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關鍵詞：螺桿泵 優化設計 數學模型
一、前言
螺桿泵井生產系統優化設計是螺桿泵合理運行的重要環節，同時也是延長螺桿泵工作壽命的基礎保證。因此，為保證螺桿泵合理運行、穩定生產，開展螺桿泵井生產系統優化設計研究是十分必要的。本章根據螺桿泵井生產系統優化設計原則，建立了螺桿泵井生產系統優化設計的數學模型，結合油井流入動態研究結果和井筒流體壓力分析結果，給出了通過該數學模型實現螺桿泵井生產系統優化設計的方法。
二、優化設計原則
（一）螺桿泵的工作點應落在合理工作區內；
（二）螺桿泵設計時井底流壓應滿足油田開發方案的要求；
（三）滿足螺桿泵的壓頭、排量的前提下，應盡量增加下泵深度，減小流壓，放大生產壓差，以提高油井產液量；
（四）油井條件確定后，螺桿泵的壓頭、排量不能大幅度增加，否則將會導致螺桿泵的工作點偏離合理工作區；
（五）對于氣液比較大的油井，應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，可采用中低轉速；在其它條件受到約束時，可通過提高螺桿泵的轉速來實現高產；
（七）當螺桿泵的壓頭不足時，可以適量的降低下泵深度、提高流壓、降低轉速或者降低油井產液量；
（八）可以通過提高容積效率，提高泵的轉速、增大理論排量，增加泵的壓頭，加大下泵深度、提高油壓，提高采油指數的方法實現提高油井產液量；
（九）當油井地層條件發生變化時，可以調節螺桿泵生產系統參數，當泵抽條件發生變化時，可以調節地層參數。
另外，螺桿泵的最大外徑，應滿足在套管內起下順利；轉子旋轉時，最大直徑不與油管發生摩擦；轉子從油管中起出順利；定轉子的連接尺寸，應該與管柱配套。
三、優化設計數學模型
【關鍵詞】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行可行性分析。該礦采場重點由淺部向深部二水平北翼采區轉移，二水平北翼Ⅱ61下采區是本礦主采6煤重點準備采區，目前此采區始終保持三個巖巷頭進行掘進，加上生產采區Ⅱ62采區Ⅱ627準備工作面聯巷巖巷掘進頭共計5個掘進頭，均用車皮出貨，現有的二水平副暗斜井提升系統已經滿足不了生產需要，優化工作勢在必行。
2 巷道設備布置優化前與優化后分析
優化前：
（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，，作業方式為“三八”制，每班混合作業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，三班作業，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，平均摘、掛勾用時6分。
③二水平副暗斜井軌道運行，三班作業，平均用時10分。
由以上得：二水平副暗斜井完成正規循環平均用時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循環提升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，8車；
q：礦車載重量，取1t；k：提升不均衡系數，取1.25；
T：最大提升循環時間，12min；
提升量=（3.6×Tb×n×q）÷（k×T）
=（3.6×6.5×60×8×1）÷（1.25×16）
=561輛
（3）二水平副暗斜井設備
二水平副暗斜井上口：11.4kw調度絞車2部，JKY3.0液壓絞車1部。
二水平副暗斜井下口：DWS6彎道繩式調車機2部。
優化后：
（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，經優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，同時絞車司機進行了優化，降低了作業人員工作量。
（2）在44大巷增加了80m車場，使得礦車在該車場內進行集中，一次性進行運輸，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，改變了原有的運輸方式，空車及重車分向運輸，有效的節省了運輸時間，增加了提升效率。
（4）我礦重點工程掘進工作面集中的二水平，經改造后，二水平副暗斜井的提升能力得到增加，使得我礦重點工程車皮周轉得到了有效的控制，從而提高了我礦重點工程進尺。
3 現場施工工藝
（1）采用ZDZ630/3/1213對稱組合道岔一副，與二水平副暗斜井內軌道連接，平巷內布置三條軌道，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70m車場。
（2）井巷施工量
二水平副暗斜井上口巷道斷面規格為：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°方位對巷道左幫進行刷大，刷大寬度600mm、刷大長度80m，總工程量208m。
（3）設備材料投入
4 預期成效
[關鍵詞]服裝模特；動態展示；機器人；優化設計
中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）12-0358-02
1 引言
國內外關于服裝模特道具的研究與設計呈現出兩種狀態。一方面，傳統服裝模特道具即目前市場上絕大多數服裝品牌店使用的服裝展示模特道具，它們立足于靜態展示，展示風格固定單一，缺少變化，早已不能滿足當下消費者對于服裝展示的需求。另一方面，智能化模特機器人[1]因受傳感器、傳動構件尺寸的約束，在設計上難以與傳統模特外觀體型進行良好匹配，使得模特機器人的展示效果往往不盡如人意。而且成本高，不利于推廣。
為滿足當下市場對于服裝展示的新需求，服裝動態展示系統優化設計，依托現有的服裝動態展示技術[2]即只有手臂關節這單一自由度，在已有服裝動態展示模特系統原理樣機的基礎上，進一步優化設計，針對不變的約束空間增加頭部和底盤兩個旋轉自由度，并且對模特道具手臂結構包括傳動機構和連接機構進行優化設計，同時精簡控制系統。使得服裝動態展示模特的機構更加精簡，控制更加精準，展示效果更加豐富，價格更加低廉。
2 設計思路
考慮遵循四個設計原則：①基于系統原理樣機進行結構優化；②精簡機械結構和元部件[3]；③所有元件盡量滿足標準化；④較完整地模擬人體動靜態展示效果。
3 優化設計
3.1 傳動機構優化設計
3.1.1傳動機構總體優化設計
傳動機構的優化設計基于原有模特系統的內部空間約束，將腹腔中以線/桿為核心的傳動機構[4]優化設計為以線為核心的傳動機構，這樣減少了傳動構件的交叉耦合關系，增強了系統傳動的位置精準度；對有關零部件做了適當的替換和簡化，使得系統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和傳動系統留出了一定的裕度空間；同時增加一套頭部--身體和底盤--身體的連接機構，使得模特的展示效果更加豐富。
3.1.2大臂旋轉、抬起機構優化設計
受控制系統控制的同步電機輸出一定大小的扭矩，通過聯軸器傳遞給與它相連的小同步輪和繞線輪，使其按一定規律做繞軸的圓周運動。小同步輪通過同步帶傳遞力矩，使同步輪按既定的規律帶動與手臂相連接的圓柱筒運動，實現大臂的旋轉運動；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定軌跡做空間抬起，復位等運動，從而實現大臂的向上抬起運動。
選用更符合需求的同步電機，使得模特的展示姿態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，實現了兩個運動自由度由一個電機控制的功能，精簡了傳動機構和控制系統。
3.1.3 小臂旋轉機構的優化設計
在已有服裝動態展示模特系統原理樣機的基礎上，如圖5所示。將小臂的機構優化改造成了如圖6所示的機構，本單元由手臂小臂、大臂、鋼索、四氟管、手臂連接片、剛性軸等構成。繞在手臂剛性軸上的兩根鋼索在步進電機的力矩作用下，帶動手臂小臂繞M點沿著預定軌跡做空間旋轉運動，從而實現小臂的屈伸運動。
連接片的改進設計，減輕了手臂重量，使系統更加穩定可靠，同時也極大的改善了手臂關節處的不美觀問題，展示效果得到很大提升。
3.1.4頭部機構的設計
3.1.5底盤機構的設計
3.2 控制系統優化設計
4 系統仿真與驗證
4.1 休閑展示動作模式
4.2 運動系列動作模式
仿真結果表明，系統能夠穩定地沿著預定軌跡路線運動至預期空間位置，展現出預定的行為姿態。實現了單體模特道具多體態的展示效果并且系統穩定可靠。
5 結語
經過多次的仿真結果表明，對于預定的軌跡，機器人手臂的運動以及整個身體的旋轉平穩連續，無柔性沖擊，軌跡符合預期；各關節運動平穩，并且電機的力矩和速度在工作范圍內；通過簡單修改軌跡控制參數，可以迅速地進行新的仿真。該服裝動態展示系統通過精巧傳動機構與精簡控制系統能夠較好完成所設計的動作與要求，實現了優化設計目標，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
[1] 梁曉光，何彬，何章昆，鄧鵬，任曉昆.服裝動態展示系統設計與實現.科技研究，2014（3）：521.
[2] 陳建國.擬人活體模特[P].中國專利：200420028654.7，2005-03-16.
[3] 楊可楨，程光蘊，李仲生.機械設計基礎[M].北京[第五版]：高等教育出版社，2006.
[4] 劉朝儒，吳志軍，高政一，許紀F.機械制圖[M].北京[第五版]：高等教育出版社，2006.
[關鍵詞]礦井 通風 優化 安全
[中圖分類號] TD72 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-9-258-1
0前言
礦井通風是運用多種技術手段輸送、調度空氣在井下 流 動， 維護礦井正常生產和勞動安全的動態過 程。在生產期 間利用通風動 力，以最 經濟 的方式 ， 向 井下 各用 風地點 供給 質 優量足的新鮮空氣，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， 降低 熱害，給 井下 創造良 好的 勞 動環境。在發生災變時，能有效、及時地控制風 向及風量， 并與其他措施結合，防 止災 害的擴 大，最大 限度 地減少 事故 損失。人們將 礦井通風系 統實 現上述 任務 的綜 合能力 稱為 礦井通風系統的安全 可靠性。 分析礦 井重 大災 害事故 發生 及擴大的原因，無 不與礦 井通 風系統 有密 切的 關系。因 此，建立既能滿足日常生產通風， 保證風向 穩定、風質合格，又能 在災害時期保持通 風設 備運 行可靠、穩 定、能快 速實現 風流 控制的通風系統對于實現資源的安全開采是至關重要的。
1礦井通風系統優化
礦井通風的 優化 主要 是通風 系統 的優化。 選擇 好礦 井通風系統是關系到整個礦井的安全和正常生產的重 要問題。具體應符合如下的一些基本要求：每個礦井 必須有完整的獨立通風系統；礦井進風 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、回 風井之 間和 主要進、回風巷道之間 的每 個聯絡 巷中，必 須砌 筑永久 性擋 風墻； 每個生產水平和 每個 采區都 必須 布置 單獨的 回風 道， 實 行分區通風，將其回風流直接引入到 總回風道或 主要回風 道中； 礦井主要通風機 的工 作方式 一般 應采 用抽出 式通 風；根據礦井開拓系統選擇確定合理的通風系統。
2礦井通風系統優化設計的重要意義
礦井通風的目的是為礦井各用風場所提供足夠的新鮮風量，保證作業空間良好氣候條件，沖淡或稀釋有毒有害氣體和礦塵等。而礦井通風狀況的好壞，在很大程度上直接影響到礦井的安全生產、礦井的 經濟效益、礦井的穩產和高產及礦井災害時期的應變能力等。因此，在礦井通風設計與生產期間，均應對礦井通風系統的穩定性及可靠性 進行分析。
3傳統礦井通風系統
我國煤礦自50年代開始采用機械通風，但風機的運轉效率一直較低。據統計風機運轉效率僅約40%，比設計的風機效率降低一半以上。通風能耗約占礦井總能耗的1/3，通風電費約占通風能耗的70%。大型礦井的風機裝機功率高達數千千瓦，年通風電費達數百萬元。造 成礦井通風系統能耗高的主要原因是：①通風方法和設計手段；②風 機性能；③管理水平。
我國礦井通風系統設計多數采用統一的主扇通風系統，漏風系數取得大以及按最困難時期的最大風壓選擇風機，使選取的風機風壓過高，通風系統建成后，由于煤礦開采技術上的特點，致使主扇的工況點風壓比設計的風壓低得多。我國大多數煤礦所使用的70B2風機屬于高、中風壓和中流量風機，高效率區多在2000-3000Pa范圍內。而煤礦當風量為40-90m3/s時，礦井總阻力多在600-900Pa之間。風機等積孔與礦井通風網絡等積孔不匹配，使風機長期在低效率區運轉。
4礦井通風系統優化設計研究
4.1礦井通風系統優化設計遵循的原則
新礦井在通風系統設計或生產礦井在進行通風系統技術改造設計 時，必須根據礦井的地質條件、礦井開拓和生產布局可擬定出很多可行的設計一方案，并且各個方案各有優缺點。要從眾多的方案中確定 出最優的通風系統方案，必須首先確定礦井通風系統的評判指標。
4.2礦井通風系統優化設計進展
由于礦井通風系統非常復雜，通風系統的解算是相當復雜的，手 工解算或是利用傳統的通風網絡解算軟件解算工作量太大根本無法達 到及時得到井下通風狀況的目的。所以開發出一個功能強大、界面友 好、操作簡潔方便、可視化度高的通風網絡仿真軟件能夠大大加強礦 井通風的管理力度，為保證煤礦安全生產奠定良好的基礎。
5新型多風機多級機站礦井通風系統
5.1新型多風機多級機站特點
多風機多級機站具有顯著的優越性，它既可提高礦井有效風量 率，又可節省電能消耗。我國自1983年開始該通風技術的試驗研究以 來，先后有幾十個大中型非煤礦井采用此技術，改造原有的通風系 統，都取得了明顯的社會效益和經濟效益。
所謂多風機多級機站，即是由幾級（至少是三級以上）風機站接力。
5.2礦井通風系統節能風機的推廣應用
目前我國中煤科工集團重慶研究院自主生產的抽出式局部通風機 與我國煤礦巷道通風機參數合理匹配，為新型掘進施工或引排瓦斯用 通風機，該風機具有大流量、高風壓、高效率、低噪聲、系列化、結 構簡單、使用維修方便等特點，用于處理井下局部瓦斯積聚或與除塵 裝備聯合使用用于工作面除塵。
5.3礦井通風技術研究的進展和方向
新型礦井通風系統應為礦井各用風場所提供足夠的新鮮風量，保證作業空間良好氣候條件，沖淡或稀釋有毒有害氣體和礦塵等，礦井通風技術研究的進展和方向主要是：在礦井通風系統技術改造與建設中，不存在統一的技術模式，應根據各自系統的具體條件，沿著多種技術途徑發展。這些途徑主要是：分區通風系統、多風機多級機站通風系統、主―輔多風機系統、統一主扇通風系統；新型、高效、節能 礦用風機的研制與應用；采用優化設計技術；礦井通風系統的微機自 動控制技術研究等。
6結語
實踐表明，與傳統的礦井通風系統比較，新型礦井通風系統風機運轉效率高，可為礦井各用風場所提供足夠的新鮮風量，保證作業空 間良好氣候條件下，具有高效、節能的特點，簡化了礦井風機數據量大的問題，提升了礦井通風系統的效率。
參考文獻
1.1對地下排水工程的重視欠缺,設計缺乏宏觀整體規劃
長期以來城市建設注重地面工程而忽視了地下排水工程的系統設計與規劃。在城市規劃初期應將市政排水系統設計作為一個獨立的系統去規劃與設計,并配備足夠的資源才能保證在特殊情況下城市的應急排水能夠高效和有序的進行。而目前諸多城市的做法往往只是在道路系統設計中考慮地下排水和地表排水,且片區的排水設計無相關性,當放到城市一個整體中時,排水缺陷問題就會暴露。
1.2行業相關標準不健全
目前,城市道路排水系統上下游管道直徑參數取值不當,在城市化進程加快的今天,如今的城市排水能效受到諸多因素的影響,有氣候的因素,有經濟發展不平衡因素和道路工程自身因素等,如今的市政排水設計標準沒有能夠適應現在的城市路面系統,排水管網直徑參數或大或小,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誤差,造成排水性能的降低都是規范要具體規定和嚴格實施的具體內容。
1.3排水設計無分層設計,混合排流現象造成排水負擔
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擔。在發生特大降水時,這種負擔將會轉變為排水壓力,使得降水無法排離城市路面,造成道路大面積或者片區大面積積水,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,同樣的現象在北京洪災中出現過。
1.4排水系統設計思維固化,排水渠道單一
城市排水思路固化的表現是將積水排到地面下或者排出去,而如果能合理循環利用降水可以緩解城市排水管網的排水壓力,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系統的工作原理。目前排水循環系統不僅體現在城市排水設計中,也存在于市政建筑排水設計中,如現在建筑中水回用技術將生活污水和自然用水循環,一方面可以節約用水,一方面可以緩解市政排水負擔。
1.5排水應急措施不當,信息預測不準確
現在是互聯網時代,對一些市政應急措施的預測應及時、有效、快捷、方便。如在一些降水多發城市和社區應分區進行降水的實現預測,在城市建設和規劃初期就可以確定該片區的排水能力和應采取的排水措施,這將得益于如今高速發展的互聯網技術和計算機技術,從目前情況來看,由于多數城市對市政排水系統設計的不夠重視,很難在計算機技術和信息技術方面采取有效的控制和預測方案,在排水管網的設計與規劃、運行、調度、后期維護管理環節存在諸多弊端。
2世界著名城市排水系統優化設計案例
日本是臺風多發國家,東京地下排水系統設計就是為了避免城市遭受臺風和雨水的寢室而設計和修建的。東京地下排水系統92年開工,06年竣工,歷時14年工程堪稱世界最先進的地下排水系統。其排水標準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,東京地下排水系統的河道深度高達60m。東京設有降雨信息系統,通過對雨水的數據的收集與統計,合理進行排水調度。古羅馬下水道建設2500年至今仍在使用,渠道系統巖石砌筑,將暴雨造成的河流從羅馬城排除,渠道系統最大達3×4m的截面尺寸,從古羅馬城廣場直通臺伯河。巴黎的下水道設置了地面上的標路牌,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,但據報道并沒有出現城市因降水而導致的交通堵塞和積水現象。巴黎下水道處于地面以下50m,水道縱橫交織,總廠2347km,規模遠超巴黎地鐵,因此足以可見排水的速度與能效。
3市政排水系統優化設計對策
3.1平面管網優化設計
已定平面管徑與埋深的確定優化方法分為直接與間接優化。直接優化是指對各種參數的調節與對比來求得最優化的解決方案。間接優化是指建立數學模型,選擇最優化的管徑與埋深組合方案。如常用的遺傳算法、線性與非線性規劃法、動態規劃法。管線的優化設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。管線的布置和管網優化設計的重要部分。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象。(2)布線利用地形與地勢的因素,結合污水廠的設置和重力系統將污水排出。(3)合理的管線埋深(4)管線的長度最優化與挖方的最優化可采用動態優化的方法進行最優方案的選擇。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、挖方量三種權重計算,最后根據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管道設計的優化
排水管道的設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,設計上寬下窄,排水管道順暢,污水無法積存與管內,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。排水管道設置反水閥,被水沖刷了的贓物只能進入水斗,而不會進入排水管道,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到空氣中。
3.3排水系統設計與計算機信息系統的結合
在市政排水設計中,為了發揮排水的效能,應結合計算機信息技術來改善排水的各個環節。如設置降雨信息系統,收集城市雨水和降雨頻次數據,以便于各片區排水調度。利用信息系統的預測與統計的結果,在一些容易發生積水和浸水的路面和片區設置雨水調整池。
3.4城市排水與市政基礎建設
提高行業標準以便于采取比較恰當的事前和事中處理。在城市市政建設中,地下工程的排水可以設置雨水蓄存措施,如在地下開挖混凝土立坑,同時在下水道內設置高馬力水泵,提高疏通地下水的能力。城市路面工程的鋪裝設計中,采用透水性能強的路面鋪裝層,可以加強雨水的地下滲透能力,分擔排水管道的排水壓力,減少地表徑流,還可以大大補充表層地下水資源。排水基礎設計應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行梳理和整治。
3.5排水系統的后期修養與維護
法國巴黎下水道設計中,排水道兩旁設置寬約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施的修理和圍護,保證排水工作能順利進行。對市政排水系統的維護人員應該進行定期和不定期的技術培訓,使他們能夠及時掌握世界排水優秀工程中的新經驗、新做法、新的維護手段。這對保證城市道路和地下排水工程的順暢進行提供了更好的保障。
4結語
（馬鞍山職業技術學院 電氣工程系，安徽 馬鞍山 243000）
摘 要：科學技術的不斷發展，使得各種新的技術系統層出不窮，并在各個領域都發揮了重要的作用，其中目前人們熱議的一個話題就是電氣自動化控制系統，它對于提高生產效率，促進生產力的發展具有重要性意義，但是就一些傳統的電氣自動化控制系統來說，其連接和處理需要采用很多的連接線才能夠實現，這不僅使得系統的建立需要消耗很多的人力、物力、財力，而且不利于統一管理，高效維護，各種故障短路等問題一直阻礙著系統的正常工作運行，給生產效率帶來了影響.近年來，基于電氣自動化控制化技術以及先進的計算機控制技術基礎之上發展而來的PLC自動化控制系統也得到了迅速的發展，并積極運用于很多的領域，并在其中充當著重要的角色.在這種背景下，對于PLC自動化控制系統優化設計進行研究和分析具有重要的現實意義.
關鍵詞 ：PLC；自動化控制系統；優化設計；探究
中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）01-0058-02
工業自動化的水水平是衡量一個國家生產發展、生產力發展水平的一個重要指標，它對于國民經濟的發展具有重要的促進作用，電氣自動化作為工業自動化的一個重要組成部分，因此電氣自動化技術也是我們必須予以重視的關鍵技術之一.而基于可編程控制器基礎上的PLC技術的產生與發展不僅大大提高了當然的電氣自動化控制水平，更是克服了以往控制系統的很多缺點，解決了很多技術上的難題，帶來了很大的便利，具有非常好的應用前景，值得推廣和應用.為了更好的加強對于PLC自動化控制系統的了解，更好的發揮PLC自動化控制系統的積極作用，本文也從PLC技術和PLC自動化控制系統優化設計的基本論述出發，對于PLC自動化控制系統優化設計的主要內容進行了分析，希望給讀者一定的啟示.
1 PLC技術和PLC自動化控制系統優化設計的基本論述
1.1 PLC技術
我們常說的PLC技術，其實是可編程控制器的一種簡稱，它是在計算機技術基礎上發展而來的一種新技術，本身其實也是計算機技術的一種表現，但是這種技術卻為當前的電子自動化生產創造出了一種專業性很強的自動化的控制器，并且日趨成熟，在電氣自動化控制中得到了不斷地應用.盡管當前的PLC技術在原來的基礎上得到了很大程度的發展和改變，但是我們仍將其定義為PLC.在一定的運行程序下，根據用戶的不同需求，并通過相關的軟件進行控制，按照既定的命令和順序進行處理，進而實現對于電氣自動化的控制.一般情況下，處理器在執行了一條又一條命令程序中徘徊.相比傳統的電氣自動化控制系統，PLC控制系統具有非常少的接線量，除了系統的輸入、輸出端需要進行接線以外，其他的線路一般都是不需要實際的線路進行連接的，而是僅僅通過相關的軟件進行連接.另外這種系統所涉及到的信息獲取、處理和存儲都是按照既定的程序進行的，一般情況下是不需要進行調整和變化的.
和普通的計算機相比，PLC自動化控制系統的內部結構也包括電源、處理器、存儲器以及相應的功能處理模塊，每一個組成部分都是系統得以運行的基礎，都對PLC的作用發揮十分關鍵.其中的電源組件更是控制系統的基礎，它更是關鍵中的關鍵，一旦電源不能夠正常工作，其他的一切功能都難以實現.另外處理器是系統的核心，主要負責數據的處理和相應信息的轉化，它對于系統的作用主要體現在其強大的處理功能上.在復雜的電氣自動化的控制環境下，個功能模塊以及系統組件的相互作用、相互配合是進行自動化控制的重要保證.
1.2 PLC自動化控制系統優化設計的基本論述
對于PLC控制系統來說，每一種控制系統的優化設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的質量和效率.但是在PLC自動化控制系統優化設計過程中，除了要按照一定的生產工藝要求以外，還應遵循一定的優化設計原則，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，這是優化設計的最基本原則.在對于PLC自動化控制系統優化設計之前，應該對于控制系統的基本用途和重要應用環境等進行必要的調查研究，并且搜集和整理相關的數據資料，通過這些準備工作與專業的設計人員形成一份詳細的優化設計方案，同時還要協同各方面關系，積極解決設計過程中出現的問題.
（2）在不影響PLC自動化控制系統基本使用功能的前提下，要盡可能的對于優化設計方案進行優化，力求以更簡單的設計達到最佳的控制效果，從而實現既經濟合理又簡單方便的優化設計方案.
（3）在控制系統優化設計的過程中，還應該始終保證安全、可靠這一條設計主線，保證PLC自動化控制系統效率和質量不斷提升的過程中，還應該努力保證系統的使用安全和可靠.
（4）PLC自動化控制系統優化設計的主要目的就是提高生產效率，這個過程需要伴隨著很多工藝和生產路線的的改進，其中在PLC容量的選擇過程中，應該堅持和實際緊密聯系在一起，合理確定容量，應該留有適當的余地已被日狗優化改造使用.
2 PLC自動化控制系統的優化設計
2.1 PLC自動化控制系統的硬件設計
硬件設計是自動化控制系統優化設計的一個重要環節，同時也是保證PLC自動化控制系統安全可靠運行的重要組成部分，硬件設計主要包括輸入電路設計和輸出電路設計以及抗干擾設計三個部分，以下也將作簡單的論述和分析.
2.1.1 PLC控制系統的輸入電路設計分析
對于PLC自動化控制系統的輸入電源來說，供電電源的電壓一般是AC85-240V，這種供電電源的適應范圍比較廣，因此應用也比較多.而為了更好的減少外界環境對于電源的干擾，我們應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，這樣可以通過屏蔽層的減少高低頻脈沖干擾.對于輸入電路的設計，一般采用DC 24V的輸入電源，但是如果電源帶有負載時，一定要注重電源的容量，同時要做好電源的短路防護的準備工作，這對于保障系統的正常安全運行是非常重要的.另外，一般情況下輸入電源的容量是輸入功率的兩倍以上，在設計時還應該在電源之路或是適當位置安裝專門的熔絲來保證電路的安全.
2.1.2 PLC控制系統的輸出電路設計
在輸出電路設計時，首先應該根據基本的生產工藝要求，做好相關的電路設計準備工作，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速應該使用晶體管進行輸出，特別是頻率過高的PLC控制系統更是需要晶體管作為支撐.而當頻率過低時，我們則首選繼電器作為輸出，不僅設計簡單，而且也可以提升系統的負載能力.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，在設計時應該在直流感性負載的旁邊接上續流二極管，它可以吸收浪涌電流，達到有效保護PLC的目的.
2.1.3 PLC控制系統的抗干擾設計
科學技術的不斷發展和工業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，已經成為了優化設計PLC自動化控制系統的重要內容.目前晶閘管以及變頻調速設置的廣泛應用在帶來系統功能不斷強化同時，也帶來了更多的污染以及相關干擾問題，而控制系統的防干擾設計也是我們優化設計時必須解決的問題.對于PLC控制系統的抗干擾設計，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行隔離，以此來達到抗干擾的目的；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，比如將原來的強電動力線路以及弱電信號線進行分開走線，這也可以起到良好的抗干擾效果.
2.2 PLC控制系統的軟件設計
在進行硬件設計的同時可以著手軟件的設計工作.軟件設計的主要任務是根據控制要求將工藝流程圖轉換為梯形圖，這是PLC應用的最關鍵的問題，程序的編寫是軟件設計的具體表現.在控制工程的應用中，良好的軟件設計思想是關鍵，優秀的軟件設計便于工程技術人員理解掌握、調試系統與日常系統維護.PLC控制系統的程序設計思想.由于生產過程控制要求的復雜程度不同，可將程序按結構形式分為基本程序和模塊化程序.基本程序既可以作為獨立程序控制簡單的生產工藝過程，也可以作為組合模塊結構中的單元程序.把一個總的控制目標程序分成多個具有明確子任務的程序模塊，分別編寫和調試，最后組合成一個完成總任務的完整程序，這種方法叫做模塊化程序設計，這種設計思想和方法對于系統的軟件設計作用極大.
3 結束語
PLC是一種專門在工業環境下的電子操作系統，能夠在無任何保護措施的工作情況下使用.但是當其工作環境過分惡劣或者充滿了電磁干擾的時候，程序便會出現運行錯誤，這將導致設備失靈乃至殃及整個系統.這將要求廠家提高PLC控制系統的穩定性和可靠，提高控制系統的抗干擾能力另一方面設計、安裝和使用維護也要多加重視，多方合作消除干擾.由此對于PLC自動化控制系統進行進一步優化設計也顯得尤為重要.PLC控制系統的優化設計作為一項系統性非常強的系統化工程，其影響因素也是多方面，而要想實現最優化的設計和改進還需要在反復的實踐和設計的過程中不斷地進行總結和優化.本文主要是從系統硬件設計和軟件設計兩個方面對于控制系統的優化進行分析的，其中很多都是在工作中總結出來的經驗，僅供大家參考.
參考文獻：
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關鍵詞：生產系統；礦井開采；生產系統；優化設計
鄭州煤炭工業（集團）有限責任公司超化煤礦到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（集團）有限責任公司規定，受煤炭市場影響，礦井生產經營狀況將出現下滑。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，超化煤礦需要調整礦井后期生產系統，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，開采上限標高+60m，下限標高-900m。該區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，服務年限10a。礦井水文地質條件復雜，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17.58%，為有煤塵爆炸危險性煤，自然發火等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層。
2礦井現有生產系統
超化煤礦現有生產系統為：主立井擔負提煤任務；副立井擔負進風、人員物料升降等任務；西風井擔負進風任務；東風井、31風井擔負回風任務；-100m和-300m水平排水陣地均為一級排水系統，均能夠滿足礦井排水要求；供電系統利用地面35kV變電站和井底車場附近中央變電所向各使用地點供電；原煤在主副立井工業廣場內進行篩分、儲存和鐵路運輸。礦井利用現有系統進行開采，無需增加投資。到2015年底，其他區域基本采完只能開采深部31采區，礦井生產規模維持在150萬t/a左右。
3現有系統存在問題
①深部二1煤內在灰分高，發熱量低，不符合國家供給側結構改革相關政策；②礦井為突出礦井，人員較多，生產成本居高不下，導致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產經營較困難；③深部區域瓦斯含量大，水文地質條件復雜，如果僅開采深部資源，將導致瓦斯抽采、巷道掘進、煤炭回采等作業場所過度集中于一個采區，不利于安全管理。
4礦井生產系統優化設計的提出
根據礦井資源儲量分布情況，超化井田的優勢資源（約860萬t）主要集中在主副立井保護煤柱內，煤層厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根據井下實際采樣，該區域內煤層灰分較低，煤質相對較好。如果對礦井生產系統進行優化，使淺部優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熱量，使兩個區域的瓦斯抽采、巷道掘進、煤炭回采等作業活動交替進行。即礦井在深部區域和淺部區域分別布置一個工作面，其中一個正?；夭?，一個進行瓦斯抽采，避免出現入井人員全部集中于一個區域的現象，提高礦井安全保障程度［1］。本次生產系統優化要重點考慮以下問題：①優化設計要與礦井現狀不矛盾，不影響礦井正常生產經營活動；②目前煤炭市場下，要最大程度壓縮投資，認真進行投資分析，確保經濟效益最優；③系統優化前后的生產銜接要順暢；④地面生產系統位置變化后，環保、煤炭外運等問題要妥善解決。綜上所述，超化煤礦生產系統優化設計將現有主、副立井報廢，改造現有西風井（兩條斜井井筒）為主副、斜井，擔負礦井的提升任務及兼作進風井；井下調整礦井運輸、通風、提升、供電等系統；原主、副立井工業場地建筑及設施隨著開采進度，逐次搬遷至主、副斜井新工業場地。
4.1井下生產系統優化
改造后的主斜井斜長879m，鋪設帶寬1200mm的膠帶輸送機，并安裝架空乘人裝置，主要擔負礦井的提煤、上下人員及進風任務；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，主要擔負礦井的提矸、運料、運設備等輔助提升任務并兼作進風井及安全出口。在-205m以淺新增集中軌道下山和集中皮帶下山，擔負22采區和深部31采區的運輸、進風、運送人員等任務。排水系統利用-300m水平排水系統，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《煤礦安全規程》要求。通風系統仍利用現有的東風井和31風井。供電系統利用在主副斜井工業廣場新建的35kV變電站和井下中央變電所向各作業場所供電。
4.2地面生產系統優化
在主、副斜井工業廣場，合理利用現有建筑物作為調度樓、行政樓、生產樓、區隊值班樓、救護隊值班樓和燈房浴室等行政輔助設施以及機修車間、供應倉庫、物資超市等輔助生產廠房；新建主副斜井井口房、提升機房、35kV變電站、空壓機房、篩分系統及儲煤場，原煤仍采用鐵路外運。
4.3礦井生產系統優化工期及投資
礦井生產系統優化礦建工程為擴砌主副斜井，掘進22采區皮帶下山和軌道下山；土建工程為在主副斜井工業廣場新建篩選樓、皮帶走廊、儲煤場及防風抑塵網等項目，生產系統優化調整工期2a，期間不影響礦井其他區域正常生產，項目總投資20126.48萬元。根據國家煤炭產業政策將礦井生產能力由180萬t/a下降到150萬t/a，服務年限10a。
5礦井生產系統優化方案比較
5.1原生產系統的優缺點
5.1.1優點。①維持目前開拓開采，不再對礦井做生產系統優化，減少了基建投資；②維持目前開采方式，各生產系統不用變化。5.1.2缺點。①深部二1煤內在灰分高，發熱量低，導致二1煤售價低；②礦井為突出礦井，人員較多，生產成本居高不下，導致礦井2015-2021年礦井回收煤柱前，礦井生產經營困難，年均虧損2.1億元；③井下各類抽、掘、采等作業場所集中于一個采區，人員過度集中。
5.2優化后生產系統的優缺點
5.2.1優點。①提前淺部優勢資源，使之與深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的發熱量，煤的售價增高，效益好轉；②生產系統優化后，礦井生產能力穩定，投資回收期5.33a，年均稅后利潤3277.09萬元；③將抽、掘、采作業場所和下井人員在兩區域間合理調配，利于安全管理。5.2.2缺點。①礦井生產系統優化要增加基建投資；②主副斜井工業場地現有占地面積小，地面各場所緊湊；③工業場地變化后要嚴格落實環境保護相關規定。綜合考慮，原有生產系統維持開采方式不變，但礦井經營困難，且不符合國家供給側結構改造政策要求，因此確定對礦井開采后期生產系統進行優化。
6礦井生產系統優化后盈虧分析
按照計算期第5年數據分析計算，盈虧平衡點為：生產能力利用率（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%。該項目達到生產能力的64.05%，即礦井生產能力達到117.65萬t/a，企業就可保本，這說明超化煤礦生產系統優化項目風險較小。
7結語
技術人員對突出礦井開采后期的生產系統進行了合理優化，達到了改善礦井生產經營狀況的目的，開采出了優質煤炭，符合國家目前煤炭產業政策。優化礦井后期生產系統時，要協調考慮設計方案對正常生產的影響、對礦區環境的影響，并對項目的經濟效益分析要全面、可靠。
參考文獻：
【關鍵詞】工程；給排水系統；優化設計
中圖分類號： S611 文獻標識碼： A 文章編號：
前言
文章以自身實踐經驗出發，并結合相關理論知識，對工程給排水系統的優化設計的具體措施，如：給水方式計、排水系統、自動排氣閥、存水彎、熱水系統等方面的優化設計進行了探討。希望能對工程給排水系統優化設計有一定的促進作用。
二、工程給排水系統優化設計措施
1.給水方式優化設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合加壓供水；第二種地下室生活水箱和變頻調速泵聯合加壓供水；第三種無負壓變頻加壓供水三種形式。從節能方面考慮，第一種屋頂水箱與地下水箱水泵聯合加壓最節能，可靠性高，但是屋頂生活水箱有可能使水質二次污染，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，水質污染更嚴重；生活水箱和變頻調速泵聯合加壓，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合加壓，耗電成本會增加；無負壓變頻加壓供水充分利用市政給水壓力，相對節能，而且不會對水質造成二次污染水，所以第三種的水質通常會優于前兩種，但是無負壓變頻加壓設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壓力造成波動，所以應根據工程具體要求結合當地市政供水條件選擇合理的供水方式。
2.排水系統優化設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、產生的能量比較大，往往會在管道內產生氣壓波動，最終造成衛生器具的破壞，從而下水道中的臭氣侵入室內，污染環境。因此，為了提高建筑排水的效果和質量，要從以下各個方面進行有效控制，保證排水系統運行的安全。（1）衛生間出現滲漏情況，主要原因是衛生間地面防水未處理好，地面水滲透到下層，因此要做好衛生間地面的防水處理，保證衛生間所有的管道進行嚴格注水試壓后方可進行隱蔽工作；（2）如果衛生間采用后出水式座便器，側排地漏，應該將浴盆或淋浴房墊高，各衛生器具排水橫支管應沿衛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于建筑外墻處；（3）在施工中要注意和各個專業的協同配合，由于排水橫管及立管均設置于外墻，為了減小對外觀的影響，要在建筑方案設計中，根據給排水施工人員的建議將衛生間布置在建筑的凹槽處，盡量降低對建筑立面的負面影響；（4）高層建筑為減少空調凝結水的自由散落，因此在空調機旁要設置凝結水排水立管，臥室大多采用分體式空調機排水，在離地面2100m處的冷凝水排水立管上接入三通口，將空調凝結水排水軟管接入。
3.自動排氣閥的優化設計沒有設置自動排氣閥的給水系統，在給水管頂部設置一些自閉閥門，雖能達到水流控制的目的，但是對氣流的控制卻不能達到很好的效果。這樣在系統斷水時，就會產生大量的空氣聚集在給水管內，當系統重新供水時，給水管內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。此時如果人為地打開自閉閥門的開關時，給水管內的氣流由于具有較強的壓力，就會瞬間隨著水流噴射出來，最終可能導致人員傷亡或者損壞設備的嚴重后果。4.廚房中排水管的優化設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充地漏水封的損失，管道中的有害氣體會通過地漏進入用戶，影響用戶的健康，建議采用特殊的地漏或者取消地漏。
5.存水彎的優化設計在給排水管道設計時，存水彎設計也是一個關鍵性的問題。為了保證存水彎水封的正常使用，排水管道設計要配備適當的通氣管。許多設計人員認為存水彎設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，存水彎設計在本層較好，用戶可以自我進行清通和處理。6.熱水系統優化設計燃氣熱水器系統、太陽能熱水器系統、熱水爐加熱交換系統等熱水系統廣泛地被建筑設計所采用。從節能減排、環保以及經濟方面考慮，在條件許可的情況下，建筑熱水系統當優先采用太陽能熱水系統。小區內常會設計一套熱水機組集中供應熱水。該熱水系統設計配用開式或閉式儲熱水箱，由管路送至各處。為了確保熱水系統各回路的循環水頭損失相均衡，可將距離加熱器較遠的各立管管徑適當放大，逆向布置回水管，并在每根回水立管上設調節閥或節流孔板。對室外熱水供回水管的設計，可采用預制保溫管道直埋。生活熱水系統中，鋼管會影響水質，且容易結垢，所以金屬管最好采用銅管。
7.衛生間的下排水口優化設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。一些下排水口設計并沒有標注好潔具之間的距離，設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，坐便器應和墻面保持305mm的距離，在裝修之前可保持340mm間距。
8.空調凝結水的優化設計
隨著生活水平的提高，空調已經成為一種生活必要設施，但由于空調凝結水無組織排放而引起居民間的糾紛已屢見不鮮，空調凝結水的有組織排放已勢在必行。給排水設計時，應在空調板位置處設置凝結水排水管，凝結水排水管單獨設置，排至室外散水或者雨水口間接排放。立管選用PVC-U，管徑De40，在每層空調機處預留排水順水三通，以便于空調軟管接人。空調預留孔與冷凝水接駁口水平凈高差建議大于10CM。已便于凝結水排出及防治管道阻塞。
9.地漏水優化設計通常情況下，建筑室內的衛生間中都需要設置地漏，其主要起到排水的作用。然而，很多住戶卻發現衛生間內經常會有臭味，導致這一問題的根本原因是地漏質量不達標。按照我國GB50015-2003（2009年版）中的有關規定，普通住宅建筑衛生間地漏水封的埋深深度不得小于50mm。然而，這一問題卻經常被設計人員忽視，同時，有些開發商為了節約成本，會使用一些劣質地漏，據調查結果顯示，這種質量不合格的地漏，其水封深度最大僅為30mm，與規范中要求的50mm相差甚遠，正因如此，使得衛生間經常會出現異味，這樣既污染了用戶的居住環境，而且還有可能影響到用戶的身體健康。
10消火栓給水系統優化設計高層建筑的給供水系統對消防給水的要求比較嚴格，即要求給排水系統必須具備較高的自救能力，設計獨立的消防給水系統，主要包括室內外的消火栓給水系統和各種滅火系統。室內消火栓給水系統的被設計成網狀，并進行了豎向的分區，確定消火栓口的最低黔水壓力，采用的消火栓是減壓穩壓式，設計三臺消防泵，這樣就為消防工作做足了準備，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。用于高層建筑給供水設計的滅火系統一般包括自動噴水滅火系統、噴氣滅火系統和手提式滅火系統，這些滅火系統都各具優勢，限好的保證了給供水系統的消防安全，保證了居民的生活質量。
結束語
工程給排水系統是一項非常復雜的工程，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，在進行優化設計時，應該多方面因素結合考慮才行。
