时间：2023-02-20 01:47:28
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇系统优化设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
前言
最近阶段，测控技术在我国获得飞速发展，涉及计量和测控系统开始在油田不同类型站库的生产数据测量、参数检测和生产过程控制等流程之中顺利贯穿，对于油田生产科学合理性，有着关键性指导效用，即其实际运行状况，将直接决定油田生产的安全平稳性之余，更可以避免不必要的资源配备和成本浪费状况。特别是最近阶段，经过智能仪表和计算机技术，以及许多先进计量和测控技术融入之后，油田生产的自动化开始获得较为可观的突破成就，为今后处理好油田生产事务，提供应有的技术保障。不过该类系统仍旧存在弊端，需要相关技术人员结合丰富实践经验进行持续优化改造。
1 当前我国油田站库测控系统遗留的弊端问题
经过在油田站贯穿沿用高端计量和测控系统过后，某类层面上令现场生产管理工作变得愈加便利，同时更为合理地降低既有生产成本数量。不过，因为油田站库计量和测控仪表在检测和自动控制点搭配标准上不够统一，加上现场操作人员难以紧跟计量和测控系统各类创新技术、产品的更新步伐，并提供富有针对性的维护方案，一时间令油田站库测控系统局部或是完全停运状况接连衍生，不单单直接限制了油田生产管理实效，同时更给现场一线操作控制人员带来诸多不便，使得相关人员对于计量和测控系统在油田实际生产环节中操作辅助的重要和可靠性，产生更为深刻的质疑态度，经过上述不良因素广泛交织，整体上令计量和测控系统在油田生产发展历程中遭受诸多不良挑战危机。在此类背景影响下，便需要相关工作人员不断深入一线，调查相关油田内部计量和测控系统设计状况，同时结合个人丰富的实践经验制定实施协调性地优化改进方案。
2 日后进行我国油田站库系统优化设计的具体指导性建议
想要切实整改上述诸多消极状况，就必须针对油田站库测控系统进行持续性优化改造，其核心原则在于尽量降低改造投入和运行中消耗的成本费用，同时借助各类高端创新的优化调整技术，将系统运行效益提升至较为理想的等级层次之上。至于细化的优化设计建议性内容将具体如下所示：
2.1 站库控制室测控系统设计方式的科学化革新
最近阶段，尤其经过测控技术持续发展之后，涉及仪表测量和监控产品工作的可靠程度得以大幅度提升，所以在如今在一些新建或是老区改造项目之中，油田自动化系统改造的控制室，大多数会沿用计算机监控系统来将以往常规样式的显示仪表予以替换。截至至今，我国大多数油田采取的测控技术可以细化为工控机内置板卡、单点模块、可编程逻辑控制器、小型集散控制系统等。经过反复实践验证，发现以上系统在运行过程中存在着以下优势和弊端迹象：
首先，工控机内置板卡系统应用期限相对较早且价格比较便宜，可其本身不具备较为理想的抗干扰能力，容易造成故障位置点的集中状况，最终令系统性可扩展性变得愈加困难。
其次，单点模块系统将集中锁定在PLC类，即可编程逻辑控制器。
再次，DCS，所谓的小型集散控制系统，是经过计算机终端、通信、CRT和控制技术自然交接融合的产物，本身具备控制性能良好、系统运作实效性高、软件编程工序简易等优势条件。可在进行较为复杂的控制规律实现过程中，包括前馈、自适应、最优和非线性控制等，因为系统功能过于强大且价格过高，所以一时间令一些控制精度要求较高的企业在应用过程中遭受全面约束。
最后，PLC，即可编程逻辑控制器，可以被视为一类面向工业现场进行集中化控制的装置，其优势特征包括运作可靠性和实际抗干扰性能理想，软件编程维护工作简易等。如今新开发的可编程逻辑控制器，已经和以往单纯落实开关量控制和PID调节等功能特性的PLC有着本质化差异，特别是经过模糊控制等学科日渐完善背景下，可编程逻辑控制器已然持续融入各类高端创新的技术要素，一时间令这部分控制器的操作功能变得更为强大。
结合以上状况和有关油田站库实际进行综合化探讨，当前某厂拥有50%以上的转油站、联合站控制室部分持续应用两套监控系统，包括常规盘装二次仪表和单纯应用于计量工作的微机系统。在此类环境影响下，油田站库测控系统内部的空间室将遗留空间范围过小、盘柜数量繁多且后接线繁琐冗杂、检修通道狭窄等诸多不安状况，再经过长久遗留下的电气部件老化和盘面布置紊乱等问题交织化作用，使得现场系统维护控制难度节节攀升，同步状况下更令现场维护工作人员实际工作量和维修费用同步增长。
2.2 计量和测控系统全新设计规范细则的妥善化贯彻
自从我国制定实施油田地面工程站库自控设计规定之后，涉及油田不同类型站库、生产环节设备自控点设置、自控设备选型等方面都相继提出全新的规范诉求。经过持续性应用过后，对于不同类型站库计量和测控系统的应用配备，明显提供较为理想的规范效用，保证日后系统运行能够有据可依。不过这部分规范细则中仍旧存在一些不符合实际的问题，要求相关设计主体结合实际生产状况进行相关检测仪表配备，保证日后计量和测控系统设计规定的合理执行结果。
第一，生产参数监测点的重复配置，对于加热装置来讲，加热段和出口温度差距过小，同时加热段温度通常会装设在加热炉顶部，维修维护难度同步加大不说，更令一些未曾得到及时维护保养的设备产生严重损坏迹象。日后富有建设意义的整改方式，就是尽快选取沿用出口温度作为远传监测点。
第二，某些生产参数监测点配置不够科学妥善，包括外输、自耗气的流量检测仪表等，如今通常沿用智能型流量计，将流量、压力和温度传感器功能融合为一体，而沿用双检测工艺的仪表，在远传到微机之时已经包含压力和温度信号并且可以直接进行补偿运算，因此不需要将外置压力和温度信号重复性进行远传配置。
依照上述内容阐述，唯独将一切实际因素考虑进去，衍生出一类迎合现代计量和测控技术配备诉求的规范，才能够针对油田不同类型计量和测控系统进行标准化运作维护，避免繁琐工序流程基础上，令系统不断适应油田实际生产需求，进一步落实投入最小且后期效益最大的目标。
3 结束语
综上所述，计量和测控系统在油田生产开发过程中发挥着不可小觑的指导功效，不过一旦设计方案不尽完善，系统必然运行得不够稳定，加上仪表使用不够科学合理，都必然会给实际生产活动造成诸多约束，最终削弱系统本身应有的效用。所以，日后相关工作人员在进行油田站库测控系统优化改进过程中，有必要将投资节约、人工劳动强度降低、系统运行稳定性等需求全方位考虑进去，同时结合个人实践经验和最新技术实时探索出全新的运行控制路径。相信长此以往，必将能够为我国油田开发事业可持续运营发展，提供不竭的支持引导动力。
参考文献
[1]李红艳.油田联合站集散控制系统的应用和研究[D].西南石油大学，2010.
关键词：生产系统；矿井开采；生产系统；优化设计
郑州煤炭工业（集团）有限责任公司超化煤矿到2016年，采掘活动全部延深至深部水平，巷道支护投入加大，瓦斯治理、防治水工程量增加，所需投入人力和资金将超过郑州煤炭工业（集团）有限责任公司规定，受煤炭市场影响，矿井生产经营状况将出现下滑。矿井开采后期煤炭资源如何合理开采已成为矿井面临的主要问题，因此，超化煤矿需要调整矿井后期生产系统，使剩余煤炭资源安全、合理开采出来。
1矿井概况
超化井田位于河南省新密市煤田西南部，开采上限标高+60m，下限标高-900m。该区主要可采煤层为二叠系山西组二1煤，煤层平均厚度9.07m，属低灰、低硫贫廋煤。二1煤可采储量为1430.8万t，服务年限10a。矿井水文地质条件复杂，正常涌水量869m3/h，最大涌水量为1112m3/h。矿井为煤与瓦斯突出矿井，始突表高-208m，矿井瓦斯绝对涌出量18.60m3/min，相对瓦斯涌出量4.63m3/t。二1煤煤尘爆炸指数17.58%，为有煤尘爆炸危险性煤，自然发火等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层。
2矿井现有生产系统
超化煤矿现有生产系统为：主立井担负提煤任务；副立井担负进风、人员物料升降等任务；西风井担负进风任务；东风井、31风井担负回风任务；-100m和-300m水平排水阵地均为一级排水系统，均能够满足矿井排水要求；供电系统利用地面35kV变电站和井底车场附近中央变电所向各使用地点供电；原煤在主副立井工业广场内进行筛分、储存和铁路运输。矿井利用现有系统进行开采，无需增加投资。到2015年底，其他区域基本采完只能开采深部31采区，矿井生产规模维持在150万t/a左右。
3现有系统存在问题
①深部二1煤内在灰分高，发热量低，不符合国家供给侧结构改革相关政策；②矿井为突出矿井，人员较多，生产成本居高不下，导致矿井2015-2021年矿井回收煤柱前，矿井生产经营较困难；③深部区域瓦斯含量大，水文地质条件复杂，如果仅开采深部资源，将导致瓦斯抽采、巷道掘进、煤炭回采等作业场所过度集中于一个采区，不利于安全管理。
4矿井生产系统优化设计的提出
根据矿井资源储量分布情况，超化井田的优势资源（约860万t）主要集中在主副立井保护煤柱内，煤层厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根据井下实际采样，该区域内煤层灰分较低，煤质相对较好。如果对矿井生产系统进行优化，使浅部优势资源与深部资源同时回采，将能够大幅度提高矿井原煤发热量，使两个区域的瓦斯抽采、巷道掘进、煤炭回采等作业活动交替进行。即矿井在深部区域和浅部区域分别布置一个工作面，其中一个正常回采，一个进行瓦斯抽采，避免出现入井人员全部集中于一个区域的现象，提高矿井安全保障程度［1］。本次生产系统优化要重点考虑以下问题：①优化设计要与矿井现状不矛盾，不影响矿井正常生产经营活动；②目前煤炭市场下，要最大程度压缩投资，认真进行投资分析，确保经济效益最优；③系统优化前后的生产衔接要顺畅；④地面生产系统位置变化后，环保、煤炭外运等问题要妥善解决。综上所述，超化煤矿生产系统优化设计将现有主、副立井报废，改造现有西风井（两条斜井井筒）为主副、斜井，担负矿井的提升任务及兼作进风井；井下调整矿井运输、通风、提升、供电等系统；原主、副立井工业场地建筑及设施随着开采进度，逐次搬迁至主、副斜井新工业场地。
4.1井下生产系统优化
改造后的主斜井斜长879m，铺设带宽1200mm的胶带输送机，并安装架空乘人装置，主要担负矿井的提煤、上下人员及进风任务；副斜井斜长890m，安装2JK-3.0×1.5/20型单绳缠绕式双滚筒提升机，主要担负矿井的提矸、运料、运设备等辅助提升任务并兼作进风井及安全出口。在-205m以浅新增集中轨道下山和集中皮带下山，担负22采区和深部31采区的运输、进风、运送人员等任务。排水系统利用-300m水平排水系统，泵房配备8台MD500-57×11型多级离心泵，4用3备1检修，水仓容积9060m3，能够满足《煤矿安全规程》要求。通风系统仍利用现有的东风井和31风井。供电系统利用在主副斜井工业广场新建的35kV变电站和井下中央变电所向各作业场所供电。
4.2地面生产系统优化
在主、副斜井工业广场，合理利用现有建筑物作为调度楼、行政楼、生产楼、区队值班楼、救护队值班楼和灯房浴室等行政辅助设施以及机修车间、供应仓库、物资超市等辅助生产厂房；新建主副斜井井口房、提升机房、35kV变电站、空压机房、筛分系统及储煤场，原煤仍采用铁路外运。
4.3矿井生产系统优化工期及投资
矿井生产系统优化矿建工程为扩砌主副斜井，掘进22采区皮带下山和轨道下山；土建工程为在主副斜井工业广场新建筛选楼、皮带走廊、储煤场及防风抑尘网等项目，生产系统优化调整工期2a，期间不影响矿井其他区域正常生产，项目总投资20126.48万元。根据国家煤炭产业政策将矿井生产能力由180万t/a下降到150万t/a，服务年限10a。
5矿井生产系统优化方案比较
5.1原生产系统的优缺点
5.1.1优点。①维持目前开拓开采，不再对矿井做生产系统优化，减少了基建投资；②维持目前开采方式，各生产系统不用变化。5.1.2缺点。①深部二1煤内在灰分高，发热量低，导致二1煤售价低；②矿井为突出矿井，人员较多，生产成本居高不下，导致矿井2015-2021年矿井回收煤柱前，矿井生产经营困难，年均亏损2.1亿元；③井下各类抽、掘、采等作业场所集中于一个采区，人员过度集中。
5.2优化后生产系统的优缺点
5.2.1优点。①提前浅部优势资源，使之与深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的发热量，煤的售价增高，效益好转；②生产系统优化后，矿井生产能力稳定，投资回收期5.33a，年均税后利润3277.09万元；③将抽、掘、采作业场所和下井人员在两区域间合理调配，利于安全管理。5.2.2缺点。①矿井生产系统优化要增加基建投资；②主副斜井工业场地现有占地面积小，地面各场所紧凑；③工业场地变化后要严格落实环境保护相关规定。综合考虑，原有生产系统维持开采方式不变，但矿井经营困难，且不符合国家供给侧结构改造政策要求，因此确定对矿井开采后期生产系统进行优化。
6矿井生产系统优化后盈亏分析
按照计算期第5年数据分析计算，盈亏平衡点为：生产能力利用率（BEP）=年固定总成本/（年销售收入-年可变成本-销售税金及附加）×100%=15570/（42300-16902-1091）×100%=64.05%。该项目达到生产能力的64.05%，即矿井生产能力达到117.65万t/a，企业就可保本，这说明超化煤矿生产系统优化项目风险较小。
7结语
技术人员对突出矿井开采后期的生产系统进行了合理优化，达到了改善矿井生产经营状况的目的，开采出了优质煤炭，符合国家目前煤炭产业政策。优化矿井后期生产系统时，要协调考虑设计方案对正常生产的影响、对矿区环境的影响，并对项目的经济效益分析要全面、可靠。
参考文献：
1系统现状及原理
1．1系统现状武钢硅钢厂卷取张力控制系统目前主要存在如下问题：1）系统张力装置部分采用张力垫摩擦张紧带钢的工作方式，依靠摩擦片的压下力进行张力调节，设备结构简单，但其压下力度由上支撑梁的11个螺杆人工调节，劳动强度大，且张力控制不稳定。2）恒张力控制中模型精度不高，张力不足。卷取过程中出现张力波动甚至失张现象，造成卷形较差，对成品质量和成材率有较大影响。1．2系统原理张力控制，即卷取时对材料张紧度的控制，是实际工业生产中带线材控制的重要环节之一。过大的张力会导致带材拉伸变形甚至断裂，张力过小又会因松弛使带材跑偏。因此，保证张力控制效果至关重要，需尽可能在卷取机工作过程中保持最佳张力恒定不变。卷取过程中，带钢在张力作用下被拉伸，若其形变量在弹性范围内，则两端的张力遵循胡克定律：T＝δEl∫t0（V1－V2）dt（1）式中E———带材弹性模量／MPaδ———带材截面积／mm2l———卷筒与张力辊之间距离／mV1———转向辊线速度／m／sV2———卷取机线速度／m／st———卷取机构建立张力的时间／s由式（1）可知，带钢所受张力T的产生原因是卷取机线速度V2与转向辊线速度V1之间存在转速差。实际工业生产中，转向辊线速度V2和卷取电机转速n2通常为稳定值，而带钢卷径D在卷绕过程中不断增大，则卷取张力T及卷绕力矩M的变化情况为：DπDn2＝V2TTD＝M（2）因此，要保持张力恒定，需要保持转向辊和卷取机的相对转速差值V2－V1恒定，即将张力控制转换为速度控制，同时要考虑卷径变化。
2系统优化
2．1系统改造方案带钢的恒张力控制方法中，利用张力辊、张力传感器和张力控制器构造的直接张力控制具有最理想的控制效果。但成套张力辊设备成本高，占地面积大。本文在尽可能压缩改造成本，使改造效果尽可能接近直接法的前提下对原系统进行优化。卷取张力控制系统实际应用改造如图1所示。保留张力垫摩擦张紧带钢的工作方式，下支承梁、下摩擦片、上摩擦片等装置保留不变，摩擦片压紧板和上支承梁等部分重新设计制造，以适应张力自动调节装置的组装和工作。新设计的摩擦片压紧板改为整体结构（原手动调节摩擦片压紧板为多个分离结构），由液压缸驱动。为防止整体式摩擦片压紧板下压过程中倾斜、歪扭，在上支承梁箱体中增设压紧板两端导向装置，即导向杆的导向轴承装置，使压紧板只能在垂直方向上跟随液压缸一起运动，保证对摩擦片施加的作用力均匀有效。增加液压缸、控制阀、配套显示和保护元件，设计施加最大压紧力达15000N以上，张力波动值小于±5％。在转向辊上安装速度传感器，在卷取变频器中增加T400工艺模板。2．2间接恒张力控制的实现系统为转速、电流双闭环调速系统，采用T400SPW420卷取控制软件虚构张力外环，通过控制转速实现恒张力控制，其卷取张力控制系统结构框图如图2所示。T400工艺板采用的32位SMADYN－D处理器，具有强大的计算能力和极高的运算速度，最快执行周期小于0．8ms。T400通过双口RAM和传动装置交换数据，比其他方式效率高，适用于要求驱动器高速控制和高精度运算的场合。T400控制技术核心是卷径计算和张力控制，安装在6SE70内部，直接用传动装置控制卷取机张力，实现速度控制与转矩控制的平滑切换。线速度给定值采用转向辊的线速度实际值，图3中的张力设定值Tset，线速度设定值Vset，均由自动化TDC传送给T400。卷筒转速实际值由CUVC的脉冲编码接口检测，并通过dualportRAM传给T400。T400计算出的转速给定值、转动变量的可变部分、转矩的正负限幅值通过dualportRAM传送CU－VC。T400接收处理控制字、张力给定、转向辊线速度、卷取机线速度等数据，内部采用速度比的方法，用带钢线速度Vset和卷筒转速n计算卷径D，再用张力设定值Fset和卷径D计算所需转矩M，从而实现CUVC传动系统的分合闸、启动运行、速度设定及转矩限幅等控制：接收到投张信号前，系统为速度环控制，速度调节器根据卷取电机的速度反馈，完成速度给定的自动调节。接收到投张信号后，速度调节器迅速饱和，由速度控制转换为张力控制。初始阶段带钢卷径很小，因此带钢卷取速度很高，卷取电机在基速以上运行，为弱磁阶段，电机反电势E恒定，随卷取电机线速度V增大，电机电枢电流Id增大，实现基速以上的恒张力卷取。随卷径D增大，卷取电机转速降低，电动机工作在额定转速以下，Φ＝Φe不变，Id增大，实现基速以下的恒张力卷取。
3模糊自适应PID控制
由于间接张力控制系统无张力传感，且多数为时变、强耦合、多干扰的复杂系统，难以精确确定控制对象的模型，常规PID控制不能实时调整参数，很难将控制系统品质指标保持在最佳范围内。本系统引入模糊控制策略，根据系统实际响应情况，应用模糊自适应PID控制器，通过模糊推理实现对控制量的实时调整，不仅能保持PID控制的优点，还能提高系统的鲁棒性，消除参数变化和环境影响带来的张力波动，且具有更大的灵活性、适应性和更高的控制精度。模糊自适应PID控制器主要由参数可调整的PID控制器和模糊推理器组成，利用模糊规则在线对PID参数进行修改，其结构如图4所示。由图可知，模糊推理器以偏差e和偏差变化率ec作为输入，经过模糊化处理后分别得到模糊量E和EC，以此为依据进行模糊推理。输出变量为常规PID控制器的3个参数Kp，Ki，Kd，采用模糊推理自动实现对参数Kp，Ki，Kd的最佳调整，能满足不同时刻偏差e和偏差变化率ec对PID参数自调整的要求，从而保证被控对象良好的动、静态性能［5］。PID参数模糊自整定，即找出PID3个参数与e、ec之间的模糊关系。参数Kp的作用是加快系统响应速度，提高调节精度；Ki的作用是消除系统稳态误差；Kd的作用是抑制偏差变化并提前预报。在不同的e和ec下，需要对参数Kp，Ki，Kd进行整定。1）若e较大，取较大Kp加快响应速度，取较小Kd获得良好跟踪性能，为避免初期可能出现的积分饱和现象以防止较大超调，应对积分作用加以限制，取Ki＝0。2）若e和ec中等大小，取较小Kp以使系统超调较小，Ki适当取值。此时，Kd对系统有较大影响，取值要适中以保证系统响应速度。3）若e较小，即接近设定值，应适当取较大的Kp和Ki。为避免出现振荡，应增强系统的抗干扰性能，ec较小，可适当增大Kd；ec较大，可适当减小Kd。将系统误差e和误差变化率ec的变化范围定义为模糊集上的论域，e，ec＝｛－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4，5，6），其模糊子集为e，ec＝｛NB，NM，NS，O，PS，PM，PB｝，对应｛负大，负中，负小，0，正小，正中，正大｝。设定输出量u＝｛－7，－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4，5，6，7），其模糊子集为｛NB，NM，NS，O，PS，PM，PB｝。恒张力控制系统在线运行时，要求系统对各种扰动迅速反应，检测往往在毫秒级，相应的参数调节也要尽可能快。适当建立模糊规则，可直接进行结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正，从而达到快速响应的目的。综上分析，得出对参数Kp，Ki，Kd的自整定控制规则表，以Kp为例，其控制规则如表1所示［6］。本系统的e、ec和Kp，Ki，Kd均取服从正态分布，可得各模糊子集的隶属度，查表得出修正参数并代入模糊自调整算式Kp＝K′p＋｛ei，eci｝p，Ki＝K′i＋｛ei，eci｝i，Kd＝K′d＋｛ei，eci｝d。其工作流程如图5所示。
4系统仿真用
MATLAB中的FuzzyBox工具箱对模糊自适应PID控制系统进行仿真。张力控制基准信号的基准值为1的阶跃信号，仿真时间30s，常规PID控制和模糊自适应PID控制的张力响应曲线如图6所示。常规PID系统的超调量为15％，调节时间为4s，而模糊控制器在不延长上升时间的前提下，系统的超调量几乎为0，调节时间约为2s。可见，模糊自适应PID控制比传统PID控制的上升速率快，调节时间短，无超调，无余差，且系统精度达到预期要求，有明显优势。
5结论
1）分析张力控制的组成和原理，采用T400工艺板虚构张力外环，完成武钢硅钢厂卷取张力控制原系统的电气自动化改造。应用模糊自适应PID控制实现系统优化，既融入了专家经验，又保持了传统PID控制器结构简单的优点。2）经过现场运行，系统各项性能指标均满足带钢生产工艺的要求。在恒速状态下，最大压紧力可达15000N。给定卷取张力6000N时，实际张力波动±50N以内，张力控制精度＜1％，电流运行波动范围＜5％，动态响应时间≤100ms，系统恢复时间≤500ms。3）改造完成后，近几个月的运行，系统稳定，故障率降低40％，备件消耗大幅降低，松套跑偏现象大为减少，卷取质量大大提高。
作者：孙珺如 刘惠康 单位：武汉科技大学 信息科学与工程学院
1.1对地下排水工程的重视欠缺,设计缺乏宏观整体规划
长期以来城市建设注重地面工程而忽视了地下排水工程的系统设计与规划。在城市规划初期应将市政排水系统设计作为一个独立的系统去规划与设计,并配备足够的资源才能保证在特殊情况下城市的应急排水能够高效和有序的进行。而目前诸多城市的做法往往只是在道路系统设计中考虑地下排水和地表排水,且片区的排水设计无相关性,当放到城市一个整体中时,排水缺陷问题就会暴露。
1.2行业相关标准不健全
目前,城市道路排水系统上下游管道直径参数取值不当,在城市化进程加快的今天,如今的城市排水能效受到诸多因素的影响,有气候的因素,有经济发展不平衡因素和道路工程自身因素等,如今的市政排水设计标准没有能够适应现在的城市路面系统,排水管网直径参数或大或小,排水专用管道与市政其他管道的管线让线冲突与高程出现误差,造成排水性能的降低都是规范要具体规定和严格实施的具体内容。
1.3排水设计无分层设计,混合排流现象造成排水负担
城市排水来源有天然雨水和城市生活污水,而目前城市排水系统一般都是污水与雨水混合排水,这会给排水管道造成过重的排水负担。在发生特大降水时,这种负担将会转变为排水压力,使得降水无法排离城市路面,造成道路大面积或者片区大面积积水,行车在比较低的地段时候由于积水较厚将会淹没行车和行人,同样的现象在北京洪灾中出现过。
1.4排水系统设计思维固化,排水渠道单一
城市排水思路固化的表现是将积水排到地面下或者排出去,而如果能合理循环利用降水可以缓解城市排水管网的排水压力,并且给需要水的地方供水,不需要水的地方排水,这就是雨水排水循环系统的工作原理。目前排水循环系统不仅体现在城市排水设计中,也存在于市政建筑排水设计中,如现在建筑中水回用技术将生活污水和自然用水循环,一方面可以节约用水,一方面可以缓解市政排水负担。
1.5排水应急措施不当,信息预测不准确
现在是互联网时代,对一些市政应急措施的预测应及时、有效、快捷、方便。如在一些降水多发城市和社区应分区进行降水的实现预测,在城市建设和规划初期就可以确定该片区的排水能力和应采取的排水措施,这将得益于如今高速发展的互联网技术和计算机技术,从目前情况来看,由于多数城市对市政排水系统设计的不够重视,很难在计算机技术和信息技术方面采取有效的控制和预测方案,在排水管网的设计与规划、运行、调度、后期维护管理环节存在诸多弊端。
2世界著名城市排水系统优化设计案例
日本是台风多发国家,东京地下排水系统设计就是为了避免城市遭受台风和雨水的寝室而设计和修建的。东京地下排水系统92年开工,06年竣工,历时14年工程堪称世界最先进的地下排水系统。其排水标准5～10年一遇,地下开挖一系列的混凝土立坑,极大提高了雨水的蓄存能力,东京地下排水系统的河道深度高达60m。东京设有降雨信息系统,通过对雨水的数据的收集与统计,合理进行排水调度。古罗马下水道建设2500年至今仍在使用,渠道系统岩石砌筑,将暴雨造成的河流从罗马城排除,渠道系统最大达3×4m的截面尺寸,从古罗马城广场直通台伯河。巴黎的下水道设置了地面上的标路牌,因此可以看出巴黎对地下排水工程的重视程度。巴黎降水频繁,但据报道并没有出现城市因降水而导致的交通堵塞和积水现象。巴黎下水道处于地面以下50m,水道纵横交织,总厂2347km,规模远超巴黎地铁,因此足以可见排水的速度与能效。
3市政排水系统优化设计对策
3.1平面管网优化设计
已定平面管径与埋深的确定优化方法分为直接与间接优化。直接优化是指对各种参数的调节与对比来求得最优化的解决方案。间接优化是指建立数学模型,选择最优化的管径与埋深组合方案。如常用的遗传算法、线性与非线性规划法、动态规划法。管线的优化设计要遵循满足排水功能和效能的前提下,使排水的工程量小。管线的布置和管网优化设计的重要部分。布线原则如下。(1)排水的干管和支管尽量直线型布局不要有弯曲现象。(2)布线利用地形与地势的因素,结合污水厂的设置和重力系统将污水排出。(3)合理的管线埋深(4)管线的长度最优化与挖方的最优化可采用动态优化的方法进行最优方案的选择。例如排水线的引入。(5)管线平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道长度、挖方量三种权重计算,最后根据平面布置方案选择合理的管径和埋深,造价成本的控制也是此过程中需要注意的。
3.2管道设计的优化
排水管道的设计可以采用德国对青岛地下排水管道的造型,蛋形型管材截面形似鸭蛋,设计上宽下窄,排水管道顺畅,污水无法积存与管内,管道的上部分是水泥,下半部分是水泥上贴了层瓷瓦,可以起到防腐蚀的效果。排水管道设置反水阀,被水冲刷了的赃物只能进入水斗,而不会进入排水管道,不会造成管道堵塞,赃物也便于清理,反水阀同时也可以避免管道臭气散发到空气中。
3.3排水系统设计与计算机信息系统的结合
在市政排水设计中,为了发挥排水的效能,应结合计算机信息技术来改善排水的各个环节。如设置降雨信息系统,收集城市雨水和降雨频次数据,以便于各片区排水调度。利用信息系统的预测与统计的结果,在一些容易发生积水和浸水的路面和片区设置雨水调整池。
3.4城市排水与市政基础建设
提高行业标准以便于采取比较恰当的事前和事中处理。在城市市政建设中,地下工程的排水可以设置雨水蓄存措施,如在地下开挖混凝土立坑,同时在下水道内设置高马力水泵,提高疏通地下水的能力。城市路面工程的铺装设计中,采用透水性能强的路面铺装层,可以加强雨水的地下渗透能力,分担排水管道的排水压力,减少地表径流,还可以大大补充表层地下水资源。排水基础设计应考虑修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期对城市大小河道进行梳理和整治。
3.5排水系统的后期修养与维护
法国巴黎下水道设计中,排水道两旁设置宽约1m的供检修人员通行的便道。维修人员可以定期对下水道的排水泵房、排水管道和其他排水设施的修理和围护,保证排水工作能顺利进行。对市政排水系统的维护人员应该进行定期和不定期的技术培训,使他们能够及时掌握世界排水优秀工程中的新经验、新做法、新的维护手段。这对保证城市道路和地下排水工程的顺畅进行提供了更好的保障。
4结语
随着电力体制的不断深化改革，电网规模的不断扩大，对于电力运行技术也提出了更高的要求，电力系统自动化、智能化、网络化成主流趋势。电力调度自动化系统是整个电网的核心部分，指在电力系统运行过程中，实时监控系统的运行状态及运行参数，以实现控制的最优化并合理调整方案。为保障电网的安全稳定运行，电力调度自动化系统发挥着重要的作用，为满足电网运行需求，电力调度自动化系统也在进行不断优化调整。
1.电力调度自动化系统及其应用优势
在满足当前国际与工业标准的基础上，是基于成熟的计算机网络信息技术及通信手段发展而成的电，存储等，为保证电力系统的安全稳定运行提供技术支持。系统中，重要节点上采用双机备用模式，其中某台计算机出现问题，该机上的所有数据都会平稳自动过渡到另外一台正常工作的计算机服务器上，使系统在出现问题时仍可以不影响整个电网的运行，从而确保了系统运行的稳定性。与此同时，系统还具备完善的权限管理功能，能有效平稳的对系统故障进行处理，且不会影响其它节点运行。作为系统的核心部分，调度主站担负着重要的职责，一方面要对电网运行状态进行实时监控与分析，从整体上实现系统自动化监视与控制;另一方面根据监测分析结果，提供准确的电力系统运行的数据信息，以及时发现电力系统运行中存在的异常情况，根据所采集到的数据资料，制定有效的方案，保证电网调度的有效性。
2.电力调度自动化系统设计
2.1系统结构。调度自动化系统主要由二部分构成，即分为数据管理层、能量管理层，其运行方式可分为实时态和研究态两种。具体情况如下：1)数据管理层：收集系统运行时的实时数据，达到对运行系统的监控。并对获取的测量数据进行反馈，便于SCADA显示系统下一步工作。通过利用和分析SCADA系统中的实时数据，获取电力系统的运行状况，通过动态防御、预警进行有效控制，提高电力调度自动化系统的自我恢复、事故分辨以及故障处理等能力，以此保证系统经济、安全的运行。2)能量管理层：其主要是针对发电控制，为保证系统的经济运行，通过合理调整和控制运行系统频率、时差等，实现系统优化。
2.2系统软硬件平台设计。1)硬件平台：包括服务器、PC及基于CISC芯片的各种硬件等。选择系统硬件平台时，要在满足系统设计各功能基础上，兼顾实时性、先进性、安全性、可靠性等原则及要求。2)操作系统：较为常用的主要为Solaris10或者AIX操作系统。3)网络环境：遵循ISOOSI七层网络参考模型的TCP/IP。4)数据库：一般采用Oracle数据库。5)开发语言：包括C、C++和Java等。
2.3系统优化设计。随着计算机信息技术的发展，电力调度自动化系统逐步实现“三遥”(即遥测、遥信、遥控)状态，但对于系统硬件及运行参数的实时监测还未能完全实现，这就给电力系统运行留下隐患。针对此问题，开发新的系统参数检测系统软件并运用于其中，该软件对系统硬件及参数进行实时监控，采集、处理、梳理，并且制定与输入各种规约，实现各种控制命令的接收和处理，大大提升了系统运行安全性。1)设备状态在线监测。利用软件对系统硬件及参数进行监控时，可为每项参数设定相应阈值，当运行参数超出这一值时发出警报信号。当报警信息出现时，将弹出报警窗口并发出报警声音/信号，直至被系统或工作人员确定为止。对于每次报警信息要打印输出，存储到系统实时数据库中。2)监测数据的输出与显示3)由于其支持标准的网络连接，具有扩展接口功能，可以在检测系统读取设备状态数据后，将数据写入系统之中，包括设备状态及服务器状态等数据，并与节点信息扩展表作对应关系。当系统添加了新的硬件设备，只需将新设备名称录入到节点信息扩展表中，以实现对新设备运行状态监测及数据存储。监控数据的实时显示功能，也是系统最重要的功能之一。当系统接收到监测软件获取的各项数据后，会在监控画面中显示这些数据，监控数据实时显示功能让调度员可以直接了解每台服务器运行状态，给系统管理和维护提供了很好的数据支撑。在线监测在调度自动化系统发展应用，使得系统各项功能得到完善，在采集数据和分析处理信息方面的完善，给电力行业提供正确的数据支持，为之发展发展提供更好、更全面的服务，保障电企可持续发展。其中，历史负荷曲线能够直观的让工作人员了解到电力电量是否平衡和运行方式是否安全，以此判断调度运行是否正常。此外，通过历史曲线还能查看指定时段的系统运行状态，根据历史曲线值大小及波动范围，对系统状态进行多时段对比，判断其运行正常与否，能及时发现与处理系统故障，有助于提高系统运行的安全性与稳定性。4)实时安全监控。调度自动化系统对变电站运行参数行实时监控，并根据监控得出的数据进行量化分析，最终计算出变电站稳定运行裕度，为调度员判断变电站运行态势奠定数据基础。在线监测软件还能对机房温度、湿度、烟雾、噪声、空气洁净度及供电电压电流等各项参数的远（近）程监测。并根据变电站设备运行情况，可以有效判断出机房当前的相对湿度、温度及运行噪音等，以此判断设备运行状态是否稳定。若上述因素发生异常，软件会向系统发出警报信号，直至被系统或工作人员确定为止。一般来说，设备稳定运行时对机房要求为：机房相对湿度保持在85%以下，温度控制在25℃以下。自动化在线监测软件的应用，对于提高系统运行的安全性与可靠性具有重要意义，它填补了原有系统在硬件参数监控上的空白，有效实现了系统对系统硬件及运行参数的实时监控。
2.4系统的特色应用。1)电子化值班。电子化值班，是指利用手机短信服务实时获取电网运行数据的一项功能，电子化值班的运用，使得工作人员的工作减少，基本上实现运行人元和自动化人员移动化办公。在调度机房中配置一台手机设备，经授权客户可了解和查看电量、总加等实时数据，当电网发生异常或故障时，也能在第一时间将该信息发送至负责人的手机上，以便及时采取有效措施进行处理。2)丰富的电力应用软件包。在系统分层软件构建设计中，采用面向对象的编程技术及相关技术，构建统一的应用平台，使SCADA、PAS、DTS(调度员培训仿真系统)、OPT(智能操作票管理系统)、VQC等应用能实现无缝继承，从而大大提升系统扩展性及稳定性;基于面向对象编程技术，使系统呈现构件化与模块化，大幅减少系统中的公共代码，有效提高系统运行效率。
3.结束语
关键词： 中学物理教学 作业系统设计 科学原则
一、目前中学物理作业情况分析
教师布置作业总是全班一致，而忽视了学生之间实际存在的个体差异；作业的“无设计”现象突出，作业模式单一、内容同一，缺乏层次，让全班甚至全年级学生做相同的作业。这些囿于书本、拘泥算练、不加系统设计的作业，一方面不能充分考虑学生的学习意愿与个体需要，另一方面也不适合学生个体的发展，大大禁锢了学生的活动空间，限制了学生的知识视野，制约了学生思维的发展，影响了学生物理整体素质的提高。另外，作业设计的系统性较差，对学生在高中三年各个年级段的目标实现的把握、能力递增层次、程度、侧重点的研究较少，作业的量和内容设计带随意性。所以，学生普遍感到物理学习，花时间多，效果差。
二、作业系统设计的必要性
“为了每一位学生的全面发展”是《课程标准》的核心理念。《课程标准》和多元智力理论都承认学生存在个体差异，为满足不同学生学习的需要，作业应因人而异，让作业成为学生自己的作业，即以人为本的作业。如开办“作业超市”，针对不同能力的学生布置不同的作业，增加作业的层次性，既关注后进生和中等生，又关注优等生，让每个学生都体验到成功的喜悦，从而使学生的积极性得到保护，个性得到张扬，不同学生的物理能力都得到发展。作业是课程动态的生长性延伸，是教师和学生之间、学校和家庭之间的一座桥梁，它的优化设计，可以最大限度地拓展学生的学习空间，丰富学生的课余生活，发展学生的多元智力，真正体现“以学生为主”的理念，促进全体学生全面发展。
三、遵循科学原则，系统设计作业
1.基础性与普遍性相结合
系统设计物理作业要体现课堂教学达到的课标要求，学生通过作业进一步巩固知识，使不同学生的思维能力得到共同发展。对学习难度较大的内容，教师不能急于求成，应合理分解难点，科学安排练习，逐步突破。具有代表性、典型性、关键性的作业不要认为每个学生做过就过关，而要有目的、有计划地安排一定的反复性作业，才能保证所有的学生获得牢固的知识和熟练的技能。
2.目标性与针对性相结合
作业是中学物理教学的重要环节。而事实上，面对着一个个在原有基础、学习能力、基本技能水平，心理发展水平，以及学习习惯不同的鲜活个体，针对教材实际、学生实际，教师需进一步加强对作业的“个性化”设计，使其具有目标性和针对性，以适应不同学生的要求。不搞一刀切，给学生一个自主选择协调发展的空间，让学困生巩固基础知识，中等生强化基本技能，优秀生优化知识结构。
3.层次性与整体性相结合
为了使学生乐于作业并做有所得，在设置课后作业时，改变以往硬性规定、呆板单一的做法，将作业分为“必做作业”和“超市作业”。“必做作业”一般为基础题，主要用于基础知识和基本技能的训练，一般每个同学都能基本完成，所以要求每个同学完成；“超市作业”则是课堂相关知识的拓展延伸题或创新题，学生视自己的实际量力而为，自由选择是否完成或者完成多少。实践证明，学生对这种“个性化作业”非常感兴趣，乐此不疲。从课标要求的整体出发，在设计作业时，既要关注一节课作业设计对本节课教学任务的整体性目标要求的适合程度，又要关注作业对学科教学任务的整体性目标的实现程度。作业内容要适当、适量、适时，并符合学生的认知规律。
4.自主性与合作性相结合
自主学习与合作学习是我国新基础教育课程改革所弘扬的核心理念之一。作业设计要充分体现新课程理念，把握学生学习能力培养的内涵，理解并能够较好创设丰富多彩而又富有启发意义的作业问题情境。这样，作业设计才能更好地满足对学生学习自主性尊重的一面，促进学生合作学习的开展，进而实现自主性和合作性的有机结合。因此，在设计作业时，要为学生留有选择、拓展和创造的空间，正是当前教育改革开展探究式学习的宗旨。
5.质和量相结合
教师精心设计物理作业，要从“质”和“量”两个方面入手，根据教学进度，从课本和练习册中，把作业题选精。或教师有针对性地自行设计物理作业，使全体学生通过做这些作业都能得到发展。就“质”而言，我们可从理论上更深刻地揭示设计物理作业的重要性。从某种意义上讲，让不同程度的学生做不同程度的物理作业，这样不仅反映了教师的物理教学经验，还折射出他们的物理教育理念。就“量”而言，认真多做物理题，确有提高物理成绩之效。但负担过重，事倍功半。较好的作业布置方式应该是少而精。
6.反思与总结相结合
关键词：抗跟踪；短距离；调频；无线通信
1抗跟踪干扰的短距离跳频无线通信系统优化设计
1.1系统结构优化设计
在抗干扰短距离调频无线通信系统中，为实现抗干扰跟踪，优化后系统包含WSS个正交调频点，通过发送端与接收端之间有M个信道，在信道某个占据频点内，其频点由信道对应同步调频序列决定[3]。在每一个数据选定信号上进行单音频信号，因此传输数据比特数为。为保证其一般性，利用二进制系统对系统进行优化设计。
1.2系统调频抗跟踪干扰软件性能优化
系统优化后，根据系统调频抗干扰软件性能进行优化[4]。部分跟踪干扰在调频范围内进行干扰施放，干扰频段作为相邻信道，提高其抗干扰性能。在相同干扰功率下，部分频带的干扰性能远高于全频带干扰性能。因此，其跟踪干扰因子为：（1）调频信号的信道带宽为W；P代表跟踪干扰因子；WJ为干扰信号宽带[5]。在跟踪干扰频段内的干扰信号，针对其功率频谱密度中干扰信号的信干比为：（2）公式（2）中，Ps为发射信号功率；PJ为干扰信号功率。调频误码率为：（3）根据上述计算，完成整体系统抗跟踪干扰软件能力优化。
2仿真实验
2.1实验准备
为验证系统优化后有效性，设计对比实验。以短距离调频无线通信系统抗干扰率作为实验对象，以优化系统为实验组，传统方法为对照组，使两组方法在相同环境下工作，分别记录两组的抗干扰率。
2.2通信抗干扰率对比
考虑短距离跳频无线通信系统中的其他干扰因素，将其改为单纯跟踪干扰，避免实验数据差异。对实验组与对照组的通信抗干扰率进行对比，实验组与对照组在进行抗跟踪干扰处理时，实验组抗干扰效率远远高于对照组，且实验组处理能力较强。对于入侵数据总量的增加，对照组抗干扰率越来越差。因此，可以看出，实验组的抗干扰率与抗干扰速度都远远高于对照组，克服了传统通信系统中的不足。在统一数值参数下，实验组整体数值均高于对照组。因此可以证明短距离跳频无线通信优化系统与传统短距离跳频无线通信系统对比，升级后系统具有更高的抗干扰率。
关键词 提升机；优化；矢量控制
中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0151-02
Research of the design of optimizing mine hoist control system
Huang Wei
（HaiZi Coal Mine，HuaiBei Mining Group Corporation，huaibei 235146，china）
Abstract： Based on the analysis of mine hoist on the basis of the requirement of electric control system， presented on the basis of huaibei mining subsidiary TongTing coal mine hoist control system of optimizing design scheme， and gives the system structure.
Key words： Hoist；Optimize；Vector control
矿井提升机作为一个大型的机械-电气机组，以多绳摩擦式提升机为例，提升机的主要组成有：工作机构（包括主轴装置及主轴承）、制动系统（包括制动器和制动器控制装置）、机械传动装置（包括减速器、离合器和联轴器）、系统（包括油泵站和管路）、检测及操纵系统（包括操纵台、深度指示器及传动装置和测速发电装置）、矿山机械设备拖动、控制和自动保护系统（包括主电动机、电气控制系统、自动保护系统和信号系统）以及辅助部分（包括机座、机架、护罩、导向轮装置和车槽装置）等。
本课题的研究对象为煤矿主矿井交流提升系统，项目来源于淮北矿业下属的童亭煤矿的提升机系统改造，目标是通过对电动机、矿井提升机传动控制系统和电源系统的优化改造，实现提高提升机的自动化控制水平以及各种安全保护的目的。从而使矿井提升机的效能得到提高，更加安全可靠。
1 矿井提升机对电气控制系统的要求
为满足有关规程规定对矿井提升机控制系统的要求，本文根据矿井提升机的工艺过程和特点，首先分析矿井提升机电控系统的动、静态性能。
1.1 要求电机满足四象限运行
提升机电气调速系统给定速度V=f（t），根据动力学方程：
式中：
Te为电动机电动力矩（N×m）；
Tl为提升系统的静阻转矩（N×m）；
GD2为提升系统得飞轮转矩kg×m2，GD2=4gJ（J为转动惯量，g为重力加速度）；
Td为提升系统的动态转矩（N×m）；；
根据给定速度的转矩Te=f（t）的特性，可以得到提升机调速拖动系统所需要的力F=f（t）。
提升机滚筒承受的静张力差取决于负载静力Fl，静力Fl在双容器平衡提升系统就是提升物体的净载重。当电动机不工作时，为了让重的提升容器静止，对滚筒必须施加机械闸。
加速转矩Td决定了电动力FD，当提升机能够根据给定速度运行时，FD可能为正，也可能为负。这表明，电动机不仅会工作在电动状态，也会工作在制动状态。根据提升机不同的负载。也会产生不同的运行阶段，致使电动机的运行状态也会有所不同。
综上所述，为了使提升机能够按给定速度运行，电气传动系统必须可以根据负载变化而自动调整相应的电动或制动工作状态，也就是要求电气传动系统能够满足四象限运行。
1.2 调速平滑和精度要求
主矿井提升机对调速系统得平滑调速和调速精度有很高的要求。在提升机运行过程中，电气传动系统必须满足诸如运送物料（达到额定速度）、运送人员（低于额定速度）、低速爬行（0.1～0.5 m/s）和检查运行（0.3～1.0 m/s）等各种要求，因此，平滑调速是提升机电气系统必须具有的性能。
提升机对调速精度的要求源于其静差率应比较小了，这是为了在不同负载下提升系统能够尽量缩短减速段距离。这样提升机在运行过程中爬行距离就可以尽可能短，于是爬行阶段的运行时间就可以大大降低，可以使提升系统得提升周期缩短，从而在保证准确和安全的前提下，提高系统运行效率。
1.3 速度给定装置
超速故障是提升机故障中经常发生的故障。超速往往是系统失控的开始，意味着电气系统发生故障，当系统检测到提升机超速时，会发出报警，此时司机应制动、减速停车，避免事故的发生。由于提升容器在全速运行时运动惯量的巨大，如果紧急制动，会对提升系统带来强烈的冲击，使设备加速磨损、减少设备的使用寿命，甚至机轴、提升绳断裂，造成人员伤亡的严重后果。因此要求提升系统加减速平稳，要对加减速度的导数A加以限制，使系统按S形速度曲线实现加速和减速。
2 矿井提升控制系统优化方案的设计
2.1 更换老旧电动机
童亭主井的提升机原有的电动机为YR800-12/1430绕线式异步电动机，功率因子为0.85，而且电动机老化已经逐渐无法满足生产的需要，将使用新的同步电动机TDBS 2000-20，其额定功率为2000 kW，功率因子为0.97，可以提高提升机的工作
能力。
2.2 改进电动机调速系统
由上述可知，工频控制系统由于交流电机本身的物理特性和电路控制手段的特点，造成了运行中的控制难度与弊端，为了解决这样的问题，只有从根本上改变工频的控制模式。
图1 优化后的系统结构图
20世纪90年代，针对三电平中压交流电机工频控制系统的现状，研究人员在低压变频器变压变频调速系统的控制理论基础上，又提出了四象限矢量控制理论。
矢量控制就是将磁链与转矩解耦，分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。这样就可以将一台三相同步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。而且其位置-速度-力矩三环死循环控制系统，可以实现给定速度运行。使调速系统严格按照给定S型曲线自动调节电压频率，使电机稳定安全运行在各个速度阶段的预期状态。并且矢量控制实现了无级调速和多速度等级运行，舍弃高低压切换的繁琐步骤，使速度精确控制，减轻加速度对机械设备的冲击。因此将矢量控制来优化原有的电机调速系统
2.3 对提升机系统电源进行优化
电容补偿是提升机系统不能切入电网的主要原因，侧重点为谐波污染情况。所测试的提升机系统中主要的谐波源为整流变频单元，这类设备或多或少的会向系统中注入谐波电流，从而汇入上级配电系统导致老式电容补偿类设备无法投入。针对上述情况，使用谐波治理设备抑制谐波产生。
优化后的系统结构图如图1。
3 结束语
本文简单阐述了提升机系统构成，对矿井提升机对电气控制系统的要求进行了细致的说明，针对实际情况，提出了可行的控制系统优化方案，并且给出了系统结构图。
参考文献
[1]陈伟，李光.HIVERT-YVF变频调速系统在矿井提升机中的应用[J].机电产品市场，2006（10）.
[2]祝龙记，过希文.矿井提升机三电平IGCT变频调速驱动系统[J].煤炭科学技术，2008（05）.
关键字：网络布线，家庭智能化，住宅小区
中图分类号：S611文献标识码： A
一、小区智能化系统的概述
1.小区智能化系统的定义
何谓智能化系统？也许还有人对这个名词感到陌生，但是其真身却是经常出现在人们视线中各种高科技小细节。实际上，住宅小区智能化是目前国内外住宅建设领域和信息产业领域非常热门的话题，而对智能小区的定义，是指用统筹的方法将住宅小区的功能智能化，在提供安全、舒适、方便、可持续发展的生活环境的基础上，统一进行控制和管理实现资源充分共享。
2.小区智能化系统的内容组成
小区智能化系统的特点是采用先进的、符合标准的技术和设备将所有的系统或者对各个住户集中安全管理和监控。它既具有分散于各个住户的终端或设备，又能通过网络集中到一个管理或控制中心来资源共享或提供公共信息资源。可以把系统结构分为三个部分：网络管理中心、网络布线和家庭智能化系统。
3.小区智能化系统的设计原则和标准
为使整个系统达到技术先进，经济实用，安全可靠，服务高端的要求，设计中应遵循安全性、耐久性、实用性、经济性和环境化的原则。具体表现为不仅满足社区安保等功能，在实际使用上，采用适用的技术和设备，在投资费用许可的条件下充分利用最新技术成果使其能在较长的时间适应社会环境，另一方面系统在使用的产品系列、容量和处理能力方面必须具备兼容性强，这样一来可以扩展确保整个系统不断充实完善和改进，二来与其他兼容性差的产品相比性价比较高。
二、小区智能化系统的结构
1网络布线系统
布线系统是小区智能化系统的支持骨架，将管理子系统串联起来，是提供网络数据传输的快速通道，如同人体内的神经系统。综合布线系统的建设应根据网络系统建设的需求，即根据网络系统构架来决定布线系统的规划。综合布线系统由六个子系统构成，即工作区、水平子系统、管理间、垂直子系统、设备间和建筑群子系统。
1.1 工作区布线子系统由终端设备连接到信息插座的连线（或软线）组成，它包括装配软线、连接器和连接所需的扩展软线，并在终端设备和信息口I/O之间搭桥。在具备设计前期条件：近期和远期终端设备要求、信息插座数量和位置、终端的移动、修改情况、一次性投资和分期建设比较、确定各层交换间的位置，完成之后再设计配置布线设备。
1.2 水平布线子系统将干线子系统延伸到用户工作区，与垂直干线子系统相比，水平布线子系统都在同一楼层，仅和信息插座、管理间子系统连接。水平子系统是综合布线系统工程中最大的一个子系统，决定每个信息点的稳定性和传输速度。主要涉及布线距离、布线路径、布线方式和材料的选择，直接影响网络综合布线系统工程的质量甚至最终造价。水平布线应采用星型拓朴结构，每个工作区的信息插座都有和管理区相连，一般都需要提供语音和数据两种信息插座。
1.3 管理间子系统由交连、互连和I/O组成，是连接垂直干线子系统和水平干线子系统的设备。用户可以在管理子系统中更改、增加、交接和扩展线缆，应采用合适的线缆路由和调整件组成管理子系统。管理间子系统的配线架的配线对数可由管理的信息点数决定，应有足够的空间放置配线架盒网络设备，配有专用的稳压电源，周围环境保持一定的温度湿度，保养好设备。
1.4 垂直干线子系统通常是由主设备间提供建筑中最重要的铜线或光纤主干线路，连接不同楼层的设备间和布线框间。它在设计时要考虑一下要求：确定每层楼的干线要求、确定整座楼的干线要求、确定从楼层到设备间的干线电缆路由、确定干线接线间的接合方法、确定敷设附加横向电缆时的支撑结构、确定干线电缆的长度等，它的设计使用必须满足当前的需要，还要适应以后的发展。
1.5 设备间子系统由设备室的电缆、连接器和相关硬件设备组成，把各种公用系统设备连接起来。设备间內设备按照内网、外网、语音等分类分区，所有进出线装置或设备用不用色标区别不用用途的配线区，能更方便的进行线路的维护和管理。
1.6建筑群子系统应由连接各建筑物之间的综合布线缆线、建筑群配线设备（CD）和跳线等组成，将一个建筑物中的电缆延伸到别的建筑群中的通信设备上。它提供楼群之间通信设施所需的硬件。建筑群子系统宜采用地下管道或电缆沟的敷设方式。管道内敷设的铜缆或光缆应遵循电话管道和入孔的各项设计规定。此外安装时至少应预留1～2个备用管孔，以供扩充之用。它的设计应注意所在地区的整体布局，尽量采用地下化和隐蔽化方式，在确定缆线的规格、容量、敷设的路由和建筑方式时，考虑一下几点要求：1）线路路由尽量平直选择距离短，不绕冤枉距离，节省工程投资；2）线路路由选择在较为永久性、稳定的道路上敷设；3）根据建筑群用户信息需求的数量、时间和具体地点，选择适用的技术措施。
2.网络管理中心
网络管理中心既是小区管理系统的中枢，又是小区与外界进行网络通信的桥梁，小区管理中心通过服务器（防火墙）连入Internet。智能小区网络管理中心综合管理系统包括五个子系统：家庭智能控制子系统、停车场管理子系统、智能小区安防子系统、智能小区物业管理子系统和信息管理子系统。
根据智能小区管理中心系统的要求和对现有的小区管理软件的分析，需起到以下的作用：1）作为中大型关系数据库，实现智能小区所有相关信息采集和管理的全面集成；2）实现和其他系统的资源数据共享，预备开放性接口；3）实现小区管理的自动化，提高管理工作的效率；4）提供可靠高效的安保和接警系统，最大限度的保障小区的生命和财产安全等。重要的是，管理中心软件系统要求执行速度快，便于程序功能的扩展和兼容，保障小区各种信息资料的安全性，报警接警系统的可靠性以及系统应用的可靠性，这些则是实现智能化的基本条件。
3.家庭智能化系统
随着人们对生活质量的追求，对居住的要求不仅仅是以往的宽敞豪华，而是希望能拥有一个更安全、舒适、便利的生活环境，为此，有不少新颖便利的创想被提出。而家庭智能化系统就是将各种家用自动化设备和信息设备，利用户内网络系统和社区网络系统实现联网，实现家庭安全、舒适、信息交互与通信。
这一系统表现在三方面：家庭安全防范、家庭设备自动化、家庭通讯。对于现在市场设想的关于未来智能家居的设想也未必是天方夜谭，但真正有创造性的能实现的设计还是具备以下几种特性的：实用性、可靠性、方便性、标准性。
整合以下最实用最基本的家居控制功能：包括智能家电控制、智能灯光控制、电动窗帘控制、防盗报警、门禁对讲、煤气泄露等，同时还可以拓展诸如三表抄送、视频点播等服务增值功能。设计需摆脱华而不实的浪费，以实用和人性化为主。控制方式也亦可以多种多样： 1）手动控制。如在墙面模块上有开关键与状态指示灯，用户可以直接开关操作，符合传统操作习惯。可以作为排除其他控制方式之后的最可靠的最后一种方式； 2）键盘控制。是智能化系统的主要操作界面，可以对系统进行全方位集中控制，操作简单，方便用户使用。 3）联动控制（一个事件触发其他事件的方式称为联动）。如煤气泄漏报警时，系统可 同时关闭煤气阀，打开换气扇。在门口刷卡可以联动开门、相应室内系统撤防、 电灯或音箱打开，营造温暖气氛等。这样的设置更符合场景更人性化；4）模式控制。模式为多种动作或状态的组合，通过模式控制可以实现“一键式操作”。当然还有很多其他灵活的控制方式，在这里就不在详细介绍。
三、结语
住宅小区智能化是智能化技术和国内房地产业相结合的产物，而随着住房体制改革的不断深入和人们对住宅环境的质量要求不断提高，住宅小区智能化系统在未来会达到更大的发展机会。
围绕“节约环保、功能集成、配置优化、工艺一流”的核心理念，深入学结提炼已投运试点工程经验，在智能变电站设计上进一步优化集成，逐步提高智能变电站设备集成度、成熟度及经济合理性。结合结合近期完成的220kV南蔡变、九墩变、邳州南等智能化变电站工程实践经验，介绍二次系统集成优化设计方案，供大家参考。
1 变电站自动化系统网络优化
从数字化变电站试点到当前的智能化变电站，自动化系统的核心都是IEC 61850标准体系。IEC 61850描述的变电站自动化系统采用分层分布式结构，从逻辑上分为三层：站控层、间隔层和过程层，各地各电压等级的试点智能变电站还没有形成一个相对标准的组网方案，现阶段国内试点站的组网方案基本上是三种方式：站控层/间隔层以太网+SV总线+GOOSE总线+B码对时；站控层/间隔层以太网+SV点对点+GOOSE总线+B码对时；站控层/间隔层以太网+SV与GOOSE共网+IEEE1588对时，加上“保护直采直跳”。在“试点先行”阶段，各地各电压等级的智能变电站也没有形成一个相对标准的组网方案，较为普遍的“点对点直采直跳+SV网+GOOSE网”的方案，SV与GOOSE总线统一组网未能达到二次设备优化集成和网络化的最终目的，光缆接线多而复杂，数量与常规站电缆相当，加上ODF及熔接费用，电缆投资较大。SV+GOOSE共网在技术上是可行的。保测一体化、合并单元及智能终端一体化整合后，直采用直跳报文共用一对端口传输，既满足直采直跳的要求，又达到与网络跳闸一样简化网络、减少光缆的目的。
SV与GOOSE共网已是大势所趋。从技术经济角度分析，有以下几个原因可以说明物理共网传输方式是行的，也是必要的。分析如下：① “保护直采直跳”的大前提不变，站内过程层网络对继电保护的影响已降到最小，仅余下“保护启动母差、失灵”及“保护跨间隔跳母联、母分”两项GOOSE信息在网络上传输。② GOOSE信息采用了特有的/订阅机有完善的超时重传机制，GOOSE数据量和占用带宽的比例都是很小的，共网传输后的通信性能和单独组网方式，无论SV值和GOOSE信息都不会有明显差别。③ 过程层传输的信息除了SV采样值和GOOSE信息外，还有少量辅助信息，如对时信息、网络设备管理信息等，这些信用各自独立的物理通道后，技术实现和运行维不方便。④ 采用共网传输方案后，可以在保证性能的前提下，省掉大量的网络通信设备，如工业交换机，对于变电站降低投资成本，加快推广应用重要意义。⑤ 采用共网传输方案后，网络化保护及控制电压切换、PT并列等辅助功能实现起来更加便捷。⑥ 网络通信技术的飞速发展也揭示着千兆网络通信速率、更低成本的应用方案的实用化，多种信息共网综合传输是大势所趋。采用合并单元与智能终端合一装置使SV与GOOSE信息一起物理共网传输成为必然选择。当合并单元与智能终端分开配置时，所需的过程层交换机端口数量翻倍，交换机和光缆的成本增加，因此必需考虑组SV网的经济性。合并单元与智能终端合一装置采用同一光接口接入过程层网络，SV与GOOSE从硬件源头上已经彻底共网。
网络结构优化方案：采用“三层两网”模式，站控层/间隔层MMS网采用双星形结构，GOOSE网和SV网合并，与IEC 61588信息共网传输；220kV配置双套星形网络；110kV除主变进线外配置星形单网；单套配置的测控装置跨接双网。
交换机配置：220kV交换机按单间隔配置，110kV交换机按双间隔配置，和组屏方式保持一致，并优化间隔交换机光口数量；主变不设独立交换机，通过主变保护连接不同电压等级网段；母联交换机、中心交换机配置优化。采用VLAN方式进行流量控制，保证网络快速性和可靠性；针对工程实践中网络运行状况难以监视的问题，结合硬接点和基于管理VLAN的交换机状态监视，在不增加投资的情况下，实现交换机设备运行状态的可视化。
单测控跨双网并不会同时对双网造成影响，相反通过双网冗余技术，反而会提高可靠性。多间隔配一台16换机，采用冗余双网，可靠性可以满足要求，相比于每面保护柜配置一台交换机，可大量减少交换机台数，节省大量投资。
2 二次设备功能整合与配置优化
通过整合系统功能，加强专业间融合，利用数据采集数字化和信息共享，提高装置集成度。随着调控一体化管理模式试点的深入及二次安全防护措施的完善，一体化信息平台应为变电站内统一的、唯一的信息平台。逐步整合变电站自动化系统、一次设备状态监测系统及智能辅助系统的独立后台主机，将其功能融入一体化信息平台，实现全景数据监测与高级应用功能。保护装置、测控装置除检修压板外，其余压板均应采用软压板；智能终端应设置相应的断路器出口硬压板。二次装置失电告警信号通过硬接点方式发送测控装置，其余告警信号可通过网络报文方式上送，每面柜内各装置失电告警信号并接后发送测控装置。实现站控层信息一体化，顺控操作、源端维护、设备状态可视化、智能告警、故障信息综合分析决策、经济运行及优化控制、状态检修、辅助系统综合运行与监视。一体化信息应包括站端的SCADA实时数据，保护信息、安稳、状态监测、计量系统和辅助系统结果信息等准实时与非实时数据。在信息一体化的基础上，实现运行管理、调度控制、运行监视、辅助系统应用和信息综合分析与智能告警五大应用功能，各项功能通过标准数据总线和接口，实现信息的交换和流转。
1）站控层监控主机集成操作员站、工程师站、保护及故障信息子站功能，高级应用功能等。不再配置专用的微机五防系统，不再设置保护及故障信息子站，不设置低频低压减负荷装置、不设置备用电源自动投入装置，其功能均由变电站自动化系统实现。
2）220kV及110kV线路、母联采用保护、测控功能一体化装置。经过整合，节省装置投资、组柜数量、交换机数量，而且简化网络结构，减少运行维护工作量和建筑面积。
3）主变测控配置优化：将主变三侧测控和本体测控按网络结构优化成两套，其中一套测控装置实现主变高压侧测控及主变本体测控功能，另一套测控装置实现主变中压侧测控及主变低压测控功能。既充分利用了现有测控装置可处理多间隔数据的能力，又保持了220kV、110kV过程层网络在物理上的独立。
4）合并单元与智能终端一体化装置：减少装置和网络交换机的数量，为简化网络结构和进一步提高二次设备集成度创造条件；同时在不增加网络的复杂性的情况下，可实现“直采直跳”，提高可靠性。
5）站用一体化电源优化：优化自动切换配置，对交流供电可靠性要求较高的设备在电源末端设置ATS实现自动切换，取消站用变低压侧的自动切换装置，回路简单可靠，同时避免多重ATS时限失配造成重复动作，节省设备投资。简化一体化电源系统开关状态采集，取消交直流馈线采集模块，仅需实现脱扣报警。
6）故障录波与网络分析仪整合：故根据对故障录波、网络分析仪共性的分析，两者数据源、功能性质一致，将故障录波、网络分析仪整合。减少相关软、硬件的配置和二次屏柜的数量，节约运行维护费用。
7）优化电流互感器二次绕组配置，实际应用中及少有互感器的二次绕组故障，二次绕组数量多可靠性不一定就高。两套主保护应分别接入电流互感器的不同二次绕组，后备保护与主保护共用二次绕组；故障录波器与保护共用一个二次绕组；故障测距装置与合并单元串接共用保护用二次绕组；测量、计量宜共用二次绕组。
8）推荐220kV和110kV部分独立配置数字电能表，与保护测控装置集成布置；10kV部分采用多功能合一装置，取消了常规电能表，如计量关口时，可增加常规电能表。减少了电表屏位数量，光缆连接更简洁，具有明显的经济技术效益，可作为今后智能变电站数字计量系统的参考依据。
二次设备的集成整合，体现了全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的特征，是智能变电站发展的必然结果。
【关键词】 EIT电极；电极结构；强制等势点模型；仿真研究；优化设计
【Abstract】 The electrode system is one of the most sensitive and crucial parts in EIT system. In this paper a method for EIT electrode structure and parameter optimizing design，taking example for compound electrode，has been presented，which is based on the coercive equipotential node model of the line electrode. An imitation research platform of electrode structure and parameter optimizing design has been developed. By the methods， the variety influences of electrode structure and parameters on reconstructed image and measurement sensitivity can be obtained. This will provide theory basis for the electrode construction optimizing design of real EIT system.
【Key words】 EIT electrode；electrode structure；coercive equipotential node model；imitation research；optimizing design
电阻抗断层成像技术（EIT，Electrical Impedance Tomography）是当今生物医学工程学重大研究课题之一。它是继形态、结构成像之后，于近二十年才出现的新一代更为有效的功能成像技术［1，2］，具有无损伤、功能成像和医学图像监护三大突出优势［3］，是一种理想的、具有诱人应用前景的无损伤医学成像技术。
EIT测量中，电极直接与人体接触，位于系统的最前端。在电极上发生的事件，包括有用信息、噪声、伪差、接触阻抗、极化电压等，都会作为信号进入后续电路被放大、传输，参与信号处理过程，影响图像重建结果。电极系统结构及其性能对于EIT前端信息的有效提取、系统适时性和图像分辨率的影响，特别是对EIT检测灵敏度较差的中心区有用信息的提取影响非常大，是整个EIT系统最为敏感和关键的部分之一，也是EIT技术走向临床应用，向实用化研究发展必须解决的问题。
在电极材料和电极数确定后，如何根据确定的应用目标和成像要求，合适地选择电极结构参数，是构建真实EIT系统时必须认真解决的问题。由于EIT成像区域多为圆形或球型，一些重要的电极结构参数，如电极宽度和电极间距，还相互制约，影响因素复杂，给EIT系统电极结构参数优化设计带来了困难。
1993年Ping Hua等采用有限元方法研究了电极接触阻抗的影响，认为阵列电极总宽度为测量圆域周长的80%～90%时效果最好［4］。2002年王超等采用强制等势点有限元模型，考虑激励电极和测量电极宽度的影响，进行了仿真研究，认为电极覆盖比率为57.1时效果最佳［5］。关于EIT电极结构及其参数选择，虽然国内外学者的探索性研究取得了一些进展，但至今还没有看到较全面、令人满意的结果。在实际EIT电极结构设计中往往仍采用经验数据。
EIT的正问题和图像重建大都以点电极为基础。但在实际的EIT系统中，电极不可能是一个点，而是具有一定大小的面。电极面和被测对象接触，电极区域将被强制为等电势，从而改变场域的电场及其分布规律。激励电极和测量电极面积的大小会影响EIT检测灵敏度和图像重建质量。显然在进行EIT电极结构设计时应采用具有一定宽度的电极模型，以使研究结果更加符合真实情况。
本文将在线电极强制等势点模型的基础上，建立了复合电极有限元模型，提出了一种电极结构及参数优化设计方法，并建立电极结构参数优化设计仿真研究平台。采用本文的方法和研究平台，可针对不同电极结构和各种参数变化给出其对EIT成像质量和检测灵敏度的影响，进行优化设计，从而为实用化EIT系统电极结构设计提供理论依据。
1 EIT电极有限元仿真模型
EIT系统中通常使用圆形或矩形片状电极，其在断层成像平面的投影为与其宽度相等的线段，简称为线电极。 医学EIT常采用结构更为复杂的复合电极，其在断层平面的投影由3条线段组成，中间线段为测量电极，两边的线段为激励电极。如图1所示。
［K］ ［φ］=［B］（1）
式中，［K］为有限元方程的系数矩阵；［φ］为所有剖分节点的电势矩阵；［B］为有限元方程右侧常数项，包含有限元方程的边界条件。
设N0为有限元剖分的节点总数；对于J个激励电极，有J组激励电极强制等势节点，构成J个集合EQU1{i}(0≤i≤J，i∈N)。每个集合的元素为该组激励电极等势节点的节点编号，每个集合存在M1个元素，其中，每组中最小的元素为min_equ1 {i}。
类似的，对于测量电极，也有J组测量电极强制等势节点，构成J个集合EQU2{i}(0≤i≤J，i∈N)。每个集合的元素为该组测量电极等势节点的节点编号，每个集合存在M2个元素，其中，每组中最小的元素为min_equ2{i}。
首先，进行列合并
列合并完成后，将Klj(l=1，2，...，N0，j∈EQU1{i}-{min_equ1{i}}，i∈J)和Klj(l=1，2，...，N0，j∈EQU2{i}-{min_equ2{i}}，i∈J)删除，未被删除的列前移，补进删除后的空列。
然后，进行行合并，
行合并后，将Kjl(l=1，2，...，N0，j∈EQU1{i}-{min_equ1{i}}，i∈J)和Kjl(l=1，2，...，N0，j∈EQU2{i}-{min_equ2{i}}，i∈J)删除，对空位进行前移补充。最后，右侧常数项合并，
右侧常数项合并后，将Bj(j∈EQU1{i}-{min_ equ1{i}}，i∈J)和Bj(j∈EQU2{i}-{min _ equ2{i}}，i∈J)删除，对空位进行前移补充。
经过上述合并过程后，有限元方程变为
线性方程组（2）即为考虑了测量电极和激励电极宽度的EIT复合电极的有限元模型。
解上述线性方程组，即可获得场域中各节点的电势。
本方法还可推广应用于其他复杂结构的电极系统，以建立相应的有限元模型。
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2 评价函数D和S
为了评价电极结构参数变化对EIT检测灵敏度和图像重建质量的影响，本文定义以下检测灵敏度函数S和图像重建质量函数D。
2.1 检测灵敏度函数S
式中M为每一次激励所对应的测量次数，N为激励次数，Sij表示第i次激励第j次测量的检测灵敏度：
表示场域中某部分的电导率由σ0变为σ1时，电极测量电压由V0变为V1。
S表示了N次激励的检测电压灵敏度的平均值，它只与电场分布相关，与硬件误差和成像算法误差无关。S越大表示检测灵敏度越高。
2.2 图像重建质量函数D
为定量评价EIT图像重建质量本文定义如下函数D：
式中，M为成像区域中剖分单元总数，GS（p）为成像模型中第p单元的灰度值，Gi（p）为重建图像中第p单元的灰度值。D表示各单元重建图像灰度值与成像模型灰度值的差经归一化后的平均值。采用目标函数D，不需对图像进行二值化处理，即可直接获得重建图像和成像模型之间的差别，可灵敏地反映重建图像的质量。D值越小表示成像结果与模型的差别越小，图像重建质量越高。
3 EIT仿真和图像重建软件平台
本文相关的研究工作是在作者开发的医学EIT仿真和图像重建软件的基础上进行的，如图2所示。整个软件采用Visual C＋＋语言编写［8，9］，界面友好，功能完善，可扩展性强，与其他程序接口良好。可以实现有限元的自动剖分，可对有限元方程解法、激励电极数、测量电极数、电极类型、电极结构参数、激励测量模式等多个参数进行设置，并根据剖分和参数设置结果进行电磁场数值计算、显示电场分布、保存正向计算结果、进行EIT图像重建、显示结果并保存图像、进行图像后处理并计算目标函数等功能。
4 结果与讨论
采用式（2）表示的EIT电极有限元模型，通过EIT仿真和图像重建软件平台，借助评价函数S和D，即可对EIT电极进行电极结构及参数影响和优化设计仿真研究。作为本文方法的应用，作者对线电极，复合电极等进行了电极结构参数影响与优化设计研究，并对线电极与复合电极结构进行了性能对比研究。以下是根据这些研究获得的有关EIT电极设计与优化的共性问题。具体研究内容和相关结果将另文详述。
4.1 电极宽度、间距与成像质量和检测灵敏度关系的研究 与窄的激励电极相比，较宽的激励电极可以增大敏感场较弱区域的电场强度，而且可以通过增大接触面积减少电极-皮肤接触阻抗，有利于提高系统的灵敏度。但电极过宽也会产生一些负面效应：（1）宽电极的使用，必然会使电极面强制为等电势，从而影响场域内部的电场分布，使电场更加扭曲。激励电极越宽，强制等势面积越大，电场分布与点电极相比扭曲的程度就越大，这将直接导致成像质量的下降。（2）电极间距增大，可使测量电流更加深入生物组织内部，即探测深度会增加。这也是激励测量模式的改变会显著影响中心区灵敏度的主要原因之一，EIT问题一般采用圆形边界区域，场域和电极数确定后，电极的宽度和相邻电极间距之和为一定值，使用宽电极必然会使相邻电极间距减小，这一因素会在一定程度上减小测量电流的探测深度，使EIT系统，特别是中心区的灵敏度下降。
4.2 电极数与成像质量的关系 增大电极数可以增加独立测量数，采集更多的测量数据，从而提高系统的总体成像质量。但电极数增大至一定程度后，其作用就非常微小了。另一方面。电极数增加势必提高对测量系统的要求，在硬件测量精度一定的情况下，反而会使成像质量下降。
4.3 复合电极的结构参数优化 医学应用EIT可采用结构较为复杂的复合电极。复合电极包括激励电极的宽度，测量电极的宽度，激励与测量电极间距和相邻电极间距等四个结构参数。应该综合考虑各参数的影响，不能简单地用电极覆盖率来处理电极优化问题。
1 Barber DC，Brown BH. Applied potential Tomography.J. Phsy. E. Sci. instrum，1984，(17)： 723-733.
2 Brown BH.Medical impedance tomography and process impedance tomography： a brief review.Measurement Science and Technology，2001，(12)：991-996.
3 任超世.生物电阻抗测量技术.中国医疗器械信息，2004，10(1)：21-25.
4 Ping Hua， Eung JW.Using compound electrodes in electrical impedance tomography. IEEE Trans. Biome. Eng，1993， 40(1)：29-34.
5 王超，王化祥.医学电阻抗成像系统电极结构优化设计.第四军医大学学报， 2001，22(1)： 78-80.
6 毕德显.电磁场理论.北京：电子工业出版社，1985，12-22.
7 曾余庚.电磁场有限单元法.北京：科学出版社，1982，35-56.
关键词：智能小区；上位机系统；节点数据
中图分类号：TP249 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150940010
随着社会进步和经济高速发展，房地产市场呈现一派生机勃勃的景象，随之产生的则是人们对智能化住宅、智能化小区、智能家居等的智能化程度要求越来越高。智能化是人们对于未来房地产市场的一个基本要求也是衡量小区住宅价值的标准。住宅小区在满足场所和空间要求的同时，居住安全、信息互动、人文与科技共融共生的智能化小区时代已经到来。智能小区总体构成包含用电信息采集、双向互动服务、小区配电自动化、用户侧分布式电源及储能、电动汽车有序充电、智能家居等，外接上位机、综合布线技术、组态技术、实时数据监测技术等多学科技术领域，是一种多领域、多系统协调的集成应用[1]。智能小区上位机系统主要目的是通过上位机显示小区内停车位数量、PM2.5监测值、小区内覆盖植被的含水量、小区内道路交通情况以及小区内各监控设备的互联等。本文就是对基于上位机的智能小区系统优化设计进行了探讨。
1 智能小区监测与报警系统组成
1.1 住户家庭可视/非可视对讲及安防报警子系统
现如今，住户安防已经成为智能小区内不可缺少的一部分，智能化的家庭对讲及安防报警系统具有较高的自动化水平以及完善的功能[2]。例如小区住户可摒弃一卡式入户方式，依据当下流行的电子二维码，将其作为一种身份识别工具，达到方便、快捷、高效、环保、可持续。
1.2 小区周界防范子系统
小区周界防范是智能小区基础的一部分，以保证住户安全为准则，能够及时、高效的处理突发紧急事件。为达到节约目的，可使用电子栅栏等红外线对射报警系统，构建起小区的第一道屏障，并与闭路电视报警系统做到联动控制，记录及跟踪触发报警系统的人，做到早发现、早处理，保证住户人身及财产安全。
1.3 小区停车场管理及定点设障子系统
小区停车场管理及定点设障系统主要是为适应当下小区内车辆数目增多，小区内乱停乱放现象。作为一种基础手段，高效、便捷的管理小区内车辆停放是衡量一个小区智能化水平的一个准则。定点设障系统是依照早高峰、晚高峰以及小区内车辆拥堵情况，自动调节小区内各定点障碍物，将车辆引入适当位置，疏通小区内道路交通。
1.4 小区内远程抄表计算子系统
依据《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点及技术导则》要求，智能化住宅必须具备自来水、电、天然气三表的远程抄表与收费系统。该远程抄表系统将电子自来水表、电子电表、电子煤气表与物业、银行主机联网，形成环形网络，实现远程抄表、网上缴费、银行反馈三位一体。
1.5 综合布线监控维修子系统
综合布线系统就是为了顺应发展需求而特别设计的一套布线系统。对于智能小区来说，就如体内的神经，它采用了一系列高质量的标准材料，以模块化的组合方式，把语音、数据、图像和部分控制信号系统用统一的传输媒介进行综合，经过统一的规划设计，综合在一套标准的布线系统中。目前，由于智能化水平的提高，小区内水、电、暖、气的布线成为住户关注的主要问题之一，一个智能化水平较高的智能小区，综合布线是必不可少的，它可以帮助物业或施工部门快速找到问题部位，及时检修，既为施工方提供方便环境也不会影响住户正常生活。
1.6 小区PM2.5实时监测子系统
PM2.5作为当下社会环境问题中，人们提到最多的关键词，它的重要性在智能小区中可想而知。通过在小区内设置PM2.5数据实时采集装置，在重要时段通知住户，可以有效的做好预防措施，并且可以通过长期的监测数据分析，增加小区内植被达到从小做起，早发现、早治理。
1.7 小区电子巡更及消防联动子系统
在小区适当位置设置巡更站，提前规划安保人员的巡更线路和巡更时间，是保证小区安全的重要措施之一。而消防联动系统通过在巡更中检查，做到每一个安全设备都可以正常运行，当火警发生时，声光报警启动，通知住户和小区管理中心迅速采取措施，以确保将住户的财产损失降为最低。
2 基于上位机的智能小区系统设计方案
2.1 作为智能小区设计中体现智能化手段最重要的部分，需要一个详尽的包含所有节点数据信息的组态画面
该组态设计以住户家庭可视/非可视对讲及安防报警子系统、小区周界防范子系统、小区停车场管理及定点设障子系统、小区内远程抄表计算子系统、综合布线监控维修子系统、小区PM2.5实时监测子系统、小区电子巡更及消防联动子系统等七个子系统为依托，兼并现有的智能小区基础设施，形成一个以反馈为主线，以操作为辅助的实时监测报警控制组态上位机。本方案的组态系统采用澳大利亚悉亚特集团Citech组态软件[3]，悉雅特集团（Citect）是世界领先的提供工业自动化系统、设施自动化系统、实时智能信息和新一代 MES 的独立供应商，Citech组态软件具有简洁的操作方式。Citech提供了Cicode语言进行二次开发，通过组态来集成各信息数据的显示、监控、分析、操作等手段。
2.2 通过上位机组态系统的设计，将其与PLC相连
PLC应具备多个信息数据传输点，以使模拟量与数字量可以相互转化，通讯可以采用不同的通讯协议，可以用RS232的串口通讯或者采用RS485串行通讯。由于PLC的抗干扰能力强、可用于信息传递的触点多、体积小等优点，将其作为信息采集的中转器非常合适。而与PLC相连的则是小区内各节点信息采集装置，例如对于PM2.5粉尘测试模块、红外线探测装置、PT100水温探测装置、红外对射探测器、球型机、电子栅栏以及运用于智能家居的监测模块，通过各节点数据的采集、PLC的接收与传输，在上位机上通过组态软件进行画面显示、数据监测、曲线分析、定点设障等操作控制。
2.3 通过GPRS/WIFI实现各省市智能化小区的互联
采用大数据分析模式，将传输在数据库的数据进行分析和总结，得出一系列需要改进的问题并制定有效促使对小区进行改进，已达到无人监管、网络互联、信息共享、环境保护等目的[4]。
3 结论
本文在充分设计与分析智能小区智能化水平、上位机系统的条件下，利用上位机间接操控、下位机直接控制以及小区内各节点数据的监测为基本设计一套主要基于上位机Citech系统的智能小区优化设计方案，该方案不仅增强智能小区智能化水平，而且更配合智能建筑的发展，达到二者兼备，更利用当下流行的大数据与云计算的分析与计算模式，做到准确定位、高效处理。
参考文献
[1]吴劲松.智能电网小区加速电网企业信息化改造[J].通信世界，2012.
[2]祝小红，智能建筑弱电综合布线系统关键技术的研究[Z].西南科技大学，2011.
[3]Citect―悉雅特（中国）有限公司，Citech组态软件与Cicode语言使用说明书[Z].
