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数字式多路信号测试仪数字式多路信号测试仪的研制的研制 国网青海国网青海省电力公司西宁供电公司省电力公司西宁供电公司 电力调度控制中心“奋进号”电力调度控制中心“奋进号”QCQC 小组小组 20172017 年年 0 05 5 月月 目目 录录 一、前 言.5 二、QC 小组概况.-6-三、选择课题.-7-（一）课题提出（一）课题提出.-7-（二）课题确定（二）课题确定.-8-四、设定目标及目标可行性分析.-10-（一）设定目标（一）设定目标.-10-（二）目标可行性分析（二）目标可行性分析.-10-五、提出并确定方案.-11-（一）研制难点（一）研制难点.-11-（二）通过试验进行方案比选（二）通过试验进行方案比选.-13-（三）一级方案选择（三）一级方案选择.-15-（四）二级方案选择（四）二级方案选择.-23-六、制定对策.-27-七、按对策实施.-28-（一）分步对策实施（一）分步对策实施.-28-（二）组装对策实施（二）组装对策实施.-37-八、效果检查.-41-（一）效果检查一：目标值检查（一）效果检查一：目标值检查.-41-（二）效果检查二：效益计算（二）效果检查二：效益计算.-42-九、标准化.-43-（一）纳入标准文件（一）纳入标准文件.-43-（二）编制作业指导书（二）编制作业指导书.-43-（三）效果追踪（三）效果追踪.-44-（四）发表论文（四）发表论文.-45-（五）申请专利（五）申请专利.-45-十、总结和下一步打算.-50-一、前 言 为保证配电网长期安全稳定运行，并且使主站与环网柜通信良好，能够对环网柜进行正确远方遥控操作，需要运维人员定期对环网柜做遥控信号测试。现有的遥控信号测试是由四名运维人员完成，其中两人用万用表在环网柜侧面出口压板处进行四个间隔逐一的遥控信号测量，一人负责人监护，还有一人进行与主站的联系和测试结果的记录，每一个间隔遥控测试前，现场人员打电话向调度申请遥控操作，遥控测试开始时，调度打电话通知现场人员准备好监测遥控信号，遥控测试后，现场人员打电话给调度核对遥控信息是否准确。截止到 2015年底，西宁供电公司所辖环网柜为 287 台，到十三五末，将增加到 456 台。按照原有测试方式，整个十三五期间都无法满足测试需求。图 1-1 环网柜遥控方法与流程 制图：郑颖 制表时间：2016 年 01 月 15 日 名词解释名词解释 1、万用表：万用表：万用表是一种带有整流器的、可以测量交、直流电流、电压及电阻等多种电学参量的磁电式仪表。2、遥控信号：遥控信号：本文特指在电力系统中应用通信技术，调度或者主站进行远方改变运行的开关设备状态的命令，在环网柜中是一个 24 伏的极短时间的电压信号。3、压板：压板：本文特指环网柜二次回路里面能够起连接回路和跳开回路作用的连片。二、QC 小组概况 小 组小 组概况概况 小组名称小组名称 国网西宁供电公司电力调度控制中心“奋进号”QC 小组 小组成立时间小组成立时间 2012 年 07 月 10 日 选题类型选题类型 创新型 注册登记号注册登记号 xngs-2013-012 课题名称课题名称 数字式多路信号测试仪的研制 活动时间活动时间 2016.1.15-2017.1.31 活动次数活动次数 12 次 出勤率出勤率 100%成成 员员 情情 况况 姓名姓名 性别性别 文化程度文化程度 职务职务 职称职称 小组角色小组角色 小组分工小组分工 TQCTQC 学时学时 陈永清 男 本科 主任 高级技师 组长 全面统筹 120 学时 马国祥 男 硕士 班员 工程师 副组长 组织实施 130 学时 王暖 男 硕士 班员 工程师 副组长 组织实施 120 学时 李鹏飞 男 本科 副主任 工程师 组员 具体实施 120 学时 李运旺 男 本科 班员 助理工程师 组员 具体实施 120 学时 宋巍涛 男 硕士 副班长 高级技师 组员 具体实施 120 学时 张超 男 本科 安全员 高级技师 组员 具体实施 120 学时 柯学 男 本科 副主任 高级技师 组员 组织策划 120 学时 仲曙光 男 本科 副主任 高级技师 组员 组织检查 120 学时 刘经德 男 本科 主管 高级技师 组员 实施检查 120 学时 郑颖 女 硕士 班长 高级技师 组长 实施检查 140 学时 周景波 男 本科 专责 高级技师 督导 全面督导 120 学时 巩宏玲 女 大专 班长 高级技师 组员 整体审查 120 学时 黄珊珊 女 本科 班员 高级技师 组员 具体实施 120 学时 雷继业 男 本科 专责 高级技师 组员 具体实施 120 学时 陈彬 男 本科 班员 助理工程师 组员 具体实施 120 学时 李晓君 女 硕士 班员 工程师 组员 具体实施 120 学时 曾曾获获奖项奖项 1 1 2016 年国网青海省电力公司一等奖 2016 年青海省电力行业协会一等奖 2016 年全国电力行业协会二等奖 2 2 2017 年国网西宁供电公司一等奖 制表：李运旺 制表时间：2016 年 01 月 20 日 三、选择课题（一）课题提出（一）课题提出 按照原有测试方式每一台环网柜有 4 个开关间隔需要进行遥控信号测试，每一台环网柜遥控信号测试过程包含布置安全措施时间、每一个间隔遥控信号测试前的联系时间、每一个间隔遥控信号测试时的确认时间、每一个间隔调度操作时间、每一个间隔遥控信号测试后的汇报时间、每一个间隔遥控信号测试后的记录时间和拆除安全措施时间，理想状态下（不考虑工作临时中断再继续等意外情况），整个测试过程的总耗时 107min，小组成员马国祥作出测试时间图如 3-1 所示：布置安全措施1515minmin联系确认记录汇报线路11919.2525minmin操作1919.2525minmin原万用表原万用表测量方法测量方法拆除安全措施联系确认记录汇报线路2操作联系确认记录汇报线路3操作联系确认记录汇报线路4操作1919.2525minmin1919.2525minmin1919.2525minmin1515minmin1919.2525minmin1919.2525minmin1919.2525minmin 图 3-1 原有测试过程时间图 制图：马国祥 时间：2016 年 02 月 25 日 随着环网柜数量不断增加，测试人员能够投入的总时间却已经达到上限，要满足测试需求，每台环网柜测试时间必须满足以下公式：每台环网柜测试时间年测试总时间/年测试台数 式中：年测试总时间=（日工作时间-日准备时间）*日投入该项工作占比*年工作天数 年测试台数来自国家电网公司“十三五”配电自动化建设实施意见的相关要求 可以作出十三五期间每台环网柜测试需求时间与目前测试时间的曲线如图 3-2 所示：图 3-2 环网柜台数与目前测试能力的变化曲线 制图：马国祥 时间：2016 年 02 月 26 日 从上图可以看出，2016 年需要进行遥控信号测试的单台环网柜需求时间为 100min，十三五末 2020 年单台环网测试需求时间为 71min，而目前的测试时间是 107min，现有测试能力无法满足 2016 年需求和今后 5 年的需求计划，测试目标无法实现。（二二）课题确定）课题确定 QC 小组成员针对现场工作需求提出构想：能能否否通过技术手段节省测试过程中部分重复工通过技术手段节省测试过程中部分重复工作类型的时间作类型的时间，进而节约整个测试过程时间？，进而节约整个测试过程时间？对此，QC 小组成员从中国知网、维普资讯、万方数据、国家科技成果网、国家科技图书文献中心进行相关文献检索。共找到遥控功能测试有关的文献四篇，分别是 智能变电站遥控测试系统的FPGA设计与实现（山东大学，2015年）；配电自动化遥控功能闭环测试方法与应用（供用电，2016 年 06 期）；智能型环网柜联调测试系统设计（北京交通大学，2014 年）；配电自动化避免重复停电调试技术研究与应用（供用电，2016 年 02 期）。其中 配电自动化遥控功能闭环测试方法与应用 中提到的浙江新辉科技 CSR-260,如图 3-3所示，是现有环网柜遥控功能测试装置中功能最完整、技术最成熟的。该装置通过标准化接线同环网柜相连，能够捕捉开关出口电平信号并保持，并且可以自动记录结果。原来用万用表测试过程中的确认时间和结果记录时间都被节省出来，时间过程图如图 3-4 所示。布置安全措施布置安全措施1515minmin联联系系汇汇报报线路线路1 11212minmin操操作作1212minmin拆除安全措施拆除安全措施联联系系汇汇报报线路线路2 2操操作作1212minmin联联系系汇汇报报线路线路3 3操操作作1212minmin联联系系汇汇报报线路线路4 4操操作作1212minmin1212minmin1212minmin1212minmin1515minmin单路测试单路测试装置装置图 3-4 引入新辉 CSR-260 后测试时间 图 3-3 新辉 CSR-260 装置 制图：张超 时间：2016 年 03 月 05 日 通过向新辉厂家咨询后，引用使用该厂家设备进行测试时的时间数据，发现单台环网柜遥控测试时间可以减少至 48+30=78min71min，但仍未达到需求要求。引入自动化测试装置已经找到了突破口，需要研究如何进一步减少测试时间。尽管新辉CSR-260 遥控信号测试装置可以节省重复的确认和记录时间，但仍不能满足时间需求，必须节省更多重复型工作的时间。QC 小组进一步研究发现，新辉 CSR-260 一次只能测试一条线路，而每进行一次单路测试，其中联系、汇报时间还在重复性的进行着，考虑到环网柜遥控测试一次需要进行四个间隔的测试，如果一次性的将四个间隔全部做完遥控测试，就可以节省更多时间。单路测单路测试装置试装置 多路测多路测试装置试装置 图 3-5 新辉 CSR-260 图 3-6 待研发多路试验装置 制图：张超 时间：2016 年 03 月 09 日 因此 QC 小组确定本次活动的课题为：选择课题 数字式多路信号测试仪的研制 四、设定目标及目标可行性分析（一）设定目标（一）设定目标 如按原有万用表进行遥控信号测试的方式进行遥控信号测试，单台环网柜测试时间为107min，而根据西宁配电网“十三五”规划方案，不能增加人员的情况下，在 2020 年时西宁电网单台环网柜遥控信号测试时间要求在 71min 以内，所以小组此次 QC 活动的目标为：（二）目标可行性分析（二）目标可行性分析 本课题准备开发的数字式多路信号测试仪对遥控回路进行测试，通过自动化装置取代人工及万用表实现对该功能的的测试，分别进行可行性分析如下：1.技术性因素可行性分析技术性因素可行性分析 采用多路遥控信号测试装置时，理论上可将原万用表测量第 1 个间隔的确认时间 3.5min、汇报时间 3.5min、记录时间 3.75min 省去，同时将第 2 个、第 3 个间隔的联系时间 3.5min、确认时间 3.5min、汇报时间 3.5min、记录时间 3.75min 省去，还可将第 4 个间隔的联系时间 3.5min、确认时间 3.5min、记录时间 3.75min 省去，在第一个间隔的联系时间上和在第四个间隔的汇报时间上加长一点至 5min（原来为 3.5min），原有的布置安全措施 15min、拆除安全措施 15min及4 个 间 隔 操 作 时 间20min 为 固 定 时 间，理 论 上 总 共 可 以 节 省 时 间47min（3.5+3.5+3.75+3.5+3.5+3.5+3.75+3.5+3.5+3.5+3.75+3.5+3.5+3.75-1.5-1.5），如图 4-1 和图 4-2所示，即单台环网柜遥控信号测试时间为 107min-47min=60min71min，进而实现制定目标。布置安全措施布置安全措施1515minmin联联系系确确认认记记录录汇汇报报线路线路1 11919.2525minmin操操作作1919.2525minmin原万用表原万用表测试测试拆除安全措施拆除安全措施联联系系确确认认记记录录汇汇报报线路线路2 2操操作作联联系系确确认认记记录录汇汇报报线路线路3 3操操作作联联系系确确认认记记录录汇汇报报线路线路4 4操操作作1919.2525minmin1919.2525minmin1919.2525minmin1515minmin1919.2525minmin1919.2525minmin1919.2525minmin图 4-1 原测试过程时间图 布置安全措施布置安全措施1515minmin联联系系汇汇报报5 5minmin操作操作4 4条线路条线路多路测试多路测试装置装置拆除安全措施拆除安全措施线路线路1 1、2 2、3 3、4 42020minmin5 5minmin1515minmin3030minmin图 4-2 采用新装置后理论测试过程时间图 制图：郑颖 时间：2016 年 03 月 25 日 单台环网柜遥控信号测试时间71min 2.非技术性因素可行性分析非技术性因素可行性分析 数字式多路信号测试仪的研制课题提出后，得到公司领导高度重视，在人员安排、资金预算、研发场地、设备调用上给予充分支持，为小组顺利开展技术攻关和装置研发提供了很好的条件。小组课题活动实施能力分析见表 4-1 所示。表 4-1 可行性分析依据表 分类 目标 依据 结论 人员 专业研发能力 小组成员均为电力、电子等专业人才，其中硕士研究生三名，具有丰富的科研与实践经验。可行 方案实施能力 小组成员均来自生产一线，拥有多年现场工作经验，具有较强的工作执行能力和动手能力。可行 资金 资金保障 本课题列入公司年度科技创新项目，有专项资金保障。可行 场地 研发场地保障 本课题得到公司领导高度重视，辟出设备实验运维车间一个作为小组专用场地。可行 设备 元器件与实验设备 公司开放二次设备各备品仓库，并提供所需各类实验设备。可行 合作 第三方支持 与各环网柜厂家达成合作，由他们提供各自产品的图纸和原理资料。可行 制表：陈永清 时间：2016 年 03 月 28 日 3.目标可行性分析目标可行性分析 从以上技术性因素可行分析和非技术性因素可行性因素分析可以看到，本课题原理正确、手段合理、方法得到、条件充分，小组成员一致认为：目标可以实现。目标可以实现。五、提出并确定方案（一）研制难点（一）研制难点 数字式多路信号测试仪的研制难点有四，如图 5-1 所示。一、如何进行多路遥控信号的采集处理；二、如何进行多路遥控信号的运算处理；三、如何进行多路遥控信号的输出处理；四、如何进行多路遥控信号的存储处理。多路遥控信号的采集处理多路遥控信号的运算处理多路遥控信号的存储处理多路遥控信号的输出处理难点一难点一难点二难点二难点三难点三难点四难点四 图 5-1 研制难点图 制图：李晓君 时间：2016 年 04 月 03 日 为此，QC小组使用系统图制定如图 5-2 所示研制框架，方案逐层分解展开到可以实施的第一层备选方案和第二层备选方案，并通过试验比选确定最终研制方案。数数字字式式多多路路信信号号测测试试仪仪单片机单片机显示器显示器A A/D D转换转换母接线端母接线端子子80518051单片机单片机PICPIC1616F F873873单片机单片机STMSTM3232F F103103单片机单片机TMSTMS370370C C256256A A单片机单片机MSPMSP430430F F单片机单片机逐次逼近型逐次逼近型ADCADC08090809芯片芯片流水线型流水线型ADAD12821282芯片芯片压频变换型压频变换型VFCVFC110110芯片芯片并行比较型并行比较型TLCTLC55405540芯片芯片积分型积分型CCCC71067106芯片芯片CMOS CMOS 146818146818芯片芯片DDRDDR型型RAMRAM芯片芯片EEPROMEEPROM型型2727C C020020芯片芯片AMOLEDAMOLED型型OLEDOLED显示屏显示屏TFTTFT型型LCDLCD显示屏显示屏子弹型母预绝缘端头子弹型母预绝缘端头母全绝缘接头母全绝缘接头公接线端公接线端子子机翼型公绝缘端头机翼型公绝缘端头全导电型公绝缘端头全导电型公绝缘端头绝缘绞合线绝缘绞合线绝缘铜线绝缘铜线外壳材料外壳材料绝缘板绝缘板金属板金属板普通木板普通木板多路信号多路信号采集处理采集处理多路信号多路信号运算处理运算处理多路信号多路信号输出处理输出处理内置存储内置存储器器多路信号多路信号存储处理存储处理C C语言语言BASICBASIC语言语言汇编语言汇编语言难难点点解解决决部部分分常常规规设设计计部部分分第一层第一层备选方案备选方案第二层第二层备选方案备选方案子弹型公绝缘端头子弹型公绝缘端头直插式公绝缘端头直插式公绝缘端头 图 5-2 方案研制框架图 制图：柯学 时间：2016 年 04 月 07 日（二）通过试验进行方案比选（二）通过试验进行方案比选 1.试验准备试验准备（1）编制国网西宁供电公司数字式多路信号测试实验方案，如图 5-3 所示，并进行专家论证；图 5-3 数字式多路信号测试实验方案首页图 制图：李晓君 时间：2016 年 04 月 17 日（2）将选定的 20 个未投运的环网柜作为待试验设备，如图 5-4 所示：图 5-4 待试验设备图 制图：仲曙光 时间：2016 年 04 月 19 日 待试验设备待试验设备 （3）选定试验场所并搭建试验平台，如图 5-5 和图 5-6 所示：图 5-5 试验场所示意图 图 5-6 试验平台示意图 制图：仲曙光 时间：2016 年 04 月 19 日 2.试验方法试验方法 通过控制变量法进行试验，试验分五组，分别对 A/D 转换、单片机、显示器、内置存储器、母接线端子、公接线端子、连接线、外壳材料进行比选。在试验过程中记录试验数据、分析试验效果，为方案比选提供可靠依据，分组情况如表 5-1 所示：表 5-1 试验分组表 试验组别 比选内容 试验人员 试验一组 A/D 转换 马国祥、郑颖 试验二组 单片机 王暖、雷继业 编程语言 试验三组 显示器 李运旺、陈彬 试验四组 内置存储器 张超、李晓君 试验五组 公接线端子 宋巍涛、刘经德 母接线端子 宋巍涛、刘经德 连接线 宋巍涛、刘经德 外壳材料 宋巍涛、刘经德 制表：仲曙光 时间：2016 年 04 月 21 日（三）一级（三）一级方案选择方案选择 一级方案中的材料设计的内容主要包括环网柜遥控测试信号的采集和转化，数字信号的运算、输出和储存等内容。对比这些材料进行材料类型确定时，为了更加准确直观的了解它们的特性，需要应用较为先进的电力电子测试仪器来进行测试，但就本小组的现状来说，实验经费不足以购买这些设备。因此，小组决定联系青海大学微电子实验室的相关人员，临时借用青海大学微电子实验室里的一些设备和仪器，对本小组选定的材料进行参数性能的测试。1.A/D 转换转换 由于环网柜遥控信号测试时需要进行多路信号的采集处理，因此选用的芯片能实现多路信号的采集处理。采用该方法进行多路信号的采集任务常用的芯片有五种类型：1逐次逼近型ADC0809 芯片；2积分型 CC7106 芯片；3并行比较型 TLC5540 芯片机；4压频变换型 VFC110芯片；5流水线型 AD1282 芯片，小组成员在青海大学微电子实验室进行了下面的测试试验，情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对 A/D 转换芯片进行输入端口数、输入电压范围、工作电压、分辨率、功耗、运算时间测试试验；（3）试验仪器：示波器、分辨率测试-123 仪器、功率计、PC 机；（4）试验结果如表 5-2 所示：表 5-2 A/D 转换选择表 方案 输入端口数 输入电压 工作电压 分辨率 功耗 特点 结论 ADC0809 8 05V 5V 1/256 15mW（1）优点：端口数恰好，功耗小，分辨率高（2）缺点：无 选用选用 CC7106 3 1.9 3.6 V 9V 1/8 15mW（1）优点：功耗小 （2）缺点：端口数不满足，工作电压太，分辨率不足 不选用 TLC5540 1 1.8V5V 5V 1/2 75mW（1）优点：输入范围合适、运算速度快（2）缺点：端口数和分辨率不足，功耗高.不选用 VFC110 1 010V 8V 1/2 160mW（1）优点：输入范围大、运算速度快（2）缺点：端口数和分辨率不足，功耗高 不选用 AD1282 2 5V 或者2.5V 5V 1/4 38mW（1）优点：功耗适中，工作电压合比较适（2）缺点：端口数和分辨率不足 不选用 制表：刘经德 时间：2016 年 04 月 23 日 从上表的测试结果可以看出，ADC0809 芯片在本课题需要的端口数、功耗、分辨率上有明显优势，因此 A/D 转换选择 ADC0809 芯片芯片。2.单片机单片机 本课题小组筛选出几种常用的能进行数据运算处理的单片机，分别为18051 单片机；2MSP430F 单片机；3 TMS370C256 单片机；4 STM32F103 单片机；5 PIC16F873 单片机，小组成员在青海大学微电子实验室进行了下面的测试试验，情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对单片机进行转换通道数、工作电压、工作频率、ROM 容量、成本费用、焊接难度测试试验；（3）试验仪器：示波器、频率检测仪、PC 机、电焊笔；（4）试验结果如表 5-3 所示：表 5-3 各单片机的性能参数对比表 方案 转换通道数 工作电压 工作频率 ROM 容量 成本费用 8051 8 5V 12MHz 4KB 7.5 MSP430F 4 3.6V1.8V 8 MHz 1KB 20 TMS370C256 12 4 V 5.5 V 5MHz 4KB 13 STM32F103 10 2V3.3 V 72 MHz 16 KB 15 PIC16F873 5 2 V 5.5 V 20MHz 4KB 36 制表：陈彬 时间：2016 年 04 月 24 日 单从以上结果还不足以确定哪种芯片最好，需要引入一套评测标准进一步对比，于是小组成员马国祥采用 OWA 标准化测试软件对备选单片机进行性能测试打分。OWA 标准化测试需要首先搭建单片机性能测试电路，然后接入备选单片机通电测试，如图 5-7 所示：单片机输入控制模块输出控制模块时钟控制电路启动信号SCLKOUTIN内部数据总线 图 5-7 单片机性能测试电路图 制图：陈彬 时间：2016 年 04 月 24 日 分别接入 5 种备选单片机进行测试，可以得到如图 5-8 所示的评分结果：图 5-8 备选单片机 OWA 测试打分结果 制图：陈彬 时间：2016 年 04 月 24 日 从打分结果可以明确得出，得分最高的 8051 是最优选择，因而选择它作我们的单片机。3.显示器显示器 本课题小组主要选用了两种类型的显示屏，分别为：1TFT 型 LCD 显示屏；2 AMOLED 型OLED 显示屏，小组成员在青海大学微电子实验室进行了下面的测试试验，情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对显示器进行发光体、产品尺寸可选范围、分辨率、技术成熟度、工作电压、成本费用测试试验；（3）试验仪器：游标卡尺、分辨率测试-123 仪器、示波器；（4）试验结果如表 5-4 所示：表 5-4 两种显示屏参数对比表 方 案 发 光体 产 品尺 寸 分 辨 率 技 术 成 熟度 工 作电 压 特 点 结 论 TFT 型 LCD 显 示 屏 薄 膜场 效应 晶体 管 多 种尺 寸 480272 发 展 时 间长，技 术成 熟 5V （1）优点：尺寸选择余地大，分辨率高，技术成熟（2）缺点：价格略微偏高 选 用选 用 AMOLED 型 OLED 显示 屏 有 机电 激发 光二 极管 多 为27.3mmX27.8mm 12864 新 兴 技 术前 景 广 阔 3V5V （1）优点：价格相对便宜（2）缺点：到屏幕尺寸过小、分辨率不高，技术不成熟 不 选 用 制表：雷继业 时间：2016 年 04 月 25 日 从上表的测试结果可以看出，显示器 TFT 型 LCD 显示屏在本课题需要的尺寸选择余地、分辨率、技术成熟度上有明显优势，虽然费用较高，但是为了更好的显示试验结果，所以不在考虑范围内，因此显示器选择 TFT 型型 LCD 显示屏显示屏。4.内置存储器内置存储器 本小组主要选取了三类存储器进行比较筛选，分别为：1EEPROM 型 27C020 芯片；2 DDR型 RAM 芯片；3 CMOS146818 芯片，小组成员在青海大学微电子实验室进行了下面的测试试验，情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对内置存储器进行工作电压、能否编程、掉电数据丢失与否、存储容量、费用测试试验；（3）试验仪器：示波器、PC 机；（4）试验结果如表 5-5 所示：表 5-5 两种显示屏参数对比表 方案 工作电压 能否编程 掉电数据丢失否 存储容量 价格 特点 结论 EEPROM 型27C020 5.5V 能 否 2MB 1 元 （1）优点：掉电后数据不会丢失，且单个的存储容量大（2）缺点：无 选选用用 DDR 型 RAM 5 V 能 丢失 32K 0.5 元（1）优点：存储速度快，相对价格低 （2）缺点：掉电后数据丢失，存储容量小 不选用 CMOS146818 3V 否 丢失 512K 2 元 （1）优点：工作电压低，存储容量适中 （2）缺点：掉电后数据丢失，价格太相对较高 不选用 制表：雷继业 时间：2016 年 04 月 26 日 从上表的测试结果可以看出，内置存储器EEPROM型27C020芯片在本课题需要的掉电后数据不会丢失、且单个的存储容量上有明显优势，因此内置存储器选择 EEPROM 型型 27C020 芯芯片片。5.公接线端子公接线端子 由于目前市面上存在四种公接线端子：1全导电型公绝缘端头；2机翼型公绝缘端头；3直插式公绝缘端头；4子弹型公绝缘端头，小组成员在本单位自动化运维班库房进行了下面的测试试验，通过试验、双因素优选法进行公接线端子的选择，情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对端子表面积、机械强度进行测量试验；（3）试验仪器：螺旋测微仪、机械强度测试仪；（4）试验结果如表 5-6 所示：表 5-6 不同类型公接线端子对比表 接线端子类别 公接线端表面积 机械强度 全导电型公绝缘端头 22 =2 rh+2 r =188.4mmSSS圆柱半球 400N/mm2 机翼型公绝缘端头 2 =2 rh =100.5mmSS圆柱 300N/mm2 直插式公绝缘端头 2 =2 rh =163.3mmSS圆柱 420N/mm2 子弹型公绝缘端头 2 =2 rh =81.6mmSS圆柱 240N/mm2 制表：巩宏玲 时间：2016 年 04 月 27 日 在试验完成后，小组成员针对两个主要性能无法做出直接判断，所以小组成员李运旺采用双因素优选法进行选择，如图 5-9 所示：图 5-9 双因素爬山法图 制图：马国祥 时间：2016 年 04 月 27 日 目标函数虽然未知，但是目标函数要保证接触电阻小，接触面积大，不易损坏等特征，确定第一个因素的变化范围为 80200mm2，第二个因素的变化范围为小、较小、较大、大，图中以达到山顶或者离山顶最近为最优解，目标函数可以理解为山顶或者对应的不同色的同心椭圆，椭圆越小，越接近目标函数值。以80mm2为 起 点，以 表 面 积大 小 为 增 加 方 向 开始 爬 山，爬 到188.4mm2时 接 近 山顶，这时候确定表面积为 188.4mm2，然后按照强度增大方向开始行走，随着强度的增大，在走下坡路，所以赶紧调转头回去，在较大的地方基本达到山顶，所以此处就是最优方案。由此确定全导电型公绝缘端头全导电型公绝缘端头这种尺寸和强度的端子为最优公接线端子。6.母接线端子母接线端子 母接线端子作为装置上插接连线的主要插口，目前市面上主要存在两种常用母接线端子：1母全绝缘端子；2子弹型母预绝缘端子，小组成员在本单位自动化运维班库房进行了下面的测试试验，通过试验和属性对比法进行母接线端子的选择，情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对端子进行可插入公接线端子直径、允许最大电流、导电部分深度、导电部分机械强度测量试验；（3）试验仪器：游标卡尺、通流能力检测仪、机械强度测试仪；（4）试验结果如表 5-7 所示：表 5-7 母接线端子选择表 接 线 端 子 类 别 可 插 入 公接 线 端 子直 径 允 许最 大电 流 导 电 部分 深 度 导 电 部分 机 械强 度 优 点 特 点 结 论 母 全 绝 缘 端 子 1.52.5mm 8A 8mm 420N/mm2 载 流 能 力强、导 电部 分 机 械强 度 大 （1）优 点：载 流 能 力强、机 械 强 度 大；（2）缺 点：公 接 线 端子 直 径 可 选 范 围 小、导 电 部 分 深 度 浅。不 选 用 子 弹 型 母 预 绝缘 端 子 13mm 5A 14mm 380N/mm2 可 插 入 公接 线 端 子直 径 可 选范 围 大、导 电 部 分深 度 深 （1）优 点：公 接 线 端子 直 径 可 选 范 围 大、导 电 部 分 深 度 深；（2）缺 点：载 流 能 力不 强、导 电 部 分 机 械强 度 小。选 用选 用 制表：巩宏玲 时间：2016 年 04 月 28 日 从上表的属性对比可以看出，子弹型母预绝缘端子在本课题需要的可插入公接线端子直径可选范围、导电部分深度上有明显优势，因此母接线端子选择子弹型母预绝缘端子子弹型母预绝缘端子。7.外壳材料外壳材料 外壳主要起到固定各元件，使得设备便于操作的作用，通常使用的外壳材料主要有三种：1普通木板；2金属板；3绝缘板，小组成员在本单位自动化运维班库房进行了下面的测试试验，外壳材料选择情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对外壳材料进行静电感应检测、淋水、压力和侵蚀试验；（3）试验仪器：静电感应器；（4）试验结果如表 5-8 所示：表 5-8 外壳材料选择表 外 壳 材 料 静电感应 淋水 30kg 重物压力 化学液体侵蚀 优点 特 点 结 论 普 通 木 板 无 受潮明显 有小幅变形 侵蚀明显 无静电感应（1）优 点：无 静 电感 应；（2）缺 点：受 潮 明显、有 小 幅 变 形、腐 蚀 明 显。不 选 用 金 属 板 有 无受潮 无明显变形 无侵蚀 无受潮现象、无明显变形、无腐蚀（1）优 点：无 受潮、无 变 形、无 腐蚀；（2）缺 点：感 应 电较 大。不 选 用 绝 缘 板 无 无受潮 无明显变形 无侵蚀 无静电感应、无受潮、无变形、无腐蚀（1）优 点：无 静 电感 应、无 受 潮、无明 显 变 形、无 腐蚀；（2）缺 点：无。选 用选 用 制表：李运旺 时间：2016 年 04 月 29 日 综合表 5-8 分析，外壳材料选择为绝缘板绝缘板。由此，一级方案全部确定，如图 5-8 所示。数数字字式式多多路路信信号号测测试试仪仪单片机单片机显示器显示器A A/D D转换转换母接线端母接线端子子80518051单片机单片机PICPIC1616F F873873单片机单片机STMSTM3232F F103103单片机单片机TMSTMS370370C C256256A A单片机单片机MSPMSP430430F F单片机单片机逐次逼近型逐次逼近型ADCADC08090809芯片芯片流水线型流水线型ADAD12821282芯片芯片压频变换型压频变换型VFCVFC110110芯片芯片并行比较型并行比较型TLCTLC55405540芯片芯片积分型积分型CCCC71067106芯片芯片CMOS CMOS 146818146818芯片芯片DDRDDR型型RAMRAM芯片芯片EEPROMEEPROM型型2727C C020020芯片芯片AMOLEDAMOLED型型OLEDOLED显示屏显示屏TFTTFT型型LCDLCD显示屏显示屏子弹型母预绝缘端头子弹型母预绝缘端头母全绝缘接头母全绝缘接头公接线端公接线端子子机翼型公绝缘端头机翼型公绝缘端头全导电型公绝缘端头全导电型公绝缘端头绝缘绞合线绝缘绞合线绝缘铜线绝缘铜线外壳材料外壳材料绝缘板绝缘板金属板金属板普通木板普通木板多路信号多路信号采集处理采集处理多路信号多路信号运算处理运算处理多路信号多路信号输出处理输出处理内置存储内置存储器器多路信号多路信号存储处理存储处理C C语言语言BASICBASIC语言语言汇编语言汇编语言难难点点解解决决部部分分常常规规设设计计部部分分第一层第一层备选方案备选方案第二层第二层备选方案备选方案子弹型公绝缘端头子弹型公绝缘端头直插式公绝缘端头直插式公绝缘端头图 5-8 一级方案比选结果图 制图：马国祥 时间：2016 年 04 月 30 日（四）二级方案选择（四）二级方案选择 1.单片机编程语言单片机编程语言 对于单片机而言，可选择的编程语言通常有三种：1C 语言；2汇编语言；3BASIC 语言，小组成员在本单位自动化运维班进行了下面的测试试验，情况如下：（1）试验人数：1 人；（2）试验方法：利用三种语言测试进行 3 个不同的编程任务测试试验；（3）试验仪器：PC 机；（4）试验结果如表 5-9 所示：表 5-9 编程语言选择表 编 程 语 言 平均开发时间 模块化占比 可读性 平均执行时间 特 点 结 论 C 语言 230 分钟 57%27 分钟 28 微秒（1）优 点：均 开 发 时 间短、模 块 化 多、可 读 性好；（2）缺 点：均 执 行 时 间慢。选 用选 用 汇 编 语 言 360 分钟 14%54 分钟 16 微秒（1）优 点：均 执 行 时 间快；（2）缺 点：均 开 发 时 间长、模 块 化 不 多、可 读 性差。不 选 用 BASIC 语 言 430 分钟 17%83 分钟 22 微秒（1）优 点：无；（2）缺 点：均 开 发 时 间长、模 块 化 不 多、可 读 性差、平 均 执 行 时 间 较 慢。不 选 用 制表：王暖 时间：2016 年 04 月 30 日 在本课题中，更加侧重开发时间、模块化部分的多少和语言的可读性三个方面，这三个方面的特性对于时间紧、任务重的项目至关重要，所以小组通过测试试验最终选择了 C 语言语言为单片机的编程语言。2.公接线端子上的连接线公接线端子上的连接线 在接线端子选定的情况下，还需要连接线来完成在遥控出口压板处采集电压将电压信号送入装置，通常用的连接线有两种：1绝缘铜线；2绝缘绞合线，小组成员在青海大学微电子实验室进行了下面的测试试验，情况如下：（1）试验人数：2 人；（2）试验方法：对导线进行抗电磁干扰性能、导电率、柔软度等级测试试验；（3）试验仪器：电磁干扰检测仪、导电率测试仪、电线柔软度试验机；（4）试验结果如表 5-10 所示：表 5-10 连接线选择表 连 接 线 抗电磁干扰等级 导电率 柔软度等级 绝 缘 铜 线 II 1.92x10(-8)m Class 1 绝 缘 绞 合 线 I 1.20 x10(-8)m Class 2 制表：宋巍涛 时间：2016 年 04 月 30 日 由于这个问题有三个要素，而且难选择，所以可以把这个问题当成一个多因素优选法。多因素优选法进行步骤如图 5-9 所示：图 5-9 多因素优选法示意图 制图：宋巍涛 时间：2016 年 04 月 30 日 由于导电率数据不统一，为了更好地运用多因素优选法，对数据进行归一化，将导电率1.92x10(-8)m 当作 2，先在三个平面：x=1，1y2，0z2；0 x2，y=1，0z2；0 x2，1y2，z=1，用双因素法最出最好点 A1、B1、C1：A1=(1，y1，z1)，B1=(x2，1，z2)，C1=(x3，y3，1)，然后比较三个点上的试验结果，柔软度等级是最重要因素，所以 C1 最好，且 0y1，0z1，则去掉原立方体的 3/4，留下的长立体如图 5-9 左图中红色所示，用同样的方法继续选优。进一步把范围缩小到图 5-9