六百丈二级水电站位于安徽省石台县舒溪河上游的龙井河上,属于龙井河梯级开发项目,也是“十五”期间石台县农村水电电气化建设的骨干电源工程。该站是利用上游的六百丈一级水电站发电尾水,直接引入渠道至龙井河下游集中落差发电的引水式电站。六百丈一级站建有年调节水库,来水面积为18.1km2,总库容660万m3,兴利库容424万m3,装机容量2×800kW,具有不完全年调节性能,担任池州地区电网的调峰任务。
六百丈二级水电站的枢纽工程有:引水渠道、压力前池、压力钢管、厂房及升压站等。电站设计引用流量1.92m3?s,设计水头53.9m,总装机容量2×400kW,工程于2002年7月开工建设,2003年5月并网发电,总工期仅10个月。
2方案选择
六百丈二级水电站工程已于1997年经安徽省水利厅以皖水〔1997〕316号文批复了初设报告,同意兴建。但由于工程总投资较大,单位电能投资效益较差等原因,迟迟未能开工建设。
2001年11月,受石台县水务局委托,安徽省水电科技咨询中心水电技术咨询部会同石台县水务局勘测设计室,共同承担了该工程施工图的设计咨询任务。在本次设计的过程中,根据实际情况的变化以及从提高电站运行效益、降低工程造价、实现减员增效等方面的考虑,对原初步设计方案进行了一定的改进。
原初步设计文件中六百丈二级水电站是通过2910m渠道引至石台县七都镇查上桥附近,集中水头约61.39m,电站总装机为2×500kW,设计多年平均发电量341万kW·h。但通过实地勘察发现,该渠道后段占用较大范围的林场土地,设计征地赔偿较大,工程实施有一定的难度。故在本次设计中将渠道总长由原先的2910m,缩减至2081m,避开了林场土地,相应设计水头减少至53.9m,电站装机容量更改为2×400kW,设计多年平均发电量为240万kW·h。同时电站电气部分装置由高压改为低压,工程总投资由原先的718.86万元降至398.86万元,其中建筑工程总投资为169.12万元,机电设备及安装工程投资110.86万元(其中自动化监控系统投资20万元),金属结构安装工程投资38.55万元,临时工程、征地补偿费及其他费用80.33万元,主要设计参数比较(见表1)。
3渠道泥沙问题的解决
在我省山区小型水电站的建设过程中,尤其是低坝引水式电站,泥沙淤积问题非常严重,严重威胁小水电站的运行和使用效益。六百丈二级电站位于我省皖南山区,由于雨量丰富,常常有大量山坡上的泥沙被冲入渠道内,长期下去会影响渠道的输水能力,加快水轮机组的磨损和锈蚀,不利于电站的运行管理。
该工程引水渠道断面尺寸为2.0m×1.3m,且引水渠道较长,原先仅在压力前池设置拦沙坎和冲沙孔,根据类似经验,冲沙效果不太理想。后决定在渠道桩号1+730处设置沉沙池1座,尺寸为长10.0m,宽4.0m,前后渐变段长为1.5m,深0.7m。同时在渠道与压力前池衔接处增设拦污栅1座,栅条间距较压力钢管进水口处拦污栅尺寸稍大,主要用于拦截落入渠道的树枝、石块、动物尸体等。通过运行发现对泥沙有较好的沉淀作用,大大减轻了前池的工作负担。
4区间来水的利用
六百丈二级水电站属于中高水头的发电站,因此增加流量对增加电站的发电量,提高电站的发电效益有很大帮助。因此在设计中,在引水渠道渠首处建小型浆砌石挡水坝1座,坝顶为开敞式溢流,坝高2.5m,长10.1m,工程总投资仅1.02万元。引用六百丈一级电站和二级电站之间的区间来水约0.1~0.2m3?s,主要补充六百丈二级电站枯水季节的发电来水,有效提高了电站的发电效益和运行稳定性。
5自动化监控系统的设置
六百丈二级水电站厂房为地面式,厂房内安装2台HLD46-WJ-50型水轮机和2台SFW400-6?850型发电机。电站建成后通过35kV线路T接于六百丈一级电站至池州地区6510变电所的35kV输电线路上。
关键词:休闲式酒店;园林设计;景观布局
Abstract:Thisarticleunifiedtheprojectexampleindetailtodiscusstheleisuretypehotelbotanicalgardendesignidea,thebotanicalgardenlayout,thesubjectlandscapedesigncreativityandthelandscapegardeningcharacteristicandsoon,exhaustedtheoutlinedrawingenjoyablebotanicalgardenexpressionmeanstobuildleisuretypehotelbotanicalgardenfittingtogethertheidealcondition.
Keywords:TheRecreationalHotel;Botanicalgardendesign;Landscapelayout
1设计背景
张家界湘电国际酒店是一家以休闲度假、商务会议为主题的四星级商务酒店,酒店建筑布局为层层院落深进的园林式风格,建筑物依山就势,借景抒情,和张家界自然风光巧妙融于一体。由于酒店的升级,原有的园林景观仅仅停留在绿化上面,只是通过种植一些常有植物和草皮达到绿化的效果,未能充分利用酒店优越的地理环境,各个院落设计空间内外渗透不够,建筑与景观未能有机地融合,内部园林景观无序,主题不够鲜明,文化内涵未充分释放,远远达不到休闲式酒店的要求。如何将酒店内园林景观与张家界美丽的自然风光和地方文化特色有机融合,成为其园林设计关键的节点所在。
2酒店园林景观设计的主旨
本工程园林景观设计范围为酒店内部空间、主题园林景观、景观带绿化布置、屋顶平台绿化设计以及连廊等;根据酒店内园林景观现状,考虑到所处的位置、建筑风格、庭院空间、绿化现状等,拟在设计体现张家界自然风光,风土人情特色为主,特别是将张家界本土的水和石引入园内,在园内自然生成富有张家界野趣的溪流和山石,来与整个风景区巧妙融为一体,浑然天成。
3园林景观设计
3.1张家界乡土景观的挖掘
张家界为国家级森林公园,境内峰密岩险,谷深涧幽,汇峰、谷、壑、林、水于一体,有三千多座奇峰异石,八百溪流蜿蜒纵横,景色奇、秀、幽、险;景区内植被丰富,花草树木种类繁多,被誉为“中国山水画的蓝本”。
金鞭溪位于景区东部,因靠近金鞭岩而得名,全长7.5km,自老磨湾至水绕四门经索溪注入澧水。溪流穿行于峰峦幽谷之间,溪水明净,跌宕多姿,小鱼游弋其中,溪畔花草鲜美,鸟鸣莺啼,树木繁茂,千峰耸立,构成极为秀丽清幽的生态环境,被称为“世界最美的峡谷”,“最富诗意的溪流”。
3.2景观布局构想
以张家界景区特定地理环境、地质景观为设计参照,以本地植物、山、石、溪流为造景素材,根据酒店建筑层院落深进的风格,充分利用空间高差进行合理设置和景观布局。在酒店内景观构思设想上,以金鞭溪为蓝本,自五栋至大厅,营造一条贯穿整个酒店的潺潺溪流,溪流流经的每个院落都有相应的景观主题,且溪流完全效仿自然,蜿蜒曲折,水质澄清透明,若隐若现。。再通过水池、溪流、园路、花草树木、亭台、山石等景观元素以及园林小品等造园手法,辅以现代背景音乐系统、光电照明系统,使酒店园林真正体现古典韵味与现代气息、自然山水与人文特色合二为一的美好境界。在各景点适当位置以景石形式突出景点的人文内涵。
3.3景观布局顺序
景点布局以五栋楼为起源,接外部山泉作为水源构建一条溪流,连接整个院落,直至酒店大堂,四、五号楼楼梯地段为溪流的源头;该院落以跌水、乱石丛表达“源”的理念,体现溪流的发源;二四栋三号楼前地段为溪流的中段,该院落以栈桥、干涸的河床、浅滩表现“寂”的理念,体现石与水的文化,餐厅前长庭地段为溪流的末段,该段以宽广溪流、深潭表达“纳”的理念,体现一种海纳百川的意境。大厅内为溪流的结尾。
3.4各院落园林景观设计
3.4.1起源(四、五栋间院落)
在楼梯处堆石造山,营造“水自天上来”的氛围,寓意溪水源头自山上而来,楼梯下设浅池,上铺鹅卵石引导起源水流,细小的溪水分两道蜿蜒向前。溪水曲折、婉转,中途流经人工堆砌的山谷最后在三号楼附近拐弯流入主题景观区。
3.4.2宁静悠远(三栋前部院落)
此处庭院面积不大,地处宾馆中部,显得格外静。当细流经过之前的酝酿到达此时已较为成熟。整个庭院陆地部分铺设小碎石,一条近似干枯的河道连接着前面的细流,将水引入一小潭之中,小潭中设三个涌水口,仿地下水涌出,一条木栈道穿插其中,全院野趣横生,令人虽置身闹市,仍能体验山野之幽。
3.4.3树大荫浓(四、二栋间院落)
院中那棵生长了几十年的桂花树是全院的灵魂,以院中的桂花树为主体分别设计峰回路转景石和园中小憩石凳休息区。充分考虑了院子的可进入性,使空间更加人性化,更具有一种书香气息。
植物运用上主要有:桂花、玉兰、红枫、南天竹等,随园景肆意点缀,突出表现休闲式园林的随意和轻松。3.4.4蓄(二栋前部院落)
水流经过不断地积累到达此处已非常成熟,最后通过二栋门厅美人靠下部的跌水瀑布在二栋前积聚成了一个大的水面。依据地形又将水面做成三层跌水,水流从滚水坝跌下。水面设小亭,通达小亭的汀步用本地的红砂岩组成,水面一直延伸到走廊的方亭中,将方亭突出走廊的部分做成水榭的形式,周边设美人靠。水岸自然蜿蜒,用真石堆砌成自然驳岸。
植物运用上主要有:桂花、龙爪槐、芭蕉、杜鹃、荷花、马蔺等,从而将此园点缀得满园春色,情景交融,令人美不胜收。
3.4.5海纳百川(餐厅前部院落)
此处绿地地形狭长,自然形成落差,水流由二栋前大水面流经原由长亭改造的风雨桥,形成一段自然曲折的溪水,最后在自然高差处奔流而下,最后止于一深潭中,形成海纳百川的自然景观。岸线自然堆砌,石头生动活泼,趣味盎然。
植物运用上主要有:桂花、桃花、海桐、鸢尾、芦苇等,通过多种不同风格的植物和水景,将此景观映衬出江南小镇诗情画意的意境,并充分体现出主景观的大气磅礴与韵味深长。
3.4.6大堂
大堂作为迎接宾客的地方,同时又在进入西餐厅的门口,正对大门,该处布置小型水池,自然岸线,水池内养红锦鲤,在原有的墙上凹坑内布置堆石,内设流水。
3.4.7迎宾小亭和连廊
迎宾小亭内直立墙面布文化石,底部堆石,和大厅风格布局保持一致。原有连廊进行整修,靠内部墙面取消,靠外部把原有的窗面形式,改为江南园林院落院墙的景窗,创造丰富的景观空间。
3.4.8其它小块绿化及屋顶绿化
需要种植绿化的屋顶,内布50cm厚种植土,种植天鹅绒,马蹄金等,屋顶边凌空时,围绕顶边种植迎春,让其自然下垂。
其它小块绿地在院落内部的小庭院空间内,布置丛竹、芭蕉、苏铁等,从而营造出浓郁的中国古典园林氛围。
4结语
休闲式生态酒店与现代功能型酒店最大的区别主要体现在其良好的生态性和自然性方面,园林景观主题区别突出表现在“雅”与“静”上。因此,其景观园林比现代功能型酒店有更高的要求。园林景观建筑空间的流动美是中国古典园林的特色所在,张家界湘电国际酒店园林景观改造设计正是在把握本土特色的基础上,糅合中国古典园林的特色造园手法,将张家界自然风光与人文内涵巧妙地结合到一处,将动之美与静之美深蕴其中,从而给所到宾客一种如沐春风、自然舒适的惬意感受。该景观改造自2007年初施工完毕后,以其自然、野趣和富含中国传统文化趣味得到了甲方和四方宾客的大力赞赏。
参考文献:
[1]陈国平,景观设计概论[M].中国铁道出版社.2006.
1.1螺栓联接问题
螺栓、螺母联接是机电行业的一种最基本的装配,联接过紧时,螺栓在机械力与电磁力的长期作用下容易产生金属疲劳,发生剪切或螺牙滑丝等联接过松的情况,使部件之间的装配松动,引发事故。对于电气工程传导电流的螺栓、螺母联接,不仅要注意其机械效应,更应注意其电热效应,压接不紧,接触电阻增大,通电时产生发热-接触面氧化-电阻增大的恶性循环,直至严重过热,烧熔联接处,造成接地短路、断开事故。对于一次设备及母线,联接线的并沟线夹、T型线夹、设备线夹、接线相等都可能因此产生程度不同的事故。
1.2振动问题
(1)泵:转子不平衡,轴承间隙大,转子和定子相磨擦,转子与壳体同心度差等,这些都是机械方面的问题。
(2)电机:转子不平衡,轴承间隙大,转子和定子气隙不均匀。
(3)操作:主要是工艺操作参数偏离泵的额定参数太多,引起泵的运行不平稳,例如:出口阀控制的流量太小引起的震动等,这要求工艺尽量接近泵的额定参数进行操作。
1.3超电流问题
(1)泵:轴承损坏,转子与壳体相磨擦,泵内有异物等。
(2)电机:功率偏小,过载电流整定偏小,线路电阻偏高,电源缺相等。
(3)工艺操作:所送介质超过泵的设计能力,如密度大、粘度高、需求量高等。
1.4电气设备问题
(1)安装隔离开关时动、静触头的接触压力与接触面积不够或操作不当,可能导致接触面的电热氧化,使接触电阻增大,灼伤、烧蚀触头,造成事故。
(2)断路器弧触指及触头装配不正确,插入行程、接触压力、同期性、分合闸速度达不到要求,将使触头过热、熄弧时间延民,导致绝缘介质分解,压力骤增,引发断路器爆炸事故。
(3)电流互感器因安装检修不慎,使一次绕组开路,将产生很高的过电压,危及人身与设备安全。
(4)有载调压装置的调节装置机构装配错误,或装配时不慎掉入杂物,卡住机构,也将发生程度不同的事故。
(5)主变压器绝缘破坏或击穿。在安装主变吊芯和高压管等主要工作时,不慎掉入杂物(如螺帽、钥匙等,这些情况在工程实践中并不罕见),器身、套管内排水不彻底,密封装置安装错误,或者在安装中损坏,都会使主变绝缘强度大为降低,可能导致局部绝缘破坏或击穿,造成恶性事故。
(6)主变压器保护拒动。主变压器内部或出线侧发生短路、接地事故,而保护拒动、断路器不跳闸,巨大的短路电流不仅使短路处事故状态扩大,也使主变内部温度骤升,变压器油迅速汽化、分解,成为高爆性的可燃物质,这可能发生主变爆炸的恶性事故。主变的紧急事故油池和其他消防设施都是针对这种可能性设计的。
2机电设备安装技术相关改善办法
2.1严格施工组织设计及设备、设施选择
施工组织设计和设备、设施选择是经有关科技人员共同研究商定的,通过技术计算和验算,既有其使用价值,又可保证良好的经济效益,不要随便更改选用设备,否则会影响基础工作的进展。
2.2按预定计划开展安装工作
每一项机电设备安装工作顺序都有其科学性。一个安装工程的计划排队是经过多方面的考虑,经过技术论证排出的,是有科学根据并有一定指导性的,不要随便改动,以免造成背工窝工,工程进度连续不上。
2.3对安装工作要总体布置、统一安排
对大型安装工程,由于设备多,安装环节多,因此对每一项安装都必须有总体布置,做到统一安排,施工队中必须有一个统一指挥的机电队长(或项目副经理)对各项工作进行协调处理,集思广益,多征求职工的工作意见。作为管理人员对各项安装要了如指掌,对下一步该干什么、怎么干、缺什么材料和配备件,还存在什么问题等都要心中有数,该提前做的准备工作,必须提前到位,这样才不至于在安装工作中造成停工待料的被动局面。
2.4安装工作要有主有次
一个工程具备开工条件,首先得有电源,其次要有动力源,有提升装备(包括井架、提升绞车)。要想达到短期开工之目的,安装工作必须有主有次,分轻重缓急。只有对安装变电所、压风机,井架、提升绞车工作有一个合理的安排,有计划有目的地进行安装工作,才能达到事半功倍之效果。
2.5严格按设计要求施工
每一种设备的安装,都有很严格的技术要求,只有按设计技术要求施工,才能减少不必要的时间流失和材料消耗。一种设备的基础是经过设计部门的计算设计出来的,按要求施工,才能保证质量,保证安全。
2.6按常规安装方式对设备进行安装
每种设备的安装,都有一定的作业方式和工作顺序,不能急于求成,工序颠倒。例如:井架安装,常规作业方法是一层组装起后,进行初操平找正,然后逐层安装。井架安装完后,各连接部位必须一条不少地穿上螺栓,拧紧所有连接螺栓,进行整体操平找正。最后才是井架四脚二次灌灰。切不可一层安装完后不进行初操平找正,整体安装完后不精确操平找正,连接部位缺件,就二次灌灰,给上层安装工作带来困难,造成不好安、对不上、穿不上螺栓等尾工量多的现象,结果造成安装质量低,不合乎安装质量标准要求。
2.7提高机电工人整体素质
机电工素质低是造成安装速度和安装质量低的人为因素。机电工在安装时,必须经过岗前培训,掌握一般安装知识,熟知安装标准,该找平的必须找平,该连接的部位螺栓必须一条不少,该穿地脚螺栓的部位必须一条不少;电工在设备供配电上应做到按规程规范接电,对供电设备开关、控制盘应做到提前检修,接好电后必须对设备进行试运转。
3通电调试
工程实体安装完毕,必须清洁场地经过仔细的检查和准备后进入调试步骤。笔者摸索出调试过程需要注意的事项:
3.1必须遵循“五先五后”原则
先单机后联调;先手动后自动;先就地后远方(遥控);先空载后负载;先点动后联动。
3.2要以“安全第一”为准则
包括人身安全和设备安全。不能急于求成而忽视安全的重要性。所有配电屏、柜和设备的送(受)电必须严格按规程操作,实行“送(受)电令”制度。送电单位由专人负责、统筹安排;不论是送电还是受电,都要在双方监理的监督下完成。
3.3形成有关工程调试数据资料
要求施工单位提交的资料真实、准确、完整。有的监理人员只是用巡视的方法简单地介入调试过程,不熟悉调试情况和调试结果,对调试资料中的数据持怀疑态度,往往不及时签署或要求重新安排调试,造成资料延迟、失真或浪费人力、物力,也不能体现监理在关键工序的旁站监理作用。
4验收
施工承包单位在工程具备竣工验收条件时,应在自评、自查工作完成后,向项目监理部提交竣工验收报验单及竣工报告;总监理工程师组织各专业监理工程师对工程竣工资料及工程实体质量完成情况进行预验收对检查出的问题,督促施工单位及时整改,经项目监理部对竣工资料和工程实体全面检查、验收合格后,由总监理工程师签署工程竣工报验单,并向建设单位提出资料评估报告。
对一些竣工验收后工程移交前未来得及完成整改的问题,可征得安装单位的同意,做甩项处理,在监理的督促和跟踪下可以在工程移交后继续完善。
摘要:针对机电安装问题展开讨论,归纳了机电设备安装常见技术及相关管理问题;对技术改善提出相关意见陈述;强调了通电调试的重要性以引起重视;最后验收。
关键词:机电设备;安装;问题
参考文献
关键词:机电一体化仿真容错纠错
一、引言
现代机电产品正朝着集成化、自动化、智能化的方向发展,有的机电产品对人的依赖性越来越小,发生故障根本不可能由人去维修,有的机电产品形成大系统,一旦发生故障可能导致重大事故,并造成巨大经济损失。例如:美国发射的“勇气”号火星车和“机遇”号火星车,在太空飞行半年之久,一旦有了故障靠人去诊断和维修是根本不可能的;2008年8月巴西一枚VLS-3型卫星运载火箭,在接受最后检测时突然爆炸,导致现场21人被炸死,另有20多人身受重伤。
这些集成化、自动化、智能化的机电系统发生故障的随机性很强,往往难以预料,但工程实践表明除了少数突发故障以外,大多数故障是一个渐进的过程。如果早期发现,及时采取恰当的措施是完全可以防止的,机电产品容错纠错设计与仿真技术研究以及容错技术的应用正是顺应了这种需求。
容错技术为提高系统的可靠性开辟了一条新的途径。虽然人们无法保证所设计的系统各个构成环节的绝对可靠,但若把容错的概念引入到机电产品,可以使各个故障因素对产品性能的影响被显著削弱,这就意味着间接地提高了产品的可靠性。研究和应用容错技术,对于保障机电系统运行的连续性和安全性,减少安全事故,提高现代机电产品的经济效益和社会效益,具有非常重要的意义。
二、仿生硬件容错研究现状
随着电路系统功能的复杂化,传统的硬件容错技术越来越不能满足日益庞大的电路系统要求。为了提高系统可靠性,人们提出了动态地对故障进行自检测、自修复的要求,并努力寻找新的容错设计方法。早在20世纪50年代末,计算机之父冯•诺依曼就提出了研制具有自繁殖与自修复能力通用机器的伟大构想。
研究人员从自然界得到灵感,将自然计算(如进化计算,胚胎理论等)引入到硬件设计中从而形成仿生硬件(Bio-inspiredHardware,BHW)。仿生硬件的概念最初是由瑞士联邦工学院于1992年提出的,虽然历史不长,但其发展非常迅速,现在已经成为国际上的研究热点之一。仿生硬件早期也称为进化硬件(EvolvableHardware,EHW)。A.Thompson等人较早提出了EHW应用于容错方面的想法。仿生硬件是一种能根据外部环境的变化而自主地、动态地改变自身的结构和行为以适应其生存环境的硬件电路,它可以像生物一样具有硬件自适应、自组织、自修复特性。采用仿生硬件实现的容错,不需要显式冗余,而是利用进化本身固有容错的特性,这种特性带来的优势是传统方法通过静态冗余实现容错所不能比拟的。
三、仿生硬件的容错技术新思路
基于仿生硬件的容错研究,对建立借鉴生物进化机制的硬件容错新理论、新模型和新方法,提高硬件系统的可靠性,具有至关重要的意义。
(一)胚胎型仿生硬件的容错体系结构和容错原理
仿生硬件可以分为进化型和胚胎型,其中胚胎型仿生硬件也称为胚胎电子系统,是模仿生物的多细胞容错机制实现的硬件。
胚胎型仿生硬件的容错体系结构,主要由胚胎细胞、开关阵和线轨组成。开关阵根据可编程连线的控制信号完成开关闭合,控制线轨内各线段的使用。胚胎细胞包含存储器、坐标发生器、I/O换向块、功能单元、直接连线、可编程连线、控制模块等。存储器用于保存配置数据位串,并根据细胞状态和坐标发生器计算出的结果,从配置位串中提取一段经译码后对胚胎电子细胞的换向块和功能单元进行配置。坐标发生器根据每个细胞最近两侧(左侧和下侧)邻居细胞的坐标为其分配坐标。I/O换向块为细胞功能单元间的可编程连线提供控制信号。功能单元用于实现一个n输入的布尔函数,用于实现所需的细胞功能。直接连线负责功能单元之间的相互通信。可编程连线传递控制信号控制开关阵。控制模块完成细胞的工作状态检测、故障诊断、控制细胞冗余切换。
(二)胚胎型仿生硬件实现容错的策略
为了实现对故障细胞的容错,常用的容错策略有两种:行(列)取消和细胞取消策略,通过记录有错的单元位置,重新布线,用其他备用的单元来代替。
但是对于连线资源故障,这些策略并未给出相应的对策。在深入研究胚胎仿生硬件容错体系结构的基础上,本文提出一种针对线轨故障的容错策略。
1.行(列)取消策略。在行(列)取消中,若一个细胞出错,则它所在行(列)的所有细胞都将被取消,而该行(列)细胞的功能将被其上一行(右一列)的细胞所代替,即当一个细胞出错时,细胞所在行(列)上移(右移)到一个备用行(备用列)来代替它当前的工作。
2.细胞取消策略。在细胞取消中,用备用细胞代替故障细胞分两个阶段。当某一行的出错细胞数超过备用细胞数时,整行被取消,行细胞上移,用备用行取代出错行的功能。
(三)胚胎型仿生硬件实现容错的流程
胚胎型仿生硬件容错的流程为:
(1)根据设计需求选择器件,确定硬件设计方案;
(2)以电路结构及有关参数等作为染色体进行编码,按照进化算法的进化模式对系统进行进化操作;
(3)一般以电路的功能与预期结果的符合程度作为个体的适应度。根据给定的输入条件或测试集,通过基于电路模型的仿真测试或实测计算群体中的每个个体的适应度;
(四)胚胎型仿生硬件内部错误检测机制
错误检测是胚胎型仿生硬件实现容错的前提,本文在此着重研究针对细胞故障的错误检测机制。
基于细胞功能单元的三模冗余与多数表决器电路实现是硬件容错常用的冗余容错策略。
多数表决器判断输出多数细胞模块的信号,但并不能判断出具体哪个细胞出现了错误,也就没法启动对出错细胞的重启动或重构来修复该细胞。为了能检测出错细胞的具置,从而修复该细胞,进一步提高三模冗余的可靠性,需要设计相应的差错检测器。
参考文献:
[1]高金吉,装备系统故障自愈原理研究.中国工程科学,2009(5).
关键词:自动控制可编程序控制器系统设计应用
在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,工业现场中的这些自动控制问题,若采用可编程序控制器(PC)来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一,本文叙述PC控制系统设计时应该注意的问题。
硬件选购目前市场上的PC产品众多,除国产品牌外,国外有:日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德国的SIEMENS,韩国的LG等。近几年,PC产品的价格有较大的下降,其性价比越来越高,这是众多技术人员选用PC的重要原因。那么,如何选购PC产品呢?
1.系统规模首先应确定系统用PC单机控制,还是用PC形成网络,由此计算PC输入、输出点。数,并且在选购PC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%)。
2.确定负载类型根据PC输出端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的。
3.存储容量与速度尽管国外各厂家的PC产品大体相同,但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同,而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PC价格就越高,但应该根据系统的大小合理选用PC产品。
4.编程器的选购PC编程可采用三种方式:
一是用一般的手持编程器编程,它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低,但对于系统容量小,用量小的产品比较适宜,并且体积小,易于现场调试,造价也较低。
二是用图形编程器编程,该编程器采用梯形图编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,但该编程器价格较高。
三是用IBM个人计算机加PC软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式,但大部分公司的PC开发软件包价格昂贵,并且该方式不易于现场调试。
因此,应根据系统的大小与难易,开发周期的长短以及资金的情况合理选购PC产品。
5.尽量选用大公司的产品其质量有保障,且技术支持好,一般售后服务也较好,还有利于你的产品扩展与软件升级。
输入回路的设计
1.电源回路PC供电电源一般为AC85—240V(也有DC24V),适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等)。
2.Pc上DC24V电源的使用各公司PC产品上一般都有DC24V电源,但该电源容量小,为几十毫安至几百毫安,用其带负载时要注意容量,同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PC的运行)。
3.外部DC24V电源若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等,而PC上DC24V电源容量不够时,要从外部提供DC24V电源;但该电源的“—”端不要与PC的DC24V的“—”端以及“COM”端相连,否则会影响PC的运行。
4.输入的灵敏度各厂家对PC的输人端电压和电流都有规定,如日本三菱公司F7n系列Pc的输入值为:DC24V、7mA,启动电流为4.5mA,关断电流小于1.5mA,因此,当输入回路串有二极管或电阻(不能完全启动),或者有并联电阻或有漏电流时(不能完全切断),就会有误动作,灵敏度下降,对此应采取措施。另一方面,当输入器件的输入电流大于PC的最大输入电流时,也会引起误动作,应采用弱电流的输入器件,并且选用输人为共漏型输入的PC,Bp输入元件的公共点电位相对为负,电流是流出PC的输入端。
输出回路的设计
1.各种输出方式之间的比较
(1)继电器输出:优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载,且电压也可不同,带负载电流可达2A/点;但继电器输出方式不适用于高频动作的负载,这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少,一般在几十万次至Jl百万次之间,有的公司产品可达1000万次以上,响应时间为10ms
(2)晶闸管输出:带负载能力为0.2A/点,只能带交流负载,可适应高频动作,响应时间为1ms.
(3)晶体管输出:最大优点是适应于高频动作,响应时间短,一般为0.2ms左右,但它只能带DC5—30V的负载,最大输出负载电流为0.5A/点,但每4点不得大于0.8A。
。;也可采用PC输出驱动达林顿三极管(5—10A),再驱动负载,可大大减小电流。
2.抗干扰与外部互锁当PC输出带感性负载,负载断电时会对PC的输出造成浪涌电流的冲击,为此,对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管,对交流感性负载应并接浪涌吸收电路,可有效保护PC。
当两个物理量的输出在PC内部已进行软件互锁后,在PC的外部也应进行互锁,以加强系统的可靠性。
3.“GOM“点的选择不同的PC产品,其“COM”点的数量是不一样的,有的一个“COM”点带8个输出点,有的带4个输出点,也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多,且电流大时,采用一个“COM”点带1—2个输出点的PC产品;当负载数量多而种类少时,采用一个“COM”点带4—8个输出点的PC产品。这样会对电路设计带来很多方便,每个“COM”点处加一熔丝,1—2个输出时加2A的熔丝,4—8点输出的加5—10A的熔丝,因PC内部一般没有熔丝。
4.PC外部驱动电路对于PC输出不能直接带动负载的情况下,必须在外部采用驱动电路:可以用三极管驱,也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动,同时应采用保护电路和浪涌吸收电路,且每路有显示二极管(LED)指示。印制板应做成插拔式,易于维修。
PC的输入输出布线也有一定的要求,请看各公司的使用说明书。
扩展模块的选用
对于小的系统,如80点以内的系统.一般不需要扩展;当系统较大时,就要扩展。不同公司的产品,对系统总点数及扩展模块的数量都有,当扩展仍不能满足要求时,可采用网络结构;同时,有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块,因此,在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时,各厂家也有一些规定,请看相关的技术手册。
各公司的扩展模块种类很多,如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。PC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。
PC的网络设计
当用PC进行网络设计时,其难度比PC单机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型,对其基本指令和功能指令有较深入的了解,并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则,不能适应你的实时要求,造成系统崩溃。另外,对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。
最后,还要向PC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料,至于选用几层工作站,依你的系统大小而定。
关键词:单片开关电源快速设计
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在设计开关电源时,首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片,既能满足要求,又不因选型不当而造成资源的浪费。然而,这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号,即使采用同一种封装的不同型号,其输出功率也各不相同;原因之二是选择芯片时,不仅要知道设计的输出功率PO,还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD,而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来,在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用TOPSwitch-II系列单片开关电源的功率损耗(PD)与电源效率(η)、输出功率(PO)关系曲线,快速选择芯片的方法,可解决上述难题。在设计前,只要根据预期的输出功率和电源效率值,即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值,这不仅简化了设计,还为选择散热器提
η/%(Uimin=85V)
中图法分类号:TN86文献标识码:A文章编码:02192713(2000)0948805
PO/W
供了依据。
1TOPSwitch-II的PD与η、PO关系曲线
TOPSwitch-II系列的交流输入电压分宽范围输入(亦称通用输入),固定输入(也叫单一电压输入)两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V~265V,230V±15%。
1.1宽范围输入时PD与η,PO的关系曲线
TOP221~TOP227系列单片开关电源在宽范围输入(85V~265V)的条件下,当UO=+5V或者+12V时,PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V,最高
η/%(Uimin=85V)
η/%(Uimin=195V)
交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO,纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221~TOP227的电源效率,而15条虚线均为芯片功耗的等值线(下同)。
1.2固定输入时PD与η、PO的关系曲线
TOP221~TOP227系列在固定交流输入(230V±15%)条件下,当UO=+5V或+12V时,PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正确选择TOPSwitch-II芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch-II芯片型号的设计程序如下:
(1)首先确定哪一幅曲线图适用。例如,当Ui=85V~265V,UO=+5V时,应选择图1。而当Ui=220V(即230V-230V×4.3%),UO=+12V时,就只能选图4;
(2)然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置(PO);
(3)从输出功率点垂直向上移动,直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用,可继续向上查找另一条实线;
(4)再从等值线(虚线)上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温(Tj)以确定散热片的大小;
(5)最后转入电路设计阶段,包括高频变压器设计,元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1:设计输出为5V、300W的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V~265V。又因UO=+5V,故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点,然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点,由纵坐标上查出该点的η=71.2%,最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明,选择TOP224就能输出30W功率,并且预期的电源效率为71.2%,芯片功耗为2.5W。
若觉得η=71.2%的效率指标偏低,还可继续往上查找TOP225的实线。同理,选择TOP225也能输出30W功率,而预期的电源效率将提高到75%,芯片功耗降至1.7W。
根据所得到的PD值,进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
根据已知条件,从图4中可以查出,TOP223是最佳选择,此时PO=30W,η=85.2%,PD=0.8W。
例3:计算TOPswitch-II的结温
这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch-II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值,即可用下式求出芯片的结温:
Tj=PD·RθA+TA(1)
举例说明,TOP225的设计功耗为1.7W,RθA=20℃/W,TA=40℃,代入式(1)中得到Tj=74℃。设计时必须保证,在最高环境温度TAM下,芯片结温Tj低于100℃,才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3.1修正方法
如上所述,PD与η,PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了。图1和图2规定的Uimin=85V,而图3与图4规定Uimin=195V(即230V-230V×15%)。若交流输入电压最小值不符合上述规定,就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′,折算成Uimin为规定值时的等效功率PO,才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比(PO′/PO)用K表示。TOPSwitch-II在宽范围输入、固定输入两种情况下,K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点:
(1)图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V,195V,图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。
(2)当Uimin′>Uimin时K>1,即PO′>PO,这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率,必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′(3)设初级电压为UOR,其典型值为135V。但在Uimin′<85V时,受TOPSwitch-II调节占空比能力的,UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线,利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下:
(1)首先从图5、图6中选择适用的特性曲线,然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。
(2)将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO,有公式
PO=PO′/K(2)
(3)最后从图1~图4中选取适用的关系曲线,并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4:设计12V,35W的通用开关电源
已知Uimin=85V,假定Uimin′=90%×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式(2)中,计算出PO=30.4W。再根据PO值,从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片,此时η=81.6%,PD=2W。
若选TOP223,则η降至73.5%,PD增加到5W,显然不合适。倘若选TOP225型,就会造成资源浪费,因为它比TOP224的价格要高一些,且适合输出40W~60W的更大功率。
3.2相关参数的修正及选择
(1)修正初级电感量
在使用TOPSwitch-II系列设计开关电源时,高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1,这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP(3)
查表1可知,使用TOP224时,LP=1475μH。当K=1.15时,LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器参数随Uimin′的变化
最低交流输入电压Uimin(V)85195
LED的工作电流IF(mA)3.55.0
光敏三极管的发射极电流IE(mA)3.55.0
(2)对其他参数的影响
当Uimin的规定值发生变化时,TOPSwitch-II的占空比亦随之改变,进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。
TOPSwitch-II于Ui、PO的电源参数值,见表3。这些参数一般不受Uimin变化的影响。
表3于Ui、PO的电源参数值
参数典型值
开关频率f(kHz)100
输入保护电路的箝位电压UB(V)200
输出级肖特基整流二极管的正向压降UF(V)0.4
初始偏置电压UFB(V)16
(3)输入滤波电容的选择
参数TOP221TOP222TOP223TOP224TOP225TOP226TOP227
高频变压器初级电感LP(μH)86504400220014751100880740
高频变压器初级泄漏电感LPO(μH)175904530221815
次级开路时高频变压器的谐振频率fO(kHz)400450500550600650700
初级线圈电阻RP(mΩ)50001800650350250175140
次级线圈电阻RS(mΩ)20127543.53
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