扎钢及控制系统模拟实验装置

A. 综合布线实验室的综合布线实验室主要设备

1、带显示系统的网络配线实验装置
产品型号：NEB0515。
产品规格：长0.6米，宽0.53米，高1.8米。
结构：安装有带显示系统的网络压接线实验仪1台，网络跳线测试仪1台，配线架2个，110跳线架2个，理线环2个，零件/工具盒1个，地弹式RJ45网络端口、RJ11语音端口和220V电源端口各1个，1人/台同时实验。
实验功能：
（1）能够进行网络双绞线配线和端接实验，每台设备每次端接6根双绞线的两端，每根双绞线两端各端接线8次，每次实验每人端接线96次。每芯线端接有对应的指示灯直观和持续显示端接连接状况和线序，共有96个指示灯分48组，同时显示6根双绞线的全部端接情况，能够直观判断网络双绞线的跨接、反接、短路、断路等故障。
（2）能够制作和测量4根网络跳线，对应指示灯显示两端RJ45接头的压接线端接连接状况和线序，每根跳线对应8组16个指示灯直观和持续显示连接状况和线序，共有64个指示灯分为32组，同时显示4根跳线的全部线序情况，能够直观判断铜缆的跨接、反接、短路、断路等故障。
（3）能与网络配线架、通信跳线架组合进行多种端接实验，仿真机柜内配线端接。
（4）能够模拟配线端接、永久链路常见故障，如：跨接、反接、短路、断路等。
（5）实验设备具有5000次以上的端接实验功能。
（6）能够搭建多种网络链路和测试链路的平台。
2、全钢结构的网络综合布线实验装置1套
型号：NEA0512
规格：长7.92米，宽2.64米，高2.6米。
每个模块尺寸：长1.2米，宽0.24米，高2.6米。
结构：全钢结构，由12个模块组成12个角，每个角3人，满足36人同时实验。每个角区域模拟三层建筑结构，配套三个6U实验专用机柜。同时或者交叉模拟网络综合布线工程的12个工作区、12个设备间、12个垂直、12个水平、12个管理等子系统实验。模块化设计，能按教室尺寸合理布局，适合任意楼层安装。
实验功能：
（1）具有网络综合布线设计和工程技术实验平台功能。
（2）保证24名学生同时实验，满足12组学生（每组3人）同时或者交叉进行综合布线工程七个子系统实验功能。
（3）能够同时开展12个工作区子系统或12个设备间子系统或12个垂直子系统或12个水平子系统等项目的实验功能。
（4）综合布线实验设备为全钢结构，预设各种网络设备、插座、线槽、机柜等安装螺孔，实验过程保证无尘操作，重点突出工程技术实验。
（5）保证实验次数10000次以上，实验设备十年以上寿命。
（6）实验一致性好，相同实验项目，实验结果相同，并且每组实验难易程度相同。
（7）具有搭建多种网络永久链路、信道链路和测试链路的平台功能。
（8）扩展功能强大，能够扩展为监控系统、报警、智能化管理系统实验平台等。
3、网络综合布线系统展示装置
型号：NED1001。
规格：全钢结构，长5.52米，宽1.44米，高2.8米，带灯光控制系统。每个模块尺寸：长1.2米，宽0.24米，高2.6米。
结构：全钢结构，由9模块组成4个角，模拟2间三层六个区，七色展示各个子系统。包括办公室、智能化家居、银行、酒店客房、网络机房、垂直系统等。
实验功能：
（1）七种颜色分别展示综合布线系统的各个子系统。按照赤、橙、黄、绿/青、蓝、紫的光谱顺序分别展示网络综合布线的七个子系统。连接关系清楚，易学便认。
（2）七种彩色灯光闪烁展示各个子系统。各个子系统有对应的彩色灯带不断闪烁。使复杂系统变得简单、清晰和有趣。
（3）突出典型应用案例展示。重点模拟展示了家居、银行、办公室客房等不同工作区综合布线各子系统的实际应用。
（4）实物与模板结合展示。小型或廉价常用器材实物展示，大型或昂贵器材模板展示，抗静电地板用钢化玻璃代替。
（5）能够设计和展示各种网络综合布线永久链路和网络链路测试。
（6）能够扩展为智能化管理系统、现场总线系统展示实验平台。
（7）全钢结构，模块化组装，展示灵活，美观安全，寿命长，适合各个楼层安装。
4、网络综合布线器材展示柜4台
型号：NED0101。
规格：长1.25米，宽0.35米，高2米。
结构：
（1）密度板外框+全钢展板+玻璃门结构。玻璃柜内安装钢板，在钢板上固定和展示各种材料、工具、设备等，可经常调整展示内容和方式。
（2）全钢展板预置多种安装孔，万种方式、拆装方便、快速布展、无痕布展。
（3）采用亚克力玻璃门，螺丝固定，安全牢固。
功能：
（1）铜缆器材展示：超五类铜缆、六类铜缆、阻水铜缆、地毯电缆、铜缆跳线、RJ45模块、RJ11模块、RJ45头、RJ11头、双口地弹插座、面板+底盒、 24口RJ45配线架、50回110配线架、100回110配线架、理线环、标记环、铜缆样品展板、铜缆连接回路等。
（2）光缆器材和工程实例展示：室外光缆、室内光缆、光纤、光缆熔接盒、光缆配线架、ST偶合器、SC偶合器、ST—ST跳线、SC-SC跳线、ST-SC跳线、架空钢缆、挂钩、紧线器、绕线器、拉攀、支架、架空钢缆+光缆工程模拟实例等。
（3）网络工程常用工具展示：RJ45压线钳、RJ11压线钳、RJ45/RJ11组合钳、打线钳、剥线钳、榔头、螺丝刀、手工锯、钢锯条、活扳手、呆扳手、棘轮扳手、钢卷尺、弯管器、钻头、线管剪、水平尺、拐角尺、电工箱等。
（4）网络工程常用配件展示：60PVC线槽/阴角/阳角/直角/堵头/三通、40PVC线槽/阴角/阳角/直角/堵头/三通、20PVC线槽/阴角/阳角/直角/堵头/三通、Φ40PVC线管/弯头/接头/三通/管卡、Φ20PVC线管/弯头/接头/三通/管卡、100钢制桥架/阴角/阳角/直角/三通、三角支架、Φ3钢缆、Φ6U型卡、各种塑料线扎、膨胀螺栓、M6螺丝等。
（5）能够扩展为智能化管理系统、监控报警系统展示柜等。
（6）能够扩展为现场总线系统展示柜等。
5、配套工具箱
为了方便实验室的工具管理，专门设计了适合综合布线工程现场使用的工具箱,包括了工程常用基本工具。工具箱采用圆弧型材和铝板外壳，内部设置有专门的成型内衬,固定工具,每个工具零件都有对应的金属铭牌标注。
型号：NET0108。
规格：长515毫米，高180毫米，宽315毫米。
功能：圆弧型材，铝板外壳，成型内衬。
6、线管存放架
全钢喷塑结构，4层棚板，专用器材存放架。
型号：NET0502。
规格：长1.8米，宽0.38米，高1.8米。
功能：存放各种大长度的线槽、线管和工具箱等较大器材。
7、不锈钢操作台
不锈钢包边台面，方钢支架，布线材料加工区。
型号：NET0503。
规格：长1.2米，宽0.6米，高0.75米。
功能：综合布线工程现场布线材料加工实验。在操作台上安装工具，进行线槽、线管、桥架等材料加工。
位置：位于综合布线实验装置周围，方便操作和管理。

B. 控制系统仿真的方法有哪些

数学仿真
也称计算机仿真，就是在计算机上实现描写系统物理过程的数学模型，并在这个模型上对系统进行定量的研究和实验。这种仿真方法常用于系统的方案设计阶段和某些不适合做实物仿真的场合（包括某些故障模式）。它的特点是重复性好、精度高、灵活性大、使用方便、成本较低、可以是实时的、也可以是非实时的。数学仿真的逼真度和精度取决于仿真计算机的精度和数学模型的正确性与精确性。数学仿真可采用模拟计算机、数字计算机和数字-模拟混合计算机。

半物理仿真
采用部分物理模型和部分数学模型的仿真。其中物理模型采用控制系统中的实物，系统本身的动态过程则采用数学模型。半物理仿真系统通常由满足实时性要求的仿真计算机、运动模拟器（一般采用三轴机械转台）、目标模拟器、控制台和部分实物组成。控制系统电子装置和敏感器安放在转台上。 半物理仿真的逼真度较高，所以常用来验证控制系统方案的正确性和可行性，进行故障模式的仿真以及对各研制阶段的控制系统进行闭路动态验收试验。此外，用航天仿真器来训练航天员和用飞行仿真器来训练飞行员也属于半物理仿真性质，后者更着重于视景模拟和人机关系。以仿真计算机实现系统模型和以航天器计算机或控制系统电子线路为实物的闭路试验，也可认为是半物理仿真，这种仿真重点在于检验控制计算机软件的正确性或研究控制方式中某些功能和参数。 半物理仿真的逼真度取决于接入的实物部件的多寡、仿真计算机的速度、精度和功能，转台和各目标模拟器的性能。通常对三轴机械转台的要求是精度高、转动范围大、动态响应快和框架布置不妨碍光学敏感器的视场。半物理仿真技术是现代控制系统仿真技术的发展重点。

全物理仿真
全部采用物理模型的仿真，又称实物模拟。例如航天器的动态过程用气浮台(单轴或三轴)的运动来代替，控制系统采用实物。因为实物是安放在气浮台上的，这种方法很适合于研究具有角动量存贮装置的航天器姿态控制系统的三轴耦合，以及研究控制系统与其他分系统在力学上的动态关系。在对航天器姿态控制系统进行全物理仿真时，安装在气浮台上的实物应包括姿态敏感器（见航天器姿态敏感器）、控制器执行机构（见航天器姿态控制执行机构）和遥测遥控装置和有关的分系统。目标模拟器、环境模拟器和操作控制台均设置在地面上。航天器在空间的运动是由气浮台来模拟的，所以全物理仿真的逼真度和精度主要取决于气浮台的性能。对气浮台的要求是空气轴承的摩擦力矩和涡流力矩小，垂直负载能力和横向刚度大，气浮台动、静平衡好。全物理仿真技术复杂，一般只在必要时才采用。

C. 实验方案设计

一、 实验内容

考虑不同库水升降条件下,“浸泡—风干”循环作用对岩石试样实验, 对每一期试样进行单轴或三轴实验, 得出在不同水位升降条件下对岩体力学参数的影响规律, 及在不同“浸泡—风干”循环期次作用下力学参数劣化规律。

二、 试验岩样

试验所用砂岩取自三峡库区秭归沙镇溪镇白水河滑坡, 为侏罗系上沙溪庙组砂岩。在同一个岩层开出较大片的岩块, 并在现场切割成小块运回试验室钻心取样。 根据《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266—99)、 《水利水电工程岩石试验规程》(SL264—2001)以及国际岩石力学学会推荐标准, 同时满足RMT-150C岩石力学试验系统三轴试验岩样规格要求, 经过细心切磨制成尺寸为Φ50mm×100mm圆柱形试件。 试样的精度严格满足规范要求: 高度、 直径偏差≤±0.3mm, 试件两端面不平整度≤±0.05mm(图5-1)。

岩石矿物鉴定结果为绢云母中粒石英砂岩(图5-2), 孔隙式钙质胶结结构, 基质具微细鳞片变晶结构的中粒砂状结构。 岩石由石英、 长石、 岩屑、 云母等组成。 碎屑组分有燧石岩屑, 次角-次圆状, 粒径0.3mm, 占10%; 石英碎屑, 次角-次圆状, 均匀分布,粒径0.3～0.5mm, 占80%; 基质组分为绢云母, 占10%。

图5-9 有压岩石溶解仪的结构图

图5-10 水压力室俯视图

图5-11 控制箱

YRK-1岩石溶解试验仪为本试验开发的一种模拟库水压及库水升降条件下岩石溶解试验仪, 下面将对该仪器进行详细的介绍。

(1)一种模拟库水压力条件的仪器的研制

本实验仪器为一种模拟库水压力状态下水-岩作用的实验装置, 模拟蓄水后库岸岩(土)体所受水压力环境, 通过考虑不同水压力及水位升降条件下的岩石-水作用的浸泡实验, 研究库水条件下的水-岩作用及力学损伤特征。 为了达到上述目的, 本仪器制作由岩石溶解室(压力室), 动、 静水模拟控制系统, 压力控制系统, 压力传感带等组成。

水压力室: 主要由底座、 圆柱形水压力室和盖板组成, 底板与盖板之间分布有八根加固螺栓, 通过密封垫圈将圆柱形水压力室固定在底座和盖板之间。水压力室采用不锈钢和有机玻璃制作, 以便承受较大压力。

压力控制系统: 由内部压力传导系统和外部压力控制系统组成。在水压力室底部安装一个压力传感带与外部压力控制系统相接, 该压力传感带与外部压力控制系统相连; 外部压力控制系统由供压装置和高精度压力表以及压力传导管道组成, 通过高精度压力表将15MP压力转变为0～1.4MP(量程范围)的压力传递到压力传感带(稳压状态), 通过压力传感带将压力传递给水, 进而控制水压力室中的水压, 满足实验要求达到的压力状态。

动、 静水模拟控制系统: 该系统由稳压电源、 直流电机、 叶轮组成。 直流电机安装在水压力室的底板下部, 通过转轴与水压力室内部的叶轮相连。 可以模拟在动水状态下岩石的溶解特征, 也可以模拟在静水状态下岩石的溶解特征; 同时, 通过控制直流电机转速进一步模拟在不同动水状态下岩石的溶解特征。 与压力控制系统组合可以进一步模拟在水库库水压力状态下(具有一定的流速情况下)的水-岩作用。 同时在水压力室下部设置水样采集口, 通过水样分析研究岩石溶解特征。

(2)岩石溶解仪操作步骤

a. 压力室放置试样。 首先将制备好的岩样放入水压力室内, 分层直立或横卧摆放;盖上盖板并将加固螺栓拧紧, 固定好。

b. 压力室充水。 通过进水管向水压力室内注水, 注水期间将放气螺丝打开, 将水压力室内空气排除, 直至水漫出注水管后, 封闭进水管, 拧紧放气螺丝。

c. 控制压力室水压力。 连接外部压力控制系统与内部压力控制系统, 确认连接完成后, 将总控箱中的气源压力调节阀全部放开(拧至最松位置), 放气阀放到“开”的位置。 缓慢旋转气源压力调节阀, 按照实验要求调节压力, 并通过外部压力系统通过压力传到装置将压力传递给水, 保证水-岩作用是在一定库水条件下进行。

d. 取出试样。 完成一个实验周期之后(实验流程要求), 获取试样之前, 首先关闭总气源(氮气瓶), 按照试验流程调节阀慢慢将气源压力减小, 打开放气阀以及放气螺丝,使残余气体放出。 开放水样采集口, 获取足够水样供分析。 取出岩样做相应分析。

(3)岩石溶解试验仪的特点

该仪器制作的优点是: 结构简单、 易操作、安全可靠, 可以模拟库区岩体所处不同水压力环境, 根据需要保持或调节水压力状态模拟库水位升降; 设置动、 静水模拟控制系统, 以模拟库水扰动; 设置取水管道, 以便分析离子浓度的变化。

该仪器可以模拟在库水升降条件及水压力状态下岩石所处的水环境, 为研究库水条件下水-岩作用机理及力学特性而提供一套室内实验平台。

D. 控制系统典型环节的模拟实验意义

最典型的是传统控制系统，即PID闭环控制，P——Proporsion，比例环节，版处理偏差；I——Integral，积权分环节，延续变化影响；D——Differential，微分环节，增强系统敏感度。闭环控制与开环控制间最大区别在于控制对象的输出物理量是否通过传感器反馈回控制器的输入端与给定量比较偏差。

E. （2014乌鲁木齐模拟）某实验小组设计了如图1所示的实验装置来验证机械能守恒定律．电磁铁吸住一个小钢球

（1）利用复平均速度制代替瞬时速度算得小球经过光电门时的速度得：
小球经过光电门时的速度为v=

F. 钢铁的冶炼是人类文明的一个重要标志，下图是模拟炼铁的实验装置图．（1）请你写出冶炼生铁的化学方程式_

G. 物理模拟实验仪器选用

根据煤粉产出物理模拟实验的原理及目的,需要设计可以满足该实验要求的仪器装置。这些要求包括:

(1)满足模拟地层流体在煤储层裂隙之间的流动要求;

(2)满足模拟煤储层经储层改造后的裂隙展布效果要求;

(3)满足模拟煤储层在含煤地层中的赋存状态要求;

(4)满足模拟煤层气井排水→降压→采气的生产模式要求。

通过一系列的摸索与尝试,确定了该物理模拟实验仪器装置的主体系统结构,其中包括计算机监控系统、样品制备系统、泵送驱替系统、物理模拟系统、煤粉储集系统、煤粉分析系统、电力动力系统等。

(1)计算机监控系统:主要由计算机操控平台和驱替导流监测平台等组成。计算机操控平台提供半自动半人工化功能服务,通过计算机实现对驱替导流监测平台的操控,可以满足不同条件下物理模拟实验的要求。同时,驱替导流监测平台实现流体相态驱替模式、自动调控驱替流速及压力、实时监测导流状况及实时记录排出产物状况等。

表5-3 煤体结构差异对煤粉产出的影响研究实验方案

(2)样品制备系统:主要由制样模具、升降施压油缸、平台支架等组成。制备样品的前期准备工作需要碎样机、标准样品筛、电子天平等辅助设备。首先使用碎样机将煤岩样品破碎,经过标准样品筛的筛选,选用一定粒度的煤粉颗粒,依据制样模具的尺寸形状,在升降施压油缸的挤压作用下,制作煤砖样,用于煤粉产出物理模拟实验。该系统需要通过计算机监控系统控制升降施压油缸,为制样提供稳定的压力。

(3)泵送驱替系统:主要由平流泵、储液容器、驱替液、导流室、无缝钢导管、法兰等组成。该系统的工作原理是通过调整平流泵的泵送功率,使其提供一定流速的稳定流体,该流体将储液容器内的驱替液以同等速率注入导流室内,对导流室中的煤砖进行驱替作用,同时,需要导流室的左右两侧分别安装进出液孔道,并在进出口端部安装测压孔道及相应法兰。在此过程中,通过驱替导流监测平台调控平流泵的泵送功率、设置驱替作用的周期及数据记录频率等参数。

(4)物理模拟系统:主要由煤砖样、石英砂、导流室、金属垫片、塑料密封圈、差压传感器、升降施压油缸、平台支架等组成。该系统的工作原理是通过在两块煤砖中夹持石英砂颗粒进行人工造缝,模拟煤储层经过储层改造后的裂隙延展状态;由泵送驱替系统向导流室内提供一定流速的驱替液,模拟地层流体在煤储层裂隙之间的流动过程;由计算机监控系统调控升降施压油缸,使其对导流室内的煤砖产生稳定围压,模拟煤储层在含煤地层中的赋存状态。该系统是在计算机监控系统、泵送驱替系统及物理模拟系统的相互配合下进行的,由平流泵提供驱替流体,由升降施压油缸提供挤压力,由驱替导流监测平台调控记录驱替液流速、油缸压力等参数,由金属垫片和塑料密封圈来保证导流室中煤砖处于密封状态。

(5)煤粉储集系统:主要由电子天平、无缝钢导管、烧杯等组成。该系统的工作原理是收集由物理模拟系统排出的液体及其中煤粉,同时通过驱替导流监测平台对排出液进行实时称重并储存数据结果。

(6)煤粉分析系统:主要由激光粒度仪、滤纸、过滤器、恒温烘干机、电子天平、显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等组成。该系统的工作原理是采用激光粒度仪对不同实验条件中产出的煤粉进行粒度分布测试;采用过滤器及恒温烘干机将排出液中的煤粉进行过滤烘干;采用电子天平对干燥的煤粉颗粒进行精密称重;采用显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪分析煤粉的显微形态及物质成分。从煤粉的粒度、质量、显微状态和物质成分等角度研究煤粉的产出物性特征。

(7)电力动力系统:主要由配电箱和电动机等组成。该系统为物理模拟实验设备装置的其他系统提供电力及动力保障。

图5-1 煤粉产出物理模拟实验仪器设计示意图

根据上述物理模拟实验仪器装置功能要求,实验仪器设计如图5-1所示。通过调研,在综合考虑物理模拟实验的可行性情况下,采用HXDL-Ⅱ型酸蚀裂隙导流仪作为测试仪器。该仪器可以在标准实验条件下模拟地层压力及温度状态,可以实现气、液两相驱替过程,并能评价裂缝的导流能力。其装置流程如图5-2所示。根据上述物理模拟实验装置的说明,选用的酸蚀裂隙导流仪的主体系统均达到开展实验的要求,各个装置部件可以满足实验的需求。该仪器的各项参数是参照《SY-T 6302—1997 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》标准而设定的。

图5-2 酸蚀裂缝导流仪流程示意图

H. 干粉灭火器装置的联动控制组件应进行哪些模拟启动实验

干粉灭火装置的模拟启动试验有：模拟自动启动试验，模拟手动启动试验，模拟喷放试验，模拟切换操作试验，模拟主、备用电源切换试验。
模拟启动试验的目的是检测控制系统及驱动装置动作是否安装正确，系统组件是否可靠。

I. 钢铁是使用最多的金属材料。下图实验装置是模拟炼铁的实验。其中A是实验室用草酸（H 2 C 2 O 4 ）和浓硫