dcs控制系统及其应用

第一篇：dcs控制系统及其应用

焦化厂焦炉生产及煤气净化DCS控制系统的应用

王 野 吴恒奎

黑龙江建龙钢铁有限公司 双鸭山市 155126

摘要：黑建龙钢铁有限公司焦化厂焦炉生产及煤气净化生产自动化采用DCS控制系统，分别对炼焦工艺生产过程、煤气净化工艺生产过程及公铺系统实现DCS控制，其中煤气净化包括;煤气鼓风机自动调速、冷凝、脱硫、硫铵、终冷洗苯、粗苯回收。公辅系统包括;循环水、空压站、制冷站、油库全面实现计算机控制，所有工艺参数检测、设备运行、停止、事故、联锁、监视、控制都由操作工在中央控制室完成，真正实现了焦化生产自动控制。

关键词：焦炉生产 煤气净化 DCS系统

1、焦炉生产及煤气净化部分DCS控制方案

1.1概述:为2260孔JNDK43-03F型焦炉，焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统。采用浙大中控WebField JX-300XP控制系统。

焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统。采用浙大中控WebField JX-300XP控制系统。工艺过程如下：焦化是将煤送进焦炉进行加热到1000℃左右，产生出来的焦碳冷凝以后送到筛焦。煤焦化过程中产生的煤气送到冷鼓工段，将其中的焦油提取出来，出来的煤气再经过脱硫塔将硫脱离出来回收，再到洗苯塔和脱苯塔将苯分离出来，产生的硫和焦化产生的氨水进行反应生成硫铵，经脱苯以后的煤气送到焦炉燃烧给煤焦化提供热量。

1.2、焦炉工段：从配煤过来的煤送到焦炉，在焦炉中进行加热，主管煤气经

过煤气预热器进行预热后燃烧为煤的加热提供热量。该工段主要有四个控制回路：机侧分烟道吸力调节、焦侧分烟道吸力调节、集气管煤气压力调节、主管煤气压力调节。 1.3、冷凝鼓风电捕

焦炉过来的煤气进入到气液分离器杂质进行分离，然后到初冷器进行冷凝，经过风机打入电捕焦油器，在电捕焦油器中将焦油分离出来，煤气送到焦炉燃烧。该工段控制回路主要有：入电捕器蒸汽总管压力调节、鼓风机进口压力调节、初冷器后煤气温度调节、上段冷凝液槽液位调节、高压氨水压力调节。

1.4、通过对煤气鼓风机液力偶合器转速精确控制,来实现对焦炉集气管压力控制,焦炉集气管控制系统是生产工艺主系统(焦炉煤气)的长周期连续稳定运行、为延长焦炉使用寿命起到了决定作用，并为工艺数据积累，进行技术研究提供了保障。

1.5、脱硫及硫回收工段

脱硫及硫回收是脱硫液和溶液在脱硫塔中进行反应将硫脱离出来，然后溶液进入再生塔再生。主要有三个控制回路：进脱硫塔B溶液流量调节、进再生塔溶液流量调节和进再生塔B空气流量调节。 1.6、硫铵工段

硫铵的工艺流程是剩余氨水先通过预热器进行预热，然后进入蒸氨塔反应，再到气液分离器与其他的物质进行分离，分离出来的氨气和母液在硫铵饱和器反

应生成硫铵，硫铵液再打到结晶槽中结晶，然后经干燥器干燥后包装。这里主要有两个控制回路：进沸腾干燥器温度调节和蒸氨塔顶温度调节。 1.7、洗苯脱苯工段

洗苯脱苯的工艺流程是贫富油经洗苯塔洗苯以后进入脱苯塔，在不同的地方利用温度的不同产生轻苯油水和重苯油水，经油水分离器进行分离，再进行冷凝冷却以后装车。其主要有两个控制回路：出管式富油温度调节和脱苯塔出口油气温度调节。

1.8、供辅循环水、油库、空压站、制冷站检测控制。

2、焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统构成 2.1、概述

WebField JX-300XP是中控基于web技术推出的网络化控制系统。JX-300XP系统吸收了最新的网络技术、微电子技术成果，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了系统性能，能适应更广泛更复杂的应用要求。同时，作为一套全数字化、结构灵活、功能完善的开放式集散控制系统，JX-300XP具备卓越的开放型，能轻松实现与多种现场总线标准和各种异构系统的综合集成。160万/吨焦炉生产及煤气净化部分DCS控制系统构成： 焦炉控制站、鼓风机控制站、硫铵中控站;硫铵中控站包括7个远程控制站，有冷凝、油库、循环水、空压站、制冷站、脱硫、洗苯脱苯等工艺控制再硫铵中控集

中控制。2.2配置方案：整个DCS系统由六台操作员站、一台工程师站、一个网关站、三个控制站、十个扩展柜组成，六台操作员站分别完成对各个界区的监控，工程师站负责整个系统的软件维护，网关站负责将数据送到公司管理网上。

2.2、控制站功能

SUPCON JX-300X DCS控制站能完成I/O处理、数据采集、模拟量控制和顺序控制。包括温度、压力、流量、液位的检测、监视、PID调节和各种复杂调节，各种阀门的开关，各种泵的启停等顺序控制，各种设备运行状态的监视及联锁保护等。

同时，控制站还可完成一些更复杂、更特殊的控制功能。提供的SCX 高级语言、功能块图(FBD)、梯形图(LD)、顺控图(SFC)能实现各种复杂的先进控制策略。

3、系统特点

3.1、技术成熟，性能稳定

3.2、高速、可靠、开放的通信控制网络SCnet II 3.

3、分散、独立、功能强大的控制站 3.4、全智能化设计 3.

5、任意冗余配置

3.6.、I/O卡件贴片化设计、I/O端子可插拔设计

3.7、简单、易用的组态手段和工具 3.

8、丰富、实用、友好的实时监控界面 3.9、事件记录功能

3.10、多功能的协议转换接口 3.

11、方便实现与异构系统的集成 3.

12、产品多元化、网络化

4、系统结构

WebField JX-300XP系统由工程师站、操作员站、控制站、过程控制网络等组成。 4.1、工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。

4,

2、操作员站是由工业PC机、显示器(CRT或LCD)、键盘、鼠标、打印机等组成，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。

4.3、控制站是系统中的I/O处理单元，完成整个工业过程的现场数据采集及控制。

4.4、过程控制网络实现工程师站、操作员站、控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速。

160万/吨DCS网络拓扑图

5、网络结构

WebField JX-300XP系统采用三层网络结构：

第一层网络是信息管理网Ethernet采用以太网络，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全钢铁公司综合管理的信息通道。

第二层网络是过程控制网SCnetII 连接了系统的控制站、操作员站、工程师站、通信接口单元等，是传送过程控制实时信息的通道。

第三层网络是控制站内部I/O控制总线，称为SBUS 控制站内部I/O控制总线。

主控制卡、数据转发卡、I/O卡件都是通过SBUS进行信息交换的。 SBUS总线分为两层：双重化总线SBUS-S2和SBUS-S1网络。主控制卡通过它们来管理分散于各个机笼内的I/O卡件。

6、系统规模

WebField JX-300XP最大系统配置为：15个冗余的控制站和32个操作员站或工程师站，系统容量最大可达到15360点。

WebField JX-300XP系统每个控制站最多可挂接8个IO机笼。每个机笼最多可配置20块卡件，即除了最多配置一对互为冗余的主控制卡和数据转发卡之外，还可最多配置16块各类I/O卡件。

在每一机笼内，I/O卡件均可按冗余或不冗余方式任意进行配置。

7、主控制卡

主控制卡是控制站的软硬件核心，负责协调控制站内的所有软硬件关系和各项控制任务，如完成控制站中的I/O信号处理、控制运算、上下网络通信控制处理、冗余诊断等功能。

JX-300XP系统的主控制卡采用双CPU结构，包括主CPU(Master)和从CPU(Slave)，主控制卡JX-300XP的主控制卡支持冗余或非冗余配置，冗余方式为1∶1热备用。

JX-300XP系统主控制卡的控制回路可达128个，最大可带128块I/O卡，通过SBUS实现就地或远程I/O功能。

主控制卡内置后备锂电池，用于保护主控制卡断电情况下卡件内SRAM的数据(包括系统配置、控制参数、运行状态等)，提高系统安全性和可维护性。在系统断电的情况下， SRAM数据可以保存3个月。

8、系统软件

JX-300XP系统的软件采用中控自主开发的Advantrol Pro软件包。

Advantrol Pro在浙大中控的WebField JX-300X、ECS-100等系统上已经得到了广泛的应用，在继承原版本软件功能丰富、界面友好、使用简单特点的基础上，针对JX-300XP系统的特点，中控对原版本的Advantrol Pro软件包进行了多项改进与升级，形成了更为丰富、使用的AdvanTrol-Pro (For JX-300XP)软件包。

软件包构成： AdvanTrol 实时监控软件 SCKey 系统组态软件

SCLang C语言组态软件(简称SCX语言) SCControl 图形化组态软件 SCDraw 流程图制作软件 SCForm 报表制作软件 SCSOE SOE事故分析软件 SCConnect OPC Server软件 SCViewer 离线察看器软件

SCDiagnose 网络检查软件 SCSignal 信号调校软件

9、DCS系统配置 9.1、系统硬件选型

系统选用的是目前国际上先进而通用的、符合IEC297.3标准的VEM机箱。在I/O模板与机箱母板的连接上，选用了国际通用的符合IEC603-2/DIN41612标准的欧式连接器具有外型美观、工艺先进、连接可靠、插拔力小等的特点，其基本失效率为7.5ⅹ10-10/h。I/O端子板与机箱母板I/O总线的连接和电源连接器也同样选用了C-64欧式插座，从而使整个互连系统的可靠性得到保证。 9.2、系统操作站

监控操作站具有独立的CPU，监控操作站可互为热备冗余，一台处理器或电源故障，系统将自动切换到冗余的处理器，操作站之间具有内部切换的能力。操作员站可兼作工程师站。 磁盘驱动系统主要用于系统下装和组态数据的备份，系统具有格式化磁盘的能力。 9.3、工程师站

工程师站主要完成系统组态、监控事故分析等功能，工程师站的配置与监控操作站相同。工程师站可以单独设立，也可以与监控操作站并用。 9.4、服务器

运行在32位Windows 网络平台上，可挂接局域网或广域网，并和过程控制

网、工厂数据库等连接，为系统操作站、工程师站及现场控制站提供数据存取、历史数据采集、报警事件处理及为工厂数据库提供数据。 9.5、人机界面软件

报警事件管理软件及历史数据分析软件均是基于OPC的客户程序，可作为任何支持OPC2.0以上标准的OPC服务器的客户程序。基于OPC的开放控制技术，具有灵活的互可操作性。通过OPC服务器提供的客户接口和自动化接口。

10、监控中心的监视、管理功能 10.1、画面功能

画面为操作员了解生产过程状态提供了显示窗口，显示总工艺画面、PID控制图、在流程图上相应处显示动态数据，显示系统各设备，装置，区域的运行状态以及全部过程参数变量的状态，测量值，设定值，控制方式(手动/自动状态)，高低报警等信息。 10.2、 历史数据

历史数据基于OPC标准存贮的，服务器完成历史数据采集、存贮，并响应客户程序的请求。历史数据采集可采用周期记录方式和事件触发记录方式。根据要求设定采样周期和历史数据保存时间，定义不同的记录触发事件。历史数据按标准方式为客户程序提供查询和读取历史数据的服务。 10.3、历史趋势

趋势曲线或数据列表方式显示历史数据，可用预定义的分组显示，也可在运

行时对分组进行修改显示。趋势曲线可显示在一屏上显示任意时间段的趋势，也可按比例放大或缩小(包括时间轴和显示量程)。曲线方式或列表方式打印给定时段的历史数据。可将同一参数不同时段的数据在同一趋势图上显示比较。 10.4、统计分析和报表

独立的客户程序，可作为后台任务执行。统计分析提供了对指定参数在给定时段或抽样数据的简单统计结果(如最大值、最小值、平均值、累加等)和数字期望、标准方差、概率分布曲线等功能。可通过预定的电子表格方式将给定时段或抽样数据及其统计结果进行报表打印。报表可按预先定义的条件(如定时或事件)启动。 10.5、安全管理

系统提供了完善的安全管理，每个参数、每幅画面、按钮、热键、报表等对象均可指定为不同的区域(可设置多达256个区域)。对每个用户规定了他的安全许可区域及在该区域上可执行的操作。每个用户在操作前必须登录，登录成功后才能在其安全许可区域内执行权限内的操作。 10.6、报警

报警系统由报警事件服务器和报警事件信息管理软件两部分构成，由报警事件服务器对系统进行监视，一旦出现给定的报警或其他事件，便将该报警事件信息通知报警事件信息管理器进行记录，并触发相应的响应。

11、小结

目前该系统运行达到了设计要求，整个系统设计年产焦炭为160万吨/年，现在只有1#~2#焦炉投入运行，DCS控制系统为实现两座焦炉和化产系统达产增效的目标，奠定了充足的数据参考依据，同时提供了有效的控制手段，实践证明该系统为提高劳动生产力，提高经济效益作出了贡献。

作者：王野，男，39岁，黑龙江建龙钢铁有限公司焦化厂主管工程师，联系电话13199190588。

第二篇：基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用

基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用

摘要 本文以山西省某污水处理厂为例，论述了基于Profibus总线的DCS系统在污水处理领域的应用。对系统的硬件、软件结构及工作原理进行了说明。运行表明，该系统能够满足污水处理的自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。

关键词 污水处理;现场总线;分布式控制

1 前言

污水处理厂DCS系统是根据进入污水处理厂的水量、水质等变化指标对提升泵房、P-MSBR生化反应池、污泥脱水间、风机房、紫外线消毒池、排水泵房等进行控制，并把现场各子单元的工艺参数、报警参数、历史数据等通过现场总线传输到中控室的PC机上，在中控室显示器中反应出来，并能自动打印。通过工业以太网和厂长办公室以及当地环保部门相连，随时监视厂里的生产情况。 综合考虑投资、运行成本、处理效果、污水水质等因素，污水处理工艺可分为物理处理、生物处理和化学处理。典型的工艺流程如图1所示：

图1 典型工艺流程图

污水经过粗格栅清除较大的固体悬浮物后进入曝气沉砂池，在沉砂池侧壁下部鼓人压缩空气，污水中的有机物处于悬浮状态，而吸砂机则将沉砂吸出，送到砂水分离器，污水进人初沉池，至此，完成污水的物理处理工艺阶段。污水进人曝气池，保持好氧条件。对沉淀产生的污泥进行浓缩、消化、脱水等处理。大部分二沉池的污泥回流人曝气池进口。完成生物处理阶段工作后，根据需要选择化学处理方法，最终使污水达到国家排放标准[1]。 2 现场总线与分布式控制概述

2.1 现场总线的概念

现场总线是一种在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，可以完成现场自动化设备之间的多点通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换.它是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输[2]。

2.2 现场总线技术的基本特征

开放性、分散化和低成本是现场总线最显著的三大特征，它的出现将使传统的自动控制系统，产生划时代的变革，这场变革的深度和广度将超过历史上任何一次变革，必将开创自动控制的新纪元。

(1)开放性：现场总线是开放互连网络。现场总线标准、协议、规范是公开的，现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层次网络互连，用户可共享网络资源。

(2)分散性：现场总线是结构与功能高度分散的系统。结构上采用了全分布式方案，设备之间可点对点、点对多点或广播多种方式通信。连接到总线上的现场设备是智能化的，且具有按照现场总线协议、规范进行数字通信的能力，并且能够实现分散的功能模块，完成测量、控制、通信的一体化。

(3)低成本：现场总线开放的体系结构省去了中间的控制站，降低开发成本，且彻底分散的分布式结构，将一对一模拟信号传输方式变为一对多的数字信号传输方式，节省了模拟信号传输过程中大量的D/A转换装置、布线安装成本和维护费用。

2.3 Profibus现场总线技术

主流的现场总线技术有以下几种：FF，CAN，Lonworks，DeviceNet，Profibus，Hart，CC-Link，WorldFIP，Interbus。下面主要介绍本文用到的Profibus。

Profibus是过程现场总线的缩写，是20世纪80年代末兴起的一种高可靠性、低成本、组态方便快捷、互换性高、互操作性强、便于运行、系统开放的总线系统，代号DIN19245。Profibus具体规定了串行现场总线的技术和功能特性，它可使分散式数字化控制器从现场底层到车间网络化[3]。

Profibus系统以ISO7498为基础，以开放式系统互联网(OS)I作为参考模型，包括Profibus-DP、Profibus-PA和Profibus-FMS。Profibus-DP是一种高速和便宜的通信连接，它专门为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用设计。其特点是快速、即插即用、效率高、成本低s。Profibus-PA是专门为过程自动化设计的，可用于爆炸危险区域，其特点是面向过程控制，总线供电，本征安全。Profibus-FMS是用来解决车间级通用性通信任务的，可用于大范围和复杂的通信系统。其特点是通用、大范围应用、多主通信。

现场总线控制系统对现场自动化设备的要求较高，而现间段由系列智能节点(控制器、传感器、执行机构等)构成的统一的现场总线系统价格昂贵且难以实现，所以由PLC、PC和现场总线组成与DCS相兼容的系统是比较经济合理的选择。

2.4 分布式控制

分布式控制系统(Distributed Control System)现已成为工业生产过程控制的重要手段，目前已广泛应用到电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业。传统的工业自动化系统中的现场层设备与控制器之间的连接, 是采用一个I/O 点对设备的一个测控点的连接方式,每一个数据至少需要一对双绞线, 一般每个设备只能提供单一的过程信号，大量的相关数据很难得到。传统的DCS 系统结构分为3层, 图2为一个典型的传统DCS 结构图。

图2 传统DCS结构 图 3引入现场总线后的DCS体系结构

虽然在FCS 系统中, 一对双绞线或一条电缆上可以挂接多个设备, 使得硬件数量与投资大为降低。而且通信总线直接延伸到现场传感器、变送器、控制器和伺服机构, 使操作人员在控制室就能实现主控系统对现场设备的在线监视、诊断、校验和参数整定,从而提高了系统的精度、可监视性和抗干扰能力。但是在一些大型的控制系统中存在着许多比较复杂的闭环控制, 系统运行的模式变化也较多, 必须由运算能力强大的DCS 控制器来完成控制作用。所以, 即使出现FCS, 传统的DCS 结构依旧具有其存在的必要。引入现场总线后的DCS 体系结构如图3所示 。

3 系统构成 3.1 DCS系统层次

根据本污水处理厂工艺特点和技术要求，整个污水处理厂的DCS系统分三个层次：现场控制层、车间监控层、厂级监控层。

车间监控层包括：1#PLC站(预处理系统)主要包括粗格栅、提升泵、细格栅、沉砂池设备等，主要检测参数有水位、流量、液位差等;主要监控设备有粗格栅、提升泵等。2#PLC站(生化处理系统)主要包括P-MSBR生化反应池、风机房等，主要检测参数有溶解氧、液位、电流、电压、功率等，主要监控设备有鼓风机、泵类等。3#PLC站(泥处理系统)主要包括污泥浓缩池、污泥脱水机房、紫外线消毒系统出水等，主要检测参数有液位、水量水质等，主要监控设备有泥处理设备、消毒设备[4]。

现场控制层包括各子站、各分站及现场设备。 厂级监控层包括中控室及厂长办公室。

PLC是整个DCS控制系统的核心，负责现场控制信号的处理、执行机构的控制。在处理的关键环节设置现场控制站，本系统中的预处理系统、生化处理系统、泥处理系统分别用一个PLC控制系统，根据实际处理情况和要求，控制泵站系统、曝气设备和排泥设备的启停和工况，以达到设备的最优运行状态，保证污水处理效果。本污水处理厂40kW以上电机全部采用软启动，避免了电机突然启停对电网和设备造成冲击。下位机采用西门子公司的S7-300系列产品，它通过接口模板IM153-3及Profibus-DP网和上一级的PLC站相连进行数据交换和命令传输[5]。系统网络结构如图4所示。

图4 系统网络结构图 3.2 监控软件

上位机采用西门子公司的WINCC监控组态软件，实现对整个工艺流程的设备运行状况的实时监控，将工艺流程以直观的画面显示出来，记录在线检测的参数、设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预告情况，实时诊断和报警[6]。中央控制室设置两台互备的上位机(IPC)冗余相联，有两个完全独立的中央处理站(双电源、双CPU)用以对系统进行开发编程、在线调试和数据修改、存放各种历史数据。值班员通过显示器上显示的各种曲线、报表、画面和声音，可以全面监控工厂工艺参数变化情况、设备运行情况、故障发生情况，通过键盘和鼠标对各站进行远程操作，通过设置的打印机打印所需要的各种资料，控制车间各站的工作状况，根据要求对车间各站发布命令，并能将污水处理厂的各种信号经网络管理层的服务器传输。

厂级监控层作为系统的人机接口单元，可实现对污水处理厂的整个产生过程进行监控，同时又可将污水处理厂的各种现场信号经以太网向上一级的管理服务器传输并执行管理层下达的命令。本系统采用Windows NT4.0操作系统、西门子公司的控制系统组态软件WINCC4.2。该软件是工控界流行的Windows界面软件，它支持TCP/IP协议，因而方便管理。利用它很容易开发各种监控界面，显示现场各种工艺参数、状态、历史曲线、故障发生情况等。并利用键盘操作来进行参数的设置及对现场设备的控制。

4 结论

将基于Profibus的分散控制集中管理的DCS系统成功地运用于污水处理厂，实现了全厂生产过程的自动化，达到了节能降耗、保护设备的目的，减轻了工人的劳动强度，提升了管理水平，提高了工作效率和处理效果，创造了良好的社会效益，改善了周边环境，减轻了对下游水源的污染[8]。

5 参考文献

[1]刘均. 基于PROFIBUS的污水处理自动控制系统[J].机电设备,2008(5). [2]刘爱英.浅议DCS与FCS控制系统[J].工程技术，2010(17). [3]张光杰.Profibus现场总线的结构及应用[J].宁夏机械，2009(2). [4]王小澄.集散控制系统在一级污水处理厂中的应用[J].计算机工程，2007(2). [5]SIEMENS.SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation Mannual，2008 [6]张航.基于现场总线的集散控制系统在水厂自动化中的应用[J].电工技术，2009(9). [7]王小澄.集散控制系统在一级污水处理厂中的应用[J].计算机工程，2007(2). [8]唐维，刘树森.现代污水厂PROFIBUS总线的应用[J].科技探讨，2010(6).

第三篇：地板采暖系统及其应用情况

【摘要】地暖是一个新生事物，是建设部提倡的供暖方向，是提高全民生活水平、奔小康、节省能源，促进人体健康的新途径，也是地暖行业主要任务。关系到国计民生的“三北”供暖革命即将到来，任重而道远。希望设计、施工、材料、检验部门加倍努力，开创地暖市场的新局面。

【关键词】地板采暖 、应用情况 、发展前景

目录

第一章：地板采暖的定义

第二章：地板采暖的分类

第三章：地板采暖的优点

第四章：地板采暖的应用情况

第五章：地板采暖的发展趋势

第六章：地板采暖中存在的问题

第七章;地板采暖的前景

第八章：总结

引言

我国经济发展迅速,而能源生产的发展相对要滞后得多,因此,发展经济所需的能源应更多地依靠节能来解决。我国地域广阔，人口众多，建筑工程规模巨大，其中住宅建筑约占建筑工程的92%。由于居民经济条件大为改善，所以很长一段时期内住宅建筑将呈上升趋势，而且这个上升趋势还将持续20～30年。由此看出，我国住宅建设正处于快速发展阶段。 低温地板辐射采暖在国内主要用于大型公建的大堂，室内游泳池的地面等场所，用于住宅较少。最近几年，随着单户独立燃气炉的采用和分户热计量的需要，低温地板辐射采暖系统得到了很多开发商的青睐，在住宅在开始大面积的推广使用。

一、 地板采暖的定义

地板采暖，又称低温辐射地板采暖系统，英文为Radiant Floor Heating，是通过埋设在地板下的加热管把地板加热(地板表面温度一般在18℃-32℃之间)，以整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的。

由于在室内形成脚底至头部逐渐递减的温度梯度，从而给人以脚暖头凉的舒适感。地面辐射供暖符合中医“温足而顶凉”的健身理论，是目前最舒适的采暖方式，也是现代生活品质的象征，是目前最先进最流行的供暖方式，其“健康，舒适、节能”等显著优点，正成为取代对流空调供暖的最理想供暖方式。

地板采暖产品主要包括PE-RT或PEX(a、b、c)或Pb管材、分集水器、发热电缆、电热膜、温控器、燃气壁挂炉、电加热锅炉、保温板、铝铂反射膜、过滤器、卡钉、地板等。其中，以管材、发热电缆、温控器为主要材料。

从热媒介质上分为水地暖和电地暖两大类，从铺装结构上分为湿式地暖和干式地暖两种，干式地暖不需要豆石回填;从表面饰材上分为地板型地暖和地砖型地暖;从功能上分为普通地暖和远红外地暖。

二、地板采暖的分类

总的来看，地板采暖主要有低温热水地板采暖(水地暖)、发热电缆低温辐射地面采暖系统(电地暖)两种。

低温热水地板供暖是以温度不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。低温热水地板采暖技术以埋设在地板上砼内的热水盘管将地板加热，从而均匀向室内辐射散热达到采暖的目的。水地暖能耗低，温度稳定，系统结构相对复杂，可附加暖气片辅助采暖(同时可解决生活热水不需再购置热水器)。水地暖主要由地面系统、热源系统、温控系统三大系统组成，包括燃气锅炉(热源)、分集水器、采暖管路、温控器。

发热电缆低温辐射供暖系统是以电力为能源，发热电缆为发热体，将电能转换为热能，并以建筑物内部地面作为散热面，通过对流换热加热周围空气。电地暖又可分为发热电缆电地暖、电热膜电地暖。发热电缆地面辐射供暖是以低温发热电缆为热源，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式。低温辐射电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯薄膜，以碳基油墨为发热体，将热量以辐射的形式送入空间，使人体得到温暖。电地暖运行费用相对水暖较高，升温快，系统简单，如用低档电缆可能会有电磁幅射问题。电地暖主要由地面部分、温控系统组成，包括发热电缆、温控器。

另外，地板采暖还可以分为湿式地板采暖、干式地板采暖。 湿式地板采暖是指用混凝土把地板采暖管道包埋起来，然后在混凝土层之上再铺设地面、瓷砖等地面材料。这层混凝土不仅起到保护、固定水暖管道的作用，还是传递热量的主要渠道。混凝土层能够使热量均匀分布，减少出现局部过热或过冷的情况。湿式地板采暖是目前水地暖最为成熟的安装工艺，价格相对较为低廉，是国内地板采暖市场的主导工艺。湿式地板采暖缺点是因必须浇注沙石混泥土层，平均重量很重，占用空间高度。

干式地板采暖又名超薄地暖，因相对于普通地板采暖安装方式无需地板采暖回填，故取名干式地板采暖，相对于普通地板采暖减少占用层高故又名超薄地板采暖。干式地板采暖是一种基于干式地板采暖模块内铺设管材的一种新型地板采暖方式。干式地板采暖省去了管卡，也不需使用胶水覆膜固定，既不占层高又保障地板弹性和良好的舒适度，无需湿式地板采暖那样回填，节省了占用空间高度。干式地板采暖缺点是造价比湿式地板采暖高，不能安装在地砖、大理石等地面装饰材料下，常有出现局部过热、过冷、受热不均、升温缓慢的情况，降低了地板采暖的使用寿命。

三、 地板采暖的优点

1、扩大了房间的有效使用面积(家里不用暖气片)

采用低温地板辐射采暖，管道全部在地面以下，只要有一个 6O x80cm 左右的分配器装在厨房窗上或暗柜里即可，可以自由地装修墙面、地面、摆放家俱。解决了传统采暖方式的诸多问题。同时，建筑实用面积可增加3%左右。 采用暖气片采暖，一般100平方米占有效使用面积达2平方米左右，而且上下立横管诸多，给用户装修和使用带来诸多不便。

2、提高了采暖的舒适度，改善了生活质量

舒适：低温地板采暖为辐射式采暖，地板采暖系统热容量大，混凝土的蓄热功能强，地面有效温度高于呼吸线空气温度;形成独特的微气候条件，地面辐射热对人体足部、腿部有良好的保健作用，使所提供的热量在人的脚部较强，头部温和;给人以脚暖头凉的最佳感觉。俗话说“寒 从脚起”，地板辐射的温度曲线符合人体生理学特点，给人以舒适感。

美观：由于没有了散热器和管道，每个单元可增加使用面积约1.5平米，还使住户免去了装修的烦恼，可创造一个美好的室内环境。

冬暖夏凉：夏季可在管内凉水循环，起到自然空调的作用。实践证明，夏季室内温度比没有安装地板辐射的房间温度低3-5℃。实际上，冬暖夏凉是自然空调，最环保的空调。

3、环保卫生

由于室内空气平均流速低于暖气片采暖，不会导致空气对流所产生的尘埃飞扬及积尘，可减少墙面物品或空气污染，环保卫生。卫生由于可以向四周的顶棚、墙体等外围护结构辐射换热，使室内空气流动缓慢，含尘量小。

4、热稳定性好,有蓄热功能

由于水泥混凝土层蓄热量大，热能释放均匀。因此在间歇供暖条件下温度变化缓慢。 运行费用低：较其它供暖设备节能20-30℃是经济的供暖系统。

5、节能

根据各种采暖方式室内温度梯度的测试结果，地板辐射采暖方式最接近于理想采暖方式，因此在建立同样舒适条件的前提下，地板辐射采暖房间内的室内温度比一般散热器采暖的温度低于2-3℃。以郑州地区室外采暖计算温度为-9℃，室内采暖计算温度为18℃计算，则地板采暖计算热负荷可降低9.23-11.1%。如果说采用分户计量后可节能25%的话，地板辐射采暖可节能约35%，因供水温度低，一般在50 ℃以下，所以有利于使用低温热源和地热。节能高效,比正常的散热器节能,例如以常见的暖气(大60型)比较,在标准温度70℃-95℃度,室温18度情况下,一组暖气的散热为360大卡,可供4平方米的面积,即一平方米可利用热量90大卡, 低温地板辐射则在相同的室温下,水温在55度情况下,每平方米的散热量可达185大卡,在低度温水的情况下,比暖气片每平方米高95大卡.

6、施工便捷,工期短,节省人工费用

地板辐射采暖适合分户计量节能设计。管道的布置、系统的阻力值的确定均可根据不同情况，不同的要求由设计人员自己决定。

7、使用寿命长

低温地板采暖，管材地下整体铺设，无接口，无渗漏。塑料管埋入地面的混凝土内，如无人为破坏，使用寿命在50年以上(原材料经国际标准实验)，不腐蚀、不结垢，大大减少了暖气片跑、冒、滴、漏水和维修给住户带来的烦恼，可节约维修费用。

8、热源使用灵活，可利用各种低品位能源。

低温地板采暖在能提供35℃以上热水的地方即可应用。如集体供暖，工业余热锅炉水、各种空调回水、地热水等 。总之，好处多多。

9、应用范围

使用范围可以用于别墅、高速公路、居室、公共场所、训练馆、商场、宾馆大厅、桑拿及游泳池。

10、控制方便：

单独分室控制温度自由享受。

11、减少楼层噪音

目前我国隔层楼板一般选用预制板或现浇板，其隔音效果极差，楼上人走动，就影响楼下，采用地板采暖 增加了保温层，具有非常好的隔音效果。地板采暖过程寂静无声。

四、 地板采暖的应用情况 地面辐射供暖近五年来实践证明是环保、节能，具有人性化的保健功能，节省空间，寿命与建筑物同步，逐渐被人们所认识。从东三省到华北、西北遍及我国北方各地。从1999年到2005年有数亿平方米工程竣工使用。从黑龙江到黄河中下游，随着冬季取暖、夏取凉、防潮功能开发，有向长江中下游发展趋势，可谓全国性的地面辐射供暖成星火燎原之势，燃遍全国。随着建设部地暖标准的实施，国家地面供暖委员会的成立，地暖行业逐步规范化、标准化、系列化、多样化，新材料、新工艺、新技术层出不穷，上千家的地暖安装公司早已形成气候，不久的将来地暖有望与对流暖气片形成两枝并蒂花，在神州大地上共同开放。

《建设事业“十一五”推广应用和限制禁止使用技术公告(第一批)》将“低温热水地面辐射供暖技术”列为新型高效采暖推广应用技术，并介绍了其主要性能及特点。2008年，国家发展和改革委员会发布《地面辐射供暖木质地板铺设技术和验收规范》，从2008-07-01实施。政府相关部门对地板采暖的环保节能给予大力支持，进一步促进了地板采暖市场的发展。

目前，国内地面供暖企业达万家左右，有上百万人在这个行业工作。材料商数量增加过快，对质量控制把关不严，各种恶性竞争不断发生，价格混乱;地板采暖安装公司专业性不强，规模也不大，对地板采暖认识不够，这些问题为将来的质量埋下隐患。地板采暖工程是隐蔽工程，一旦管材或施工出现问题很难处理，维修更换也很麻烦。一旦出现严重问题，不仅会造成消费者的经济损失，还会影响整个行业的声誉。另一方面，国外的地板采暖企业看好中国地板采暖市场的发展，纷纷抢滩中国市场，进一步加剧了市场竞争。

五、地板采暖的发展趋势

1、新型管材的发展将会加速地板采暖行业的发展进程。在地暖行业的发展历史上，化学管材的出现曾促使地暖技术发生了革命性的改变，地暖的发展会随着管材材料的发展而更新。在未来的5年～20年中，化学管材的加工和应用技术仍将不断更新，新型管材产品将不断涌现，这将影响地暖行业的发展进程。

2、地暖将向工厂预制化、现场组装化方向发展。今后地暖系统的发展必将向着高端技术的工厂预制化和现场组装化的方向发展。这方面，日本高端企业己进行了较长时间的探索，效果很好，预制型的采暖板在日本已经基本普及。

3、地暖系统要与个性化温控系统相结合。为地暖系统配备温控装置是实现消费者差异化需求的必要手段，也是更有效节约能源的必要手段。地暖系统配备温控装置后将更加智能化和人性化。

4、地暖系统和通风技术相结合。在节能的前提下实现地暖系统和通风系统的有机结合，也将是未来地暖技术研发的重要课题。

六、地板采暖中存在的问题

地暖行业面临的发展瓶颈，一方面是规模总量增大，一方面是价格持续走低。造成的问题就是地暖企业生产增量却不增效益。由于原材料价格、人工费用及其他管理费用、运行成本的走高，企业经营越发困难，已经出现部分地暖企业转向、转型。

地暖的发展过程几乎是自生的，对于南方地区应用更广泛的独立供暖系统来说，没有行业主管，没有培训部门，没有专门的检查、检验机构，没有设计、施工教材，甚或没有理论基础，没有完整的技术标准和要求，地暖系统的设计好坏与地暖系统的成败与否，完全是看地暖施工企业的“能力”或“运气”，而不是建立在一套标准、科学、完善的“规范”或制度上，这就为部分短视或不负责任的以粗制滥造、低质低价浑水摸鱼的业者留下了可乘之机，扰乱了行业秩序，进而使地暖行业的路越走越窄。

行业发展瓶颈主要表现在同质化严重，缺乏核心技术，研发能力不强，设计能力欠缺，施工能力低下，以次充好泛滥，服务无法保障，只能以低价格来挤占市场，最终使得自身也无以为继，并阻碍了行业的发展。

七、地板采暖的前景

从总体看，我国地暖市场从去年以来，工程量较多，材料涨价了，地暖价格下滑了，事故发生率高了，如此下去，随着价位降低，必然导致行业萎缩，必须正视这一严重问题。要力保工程质量，力保合理的利润，力保合理的性价比，使地暖行业走上健康之路。

总体上全国地暖安装公司小而分散，形成生产成本高，企业科技投入能力差，不利于高档次、高品位发展。市场竞争能力不强，今后应通过市场竞争机制，再加上向大公司倾斜政策，使规模大，管理较好，科技开发能力较强的公司得到发展。使一批生产规模小、经营不善、科技含量低的三无“游击队”被淘汰。通过企业重组，逐步形成区域分布合理，为数不多的，知名度较高的，有一定规模的，成龙配套企业。以实现资源优化配置，生产能力充分发挥。企业具有较强的技术投入局面，从而使我国地暖行业健康有序地发展。

八、总结

地暖是一个新生事物，是建设部提倡的供暖方向，是提高全民生活水平、奔小康、节省能源，促进人体健康的新途径，也是地暖行业主要任务。关系到国计民生的“三北”供暖革命即将到来，任重而道远。希望设计、施工、材料、检验部门加倍努力，开创地暖市场的新局面。

【参考文献】

1、《地板采暖设计施工手册》

床暖房设计施工

编委会 编

中国电力出版社

2、《地缘热泵工程技术与管理》

孙晓光 林豹

王新北

主编

中国建筑工业出版社

3、《建筑供暖工程建造》 宋喜玲

主编

机械工业出版社

4、《地板采暖市场》

中国市场调查研究中心

5、《纵观地暖市场》

中国暖通网

第四篇：《ANSYS系统及其应用》教学大纲

课程编号：S5081090 课程名称： ANSYS系统及其应用

课程英文名称：INTRODUCTION AND APPLICATION OF ANSYS 总学时：16 讲课学时：16 学 分：1 开课单位：机电工程学院机械制造及自动化系 授课对象：机电工程学院机械设计制造及其自动化专业 先修课程：机械结构有限元分析 开课时间：第八学期 教材与主要参考书：

“有限元分析ANSYS应用教程”讲义(自编);

张亚欧主编.《有限元分析ANSYS7.0实用教程》.清华大学出版社 2004年;

龚曙光主编.《ANSYS基础应用及范例分析》.机械工业出版社 2003年。

一、课程的教学目的

随着科学技术的发展，产品的结构和功能日趋复杂化和多样化，对产品机械结构的布局和力学性能提出了更高的要求，不仅要求产品的机械结构满足力学性能，还要在设计时使它的结构尺寸和重量趋于合理，而常规的力学计算已无法满足，有限元分析是解决该问题的合适方法。

ANSYS是一种广泛的商业套装工程有限元分析软件。该软件在工程上应用相当广泛，在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能达到某种程度的可信度，颇获各界好评。使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间。ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。

本课程是为机械设计制造及其自动化专业本科生开设的一门专业选修课，主要通过多媒体教学和上机实验，使学生熟悉并掌握ANSYS软件，能够利用软件解决实际工作中遇到的有限元分析问题，为进一步学习或实际应用及参加科研工作开辟道路。具体的教学目的如下：

1、了解ANSYS软件的主要特点;

2、掌握ANSYS软件有关机械结构静力分析、动力学分析、优化设计及接触问题分析的功能和性能的使用方法;

3、能够用ANSYS软件软件解决实际工作中所遇到的大型科学和工程计算难题。

二、教学内容及基本要求

各章节主要内容及学时分配：

(一) 本课程的主要章节

第一章 概论(讲课1学时)

ANSYS软件主要功能、主要技术特点、支持的图形传递标准与CAD软件的接口以及运行环境等。

第二章 ANSYS软件的基本使用(讲课2学时) 多媒体教学部分(1个学时)

ANSYS软件界面下各窗口的功能，具体包括应用命令菜单、主菜单、工具栏、输入窗口、图形窗口和输出窗口。ANSYS架构及命令，具体包括简单模型的建立、材料属性输入、单元的选择和划分、求解处理和后置处理。

指导上机部分(1个学时)

学生自己上机熟悉ANSYS软件的命令，并对简单的例题进行有限元静、动态分析。

第三章 有限元模型的建立和后置处理(讲课4学时)

1 多媒体教学部分(2个学时)

ANSYS软件中坐标系统和坐标平面、节点和元素的定义、负载定义、复杂实体模型的建立方法等。对分析结果进行后处理，具体包括绘变形图、支反力列表、绘应力等值线图和网格密度检查等。

指导上机部分(2个学时)

学生在老师的指导下自己上机熟悉ANSYS软件的相关命令，练习输入和自己建立三维实体模型，并对复杂的结构进行有限元静、动态分析。

第四章 优化设计(讲课4学时) 多媒体教学部分(2个学时)

首先给出一些基本的定义：设计变量、状态变量、目标函数、合理和不合理的设计、分析文件、迭代、循环和设计序列等，然后介绍优化设计的步骤，主要包括生成循环所用的分析文件、参数化建立模型、求解、提取并指定状态变量和目标函数、在ANSYS数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数、选择优化工具或优化方法等。

指导上机部分(2个学时)

学生在老师的指导下自己上机熟悉ANSYS软件的相关命令，并用软件对例题进行优化设计。

第五章 接触问题的有限元分析(讲课3学时) 多媒体教学部分(1个学时)

简单了解接触问题的定义、接触协调条件、接触单元和一些接触问题的处理方法。面对面问题的建模和处理过程。

指导上机部分(2个学时)

学生在老师的指导下自己上机熟悉ANSYS软件的相关命令，并用软件对例题进行有限元分析。

第六章 热变形问题的有限元分析(讲课2学时)

2 多媒体教学部分(1个学时)

如何用ANSYS 软件分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获取或损失、热梯度、热通量等。

指导上机部分(1个学时)

学生在老师的指导下自己上机熟悉ANSYS软件的相关命令，并用软件计算由于热变形不均匀引起的应力

(三)考试权重

采用累加式的考核方法，即课程的总成绩由各次上机作业的成绩构成。

第一次上机作业成绩20%，第二次上机作业成绩30%，第三次上机作业成绩20%，第四次上机作业成绩20%，第五次上机作业成绩10%。

第五篇：生物药剂学分类系统及其应用简介

By愚速

生物药剂学分类系统(BCS)依据基本的生物药剂学性质——溶解性和肠道通透性特征，将药物分成四种类型：Ⅰ型(高溶解性、高通透性)、Ⅱ型(低溶解度、高通透性)、Ⅲ型(高溶解性、低通透性)和Ⅳ型(低溶解性、低通透性)，为预测药物在肠道吸收及确定限速步骤提供了科学依据，并可根据这两个特征参数预测药物在体内-体外的相关性。吸收数(An)、剂量数(Do)和溶出数(Dn)这三个参数，是药物理化性质和胃肠道生理因素的有机结合，可以用来定量描述药物吸收特征，对药物在生物药剂学分类系统中的划分有重要指导意义。

不同类型的药物有以下区别：I型药物具有高溶解性、高通透性、溶出速度快等特点，表现为低Do值、高Dn值、高An值，吸收的主要限速步骤是胃排空;II型药物具有低溶解度、高通透性、溶出速度慢等特点，但由于剂量、溶解度大小不一，表现为低Dn值、高An值，Do值大小不一，主要限速步骤是药物的溶出;Ⅲ型药物具有溶解度大、通透性差、溶出速度快等特点，表现为低Do值、高Dn值、低An值，吸收的限速步骤是跨膜转运;IV型药物具溶出速度慢、通透性差等特点，但由于受剂量、溶解度差异影响，表现为低Dn值、低An值，Do值大小不一，吸收的影响因素多种多样。

BCS的应用主要有以下几点：有利于判断药剂是否可以申请生物学实验豁免;BCS还可以应用于筛选候选药物，有效降低新药开发危险;指导剂型设计、剂型选择，有针对地解决影响药物吸收的关键问题，有效地提高其生物利用度;解释了固体制剂溶出度试验与体内外相关的可能性;预测并阐述药物与食物的相互作用等。