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.doc

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
11
TQC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：2013-2-10
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）
85
70
85
85
70
85
75
75
85
75
80
80
70
70
75
75
85
70
75
80
90
75
75
85
85
90
75
80
80
80
85
75
80
80
75
80
80
85
85
80
85
85
70
80
80
80
80
75
80
75
80
80
80
85
80
85
80
90
80
75
制表：尹国慧 时间：2013-2-12
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：
49
48
48
52
49
51
60
47
57
48
43
59
44
62
48
55
55
56
54
60
41
55
44
51
52
63
54
42
49
52
51
45
43
46
51
47
54
59
51
44
44
42
56
51
43
43
46
45
47
42
54
46
41
47
42
45
57
55
62
53
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：
55
49
55
49
50
46
49
49
56
47
58
50
52
50
50
50
54
48
48
48
51
56
46
49
54
50
51
51
47
47
56
49
51
54
56
50
56
51
51
50
48
50
53
58
49
56
50
53
51
49
49
54
47
53
55
48
55
52
57
48
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：
49
62
69
50
63
71
53
44
46
73
64
60
49
50
54
55
54
45
51
56
60
54
60
51
57
54
46
43
47
53
51
49
62
57
54
47
43
61
69
57
53
57
53
52
55
41
51
54
57
58
59
56
66
60
58
49
61
70
51
78
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=ρg h0≈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=LogA
M，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/Mpa
17
16
14
12.8
12
11.5
11
寿命N
70
102
103
5×103
5×104
8×105
107

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。
1、 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/Mpa
18
16
14
13
12.5
12
11.8
寿命N
80
102
103
5×103
5×104
7×105
107

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
1
2
..
100
平均
注入体积（mL）
200
200
..
200
--
测量结果（mL）
196
195
..
196
--
误差（mL）
4
5
..
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3-5cm3。
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
1
2
..
100
平均
注入体积（mL）
200
200
..
200
--
测量结果（mL）
199
198
..
199
--
误差（mL）
1
2
..
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5-8cm3。
优点：
1、测量误差率＜1%。
缺点：
1、体积稍大。
选择
制表：李敏 时间：2013-3-6
２、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=ρg h0≈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
1
1（4.8）
1（松散式）
1（0.5cm）
1（3mm）
15
是
2
2（8.8）
1
2（1cm）
1
19
是
3
1
2（密集式）
2
1
9
否
4
2
2
1
1
18
否
5
1
1
2
2（6mm）
14
是
6
2
1
1
2
24
是
7
1
2
1
2
13
否
8
2
2
2
2
17
否
I=位级1产率之和
51
72
70
61
I+II=128=总和
II=位级2产率之和
78
57
59
68
极差R
27
15
11
7
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 0.5cm 6mm
“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：NORGER T20排气阀，参数如下
表4.3 NORGER T20排气阀参数
品牌：NORGER/诺冠
型号：T20 C2800
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
1
2
3
..
200
动作成功次数
动作成功率
动作结果
成功
成功
成功
..
成功
200
100%

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
192
96%

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：2013-4-16
３、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
1
2
.
602
.
1000
正确次数
正确率
输入
2
45
.
69
.
98
-
-
输出
低
低
.
低
.
高
-
-
结果
正确
正确
.
错误
.
正
确
988
98.8%
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：
1、 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
1
2
.
833
.
1000
正确次数
正确率
输入
2
45
.
75
.
98
-
-
输出
低
低
.
低
.
高
-
-
结果
正确
正确
.
错误
.
正
确
997
99.7%
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：
1、 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
ATMEL AVR ATXMEGA32A4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ATMEL AVR ATXMEGA32A4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
1
CPU
1
1
14.29%
35
35
24.65%
A
2
存储器
1
2
28.57%
28
63
44.37%
B
3
晶振
1
3
42.86%
19
82
57.75%
4
A/D
1
4
57.14%
16
98
69.01%
C
5
PDI
1
5
71.43%
17
115
80.99%
6
USB
1
6
85.71%
23
138
97.18%
7
复位
1
7
100%
4
142
100%
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
NXP LPC1768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NXP LPC1768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
1
CPU
1
1
16.67%
45
45
37.5%
A
2
存储器
1
2
33.33%
27
72
60%
B
3
晶振
1
3
50%
18
90
75%
4
A/D
1
4
66.67%
13
103
85.83%
C
5
PDI
1
5
83.33%
14
117
97.5%
6
复位
1
6
100%
3
120
100%
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
1
CPU
1
1
14.29%
48
48
32%
A
2
存储器
1
2
28.57%
31
79
52.67%
B
3
晶振
1
3
42.86%
17
96
64%
4
A/D
1
4
57.14%
18
114
76%
C
5
PDI
1
5
71.43%
17
131
87.33%
6
LED
1
6
85.71%
15
141
94%
7
复位
1
7
100%
4
150
100%
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
1
2
.
100
正确率
平均
输入
45
26
.
70
-
-
输出
低
低
.
高
-
-
结果
正确
正确
.
正确
100%
-
时间
3us
2us
.
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
1
2
.
100
正确率
平均
输入
45
26
.
70
-
-
输出
低
低
.
高
-
-
结果
正确
正确
.
正确
100%
-
时间
3us
5us
.
5us
-
4us
VB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：
1、 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
1
2
.
100
正确率
平均
输入
45
26
.
70
-
-
输出
低
低
.
高
-
-
结果
正确
正确
.
正确
100%
-
时间
5us
4us
.
5us
-
5us
C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
1
2
.
100
平均
标准电压
24
24
.
24
24
输出电压
24.4
23.9
.
25.2
24.9
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：
1、 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
1
2
.
100
平均
标准电压
220
220
.
220
220
输出电压
217.8
216.9
.
218.2
217.9
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
1
2
.
50
平均
标准电压
24
24
.
24
24
输出电压
23.1
23.5
.
23.6
23.5
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
1
2
.
50
平均
标准电压
24
24
.
24
24
输出电压
24.8
23．3
.
23.3
23.7
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、 2、价格相对便宜。
缺点：
1、输出电压稳定性差。