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關(guān)鍵詞：螺桿泵 優(yōu)化設(shè)計 數(shù)學(xué)模型
一、前言
螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計是螺桿泵合理運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，同時也是延長螺桿泵工作壽命的基礎(chǔ)保證。因此，為保證螺桿泵合理運(yùn)行、穩(wěn)定生產(chǎn)，開展螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究是十分必要的。本章根據(jù)螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計原則，建立了螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合油井流入動態(tài)研究結(jié)果和井筒流體壓力分析結(jié)果，給出了通過該數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的方法。
二、優(yōu)化設(shè)計原則
（一）螺桿泵的工作點(diǎn)應(yīng)落在合理工作區(qū)內(nèi)；
（二）螺桿泵設(shè)計時井底流壓應(yīng)滿足油田開發(fā)方案的要求；
（三）滿足螺桿泵的壓頭、排量的前提下，應(yīng)盡量增加下泵深度，減小流壓，放大生產(chǎn)壓差，以提高油井產(chǎn)液量；
（四）油井條件確定后，螺桿泵的壓頭、排量不能大幅度增加，否則將會導(dǎo)致螺桿泵的工作點(diǎn)偏離合理工作區(qū)；
（五）對于氣液比較大的油井，應(yīng)采取套管放氣的方法，盡量增大下泵深度，減少氣體的影響。
（六）螺桿泵在滿足排量、壓頭、扭矩的情況下，可采用中低轉(zhuǎn)速；在其它條件受到約束時，可通過提高螺桿泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)高產(chǎn)；
（七）當(dāng)螺桿泵的壓頭不足時，可以適量的降低下泵深度、提高流壓、降低轉(zhuǎn)速或者降低油井產(chǎn)液量；
（八）可以通過提高容積效率，提高泵的轉(zhuǎn)速、增大理論排量，增加泵的壓頭，加大下泵深度、提高油壓，提高采油指數(shù)的方法實現(xiàn)提高油井產(chǎn)液量；
（九）當(dāng)油井地層條件發(fā)生變化時，可以調(diào)節(jié)螺桿泵生產(chǎn)系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)泵抽條件發(fā)生變化時，可以調(diào)節(jié)地層參數(shù)。
另外，螺桿泵的最大外徑，應(yīng)滿足在套管內(nèi)起下順利；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，最大直徑不與油管發(fā)生摩擦；轉(zhuǎn)子從油管中起出順利；定轉(zhuǎn)子的連接尺寸，應(yīng)該與管柱配套。
三、優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型
【關(guān)鍵詞】斜井提升；對稱組合道岔；推車器
1 概述
本文以二水平副暗斜井上口摘掛鉤時間較長，影響我礦二水平副暗斜井提升能力進(jìn)行可行性分析。該礦采場重點(diǎn)由淺部向深部二水平北翼采區(qū)轉(zhuǎn)移，二水平北翼Ⅱ61下采區(qū)是本礦主采6煤重點(diǎn)準(zhǔn)備采區(qū)，目前此采區(qū)始終保持三個巖巷頭進(jìn)行掘進(jìn)，加上生產(chǎn)采區(qū)Ⅱ62采區(qū)Ⅱ627準(zhǔn)備工作面聯(lián)巷巖巷掘進(jìn)頭共計5個掘進(jìn)頭，均用車皮出貨，現(xiàn)有的二水平副暗斜井提升系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)需要，優(yōu)化工作勢在必行。
2 巷道設(shè)備布置優(yōu)化前與優(yōu)化后分析
優(yōu)化前：
（1）二水平副暗斜井提升時間
二水平副暗斜井每日12：00-14：00為軌道檢修時間，，作業(yè)方式為“三八”制，每班混合作業(yè)6.5小時，每日總提升時間為19.5小時。
①二水平副暗斜井下口采用繩式推車機(jī)，三班作業(yè)，平均摘、掛勾用時3分鐘。
②二水平副暗斜井上口使用兩部11.4kw絞車來回牽引重車及空車，三班作業(yè)，平均摘、掛勾用時6分。
③二水平副暗斜井軌道運(yùn)行，三班作業(yè)，平均用時10分。
由以上得：二水平副暗斜井完成正規(guī)循環(huán)平均用時16分。
（2）二水平副暗斜井提升能力
二水平副暗斜井每個正規(guī)循環(huán)提升8車（不包括大件），大件車提升5車。
Ab=（3.6×Tb×n×q）÷（k×T） Ab ：每天提升量，輛；
Tb：每班提升工作小時，6.5小時； n：每勾串車數(shù)，8車；
q：礦車載重量，取1t；k：提升不均衡系數(shù)，取1.25；
T：最大提升循環(huán)時間，12min；
提升量=（3.6×Tb×n×q）÷（k×T）
=（3.6×6.5×60×8×1）÷（1.25×16）
=561輛
（3）二水平副暗斜井設(shè)備
二水平副暗斜井上口：11.4kw調(diào)度絞車2部，JKY3.0液壓絞車1部。
二水平副暗斜井下口：DWS6彎道繩式調(diào)車機(jī)2部。
優(yōu)化后：
（1）二水平副暗斜井上部車場采用11.4kw小絞車牽引重車及車皮，在使用過程中摘掛勾頭存在安全隱患，經(jīng)優(yōu)化后使用三部彎道推車器代替兩部11.4kw小絞車，在使用過程中解除了摘掛勾頭，同時絞車司機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，降低了作業(yè)人員工作量。
（2）在44大巷增加了80m車場，使得礦車在該車場內(nèi)進(jìn)行集中，一次性進(jìn)行運(yùn)輸，大大的提高了工作效率。
（3）二水平副暗斜井上部車場增加了一組對稱組合道岔，改變了原有的運(yùn)輸方式，空車及重車分向運(yùn)輸，有效的節(jié)省了運(yùn)輸時間，增加了提升效率。
（4）我礦重點(diǎn)工程掘進(jìn)工作面集中的二水平，經(jīng)改造后，二水平副暗斜井的提升能力得到增加，使得我礦重點(diǎn)工程車皮周轉(zhuǎn)得到了有效的控制，從而提高了我礦重點(diǎn)工程進(jìn)尺。
3 現(xiàn)場施工工藝
（1）采用ZDZ630/3/1213對稱組合道岔一副，與二水平副暗斜井內(nèi)軌道連接，平巷內(nèi)布置三條軌道，其中兩端為空車道，中間為重車道，二水平副暗斜井上口安裝三套推車器。并在44軌道石門鋪設(shè)70m車場。
（2）井巷施工量
二水平副暗斜井上口巷道斷面規(guī)格為：凈寬×凈高=6200m×5000m，自一水平泄水巷三岔門處按N163°方位對巷道兩幫進(jìn)行刷大，兩幫各刷大1200mm、刷大長度為39m，后按N103°方位對巷道左幫進(jìn)行刷大，刷大寬度2000mm、長度50m，最后對44-46石門按N163°方位對巷道左幫進(jìn)行刷大，刷大寬度600mm、刷大長度80m，總工程量208m。
（3）設(shè)備材料投入
4 預(yù)期成效
[關(guān)鍵詞]服裝模特；動態(tài)展示；機(jī)器人；優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0358-02
1 引言
國內(nèi)外關(guān)于服裝模特道具的研究與設(shè)計呈現(xiàn)出兩種狀態(tài)。一方面，傳統(tǒng)服裝模特道具即目前市場上絕大多數(shù)服裝品牌店使用的服裝展示模特道具，它們立足于靜態(tài)展示，展示風(fēng)格固定單一，缺少變化，早已不能滿足當(dāng)下消費(fèi)者對于服裝展示的需求。另一方面，智能化模特機(jī)器人[1]因受傳感器、傳動構(gòu)件尺寸的約束，在設(shè)計上難以與傳統(tǒng)模特外觀體型進(jìn)行良好匹配，使得模特機(jī)器人的展示效果往往不盡如人意。而且成本高，不利于推廣。
為滿足當(dāng)下市場對于服裝展示的新需求，服裝動態(tài)展示系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，依托現(xiàn)有的服裝動態(tài)展示技術(shù)[2]即只有手臂關(guān)節(jié)這單一自由度，在已有服裝動態(tài)展示模特系統(tǒng)原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，針對不變的約束空間增加頭部和底盤兩個旋轉(zhuǎn)自由度，并且對模特道具手臂結(jié)構(gòu)包括傳動機(jī)構(gòu)和連接機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，同時精簡控制系統(tǒng)。使得服裝動態(tài)展示模特的機(jī)構(gòu)更加精簡，控制更加精準(zhǔn)，展示效果更加豐富，價格更加低廉。
2 設(shè)計思路
考慮遵循四個設(shè)計原則：①基于系統(tǒng)原理樣機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；②精簡機(jī)械結(jié)構(gòu)和元部件[3]；③所有元件盡量滿足標(biāo)準(zhǔn)化；④較完整地模擬人體動靜態(tài)展示效果。
3 優(yōu)化設(shè)計
3.1 傳動機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
3.1.1傳動機(jī)構(gòu)總體優(yōu)化設(shè)計
傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計基于原有模特系統(tǒng)的內(nèi)部空間約束，將腹腔中以線/桿為核心的傳動機(jī)構(gòu)[4]優(yōu)化設(shè)計為以線為核心的傳動機(jī)構(gòu)，這樣減少了傳動構(gòu)件的交叉耦合關(guān)系，增強(qiáng)了系統(tǒng)傳動的位置精準(zhǔn)度；對有關(guān)零部件做了適當(dāng)?shù)奶鎿Q和簡化，使得系統(tǒng)中所使用的零部件能夠合理地分布于模特道具腹腔中，并且為頭部動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)留出了一定的裕度空間；同時增加一套頭部--身體和底盤--身體的連接機(jī)構(gòu)，使得模特的展示效果更加豐富。
3.1.2大臂旋轉(zhuǎn)、抬起機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
受控制系統(tǒng)控制的同步電機(jī)輸出一定大小的扭矩，通過聯(lián)軸器傳遞給與它相連的小同步輪和繞線輪，使其按一定規(guī)律做繞軸的圓周運(yùn)動。小同步輪通過同步帶傳遞力矩，使同步輪按既定的規(guī)律帶動與手臂相連接的圓柱筒運(yùn)動，實現(xiàn)大臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；與此同時，繞在手臂剛性軸上的兩根鋼索在繞線輪的作用下，帶動手臂大臂沿著預(yù)定軌跡做空間抬起，復(fù)位等運(yùn)動，從而實現(xiàn)大臂的向上抬起運(yùn)動。
選用更符合需求的同步電機(jī)，使得模特的展示姿態(tài)能夠鎖定在空間固定位置；通過合理地計算和驗證，選用了合適的同步輪和繞線輪，實現(xiàn)了兩個運(yùn)動自由度由一個電機(jī)控制的功能，精簡了傳動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。
3.1.3 小臂旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
在已有服裝動態(tài)展示模特系統(tǒng)原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上，如圖5所示。將小臂的機(jī)構(gòu)優(yōu)化改造成了如圖6所示的機(jī)構(gòu)，本單元由手臂小臂、大臂、鋼索、四氟管、手臂連接片、剛性軸等構(gòu)成。繞在手臂剛性軸上的兩根鋼索在步進(jìn)電機(jī)的力矩作用下，帶動手臂小臂繞M點(diǎn)沿著預(yù)定軌跡做空間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而實現(xiàn)小臂的屈伸運(yùn)動。
連接片的改進(jìn)設(shè)計，減輕了手臂重量，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，同時也極大的改善了手臂關(guān)節(jié)處的不美觀問題，展示效果得到很大提升。
3.1.4頭部機(jī)構(gòu)的設(shè)計
3.1.5底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計
3.2 控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
4 系統(tǒng)仿真與驗證
4.1 休閑展示動作模式
4.2 運(yùn)動系列動作模式
仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地沿著預(yù)定軌跡路線運(yùn)動至預(yù)期空間位置，展現(xiàn)出預(yù)定的行為姿態(tài)。實現(xiàn)了單體模特道具多體態(tài)的展示效果并且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
5 結(jié)語
經(jīng)過多次的仿真結(jié)果表明，對于預(yù)定的軌跡，機(jī)器人手臂的運(yùn)動以及整個身體的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)連續(xù)，無柔性沖擊，軌跡符合預(yù)期；各關(guān)節(jié)運(yùn)動平穩(wěn)，并且電機(jī)的力矩和速度在工作范圍內(nèi)；通過簡單修改軌跡控制參數(shù)，可以迅速地進(jìn)行新的仿真。該服裝動態(tài)展示系統(tǒng)通過精巧傳動機(jī)構(gòu)與精簡控制系統(tǒng)能夠較好完成所設(shè)計的動作與要求，實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)，將在一定程度上豐富服裝展示效果，提高服裝展示水平。
參考文獻(xiàn)
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[關(guān)鍵詞]礦井 通風(fēng) 優(yōu)化 安全
[中圖分類號] TD72 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-9-258-1
0前言
礦井通風(fēng)是運(yùn)用多種技術(shù)手段輸送、調(diào)度空氣在井下 流 動， 維護(hù)礦井正常生產(chǎn)和勞動安全的動態(tài)過 程。在生產(chǎn)期 間利用通風(fēng)動 力，以最 經(jīng)濟(jì) 的方式 ， 向 井下 各用 風(fēng)地點(diǎn) 供給 質(zhì) 優(yōu)量足的新鮮空氣，保證工作人員的呼吸，稀釋并排 除瓦斯、粉塵等各種有毒 有害 物質(zhì)， 降低 熱害，給 井下 創(chuàng)造良 好的 勞 動環(huán)境。在發(fā)生災(zāi)變時，能有效、及時地控制風(fēng) 向及風(fēng)量， 并與其他措施結(jié)合，防 止災(zāi) 害的擴(kuò) 大，最大 限度 地減少 事故 損失。人們將 礦井通風(fēng)系 統(tǒng)實 現(xiàn)上述 任務(wù) 的綜 合能力 稱為 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全 可靠性。 分析礦 井重 大災(zāi) 害事故 發(fā)生 及擴(kuò)大的原因，無 不與礦 井通 風(fēng)系統(tǒng) 有密 切的 關(guān)系。因 此，建立既能滿足日常生產(chǎn)通風(fēng)， 保證風(fēng)向 穩(wěn)定、風(fēng)質(zhì)合格，又能 在災(zāi)害時期保持通 風(fēng)設(shè) 備運(yùn) 行可靠、穩(wěn) 定、能快 速實現(xiàn) 風(fēng)流 控制的通風(fēng)系統(tǒng)對于實現(xiàn)資源的安全開采是至關(guān)重要的。
1礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化
礦井通風(fēng)的 優(yōu)化 主要 是通風(fēng) 系統(tǒng) 的優(yōu)化。 選擇 好礦 井通風(fēng)系統(tǒng)是關(guān)系到整個礦井的安全和正常生產(chǎn)的重 要問題。具體應(yīng)符合如下的一些基本要求：每個礦井 必須有完整的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)；礦井進(jìn)風(fēng) 井口必須布置在不受 粉 塵、灰土、有 害和高 溫氣體浸 人的地 方； 進(jìn)、回 風(fēng)井之 間和 主要進(jìn)、回風(fēng)巷道之間 的每 個聯(lián)絡(luò) 巷中，必 須砌 筑永久 性擋 風(fēng)墻； 每個生產(chǎn)水平和 每個 采區(qū)都 必須 布置 單獨(dú)的 回風(fēng) 道， 實 行分區(qū)通風(fēng)，將其回風(fēng)流直接引入到 總回風(fēng)道或 主要回風(fēng) 道中； 礦井主要通風(fēng)機(jī) 的工 作方式 一般 應(yīng)采 用抽出 式通 風(fēng)；根據(jù)礦井開拓系統(tǒng)選擇確定合理的通風(fēng)系統(tǒng)。
2礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的重要意義
礦井通風(fēng)的目的是為礦井各用風(fēng)場所提供足夠的新鮮風(fēng)量，保證作業(yè)空間良好氣候條件，沖淡或稀釋有毒有害氣體和礦塵等。而礦井通風(fēng)狀況的好壞，在很大程度上直接影響到礦井的安全生產(chǎn)、礦井的 經(jīng)濟(jì)效益、礦井的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)及礦井災(zāi)害時期的應(yīng)變能力等。因此，在礦井通風(fēng)設(shè)計與生產(chǎn)期間，均應(yīng)對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性 進(jìn)行分析。
3傳統(tǒng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)
我國煤礦自50年代開始采用機(jī)械通風(fēng)，但風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率一直較低。據(jù)統(tǒng)計風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率僅約40%，比設(shè)計的風(fēng)機(jī)效率降低一半以上。通風(fēng)能耗約占礦井總能耗的1/3，通風(fēng)電費(fèi)約占通風(fēng)能耗的70%。大型礦井的風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率高達(dá)數(shù)千千瓦，年通風(fēng)電費(fèi)達(dá)數(shù)百萬元。造 成礦井通風(fēng)系統(tǒng)能耗高的主要原因是：①通風(fēng)方法和設(shè)計手段；②風(fēng) 機(jī)性能；③管理水平。
我國礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計多數(shù)采用統(tǒng)一的主扇通風(fēng)系統(tǒng)，漏風(fēng)系數(shù)取得大以及按最困難時期的最大風(fēng)壓選擇風(fēng)機(jī)，使選取的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓過高，通風(fēng)系統(tǒng)建成后，由于煤礦開采技術(shù)上的特點(diǎn)，致使主扇的工況點(diǎn)風(fēng)壓比設(shè)計的風(fēng)壓低得多。我國大多數(shù)煤礦所使用的70B2風(fēng)機(jī)屬于高、中風(fēng)壓和中流量風(fēng)機(jī)，高效率區(qū)多在2000-3000Pa范圍內(nèi)。而煤礦當(dāng)風(fēng)量為40-90m3/s時，礦井總阻力多在600-900Pa之間。風(fēng)機(jī)等積孔與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)等積孔不匹配，使風(fēng)機(jī)長期在低效率區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)。
4礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究
4.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計遵循的原則
新礦井在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計或生產(chǎn)礦井在進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計 時，必須根據(jù)礦井的地質(zhì)條件、礦井開拓和生產(chǎn)布局可擬定出很多可行的設(shè)計一方案，并且各個方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。要從眾多的方案中確定 出最優(yōu)的通風(fēng)系統(tǒng)方案，必須首先確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評判指標(biāo)。
4.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)展
由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)非常復(fù)雜，通風(fēng)系統(tǒng)的解算是相當(dāng)復(fù)雜的，手 工解算或是利用傳統(tǒng)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件解算工作量太大根本無法達(dá) 到及時得到井下通風(fēng)狀況的目的。所以開發(fā)出一個功能強(qiáng)大、界面友 好、操作簡潔方便、可視化度高的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件能夠大大加強(qiáng)礦 井通風(fēng)的管理力度，為保證煤礦安全生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。
5新型多風(fēng)機(jī)多級機(jī)站礦井通風(fēng)系統(tǒng)
5.1新型多風(fēng)機(jī)多級機(jī)站特點(diǎn)
多風(fēng)機(jī)多級機(jī)站具有顯著的優(yōu)越性，它既可提高礦井有效風(fēng)量 率，又可節(jié)省電能消耗。我國自1983年開始該通風(fēng)技術(shù)的試驗研究以 來，先后有幾十個大中型非煤礦井采用此技術(shù)，改造原有的通風(fēng)系 統(tǒng)，都取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
所謂多風(fēng)機(jī)多級機(jī)站，即是由幾級（至少是三級以上）風(fēng)機(jī)站接力。
5.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能風(fēng)機(jī)的推廣應(yīng)用
目前我國中煤科工集團(tuán)重慶研究院自主生產(chǎn)的抽出式局部通風(fēng)機(jī) 與我國煤礦巷道通風(fēng)機(jī)參數(shù)合理匹配，為新型掘進(jìn)施工或引排瓦斯用 通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)具有大流量、高風(fēng)壓、高效率、低噪聲、系列化、結(jié) 構(gòu)簡單、使用維修方便等特點(diǎn)，用于處理井下局部瓦斯積聚或與除塵 裝備聯(lián)合使用用于工作面除塵。
5.3礦井通風(fēng)技術(shù)研究的進(jìn)展和方向
新型礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)為礦井各用風(fēng)場所提供足夠的新鮮風(fēng)量，保證作業(yè)空間良好氣候條件，沖淡或稀釋有毒有害氣體和礦塵等，礦井通風(fēng)技術(shù)研究的進(jìn)展和方向主要是：在礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造與建設(shè)中，不存在統(tǒng)一的技術(shù)模式，應(yīng)根據(jù)各自系統(tǒng)的具體條件，沿著多種技術(shù)途徑發(fā)展。這些途徑主要是：分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)、多風(fēng)機(jī)多級機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)、主―輔多風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、統(tǒng)一主扇通風(fēng)系統(tǒng)；新型、高效、節(jié)能 礦用風(fēng)機(jī)的研制與應(yīng)用；采用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；礦井通風(fēng)系統(tǒng)的微機(jī)自 動控制技術(shù)研究等。
6結(jié)語
實踐表明，與傳統(tǒng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)比較，新型礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，可為礦井各用風(fēng)場所提供足夠的新鮮風(fēng)量，保證作業(yè)空 間良好氣候條件下，具有高效、節(jié)能的特點(diǎn)，簡化了礦井風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)量大的問題，提升了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的效率。
參考文獻(xiàn)
1.1對地下排水工程的重視欠缺,設(shè)計缺乏宏觀整體規(guī)劃
長期以來城市建設(shè)注重地面工程而忽視了地下排水工程的系統(tǒng)設(shè)計與規(guī)劃。在城市規(guī)劃初期應(yīng)將市政排水系統(tǒng)設(shè)計作為一個獨(dú)立的系統(tǒng)去規(guī)劃與設(shè)計,并配備足夠的資源才能保證在特殊情況下城市的應(yīng)急排水能夠高效和有序的進(jìn)行。而目前諸多城市的做法往往只是在道路系統(tǒng)設(shè)計中考慮地下排水和地表排水,且片區(qū)的排水設(shè)計無相關(guān)性,當(dāng)放到城市一個整體中時,排水缺陷問題就會暴露。
1.2行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不健全
目前,城市道路排水系統(tǒng)上下游管道直徑參數(shù)取值不當(dāng),在城市化進(jìn)程加快的今天,如今的城市排水能效受到諸多因素的影響,有氣候的因素,有經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡因素和道路工程自身因素等,如今的市政排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)沒有能夠適應(yīng)現(xiàn)在的城市路面系統(tǒng),排水管網(wǎng)直徑參數(shù)或大或小,排水專用管道與市政其他管道的管線讓線沖突與高程出現(xiàn)誤差,造成排水性能的降低都是規(guī)范要具體規(guī)定和嚴(yán)格實施的具體內(nèi)容。
1.3排水設(shè)計無分層設(shè)計,混合排流現(xiàn)象造成排水負(fù)擔(dān)
城市排水來源有天然雨水和城市生活污水,而目前城市排水系統(tǒng)一般都是污水與雨水混合排水,這會給排水管道造成過重的排水負(fù)擔(dān)。在發(fā)生特大降水時,這種負(fù)擔(dān)將會轉(zhuǎn)變?yōu)榕潘畨毫?使得降水無法排離城市路面,造成道路大面積或者片區(qū)大面積積水,行車在比較低的地段時候由于積水較厚將會淹沒行車和行人,同樣的現(xiàn)象在北京洪災(zāi)中出現(xiàn)過。
1.4排水系統(tǒng)設(shè)計思維固化,排水渠道單一
城市排水思路固化的表現(xiàn)是將積水排到地面下或者排出去,而如果能合理循環(huán)利用降水可以緩解城市排水管網(wǎng)的排水壓力,并且給需要水的地方供水,不需要水的地方排水,這就是雨水排水循環(huán)系統(tǒng)的工作原理。目前排水循環(huán)系統(tǒng)不僅體現(xiàn)在城市排水設(shè)計中,也存在于市政建筑排水設(shè)計中,如現(xiàn)在建筑中水回用技術(shù)將生活污水和自然用水循環(huán),一方面可以節(jié)約用水,一方面可以緩解市政排水負(fù)擔(dān)。
1.5排水應(yīng)急措施不當(dāng),信息預(yù)測不準(zhǔn)確
現(xiàn)在是互聯(lián)網(wǎng)時代,對一些市政應(yīng)急措施的預(yù)測應(yīng)及時、有效、快捷、方便。如在一些降水多發(fā)城市和社區(qū)應(yīng)分區(qū)進(jìn)行降水的實現(xiàn)預(yù)測,在城市建設(shè)和規(guī)劃初期就可以確定該片區(qū)的排水能力和應(yīng)采取的排水措施,這將得益于如今高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù),從目前情況來看,由于多數(shù)城市對市政排水系統(tǒng)設(shè)計的不夠重視,很難在計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)方面采取有效的控制和預(yù)測方案,在排水管網(wǎng)的設(shè)計與規(guī)劃、運(yùn)行、調(diào)度、后期維護(hù)管理環(huán)節(jié)存在諸多弊端。
2世界著名城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計案例
日本是臺風(fēng)多發(fā)國家,東京地下排水系統(tǒng)設(shè)計就是為了避免城市遭受臺風(fēng)和雨水的寢室而設(shè)計和修建的。東京地下排水系統(tǒng)92年開工,06年竣工,歷時14年工程堪稱世界最先進(jìn)的地下排水系統(tǒng)。其排水標(biāo)準(zhǔn)5～10年一遇,地下開挖一系列的混凝土立坑,極大提高了雨水的蓄存能力,東京地下排水系統(tǒng)的河道深度高達(dá)60m。東京設(shè)有降雨信息系統(tǒng),通過對雨水的數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計,合理進(jìn)行排水調(diào)度。古羅馬下水道建設(shè)2500年至今仍在使用,渠道系統(tǒng)巖石砌筑,將暴雨造成的河流從羅馬城排除,渠道系統(tǒng)最大達(dá)3×4m的截面尺寸,從古羅馬城廣場直通臺伯河。巴黎的下水道設(shè)置了地面上的標(biāo)路牌,因此可以看出巴黎對地下排水工程的重視程度。巴黎降水頻繁,但據(jù)報道并沒有出現(xiàn)城市因降水而導(dǎo)致的交通堵塞和積水現(xiàn)象。巴黎下水道處于地面以下50m,水道縱橫交織,總廠2347km,規(guī)模遠(yuǎn)超巴黎地鐵,因此足以可見排水的速度與能效。
3市政排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計對策
3.1平面管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計
已定平面管徑與埋深的確定優(yōu)化方法分為直接與間接優(yōu)化。直接優(yōu)化是指對各種參數(shù)的調(diào)節(jié)與對比來求得最優(yōu)化的解決方案。間接優(yōu)化是指建立數(shù)學(xué)模型,選擇最優(yōu)化的管徑與埋深組合方案。如常用的遺傳算法、線性與非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法。管線的優(yōu)化設(shè)計要遵循滿足排水功能和效能的前提下,使排水的工程量小。管線的布置和管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的重要部分。布線原則如下。(1)排水的干管和支管盡量直線型布局不要有彎曲現(xiàn)象。(2)布線利用地形與地勢的因素,結(jié)合污水廠的設(shè)置和重力系統(tǒng)將污水排出。(3)合理的管線埋深(4)管線的長度最優(yōu)化與挖方的最優(yōu)化可采用動態(tài)優(yōu)化的方法進(jìn)行最優(yōu)方案的選擇。例如排水線的引入。(5)管線平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道長度、挖方量三種權(quán)重計算,最后根據(jù)平面布置方案選擇合理的管徑和埋深,造價成本的控制也是此過程中需要注意的。
3.2管道設(shè)計的優(yōu)化
排水管道的設(shè)計可以采用德國對青島地下排水管道的造型,蛋形型管材截面形似鴨蛋,設(shè)計上寬下窄,排水管道順暢,污水無法積存與管內(nèi),管道的上部分是水泥,下半部分是水泥上貼了層瓷瓦,可以起到防腐蝕的效果。排水管道設(shè)置反水閥,被水沖刷了的贓物只能進(jìn)入水斗,而不會進(jìn)入排水管道,不會造成管道堵塞,贓物也便于清理,反水閥同時也可以避免管道臭氣散發(fā)到空氣中。
3.3排水系統(tǒng)設(shè)計與計算機(jī)信息系統(tǒng)的結(jié)合
在市政排水設(shè)計中,為了發(fā)揮排水的效能,應(yīng)結(jié)合計算機(jī)信息技術(shù)來改善排水的各個環(huán)節(jié)。如設(shè)置降雨信息系統(tǒng),收集城市雨水和降雨頻次數(shù)據(jù),以便于各片區(qū)排水調(diào)度。利用信息系統(tǒng)的預(yù)測與統(tǒng)計的結(jié)果,在一些容易發(fā)生積水和浸水的路面和片區(qū)設(shè)置雨水調(diào)整池。
3.4城市排水與市政基礎(chǔ)建設(shè)
提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以便于采取比較恰當(dāng)?shù)氖虑昂褪轮刑幚?。在城市市政建設(shè)中,地下工程的排水可以設(shè)置雨水蓄存措施,如在地下開挖混凝土立坑,同時在下水道內(nèi)設(shè)置高馬力水泵,提高疏通地下水的能力。城市路面工程的鋪裝設(shè)計中,采用透水性能強(qiáng)的路面鋪裝層,可以加強(qiáng)雨水的地下滲透能力,分擔(dān)排水管道的排水壓力,減少地表徑流,還可以大大補(bǔ)充表層地下水資源。排水基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)考慮修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期對城市大小河道進(jìn)行梳理和整治。
3.5排水系統(tǒng)的后期修養(yǎng)與維護(hù)
法國巴黎下水道設(shè)計中,排水道兩旁設(shè)置寬約1m的供檢修人員通行的便道。維修人員可以定期對下水道的排水泵房、排水管道和其他排水設(shè)施的修理和圍護(hù),保證排水工作能順利進(jìn)行。對市政排水系統(tǒng)的維護(hù)人員應(yīng)該進(jìn)行定期和不定期的技術(shù)培訓(xùn),使他們能夠及時掌握世界排水優(yōu)秀工程中的新經(jīng)驗、新做法、新的維護(hù)手段。這對保證城市道路和地下排水工程的順暢進(jìn)行提供了更好的保障。
4結(jié)語
（馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，安徽 馬鞍山 243000）
摘 要：科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得各種新的技術(shù)系統(tǒng)層出不窮，并在各個領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用，其中目前人們熱議的一個話題就是電氣自動化控制系統(tǒng)，它對于提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展具有重要性意義，但是就一些傳統(tǒng)的電氣自動化控制系統(tǒng)來說，其連接和處理需要采用很多的連接線才能夠?qū)崿F(xiàn)，這不僅使得系統(tǒng)的建立需要消耗很多的人力、物力、財力，而且不利于統(tǒng)一管理，高效維護(hù)，各種故障短路等問題一直阻礙著系統(tǒng)的正常工作運(yùn)行，給生產(chǎn)效率帶來了影響.近年來，基于電氣自動化控制化技術(shù)以及先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的PLC自動化控制系統(tǒng)也得到了迅速的發(fā)展，并積極運(yùn)用于很多的領(lǐng)域，并在其中充當(dāng)著重要的角色.在這種背景下，對于PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行研究和分析具有重要的現(xiàn)實意義.
關(guān)鍵詞 ：PLC；自動化控制系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計；探究
中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-260X（2015）01-0058-02
工業(yè)自動化的水水平是衡量一個國家生產(chǎn)發(fā)展、生產(chǎn)力發(fā)展水平的一個重要指標(biāo)，它對于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用，電氣自動化作為工業(yè)自動化的一個重要組成部分，因此電氣自動化技術(shù)也是我們必須予以重視的關(guān)鍵技術(shù)之一.而基于可編程控制器基礎(chǔ)上的PLC技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展不僅大大提高了當(dāng)然的電氣自動化控制水平，更是克服了以往控制系統(tǒng)的很多缺點(diǎn)，解決了很多技術(shù)上的難題，帶來了很大的便利，具有非常好的應(yīng)用前景，值得推廣和應(yīng)用.為了更好的加強(qiáng)對于PLC自動化控制系統(tǒng)的了解，更好的發(fā)揮PLC自動化控制系統(tǒng)的積極作用，本文也從PLC技術(shù)和PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的基本論述出發(fā)，對于PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)容進(jìn)行了分析，希望給讀者一定的啟示.
1 PLC技術(shù)和PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的基本論述
1.1 PLC技術(shù)
我們常說的PLC技術(shù)，其實是可編程控制器的一種簡稱，它是在計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新技術(shù)，本身其實也是計算機(jī)技術(shù)的一種表現(xiàn)，但是這種技術(shù)卻為當(dāng)前的電子自動化生產(chǎn)創(chuàng)造出了一種專業(yè)性很強(qiáng)的自動化的控制器，并且日趨成熟，在電氣自動化控制中得到了不斷地應(yīng)用.盡管當(dāng)前的PLC技術(shù)在原來的基礎(chǔ)上得到了很大程度的發(fā)展和改變，但是我們?nèi)詫⑵涠x為PLC.在一定的運(yùn)行程序下，根據(jù)用戶的不同需求，并通過相關(guān)的軟件進(jìn)行控制，按照既定的命令和順序進(jìn)行處理，進(jìn)而實現(xiàn)對于電氣自動化的控制.一般情況下，處理器在執(zhí)行了一條又一條命令程序中徘徊.相比傳統(tǒng)的電氣自動化控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)具有非常少的接線量，除了系統(tǒng)的輸入、輸出端需要進(jìn)行接線以外，其他的線路一般都是不需要實際的線路進(jìn)行連接的，而是僅僅通過相關(guān)的軟件進(jìn)行連接.另外這種系統(tǒng)所涉及到的信息獲取、處理和存儲都是按照既定的程序進(jìn)行的，一般情況下是不需要進(jìn)行調(diào)整和變化的.
和普通的計算機(jī)相比，PLC自動化控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也包括電源、處理器、存儲器以及相應(yīng)的功能處理模塊，每一個組成部分都是系統(tǒng)得以運(yùn)行的基礎(chǔ)，都對PLC的作用發(fā)揮十分關(guān)鍵.其中的電源組件更是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，一旦電源不能夠正常工作，其他的一切功能都難以實現(xiàn).另外處理器是系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和相應(yīng)信息的轉(zhuǎn)化，它對于系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在其強(qiáng)大的處理功能上.在復(fù)雜的電氣自動化的控制環(huán)境下，個功能模塊以及系統(tǒng)組件的相互作用、相互配合是進(jìn)行自動化控制的重要保證.
1.2 PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的基本論述
對于PLC控制系統(tǒng)來說，每一種控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計都是為了滿足被控制對象的基本工藝要求，都是為了更好的提高自動化控制水平和生產(chǎn)的質(zhì)量和效率.但是在PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計過程中，除了要按照一定的生產(chǎn)工藝要求以外，還應(yīng)遵循一定的優(yōu)化設(shè)計原則，以下將作簡單的分析.
（1）要最大限度的滿足被控制對象的基本工藝要求，這是優(yōu)化設(shè)計的最基本原則.在對于PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計之前，應(yīng)該對于控制系統(tǒng)的基本用途和重要應(yīng)用環(huán)境等進(jìn)行必要的調(diào)查研究，并且搜集和整理相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，通過這些準(zhǔn)備工作與專業(yè)的設(shè)計人員形成一份詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計方案，同時還要協(xié)同各方面關(guān)系，積極解決設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題.
（2）在不影響PLC自動化控制系統(tǒng)基本使用功能的前提下，要盡可能的對于優(yōu)化設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，力求以更簡單的設(shè)計達(dá)到最佳的控制效果，從而實現(xiàn)既經(jīng)濟(jì)合理又簡單方便的優(yōu)化設(shè)計方案.
（3）在控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的過程中，還應(yīng)該始終保證安全、可靠這一條設(shè)計主線，保證PLC自動化控制系統(tǒng)效率和質(zhì)量不斷提升的過程中，還應(yīng)該努力保證系統(tǒng)的使用安全和可靠.
（4）PLC自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的主要目的就是提高生產(chǎn)效率，這個過程需要伴隨著很多工藝和生產(chǎn)路線的的改進(jìn)，其中在PLC容量的選擇過程中，應(yīng)該堅持和實際緊密聯(lián)系在一起，合理確定容量，應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)挠嗟匾驯蝗展穬?yōu)化改造使用.
2 PLC自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
2.1 PLC自動化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
硬件設(shè)計是自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，同時也是保證PLC自動化控制系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要組成部分，硬件設(shè)計主要包括輸入電路設(shè)計和輸出電路設(shè)計以及抗干擾設(shè)計三個部分，以下也將作簡單的論述和分析.
2.1.1 PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計分析
對于PLC自動化控制系統(tǒng)的輸入電源來說，供電電源的電壓一般是AC85-240V，這種供電電源的適應(yīng)范圍比較廣，因此應(yīng)用也比較多.而為了更好的減少外界環(huán)境對于電源的干擾，我們應(yīng)該在電源上面安裝必要的電源凈化原件，其中最主要的則是電源濾波器以及隔離變壓器.而在隔離變壓器的使用過程中，我們可以引入雙層隔離技術(shù)，這樣可以通過屏蔽層的減少高低頻脈沖干擾.對于輸入電路的設(shè)計，一般采用DC 24V的輸入電源，但是如果電源帶有負(fù)載時，一定要注重電源的容量，同時要做好電源的短路防護(hù)的準(zhǔn)備工作，這對于保障系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行是非常重要的.另外，一般情況下輸入電源的容量是輸入功率的兩倍以上，在設(shè)計時還應(yīng)該在電源之路或是適當(dāng)位置安裝專門的熔絲來保證電路的安全.
2.1.2 PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計
在輸出電路設(shè)計時，首先應(yīng)該根據(jù)基本的生產(chǎn)工藝要求，做好相關(guān)的電路設(shè)計準(zhǔn)備工作，其中的輸出電路所需要的各種指示燈以及變頻器的控制和調(diào)速應(yīng)該使用晶體管進(jìn)行輸出，特別是頻率過高的PLC控制系統(tǒng)更是需要晶體管作為支撐.而當(dāng)頻率過低時，我們則首選繼電器作為輸出，不僅設(shè)計簡單，而且也可以提升系統(tǒng)的負(fù)載能力.另外對于一些帶有輸出帶電磁線圈的輸出電路來說，為了防止浪涌電流的沖擊，在設(shè)計時應(yīng)該在直流感性負(fù)載的旁邊接上續(xù)流二極管，它可以吸收浪涌電流，達(dá)到有效保護(hù)PLC的目的.
2.1.3 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計
科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)自動化程度的不斷加深，如何更好的降低外界因素對于PLC的干擾，已經(jīng)成為了優(yōu)化設(shè)計PLC自動化控制系統(tǒng)的重要內(nèi)容.目前晶閘管以及變頻調(diào)速設(shè)置的廣泛應(yīng)用在帶來系統(tǒng)功能不斷強(qiáng)化同時，也帶來了更多的污染以及相關(guān)干擾問題，而控制系統(tǒng)的防干擾設(shè)計也是我們優(yōu)化設(shè)計時必須解決的問題.對于PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計，一般主要采用以下三種抗干擾方式.
一是隔離，隔離是解決干擾的最直接方式.由于PLC自動化控制系統(tǒng)中的高頻干擾都是由于原副邊繞組之間的分布電容耦合而成的，因此我們可以直接采用1:1的超隔離變壓器對于高頻干擾進(jìn)行隔離，以此來達(dá)到抗干擾的目的；二是屏蔽，屏蔽是阻斷干擾源傳播的抗干擾方式.對于PLC控制系統(tǒng)來說，可以將其直接置于金屬柜之中，金屬柜可以對靜電和磁場起到很好的屏蔽作用；三是布線，這是分散干擾的重要方式，比如將原來的強(qiáng)電動力線路以及弱電信號線進(jìn)行分開走線，這也可以起到良好的抗干擾效果.
2.2 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
在進(jìn)行硬件設(shè)計的同時可以著手軟件的設(shè)計工作.軟件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC應(yīng)用的最關(guān)鍵的問題，程序的編寫是軟件設(shè)計的具體表現(xiàn).在控制工程的應(yīng)用中，良好的軟件設(shè)計思想是關(guān)鍵，優(yōu)秀的軟件設(shè)計便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護(hù).PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計思想.由于生產(chǎn)過程控制要求的復(fù)雜程度不同，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序和模塊化程序.基本程序既可以作為獨(dú)立程序控制簡單的生產(chǎn)工藝過程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序.把一個總的控制目標(biāo)程序分成多個具有明確子任務(wù)的程序模塊，分別編寫和調(diào)試，最后組合成一個完成總?cè)蝿?wù)的完整程序，這種方法叫做模塊化程序設(shè)計，這種設(shè)計思想和方法對于系統(tǒng)的軟件設(shè)計作用極大.
3 結(jié)束語
PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下的電子操作系統(tǒng)，能夠在無任何保護(hù)措施的工作情況下使用.但是當(dāng)其工作環(huán)境過分惡劣或者充滿了電磁干擾的時候，程序便會出現(xiàn)運(yùn)行錯誤，這將導(dǎo)致設(shè)備失靈乃至殃及整個系統(tǒng).這將要求廠家提高PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠，提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力另一方面設(shè)計、安裝和使用維護(hù)也要多加重視，多方合作消除干擾.由此對于PLC自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計也顯得尤為重要.PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計作為一項系統(tǒng)性非常強(qiáng)的系統(tǒng)化工程，其影響因素也是多方面，而要想實現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計和改進(jìn)還需要在反復(fù)的實踐和設(shè)計的過程中不斷地進(jìn)行總結(jié)和優(yōu)化.本文主要是從系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面對于控制系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行分析的，其中很多都是在工作中總結(jié)出來的經(jīng)驗，僅供大家參考.
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：生產(chǎn)系統(tǒng)；礦井開采；生產(chǎn)系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計
鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司超化煤礦到2016年，采掘活動全部延深至深部水平，巷道支護(hù)投入加大，瓦斯治理、防治水工程量增加，所需投入人力和資金將超過鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司規(guī)定，受煤炭市場影響，礦井生產(chǎn)經(jīng)營狀況將出現(xiàn)下滑。礦井開采后期煤炭資源如何合理開采已成為礦井面臨的主要問題，因此，超化煤礦需要調(diào)整礦井后期生產(chǎn)系統(tǒng)，使剩余煤炭資源安全、合理開采出來。
1礦井概況
超化井田位于河南省新密市煤田西南部，開采上限標(biāo)高+60m，下限標(biāo)高-900m。該區(qū)主要可采煤層為二疊系山西組二1煤，煤層平均厚度9.07m，屬低灰、低硫貧廋煤。二1煤可采儲量為1430.8萬t，服務(wù)年限10a。礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，正常涌水量869m3/h，最大涌水量為1112m3/h。礦井為煤與瓦斯突出礦井，始突表高-208m，礦井瓦斯絕對涌出量18.60m3/min，相對瓦斯涌出量4.63m3/t。二1煤煤塵爆炸指數(shù)17.58%，為有煤塵爆炸危險性煤，自然發(fā)火等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層。
2礦井現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)
超化煤礦現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)為：主立井擔(dān)負(fù)提煤任務(wù)；副立井擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)、人員物料升降等任務(wù)；西風(fēng)井擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)任務(wù)；東風(fēng)井、31風(fēng)井擔(dān)負(fù)回風(fēng)任務(wù)；-100m和-300m水平排水陣地均為一級排水系統(tǒng)，均能夠滿足礦井排水要求；供電系統(tǒng)利用地面35kV變電站和井底車場附近中央變電所向各使用地點(diǎn)供電；原煤在主副立井工業(yè)廣場內(nèi)進(jìn)行篩分、儲存和鐵路運(yùn)輸。礦井利用現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行開采，無需增加投資。到2015年底，其他區(qū)域基本采完只能開采深部31采區(qū)，礦井生產(chǎn)規(guī)模維持在150萬t/a左右。
3現(xiàn)有系統(tǒng)存在問題
①深部二1煤內(nèi)在灰分高，發(fā)熱量低，不符合國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革相關(guān)政策；②礦井為突出礦井，人員較多，生產(chǎn)成本居高不下，導(dǎo)致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產(chǎn)經(jīng)營較困難；③深部區(qū)域瓦斯含量大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，如果僅開采深部資源，將導(dǎo)致瓦斯抽采、巷道掘進(jìn)、煤炭回采等作業(yè)場所過度集中于一個采區(qū)，不利于安全管理。
4礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的提出
根據(jù)礦井資源儲量分布情況，超化井田的優(yōu)勢資源（約860萬t）主要集中在主副立井保護(hù)煤柱內(nèi)，煤層厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根據(jù)井下實際采樣，該區(qū)域內(nèi)煤層灰分較低，煤質(zhì)相對較好。如果對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使淺部優(yōu)勢資源與深部資源同時回采，將能夠大幅度提高礦井原煤發(fā)熱量，使兩個區(qū)域的瓦斯抽采、巷道掘進(jìn)、煤炭回采等作業(yè)活動交替進(jìn)行。即礦井在深部區(qū)域和淺部區(qū)域分別布置一個工作面，其中一個正常回采，一個進(jìn)行瓦斯抽采，避免出現(xiàn)入井人員全部集中于一個區(qū)域的現(xiàn)象，提高礦井安全保障程度［1］。本次生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化要重點(diǎn)考慮以下問題：①優(yōu)化設(shè)計要與礦井現(xiàn)狀不矛盾，不影響礦井正常生產(chǎn)經(jīng)營活動；②目前煤炭市場下，要最大程度壓縮投資，認(rèn)真進(jìn)行投資分析，確保經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)；③系統(tǒng)優(yōu)化前后的生產(chǎn)銜接要順暢；④地面生產(chǎn)系統(tǒng)位置變化后，環(huán)保、煤炭外運(yùn)等問題要妥善解決。綜上所述，超化煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計將現(xiàn)有主、副立井報廢，改造現(xiàn)有西風(fēng)井（兩條斜井井筒）為主副、斜井，擔(dān)負(fù)礦井的提升任務(wù)及兼作進(jìn)風(fēng)井；井下調(diào)整礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、提升、供電等系統(tǒng)；原主、副立井工業(yè)場地建筑及設(shè)施隨著開采進(jìn)度，逐次搬遷至主、副斜井新工業(yè)場地。
4.1井下生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化
改造后的主斜井斜長879m，鋪設(shè)帶寬1200mm的膠帶輸送機(jī)，并安裝架空乘人裝置，主要擔(dān)負(fù)礦井的提煤、上下人員及進(jìn)風(fēng)任務(wù)；副斜井斜長890m，安裝2JK-3.0×1.5/20型單繩纏繞式雙滾筒提升機(jī)，主要擔(dān)負(fù)礦井的提矸、運(yùn)料、運(yùn)設(shè)備等輔助提升任務(wù)并兼作進(jìn)風(fēng)井及安全出口。在-205m以淺新增集中軌道下山和集中皮帶下山，擔(dān)負(fù)22采區(qū)和深部31采區(qū)的運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)、運(yùn)送人員等任務(wù)。排水系統(tǒng)利用-300m水平排水系統(tǒng)，泵房配備8臺MD500-57×11型多級離心泵，4用3備1檢修，水倉容積9060m3，能夠滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。通風(fēng)系統(tǒng)仍利用現(xiàn)有的東風(fēng)井和31風(fēng)井。供電系統(tǒng)利用在主副斜井工業(yè)廣場新建的35kV變電站和井下中央變電所向各作業(yè)場所供電。
4.2地面生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化
在主、副斜井工業(yè)廣場，合理利用現(xiàn)有建筑物作為調(diào)度樓、行政樓、生產(chǎn)樓、區(qū)隊值班樓、救護(hù)隊值班樓和燈房浴室等行政輔助設(shè)施以及機(jī)修車間、供應(yīng)倉庫、物資超市等輔助生產(chǎn)廠房；新建主副斜井井口房、提升機(jī)房、35kV變電站、空壓機(jī)房、篩分系統(tǒng)及儲煤場，原煤仍采用鐵路外運(yùn)。
4.3礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化工期及投資
礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化礦建工程為擴(kuò)砌主副斜井，掘進(jìn)22采區(qū)皮帶下山和軌道下山；土建工程為在主副斜井工業(yè)廣場新建篩選樓、皮帶走廊、儲煤場及防風(fēng)抑塵網(wǎng)等項目，生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整工期2a，期間不影響礦井其他區(qū)域正常生產(chǎn)，項目總投資20126.48萬元。根據(jù)國家煤炭產(chǎn)業(yè)政策將礦井生產(chǎn)能力由180萬t/a下降到150萬t/a，服務(wù)年限10a。
5礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化方案比較
5.1原生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)
5.1.1優(yōu)點(diǎn)。①維持目前開拓開采，不再對礦井做生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化，減少了基建投資；②維持目前開采方式，各生產(chǎn)系統(tǒng)不用變化。5.1.2缺點(diǎn)。①深部二1煤內(nèi)在灰分高，發(fā)熱量低，導(dǎo)致二1煤售價低；②礦井為突出礦井，人員較多，生產(chǎn)成本居高不下，導(dǎo)致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產(chǎn)經(jīng)營困難，年均虧損2.1億元；③井下各類抽、掘、采等作業(yè)場所集中于一個采區(qū)，人員過度集中。
5.2優(yōu)化后生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)
5.2.1優(yōu)點(diǎn)。①提前淺部優(yōu)勢資源，使之與深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的發(fā)熱量，煤的售價增高，效益好轉(zhuǎn)；②生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化后，礦井生產(chǎn)能力穩(wěn)定，投資回收期5.33a，年均稅后利潤3277.09萬元；③將抽、掘、采作業(yè)場所和下井人員在兩區(qū)域間合理調(diào)配，利于安全管理。5.2.2缺點(diǎn)。①礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化要增加基建投資；②主副斜井工業(yè)場地現(xiàn)有占地面積小，地面各場所緊湊；③工業(yè)場地變化后要嚴(yán)格落實環(huán)境保護(hù)相關(guān)規(guī)定。綜合考慮，原有生產(chǎn)系統(tǒng)維持開采方式不變，但礦井經(jīng)營困難，且不符合國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)改造政策要求，因此確定對礦井開采后期生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
6礦井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化后盈虧分析
按照計算期第5年數(shù)據(jù)分析計算，盈虧平衡點(diǎn)為：生產(chǎn)能力利用率（BEP）=年固定總成本/（年銷售收入-年可變成本-銷售稅金及附加）×100%=15570/（42300-16902-1091）×100%=64.05%。該項目達(dá)到生產(chǎn)能力的64.05%，即礦井生產(chǎn)能力達(dá)到117.65萬t/a，企業(yè)就可保本，這說明超化煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化項目風(fēng)險較小。
7結(jié)語
技術(shù)人員對突出礦井開采后期的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了合理優(yōu)化，達(dá)到了改善礦井生產(chǎn)經(jīng)營狀況的目的，開采出了優(yōu)質(zhì)煤炭，符合國家目前煤炭產(chǎn)業(yè)政策。優(yōu)化礦井后期生產(chǎn)系統(tǒng)時，要協(xié)調(diào)考慮設(shè)計方案對正常生產(chǎn)的影響、對礦區(qū)環(huán)境的影響，并對項目的經(jīng)濟(jì)效益分析要全面、可靠。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】工程；給排水系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
前言
文章以自身實踐經(jīng)驗出發(fā)，并結(jié)合相關(guān)理論知識，對工程給排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計的具體措施，如：給水方式計、排水系統(tǒng)、自動排氣閥、存水彎、熱水系統(tǒng)等方面的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了探討。希望能對工程給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計有一定的促進(jìn)作用。
二、工程給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計措施
1.給水方式優(yōu)化設(shè)計生活給水目前常用的方式有：第一種屋頂水箱與地下室水箱水泵聯(lián)合加壓供水；第二種地下室生活水箱和變頻調(diào)速泵聯(lián)合加壓供水；第三種無負(fù)壓變頻加壓供水三種形式。從節(jié)能方面考慮，第一種屋頂水箱與地下水箱水泵聯(lián)合加壓最節(jié)能，可靠性高，但是屋頂生活水箱有可能使水質(zhì)二次污染，特別是初期住戶入住率低的情況下，屋頂水箱里的水停留時間長，水質(zhì)污染更嚴(yán)重；生活水箱和變頻調(diào)速泵聯(lián)合加壓，有儲備水箱相對可靠，但相比屋頂水箱與地下室水箱水泵聯(lián)合加壓，耗電成本會增加；無負(fù)壓變頻加壓供水充分利用市政給水壓力，相對節(jié)能，而且不會對水質(zhì)造成二次污染水，所以第三種的水質(zhì)通常會優(yōu)于前兩種，但是無負(fù)壓變頻加壓設(shè)備的水箱容積通常小于前兩種，供水可靠性相對較弱，而且水泵抽水時會對周圍管網(wǎng)壓力造成波動，所以應(yīng)根據(jù)工程具體要求結(jié)合當(dāng)?shù)厥姓┧畻l件選擇合理的供水方式。
2.排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計建筑排水在高層建筑中，由于排水立管比較長、泄水量大、落差高、產(chǎn)生的能量比較大，往往會在管道內(nèi)產(chǎn)生氣壓波動，最終造成衛(wèi)生器具的破壞，從而下水道中的臭氣侵入室內(nèi)，污染環(huán)境。因此，為了提高建筑排水的效果和質(zhì)量，要從以下各個方面進(jìn)行有效控制，保證排水系統(tǒng)運(yùn)行的安全。（1）衛(wèi)生間出現(xiàn)滲漏情況，主要原因是衛(wèi)生間地面防水未處理好，地面水滲透到下層，因此要做好衛(wèi)生間地面的防水處理，保證衛(wèi)生間所有的管道進(jìn)行嚴(yán)格注水試壓后方可進(jìn)行隱蔽工作；（2）如果衛(wèi)生間采用后出水式座便器，側(cè)排地漏，應(yīng)該將浴盆或淋浴房墊高，各衛(wèi)生器具排水橫支管應(yīng)沿衛(wèi)生間地面墻角處引至外墻。器具存水彎、排水橫管及立管均設(shè)于建筑外墻處；（3）在施工中要注意和各個專業(yè)的協(xié)同配合，由于排水橫管及立管均設(shè)置于外墻，為了減小對外觀的影響，要在建筑方案設(shè)計中，根據(jù)給排水施工人員的建議將衛(wèi)生間布置在建筑的凹槽處，盡量降低對建筑立面的負(fù)面影響；（4）高層建筑為減少空調(diào)凝結(jié)水的自由散落，因此在空調(diào)機(jī)旁要設(shè)置凝結(jié)水排水立管，臥室大多采用分體式空調(diào)機(jī)排水，在離地面2100m處的冷凝水排水立管上接入三通口，將空調(diào)凝結(jié)水排水軟管接入。
3.自動排氣閥的優(yōu)化設(shè)計沒有設(shè)置自動排氣閥的給水系統(tǒng)，在給水管頂部設(shè)置一些自閉閥門，雖能達(dá)到水流控制的目的，但是對氣流的控制卻不能達(dá)到很好的效果。這樣在系統(tǒng)斷水時，就會產(chǎn)生大量的空氣聚集在給水管內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)重新供水時，給水管內(nèi)的氣流就會被水流排擠到給水管的頂部，從而形成一個被壓縮了的空氣聚集區(qū)。此時如果人為地打開自閉閥門的開關(guān)時，給水管內(nèi)的氣流由于具有較強(qiáng)的壓力，就會瞬間隨著水流噴射出來，最終可能導(dǎo)致人員傷亡或者損壞設(shè)備的嚴(yán)重后果。4.廚房中排水管的優(yōu)化設(shè)計排水橫支管宜在本層樓板面上接入排水立管，洗菜池的s型存水彎也安裝在樓板地面上，這樣整個廚房的排水支管就不會落在下層空間，既可增大廚房的使用空間，也便于住戶維修；考慮到廚房地面一般不會有足夠的排水補(bǔ)充地漏水封的損失，管道中的有害氣體會通過地漏進(jìn)入用戶，影響用戶的健康，建議采用特殊的地漏或者取消地漏。
5.存水彎的優(yōu)化設(shè)計在給排水管道設(shè)計時，存水彎設(shè)計也是一個關(guān)鍵性的問題。為了保證存水彎水封的正常使用，排水管道設(shè)計要配備適當(dāng)?shù)耐夤?。許多設(shè)計人員認(rèn)為存水彎設(shè)計在建筑樓層的樓板上下是一致的。其實，存水彎安裝在樓板上下對樓板上下用戶的使用狀況是不一樣的。用戶在清潔和洗漱的過程中，存水彎常會因為毛發(fā)雜物堵塞住。倘若上樓用戶的存水彎安裝在樓板下，則要去樓下用戶家清理。不但影響他人生活，而且多數(shù)用戶會對棚頂做裝修，開啟檢查口要開啟裝修好的棚頂。因此，存水彎設(shè)計在本層較好，用戶可以自我進(jìn)行清通和處理。6.熱水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)、太陽能熱水器系統(tǒng)、熱水爐加熱交換系統(tǒng)等熱水系統(tǒng)廣泛地被建筑設(shè)計所采用。從節(jié)能減排、環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)方面考慮，在條件許可的情況下，建筑熱水系統(tǒng)當(dāng)優(yōu)先采用太陽能熱水系統(tǒng)。小區(qū)內(nèi)常會設(shè)計一套熱水機(jī)組集中供應(yīng)熱水。該熱水系統(tǒng)設(shè)計配用開式或閉式儲熱水箱，由管路送至各處。為了確保熱水系統(tǒng)各回路的循環(huán)水頭損失相均衡，可將距離加熱器較遠(yuǎn)的各立管管徑適當(dāng)放大，逆向布置回水管，并在每根回水立管上設(shè)調(diào)節(jié)閥或節(jié)流孔板。對室外熱水供回水管的設(shè)計，可采用預(yù)制保溫管道直埋。生活熱水系統(tǒng)中，鋼管會影響水質(zhì)，且容易結(jié)垢，所以金屬管最好采用銅管。
7.衛(wèi)生間的下排水口優(yōu)化設(shè)計市場上的坐便器有著各式各樣的型號，下排水口也有著不同的位置要求。在設(shè)計施工時，為下排水口選擇合適的位置，可以滿足住戶以后的需要。一些下排水口設(shè)計并沒有標(biāo)注好潔具之間的距離，設(shè)計人員把排水口往中間偏移，住戶以后使用并不能確定潔具的型號。綜合考慮之下，坐便器應(yīng)和墻面保持305mm的距離，在裝修之前可保持340mm間距。
8.空調(diào)凝結(jié)水的優(yōu)化設(shè)計
隨著生活水平的提高，空調(diào)已經(jīng)成為一種生活必要設(shè)施，但由于空調(diào)凝結(jié)水無組織排放而引起居民間的糾紛已屢見不鮮，空調(diào)凝結(jié)水的有組織排放已勢在必行。給排水設(shè)計時，應(yīng)在空調(diào)板位置處設(shè)置凝結(jié)水排水管，凝結(jié)水排水管單獨(dú)設(shè)置，排至室外散水或者雨水口間接排放。立管選用PVC-U，管徑De40，在每層空調(diào)機(jī)處預(yù)留排水順?biāo)?，以便于空調(diào)軟管接人?？照{(diào)預(yù)留孔與冷凝水接駁口水平凈高差建議大于10CM。已便于凝結(jié)水排出及防治管道阻塞。
9.地漏水優(yōu)化設(shè)計通常情況下，建筑室內(nèi)的衛(wèi)生間中都需要設(shè)置地漏，其主要起到排水的作用。然而，很多住戶卻發(fā)現(xiàn)衛(wèi)生間內(nèi)經(jīng)常會有臭味，導(dǎo)致這一問題的根本原因是地漏質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。按照我國GB50015-2003（2009年版）中的有關(guān)規(guī)定，普通住宅建筑衛(wèi)生間地漏水封的埋深深度不得小于50mm。然而，這一問題卻經(jīng)常被設(shè)計人員忽視，同時，有些開發(fā)商為了節(jié)約成本，會使用一些劣質(zhì)地漏，據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，這種質(zhì)量不合格的地漏，其水封深度最大僅為30mm，與規(guī)范中要求的50mm相差甚遠(yuǎn)，正因如此，使得衛(wèi)生間經(jīng)常會出現(xiàn)異味，這樣既污染了用戶的居住環(huán)境，而且還有可能影響到用戶的身體健康。
10消火栓給水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計高層建筑的給供水系統(tǒng)對消防給水的要求比較嚴(yán)格，即要求給排水系統(tǒng)必須具備較高的自救能力，設(shè)計獨(dú)立的消防給水系統(tǒng)，主要包括室內(nèi)外的消火栓給水系統(tǒng)和各種滅火系統(tǒng)。室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的被設(shè)計成網(wǎng)狀，并進(jìn)行了豎向的分區(qū)，確定消火栓口的最低黔水壓力，采用的消火栓是減壓穩(wěn)壓式，設(shè)計三臺消防泵，這樣就為消防工作做足了準(zhǔn)備，并且留有充分的余地，而室外的消火栓狗供水來自市政的管網(wǎng)。用于高層建筑給供水設(shè)計的滅火系統(tǒng)一般包括自動噴水滅火系統(tǒng)、噴氣滅火系統(tǒng)和手提式滅火系統(tǒng)，這些滅火系統(tǒng)都各具優(yōu)勢，限好的保證了給供水系統(tǒng)的消防安全，保證了居民的生活質(zhì)量。
結(jié)束語
工程給排水系統(tǒng)是一項非常復(fù)雜的工程，牽涉到的知識和問題很多，甚至有一些不可控的因素介入。因此，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)該多方面因素結(jié)合考慮才行。
