2020年, 第7卷, 第1期　刊出日期：2020-02-25

  

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专题：工业控制
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  油气集输领域工业控制系统等级保护2.0标准安全设计技术要求分析

  李世斌, 郭永振, 唐刚

  工业技术创新. 2020, 7(1): 1-5. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.001

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  《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》（GB/T 22239-2019）标准于2019年正式发布,相应的安全设计技术要求、测评要求也相继施行,形成了等级保护2.0标准体系。重要领域工业控制系统作为关键信息基础设施,是等级保护2.0标准的重点安全防护对象。针对油气集输领域,结合典型工业控制系统分层架构,对照等级保护2.0标准安全设计技术要求进行比较分析和综合研判,提出了油气集输领域工业控制系统的安全扩展要求、安全控制点和监控预警要求。围绕油气集输领域工业控制系统防护对象选择实践,提出了根据承载业务、网络结构、系统规模、主机资产等因素的差异对安全防护对象进行裁剪化防护的对策建议。
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  基于多属性决策的工业控制系统安全风险评估

  王佳

  工业技术创新. 2020, 7(1): 6-11. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.002

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  为智能生产车间提出一种基于多属性决策的工业控制系统安全风险评估方法。根据智能工业控制系统网络结构,分析和明确安全风险点,构建工业控制系统安全风险评估模型;将资产划分为数据、软件、硬件、服务、人员、工控系统结构特征和复杂度、管理特征重要性和影响性七类指标属性,判断各属性的重要性,得到资产安全关联拓扑图,计算各资产的危害程度。形成了工业控制系统安全风险评估基本流程,使得安全风险得以量化,为工业控制系统的安全部署提供了基本遵循。
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  供水生产控制系统安全等级保护测评实施要点探究

  刘思思, 张德馨, 唐刚, 贾东明

  工业技术创新. 2020, 7(1): 12-16. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.003

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  聚焦“等级保护2.0”的安全等级保护要求,基于供水生产控制系统安全现状,从工业控制系统安全扩展要求中安全物理环境、安全通信网络、安全区域边界、安全计算环境和安全建设管理五大层面,提出了各测评指标适用的测评对象,并总结了实施安全等级保护测评的要点,为促进供水企业和测评机构开展供水生产控制系统安全等级保护提供指南。
共性技术
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  基于树莓派的安全头盔视频稳像模块设计与实现

  张雨, 林炳辉, 李雨墨, 罗彬, 芦佳欣, 舍志芳, 刘志

  工业技术创新. 2020, 7(1): 17-22. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.004

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  安全头盔采集的视频具有与传统方式采集的视频不同的振动特性。在树莓派开发板上,基于经典的稀疏光流法,与基于特征点的方法相结合,设计与实现了一个安全头盔视频稳像模块,提高了输出视频图像的平稳度。重点讨论了如何结合树莓派开发板的特性,提高模块的运行速度的问题;从精简部分运算过程、波浪式并行执行、视频硬编码等角度,充分调用树莓派的运算能力,在实现视频稳像的同时减少了模块执行时间。
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  基于开关切换混频的随钻电阻率信号处理系统

  倪卫宁

  工业技术创新. 2020, 7(1): 23-27. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.005

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  针对随钻电阻率测井仪器中电路系统工作温度高、电路板安装空间狭小、信号灵敏度低等现状,基于开关切换混频原理,设计一种随钻电阻率信号处理系统。依据原有随钻电阻率测井仪器电路系统基本结构和特点,进行优化和改进：通过FPGA对16 MHz信号进行8分频实现,生成2 MHz信号;设计开关切换混频电路,实现信号由2 MHz向2 kHz的转换。FPGA的引进,降低了对温度的敏感性,压缩了电路板面积,使得随钻电阻率测井仪器可靠性得到提高,能够更加适应井下狭小空间和高温高压的恶劣环境。测试验证表明,幅度比和相位差的测量相对误差都在1%以内,完全满足随钻电阻率测量精度要求。
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  弹簧套式自动调隙回力机构结构设计

  王少宁

  工业技术创新. 2020, 7(1): 28-32. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.006

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  弹性夹头式调隙机构结构复杂,维修困难,无法更好适应现代航空飞机对刹车性能和使用方便的高要求。提出一种弹簧套式自动调隙回力机构,进行了结构调整,并重点对弹簧套和回力弹簧的规格、数量、设计参数等进行计算和选取。经过对回力弹簧的稳定性和强度进行验算,表明结构设计较合理,不仅能满足现代航空飞机的应用需求,还能对刹车性能得到改进。最后,总结了弹簧套式自动调隙回力机构结构设计需满足的3点理论设计要求：1）安装尺寸满足设计的改进需求;2）弹簧套及回力弹簧设计满足行业标准要求;3）回力弹簧的稳定性和强度通过验证。在实际工况下,还需结合耐久性测试及外场试验进行综合评估。
智能化
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  基于STC89C52单片机的超声波测距仪设计

  张春岭, 梅彦平, 王静

  工业技术创新. 2020, 7(1): 33-37. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.007

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  针对原有超声波测距仪存在的精度不高、成本较高等问题,设计了以STC89C52单片机为核心控制单元,利用HC-SR04超声波传感器模块进行超声波检测,同时引入温度传感器对环境温度进行补偿,并加入平均值滤波算法对测量过程中的随机误差进行修正的测距仪。对比实验表明,融合了温度补偿和平均值滤波算法的超声波测距仪在测量精度方面有很大改善,绝对误差控制小于1 mm,平均相对百分误差小于0.2%,仪器兼具结构简单、性能稳定、成本低等优势。
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  自动取样和监测装置在沸腾制粒机上的改造与应用

  洪建春, 戢兵, 林俊杰

  工业技术创新. 2020, 7(1): 38-41. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.008

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  为沸腾制粒机配备连续生产线能够显著提高制粒效率,但热空气流动性差、粉剂流化不全面成为实现连续生产的技术瓶颈。对迦南FZ 300型沸腾制粒机工作原理进行分析,得出物料含水量控制是连续生产线作业质量改进的关键因素。设计一种以气缸为自动取样执行机构的自动取样装置,通过PLC保证取样时间的一致性和数据记录的准确性,为生产过程监督和工艺参数控制提供便利。经过7~10个月的投入使用,连续作业状况良好,性能稳定。装置适用于固体粉末或小颗粒物料在封闭容器中流动时取样的相关应用系统,完全符合生产质量管理规范（GMP）要求。
工业互联网
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  基于单位时延切片的VoLTE呼叫接续时延优化

  卓雪虹

  工业技术创新. 2020, 7(1): 42-46. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.009

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  VoLTE呼叫接续时延是衡量VoLTE网络质量和用户体验的重要因素。提出一种基于单位时延切片的VoLTE呼叫接续时延优化方法,将呼叫接续时延的统计分析细化至每条信令、每个网元,准确统计业务流程中每条信令消息在每个网元消耗的时间,结合单位时延切片分析工具定位影响呼叫接续时延的网元并实施优化。将方法应用于海南移动,从智能网、彩铃、超长时延等方面进行评估,表明VoLTE网络域内呼叫接续时延由5.8 s缩短至3 s。单位时延切片分析和优化方法能够有效支撑VoLTE呼叫接续时延性能提高,可供其他省（区、市）通信网络参考应用。
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  煤矿井下自然灾害监测与人员安全系统

  胡国庆, 刘丽超, 范维健

  工业技术创新. 2020, 7(1): 47-52. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.010

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  煤矿井下自然灾害的发生,将对矿山工作人员安全和采矿作业质量造成威胁和不利影响。介绍了煤矿井下的主要自然灾害——瓦斯危害、矿井火灾、矿井水害、顶板事故和冲击地压,分析了各灾害的成因与联系,阐述了煤矿井下自然灾害监测系统以及人员安全系统的技术原理。研究发现：煤矿井下的自然灾害是相互影响的,但自然灾害监测系统大都是单一结构,有必要实现功能上的融合,确保自然灾害预防的联动性、协同性和有效性;人员安全系统还需要在通风、救援行动、消防和预防方面形成更及时和有效的交互;自然灾害监测系统不仅要与广播通信/预警系统、矿用人员定位系统进行整合,还要向无线化、网络化、智能化等方向发展。
技改项目管理
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  生活垃圾绝氧热解发电工艺构建与评估

  李林

  工业技术创新. 2020, 7(1): 53-59. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.011

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  为了更好实现生活垃圾清洁焚烧,推进生活垃圾减量化、资源化、无害化处理,构建一套400 t/d处理规模的生活垃圾绝氧热解发电工艺。基于绝氧热解发电工艺技术路线,提出由预处理单元、旋转床热解单元、油气分离净化单元、锅炉及发电单元组成的技术框架。工艺投产后,生活垃圾年处理能力可达13.3万吨,年发电5 508万千瓦时,其中3 733万千瓦时可用于外供。对工艺进行技术经济评估,表明财务内部收益率为7%,投资回收期为11年。对财务内部收益率进行敏感性分析,敏感性由高到低的因素依次为产品价格、经营成本、建设投资。生活垃圾绝氧热解发电项目建成后将具备一定的盈利能力、清偿能力和抗风险能力。
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  含尘焦油热解及分离工艺研究

  王坤, 闫俊峰

  工业技术创新. 2020, 7(1): 60-64. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.012

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  煤气化过程产生的含尘焦油会带来严重的环境污染和能源浪费,严重阻碍煤炭清洁和高效利用。以含尘焦油为研究对象,采用差热—热重（TG-DSC）等分析表征手段,探究含尘焦油在热解过程中的反应机制。利用小试实验,得到含尘焦油分离最优条件为：在75℃下对粗含尘焦油进行离心分离,在450℃下进一步裂解蒸馏。将工艺流程划分为原料预处理、初步分离单元,焦油渣滓裂解分离单元和残渣处理单元,对含尘焦油热解及分离实现工业化应用,可年处理粗含尘焦油1.0万吨,渣0.4吨,同时增加收入1 000万元。工艺过程的改变解决了环保问题,又起到了节能的效果。
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  泄压平衡在真空上料系统中的技术改造实践

  张定国, 戢兵, 林俊杰, 冯波

  工业技术创新. 2020, 7(1): 65-68. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.013

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  真空上料机是利用真空原理特制的物料输送设备,真空条件下容易出现内部物料不平衡现象,导致物料流动不顺畅、粉尘泄漏等问题。通过对真空上料系统工作原理进行观察和分析,发现不平衡问题是下料阀门打开后新和旧物料间的碰撞和气体紊乱流动导致的。提出泄压平衡系统改造方案：首先,计算得出优化的管道内径为6.2 mm;其次,针对物料差异产生的物料空层问题,在吸料口支撑架处设计一个泄压孔径为30 mm的排气孔。技术改造后实验证明：空气能够快速回流,使得物料流动均衡和快速;挤压力释放速度加快,避免了98%的粉尘泄漏。技术改造项目提高了车间生产稳定性需求和粉尘控制水平,极大地改善了车间作业环境。
工业科学
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  基于3DCS软件的抬头显示装配偏差分析及系统优化

  贾青, 姜立伟

  工业技术创新. 2020, 7(1): 69-74. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.014

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  抬头显示系统是一种车辆安全辅助系统,但其在整车生产流水线中时常出现标定不合格的情况,严重影响投影图像质量。聚焦于抬头显示装配偏差问题,对其四个零件——车身横梁支架、H型支架座、小支架、投影仪的装配工艺进行分析,得到装配关键要素。基于3DCS偏差分析软件,采用Monte Carlo模拟法,对抬头显示装配偏差进行建模仿真,得到各个偏差源的贡献度、敏感度以及6-Sigma值,确定主要偏差源为小支架安装夹具的孔销位置度偏差。对抬头显示安装夹具的公差和设计进行优化,即把小支架安装夹具的孔销位置度公差值从±0.2 mm改为±0.1 mm,并取消小支架的特征孔而改为小支架上端平面的第三个特征点,现场跟踪三个月表明标定一次性合格率由70%提升至96.7%。
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  机载XGA视频与RGB分量PAL制差分视频的对比研究

  朱鹏程, 赵君, 胡娜

  工业技术创新. 2020, 7(1): 75-82. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.015

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  XGA视频和RGB分量PAL制差分视频属于平衡信号,可以有效地降低共模电平和差模电平对信号带来的干扰,提高电子产品的电磁兼容性,在机载视频技术中得到广泛应用。为避免设计人员混淆两种视频信号,造成设计错误,介绍了XGA视频和RGB分量PAL制差分视频的工作机制;列举了两种视频在参数上的区别;从视频信号转换和视频信号转码两方面,分析了两种视频的接口电路设计,尤其是指出了视频信号转码中设计细节的差异在于是否应用SCART模式。对两种视频进行了实际测量和验证后表明：XGA视频的同步信号耦合在R、G、B分量中,RGB分量PAL制差分视频的同步信号仅耦合在G分量中,符合各自的视频特性。为视频处理同行提供借鉴和参考。
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  工业注射泵旋转阀的磨合期与寿命试验

  袁航, 李宁

  工业技术创新. 2020, 7(1): 83-86. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.016

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  以工业注射泵MSP1-D1的旋转阀为研究对象,开展了磨合期试验,讨论了基于环境温度、承压与阀转矩的相互关系,提出了旋转阀寿命的定义,并进行了寿命试验。研究发现：1）旋转阀的磨合期约为900次;2）环境温度对阀转矩影响较大,25~35℃为最适宜的使用温度;3）当阀转矩不高于0.02 N·m时,旋转阀承压能力处于保压0.4 MPa以内;4）在20℃使用温度下,旋转阀寿命不少于80 000次;5）阀运行超过35 000次后,干湿运行状况趋同,表明PTFE材料具有优秀的自润滑性能,适宜用于阀芯,使旋转阀适合长期干运行。本文为旋转阀的安全使用和检测提供了理论依据,并提出了相关建议,可供同行参考。
综述与评论
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  流化床共处置固体废物重金属迁移转化特性的研究进展

  杨延梅, 谭子其, 闫大海, 李丽

  工业技术创新. 2020, 7(1): 87-91. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.017

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  流化床锅炉共处置固体废物是一种新兴的固体废物处置技术,能够实现固体废物的无害化处置和资源化利用,但处置过程中固体废物内含有的重金属会发生迁移转化,对环境安全和人身健康造成潜在影响。对固体废物处置过程中重金属的迁移转化特性进行综述,表明目前研究主要集中于流化床共处置污泥、城市生活垃圾和生物质燃料方面,对共处置危险废物的研究较少;基于脱硫剂对重金属迁移分布影响的研究较为详细,但分析得知重金属在炉内的气化、凝结以及在飞灰、烟气、炉渣中的分配率仍待推进;将结合污染物排放和锅炉运行工况,开展重金属迁移转化特性的系统性研究,促进流化床共处置固体废物的大规模工业应用,期待同行的共同研究。
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  天然气水合物的工业应用研究进展

  李新

  工业技术创新. 2020, 7(1): 92-96. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.018

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  自然界中的天然气水合物是巨大的能源库,其生成机理和相平衡条件可以使其作为物质和能量的存储及转换媒介,具有潜在工业经济价值。对天然气水合物在工业中的新应用进行了综述。甲烷水合物的生成可以实现天然气的储存和运输。硫化氢和二氧化碳等酸性气体易于生成水合物,从气体混合物中分离,具有促进环境改善等作用。在沉积物中,将二氧化碳和氮气混合物中的二氧化碳以固态水合物形式封存,可以实现氮气的运移。此外,天然气水合物在氢回收、脱盐淡化、制冷等方面也具有广阔的应用前景。随着研究的深入和实验规模的加大,天然气水合物的工业应用将进一步得到深化,更多成熟的应用将出现在大众视野中。
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  石墨烯在能源存储装置中的应用和发展

  叶琳, 苏睿婷

  工业技术创新. 2020, 7(1): 97-102. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.019

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  石墨烯具有良好的导电性、导热性和透光性,将为锂离子电池、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等能源存储装置的研发带来实质性突破。对石墨烯在能源存储装置中的应用和发展进行分析表明：石墨烯可以用在涂层加强的锂离子氧化电极和石墨烯—硅复合电极上;基于石墨烯复合材料的超级电容器可以提高电力系统运行效率,促进可再生能源电力电子系统和电网一体化,推进电动汽车的研发等;石墨烯在燃料电池、储氢介质等装置中是优良的电催化剂材料;石墨烯具有体积和经济优势,能够应用于不同类型的太阳能电池中。