国网山东省公司检修公司断路器液压机构自动排气装置的研制

PAGE断路器液压机构自动排气装置的研制国网山东省电力公司检修公司临沂运维分部变电检修班“红色沂蒙”QC小组名词解释：断路器液压机构：断路器液压机构是断路器的重要组成部分，安装在灭弧室本体下方，为断器实现分、合闸操作提供能量和动力。一、小组概况国网山东省电力公司检修公司临沂运维分部变电检修班“红色沂蒙”QC小组自2001年成立以来，坚持以“小、实、活、新”为基础，充分利用QC理念，不断采用新技术、新方法解决了许多生产、工作中的实际问题。表1.1小组概况表小组名称“红色沂蒙”QC小组成立日期2001.3.26发布人赵广方所在部门临沂运维分部课题类型创新型组长张玉清注册号2013-33注册日期2013-01成员人数11TQC教育学习情况人均72小时活动次数月均2次活动时间2013.1-2013.12小组成员姓名性别年龄文化程度岗位小组职务组内分工张玉清男42本科副班长组长方案制定、技术设计刘矞女40研究生主任师组员推进指导尹国慧男29研究生专工组员技术设计赵广方男25本科作业组员撰写报告、成果发布张世龙男26本科作业组员成果发布杜文龙男42本科主责组员方案实施李元安男40本科班长组员方案实施袁计委男29研究生作业组员方案实施苗淞男25本科作业组员方案实施李敏男26本科作业组员方案实施丁永明男42本科主责组员方案实施制表：赵广方时间：2013-2-5二、选择课题（一）问题的提出我公司下辖500kV西门子3AT2-EI型液压机构断路器在实际运行时，时常发生频繁打压故障。如果机构频繁打压，容易造成油泵过负荷运转，严重时导致液压机构无法正常工作，影响断路器的运行。小组分析了该型号液压机构的工作原理：图2.1是液压机构的实物图，图2.2是相应的原理图，低压油箱中的油通过油泵输送至高压侧压缩氮气形储存势能，由于储能筒大小恒定，高压油越多则油压越高、势能越大，给断路器提供的能量也就越大。图2.1液压机构实物图图2.2液压机构原理图如图2.3，油泵偏心轮的A点转至高位时，低压油在自身重力作用下冲破逆止阀1进入泵体，其压力低于高压侧油压，逆止阀2关闭，低压油进入油泵；当油泵偏心轮的B点逐渐转至高位，如图2.4，偏心轮带动柱塞压缩泵体内空间，使泵体内油压力增加，关闭逆止阀1，冲破逆止阀2，油泵内的油进入高压侧。图2.3油泵吸油过程示意图图2.4油泵出油过程示意图由于低压油箱与空气接触，长期运行，空气会随液压油的循环进入油泵累积并占据一定空间，如图2.5，造成进入高压侧的油减少，导致油压降低，如图2.6。为保证高压侧油压，就须增加打压的次数，严重时甚至会每天打压超过12次，形成频繁打压故障。图2.5气体向泵体顶部积累示意图图2.6气体影响油泵出油示意图通常，泵体顶部设排气口，如图2.5，用于检修人员人工排气。但此种作业由于是人工定时排气，无法实时监测产生的气体量，导致机构内即使形成过量的气体也无法及时排出，频繁打压故障仍然经常发生。（二）确定课题为了解决人工排气无法及时排出液压机构内气体的问题，小组成员多次组织讨论，运用头脑风暴法，提出了3个课题方向：图2.7课题选择亲和图小组对课题进行了调研分析，结果如下：表2.1课题调研结果表课题课题1：设计断路器液压机构封闭油路课题2：研制断路器液压机构自动排气装置课题3：研制断路器液压机构油路滤气装置调研结果改变液压油回路需上级单位、生产厂家认可，初步估计研发费用大于5万元，小组难以实施。根据现场作业要求研制，原理较为简单，约需费用3000元，在小组能力范围之内。需要纳米材料，初步估计研发费用大于2万元，小组难以实施。制表：张世龙时间：2013-2-经过综合分析，发现课题2原理简单、造价低、易于实施，因此小组决定将研制断路器液压机构自动排气装置作为课题的研究方向。（三）查新图2.8检索结果确定课题方向后，小组首先开展了查新工作。小组在中国专利信息网（1987-2013）进行检索，确定检索词为“断路器液压机构自动排气”，结果未查到相关内容。（四）确定课题最终，小组确定了本次活动的课题：三、目标设定（一）目标值设定量化目标：研发的装置排气动作值≤60mL。非量化目标：研发的装置能代替人工自动完成监测、判断、排气。（二）可行性分析小组用备用断路器进行了液压机构油泵充气试验，向油泵内强行注入空气，统计注入空气后液压机构的打压次数，记录液压机构发生频繁打压时注入的空气量，即频繁打压动作值，统计结果如下：表3.1频繁打压动作值（频次n=60，单位：mL）857085857085757585758080707075758570758090757585859075808080857580807580808585808585708080808075807580808085808580908075制表：尹国慧时间：2013-2-小组进行了过程能力指数分析如下：求得平均动作值，求得标准差。小组取1级过程能力指数上限CP=1.67，满足此过程能力指数的气体量公差值即可认为是造成频繁打压故障的气体临界值。图3.1气体临界值过程能力指数分析图根据公式，令，求得。因此，我们将研发的装置的动作值设定在60mL及以下，此时，断路器不发生频繁打压故障。通过查阅资料和市场调查我们发现，现有的气量监测原理和市场上现有的监测元件、控制元件的功能与精度均能满足我们的要求，因此量化目标可行。目前，工业生产中运用的多种自动控制系统均能实现完全替代人工，因此，非量化目标可行。四、提出方案并确定最佳方案（一）制定初步方案小组成员按照实际工作的需求，运用头脑风爆法，对所研制产品的性能进行了分析，提出如下3个初步方案：（二）方案分析选择断路器液压机构自动排气装置方案目标：1、过程能力指数CP≥1.33；2、装置结构简单、易于实现。试验描述：设定三种类型传感器的动作值，通过医用精密活塞微量进样器向三种简易装置中注入气体，直至传感器发动作信号，测量各自动作时注入的气体值，进行100次试验，计算三种简易装置的过程能力指数，根据工业生产质量标准，要求达到1级过程能力。待选方案与描述试验分析方案分析结论方案一：气压监测式自动排气装置方案描述：将油气混合物引入储气盒内，采用气压传感器，测量容器内气压，将所测结果输送至控制芯片，控制芯片根据设定值做出是否排气判断，并给排气开关发出排气指令。试验结果：494848524951604757484359446248555556546041554451526354424952514543465147545951444442565143434645474254464147424557556253求得平均动作值，求得标准差,求得过程能力指数。优点：1、结构简单。缺点：1、过程能力指数CP<1.33。不选择方案二：液位监测式自动排气装置方案描述：将油气混合物引入储气盒内，采用液位传感器，当液面高度达到设定值时，控制芯片给排气开关发出排气指令。试验结果：554955495046494956475850525050505448484851564649545051514747564951545650565151504850535849565053514949544753554855525748求得平均动作值，求得标准差,求得过程能力指数。优点：1、过程能力指数CP>1.33。2、价格适中。缺点：1、需要在油路内加装储气装置。选择方案三：色谱监测式自动排气装置方案描述：利用安装在油路里的色谱传感器测量油中的气体浓度，当气体浓度达到设定值时，控制芯片给排气开关发出排气指令。试验结果：496269506371534446736460495054555445515660546051575446434753514962575447436169575357535255415154575859566660584961705178求得平均动作值，求得标准差,求得过程能力指数。优点：1、结构简单。缺点：1、过程能力指数CP<1.33。不选择制表：张玉清时间：2013-2-28经过分析比较，只有第二套方案能满足我们的要求，即通过测量液位反映气体含量，进而实现自动排气。因此，我们决定研制液位监测式自动排气装置。（三）对第二套方案的分解及选择在选定第二套方案作为我们的初步方案后，小组成员将液位监测式自动排气装置按照功能进行分解，小组认为液位监测式自动排气装置应具备液位测量（反映含气量）、气体排出和自动控制三项基本功能，因此将第二套方案进一步分解为液位测量系统、排气系统和自动控制系统，如下图所示：１、液位测量系统的分解和选择：小组成员首先开始了液位测量系统的设计，经过分析，液位测量系统主要实现气体的收集和测量（通过测量液位反映）两个功能，因此，小组将液位测量系统分解为储气单元和液位传感单元两部分。（1）储气单元的选择储气单元用于接收液压机构油路内的油气混合体，因为空气比油轻，利用密度学原理，气体会浮于液压油之上，在储气单元内形成上部空气下部油，实现油气分离。正常工作时，低压油箱与油泵高度差为1m，因此低压油箱在油泵处产生的压强为P=ρgh0≈879×9.8×1=8614.2Pa，此压强即为储气单元实际工作时所承受的压强，考虑至少50%的安全裕度，要求盒体必须能承受8614.2×2=17228Pa的压强。小组对储气单元提出了硬聚乙烯盒体和不锈钢盒体两个备选方案。储气单元的选择方案目标：1、盒体能承受17228Pa的压强；2、重量轻，便于安装；3、便于观察进气情况；4、制作简单。试验描述：采购硬聚乙烯盒体和不锈钢盒体进行试验。1、材料疲劳性试验：施加不同的应力范围S，进行疲劳试验，记录相应的寿命N，即可得到图示S-N寿命曲线。材料的疲劳性能用施加的应力范围S与到破坏时的寿命N之间的关系描述，即S-N寿命曲线。2、查询两种材料的密度，进行质量比较。待选方案与描述试验分析方案分析结论方案一：硬聚乙烯盒体方案描述：硬聚乙烯盒体以高密度聚乙烯树脂为原料，配以一定量的助剂，经塑化，挤出而成。具有材质透明、坚固、耐腐蚀、耐老化、产品强度大和施工安装方便等特点。1、采用高频疲劳试验机，对硬聚乙烯盒体做出S-N曲线，对其疲劳寿命进行预测，S-N曲线的数学表达式NSm=A两边取对数，LogN+mLogS=LogAM，A与具体材料牌号有关的回归模型参数。材料疲劳性能试验所用标准试件（通常为7～10件），施加不同的应力范围S，进行疲劳试验，记录相应的寿命N，即可得到S-N寿命曲线如下：应力S/Mpa17161412.81211.511寿命N701021035×1035×1048×105107说明：其能承受的极限压强最小值10Mpa也远大17228Pa，即盒体机械性能完全满足。2、塑料氯乙烯密度为0.930-0.940g/cm3，经小组测算，硬聚氯乙烯盒体质量为0.2千克优点：1、盒体能承受17228Pa的压强；2、重量轻，易于安装；3、盒体透明，便于观察进气情况。缺点：1、制作工艺要求高。选择方案二：不锈钢盒体。方案描述：采用不锈钢材料制作的盒体，具有优异的耐腐蚀、良好的耐碱和耐酸性能、韧性强等特点。采用高频疲劳试验机，对不锈钢盒体做出S-N寿命曲线，原理同上，对其疲劳寿命进行预测，如下：应力S/Mpa1816141312.51211.8寿命N801021035×1035×1047×105107说明：其能承受的极限压强最小值11.5Mpa也远大于17228Pa，即盒体机械性能完全满足。2、不锈钢密度为7.93-8.00g/cm3，经小组测算，不锈钢盒体质量为0.4千克。优点：1、盒体能承受17228Pa的压强；2、制作工艺简单。缺点：1、重量大，安装相对麻烦；2、材质不透明，无法观察进气情况。不选择制表：尹国慧时间：2013-3-4（2）液位传感单元的选择液位传感单元用于精确测量储气单元内的液压油液位，液位越高，表明油中含气量越低；液位越低，则表明油中含气量越高。当液位低至某一数值时，则气体含量超过临界值，出现打压超时告警故障。小组调查了市场上常见的液位传感器并提出了CSHY-L投入式液位传感器和LS浮标式液位传感器。液位传感单元的选择方案目标：1、液位传感单元误差率<1%；2、安装方便。试验描述：在容器内通过精密活塞微量进样器注入不同体积的液压油，分别用两种液位传感器进行测试，根据测试结果计算容器内含油量，与注入量比较，重复试验100次，统计各次试验结果，计算误差。经查阅，压力变送器的工业仪表误差标准为1%，小组要求两种传感器的误差率在此范围内。待选方案与描述试验分析方案分析结论方案一：CSHY-L投入式液位传感器方案描述：投入式液位传感器内部有压敏电阻，通过电阻的变化反映压力。误差试验结果：序号12..100平均注入体积（mL）200200..200--测量结果（mL）196195..196--误差（mL）45..4--误差率2.0%2.5%..2%2.3%说明：经过调查，CHSY-L投入式液位传感器的体积为3-5cm优点：1、体积相对小，安装相对方便。缺点：1、测量误差率﹥1%。不选择方案二：LS浮标式液位传感器方案描述：LS浮标式液位传感器利用通过浮球的上下移动触发相应信号，反映压力。误差试验结果：序号12..100平均注入体积（mL）200200..200--测量结果（mL）199198..199--误差（mL）12..1--误差率0.5%1%..0.5%0.8%说明：经过调查，LS浮标式液位传感器的体积为5-8cm优点：1、测量误差率＜1%。缺点：1、体积稍大。选择制表：李敏时间：2013-3-6２、排气系统的分解和选择排气系统是气体排出储气盒体的单向路径，应有排气出口和控制排气出口关合的开关装置，因此排气系统进一步分解为排气出口和排气开关。（1）排气出口的选择小组调查了目前市场上主流的气体排气出口，发现市场上种类繁多，型号各异，因此小组决定通过正交试验来选取符合要求的排气出口部件。经调查，适合我们使用的排气出口参数主要有：因素A：材质硬度（4.8级、8.8级）；因素B:形态（密集式、松散式）；因素C：接口长度（0.5cm、1cm）；因素D：通道直径（3mm、6mm）。我们在市场上采购了多种型号参数的排气出口部件进行了正交试验，通过仪器测量出口是否单向排气与排气速度，其中，考虑到低压油箱在油泵处产生的压强为P=ρgh0≈879×9.8×1=8614.2Pa，测量排气速度时施加10000Pa的压力。表4.1正交试验表试验计划试验结果试验号材质硬度A形态B接口长度C通道直径D排气速度（mL/s）是否单向11（4.8）1（松散式）1（0.5cm）1（3mm）15是22（8.8）12（1cm）119是312（密集式）219否4221118否51122（6mm）14是6211224是7121213否8222217否I=位级1产率之和51727061I+II=128=总和II=位级2产率之和78575968极差R2715117制表：张玉清时间：2013-4-9试验结果分析：“直接看”第6号的排气速度24最高，且为单向排气，试验参数为：表4.2第6号试验参数材质硬度：8.8形态：松散式接口长度：0.5cm通道直径：6mm制表：张玉清时间：2013-4-9“算一算”：因素从主到次：材质硬度形态接口长度通道直径好位级：8.8松散式0.5cm6mm“算一算”的好条件和“直接看”的好条件一致，因此我们根据正交试验结果选择了相应参数的排气出口：NORGERT20排气阀，参数如下表4.3NORGERT20排气阀参数品牌：NORGER/诺冠型号：T20C2800材质硬度：8.8工作温度：常温工作环境：常压接口长度：5cm形态：松散式外形：微型适用介质：空气通道直径：6mm制表：张玉清时间：2013-4-9（2）排气开关的选择 排气开关根据指令进行机械性的动作，以控制排气出口的打开和关闭，将电信号转变为机械动作信号，实现这种功能的就是电磁阀，小组成员查阅资料，选择了市场上最常用的2W-160常闭型直流式电磁阀和PU90交流式电磁阀两种方案。排气开关的选择方案目标：1、动作成功率>99%；2、使用寿命长；3、安装方便，无需增加附属设备。试验描述：分析比较两种电磁阀原理的特点、参数，使两种电磁阀分别动作200次，统计动作结果，计算动作成功率。小组参考微型电磁阀动作失败容忍次数1/100，要求电磁阀动作成功率>99%。待选方案与描述试验分析方案分析结论方案一：2W-160常闭型直流式电磁阀方案描述：直流电磁阀利用直流电通过线圈时产生磁场，吸引铁芯进行机械动作。参数项目数据使用电压24V直流电压允许切换频率120次/min线路配置需专用直流电源电磁启动力5-10N正常使用寿命2-3年其他功能可实现手动打开/关闭试验结果：序号123..200动作成功次数动作成功率动作结果成功成功成功..成功200100%优点:1、动作可靠，动作成率>99%；2、使用寿命长。缺点：1、需专用直流电源。选择方案二：PU90交流式电磁阀方案描述：交流电磁阀利用交流电通过线圈时产生磁场，吸引铁芯进行机械动作。试验结果：序号1.43.200动作成功次数动作成功率动作结果成功.失败.成功19296%参数项目数据使用电压220V交流电压允许切换频率30次/min线路配置简单，普通220V电源即可电磁启动力20-50N正常使用寿命1-2年其他功能可实现手动打开/关闭优点：1、线路配置简单，无需专用电源。缺点：1、动作成功率<99%；2、使用寿命短。不选择制表：丁永明时间：2013-4-16３、自动控制系统的分解及选择：小组对自动控制系统进行了分析，认为自动控制系统应能够对输入的液位信号做出判定，并给出相应输出信号，即输入的液位值高于设定值（表明含气低），则输出正常信号；输入的液位值低于设定值（表明含气过高），则发排气动作信号。根据一般控制系统的解构组成，自动控制系统应包含控制单元和供电单元两部分。（1）控制单元的选择控制单元是控制系统的核心部分，是控制系统逻辑实现的关键部件。根据设计，自动控制系统接收传感器输入信号，将该信号与设定阈值进行比较，根据比较结果输出不同的信号。小组首先对控制平台进行了选择，提出了门式集成电路和单片机最小系统两种选择。按照控制单元输入-判断-输出的功能，分别检验两种平台的性能。控制单元的选择方案目标：1、计算正确率>99%；2、维护方便；3、制作简单。试验描述：小组成员假定阈值为60，用EWB软件分别设计好门式集成电路和单片机最小系统的电路接线，拷入单片机一个简单的输入-比较-输出程序进行模拟，用频数发生器连续输入1000个0到100之间的随机信号，检查输出电位高低，统计计算正确率，按照工业集成电路运算标准，小组要求计算正确率>99%。待选方案与描述试验分析方案分析结论方案一：门式集成电路方案描述：通过简单的与非门等门器件，将输入信号经过门电路的组合变换，转换成相应动作信号输出。序号12.602.1000正确次数正确率输入245.69.98--输出低低.低.高--结果正确正确.错误.正确98898.8%门式集成电路每次修改阈值都要重新设计电路。优点：1、制作简单。缺点：计算正确率<99%；2、维护不方便。不选择方案二：单片机最小系统方案描述：单片机最小系统是用最少的元件组成的控制系统，可实现输入信号的运算、整理以及动作信号的输出。序号12.833.1000正确次数正确率输入245.75.98--输出低低.低.高--结果正确正确.错误.正确99799.7%单片机最小系统修改阈值只需导入新的程序，无需改变电路。优点：计算正确率大于99%；2、维护方便。缺点：1、需附加编译软件程序。选择制表：苗淞时间：2013-4-24小组查阅资料，将单片机最小系统分解为硬件系统板和软件程序两部分，并根据目前市场上最为流行的单片机最小系统调查结果，提出了相应的备选方案。硬件系统板的选择方案目标：1、ABC分析法选择性价比最高的系统板；2、工作频率≥40MHz。试验描述：使用价值工程ABC分析法，将几种系统板的硬件模块按成本大小依次排队，根据硬件模块排队的累计件数，求出占全部硬件模块总数的百分比。根据硬件模块累计成本，求出占总成本的百分比，将全部硬件模块划分为ABC三类。先以A类，其次再以BC类为VE对象，最后对几种系统板进行比较，选出性价比高的产品。待选方案与描述试验分析方案分析结论ATMELAVRATXMEGA32A4系统板方案描述：ATxmega芯片是一种高度集成化的微控制器，工作频率为80MHz。列出ATMELAVRATXMEGA32A4系统板的A.B.C.成本分类：序号硬件模块名称项数项数累计累计百分比每项金额累计金额累计百分比分类1CPU1114.29%353524.65%A2存储器1228.57%286344.37%B3晶振1342.86%198257.75%4A/D1457.14%169869.01%C5PDI1571.43%1711580.99%6USB1685.71%2313897.18%7复位17100%4142100%从表中看出A类金额累计百分比24.65%。其A.B.C.分析曲线图如下：优点：1、工作频率≥40MHz。缺点：1、A类较重要的功能模块成本却低，而B、C类较次要模块功能成本高。不选择NXPLPC1768系统板方案描述：LPC1768是高集成度和低功耗的嵌入式应用芯片，工作频率为80MHz。列出NXPLPC1768系统板的A.B.C.成本分类：序号硬件模块名称项数项数累计累计百分比每项金额累计金额累计百分比分类1CPU1116.67%454537.5%A2存储器1233.33%277260%B3晶振1350%189075%4A/D1466.67%1310385.83%C5PDI1583.33%1411797.5%6复位16100%3120100%从表中看出A类金额累计百分比37.5%。其A.B.C.分析曲线图如下：优点：1、A类较重要的功能模块成本高，B、C类较次要模块功能成本低；2、工作频率≥40MHz。缺点：1、辅助功能少。选择ARMAT91SAM3U4E系统板方案描述：AT91SAM3U4E系统板具备丰富的片上外设接口，工作频率为36MHz，功能强大。列出ARMAT91SAM3U4E系统板的A.B.C.成本分类：序号硬件模块名称项数项数累计累计百分比每项金额累计金额累计百分比分类1CPU1114.29%484832%A2存储器1228.57%317952.67%B3晶振1342.86%179664%4A/D1457.14%1811476%C5PDI1571.43%1713187.33%6LED1685.71%1514194%7复位17100%4150100%从表中看出A类金额累计百分比32%。其A.B.C.分析曲线图如下：优点：1、A类较重要的功能模块成本高。缺点:1、工作频率<40MHz；2、B、C类较次要模块功能成本高。不选择制表：杜文龙时间：2013-5-6软件程序的选择方案目标：1、仿真正确率100%；2、编程可维护性好；3、速度快。试验描述：小组请来相关人员分别用汇编语言、VB语言、C语言编译了一段简单的输入-判断-输出程序，假定阈值60，并分别在各自的编译环境下进行100次仿真，模拟输入值，统计输出结果，计算软件仿真正确率，统计每次执行时间。同时比较三种语言的特点进行选择。待选方案与描述试验分析方案分析结论汇编语言方案描述：汇编语言是面向机器的程序设计语言。序号12.100正确率平均输入4526.70--输出低低.高--结果正确正确.正确100%-时间3us2us.2us-2us汇编语言目标代码简短，占用内存少，执行速度快。但是其缺乏可移植性，需专业人员维护。优点：1、仿真正确率100%；2、速度快。缺点：1、可维护性差。不选择VB语言方案描述：VB是一种包含协助开发环境的事件驱动编程语言。序号12.100正确率平均输入4526.70--输出低低.高--结果正确正确.正确100%-时间3us5us.5us-4usVB语言直观、速度快，便于编写代码和维护。但代码冗余较多。优点：仿真正确率100%。缺点：1、可维护性差，代码冗余较多。不选择C语言方案描述：C语言既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。序号12.100正确率平均输入4526.70--输出低低.高--结果正确正确.正确100%-时间5us4us.5us-5usC语言紧凑、灵活、代码简单、运算符丰富、可移植性好，其执行速度较另两种语言慢，但是装置所用程序相对简单，执行速度差距甚微，可以接受。优点：1、仿真正确率100%；2、编程可维护性好。缺点：1、速度慢。选择制表：袁计委时间：2013-5-13（2）供电单元的选择供电单元负责给装置提供电能，小组成员根据研发经验，提出直流供电和交流供电两种方案。供电单元的选择方案目标：1、输出电压波动≤±10%；2、连续供电性好；3、安装方便。调查分析：传感器和电磁阀的工作电源均为标准直流24V。小组调查了市场上现有主流24V直流电池的相关参数，并与交流供电比较进行了两种情况下100次输出电压波动测试，用能够精确真实反映输出值的准确级为±(0.5%+3字)的万用表，按照目前国内3C规格标准，电源输出电压波动须在±10%以内。待选方案与描述试验分析方案分析结论方案一：直流供电方案描述：用直流电池给系统供电。单片机系统所需电流约为20mA，以目前市场上电池最大额定容量100000mAh计算，电池可使用10000/20=500h，即500/24=20.8天，因此，三个星期就需要对电池充电维护。试验结果：（单位V）序号12.100平均标准电压2424.2424输出电压24.424.9波动范围+2%-1%.+5%+4%优点：1、输出电压波动≤±10%；2、安装方便。缺点：连续供电性差。不选择方案二：交流供电方案描述：接入普通220V交流电，通过电源转器，给系统供电。电源类型电源大小所需附件维护情况接入外置220V电源220V交流电220V-24V交/直转换模块免维护试验结果：（单位V）序号12.100平均标准电压220220.220220输出电压217.8217.9电压波动-1%-2%.-1%-1%优点：1、输出电压波动≤±10%；2、连续供电性好。缺点：1、需要交/直转换器，安装相对复杂。选择制表：李元安时间：2013-5-20小组对交/直转换器进行了选择，经过市场调查，提出了两种备选方案：电源转换器的选择方案目标：1、输出电压波动≤±10%；2、输出电压稳定性好；3、价格适中。调查分析：小组调查了两种电源转换器的参数，分别测试两种电源转换器50次输出电压值，计算输出电压波动，并通过折现图观察两种开关电源的波动范围，波动范围越小则输出稳定性越好。按照目前国内3C规格标准，电源输出电压波动须在±10%以内。在±10%的电压波动要求下，输出电压的上下限值分别为26.4V和21.6V。待选方案试验分析方案分析结论方案一：D-120开关电源方案描述：D-120开关电源是一种推挽式电源转换器。试验结果如下：序号12.50平均标准电压2424.2424输出电压3.623.5电压波动-4%-2%.-2%-2%输出电压均在22.5V～24.5V，波动范围-6%～+2%。经调查，D-120开关电源的价格为118元。优点：1、输出电压波动≤±10%；2、输出电压稳定性好。缺点：1、价格相对高。选择方案二：D-50B开关电源方案描述：D-50B开关电源是一种单端式电源转换器。试验结果如下：序号12.50平均标准电压2424.2424输出电压24.823．3.23.323.7电压波动+3%-3%.-3%-1%输出电压均在21.7V～24.9V，波动范围-10%～+4%。经调查，D-50B开关电源的价格为70元。优点：1、输出电压波动≤±10%；2、价格相对便宜。缺点：1、输出电压稳定性差。不选择制表：李元安时间：2013-5-21（四）确定最佳方案图4.1最佳方案示意图五、制定对策有了最佳方案，小组根据5W1H的原则制订了活动对策表，如下图所示：表5.1活动对策表序号对策目标措施地点负责人时间1制作硬聚乙烯盒体盒体耐压寿命N>1081、确定盒体大小；2、并加工合适大小的盒体；3、将油气导管与盒体连接。沂蒙五金公司张玉清张世龙2013/6/6--2013/6/132安装液位传感器液位传感器误差率<1%1、安装液位传感器；2、调试液位传感器。单位实验室尹国慧赵广方2013/6/14--2013/6/213制作排气单元排气单元排气速度>15mL/s采购排气阀；2、安装排气阀；3、测试排气单元排气功能。沂蒙五金公司李敏袁计委2013/6/22--2013/6/294安装直流式电磁阀电磁阀动作成功率>99%采购电磁阀；安装电磁阀；调试电磁阀。沂蒙五金公司李元安苗淞2013/7/1--2013/7/75安装系统板系统板数据传输的误码率≤10E-61、安装单片机系统板；2、调试单片机内部的计数器，实现对脉冲信号的计数。单位实验室杜文龙丁永明2013/7/10--2013/7/166C语言编程软件仿真正确率100%1、用C语言编写程序，并在KELL平台下进行调试；2、对程序进行编译。单位实验室刘矞赵广方2013/7/17--2013/7/237采用开关电源输出电压波动≤±10%1、采购开关电源；2、安装调试。沂蒙五金公司李元安张世龙2013/7/24--2013/7/308组装调试装置排气动作值≤60mL1、制作排气装置面板；2、将各部分焊接组装；3、进行调试试验。单位实验室、沂蒙站尹国慧赵广方2013/8/1--2013/8/10制表：赵广方时间：2013-6-5小组针对对策表制作了过程决策程序图，如下图所示：图5.1过程决策程序图六、对策实施对策实施一：制作硬聚乙烯盒体小组成员购买了硬质聚乙烯塑料板，制作了5cm×2cm×8cm的硬聚乙烯盒体，并在盒体顶部和底部开孔，采用塑料螺栓连接好油气导管。图6.1制作硬聚乙烯盒体对策检查一：小组对盒体进行材料疲劳性试验，选用标准试件7件，施加不同的应力范围S，进行疲劳试验，记录相应的寿命N，即可得到疲劳寿命S-N寿命曲线如下：表6.1盒体疲劳试验结果应力S/Mpa18161412.51211.511寿命N2.8×105×107.5×100.7×1030.8×1041051.1×106制表：张玉清时间：2013-6-5图6.2盒体S-N寿命曲线S-N曲线表明，10MPa的压力时盒体即已达到平衡状态，平衡状态的压力值远远大于17228Pa，盒体耐压寿命N>108。结论一：对策实施二：安装LS浮标式液位传感器小组成员前往沂蒙五金市场，选购了适合实际盒体大小的LS01型液位传感器。并安装在盒体中。图6.3LS浮标式液位传感器图6.4液位传感器试验对策检查二：小组成员在盒体内注入200mL液压油，用LS浮标液位传感器测量计算盒体内含油量，与注入量比较，重复试验100次，统计各次试验结果，计算误差，结果如下表所示。表6.2误差试验结果序号123.979899100平均注入体积（mL）200200200.200200200200--测量结果（mL）199197198.198198199199--误差（mL）132.2211--误差率0.5%1.5%1%.1%1%0.5%0.5%0.9%制表：赵广方时间：2013-6-21结论二：对策实施三：制作排气单元小组成员在沂蒙五金有限公司采购了NORGER排气阀，制作排气单元。图6.5流速标准测量仪图6.6排气单元试验对策检查三：为了确定排气单元是否满足能排气速度的要求，小组进行了排气速度试验，用流速标准测量仪记录排气单元的排气速度，重复试验100次。表6.3排气试验结果序号1234…979899100平均速度排气速度（mL/s）29203119…4435283026制表：袁计委时间：2013-6-29结论三：对策实施四：安装2W-160常闭型直流式电磁阀小组成员前往沂蒙五金市场，选购了2W-160常闭型直流式电磁阀，并进行了安装。图6.72W-160常闭型直流式电磁阀图6.8电磁阀动作试验对策检查四：小组成员使电磁阀动作100次，统计动作结果，计算动作成功率。表6.4动作试验结果序号123456..100动作成功次数动作成功率动作结果成功成功成功成功成功成功..成功100100%制表：苗淞时间：2013-7-7结论四：对策实施五：安装NXPLPC1768系统板将液位传感器输出的脉冲信号与系统板主MCU的输入管脚连接在一起，通过调试系统板内部的计数器，实现对脉冲信号的计数。图6.9NXPLPC1768系统板对策检查五：我们在实验室中模拟20组数据，将模拟数据进行A/D转换为二进制的代码后记录下来，通过通信接口再传送到系统板数据采集接口中，在系统板数据采集接口处我们测得相应的20组二进制代码，用误码率测试仪将这20组二进制代码与输入的源二进制代码相比较，根据误码率公式：Pe=Ne/N，N为总的发送的比特数，Ne为接收出现差错的比特数，求出误码率Pe。在计算机网络中,一般要求误码率低于10-6。表6.5误码试验结果组号发送的比特数N接收出现差错的比特数Ne误码率Pe=Ne/N110000000021000000003100000011×10-641000000020.5×10-651000000010.1×10-618100000000480.48×10-619100000000380.38×10-620100000000330.33×10-6平均值0.58×10-6制图：袁计委时间：2013-7-16表中得知，每次测试误码率均不超过10-6，平均误码率仅为0.58×10-6。结论五：对策实施六：C语言编程我们进行程序功能设计，绘制程序流程图，并进行编程与调试工作，使用C语言开发工具按流程对单片机进行编程，小组设定通过液位信号算得气体含量达到60mL时，发排气指令。图6.10程序流程图对策检查六：小组对编号的软件进行了仿真试验，输入100个模拟含气量，分别检测是否发出排气信号，统计软件仿真正确率。表6.6仿真试验结果序号含气量输入mL输出信号是否正确189排气指令正确240不排气指令正确373排气指令正确454不排气指令正确525不排气指令正确616不排气指令正确761排气指令正确…………9976排气指令正确10058不排气指令正确正确率100%制表：刘矞时间：2013-7-23结论六：对策实施七：采用D-120开关电源小组选购了D-120开关电源，并进行了安装调试，其中所用万用表准确级为±(0.5%+3字)，完全能够精确真实的反映输出值。图6.11D-120开关电源图6.12D-120开关电源试验对策检查七：小组成员对D-120开关电源测试50次输出电压值，计算输出电压波动：表6.7电压波动试验结果序号12345678.50平均标准电压2424242424242424.2424输出电压24.923．225．824．622．423．725．222．电压波动+4%-3%+7%+3%-6%-1%+5%-6%.+1%-1%制表：张世龙时间：2013-7-30图6.13输出电压波动示意图结论七：对策实施八：组装调试小组根据所选用各部件的大小制造了塑料外壳，根据各部件的功能制作了面板（如电磁阀具有手动打开功能，储气盒具有液位观察功能），小组将各部件连接好并固定在塑料外壳内，将制作好的面板粘贴在了外壳上。图6.14制作面板对策检查八：小组将排气装置安装备用断路器上，对断路器液压回路注入空气，直至装置动作排气，进行100次试验，统计每次排气动作值，结果如下表所示：表6.8排气试验结果（频次n=100，单位：mL）57.058.257.556.257.658.758.156.156.658.058.557.657.458.157.758.356.858.057.755.358.756.856.559.656.358.857.058.157.457.557.857.457.056.657.656.957.857.856.957.457.858.056.259.058.156.756.657.756.357.156.958.857.156.356.257.658.556.258.460.256.359.556.456.356.857.057.557.555.560.257.856.957.258.256.657.259.258.558.056.357.356.856.554.958.455.759.958.060.857.357.756.058.156.956.758.159.658.458.556.8制表：尹国慧时间：2013-计算得出其平均值=57.9mL。图6.15安德森-达林正态性检验概率图对上述样本利用Mintab软件进行安德森-达林正态性检验，其中P值定义为，显著性水平α=0.05。Mintab软件进行数据分析后的检验结果如图。根据安德森-达林检验的判据，由于P=0.140>α=