毕业设计（论文）_小型反应釜控制系统的仿真设计

毕业设计（论文）_小型反应釜控制系统的仿真设计 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 摘 要 反应釜是一种常用的化学反应容器，其内部反应机理较为复杂。研究通过控制其过程参数而控制化学反应过程，以提高产品的收率和质量的方法，对化工生产和生物制药等工业很有实用价值。 本文全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点，在对反应釜夹套加热系统的传热原理系统分析的基础上，根据热量平衡原理和反应釜的热量传递关系，采用机理建模和阶跃响应曲线方法建立了釜内温度的数学模型，并利用实验数据和理论分析验证了模型的有效性。 关键词:反应釜;串级控制;MATLAB仿真;温度控制 -I- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) Abstract The reaction kettle is a kind of common chemical reaction containers, its internal reaction mechanism is more complicated. Research through the control of its process parameters and the control of chemical reaction process, to improve the yield and quality products with the method of chemical production and biological pharmaceutical industry, etc have practical value. This paper analyzed the characteristics of the reaction kettle temperature change and control the difficulty, in the reaction kettle clip set of heating system of the heat transfer theory system on the basis of analysis, according to the quantity of heat balance principle and the reaction kettle of heat transfer of the relationship, using mechanism modeling and step response curve method to establish the mathematical model of temperature in the kettle, and the utilization of the data and the theoretical analysis verify the effectiveness of the model. Keywords: the reaction kettle;cascade control;MATLAB;the temperature control -II- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 目 录 摘 要 ..........................................................................................................................I Abstract ..................................................................................................................... II 第1章 绪论 ............................................................................................................... 1 1.1 课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 背景 ...................................................................................................... 1 1.2 课题的目的与意义...................................................................................... 1 第2章 控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定 .......................................................................................... 3 2.1 反应釜的结构及工作原理 ......................................................................... 3 2.2 反应釜釜底温度特点分析 ......................................................................... 4 2.3 反应釜控制系统设计指标的确定............................................................. 5 2.4 方案比较 ...................................................................................................... 6 2.4.1 单回路控制系统设计...................................................................... 6 2.4.2 串级控制系统设计.......................................................................... 7 2.5 方案确定 ...................................................................................................... 8 本章小结 ............................................................................................................. 8 第3章 系统硬件设计 ............................................................................................ 10 3.1 主、副调节器的选择 ............................................................................... 10 3.2 主、副调节器的作用方式 ....................................................................... 11 3.3 温度变送器 ................................................................................................ 12 3.4 调节阀的作用方式.................................................................................... 12 本章小结 ........................................................................................................... 13 第4章 MATLAB仿真设计及结果 ...................................................................... 14 4.1 模拟PID算法及规律 ............................................................................... 14 4.2 单回路控制系统仿真 ............................................................................... 16 4.3 串级控制仿真 ............................................................................................ 19 本章小结 ........................................................................................................... 23 结 论 ....................................................................................................................... 24 致 谢 ....................................................................................................................... 25 参考文献 ................................................................................................................... 26 附录1 译文 .............................................................................................................. 27 附录2 英文参考资料 ............................................................................................. 36 -III- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第1章 绪论 1.1 课题背景 化工生产在我国的国民经济建设中占有很重要的地位。其生产过程往往伴随有物化反应、生化反应、相变过程等，过程机理十分复杂。化工过程的被控对象往往是高维、大时滞、严重不确定与非线性等，控制起来非常困难。化工生产经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下运行，生产的安全性至关重要。 研究化工生产过程自动检测和控制技术，是适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要，也是提高生产效率、改善劳动条件、保证安全生产的必然措施。在我国由于大中城市科学技术和工业自动化的发展步伐较快，近年来一些生产规模不大，而具有一定危险性的化工生产项目转移到农村和小城市，并常有爆炸、起火等安全事故发生。因此对于智能化检测和控制装置的呼声日益增高。由于许多化学工业、生物制药工业具有规模小、产品更新快的特点，使得多数的、小规模的反应釜、培养皿生产方式将长期存在下去。因此，针对这种化工生产特点所进行的智能检测和控制方面的研究及产品开发将长期进行下去，并不断深化。 在反应釜、培养皿等化工容器内完成的化学工业过程的特征参量一般为温度、压力、浓度等，这些参量是化工过程本身的属性的表现。它们不仅是化工生产过程质量好坏的表征，而且在很多时候也是化工生产过程安全性(例如是否爆炸、起火等)的表征。因此，通过测量并校正这些参数，以确保化工生产过程的质量和安全性是十分重要的。 1.2 课题的目的与意义 反应釜是化工生产中的一种十分常见的反应容器。在十几年前，反应釜的控制几乎完全是靠手工操作。手工操作不仅操作工的劳动强度大，控制精度不高，且操作不当，极易引发安全事故。近年来，随着电子技术和自动控制理论的发展，人们开始研究各种反应釜自动控制装置。 在我国，目前也出现了一些反应釜智能控制器的研发与应用。早期的反应釜自动控制系统较为简单，大多是使用一些单元组合仪表组成位式控制装置，由于化学过程中存在较严重的非线性和时滞性，这种简单的控制方式难以达到预期的控制精度，且往往因出现超调而导致失误。后来有人使用PLC -1- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 作为控制器，较大地提高了控制精度，但这种控制方式难以适用较复杂的过程控制，在通信和管理方面也存在很多缺点。 近年来，以微控制器或工业微机为核心的各种反应釜内化学过程控制系统开发研究控制系统成为反应釜过程控制的主流。在控制理论的运用上，早期的反应釜控制系统多为两位式调节的单回路调节系统，对于重要的环节设计有串级调节系统。 -2- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第2章 控制方案的确定 2.1 反应釜的结构及工作原理 反应釜有间歇式和连续式之分。间歇反应釜通常用于液相反应，如多品种、小批量的制药、燃料等反应。连续反应釜用于均相和非均相的液相反应，如聚合反应等，本文研究的对象为间歇式反应釜。反应釜的基本结构如图2-1所示,由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。釜体为一个钢制罐形容器，可以在罐内装入物料，使物料在其内部进行化学反应。为了测量釜内的各项参数，在罐内装有钢制的套管，可将各种传感器放入其中。 图2-1反应釜结构示意图 在进行化学反应之前，先将反应物按照一定的比例进行混合，然后与催化剂一同投入反应釜内，在反应釜的夹套内导入蒸汽加热使釜内物料的温度升高，通过搅拌器的搅拌使物料均匀并提高导热速度，使其温度均匀。当釜内温度达到预定的温度时，保持一定时间的恒温以使化学反应正常进行，反应结束后进行冷却。有时在恒温后还要进行二次升温和恒温。恒温段是整个工艺的关键，如果温度偏高或偏低，会影响反应进行的深度和反应的转化率，从而影响了产品的质量。化学反应过程中一般伴有强烈的放热效应，并且反应的放热速率与反应温度之间是一种正反馈自激的关系。也就是说，若某种扰动使反应温度有所增加，反应的速率就会增加，放热速率也会增加，会使 -3- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 反应温度进一步上升，甚至会引起“聚爆”现象，使釜内的产品变成废品，并且会影响安全生产。按照工艺要求，这些反应一般要经过加热、恒温、冷却等过程，当原料配比、浓度确定以后，准确控制反应的温度是保证产品质量和产量的关键。 为了使釜温稳定，在夹套中通以一定的冷却介质，来移走反应放出的多余热量。通过调节流入反应釜夹套中冷却介质的流量，来控制反应釜内物料的温度使之符合工艺要求。 本课题使用的是间歇式反应釜。在实际使用中需要检测釜内的温度、压力和液位三种状态信号，系统的主要控制的参数是温度，反应温度设定在80?。液位的控制主要在加入原料、物料等阶段，在到达指定液位后，系统将自动关闭进料阀门。 2.2 反应釜釜底温度特点分析 根据反应釜的工作特性分析结果可知，反应釜内的工作温度对化学反应有极大的影响。在分析对象的特性时，为了便于分析作了许多的简化和假设，如:忽略了热交换中的能量损失、忽略了反应过程中许多复杂的化学现象和不确定因素、对方程进行了近似的处理等等。事实上作为被控对象的反应釜工作温度与一般的工业对象对比，主要有以下几个方面的特点: 1.大时滞性 反应釜一般在反应之初加热使反应釜内达到所需的温度。在反应过程中伴有很强的热效应，导致反应釜内温度急剧升高，此后在夹套中通以液态氮带走多余的热量，以使釜内温度降低。但由于反应釜内与外界热交换主要依靠反应釜的间壁进行热传导，内壁对整个釜内加热也需要一定的时间，所以导致系统表现出很大的时滞效应。 2.时变性 反应釜内的温控特性主要取决于釜内化学反应的激烈程度，而整个生产过程从起始升温、中间恒温到最后降温，对象具有明显的时变性。并且，就某一个具体的阶段而言，由于化学反应的速度不稳定，导致过程的增益、惯性时间和纯滞后也会发生相应的变化。 3.非线性 对于一个温度过程系统，都并存在传导、对流和辐射三种形式的传热，只是在不同的阶段各种传热形式所占的比例不同。事实上，只有一维导热可以看作是线性的，辐射热量是绝对问题的四次方函数，对流传热受多种因素 -4- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 的影响，一般也是非线性的。在整个温区内，被控对象的动态参数随着温度的变化而变化，在工作点附近的小温度范围内，其动态特性可以看成近似线性的。针对被控对象的上述特点，应综合考虑系统的鲁棒性和快速性的要求，提高温度测量的精度和测量稳定性。最终设计和开发出可靠性、稳定性好，系统的性价比高的控制器。 2.3 反应釜控制系统设计指标的确定 根据要求，本课题设计的反应釜控制系统要求对某化学反应实现过程控制。控制系统的主要控制功能为自动地实现釜温控制，釜温—时间曲线由 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 制式或由操作人员从人机接口设置。其中标准制式要求釜温达到如图2-2所示的变化规律。 图2-2 反应釜温度曲线图 图中升温部分用虚线描绘，表示对升温时间的要求不是很严格，只要保证超调量不是太大即可。达到反应温度后，要保持釜温在80?约90分钟。降温阶段有一定时间要求，在20分钟内冷却到30?即可，此后使其自然冷却。 自动工况即对应于反应釜过程温度—时间标准制式。在加热和冷却工况下，要求釜温从实际温度变化到设定温度，然后使反应釜在设定时间内维持在设定温度。同时，系统具有定时功能。除自动工况外，其他工况均可进行时间设定，即开机状态可设置定时关机，关机状态可设置定时开机。 本系统的测温范围要求为0~100?。自动工况下，升温阶段的控制精度 -5- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 要求不是很高，升温结束阶段向恒温阶段切换时的超调量要求不超过5?。恒温阶段的控制精度要求较高，要求绝对误差不超过?2?。 2.4 方案比较 2.4.1 单回路控制系统设计 在工业生产过程中，如图2-3所示的间歇式反应釜如进料管，出料管，搅拌器，冷热剂出口，反应室，夹套等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，冷热剂进出需均衡，以保证过程的温度平衡。因此，工艺要求釜底温度维持在给定值上下，或在某一小范围内变化。 1.被控参数的选择:根据工艺所知，釜底温度要求维持在给定值上下，所以直接选取釜底温度为被控参数。 2.控制参数的选择:从间歇式反应釜的生产过程来看，影响釜底温度有两个量，一是通入夹套内冷剂的流量，二是通入夹套内热剂的流量。调节这两个流量的大小都可以改变釜底温度，这样构成釜底温度控制系统就有两种，系统框图如图2-4所示。这两种方案具有相同的框图结构以及相同的系统特性。因而控制参数选择冷剂或热剂。 图2-3 单回路控制系统方案示意图 -6- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 给定值+ 温度 主调节器 执行器 副对象 主对象 — 温度变送器 图2-4 单回路控制系统框图 2.4.2 串级控制系统设计 间歇式反应釜是工业生产中常用的设备之一，工艺要求反应物反应所需要的温度为给定值。因此常取釜底温度为被控参数，选取冷剂流量或热剂流量为控制参数。影响釜底温度的因素有很多，主要有反应物的温度、搅拌器的搅拌速度、反应物的浓度等。串级控制系统控制方案示意图，如图2-4所示。串级控制系统框图如图2-5所示。 中间被控变量:冷剂或热剂管道; 操纵变量:冷剂流量或热剂流量。 图2-4 串级控制系统方案示意图 -7- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 给定值 流量 温度 + + 主对象 主调节器 副调节器 执行器 副对象 — — 流量变送器 温度变送器 图2-5 串级控制系统框图 2.5 方案确定 在间歇式生产化学反应过程中，当反应物投入反应釜后，为了使其达到反应温度，往往在反应开始前需要给它提供一定的热量。一旦达到反应温度后，就会随着化学反应的进行不断释放出热量，这些热量如不及时移走，反应就会越来越激烈，以致会有爆炸的危险。因此，这种间歇式化学反应器既要考虑反应前的预热问题，又要考虑反应过程中及时移走反应热的问题。 化学反应釜作为被控对象有其特殊性。本论文通过研究反应釜的结构和工作原理，选用温度作为控制参量。针对本课题提出的要求，以研究实现小型实用反应釜的控制系统为目标，主要将开展了以下几个方面的研究工作: 1.分析反应釜的过程特性;根据反应釜的内部结构以及工作原理，对其动态特性做出合理的定量分析。 2.总体控制方案与控制策略的研究;根据对反应釜动态特性的分析，确定以反应釜的温度为被控对象。PID 控制具有稳态精度高的特点，使被控变量具有良好的动态特性和静态特性。 3.与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器，增加的投资并不多，但控制效果却有显著的提高。其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率;对二次干扰有很强的克服能力;提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。 综合以上因素，选择串级控制方案。 本章小结 本章主要分析了反应釜的工作原理，反应釜釜底温度的特性，确定了课 -8- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 题任务的功能指标与技术指标，比较单回路控制系统与串级控制系统对于课题完成的优劣，并确定了以串级控制系统为最终设计方案。 -9- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第3章 系统硬件设计 3.1 主、副调节器的选择 控制器的选型主要根据被控过程的特性、工艺对控制品质的要求、系统的总体设计来综合考虑，根据课题的要求，本次设计选择DDZ-?型调节器。 DDZ-?型调节器是?型电动单元组合仪表中的一个重要单元。它接受变送器或转换器的DC1~5V或DC4~mA测量信号为输入信号，与DC1~5V或DC4~20mA给定信号进行比较，并对其偏差进行PID运算，输出DC4~20mA标准统一信号。 DDZ-?型仪表由于采用了线性集成电路，所以进一步提高了仪表在长期运行中的可靠性和稳定性。从而扩大了调节器的功能，可组成各种变型调节器，满足生产过程自动化的需要。 DDZ-?型PID调节器主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、手动与自动切换电路、输出电路和指示电路组成，如图3-1所示: 图3-1 DDZ?型调节器框图 调节器接收变送器送来的测量信号(DC4,20mA或DC1,5V)，在输入电路中与给定信号进行比较，得出偏差信号，然后在PD与PI电路中进行PID运算，最后由输出电路转换为4,20mA直流电流输出。 -10- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 3.2 主、副调节器的作用方式 控制器有正作用和反作用两种方式，其确定原则是使整个单回路构成负反馈系统。因而，调节器正、反作用的选择同被控过程的特性即调节阀的开、关形式有关。被控过程的特性也分为正、反两种，即当被控过程的输入(通过调节阀的物料或能量)增加(或减少)时，其输出(被控参数)亦增加(或减少)，此时称此被控过程为正作用;反之为反作用。组成过程控制系统各环节的极性是这样规定的:正作用调节器，即当系统的测量值增加时，调节器的输出亦增加，其静态放大系数取负;反作用调节器，即当系统的测量值增加时，调节器的输出减小，其静态放大系数取正。气开式调节阀，其静态放大系数取正，气关式调节阀，其静态放大系数取负。正作用被控过程，其静态放大系数取正，反作用被控过程，其静态放大系数取负。 确定调节器正、反作用次序一般为:首先根据生产工艺安全等原则确定确定调节阀的开、关形式、然后按被控过程的特性，确定其正、反作用，最后根据上述组成该系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则来确定调节器的正、反作用方式。 串级控制系统中，必须分别根据各种不同情况，选择主、副控制器的作用方向，选择方法如下: 1.串级控制系统中的副控制器作用方向的选择是根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定的因此，副控制器的作用方向与副对象特性、执行器的气开、气关形式有关其选择方法与简单控制系统中控制器正、反作用的选择串级调节方法相同，这时，只是将主控制器的输出作为副控制器的给定就行了 2.串级控制系统中主控制器作用方向的选择可按下述方法进行:当主、副变量在增加(或减小)时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小(或增加)，要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应选“反”作用;反之，则应取“正”方向。 从上述方法可以看出，串级控制系统中主控制器作用方向的选择完全由工艺情况确定，与执行器的气开、气关型式及副控制器的作用方向完全无关，因此，串级控制系统中主、副控制器的选择可以按先副后主的顺序、即先确定执行器的开、关型式及副控制器的正、反作用，然后确定主控制器的作用方向。 在单回路控制系统设计中，要使一个过程控制系统能正常工作，系统必 -11- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 须为负反馈。对于串级控制系统来说，主、副调节器中正、反作用方式的选择原则是使整个控制系统构成负反馈系统。即使主通道各个环节放大系数极性乘积必须为正值。各环节放大系数极性的规定与单回路系统设计相同。 反应釜串级控制系统主、副调节器中正、反作用方式的确定如下:故调节阀的为正。当调节阀开度增大，冷(热)剂流量增加，反应釜釜底温度温度升高，故副过程的为正。为了保证副回路为负反馈。则副调节器的放大系数应取正，即为反作用调节器。由于反应室温度升高，，则反应釜釜底温度也升高，故主过程的为正。为了保证整个回路为负反馈，则主调节器的放大系数应为正，即为反作用调节器。 3.3 温度变送器 检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将检测信号转换成标准信号输出。因此，热电偶和热电阻的输出信号必须经温度变送器转换成标准信号后，才能进入控制系统，与调节器等其他仪表配合工作。 图3-2为温度变送器的原理框图，虽然温度变送器有多个品种、规格，以配合不同的传感元件和不同的量程需要，但他们的结构基本相同。 输出电流 电量 检测信号 + 放大电路 传感原件 输入电路 - 反馈电路 图3-2 温度变送器的原理框图 3.4 调节阀的作用方式 调节阀开、关形式的选择主要是考虑在不同工艺条件下安全生产的需要。在选用时，应考虑以下情况。 1.考虑事故状态时人身、工艺设备的安全。当过程控制系统发生故障时，调节阀所处的状态不致影响人身和工艺设备的安全。例如，锅炉供水调节阀一般采用气关式，一旦事故发生，可保证事故状态下调节阀处于全开位置，使锅炉不致因进水中断而烧干，甚至引起爆炸危险。 2.考虑事故状态下减少经济损失，保证产品质量。精馏塔是工业生产中 -12- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 的重要设备之一，其进料调节阀一般选用气开式，这样，在事故状态下调节阀关闭，停止进料，以减少原料损耗;而回流量调节阀一般选用气关式，在事故状态下使调节阀全开，保证回流量，以防止不合格产品的蒸出。 3.考虑介质的性质。对装有易结晶、易凝固物料的装置，蒸汽流量调节阀选用气关式。一旦事故发生，使其处于全开状态，以防止物料结晶、凝固和堵塞给重新开工带来麻烦，甚至损坏设备。 综合考虑以上因素，间歇式化学反应釜冷(热)剂调节阀应选择气关式。 本章小结 本章主要进行了主、副调节器的选择，分析调节器的作用方式，确定温度变送器选型，根据反应釜工作特点确定了调节阀的气关工作方式。为文成课题打下硬件基础。 -13- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 第4章 MATLAB仿真设计及结果 4.1 模拟PID算法及规律 在模拟控制系统中，控制器最常见的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如图4-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。 比例 u(t) + e(t)+ c(t) ) 积分 被控对象 + r(t) - + 微分 图4-1 模拟PID控制系统原理框图 在工业现场实际应用中，最为广泛的调节器控制规律是比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节PID控制器问世至今已有近70年历史，它是工业生产过程中最常用的控制算法，在工业生产过程中，PID控制占85%,95%，随着科学技术的发展，特别是计算机的发展，许多先进的PID控制涌现出来得到了广泛的应用。PID控制具有如下特点: 1.原理简单，易被人们熟悉和掌握。PID控制由比例、微分、积分三个典型环节组合而成，原理简单，易于理解和掌握，其参数的物理含义也比较明确。 2.应用范围最广，适应性强。PID控制广泛适用于化工、冶金、石油、热工等工业生产中。 3.控制效果好，鲁棒性强。恰当整定PID控制器参数，可使控制系统达到较好的控制效果，且PID控制对被控对象特性的变化不太灵敏。 PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当 -14- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例(P)控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。 积分(I)控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分(D)控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 比例调节依据“偏差的大小”来动作，它的输出与输入偏差的大小成比例。比例调节及时，有力，但有余差。它用比例度来表示其作用的强弱，比例度越小，调节作用越强;相反，比例度越大，调节作用就越弱;比例作用太强时，会引起震荡。 积分调节依据“偏差是否存在”来动作，它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差消失时，积分作用才会停止，其作用是消除余差。但积分作用使最大动偏差增大，延长了调节时间。它用积分时间T来表示其作用 -15- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 的强弱，T越小，积分作用越强，但积分作用太强时，也会引起震荡。 微分调节依据“偏差变化的速度”来动作它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象(温度)有很好的效果.它使调节过程偏差减小，时间缩短，余差也减小(但不能消除)。它用微分时间TdL来表示其作用的强弱，Td大，作用强，但Td太大,也会引起振荡。 4.2 单回路控制系统仿真 1Gp1(s),仿真传递函数为: S，5 1Gps1(), 2S，9S，19.25 间歇式反应釜的单回路仿真图，如图4-2所示: 图4-2 单回路系统仿真图 利用MATLAB进行初步仿真即在PID作用在比例为1的情况下即没有调节起作用的情况下系统的阶跃曲线图，我们可以通过观察响应曲线看出系统的特征然后进行系统分析。经过MATLAB的初步仿真可得单位阶跃响应原始曲线图如图4-3所示: -16- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 图4-3 单回路控制原始曲线图 采用衰减曲线法整定调节器PID控制参数，将主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减(4:1)曲线法整定，逐步降低副回路的比例度&，直到得到副回路过渡过程衰减比为4:1的曲线，即得到如图4-4所2s 示的阶跃响应曲线，此时&=320，T=1.1，其中T为衰减振荡周期。 sss 图4-4 4:1衰减曲线仿真图 -17- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 按已求得的&、T值，结合选定的衰减曲线法已给定单位调节规律，按ss 衰减曲线法整定参数的经验公式，计算出主、副调节器的整定参数值。经计算以后，调节的参数设置如图4-5所示 图4-5 PID最终调节参数 经调节后得到单回路控制系统的阶跃响应曲线图，如图4-6所示，从图中可以看出单回路控制系统根本无法满足间歇式反应釜的基本工艺要求。 图4-6 单回路控制系统仿真图 -18- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 4.3 串级控制仿真 1Gp1(s),仿真传递函数为: S，5 1Gps1(), 2S，9S，19.25 间歇式反应釜的串级仿真图，如图4-7所示: 图4-7 串级控制系统仿真图 利用MATLAB进行初步仿真即在主副PID作用在比例为1的情况下即没有调节起作用的情况下系统的阶跃曲线图，我们可以通过观察响应曲线看出系统的特征然后进行系统分析。经过MATLAB的初步仿真可得串级控制原曲线图如图4-8所示: 图4-8 串级控制原曲线图 -19- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 采用衰减曲线法整定副调节器PID控制参数，将主调节器比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减(4:1)曲线法整定，逐步降低副回路的比例度&，直到得到副回路过渡过程衰减比为4:1的曲线，即得到如图4-9所2s 示的阶跃响应曲线，此时&=0.6，T=4.2，其中T为衰减振荡周期。根据2s2s2s 相关规定，副调节器一般只采用比例调节器，因此副调节器可以只采用P=0.62的比例调节器。 图4-9 副回路4:1反应曲线图 将副调节器的比例度置于所求的数值&上，把副回路作为一个环节，2s 用同样的方法整定主回路的参数，求的&=35，T=8.5。此时主回路的仿真1s1s 曲线如图4-10所示: -20- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 图4-10 主回路4:1反应曲线图 按已求得的&、T和&、T值，结合选定的衰减曲线法已给定单位调2s2s1s1s 节规律，按衰减曲线法整定参数的经验公式，算出主、副调节器的整定参数值。如图4-11、4-12主、副调节的参数设置所示: 图4-11 副回路PID调节结果 -21- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 图4-12 主PID调节最后结果 当副调节器参数整定结束之后，视其为主回路的一个环节，按单回路控制系统的方法整定主调节器参数，而不再考虑主调节器参数变化对副回路的影响。主、副调节器参数整定好以后系统输出图如图4-13所示: 图4-13 升温和恒温阶段阶跃响应曲线图 -22- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 结合以上阶跃曲线以及主、副调节器参数整定，得出反应全过程曲线图，如图4-14所示: 图4-14 反应全过程曲线图 本章小结 本章介绍了模拟PID算法与规律，进行了基于MATLAB的反应釜串级温度控制系统仿真与PID调节，完成了课题要求的功能指标与技术指标。 -23- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 结 论 化工生产在我国的国民经济建设中占有很重要的地位。其些生产过程往往伴随物化反应、生化反应、相变过程等，过程机理十分复杂。化工过程的被控对象往往是高维、大时滞、严重不确定与非线性等，控制起来非常困难。化工生产经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下运行，生产的安全性至关重要。研究化工生产过程自动检测和控制技术，是适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要，也是提高生产效率、改善劳动条件、保证安全生产的必然措施。因此，针对需求利用串级控制系统设计化学反应釜很有必要。 本文使用模拟PID控制方案对间歇式反应釜进行控制，主要成果如下: 1.根据反应釜的结构和工作原理，对反应釜的反应过程进行了分析，设计出合理的控制方案。 2.利用串级控制系统实现达到功能指标，精度指标的课题设计。 3.运用MATLAB仿真对控制系统设计完成实现。 在本次设计中，应用的串级控制系统对于扰动的处理非常合理，可以更好的处理系统的扰动因素。串级控制系统在结构上仅仅比简单控制系统多了一个控制回路，但对系统的影响特别大。在相同衰减比的条件下，串级系统的工作频率要高，系统工作频率提高，操作周期就可以缩短，过度过程的时间相对也将缩短，因而对于反应釜釜底温度的控制质量获得的改善。其次，采用串级控制系统具有较强的抗干扰能力。串级控制的副回路对于进入其中的扰动具有较强的抑制能力。所以在工业应用中只要将变化剧烈、而且幅度大的扰动包括在串级系统副回路中，就可以大大减少其对主回路的影响。 总体而言，串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到了广泛的应用。 -24- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 致 谢 在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。同时感谢张玉萍老师对我的设计做了细心的检查，指出错误，并予以改正，并在设计过程中所遇到的难题都给了非常重要的意见，让我在她的悉心帮助和支持下，能够很好的掌握和运用专业知识，理解毕业设计的要求并在设计中得以体现，顺利完成毕业设计。 同时，在毕业过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。 我还要感谢同组的各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。 -25- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 参考文献 1 邵裕森，戴先中编(过程控制(机械工业出版社，2010( 2 薛定宇编(控制系统辅助设计(清华大学出版社，2008( 3 梅晓榕编(自动控制原理(科学出版社，2009( 4 张毅，张宝芬编(自动检测技术及仪表控制技术(化学工业出版社，2009. 5 周泽魁编(控制仪表与计算机控制装置(化学工业出版社，2009( 6 王兆安，黄俊编. 电力电子技术. 机械工业出版社，2000. 7 刘迎春. 传感器原理设计与应用. 国防科技大学出版社，1997. 8 周庆海，翁维勤编. 过程控制系统工程设计. 化学工业出版社，1992. 9 朱瑞、张鹏等. 自动温度控制系统. 济南山东大学，2006. 10 鞠丽叶.自适应预测控制理论及其应用.青岛科技大学学报，2008. 11李敏、郭涛、杨马英等.过称控制系统综合性实验设计.实验技术与管理.2011. 12 庄伟杰.化学反应釜最优温度控制系统的设计与实现.工业控制计算机2011年第24卷第4期.2011. 13 郭阳宽、王正林.过程控制工程及仿真.电子工业出版社.2009 14 王建辉、顾树生.自动控制原理.清华大学出版社.2007 15 赵跃.过程控制与仪表.机械工业出版社.2007 16 夏玮.Matlab控制系统仿真与实例详解.人民邮电出版社.2008 17 王正林.Matlab/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社.2008 18 薛定宇.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用.2002 19 Maxim Integrated Products,Inc.Maxim Data Book,CDROM Version7.0.2003 20 Data-Acquisition Databook.Analog Devices Corp.1991 -26- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 附录1 译文 MATLAB是一种功能强大的软件开发工具，可以大大减少编程工作量的理论研究与算法开发期间。不幸的是，大多数商业机器人模拟器不支持 Matlab。本文介绍的2D室内机器人导航算法开发基于MATLAB的模拟器。构建机器人模型和室内环境模型，包括进行测试算法的目视观测，它提供了一个简单的用户界面。实验结果显示的可行性及建议模拟器的性能。 关键字:移动机器人，导航，模拟器，MATLAB 1.介绍 导航是核心能力的移动机器人。在发展新导航算法的过程中，有必要在真正的机器人和现实世界的测试前模拟的机器人和环境中进行测试。这是因为(一)机器人价格膨胀;(二)未经测试的算法可能会损坏的机器人在实验 ;(三)困难的构建与交互系统模型下噪声背景下;(四)的瞬时状态很难跟踪准确 ;(五)和度量单位以外部的信标隐藏在实验中，但此信息通常有助于调试和更新的算法。 软件模拟器可能是一个好的解决方案，这些问题。好的模拟器可以提供许多不同的环境，以帮助研究人员能够找出他们在不同种类的移动机器人的算法中存在的问题。为了解决上面列出的问题，该模拟器被应该能够密切监视系统状态。它还应具有各种算法的柔性和友好用户界面。 到目前为止，已开发了许多商业的模拟器，具有良好的性能。例如，MOBOTSIM是2D模拟器的窗口，它提供了一个图形界面，以构建环境[1]。但它只支持有限的机器人模型(差驱动机器人的距离传感器只)，并且不能处理基于视觉算法。Bugworks是非常简单的模拟器提供拖就地界面[2];但是，它提供了非常原始的功能，更像是示范，而不是模拟器。一些其他机器人模拟器，如Ropsim [3]、[5]，ThreeDimSim和RPG Kinematix [6]，是特别针对发展的自主导航算法的移动机器人和有非常有限的功能。 商业的模拟器，从Cyberbotics[4] Webot和太太从Microsoft 功能非常强大，更好地执行移动机器人的导航的模拟器。这两个模拟器，即 Webots 和太太，提供了功能强大的接口，以建立移动机器人和环境、 优秀的三维显示、 精确的性能模拟和编程语言的机器人控制。也许由于以强大的功能，他们很难使用新的用户。例如，这是相当无聊的工作，建立环境视觉的实用程序，其中涉及建筑的形状、材料选择、和照明设计。此外，一些机器人开发工具包具有内置的模拟器的几种特殊的机器人。从Activmedia咏叹调有2D室内 -27- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 模拟器的先锋移动机器人[8]。模拟器采用可行的文本文件，以配置的环境，但只支持有限的机器人模型。 但是，大多数商业模拟器不目前支持另外一方面，提供良好的编程支持矩阵计算、图像处理、模糊逻辑、神经网络、等等，可以大大减少新导航算法研究阶段的编码时间。例如，矩阵的逆操作可能需要功能有数百行;但在MATLAB中有一个简单的命令。在这一阶段中使用MATLAB可以避免浪费时间再生存在算法反复与重点的新的理论和算法的发展。 本文介绍了一种基于MATLAB的模拟器与MATLAB代码，完全兼容，使机器人进行调试他们的代码，并方便地做实验，对他们的研究第一阶段的研究人员。算法开发基于MATLAB子例程，使用指定的参数变量，这些文件存储到文件中，由模拟器访问。使用此模拟器，我们可以营造环境、选择参数、建立子例程和在屏幕上显示输出。在整个过程中;记录数据此外进行了一些基本的分析。 剩下的纸分为如下所示。第二节中介绍了拟议的模拟器软件结构。第三部分描述了拟议的模拟器的用户界面。第四节载一些实验的结果显示系统的性能。最后，第五节介绍了一个简短的结论和潜在的未来工作。 2.软件体系结构 若要使算法设计和调试更容易，我们基于MATLAB模拟器被为了有以下功能: 轻松的环境建模-,;包括墙、障碍、灯塔和虚拟场景 ; , 机器人模型构建，包括驱动和控制的系统和噪音水平。 , 观察模型设置 ;模拟计算的机器人可以看到的可以依法精确的机器人姿态、摄像机，参数和环境的图像帧。 , 凸块反应模拟。如果机器人触摸"墙"，模拟器可以停止机器人，即使它由其他模块向前移动所吩咐。此功能可防止通过"像个幽灵，墙的机器人，并使上真正的机器人运行像实验的仿真。 , 实时显示正在运行的处理和意见。这是用户跟踪导航过程，并找出错误。 , 整个运行过程中，包括瞬变和平均本地化错误的统计结果。这是详细的导航的离线分析的结果。这些模块中，已做了一些基本的简单的分析。 如图1所示的建筑已经发展到实现以上功能。本节的其余部分将说明模拟器中的详细信息的模块。 2.1.用户界面 -28- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 模拟器提供一个接口，营造环境、设置的噪声模型;和几个单独的子例程，可供用户进行观察和本地化的算法。某些参数和设置由用户定义的该接口模块和文件可以获取这些定义。如图1所示，以上虚线的模块是用户界面。使用客户配置文件，用户可以描述环境 (墙壁、走廊、门口、障碍和信标)、解释系统和控制模型、在不同步骤中定义的噪音和做一些模拟器设置。 客户子例程应该是严重的源代码与所需的输入/输出参数。模拟器调用这些子例程，并使用结果来控制的移动机器人。因此在模拟器中定义的客户配置文件 (国家合作框架) 的系统中测试客户的子例程中的算法。在图 1 中的灰色块是在模拟器中集成的客户子例程。 图 1 软件结构的模拟器 环境的墙壁的角落由的笛卡儿的值对配置文件的说明。每一对环境中定义的点和程序配置模块连接点与直线的连续剧，视为在墙上的这些行。每个灯塔由四个元素的载体的[x、y、ω，P] T，凡(x，y) 起诉的灯塔的位置由笛卡尔坐标值、ω是方向，面临着的灯塔，P 是指向图像文件的指针意见场地信标的前面。非可视的灯塔，例如反光的极地的激光扫描仪，P计算元素，这是非法的 am 图像指针。 一些参数的国家合作框架，如形状半径，驾驶方法、wheelbases、最大的平移和旋转速度、噪音、等)的机器人，观测的字符(最大值和最小观测范围，观察角度，观测噪声等) 和等等的数据计算。这些数据是内部模块用于构建系统和观察的模型。机器人和绘制的实时视频流的环境也依赖于这些 -29- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 参数。 国家合作框架还定义了一些设置相关的运行，如机器人运动和跟踪的方式显示，观察的交换机的模拟显示，战略的随机运动等。 2.2.行为控制模块 导航算法通常由等障碍避免路线导航和定位(如果没有手动映射) 的几个模块组成。尽管障碍避免模块安全模块是重要的它不是本文中讨论。模拟器为用户提供内置的OAM研究报告，以便他们能够专注于他们的算法。但该模拟器还允许用户关闭此功能，并建立自己的客户之一的OAM子例程。颠簸的反应功能还集成在此模块，始终打开的OAM甚至已经关闭。没有此功能，机器人可以去穿墙而过像幽灵一样，如果用户关闭OAM和机器人在程序中有一些错误。 OAM了图2所示的流程图。机器人姿态表示如 X = [x y θ]在x、y和θ分别指示笛卡尔坐标和方向。(X，y)对因此通过使用解析几何的基本理论计算"隔离墙"的线段的距离。用户导航算法是作为MATLAB功能测试，称为 OAM研究报告提出的。它应该输出驱动的信息定义由机器人模型，例如，左和右轮速度差异驱动的机器人。 -30- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 图 2 障碍避免模块 2.3.数据融合子例程 数据融合是模拟器的另一个子程序，可供用户使用。模拟器还提供了所有所需的信息，并接收此子例程，作为定位结果和映射数据的输出。 通常情况下，机器人获得使用其板载的传感器，内部的里程、外部声纳、 CCD相机等数据。在模拟器，这些传感器数据应转入作为子例程，真正的机器人，尽可能的靠近。观察模拟模块(OSM)被迄今。内部数据包括精确的 -31- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 姿态，加上设置的国家合作框架，这是容易获取的参数的噪音。 真正的机器人姿态和信标的安排，很容易推断出可以检测机器人，以及距离和方向观察到的信号。将根据明晰选择非可视信标和将其传输到数据保险丝子例程，观察到的所有信息。基于视觉算法模拟，明晰的环境包含的图像文件的不同地点的场景。OSM 与国家合作框架、信标定位ω和距离和方向等的观测数据中定义的摄像机参数相结合，可以计算，并生成缩放的图像以模拟在某一个位置的意见。 用户子例程，因此获得性的观察图像只是这样从板载的相机，在现实世界中。 2.4.模拟输出模块 模拟器的输出模块"视频演示及数据结果"。实时视频提供直接视图如何算法执行，而输出数据的模拟提供精确的记录。图3(a)显示帧的实时视频，即整个视图，而图3(b)是图3(a)的中间部分的放大的视图。 3(a)整体视图 -32- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 3(b)扩大后的一部分 图3模拟器的视图 {Routine Refresh: calculation the current drawing } {all parameters} = getParameter(configure_file); Rob=BuildRobot(robot_Para); Wall = BuildWall(wall_Para); Beacon = getBeacons(beacon_Para); DrawRobot(Rob,[0,0,0],[0,0,0]); DrawImage(Wall, Beacon); loop for every 40 ms control = call(users_Control); tpose = getTruePose(control); obv = getObservation(tpose, beacons); [lpose,l_noise] = call(users_Localization); [map,m_noise] = call(users_mapbuilding); DrawRobot(Rob,tpose,lpose); DrawImage(l_noise, obv, map, m_noise); end loop 图4输出视频 宽直线表示墙的环境;图3(b)在左边的轮是机器人的真实位置和右边是 -33- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 本地化的结果。在某一时刻的功能观察薄的直线，与椭圆交叉快递中心映射的不确定性。椭圆围绕中心的定位结果意味着本地化的不确定性。关于绘制的源代码基于贝利的开放源码[7]。需要注意的是输出数据包含估计的姿势，真正的姿势，协方差矩阵的每个步骤中，可以处理和计算精确实验后。 视频实际上是由一系列的静态图像的快速更新执行的。每40毫秒为单位)，在模拟器计算所有状态参数，如由于本地化的机器人、当前的观测和当前映射结果的真实姿态。模拟器将这些数据与当前框架的图像绘制，并刷新输出图像。由于每秒25次刷新图像，看上去像一个真实的视频。在图4中所示的方法被执行的计算和绘图的当前帧 在每个循环周期，DrawRobot函数转换和旋转分别存储在矢量Rob，真正的姿势和定位结果显示的形状和绘制具有不同的填充阴影或颜色的结果。在图 4 中的处理周期，记录中的所有数据和参数，例如 lpose、 t_pose、 地图、 等，由另一个线程在一个文件中。后导航，这些数据将输出，以及一些基本的统计结果。 3.试验结果 实验的目的是测试仿真系统的性能。因此，这个试验的目的是要单独测试模拟器的功能模块，然后运行测试的总体性能模拟器中的真正的满贯算法。 首先，OAM 关掉，和用户的导航模块只能提供恒速在这两个轮子上。换句话说，只能向前移动机器人。在实验中，当机器人撞墙在其面前，它停止，扭动着在的地方，因为驾驶噪音。颠簸的反应模块工作正常，并使机器人停止时撞到环境中的任何对象。 第二，我们在环境中删除所有信标和机器人内部的传感器上运行 100%。通过分析的数据和意见，实时视频流和噪声生成模块完美和提供不如我们预料的结果。 第三，OAM接通，和用户的导航模块保持相同。即是说，机器人向前除非内置避免模块所需的控制，以避免附近的障碍。在实验中，超过10分钟，保持移动机器人和路线涵盖环境中的每个角落。它可靠地避免了一切障碍。图3(a)所示的路径也清楚地证实了障碍避免模块的性能。然后，观察仿真模块是离线处理的拍摄的影像，航行期间生成的测试。通过使用三角剖分方法 [9]，估计每个记录的图像的位置是推断与真实情况相比。该错误是可以接受的考虑的三角剖分的不明朗因素。这意味着图像缩放和此模块中的投影操作是可靠的。 最后，一个简单的同时定位映射(SLAM)算法[10]中提出了在运行和发达 -34- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 的模拟器。所有的功能模块是在此步骤中形成的。模拟器使所有正在运行的结果，所设计和这些结果也适合真正的机器人，引用所给予的结果。模拟器的瞬态本地化错误结果如图5所示。 图5 暂时性错误输出 4.结论和今后的工作 本文介绍了一种新型的模拟器，基于MATLAB代码，并允许用户调试 MATLAB他们导航算法、室内环境、集噪声，观察模型、建设与不同的驱动机制、传感器内部和外部传感器的机器人模型。也一些计算的视觉观察投影和缩放计算基于建筑的环境的视图。此函数是重要的视觉基于算法的实验。为了节省时间，模拟器还提供了一些功能模块，可以实现一些导航任务如避障和碰撞反应。所有上述职能的模拟器了已经经过设计的实验是显示模拟器是可行的、有用的和准确的2D室内机器人导航。 当前版本需要进一步改善下一阶段，因为 (i) 通过该模拟器不能实现三维实验;(二)输入的接口是文本，即容易使用的专家，但却难以由新的用户使用的文件。图形的拖套接口被需要 ;(三)在一些环境复杂的直观视图，观察模拟的计算成本高昂，并使模拟很慢;(四)板载的摄像机现场不会显示在真正的时间;并在此版本中支持(五)只有一个机器人。 -35- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 附录2 英文参考资料 Matlab is a powerful software development tool and can dramatically reduce the programming workload during the period of algorithm development and theory research. Unfortunately, most of commercial robot simulators do not support Matlab. This paper presents a Matlab-based simulator for algorithm development of 2D indoor robot navigation. It provides a simple user interface for constructing robot models and indoor environment models, including visual observations for the algorithms to be tested. Experimental results are presented to show the feasibility and performance of the proposed simulator. Keywords: Mobile robot, Navigation, Simulator, Matlab 1. Introduction Navigation is the essential ability that a mobile robot. During the development of new navigation algorithms, it is necessary to test them in simulated robots and environments before the testing on real robots and the real world. This is because (i) the prices of robots are expansive; (ii) the untested algorithm may damage the robot during the experiment; (iii) difficulties on the construction and alternation of system models under noise background; (iv) the transient state is difficult to track precisely; and (v) the measurements to the external beacons are hidden during the experiment, but this information is often helpful for debugging and updating the algorithms. The software simulator could be a good solution for these problems. A good simulator could provide many different environments to help the researchers to find out problems in their algorithms in different kinds of mobile robots. In order to solve the problems listed above, this simulator is supposed to be able to monitor system states closely. It also should have flexible and friendly users’ interface to develop all kinds of algorithms. Up to now, many commercial simulators with good performance have been developed. For instance, MOBOTSIM is a 2D simulator for windows, which provides a graphic interface to build environments [1]. But it only supports limited robot models (differential driven robots with distance sensors only), and -36- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) is unable to deal with on visual based algorithms. Bugworks is a very simple simulator providing drag-and-place interface [2]; but it provides very primitive functions and is more like a demonstration rather than a simulator. Some other robot simulators, such as Ropsim [3], ThreeDimSim [5], and RPG Kinematix [6], are not specially designed for the development of autonomous navigation algorithms of mobile robots and have very limited functions. Among all the commercial simulators, Webot from Cyberbotics [4] and MRS from Microsoft are powerful and better performed simulators for mobile robot navigation. Both simulators, i.e. Webots and MRS, provide powerful interfaces to build mobile robots and environments, excellent 3-D display, accurate performance simulation, and programming languages for robot control. Perhaps due to the powerful functions, they are difficult to use for a new user. For instance, it is quite a boring job to build an environment for visual utilities, which involves shapes building, materials selection, and illumination design. Moreover, some robot development kits have built-in simulator for some special kinds of robots. Aria from Activmedia has a 2-D indoor simulator for Pioneer mobile robots [8]. The simulator adopts feasible text files to configure the environment, but only support limited robot models. However, the majority of commercial simulators are not currently supporting On the other hand, Matlab programming that provides a good support in matrix computing, image processing, fuzzy logic, neural network, etc., and can dramatically reduce the coding time in the research stage of new navigation algorithms. For example, a matrix inverse operation may needs a function which has hundreds of lines; but there is a simple command in Matlab. To use Matlab in this stage can avoid time-wasting on regenerating existed algorithms repeatedly and focus on the new theory and algorithm development. This paper presents a Matlab-based simulator that is fully compatible with Matlab codes, and makes it possible for robotics researchers to debug their code and do experiments conveniently at the first stage of their research. The algorithms development is based on Matlab subroutines with appointed parameter variables, which are stored in a file to be accessed by the simulator. Using this simulator, we can build the environment, select parameters, build subroutines and display outputs on the screen. Data are recorded during the whole procedure; -37- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) some basic analyses are also performed. The rest of the paper is organized as follows. The software structure of the proposed simulator is explained in Section II. Section III describes the user interface of the proposed simulator. Some experimental results are given in Section IV to show the system performance. Finally, Section V presents a brief conclusion and potential future work. 2. Software architecture To make algorithm design and debugging easier, our Matlab based simulator has been designed to have the following functions: , Easy environment model-building; including walls, obstacles, beacons and visual scenes; , Robot model building, including the driving and control system and noise level. , Observation model setting; the simulator calculates the image frame that the robot can see, according to the precise robot pose, the parameters of camera, and the environment. , Bumping reaction simulation. If the robot touches “walls”, the simulator can stop the robot even when it is commanded to move forward by other modules. This function prevents the robot passing through the “wall” like a ghost, and makes the simulation running like the experiment on real robots. , Real-time display of the running processing and observations. This is for users to track the navigation procedure and find out the bugs. , Statistical results of the whole running procedure, including the transient and average localization error. This is detailed navigation result for offline analysis. Some basic and simple analysis has been done in these modules. The architecture shown in Fig. 1 has been developed to implement the functions above. The rest of this section will explain the modules of the simulator in details. 2.1. User Interface The simulator provides an interface to build the environment, set the noise model; and a few separate subroutines are available for users to implement observation and localization algorithms. Some parameters and settings are defined by users, the interface modules and files can obtain these definition. As -38- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) shown in Fig. 1, the modules above the dashed line are the user interface. Using Customer Configure files, users can describe environments (the walls, corridors, doorways, the obstacles and the Beacons), explain system and control models, define noises in different steps and do some simulator settings. The Customer Subroutines should be a serious of source codes with required input/output parameters. The simulator calls these subroutines and uses the results to control the mobile robot. The algorithms in the Customer Subroutines are therefore tested in the system defined by Customer Configure Files (CCFs) in the simulator. The grey blocks in Fig. 1 are the Customer Subroutines integrated in the simulator. Fig. 1 Software structure of the simulator The environment is described by a configure file in which the corners of walls are indicated by the Cartesian value pairs. Each pair defines a point in the environment and the Program Configure module connects points with straight lines in serials and regards these lines as the wall. Each beacon is defined by a four-element vector as [x,y,ω,P] T, where (x,y) indict the beacon’s position by Cartesian values, ω is the direction that the beacon faces to, and P is a pointer refer to an image file reflect the venue views in front of a beacon. For a non-visual beacon, e.g. a reflective polar for a laser scanner, the element P is -39- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) evaluated, which is illegal for am image pointer. Some parameters are evaluated in a CCF, such as the data of the robot (shape, radius, driving method, wheelbases, maximum translation and rotation speeds, noises, etc.), the observing character (maximum and minimum observing ranges, observing angles, observing noises, etc.) and so on. These data are used by inner modules to build system and observation models. The robot and environment drawn in the real time video also rely on these parameters. The CCF also defines some setting related to the simulation running, e.g. the modes of robot motion and tracking display, the switches of observing display, the strategy of random motion, etc. 2.2. Behaviour controlling modules A navigation algorithm normally consists of few modules such as obstacle avoidance, route planner and localization (and mapping if not given manually). Although obstacle avoidance module (OAM, safety module) is important, it is not discussed in this paper. The simulator provides a built-in OAM for users so that they can focus on their algorithms. But the simulator also allows users to switch off this function and build their own OAM in one of the customer subroutines. A bumping reaction function is also integrated in this module which is always turned on even the OAM has been switched off. Without this function, the robot could go through the wall like a ghost if the user switched off the OAM and the robot has some bugs in the program. The OAM has the flowchart shown in Fig. 2. The robot pose is expressed as X = [x y θ ] where x, y, and θ indicate the Cartesian coordinates and the orientation respectively. The (x, y) pair is therefore adopted to calculate the distance to the “wall” line segments by using the basic theory of analytic geometry. The user’s navigation algorithm is presented as the Matlab function to be tested, which is called by the OAM. It should output the driving information defined by the robot model, for example, the left and right wheel speed for a differentially driving robot. -40- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) Fig. 2 Obstacle avoidance module 2.3. Data fusion subroutines The data fusion is another subroutine of the simulator, which is available to users. The simulator also provides all the information required and receives the output of this subroutine, such as, the localization result and the mapping data. Normally, the robot acquires data using its onboard sensors, such as internal -41- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) odometers, external sonars, CCD cameras, etc. In the simulator, these sensor data should be transferred to the subroutine as close to that of a real robot as possible. Thus the observation simulation module (OSM) is developed. The internal data includes the precise pose plus the noises generated with the parameters set by CCFs, which is easy to acquire. According to the true robot pose and the arrangement of the beacons, it is easy to deduce the beacons that can be detected by the robot, as well as the distance and direction of the observation. The information of all observed non-visual beacon will be selected according to the CCFs and transferred to the data fuse subroutines. For visual based algorithms simulation, the CCFs of the environment contain the image files of the scenes at different places. Combined with the camera parameters defined in CCFs, the beacon orientation ω and the observing data such as distance and direction, the OSM can calculate and generate zoomed images to simulate the observations at a certain position. The user observation subroutines are therefore acquired the image just like that from an onboard camera in the real world. 2.4. Simulator output module The “Video Demo & Data Result” is the output module of the simulator. The real time video gives the direct view of how the algorithm performs, while the output data give the precise record during the simulation. Fig. 3(a) shows a frame of the real time video, i.e. the whole view, while Fig. 3(b) is the enlarged view of the middle part of Fig. 3(a). -42- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) (a) Whole view (b) Enlarged part Fig. 3 The view of the simulator -43- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) {Routine Refresh: calculation the current drawing } {all parameters} = getParameter(configure_file); Rob=BuildRobot(robot_Para); Wall = BuildWall(wall_Para); Beacon = getBeacons(beacon_Para); DrawRobot(Rob,[0,0,0],[0,0,0]); DrawImage(Wall, Beacon); loop for every 40 ms control = call(users_Control); tpose = getTruePose(control); obv = getObservation(tpose, beacons); [lpose,l_noise] = call(users_Localization); [map,m_noise] = call(users_mapbuilding); DrawRobot(Rob,tpose,lpose); DrawImage(l_noise, obv, map, m_noise); end loop Fig. 4 The output video The wide straight lines denote the walls of the environment; the round on the left in Fig. 3(b) is the real position of the robot and the one on the right is the localization result. The thin straight lines are the feature observation at the certain moment, and the ellipses with crosses at the centres express the uncertainties of mapping. The ellipse around the centre of the localization result means the uncertainty of the localization. The source code about the plotting is based on Bailey’s open source [7]. It should be noticed that the output data contains the estimated pose, true pose, covariance matrixes of each step, which can be processed and evaluated precisely after the experiment. The Video is actually implemented by quick update of a serial of static images. In every 40 milliseconds, the simulator calculate all the state parameters, such as the true pose as the localization result of the robot, the current observations and the current mapping result. The simulator draws the image for the current frame with these data and refreshes the output image. Since the image is refreshed 25 times per second, it looks like a real video. The calculation and drawing of current frame is implemented with the method shown in Fig. 4 -44- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) In each loop cycle, the DrawRobot function translates and rotates the shape stored in the vector Rob, according to the true pose and localization results respectively, and draws the results with different fill shadows or colours. During the processing cycles in Fig. 4, all data and parameters, e.g. the lpose, t_pose, map, etc, are recorded by another thread in a file. After the navigation, these data will be output as well as some basic statistic results. 3. Experimental result The purpose of the experiment is to test the performance of the simulator. Therefore, the experiment is designed to test the functional module of the simulator separately and then run a real SLAM algorithm in the simulator to test the overall performance. First of all, the OAM is switched off, and the user’s navigation module can only provide a constant speed on both wheels. In other words, the robot can only move forward. During the experiment, when the robot bumped into the wall in its front, it stopped and wriggled at the place, because of the driving noise. The bumping reaction module works as designed, and makes the robot stops when bumping into any object in the environment. Secondly, we remove all the beacons in the environment and the robot is running 100% on the internal sensors. By analysing the data and observations, the real time video and the noise generation module works perfectly and provides the result as we expected. Thirdly, the OAM is switched on, and the user’s navigation module keeps the same. That is to say, the robot is moving forward unless the built-in avoidance module takes the control to avoid obstacles nearby. During the experiment, the robot keeps moving for more than 10 minutes, and the route covers every corner of the environment. It avoids all the obstacles reliably. The path shown in Fig. 3(a) also clearly proved the performance of the obstacle avoidance module. Then, the observation simulation module is tested by off-line processing of the recorded images, which is generated during navigation. By using the triangulation method [9], the estimated position of each recorded image is deduced and compared with the true position. The error is acceptable, considering the uncertainties of the triangulation. That means the image zoom and projective operation in this module is reliable. -45- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) Finally, a simple simultaneously localization and mapping (SLAM) algorithm presented in [10] is running in the developed simulator. All the function modules are evolved in this step. The simulator gives all the running results as designed and these results fit well to the result on a real robot given by the reference. The transient localization error result of the simulator is shown in Fig. 5. Fig. 5: Transient error output 4. Conclusion and future work This paper presents a novel simulator that is based on Matlab codes, and allows users to debug their navigation algorithms with Matlab, build an indoor environment, set the observation models with noises, and build the robot models with different driving mechanism, internal sensors and external sensors. The visual observation is also calculated by some projective and zoom calculation based on the built environment view. This function is important for the experiment of visual based algorithms. To save the time, the simulator also provides some functional modules which can implement some navigation tasks such as obstacle avoidance and bumping reactions. All the above functions of the simulator have been tested by designed experiments, which show that the simulator is feasible, useful and accurate for 2D indoor robotic navigation. The current version needs further improvement in the next stage since (i) this simulator cannot implement 3-D experiments; (ii) the input interface is text file based, which is easy to be used by experts but difficult to be used by new users. A -46- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) graphic drag-and-set interface is needed; (iii) in some environments with complex visual views, the observation simulation is computationally expensive and makes simulation very slow; (iv) the scene of the onboard camera is not displayed in real time; and (v) only one robot is supported in this version. -47- 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 原文已完。下文为附加文档，如不需要，下载后可以编辑删除，谢谢～ 施工组织设计 本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。编制时，我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺，特制定本施工组织设计。 一、 工程概况: ##西夏建材城生活区27、30住宅楼位于银川市新市区，橡胶厂对面。 本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发，银川市规划建筑设计院设计。 本工程耐火等级二级，屋面防水等级三级，地震防烈度为8度，设计使用年限50年。 #2#2本工程建筑面积:27楼3824.75m;30楼3824.75 m。室内地 ##坪?0.00以绝对标高1110.5 m为准，总长27楼47.28m;30楼 ##47.28 m。总宽27楼14.26m;30楼14.26 m。设计室外地坪至檐口高度18.6 00m，呈长方形布置，东西向，三个单元。 本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面，外刷浅灰色墙漆。内墙面除卫生间200×300瓷砖，高到顶外，其余均水泥砂桨罩面，刮二遍腻子;楼梯间内墙采用50 1 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200×200防滑地砖，楼梯间50厚细石砼1:1水泥砂浆压光外，其余均采用50厚豆石砼毛地面。楼梯间单元门采用楼宇对讲门，卧室门、卫生间门采用木门，进户门采用保温防盗门。本工程窗均采用塑钢单框双玻窗，开启窗均加纱扇。本工程设计为节能型住宅，外墙均贴保温板。 本工程设计为砖混结构，共六层。基础采用C30钢筋砼条形基础，上砌MU30毛石基础，砂浆采用M10水泥砂浆。一、二、三、四层墙体采用M10混合砂浆砌筑MU15多孔砖;五层以上采用M7.5混合砂浆砌筑MU15多孔砖。 本工程结构中使用主要材料:钢材:I级钢，II级钢;砼:基础垫层C10，基础底板、地圈梁、基础构造柱均采用C30，其余均C20。 本工程设计给水管采用PPR塑料管，热熔连接;排水管采用UPVC硬聚氯乙烯管，粘接;给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外，其余均暗设。 本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。 本工程设计照明电源采用BV,2.5铜芯线，插座电源等采用BV,4铜芯线;除客厅为吸顶灯外，其余均采用座灯。 二、 施工部署及进度计划 1、工期安排 本工程合同计划开工日期:2004年8月21日，竣工日期:2005年7月10日，合同工期315天。计划2004年9月15日前 2 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 完成基础工程，2004年12月30日完成主体结构工程，2005年6月20日完成装修工种，安装工程穿插进行，于2005年7月1日前完成。具体进度计划详见附图,1(施工进度计划)。 2、施工顺序 ?基础工程 工程定位线(验线)?挖坑?钎探(验坑)?砂砾垫层的施工?基础砼垫层?刷环保沥青 ?基础放线(预检)?砼条形基础?刷环保沥青 ?毛石基础的砌筑?构造柱砼?地圈梁?地沟?回填工。 ?结构工程 结构定位放线(预检)?构造柱钢筋绑扎、定位(隐检)?砖墙砌筑(，50cm线找平、预检)?柱梁、顶板支模(预检)?梁板钢筋绑扎(隐检、开盘申请)?砼浇筑?下一层结构定位放线?重复上述施工工序直至顶。 ?内装修工程 门窗框安装?室内墙面抹灰?楼地面?门窗安装、油漆?五金安装、内部清理?通水通电、竣工。 ?外装修工程 外装修工程遵循先上后下原则，屋面工程(包括烟道、透气孔、压顶、找平层)结束后，进行大面积装饰，塑钢门窗在装修中逐步插入。 三、 施工准备 3 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 1、 现场道路 本工程北靠北京西路，南临规划道路，交通较为方便。 场内道路采用级配砂石铺垫，压路机压。 2、机械准备 ?设2台搅拌机，2台水泵。 ?现场设钢筋切断机1台，调直机1台，电焊机2台，1 台对焊机。 ?现场设木工锯，木工刨各1台。 ?回填期间设打夯机2台。 ?现场设塔吊2台。 3、施工用电 施工用电已由建设单位引入现场;根据工程特点，设总配电箱1个，塔吊、搅抖站、搅拌机、切断机、调直机、对焊机、木工棚、楼层用电、生活区各配置配电箱1个;电源均采用三相五线制;各分支均采用钢管埋地;各种机械均设置接零、接地保护。具体配电箱位置详见总施工平面图。 3、施工用水 施工用水采用深井水自来水，并砌筑一蓄水池进行蓄水。楼层用水采用钢管焊接给水管，每层留一出水口;给水管不置蓄水池内，由潜水泵进行送水。 4、生活用水 生活用水采用自来水。 4 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 5、劳动力安排 ?结构期间: 瓦工40人;钢筋工15人;木工15人;放线工2人;材料1人;机工4人;电工2人;水暖工2人;架子工8人;电焊工2人;壮工20人。 ?装修期间 抹灰工60人;木工4人;油工8人;电工6人;水暖工10人。 四、主要施工方法 1、施工测量放线 ?施工测量基本要求 ##A、西夏建材城生活区17、30住宅楼定位依据:西夏建材城生活区工程总体规划图，北京路、规划道路永久性定位 B、根据工程特点及,建筑工程施工测量规程,DBI01,21,95，4、3、2条，此工程设置精度等级为二级，测角中误差?12，边长相对误差1/15000。 C、根据施工组织设计中进度控制测量工作进度，明确对工程服务，对工程进度负责的工作目的。 ?工程定位 A、根据工程特点，平面布置和定位原则，设置一横一纵 ##两条主控线即27楼:(A)轴线和(1)轴线;30楼:(A)轴 #线和(1)轴线。根据主轴线设置两条次轴线即27楼:(H)轴 5 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) #线和(27)轴线;30楼:(H)轴线和(27)轴线。 B、主、次控轴线定位时均布置引桩，引桩采用木桩，后砌一水泥砂浆砖墩;并将轴线标注在四周永久性建筑物或构造物上，施测完成后报建设单位、监理单位确认后另以妥善保护。 C、控轴线沿结构逐层弹在墙上，用以控制楼层定位。 D、水准点:建设单位给定准点，建筑物?0.00相当于绝对标高1110.500m。 ?基础测量 A、在开挖前，基坑根据平面布置，轴线控制桩为基准定出基坑长、宽度，作为拉小线的依据;根据结构要求，条基外侧1100mm为砂砾垫层边，考虑放坡，撒上白灰线，进行开挖。 B、在垫层上进行基础定位放线前，以建筑物平面控制线为准，校测建筑物轴线控制桩无误后，再用经纬仪以正倒镜挑直法直接投测各轴线。 C、标高由水准点引测至坑底。 ?结构施工测量 A、首层放线验收后，主控轴一引至外墙立面上，作为以上务层主轴线竖身高以测的基准。 B、施工层放线时，应在结构平面上校投测轴线，闭合后再测设细部尺寸和边线。 C、标高竖向传递设置3个标高点，以其平均点引测水平线折平时，尽量将水准仪安置在测点范围内中心位置，进行测 6 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 设。 2、基坑开挖 本工种设计地基换工，夯填砂砾垫层1100mm;根据此特点，采用机械大开挖，留200mm厚进行挖工、铲平。 开挖时，根据现场实际土质，按规范要求1:0.33放坡，反铲挖掘机挖土。开挖出的土，根据现场实际情况，尽量留足需用的好土，多余土方挖出，避免二次搬运。 人工开挖时，由技术员抄平好水平控制小木桩，用方铲铲平。 挖掘机挖土应该从上而下施工，禁止采用挖空底脚的操作方法。机械挖土,先发出信号，挖土的时候，挖掘机操作范围内，不许进行其他工作，装土的时候，任何人都不能停留在装土车上。 3、砌筑工程 ?材料 砖:MU15多孔砖，毛石基础采用MU30毛石。 砂浆:?0.00以下采用M10水泥砂浆，一、二、三、四层采用M10混合砂浆，五层以上采用M7.5混合砂浆。 ?砌筑要求 A、开工前由工长对所管辖班组下发技术交底。 B、砌筑前应提前浇水湿润砖块，水率保持在10,,15,。 C、砌筑采用满铺满挤“三一砌筑法“，要求灰浆饱满， 7 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 灰缝8,12mm。 D、外墙转角处应同时砌筑，内外墙交接处必须留斜槎，槎子长度不小于墙体高度的2/3，槎子必须平直、通顺。 E、隔墙与墙不同时砌筑又不留成斜槎时可于墙中引出阳槎或在墙的灰缝中预埋拉结筋，每道不少于2根。 F、接槎时必须将表面清理干净，浇水湿润，填实砂浆，保持灰缝平直。 G、砖墙按图纸要求每50mm设置2φ6钢筋与构造柱拉结，具体要求见结构总说明。 H、施工时需留置临时洞口，其侧边离交接处的墙面不少于500mm，顶部设边梁。 4、钢筋工程 ?凡进场钢筋须具备材质证明，原材料须取样试验，经复试合格后方可使用。 ?钢筋绑扎前应仔细对照图纸进行翻样，根据翻样配料，施工前由工长对所管辖班组下发技术交底，准备施工工具，做好施工的准备工作。 ?板中受力钢筋搭接，I级钢30d，II级钢40d，搭接位置:上部钢筋在跨中1/3范围内，下部钢筋在支座1/3范围内。 ?钢筋保护层:基础40mm，柱、梁30mm，板20mm。保护层采用50mm×50mm的水泥砂浆块。板上部钢筋用马凳按梅花状支起。 8 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?所有钢筋绑扎，须填写隐检记录，质评资料及目检记录，验收合格后方可进行下道工序。 5、砼工程 ?水泥进场后须做复试，经复试合格后由试验室下达配合比。施工中严格掌握各种材料的用量，并在搅拌机前进行标识，注明每立方米、每盘用量。同时搅拌时，须车车进磅，做好记录。 ? 浇筑前，对模板内杂物及油污、泥土清理干净。 ?投料顺序:石子?水泥?砂子。 ?本工程均采用插入式振捣器，一次浇筑厚度不宜超过振捣器作用部分长度的1.25倍，捣实砼的移动间距不宜大于振捣器作用半径的1.5倍。 ?砼浇筑后1昼夜浇水养护，养护期不少于7d，砼强度未达到1.2MP之前不得上人作业。 a 6、模板工程 ?本工程模板采用钢木混合模板。模板支搭的标高、截面尺寸、平整度、垂直度应达到质量验收标准，以满足其钢度，稳定性要求。 ?模板支撑应牢固可靠，安装进程中须有防倾覆的临时固定措施。 ?本工程选用851脱模剂，每拆除一次模板经清理后涂刷脱模剂，再重新组装，以保证砼的外观质量。 9 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 6、架子工程 ?本工程采用双排架子防护，外设立杆距墙2m，里皮距墙50cm，立杆间距1.5m，顺水间距1.2m，间距不大于1m。 ?架子底部夯实，垫木板，绑扫地杆。 ?为加强架子的稳定性，每七根立杆间设十字盖，斜杆与 。o地面夹角60 ?为防止脚平架外倾，与结构采用钢性拉接，拉接点间距附和“垂四平六“的原则。 ?外防护架用闭目式安全网进行封闭，两平网塔接和网下口必须绑孔紧密。 ?结构架子高出作业层1m，每步架子满铺脚手板，要求严密牢固并严禁探头板。 7、装饰工程 装饰工程施工前，要组织质监部门、建设、设计、施工单位四方参加的主体结构工程核验收，对已完全体分部工程进行全面检查、发现问题及时处理，清除隐患，并做好装饰前材料、机具及技术准备工作。 1、根据预算所需材料数量，提出材料进场日期，在不影响施工用料的原则下，尽量减少施工用地，按照供料计划分期分批组织材料进场。 2、将墙面找方垂直线，清理基层，然后冲筋，按照图纸要求，分层找平垂直，阴阳角度方正，然后拉线作灰饼。底子 10 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 灰应粘结牢固，并用刮杠刮平，木抹子抹平。 3、罩面应均匀一致，并应在终凝前刮平压光，上三遍灰抹子。 4、油漆、涂料施工: 油漆工程施工时，施工环境应清洁干净，待抹灰、楼地面工程全部完工后方可施工，油漆涂刷前被涂物的表面必须干燥、清洁，刷漆时要多刷多理不流坠，达到薄厚均匀，色调一致，表面光亮。 墙面涂料基层要求现整，对缝隙微小孔洞，要用腻子找平，并用砂纸磨平。 为了使颜色一致，应使用同一配合比的涂料，使用时涂料搅匀，方可涂刷，接槎外留在阴阳角外必须保证涂层均匀一致表面不显刷纹。 8、楼地面工程 楼地面工程只作50厚豆石砼垫层。 做垫层必须先冲筋后做垫层，其平整度要控制在4mm以内，加强养护4,5天后，才能进行上层施工。 10、层面工程 1、屋面保温层及找平层必须符合设计要求，防水采用防水卷材。 2、做水泥砂浆找平层表面应平整压光，屋面与女儿墙交接处抹成R?150mm圆角。 11 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 3、本工程屋面材料防水，专业性强，为保证质量，我们请专业人员作防水层。 4、原材料在使用前经化验合格后才能使用，不合格材料严禁使用。 11、水、暖、电安装工程 ?管道安装应选用合格的产品，并按设计放线，坡度值及坡向应符合图纸和规范要求。 ?水、暖安装前做单项试压，完毕后做通、闭水后试验和打压试验，卫生间闭水试验不少于24小时。 ?电预埋管路宜沿最近线路敷设，应尽量减少弯曲，用线管的弯曲丝接套丝，折扁裂缝焊接，管口应套丝用堵头堵塞。油漆防腐等均符合图纸各施工规范及质量评定标准。 ? 灯具、插座、开关等器具安装，其标高位置应符合设计要求，表面应平直洁净方正。 ?灯具、插座、开关等器具必须选用合格产品，不合格产品严禁使用。 ?做好各种绝缘接地电阻的测试和系统调整记录，检查配线的组序一定要符合设计要求。 五、预防质量通病之措施 本工程按优质工程进行管理与控制，其优质工程的目标体系与创优质工程的保证措施在本工程施工组织设计中做了详述。本措施不再述。 12 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 创优质工程除对各分部、分项、工序工程施工中，精心操作，一丝不苟、高标准严要求作业外，关键是防止质量通病。为此，提出防止通病的作业措施如下: 1、砖墙砌体组砌方法: ?、组砌方法:一顺一丁组砌，由于这种方法有较多的丁砖，加强了在墙体厚度方向的连结，砌体的抗压强度要高一些。 ?、重视砖砌体水平灰缝的厚度不均与砂浆饱满度: ?、水平灰缝不匀:规范规定砖砌体水平灰缝厚度与竖向灰缝宽度一般为10mm，但不应小于8mm，也不应小于12mm。砂浆的作用:一是铺平砖的砌筑表面，二是将块体砖粘接成一个整体。规范中之所以有厚度和宽度要求，是由于灰缝过薄，使砌体产生不均匀受力，影响砌体随载能力。如果灰缝过厚，由于砂浆抗压强度低于压的抗压可度。 在荷载作用下，会增大砂浆的横向变形，降低砌体的强度。试验研究表明，当水平灰缝为12mm时，砖砌体的抗压强度极限，仅为10mm厚时的70,75,，所以要保证水平灰缝厚度在8,12mm之间。怎样确保水平灰缝的厚度呢, A、皮数杆上，一定将缝厚度标明、标准。 B、砌砖时，一定要按皮数杆的分层挂线，将小线接紧，跟线铺灰，跟线砌筑。 C、砌浆所用之中砂，一定要过筛，将大于5mm的砂子筛掉。 13 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) D、要选砖，将过厚的砖剔掉。 E、均匀铺灰，务使铺灰之厚度均匀一致。坚持“一块砖、一铲灰、一揉挤“的“三一“砌砖法“。 ?砂浆必须满铺，确保砂浆饱满度。 规范规定:多孔砖砌体，水平灰缝的砂浆饱满度不得低于80,，这是因为，灰缝的饱满度，对砌体的强度影响很大。比如:根据试验研究，当水平灰缝满足80,以上，竖缝饱满度满足60,以上时，砌体强度较不饱满时，要提高2,3倍，怎样保证灰缝饱满度呢, A、支持使用所述的“三一“砌砖法，即“一块砖、一铲灰、一揉挤“。 B、水平缝用铺浆法(铺浆长度?50cm)砌筑，竖缝用挤浆法砌筑，竖缝还要畏助以加浆法，以使竖向饱满，绝不可用水冲灌浆法。 C、砂浆使用时，如有淅水，须作二次拌合后再用。绝不可加水二次拌合。拌好的砂浆，须于3小时之内使用完毕。 D、不可以干砖砌筑。淋砖时，一般以15,含水率为宜。(约砖块四周浸水15mm左右)。 ?注意砌砖时的拉结筋的留置方法: 砖砌体的拉结筋留置方法，按设计要求招待。如设计没有具体规定时，按规范执行。规范规定“拉结筋的数量每12cm厚墙放1根Ф6钢筋，沿墙高每50cm留一组。埋入长度从墙 14 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 的留槎处算起，每边均,100cm，末端应有弯钩”见图。规范还规定:“构造柱与墙连拉处，宜砌成马牙槎，并沿墙高每50cm设2Ф6拉结钢筋，每边伸入墙内,100cm。 2、预防楼梯砼踏步掉角: 楼梯踏步浇筑砼后，往往因达不到砼强度要求，就因施工需要提前使用，既便有了足够强度，使用不慎，都会掉楞掉角。而且有了掉角，修补十分困难，且不定期牢固。为此宜采用两种方式予以防治: ?踏步楞角上，在浇筑砼时增设防护钢筋。 ?踏步拆模时，立即以砂袋将踏步覆盖。(水泥袋或用针织袋装砂)既有利于砼养护，又可保护踏步楞角。 3、楼梯弊端的预防: 防止踏步不等高: 踏步不等高，既不美观，又影响使用。踏步不等高现象，一般发生在最上或最下一步踏步中。产生的原则，一是建筑标高与结构标高不吻合。二是将结构标高误为建筑标高。三是施工粗心，支模有误。为此，浇筑楼梯之间: ?仔细核查楼梯结构图与建筑图中的标高是否吻合。经查核与细致计算无误后，再制作安装模板。 ?浇筑砼中，往往由于操作与模板细微变形，也会使踏步有稍话误差。这一个误差，要在水泥砂浆罩面时予以调整。为使罩面有标准。在罩面之前，根据平台标高在楼梯侧面墙上弹 15 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 出一道踏步踏级的标准斜线。罩面抹灰时，便踏步的外阳角恰恰落在这一条斜线上。这样做，罩面完成后，踏步的级高级宽就一致了。 ?如果，施工出现踏步尺寸有较大误差，一定要先行剔凿，并用细石砼或高强度水泥砂浆调整生，再做罩面。 4、堵好脚手眼: 堵脚手眼做得好坏，直接影响装修质量。一是影响墙面抹灰之脱落、开裂也空鼓;二是洒水可沿已开裂的脚手眼进入室内。因此，堵脚手眼的工作万不可忽视、大意: ?将脚手眼孔内的砂浆、灰尘凿掉，清除洁净，洒水湿透眼内孔壁。 ?将砖浸水湿透。脚手眼内外同时堵砌，绝不准用干砖堵塞。 ?用“一砖、一铲灰、一挤塞“三一砌砖法堵塞，绝不准用碎块碴堵塞。 ?砂浆必须饱满(最后的一块砖堵完后，用竹片或扁平钢筋将砂浆塞实，刮平，灰缝要均匀、实心实意，不准不刮浆干塞砖块)。 5、散水砼变形缝的做法: 砼散水的变形缝，常规做法是镶嵌木条，砼浇筑有足够强度后将此木条取出，再灌以沥青砂浆。其缺点是L散水板块相邻高差平整不易保证，木嵌条不可取净，取木条将板块楞角碰 16 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 坏，不灌沥青砂浆而灌热沥青等。 好的做法是: ?、事先按变形的长短、高度(板块砼厚)的制作厚为20mm的沥青砂浆板条; ?砼板块浇筑前，第一块板的断缝处支设模块，砼有足够强度(1.2Mpa)后，拆除侧模板，将预制沥青砂浆板条贴粘在砼板块侧缝表面，接着浇筑第二块板块砼。集资或跳浇散水板块。(靠墙身处不支模板，直接将沥青砂浆板条粘贴)。 ?当板块砼都有了足够强度后，再用加热后的铁铬子，将缝处沥青砂浆板条予以慰汤，使其缝隙深浅一致，交角平顺。 6、卫生间地面漏水的预防: ?现浇砼楼板:沿房间四周墙上翻150mm。 ?找平层:施工前，清理面层须洁净，并湿润砼楼板表面，之后刷一层TG胶素水泥浆。 ?找坡层用细石砼，并找出排队水坡度，坡向地漏，要平整光洁。上刷冷底油一道。 ?防水层:用一布四涂。但沿四周墙上150mm，遇向口时，伸向口外300mm。 ?粘结层:用1:20水泥砂浆厚?20mm，沿墙四周上翻150mm并粉光。注意排水坡度与坡向或做C20细石砼。 7、管道根部的渗漏预防: ?、浇筑钢筋砼楼板，用时准确地将位置、尺寸预留楼板 17 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 管道孔。或埋设预留套管。 ?、如为预留孔洞时，要预留万不可事后凿孔或扩孔。如为预留套管进，位置一定要准确。套管要焊上止水钢环。 ?、预留孔洞的模盒或套管一棕要与楼板的模板固定防止错位。浇筑砼时派专人看护，以利及时修正。 ?、地面的做法按设计要求进行或建议甲方按上述“地面漏水防预“中所提做法处理，但防水层必须沿套管或给排水管上翻150mm并与管子贴粘牢固。 ?、如为预留孔洞，等管道安装就位并校正固定后，对预留洞要用与楼板同标号的砂浆(或1:2,1:2.5的水泥砂浆等)填实、捣固，使其与砼结合密实，决不许以碎砖、碎石、杂物随意堵塞。 ?、做地面时，切切注意地面排水坡度与坡向。 8、门窗固定用木砖的改进: 木门传统的固定方法是:用钉子将木门框固定在预先埋设在砖内的木砖上。每边固定点不少于2处，间距?1.2m。 这种传统做法的弊端是:木砖容易松动，木砖漏留，木砖大小倒放等，致使门窗的安装质量受到影响。改进方法是以用C20砼制成120mm及240mm的预制块，内预埋木砖。 ?、木砖埋入预制块模具前，须以防腐处理。 ?、120预制块用于370墙及120墙中。240预制块用于240墙中。 18 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 9、塑钢窗之固定: ?、塑钢窗与墙体的固定用连接点的设置: 距框角?180mm; 间距?600mm。 眼下存在的问题是:设置连接点不足，甚或漏设，这不仅影响门窗板动不稳，更有甚者会影响日后擦窗人的生命安全。为此，日后一定要按图示之要求设置固定杠用连接点。 ?、连接点的钉固方法: 墙体砌筑时，将C20砼预制块，不论砖墙、砼墙、加气块墙、都用射钉将铁板连接条钉在墙上，更有将普通铁钉钉在墙上者，都是极不安全，极不妥的操作方法。 ?、固定门窗框用的连接铁板与钉接: ?、连接铁板条:其规格为:(长×宽×厚)?140mm×20mm×1.5mm 射钉规格为:(直径×长)?3.7mm×42mm 或金属胀锚螺栓:(直径×长)?8mm×65mm 施工中，常常见到连接铁板条规格过小(厚不到1mm)，甚至有的用0.5mm的镀锌铁皮剪成条状做连接铁板条用，用直径4mm的螺钉固定连接铁板条，都不是妥的，或直接用铁钉钉更为不妥。 ?、连接铁板条与塑钢之连接，用塑钢抽芯铆钉，其直径?5mm，不用5mm螺钉或4mm的自攻螺丝。 19 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、预防塑钢与铁制连接铁板条之间的电偶腐蚀L: 为了防止塑钢和连接铁板条之间的电偶腐蚀，采取下列措施: ?、采用镀锌钢板制作连接铁板条。 ?、或将连接用铁板条与塑钢之间用塑料膜隔开。 ?、或用密封漆将塑钢与铁板条之间，窗框与墙之间予以封闭以免雨水浸入。 10、给水管道施工 给水管道安装施工比较简单。便是它是承压管，将受较高水压力，如粗心施工，也会带来管道渗漏，为此: ?、管子接口: ?、丝口连接:加工丝扣时要做到:丝扣光滑、端正、不抖丝、不乱扣、有椎度。这五点都要达到。有一点不符合要求，剔出重新加工或切去此端重做。 ?、焊接接口:设计要要求坡口焊时，坡口加工的形式须符合设计要求。不需坡口焊时，在焊前用砂布将管口打磨干净，两管对口间要均匀，不可一侧大，一侧小。焊接时，焊缝高度要符合规范要求。 ?、安装 ?、 安装前弄清图纸，查清管子位置，走向、标高。并做现场查验当实际尺寸与图纸不符合时，提出修正，以免与土建产生矛盾。 20 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、安装时，管子必须找正后再拧紧，不得倒拧，以免损坏丝扣。 ?、下料: 管道不料时，尺寸一定要准确，给水管误差?5mm。为确保下料时尺寸准确，对实际安装位置与尺寸进行实测实量，不要按图纸尺寸下料。同时，必须逐根管道都要实测实量。 ?、水压试验: ?、把好水压试验关，是控制管道安装质量的关键。 ?、压力表必须精确，使用前要进行校验。 ?、试验时，第一要查看压力表的压力降，第二要逐房间察看管道的渗漏情况。 ?、渗水的接头、管子必须返工。大面积漏水的管段必须换掉或修理，并至不再出现“跑、冒、漏、渗“为止。 11、注意配电箱的产品质量验收: 市场采购的配电箱，不少是不符合国家标准的新产品。除新产品的外观质量外，突出的质量缺点是: ?、不设零线; ?、没有设置零线与保护接地汇流排。 这种缺陷的存在，在接线时，往往将箱上的所有插座的零线串接，保护接地串接。这样，当前面的插座坏了，接在后面的几个插座就会发生零线断线或地线断线，造成搞插座没有电，或在发生漏电事故时，漏电开关不动作，严重者造成人员 21 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 伤亡。 为此，在采购配电箱时和安装配电箱之前，对其质量进行检查。查看是否分别设置了零线和保护地线汇流排。不合格者，不得使用。 12、插座接线: ?、单相二线插座:原则是“开关永远控制相线“。 ?、单相三线插座:面对插座的右孔接相线，左孔接零线。 13、电器的接地 电器安装中，首先考虑的就是用电安全。低压系统地接地保护最优形式就是“三相五线制供电形式“，它非常适用于分散的民用建筑，也适用于施工现场的临时供电。 从电源时入配电箱之后，从接地板的引上线和电源中性点的焦点处，向室内分出保护线PE和进入电路的零线N，在建筑物地也不得混淆，困为，一旦线进入电路，就有电源通过，混淆后，就会引起漏保护器跳闸，影响正常使用。所以在用户配电线路中，插座中的线和线应该统一有颜色的区别。 六、工程进度计划 工期控制: 要工程计划自2004年8月15日开工，2005年7月10日竣工，总工期330天。 为保证工期目标的实现，将施工过程划分为五个阶段。 1、基础施工阶段: 22 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 自2004年8月15日至9月30日为基础工程施工阶段，本阶段需要完成定位放线、挖工、砂砾垫层、条形基础砼、毛石基础、地圈梁等项目。同时，安排人员按图纸设计要求预制门、窗梁主体结构钢筋制作，模板配制，主体施工做好准备工作。 2、主体施工阶段: 自2004年10月1日至2004年12月30日是主体施工阶段，本阶段要完成墙体砌筑，预制过梁安装，现浇钢筋砼，梁、板的支模、砼等项目。 主体施工阶段组织流水施工，每层主体施工15天。施工期间，水、暖、电施工人员密切配合，作好预留、预埋工作，避免事后在墙体上打洞。 3、装修施工阶段: 自2005年3月1日至2005年6月20日为装修工程施工阶段。 4、安装工程施工阶段: 自基础工程至装修工程，安装工程施工贯穿始终，从时间上虽然与土建同步进行，但本工程设计有给排水、采暖、一般电照处还有电话、有线电视，所以说，是一个水暖、电等较齐全的工程。为此，在劳动力安排上专门有水暖工、电工施工班组与土建施工密切配合，相对独立地完成水暖、电安装工程施工任务。 23 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 5、工程收尾交工阶段: 本阶段主要做好成品保护及清理等工作。 七、施工平面布置(见附图) 施工平面布置原则是: 1、尽最大可能少占施工用地，对划定的施工用地，作合理安排; 2、塔吊固定后，主要材料及搅拌机械的布置，以其服务业范围为准，紧凑布置。 3、根据工程进度，动态管理施工总平面，该高速时及时调整; 4、交通道路、供水、供电、消防一次到位进行布置，确保道路通畅，供水供电空耗小，供应充足，并确保工地消防安全。 5、建立文明施工现场:材料、配件、工棚、厕所、大宗材料按施工平面图严格要求就位管理，周转材料堆放有序。 八、施工组织措施 本工程采取项目管理法，按目标进行管理与控制，以目标计划来指导管理与控制行动，变以往以行动来实现目标的被动管理方式为以目标指导行动的主动的主动管理方式。将主动管理与被动管理相结合、前馈控制与反馈控制相结合，事先控制与事中、事后控制相结合。 ?、确保工程进度、实现合同工期的措施: 24 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 1、工期目标:(平面流水、主体交叉施工) 控制工期目标330天; 其中:?0.00以下工期目标45天; 主体结构工期目标:90天; 内、外装饰工期目标:80天; 水暖电安装工期目标:90天; 收尾工期目标:10天。 2、确保工期目标的措施: ?、组建职能完善、人员配套、分工明确的施工项目管理组: 项目经理:统筹工期目标，制定工期目标施工措施，决策生产要素供应与优化配置，检查平衡工期目标的实施; 技术负责人:制定工期目标计划实施的技术措施，监督按工艺程序施工，解决施工技术措施实施中工期目标计划之失衡; 解决施工技术措施实施中工期目标计划之实施，协调工种之穿插，布置与平衡生产要素，做好施工计划之安排与统计; 料具供应员:组织材料、构配件、机具之供应，根据生产进度编制料具供应计划; 财务管理员:根据工期安排与施工进度计划落实资金之供应，提出月奖金之收支计划，按期收取工程进度款; ?、按分部分项工程进度制定施工技术措施，制定合理施 25 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 工流水程序，严格要求操作程序与操作要点之管理，保证工期目标计划之顺利实施; ?、以日调度日平衡为手段，项目经理及有关人员跟踪检查工期目标计划之实施，对工期目标计划做动态管理与监控; ?、采取激励措施，对工期、工程质量、安全生产、文明施工的管理者与操作者有上好成绩者予以奖励。 ?、确保工程质量，实现人同质量目标措施: 1、质量目标: 工程质量总目标:合格，按合格目标进行控制与管理。 其中:基础分部工程质量目标:合格; 主体工程质量目标:合格; 装饰工程质量目标:合格; 屋面工程质量目标:合格; 门窗工程质量目标:合格; 地面楼地面工程质量目标:合格; 给排水及供暖工程质量目标:合格; 电气、照明工程质量目标:合格; 2、确保工程质量目标计划实现的措施: ?、项目经理部职能组织人员分工明确、职责分明 项目经理:施工项目的本权负责人，是质量第一负责人。主管质量之制定，监控质量目标计划之实施 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 与激励; 技术负责人:主持质量目标实施的技术措施之制定，确保 26 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 质量目标与技术措施对有关工长、作业班长之技术交底、监督技术措施之执行、作好跟踪检查与操作生产调查、建议项目经理与总工长调整作业布置与调换不良作业人员; 总工长:监督施工技术措施之履行、调整不良作业人员之岗位、作好材料构配件事先检查、监控配合比的严格执行; 有关工长:跟踪检查操作要点之执行、纠正不良作业事件。作好自检、与检、交接质量检查。作好工序、分项工程、分部工程质量进行检查、验收。建议对不良作业人员进行岗位调整; 有关班组长与班组质量检查员:对本班人员进行班前操作交底，进行班后作业自检与奖评，监督本班组人员严格操作要点进行作业，参与互检与交接检查，调换不良作业人员岗位; ?、针对本工程特点与本公司的质量通病，由技术负责人设置质量控制点，并制定操作要点与防治措施，实行重点监控; ?、工程质量是企业生命，工程质量人人有责，工层层确保工程质量的技术交流; ?、对工程质量施行“开路“、“一票否决“、“挂牌作业“。工程质量与进度发生矛盾，以质量为主;工程质量与人员安排发生矛盾，以质量为主调换人员;工程质量与材料发生矛盾，以质量为主调换材料;工程质量与机具发生矛盾，以质量为主调换机具;工程质量与工资挂钩，施行优质优奖; ?、作好材料、构配件的事先检验与控制，把好三关: 把好材料、构配件进场验收关:不合格者不准进场; 27 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 把好材料复试关:对主材料(钢材、水泥、骨料、砖、装饰材料)作好复验，不合格材料不准使用; 把好材料使用关:正确执行配合比，做好材料计量、正确按规格、品种、数量、强度使用材料，劣材不充好材用，好材不做劣材用，物尽其用; ?、作好反馈工作:事先了解可能出现质量的部位与质量事件以及可能出现质量风险，并制定防范措施，予以事先控制; ?、完善项目经理部的质量保证体系与质量管理的法规体系。 ?、确保安全目标实现，保证安全施工的措施: 1、安全目标计划:本项目施工全过程中 ?、消灭重伤事故 ?、消灭伤亡事故 ?、消灭多人事故 ?、轻伤事故率:2‰ 2、确保安全生产的措施 ?、项目经理部有关要员与职能机构，对确保安全生产分工明确，职责分明; 项目经理:是企业法人代表在本项目施工管理听全权委托代理人，是安全生产的第一负责人，主持安全措施之制定，组织安全教育与培训，组织安全设施之搭设，组织现场安全宣传与监控，组织项目安全交底，审核五种人员安全作业资格(电 28 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 气、起重、焊接、机动驾驶、商空作业)，组织劳动保护用品之购置与保证，监督安全措施之实施。 技术负责人:负安全生产的技术责任，制定安全措施，主持安全教育的培训，监督安全措施之实施，对有关工长、专业工种、班组长作好安全交底，建议调换不重视安全生产的管理人员与作业人员。 总工长:对有关工长、班组长作安全交底，监督安全措施之实施，调换不重视安全作业人员，监督设施搭设，组织施工平面之布置，监督违章作业，组织与监督有关工长与班组长安全程序施工。 有关工长:对本工种作业班组及人员作安全作业交底，监督本工种有关作业规程施工操作，调换不重视安全的作业人员并作专项安全检查交底与检查。 专职安全检查员:监督有关工种按作业规程作业，跟踪检查安全作业与安全设施之搭设防，建议调换违章工作人员，时时事事宣传安全作业的重要性，检查劳动保护用品之发放与使用。 班组长与班组安全检查员:作好班前安全作业交底班后安全作业奖评，随时检查本班组作业人员按安全检查规定作业，建议奖励安全生产有功人员，随时纠正违章作业，调换不重视安全生产作业人员之岗位。 ?、按工种特点制定工种安全作业交底与作业规程，并进 29 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 行两级安全交底(技术人对总工长、工长交底;总工长、工长对班组长及作业人员交底)。 ?、编制现场安全措施，并贯彻在施工全过程。 ?、作好安全教育及现场安全宣传。安全教育分为新工人入场教育(项目经理及技术负责人负责)分部分项工程开工前教育(总工长、有关工长负责)工序施工的班前教育与班后奖评(有关工长、班组长负责)。现场安全宣传内容为安全标志、现场安全规则、“三宝”、“四口”利用，标志等，安全检查员负责监督实施。 ?、 每个月，项目经理组织一次现场安全大检查。由有关工长、总工长、专职安全员参加，随检查随整改随奖评。 ?、五大专业工种持证上岗 ?、本工程开工前，对施工机械、施工用电等重点编制安全技术措施。 ?、现场文明施工措施: 1、现场文明施工指标: ?、按施工平面图布置材料、机械、电路及管路铺设、临时设修建、道路修建、防火消防设施安设、交通要道防护; ?、工完场清、随时清、时时清、班后清、使现场整洁有序。食堂、宿舍清洁卫生; ?、现场文明标志，安全标志，施工责任标志等设齐全完整。 30 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 2、确保现场文明责任制: ?、明确现场文明施工责任制; 项目经理:负布置; 有关工长:负清场责任、督促、奖评责任; 有关班组长:负责场清、时时清、班后清责任; 总工长:负机械按平面图就位责任、监督施工平面图严格执行责任。 ?合理利用现场，科学布置施工总平面图，务使平面图规划合理，物资设备有序。 ?、与每个月安全检查之同时，项目经理组织有关人员对文明施工进行检查，随检查、随纠偏、随整改、随奖评。 ?、综合考评 按区建议厅96年4月22日颁发的“工程现场综合考评办法”，每月末对本工地现场进行一次综合考评检查，并认真打分，由项目经理组织公司派人参加。 九、工程质量控制标准 ?、质量标准 1、分项工程 (1)、合格: ?、保证项目，必须符合相应评定标准的规定 ?、检验批项目，抽查点应符合相应质量评定标准的合格规定; 31 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、实测项目，抽查点数中，建筑工程有80,以上，建安工程有80,以上的实测值应基本在到相应质量检验评定标准的规定。 (2)、注意:当分项工程质量不符合相应质量检验评定标准合格的规定时，必须及时处理，并以按以下规定确定其质量等级。 ?、返工重作的，可重新评定质量等级; ?、经加固补强或经法定检测单位鉴定能够达到设计要求时，其质量仅能评为合格; ?、经法定检测单位鉴定达不到原设计要求，但经设计单位签认，可满足结构安全和使用功能要求，可不加固补强的，或经加固有补强改变外形尺寸或造成永久性缺陷的，其质量可定为合格。 2、分部工程 ?、合格:所含分项工程的质量全部合格; 3、单位工程: ?、合格:?所含分部工程的质量全部合格;?质量保证资料应符合本标准的规定;?观感质量评定得分率达到90,以上。 ?质量保证资料应符合本标准的规定; ?观感质量评定得分率达到90,及其以上。 ?、工程分解体系:(见附图) 32 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、目标体系: 1、目标保证体系: 工序作业质量目标(保证)保证分项目标(保证)分部质量目标(保证)单位工程质量目标。 2、目标体系:由工序作业质量目标完成，首先制定工序作业质量目标，其次制定分项质量目标，再其次制定分部工程质量目标，最后制定单位工程质量目标，这样就形成了一个单位工程的完整的目标体系。 本住宅楼，其目标体系制定如下: ?、这一单位工程，由下列分部工程组成:地基与基础工程、主体结构工程、装饰工程、层面工程、上下水与采暖、电气六个分部工程。 ?、地基与基础分部工程由下列分项组成:挖坑、砂砾垫层、C10砼垫层、条形基础、毛石基础、C30钢筋砼地梁、防潮层、回填土七道分项工程组成。 ?、主体结构分部工程，由下列分项组成:砌体、梁、板、C20构造柱，C20圈梁等分项工程。 ?、装饰分部工程由下列分项组成:一般室内抹灰、外墙抹灰墙面、刷涂料、楼地面、门窗五道分项工程。 ?、屋面分部工程由下列分项组成:屋面找水平、保温层、卷材防水层、瓦屋面四道分项工程组成。 ?、上下水与采暖分部工程由下列分项组成:上水管道安 33 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 装`上水管道附件与卫生器具安装、采暖管道安装、采暖器附件安装四个分项工程。 ?电气分部工程由下列分项组成:配管及管内穿线、护套配线、电气照明灯具及配电箱安装、接地装置四道分项工程。 3、质量目标制定: ?、首先确定单位工程的质量目标;工程质量目标，就是单位工程的质量评定等级，这个目标，在工程承包合同中已做了明确界定(是合格);其次，规划六个分部工程的质量目标;要明确哪几个分部工程质量必须达到合格标准，才能确保单位工程达到合格。 ?、质量目标制定依据: ?、两个承包合同:工程承包合同中规定的本单位工程的目标;项目经理经营承包合同中明确的质量责任目标; ?、有关法规、标准、定额; ?、有关图纸、招标文件、施工组织设计、资料; ?、生产要素的实际状况与动态; ?、设计要求与有关说明。 ?、以地其基础分部工程为例，其质量目标如下: ?、基础分部工程的分项工程质量目标如下图: ?、其他分部工程的分项工程的质量目标，中标后由项目经理部制定。 ?、目标控制与管理: 34 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 1、目标控制:项目中在实现所定目标过程中，按预定目标计划实施(也就是将所定目标做为管理活动的中心)，在实施管理的过程中，由于各因素会对之产生干扰，项目经理部就要通过检查，获取目标实施中信息，将之与原目标计划进行比较，发现偏差，采取相应措施纠正偏差，确保目标计划的正常实施，最终获得预定目标计划之实施。这是一种将经济活动和管理活动的任务，转换为具体目标加以实施和控制的主动管理法，它的精华就是以目标来指导行动。 2、实行目标管理或控制，要有两个条件 其一:有一个明确的目标计划体系，如上所述，首先，将施工项目进行分解，形成一个工程分解体系，其次根据工程项目的分解体系，从单位到有关工序制定目标计划，使这形成一个目标计划体系。这样就便于实行目标控制与管理了。 其二:有一个合格的控制与管理体系。我们的控制与管理主体就是项目经理与其相应在的有关作业层(工程队)，直到作业班组，这就形成了一个控制与管理的工作体系。 ?、工程施工体系(生产体系): ?、质量控制与管理体系(组织体系): ?、质量控制与管理法规体系: 3、施工阶段质量控制的全过程: 4、施工阶段质量控制原则: ?、以预防为主，重点做好事前控制，防患于未然，将质 35 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 量问题消除在萌芽状态; ?、坚持质量标准，严格检查，热情帮助; ?、结合工程特点，结合实际确定控制范围深度与采取的控制方法; ?、尊重事实，尊重科学，以理服人处理质量问题。 5、施工阶段质量控制依据: ?、有关原材料技术标准; ?、有关构配件取样试验标准; ?、有关技术鉴定书; ?、有关操作规程; ?、有关规范及验收标准。 ?、施工阶段工程质量管理与控制方法: 1、有关技术文件的编制与审核: 这是对施工阶段工程质量进行全面管理与控制的重要手段。 ?、审核进入施工现场各分包单位的技术资质证明; ?、编写开工报告并审核上报; ?、编写施工方案或施工组织设计，对确保工程质量有可靠技术措施，审核后上报; ?、编写分部分项工程及重点部位的技术与安全操作要点，并做了全面交底; ?、原材料、构配件取样送验，并审查试验报告; 36 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、进行图纸会审送签署会审记录; ?、对生产五要素(材料、机械、人员、资金、施工方法与环境)进行事先审查。 2、质量监督与检查: ?、检查内容: ?、开工之前检查:目标是检查是否具备开工条件，开工后能否保证工程质量，能否确保工程连续正常施工。 ?、工序作业检查:检查是否按规范、规程与施工方案，交底文件进行作业; ?、工序交接检查:在自检、交接检、专职检的基础上，对主要工序和对工程质量有重大影响的工序，由有关工长、专职检查员、甲方代表、监理工程师做工序交接验收检查; ?、隐蔽工程检查:凡属隐蔽工程，必须由专职检查员，甲方代表或监理工程师会同一起隐蔽检查验收，并经监理工程师或甲方代表签证后，方能掩盖; ?、停工后再复工前的检查:需经监理工程师或甲方代表检查认可后，方能下复工令复工; ?、分项、分部工程，均应经监理工程师或甲方代表检查认可后，方能下复工令复工; ?、随班跟踪检查:对主要工序容易产生质量事故或通病的工序，专职检查员及有关工长，随班跟踪检查。 ?、检查方法: 37 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、目测法:看、摸、敲、照 看:根据质量标准，进行外观目测; 摸:手感检查; 敲:以工具敲击，进行音感检查; 照:对暗阴部位以镜子反光检查; ?、实测法:吊、量、套、靠 吊:以托线板、线锤检查垂直度; 量:以测量工具、计量仪表对断在尺寸、轴线、标高、湿度、湿度检查; 套:以方尺套方，辅以塞尺检查; 靠:以直尺辅以塞尺进行检查; ?、试验检查: 必须通过试验，才能对质量进行判断，此时使用此方法。 3、工序的质量控制: 工程项目的施工过程:由一系列相互关联，相互制约的工序所构成。工序的质量是工程项目整体质量的基础。为把工程项目的产品质量管理好，以预防为主，首先就是将工序质量管理好。 工序质量包括两个内容:其一是工序活动条件的质量(即每道工序之投入的五要素:人、材、机、资金、技术)要符合要求;其二是工序活动效果的质量(即每道工序施工完成的工程产品要达到有关质量标准)要符合标准要求。 38 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、工序质量控制的内容: ?、确定工序质量控制流程: 每道工序完成后(工序产品)?施工自检、互检?会同工长检查验收? 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 监理工程师或甲方代表进行工序检查，并办理工序质量验收签证?下道工序施工。 ?、如上所述，工序活动条件，是指影响工程质量的诸要素(五要素)。找出影响工程质量的重要因素，并加以控制，才可达到工序质量控制之目的。 ?、及时检查工序质量，并进行分析判断。 ?、设置工序质量控制点: 质量控制点是指:为了保证工序质量而需要控制的重点或部位，或者是薄弱环节，对设之质量控制点可以首先析其可能赞成质量隐患的原因，再针对隐患原因，制定出对策予以预先控制。 ?、工序质量控制点的设置: 设置工序质量控制点，并对之进行控制，是对工序质量进行预检的有效措施，要根据工程特点、重要性、复杂程度、准确性、质量标准与要求，全面合理的选定质量控制点，它可能是结构复杂的某一工程项目，也可能是技术要求高，施工难度最大的某一结构构件，也可能是某一分部工程，也可能是影响工序质量的某一个环节。技术操作、材料、机械、施工顺序、技术参数、自然条件、工程环节都可以作为质量 39 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 控制点来设置，主要视其对质量性之影响的大小及危害程度而定。举例如下: ?、人的行为:避免人的行为失误赞成质量事故。对高空、高温、水下、危险作业，易燃易爆作业，吊装作业，动作复杂而快速运转的机械作业，精密度及技术要求高的作业，都应从人的生理缺陷、心理活动、技术能力、思维方法、思想素质等方面进行考核，反复交底，以免由于行为的错误，导致违章作业，产生质量事故; ?、物的状态:有的工序质量控制中，以物的状态为控制重点如施工精密与施工机具有关;如计量不准与计量仪表或计量设备有关，又如主体义叉或多工种密集作业与作业有关等。 ?、材料质量与性能:材料性能与质量直接影响到工程质量。 ?、施工顺序:有的工序作业，必须严格控制相互之间的操作施工顺序，如有违背，将出现对质量不利影响。 ?、技术间歇:有的工序作业，工序之间的技术间歇，其时间性很强，如不严格控制，就会影响工程质量。如砖墙砌筑完成后，一定要有,10D的技术间歇，以便让墙体充分沉陷、稳定、干燥，然后才能抹灰，如违反，立即抹灰，会形成灰面脱落、空鼓。 ?、技术参数:有些技术对数与质量有密切关系，必须 40 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 严格控制。如:砼配合比，外加剂掺量，夯实土的最佳含水量等。 ?、常见之质量通病:如“渗、漏、泛、堵、壳、裂、砂、锈“等通病的部位，要事先研究消除对策，采取预防措施。 ?、新工艺、新材料、新技术之应用:都必须事先鉴定试验，或虽有鉴定与试验，但本施工单位首次采用，缺乏经验，也应设为质量控制点，严加控制。 ?、质量不够，不合格率较高的产品:这些产品，根据数据统计，表明质量波动较大，不稳定，不合格率较高，应设为质量控制台点，予以控制。 ?、施工阶段质量影响因素(五要素)的控制: (本节只涉及人、材、机、方法、环境五要素，它属于事前控制控制之范畴) 1、人的控制:指直接参与工程实践的组织者、指挥者、操作者。对人进行控制之目的，是避免人的失误，并调动其积极性。其要点如下: ?、人的技术水平:人的技术水平高低，直接影响到工程质量之水平，为此，对技术复杂，难道大，精密要求高的工序操作，要由技术熟练、经验丰富的人来完成。必要时，对其技术水平予以考核。 ?、人的生理缺陷:根据工程特点和作业环境，对人的 41 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 生理缺陷严加控制。如反应迟钝，应变能力差的人，不能操作快速运行，动作复杂的机械设备等。 ?、人的心理行为:人的心理行为受社会、经济、环境、人际关系之影响，并要接受组织与管理的约束。因为，其劳动态度、注意力、情绪、责任心有不同地点、不同时间有不同变化，为保证质量万无一失，在关键工序和操作上，要控制思想活动，稳定其情绪。 ?、对材料的质量控制: 材料质量工程质量的基础，材料质量不符合要求，不可能干出符合质量标准的工程。所以，对材料质量进行控制，是提高工程质量的重要保证，材料控制要点如下: ?、订货:对主要装饰材料及配件，订货前，需查清生产厂家情况，看样，向甲方提供样品，同意后，才可正式订货。 ?、主要设备:订货前，和甲方和监理工程师提出申请，核实是否符合要求; ?、主要材料进场时，须具备出厂合格证或化验单，或乙方复检单。所有材料必须具备检验单并经监理工程师验证后方可正式使用; ?、所有构配件，皆必须具备厂家批号及出厂合格证; ?、凡标志不清或有质量怀疑的材料，一定进行复试; ?、现场配制的材料，先提出试配要求，一定进行复试; 42 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) ?、对材料性能、质量标准、适用范围、对施工要求等必须充分了解，慎重选用。如红色大理石或带色纹(红、暗红、金黄色纹)的大理石，因其易风人剥落，不宜用于外装饰。早强三乙醇不能用作抗冻剂等。 3、施工机械的控制: 施工机械对项目的施工进度及质量有着直接影响，从保证施工质量出发，必须从其选型、主要参数、使用操作三方面进行控制; ?、机械的选型: 选择之原则是:因地制宜，因工程制宜，技术上先进，经济上合理，生产上适用，性能上可靠，使用上安全，操作上方便，维修便利。 ?、主要参数: 其性能参数，要能满足施工要求，保证质量要求。如选用超重机械时，必须使其参数能满足超重、超重高度、超重半径的要求。 ?、使用与操作: 合理使用，正确操作，是保证施工质量的主要环节。如超重机械要确保四限位装置齐全(行程、高度、高幅、超荷)。 4、施工方案正确与否，直接影响到项目的进度、质量、成本控制施工方案考虑不妥，会拖延工期、影响质量、增加成本。为此，选定施工方案时，必须结合工程实际，从技术、 43 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 组织、管理、经济等方面进行全面分析，综合考虑。 5、环境因素控制: 项目施工的环境因素有:技术环境(地质、水文、气象等)，管理环境(质量保证体系、质量制度等)，劳动环境(劳动组合、劳动工具、工作面等)。环境因素对质量之影响具有复杂而多变之特点，因之，对主要采取有效措施加以控制，对环境之控制，又与方案及技术措施有关。 ?、施工阶段的工程预检: 预检是指，工程未施工前所进行的预先检查。审保证质量，防患于未然的有力措施。 ?、建筑物位置、座标、标高:预检座标标准桩、水平桩。 ?、基础工程:预检轴线、标高、预留孔及洞、预埋件位置与数量; ?、砌体工程:预检墙身轴线、楼层标高、砂浆配合比划预留孔洞位置及尺寸; ?、钢筋砼工程:预检模板尺寸、轴线、标高、支撑、预埋件、预留孔等;钢筋型号、规格、数量、锚固长度、焊接、绑扎、保护层等;砼配合比、计量手段、外加剂、养护条件等; ?、主要管线工程:预检标高、位置、坡度、管线等; ?、构配件工程:预检安装位置、型号、标高、支承长 44 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文) 度等; ?、电气工程:预检变电配位置、高低压进出口方向、电缆沟位置、标高、送电方向。 ?、成品保护: 对完成品，进行妥善保护，确保质量、顺利竣工。 ?质量与安全组织保证体系 ?质量与安全法规体系 ?工程质量控制体系 ?进度控制系统 45