對人員進行授權(quán)、對模塊進行授權(quán)等，同時還能夠?qū)?shù)據(jù)字段進行授權(quán)。權(quán)限管理能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能層次的一目了然，提高系統(tǒng)的功能性與數(shù)據(jù)的安全性。

3 結(jié)束語

第6篇

軟件的功能劃分為4類：變電站管理、裝置程序維護、在線瀏覽操作、一鍵歸檔分析功能。定義上位機調(diào)試軟件為控制方向，裝置側(cè)服務(wù)器程序為監(jiān)視方向。

1、1變電站管理

變電站管理功能按照不同電壓等級、間隔名稱，分層次多級目錄管理若干裝置。可新建、打開和關(guān)閉變電站工程；支持在人機界面中輸入裝置地址發(fā)起連接請求創(chuàng)建裝置；支持裝置重命名、排序、復(fù)制、粘帖和導(dǎo)入導(dǎo)出等操作。以層次樹的資源管理器方式展示變電站結(jié)構(gòu)。裝置分離線和在線兩種狀態(tài)，離線模式下可進行數(shù)據(jù)分析、離線定值設(shè)置、主畫面編輯等操作，在線模式下可進行程序維護、狀態(tài)瀏覽、數(shù)據(jù)歸檔收集等操作。

1、2裝置程序維護保護測控裝置調(diào)試軟件設(shè)計與實現(xiàn)上傳配置文件、日志文件等文本。控制方下發(fā)需要上裝的文件名，監(jiān)視方打開文件，并分段上傳數(shù)據(jù)，到達文件尾部后給出結(jié)束幀標(biāo)記，控制方將數(shù)據(jù)存儲到文件。上裝是下載的反向過程。在程序運行調(diào)試過程中，往往需要通過調(diào)試相關(guān)變量進行狀態(tài)診斷。在調(diào)試上位機程序時，可以使用IDE或gdb等進入調(diào)試狀態(tài)，設(shè)置斷點并查看變量值。嵌入式裝置在運行狀態(tài)下，監(jiān)視相關(guān)變量時不能隨意切換到調(diào)試狀態(tài)，而是將調(diào)試變量作為一個實時響應(yīng)的處理線程。通過調(diào)試變量協(xié)議，控制方下發(fā)需要調(diào)試的變量名，裝置側(cè)獲取相關(guān)變量的地址信息和類型后，訪問變量地址，讀取數(shù)據(jù)，周期上送變量值，控制方顯示實際值。調(diào)試變量的關(guān)鍵步驟是獲取變量的地址，全局變量可以通過分析編譯器形成的map文件獲取，對于動態(tài)分配的內(nèi)存，則需通過輔助手段實現(xiàn)。為此制定相關(guān)嵌入式程序編程規(guī)范，用結(jié)構(gòu)體元件來封裝各功能模塊數(shù)據(jù)。元件結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存是動態(tài)分配的，編譯器在編譯時沒有為其分配靜態(tài)地址，map文件里沒有這些變量的地址信息。需要在裝置啟動階段才能得到變量地址。對于動態(tài)分配內(nèi)存的結(jié)構(gòu)體變量，裝置側(cè)提供注冊接口，可記錄首地址。調(diào)試軟件根據(jù)輸入的元件結(jié)構(gòu)體類型名、成員變量名、文件存放路徑和CPU字節(jié)對齊等信息，對相關(guān)的文件進行詞法分析和語法分析，進行宏表達式求值，計算出變量在結(jié)構(gòu)體中的偏移量，并下發(fā)相對偏移信息。裝置側(cè)程序由結(jié)構(gòu)體首地址＋變量的相對偏移地址得到變量的真正地址。調(diào)試人員只需輸入層次實例名，不需手工計算變量地址，調(diào)試軟件在計算相對地址時已考慮了各種CPU的字長對齊設(shè)置。調(diào)試變量的流程如圖3所示。可通過查詢內(nèi)存的功能實現(xiàn)一次查看連續(xù)區(qū)域內(nèi)存數(shù)據(jù)。控制方可下發(fā)查詢起始絕對地址，監(jiān)視方一次回復(fù)若干個字節(jié)的內(nèi)存數(shù)據(jù)。也支持通過下發(fā)變量名的方式查詢內(nèi)存。

1、3在線瀏覽操作在線瀏覽的通信協(xié)議基于繼電保護國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約IEC60870－5－103協(xié)議［6］，可以實現(xiàn)不同廠家的設(shè)備、后臺的交互通信，減少了私有協(xié)議轉(zhuǎn)換過程，方便運行管理和維護。其協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖4所示。類結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。在線瀏覽操作功能包括：裝置模擬量開關(guān)量實時顯示、裝置定值整定和比較、可編程邏輯編輯和狀態(tài)顯示、事件查看、動作報告顯示、波形文件上傳和分析、HMI遙控模擬、信號復(fù)歸等。通過在線瀏覽模塊，可實時顯示裝置的狀態(tài)數(shù)據(jù)、參看監(jiān)視報文、分析跳閘邏輯、查看并設(shè)置定值、開關(guān)分合遙控等操作。其中涉及到遙控、定值整定、報告清除等關(guān)鍵操作，需要輸入用戶名和密碼，進行權(quán)限校驗。以定值設(shè)置整定為例，其報文交互流程如圖6所示。

1、4一鍵歸檔分析通過一鍵歸檔操作，批量上裝日志文件、配置文件等文件，自動截取裝置當(dāng)前的斷面數(shù)據(jù)（包括裝置模擬量、狀態(tài)量、定值、報告、用于問題診斷的特定變量等內(nèi)容），將各分立文件壓縮存儲為一個數(shù)據(jù)包。當(dāng)現(xiàn)場運行的裝置出現(xiàn)異常或跳閘動作時，通過一鍵歸檔，可自動打包相關(guān)數(shù)據(jù)，并以郵件方式發(fā)送到指定郵箱，裝置研發(fā)人員可離線打開查看分析。

2軟件風(fēng)格設(shè)計

2、1基于軟件管家模式由于軟件功能復(fù)雜，采用了模塊化設(shè)計思想，進行分層、分模塊設(shè)計，以去除界面、數(shù)據(jù)、接口之間具體耦合，方便擴充。調(diào)試軟件由引導(dǎo)主進程和按照功能劃分的子進程組成。如圖7所示，引導(dǎo)主進程是安裝軟件的啟動程序，提供變電站資源管理器功能，在左側(cè)樹形區(qū)域點擊裝置節(jié)點時，會在右側(cè)按照模塊劃分，分類顯示相關(guān)功能。點擊功能圖標(biāo)，傳入形參，啟動獨立的子進程。通過組件化的設(shè)計思路，可確保增加一個新的模塊時，不會影響已經(jīng)穩(wěn)定的模塊。基于子進程的軟件管家模式，也減少了人機界面的操作復(fù)雜度，用戶在一個時間段內(nèi)只需專注于單一圖4在線瀏覽報文協(xié)議結(jié)構(gòu)圖5在線狀態(tài)瀏覽類結(jié)構(gòu)圖圖3調(diào)試變量流程圖2《工業(yè)控制計算機》2014年第27卷第11期的功能，并可快捷地切換到另一個功能的操作界面。

2、2類瀏覽器界面風(fēng)格當(dāng)各個子進程啟動后，為避免頂層窗體過多，采用類似Chrome的界面風(fēng)格，用標(biāo)簽頁管理子進程的界面。對各子進程的界面、顏色進行了統(tǒng)一設(shè)計，基于QT－CSS技術(shù)，設(shè)計了統(tǒng)一的界面風(fēng)格庫，并提供風(fēng)格設(shè)置接口，可設(shè)置標(biāo)簽頁QTabWid-get、層次樹QListTreeWidget、停靠欄QDockWidget等控件的邊框、縮進、標(biāo)題、字體、顏色等內(nèi)容。類瀏覽器的界面規(guī)范使不同人員開發(fā)的子進程在風(fēng)格上高度統(tǒng)一。

3軟件分層設(shè)計

除按照主進程－子進程的模塊化設(shè)計外，單個通信子進程按照分層原則設(shè)計，共分為三層，最底層為數(shù)據(jù)收發(fā)層，中間層為數(shù)據(jù)處理層，最上層為展示層。如圖8所示：圖8軟件分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)收發(fā)層的功能是負(fù)責(zé)從裝置接收報文并將數(shù)據(jù)處理層的報文發(fā)送到裝置。針對不同類型的裝置，該層需要支持串口通信、以太網(wǎng)鏈路層通信與以太網(wǎng)傳輸層通信三種通信方式。同時為了保證通信狀態(tài)的可靠性，數(shù)據(jù)收發(fā)層還支持出錯重傳及超時重傳機制。其中網(wǎng)絡(luò)通信采用ACE中間件實現(xiàn)，串口通信采用Qt的QExtSearialPort實現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理層是整個系統(tǒng)的主體部分，主要負(fù)責(zé)報文解析，報文生成，提供接口供展示層調(diào)用，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)與操作接口的分離。展示層提供數(shù)據(jù)的展示與用戶交互功能，不涉及具體的業(yè)務(wù)流程處理。針對不同的數(shù)據(jù)，展示層提供二維表格、層次樹等不同的展示方式，采用Qt的Model－View模式，可高效快速顯示刷新數(shù)據(jù)。展示層還提供個性化的右鍵菜單、按鈕與工具欄。當(dāng)用戶點擊某個菜單或按鈕時，展示層會調(diào)用數(shù)據(jù)處理層的對應(yīng)接口，對用戶的操作進行處理。

4結(jié)果

實現(xiàn)與分析軟件主界面如圖9所示：左側(cè)為資源管理器，用來管理變電站，變電站下支持新建多個裝置。右側(cè)為工作區(qū)，用來展示當(dāng)前活動裝置支持的功能。圖9軟件主界面點擊工作區(qū)某個功能按鈕，主進程將啟動相應(yīng)的子進程。以在線瀏覽功能為例，圖10所示為裝置報告查看界面。

5結(jié)束語

第7篇

在設(shè)計中應(yīng)用創(chuàng)新方法將有助于設(shè)計者高效、創(chuàng)新地解決問題。課題組提出一種創(chuàng)新策略［5］，將創(chuàng)新設(shè)計分成面向問題、面向目的、面向產(chǎn)品和面向載體4類，并根據(jù)不同的類型，采用不同的創(chuàng)新策略實現(xiàn)創(chuàng)新。這些創(chuàng)新類型中面向問題的創(chuàng)新是最常見的，其策略是解決最小化問題，解決系統(tǒng)中的沖突，對系統(tǒng)進行改進創(chuàng)新。由于發(fā)明問題解決理論TRIZ是以已有系統(tǒng)為主要研究對象，比較適合這類型的創(chuàng)新設(shè)計。TRIZ最初由G．S．Altshuller于1956年提出［6］，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)形成完整的發(fā)明問題解決理論體系，其問題分析及解決體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。TRIZ體系包含分析問題及解決問題兩部分，針對不同的問題采用相應(yīng)的工具來分析解決。

2管道腐蝕檢測裝置創(chuàng)新設(shè)計

2．1在役管道腐蝕檢測原理

我國在役管道大都鋪設(shè)在野外且都埋在地下，其底部最容易發(fā)生腐蝕，對于在役運輸管道發(fā)生的腐蝕采用射線檢測技術(shù)，其檢測原理如圖2所示。射線機發(fā)射檢測光線，穿透管道待檢測部分，然后被探測平板接收，通過對接收射線的情況進行分析處理，便可以判斷管道是否存在腐蝕以及腐蝕的位置、程度。

2．2檢測裝置問題分析

由于在役管道所處的環(huán)境比較復(fù)雜，對檢測裝置提出了非常苛刻的要求：不宜在管道內(nèi)進行檢測，也不允許檢測裝置從管道兩端套進，只能從中間夾緊管道。當(dāng)前的管道腐蝕檢測裝置主要存在的問題為：①結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝夾不便；②人工干預(yù)程度大，自動化程度低，檢測效率低；③只能檢測某一管徑管道，適應(yīng)性差。檢測裝置的創(chuàng)新設(shè)計必須解決上述問題，對于上述問題我們分析歸納為以下兩個問題：Q1：提高檢測效率，要求檢測裝置能沿著管道軸向進行移動檢測，并對管道進行可靠地夾持。Q2：檢測裝置能實現(xiàn)系列管道（Φ159mm～Φ500mm）的檢測，并保證檢測裝置不復(fù)雜、結(jié)構(gòu)緊湊。對于Q1，要求檢測裝置沿著管道軸向移動檢測以提高檢測效率，但另一方面會導(dǎo)致夾持裝置的夾緊力不夠、可靠性降低，這就形成一對技術(shù)沖突。對應(yīng)TRIZ標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)，這對沖突中的改善參數(shù)為時間損失，惡化參數(shù)為可靠性。對于Q2，要求檢測裝置實現(xiàn)不同管徑的管道檢測，但同時會增加裝置的復(fù)雜性，這也形成一對技術(shù)沖突。對應(yīng)TRIZ標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)，這對沖突中的改善參數(shù)為適應(yīng)性及多用性，惡化參數(shù)為復(fù)雜性。

2．3檢測裝置問題解決

（1）針對Q1，查詢TRIZ沖突矩陣得到發(fā)明原理10，30和4［7］，經(jīng)分析這3個原理無法解決該問題。我們采用物質(zhì)—場模型來分析此問題，兩種物質(zhì)分別為S1（管道）和S2（檢測裝置），場為機械場，檢測裝置及場提供的功能是不完整的，其物質(zhì)—場模型描述如圖3所示。檢測裝置要求對管道有足夠的夾持力，實現(xiàn)管道的可靠夾持，但檢測裝置與管道很難發(fā)生相對運動，實現(xiàn)管道軸向移動檢測。由此可見，檢測裝置提供的場是一個可控性較差的場。查詢標(biāo)準(zhǔn)解，得到第二類標(biāo)準(zhǔn)解No．16，即增加一個易控制的場，因此在檢測裝置和管道之間增加一個可控的外力，即在檢測裝置前后分別采用4個滾輪實現(xiàn)管道的夾持，在前后輪之間的管道上增加一個可控的驅(qū)動機構(gòu)（如圖4所示），在夾緊定位的同時提供外力以促使檢測裝置與管道之間發(fā)生相對運動。當(dāng)管道檢測裝置實施檢測時，不與管道發(fā)生相對運動，對管道進行定位夾緊；當(dāng)檢測完一個位置時，驅(qū)動機構(gòu)提供外力促使檢測裝置與管道之間發(fā)生相對運動，檢測裝置運動到管道的下一個檢測位置。（2）針對Q2，查詢TRIZ沖突矩陣得到4個發(fā)明原理15，29，37和28。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)明原理15（動態(tài)化）有助于該沖突的解決。應(yīng)用發(fā)明原理15，將滾輪與檢測裝置的聯(lián)接部分改為可調(diào)機構(gòu)，采用如圖5所示的可調(diào)滑塊機構(gòu)，滑塊沿著圓弧板徑向安裝，均勻并且對稱安裝在上、下圓弧板端面，通過調(diào)節(jié)滑塊實現(xiàn)所要求的系列管道檢測。

2．4在役管道腐蝕檢測裝置創(chuàng)新方案

綜合上述2個問題的解決方法，得到如圖6所示的在役管道腐蝕射線檢測裝置創(chuàng)新方案。檢測裝置采用兩段半圓弧鉸接而成的剖分式結(jié)構(gòu)和螺旋夾緊機構(gòu)實現(xiàn)快速夾緊和拆卸；采用8輪夾持機構(gòu)以及驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)檢測裝置對管道的定位夾持，并能沿著管道軸向移動，實現(xiàn)自動檢測；調(diào)節(jié)與輪子聯(lián)接的滑塊機構(gòu)以實現(xiàn)不同管徑的夾持檢測。

3結(jié)論

第8篇

(1)根據(jù)通知要求，必須采用自動控制措施。生產(chǎn)裝置采用DCS自動控制系統(tǒng)對全部生產(chǎn)過程實施反饋控制、批量控制、順序控制、緊急切斷及報警聯(lián)鎖等，生產(chǎn)過程達到管控一體化。(2)氯化反應(yīng)設(shè)置溫度報警及溫度與氯乙烯、氯氣進料聯(lián)鎖裝置，當(dāng)反應(yīng)不正常時切斷進料。(3)為了防止物料倒入設(shè)備或管道，在氯化反應(yīng)系統(tǒng)中氯乙烯、氯氣進料管道均設(shè)置一定高度的垂直段，確保反應(yīng)器中料液不倒入各物料管線，并在投料前對系統(tǒng)進行氮氣置換，并檢測氧含量在允許范圍內(nèi)。(4)氯化反應(yīng)系統(tǒng)中所涉及的設(shè)備、管道設(shè)置了氯氣回收系統(tǒng)，利用真空抽吸系統(tǒng)回收氯氣，確保安全。(5)氯化反應(yīng)中溫度控制最為關(guān)鍵，氯化塔反應(yīng)熱考慮大流量外循環(huán)冷卻移走熱量，對循環(huán)泵電氣上為一級負(fù)荷，確保不能停。(6)氯化尾氣遇光易爆炸，通過堿液循環(huán)吸收控制，堿液循環(huán)泵電氣上為一級負(fù)荷，確保不能停。

2皂化反應(yīng)工序

(1)皂化反應(yīng)工序涉及高溫的設(shè)備、管道設(shè)置相應(yīng)的保溫防護層，既可防止人員燙傷，又可減少熱損失，并經(jīng)常檢查保溫情況，確保其處于正常狀態(tài)。(2)本工序接觸腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備選用不銹鋼材料，管道選用不銹鋼及襯四氟材料，防止腐蝕造成的設(shè)備和管道泄漏。(3)皂化反應(yīng)器設(shè)置了溫度控制系統(tǒng)，嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。皂化反應(yīng)中的堿液濃度通過堿液配制罐控制，保證堿液濃度穩(wěn)定防止氯乙炔的生成。皂化反應(yīng)系統(tǒng)中的設(shè)備、管道避免死角，防止氯乙炔的集聚。堿液濃度在DCS自控系統(tǒng)中顯示報警。

3儲運系統(tǒng)

偏二氯乙烯裝置的原料氯乙烯和產(chǎn)品偏二氯乙烯需要儲存在罐區(qū)。(1)氯乙烯儲罐設(shè)置齊全的安全附件。對液位的控制設(shè)置液位就地顯示、液位變送器、高低液位顯示報警等，對壓力的控制設(shè)置壓力就地顯示、壓力變送器、壓力顯示超限報警等，對溫度的控制設(shè)置溫度就地顯示、溫度變送器、溫度顯示超限報警等，液位、溫度、壓力的變送信號遠傳至主控制室。氯乙烯儲罐設(shè)置安全閥、放空管和阻火器等泄壓及防火防爆措施，安全閥的出口排至氣柜系統(tǒng)。(2)氯乙烯儲罐設(shè)置固定式水噴霧冷卻系統(tǒng)。(3)氯乙烯儲罐的液位與氯乙烯卸料泵聯(lián)鎖，一旦發(fā)生液位超限報警，即停氯乙烯卸料泵，切斷氯乙烯的輸入。(4)氯乙烯儲罐開口接管的閥門及管件的管道壓力等級不低于2.0MPa，其墊片采用纏繞式墊片，閥門壓蓋的密封填料采用難燃燒材料。(5)進出氯乙烯臥罐氯乙烯卸料泵、氯乙烯加料泵的氯乙烯管線均設(shè)置絕熱保冷層。(6)氯乙烯儲罐設(shè)置氮氣管道，用于設(shè)備置換。(7)偏二氯乙烯儲罐設(shè)置齊全的安全附件。對液位的控制設(shè)置液位就地顯示、液位變送器、高低液位顯示報警等，對壓力的控制設(shè)置壓力就地顯示、壓力變送器、壓力顯示超限報警等，對溫度的控制設(shè)置溫度就地顯示、溫度變送器、溫度顯示超限報警等，液位、溫度、壓力的變送信號遠傳至主控制室。偏二氯乙烯儲罐設(shè)置氮封、放空正負(fù)水封和阻火器等泄壓及防火防爆措施。(8)罐區(qū)周圍設(shè)置防火堤。防火堤的有效容量大于其中最大儲罐的容量，防火堤內(nèi)側(cè)基腳線至立式儲罐外壁的水平距離不應(yīng)小于罐壁高度的一半。(9)為儲罐基礎(chǔ)防止沉降，造成管道損壞物料泄漏，儲罐的出口管道應(yīng)采用金屬軟管連接。

4結(jié)束語

第9篇

關(guān)鍵詞：大型空分；后備系統(tǒng)；工程設(shè)計優(yōu)化

1后備系統(tǒng)低溫管道常規(guī)設(shè)計概述

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，空分裝置的建設(shè)規(guī)模越來越大，特別是目前煤化工裝置配套的空分裝置，這些裝置一般都要求空分裝置在事故狀態(tài)下其后備系統(tǒng)能連續(xù)穩(wěn)定的提供氣體。所以該類空分裝置后備系統(tǒng)的液體貯槽和后備低溫泵也配備的越來越大，貯存在貯槽中的低溫液體產(chǎn)品通過貯槽下部的送液管經(jīng)低溫后備泵加壓汽化后送至后續(xù)化工裝置，其流程圖見圖1。低溫液體貯槽的送液管道常規(guī)設(shè)計為不銹鋼管道由貯槽內(nèi)槽底部穿出內(nèi)槽，在外槽外壁開孔后水平送出，貯槽外露部分送液管道用焊接有膨脹節(jié)的不銹鋼保冷套筒內(nèi)部充填珠光砂保冷，圖2為液體貯槽常規(guī)的外接管道形式（管道未保冷）。通常貯槽供貨商與用戶的設(shè)計供貨分工界限為貯槽外送液體管道上的送出截止閥，外露的低溫液體管道通常用泡沫玻璃或聚異氰尿酸脂（PIR）等耐低溫的絕熱材料進行保冷后接至后備低溫泵，圖3為液體貯槽外接管道保冷后與低溫后備泵的常規(guī)連接形式，貯槽至低溫泵間閥門的保冷隨管道同時進行。

2大型低溫液體貯槽送液管道常規(guī)設(shè)計的問題和不足

大型特大型煤化工空分裝置往往設(shè)置大型低溫液體貯槽，一般容積都在1000m3以上，2000m3、3000m3已不鮮見，低溫液體貯槽的送液總管的直徑往往都在DN150以上，國內(nèi)某項目60000等級的空分項目配套的1500m3液氧貯槽的外送液氧總管直徑為DN200，新疆某煤制油項目100000等級的空分項目配套的兩臺2500m3液氮貯槽的外送液氮管也是DN200，并且全部都設(shè)置為雙路送出，充分考慮了供液系統(tǒng)的安全性。如此大規(guī)格的低溫液體管道若采用常規(guī)布置設(shè)計和保冷，即出貯槽后的低溫管道到后備泵全部采用泡沫玻璃保冷，由于其密度為180kg/m3，施工后管道附加荷載大，且泡沫玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W.m-1.C-1，為珠光砂的兩倍，其保冷受現(xiàn)場施工質(zhì)量的影響，并且管道上的閥門及儀表和排液管線接口在保冷施工中如處理不好，其保冷材料對接的縫隙部位往往會成為薄弱環(huán)節(jié)，在設(shè)備實際運行過程中經(jīng)常會產(chǎn)生跑冷現(xiàn)象(有些用戶現(xiàn)場用PU硬質(zhì)聚氨酯泡沫發(fā)泡保冷，雖然聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)低，通常≤0.027W.m-1.C-1，但由于長期在低溫場合下使用宜冷脆，現(xiàn)場發(fā)泡的施工工藝受北方冬季寒冷氣溫的影響較大，并且石油化工設(shè)備和管道隔熱技術(shù)規(guī)范(SH/T3010-2013)明確規(guī)定其使用溫度為-65℃-80℃，所以該工況應(yīng)避免使用。如果工程布置中后備泵距離貯槽較遠，其中間管道的跑冷損失更大，嚴(yán)重時會導(dǎo)致后備泵汽蝕，所以用戶往往要求貯槽至后備泵的低溫管道采用真空管道，但真空管道價格高，使用若干年后還會存在真空度下降，導(dǎo)致用戶現(xiàn)場重新保冷。

3大型低溫液體貯槽外部管道的優(yōu)化設(shè)計思路

為了避免上述問題，設(shè)計時應(yīng)將貯槽外的低溫管道與后備泵的保冷整體考慮，工程設(shè)計時應(yīng)將上述管道、閥門等都設(shè)計在后備泵的保冷結(jié)構(gòu)內(nèi)，即低溫貯槽外部需保冷的低溫工藝管道和后備泵整體設(shè)計在一個小冷箱內(nèi)，則上述管道和低溫泵的保冷可整體采用珠光砂，其后備系統(tǒng)冷量損失可減小到最低程度，此設(shè)計特別適用于后備低溫泵兼作空分冷箱備用泵的大型煤化工空分裝置。

4后備系統(tǒng)保冷工程設(shè)計優(yōu)化實施案例

我公司在內(nèi)蒙某煤化工項目工程設(shè)計中將后備低溫泵的工藝管道與貯槽送液管道整體設(shè)計在一個保冷箱內(nèi)，管道既整體美觀，冷量損失又小，此外泵后的回液和回氣管道也可利用冷箱內(nèi)空間布置。此項目液氮、液氧貯槽均為500m3，內(nèi)筒直徑φ8000mm，外筒直徑φ10300mm，為了預(yù)留出泵與貯槽間管道的安裝空間，貯槽基礎(chǔ)凈空設(shè)計為2.5米，基礎(chǔ)頂標(biāo)高3.15米。低溫后備泵的流量為52000m3/h，泵進液管道口徑為DN150，泵后液體回流管道口徑為DN100，回氣管道口徑為DN40。此外，設(shè)計時在泵前進液水平管段上設(shè)置了DN15的虹吸管線，此管線可利用管道中液體與氣體的密度差將汽化后的氣體虹吸至內(nèi)槽氣相，使泵前液體處于動態(tài)，便于泵體更快地冷卻，除后備泵進液管道是向泵入口上坡外，其余管道水平方向上均有向貯槽上坡的布管設(shè)計要求，且泵后回氣管路的坡度最佳為45°。上述幾個管道在貯槽內(nèi)槽上的開孔部位不同，但其出貯槽的位置均設(shè)計在泡沫玻璃磚絕熱層外緣與外槽內(nèi)壁之間的基礎(chǔ)部位（此空間長度有840mm），管道在此夾層利用自身走向的改變增加柔性，來減小管道的二次應(yīng)力，可取消貯槽原有設(shè)計中管道上的膨脹節(jié)。管道需下穿貯槽基礎(chǔ)至后備泵冷箱，管道下穿時需設(shè)計在保冷套筒內(nèi)，此設(shè)計方案需土建專業(yè)配合基礎(chǔ)開孔設(shè)計。貯槽基礎(chǔ)設(shè)計時其開孔頂面需預(yù)埋鋼板來焊接固定保冷套筒，并起到封閉保冷套筒與基礎(chǔ)之間縫隙的作用，套筒頂面稍高出基礎(chǔ)上的細(xì)砂混凝土層，并注意施工時防止細(xì)砂混凝土等雜物落入套筒內(nèi)部，影響套筒保冷效果，保冷套筒設(shè)計為腰形,截面尺寸長度為1550mm，圓弧半徑為R550mm，高度為1350mm，保冷套筒考慮安全因素宜全部采用不銹鋼材料，筒底板采用不銹鋼板與上穿工藝管道焊接后將筒體封閉，與貯槽同時充填低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)的干燥珠光砂，與貯槽外筒構(gòu)成一個整體保冷結(jié)構(gòu)，套筒下面的工藝管道及后備泵單獨制作保冷箱并充填珠光砂保冷，圖4為該項目中的貯槽基礎(chǔ)開孔方位和尺寸，結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計應(yīng)避開開孔位置。需要特別注意的是此設(shè)計方案要求管道布置專業(yè)與土建專業(yè)密切配合，開孔方位及尺寸條件要做到準(zhǔn)確無誤，土建施工圖經(jīng)管道布置專業(yè)確認(rèn)無誤后方可現(xiàn)場施工。

5空分裝置后備系統(tǒng)工程設(shè)計的發(fā)展方向