扎鋼及控制系統模擬實驗裝置

A. 綜合布線實驗室的綜合布線實驗室主要設備

1、帶顯示系統的網路配線實驗裝置
產品型號：NEB0515。
產品規格：長0.6米，寬0.53米，高1.8米。
結構：安裝有帶顯示系統的網路壓接線實驗儀1台，網路跳線測試儀1台，配線架2個，110跳線架2個，理線環2個，零件/工具盒1個，地彈式RJ45網路埠、RJ11語音埠和220V電源埠各1個，1人/台同時實驗。
實驗功能：
（1）能夠進行網路雙絞線配線和端接實驗，每台設備每次端接6根雙絞線的兩端，每根雙絞線兩端各端接線8次，每次實驗每人端接線96次。每芯線端接有對應的指示燈直觀和持續顯示端接連接狀況和線序，共有96個指示燈分48組，同時顯示6根雙絞線的全部端接情況，能夠直觀判斷網路雙絞線的跨接、反接、短路、斷路等故障。
（2）能夠製作和測量4根網路跳線，對應指示燈顯示兩端RJ45接頭的壓接線端接連接狀況和線序，每根跳線對應8組16個指示燈直觀和持續顯示連接狀況和線序，共有64個指示燈分為32組，同時顯示4根跳線的全部線序情況，能夠直觀判斷銅纜的跨接、反接、短路、斷路等故障。
（3）能與網路配線架、通信跳線架組合進行多種端接實驗，模擬機櫃內配線端接。
（4）能夠模擬配線端接、永久鏈路常見故障，如：跨接、反接、短路、斷路等。
（5）實驗設備具有5000次以上的端接實驗功能。
（6）能夠搭建多種網路鏈路和測試鏈路的平台。
2、全鋼結構的網路綜合布線實驗裝置1套
型號：NEA0512
規格：長7.92米，寬2.64米，高2.6米。
每個模塊尺寸：長1.2米，寬0.24米，高2.6米。
結構：全鋼結構，由12個模塊組成12個角，每個角3人，滿足36人同時實驗。每個角區域模擬三層建築結構，配套三個6U實驗專用機櫃。同時或者交叉模擬網路綜合布線工程的12個工作區、12個設備間、12個垂直、12個水平、12個管理等子系統實驗。模塊化設計，能按教室尺寸合理布局，適合任意樓層安裝。
實驗功能：
（1）具有網路綜合布線設計和工程技術實驗平台功能。
（2）保證24名學生同時實驗，滿足12組學生（每組3人）同時或者交叉進行綜合布線工程七個子系統實驗功能。
（3）能夠同時開展12個工作區子系統或12個設備間子系統或12個垂直子系統或12個水平子系統等項目的實驗功能。
（4）綜合布線實驗設備為全鋼結構，預設各種網路設備、插座、線槽、機櫃等安裝螺孔，實驗過程保證無塵操作，重點突出工程技術實驗。
（5）保證實驗次數10000次以上，實驗設備十年以上壽命。
（6）實驗一致性好，相同實驗項目，實驗結果相同，並且每組實驗難易程度相同。
（7）具有搭建多種網路永久鏈路、信道鏈路和測試鏈路的平台功能。
（8）擴展功能強大，能夠擴展為監控系統、報警、智能化管理系統實驗平台等。
3、網路綜合布線系統展示裝置
型號：NED1001。
規格：全鋼結構，長5.52米，寬1.44米，高2.8米，帶燈光控制系統。每個模塊尺寸：長1.2米，寬0.24米，高2.6米。
結構：全鋼結構，由9模塊組成4個角，模擬2間三層六個區，七色展示各個子系統。包括辦公室、智能化家居、銀行、酒店客房、網路機房、垂直系統等。
實驗功能：
（1）七種顏色分別展示綜合布線系統的各個子系統。按照赤、橙、黃、綠/青、藍、紫的光譜順序分別展示網路綜合布線的七個子系統。連接關系清楚，易學便認。
（2）七種彩色燈光閃爍展示各個子系統。各個子系統有對應的彩色燈帶不斷閃爍。使復雜系統變得簡單、清晰和有趣。
（3）突出典型應用案例展示。重點模擬展示了家居、銀行、辦公室客房等不同工作區綜合布線各子系統的實際應用。
（4）實物與模板結合展示。小型或廉價常用器材實物展示，大型或昂貴器材模板展示，抗靜電地板用鋼化玻璃代替。
（5）能夠設計和展示各種網路綜合布線永久鏈路和網路鏈路測試。
（6）能夠擴展為智能化管理系統、現場匯流排系統展示實驗平台。
（7）全鋼結構，模塊化組裝，展示靈活，美觀安全，壽命長，適合各個樓層安裝。
4、網路綜合布線器材展示櫃4台
型號：NED0101。
規格：長1.25米，寬0.35米，高2米。
結構：
（1）密度板外框+全鋼展板+玻璃門結構。玻璃櫃內安裝鋼板，在鋼板上固定和展示各種材料、工具、設備等，可經常調整展示內容和方式。
（2）全鋼展板預置多種安裝孔，萬種方式、拆裝方便、快速布展、無痕布展。
（3）採用亞克力玻璃門，螺絲固定，安全牢固。
功能：
（1）銅纜器材展示：超五類銅纜、六類銅纜、阻水銅纜、地毯電纜、銅纜跳線、RJ45模塊、RJ11模塊、RJ45頭、RJ11頭、雙口地彈插座、面板+底盒、 24口RJ45配線架、50回110配線架、100回110配線架、理線環、標記環、銅纜樣品展板、銅纜連接迴路等。
（2）光纜器材和工程實例展示：室外光纜、室內光纜、光纖、光纜熔接盒、光纜配線架、ST偶合器、SC偶合器、ST—ST跳線、SC-SC跳線、ST-SC跳線、架空鋼纜、掛鉤、緊線器、繞線器、拉攀、支架、架空鋼纜+光纜工程模擬實例等。
（3）網路工程常用工具展示：RJ45壓線鉗、RJ11壓線鉗、RJ45/RJ11組合鉗、打線鉗、剝線鉗、榔頭、螺絲刀、手工鋸、鋼鋸條、活扳手、呆扳手、棘輪扳手、鋼捲尺、彎管器、鑽頭、線管剪、水平尺、拐角尺、電工箱等。
（4）網路工程常用配件展示：60PVC線槽/陰角/陽角/直角/堵頭/三通、40PVC線槽/陰角/陽角/直角/堵頭/三通、20PVC線槽/陰角/陽角/直角/堵頭/三通、Φ40PVC線管/彎頭/接頭/三通/管卡、Φ20PVC線管/彎頭/接頭/三通/管卡、100鋼制橋架/陰角/陽角/直角/三通、三角支架、Φ3鋼纜、Φ6U型卡、各種塑料線扎、膨脹螺栓、M6螺絲等。
（5）能夠擴展為智能化管理系統、監控報警系統展示櫃等。
（6）能夠擴展為現場匯流排系統展示櫃等。
5、配套工具箱
為了方便實驗室的工具管理，專門設計了適合綜合布線工程現場使用的工具箱,包括了工程常用基本工具。工具箱採用圓弧型材和鋁板外殼，內部設置有專門的成型內襯,固定工具,每個工具零件都有對應的金屬銘牌標注。
型號：NET0108。
規格：長515毫米，高180毫米，寬315毫米。
功能：圓弧型材，鋁板外殼，成型內襯。
6、線管存放架
全鋼噴塑結構，4層棚板，專用器材存放架。
型號：NET0502。
規格：長1.8米，寬0.38米，高1.8米。
功能：存放各種大長度的線槽、線管和工具箱等較大器材。
7、不銹鋼操作台
不銹鋼包邊檯面，方鋼支架，布線材料加工區。
型號：NET0503。
規格：長1.2米，寬0.6米，高0.75米。
功能：綜合布線工程現場布線材料加工實驗。在操作台上安裝工具，進行線槽、線管、橋架等材料加工。
位置：位於綜合布線實驗裝置周圍，方便操作和管理。

B. 控制系統模擬的方法有哪些

數學模擬
也稱計算機模擬，就是在計算機上實現描寫系統物理過程的數學模型，並在這個模型上對系統進行定量的研究和實驗。這種模擬方法常用於系統的方案設計階段和某些不適合做實物模擬的場合（包括某些故障模式）。它的特點是重復性好、精度高、靈活性大、使用方便、成本較低、可以是實時的、也可以是非實時的。數學模擬的逼真度和精度取決於模擬計算機的精度和數學模型的正確性與精確性。數學模擬可採用模擬計算機、數字計算機和數字-模擬混合計算機。

半物理模擬
採用部分物理模型和部分數學模型的模擬。其中物理模型採用控制系統中的實物，系統本身的動態過程則採用數學模型。半物理模擬系統通常由滿足實時性要求的模擬計算機、運動模擬器（一般採用三軸機械轉台）、目標模擬器、控制台和部分實物組成。控制系統電子裝置和敏感器安放在轉台上。 半物理模擬的逼真度較高，所以常用來驗證控制系統方案的正確性和可行性，進行故障模式的模擬以及對各研製階段的控制系統進行閉路動態驗收試驗。此外，用航天模擬器來訓練航天員和用飛行模擬器來訓練飛行員也屬於半物理模擬性質，後者更著重於視景模擬和人機關系。以模擬計算機實現系統模型和以航天器計算機或控制系統電子線路為實物的閉路試驗，也可認為是半物理模擬，這種模擬重點在於檢驗控制計算機軟體的正確性或研究控制方式中某些功能和參數。 半物理模擬的逼真度取決於接入的實物部件的多寡、模擬計算機的速度、精度和功能，轉台和各目標模擬器的性能。通常對三軸機械轉台的要求是精度高、轉動范圍大、動態響應快和框架布置不妨礙光學敏感器的視場。半物理模擬技術是現代控制系統模擬技術的發展重點。

全物理模擬
全部採用物理模型的模擬，又稱實物模擬。例如航天器的動態過程用氣浮台(單軸或三軸)的運動來代替，控制系統採用實物。因為實物是安放在氣浮台上的，這種方法很適合於研究具有角動量存貯裝置的航天器姿態控制系統的三軸耦合，以及研究控制系統與其他分系統在力學上的動態關系。在對航天器姿態控制系統進行全物理模擬時，安裝在氣浮台上的實物應包括姿態敏感器（見航天器姿態敏感器）、控制器執行機構（見航天器姿態控制執行機構）和遙測遙控裝置和有關的分系統。目標模擬器、環境模擬器和操作控制台均設置在地面上。航天器在空間的運動是由氣浮台來模擬的，所以全物理模擬的逼真度和精度主要取決於氣浮台的性能。對氣浮台的要求是空氣軸承的摩擦力矩和渦流力矩小，垂直負載能力和橫向剛度大，氣浮台動、靜平衡好。全物理模擬技術復雜，一般只在必要時才採用。

C. 實驗方案設計

一、 實驗內容

考慮不同庫水升降條件下,「浸泡—風干」循環作用對岩石試樣實驗, 對每一期試樣進行單軸或三軸實驗, 得出在不同水位升降條件下對岩體力學參數的影響規律, 及在不同「浸泡—風干」循環期次作用下力學參數劣化規律。

二、 試驗岩樣

試驗所用砂岩取自三峽庫區秭歸沙鎮溪鎮白水河滑坡, 為侏羅繫上沙溪廟組砂岩。在同一個岩層開出較大片的岩塊, 並在現場切割成小塊運回試驗室鑽心取樣。 根據《工程岩體試驗方法標准》(GB/T50266—99)、 《水利水電工程岩石試驗規程》(SL264—2001)以及國際岩石力學學會推薦標准, 同時滿足RMT-150C岩石力學試驗系統三軸試驗岩樣規格要求, 經過細心切磨製成尺寸為Φ50mm×100mm圓柱形試件。 試樣的精度嚴格滿足規范要求: 高度、 直徑偏差≤±0.3mm, 試件兩端面不平整度≤±0.05mm(圖5-1)。

岩石礦物鑒定結果為絹雲母中粒石英砂岩(圖5-2), 孔隙式鈣質膠結結構, 基質具微細鱗片變晶結構的中粒砂狀結構。 岩石由石英、 長石、 岩屑、 雲母等組成。 碎屑組分有燧石岩屑, 次角-次圓狀, 粒徑0.3mm, 佔10%; 石英碎屑, 次角-次圓狀, 均勻分布,粒徑0.3～0.5mm, 佔80%; 基質組分為絹雲母, 佔10%。

圖5-9 有壓岩石溶解儀的結構圖

圖5-10 水壓力室俯視圖

圖5-11 控制箱

YRK-1岩石溶解試驗儀為本試驗開發的一種模擬庫水壓及庫水升降條件下岩石溶解試驗儀, 下面將對該儀器進行詳細的介紹。

(1)一種模擬庫水壓力條件的儀器的研製

本實驗儀器為一種模擬庫水壓力狀態下水-岩作用的實驗裝置, 模擬蓄水後庫岸岩(土)體所受水壓力環境, 通過考慮不同水壓力及水位升降條件下的岩石-水作用的浸泡實驗, 研究庫水條件下的水-岩作用及力學損傷特徵。 為了達到上述目的, 本儀器製作由岩石溶解室(壓力室), 動、 靜水模擬控制系統, 壓力控制系統, 壓力感測帶等組成。

水壓力室: 主要由底座、 圓柱形水壓力室和蓋板組成, 底板與蓋板之間分布有八根加固螺栓, 通過密封墊圈將圓柱形水壓力室固定在底座和蓋板之間。水壓力室採用不銹鋼和有機玻璃製作, 以便承受較大壓力。

壓力控制系統: 由內部壓力傳導系統和外部壓力控制系統組成。在水壓力室底部安裝一個壓力感測帶與外部壓力控制系統相接, 該壓力感測帶與外部壓力控制系統相連; 外部壓力控制系統由供壓裝置和高精度壓力表以及壓力傳導管道組成, 通過高精度壓力表將15MP壓力轉變為0～1.4MP(量程范圍)的壓力傳遞到壓力感測帶(穩壓狀態), 通過壓力感測帶將壓力傳遞給水, 進而控制水壓力室中的水壓, 滿足實驗要求達到的壓力狀態。

動、 靜水模擬控制系統: 該系統由穩壓電源、 直流電機、 葉輪組成。 直流電機安裝在水壓力室的底板下部, 通過轉軸與水壓力室內部的葉輪相連。 可以模擬在動水狀態下岩石的溶解特徵, 也可以模擬在靜水狀態下岩石的溶解特徵; 同時, 通過控制直流電機轉速進一步模擬在不同動水狀態下岩石的溶解特徵。 與壓力控制系統組合可以進一步模擬在水庫庫水壓力狀態下(具有一定的流速情況下)的水-岩作用。 同時在水壓力室下部設置水樣採集口, 通過水樣分析研究岩石溶解特徵。

(2)岩石溶解儀操作步驟

a. 壓力室放置試樣。 首先將制備好的岩樣放入水壓力室內, 分層直立或橫卧擺放;蓋上蓋板並將加固螺栓擰緊, 固定好。

b. 壓力室充水。 通過進水管向水壓力室內注水, 注水期間將放氣螺絲打開, 將水壓力室內空氣排除, 直至水漫出注水管後, 封閉進水管, 擰緊放氣螺絲。

c. 控制壓力室水壓力。 連接外部壓力控制系統與內部壓力控制系統, 確認連接完成後, 將總控箱中的氣源壓力調節閥全部放開(擰至最松位置), 放氣閥放到「開」的位置。 緩慢旋轉氣源壓力調節閥, 按照實驗要求調節壓力, 並通過外部壓力系統通過壓力傳到裝置將壓力傳遞給水, 保證水-岩作用是在一定庫水條件下進行。

d. 取出試樣。 完成一個實驗周期之後(實驗流程要求), 獲取試樣之前, 首先關閉總氣源(氮氣瓶), 按照試驗流程調節閥慢慢將氣源壓力減小, 打開放氣閥以及放氣螺絲,使殘余氣體放出。 開放水樣採集口, 獲取足夠水樣供分析。 取出岩樣做相應分析。

(3)岩石溶解試驗儀的特點

該儀器製作的優點是: 結構簡單、 易操作、安全可靠, 可以模擬庫區岩體所處不同水壓力環境, 根據需要保持或調節水壓力狀態模擬庫水位升降; 設置動、 靜水模擬控制系統, 以模擬庫水擾動; 設置取水管道, 以便分析離子濃度的變化。

該儀器可以模擬在庫水升降條件及水壓力狀態下岩石所處的水環境, 為研究庫水條件下水-岩作用機理及力學特性而提供一套室內實驗平台。

D. 控制系統典型環節的模擬實驗意義

最典型的是傳統控制系統，即PID閉環控制，P——Proporsion，比例環節，版處理偏差；I——Integral，積權分環節，延續變化影響；D——Differential，微分環節，增強系統敏感度。閉環控制與開環控制間最大區別在於控制對象的輸出物理量是否通過感測器反饋回控制器的輸入端與給定量比較偏差。

E. （2014烏魯木齊模擬）某實驗小組設計了如圖1所示的實驗裝置來驗證機械能守恆定律．電磁鐵吸住一個小鋼球

（1）利用復平均速度制代替瞬時速度算得小球經過光電門時的速度得：
小球經過光電門時的速度為v=

F. 鋼鐵的冶煉是人類文明的一個重要標志，下圖是模擬煉鐵的實驗裝置圖．（1）請你寫出冶煉生鐵的化學方程式_

G. 物理模擬實驗儀器選用

根據煤粉產出物理模擬實驗的原理及目的,需要設計可以滿足該實驗要求的儀器裝置。這些要求包括:

(1)滿足模擬地層流體在煤儲層裂隙之間的流動要求;

(2)滿足模擬煤儲層經儲層改造後的裂隙展布效果要求;

(3)滿足模擬煤儲層在含煤地層中的賦存狀態要求;

(4)滿足模擬煤層氣井排水→降壓→采氣的生產模式要求。

通過一系列的摸索與嘗試,確定了該物理模擬實驗儀器裝置的主體系統結構,其中包括計算機監控系統、樣品制備系統、泵送驅替系統、物理模擬系統、煤粉儲集系統、煤粉分析系統、電力動力系統等。

(1)計算機監控系統:主要由計算機操控平台和驅替導流監測平台等組成。計算機操控平台提供半自動半人工化功能服務,通過計算機實現對驅替導流監測平台的操控,可以滿足不同條件下物理模擬實驗的要求。同時,驅替導流監測平台實現流體相態驅替模式、自動調控驅替流速及壓力、實時監測導流狀況及實時記錄排出產物狀況等。

表5-3 煤體結構差異對煤粉產出的影響研究實驗方案

(2)樣品制備系統:主要由制樣模具、升降施壓油缸、平台支架等組成。制備樣品的前期准備工作需要碎樣機、標准樣品篩、電子天平等輔助設備。首先使用碎樣機將煤岩樣品破碎,經過標准樣品篩的篩選,選用一定粒度的煤粉顆粒,依據制樣模具的尺寸形狀,在升降施壓油缸的擠壓作用下,製作煤磚樣,用於煤粉產出物理模擬實驗。該系統需要通過計算機監控系統控制升降施壓油缸,為制樣提供穩定的壓力。

(3)泵送驅替系統:主要由平流泵、儲液容器、驅替液、導流室、無縫鋼導管、法蘭等組成。該系統的工作原理是通過調整平流泵的泵送功率,使其提供一定流速的穩定流體,該流體將儲液容器內的驅替液以同等速率注入導流室內,對導流室中的煤磚進行驅替作用,同時,需要導流室的左右兩側分別安裝進出液孔道,並在進出口端部安裝測壓孔道及相應法蘭。在此過程中,通過驅替導流監測平台調控平流泵的泵送功率、設置驅替作用的周期及數據記錄頻率等參數。

(4)物理模擬系統:主要由煤磚樣、石英砂、導流室、金屬墊片、塑料密封圈、差壓感測器、升降施壓油缸、平台支架等組成。該系統的工作原理是通過在兩塊煤磚中夾持石英砂顆粒進行人工造縫,模擬煤儲層經過儲層改造後的裂隙延展狀態;由泵送驅替系統向導流室內提供一定流速的驅替液,模擬地層流體在煤儲層裂隙之間的流動過程;由計算機監控系統調控升降施壓油缸,使其對導流室內的煤磚產生穩定圍壓,模擬煤儲層在含煤地層中的賦存狀態。該系統是在計算機監控系統、泵送驅替系統及物理模擬系統的相互配合下進行的,由平流泵提供驅替流體,由升降施壓油缸提供擠壓力,由驅替導流監測平台調控記錄驅替液流速、油缸壓力等參數,由金屬墊片和塑料密封圈來保證導流室中煤磚處於密封狀態。

(5)煤粉儲集系統:主要由電子天平、無縫鋼導管、燒杯等組成。該系統的工作原理是收集由物理模擬系統排出的液體及其中煤粉,同時通過驅替導流監測平台對排出液進行實時稱重並儲存數據結果。

(6)煤粉分析系統:主要由激光粒度儀、濾紙、過濾器、恆溫烘乾機、電子天平、顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀等組成。該系統的工作原理是採用激光粒度儀對不同實驗條件中產出的煤粉進行粒度分布測試;採用過濾器及恆溫烘乾機將排出液中的煤粉進行過濾烘乾;採用電子天平對乾燥的煤粉顆粒進行精密稱重;採用顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀分析煤粉的顯微形態及物質成分。從煤粉的粒度、質量、顯微狀態和物質成分等角度研究煤粉的產出物性特徵。

(7)電力動力系統:主要由配電箱和電動機等組成。該系統為物理模擬實驗設備裝置的其他系統提供電力及動力保障。

圖5-1 煤粉產出物理模擬實驗儀器設計示意圖

根據上述物理模擬實驗儀器裝置功能要求,實驗儀器設計如圖5-1所示。通過調研,在綜合考慮物理模擬實驗的可行性情況下,採用HXDL-Ⅱ型酸蝕裂隙導流儀作為測試儀器。該儀器可以在標准實驗條件下模擬地層壓力及溫度狀態,可以實現氣、液兩相驅替過程,並能評價裂縫的導流能力。其裝置流程如圖5-2所示。根據上述物理模擬實驗裝置的說明,選用的酸蝕裂隙導流儀的主體系統均達到開展實驗的要求,各個裝置部件可以滿足實驗的需求。該儀器的各項參數是參照《SY-T 6302—1997 壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法》標准而設定的。

圖5-2 酸蝕裂縫導流儀流程示意圖

H. 乾粉滅火器裝置的聯動控制組件應進行哪些模擬啟動實驗

乾粉滅火裝置的模擬啟動試驗有：模擬自動啟動試驗，模擬手動啟動試驗，模擬噴放試驗，模擬切換操作試驗，模擬主、備用電源切換試驗。
模擬啟動試驗的目的是檢測控制系統及驅動裝置動作是否安裝正確，系統組件是否可靠。

I. 鋼鐵是使用最多的金屬材料。下圖實驗裝置是模擬煉鐵的實驗。其中A是實驗室用草酸（H 2 C 2 O 4 ）和濃硫