电气和自动化论文精选(九篇)

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第1篇：电气和自动化论文范文

论文关键词：实践教学体系；电气工程及其自动化；应用型；综合能力

电气工程及其自动化专业是一门实践性、应用性很强的学科，大多数专业课程都需要通过适量的实践活动来培养学生的实际动手能力和创新能力。根据我校关于本科培养方案指导思想的要求：以培养应用型高级人才为主，加强学生的创新意识、竞争意识和适应能力的教育，注重学生的知识、能力、综合素质的协调发展。因此，应用型本科专业在具体的实践教学中，应把培养学生分析和解决问题能力作为构建良好的实践教学体系的基础和核心。

一、实践性教学体系建设

1.实验室建设

随着我校顺利升格为本科院校及我系电气工程及其自动化本科专业的设置，提升电气自动化、电力系统的实验水平就迫在眉睫。但是众所周知，建设电力系统的相关实验室要求条件十分苛刻，加之所需的实验设备造价昂贵，而我院做为近几年刚刚升本的院校，争取上级有限的科研经费相对较为困难，导致对实验室建设的资金投入相对不足，实验条件相对有限，短期内难以满足电气工程及其自动化的相关实验要求。因此，这就要求我们必须广开门路，通过其他行之有效的措施和方法，不断满足该专业相关的实验要求。

在学习和借鉴外校实验室建设和管理的基础上，依据本校学生的基本素质和我校现有的实验条件，我系对实验室建设做以下改进。

（1）构建实验平台，满足课程需求。通过学院的持续投资和我系教师的不懈努力，我系建立了具有层次化、综合性的系统实验平台——电力系统综合实验室，该平台是对“电力系统分析”、“发电厂及变电站电气部分”、“供电技术”、“电力系统继电保护原理”、“电力系统自动装置”、“电力系统微机保护”及“电力系统综合自动化技术”等主要专业课程实践实验环节的系统整合。在此平台上，不仅能满足本专业核心课程的基础实验和综合实验的要求，还能使学生自主完成相关课程设计。

（2）依托仿真技术，调动学生兴趣。在课程中推广和运用仿真实验手段，实现仿真实验与相关课程的有机结合。教师在讲授专业课时，有选择的向学生介绍ANSYS、PSPICE、MATLAB等仿真软件以及应用组态王软件，并且通过较多实例的仿真讲解，使学生对该专业课有更深入的理解和应用，同时要求学生对该课程的实验内容预先进行仿真。这样既能提高学生的学习兴趣，又能使学生对该课程有更加全面的掌握。

（3）完善互动平台，提升教学效率。我们在现有的教学条件下，广泛收集网络上丰富的实验环节资源，建立完善了相关课程的网络实验室。如在《电力系统继电保护原理》教学网站上，增加了微机继电保护等教学、实验内容，搭建了师生互动平台，以此弥补实验教学时间的不足。教师的教学效率得以大大提升，也为学生更好的进行学习、实验创造了便利条件真正实现了教师与学生的教学互动和沟通交流。

（4）建立合作关系，拓宽实验领域。洛阳作为河南乃至全国有影响的重工业基地，本地众多的大中型工业企业也希望通过加强与科研院所的沟通联系来提高自己的技术水平。通过洛阳市政府的牵线搭桥，我们结合自身的学科优势和人才资源，近年来先后与黄河同力水泥有限公司、洛阳供电公司、龙羽电气等单位签订了校外实习合作单位协议，不断加强合作交流。我校每年都选送大批学生到相关企业，在其生产实验室内进行实践活动：如在龙羽电气有限公司进行的《高低压电器》实验，在黄河同力水泥有限公司进行的《工厂供电》实验，在庞屯变电站进行的《变电站综合自动化》实验等等。这样既解决了我们的有关实践难题，又提高了学生的实际动手能力。

（5）引入科研项目，注重实践培养。实践教学将由浅入深，由基础到综合将教师的科研内容和科研成果、工程实际问题等引入到实验教学中，把知识学习技能训练、能力培养等融合在一起，增强学生的实际应用能力，提高教学效果。适时引入设置创新型实验项目，让学生及时了解实验新技术的发展，注重培养学生掌握新实验技术的能力。此外，我校还组织学生积极参加全国技术大赛，进一步锻炼学生的综合能力。我校在全国电子设计大赛和“挑战杯”大赛中均取得了优异的成绩。

2.实习基地建设

本专业现有两个实习基地，分别是电工实习2和模拟变电所。

“电工实习2”实习基地分为两个部分，学生要在两周时间内完成电机的拆装和控制柜的安装实训，该实习基地主要面向经过专业课程学习，具有一定理论基础的大三或大四学生进行，该实习项目侧重工程技术应用、重视实践环节的锻炼，具有较强的工程适应能力，对于提高学生的实践动手能力、解决实际问题的能力，具有很大帮助。该实习项目至今已培训过数千名学生，学生反映实习效果非常好。

模拟变电所主要由380V模拟10kV电压进线，由真实的高低压一次设备完成整个的工厂供配电以及控制过程。该变电所模拟工程气氛浓厚，学生可以在该变电所中得到较好的工程锻炼机会。

除了校内实习基地的进一步建设与完善，还需要继续加强与同力水泥、洛阳供电公司、龙羽电气等合作单位在科研、人才培养、校外实习基地等方面的合作。

3.课程设计和毕业设计建设

专业课程设计建设的重点是如何提高学生的综合能力，而实现这一目标的前提是选择合理的课程设计题目。但是传统的课程设计题目大多较为单一，与具体的生产实际要求脱节较为严重，并且设计的标准也与工程规范相差甚远。因此，我院在具体的课程设计中，十分注重实践性和可操作性，要求选题与有关科研项目和相关企业紧密结合，如在工厂供电课程设计中，从企业得到第一手的详细资料，发给学生真学真练，使学生从中汲取更多的经验，既锻炼了独立思考的能力，也增强了实际操作能力。

毕业设计作为重要的实践教学环节，关键是要实现课题的真实性、知识的综合性和设计的创新性。近年来，随着电气工程及其自动化专业学生人数的不断增多，教师数量和毕业设计课题数量相对不足的问题日益突出，而用人单位也对新录用人员实际动手能力的要求越来越高。为此，我们在毕业设计课题的选择上，要求每位毕业生的毕业设计，或结合教师的科研项目，或结合企业的技术项目，或组织学生到外地公司和工厂开展毕业设计等工作尝试，使学生的综合素质、创新能力得到进一步提高。从2009届开始，我校就选送部分毕业生到龙羽电气和市内其他变电站进行毕业实习和毕业设计，并取得了较好的效果。

二、专业师资人才队伍建设

如何培养建设一批高水平人才，是每个高等院校都面临的共同难题。这不仅要求每一位教师具有扎实的理论知识，更要具备较强的实际动手能力。为此，我校积极做好人才的培养工作，把提升师资队伍的层次、优化师资队伍的结构、提高师资队伍的整体水平作为师资队伍建设的重点工作。以两个专业研究方向为目标，加强师资队伍建设，注意教师进修提高，积极引进博士，鼓励和支持青年教师攻读在职博士学位，促进学术带头人后备力量的培养工作，从而形成一支整体水平高、结构合理的教学和科研型教师队伍。主要通过以下几方面措施来实现。

（1）加大高层次人才引进力度，优化教师队伍的结构，不断增加师资队伍总量。

（2）加强专业带头人、课程负责人及骨干教师队伍建设，进一步明确其权利和义务，以激发教师积极向上的热情。

（3）充分培养和挖掘现有教师队伍的潜力，加强“双师型”教师的培养。一方面从企业引进工程技术人员，另一方面通过各种途径提高教师的实践技能。

三、实践性教学教材建设

通过综合了解国内、省内其他院校电力系统及其自动化专业教学、实验方面等情况，发现近年来在实践教材特别是综合实验方面教材编写的不多。因此，我们必须高度重视此项工作，以切实发挥实践性教学教材在教学、实验中的重要作用。

根据不断改进和完善的实验设备和实习场所的情况，我校组织一批教学、实验经验丰富的教师编写了相关的实验（实习）大纲和指导书，课程设计大纲和指导书等教材，并顺利通过了学院的严格审核。特别是针对我系建设的电力系统综合实验室，我系教师专门编写了严谨完整的实验指导书。该实验教材既能满足实验设备和教学实践的要求，又能增强学生的实训能力，使得学生的综合设计能力和创新意识不断得到提高。

第2篇：电气和自动化论文范文

【关键词】L型前装机；转向系统；闭环控制系统

0 引言

自20世纪90年代以来，采矿设备的发展日新月异，世界上采矿设备生产巨头们像卡特彼勒、小松、久益环球、利勃海尔等公司纷纷推出自己的各种新产品，这些新的产品共同的特点是不断涌现出新结构和新元件时还广泛应用新的控制技术，技术发展的重点在于增加产品的电、液技术含量，应运更先进的电气、液压控制系统和更先进、灵敏的原件来实现对操作的优化。现在越来越多的控制技术和控制理论开始应运到前装机上，如变频调速控制系统、PLC控制系统、单片机控制系统、传感器控制技术等，这些技术的应用在控制精确度和效率上使前装机达到了一个前所未有的高度。

节能减排技术将是未来装载机行业的发展方向[1]，更是采矿设备行业的发展方向。节能减排是个世界性的大课题，对于以柴油发动机作为主要动力源的前装机来说，这不仅因为节能和减排本身就是一对儿矛盾，而且还要考虑产品的性价比与可靠性。节能减排不仅仅关乎发动机、传动、液压和电控等系统，这是一个综合性的课题。对于装载机来说，合理的工作装置设计可以提高作业效率，减小作业阻力，降低油耗，但是控制系统的合理、先进设计同样对节能减排起巨大的作用。

本次选题准备以转向系统的控制设计为例来说明装载机目前的自动化控制水平和将来的发展方向。为了保证转向系统平稳、快速的运转，我们设计了本选题的电气控制系统和液压控制系统，在对各种电气和液压元件控制方法的工作原理进行了详细的分析的基础上，提出了L1150型前装机转向系统控制设计的选题。希望通过我们的研究能把前装机目前的自动控制技术提高到一个新的高度。

1 L型前装机转向系统总体模型设计

转向是电液控制的自动控制系统。则转向系统总体设计结构图如图1所示。

由上述结构图可以得出系统的传递函数为以下三部分组成，其中G1（S）是电气系统的传递函数，G2（S）是电液比例控制阀占空比对换向阀流量的传递函数，G3（S）是液压系统的传递函数，如图2所示：

所以本论文的设计分为俩部分，一部分为电气控制结构的设计，另一部分为液压控制结构的设计。

2 L型前装机转向系统控制设计

2.1 电气控制结构设计

电气控制是当操作手柄给左转向命令时，操作手柄移动被转换成CAN信息。CAN全称为Controller Area Network即控制器局域网[2]，CAN总线是国际上应用最为广泛的现场总线之一。由操作手柄输出转向命令值输入到控制器，控制器接收到输入信号后输出PWM脉冲信号给控制阀，控制执行元件动作。转向位置传感器随时监控转向的位置角度并转化为电信号反馈给VCU，和操作手柄的给定值比较以便进一步的控制。该系统设计为负反馈闭环控制系统，所谓反馈控制系统，就是指根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系y行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。L型前装机转向系统的电气控制控制结构图设计如图3所示。

2.2 液压控制结构设计

液压技术的发展[3]，可追溯到 17 世纪帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，开始奠定了流体静压传动的理论基础。液压系统：液压油从油箱流入转向泵的入口。转向泵输出液压压力油经控制阀和流量放大器后流入转向油缸，转向油缸动作从而实现转向运动。通过负载感知把负载的压力分别反馈回控制阀和转向泵，反馈回控制阀的压力油与给定值比较后进一步控制方向阀芯的开口大小从而进一步的控制压力油流向转向油缸的流量。由于液压系统运行时容易发热，为了节省功率和减少发热量负载反馈的压力油同时反馈给转向泵，从而可以控制转向泵斜盘角度，进一步控制转向泵的输出功率。该系统设计为负反馈闭环控制系统，所谓反馈控制系统，就是指根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。L型前装机转向系统的液压控制控制结构设计如图4所示。

图4 转向系统的液压控制结构图

3 转向控制系统的测试和分析

把设备所有的电气系统和液压系统以及其他的结构件等安装调试完成后，启动设备做了左转向、无转向、右转向等的一系列空载、有载测试，空载测试是指设备没有装载并处于平整的地面上，有载是指设备处于装载的工作状态，并处于工况不是很好的环境下，测试结果见表1所示。（下转第287页）

从表1中的测试结果可以看到当有禁止状态时，转向接口卡无输出。当发出左转向命令的时候，转向接口卡输出的电压为12V-18V；当操作手柄处于中位时转向接口卡的输出为12V；当发出右转向命令时转向接口卡的输出为6V-12V；这完全符合当初设计的期望值，在进一步的测试中该电路输出稳定、可靠符合要求。

4 结论

本论文的设计以L型前装机转向系统的设计为主题，主要包括电气系统和液压系统俩部分。电气系统采用LINCS II控制系统，由操作手柄通过CAN控制系统发出转向命令通过数字接口卡转化为数字信号后输入到VCU（VECHICLE CONTROL UNIT） VCU接受到信号后发出PWM输出信号给数字接口卡的转向接口卡通道，然后再传输到PVG32先导控制阀控制液压系统。转向位置传感器随时监控转向的位置角度并反馈给VCU和给定值比较以便进一步的控制。液压系统采用电液比例先导控制，液压油从油箱流入转向泵的入口，液压压力油从泵流过高压过滤器后到达流量放大器阀（Danfoss） 的HP口。当有转向命令时PVG32先导控制阀控制先导油推动流量放大器的方向阀芯后从泵出来的油经流量放大阀芯被导向转向油缸从而实现转向运动。

【参考文献】

[1]皮钧.工程机械的技术发展方向[J].工程机械，2012（11）：27-30.

第3篇：电气和自动化论文范文

论文关键词：变电站二次设备；状态检修；管理 

一、变电站二次设备的状态检修 

1.设备检修就是为了保持或恢复设备完成规定功能的能力而采取的技术活动 

管好、用好、修好设备，保证现代化设备在使用过程中经常处于良好的技术状态，以满足生产需要，并使检修费用降到最低，是检修工作要求达到的目的。变电站二次设备状态检修的简单步骤包括：首先通过设备状态监控测量，然后由检测最终结果，严谨地分析结果，最后合理地安排检修项目和该项目的时间。通俗地讲，就是在第一时间去了解设备当前的工作情况，用先进的设备监控仪器开展状态监测（可充分运用通信技术、微电子技术等），再综合各方面因素去判断设备的目前状况。在线监测、诊断都在状况检修的范围之内，其检修内容还包含了设备管理、验收和设备的检修、故障记录等多方面。长期以来，电力系统主要的检修机制为实施的防范性计划检修。改革开放几十年来，随着我国实施科教兴国战略，综合国力迅速提升，科学技术水平不断提升，变电站二次设备检修正在由预防性计划检修朝着预知性状态检修的方向过渡。 

2.由各种不同的功能，可将变电站准确地分为一次、二次设备 

继电保护的监控系统、远程及自动装置作为二次设备的三大组成部分，任何一部分出现故障，都将导致电力系统及设备无法正常运行。在实际工作状况下，由二次设备引起的事故偶有发生，包括不正确运行的结果，往往影响到运行设计人员、产品保障部门等许多方面。由于微型计算机在继电保护上的投入使用，有效提高了断电保护系统高效可靠地运行，降低了成本，提高了检修准确率。 

3.监测内容 

设备状态检测是变电站二次设备状态检修的主要基础。变电站二次设备的主要监测对象是：交流测量系统、直流操作、信号系统、逻辑判断系统、通信系统、屏蔽接地系统等。其中在交流测量系统内包含着ta、tv良好二次回路绝缘、完好的测量元件、完整的回路；直流系统则包含了操作和信号回路绝缘良好以及完整的回路。 

4.监测方式 

变电站二次设备依赖传感器进行状态监测。由此看来，变电站二次设备状态监测无论是在技术上、经济上等方面都更容易实现，在不增加多投入状况下，充分利用当前测量方式，这是一般保护状态监测难以实现的。例如二次保险丝的熔断报警装置、直流回路的绝缘监测、ct、pt断线的监测等。微机保护、微机其自身自诊断装置技术的高速发展，为变电站二次设备状态监测成为电站故障诊断的完善系统夯实了坚实的基础。 

二、关于变电站二次设备状态检修应注意的几个事项 

1.变电站的二次回路的监测问题 

由二次设备相互连接，构成对一次回路设备进行测量、控制、调节、保护和监视运行状况、开关位置等信号的电气回路称为二次回路。变电站的二次回路包括三个回路：断路器的控制回路、变电站的信号回路、变电站的同期回路。其中，断路器控制回路的作用是运行人员通过回路的控制开关发出操作命令，要求断路器分闸或合闸，然后经过中间环节将命令传送给断路器操动机构，使断路器能够分闸或合闸，当断路器完成操作后，由信号装置显示已完成操作。连接保护装置的二次回路包括交流电流回路、交流电压回路、直流操作控制回路和信号回路及测量回路。目前，随着保护装置的微机化，很容易实现状态监测。但是由若干继电器及连接的各个设备的电缆组成的二次回路有一个很大的缺点，即分散并且点多。在监测各个继电器触点的工作状况中，如果要以在线的方式监测回路接线的准确性与否，不但成本高、不经济，而且很难做到。所以若要监测该问题，应从设备管理方法这一关键点着手，比如设备验收管理，最好的方法是可以离线监测资料管理。 

2.二次设备对电磁抗干扰性的监测问题 

目前，变电站二次设备对电磁干扰产生越来越强烈的敏感性，主要是由于大量微电子元件以及高集成电路的广泛使用。采样信号失真、元件损坏、自动装置异常都是电磁波对二次设备产生干扰的表现。在二次设备状态检修中及其重要的一项内容是：对二次设备进行关于电磁兼容性的考核试验。电磁兼容是相对电磁干扰而言的。从电磁能量的发射和接受而言，电气和电子设备在其运行中可同时起发射器和接收器的作用。当不希望的电压或电流信号出现在敏感设备上并影响其性能时，则称之为电磁干扰。所谓电磁兼容就是指设备或系统在包围它的电磁环境中能不因干扰而降低其工作性能，它们本身所发射的电磁能量也不足以恶化环境和影响其他设备或系统的正常工作，相互之间不干扰，各自完成各自正常功能的共存状态。为了实现良好的电磁兼容，需要从控制干扰源、降低干扰源与敏感设备间的耦合程度和提高易受影响设备的抗干扰能力3个方面协调地采取措施。对于设备的电磁发射、抗干扰能力应符合相应的考核及试验标准。对各个不同厂站的敏感器件、干扰源进行必要的监测管理。例如检查二次设备的屏蔽接地状况，关于在微机保护装置旁违规使用移动通讯设备的管理等等。

3.一、二次设备两者在状态检修方面的相互关系 

电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程中的高压电气设备，包括发电机、电压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电容器、电抗器、电动机等。二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护，以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需要的低压电气设备，如测量仪器、检查装置、信号装置、熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。大多数情况下，只有在一次设备停电检修时，二次设备才可以设备检修。也就是说要首先考虑电气一次设备的情况，然后再对二次设备状态检修进行决策分析，保证二次设备运行可靠，从而缩减停电检修时间，降低检修成本。 

4.二次设备检修与设备管理信息系统的关系 

设备管理信息系统可以实现计算机管理设备的运行情况，记录历次检修实验，从而实现信息共享。因此，许多供电企业开始建立了该系统，以此来保证在状态检修中做出正确有效的决策。 

三、开展状态检修过程中需要注意的一些问题 

1.需要更新观念 

事物是在不断运动的、变化的，检修工作人员应该解放思想，用变化的思维观念去解决一些设备检修问题，改变传统的预防性设备检修的思考方式。在变电站二次设备检修过程中，要保持冷静，不能急功近利，要有耐性，切忌寻找一种快速的检修方法，要记住不可能在短期内完成这样的系统工程，要养成循序渐进，脚踏实地的工作作风。 

2.需要创新体制 

国家及企业建立了电力设备检修的一些制度。电力工作人员在只有了解现行专业制度后，才可以更好地做好检修设备的工作，拟好可靠有效地实施方案。比如执行相关专业规定的技术标准、工艺原则等，改进检修内容及方法，合理客观地追究事故责任。总之，要在实践中不断完善变电站二次设备检修制度，不断创新体制，总结探索先进的检修方法，把理论应用到实践中。 

3.需要提高检修工作人员专业技术素质 

在任何一个大型企业，都需要各类专业工作人员的协调配合工作。状态检修任务艰巨，影响甚大，更需要各类专业人员协同工作，尤其在大型变电站设备的检修过程中，更需要专职人员的密切配合，才能保证检修工作的质量。同时，提高电力工作人员的素质，可以减少不必要的事故发生，因为在电力生产中，许多事故的发生都跟运行人员自身素质有很大关系。同时，随着高电压等级变电站的增多、带电作业的增多、状态检修的推行等，对人员素质提出了更高的要求。因此，加强对工作人员的素质技术培训，提高检修专职人员的素质迫在眉睫，只有这样，才能适应不断增多的高风险作业的要求。 

第4篇：电气和自动化论文范文

论文摘要：火焰切割机是利用燃气和氧气将铸坯快速燃烧，达到切断铸坯的目的，其优点是在线设备轻，一次性投资省，适应铸坯的温度宽；缺点是切割渣不易处理，金属损耗大，但当铸坯较长时，金属损耗则较少。本次课题实际内容主要是针对火焰切割机的电气控制部分进行研究和设计，本文引用电气控制PLC原理，通过各种电气元件的选型和计算，以及PLC程序的编译，简单的介绍了该火焰切割机电气控制方面的设计过程和设计方法。火焰切割机的电气设计包括PLC、变频器、控制变压器、低压电气元件的选型以及STEP 7的程序编译。

1 绪论

1.1 连续铸钢的概念

连续铸钢是一项把钢水直接浇铸成形的节能新工艺，它具有节省工序、缩短流程，　提高金属收得率，降低能量消耗，生产过程机械化和自动化程度高，钢种扩大，产品　质量高等许多传统模铸技术不可比拟的优点。自从20世纪50年代连续铸钢技术进入工业性应用阶段后，不同类型、不同规格的连铸机及其成套设备应运而生。20世纪70年代以后，连铸技术发展迅猛，特别是板、方坯连铸机的发展对加速连铸技术替代传统的模铸技术起到了决定性作用。

1.2 连铸比的概念

连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁工厂生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。

1.3 国内外连铸技术的发展

1.3.1 国外连铸技术的发展概况

20世纪50年代，连铸开始用于钢铁工业生产。连铸坯产量仅有110万t左右，连铸比约为0.34%

20世纪60年代，弧型连铸机问世，连铸进入了稳步发展时期。年产铸坯能力达4000万t以上，连铸比达5.6%。

20世纪70年代，世界范围的两次能源危机促进了连铸技术大发展，连铸进入了迅猛发展时期。铸坯产量已逾2亿t，连铸比上升为25。8%。

20世纪80年代，连铸进入完全成熟的全盛时期。世界连铸比由1981年的33。8%上升到1990年的64。1%。连铸技术的进步主要表现在对铸坯质量设计和质量控制方面达到了一个新水平。

20世纪90年代以来，近终形连铸受到了实际各过的普遍关注，近终形薄板坯连铸与连扎相结合，形成紧凑式短流程，其发展速度之快，非人们所料及。

1.3.2 我国连铸发展概况

近几年，我国连铸发展很快。除海南、西藏和宁夏，都有了连铸。2000年，连铸坯产量达到11450万吨，突破一亿吨，位居各国之首。连铸比88.08%，超过了世界连铸比的平均数87.2%。从1996~2000年的五年，连铸坯的产量增加7017万吨，平均年增1403万吨，连铸比比1995（46.48%）增长41.6个百分点 ，平均年增8.32个百分点.这个增速在世界上也是罕见的.2000年，全连铸单位达到130个占有连铸单位的总数165个的78.8%(没有连铸的单位仅12个);高效和较高效连铸机占连铸机总数339台的约50%.在品种质量方面，可以说除个别品种外都能生产并满足质量要求。

进入新世纪，连铸生产发展更快.2001年连铸坯产量达13820万吨，连铸比达92.8%，比2000年猛增2370万吨，增长21%，连铸比增长4.72个百分点。

2002年预计将产连铸坯16500万吨连铸比将达94%左右，全连铸单位将达157个，占当前有连铸的单位总数175的89.7%.2002年预计将新增连铸机60台200流，产能3500万吨以上.到2002年在线连铸机将达444台，产能共19450万吨.预计到2005年连铸机产能将达23500万吨，产量将达21000万吨，连铸比将达97%.现在新建的钢长起步都是全连铸，新建的连铸机基本上都是高效的，而且达产很快。

1.4 今后我国连铸发展要求

1.提高品质.国内市场所需的品种应能自己生产并保证质量，充分满足市场要求，并有利于扩大出口。

2.提高效率.还有近半数的连铸机需要进行高效化改造，已改造的效率需进一步提高，新建连铸机必须高效化且一 步到位，提高近终型连铸的比率，进一步提高效率。

3.提高连铸比.尤其是提高特钢连铸比，　进一步发展全连铸.目前，影响我国连铸比的主要是几个大的钢铁企业和一批老的特钢企业，　包钢和攀钢可望于2003或2004年实现全连铸，宝钢可望于2006年实现全连铸，太钢也正在努力。

4.流程最佳化．炉外精炼、铸坯热装、连轧成材，连铸是中间环节和中心环节，力求匹配、衔接最佳化，使　之充分发挥炼钢及轧钢的能力，缩短工艺流程，降低各项消耗，提高劳动生产率，增加经济效益。

1.5 连铸机的组成

连铸机主要由钢包运载装置、中间包、中间包运载装置、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直机、引锭装置、切割装置和铸坯运出装置等部分组成。

图1.1 弧形连铸机

1-钢包转台; 2-中间罐; 3-结晶器; 4-二次冷却及导向装置; 5-结晶器振动装置

6-拉矫机; 7-引锭存放装置; 8-切割装置; 9-铸坯运出装置

1.6 弧形连铸机的生产流程

连续浇注时，钢水罐中的钢液经过中间罐注入水冷铜板结晶器内，结晶器的底部由引锭头承托，使引锭头与结晶器壁密封后便可开始浇注。注入结晶器的钢水受到水冷铜模的强烈冷却，迅速成为具有一定厚度坯壳的铸坯。当钢液浇至规定高度时，开动拉矫机，拉锟夹住引锭杆以一定速度把铸坯连续拉出结晶器。为了防止铸坯坯壳被拉断，并减少结晶器内的拉坯阻力，在浇注过程中，结晶器始终要进行往复振动。铸坯拉出结晶器以后，进入二次喷水冷却区，直到完全凝固。当铸坯拉出拉矫机后，脱去引锭装置，铸坯经过矫直，再经过割机切成定尺长度，由输送锟道运走，这一整个过程是连续进行的。

铸坯切割装置处于整个连铸装置的末端，也是整个连铸流程的结尾部分，负责把连铸坯按照轧钢机的要求切割成定尺或倍尺长度。铸坯是在连续运行中完成切割，因此切割装置必须与铸坯同步运动。

1.7切割设备的技术要求

1．把被矫直的铸坯，按要求切割成一定长度。

2．铸坯切口应与铸坯长度方向垂直，切面平整，切头不应有大于原铸坯断面的变形。

3．切割能力应适应铸坯温度的变化。

1.8切割设备的类型及特点

1.8.1 种类

小方坯连铸机采用的切割设备种类较多，有电动机械剪，液压剪，火焰切割机等。

1.8.2火焰切割机原理

火焰切割机是利用燃气和氧气将铸坯快速燃烧，达到切断铸坯的目的，其优点是在线设备轻，一次性投资省，适应铸坯的温度宽；缺点是切割渣不易处理，金属损耗大，但当铸坯定尺较长时，金属损耗则较少，因而目前有些中、小企业又趋向建火焰切割机。

1.8.3 火焰切割机的种类

火焰切割机用于小方坯铸机的机型目前有三种：其一自动化程度较高，投资也较大的为全自动化的火焰切割机，切割枪的摆动，切割小车的随动及返回，以及自动计数定尺，都由微机控制。电动或气压做动力源。

另两种近来较流行的经济型的火焰切割机：一种称无动力型火焰切割机，另一种称夹坯型火焰切割机。

（1）无动力型火焰切割机

这种火焰切割机不同于全自动的火焰切割机，除切割小车返回使用液压缸外，其余全无动力源，是靠铸坯带动产生各种动作，当撞头落在锟道线上，铸坯运行一个定尺长度至撞头处，则顶动撞头并带着切割小车前进，切割小车上装切割枪，切割枪的摆动运动来源于摆动机构上有一个导轮，当切割小车被铸坯带动

前进时，此导轮将沿着一个固定的靠模曲线前进，因曲线的起伏使导轮带动切割枪，产生切割摆动运动。定尺撞头的上部装在定尺导杆上，由于定尺不同，撞头在定尺导杆上的位置可以通过调节装置进行调节，导杆的末端有释放导模，当撞头走到导杆末端时，完成尺切割后，撞头将因导模的作用，自动释放抬起。则被切断的铸坯经锟道送出。撞头及切割小车又被液压缸带动返回原处，而撞头落下成等待位置，全部切割过程结束。

该切割机的动力来源是铸坯，铸坯不顶到撞头，则切割小车不会行走，切割枪不会摆动，无法进行切割，显然该机不能进行非定尺的切割，如切头、切尾，或事故切割，这是该机的最大弱点。

（2）夹坯型火焰切割机

为了克服上述切割机的缺点，一种新型的切割机对随动运动作了改进，不用被动的顶坯方式，而改为主动的夹坯随动方式，并用汽缸作动力，解决了不能切头、切尾的问题。

夹坯型火焰切割机，切割机前设置里夹坯锟，夹坯夹头，火焰切割枪的摆动仍是由摆动机构和靠模完成，切割小车返回用液压缸或用气动马达，夹坯夹头杠杆通过转轴，靠汽缸传动，产生夹紧或放松的动作，而气缸的进排气则由工人遥控，或由定尺装置发出信号，显然该机应另配备定尺发信号装置。目前小方坯连铸机采用这种带有主动夹坯机构的火焰切割机日渐增多。

1.8.4 切割枪

割炬又称为切割枪，是火焰切割机的重要部件。切割枪是由枪体和切割嘴组成。而切割嘴是它的核心部件。

外混式切割枪，它形成的火焰焰心为白色长线状，切割嘴可距铸坯50～100mm内切割；外混式切割枪具有铸坯热清理效率高，切缝小，切割枪寿命长等优点。切割枪是用铜合金制造，并通水冷却。

一般当铸坯宽度小于600mm时，用单枪切割；宽度大于600mm的铸坯，用双枪切割。但要求两支切割枪在同一条直线上移动，以防切缝不齐。切割时割枪应能横向运动和升降运动。当铸坯宽大于300mm时，切割枪可以平移，见图a，当坯宽小于300mm时，割枪可做平移或扇形运动，见图b，割枪的扇形运动的一个优点是切割先从铸坯角部开始，使角部得到预热有利于缩短切割时间，同时在板坯切割时先做约 5°的扇形运动，割枪转到垂直位置后，再做快速平移运动，见图C。

图1.2 割枪运动

1.8.5 铸坯自动定尺装置

锟子通过气缸与铸坯接触，铸坯带动锟子转动并发出脉冲信号，由计数器按定尺发出信号开始切割。

1.9 切割机的选用

火焰切割机，在线设备简单，一次性投资低，切头比较平整，不受铸坯温度的限制，但金属损耗高，有烟尘和切割渣的污染，需要增加额外的投资。这里选用了夹坯型火焰切割机。

图1.3 火焰切割装置

图1.4 夹钳式同步机构简图

1.10 课题关键问题及难点

这次课题关键问题及主要难点有：

1.工作环境温度高，零部件的选用与保护。

2.变频器的参数设置。

3. 电气元件的选用。

4．火焰切割机机械部件与PLC控制系统的搭配。

5.电气图主要技术参数的计算。

6.STEP 7的编程。

2 火焰切割机机械控制

2．1 切割机机架

由轨道和轨道梁、走行和检查平台、横梁和立柱、能介管道和电缆等组成。

1．轨道采用高架形式，每流两根。安装轨道的轨道梁断面为“日”字形，内部通有冷却水，火切机轨道梁公用一个大机架。

2．行和检修平台。平台盖板上部为钢制花纹板，下部为钢板。

3．分布在铸流两侧，为了保证切割操作工有良好的操作视线，横梁采用下置式安放。

4．机能介管道和电缆设置在远离拉矫机一侧，如配置测量辊装置空气管和电缆设置靠拉矫机一侧。

2．2 车体

由下箱体、安装板、上箱体、箱盖和前箱体组成。

1．箱体和上箱体是一个箱形双壁构件，通有冷水，可保护安装在其中的各部件，防止机下铸流热辐射的损害。

2．安装板在上、下箱体之间，火切机的各部件都装在此板上。

3．箱盖在上箱体上方，是一可折的轻型盖子，便于安装和维修。

4．前箱体是单壁箱体，用来保护切割枪、夹钳装置。

2．3 传动装置

两传动火焰切割机的传动装置由三相交流电机、两极蜗轮减速器、齿轮传动副、切割车行走和割枪驱动等部件组成。

1．电机：火焰切割机上，采用8极交流电机加变频器调速，使割枪在起切速度时，电机不会在低频带工作。

2．减速器组件：火焰切割机的减速器是本厂自制件，有两极蜗轮减速。在第一级蜗轮出轴上，装有开式传动齿轮，与带有电磁离合器（A）。在第二级蜗轮出轴上装有电磁离合器（B）。

3．切割车行走：切割车行走由传动部件与车轮组成，车轮安装在水冷箱体两侧，前端两个从动轮，后端两个主动轮，一侧车轮为槽型导向轮，另一侧车轮为平轮。传动部分安装在水冷箱体的中部，通过小车传动电机，带动自动车轮，来完成切割机到沪运动。

4．割枪驱动：火焰切割机的割枪驱动由割枪传动电机来控制。

2．4 同步机构

火焰切割机的同步机构由带阀气缸、上夹臂、旋转轴和夹钳组成，气缸安装在水冷箱体内，通过电磁阀的换向带动上夹臂，再由旋转轴带动安装在前箱体的通有冷却水的夹钳作夹紧和松开动作，来实现对铸坯的夹紧和切割机的同步运行。

工作程序:待机时，电磁阀失电，夹紧松开，处于极限待机位置(最大开口)。当铸坯运行到切割定尺时，气缸换向阀得电，气缸使夹钳夹紧铸坯，同时切割车传动电机失电，切割车即随铸坯同步运行。当切割完毕时，气缸换向阀失电，夹钳松开，气缸缩回至极限待机位置，夹紧极限位置接近开关发讯，机器处于待机位置。

2．5 边缘探测装置

方坯火焰切割机在边缘探测方面作了很大改进。割枪对铸坯边缘的定位是通过夹钳对铸坯的夹紧将割枪边缘（不同的铸坯需要调整在夹紧时夹钳和割枪的相对位置，这样解决了铸坯跑偏时，割枪的预热点偏差大的问题。

工作原理：待机时，切割机传动电机均失电，割枪停留在原位。当铸坯运行到切割定尺时，气缸换向阀得电。夹钳带动割枪，迅速达到铸坯边缘位置，对铸坯进行预热。

2．6 管路

由车间氧气、燃气、压缩空气、冷却水等管道供应的各种介质经过能源介质箱后，通过机外配管、机内配管送到机上各使用点。

1.路。氧气进入能源介质箱，在箱内经过滤器后分成割枪预热氧、切割氧二路，分别减压至设定压力，由电磁阀控制出能源介质箱后，经硬管送至拖链上的软管再接到主、副割枪上，高温区割枪的连接采用不锈钢波纹软管，预热氧管道进入割枪前装有氧气回火防止器。

2.燃气管路。燃气进入能源介质箱，在箱内经过滤器并减压至设定压力，由电磁阀控制出能源介质箱后，经硬管送至拖链上的软管再接到主、副割枪上，高温区割枪的连接采用不锈钢波纹软管。燃气进入割枪前需装有回火防止器。

3.压缩空气灌录。压缩空气进入能源介质箱在箱内经气源三联件（过滤、减压、油雾器）以设定压力出能源介质箱，经硬管送至拖链上的软管后进入机内配管，由换向阀控制进入同步气缸，使夹钳作夹紧与放开动作。

火焰切割机的冷却水进、出水管路如下：

SHAPE \* MERGEFORMAT

图 2.1 冷却水进、出水管路示意图

冷却水经机外硬配管、拖链软管引上切割机后，分两路进入割枪、上箱体下箱体和夹钳，然后进入拖链回水管，最后通过机外硬配管系统排放。

另一路由电磁换向阀控制进入长度测量装置气缸，使测量辊作靠拢铸坯与脱离铸坯动作。

2．7 切割车行程控制

切割车行程控制由接近开关与感应片组成。接近开关装在切割机上箱体的水套中，以防在高温状态下的失灵，感应片焊接在机架上。

2．8 长度测量装置

1. 度测量装置为一由气缸推动可摆动的空心轴，空心轴上装有一个表面经特殊硬化处理的测量轮，其摆动支撑座安装在切割机机架上。铸坯到达测量点之前，空心轴应摆动至上位。当上位机发出铸坯到位信号后，气缸推动其摆动至下位，测量轮与铸坯侧面接触，铸坯靠摩擦力通过测量轮带动空心轴旋转。在空心轴上端通过一对开式齿轮传动副连接一个增量式光电编码器。测量轮的周长与脉冲发生器的每转脉冲数是匹配的，通过光电编码器将测量数据反馈到PLC中去。冷却水流经测量轮、空心轴后排出。

2.产度测量装置也可以配置红外线热金属探测器，探测器每流一套安装在长度测量机架上，探测器需要一路压缩空气、冷却水出口和出口管路。

3.度测量装置也可选用DC24VP碰锤，碰锤每流一套安装在测量机架上，并与机架绝缘。

2．9 能源介质控制箱

2．9.1 概述

能源介质控制箱的功能是将用户管道来的各种不同压力的能源介质调整到火焰切割机正常切割所需的工作压力。

本厂提供的能源介质控制箱具有这样的特点：在进口压力波动较大，切割所需的气源流量也很大的情况下，通过具有先进水平的减压阀的调压，使出口气压控制在正常切割所需的工作压力，并持续稳定地供应各种气源。

安装位置：一般安放在离火焰切割机切割区域不太远（10米以内）的两侧。这样既可以使火焰切割机的现场配管长度比较合理，又便于在进行压力调整的时候，操作工可看清割枪的火焰。

结构形式：为立式箱形结构。箱体的前后均可开门，便于维修。箱体的一侧配有电气端子箱（地上接线端子箱），将切割机上所有电控元器件和能源介质箱内电磁阀的接线电缆连接到此端子箱。

2．9.2 简介

（1）箱体。为立式箱形结构。所有的控制元器件及联接管路均可安装在该箱体内，箱体下部为能源介质的进口，上部为能源介质的出口。如用户特殊需要，也可进、出口换向设计。箱体的前后均为双开门，便于维修。箱体的一侧配有一个电气端子箱（地上接线端子箱），将切割机上所有电控元器件和能源介质箱内电磁阀的电缆连接到此端子箱。

（2）阀门类。共有六种类型。

1. 安装在能介箱内各进气总管和分路管道上的球阀。其总管所用型号为Q11F-16TG2；分管所用型号为Q11F-16TG3/4。

2. 安装在燃气总管上的止回阀。型号为MF，其功能一是防止燃气回火，二是过滤气体种的杂质。

3. 安装在氧气和燃气分管上的减压阀。切割氧减压阀型号为MD200；预热氧减压阀型号为RE25-HG；燃气减压阀型号为RE4PM-G。

4. 安装在氧气和燃气分管上，控制每一路气源开、关的二位二通电磁阀（德国进口件）。

5. 安装在预热氧管和燃气管旁路上的气体调节阀。其型号为DP5。

6. 安装在压缩空气管路上的三联件气源处理装置。其型号为399．293。

（3）管路。分为进气总管和各供气分管。

各种介质的进气总管各一根。其中在氧气和燃气总管上装有过滤器和压力表。

氧气总管在箱体内分成预热氧和切割氧两路然后根据该箱体控制切割枪的数量再分成相应的十路分管。

在每一路预热氧分管上，装有Q11F-16TG3/4球阀、MD200氧气减压阀和二位二通电磁阀。

在每一路预热氧分管上，装有Q11F-16TG3/4球阀、RE25-HG预热氧减压阀和二位二通电磁阀，在电磁阀的下部配有一旁路，上装有DP5气体调节阀，供调节割枪点火火焰之用。

燃气总管在箱体内根据该箱体控制切割枪的数量分成相应的五路分管。

在每一路燃气分管上，装有Q11F-16TG3/4球阀，RE4PM-G燃气减压阀和二位二通电磁阀，在电磁阀的下部也配有一旁路，上装有DP5气体调节阀，供调节割枪点火火焰之用。

2.10 技术参数

1切割参数

铸坯规格

120×120mm--250×250mm

铸坯温度

>600℃

切割定尺

>2.5m

切割区最小行程

2400mm

2运动参数

切割机运行速度

11.0m/min(快进、快退)

2.5m/min（慢进、慢退）

割枪运行速度

0—700mm/min（可调）

割枪正常切割速度

300—450mm/min

3结构参数

轨距

800mm

轮距

750mm

辊道面与轨道面高差

1000mm

割枪行程

300mm

切割枪数

每台1把

4能源介质参数

种类

压力(MPa)

耗量(Nm³/h)

备注

氧气

≧1.0

58（每把枪）

纯度

燃气：

4—6（每把枪）

热值>57458KJ/Nm³

①乙炔

0.07—0.10

35--40（每把枪）

热值>16800KJ/Nm³

②焦炉煤气

0.25—0.50

9—11（每把枪）

热值>95900KJ/Nm³

③高能气

0.05—0.07

3（每台车）

热值>94100KJ/Nm³

④石油液化气

0.05—0.07

10（每台车）

无油污杂质

压缩空气

0.40—0.60

6（每台车）

工业净化水

冷却水

0.60—0.80

3 电气控制的设计

火焰切割机电气设计要求包括六流火焰切割机的供配电设计，传动设计和控制操作功能设计。

3.1 电气控制工艺要求

3.1.1 控制设备

火机行走传动电机（～380V交流变频控制快慢调速，0.37KW）另带DC24V失电制动器、火切机割枪摆动传动电机（～380V交流变频控制快慢调速，0.25KW）、同步夹紧臂电磁阀、预热氧电磁阀、切割氧电磁阀、燃气电磁阀、小车行程开关（原位、前位、PNP二线制）、切枪限位接近开关（原位、终位、PNP二线制）、夹紧臂原位限位开关（PNP二线制）。

3.1.2 操作控制

（1） 手动位

小车前进：传动电机制动器释放火切机传动电机正转小车前进指示灯亮 碰到小车前位限位 火切机传动电机停转、小车前进指示灯灭。

小车后退：传动电机制动器释放火切机传动电机反转小车后退指示灯亮 碰到小车原位限位 火切机传动电机停转小车后退指示灯灭，小车停止运行。

小车停止：火切机传动电机停止。

切割枪快进（切割速进）：火切机传动电机快速（以切割速度前进，调节操作台上的调速电位器改变切割速度）运转 切割枪快进（切割速进）指示灯亮 碰到割枪终位限位 火切机传动电机停转，切割枪快进（切割速进）指示灯灭。

切割枪停止：火切机传动电机停转，割枪停止运行。

切割枪退回：传动电机反转。

切割枪夹紧：切枪夹紧臂电磁阀得电，切割枪夹紧指示灯亮。

切割枪松开：切枪夹紧臂电磁阀失电，切割枪夹紧指示灯灭。

预热火焰开：预热氧电磁阀得电，燃气电磁阀得电，预热火焰开指示灯亮。

预热火焰关：预热氧电磁阀失电，燃气电磁阀失电，预热关火焰关指示灯亮。

切割火焰开：切割氧电磁阀得电，燃气电磁阀得电，切割火焰开指示灯亮。

切割火焰关：切割氧电磁阀失电，燃气电磁阀失电，切割火焰关指示灯亮。

（2）自动位

定尺装置发出切割指令或手动切割指令 切枪夹紧臂电磁阀得电、切割枪夹紧，预热氧电磁阀得电、燃气电磁阀得电，预热火焰打开 经延时6秒 切割氧电磁阀得电（切割火焰打开，割枪传动电机以切割速度正转（调节操作台上的调速电位器改变切割速度）），切割枪向前运行。碰到割枪终位限位 切枪夹紧电磁阀失电（切割枪松开）割枪传动电机停转、切割氧电磁阀失电、预热氧电磁阀失电、燃气电磁阀失电（切割火焰关闭） 割枪传动电机反转、割枪返回原位 经延时3秒小车传动电机快速反转，小车向后退行 碰到小车原位限位小车传动电机停转、小车停止运行。

3.1.3 电气设计中应注意的问题

（1）

尽量减少电气线路的电源种类。

（2）

尽量减少电气元件的品种、规格、数量。

（3）

合理安排触点位置。

（4）

尽可能减少通电电器的数量。

（5）

正确联接电路的线圈。

（6）

防止出现寄生电路。

（7）

设计控制电路时应考虑各种连锁关系以及电气系统中具有的各种电气保护措施，如过载、短路、欠压零压、限位超程保护等。同时还要考虑信号指示，故障检测及报警等。

3.2 电气传动方式的选择

电气传动形式的选择是电气设计的主要内容之一，也是以后各部分设计内容的基础和先决条件。一个电气传动系统一般由电动机、电源装置及控制装置三部分组成，电源装置和控制装置紧密相关，一般放在一起考虑，三部分各自有多种设备或线路可供选择，设计时应根据生产机械的负载特性、工艺要求及环境条件和工程技术条件选择电气传动方案。它是由工程技术条件来确定的。

在交流电动机能满足生产需要的场合都应采用交流电动机。具体应考虑以下几点。

（1） 需调速的机械，包括长期工作制、短时工作制和重复短时工作制机械，应采用交流电动机。仅在某些操作特别频繁、交流电动机在发热和制动特性不能满足要求时，才考虑直流电动机，只需几级固定速度的机械可采用多速交流电动机。

（2）需要调速的机械，宜采用交流电动机。目前交流调速装置的性能、转矩响应时间与成本已能和直流调速装置竞争，越来越多的直流调速应用领域已采用通用变频器控制。

（3）在环境恶劣场合，例如高温、多尘、多水气、易燃、易爆等场合，宜采用交流电动机。

（4）电动机的结构型式应当适应机械结构的要求，再考虑到现场环境、可选用防护式、封闭式、防腐式、防爆式以及变频器专用电动机等结构型式。

3.2.1 电动机的启动

直接启动

直接起动就是直接加额定电压起动，也叫全压起动。这是一种简单的起动方法，不需要复杂的起动设备，但起动电流大，一般可达额定电流的4～7倍。所以只适用于小容量电动机的起动。

这里所指的“小容量”，不仅取决于电动机本身容量的大小，而且还与供电电源的容量有关。电源容量越大允许直接起动的电动机容量也就越大。电源允许的起动电流倍数可用下面的经验公式估算

Ist/IN=3/4+电源总容量（KVA）/4电动机容量（KW）

式中：Ist为电源允许的起动电流；IN为电动机定子额定电流。

只有当电动机的起动电流倍数小于或等于电源允许的起动电流倍数时，才允许采用直接起动的方法。

3.2.2 电动机的制动

当电动机定子饶组断电后，由于惯性作用，电动机不能马上停止运转。而很多生产机械，如起吊重物的行车，机床上需要迅速停车、准确定位的机构等，都要求电动机断电后立即停转。这就要求对电动机进行制动，强迫其立即停车。常用的制动方式有机械制动和电气制动。

（1）机械制动

所谓机械制动就是利用机械装置使电动机断电后立即停转。目前使用较多的机械制动装置是电磁抱闸，它的主要工作部分是电磁铁和闸瓦制动器。电磁铁由电磁线圈、静铁心、衔铁组成；闸瓦制动器由闸瓦、闸轮、弹簧、杠杆等组成。其中闸轮与电动机转轴相连，闸瓦对闸轮制动力矩的大小可通过调整弹簧弹力来改变。

采用电磁抱闸制动的优点是通电时制动装置松开，断电时它能起制动作用，适用于要求断电时能进行制动的生产机械和其他机械装置。

（2）电气制动

所谓电气制动，就是电动机需要制动时，通过电路的转换或改变供电条件使其产生与实际运转方向相反的电磁转矩—制动力矩，迫使电动机迅速停止转动的制动方式。

3.2.3 电动机的选择

小车因为对起动制动位置精度要求较高，固选用带有机械制动器的电动机。割枪选用电气制动。

表3-1 交流电动机的电流计算公式

cosφ以0.75计算

η以0.75计算

cosφ以0.85计算

η以0.85计算

注：（1）计算公式中，如无功率因数cosφ，效率η的数据时；单像电动机均以0.75计算；三相电动机以0.85计算。

（2）电动机功率如以马力HP表示时，与千瓦KW的折算关系为：1HP=0.746KW。

3.2.4 电动机电流的估算

Y802-8：

0.25KW×2=0.5 A

YEJ7124：

0.37KW×2=0.74A

表3-2电动机参数

3.3 电动机的调速控制

异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高。可以认为，变频调速是异步电动机的唯一最为合理的调速方法。随着电力电子技术和微机应用的不断发展，能够提供一种合乎异步电动机调速要求的变频电源装置，与结构简单的异步电动机组成调速系统，在调速性能上已能和直流电动机调速系统相媲美。

3.3.1变频调速的基本控制方式

异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为

式中 —同步转速（r/min）

—定子频率（Hz）

—磁极对数。

而异步电动机的轴转速为

式中 S—异步电动机的转差率，

改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。

对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降；磁通太强，则处于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电动机不过热，负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通（主磁通）是定、转子合成磁动势产生的，下面说明怎样才能使气隙磁通保持恒定。

变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，它又称为间接式变频器。

图3.1 变频器示意图

3.3.2 变频器的选择

变频器选择：根据电动机额定电流I，或电动机实际运行中最大电流Imax而定，一般令变频器额定电流

≥（1.05～1.1）

或

≥ (1.05～1.1)

式中 —电流最大有效值

按容量选择，则变频器容量

（KVA）

式中—电动机额定电压，V；

—电动机额定电流，A；

K—安全系数，通常为1.05～1.1

电动机：

Y802-8

=0.5A 则 ≥0.55A

=1.1*1.732*380*0.55*

=0.4KVA

又1KVA=0.8KW

0.4*0.8=0.32KW

YEJ7124 =0.74A 则 ≥0.814A

=1.1*1.732*380*0.814*

=0.59KVA

0.59*0.8=0.472KW

表3-3环境温度40°C时标准额定数据，安装和尺寸

额定电机功率 （KW）

额定输出电流I2（A）

模块选型

模块尺寸及重量（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

由于主电路的电源为工频电源，所以选择380V，三相50/60HZ的变频器。

故电动机Y802-8取变频器

ABB ACS143-K75-3 0.37KW 额定输出电流1.2A 模块及重量A/0.8

电动机YEJ7124 取变频器

ABB ACS143-1K1-3 0.55KW 额定输出电流1.7A 模块及重量A/0.8

图3.2 宏的设置

3.3.3

变频器的参数设置

表3-4 变频器参数

代码

描述

设置

9902

APPLIC MACRO（应用宏）

9905

MOTOR NOM VOLT（电机额定电压）

380V

9906

MOTOR NOM CURR（电机额定电流）

0.5A（割枪）

0.74A（小车）

9908

MOTOR NOM SPEED（电机额定转速）

1440rpm

1105

EXT REF1 MIN（外部给定1低限）

1106

EXT PEF2 MAX（外部给定1高限）

50HZ

1201

CONST SPEED SEL（恒速选择）

DI 1

1202

CONST SPEED 1

1401

RELAY OUTPUT 1（继电器输出1）

4

1402

RELAY OUTPUT 2继电器输出2

2

3101

NR OF TRIALS（复位次数）

5

3102

TRIAL TIME（复位时间）

5S

3103

DELAY TIME（延时时间）

1S

3104

AR OVERCURRENT（AR过流）

1

3105

AR OVERVOLTAGE（AR过压）

1

3106

AR UNDERVOLTAGE（AR欠压）

1

3107

AR AI

1

3.4 电气工艺的确定

小车和割抢冷却水打开（否则电源打开后会自动报警），电源开关开，各置位复位触发器复位，小车制动器得电，自动定尺装置发出切割信号，夹紧臂电磁阀得电，夹紧臂气缸工作，夹紧臂夹紧方坯，火焰切割机随方坯一起前进。预热氧、预热燃气电磁阀开，预热氧、预热燃气管路通，割枪开始预热。预热6秒后，切割氧电磁阀开，切割氧管路通，割枪转为切割火焰。割枪变频器DI 1得电，割枪电动机正转。（此时可通过调节操作台上的电位计来调节割枪的切割速度）当割枪碰到割枪前限位时，夹紧臂电磁阀失电，气缸带动夹紧臂回原位，预热氧，预热燃，切割氧电磁阀均失电，各气体管路关闭，同时割枪变频器DI1、DI2、DI3均得电，割枪电动机得电、反转，割枪以设定的恒定速度返回。割枪碰到原位，停3秒，小车变频器DI1、DI2、DI3得电，小车电动机得电、反转，小车以设定的恒速返回，小车碰到原位限位，小车变频器DI1、DI2、DI3失电，小车制动器得电，小车停止在原位，等候下一个切割指令。

另：1.在小车和割枪冷却水没有打开的情况下打开电源，系统会自动报警。

2.为保护火焰切割机，小车设有前限位，当小车碰到前限位时，无论是否切割完毕，夹紧臂电磁阀失电，夹紧臂松开，割枪自动关闭切割火焰返回原位，小车返回原位。

3.各电路均有自动开关保护，当电器电流过载时，自动开关断开，系统失电。

4.各主电路中开关由操作台上按钮连接交流接触器来控制，出现紧急情况，可由人工断开电路。

4 PLC的选择

4.1 PLC简介

可编程序控制器（PLC）是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是近年来发展最迅速应用最广泛的工业自动控制装置之一。它以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统继电器-接触器控制系统，在机械、化工、电力、轻工等工业控制领域得到广泛应用。

PLC的工作方式

PLC是采用循环扫描的工作方式来完成控制的，每个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。

1.输入采样阶段

每个扫描周期开始，控制器首先顺序读入所有输入端的信号状态（0或1），并逐一存入状态寄存器中。输入状态寄存器的位数与输入端子数目对应，因而输入状态寄存器又称为输入镜像寄存器。输入采样结束后，即使输入状态变化，输入状态寄存器的内容也不会发生改变，这些变化只能在下一周期的输入采样阶段才被读入。

2.程序执行阶段

组成PLC用户程序的每条指令都有顺序号，在PLC中称为步序号。程序是按步序号依次存入存储单元。程序执行期间，地址计数器顺序寻址，依次指向每个存储单元，控制器顺序执行这些指令。对指令指定的输入状态寄存器、输出或内部辅助继电器、定时器、计数器、状态器的状态进行逻辑运算，运算结果通过输出指令存入输出状态寄存器。输出状态寄存器的位数与输出元件数目相对应，所以它又称为输出镜像寄存器。

3.输出刷新阶段

在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中所有的状态，在输出刷新阶段转存到输出锁存器，驱动输出继电器的线圈，形成PLC的实际输出。

在一个周期执行完毕后，地址计数器恢复到初始地址，重复执行上述三个阶段的工作。一个扫描周期一般为20～50ms。

4.2 SIMATIC S7-300 PLC

S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

图4.1 PLC硬件图

1.电源模块 2.后备电池 3.24V DC 连接器 4.模式开关

5.状态和故障指示灯 6.存储器卡（CPU 313以上）

7.MPI多点接口

第5篇：电气和自动化论文范文

关键词：中压断路器；漏气；机构；水分大；产品可装配性评价

中图分类号：TM56 文献标识码：A

中压断路器通常是指电压等级在3.6kV～40.5kV断路器产品的统称，它仍属于高压电器的范畴[1]。随着社会经济的发展，社会各行各业对高压电器设备的需求呈现逐年递增的趋势，伴随着国家农网改造的推进，市场对中压断路器产品的需求量更是大增。中压断路器产品承担着使高压输电向低压（用户）配电转换的中间重要环节，为电力系统的安全运行起到非常重要的作用。

目前，我平高集团生产的中压断路器产品主要有LW8、LW34、LW35、LW55等系列的六氟化硫断路器和ZW30、ZW55等系列真空断路器产品。随着我平高集团产品系列的逐渐完善、技术的不断提升和市场对中压产品需求量的增加，近年来中压产品合同量呈现快速增加趋势，一度曾出现产能不能满足需求的情形。细思中压产品在生产中，不能很好满货期的原因，大致可理解为：在生产任务量大的高峰期以前难易暴漏的问题，突然暴漏出来，而没有很好的解决方案予以解决，从而出现了一系列的生产技术问题。本文主要结合笔者对断路器产品工艺技术的了解，对中压断路器产品在进行生产制造过程中的常见问题进行分析，并提出解决方案，以期对从事中压断路器产品设计生产等方面人员提供参考。

1.中压断路器生产常见问题及解决方案

中压断路器产品在进行生产制造中的常见问题主要有：一、产品本体漏气；二、机构问题；三、产品本体水分处理难度大且水分处理周期长；四、产品调试问题等，这些常见问题已经成为影响中压产品在生产高峰期进行正常生产的主要原因，解决这些问题对提高中压断路器厂产能和产品质量具有重要意义。

1.1 产品本体漏气

为全面了解中压产品漏气情况，笔者曾对中压六氟化硫断路器产品的漏气情况进行了统计，统计结果显示，检漏产品共37台份，发现有漏气问题的产品有8台份，产品漏气率21.62%，产品漏气率严重超标。对中压真空断路器产品的漏气情况进行统计，结果显示，统计产品573台份，其中漏气产品有51台份，产品漏气率8.9%，产品漏气率也较严重。车间的高漏气率造成了产品的高返修率，造成车间的整体生产效率的下降。笔者经过总结，发现产品的漏气形式主要有以下几种：

（1）气路漏气。气路漏气的形式主要有：a）接头处漏气；b）气路焊缝处漏气；c）三通阀（接头处）漏气；d）三通与气路连接处漏气；e）三通与密度表（或压力表）接头处漏气等；

（2）密度表或压力表漏气，在实际统计和调查中发现，压力表漏气的概率大于密度表漏气的概率，且在产品运行现场返修的产品中，由于产品分合闸操作而致压力表漏气或指针不准确的情况较多；

（3）瓷瓶法兰与接线板的密封面处漏气

该漏气形式主要有：a）O型密封圈有缺陷；b）接线板或法兰接触面有划痕、气孔缺陷坑；c）螺丝孔漏气等；

（4）接线板与拐臂盒密封处漏气

该漏气形式主要有密封面处的划痕、缺陷坑、O型密封圈的缺陷等；

（5）拐臂盒焊接处漏气

（6）轴封处漏气

（7）瓷瓶与法兰连接密封处漏气

（8）瓷瓶与单极顶部盖板（或帽子）处漏气

该类露馅形式主要有盖板密封面平面度、光洁度不满足要求、O型密封圈变形等。

经过分析知，产品本体漏气主要来自源于产品密封件的质量问题，另外在装配过程中由于零部件传递原因导致密封面受损或者将O型密封圈变形等也是导致产品漏气的原因所在。所以，解决中压断路器产品漏气问题应从严格控制密封性零部件的进厂检验、清洗、转运等环节出发，对产品装配工艺进行优化，引进合理工装辅助完成重点装配。实践证明，对进厂密封零部件进行严格控制和对车间工艺进行合理优化，已经对产品漏气率的控制起到积极作用。

1.2 机构问题

目前，中压断路器产品配用机构，由于产品本体、机构分别由不同厂家生产提供，出现机构不能与断路器本体很好匹配，进而在断路器产品进行机械特性调试时出现一系列问题，主要表现在：

（1）机构空合。经过长期的调试总结，在机构发生空合时，适当调整合闸调节螺杆可以解决此问题；

（2）扇形板不过半轴。该情况一般通过调整主拉杆螺杆即可。

（3）机构低电压状态下不合闸。造成机构在低电压操作下不合闸的原因主要有：a）合闸控制板连接的扭簧扭力太大，合闸顶杆不能够推动；2）合闸顶杆端部与合闸板距离较小，合闸后操作后线圈产生的力，不能够使顶杆产生足够大的推力，从而出现不能实现合闸的结果等。

解决机构低电压状态下不合闸的措施主要有：a）适当调节合闸控制板连接的扭簧，以减小合闸阻力；b）适当调节线圈顶杆端部与合闸控制板间的距离，距离适当增加后加大了顶杆行程，机构合闸后顶杆端部在与合闸控制板作用时产生大的推力，从而完成合闸动作；3）若以上两种操作都不能完成合闸动作，此时选择更换合闸线圈，进行再调试。

（4）机构输出速度小（或大）。对于目前中压断路器所配用的弹簧操动机构，在出现机构输出速度小（或大）的情况时，首先调整分合闸弹簧伸缩量，以使其达到需求输出速度。在调节分合闸弹簧时，有这样一规律，即调节合闸簧只影响合闸速度，不影响分闸速度，调节分闸簧既影响分闸速度又影响合闸速度。

1.3 产品本内部水分大问题

在中压断路器产品生产量小时，水分处理似乎不是很大的问题，因为我们有足够的时间和资源用于产品的水分处理。但是，随着产品生产量的增加和市场要求降低生产成本的双重压力下，水分处理成为了高压电器制造行业的一大难题，特别是在夏季空气湿度较大的季节，水分处理难且处理周期长这一难题尤为突出。

传统的水分处理工艺，大多是依靠工人经验所得，缺乏科学理论及试验数据支撑，在产能较低的生产状态下还可以满足需求，但随着行业对产能提升及降低生产成本的要求的提高，现有的工艺已不能满足未来行业的发展的需求。所以，从新的思路出发，对现有的水分处理工艺进行深入研究，从而探索出新的水分处理工艺及思路对解决水分处理难且周期长的问题显得非常必要和迫切。为解决高压电器水分处理问题，我们专门成立了水分处理项目组，对水分处理进行了深入细致的研究，并取得了显著成效。经过总结，我们得出在水分处理方面，需要从以下几方面着手，从而有缓解水分处理难度并缩短水分处理周期。

（1）断路器装配厂房合理规划，设置单极装配封闭间，合理规划烘房，并采用合理的零部件烘干工艺；

（2）严格控制产品装配过程，保证关键工序的装配环境、装配时间等因素；

（3）整体优化产品工艺，从工艺方面控制产品装配过程水分；

（4）提高工人产品质量意识，从装配一线控制产品质量。

1.4 产品调试问题

中压产品机械特性调试的内容主要有：分合闸速度、分合闸时间、同期性、合闸弹跳时间（真空断路器）等。目前，中压断路器产品的调试占用时间较长，效率较低，在生产高峰期，产品调试也是制约车间整体生产效率提升的一大主要因素。所以，对中压断路器调试方面进行深入研究，并寻找出提高产品调试效率的方法具有很大的现实意义。

据笔者了解，影响断路器产品调试的因素主要有：

（1）同期大。同期大主要是指断路器产品三极分闸和合闸同期大，解决同期大的方法主要是根据现有的同期性大小通过微调机构传动中的四连杆螺杆，逐渐使同期性满足出厂要求。

（2）断路器拒分拒合。断路器拒分拒合，即指产品不能够实现分合闸之间的切换，在分闸状态下不能够实现合闸操作，在合闸状态下不能够实现分闸操作，这种情况在调试时发生的几率较小。解决方案主要是通过调节机构与本体连接的主拉杆和连杆。

（3）弹跳大。弹跳大，是指真空断路器产品在合闸动作时，从动静触头刚接触到完全处于合闸静止状态的时间超出产品技术条件中要求的时间。弹跳大，易造成真空灭弧室内部烧蚀，进而影响灭弧效果，所以，IEC对此进行了严格要求。由于"弹跳大"的影响因素较多，目前在技术方面还没有一个具体有效的解决方案，主要依靠工人的调试经验。

2 建议。根据笔者对中压断路器产品的了解，针对产品在生产制造过程中的问题，提出以下几点建议，旨在提高公司产品质量和装配效率，并同时降低生产成本。

（1）技术人员应深入一线，了解一线，从根本上做有益于产品质量提升、装配效率提高、生产成本降低的事情。

在丰田的生产模式当中，丰田的领导和职工坚持"在做中学习"，从而使丰田的设计、技术人员对产品都特别的熟悉，尤其是工艺人员，他们对产品的装配都了如指掌，这为他们在进行工艺规划等方面的工作开展，提供了强大技术后盾。放眼我公司现状，在公司范围内提倡技术人员深入一线，在做中学习，显的非常重要，这势必会为公司技术工艺等方面的发展提升一大台阶，使设计工艺等方面的人才素质得到极大提升。

（2）加强产品装配自动化程度。

随着市场的发展，目前各行各业对产品装配自动化程度的要求越来越高，在高压电器行业，中低压开关柜生产企业，如厦门ABB、许继电气、森源电器等都已引进自动化流水线设备，中压断路器生产企业，如北京ABB、如高电器等都有自动化设备的身影。装配自动化设备的引进有以下几种缘由：1）降低劳动强度，提高生产效率，提高产能，满足市场高产能、短交货期要求；2）提高企业在同行中的知名度，赢取更大市场合同量；3）市场对节能减排、降低生产成本的需求。从各个角度讲，积极引进适合我公司产品装配的自动化设备，对我公司的持续快速健康发展都有重要的意义。

（3）积极开展产品可装配性评价技术研究。

产品的可装配性是对产品装配难易程度的一种评价，它与产品结构、装配方法和装配资源有密切的关系。产品的可装配性评价强调在设计的早期阶段就考虑产品的装配环节及其相关的各种因素的影响，在满足产品性能与功能的条件下改进产品的装配结构，从有利于产品装配的角度出发对产品设计进行评价，并根据评价结果通过再设计改进设计方案，使设计出来的产品不仅可以高效、快速地装配，而且能够尽可能地降低装配成本和产品总成本。[2]

目前，产品可装配性评价技术已在汽车制造行业得到了广泛应用，并取得了显著成效。所以，在我公司范围内积极深入开展产品可装配性评价技术研究，对公司产品设计的周期、设计的质量、成本的控制、工艺的最优化等方面的控制将起到积极作用。

（4）加强零部件检查力度，明确产品可追溯性，发现问题及时解决。提高对中压断路器产品漏气形式及原因的分析，不难得出，密封性零部件的实物质量是造成产品漏气和产品高返修率的主要原因，所以加强零部件检查力度，并明确产品可追溯性，发现问题及时解决，对于整体提升车间装配生产效率具有重要意义。

（5）建立车间激励机制，鼓励工人技术经验分享，避免技术独享、流失等现象，促进公司持续健康快速发展。目前，在车间存在一种"技能自私"现象，部分工人将个人技术或经验视为私有，不愿与其他人分享，从而造成某些岗位只有个别人才能完成，其他人都很难完成的现象。细思其中，原因有种种，但如何摆脱这一怪现象才是目前急需解决的一大问题。所以，建立合理的车间激励机制，鼓励工人进行技术经验分享，有效开展"传、帮、带"活动，避免技术独享、流失等现象，促进公司持续健康快速发展，是我们当下急需思考和解决的问题所在。

结语

随着市场经济的发展，社会对高压电器设备的需求量将逐年增加，中压开关设备作为高压电器设备中的重要组成要素，探索并解决中压开关产品生产中的技术问题，对提升产品质量、推动企业的持续健康快速发展有重要意义，笔者以期通过本文对中压开关产品的未来发展做出微薄之力。

参考文献

第6篇：电气和自动化论文范文

论文摘要：PXI是PCI在仪器领域的扩展（PCI Extension for Instrumentation），其技术规范是NI公司于 1997年9月1日推出的，现已有60多家联盟。PCI局部总线可以在33 MHZ和32位数据通路的条件下达到峰值132 Mb/s的带宽，在66 MHZ和64位数据通路的条件下达到峰值528 Mb/s的带宽。PXI吸收了VXI的优点，同时受益于Compact PCI（CPCI），因而速度更快、结构坚固紧凑、系统可靠稳定，在射频和微波频带以下的低、中高频段可以替代VXI而且价格优势明显，深受广大用户欢迎，目前正朝气蓬勃地向商用与军用领域拓展。

本文在研究 PXI总线规范的基础上，研究和设计了基于PXI总线的高速数字I/O卡，本文概要地介绍了PXI总线的发展和体系结构。在模块的设计中，经过方案对比采用了PCI9054加FPGA的PXI总线接口硬件设计；在数据存储方面选择了FIFO作为存储器，免去了地址信号，从而简化了电路设计和时序控制。采用ALTERA公司的FPGA设计了整个模块的逻辑控制。

此外，本文还对DSP的硬件设计作了简单的介绍， 该DSP是用来实现正交解调。因此，在介绍了DSP后，对正交解调的数字方法作了详细的阐述，并给出了仿真结果。

在软件部分，本文研究了PXI总线设备驱动程序和软件面板的设计方法。介绍了几种设备驱动程序的开发工具，并选用DDK 完成了驱动程序的设计，给出了一些PXI设备驱动代码。最后通过VC++编写了软件面板。

1 绪 论

1.1 自动测试系统发展概况

信息时代的到来，极大的促进了科学和生产的发展，而现代科研生产对测试和测量提出了更高的要求，其测试工作量之大，内容之复杂，对测试速度、精度要求之高，已经使原有的测试方法、测试手段和测试设备不能满足这方面的要求。因此，信息产业的高速发展促进和推动着自动测试技术及系统集成技术迅速发展。微电子技术和计算机技术的最新成果更促进了测试技术和仪器与计算机的结合，为自动测试技术及系统集成技术的发展创造了极其重要的条件[1] 。

现代自动测试系统的发展方向是标准化、模块化和系列化，而标准的总线技术和软件技术是实现这三化的关键技术。总线技术则是自动测试系统的核心，它的发展推动了自动测试系统的更新换代。

通用目的接口总线GPIB（也就是IEEE488，IEC625 BUS，或称HP-IB）是七十年代开始广泛应用于实际的针对于可程控仪器的一种数字接口标准[2][3][4]。它的目的就是简化测试设备的设计并提供和计算机组建通用的自动测试系统的方法和接口规范[5] 。在当今世界各国，GPIB的应用已十分普遍，各厂家生产的仪器可以说是无不装备通用接口。这些仪器包括信号源、程控电源、数字电压表、数字万用表、计数器、扫描器、网络分析仪、逻辑状态分析仪、绘图仪等数十种产品[6] 。GPIB测试系统的影响力由此可见一斑。

随着微电子技术和集成电路工艺的深入发展，16位、32位微处理器芯片价格不断下降，应用也日益广泛，智能仪器本身的处理速度和通信能力已大大提高。在这种背景下，1987年7月，美国五家仪器制造商联合宣布支持一种叫做仪器VME的总线即VXI（VME Extensions for Instrumentation）总线，为整个测试界确定了一种尺寸缩小、重量减轻、测试时间配合紧密、工作可靠性高的模块式仪器标准[7][8] 。这种模块式的仪器的优势在于模块之间可以高速通讯，可进行多通道数据采集，此外系统尺寸大为减小且规格统一便于组合，借助于自身优势与GPIB总线配合，既实现了控制器与仪器间的通讯，又保证了各模块同步运行[9]，这一开放式的标准的实施和应用，给当今测量仪器行业的发展带来了新的活力。VXI测试系统也因此在航空航天、医疗、工业、交通管理乃至实验室内广泛应用。它为所谓的虚拟仪器的实现迈出了重要一步。

作为对PCI总线在仪器领域的扩展，1997年美国国家仪器（NI）公司的一种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线 PXI（PCI extensions for Instrumentation）[10][11]，它将PXI 规范定义的PCI总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范，从而形成了新的虚拟仪器体系结构。制订 PXI 规范的目的是为了将台式PC的性能价格比优势与 PCI 总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来，形成一种小型、廉价为主要特点的虚拟仪器平台。它对用户来说具有十分良好的软硬件环境，PXI 测试系统保证了系统的易于集成与使用，进一步降低了用户的开发费用，所以在数据采集、工业自动化系统、计算机机械观测系统和图像处理等方面获得了广泛应用。

近年来在自动测试领域软件的重要性越来越受到重视。1987年公布的IEEE488.2 涉及使用GPIB接口时的编码、格式、协议和公用命令以及状态报告等，还包含了语法和数据结构。主要涉及仪器的内务管理功能。但是IEEE488.2并不涉及器件消息本身，直到1990年4月公布的SCPI才使器件消息进一步标准化。VXI标准只解决了仪器的硬件规范问题，于是，1993年9月成立了VXIplug&;play联盟，制定了VXI plug&play标准，从而保证了VXI系统间的通用性[12] 。VXIplug&play标准强调了VXI的系统框架，将系统软件分为四层，并强调各层软件及接口，以保证虚拟仪器系统的通用及高效。VPP系统中最核心的部分是提供了一个统一的I/0接口软件（VISA）规范，从而为不同的软件在同一平台中运行提供了统一的基础。在VISA基础上编写的仪器驱动程序以及软面板等也都成为了统一格式的标准模块。为实现互换性目标，1998年9月成立了IVI基金会，并制定了IVI 规范。采用IVI 驱动器的测试程序具有与仪器无关性[13] 。当测试仪器淘汰或损坏时，可采用同类仪器代替，测试系统仍能运行，这样可以大大地降低测试系统的研制周期和开发成本。

1.2 PXI结构特点

PXI这种新型模块化仪器与系统总线是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星型触发总线、以及用于相邻模块间高速通信的局部总线来满足试验和测量用户的要求。PXI将Windows 95和Windows NT定义为其标准软件框架，并要求所有的仪器模块都必须带有按VISA规范编写的WIN32设备驱动程序，使PXI成为一种系统级规范，保证系统的易于集成与使用。

PXI使用与CPCI相同的高密度、屏蔽型、针孔式连接器，连接器引脚间距为2 mm。这种连接器符合IEC-1076国际标准，在所有条件下均具有良好的电特性。J1连接器传输32位PCI信号，J2连接器传输PXI定时和本地总线信号，J2连接器还用于PCI的64位扩展。PXI和CPCI的机械结构符合欧洲卡规范（ANS1310-C，IEC297和IEEE1101.1），这些规范已在工业环境中得到长时间的应用。PXI规范定义了单高和双高两种尺寸的模块，单高的尺寸为3 U，100 mm×160 mm，双高的尺寸为133.5 mm×160 mm。欧洲卡规范的最新补充（IEEE1101.10和P101.11）提出了电磁兼容性、用户定义的机械锁定和用于PXI系统的其它装配问题。这些电子装配标准定义了坚固、紧凑的系统结构，以保证装配的机架在苛刻的工业环境中使用的可靠性。PXI规定系统槽位于总线板的最左端，这种确定的排列是PXI许多种可能配置的子集之一。为系统槽规定一个唯一的位置，可以简化系统集成难度，并且可以提高不同厂商的控制器和机箱之间的兼容程度。PXI规范还规定：系统控制器只能向其左侧扩展槽内扩展，不能向右侧扩展而占用宝贵的外围插槽。

PXI的一个重要特点是保持了与标准CPCI产品的互操作性[14]。很多PXI兼容系统并不要求外围模块必须实现PXI特有的功能。例如，用户可以在PXI机箱中插入标准的CPCI卡；另一方面，用户可以在标准的PXI机箱中，选用与CPCI兼容的插入式模块，在这种情况下，用户虽然不能执行PXI特有的功能，但是可以应用模块的基本功能。

PXI总线通过增加专门的系统参考时钟、触发总线、星型触发和模块间的局部总线来满足高精度定时、同步和数据通信要求。PXI不仅在保持PCI总线所有优点的前提下增加了这些仪器特性，而且可以比台式PCI计算机多提供3个仪器插槽，使单个PXI总线机箱的仪器模块插槽总数达到7个。

PXI规定了把一个10 MHz系统参考时钟分配给系统中所有外围设备的方法。这个参考时钟在一个测控系统中同步不同的模块。参考时钟在背板上的实现是严格定义的，所以它提供了低失真信号，保证了用于复杂触发协议中的每个触发总线信号具有理想的时钟边沿。PXI规定了八条非常灵活的公共触发线，能用于不同的方面。例如，用户能够使用触发线同步七个不同PXI模块的操作。在其它应用中，一个模块能控制系统中其它模块上进行的精确定时的操作序列。触发信号还能在模块间传递，以实现对所控制或监控的外部异步事件作出确定响应。一个具体应用所需要的触发线数目取决于系统的复杂程度和所涉及的事件数目。

PXI星形触发总线给PXI系统用户提供了超高性能的同步功能。星形触发总线在第一个外围插槽（系统插槽的相邻槽）和其它外围插槽之间实现一个专用触发线，用户可在第一个插槽安装一个可选的星形触发控制器，为其它外围模块提供非常精确的触发信号。当然，如果系统不需要这种超高精度的触发，也可以在该槽中安装别的仪器模块。

PXI局部总线是链总线，它连接每个外围插槽及其相邻槽。这样，某个槽的右侧局部总线连接其相邻槽的左侧局部总线，依此类推。每个本地总线为13线宽，可用于在模块之间传输模拟信号或提供高速边带通讯路径，并不会影响PXI的带宽。局部总线信号的分布范围包括从高速TTL信号到42 V的模拟信号。

PXI具有台式PCI规范规定的相同性能特点，只有一点例外，即PXI系统有多达7个外围插槽，而大多数台式PC系统只有3或4个插槽。并可以通过PCI桥接技术扩展更多PXI系统，扩展槽的数量在理论上最多能达到256个。其它的PCI性能还包括：33 MHz总线时钟、32位和64位数据宽度、132 M字节/秒和264 M字节/秒的峰值数据传输速率、采用PCI-PCI桥接技术进行系统扩展和即插即用功能。

PXI总线系统提供VISA软件标准，作为配置和控制GPIB、VXI、串行仪器与PXI总线仪器的手段。PXI加入VISA标准内容能保护仪器用户的软件投资。VISA提供PXI至VXI机箱与仪器或分立式GPIB和串行仪器的链接。VISA式用户系统确立配置与控制PXI模块的标准手段。

PXI软件规范为PXI系统提出的软件构架包括Windows NT和95。在任一构架中操作的PXI控制器必须与目前的操作系统和未来的升级版一起工作。因此，控制器能 使用符合工业标准的应用编程接口，包括了LabWindows/CVI、Labview、Visual Basic、Visual C/C++和Borland TurboC++，而且符合VISA规范的设备驱动程序。

1.3 DSP的应用领域及发展前景

一般数字信号处理的实现方法主要有四种方法：（1）在通用的计算机上用软件实现；（2）在通用计算机上附加专用的高速处理机来实现；（3）用通用的或专用的单片机来实现；（4）用通用的或专用的可编程DSP芯片来实现。四种方法中，前两种需要依赖计算机的高速数据处理能力，已开发出的这类产品占绝大多数，而使用后两种方法来实现的相对较少。从发展趋势来看，后2种方法必将成为下一个开发热点。最后1种方法用于海量数据处理时，具有极快的处理速度和优势。DSP作为快速和实时处理的最重要的载体之一，正受到科学技术界和工程界的广泛关注。一般来说，与单片机相比，DSP器件具有更高的集成度，更快的CPU，更大的存储器；提供高速、同步串口和标准异步串口；采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据；内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT和滤波器的运算速度。

在近20多年时间里，DSP芯片的应用己经从军事、航空航天领域扩大到信号处理、通信、雷达、消费等许多领域。主要应用有：信号处理、通信、语音、图形/图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。DSP主要应用市场为3C领域，合占整个市场需求的90%。数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域之一。由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSM、CDMA等全数字蜂窝电话网。在Modem器件中，DSP更是成效卓著，不仅大幅度提高了传输速度，而且具有接收动态图像能力。另外，可编程多媒体DSP是PC领域中的主流产品。以XDSL Modem为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间相当大，这主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。

1.4 课题背景及研究内容

1.4.1 课题背景

随着PCI的迅速普及和PCI的设备迅速占领市场，国内工业界开始从VME总线转向PCI总线发展。国外的仪器仪表领域的大公司均已开发出相应的PXI模块和系统。如NI公司PXI产品已进入推广应用的阶段，NI公司目前已生产5大类几十种高性能的PXI产品，其中的系统控制器模板是嵌入式奔腾计算机，带标准接口、软硬磁盘和视频接口，也可带GPIB、网络和串行接口），还有不同型号的机箱。属于仪器类的模板有：20 MHz数字存贮示波器，512位数字万用表和串行通信数据分析仪等。此外，还有高精度实时图像采集模板、多功能数据采集模板、GPIB接口模板、VXI和VME接口模板、100 MB/S的网络接口模板和40 MB/S的SCSI接口模板。开发的数字I/O模块（6533、6508）、数字示波器模块、任意波形发生器模块等及 Pickering 的多用表模块，都是定型的PXI外设模块。我国相关领域也已经开始向PXI系统进行研制与开发，哈工大最近完成了PXI控制器和机箱及一批PXI模块的研究，一些单位已生产出符合PXI规范的部分产品。709所16室开发集成的BDS—9250测试系统就是一套基于 PXI总线的测试系统。国内的测试领域也已开始形成PXI总线市场 。在这种情况下，北京纵横公司委托哈尔滨理工大学为其开发高性能的PXI总线数据采集模块。

总之，PXI 结合了不同技术前沿的优点，提供了一个完整好用的系统，模块硬件和软件可以简单添加、从而产生低成本高性能的解决方案、它的灵活性足以应付今天测试测量方面的挑战[15] 。

本设计最终是服务于实验室信道模拟器项目的。由于该项目工程比较大，设计相当复杂，所以需要将其分成多个模块来设计，而且每个模块之间都存在非常密切的关系，我们希望把这些模块设计成一个整体，所以就需要借助某个平台来实现。而PXI正好的基于模块化的设计，它具有多个PXI插槽，可以在一个PXI机箱上安装多个PXI模块。因此，我们把所有的模块都设计成PXI接口，这样就可以通过PXI机箱这个平台将所有的模块整合成一个整体。

1.4.2 课题研究内容

综上所输述，本课题的主要研究内容包括：

（1）掌握PCI、PXI总线规范；

（2）根据PXI总线规范，研究现有的PXI总线接口方案，提出符合要求的接口方案；

（3）设计和调试数字输入输出模块的功能电路；

（4）利用FPGA技术，设计模块的逻辑控制电路；

（5）设计DSP外围电路，并通过DSP实现正交解调；

（6）掌握DDK，并编写模块驱动程序；

（7）用VC++等软件开发工具编写软面板并进行调试。

1.5 论文的结构安排

本文在介绍完总体构架后只就本人所作的部分工作做了详细的介绍，内容安排如下：

第2章简单的介绍了系统的总体设计方案；

第3章详细介绍了DSP的硬件设计和正交解调的数字实现；

第4章详细介绍了PXI数字I/O模块的硬件设计，包括接口设计和功能电路设计；

第5章介绍PXI的软件设计，主要阐述了PXI设备驱动的设计方法，以及本文所采用的DDK设计方案和具体的实现过程，并给出了最终的硬件测试结果和分析；

第6章对本出了总结和展望。

2 系统总体方案设计

本课题在深入研究PCI和PXI总线规范的基础上，设计出符合规范的PXI接口电路，实现出PXI数字传输功能，并完成板卡的驱动设计和应用程序开发，此外，在该PXI板卡中还嵌入了DSP模块，用来实现数字正交解调。本设计采用的PXI机箱为凌华公司的PXIS-2670，板卡尺寸为3U（100 mm×160 mm）。

2.1 模块总体功能和技术指标

2.1.1 PXI 总线技术指标及要求

设计PXI总线接口就是要在深入理解PXI总线数据传输协议的基础上，将复杂的 PXI 总线数据传输协议通过一定的电路，转化为本地简单控制逻辑，从而简化本地功能电路的数据，实现PXI总线仪器模块的开发。本模块采用寄存器基接口，它的设计应符合PXI规范，软件编制符合VISA规范。

PXI总线接口主要技术要求如下：

（1）符合PXI总线规范V2.0，包括机械、电气、软件均符合规范；

（2）实现PXI总线基本的数据传输，其中包括寄存器、I/O和配置空间的读写；

（3）完成PXI总线触发中断的设计，包括硬件中断和软件中断的实现方法；

（4）实现PXI总线猝发数据传输。

2.1.2 数字传输模块指标及要求

PXI 数字I/O模块是一个模块化的小型数据输入输出系统。本模块是PXI标准3U 尺寸模块，模块接口设计按照PXI总线标准设计。本模块取消了传统仪器的所有操作按钮，模块上无任何本地显示，各种模块功能的设置、数据和图形显示均通过对主控计算机中的软面板的相应操作来完成。

该模块的主要功能是：通过选定主控计算机中的软面板相应按钮，来实现不同的数据输入和输出，需要输出的数据可以事先写好在应用程序中，然后点击输出按钮即可。

本模块的技术指标如下：

（1）输入输出数据的最高位数为：16 bit；

（2）输入输出数据的速率不低于：16 M字节/秒；

（3）能够实现DMA传输，猝发和非猝发的传输选择。

2.1.3 正交解调技术指标

本模块采用的正交解调方法为数字法，之所以采用数字的方法一方面是因为信道模拟器前段已经将信号进行了A/D转换，使得输入信号变为模拟信号，另一方面，数字解调能够达到比模拟解调更高的精度。在设计正交解调时，一定要满足幅度和相位要求，此外，解调时间也有限制，因为输入信号是实时的。

（1）能够将25 MB/S的输入信号解调为I/Q两路信号；

（2）要求解调后两路信号的相位误差不超过0.5度，幅度相对误差不超过0.1%；

（3）要求每个数据的处理时间不高于40 ns。

2.2 模块整体设计

该模块为信道模拟器中的主控部分，他包括一个完整的数字I/O系统和用于正交解调的DSP两部分，具体的结构如图2-1。

图2-1 模拟器中的主控板结构

2.2.1 PXI数字I/O模块设计

由PCI总线控制器，FPGA，FIFO等模块组成。PCI总线控制器实现PXI总线接口，FIFO作为数据输入输出的缓存器件，经FPGA控制后实现局部总线数据的读写操作。具体的结构如图2-2。

数据传输流程为：输入时，外部数据通过写入FIFO后读出传入PCI9054局部总线，经PCI9054传入到PXI总线；输出时，数据经PXI总线送入PCI9054后经局部总线传到输出FIFO后，通过读取FIFO实现数据的输出。整个传输过程的时序由FPGA严格控制。

图2-2 PXI系统结构图

根据模块的总体功能要求，模块设计方案可分为两大部分：PXI 接口部分；局部总线部分。

1）PXI接口部分

PXI接口部分是PXI总线与设备沟通的桥梁，这部分主要深入研究PCI总线和 PXI总线规范，并在此基础上提出了两种实现方案，经过对比，选用一种实现了PXI总线接口。

2）局部总线部分

局部总线是实现模块具体功能的部分，本模块为数据输入输出模块。他主要包括三大部分：

（1）数据输入FIFO：外部数据通过写输入FIFO被存储，然后读输入FIFO将数据传输到局部总线。

（2）数据输出FIFO：待输出数据通过局部总线写输出FIFO被存储，然后读输出FIFO将数据传输到外部总线。

（3）FPGA：该模块用来控制整个系统的时序，包括局部总线时序控制，FIFO的读写时序控制。

2.2.2 DSP模块设计

DSP用来将经A/D转换后的数字信号解调成具有平行分量和垂直分量的两路正交信号。他的电路结构如图2-3 。两个FIFO作为输入缓存，FLASH为初始化程序引导，SDARM用于存储信号处理过程中用到的数据。

图2-3 DSP数据流图

2.3 本章小结

本章介绍了PXI总线数字传输模块基本特性和主要技术要求，以及正交解调的设计方案和技术指标。结合总体性能指标，提出了该数字数字传输模块的总体设计方案和DSP的设计框图。

3 DSP及正交解调模块设计

本系统的正交解调部分是在DSP的硬件平台中最终来实现，因此有必要对DSP的硬件设计作一个简单的介绍。在介绍完DSP的硬件设计后，本章还将详细的阐述正交解调模块的软件算法实现和仿真结果，并对结果作必要的分析。

3.1 DSP硬件设计

在进行数字信号处理时，选择合适的数字处理器非常重要。数字信号处理往往需要很高的实时性，即对处理时间有着很高的要求；此外，对处理器的容量即存储空间也有一定的限制。在进行大量复杂数据的处理时，经常需要需要足够大容量的存储起来保存信号处理过程中需要用得的数据。当然，可以通过外部存储器来扩展存储空间，但这样的话信号处理的速度就受到到限制。

因此，选用DSP芯片时，主要应考虑其性能能否满足实时处理算法的要求。具体说就是要求选择那些指令周期短、数据吞吐率高、通信能力强、指令集功能完备的处理器，同时兼顾成本、复杂程度、功耗和开发难易程度等因素。根基实际性能需要，我们选择了TI公司的DSPC6416数字处理器来搭建硬件平台。目前，美国德州仪器（TI）公司的DSP数字处理芯片占据DSP市场50%以上的份额，许多领域对于数字信号处理器的应用都是围绕德州仪器所开发的DSP处理器来进行的。它是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。

3.1.1 DSPC6416简介

TMS320C6416t是一款高性能的定点DSP，采用精简指令集，它的硬件结构如图3-1所示[16][17]。

它的DSP核包括64个32比特通用寄存器，8个独立的功能单元，两个32比特乘法器，6个算术执行单元（ALU），最高可以同时并行执行8条指令。它采用了改进的哈佛结构，具有一级程序Cache，一级数据Cache，二级存储器。哈佛结构的程序和数据空间分开，允许同时对程序指令和数据进行访问，提供了很高的并行度，两个读和一个写操作可以在一个周期里完成。因此并行存储指令和专用指令可以在这种结构的得到充分利

图3-1 TMS320C6416t硬件结构

用。另外，改进的哈佛结构使数据可以在数据和程序空间之间传送。并行性支持在一个机器周期里完成一系列算术、逻辑和位处理运算。同时，它提供了两个独立的EMIF （外部存储器接口）接口（EMIFA和EMIFB），其中EMIFA提供了一个64比特的接口，EMIFB提供了一个16比特的接口，这为系统设计提供了极大的便利。同时，它提供了64个独立可编程EDMA通道，使得数据传输更加快捷和方便。同时1 GHZ的时钟频率，令我们的信号处理有更大的时间富余。

此外，TI的CCS（Code Composer Studio）为我们提供了强大的DSP开发工具。CCS是TI公司推出的一个集成性DSPs开发工具，在一个开放式的插件（plug-in）结构下，CCS集成以下工具：

（1）C6000代码生成工具（包括C6000的C编译器、汇编优化器、汇编器和连接器）；

（2）软件模拟器（Simulator）；

（3）实时操作系统DSP/BIOS；

（4）主机与目标机之间的实时数据交换软件RTDX；

（5）实时分析（real-time analysis）和数据可视化（data visualization capabilities）软件。

3.1.2 DSPC6416外围存储电路设计

本模块的主要数据流程如下图。从图中可以看出，DSP主要包括三个外围器件，即FIFO，FLASH和SDRAM。其中FIFO是用来缓冲输入输出数据，FLASH主要用来上电引导程序，SDRAM主要用来存储数据处理过程中需要用的的一些数据。

其中FIFO与DSP的EMIFB的BCE2空间相连，采用异步接口连接的方式。SDRAM与DSP的EMIFA的ACE0空间相连，作为大容量的数据缓存[18] 。

图3-2 FIFO的输出与DSP的EMIFB的连接

采用FPGA的输出时钟作为FIFO的工作时钟，由FPGA里面的锁相环产生，FIFO的HF（半满标志）作为事件触发DSP的4号和6号EDMA事件。

HY97V283220T是hynix公司推出的一种单片存储容量高达128 Mbits， 即4M字节的32bits字宽高速SDRAM芯片。HY97V283220T采用CMOS工艺，它的同步接口和完全流水线的内部结构使其拥有极大的数据传输速率， 可以工作在高达133 MHz 的时钟频率下， 刷新频率为每64毫秒4096次。该SDRAM芯片内部有四个存储体（bank），通过行、列地址分时复用系统地址总线对不同存储体内不同页面的具体存储单元进行读写访问寻址。在进行读操作之前， 必须预先激活SDRAM内对应的存储体， 并选择存储器的某一行， 然后送入列地址读取需要的数据。从输出列地址到SDRAM 返回相应数据之间存在一个存取延迟。如果访问新的页面， 则先需要关闭所有的存储体， 否则已打开的页面将一直有效。在写操作之前， 由于已经预先激活了有关的行地址， 因此可以在输出列地址的同时输出数据， 没有延迟。

由于HY97V283220T属于32 Bit字宽的64 Mbit SDRAM芯片， 而C6416 的EMIFA时64 Bit 字宽的同步外存储接口，为了使整个系统的存储空间保持连续， 本设计使用了两SDRAM 与DSP 芯片组成实际大小为256 Mbit的外部存储系统。具体的电气连接框图如图3-3所示。

图3-3 DSP与SDRAM连接示意图

在对TMS320C6416外接FLASH存储器编程之前，必须对TMS320C6416的启动模式进行配置。C6416DSP可以有三种启动模式：不加载、ROM加载、主机加载。在本系统中我们选择ROM加载启动模式，TMS320C6416的启动模式由TMS320C6416的EMIFB的地址总线BEA[19：18]（BOOTMODE[1：0]）决定，DSP在复位期间检测这两位的高低电平决定其引导模式。TMS320C6416引导模式配置表如下表3-1：

使用AMD公司容量为4 M x 8 Bit的Am29LV033C FLASH启动TMS320C6416，在硬件配置中，将TMS320C6416的C18管脚接一个1 kΩ下拉电阻和D18管脚接一个1 kΩ上拉电阻，以确保系统工作的可靠性。当系统上电TMS320C6416脱离复位状态后，TMS320C6416能自动从FALSH中读取数据并存放于TMS320C6416内部从0 KB地址开始的空间（TMS320C6416内部有1 MB缓存），然后1 KB地址开始执行程序。

表3-1 TMS320C6416引导模式配置表

由于4 MB的Flash ROM有22根地址线，而TMS320C6416只有20根地址线，因此加入FPGA，对Flash进行分页，这里共分4页，每页1 MB。DSP与FLASH硬件连接图如图3-4所示：

图3-4 EMIFB与FLASH硬件连接图

3.1.3 C6416 JTAG电路设计

JTAG是基于IEEE1149.1标准的一种边界扫描测试方式（Boundary-scan Test），TI为其大多数DSP提供了JTAG端口支持，C6416也不例外，结合配套的仿真调试软件（Emulator），可以访问DSP的所有资源。

仿真器通过一个14 pin的接插件与芯片的JTAG端口进行通信。图3‑5是14 pin接插件上的信号定义，图3-6是C6416 JTAG端口与14 pin Header的连接关系：

3.1.4 DSP电源设计

C6000系列DSPs需要两种电源，分别为CPU核心和周边I/O接口供电。周边I/O电压要求3.3 V，CPU核心电压则随功耗技术的发展，逐渐从2.5 V降到1.8 V、1.5 V、1.2 V和1.0 V，本系统中选用的C6416 DSP核电压为1.2 V，最新一代C6000处理器，已经在开发核心电压

图3-5 JTAG引脚定义图

图3-6 C6000与JTAG连接图

因为需要两种电压，所以要考虑供电系统的配合问题。加电过程中，应当保证内核电源（CVDD）先上电，最晚也应该与I/O电源（DVDD）一起加。关闭电源时，先关闭DVDD，再关闭CVDD。如果实际系统中只能先给DVDD加电，那么必须保证再整个加电过程中，DVDD不会超出CVDD 2 V。在有一定安全措施的前提下，允许两个电源同时加电，两个电源都必须在25 ms内达到规定电平的95%。

图3-7 DSP6416电源电路

讲究供电次序的原因在于：如果仅CPU内核获得供电，周边I/O没有供电，对芯片不会产生损害，只是没有输入输出功能而已；如果反过来，周边I/O得到供电而CPU内核没有加电，那么芯片缓冲/驱动部分的晶体管将在一个未知的状态下工作，这是非常危险的。为了满足上面的要求，我们选择了如图3-7电源电路。

3.2 正交解调模块设计

3.2.1 正交解调简介

在现实中，可物理实现的信号都是实信号。现在以一个实的窄带信号为例进行分析，该信号可以表示为：

（3-1）

很显然，光有这一个等式不可能求得信号中含有的信息。于是在此引入了正交变换的概念。

我们知道实信号的频谱具有共轭对称性，即其正负频率幅度分量对称，而相位分量相反，所以只需知道其正频部分或负频部分就可以知道完整的信号信息了。在此基础上可以构造一个只含正频分量的新信号。首先，引入一个阶跃滤波器：

（3-2）

其冲激函数为：

（3-3）

则，

（3-4）

（3-5）

式中的虚部即为的Hilbert（希尔伯特）变换

（3-6）

Hilbert变换就是一个正交变换，它产生了一个实信号的正交分量。有了它就可以求出原实信号中的信息了。

（3-7）

（3-8）

在模拟域中，一般是通过混频技术来分别得 的实部（也可称为 的同相分量）和虚部（也可称为 的正交分量）。其原理框图如图3.8所示

图3.8 正交解调的模拟和数字方法原理框图

对分别乘上 和 可以得到，

（3-9）

（3-10）

对这两个信号进行低通滤波后可以得到，

;

（3-11）

显然，这两个等式也是正交的且原信号的信息没有丢失。在数字域中同样也可以采用混频原理来获得数据中的信息，在此不作论证，给出其结构图如图3.8（b）。

3.2.2 正交解调的数字实现

3.2.2.1 数字方法实现的基本理论

第7篇：电气和自动化论文范文

----三友印染废水处理工程设计

黎  锦   

（生物与化学工程学院   指导教师：诸爱士  李  武）

摘 要：任务来源

水是生命之源，是地球上唯一不可替代的自然资源。我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，水源不足、水体污染和水环境生态恶化已成为发展的制约因素。保护水资源、防治水污染、改善水环境生态是保护环境和实施可持续发展的重要内容。为使环境污染和生态破坏加剧得到基本控制，部分城市、地区的环境保护目标和实施绿色工程计划，都需要提供先进、适用、有效的废水处理工程技术。

在我国工业生产中，许多仍延用高消耗、低效益的粗放型方式，造成资源、能源利用率低，污染物产生量大，结构型污染问题突出。我国工业废水排放量占全国废水排放总量的62%，工业废水处理率平均为72%，排放达标率为54%，工业废水污染防治是我国环境保护的重点之一。废水的来源有很多方面，无论哪一种废水，其处理工艺都是以一些基本的单元技术为基础组合而成。我国在废水处理单元技术上取得长足进步的同时，在过去的20多年中，投入了上百亿元资金建立了数千套的废水处理设施。这些工作都为今后我国废水工程实施提供了宝贵的技术积累和实践经验。我国水资源不足和时空分布不均，水环境容量低，工业污染源排放达到水环境质量改善要求的任务是长期而艰巨的。

设计依据

⑴ 任务书

⑵ 废水水质、水量情况

⑶ GB4287-93《纺织染整工业水污染物排放标准》

⑷ 《三友印染有限公司环境影响报告书》

⑸ 湖州织里工业区规划图

设计原则

⑴ 根据该公司的产品结构及生产废水特征，结合已有的工程实例，在确保出水达标的前提下，尽可能采用简单、成熟、可靠的处理工艺。

⑵ 严格执行有关环境保护的各项规定，废水处理后达到《纺织染整工业水污染物排放标准》GB4287-92中的Ⅲ类水域一级排放标准。

⑶ 处理系统有较大的灵活性，以适应废水水质、水量的变化。

⑷ 管理维修方便，避免产生二次污染。

⑸ 自动化程度高，尽量自动化管理模拟。

⑹ 占地面积小，处理废水水站以水处理中心模拟建造。

⑺ 污泥产生量小。

⑻ 设计时充分考虑废水处理系统产生的噪声、异味，以及污泥的处理，避免对环境的二次污染。

⑼ 充分利用构筑物和设备组合式设计的优势，使污水处理布局合理，处理站与厂区环境相协调。

⑽ 充分利用地质条件，尽量减少工程投资。

⑾ 合理选用设备，降低能耗，提高动力效率，减低运转成本。

⑿ 污泥实行机械脱水，以减少劳动强度和保障废水处理厂的整洁。

⒀ 充分考虑到废水处理厂的给排水等规范要求。

设计范围

本项目设计范围为：废水处理站内即自格栅起至废水调节池、初沉池、反应池、MSBR池、污泥浓缩池和规范化废水排放井出口的工艺、总图、构筑物及附属建筑物、电气、仪表、废水处理站内的给排水及污水处理过程中产生污泥脱水系统设计。不包括站内绿化、设计范围以外的废水管网及其它构筑物设计。

设计水量与水质

工程概况

湖州织里工业区是纯棉、涤棉面料印染加工基地，三友印染有限公司位于该工业区，其印染废水主要来源于印染加工的四个工序，即预处理阶段(包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序)要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水，染色工序排出染色废水，印花工序排出印花废水和皂液废水，整理工序则排出整理废水。印染废水是以上各类废水的混合废水，或是除漂白废水以外的综合废水。三友印染有限公司日产量250m，废水约2500m3 。为了使该工业区生产发展的同时解决污水的问题，保持良好的可持续性发展，因此新建一座印染污水处理厂。

设计规模

公司日生产废水约2500m3，故设计最大水量为3000m3/d，公司24小时连续运行，即废水流量为125t/h。

设计水质及标准

针对三友印染有限公司废水排放有关特征，本次方案设计进水水质取值见表1。

表1    设计进水水质指标

           参数   

废水名称 CODCr (mg/L) pH SS

(mg/L) 色度

（稀释倍数） BOD5 (mg/L)

印染废水 2000 9-13 400 500 700

废水处理工程出水水质执行中华人民共和国《纺织染整工业水污染物排放标准》GB4287-92中的Ⅲ类水域一级排放标准，见表2。

表2    设计出水水质指标

水质参数 CODCr（mg/L） pH SS（mg/L） 色度

（稀释倍数） BOD5（mg/L）

标准值 100 6～9 70 40 25

关键词：印染废水；物理处理法；MSBR；工程设计

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  总  论

1.1  概述

随着纺织行业所用原料的变化，加以印染废水本身的复杂性和特殊性，使用单一方法处理印染废水中的有害物质很难达标排放，一般均要几种方法联合处理。三友印染有限公司排放的印染废水，其原始CODCr、BOD5、SS浓度和色度分别为2000mg/L、700mg/L、400 mg/L和500倍。在综合比较现有印染废水处理技术的优缺点及各自适用条件的基础上，结合三友印染有限公司的印染废水特点，采用物理处理方法和MSBR生化处理方法相结合的工艺。预计CODCr、BOD5、SS和色度的去除率分别为95%、90%、82.5%和92%，达到《纺织染整工业水污染物排放标准》GB4287-92中的Ⅲ类水域一级排放标准。

1.2  文献综述

1.2.1  研究背景和意义

纺织工业是我国传统的产业部门之一。长期以来，在满足国内人们衣着需求及外贸创汇方面做出了很大贡献。但也应看到，纺织工业在生产过程中排放较大量的废水，对环境产生污染，其中以印染行业生产过程中排放的废水对环境污染较最为严重。其不仅排放废水量大，而且污染物总量也最多。据不完全统计，我国印染废水排放量约为3 106-4 106m3/天，印染厂的废水产生率为3-5t废水/100m织物[1]，由此而产生的生态破坏及经济损失是不可估量的。纺织印染工业废水的主要来源是印染废水，其废水的量大，色度高，成分复杂，废水中还有染料、染浆、助剂、纤维杂质及无机盐等，是目前我国较难处理的工业废水之一。

1.2.2  研究现状及分析

我国印染废水的治理工作起步较早。20世纪70年代初，有关企业和研究单位即开展印染废水的治理研究工作。在70年代末到80年代中期，纺织工业在国家支持下获得较快发展，印染废水治理技术也进入一个新的开发研究时期，并取得了很多研究新成果，兴建了很多印染废水治理工程，诸如生物接触氧化、半软性填料等成果在印染行业废水处理工程中获得应用。80年代中期以后，由于纺织纤维原料的变化，化学纤维在纺织产品中所占比例增加，引起了印染产品加工方式的变化，从而使废水水质也发生相应变化。其突出特点是废水的可生物降解性能变差，废水处理工程处理效率下降。为了解决这一矛盾，纺织印染行业又开始了新的治理方法研究，以适应这一变化情况。80年代末，又研究开发了厌氧（水解）-好氧处理工艺，通过厌氧（水解）工艺改善了废水处理中废水水质，改善了后续好氧工艺的应用状况，从而提高了处理效果[2]。

虽然我国印染废水的治理工作起步较早，但由于印染废水的复杂性和特殊性，目前还没有只用一种方法就能对印染废水中的有害物质进行完全的去除，一般均要几种方法联合作用。随着我国对环保工作的重视，近些年对印染废水处理技术的研究取得了较大的发展。特别是光催化氧化技术、高效混凝剂等对印染废水进行处理[3]，均取得了较好的效果。

1.2.3  印染废水的特点

印染废水具有有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水。近年来由于化学纤维织物的发展，仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使PVA浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水，导致印染废水水质发生了很大的变化[4]，出现了一些新的情况，其COD浓度也由原来的数百mg/L上升到2000～3000mg/L。本印染废水具要可生化性程度较差（BOD/COD=0.35）、色度深、碱性大等的特点。

1.2.4  现有的印染废水处理技术现状

目前，国内的印染废水处理以生化法为主，有的还将化学法与之串联。国外也基本如此。由于近年来化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，使PVA浆料、新型助剂等难生化降解的有机物大量进入印染废水中，给处理增加了难度。近年来国内外都开展一些研究工作，主要是新的生物处理工艺和高效专用细菌以及新型化学药剂[5]的探索和应用研究。

印染废水处理的化学处理法

⑴ 混凝法

混凝法[6]主要有混凝沉淀法和混凝气浮法，所采用的混凝剂多半以铝盐或铁盐为主，其中以碱式氯化铝（PAC）的架桥吸附性能较好，而以硫酸亚铁的价格为最低。混凝法的主要优点是工艺流程简单，操作管理方便，设备投资少，占地面积小，对疏水性染料脱色效率很高；缺点是运行费用较高，泥渣量多且脱水困难，对亲水性染料处理效果差。

⑵ 氧化法

臭氧氧化法在国内外应用较多，对多数染料能获得良好的脱色效果，但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差[7]。从国内外运行经验和结果看，该法脱色效果好，但耗电多，大规模推广应用有一定困难。光氧化法处理印染废水脱色效率高，但设备投资和电耗还有待进一步降低。

⑶ 电解法

电解[8]对处理含酸性染料的印染废水有较好的处理效果，脱色率为50%-70%，但对颜色深、CODcr高的废水处理效果较差。

印染废水处理的生物处理法

20世纪70年代以来，国内对印染废水以生物处理为主，占80%以上，尤以好氧生物处理法占绝大多数。从现有情况看，我国印染废水生物处理法中以表面加速曝气和接触氧化法占多数。此外，鼓风曝气活性污泥法、射流曝气活性污泥法、生物转盘等也有应用。好氧生物处理对BOD5去除效果明显，一般可达80%。但色度和CODCr去除率不高，尤其PVA等化学浆料、表面活性剂及坯布碱减量技术的广泛应用，不但使印染废水的CODCr达到2000-3000 mg/L，而且BOD/COD也由原来的0.4-0.5下降到0.2以下，单纯的好氧生物处理难度越来越大，出水难以达标。且好氧法的高运行费用和剩余污泥处理或处置问题历来是废水处理领域没有解决好的一个难题。由于上述原因，印染废水的厌氧生物处理技术开始受到人们的重视，探求高效、低耗、投资省的印染废水处理新技术已经很重要。目前厌氧处理技术较成熟的有MSBR工艺和UASB工艺。

⑴ MSBR工艺

MSBR（Modified Sequence Batch Reactor）-改进型序批式反应器的工艺流程和结构形式综合了厌氧&md ash;好氧（A/O）、氧化沟、CAST等脱氮除磷工艺的优点，为各种微生物生存创造了最佳的环境条件和水利条件[9]。

MSBR工艺分成三个主要部分：曝气格和两个交替序批处理格。主曝气格在整个运行周期中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格分别交替作为SBR池和澄清池，运行方式是连续进水、连续出水[10]。平面布置图见图1。

 

图1    MSBR系统平面布置示意图      

⑵ UASB工艺

升流式厌氧污泥层法（Upflow Anaerobic Sludge Blomket Process）简称为UASB法。其特点是利用厌氧微生物群体自身的凝聚性能，在反应器内保持高浓度微生物量并以高速甲烷发酵的形式处理工业高浓度有机废水。具有能耗低、剩余污泥发生量少等优点[11]。

与好氧相比，UASB具有占地面积小、节能、可回收甲烷、抗污染物负荷冲击等优点。UASB法的特点是反应器内不需放置填料，厌氧污泥本身具有凝聚成颗粒物的能力[12]。反应温度在37℃左右，废水BOD5去除率70%左右，产生气体中甲烷含量为55%。

1.3  设计任务的依据

⑴ 任务书

⑵ 废水水质、水量情况

⑶ GB4287-93《纺织染整工业水污染物排放标准》

⑷ 《三友印染有限公司环境影响报告书》

⑸ 湖州织里工业区规划图

1.4  污染源分析

1.4.1  生产工艺流程

 

             废水       废水      废水

1.4.2  生产工艺流程中废水来源说明

印染废水主要来源于印染加工的四个工序，即预处理阶段(包括烧毛、退浆、煮炼、漂白、丝光等工序)要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水，染色工序排出染色废水，印花工序排出印花废水和皂液废水，整理工序则排出整理废水。印染废水是以上各类废水的混合废水，或是除漂白废水以外的综合废水。

1.5  电气供应情况

1.5.1  用电量

本印染废水处理设施投入运行后，总装机容量为244.1kW，常开功率为134.3kW，电费单价按0.60元/度计，日耗电2379.67kWH，则电费：E1=2687.79×0.60/3000=0.47元/吨废水。

1.5.2  电气设计说明

（1）本项目投入运行后，总装机容量为244.41kW，常开功率为134.3kW，电费单价按0.60元/度计，日耗电2379.67kWH。

（2）电源由业主自行引至污水处理站。

（3）线路敷设：电缆比较集中的主干线采用电缆沟敷设或电缆桥架架空敷设，电缆比较少而又分散的地方采用电缆直接埋地或穿镀锌管敷设，设备现场设按钮箱。配电管路敷设可根据现场情况设置电缆井，便于电缆敷设。

（4）所有电气设备、非带电金属外壳均应可靠接地，所有进出建筑物的工艺管道在入户处应与本装置接地系统相联。

（5）配电柜，控制柜基础采用10#槽钢制作，配电柜下有电缆沟便于电缆敷设。

（6）操作间安装灭火器若干只。

1.6  主要构筑物

本印染废水处理工艺所需的主要构筑物有：格栅、调节池、反应池1、初沉池、MSBR池、反应池2、终沉池、污泥浓缩池、风机房、脱水机房、溶配药室、标准排放井。

1.7  主要机电设备、器材

本印染废水处理工艺所需的主要机电设备及器材有：格栅除污机、废水提升泵、三叶风机、初沉刮泥机、微孔曝气器、终沉刮泥机、污泥浓缩机、反应搅拌机、水下搅拌机、污泥脱水机、污泥回流泵、滗水器、PAC溶加药系统、H2SO4加药系统、PAM溶加药系统、流量计、皮带输送机、起重机、电动葫芦、污泥泵、压滤机辅助设备、酸贮槽。

 

2  工艺流程的确定

2.1  研究的基本思路

本篇设计（论文）在借鉴前人工作经验及当前治理技术水平以及结合工程运行状况的基础上，完成本次设计。方案中生化处理采用MSBR组合工艺，其运行方式是连续进水、连续出水，即装置的主曝气格在整个运行周期中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格分别交替作为SBR池和澄清池。预计经上述过程后出水中除CODCr和色度外，其它指标可以达标。为确保达标排放，生化出水再进一步物化处理后可以使废水做到全面达标。

2.2  本印染废水处理工艺选择

在化学处理方面，由于本印染废水的色度和CODCr浓度都较高，不宜采用电解法做化学处理方法。并且由于氧化法处理印染废水技术还不够成熟，所以采用混凝沉淀法。

在生化处理方面，由于三友印染有限公司的印染废水具有CODCr浓度较高（2000mg/L），可生化性程度较差的特点，单纯采用厌氧或好氧生物处理技术难以达标，所以本设计采用MSBR组合工艺作为本印染废水处理的生化处理装置。共包含四个处理单元来去除污染物：第一单元采用格栅除渣，去除废水中颗粒状的悬浮物；第二单元采用反应池，去除废水中所含的大部分SS和部分色度；第三单元采用MSBR池进行厌氧、好氧生化处理，彻底降解有机物；第四单元采用终沉池，泥水分离,去除大部分色度和部分CODCr。

2.3  处理工艺流程

三友印染废水处理工艺流程图见图2。

 

图 2    本方案工艺流程图

 

3  工艺流程简述

3.1  流程说明

印染废水经格栅井隔去粗大杂物后进调节池，废水在调节池内借助空气搅拌实现均质、调节水量并使废水降温后通过废水提升泵提升到反应池，进行混凝沉淀，经投加混凝剂及助凝剂使废水中所含的大部分SS和部分色度得以去除，反应池出水进入初沉池，进行固液分离，使出水清澈，初沉池出水进入A池，沉淀污泥进入污泥浓缩池。格栅井中设置2台回转式机械格栅，栅距3mm。废水进入A池，在缺氧状态下大分子有机物经水解分解成小分子有机物，提高废水的可生化性，废水在O池进行好氧生物处理后，混合液进入SBR池。SBR池部分剩余活性污泥回流到A池，SBR池与O池之间设置全过程回流，O池连续进水、连续曝气，剩余活性污泥进入污泥浓缩池。废水经生化处理后出水自流入反应池，经加药反应后进入终沉池进行泥水分离,去除大部分色度和部分CODCr，终沉池出水通过标准化排放井达标排放。排放井设成高位放流井，便于排放管道伸入准排放河流。沉淀污泥进入污泥浓缩池，污泥浓缩池污泥通过污泥泵进入污泥脱水机械，经脱水后干泥制砖或填埋，浓缩池上清液及滤液回调节池。

3.2  主要处理单元介绍

⑴ 格栅：用于拦截污水中的块状或片状固体，防止管路和水泵堵塞，对后续处理构筑物起保护作用。

⑵ 调节池：调节废水的水量、均化其水质。

⑶ 反应池：加药混凝沉淀，用于去除废水中不溶性污染物，并去除大部分色度。

⑷ 初沉池：沉降混凝絮体，固液分离，使出水清澈。

⑸ MSBR池：废水中有机物、色度得以较彻底氧化还原降解。深圳市盐田污水处理厂是国 内建设是首座采用此工艺的城市污水处理厂。顾国维等人对脱氮除磷MSBR工艺进行了试验研究，结果表明MSBR系统能够有效地去除污水中的有机污染物和营养盐，在有机负荷为0.23-0.30kg/(kg•d),系统总停留时间6.9-12.7h条件下，出水的CODcr和氨氮都达到国家一级排放标准，出水平均总氮和总磷量分别低于20mg/L和1mg/L。在处理印染废水工程应用方面[1]，郝瑞霞采用MSBR工艺处理石家庄某印染厂各车间混合废水，操作程序为进水1h，曝气8h，沉淀1h，排水0.5h，闲置13.5h，24h为一周期。实验结果表明，在进水COD为600-1500mg/L，BOD5为250-400mg/L，色度为200-800倍时，COD去除率在85%以上，BOD5和色度去除率均在90%以上。

⑹ 反应池：用于废水有机物和色度的进一步沉淀去除。

⑺ 终沉池：用于生化出水泥水分离。

    ⑻ 污泥浓缩脱水系统：对处于流体状态的剩余污泥进行浓缩与脱水处理，使其成为可堆放、便于运输的干污泥。

⑼ 规范化排放口：用于总排放口流量在线监控和数据采集传输。

3.3  主要工艺特点

生化处理采用MSBR工艺，即A/O系统与SBR系统串联工艺，连续进水、连续出水，系统具有处理效果稳定、高效（BOD5去除率达到90%以上）、操作简单，运行费用低。

针对一般印染废水生化处理后色度和CODCr难以达标的特点，生化出水需设置一道物化处理单元，确保废水经处理后各项指标能稳定达到排放标准。

3.4  预期处理效果

该废水按本方案实施后将达到GB4287-92《纺织染整工业水污染物排放标准》中的一级标准。各处理单元效果预测见表3。

表3    各处理单元效果预测

          处理单元

项目 PH CODCr

(mg/L) BOD5

(mg/L) 色度

（稀释倍） SS

(mg/L)

格栅井 进水 13 2000 700 500 400

调节池 出水 7～8 1800 630 400 400

 去除率% ---- 10 10 20 0

反应沉淀池 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

终沉池 出水 7～9 98 25 32 40

 去除率% ---- 40 35 60 50

排放水质  6～9 100 25 40 70

 

4  设计计算书

三友印染有限公司日生产废水约2500吨，故设计最大流量为Qmax=3000t/d=3000 m3/24/3600s=0.035m3/s=35.0L/S。

4.1  格栅的设计计算

(1)  格栅的间隙数

设格栅前水深h=0.5m,过格栅流速v=0.8m/s, 格栅条间隙宽度b=0.003m, 格栅倾角α=60°，则格栅的间隙数为

 n= = =27.1

故格栅的间隙数n取为28。

(2)  格栅槽宽度

取格栅条宽度S=0.01m，则格栅槽宽度

B=S(n－1)+bn=0.01(28－1)+0.003 28=0.27+0.054=0.324m

(3)  进水渠渐宽部分的长度

设进水渠宽B1=0.20m，渐宽展开角α1=20°,进水渠道内流速为1m/s

则进水渠渐宽部分的长度

L1=(B-B1)/2tgα1=(0.324－0.20)/2tg20°=0.17m

(4)  格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

L2=L1/2=0.085m  0.09m

(5)  通过格栅的水头损失

设格栅条断面为锐边矩形断面，则通过格栅的水头损失

 

(6)  格栅后槽总高度

设格栅前渠道超高h2=0.3m，则格栅后槽总高度

H=h+h1+h2=0.5+0.77+0.3=1.57m

(7)  格栅槽总长度

栅前渠道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)  每日格栅渣量

在格栅间隙3mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.14m3, Kz取1.50。

w=86400QmaxW1/(1000Kz)

=86400×0.035×0.14/(1000×1.50)

=0.28m3/d>0.2m3/d

应采用机械清渣格栅。

4.2  调节池

设计水量Q=125m2/h,停留时间t=6h,采用多孔压缩式空气搅拌，气水比为3：1。

(1) 调节池有效容积

 V=Qt=125 6=750m3

(2)  调节池尺寸 

由于受场地的限制，调节池有效水深采用5.2m,调节池面积为：

   

池宽取8m,池长L=   取L=18.5 m

保护高取0.2m,调节池总高H为：

H=5.2+0.2=5.4m

(3)  空气管计算

空气用量Qa=125 3=375m3/h=0.104m3/s；

空气总管D1取100 mm,  管内流速v1= ，v1在10-15m/s范围内，满足要求；

空气支管D2：共设8根，每根支管的空气流量q为：

q=

支管内空气流速v2应在5—10m/s范围内，选v2=6m/s，则支管直径D2为：

 

取D2=55mm,则

 

穿孔管D3：每根支管联接两根穿孔管，则每根穿孔管空气流量q1为0.0065m3/s,取v3=10m/s

 

取D3=30mm，则v3为：

v3= 

(4)  孔眼计算 

孔眼开于穿孔管底与垂直中心线成45°处，交错排列，孔眼间距b=100mm，孔眼直径 ，穿孔管长l=8m,则孔眼数m=148。孔眼流速v为：

 

(5)  管路阻力计算

沿程阻力h1=103.5mm,局部阻力h2=216mm，布气孔阻力h3

 

式中：1.2为布气孔局部阻力系数，γ为空气密度（kg/m3）,γ=1.205 kg/m3,v为孔眼流速（m/s）,g为重力加速度（m/s2）

 

总需水头H=H0+h1+h2+h3

式中：H0为穿孔管安装水深（m），H0=4.4m

H=4.4+0.1035+0.216+0.9=5.62m

4.3  反应池

采用水平轴式机械搅拌反应池。

(1)  池容积

池容积

 m3

式中：Q为设计流量（m3/h）

t为反应时间，一般为15-20min,取18分钟

n为池数（个）

(2)  水平轴式池子宽度

W≥α Z h=1.2 3 3=10.8m

式中：α为系数，一般采用1.0-1.5

Z为搅拌轴排数（3-4排）

h为平均水深（一般为3-4米）

(3)  水平轴式池子长度

 

(4)  搅拌器转数

第一排n0=  =  =3.6r/min

      第二排n0=  =  =2.9r/min

      第三排n0=  =  =1.5r/min

式中： v 为叶轮桨板中心点线速度（m/s）

D0为叶轮桨板中心点旋转直径（m）。

(5)  每个叶轮旋转时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为每个叶轮上的桨板数目（4个），l为桨板长度（1.5m）,  为叶轮半径（1.35m）,  为叶轮半径与桨板宽度（15cm）之差（1.2m）,  为叶轮旋转的角速度(0.36、0.29、0.15)，k为系数， 为水的密度为1000kg/m3,  为阻力系数=1.10，根据桨板宽度与长度之比（ =0.1）确定。

(6)  转动每个叶轮所需电动机功率

电动机功率 ，所以

第一排：

第二排：

第三排：

式中： 为搅拌器机械总效率采用0.75， 为传动效率采用0.6—0.95。

4.4  沉淀池

采用中心进水辐流式沉淀池。

设计流量Q=125m3/h,水量变化系数KZ=1.50,水力表面负荷q取为0.81m3/(m2•h),出水堰负荷设计规范规定为≤1.7L/（s•m）[146.88 m3/m•d],沉淀池个数为1个，（活性污泥法后）沉淀时间T为4h。

(1)  池表面积

 

(2)  池直径

 

(3)  沉淀部分有效水深

h2=qT=0.81×4=3.24m

(4)  沉淀部分有效容积

 

(5)  沉淀池底坡落差

取池底坡度  i=0.001

则  h4=i×(D/2－2)=0.05×(15/2－2)=0.006m

(6)  沉淀池周边（有效）水深

 

式中： h3——缓冲层高度，取0.5m

           h5——刮泥板高度，取0.5m

(7)  沉淀池总高度

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工艺

取水力停留时间（HRT）t=8h，BOD污泥负荷Ns=0.18Kg/( Kg﹒d)，回流污泥含量Xr=9000mg/L，污泥回流比R=50%，污泥产率系数Y=0.6，污泥自身氧化速率Kd=0.05d-1。

则曝气池混合液含量X（MLSS）为

 =3000 mg/L=3Kg/

所以，A/O生化反应池容积

                

厌氧段与好氧段停留时间之比取为1:2。则

       厌氧池容积 厌=716.7 ，

好氧池容积 好=1433.3 。

⑴ A池尺寸

   A池有效水深取4.7m，则A池面积为

            

       A池宽取9.6m。则A池的长为

            

⑵ O池尺寸

   O池有效水深采用4.5m，则O池面积为

            

       O池宽取9.6m，则O池长为

            

(2)  SBR池

污泥负荷采用0.2KgBOD5/(KgMLSS﹒d), 则所需污泥量为

 

容积负荷选用0.065CODcr/( ﹒d),则

沉淀时所需污泥体积

 

确定2个SBR池，则需处理污水的体积为

 

所以，SBR反应池单个池子的有效容积为

 

SBR池有效水深采用4.3m，则SBR池面积为

     

SBR池宽取为9.6m，则SBR池长为

      

(3)  MSBR工艺的剩余污泥量

⑴ 每日生成的活性污泥量

 

⑵ 剩余污泥量

 

⑶ 湿污泥量

   污泥含水率P=99.4%时,湿污泥量为

 

⑷ 泥龄

 

4.6  曝气池

采用微孔鼓风曝气。

原水BOD5=700mg/L,初沉池出水BOD5为410mg/L，要求经生化处理后出水BOD5≤41mg/L。

污泥增殖系数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。取曝气池活性污泥MLVSS浓度=4000mg/L,回流污泥MLVSS浓度=6000 mg/L。终沉池出水SS很少，忽略不计，回流污泥比r=0.5。

(1)  处理效率

    

(2)  曝气池有效容积

 

Q——设计流量，m3/d

X——曝气池混合液挥发性悬浮物（MLVSS）浓度，kg/d

FW——污泥负荷，kg BOD5/kgMLVSS•d

Sr——去除BOD5浓度kg/m3

(3)  名义水力停留时间

θ= 

(4)  实际水力停留时间

θC= 

(5)  确定曝气池各部位尺寸

处理规模较小，故设1组曝气池，则容积V=780m3

池深取3.0m,则曝气池的表面积为

 

池宽取4m,  ，介于1——2之间，符合规定。

池长L=

设三廊道式曝气池，廊道长：

 

取超高0.5m，则池总高度为

3.0+0.5=3.5m

(6)  污泥产量

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产泥量：

                

式中： ——每千克污泥每日产泥量，kg/kgMLVSS•d

 ——去除每千克BOD5产泥量，kg/ kg BOD5。

(7)  曝气池需氧量

取 =0.5， =0.16，则曝气池需氧量为：

O2=  QSr+  VX=0.5×3000  ＋0.16×780×4=124.8kgO2/d

在标准气温及压力下，空气重量为1.26kg/m3,含氧以重量计为23.2%，故：

理论空气用量= 

设曝气池氧的转移率为9%，则所需空气量为：

 

(8)  泥龄

θC= 

如用曝气池排泥，则每日排泥量为：

  m3/d

如由终沉池底排泥，则每日排泥量

  m3/d

(9)  排泥量校核：

曝气池排泥：

q=26.4×4=105.6 m3/d

终沉池底排泥：

 =17.6×6=105.6m3/d

 =q≈计算日产泥量X

即曝气池排泥量105.6 m3/d=曝气池产泥量105.6 m3/d

4.7  终沉池

采用中心进水辐流式沉淀池。

设计流量Q=125m3/h,水量变化系数KZ=1.50,水力表面负荷q取为0.81m3/(m2•h)出水堰负荷设计规范规定为≤1.7L/（s•m）[146.88 m3/m•d],沉淀池个数为1个，（活性污泥法后）沉淀时间T为4h。

(1)  池表面积

 

(2)  池直径

 

(3)  沉淀部分有效水深

h2= T=0.81×4=3.24m

(4)  沉淀部分有效容积

 

(5)  沉淀池底坡落差

取池底坡度  i=0.001，则

沉淀池底坡落差h4=i×(D/2－2)=0.001×(15/2－2)=0.006m

(6)  沉淀池周边（有效）水深

 

式中 h3——缓冲层高度，取0.5m

          h5——刮泥板高度，取0.5m

(7)  沉淀池总高度

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  污泥浓缩池

剩余活性污泥量Q=105.6m3/d,取含水率p1=99.4%（99.2%—99.6%），污泥浓度6g/L,浓缩后污泥浓度为30g/L，含水率p2=97%。

采用带有竖向栅条污泥浓缩机的辐流式重力沉淀池，浓缩污泥固体通量M取27kg/(m2•d)。

(1)  浓缩池直径

浓缩池面积

式中Q——污泥量，m3/d

C——污泥固体浓度，g/L

M——浓缩池污泥固体通量，kg/(m2•d)

由已知条件得：

 

浓缩池直径

  取6m

(2)  浓缩池工作部分高度

取污泥浓缩时间T=4.3h,则

 

(3)  超高

超高 取0.8m。

(4)  缓冲层高

缓冲层高 取0.4m。

(5)  浓缩池总高度

 

(6)  浓缩后污泥体积

 

5  主要构筑物及设备的工艺计算和设备选型

5.1  主要构筑物

⑴ 格栅

数量1座，采用地下式钢砼结构，配用机械清渣格栅1台，栅距3mm，平面净尺寸为2.5m(L)×0.5m(W)，总深2.7m；进水孔底标高-2.00m，材质不锈钢。格栅前后各设检修渠和检修闸门。格栅后设置皮带输送机将截留下来的污渣送就近集中堆放，定期外运处置。

⑵ 调节池

数量1座，地下钢砼结构，内设空气搅拌装置，曝气强度1.5m3/m2.h，平面净尺寸18.5m(L)×8m(W)，总深5.4m，保护高度0.2m，进水孔底标高-2.20m，有效容积为750m3，调节时间HRT＝6h。

⑶ 反应池1

数量1座，地上式钢砼结构。平面净尺寸为3.5m(L)×7.0m(W)，总深2.8m，配置2台搅拌机，功率为0.75kW，反应时间18min。

⑷ 初沉池

采用辐流式沉淀池，数量1座，中心进水，地上式钢砼结构，平面净尺寸Ф15m(D)，总深4.5m，有效水深4.0m，表面负荷0.81m3/m2.hr，配用ZG-28单边传动刮泥机1台，电机功率1.0kW。

⑸ MSBR池

数量1组，半地上式钢砼结构。单组平面净尺寸为49.3m(L)×30.0m(W)，总深5.0m ，地下1.0m。总停留时间26.2hr。MSBR池设置SBR池两格，A池、O池各一格。主曝气格在整个运行周期中保持连续曝气，而每半个周期过程中，两个序批处理格分别交替作为SBR池和澄清池，运行方式是连续进水、连续出水。

A池停留时间8h。平面净尺寸为15.9m(L)×9.6m(W)，有效水深为4.7m，安装QJB2.2/8-320/3-740潜水搅拌机4台。

    O池停留时间16.1h，容积负荷0.065kgCODCr/m3.d，有机负荷0.07kgBOD5/kgMLSS.d，平面净尺寸为28.2m(L)×9.6m(W)，有效水深为4.5m，内设KKL215微孔曝气器887套。

SBR池停留时间8.1h，容积负荷0.065kgCODCr/m3.d，有机负荷0.07kgBOD5/kgMLSS.d，池平面净尺寸为15.9m(L)×9.6m(W)，有效水深为4.3m，内设KKL215微孔曝气器499套。为保证整个处理工艺24小时连续运行，安装SHB-100滗水器4台。

曝气池平面尺寸为17.3m(L)×8.0m(W)×5.0m(H)。

⑹ 反应池2

地上式钢砼结构，数量1座，平面净尺寸3.5m(L)×7.0m(W)×3.0m(H)，总深3.0m，

停留时间为15min，内设2台搅拌机，功率为0.5kW。

⑺ 终沉池

采用辐流式沉淀池，数量1座，中心进水，半地上式钢砼结构，地下1.8m，平面净尺寸Ф15m(D)，总深4.3m，有效水深4.0m，表面负荷0.81m3/m2.hr，配用ZG-28单边传动刮泥机1台，电机功率1.0kw。

⑻ 污泥浓缩池

重力式污泥浓缩池，半地上式钢砼结构，平面净尺寸为Ф6m，总深5.0m，地下2.0m，停留时间为4.3hr，设置XNQ-12型浓缩机1台，功率0.75kW。

⑼ 风机房

砖混结构，平面净尺寸15×6m，层高4.0m，内设电动单梁起重机1台，规格3t，功率7.5kW，导轨长9m。

⑽ 脱水机房

砖混结构，平面净尺寸12×8m，层高4.0m，内设电动单梁起重机1台，规格3t，功率7.5kW，导轨长9m。

⑾ 溶配药室

砖混结构，平面净尺寸10×5m，层高4.0m，内设电动1.5t葫芦1台，功率0.75kW，用于配药时提升药剂。

⑿ 标准排放井

地上式标准排放井，宽0.6m，全段长4m，深1.50m。

5.2  主要机电设备、器材

⑴ 机械格栅

选用HF-800型回转式机械格栅1台，单机功率0.75kW。栅距3mm，材质不锈钢。

⑵ 废水提升泵

选用80QW60-13-4潜污泵3台，开2备1，排出口径为80mm，流量Q=60L/S，扬程H=13m，功率N=4kW，用于调节池的废水提升至初沉池。

⑶ 风机

选用3L30-10/0.5鼓风机6台（其中O池3台，风量20m3/min，风压P2=49.0kPa，功率N=37kW，开2备1；SBR池3台，风量10m3/min，风压P2=49.0kPa，功率N=18.5kW，开2备1）；调节池选用SSR150三叶风机2台，风量24.68m3/min，风压P2=39.2kPa，功率N=30kW，开1备1。

⑷ 污泥脱水系统

带式压滤机2套，选用型号DY-2000，电机功率1.5kW。含污泥变量输送泵、空压机、冲洗水泵、皮带输送机等配套设备，总装机功率15kW。

⑸ 污泥浓缩机

选用XNQ-12型浓缩机1台，功率0.75kW。

⑹ 微孔曝气器

选用KKL-215型可变微孔曝气器，数量1336套，单套受气量1～2m3/h ，氧利用率13～15%。

⑺ 初沉池刮泥机

周边传动半桥刮泥机1台，选用型号ZG-28，功率0.75kW。

⑻ 终沉池刮泥机

周边传动半桥刮泥机1台，选用型号ZG-28，功率0.75kW。

⑼ 潜水搅拌机

选用QJB2.2/8-320/3-740潜水搅拌机4台，功率2.2kW。

⑽ 反应搅拌机

反应搅拌机4台，用于初沉及终沉反应池，选用型号JBT2000，功率0.75kW。

⑾ 污泥回流泵

用于从SBR池提升污泥回O池及部分剩余污泥回流至A池，选用CP3127HT立式排污泵5台（开4备1），流量Q=100m3/h，扬程H=15m，功率N=7.4kW。

⑿ 污泥泵

用于初沉池、终沉池污泥提升至污泥浓缩池，选用50UHB-ZK-25-18泵3台，开2备1，流量Q=25m3/h，扬程H=18m，功率N=4kW。

⒀ 滗水器

选用型号SHB-100滗水器4台，功率1.5kW。流量

⒁ PAC溶加药系统

设溶药箱1台，容积10m3（配套搅拌机1台，功率0.75kW）；贮药箱1台，容积10m3；加药计量泵3台（开2备1），型号J-Z2550/0.2，流量Q=0-2.55m3/h，功率N=0.75kW。

⒂ H2SO4加药系统

设贮药箱1台，容积10m3；加药泵2台（开1备1），型号25FMW-12，流量Q=2.2m3/h，扬程H=12m，功率N=0.55kW。

⒃ PAM溶加药系统

设溶药箱1台，容积6m3（配套搅拌机1台，功率0.55kW）；贮药箱1台，容积3m3；加药计量泵3台（开2备1），型号J-X480/0.2，流量Q=0-0.5m3/h，功率N=0.55kW。

⒄ 流量计

设明渠超声波流量计1套，型号LMC-500，测量范围0～1000 m3/h。

⒅ 电动葫芦

规格1.5t，1台，功率0.75kW，配药时提升药剂。

⒆ 电动单梁起重机

规格3t，3台，功率7.5kW，导轨长9m，用于设备检修。

6  动力消耗定额及消耗量

6.1  电费

本印染废水处理设施投入运行后，总装机容量为244.1kW，常开功率为134.3kW，电费单价按0.60元/度计，日耗电2379.67kWH，则电费：E1=2687.79×0.60/3000=0.47元/吨废水。

6.2  药剂费

本印染废水处理设施投入运行后，日耗PAC3t/d (单价300元/吨)，H2SO4粉0.9t/d (单价280元/吨)，阴离子PAM15kg/d (单价22000元/吨)，则药剂费为E2=1482/3000=0.49元/吨废水。

6.3  人工费

废水处理设施为24小时连续运行，采用四班三运制，年运行天数330天，废水处理厂定员10人.具体分工如下:

管理人员     2人

化验人员     2人

操作人员     6人(每班2人)。

参照三友印染公司当地工资标准，按工资福利费为12000元/人*年计，则

人工费＝定员×工资福利费/水量

=10×12000/（3000×330）=0.13元/吨。

本项目的直接运行成本E=1.09元/m3废水。

7  车间成本估算

7.1  工程概算说明

⑴土建造价暂按池容积200元/立方米计算得出；砖混造价暂按体积150元/立方米计算得出。

⑵工程投资包含土建费E1、设备费E2、水电安装费E3；

⑶设E4=E1+E2+E3，其它费用E5包含设计费、调试费和税金。其中，设计费按E4的4%计，调试费按E4的3%计，税金按E4的3.4%计。

7.2  土建投资—185.474万元

7.3  机电设备投资—220.86万元

7.4  水电安装费

水电安装费按机电设备费用的8%计算。即220.86×8%=17.67万元。

7.5  其它费用

⑴ 税金  （土建投资+设备投资+水电安装费）×3.4%           14.42万元

⑵ 设计费（土建投资+设备投资+水电安装费）×4.0%           16.96万元

⑶ 调试费（土建投资+设备投资+水电安装费）×3.0%           12.72万元

小计                                                   44.10万元

8  总投资 概算

8.1  土建投资                                      185.474万元

8.2  机电设备、器材投资                          220.860万元

8.3  水电安装费                                    17.67万元

8.4  其它费用

(1)  税金                                               14.42万元

(2)  设计费                                             16.96万元

(3)  调试费                                             12.72万元

8.5  工程总投资                                     468.1万元

 

9  环境保护与安全措施

9.1  环境保护制度

规范城镇污水处理厂设计，完善工艺。要严格执行污水处理厂设计规范，根据处理规模、水质特征、受纳水体的环境功能及当地实际，选择适用的污水处理工艺。新建城镇污水处理厂必须采用脱氮除磷工艺。已建成的污水处理厂出水水质氮、磷等指标超标的，要制定限期治理方案。要配套建设污水处理厂环保设施，落实污泥处理、噪声控制、除臭、消毒等措施。

严格实施排水排污许可制度。加强对排水企业的监管，建设、环保部门要严格实施和执行对排水企业的排水、排污许可证制度。通过污水处理厂与排水企业签订服务协议，明确排水企业的责任；加强对进入城镇污水收集系统的主要排放口特别是重点工业排放口水质水量的监测，禁止超标污水进入收集管网；严格按照设计要求、处理工艺接纳工业污水，禁止接纳超过处理能力或接纳不符合处理工艺的工业污水，以保证污水收集系统和城镇污水处理厂安全、正常运行。

9.2  消防与安全

9.2.1 职工安全卫生设计

本设计严格遵循下列规范与标准：

（1）TJ36-79《工业企业设计卫生标准》。

（2）TJ36-79《工业企业噪声设计控制标准》。

（3）其它有关的设计规范及标准。

9.2.2 消防设计

本设计严格遵循下列消防设计规范与设备：

（1）GBJ16-87《建筑设计防火规范》。

（2）GBJ140-90《建筑灭火器配置设计规范》。

（3）消防设备：辅助设备用房内配备灭火器。

 

10  总结与展望

通过三个来月的实习，我在工作上有很大的收获。首先，我了解了废水处理的相关工艺，并能进行设备选型的设计和计算。其次，我初步学习了CAD软件，虽然还不能很熟练地运用，但已经能绘制一些较简单的图形，由于是第一次接触CAD，所以一开始学的时候，我就感觉有些不知所措，不过通过自学及向别人请教，我有了明显的进步，并且能够独立画出规范的工程图纸。再次，在文献检索方面我也有了很大的提高，这学期我们已经学过了这门课程，也进行过实际查询，不过实习后才深刻体会到了这个能力的重要性，因为工程师们不可能手把手地教我们怎么设计和计算，这就需要我们查阅大量的资料来完成，这也锻炼了自己的自学能力和文献查阅能力。

实习的结束对于我来说既是一个结束，也是一个开始，对于我以后走上工作岗位也是一次难得的经历，在这两个月期间，我拓宽了视野，增长了见识，体验到社会竞争的残酷，而更多的是在工作中积累了很多有用的经验，这些经验、收获和不足都是我日后学习工作的借鉴，我将继续扬长补短，不断提高自己，为塑造全面发展的自我而努力。

致  谢

首先，非常感谢导师诸爱士给我指明了课题方向，使我有机会对印染废水处理技术及其工程设计进行深入的了解和学习。感谢诸老师给予我的帮助和鼓励，更感谢诸老师对我的批评教育。

其次，特别感谢东天虹环境保护有限公司的项贤富总经理给我这个实习锻炼的机会，还感谢罗菊芬、李康、卓里颖、王高春等工程师的热心指导，帮助我完成了这次毕业设计，同时也传授了我很多工作的经验，使我受益匪浅。

再次，十分感谢化工专业所有的老师，是各位老师传授了专业知识给我，让我有机会学习到化工方向的知识。也要感谢所有老师为我创造的和谐的学习环境。

最后，感谢和我一起度过四年本科生活的同学，感谢他们给予我的热情帮助和支持。

参考文献

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