電氣和自動化論文精選(九篇)
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第1篇：電氣和自動化論文范文
論文關鍵詞：實踐教學體系；電氣工程及其自動化；應用型；綜合能力
電氣工程及其自動化專業是一門實踐性、應用性很強的學科，大多數專業課程都需要通過適量的實踐活動來培養學生的實際動手能力和創新能力。根據我校關于本科培養方案指導思想的要求：以培養應用型高級人才為主，加強學生的創新意識、競爭意識和適應能力的教育，注重學生的知識、能力、綜合素質的協調發展。因此，應用型本科專業在具體的實踐教學中，應把培養學生分析和解決問題能力作為構建良好的實踐教學體系的基礎和核心。
一、實踐性教學體系建設
1.實驗室建設
隨著我校順利升格為本科院校及我系電氣工程及其自動化本科專業的設置，提升電氣自動化、電力系統的實驗水平就迫在眉睫。但是眾所周知，建設電力系統的相關實驗室要求條件十分苛刻，加之所需的實驗設備造價昂貴，而我院做為近幾年剛剛升本的院校，爭取上級有限的科研經費相對較為困難，導致對實驗室建設的資金投入相對不足，實驗條件相對有限，短期內難以滿足電氣工程及其自動化的相關實驗要求。因此，這就要求我們必須廣開門路，通過其他行之有效的措施和方法，不斷滿足該專業相關的實驗要求。
在學習和借鑒外校實驗室建設和管理的基礎上，依據本校學生的基本素質和我校現有的實驗條件，我系對實驗室建設做以下改進。
（1）構建實驗平臺，滿足課程需求。通過學院的持續投資和我系教師的不懈努力，我系建立了具有層次化、綜合性的系統實驗平臺——電力系統綜合實驗室，該平臺是對“電力系統分析”、“發電廠及變電站電氣部分”、“供電技術”、“電力系統繼電保護原理”、“電力系統自動裝置”、“電力系統微機保護”及“電力系統綜合自動化技術”等主要專業課程實踐實驗環節的系統整合。在此平臺上，不僅能滿足本專業核心課程的基礎實驗和綜合實驗的要求，還能使學生自主完成相關課程設計。
（2）依托仿真技術，調動學生興趣。在課程中推廣和運用仿真實驗手段，實現仿真實驗與相關課程的有機結合。教師在講授專業課時，有選擇的向學生介紹ANSYS、PSPICE、MATLAB等仿真軟件以及應用組態王軟件，并且通過較多實例的仿真講解，使學生對該專業課有更深入的理解和應用，同時要求學生對該課程的實驗內容預先進行仿真。這樣既能提高學生的學習興趣，又能使學生對該課程有更加全面的掌握。
（3）完善互動平臺，提升教學效率。我們在現有的教學條件下，廣泛收集網絡上豐富的實驗環節資源，建立完善了相關課程的網絡實驗室。如在《電力系統繼電保護原理》教學網站上，增加了微機繼電保護等教學、實驗內容，搭建了師生互動平臺，以此彌補實驗教學時間的不足。教師的教學效率得以大大提升，也為學生更好的進行學習、實驗創造了便利條件真正實現了教師與學生的教學互動和溝通交流。
（4）建立合作關系，拓寬實驗領域。洛陽作為河南乃至全國有影響的重工業基地，本地眾多的大中型工業企業也希望通過加強與科研院所的溝通聯系來提高自己的技術水平。通過洛陽市政府的牽線搭橋，我們結合自身的學科優勢和人才資源，近年來先后與黃河同力水泥有限公司、洛陽供電公司、龍羽電氣等單位簽訂了校外實習合作單位協議，不斷加強合作交流。我校每年都選送大批學生到相關企業，在其生產實驗室內進行實踐活動：如在龍羽電氣有限公司進行的《高低壓電器》實驗，在黃河同力水泥有限公司進行的《工廠供電》實驗，在龐屯變電站進行的《變電站綜合自動化》實驗等等。這樣既解決了我們的有關實踐難題，又提高了學生的實際動手能力。
（5）引入科研項目，注重實踐培養。實踐教學將由淺入深，由基礎到綜合將教師的科研內容和科研成果、工程實際問題等引入到實驗教學中，把知識學習技能訓練、能力培養等融合在一起，增強學生的實際應用能力，提高教學效果。適時引入設置創新型實驗項目，讓學生及時了解實驗新技術的發展，注重培養學生掌握新實驗技術的能力。此外，我校還組織學生積極參加全國技術大賽，進一步鍛煉學生的綜合能力。我校在全國電子設計大賽和“挑戰杯”大賽中均取得了優異的成績。
2.實習基地建設
本專業現有兩個實習基地，分別是電工實習2和模擬變電所。
“電工實習2”實習基地分為兩個部分，學生要在兩周時間內完成電機的拆裝和控制柜的安裝實訓，該實習基地主要面向經過專業課程學習，具有一定理論基礎的大三或大四學生進行，該實習項目側重工程技術應用、重視實踐環節的鍛煉，具有較強的工程適應能力，對于提高學生的實踐動手能力、解決實際問題的能力，具有很大幫助。該實習項目至今已培訓過數千名學生，學生反映實習效果非常好。
模擬變電所主要由380V模擬10kV電壓進線，由真實的高低壓一次設備完成整個的工廠供配電以及控制過程。該變電所模擬工程氣氛濃厚，學生可以在該變電所中得到較好的工程鍛煉機會。
除了校內實習基地的進一步建設與完善，還需要繼續加強與同力水泥、洛陽供電公司、龍羽電氣等合作單位在科研、人才培養、校外實習基地等方面的合作。
3.課程設計和畢業設計建設
專業課程設計建設的重點是如何提高學生的綜合能力，而實現這一目標的前提是選擇合理的課程設計題目。但是傳統的課程設計題目大多較為單一，與具體的生產實際要求脫節較為嚴重，并且設計的標準也與工程規范相差甚遠。因此，我院在具體的課程設計中，十分注重實踐性和可操作性，要求選題與有關科研項目和相關企業緊密結合，如在工廠供電課程設計中，從企業得到第一手的詳細資料，發給學生真學真練，使學生從中汲取更多的經驗，既鍛煉了獨立思考的能力，也增強了實際操作能力。
畢業設計作為重要的實踐教學環節，關鍵是要實現課題的真實性、知識的綜合性和設計的創新性。近年來，隨著電氣工程及其自動化專業學生人數的不斷增多，教師數量和畢業設計課題數量相對不足的問題日益突出，而用人單位也對新錄用人員實際動手能力的要求越來越高。為此，我們在畢業設計課題的選擇上，要求每位畢業生的畢業設計，或結合教師的科研項目，或結合企業的技術項目，或組織學生到外地公司和工廠開展畢業設計等工作嘗試，使學生的綜合素質、創新能力得到進一步提高。從2009屆開始，我校就選送部分畢業生到龍羽電氣和市內其他變電站進行畢業實習和畢業設計，并取得了較好的效果。
二、專業師資人才隊伍建設
如何培養建設一批高水平人才，是每個高等院校都面臨的共同難題。這不僅要求每一位教師具有扎實的理論知識，更要具備較強的實際動手能力。為此，我校積極做好人才的培養工作，把提升師資隊伍的層次、優化師資隊伍的結構、提高師資隊伍的整體水平作為師資隊伍建設的重點工作。以兩個專業研究方向為目標，加強師資隊伍建設，注意教師進修提高，積極引進博士，鼓勵和支持青年教師攻讀在職博士學位，促進學術帶頭人后備力量的培養工作，從而形成一支整體水平高、結構合理的教學和科研型教師隊伍。主要通過以下幾方面措施來實現。
（1）加大高層次人才引進力度，優化教師隊伍的結構，不斷增加師資隊伍總量。
（2）加強專業帶頭人、課程負責人及骨干教師隊伍建設，進一步明確其權利和義務，以激發教師積極向上的熱情。
（3）充分培養和挖掘現有教師隊伍的潛力，加強“雙師型”教師的培養。一方面從企業引進工程技術人員，另一方面通過各種途徑提高教師的實踐技能。
三、實踐性教學教材建設
通過綜合了解國內、省內其他院校電力系統及其自動化專業教學、實驗方面等情況，發現近年來在實踐教材特別是綜合實驗方面教材編寫的不多。因此，我們必須高度重視此項工作，以切實發揮實踐性教學教材在教學、實驗中的重要作用。
根據不斷改進和完善的實驗設備和實習場所的情況，我校組織一批教學、實驗經驗豐富的教師編寫了相關的實驗（實習）大綱和指導書，課程設計大綱和指導書等教材，并順利通過了學院的嚴格審核。特別是針對我系建設的電力系統綜合實驗室，我系教師專門編寫了嚴謹完整的實驗指導書。該實驗教材既能滿足實驗設備和教學實踐的要求，又能增強學生的實訓能力，使得學生的綜合設計能力和創新意識不斷得到提高。
第2篇：電氣和自動化論文范文
【關鍵詞】L型前裝機；轉向系統；閉環控制系統
0 引言
自20世紀90年代以來，采礦設備的發展日新月異，世界上采礦設備生產巨頭們像卡特彼勒、小松、久益環球、利勃海爾等公司紛紛推出自己的各種新產品，這些新的產品共同的特點是不斷涌現出新結構和新元件時還廣泛應用新的控制技術，技術發展的重點在于增加產品的電、液技術含量，應運更先進的電氣、液壓控制系統和更先進、靈敏的原件來實現對操作的優化。現在越來越多的控制技術和控制理論開始應運到前裝機上，如變頻調速控制系統、PLC控制系統、單片機控制系統、傳感器控制技術等，這些技術的應用在控制精確度和效率上使前裝機達到了一個前所未有的高度。
節能減排技術將是未來裝載機行業的發展方向[1]，更是采礦設備行業的發展方向。節能減排是個世界性的大課題，對于以柴油發動機作為主要動力源的前裝機來說，這不僅因為節能和減排本身就是一對兒矛盾，而且還要考慮產品的性價比與可靠性。節能減排不僅僅關乎發動機、傳動、液壓和電控等系統，這是一個綜合性的課題。對于裝載機來說，合理的工作裝置設計可以提高作業效率，減小作業阻力，降低油耗，但是控制系統的合理、先進設計同樣對節能減排起巨大的作用。
本次選題準備以轉向系統的控制設計為例來說明裝載機目前的自動化控制水平和將來的發展方向。為了保證轉向系統平穩、快速的運轉，我們設計了本選題的電氣控制系統和液壓控制系統，在對各種電氣和液壓元件控制方法的工作原理進行了詳細的分析的基礎上，提出了L1150型前裝機轉向系統控制設計的選題。希望通過我們的研究能把前裝機目前的自動控制技術提高到一個新的高度。
1 L型前裝機轉向系統總體模型設計
轉向是電液控制的自動控制系統。則轉向系統總體設計結構圖如圖1所示。
由上述結構圖可以得出系統的傳遞函數為以下三部分組成，其中G1（S）是電氣系統的傳遞函數，G2（S）是電液比例控制閥占空比對換向閥流量的傳遞函數，G3（S）是液壓系統的傳遞函數，如圖2所示：
所以本論文的設計分為倆部分，一部分為電氣控制結構的設計，另一部分為液壓控制結構的設計。
2 L型前裝機轉向系統控制設計
2.1 電氣控制結構設計
電氣控制是當操作手柄給左轉向命令時，操作手柄移動被轉換成CAN信息。CAN全稱為Controller Area Network即控制器局域網[2]，CAN總線是國際上應用最為廣泛的現場總線之一。由操作手柄輸出轉向命令值輸入到控制器，控制器接收到輸入信號后輸出PWM脈沖信號給控制閥，控制執行元件動作。轉向位置傳感器隨時監控轉向的位置角度并轉化為電信號反饋給VCU，和操作手柄的給定值比較以便進一步的控制。該系統設計為負反饋閉環控制系統，所謂反饋控制系統，就是指根據系統輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系y行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統性能。L型前裝機轉向系統的電氣控制控制結構圖設計如圖3所示。
2.2 液壓控制結構設計
液壓技術的發展[3]，可追溯到 17 世紀帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，開始奠定了流體靜壓傳動的理論基礎。液壓系統：液壓油從油箱流入轉向泵的入口。轉向泵輸出液壓壓力油經控制閥和流量放大器后流入轉向油缸，轉向油缸動作從而實現轉向運動。通過負載感知把負載的壓力分別反饋回控制閥和轉向泵，反饋回控制閥的壓力油與給定值比較后進一步控制方向閥芯的開口大小從而進一步的控制壓力油流向轉向油缸的流量。由于液壓系統運行時容易發熱，為了節省功率和減少發熱量負載反饋的壓力油同時反饋給轉向泵，從而可以控制轉向泵斜盤角度，進一步控制轉向泵的輸出功率。該系統設計為負反饋閉環控制系統，所謂反饋控制系統，就是指根據系統輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統性能。在反饋控制系統中，既存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。因此，反饋控制系統又稱為閉環控制系統。反饋控制是自動控制的主要形式。在工程上常把在運行中使輸出量和期望值保持一致的反饋控制系統稱為自動調節系統，而把用來精確地跟隨或復現某種過程的反饋控制系統稱為伺服系統或隨動系統。L型前裝機轉向系統的液壓控制控制結構設計如圖4所示。
圖4 轉向系統的液壓控制結構圖
3 轉向控制系統的測試和分析
把設備所有的電氣系統和液壓系統以及其他的結構件等安裝調試完成后，啟動設備做了左轉向、無轉向、右轉向等的一系列空載、有載測試，空載測試是指設備沒有裝載并處于平整的地面上，有載是指設備處于裝載的工作狀態，并處于工況不是很好的環境下，測試結果見表1所示。（下轉第287頁）
從表1中的測試結果可以看到當有禁止狀態時，轉向接口卡無輸出。當發出左轉向命令的時候，轉向接口卡輸出的電壓為12V-18V；當操作手柄處于中位時轉向接口卡的輸出為12V；當發出右轉向命令時轉向接口卡的輸出為6V-12V；這完全符合當初設計的期望值，在進一步的測試中該電路輸出穩定、可靠符合要求。
4 結論
本論文的設計以L型前裝機轉向系統的設計為主題，主要包括電氣系統和液壓系統倆部分。電氣系統采用LINCS II控制系統，由操作手柄通過CAN控制系統發出轉向命令通過數字接口卡轉化為數字信號后輸入到VCU（VECHICLE CONTROL UNIT） VCU接受到信號后發出PWM輸出信號給數字接口卡的轉向接口卡通道，然后再傳輸到PVG32先導控制閥控制液壓系統。轉向位置傳感器隨時監控轉向的位置角度并反饋給VCU和給定值比較以便進一步的控制。液壓系統采用電液比例先導控制，液壓油從油箱流入轉向泵的入口，液壓壓力油從泵流過高壓過濾器后到達流量放大器閥（Danfoss） 的HP口。當有轉向命令時PVG32先導控制閥控制先導油推動流量放大器的方向閥芯后從泵出來的油經流量放大閥芯被導向轉向油缸從而實現轉向運動。
【參考文獻】
[1]皮鈞.工程機械的技術發展方向[J].工程機械，2012（11）：27-30.
第3篇：電氣和自動化論文范文
論文關鍵詞：變電站二次設備；狀態檢修；管理
一、變電站二次設備的狀態檢修
1.設備檢修就是為了保持或恢復設備完成規定功能的能力而采取的技術活動
管好、用好、修好設備，保證現代化設備在使用過程中經常處于良好的技術狀態，以滿足生產需要，并使檢修費用降到最低，是檢修工作要求達到的目的。變電站二次設備狀態檢修的簡單步驟包括：首先通過設備狀態監控測量，然后由檢測最終結果，嚴謹地分析結果，最后合理地安排檢修項目和該項目的時間。通俗地講，就是在第一時間去了解設備當前的工作情況，用先進的設備監控儀器開展狀態監測（可充分運用通信技術、微電子技術等），再綜合各方面因素去判斷設備的目前狀況。在線監測、診斷都在狀況檢修的范圍之內，其檢修內容還包含了設備管理、驗收和設備的檢修、故障記錄等多方面。長期以來，電力系統主要的檢修機制為實施的防范性計劃檢修。改革開放幾十年來，隨著我國實施科教興國戰略，綜合國力迅速提升，科學技術水平不斷提升，變電站二次設備檢修正在由預防性計劃檢修朝著預知性狀態檢修的方向過渡。
2.由各種不同的功能，可將變電站準確地分為一次、二次設備
繼電保護的監控系統、遠程及自動裝置作為二次設備的三大組成部分，任何一部分出現故障，都將導致電力系統及設備無法正常運行。在實際工作狀況下，由二次設備引起的事故偶有發生，包括不正確運行的結果，往往影響到運行設計人員、產品保障部門等許多方面。由于微型計算機在繼電保護上的投入使用，有效提高了斷電保護系統高效可靠地運行，降低了成本，提高了檢修準確率。
3.監測內容
設備狀態檢測是變電站二次設備狀態檢修的主要基礎。變電站二次設備的主要監測對象是：交流測量系統、直流操作、信號系統、邏輯判斷系統、通信系統、屏蔽接地系統等。其中在交流測量系統內包含著ta、tv良好二次回路絕緣、完好的測量元件、完整的回路；直流系統則包含了操作和信號回路絕緣良好以及完整的回路。
4.監測方式
變電站二次設備依賴傳感器進行狀態監測。由此看來，變電站二次設備狀態監測無論是在技術上、經濟上等方面都更容易實現，在不增加多投入狀況下，充分利用當前測量方式，這是一般保護狀態監測難以實現的。例如二次保險絲的熔斷報警裝置、直流回路的絕緣監測、ct、pt斷線的監測等。微機保護、微機其自身自診斷裝置技術的高速發展，為變電站二次設備狀態監測成為電站故障診斷的完善系統夯實了堅實的基礎。
二、關于變電站二次設備狀態檢修應注意的幾個事項
1.變電站的二次回路的監測問題
由二次設備相互連接，構成對一次回路設備進行測量、控制、調節、保護和監視運行狀況、開關位置等信號的電氣回路稱為二次回路。變電站的二次回路包括三個回路：斷路器的控制回路、變電站的信號回路、變電站的同期回路。其中，斷路器控制回路的作用是運行人員通過回路的控制開關發出操作命令，要求斷路器分閘或合閘，然后經過中間環節將命令傳送給斷路器操動機構，使斷路器能夠分閘或合閘，當斷路器完成操作后，由信號裝置顯示已完成操作。連接保護裝置的二次回路包括交流電流回路、交流電壓回路、直流操作控制回路和信號回路及測量回路。目前，隨著保護裝置的微機化，很容易實現狀態監測。但是由若干繼電器及連接的各個設備的電纜組成的二次回路有一個很大的缺點，即分散并且點多。在監測各個繼電器觸點的工作狀況中，如果要以在線的方式監測回路接線的準確性與否，不但成本高、不經濟，而且很難做到。所以若要監測該問題，應從設備管理方法這一關鍵點著手，比如設備驗收管理，最好的方法是可以離線監測資料管理。
2.二次設備對電磁抗干擾性的監測問題
目前，變電站二次設備對電磁干擾產生越來越強烈的敏感性，主要是由于大量微電子元件以及高集成電路的廣泛使用。采樣信號失真、元件損壞、自動裝置異常都是電磁波對二次設備產生干擾的表現。在二次設備狀態檢修中及其重要的一項內容是：對二次設備進行關于電磁兼容性的考核試驗。電磁兼容是相對電磁干擾而言的。從電磁能量的發射和接受而言，電氣和電子設備在其運行中可同時起發射器和接收器的作用。當不希望的電壓或電流信號出現在敏感設備上并影響其性能時，則稱之為電磁干擾。所謂電磁兼容就是指設備或系統在包圍它的電磁環境中能不因干擾而降低其工作性能，它們本身所發射的電磁能量也不足以惡化環境和影響其他設備或系統的正常工作，相互之間不干擾，各自完成各自正常功能的共存狀態。為了實現良好的電磁兼容，需要從控制干擾源、降低干擾源與敏感設備間的耦合程度和提高易受影響設備的抗干擾能力3個方面協調地采取措施。對于設備的電磁發射、抗干擾能力應符合相應的考核及試驗標準。對各個不同廠站的敏感器件、干擾源進行必要的監測管理。例如檢查二次設備的屏蔽接地狀況，關于在微機保護裝置旁違規使用移動通訊設備的管理等等。
3.一、二次設備兩者在狀態檢修方面的相互關系
電氣一次設備是指直接用于生產、輸送和分配電能的生產過程中的高壓電氣設備，包括發電機、電壓器、斷路器、隔離開關、自動開關、接觸器、刀開關、母線、輸電線路、電力電纜、電容器、電抗器、電動機等。二次設備是指對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護，以及為運行、維護人員提供運行工況或生產指揮信號所需要的低壓電氣設備，如測量儀器、檢查裝置、信號裝置、熔斷器、控制開關、繼電器、控制電纜等。大多數情況下，只有在一次設備停電檢修時，二次設備才可以設備檢修。也就是說要首先考慮電氣一次設備的情況，然后再對二次設備狀態檢修進行決策分析，保證二次設備運行可靠，從而縮減停電檢修時間，降低檢修成本。
4.二次設備檢修與設備管理信息系統的關系
設備管理信息系統可以實現計算機管理設備的運行情況，記錄歷次檢修實驗，從而實現信息共享。因此，許多供電企業開始建立了該系統，以此來保證在狀態檢修中做出正確有效的決策。
三、開展狀態檢修過程中需要注意的一些問題
1.需要更新觀念
事物是在不斷運動的、變化的，檢修工作人員應該解放思想，用變化的思維觀念去解決一些設備檢修問題，改變傳統的預防性設備檢修的思考方式。在變電站二次設備檢修過程中，要保持冷靜，不能急功近利，要有耐性，切忌尋找一種快速的檢修方法，要記住不可能在短期內完成這樣的系統工程，要養成循序漸進，腳踏實地的工作作風。
2.需要創新體制
國家及企業建立了電力設備檢修的一些制度。電力工作人員在只有了解現行專業制度后，才可以更好地做好檢修設備的工作，擬好可靠有效地實施方案。比如執行相關專業規定的技術標準、工藝原則等，改進檢修內容及方法，合理客觀地追究事故責任。總之，要在實踐中不斷完善變電站二次設備檢修制度，不斷創新體制，總結探索先進的檢修方法，把理論應用到實踐中。
3.需要提高檢修工作人員專業技術素質
在任何一個大型企業，都需要各類專業工作人員的協調配合工作。狀態檢修任務艱巨，影響甚大，更需要各類專業人員協同工作，尤其在大型變電站設備的檢修過程中，更需要專職人員的密切配合，才能保證檢修工作的質量。同時，提高電力工作人員的素質，可以減少不必要的事故發生，因為在電力生產中，許多事故的發生都跟運行人員自身素質有很大關系。同時，隨著高電壓等級變電站的增多、帶電作業的增多、狀態檢修的推行等，對人員素質提出了更高的要求。因此，加強對工作人員的素質技術培訓，提高檢修專職人員的素質迫在眉睫，只有這樣，才能適應不斷增多的高風險作業的要求。
第4篇：電氣和自動化論文范文
論文摘要：火焰切割機是利用燃氣和氧氣將鑄坯快速燃燒，達到切斷鑄坯的目的，其優點是在線設備輕，一次性投資省，適應鑄坯的溫度寬；缺點是切割渣不易處理，金屬損耗大，但當鑄坯較長時，金屬損耗則較少。本次課題實際內容主要是針對火焰切割機的電氣控制部分進行研究和設計，本文引用電氣控制PLC原理，通過各種電氣元件的選型和計算，以及PLC程序的編譯，簡單的介紹了該火焰切割機電氣控制方面的設計過程和設計方法。火焰切割機的電氣設計包括PLC、變頻器、控制變壓器、低壓電氣元件的選型以及STEP 7的程序編譯。
1 緒論
1.1 連續鑄鋼的概念
連續鑄鋼是一項把鋼水直接澆鑄成形的節能新工藝，它具有節省工序、縮短流程， 提高金屬收得率，降低能量消耗，生產過程機械化和自動化程度高，鋼種擴大，產品 質量高等許多傳統模鑄技術不可比擬的優點。自從20世紀50年代連續鑄鋼技術進入工業性應用階段后，不同類型、不同規格的連鑄機及其成套設備應運而生。20世紀70年代以后，連鑄技術發展迅猛，特別是板、方坯連鑄機的發展對加速連鑄技術替代傳統的模鑄技術起到了決定性作用。
1.2 連鑄比的概念
連鑄坯的噸數與總鑄坯(錠)的噸數之比叫做連鑄比，它是衡量一個國家或一個鋼鐵工廠生產發展水平的重要標志之一，也是連鑄設備、工藝、管理以及和連鑄有關的各生產環節發展水平的綜合體現。
1.3 國內外連鑄技術的發展
1.3.1 國外連鑄技術的發展概況
20世紀50年代，連鑄開始用于鋼鐵工業生產。連鑄坯產量僅有110萬t左右，連鑄比約為0.34%
20世紀60年代，弧型連鑄機問世，連鑄進入了穩步發展時期。年產鑄坯能力達4000萬t以上，連鑄比達5.6%。
20世紀70年代，世界范圍的兩次能源危機促進了連鑄技術大發展，連鑄進入了迅猛發展時期。鑄坯產量已逾2億t，連鑄比上升為25。8%。
20世紀80年代，連鑄進入完全成熟的全盛時期。世界連鑄比由1981年的33。8%上升到1990年的64。1%。連鑄技術的進步主要表現在對鑄坯質量設計和質量控制方面達到了一個新水平。
20世紀90年代以來，近終形連鑄受到了實際各過的普遍關注，近終形薄板坯連鑄與連扎相結合，形成緊湊式短流程，其發展速度之快，非人們所料及。
1.3.2 我國連鑄發展概況
近幾年，我國連鑄發展很快。除海南、西藏和寧夏，都有了連鑄。2000年，連鑄坯產量達到11450萬噸，突破一億噸，位居各國之首。連鑄比88.08%，超過了世界連鑄比的平均數87.2%。從1996~2000年的五年，連鑄坯的產量增加7017萬噸，平均年增1403萬噸，連鑄比比1995（46.48%）增長41.6個百分點 ，平均年增8.32個百分點.這個增速在世界上也是罕見的.2000年，全連鑄單位達到130個占有連鑄單位的總數165個的78.8%(沒有連鑄的單位僅12個);高效和較高效連鑄機占連鑄機總數339臺的約50%.在品種質量方面，可以說除個別品種外都能生產并滿足質量要求。
進入新世紀，連鑄生產發展更快.2001年連鑄坯產量達13820萬噸，連鑄比達92.8%，比2000年猛增2370萬噸，增長21%，連鑄比增長4.72個百分點。
2002年預計將產連鑄坯16500萬噸連鑄比將達94%左右，全連鑄單位將達157個，占當前有連鑄的單位總數175的89.7%.2002年預計將新增連鑄機60臺200流，產能3500萬噸以上.到2002年在線連鑄機將達444臺，產能共19450萬噸.預計到2005年連鑄機產能將達23500萬噸，產量將達21000萬噸，連鑄比將達97%.現在新建的鋼長起步都是全連鑄，新建的連鑄機基本上都是高效的，而且達產很快。
1.4 今后我國連鑄發展要求
1.提高品質.國內市場所需的品種應能自己生產并保證質量，充分滿足市場要求，并有利于擴大出口。
2.提高效率.還有近半數的連鑄機需要進行高效化改造，已改造的效率需進一步提高，新建連鑄機必須高效化且一 步到位，提高近終型連鑄的比率，進一步提高效率。
3.提高連鑄比.尤其是提高特鋼連鑄比， 進一步發展全連鑄.目前，影響我國連鑄比的主要是幾個大的鋼鐵企業和一批老的特鋼企業， 包鋼和攀鋼可望于2003或2004年實現全連鑄，寶鋼可望于2006年實現全連鑄，太鋼也正在努力。
4.流程最佳化．爐外精煉、鑄坯熱裝、連軋成材，連鑄是中間環節和中心環節，力求匹配、銜接最佳化，使 之充分發揮煉鋼及軋鋼的能力，縮短工藝流程，降低各項消耗，提高勞動生產率，增加經濟效益。
1.5 連鑄機的組成
連鑄機主要由鋼包運載裝置、中間包、中間包運載裝置、結晶器、結晶器振動裝置、二次冷卻裝置、拉坯矯直機、引錠裝置、切割裝置和鑄坯運出裝置等部分組成。
圖1.1 弧形連鑄機
1-鋼包轉臺; 2-中間罐; 3-結晶器; 4-二次冷卻及導向裝置; 5-結晶器振動裝置
6-拉矯機; 7-引錠存放裝置; 8-切割裝置; 9-鑄坯運出裝置
1.6 弧形連鑄機的生產流程
連續澆注時，鋼水罐中的鋼液經過中間罐注入水冷銅板結晶器內，結晶器的底部由引錠頭承托，使引錠頭與結晶器壁密封后便可開始澆注。注入結晶器的鋼水受到水冷銅模的強烈冷卻，迅速成為具有一定厚度坯殼的鑄坯。當鋼液澆至規定高度時，開動拉矯機，拉錕夾住引錠桿以一定速度把鑄坯連續拉出結晶器。為了防止鑄坯坯殼被拉斷，并減少結晶器內的拉坯阻力，在澆注過程中，結晶器始終要進行往復振動。鑄坯拉出結晶器以后，進入二次噴水冷卻區，直到完全凝固。當鑄坯拉出拉矯機后，脫去引錠裝置，鑄坯經過矯直，再經過割機切成定尺長度，由輸送錕道運走，這一整個過程是連續進行的。
鑄坯切割裝置處于整個連鑄裝置的末端，也是整個連鑄流程的結尾部分，負責把連鑄坯按照軋鋼機的要求切割成定尺或倍尺長度。鑄坯是在連續運行中完成切割，因此切割裝置必須與鑄坯同步運動。
1.7切割設備的技術要求
1．把被矯直的鑄坯，按要求切割成一定長度。
2．鑄坯切口應與鑄坯長度方向垂直，切面平整，切頭不應有大于原鑄坯斷面的變形。
3．切割能力應適應鑄坯溫度的變化。
1.8切割設備的類型及特點
1.8.1 種類
小方坯連鑄機采用的切割設備種類較多，有電動機械剪，液壓剪，火焰切割機等。
1.8.2火焰切割機原理
火焰切割機是利用燃氣和氧氣將鑄坯快速燃燒，達到切斷鑄坯的目的，其優點是在線設備輕，一次性投資省，適應鑄坯的溫度寬；缺點是切割渣不易處理，金屬損耗大，但當鑄坯定尺較長時，金屬損耗則較少，因而目前有些中、小企業又趨向建火焰切割機。
1.8.3 火焰切割機的種類
火焰切割機用于小方坯鑄機的機型目前有三種：其一自動化程度較高，投資也較大的為全自動化的火焰切割機，切割槍的擺動，切割小車的隨動及返回，以及自動計數定尺，都由微機控制。電動或氣壓做動力源。
另兩種近來較流行的經濟型的火焰切割機：一種稱無動力型火焰切割機，另一種稱夾坯型火焰切割機。
（1）無動力型火焰切割機
這種火焰切割機不同于全自動的火焰切割機，除切割小車返回使用液壓缸外，其余全無動力源，是靠鑄坯帶動產生各種動作，當撞頭落在錕道線上，鑄坯運行一個定尺長度至撞頭處，則頂動撞頭并帶著切割小車前進，切割小車上裝切割槍，切割槍的擺動運動來源于擺動機構上有一個導輪，當切割小車被鑄坯帶動
前進時，此導輪將沿著一個固定的靠模曲線前進，因曲線的起伏使導輪帶動切割槍，產生切割擺動運動。定尺撞頭的上部裝在定尺導桿上，由于定尺不同，撞頭在定尺導桿上的位置可以通過調節裝置進行調節，導桿的末端有釋放導模，當撞頭走到導桿末端時，完成尺切割后，撞頭將因導模的作用，自動釋放抬起。則被切斷的鑄坯經錕道送出。撞頭及切割小車又被液壓缸帶動返回原處，而撞頭落下成等待位置，全部切割過程結束。
該切割機的動力來源是鑄坯，鑄坯不頂到撞頭，則切割小車不會行走，切割槍不會擺動，無法進行切割，顯然該機不能進行非定尺的切割，如切頭、切尾，或事故切割，這是該機的最大弱點。
（2）夾坯型火焰切割機
為了克服上述切割機的缺點，一種新型的切割機對隨動運動作了改進，不用被動的頂坯方式，而改為主動的夾坯隨動方式，并用汽缸作動力，解決了不能切頭、切尾的問題。
夾坯型火焰切割機，切割機前設置里夾坯錕，夾坯夾頭，火焰切割槍的擺動仍是由擺動機構和靠模完成，切割小車返回用液壓缸或用氣動馬達，夾坯夾頭杠桿通過轉軸，靠汽缸傳動，產生夾緊或放松的動作，而氣缸的進排氣則由工人遙控，或由定尺裝置發出信號，顯然該機應另配備定尺發信號裝置。目前小方坯連鑄機采用這種帶有主動夾坯機構的火焰切割機日漸增多。
1.8.4 切割槍
割炬又稱為切割槍，是火焰切割機的重要部件。切割槍是由槍體和切割嘴組成。而切割嘴是它的核心部件。
外混式切割槍，它形成的火焰焰心為白色長線狀，切割嘴可距鑄坯50～100mm內切割；外混式切割槍具有鑄坯熱清理效率高，切縫小，切割槍壽命長等優點。切割槍是用銅合金制造，并通水冷卻。
一般當鑄坯寬度小于600mm時，用單槍切割；寬度大于600mm的鑄坯，用雙槍切割。但要求兩支切割槍在同一條直線上移動，以防切縫不齊。切割時割槍應能橫向運動和升降運動。當鑄坯寬大于300mm時，切割槍可以平移，見圖a，當坯寬小于300mm時，割槍可做平移或扇形運動，見圖b，割槍的扇形運動的一個優點是切割先從鑄坯角部開始，使角部得到預熱有利于縮短切割時間，同時在板坯切割時先做約 5°的扇形運動，割槍轉到垂直位置后，再做快速平移運動，見圖C。
圖1.2 割槍運動
1.8.5 鑄坯自動定尺裝置
錕子通過氣缸與鑄坯接觸，鑄坯帶動錕子轉動并發出脈沖信號，由計數器按定尺發出信號開始切割。
1.9 切割機的選用
火焰切割機，在線設備簡單，一次性投資低，切頭比較平整，不受鑄坯溫度的限制，但金屬損耗高，有煙塵和切割渣的污染，需要增加額外的投資。這里選用了夾坯型火焰切割機。
圖1.3 火焰切割裝置
圖1.4 夾鉗式同步機構簡圖
1.10 課題關鍵問題及難點
這次課題關鍵問題及主要難點有：
1.工作環境溫度高，零部件的選用與保護。
2.變頻器的參數設置。
3. 電氣元件的選用。
4．火焰切割機機械部件與PLC控制系統的搭配。
5.電氣圖主要技術參數的計算。
6.STEP 7的編程。
2 火焰切割機機械控制
2．1 切割機機架
由軌道和軌道梁、走行和檢查平臺、橫梁和立柱、能介管道和電纜等組成。
1．軌道采用高架形式，每流兩根。安裝軌道的軌道梁斷面為“日”字形，內部通有冷卻水，火切機軌道梁公用一個大機架。
2．行和檢修平臺。平臺蓋板上部為鋼制花紋板，下部為鋼板。
3．分布在鑄流兩側，為了保證切割操作工有良好的操作視線，橫梁采用下置式安放。
4．機能介管道和電纜設置在遠離拉矯機一側，如配置測量輥裝置空氣管和電纜設置靠拉矯機一側。
2．2 車體
由下箱體、安裝板、上箱體、箱蓋和前箱體組成。
1．箱體和上箱體是一個箱形雙壁構件，通有冷水，可保護安裝在其中的各部件，防止機下鑄流熱輻射的損害。
2．安裝板在上、下箱體之間，火切機的各部件都裝在此板上。
3．箱蓋在上箱體上方，是一可折的輕型蓋子，便于安裝和維修。
4．前箱體是單壁箱體，用來保護切割槍、夾鉗裝置。
2．3 傳動裝置
兩傳動火焰切割機的傳動裝置由三相交流電機、兩極蝸輪減速器、齒輪傳動副、切割車行走和割槍驅動等部件組成。
1．電機：火焰切割機上，采用8極交流電機加變頻器調速，使割槍在起切速度時，電機不會在低頻帶工作。
2．減速器組件：火焰切割機的減速器是本廠自制件，有兩極蝸輪減速。在第一級蝸輪出軸上，裝有開式傳動齒輪，與帶有電磁離合器（A）。在第二級蝸輪出軸上裝有電磁離合器（B）。
3．切割車行走：切割車行走由傳動部件與車輪組成，車輪安裝在水冷箱體兩側，前端兩個從動輪，后端兩個主動輪，一側車輪為槽型導向輪，另一側車輪為平輪。傳動部分安裝在水冷箱體的中部，通過小車傳動電機，帶動自動車輪，來完成切割機到滬運動。
4．割槍驅動：火焰切割機的割槍驅動由割槍傳動電機來控制。
2．4 同步機構
火焰切割機的同步機構由帶閥氣缸、上夾臂、旋轉軸和夾鉗組成，氣缸安裝在水冷箱體內，通過電磁閥的換向帶動上夾臂，再由旋轉軸帶動安裝在前箱體的通有冷卻水的夾鉗作夾緊和松開動作，來實現對鑄坯的夾緊和切割機的同步運行。
工作程序:待機時，電磁閥失電，夾緊松開，處于極限待機位置(最大開口)。當鑄坯運行到切割定尺時，氣缸換向閥得電，氣缸使夾鉗夾緊鑄坯，同時切割車傳動電機失電，切割車即隨鑄坯同步運行。當切割完畢時，氣缸換向閥失電，夾鉗松開，氣缸縮回至極限待機位置，夾緊極限位置接近開關發訊，機器處于待機位置。
2．5 邊緣探測裝置
方坯火焰切割機在邊緣探測方面作了很大改進。割槍對鑄坯邊緣的定位是通過夾鉗對鑄坯的夾緊將割槍邊緣（不同的鑄坯需要調整在夾緊時夾鉗和割槍的相對位置，這樣解決了鑄坯跑偏時，割槍的預熱點偏差大的問題。
工作原理：待機時，切割機傳動電機均失電，割槍停留在原位。當鑄坯運行到切割定尺時，氣缸換向閥得電。夾鉗帶動割槍，迅速達到鑄坯邊緣位置，對鑄坯進行預熱。
2．6 管路
由車間氧氣、燃氣、壓縮空氣、冷卻水等管道供應的各種介質經過能源介質箱后，通過機外配管、機內配管送到機上各使用點。
1.路。氧氣進入能源介質箱，在箱內經過濾器后分成割槍預熱氧、切割氧二路，分別減壓至設定壓力，由電磁閥控制出能源介質箱后，經硬管送至拖鏈上的軟管再接到主、副割槍上，高溫區割槍的連接采用不銹鋼波紋軟管，預熱氧管道進入割槍前裝有氧氣回火防止器。
2.燃氣管路。燃氣進入能源介質箱，在箱內經過濾器并減壓至設定壓力，由電磁閥控制出能源介質箱后，經硬管送至拖鏈上的軟管再接到主、副割槍上，高溫區割槍的連接采用不銹鋼波紋軟管。燃氣進入割槍前需裝有回火防止器。
3.壓縮空氣灌錄。壓縮空氣進入能源介質箱在箱內經氣源三聯件（過濾、減壓、油霧器）以設定壓力出能源介質箱，經硬管送至拖鏈上的軟管后進入機內配管，由換向閥控制進入同步氣缸，使夾鉗作夾緊與放開動作。
火焰切割機的冷卻水進、出水管路如下：
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖 2.1 冷卻水進、出水管路示意圖
冷卻水經機外硬配管、拖鏈軟管引上切割機后，分兩路進入割槍、上箱體下箱體和夾鉗，然后進入拖鏈回水管，最后通過機外硬配管系統排放。
另一路由電磁換向閥控制進入長度測量裝置氣缸，使測量輥作靠攏鑄坯與脫離鑄坯動作。
2．7 切割車行程控制
切割車行程控制由接近開關與感應片組成。接近開關裝在切割機上箱體的水套中，以防在高溫狀態下的失靈，感應片焊接在機架上。
2．8 長度測量裝置
1. 度測量裝置為一由氣缸推動可擺動的空心軸，空心軸上裝有一個表面經特殊硬化處理的測量輪，其擺動支撐座安裝在切割機機架上。鑄坯到達測量點之前，空心軸應擺動至上位。當上位機發出鑄坯到位信號后，氣缸推動其擺動至下位，測量輪與鑄坯側面接觸，鑄坯靠摩擦力通過測量輪帶動空心軸旋轉。在空心軸上端通過一對開式齒輪傳動副連接一個增量式光電編碼器。測量輪的周長與脈沖發生器的每轉脈沖數是匹配的，通過光電編碼器將測量數據反饋到PLC中去。冷卻水流經測量輪、空心軸后排出。
2.產度測量裝置也可以配置紅外線熱金屬探測器，探測器每流一套安裝在長度測量機架上，探測器需要一路壓縮空氣、冷卻水出口和出口管路。
3.度測量裝置也可選用DC24VP碰錘，碰錘每流一套安裝在測量機架上，并與機架絕緣。
2．9 能源介質控制箱
2．9.1 概述
能源介質控制箱的功能是將用戶管道來的各種不同壓力的能源介質調整到火焰切割機正常切割所需的工作壓力。
本廠提供的能源介質控制箱具有這樣的特點：在進口壓力波動較大，切割所需的氣源流量也很大的情況下，通過具有先進水平的減壓閥的調壓，使出口氣壓控制在正常切割所需的工作壓力，并持續穩定地供應各種氣源。
安裝位置：一般安放在離火焰切割機切割區域不太遠（10米以內）的兩側。這樣既可以使火焰切割機的現場配管長度比較合理，又便于在進行壓力調整的時候，操作工可看清割槍的火焰。
結構形式：為立式箱形結構。箱體的前后均可開門，便于維修。箱體的一側配有電氣端子箱（地上接線端子箱），將切割機上所有電控元器件和能源介質箱內電磁閥的接線電纜連接到此端子箱。
2．9.2 簡介
（1）箱體。為立式箱形結構。所有的控制元器件及聯接管路均可安裝在該箱體內，箱體下部為能源介質的進口，上部為能源介質的出口。如用戶特殊需要，也可進、出口換向設計。箱體的前后均為雙開門，便于維修。箱體的一側配有一個電氣端子箱（地上接線端子箱），將切割機上所有電控元器件和能源介質箱內電磁閥的電纜連接到此端子箱。
（2）閥門類。共有六種類型。
1. 安裝在能介箱內各進氣總管和分路管道上的球閥。其總管所用型號為Q11F-16TG2；分管所用型號為Q11F-16TG3/4。
2. 安裝在燃氣總管上的止回閥。型號為MF，其功能一是防止燃氣回火，二是過濾氣體種的雜質。
3. 安裝在氧氣和燃氣分管上的減壓閥。切割氧減壓閥型號為MD200；預熱氧減壓閥型號為RE25-HG；燃氣減壓閥型號為RE4PM-G。
4. 安裝在氧氣和燃氣分管上，控制每一路氣源開、關的二位二通電磁閥（德國進口件）。
5. 安裝在預熱氧管和燃氣管旁路上的氣體調節閥。其型號為DP5。
6. 安裝在壓縮空氣管路上的三聯件氣源處理裝置。其型號為399．293。
（3）管路。分為進氣總管和各供氣分管。
各種介質的進氣總管各一根。其中在氧氣和燃氣總管上裝有過濾器和壓力表。
氧氣總管在箱體內分成預熱氧和切割氧兩路然后根據該箱體控制切割槍的數量再分成相應的十路分管。
在每一路預熱氧分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥、MD200氧氣減壓閥和二位二通電磁閥。
在每一路預熱氧分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥、RE25-HG預熱氧減壓閥和二位二通電磁閥，在電磁閥的下部配有一旁路，上裝有DP5氣體調節閥，供調節割槍點火火焰之用。
燃氣總管在箱體內根據該箱體控制切割槍的數量分成相應的五路分管。
在每一路燃氣分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥，RE4PM-G燃氣減壓閥和二位二通電磁閥，在電磁閥的下部也配有一旁路，上裝有DP5氣體調節閥，供調節割槍點火火焰之用。
2.10 技術參數
1切割參數
鑄坯規格
120×120mm--250×250mm
鑄坯溫度
>600℃
切割定尺
>2.5m
切割區最小行程
2400mm
2運動參數
切割機運行速度
11.0m/min(快進、快退)
2.5m/min（慢進、慢退）
割槍運行速度
0—700mm/min（可調）
割槍正常切割速度
300—450mm/min
3結構參數
軌距
800mm
輪距
750mm
輥道面與軌道面高差
1000mm
割槍行程
300mm
切割槍數
每臺1把
4能源介質參數
種類
壓力(MPa)
耗量(Nm3/h)
備注
氧氣
≧1.0
58（每把槍）
純度
燃氣：
4—6（每把槍）
熱值>57458KJ/Nm3
①乙炔
0.07—0.10
35--40（每把槍）
熱值>16800KJ/Nm3
②焦爐煤氣
0.25—0.50
9—11（每把槍）
熱值>95900KJ/Nm3
③高能氣
0.05—0.07
3（每臺車）
熱值>94100KJ/Nm3
④石油液化氣
0.05—0.07
10（每臺車）
無油污雜質
壓縮空氣
0.40—0.60
6（每臺車）
工業凈化水
冷卻水
0.60—0.80
3 電氣控制的設計
火焰切割機電氣設計要求包括六流火焰切割機的供配電設計，傳動設計和控制操作功能設計。
3.1 電氣控制工藝要求
3.1.1 控制設備
火機行走傳動電機（～380V交流變頻控制快慢調速，0.37KW）另帶DC24V失電制動器、火切機割槍擺動傳動電機（～380V交流變頻控制快慢調速，0.25KW）、同步夾緊臂電磁閥、預熱氧電磁閥、切割氧電磁閥、燃氣電磁閥、小車行程開關（原位、前位、PNP二線制）、切槍限位接近開關（原位、終位、PNP二線制）、夾緊臂原位限位開關（PNP二線制）。
3.1.2 操作控制
（1） 手動位
小車前進：傳動電機制動器釋放火切機傳動電機正轉小車前進指示燈亮 碰到小車前位限位 火切機傳動電機停轉、小車前進指示燈滅。
小車后退：傳動電機制動器釋放火切機傳動電機反轉小車后退指示燈亮 碰到小車原位限位 火切機傳動電機停轉小車后退指示燈滅，小車停止運行。
小車停止：火切機傳動電機停止。
切割槍快進（切割速進）：火切機傳動電機快速（以切割速度前進，調節操作臺上的調速電位器改變切割速度）運轉 切割槍快進（切割速進）指示燈亮 碰到割槍終位限位 火切機傳動電機停轉，切割槍快進（切割速進）指示燈滅。
切割槍停止：火切機傳動電機停轉，割槍停止運行。
切割槍退回：傳動電機反轉。
切割槍夾緊：切槍夾緊臂電磁閥得電，切割槍夾緊指示燈亮。
切割槍松開：切槍夾緊臂電磁閥失電，切割槍夾緊指示燈滅。
預熱火焰開：預熱氧電磁閥得電，燃氣電磁閥得電，預熱火焰開指示燈亮。
預熱火焰關：預熱氧電磁閥失電，燃氣電磁閥失電，預熱關火焰關指示燈亮。
切割火焰開：切割氧電磁閥得電，燃氣電磁閥得電，切割火焰開指示燈亮。
切割火焰關：切割氧電磁閥失電，燃氣電磁閥失電，切割火焰關指示燈亮。
（2）自動位
定尺裝置發出切割指令或手動切割指令 切槍夾緊臂電磁閥得電、切割槍夾緊，預熱氧電磁閥得電、燃氣電磁閥得電，預熱火焰打開 經延時6秒 切割氧電磁閥得電（切割火焰打開，割槍傳動電機以切割速度正轉（調節操作臺上的調速電位器改變切割速度）），切割槍向前運行。碰到割槍終位限位 切槍夾緊電磁閥失電（切割槍松開）割槍傳動電機停轉、切割氧電磁閥失電、預熱氧電磁閥失電、燃氣電磁閥失電（切割火焰關閉） 割槍傳動電機反轉、割槍返回原位 經延時3秒小車傳動電機快速反轉，小車向后退行 碰到小車原位限位小車傳動電機停轉、小車停止運行。
3.1.3 電氣設計中應注意的問題
（1）
盡量減少電氣線路的電源種類。
（2）
盡量減少電氣元件的品種、規格、數量。
（3）
合理安排觸點位置。
（4）
盡可能減少通電電器的數量。
（5）
正確聯接電路的線圈。
（6）
防止出現寄生電路。
（7）
設計控制電路時應考慮各種連鎖關系以及電氣系統中具有的各種電氣保護措施，如過載、短路、欠壓零壓、限位超程保護等。同時還要考慮信號指示，故障檢測及報警等。
3.2 電氣傳動方式的選擇
電氣傳動形式的選擇是電氣設計的主要內容之一，也是以后各部分設計內容的基礎和先決條件。一個電氣傳動系統一般由電動機、電源裝置及控制裝置三部分組成，電源裝置和控制裝置緊密相關，一般放在一起考慮，三部分各自有多種設備或線路可供選擇，設計時應根據生產機械的負載特性、工藝要求及環境條件和工程技術條件選擇電氣傳動方案。它是由工程技術條件來確定的。
在交流電動機能滿足生產需要的場合都應采用交流電動機。具體應考慮以下幾點。
（1） 需調速的機械，包括長期工作制、短時工作制和重復短時工作制機械，應采用交流電動機。僅在某些操作特別頻繁、交流電動機在發熱和制動特性不能滿足要求時，才考慮直流電動機，只需幾級固定速度的機械可采用多速交流電動機。
（2）需要調速的機械，宜采用交流電動機。目前交流調速裝置的性能、轉矩響應時間與成本已能和直流調速裝置競爭，越來越多的直流調速應用領域已采用通用變頻器控制。
（3）在環境惡劣場合，例如高溫、多塵、多水氣、易燃、易爆等場合，宜采用交流電動機。
（4）電動機的結構型式應當適應機械結構的要求，再考慮到現場環境、可選用防護式、封閉式、防腐式、防爆式以及變頻器專用電動機等結構型式。
3.2.1 電動機的啟動
直接啟動
直接起動就是直接加額定電壓起動，也叫全壓起動。這是一種簡單的起動方法，不需要復雜的起動設備，但起動電流大，一般可達額定電流的4～7倍。所以只適用于小容量電動機的起動。
這里所指的“小容量”，不僅取決于電動機本身容量的大小，而且還與供電電源的容量有關。電源容量越大允許直接起動的電動機容量也就越大。電源允許的起動電流倍數可用下面的經驗公式估算
Ist/IN=3/4+電源總容量（KVA）/4電動機容量（KW）
式中：Ist為電源允許的起動電流；IN為電動機定子額定電流。
只有當電動機的起動電流倍數小于或等于電源允許的起動電流倍數時，才允許采用直接起動的方法。
3.2.2 電動機的制動
當電動機定子饒組斷電后，由于慣性作用，電動機不能馬上停止運轉。而很多生產機械，如起吊重物的行車，機床上需要迅速停車、準確定位的機構等，都要求電動機斷電后立即停轉。這就要求對電動機進行制動，強迫其立即停車。常用的制動方式有機械制動和電氣制動。
（1）機械制動
所謂機械制動就是利用機械裝置使電動機斷電后立即停轉。目前使用較多的機械制動裝置是電磁抱閘，它的主要工作部分是電磁鐵和閘瓦制動器。電磁鐵由電磁線圈、靜鐵心、銜鐵組成；閘瓦制動器由閘瓦、閘輪、彈簧、杠桿等組成。其中閘輪與電動機轉軸相連，閘瓦對閘輪制動力矩的大小可通過調整彈簧彈力來改變。
采用電磁抱閘制動的優點是通電時制動裝置松開，斷電時它能起制動作用，適用于要求斷電時能進行制動的生產機械和其他機械裝置。
（2）電氣制動
所謂電氣制動，就是電動機需要制動時，通過電路的轉換或改變供電條件使其產生與實際運轉方向相反的電磁轉矩—制動力矩，迫使電動機迅速停止轉動的制動方式。
3.2.3 電動機的選擇
小車因為對起動制動位置精度要求較高，固選用帶有機械制動器的電動機。割槍選用電氣制動。
表3-1 交流電動機的電流計算公式
cosφ以0.75計算
η以0.75計算
cosφ以0.85計算
η以0.85計算
注：（1）計算公式中，如無功率因數cosφ，效率η的數據時；單像電動機均以0.75計算；三相電動機以0.85計算。
（2）電動機功率如以馬力HP表示時，與千瓦KW的折算關系為：1HP=0.746KW。
3.2.4 電動機電流的估算
Y802-8：
0.25KW×2=0.5 A
YEJ7124：
0.37KW×2=0.74A
表3-2電動機參數
3.3 電動機的調速控制
異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的，在調速中從高速到低速都可以保持較小的轉差率，因而消耗轉差功率小，效率高。可以認為，變頻調速是異步電動機的唯一最為合理的調速方法。隨著電力電子技術和微機應用的不斷發展，能夠提供一種合乎異步電動機調速要求的變頻電源裝置，與結構簡單的異步電動機組成調速系統，在調速性能上已能和直流電動機調速系統相媲美。
3.3.1變頻調速的基本控制方式
異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為
式中 —同步轉速（r/min）
—定子頻率（Hz）
—磁極對數。
而異步電動機的軸轉速為
式中 S—異步電動機的轉差率，
改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現調速運行。
對異步電動機進行調速控制時，希望電動機的主磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉矩小，電動機的負載能力下降；磁通太強，則處于過勵磁狀態，使勵磁電流過大，這就限制了定子電流的負載分量，為使電動機不過熱，負載能力也要下降。異步電動機的氣隙磁通（主磁通）是定、轉子合成磁動勢產生的，下面說明怎樣才能使氣隙磁通保持恒定。
變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，它又稱為間接式變頻器。
圖3.1 變頻器示意圖
3.3.2 變頻器的選擇
變頻器選擇：根據電動機額定電流I，或電動機實際運行中最大電流Imax而定，一般令變頻器額定電流
≥（1.05～1.1）
或
≥ (1.05～1.1)
式中 —電流最大有效值
按容量選擇，則變頻器容量
（KVA）
式中—電動機額定電壓，V；
—電動機額定電流，A；
K—安全系數，通常為1.05～1.1
電動機：
Y802-8
=0.5A 則 ≥0.55A
=1.1*1.732*380*0.55*
=0.4KVA
又1KVA=0.8KW
0.4*0.8=0.32KW
YEJ7124 =0.74A 則 ≥0.814A
=1.1*1.732*380*0.814*
=0.59KVA
0.59*0.8=0.472KW
表3-3環境溫度40°C時標準額定數據，安裝和尺寸
額定電機功率 （KW）
額定輸出電流I2（A）
模塊選型
模塊尺寸及重量（kg）
200-240V，三相50/60HZ
0.37
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
2.2
3.0
4.3
5.9
7.0
9.0
ACS143-K75-1
ACS143-1K1-1
ACS143-1K6-1
ACS143-2K1-1
ACS143-2K7-1
ACS143-4K1-1
A/0.8
A/0.8
B/1.1
C/1.5
C/1.5
D/1.8
380-480，三相50/60HZ
0.37
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
0.37
0.55
0.75
1.1
1.2
1.7
2.0
2.8
3.6
4.9
1.2
1.7
2.0
2.8
ACS143-K75-3
ACS143-1K1-3
ACS143-1K6-3
ACS143-2K1-3
ACS143-2K7-3
ACS143-4K1-3
ACS143-H75-3
ACS143-1H1-3
ACS143-1H6-3
ACS143-2H1-3
A/0.8
A/0.8
B/1.1
B/1.1
C/1.5
D/1.8
H/0.7
H/0.7
H/0.7
H/0.7
由于主電路的電源為工頻電源，所以選擇380V，三相50/60HZ的變頻器。
故電動機Y802-8取變頻器
ABB ACS143-K75-3 0.37KW 額定輸出電流1.2A 模塊及重量A/0.8
電動機YEJ7124 取變頻器
ABB ACS143-1K1-3 0.55KW 額定輸出電流1.7A 模塊及重量A/0.8
圖3.2 宏的設置
3.3.3
變頻器的參數設置
表3-4 變頻器參數
代碼
描述
設置
9902
APPLIC MACRO（應用宏）
9905
MOTOR NOM VOLT（電機額定電壓）
380V
9906
MOTOR NOM CURR（電機額定電流）
0.5A（割槍）
0.74A（小車）
9908
MOTOR NOM SPEED（電機額定轉速）
1440rpm
1105
EXT REF1 MIN（外部給定1低限）
1106
EXT PEF2 MAX（外部給定1高限）
50HZ
1201
CONST SPEED SEL（恒速選擇）
DI 1
1202
CONST SPEED 1
1401
RELAY OUTPUT 1（繼電器輸出1）
4
1402
RELAY OUTPUT 2繼電器輸出2
2
3101
NR OF TRIALS（復位次數）
5
3102
TRIAL TIME（復位時間）
5S
3103
DELAY TIME（延時時間）
1S
3104
AR OVERCURRENT（AR過流）
1
3105
AR OVERVOLTAGE（AR過壓）
1
3106
AR UNDERVOLTAGE（AR欠壓）
1
3107
AR AI
1
3.4 電氣工藝的確定
小車和割搶冷卻水打開（否則電源打開后會自動報警），電源開關開，各置位復位觸發器復位，小車制動器得電，自動定尺裝置發出切割信號，夾緊臂電磁閥得電，夾緊臂氣缸工作，夾緊臂夾緊方坯，火焰切割機隨方坯一起前進。預熱氧、預熱燃氣電磁閥開，預熱氧、預熱燃氣管路通，割槍開始預熱。預熱6秒后，切割氧電磁閥開，切割氧管路通，割槍轉為切割火焰。割槍變頻器DI 1得電，割槍電動機正轉。（此時可通過調節操作臺上的電位計來調節割槍的切割速度）當割槍碰到割槍前限位時，夾緊臂電磁閥失電，氣缸帶動夾緊臂回原位，預熱氧，預熱燃，切割氧電磁閥均失電，各氣體管路關閉，同時割槍變頻器DI1、DI2、DI3均得電，割槍電動機得電、反轉，割槍以設定的恒定速度返回。割槍碰到原位，停3秒，小車變頻器DI1、DI2、DI3得電，小車電動機得電、反轉，小車以設定的恒速返回，小車碰到原位限位，小車變頻器DI1、DI2、DI3失電，小車制動器得電，小車停止在原位，等候下一個切割指令。
另：1.在小車和割槍冷卻水沒有打開的情況下打開電源，系統會自動報警。
2.為保護火焰切割機，小車設有前限位，當小車碰到前限位時，無論是否切割完畢，夾緊臂電磁閥失電，夾緊臂松開，割槍自動關閉切割火焰返回原位，小車返回原位。
3.各電路均有自動開關保護，當電器電流過載時，自動開關斷開，系統失電。
4.各主電路中開關由操作臺上按鈕連接交流接觸器來控制，出現緊急情況，可由人工斷開電路。
4 PLC的選擇
4.1 PLC簡介
可編程序控制器（PLC）是微機技術與繼電器常規控制技術相結合的產物，是近年來發展最迅速應用最廣泛的工業自動控制裝置之一。它以其可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能、易于與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數與位控等高性能模塊等優異性能，日益取代由大量繼電器、時間繼電器、記數繼電器等組成的傳統繼電器-接觸器控制系統，在機械、化工、電力、輕工等工業控制領域得到廣泛應用。
PLC的工作方式
PLC是采用循環掃描的工作方式來完成控制的，每個掃描周期分為輸入采樣、程序執行、輸出刷新三個階段。
1.輸入采樣階段
每個掃描周期開始，控制器首先順序讀入所有輸入端的信號狀態（0或1），并逐一存入狀態寄存器中。輸入狀態寄存器的位數與輸入端子數目對應，因而輸入狀態寄存器又稱為輸入鏡像寄存器。輸入采樣結束后，即使輸入狀態變化，輸入狀態寄存器的內容也不會發生改變，這些變化只能在下一周期的輸入采樣階段才被讀入。
2.程序執行階段
組成PLC用戶程序的每條指令都有順序號，在PLC中稱為步序號。程序是按步序號依次存入存儲單元。程序執行期間，地址計數器順序尋址，依次指向每個存儲單元，控制器順序執行這些指令。對指令指定的輸入狀態寄存器、輸出或內部輔助繼電器、定時器、計數器、狀態器的狀態進行邏輯運算，運算結果通過輸出指令存入輸出狀態寄存器。輸出狀態寄存器的位數與輸出元件數目相對應，所以它又稱為輸出鏡像寄存器。
3.輸出刷新階段
在所有的指令執行完畢后，輸出狀態寄存器中所有的狀態，在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器，驅動輸出繼電器的線圈，形成PLC的實際輸出。
在一個周期執行完畢后，地址計數器恢復到初始地址，重復執行上述三個階段的工作。一個掃描周期一般為20～50ms。
4.2 SIMATIC S7-300 PLC
S7-300是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值；方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統。
圖4.1 PLC硬件圖
1.電源模塊 2.后備電池 3.24V DC 連接器 4.模式開關
5.狀態和故障指示燈 6.存儲器卡（CPU 313以上）
7.MPI多點接口
第5篇：電氣和自動化論文范文
關鍵詞：中壓斷路器；漏氣；機構；水分大；產品可裝配性評價
中圖分類號：TM56 文獻標識碼：A
中壓斷路器通常是指電壓等級在3.6kV～40.5kV斷路器產品的統稱，它仍屬于高壓電器的范疇[1]。隨著社會經濟的發展，社會各行各業對高壓電器設備的需求呈現逐年遞增的趨勢，伴隨著國家農網改造的推進，市場對中壓斷路器產品的需求量更是大增。中壓斷路器產品承擔著使高壓輸電向低壓（用戶）配電轉換的中間重要環節，為電力系統的安全運行起到非常重要的作用。
目前，我平高集團生產的中壓斷路器產品主要有LW8、LW34、LW35、LW55等系列的六氟化硫斷路器和ZW30、ZW55等系列真空斷路器產品。隨著我平高集團產品系列的逐漸完善、技術的不斷提升和市場對中壓產品需求量的增加，近年來中壓產品合同量呈現快速增加趨勢，一度曾出現產能不能滿足需求的情形。細思中壓產品在生產中，不能很好滿貨期的原因，大致可理解為：在生產任務量大的高峰期以前難易暴漏的問題，突然暴漏出來，而沒有很好的解決方案予以解決，從而出現了一系列的生產技術問題。本文主要結合筆者對斷路器產品工藝技術的了解，對中壓斷路器產品在進行生產制造過程中的常見問題進行分析，并提出解決方案，以期對從事中壓斷路器產品設計生產等方面人員提供參考。
1.中壓斷路器生產常見問題及解決方案
中壓斷路器產品在進行生產制造中的常見問題主要有：一、產品本體漏氣；二、機構問題；三、產品本體水分處理難度大且水分處理周期長；四、產品調試問題等，這些常見問題已經成為影響中壓產品在生產高峰期進行正常生產的主要原因，解決這些問題對提高中壓斷路器廠產能和產品質量具有重要意義。
1.1 產品本體漏氣
為全面了解中壓產品漏氣情況，筆者曾對中壓六氟化硫斷路器產品的漏氣情況進行了統計，統計結果顯示，檢漏產品共37臺份，發現有漏氣問題的產品有8臺份，產品漏氣率21.62%，產品漏氣率嚴重超標。對中壓真空斷路器產品的漏氣情況進行統計，結果顯示，統計產品573臺份，其中漏氣產品有51臺份，產品漏氣率8.9%，產品漏氣率也較嚴重。車間的高漏氣率造成了產品的高返修率，造成車間的整體生產效率的下降。筆者經過總結，發現產品的漏氣形式主要有以下幾種：
（1）氣路漏氣。氣路漏氣的形式主要有：a）接頭處漏氣；b）氣路焊縫處漏氣；c）三通閥（接頭處）漏氣；d）三通與氣路連接處漏氣；e）三通與密度表（或壓力表）接頭處漏氣等；
（2）密度表或壓力表漏氣，在實際統計和調查中發現，壓力表漏氣的概率大于密度表漏氣的概率，且在產品運行現場返修的產品中，由于產品分合閘操作而致壓力表漏氣或指針不準確的情況較多；
（3）瓷瓶法蘭與接線板的密封面處漏氣
該漏氣形式主要有：a）O型密封圈有缺陷；b）接線板或法蘭接觸面有劃痕、氣孔缺陷坑；c）螺絲孔漏氣等；
（4）接線板與拐臂盒密封處漏氣
該漏氣形式主要有密封面處的劃痕、缺陷坑、O型密封圈的缺陷等；
（5）拐臂盒焊接處漏氣
（6）軸封處漏氣
（7）瓷瓶與法蘭連接密封處漏氣
（8）瓷瓶與單極頂部蓋板（或帽子）處漏氣
該類露餡形式主要有蓋板密封面平面度、光潔度不滿足要求、O型密封圈變形等。
經過分析知，產品本體漏氣主要來自源于產品密封件的質量問題，另外在裝配過程中由于零部件傳遞原因導致密封面受損或者將O型密封圈變形等也是導致產品漏氣的原因所在。所以，解決中壓斷路器產品漏氣問題應從嚴格控制密封性零部件的進廠檢驗、清洗、轉運等環節出發，對產品裝配工藝進行優化，引進合理工裝輔助完成重點裝配。實踐證明，對進廠密封零部件進行嚴格控制和對車間工藝進行合理優化，已經對產品漏氣率的控制起到積極作用。
1.2 機構問題
目前，中壓斷路器產品配用機構，由于產品本體、機構分別由不同廠家生產提供，出現機構不能與斷路器本體很好匹配，進而在斷路器產品進行機械特性調試時出現一系列問題，主要表現在：
（1）機構空合。經過長期的調試總結，在機構發生空合時，適當調整合閘調節螺桿可以解決此問題；
（2）扇形板不過半軸。該情況一般通過調整主拉桿螺桿即可。
（3）機構低電壓狀態下不合閘。造成機構在低電壓操作下不合閘的原因主要有：a）合閘控制板連接的扭簧扭力太大，合閘頂桿不能夠推動；2）合閘頂桿端部與合閘板距離較小，合閘后操作后線圈產生的力，不能夠使頂桿產生足夠大的推力，從而出現不能實現合閘的結果等。
解決機構低電壓狀態下不合閘的措施主要有：a）適當調節合閘控制板連接的扭簧，以減小合閘阻力；b）適當調節線圈頂桿端部與合閘控制板間的距離，距離適當增加后加大了頂桿行程，機構合閘后頂桿端部在與合閘控制板作用時產生大的推力，從而完成合閘動作；3）若以上兩種操作都不能完成合閘動作，此時選擇更換合閘線圈，進行再調試。
（4）機構輸出速度小（或大）。對于目前中壓斷路器所配用的彈簧操動機構，在出現機構輸出速度小（或大）的情況時，首先調整分合閘彈簧伸縮量，以使其達到需求輸出速度。在調節分合閘彈簧時，有這樣一規律，即調節合閘簧只影響合閘速度，不影響分閘速度，調節分閘簧既影響分閘速度又影響合閘速度。
1.3 產品本內部水分大問題
在中壓斷路器產品生產量小時，水分處理似乎不是很大的問題，因為我們有足夠的時間和資源用于產品的水分處理。但是，隨著產品生產量的增加和市場要求降低生產成本的雙重壓力下，水分處理成為了高壓電器制造行業的一大難題，特別是在夏季空氣濕度較大的季節，水分處理難且處理周期長這一難題尤為突出。
傳統的水分處理工藝，大多是依靠工人經驗所得，缺乏科學理論及試驗數據支撐，在產能較低的生產狀態下還可以滿足需求，但隨著行業對產能提升及降低生產成本的要求的提高，現有的工藝已不能滿足未來行業的發展的需求。所以，從新的思路出發，對現有的水分處理工藝進行深入研究，從而探索出新的水分處理工藝及思路對解決水分處理難且周期長的問題顯得非常必要和迫切。為解決高壓電器水分處理問題，我們專門成立了水分處理項目組，對水分處理進行了深入細致的研究，并取得了顯著成效。經過總結，我們得出在水分處理方面，需要從以下幾方面著手，從而有緩解水分處理難度并縮短水分處理周期。
（1）斷路器裝配廠房合理規劃，設置單極裝配封閉間，合理規劃烘房，并采用合理的零部件烘干工藝；
（2）嚴格控制產品裝配過程，保證關鍵工序的裝配環境、裝配時間等因素；
（3）整體優化產品工藝，從工藝方面控制產品裝配過程水分；
（4）提高工人產品質量意識，從裝配一線控制產品質量。
1.4 產品調試問題
中壓產品機械特性調試的內容主要有：分合閘速度、分合閘時間、同期性、合閘彈跳時間（真空斷路器）等。目前，中壓斷路器產品的調試占用時間較長，效率較低，在生產高峰期，產品調試也是制約車間整體生產效率提升的一大主要因素。所以，對中壓斷路器調試方面進行深入研究，并尋找出提高產品調試效率的方法具有很大的現實意義。
據筆者了解，影響斷路器產品調試的因素主要有：
（1）同期大。同期大主要是指斷路器產品三極分閘和合閘同期大，解決同期大的方法主要是根據現有的同期性大小通過微調機構傳動中的四連桿螺桿，逐漸使同期性滿足出廠要求。
（2）斷路器拒分拒合。斷路器拒分拒合，即指產品不能夠實現分合閘之間的切換，在分閘狀態下不能夠實現合閘操作，在合閘狀態下不能夠實現分閘操作，這種情況在調試時發生的幾率較小。解決方案主要是通過調節機構與本體連接的主拉桿和連桿。
（3）彈跳大。彈跳大，是指真空斷路器產品在合閘動作時，從動靜觸頭剛接觸到完全處于合閘靜止狀態的時間超出產品技術條件中要求的時間。彈跳大，易造成真空滅弧室內部燒蝕，進而影響滅弧效果，所以，IEC對此進行了嚴格要求。由于"彈跳大"的影響因素較多，目前在技術方面還沒有一個具體有效的解決方案，主要依靠工人的調試經驗。
2 建議。根據筆者對中壓斷路器產品的了解，針對產品在生產制造過程中的問題，提出以下幾點建議，旨在提高公司產品質量和裝配效率，并同時降低生產成本。
（1）技術人員應深入一線，了解一線，從根本上做有益于產品質量提升、裝配效率提高、生產成本降低的事情。
在豐田的生產模式當中，豐田的領導和職工堅持"在做中學習"，從而使豐田的設計、技術人員對產品都特別的熟悉，尤其是工藝人員，他們對產品的裝配都了如指掌，這為他們在進行工藝規劃等方面的工作開展，提供了強大技術后盾。放眼我公司現狀，在公司范圍內提倡技術人員深入一線，在做中學習，顯的非常重要，這勢必會為公司技術工藝等方面的發展提升一大臺階，使設計工藝等方面的人才素質得到極大提升。
（2）加強產品裝配自動化程度。
隨著市場的發展，目前各行各業對產品裝配自動化程度的要求越來越高，在高壓電器行業，中低壓開關柜生產企業，如廈門ABB、許繼電氣、森源電器等都已引進自動化流水線設備，中壓斷路器生產企業，如北京ABB、如高電器等都有自動化設備的身影。裝配自動化設備的引進有以下幾種緣由：1）降低勞動強度，提高生產效率，提高產能，滿足市場高產能、短交貨期要求；2）提高企業在同行中的知名度，贏取更大市場合同量；3）市場對節能減排、降低生產成本的需求。從各個角度講，積極引進適合我公司產品裝配的自動化設備，對我公司的持續快速健康發展都有重要的意義。
（3）積極開展產品可裝配性評價技術研究。
產品的可裝配性是對產品裝配難易程度的一種評價，它與產品結構、裝配方法和裝配資源有密切的關系。產品的可裝配性評價強調在設計的早期階段就考慮產品的裝配環節及其相關的各種因素的影響，在滿足產品性能與功能的條件下改進產品的裝配結構，從有利于產品裝配的角度出發對產品設計進行評價，并根據評價結果通過再設計改進設計方案，使設計出來的產品不僅可以高效、快速地裝配，而且能夠盡可能地降低裝配成本和產品總成本。[2]
目前，產品可裝配性評價技術已在汽車制造行業得到了廣泛應用，并取得了顯著成效。所以，在我公司范圍內積極深入開展產品可裝配性評價技術研究，對公司產品設計的周期、設計的質量、成本的控制、工藝的最優化等方面的控制將起到積極作用。
（4）加強零部件檢查力度，明確產品可追溯性，發現問題及時解決。提高對中壓斷路器產品漏氣形式及原因的分析，不難得出，密封性零部件的實物質量是造成產品漏氣和產品高返修率的主要原因，所以加強零部件檢查力度，并明確產品可追溯性，發現問題及時解決，對于整體提升車間裝配生產效率具有重要意義。
（5）建立車間激勵機制，鼓勵工人技術經驗分享，避免技術獨享、流失等現象，促進公司持續健康快速發展。目前，在車間存在一種"技能自私"現象，部分工人將個人技術或經驗視為私有，不愿與其他人分享，從而造成某些崗位只有個別人才能完成，其他人都很難完成的現象。細思其中，原因有種種，但如何擺脫這一怪現象才是目前急需解決的一大問題。所以，建立合理的車間激勵機制，鼓勵工人進行技術經驗分享，有效開展"傳、幫、帶"活動，避免技術獨享、流失等現象，促進公司持續健康快速發展，是我們當下急需思考和解決的問題所在。
結語
隨著市場經濟的發展，社會對高壓電器設備的需求量將逐年增加，中壓開關設備作為高壓電器設備中的重要組成要素，探索并解決中壓開關產品生產中的技術問題，對提升產品質量、推動企業的持續健康快速發展有重要意義，筆者以期通過本文對中壓開關產品的未來發展做出微薄之力。
參考文獻
第6篇：電氣和自動化論文范文
論文摘要：PXI是PCI在儀器領域的擴展（PCI Extension for Instrumentation），其技術規范是NI公司于 1997年9月1日推出的，現已有60多家聯盟。PCI局部總線可以在33 MHZ和32位數據通路的條件下達到峰值132 Mb/s的帶寬，在66 MHZ和64位數據通路的條件下達到峰值528 Mb/s的帶寬。PXI吸收了VXI的優點，同時受益于Compact PCI（CPCI），因而速度更快、結構堅固緊湊、系統可靠穩定，在射頻和微波頻帶以下的低、中高頻段可以替代VXI而且價格優勢明顯，深受廣大用戶歡迎，目前正朝氣蓬勃地向商用與軍用領域拓展。
本文在研究 PXI總線規范的基礎上，研究和設計了基于PXI總線的高速數字I/O卡，本文概要地介紹了PXI總線的發展和體系結構。在模塊的設計中，經過方案對比采用了PCI9054加FPGA的PXI總線接口硬件設計；在數據存儲方面選擇了FIFO作為存儲器，免去了地址信號，從而簡化了電路設計和時序控制。采用ALTERA公司的FPGA設計了整個模塊的邏輯控制。
此外，本文還對DSP的硬件設計作了簡單的介紹， 該DSP是用來實現正交解調。因此，在介紹了DSP后，對正交解調的數字方法作了詳細的闡述，并給出了仿真結果。
在軟件部分，本文研究了PXI總線設備驅動程序和軟件面板的設計方法。介紹了幾種設備驅動程序的開發工具，并選用DDK 完成了驅動程序的設計，給出了一些PXI設備驅動代碼。最后通過VC++編寫了軟件面板。
1 緒 論
1.1 自動測試系統發展概況
信息時代的到來，極大的促進了科學和生產的發展，而現代科研生產對測試和測量提出了更高的要求，其測試工作量之大，內容之復雜，對測試速度、精度要求之高，已經使原有的測試方法、測試手段和測試設備不能滿足這方面的要求。因此，信息產業的高速發展促進和推動著自動測試技術及系統集成技術迅速發展。微電子技術和計算機技術的最新成果更促進了測試技術和儀器與計算機的結合，為自動測試技術及系統集成技術的發展創造了極其重要的條件[1] 。
現代自動測試系統的發展方向是標準化、模塊化和系列化，而標準的總線技術和軟件技術是實現這三化的關鍵技術。總線技術則是自動測試系統的核心，它的發展推動了自動測試系統的更新換代。
通用目的接口總線GPIB（也就是IEEE488，IEC625 BUS，或稱HP-IB）是七十年代開始廣泛應用于實際的針對于可程控儀器的一種數字接口標準[2][3][4]。它的目的就是簡化測試設備的設計并提供和計算機組建通用的自動測試系統的方法和接口規范[5] 。在當今世界各國，GPIB的應用已十分普遍，各廠家生產的儀器可以說是無不裝備通用接口。這些儀器包括信號源、程控電源、數字電壓表、數字萬用表、計數器、掃描器、網絡分析儀、邏輯狀態分析儀、繪圖儀等數十種產品[6] 。GPIB測試系統的影響力由此可見一斑。
隨著微電子技術和集成電路工藝的深入發展，16位、32位微處理器芯片價格不斷下降，應用也日益廣泛，智能儀器本身的處理速度和通信能力已大大提高。在這種背景下，1987年7月，美國五家儀器制造商聯合宣布支持一種叫做儀器VME的總線即VXI（VME Extensions for Instrumentation）總線，為整個測試界確定了一種尺寸縮小、重量減輕、測試時間配合緊密、工作可靠性高的模塊式儀器標準[7][8] 。這種模塊式的儀器的優勢在于模塊之間可以高速通訊，可進行多通道數據采集，此外系統尺寸大為減小且規格統一便于組合，借助于自身優勢與GPIB總線配合，既實現了控制器與儀器間的通訊，又保證了各模塊同步運行[9]，這一開放式的標準的實施和應用，給當今測量儀器行業的發展帶來了新的活力。VXI測試系統也因此在航空航天、醫療、工業、交通管理乃至實驗室內廣泛應用。它為所謂的虛擬儀器的實現邁出了重要一步。
作為對PCI總線在儀器領域的擴展，1997年美國國家儀器（NI）公司的一種高性能低價位的開放性、模塊化儀器總線 PXI（PCI extensions for Instrumentation）[10][11]，它將PXI 規范定義的PCI總線技術發展成適合于試驗、測量與數據采集場合應用的機械、電氣和軟件規范，從而形成了新的虛擬儀器體系結構。制訂 PXI 規范的目的是為了將臺式PC的性能價格比優勢與 PCI 總線面向儀器領域的必要擴展完美地結合起來，形成一種小型、廉價為主要特點的虛擬儀器平臺。它對用戶來說具有十分良好的軟硬件環境，PXI 測試系統保證了系統的易于集成與使用，進一步降低了用戶的開發費用，所以在數據采集、工業自動化系統、計算機機械觀測系統和圖像處理等方面獲得了廣泛應用。
近年來在自動測試領域軟件的重要性越來越受到重視。1987年公布的IEEE488.2 涉及使用GPIB接口時的編碼、格式、協議和公用命令以及狀態報告等，還包含了語法和數據結構。主要涉及儀器的內務管理功能。但是IEEE488.2并不涉及器件消息本身，直到1990年4月公布的SCPI才使器件消息進一步標準化。VXI標準只解決了儀器的硬件規范問題，于是，1993年9月成立了VXIplug&;play聯盟，制定了VXI plug&play標準，從而保證了VXI系統間的通用性[12] 。VXIplug&play標準強調了VXI的系統框架，將系統軟件分為四層，并強調各層軟件及接口，以保證虛擬儀器系統的通用及高效。VPP系統中最核心的部分是提供了一個統一的I/0接口軟件（VISA）規范，從而為不同的軟件在同一平臺中運行提供了統一的基礎。在VISA基礎上編寫的儀器驅動程序以及軟面板等也都成為了統一格式的標準模塊。為實現互換性目標，1998年9月成立了IVI基金會，并制定了IVI 規范。采用IVI 驅動器的測試程序具有與儀器無關性[13] 。當測試儀器淘汰或損壞時，可采用同類儀器代替，測試系統仍能運行，這樣可以大大地降低測試系統的研制周期和開發成本。
1.2 PXI結構特點
PXI這種新型模塊化儀器與系統總線是在PCI總線內核技術上增加了成熟的技術規范和要求形成的。它通過增加用于多板同步的觸發總線和參考時鐘、用于進行精確定時的星型觸發總線、以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線來滿足試驗和測量用戶的要求。PXI將Windows 95和Windows NT定義為其標準軟件框架，并要求所有的儀器模塊都必須帶有按VISA規范編寫的WIN32設備驅動程序，使PXI成為一種系統級規范，保證系統的易于集成與使用。
PXI使用與CPCI相同的高密度、屏蔽型、針孔式連接器，連接器引腳間距為2 mm。這種連接器符合IEC-1076國際標準，在所有條件下均具有良好的電特性。J1連接器傳輸32位PCI信號，J2連接器傳輸PXI定時和本地總線信號，J2連接器還用于PCI的64位擴展。PXI和CPCI的機械結構符合歐洲卡規范（ANS1310-C，IEC297和IEEE1101.1），這些規范已在工業環境中得到長時間的應用。PXI規范定義了單高和雙高兩種尺寸的模塊，單高的尺寸為3 U，100 mm×160 mm，雙高的尺寸為133.5 mm×160 mm。歐洲卡規范的最新補充（IEEE1101.10和P101.11）提出了電磁兼容性、用戶定義的機械鎖定和用于PXI系統的其它裝配問題。這些電子裝配標準定義了堅固、緊湊的系統結構，以保證裝配的機架在苛刻的工業環境中使用的可靠性。PXI規定系統槽位于總線板的最左端，這種確定的排列是PXI許多種可能配置的子集之一。為系統槽規定一個唯一的位置，可以簡化系統集成難度，并且可以提高不同廠商的控制器和機箱之間的兼容程度。PXI規范還規定：系統控制器只能向其左側擴展槽內擴展，不能向右側擴展而占用寶貴的外圍插槽。
PXI的一個重要特點是保持了與標準CPCI產品的互操作性[14]。很多PXI兼容系統并不要求外圍模塊必須實現PXI特有的功能。例如，用戶可以在PXI機箱中插入標準的CPCI卡；另一方面，用戶可以在標準的PXI機箱中，選用與CPCI兼容的插入式模塊，在這種情況下，用戶雖然不能執行PXI特有的功能，但是可以應用模塊的基本功能。
PXI總線通過增加專門的系統參考時鐘、觸發總線、星型觸發和模塊間的局部總線來滿足高精度定時、同步和數據通信要求。PXI不僅在保持PCI總線所有優點的前提下增加了這些儀器特性，而且可以比臺式PCI計算機多提供3個儀器插槽，使單個PXI總線機箱的儀器模塊插槽總數達到7個。
PXI規定了把一個10 MHz系統參考時鐘分配給系統中所有外圍設備的方法。這個參考時鐘在一個測控系統中同步不同的模塊。參考時鐘在背板上的實現是嚴格定義的，所以它提供了低失真信號，保證了用于復雜觸發協議中的每個觸發總線信號具有理想的時鐘邊沿。PXI規定了八條非常靈活的公共觸發線，能用于不同的方面。例如，用戶能夠使用觸發線同步七個不同PXI模塊的操作。在其它應用中，一個模塊能控制系統中其它模塊上進行的精確定時的操作序列。觸發信號還能在模塊間傳遞，以實現對所控制或監控的外部異步事件作出確定響應。一個具體應用所需要的觸發線數目取決于系統的復雜程度和所涉及的事件數目。
PXI星形觸發總線給PXI系統用戶提供了超高性能的同步功能。星形觸發總線在第一個外圍插槽（系統插槽的相鄰槽）和其它外圍插槽之間實現一個專用觸發線，用戶可在第一個插槽安裝一個可選的星形觸發控制器，為其它外圍模塊提供非常精確的觸發信號。當然，如果系統不需要這種超高精度的觸發，也可以在該槽中安裝別的儀器模塊。
PXI局部總線是鏈總線，它連接每個外圍插槽及其相鄰槽。這樣，某個槽的右側局部總線連接其相鄰槽的左側局部總線，依此類推。每個本地總線為13線寬，可用于在模塊之間傳輸模擬信號或提供高速邊帶通訊路徑，并不會影響PXI的帶寬。局部總線信號的分布范圍包括從高速TTL信號到42 V的模擬信號。
PXI具有臺式PCI規范規定的相同性能特點，只有一點例外，即PXI系統有多達7個外圍插槽，而大多數臺式PC系統只有3或4個插槽。并可以通過PCI橋接技術擴展更多PXI系統，擴展槽的數量在理論上最多能達到256個。其它的PCI性能還包括：33 MHz總線時鐘、32位和64位數據寬度、132 M字節/秒和264 M字節/秒的峰值數據傳輸速率、采用PCI-PCI橋接技術進行系統擴展和即插即用功能。
PXI總線系統提供VISA軟件標準，作為配置和控制GPIB、VXI、串行儀器與PXI總線儀器的手段。PXI加入VISA標準內容能保護儀器用戶的軟件投資。VISA提供PXI至VXI機箱與儀器或分立式GPIB和串行儀器的鏈接。VISA式用戶系統確立配置與控制PXI模塊的標準手段。
PXI軟件規范為PXI系統提出的軟件構架包括Windows NT和95。在任一構架中操作的PXI控制器必須與目前的操作系統和未來的升級版一起工作。因此，控制器能 使用符合工業標準的應用編程接口，包括了LabWindows/CVI、Labview、Visual Basic、Visual C/C++和Borland TurboC++，而且符合VISA規范的設備驅動程序。
1.3 DSP的應用領域及發展前景
一般數字信號處理的實現方法主要有四種方法：（1）在通用的計算機上用軟件實現；（2）在通用計算機上附加專用的高速處理機來實現；（3）用通用的或專用的單片機來實現；（4）用通用的或專用的可編程DSP芯片來實現。四種方法中，前兩種需要依賴計算機的高速數據處理能力，已開發出的這類產品占絕大多數，而使用后兩種方法來實現的相對較少。從發展趨勢來看，后2種方法必將成為下一個開發熱點。最后1種方法用于海量數據處理時，具有極快的處理速度和優勢。DSP作為快速和實時處理的最重要的載體之一，正受到科學技術界和工程界的廣泛關注。一般來說，與單片機相比，DSP器件具有更高的集成度，更快的CPU，更大的存儲器；提供高速、同步串口和標準異步串口；采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據空間，允許同時存取程序和數據；內置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件具有高速的數據運算能力。DSP器件還提供了高度專業化的指令集，提高了FFT和濾波器的運算速度。
在近20多年時間里，DSP芯片的應用己經從軍事、航空航天領域擴大到信號處理、通信、雷達、消費等許多領域。主要應用有：信號處理、通信、語音、圖形/圖像、軍事、儀器儀表、自動控制、醫療、家用電器等。DSP主要應用市場為3C領域，合占整個市場需求的90%。數字蜂窩電話是DSP最為重要的應用領域之一。由于DSP具有強大的計算能力，使得移動通信的蜂窩電話重新崛起，并創造了一批諸如GSM、CDMA等全數字蜂窩電話網。在Modem器件中，DSP更是成效卓著，不僅大幅度提高了傳輸速度，而且具有接收動態圖像能力。另外，可編程多媒體DSP是PC領域中的主流產品。以XDSL Modem為代表的高速通信技術與MPEG圖像技術相結合，使得高品位的音頻和視頻形式的計算機數據有可能實現實時交換。目前的硬盤空間相當大，這主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。預計在今后的PC機中，一個DSP即可完成全部所需的多媒體處理功能。
1.4 課題背景及研究內容
1.4.1 課題背景
隨著PCI的迅速普及和PCI的設備迅速占領市場，國內工業界開始從VME總線轉向PCI總線發展。國外的儀器儀表領域的大公司均已開發出相應的PXI模塊和系統。如NI公司PXI產品已進入推廣應用的階段，NI公司目前已生產5大類幾十種高性能的PXI產品，其中的系統控制器模板是嵌入式奔騰計算機，帶標準接口、軟硬磁盤和視頻接口，也可帶GPIB、網絡和串行接口），還有不同型號的機箱。屬于儀器類的模板有：20 MHz數字存貯示波器，512位數字萬用表和串行通信數據分析儀等。此外，還有高精度實時圖像采集模板、多功能數據采集模板、GPIB接口模板、VXI和VME接口模板、100 MB/S的網絡接口模板和40 MB/S的SCSI接口模板。開發的數字I/O模塊（6533、6508）、數字示波器模塊、任意波形發生器模塊等及 Pickering 的多用表模塊，都是定型的PXI外設模塊。我國相關領域也已經開始向PXI系統進行研制與開發，哈工大最近完成了PXI控制器和機箱及一批PXI模塊的研究，一些單位已生產出符合PXI規范的部分產品。709所16室開發集成的BDS—9250測試系統就是一套基于 PXI總線的測試系統。國內的測試領域也已開始形成PXI總線市場 。在這種情況下，北京縱橫公司委托哈爾濱理工大學為其開發高性能的PXI總線數據采集模塊。
總之，PXI 結合了不同技術前沿的優點，提供了一個完整好用的系統，模塊硬件和軟件可以簡單添加、從而產生低成本高性能的解決方案、它的靈活性足以應付今天測試測量方面的挑戰[15] 。
本設計最終是服務于實驗室信道模擬器項目的。由于該項目工程比較大，設計相當復雜，所以需要將其分成多個模塊來設計，而且每個模塊之間都存在非常密切的關系，我們希望把這些模塊設計成一個整體，所以就需要借助某個平臺來實現。而PXI正好的基于模塊化的設計，它具有多個PXI插槽，可以在一個PXI機箱上安裝多個PXI模塊。因此，我們把所有的模塊都設計成PXI接口，這樣就可以通過PXI機箱這個平臺將所有的模塊整合成一個整體。
1.4.2 課題研究內容
綜上所輸述，本課題的主要研究內容包括：
（1）掌握PCI、PXI總線規范；
（2）根據PXI總線規范，研究現有的PXI總線接口方案，提出符合要求的接口方案；
（3）設計和調試數字輸入輸出模塊的功能電路；
（4）利用FPGA技術，設計模塊的邏輯控制電路；
（5）設計DSP外圍電路，并通過DSP實現正交解調；
（6）掌握DDK，并編寫模塊驅動程序；
（7）用VC++等軟件開發工具編寫軟面板并進行調試。
1.5 論文的結構安排
本文在介紹完總體構架后只就本人所作的部分工作做了詳細的介紹，內容安排如下：
第2章簡單的介紹了系統的總體設計方案；
第3章詳細介紹了DSP的硬件設計和正交解調的數字實現；
第4章詳細介紹了PXI數字I/O模塊的硬件設計，包括接口設計和功能電路設計；
第5章介紹PXI的軟件設計，主要闡述了PXI設備驅動的設計方法，以及本文所采用的DDK設計方案和具體的實現過程，并給出了最終的硬件測試結果和分析；
第6章對本出了總結和展望。
2 系統總體方案設計
本課題在深入研究PCI和PXI總線規范的基礎上，設計出符合規范的PXI接口電路，實現出PXI數字傳輸功能，并完成板卡的驅動設計和應用程序開發，此外，在該PXI板卡中還嵌入了DSP模塊，用來實現數字正交解調。本設計采用的PXI機箱為凌華公司的PXIS-2670，板卡尺寸為3U（100 mm×160 mm）。
2.1 模塊總體功能和技術指標
2.1.1 PXI 總線技術指標及要求
設計PXI總線接口就是要在深入理解PXI總線數據傳輸協議的基礎上，將復雜的 PXI 總線數據傳輸協議通過一定的電路，轉化為本地簡單控制邏輯，從而簡化本地功能電路的數據，實現PXI總線儀器模塊的開發。本模塊采用寄存器基接口，它的設計應符合PXI規范，軟件編制符合VISA規范。
PXI總線接口主要技術要求如下：
（1）符合PXI總線規范V2.0，包括機械、電氣、軟件均符合規范；
（2）實現PXI總線基本的數據傳輸，其中包括寄存器、I/O和配置空間的讀寫；
（3）完成PXI總線觸發中斷的設計，包括硬件中斷和軟件中斷的實現方法；
（4）實現PXI總線猝發數據傳輸。
2.1.2 數字傳輸模塊指標及要求
PXI 數字I/O模塊是一個模塊化的小型數據輸入輸出系統。本模塊是PXI標準3U 尺寸模塊，模塊接口設計按照PXI總線標準設計。本模塊取消了傳統儀器的所有操作按鈕，模塊上無任何本地顯示，各種模塊功能的設置、數據和圖形顯示均通過對主控計算機中的軟面板的相應操作來完成。
該模塊的主要功能是：通過選定主控計算機中的軟面板相應按鈕，來實現不同的數據輸入和輸出，需要輸出的數據可以事先寫好在應用程序中，然后點擊輸出按鈕即可。
本模塊的技術指標如下：
（1）輸入輸出數據的最高位數為：16 bit；
（2）輸入輸出數據的速率不低于：16 M字節/秒；
（3）能夠實現DMA傳輸，猝發和非猝發的傳輸選擇。
2.1.3 正交解調技術指標
本模塊采用的正交解調方法為數字法，之所以采用數字的方法一方面是因為信道模擬器前段已經將信號進行了A/D轉換，使得輸入信號變為模擬信號，另一方面，數字解調能夠達到比模擬解調更高的精度。在設計正交解調時，一定要滿足幅度和相位要求，此外，解調時間也有限制，因為輸入信號是實時的。
（1）能夠將25 MB/S的輸入信號解調為I/Q兩路信號；
（2）要求解調后兩路信號的相位誤差不超過0.5度，幅度相對誤差不超過0.1%；
（3）要求每個數據的處理時間不高于40 ns。
2.2 模塊整體設計
該模塊為信道模擬器中的主控部分，他包括一個完整的數字I/O系統和用于正交解調的DSP兩部分，具體的結構如圖2-1。
圖2-1 模擬器中的主控板結構
2.2.1 PXI數字I/O模塊設計
由PCI總線控制器，FPGA，FIFO等模塊組成。PCI總線控制器實現PXI總線接口，FIFO作為數據輸入輸出的緩存器件，經FPGA控制后實現局部總線數據的讀寫操作。具體的結構如圖2-2。
數據傳輸流程為：輸入時，外部數據通過寫入FIFO后讀出傳入PCI9054局部總線，經PCI9054傳入到PXI總線；輸出時，數據經PXI總線送入PCI9054后經局部總線傳到輸出FIFO后，通過讀取FIFO實現數據的輸出。整個傳輸過程的時序由FPGA嚴格控制。
圖2-2 PXI系統結構圖
根據模塊的總體功能要求，模塊設計方案可分為兩大部分：PXI 接口部分；局部總線部分。
1）PXI接口部分
PXI接口部分是PXI總線與設備溝通的橋梁，這部分主要深入研究PCI總線和 PXI總線規范，并在此基礎上提出了兩種實現方案，經過對比，選用一種實現了PXI總線接口。
2）局部總線部分
局部總線是實現模塊具體功能的部分，本模塊為數據輸入輸出模塊。他主要包括三大部分：
（1）數據輸入FIFO：外部數據通過寫輸入FIFO被存儲，然后讀輸入FIFO將數據傳輸到局部總線。
（2）數據輸出FIFO：待輸出數據通過局部總線寫輸出FIFO被存儲，然后讀輸出FIFO將數據傳輸到外部總線。
（3）FPGA：該模塊用來控制整個系統的時序，包括局部總線時序控制，FIFO的讀寫時序控制。
2.2.2 DSP模塊設計
DSP用來將經A/D轉換后的數字信號解調成具有平行分量和垂直分量的兩路正交信號。他的電路結構如圖2-3 。兩個FIFO作為輸入緩存，FLASH為初始化程序引導，SDARM用于存儲信號處理過程中用到的數據。
圖2-3 DSP數據流圖
2.3 本章小結
本章介紹了PXI總線數字傳輸模塊基本特性和主要技術要求，以及正交解調的設計方案和技術指標。結合總體性能指標，提出了該數字數字傳輸模塊的總體設計方案和DSP的設計框圖。
3 DSP及正交解調模塊設計
本系統的正交解調部分是在DSP的硬件平臺中最終來實現，因此有必要對DSP的硬件設計作一個簡單的介紹。在介紹完DSP的硬件設計后，本章還將詳細的闡述正交解調模塊的軟件算法實現和仿真結果，并對結果作必要的分析。
3.1 DSP硬件設計
在進行數字信號處理時，選擇合適的數字處理器非常重要。數字信號處理往往需要很高的實時性，即對處理時間有著很高的要求；此外，對處理器的容量即存儲空間也有一定的限制。在進行大量復雜數據的處理時，經常需要需要足夠大容量的存儲起來保存信號處理過程中需要用得的數據。當然，可以通過外部存儲器來擴展存儲空間，但這樣的話信號處理的速度就受到到限制。
因此，選用DSP芯片時，主要應考慮其性能能否滿足實時處理算法的要求。具體說就是要求選擇那些指令周期短、數據吞吐率高、通信能力強、指令集功能完備的處理器，同時兼顧成本、復雜程度、功耗和開發難易程度等因素。根基實際性能需要，我們選擇了TI公司的DSPC6416數字處理器來搭建硬件平臺。目前，美國德州儀器（TI）公司的DSP數字處理芯片占據DSP市場50%以上的份額，許多領域對于數字信號處理器的應用都是圍繞德州儀器所開發的DSP處理器來進行的。它是一種特別適合于進行數字信號處理運算的微處理器。
3.1.1 DSPC6416簡介
TMS320C6416t是一款高性能的定點DSP，采用精簡指令集，它的硬件結構如圖3-1所示[16][17]。
它的DSP核包括64個32比特通用寄存器，8個獨立的功能單元，兩個32比特乘法器，6個算術執行單元（ALU），最高可以同時并行執行8條指令。它采用了改進的哈佛結構，具有一級程序Cache，一級數據Cache，二級存儲器。哈佛結構的程序和數據空間分開，允許同時對程序指令和數據進行訪問，提供了很高的并行度，兩個讀和一個寫操作可以在一個周期里完成。因此并行存儲指令和專用指令可以在這種結構的得到充分利
圖3-1 TMS320C6416t硬件結構
用。另外，改進的哈佛結構使數據可以在數據和程序空間之間傳送。并行性支持在一個機器周期里完成一系列算術、邏輯和位處理運算。同時，它提供了兩個獨立的EMIF （外部存儲器接口）接口（EMIFA和EMIFB），其中EMIFA提供了一個64比特的接口，EMIFB提供了一個16比特的接口，這為系統設計提供了極大的便利。同時，它提供了64個獨立可編程EDMA通道，使得數據傳輸更加快捷和方便。同時1 GHZ的時鐘頻率，令我們的信號處理有更大的時間富余。
此外，TI的CCS（Code Composer Studio）為我們提供了強大的DSP開發工具。CCS是TI公司推出的一個集成性DSPs開發工具，在一個開放式的插件（plug-in）結構下，CCS集成以下工具：
（1）C6000代碼生成工具（包括C6000的C編譯器、匯編優化器、匯編器和連接器）；
（2）軟件模擬器（Simulator）；
（3）實時操作系統DSP/BIOS；
（4）主機與目標機之間的實時數據交換軟件RTDX；
（5）實時分析（real-time analysis）和數據可視化（data visualization capabilities）軟件。
3.1.2 DSPC6416外圍存儲電路設計
本模塊的主要數據流程如下圖。從圖中可以看出，DSP主要包括三個外圍器件，即FIFO，FLASH和SDRAM。其中FIFO是用來緩沖輸入輸出數據，FLASH主要用來上電引導程序，SDRAM主要用來存儲數據處理過程中需要用的的一些數據。
其中FIFO與DSP的EMIFB的BCE2空間相連，采用異步接口連接的方式。SDRAM與DSP的EMIFA的ACE0空間相連，作為大容量的數據緩存[18] 。
圖3-2 FIFO的輸出與DSP的EMIFB的連接
采用FPGA的輸出時鐘作為FIFO的工作時鐘，由FPGA里面的鎖相環產生，FIFO的HF（半滿標志）作為事件觸發DSP的4號和6號EDMA事件。
HY97V283220T是hynix公司推出的一種單片存儲容量高達128 Mbits， 即4M字節的32bits字寬高速SDRAM芯片。HY97V283220T采用CMOS工藝，它的同步接口和完全流水線的內部結構使其擁有極大的數據傳輸速率， 可以工作在高達133 MHz 的時鐘頻率下， 刷新頻率為每64毫秒4096次。該SDRAM芯片內部有四個存儲體（bank），通過行、列地址分時復用系統地址總線對不同存儲體內不同頁面的具體存儲單元進行讀寫訪問尋址。在進行讀操作之前， 必須預先激活SDRAM內對應的存儲體， 并選擇存儲器的某一行， 然后送入列地址讀取需要的數據。從輸出列地址到SDRAM 返回相應數據之間存在一個存取延遲。如果訪問新的頁面， 則先需要關閉所有的存儲體， 否則已打開的頁面將一直有效。在寫操作之前， 由于已經預先激活了有關的行地址， 因此可以在輸出列地址的同時輸出數據， 沒有延遲。
由于HY97V283220T屬于32 Bit字寬的64 Mbit SDRAM芯片， 而C6416 的EMIFA時64 Bit 字寬的同步外存儲接口，為了使整個系統的存儲空間保持連續， 本設計使用了兩SDRAM 與DSP 芯片組成實際大小為256 Mbit的外部存儲系統。具體的電氣連接框圖如圖3-3所示。
圖3-3 DSP與SDRAM連接示意圖
在對TMS320C6416外接FLASH存儲器編程之前，必須對TMS320C6416的啟動模式進行配置。C6416DSP可以有三種啟動模式：不加載、ROM加載、主機加載。在本系統中我們選擇ROM加載啟動模式，TMS320C6416的啟動模式由TMS320C6416的EMIFB的地址總線BEA[19：18]（BOOTMODE[1：0]）決定，DSP在復位期間檢測這兩位的高低電平決定其引導模式。TMS320C6416引導模式配置表如下表3-1：
使用AMD公司容量為4 M x 8 Bit的Am29LV033C FLASH啟動TMS320C6416，在硬件配置中，將TMS320C6416的C18管腳接一個1 kΩ下拉電阻和D18管腳接一個1 kΩ上拉電阻，以確保系統工作的可靠性。當系統上電TMS320C6416脫離復位狀態后，TMS320C6416能自動從FALSH中讀取數據并存放于TMS320C6416內部從0 KB地址開始的空間（TMS320C6416內部有1 MB緩存），然后1 KB地址開始執行程序。
表3-1 TMS320C6416引導模式配置表
由于4 MB的Flash ROM有22根地址線，而TMS320C6416只有20根地址線，因此加入FPGA，對Flash進行分頁，這里共分4頁，每頁1 MB。DSP與FLASH硬件連接圖如圖3-4所示：
圖3-4 EMIFB與FLASH硬件連接圖
3.1.3 C6416 JTAG電路設計
JTAG是基于IEEE1149.1標準的一種邊界掃描測試方式（Boundary-scan Test），TI為其大多數DSP提供了JTAG端口支持，C6416也不例外，結合配套的仿真調試軟件（Emulator），可以訪問DSP的所有資源。
仿真器通過一個14 pin的接插件與芯片的JTAG端口進行通信。圖3?5是14 pin接插件上的信號定義，圖3-6是C6416 JTAG端口與14 pin Header的連接關系：
3.1.4 DSP電源設計
C6000系列DSPs需要兩種電源，分別為CPU核心和周邊I/O接口供電。周邊I/O電壓要求3.3 V，CPU核心電壓則隨功耗技術的發展，逐漸從2.5 V降到1.8 V、1.5 V、1.2 V和1.0 V，本系統中選用的C6416 DSP核電壓為1.2 V，最新一代C6000處理器，已經在開發核心電壓
圖3-5 JTAG引腳定義圖
圖3-6 C6000與JTAG連接圖
因為需要兩種電壓，所以要考慮供電系統的配合問題。加電過程中，應當保證內核電源（CVDD）先上電，最晚也應該與I/O電源（DVDD）一起加。關閉電源時，先關閉DVDD，再關閉CVDD。如果實際系統中只能先給DVDD加電，那么必須保證再整個加電過程中，DVDD不會超出CVDD 2 V。在有一定安全措施的前提下，允許兩個電源同時加電，兩個電源都必須在25 ms內達到規定電平的95%。
圖3-7 DSP6416電源電路
講究供電次序的原因在于：如果僅CPU內核獲得供電，周邊I/O沒有供電，對芯片不會產生損害，只是沒有輸入輸出功能而已；如果反過來，周邊I/O得到供電而CPU內核沒有加電，那么芯片緩沖/驅動部分的晶體管將在一個未知的狀態下工作，這是非常危險的。為了滿足上面的要求，我們選擇了如圖3-7電源電路。
3.2 正交解調模塊設計
3.2.1 正交解調簡介
在現實中，可物理實現的信號都是實信號。現在以一個實的窄帶信號為例進行分析，該信號可以表示為：
（3-1）
很顯然，光有這一個等式不可能求得信號中含有的信息。于是在此引入了正交變換的概念。
我們知道實信號的頻譜具有共軛對稱性，即其正負頻率幅度分量對稱，而相位分量相反，所以只需知道其正頻部分或負頻部分就可以知道完整的信號信息了。在此基礎上可以構造一個只含正頻分量的新信號。首先，引入一個階躍濾波器：
（3-2）
其沖激函數為：
（3-3）
則，
（3-4）
（3-5）
式中的虛部即為的Hilbert（希爾伯特）變換
（3-6）
Hilbert變換就是一個正交變換，它產生了一個實信號的正交分量。有了它就可以求出原實信號中的信息了。
（3-7）
（3-8）
在模擬域中，一般是通過混頻技術來分別得 的實部（也可稱為 的同相分量）和虛部（也可稱為 的正交分量）。其原理框圖如圖3.8所示
圖3.8 正交解調的模擬和數字方法原理框圖
對分別乘上 和 可以得到，
（3-9）
（3-10）
對這兩個信號進行低通濾波后可以得到，
;
（3-11）
顯然，這兩個等式也是正交的且原信號的信息沒有丟失。在數字域中同樣也可以采用混頻原理來獲得數據中的信息，在此不作論證，給出其結構圖如圖3.8（b）。
3.2.2 正交解調的數字實現
3.2.2.1 數字方法實現的基本理論
第7篇：電氣和自動化論文范文
----三友印染廢水處理工程設計
黎 錦
（生物與化學工程學院 指導教師：諸愛士 李 武）
摘 要：任務來源
水是生命之源，是地球上唯一不可替代的自然資源。我國人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，水源不足、水體污染和水環境生態惡化已成為發展的制約因素。保護水資源、防治水污染、改善水環境生態是保護環境和實施可持續發展的重要內容。為使環境污染和生態破壞加劇得到基本控制，部分城市、地區的環境保護目標和實施綠色工程計劃，都需要提供先進、適用、有效的廢水處理工程技術。
在我國工業生產中，許多仍延用高消耗、低效益的粗放型方式，造成資源、能源利用率低，污染物產生量大，結構型污染問題突出。我國工業廢水排放量占全國廢水排放總量的62%，工業廢水處理率平均為72%，排放達標率為54%，工業廢水污染防治是我國環境保護的重點之一。廢水的來源有很多方面，無論哪一種廢水，其處理工藝都是以一些基本的單元技術為基礎組合而成。我國在廢水處理單元技術上取得長足進步的同時，在過去的20多年中，投入了上百億元資金建立了數千套的廢水處理設施。這些工作都為今后我國廢水工程實施提供了寶貴的技術積累和實踐經驗。我國水資源不足和時空分布不均，水環境容量低，工業污染源排放達到水環境質量改善要求的任務是長期而艱巨的。
設計依據
⑴ 任務書
⑵ 廢水水質、水量情況
⑶ GB4287-93《紡織染整工業水污染物排放標準》
⑷ 《三友印染有限公司環境影響報告書》
⑸ 湖州織里工業區規劃圖
設計原則
⑴ 根據該公司的產品結構及生產廢水特征，結合已有的工程實例，在確保出水達標的前提下，盡可能采用簡單、成熟、可靠的處理工藝。
⑵ 嚴格執行有關環境保護的各項規定，廢水處理后達到《紡織染整工業水污染物排放標準》GB4287-92中的Ⅲ類水域一級排放標準。
⑶ 處理系統有較大的靈活性，以適應廢水水質、水量的變化。
⑷ 管理維修方便，避免產生二次污染。
⑸ 自動化程度高，盡量自動化管理模擬。
⑹ 占地面積小，處理廢水水站以水處理中心模擬建造。
⑺ 污泥產生量小。
⑻ 設計時充分考慮廢水處理系統產生的噪聲、異味，以及污泥的處理，避免對環境的二次污染。
⑼ 充分利用構筑物和設備組合式設計的優勢，使污水處理布局合理，處理站與廠區環境相協調。
⑽ 充分利用地質條件，盡量減少工程投資。
⑾ 合理選用設備，降低能耗，提高動力效率，減低運轉成本。
⑿ 污泥實行機械脫水，以減少勞動強度和保障廢水處理廠的整潔。
⒀ 充分考慮到廢水處理廠的給排水等規范要求。
設計范圍
本項目設計范圍為：廢水處理站內即自格柵起至廢水調節池、初沉池、反應池、MSBR池、污泥濃縮池和規范化廢水排放井出口的工藝、總圖、構筑物及附屬建筑物、電氣、儀表、廢水處理站內的給排水及污水處理過程中產生污泥脫水系統設計。不包括站內綠化、設計范圍以外的廢水管網及其它構筑物設計。
設計水量與水質
工程概況
湖州織里工業區是純棉、滌棉面料印染加工基地，三友印染有限公司位于該工業區，其印染廢水主要來源于印染加工的四個工序，即預處理階段(包括燒毛、退漿、煮煉、漂白、絲光等工序)要排出退漿廢水、煮煉廢水、漂白廢水和絲光廢水，染色工序排出染色廢水，印花工序排出印花廢水和皂液廢水，整理工序則排出整理廢水。印染廢水是以上各類廢水的混合廢水，或是除漂白廢水以外的綜合廢水。三友印染有限公司日產量250m，廢水約2500m3 。為了使該工業區生產發展的同時解決污水的問題，保持良好的可持續性發展，因此新建一座印染污水處理廠。
設計規模
公司日生產廢水約2500m3，故設計最大水量為3000m3/d，公司24小時連續運行，即廢水流量為125t/h。
設計水質及標準
針對三友印染有限公司廢水排放有關特征，本次方案設計進水水質取值見表1。
表1 設計進水水質指標
參數
廢水名稱 CODCr (mg/L) pH SS
(mg/L) 色度
（稀釋倍數） BOD5 (mg/L)
印染廢水 2000 9-13 400 500 700
廢水處理工程出水水質執行中華人民共和國《紡織染整工業水污染物排放標準》GB4287-92中的Ⅲ類水域一級排放標準，見表2。
表2 設計出水水質指標
水質參數 CODCr（mg/L） pH SS（mg/L） 色度
（稀釋倍數） BOD5（mg/L）
標準值 100 6～9 70 40 25
關鍵詞：印染廢水；物理處理法；MSBR；工程設計
Abstract:Task source
Water is the source of life and is the only irreplaceable natural resources of the Earth. China's per capital water resources was 1 / 4 of the world's average level, shortage of water, Water pollution and ecological deterioration in the water environment has become constraints of development. The protection of water resources, the prevention and control of water pollution, the improvement of water environment is an important part of the protection of the environment and the sustainable development. To basically bring the environmental pollution and the aggravated ecological damage under control, applicable, effective wastewater treatment technologies are needed for the objectives of environmental protection and the implementation of green projects of some of the cities and the areas.
Most Industrial production in China are still using a way of consuming high and with low efficiency, this leads to a low energy utilization efficiency, a large amount of pollutants and a prominent problem of structure-based pollution. China's industrial wastewater discharge accounts for 62% of the wastewater accounts of the country's total emissions. The industrial wastewater treatment rate is 72%, emissions which reach a set standard account for 54%, the control of the industrial wastewater pollution is one of the key of the environmental protection in our country. The sources of wastewater are in many aspects. Regardless of whatever kind of wastewater, its treatment process is composed of some of the basic elements of t echnology-based. The unit technology in the wastewater treatment in China made considerable progress. In the past 20 years, our country invested more than 10 billion yuan of funds to build thousands of sets of wastewater treatment facilities. These tasks provided valuable technical accumulation and practical experience for China in the future wastewater project. China's water resources are inadequate and distribute without discipline of space and time. As a result of the low capacity of water environment, the task of making the industrial pollution emissions improve the water quality is long and arduous.
Design basis ⑴ mission book
⑵ wastewater quality and quantity
⑶ GB4287-93 Standards Of Water Pollutant Emission For Textile Industry
⑷ Environmental Assessment Report Of San You Dyeing Ltd
⑸ plan picture of Huzhou spinning industrial zone
Design principle⑴ According to the company's product structure and production wastewater’s characteristic, to combine with the project example, in ensuring that the water emission reaches the set of standard, use simple, mature and reliable treatment process as far as possible.
⑵ Strictly satisfy the environmental protection requirements, wastewater after treatment must reach the first emission standard of the three categories in Water Pollutant Emission Standards For Textile Dyeing GB4287-92.
⑶ Processing system is of great flexibility, in order to meet the quality and quantity changes of effluent water.
⑷ Management and maintenance are of convenience and avoid secondary pollution.
⑸ The degree of automation is high and automation management simulation is used.
⑹ The area of land intensive is small, wastewater treatment station to the treatment center construction simulation.
⑺ The amount of sludge produced is small.
⑻ Fully consider noise, odor, and sludge treatment which are produced by the wastewater treatment when designing and avoid secondary pollution to the environment.
⑼ Make full use of the advantage of the modular design of structures and equipments, make sure that the layout of the sewage treatment is rational, and the processing Station moderate with the mill environment.
⑽ Make full use of geological conditions, minimize investment.
⑾ Select equipment reasonably, reduce energy consumption, improve power efficiency and reduce operating costs.
⑿ Mechanical dewatering of sludge to reduce labor intensity and make sure that the wastewater treatment plant is clean.
⒀ Fully account for the drainage and other specifications of the wastewater treatment plant.
Design scope
Design areas of the project: inside wastewater treatment stations that is to say the process, master plan, structures and ancillary buildings, electrical, instrumentation, the design of water supply and sewerage of wastewater treatment station and the dewatering system design of the sewage generated from the sewage treatment process since the grid to regulate wastewater pool, the primary settling tank, the tank, MSBR tanks, sludge thickening tank and discharging wastewater standardized export wells. Exclude Green station of the station, the wastewater pipe network outside the scope of the design and design of other structures.
Design of water quantity and quality
engineering Profiles
Huzhou spinning industrial area is processing base of cotton, polyester-cotton fabric dyeing. San You Dyeing Company is located in the industrial zone, their main dyeing wastewater is from the four dyeing processing procedures, that is the pretreatment stage (including singeing, desizing, scouring, bleaching, mercerizing processes) to discharge desizing wastewater, scouring wastewater, Bleaching wastewater and mercerizing wastewater, dyeing process to discharge dyeing wastewater, printing processes to discharge printing wastewater and soap liquid wastewater, arranging processes to discharge arranging wastewater. Dyeing wastewater is the wastewater mixture of the wastewater effluent above all, or the comprehensive wastewater except for the bleaching wastewater. The daily production of San You Dyeing company is 250 m, the wastewater is approximately 2500 m3. To develop the production of industrial and at the same time solve the problem of sewage, maintain good sustainable development, So a new dyeing sewage treatment plant must be built.
Design scale
The wastewater generated by the company is about 2500 m3 per day, so the largest quantity of wastewater of design is a 3000 m3 a day. The company has 24 hours of continuous operation, that is the flow of the wastewater is 125 ton per hour.
Design water quality and standard:
According to the character of the emission wastewater of the San You dyeing limited company, the ender water quality of this plan is showed as Table 1.
Tab1 enter water quality index of designation
parameter
wastewater name CODCr (mg/L) pH SS
(mg/L) dilution rate BOD5 (mg/L)
Dyeing wastewater 2000 9-13 400 500 700
The wastewater after treatment must reach the first emission standard of the three categories in Water Pollutant Emission Standards For Textile Dyeing GB4287-92. As shown in Table 2.
Tab2 out of water quality index of designation
Water quality
parameter CODCr（mg/L） pH SS（mg/L） dilution rate BOD5（mg/L）
Standard value 100 6～9 70 40 25
Key words: Dyeing wastewater; Physical method; Modified sequence batch reactor;
Engineering design
1 總 論
1.1 概述
隨著紡織行業所用原料的變化，加以印染廢水本身的復雜性和特殊性，使用單一方法處理印染廢水中的有害物質很難達標排放，一般均要幾種方法聯合處理。三友印染有限公司排放的印染廢水，其原始CODCr、BOD5、SS濃度和色度分別為2000mg/L、700mg/L、400 mg/L和500倍。在綜合比較現有印染廢水處理技術的優缺點及各自適用條件的基礎上，結合三友印染有限公司的印染廢水特點，采用物理處理方法和MSBR生化處理方法相結合的工藝。預計CODCr、BOD5、SS和色度的去除率分別為95%、90%、82.5%和92%，達到《紡織染整工業水污染物排放標準》GB4287-92中的Ⅲ類水域一級排放標準。
1.2 文獻綜述
1.2.1 研究背景和意義
紡織工業是我國傳統的產業部門之一。長期以來，在滿足國內人們衣著需求及外貿創匯方面做出了很大貢獻。但也應看到，紡織工業在生產過程中排放較大量的廢水，對環境產生污染，其中以印染行業生產過程中排放的廢水對環境污染較最為嚴重。其不僅排放廢水量大，而且污染物總量也最多。據不完全統計，我國印染廢水排放量約為3 106-4 106m3/天，印染廠的廢水產生率為3-5t廢水/100m織物[1]，由此而產生的生態破壞及經濟損失是不可估量的。紡織印染工業廢水的主要來源是印染廢水，其廢水的量大，色度高，成分復雜，廢水中還有染料、染漿、助劑、纖維雜質及無機鹽等，是目前我國較難處理的工業廢水之一。
1.2.2 研究現狀及分析
我國印染廢水的治理工作起步較早。20世紀70年代初，有關企業和研究單位即開展印染廢水的治理研究工作。在70年代末到80年代中期，紡織工業在國家支持下獲得較快發展，印染廢水治理技術也進入一個新的開發研究時期，并取得了很多研究新成果，興建了很多印染廢水治理工程，諸如生物接觸氧化、半軟性填料等成果在印染行業廢水處理工程中獲得應用。80年代中期以后，由于紡織纖維原料的變化，化學纖維在紡織產品中所占比例增加，引起了印染產品加工方式的變化，從而使廢水水質也發生相應變化。其突出特點是廢水的可生物降解性能變差，廢水處理工程處理效率下降。為了解決這一矛盾，紡織印染行業又開始了新的治理方法研究，以適應這一變化情況。80年代末，又研究開發了厭氧（水解）-好氧處理工藝，通過厭氧（水解）工藝改善了廢水處理中廢水水質，改善了后續好氧工藝的應用狀況，從而提高了處理效果[2]。
雖然我國印染廢水的治理工作起步較早，但由于印染廢水的復雜性和特殊性，目前還沒有只用一種方法就能對印染廢水中的有害物質進行完全的去除，一般均要幾種方法聯合作用。隨著我國對環保工作的重視，近些年對印染廢水處理技術的研究取得了較大的發展。特別是光催化氧化技術、高效混凝劑等對印染廢水進行處理[3]，均取得了較好的效果。
1.2.3 印染廢水的特點
印染廢水具有有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質變化大等特點，屬難處理的工業廢水。近年來由于化學纖維織物的發展，仿真絲的興起和印染后整理技術的進步，使PVA漿料、人造絲堿解物(主要是鄰苯二甲酸類物質)、新型助劑等難生化降解有機物大量進入印染廢水，導致印染廢水水質發生了很大的變化[4]，出現了一些新的情況，其COD濃度也由原來的數百mg/L上升到2000～3000mg/L。本印染廢水具要可生化性程度較差（BOD/COD=0.35）、色度深、堿性大等的特點。
1.2.4 現有的印染廢水處理技術現狀
目前，國內的印染廢水處理以生化法為主，有的還將化學法與之串聯。國外也基本如此。由于近年來化纖織物的發展和印染后整理技術的進步，使PVA漿料、新型助劑等難生化降解的有機物大量進入印染廢水中，給處理增加了難度。近年來國內外都開展一些研究工作，主要是新的生物處理工藝和高效專用細菌以及新型化學藥劑[5]的探索和應用研究。
印染廢水處理的化學處理法
⑴ 混凝法
混凝法[6]主要有混凝沉淀法和混凝氣浮法，所采用的混凝劑多半以鋁鹽或鐵鹽為主，其中以堿式氯化鋁（PAC）的架橋吸附性能較好，而以硫酸亞鐵的價格為最低。混凝法的主要優點是工藝流程簡單，操作管理方便，設備投資少，占地面積小，對疏水性染料脫色效率很高；缺點是運行費用較高，泥渣量多且脫水困難，對親水性染料處理效果差。
⑵ 氧化法
臭氧氧化法在國內外應用較多，對多數染料能獲得良好的脫色效果，但對硫化、還原、涂料等不溶于水的染料脫色效果較差[7]。從國內外運行經驗和結果看，該法脫色效果好，但耗電多，大規模推廣應用有一定困難。光氧化法處理印染廢水脫色效率高，但設備投資和電耗還有待進一步降低。
⑶ 電解法
電解[8]對處理含酸性染料的印染廢水有較好的處理效果，脫色率為50%-70%，但對顏色深、CODcr高的廢水處理效果較差。
印染廢水處理的生物處理法
20世紀70年代以來，國內對印染廢水以生物處理為主，占80%以上，尤以好氧生物處理法占絕大多數。從現有情況看，我國印染廢水生物處理法中以表面加速曝氣和接觸氧化法占多數。此外，鼓風曝氣活性污泥法、射流曝氣活性污泥法、生物轉盤等也有應用。好氧生物處理對BOD5去除效果明顯，一般可達80%。但色度和CODCr去除率不高，尤其PVA等化學漿料、表面活性劑及坯布堿減量技術的廣泛應用，不但使印染廢水的CODCr達到2000-3000 mg/L，而且BOD/COD也由原來的0.4-0.5下降到0.2以下，單純的好氧生物處理難度越來越大，出水難以達標。且好氧法的高運行費用和剩余污泥處理或處置問題歷來是廢水處理領域沒有解決好的一個難題。由于上述原因，印染廢水的厭氧生物處理技術開始受到人們的重視，探求高效、低耗、投資省的印染廢水處理新技術已經很重要。目前厭氧處理技術較成熟的有MSBR工藝和UASB工藝。
⑴ MSBR工藝
MSBR（Modified Sequence Batch Reactor）-改進型序批式反應器的工藝流程和結構形式綜合了厭氧&md ash;好氧（A/O）、氧化溝、CAST等脫氮除磷工藝的優點，為各種微生物生存創造了最佳的環境條件和水利條件[9]。
MSBR工藝分成三個主要部分：曝氣格和兩個交替序批處理格。主曝氣格在整個運行周期中保持連續曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格分別交替作為SBR池和澄清池，運行方式是連續進水、連續出水[10]。平面布置圖見圖1。
圖1 MSBR系統平面布置示意圖
⑵ UASB工藝
升流式厭氧污泥層法（Upflow Anaerobic Sludge Blomket Process）簡稱為UASB法。其特點是利用厭氧微生物群體自身的凝聚性能，在反應器內保持高濃度微生物量并以高速甲烷發酵的形式處理工業高濃度有機廢水。具有能耗低、剩余污泥發生量少等優點[11]。
與好氧相比，UASB具有占地面積小、節能、可回收甲烷、抗污染物負荷沖擊等優點。UASB法的特點是反應器內不需放置填料，厭氧污泥本身具有凝聚成顆粒物的能力[12]。反應溫度在37℃左右，廢水BOD5去除率70%左右，產生氣體中甲烷含量為55%。
1.3 設計任務的依據
⑴ 任務書
⑵ 廢水水質、水量情況
⑶ GB4287-93《紡織染整工業水污染物排放標準》
⑷ 《三友印染有限公司環境影響報告書》
⑸ 湖州織里工業區規劃圖
1.4 污染源分析
1.4.1 生產工藝流程
廢水 廢水 廢水
1.4.2 生產工藝流程中廢水來源說明
印染廢水主要來源于印染加工的四個工序，即預處理階段(包括燒毛、退漿、煮煉、漂白、絲光等工序)要排出退漿廢水、煮煉廢水、漂白廢水和絲光廢水，染色工序排出染色廢水，印花工序排出印花廢水和皂液廢水，整理工序則排出整理廢水。印染廢水是以上各類廢水的混合廢水，或是除漂白廢水以外的綜合廢水。
1.5 電氣供應情況
1.5.1 用電量
本印染廢水處理設施投入運行后，總裝機容量為244.1kW，常開功率為134.3kW，電費單價按0.60元/度計，日耗電2379.67kWH，則電費：E1=2687.79×0.60/3000=0.47元/噸廢水。
1.5.2 電氣設計說明
（1）本項目投入運行后，總裝機容量為244.41kW，常開功率為134.3kW，電費單價按0.60元/度計，日耗電2379.67kWH。
（2）電源由業主自行引至污水處理站。
（3）線路敷設：電纜比較集中的主干線采用電纜溝敷設或電纜橋架架空敷設，電纜比較少而又分散的地方采用電纜直接埋地或穿鍍鋅管敷設，設備現場設按鈕箱。配電管路敷設可根據現場情況設置電纜井，便于電纜敷設。
（4）所有電氣設備、非帶電金屬外殼均應可靠接地，所有進出建筑物的工藝管道在入戶處應與本裝置接地系統相聯。
（5）配電柜，控制柜基礎采用10#槽鋼制作，配電柜下有電纜溝便于電纜敷設。
（6）操作間安裝滅火器若干只。
1.6 主要構筑物
本印染廢水處理工藝所需的主要構筑物有：格柵、調節池、反應池1、初沉池、MSBR池、反應池2、終沉池、污泥濃縮池、風機房、脫水機房、溶配藥室、標準排放井。
1.7 主要機電設備、器材
本印染廢水處理工藝所需的主要機電設備及器材有：格柵除污機、廢水提升泵、三葉風機、初沉刮泥機、微孔曝氣器、終沉刮泥機、污泥濃縮機、反應攪拌機、水下攪拌機、污泥脫水機、污泥回流泵、潷水器、PAC溶加藥系統、H2SO4加藥系統、PAM溶加藥系統、流量計、皮帶輸送機、起重機、電動葫蘆、污泥泵、壓濾機輔助設備、酸貯槽。
2 工藝流程的確定
2.1 研究的基本思路
本篇設計（論文）在借鑒前人工作經驗及當前治理技術水平以及結合工程運行狀況的基礎上，完成本次設計。方案中生化處理采用MSBR組合工藝，其運行方式是連續進水、連續出水，即裝置的主曝氣格在整個運行周期中保持連續曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格分別交替作為SBR池和澄清池。預計經上述過程后出水中除CODCr和色度外，其它指標可以達標。為確保達標排放，生化出水再進一步物化處理后可以使廢水做到全面達標。
2.2 本印染廢水處理工藝選擇
在化學處理方面，由于本印染廢水的色度和CODCr濃度都較高，不宜采用電解法做化學處理方法。并且由于氧化法處理印染廢水技術還不夠成熟，所以采用混凝沉淀法。
在生化處理方面，由于三友印染有限公司的印染廢水具有CODCr濃度較高（2000mg/L），可生化性程度較差的特點，單純采用厭氧或好氧生物處理技術難以達標，所以本設計采用MSBR組合工藝作為本印染廢水處理的生化處理裝置。共包含四個處理單元來去除污染物：第一單元采用格柵除渣，去除廢水中顆粒狀的懸浮物；第二單元采用反應池，去除廢水中所含的大部分SS和部分色度；第三單元采用MSBR池進行厭氧、好氧生化處理，徹底降解有機物；第四單元采用終沉池，泥水分離,去除大部分色度和部分CODCr。
2.3 處理工藝流程
三友印染廢水處理工藝流程圖見圖2。
圖 2 本方案工藝流程圖
3 工藝流程簡述
3.1 流程說明
印染廢水經格柵井隔去粗大雜物后進調節池，廢水在調節池內借助空氣攪拌實現均質、調節水量并使廢水降溫后通過廢水提升泵提升到反應池，進行混凝沉淀，經投加混凝劑及助凝劑使廢水中所含的大部分SS和部分色度得以去除，反應池出水進入初沉池，進行固液分離，使出水清澈，初沉池出水進入A池，沉淀污泥進入污泥濃縮池。格柵井中設置2臺回轉式機械格柵，柵距3mm。廢水進入A池，在缺氧狀態下大分子有機物經水解分解成小分子有機物，提高廢水的可生化性，廢水在O池進行好氧生物處理后，混合液進入SBR池。SBR池部分剩余活性污泥回流到A池，SBR池與O池之間設置全過程回流，O池連續進水、連續曝氣，剩余活性污泥進入污泥濃縮池。廢水經生化處理后出水自流入反應池，經加藥反應后進入終沉池進行泥水分離,去除大部分色度和部分CODCr，終沉池出水通過標準化排放井達標排放。排放井設成高位放流井，便于排放管道伸入準排放河流。沉淀污泥進入污泥濃縮池，污泥濃縮池污泥通過污泥泵進入污泥脫水機械，經脫水后干泥制磚或填埋，濃縮池上清液及濾液回調節池。
3.2 主要處理單元介紹
⑴ 格柵：用于攔截污水中的塊狀或片狀固體，防止管路和水泵堵塞，對后續處理構筑物起保護作用。
⑵ 調節池：調節廢水的水量、均化其水質。
⑶ 反應池：加藥混凝沉淀，用于去除廢水中不溶性污染物，并去除大部分色度。
⑷ 初沉池：沉降混凝絮體，固液分離，使出水清澈。
⑸ MSBR池：廢水中有機物、色度得以較徹底氧化還原降解。深圳市鹽田污水處理廠是國 內建設是首座采用此工藝的城市污水處理廠。顧國維等人對脫氮除磷MSBR工藝進行了試驗研究，結果表明MSBR系統能夠有效地去除污水中的有機污染物和營養鹽，在有機負荷為0.23-0.30kg/(kg•d),系統總停留時間6.9-12.7h條件下，出水的CODcr和氨氮都達到國家一級排放標準，出水平均總氮和總磷量分別低于20mg/L和1mg/L。在處理印染廢水工程應用方面[1]，郝瑞霞采用MSBR工藝處理石家莊某印染廠各車間混合廢水，操作程序為進水1h，曝氣8h，沉淀1h，排水0.5h，閑置13.5h，24h為一周期。實驗結果表明，在進水COD為600-1500mg/L，BOD5為250-400mg/L，色度為200-800倍時，COD去除率在85%以上，BOD5和色度去除率均在90%以上。
⑹ 反應池：用于廢水有機物和色度的進一步沉淀去除。
⑺ 終沉池：用于生化出水泥水分離。
⑻ 污泥濃縮脫水系統：對處于流體狀態的剩余污泥進行濃縮與脫水處理，使其成為可堆放、便于運輸的干污泥。
⑼ 規范化排放口：用于總排放口流量在線監控和數據采集傳輸。
3.3 主要工藝特點
生化處理采用MSBR工藝，即A/O系統與SBR系統串聯工藝，連續進水、連續出水，系統具有處理效果穩定、高效（BOD5去除率達到90%以上）、操作簡單，運行費用低。
針對一般印染廢水生化處理后色度和CODCr難以達標的特點，生化出水需設置一道物化處理單元，確保廢水經處理后各項指標能穩定達到排放標準。
3.4 預期處理效果
該廢水按本方案實施后將達到GB4287-92《紡織染整工業水污染物排放標準》中的一級標準。各處理單元效果預測見表3。
表3 各處理單元效果預測
處理單元
項目 PH CODCr
(mg/L) BOD5
(mg/L) 色度
（稀釋倍） SS
(mg/L)
格柵井 進水 13 2000 700 500 400
調節池 出水 7～8 1800 630 400 400
去除率% ---- 10 10 20 0
反應沉淀池 出水 7～8 1080 410 160 160
去除率% ---- 40 35 60 60
MSBR池 出水 6-7 162 41 80 80
去除率% ---- 85 90 50 50
終沉池 出水 7～9 98 25 32 40
去除率% ---- 40 35 60 50
排放水質 6～9 100 25 40 70
4 設計計算書
三友印染有限公司日生產廢水約2500噸，故設計最大流量為Qmax=3000t/d=3000 m3/24/3600s=0.035m3/s=35.0L/S。
4.1 格柵的設計計算
(1) 格柵的間隙數
設格柵前水深h=0.5m,過格柵流速v=0.8m/s, 格柵條間隙寬度b=0.003m, 格柵傾角α=60°，則格柵的間隙數為
n= = =27.1
故格柵的間隙數n取為28。
(2) 格柵槽寬度
取格柵條寬度S=0.01m，則格柵槽寬度
B=S(n－1)+bn=0.01(28－1)+0.003 28=0.27+0.054=0.324m
(3) 進水渠漸寬部分的長度
設進水渠寬B1=0.20m，漸寬展開角α1=20°,進水渠道內流速為1m/s
則進水渠漸寬部分的長度
L1=(B-B1)/2tgα1=(0.324－0.20)/2tg20°=0.17m
(4) 格柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度
L2=L1/2=0.085m 0.09m
(5) 通過格柵的水頭損失
設格柵條斷面為銳邊矩形斷面，則通過格柵的水頭損失
(6) 格柵后槽總高度
設格柵前渠道超高h2=0.3m，則格柵后槽總高度
H=h+h1+h2=0.5+0.77+0.3=1.57m
(7) 格柵槽總長度
柵前渠道H1=h+h2
L= L1+ L2+0.5+1.0+H1/tgα
=0.17+0.09+0.5+1.0+(0.5+0.3)/tg60°
=2.22m
(8) 每日格柵渣量
在格柵間隙3mm的情況下，設柵渣量為每1000m3污水產0.14m3, Kz取1.50。
w=86400QmaxW1/(1000Kz)
=86400×0.035×0.14/(1000×1.50)
=0.28m3/d>0.2m3/d
應采用機械清渣格柵。
4.2 調節池
設計水量Q=125m2/h,停留時間t=6h,采用多孔壓縮式空氣攪拌，氣水比為3：1。
(1) 調節池有效容積
V=Qt=125 6=750m3
(2) 調節池尺寸
由于受場地的限制，調節池有效水深采用5.2m,調節池面積為：
池寬取8m,池長L= 取L=18.5 m
保護高取0.2m,調節池總高H為：
H=5.2+0.2=5.4m
(3) 空氣管計算
空氣用量Qa=125 3=375m3/h=0.104m3/s；
空氣總管D1取100 mm, 管內流速v1= ，v1在10-15m/s范圍內，滿足要求；
空氣支管D2：共設8根，每根支管的空氣流量q為：
q=
支管內空氣流速v2應在5—10m/s范圍內，選v2=6m/s，則支管直徑D2為：
取D2=55mm,則
穿孔管D3：每根支管聯接兩根穿孔管，則每根穿孔管空氣流量q1為0.0065m3/s,取v3=10m/s
取D3=30mm，則v3為：
v3=
(4) 孔眼計算
孔眼開于穿孔管底與垂直中心線成45°處，交錯排列，孔眼間距b=100mm，孔眼直徑 ，穿孔管長l=8m,則孔眼數m=148。孔眼流速v為：
(5) 管路阻力計算
沿程阻力h1=103.5mm,局部阻力h2=216mm，布氣孔阻力h3
式中：1.2為布氣孔局部阻力系數，γ為空氣密度（kg/m3）,γ=1.205 kg/m3,v為孔眼流速（m/s）,g為重力加速度（m/s2）
總需水頭H=H0+h1+h2+h3
式中：H0為穿孔管安裝水深（m），H0=4.4m
H=4.4+0.1035+0.216+0.9=5.62m
4.3 反應池
采用水平軸式機械攪拌反應池。
(1) 池容積
池容積
m3
式中：Q為設計流量（m3/h）
t為反應時間，一般為15-20min,取18分鐘
n為池數（個）
(2) 水平軸式池子寬度
W≥α Z h=1.2 3 3=10.8m
式中：α為系數，一般采用1.0-1.5
Z為攪拌軸排數（3-4排）
h為平均水深（一般為3-4米）
(3) 水平軸式池子長度
(4) 攪拌器轉數
第一排n0= = =3.6r/min
第二排n0= = =2.9r/min
第三排n0= = =1.5r/min
式中： v 為葉輪槳板中心點線速度（m/s）
D0為葉輪槳板中心點旋轉直徑（m）。
(5) 每個葉輪旋轉時克服水的阻力所消耗的功率
第一排：N0= =0.048kW
第二排：N0 =0.025kW
第三排：N0 =0.004kW
式中：y為每個葉輪上的槳板數目（4個），l為槳板長度（1.5m）, 為葉輪半徑（1.35m）, 為葉輪半徑與槳板寬度（15cm）之差（1.2m）, 為葉輪旋轉的角速度(0.36、0.29、0.15)，k為系數， 為水的密度為1000kg/m3, 為阻力系數=1.10，根據槳板寬度與長度之比（ =0.1）確定。
(6) 轉動每個葉輪所需電動機功率
電動機功率 ，所以
第一排：
第二排：
第三排：
式中： 為攪拌器機械總效率采用0.75， 為傳動效率采用0.6—0.95。
4.4 沉淀池
采用中心進水輻流式沉淀池。
設計流量Q=125m3/h,水量變化系數KZ=1.50,水力表面負荷q取為0.81m3/(m2•h),出水堰負荷設計規范規定為≤1.7L/（s•m）[146.88 m3/m•d],沉淀池個數為1個，（活性污泥法后）沉淀時間T為4h。
(1) 池表面積
(2) 池直徑
(3) 沉淀部分有效水深
h2=qT=0.81×4=3.24m
(4) 沉淀部分有效容積
(5) 沉淀池底坡落差
取池底坡度 i=0.001
則 h4=i×(D/2－2)=0.05×(15/2－2)=0.006m
(6) 沉淀池周邊（有效）水深
式中： h3——緩沖層高度，取0.5m
h5——刮泥板高度，取0.5m
(7) 沉淀池總高度
H=H0+h4+h1=4.24+0.6+0.5=5.34m
式中：h1——沉淀池超高，取0.5m
4.5 MSBR池
(1) A/O工藝
取水力停留時間（HRT）t=8h，BOD污泥負荷Ns=0.18Kg/( Kg﹒d)，回流污泥含量Xr=9000mg/L，污泥回流比R=50%，污泥產率系數Y=0.6，污泥自身氧化速率Kd=0.05d-1。
則曝氣池混合液含量X（MLSS）為
=3000 mg/L=3Kg/
所以，A/O生化反應池容積
厭氧段與好氧段停留時間之比取為1:2。則
厭氧池容積 厭=716.7 ，
好氧池容積 好=1433.3 。
⑴ A池尺寸
A池有效水深取4.7m，則A池面積為
A池寬取9.6m。則A池的長為
⑵ O池尺寸
O池有效水深采用4.5m，則O池面積為
O池寬取9.6m，則O池長為
(2) SBR池
污泥負荷采用0.2KgBOD5/(KgMLSS﹒d), 則所需污泥量為
容積負荷選用0.065CODcr/( ﹒d),則
沉淀時所需污泥體積
確定2個SBR池，則需處理污水的體積為
所以，SBR反應池單個池子的有效容積為
SBR池有效水深采用4.3m，則SBR池面積為
SBR池寬取為9.6m，則SBR池長為
(3) MSBR工藝的剩余污泥量
⑴ 每日生成的活性污泥量
⑵ 剩余污泥量
⑶ 濕污泥量
污泥含水率P=99.4%時,濕污泥量為
⑷ 泥齡
4.6 曝氣池
采用微孔鼓風曝氣。
原水BOD5=700mg/L,初沉池出水BOD5為410mg/L，要求經生化處理后出水BOD5≤41mg/L。
污泥增殖系數a=0.6kgMLVSS/kg BOD5,污泥自身氧化率b=0.07d-1,最佳F/m=0.4kg BOD5/kgMLVSS•d。取曝氣池活性污泥MLVSS濃度=4000mg/L,回流污泥MLVSS濃度=6000 mg/L。終沉池出水SS很少，忽略不計，回流污泥比r=0.5。
(1) 處理效率
(2) 曝氣池有效容積
Q——設計流量，m3/d
X——曝氣池混合液揮發性懸浮物（MLVSS）濃度，kg/d
FW——污泥負荷，kg BOD5/kgMLVSS•d
Sr——去除BOD5濃度kg/m3
(3) 名義水力停留時間
θ=
(4) 實際水力停留時間
θC=
(5) 確定曝氣池各部位尺寸
處理規模較小，故設1組曝氣池，則容積V=780m3
池深取3.0m,則曝氣池的表面積為
池寬取4m, ，介于1——2之間，符合規定。
池長L=
設三廊道式曝氣池，廊道長：
取超高0.5m，則池總高度為
3.0+0.5=3.5m
(6) 污泥產量
X=aQSr－bVX=0.6×3000×( )－0.07×780×4=530.4kg/d
X=aQSr－bVX=
=0.6×0.4 0.07
=0.17
去除每千克BOD5產泥量：
式中： ——每千克污泥每日產泥量，kg/kgMLVSS•d
——去除每千克BOD5產泥量，kg/ kg BOD5。
(7) 曝氣池需氧量
取 =0.5， =0.16，則曝氣池需氧量為：
O2= QSr+ VX=0.5×3000 ＋0.16×780×4=124.8kgO2/d
在標準氣溫及壓力下，空氣重量為1.26kg/m3,含氧以重量計為23.2%，故：
理論空氣用量=
設曝氣池氧的轉移率為9%，則所需空氣量為：
(8) 泥齡
θC=
如用曝氣池排泥，則每日排泥量為：
m3/d
如由終沉池底排泥，則每日排泥量
m3/d
(9) 排泥量校核：
曝氣池排泥：
q=26.4×4=105.6 m3/d
終沉池底排泥：
=17.6×6=105.6m3/d
=q≈計算日產泥量X
即曝氣池排泥量105.6 m3/d=曝氣池產泥量105.6 m3/d
4.7 終沉池
采用中心進水輻流式沉淀池。
設計流量Q=125m3/h,水量變化系數KZ=1.50,水力表面負荷q取為0.81m3/(m2•h)出水堰負荷設計規范規定為≤1.7L/（s•m）[146.88 m3/m•d],沉淀池個數為1個，（活性污泥法后）沉淀時間T為4h。
(1) 池表面積
(2) 池直徑
(3) 沉淀部分有效水深
h2= T=0.81×4=3.24m
(4) 沉淀部分有效容積
(5) 沉淀池底坡落差
取池底坡度 i=0.001，則
沉淀池底坡落差h4=i×(D/2－2)=0.001×(15/2－2)=0.006m
(6) 沉淀池周邊（有效）水深
式中 h3——緩沖層高度，取0.5m
h5——刮泥板高度，取0.5m
(7) 沉淀池總高度
H=H0+h4+h1=4.24+0.6+0.3=5.14m
式中 h1——沉淀池超高，取0.3m
4.8 污泥濃縮池
剩余活性污泥量Q=105.6m3/d,取含水率p1=99.4%（99.2%—99.6%），污泥濃度6g/L,濃縮后污泥濃度為30g/L，含水率p2=97%。
采用帶有豎向柵條污泥濃縮機的輻流式重力沉淀池，濃縮污泥固體通量M取27kg/(m2•d)。
(1) 濃縮池直徑
濃縮池面積
式中Q——污泥量，m3/d
C——污泥固體濃度，g/L
M——濃縮池污泥固體通量，kg/(m2•d)
由已知條件得：
濃縮池直徑
取6m
(2) 濃縮池工作部分高度
取污泥濃縮時間T=4.3h,則
(3) 超高
超高 取0.8m。
(4) 緩沖層高
緩沖層高 取0.4m。
(5) 濃縮池總高度
(6) 濃縮后污泥體積
5 主要構筑物及設備的工藝計算和設備選型
5.1 主要構筑物
⑴ 格柵
數量1座，采用地下式鋼砼結構，配用機械清渣格柵1臺，柵距3mm，平面凈尺寸為2.5m(L)×0.5m(W)，總深2.7m；進水孔底標高-2.00m，材質不銹鋼。格柵前后各設檢修渠和檢修閘門。格柵后設置皮帶輸送機將截留下來的污渣送就近集中堆放，定期外運處置。
⑵ 調節池
數量1座，地下鋼砼結構，內設空氣攪拌裝置，曝氣強度1.5m3/m2.h，平面凈尺寸18.5m(L)×8m(W)，總深5.4m，保護高度0.2m，進水孔底標高-2.20m，有效容積為750m3，調節時間HRT＝6h。
⑶ 反應池1
數量1座，地上式鋼砼結構。平面凈尺寸為3.5m(L)×7.0m(W)，總深2.8m，配置2臺攪拌機，功率為0.75kW，反應時間18min。
⑷ 初沉池
采用輻流式沉淀池，數量1座，中心進水，地上式鋼砼結構，平面凈尺寸Ф15m(D)，總深4.5m，有效水深4.0m，表面負荷0.81m3/m2.hr，配用ZG-28單邊傳動刮泥機1臺，電機功率1.0kW。
⑸ MSBR池
數量1組，半地上式鋼砼結構。單組平面凈尺寸為49.3m(L)×30.0m(W)，總深5.0m ，地下1.0m。總停留時間26.2hr。MSBR池設置SBR池兩格，A池、O池各一格。主曝氣格在整個運行周期中保持連續曝氣，而每半個周期過程中，兩個序批處理格分別交替作為SBR池和澄清池，運行方式是連續進水、連續出水。
A池停留時間8h。平面凈尺寸為15.9m(L)×9.6m(W)，有效水深為4.7m，安裝QJB2.2/8-320/3-740潛水攪拌機4臺。
O池停留時間16.1h，容積負荷0.065kgCODCr/m3.d，有機負荷0.07kgBOD5/kgMLSS.d，平面凈尺寸為28.2m(L)×9.6m(W)，有效水深為4.5m，內設KKL215微孔曝氣器887套。
SBR池停留時間8.1h，容積負荷0.065kgCODCr/m3.d，有機負荷0.07kgBOD5/kgMLSS.d，池平面凈尺寸為15.9m(L)×9.6m(W)，有效水深為4.3m，內設KKL215微孔曝氣器499套。為保證整個處理工藝24小時連續運行，安裝SHB-100潷水器4臺。
曝氣池平面尺寸為17.3m(L)×8.0m(W)×5.0m(H)。
⑹ 反應池2
地上式鋼砼結構，數量1座，平面凈尺寸3.5m(L)×7.0m(W)×3.0m(H)，總深3.0m，
停留時間為15min，內設2臺攪拌機，功率為0.5kW。
⑺ 終沉池
采用輻流式沉淀池，數量1座，中心進水，半地上式鋼砼結構，地下1.8m，平面凈尺寸Ф15m(D)，總深4.3m，有效水深4.0m，表面負荷0.81m3/m2.hr，配用ZG-28單邊傳動刮泥機1臺，電機功率1.0kw。
⑻ 污泥濃縮池
重力式污泥濃縮池，半地上式鋼砼結構，平面凈尺寸為Ф6m，總深5.0m，地下2.0m，停留時間為4.3hr，設置XNQ-12型濃縮機1臺，功率0.75kW。
⑼ 風機房
磚混結構，平面凈尺寸15×6m，層高4.0m，內設電動單梁起重機1臺，規格3t，功率7.5kW，導軌長9m。
⑽ 脫水機房
磚混結構，平面凈尺寸12×8m，層高4.0m，內設電動單梁起重機1臺，規格3t，功率7.5kW，導軌長9m。
⑾ 溶配藥室
磚混結構，平面凈尺寸10×5m，層高4.0m，內設電動1.5t葫蘆1臺，功率0.75kW，用于配藥時提升藥劑。
⑿ 標準排放井
地上式標準排放井，寬0.6m，全段長4m，深1.50m。
5.2 主要機電設備、器材
⑴ 機械格柵
選用HF-800型回轉式機械格柵1臺，單機功率0.75kW。柵距3mm，材質不銹鋼。
⑵ 廢水提升泵
選用80QW60-13-4潛污泵3臺，開2備1，排出口徑為80mm，流量Q=60L/S，揚程H=13m，功率N=4kW，用于調節池的廢水提升至初沉池。
⑶ 風機
選用3L30-10/0.5鼓風機6臺（其中O池3臺，風量20m3/min，風壓P2=49.0kPa，功率N=37kW，開2備1；SBR池3臺，風量10m3/min，風壓P2=49.0kPa，功率N=18.5kW，開2備1）；調節池選用SSR150三葉風機2臺，風量24.68m3/min，風壓P2=39.2kPa，功率N=30kW，開1備1。
⑷ 污泥脫水系統
帶式壓濾機2套，選用型號DY-2000，電機功率1.5kW。含污泥變量輸送泵、空壓機、沖洗水泵、皮帶輸送機等配套設備，總裝機功率15kW。
⑸ 污泥濃縮機
選用XNQ-12型濃縮機1臺，功率0.75kW。
⑹ 微孔曝氣器
選用KKL-215型可變微孔曝氣器，數量1336套，單套受氣量1～2m3/h ，氧利用率13～15%。
⑺ 初沉池刮泥機
周邊傳動半橋刮泥機1臺，選用型號ZG-28，功率0.75kW。
⑻ 終沉池刮泥機
周邊傳動半橋刮泥機1臺，選用型號ZG-28，功率0.75kW。
⑼ 潛水攪拌機
選用QJB2.2/8-320/3-740潛水攪拌機4臺，功率2.2kW。
⑽ 反應攪拌機
反應攪拌機4臺，用于初沉及終沉反應池，選用型號JBT2000，功率0.75kW。
⑾ 污泥回流泵
用于從SBR池提升污泥回O池及部分剩余污泥回流至A池，選用CP3127HT立式排污泵5臺（開4備1），流量Q=100m3/h，揚程H=15m，功率N=7.4kW。
⑿ 污泥泵
用于初沉池、終沉池污泥提升至污泥濃縮池，選用50UHB-ZK-25-18泵3臺，開2備1，流量Q=25m3/h，揚程H=18m，功率N=4kW。
⒀ 潷水器
選用型號SHB-100潷水器4臺，功率1.5kW。流量
⒁ PAC溶加藥系統
設溶藥箱1臺，容積10m3（配套攪拌機1臺，功率0.75kW）；貯藥箱1臺，容積10m3；加藥計量泵3臺（開2備1），型號J-Z2550/0.2，流量Q=0-2.55m3/h，功率N=0.75kW。
⒂ H2SO4加藥系統
設貯藥箱1臺，容積10m3；加藥泵2臺（開1備1），型號25FMW-12，流量Q=2.2m3/h，揚程H=12m，功率N=0.55kW。
⒃ PAM溶加藥系統
設溶藥箱1臺，容積6m3（配套攪拌機1臺，功率0.55kW）；貯藥箱1臺，容積3m3；加藥計量泵3臺（開2備1），型號J-X480/0.2，流量Q=0-0.5m3/h，功率N=0.55kW。
⒄ 流量計
設明渠超聲波流量計1套，型號LMC-500，測量范圍0～1000 m3/h。
⒅ 電動葫蘆
規格1.5t，1臺，功率0.75kW，配藥時提升藥劑。
⒆ 電動單梁起重機
規格3t，3臺，功率7.5kW，導軌長9m，用于設備檢修。
6 動力消耗定額及消耗量
6.1 電費
本印染廢水處理設施投入運行后，總裝機容量為244.1kW，常開功率為134.3kW，電費單價按0.60元/度計，日耗電2379.67kWH，則電費：E1=2687.79×0.60/3000=0.47元/噸廢水。
6.2 藥劑費
本印染廢水處理設施投入運行后，日耗PAC3t/d (單價300元/噸)，H2SO4粉0.9t/d (單價280元/噸)，陰離子PAM15kg/d (單價22000元/噸)，則藥劑費為E2=1482/3000=0.49元/噸廢水。
6.3 人工費
廢水處理設施為24小時連續運行，采用四班三運制，年運行天數330天，廢水處理廠定員10人.具體分工如下:
管理人員 2人
化驗人員 2人
操作人員 6人(每班2人)。
參照三友印染公司當地工資標準，按工資福利費為12000元/人*年計，則
人工費＝定員×工資福利費/水量
=10×12000/（3000×330）=0.13元/噸。
本項目的直接運行成本E=1.09元/m3廢水。
7 車間成本估算
7.1 工程概算說明
⑴土建造價暫按池容積200元/立方米計算得出；磚混造價暫按體積150元/立方米計算得出。
⑵工程投資包含土建費E1、設備費E2、水電安裝費E3；
⑶設E4=E1+E2+E3，其它費用E5包含設計費、調試費和稅金。其中，設計費按E4的4%計，調試費按E4的3%計，稅金按E4的3.4%計。
7.2 土建投資—185.474萬元
7.3 機電設備投資—220.86萬元
7.4 水電安裝費
水電安裝費按機電設備費用的8%計算。即220.86×8%=17.67萬元。
7.5 其它費用
⑴ 稅金 （土建投資+設備投資+水電安裝費）×3.4% 14.42萬元
⑵ 設計費（土建投資+設備投資+水電安裝費）×4.0% 16.96萬元
⑶ 調試費（土建投資+設備投資+水電安裝費）×3.0% 12.72萬元
小計 44.10萬元
8 總投資 概算
8.1 土建投資 185.474萬元
8.2 機電設備、器材投資 220.860萬元
8.3 水電安裝費 17.67萬元
8.4 其它費用
(1) 稅金 14.42萬元
(2) 設計費 16.96萬元
(3) 調試費 12.72萬元
8.5 工程總投資 468.1萬元
9 環境保護與安全措施
9.1 環境保護制度
規范城鎮污水處理廠設計，完善工藝。要嚴格執行污水處理廠設計規范，根據處理規模、水質特征、受納水體的環境功能及當地實際，選擇適用的污水處理工藝。新建城鎮污水處理廠必須采用脫氮除磷工藝。已建成的污水處理廠出水水質氮、磷等指標超標的，要制定限期治理方案。要配套建設污水處理廠環保設施，落實污泥處理、噪聲控制、除臭、消毒等措施。
嚴格實施排水排污許可制度。加強對排水企業的監管，建設、環保部門要嚴格實施和執行對排水企業的排水、排污許可證制度。通過污水處理廠與排水企業簽訂服務協議，明確排水企業的責任；加強對進入城鎮污水收集系統的主要排放口特別是重點工業排放口水質水量的監測，禁止超標污水進入收集管網；嚴格按照設計要求、處理工藝接納工業污水，禁止接納超過處理能力或接納不符合處理工藝的工業污水，以保證污水收集系統和城鎮污水處理廠安全、正常運行。
9.2 消防與安全
9.2.1 職工安全衛生設計
本設計嚴格遵循下列規范與標準：
（1）TJ36-79《工業企業設計衛生標準》。
（2）TJ36-79《工業企業噪聲設計控制標準》。
（3）其它有關的設計規范及標準。
9.2.2 消防設計
本設計嚴格遵循下列消防設計規范與設備：
（1）GBJ16-87《建筑設計防火規范》。
（2）GBJ140-90《建筑滅火器配置設計規范》。
（3）消防設備：輔助設備用房內配備滅火器。
10 總結與展望
通過三個來月的實習，我在工作上有很大的收獲。首先，我了解了廢水處理的相關工藝，并能進行設備選型的設計和計算。其次，我初步學習了CAD軟件，雖然還不能很熟練地運用，但已經能繪制一些較簡單的圖形，由于是第一次接觸CAD，所以一開始學的時候，我就感覺有些不知所措，不過通過自學及向別人請教，我有了明顯的進步，并且能夠獨立畫出規范的工程圖紙。再次，在文獻檢索方面我也有了很大的提高，這學期我們已經學過了這門課程，也進行過實際查詢，不過實習后才深刻體會到了這個能力的重要性，因為工程師們不可能手把手地教我們怎么設計和計算，這就需要我們查閱大量的資料來完成，這也鍛煉了自己的自學能力和文獻查閱能力。
實習的結束對于我來說既是一個結束，也是一個開始，對于我以后走上工作崗位也是一次難得的經歷，在這兩個月期間，我拓寬了視野，增長了見識，體驗到社會競爭的殘酷，而更多的是在工作中積累了很多有用的經驗，這些經驗、收獲和不足都是我日后學習工作的借鑒，我將繼續揚長補短，不斷提高自己，為塑造全面發展的自我而努力。
致 謝
首先，非常感謝導師諸愛士給我指明了課題方向，使我有機會對印染廢水處理技術及其工程設計進行深入的了解和學習。感謝諸老師給予我的幫助和鼓勵，更感謝諸老師對我的批評教育。
其次，特別感謝東天虹環境保護有限公司的項賢富總經理給我這個實習鍛煉的機會，還感謝羅菊芬、李康、卓里穎、王高春等工程師的熱心指導，幫助我完成了這次畢業設計，同時也傳授了我很多工作的經驗，使我受益匪淺。
再次，十分感謝化工專業所有的老師，是各位老師傳授了專業知識給我，讓我有機會學習到化工方向的知識。也要感謝所有老師為我創造的和諧的學習環境。
最后，感謝和我一起度過四年本科生活的同學，感謝他們給予我的熱情幫助和支持。
參考文獻
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