毕业设计-PLC控制的地下停车场通排风系统

在这个城市现代化建设的高速发展的时代，城市交通中使用的各种型号的汽车数量同样在飞速增长,地下停车场已经成为多数新高层建筑不可或缺的配套设施之一，并与人们的生活息息相关。地下停车场具有面积大、节约用地、管理集中等优点。而改善地下停车场内的空气质量，保证处于地下停车场人员的安全与健康，是进行通排风系统设计的出发点。

随着地下停车场的兴建，如何解决好地下停车场的通排风设计问题和最大限度的利用能源是地下停车场设计中的一个重要问题。要求设计既能满足平时通排风要求，排除汽车在停车场内产生的有害气体，送入新鲜空气，使各有害物含量符合国家相关规定的卫生标准的要求；又要满足火灾初期能够顺利排烟，以保证火灾发生初期快速扑灭火灾火源，阻止蔓延，同时控制烟雾的扩散，强制排掉产生的烟雾，以保证停车场内的人员能够尽快撤离现场，减少损失，保障火灾的扑救。由于停车场的空间相对较大，其状态又较封闭。因此，停车场必须同时考虑排风系统以及排烟系统的设计，而且处理好这两者之间的关系，对停车场的设计有着较大的意义。

本设计通过整理分析怡馨花地住宅小区项目（32-36栋）地下停车场的数据，经过计算得出了地下停车场的汽车尾气排放量、送风量以及排风量，然后选择风机类型，从而设计出基于PLC控制的地下停车场排风系统。地下停车场供排风系统可以降低工程造价，提高地下停车场的空气质量、增强在地下停车场人员的舒适感。

本设计基于PLC和变频技术的地下停车场通排风系统集变频技术、电气技术和现代控制技术于一体。采用该系统进行排风可以提高通排风系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高效率以及降低能耗等方面具有重要的现实意义。

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1相关资料分析

1.1地下停车场有害物质的种类

地下停车场内汽车排放的主要有害物是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、二氧化碳（CO?）、氮氧化物（NOX）、铅（Pb）和二氧化硫（SO2）等。它们基本都产生于汽车的排气系统。燃油箱、化油器的主要污染物为碳氢化合物（HC），即是由燃油气形成的。假如控制不好，其污染物将达到总污染物的15％～20％。有的汽油内加有四乙基铅作抗爆剂，致使排出的尾气中含有大量铅成分，其毒性比有机铅大100倍，对人体的健康和安全构成很大的危害。

汽车在地下停车场内的启动和加速过程均为怠速运转。在怠速的状态下，一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOX）三种主要有害物散发量的比例大约为7：1.5:0.2。 由此可见，一氧化碳（CO）是地下停车场内最主要的污染气体。根据TT36－79《工业企业设计卫生标准》规定可知，以稀释汽车排气中CO含量（0.01-0.1%）到容许浓度的新鲜空气倍率（100~1000）为最高，故通风量能够满足CO的卫生标准时，其它有害物成份均在卫生标准可容许范围内。停车库中CO容许浓度规定为0.1以下。

1.2地下停车场设计相关准则

目前，国内并没有制定出正式的关于地下停车场通排风系统设计计算的统一规定，各种资料和文献中介绍的排风量的计算方法也各不相同。比如说在日本，对于停车场面积大于500m2时，如果开口面积不到地板面积的1/10，就要应用机械通风，而且需要提供25 m3/h以上的新风量。美国对于地下停车场的通风换气次数建议为4～6次/h或按每平方米面积4L/s确定通风量。芬兰建筑相关法规规定地下车库的最小新风量为2.7L/s. m2。目前我国常用的有，用规定的停车场换气的次数来确定系统送风量和排风量。

《民用建筑采暖通风设计技术措施》中第4.26条规定，如果没有计算资料，可依据换气的次数来估算，一般排风量不得小于6次/h，送风量不小于5次/h。如果夜间或使用备用电源，可以降低到3次/h。

由清华大学编制《地下车库设计标准》第125条规定，通常情况下，停车场与坡道换气的次数到6～10次/h，即可满足稀释有害气体的需要。

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涉及高层建筑地下停车场排风设计的国家标准有，（GB50067-97）规范规定超过2000 m2的地下停车场应当设置排烟系统。无自然排烟条件时，应该设机械排烟设施。

《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》第8.2.4条规定，地下停车场排烟时风机排烟量可按照换气次数大于或等于6次/h来计算确定；停车场内无自然补风条件时，应该设机械补风系统，且补风风量满足《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》中不小于排烟量的50%的规定。停车场设置机械通风系统时，送风量宜为排风量的80%~85%，送风口宜设在下部或汽车通道的上部。

2怡馨花地住宅小区项目地下停车场的设计方案分析

原始资料：怡馨花地住宅小区项目（32-36栋）地下停车场总面积4000m2，车库平均高度为3m，则车库空间总体积为12000m3。

由以上的地下停车场相关准则来看，各种规范推荐的换气次数相差很大，因此，我们在选用时，应该根据地下停车场的实际情况去仔细、分析、比较并慎重选取。另外，由于各地下停车场平均每台车占面积不同，通常为20~40 m2。据网上查询相关资料得知，有的停车场达到每台车甚至占地50 m。如此一来，假如只用换气的次数来确定地下停车场的排风量，对于有着不同面积有害气体排量接近的两个停车场而言，其计算的排风量可能会出现较大的差别。也就说，如果盲目用换气的次数来计算地下停车场的排风量，就有可能出现风量过大的现象，造成通排风设备运行费用的浪费；也有可能出现风量太小，造成停车场内有害物的浓度超过相关标准的现象。

所以，根据以上分析。本设计采用变频技术的变风量系统，排（烟）风机采用消防高温防排烟风机，正常情况下作排风机使用，一旦火灾时，便作排烟风机来排除烟雾，风机入口处设置一个280℃常开的排烟防火阀，当火灾温度到达280℃时排烟防火阀熔断连锁关闭排（烟）风机。而伴随着各类汽车在停车场进出频率的不断变化，停车场内气流中一氧化碳气体浓度随之变化着，通过检测停车场内气流中的CO气体浓度，当该浓度大于设置的调节值，则把该信号传送到控制器。控制器便发送信号给变频器，进而调节送风机和排（烟）风机的转速，从而达到调节风量，保证地下停车场空气正常流通的目的。本设计保持使排风量

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大于送风量，以保持车库内有一定的负压。

2.1防烟分区

地下停车场面积超过2000m2应设置机械排烟系统。机械排烟系统可以与人防、卫生等排气、通风系统合用。因为怡馨花地住宅小区项目（32-36栋）地下停车场建筑面积达4000平方米，所以应该设置机械排烟系统。

2.1.1防火分区

采取防火分隔的措施而划分出来的、能够在一定的时间内阻止火灾蔓延到同一建筑物的其余部分的局部区域（或者空间单元）就是防火分区。在建筑物内采用划分防火分区这一措施，可在建筑物如果火灾发生之时，将火势控制到一定范围之内，从而降低火灾的带来的损失，也可以为疏散人员保证安全、扑救火灾等提供最有利条件。

以防火的情况来看，将防火分区分的越小，越利于停车场的防火安全。但是如果分区划分过于小，则肯定会影响相关功能的使用。所以防火分区划定的面积要考虑建筑物火灾的危险性、消防扑救能力、重要性、建筑物高度、和火灾的蔓延速度等因素。

《高层民用建筑设计防火规范》规定地下停车场，一个防火分区划分的最大建筑面积不得超过4000m2。

2.1.2防烟分区

所谓防烟分区是为了把火灾烟气控制到允许范围之内，利用防烟隔断将一个防火分区划分为多个小区域。防烟分区就是对防火分区进行细分，防烟分区的作用是控制火灾时产生烟气的流动，但是它不能防止火灾火势的蔓延。

根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定，设置排烟设施的走道及净高不超过6米的房间，要求划分防烟分区。它可以通过挡烟垂壁，隔墙或从顶棚下突出不小于0.5M的梁来划分。挡烟垂壁是用不燃材料制成，从顶棚下垂不小于500MM的固定或活动挡烟设施。活动挡烟垂壁在火灾时因感温，感烟或其他控制设备的作用，能自动下垂。

每个防烟分区一般情况下用单独的排烟系统来进行排烟。假如防烟分区的面积太小，排烟系统或者垂直烟道的数量就必然增加，建筑的造价也随之增加；假

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如面积过大，则烟雾波及的范围必然增大而火灾的面积增大，疏散与扑救会变得很不利。

一个防烟分区建筑面积按照《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》的规定，不宜大于2000 m2，且防烟分区不得划分在防火分区之外。根据该建筑面积划分，怡馨花地住宅小区项目（32-36栋）地下停车场最少可分为2个防烟分区。

2.2地下停车场的通风装置设计

停车场的通风要求有全面均匀送风和全面均匀排风的机械通风装置，且应防止停车场内局部的气流滞留。考虑到气流在地下停车场内可能出现的涡流，而导致部分污染气体长久无法排出，本设计安装引导射流器诱导风机用于引导污染气体，顺利排气。

在排烟设计方面，对于2000m2以上的停车库，应考虑有效的机械排烟措施。

2.2.1诱导通风系统的基本原理

诱导通风系统即依据射流诱导的特性，用送风机在风口处输送新风，利用射流器高速度喷出来的空气射流，搅拌停车场内的空气，不光能稀释停车场内的有害气体，而且能够诱导被搅拌的空气沿着预先设置的方向流动，进而达到用送风机在风口处输入新风，而将停车场内的废气顺利从排风口排除的目的。这样，就能保障停车场内较好的换气效果。随着射流程距喷嘴距离的增加，射流的速度以及诱导作用将随射流程距喷嘴距离的增加而慢慢减小。所以达至一定射程后，必须有另一台射流器来衔接，从而形成“气流推拉作用”，使整个空间产生流动的速度场。

诱导通风系统包括送风风机、多台诱导风机和排风风机，其中诱导风机由超薄箱体、低噪音前向多翼离心风机、可任意调节方向的喷嘴三部分组成。送风机提供新鲜空气，诱导风机将室内空气与之充分混合后，沿一定方向到达排风口，由排风机排出。

采用诱导通风系统，应该在每个防烟分区内设置火灾报警系统，火警时，诱导系统停止运行，同时送风机及排烟风机、排烟口运作进行排烟。

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图2.1 诱导通风系统布置示意图

2.2.2诱导通风系统的特点

（1）节省空间，减少土建投资：诱导风机机箱体一般只有250mm高，布置在梁间，直接吊挂在楼板下，能够降低停车场设计的层高大约400mm，减少开挖费用以及混凝土浇筑费用。

（2）施工简单，降低安装的费用：诱导风机的体积相对较小，重量轻，无需接管；安装形式繁多；采用单相220V的电源，配线便洁。

（3）管理方便，节约运行费：诱导风机采取高效率而低噪音的风机以及符合空气动力学特性曲线的高速喷嘴，噪音较低，所用的高品质无油式轴承电机不需要定期添加润滑油。

（4）通风效果好：诱导系统可以有效地搅拌周围的空气，不容易产生死角。如果有有害气体滞留时，能够随时调整风机喷嘴的方向，以适应各种建筑形式。使空气均匀分布，有害气体经过充分的稀释以后平均浓度也随着将低。就算送风风机与排风风机不运行的情况下，诱导风机也能够单独运行使空气正常流动。

2.2.3采用排风兼机械排烟系统

根据怡馨花地住宅小区项目（32-36栋）地下停车场的资料得知该停车场可只设置一个防火分区，若排风与排烟风机通用（即采用机械排风兼作机械排烟系统，平时作排风用，火灾时作排烟用），这种设计可节约设备的初投资。排风系

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统和排烟系统可以通用一部分的风管，能降低管材用量与安装的费用，也可以留出空间给其他的专业管线布置。

诱导风机通过高速度喷出的气流来带动一定范围的空气，使新风与室内空气充分混合稀释以后，沿者预先设置的方向流动至排风口，由排风机将气体排出。当某一防烟分区有火灾发生时，诱导风机关闭，风机开始排烟。

2.2.4排风与排烟系统对气流组织要求不同的矛盾

停车场的排风系统采用上部排出1/3，下部排出2/3的废气；但是对排烟系统来说，由于烟气是上升流动的，所以排烟口一般设在上部。如果火灾发生，为阻止火灾区域的烟雾侵入非火灾的防烟分区内，此时非火灾发生的防烟区的排烟口必须关闭。所以在排风兼作排烟的系统中，应当采取适当的措施，来解决排风与排烟系统对气流组织要求不一致的矛盾。

在排风兼排烟系统的风道布置时，要考虑防火分区和防烟分区问题。就是说，可以布置一两个复合系统在一个防火分区内，按防烟分区来设置系统分支管。 排风和排烟系统可以用不同的风道复。其中一条按照排风系统的要求设计时，另外一条按照排烟系统的要求来设计，通过各阀门的开启和关闭，来实现排风系统和排烟系统的正常运行。正常情况下排烟口的阀关闭，而排风口的阀开启，风机运行，排出汽车废气。当火灾发生时，则排风口的阀关闭，并连锁打开排烟口的阀，调整风机风速，进行排烟。此复合系统具有独立性强、平时排风与火灾时排烟互不影响、可靠性高、排风与排烟共用一套风机系统节省投资等优点。其缺点是风道布置相对复杂些。

2.2.5补风系统

防烟分区要有一个机械补风系统。补风风机平时关闭，火灾时运行。当送风温度超过70℃时，风机入口处的防火阀自动关闭，同时风机停止运行。补风风管上的防火阀的熔断温度定为70℃（北京市建筑设计研究院《建筑设备专业技术措施》第18.4.10条）, 是因为排烟和补风是火灾初期人在灭火或撤离时使用的，补风系统在还没产生大量高温火焰，只产生大量烟气，补风风机送入低温的新风, 防火阀不会很快熔断, 不影响排烟使用。排烟机设280℃的防火阀, 但是是以补风机防火阀的熔断温度定为70℃为前提。假如只有在排烟风机前的280℃防火阀熔断后，补风系统才能联锁停机，防火阀的熔断更加滞后于排烟系统，尤

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其是平时使用的机械通风的送风系统作为补风系统时，会因穿越各防烟分区的风管不能及时关断带来不安全因素。

本设计采用机械通风的送风系统同时作为排烟时的补风系统，补风风量满足《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》中不小于排烟量的50%的规定。故火灾时可用变频器调节送风机的送风量，从而达到补风量的数值。

2.3系统框架原理图

PLC 模拟输出模块 变频器 启停开关 模拟输入模块 模拟输入模块 CO浓度传感器 诱导风机 变频风机 烟雾传感器 风口阀 图2.2 系统框架原理示意图

3电气主电路的设计

3.1风机

3.1.1地下停车场的排风量、送风量和排烟量的计算

地下停车场风量的计算按照全面通风考虑，当停车场内有害气体浓度C处于稳定状态时，所需的全面通风量为：

L=G/（C-CO), m3/h (1) L---地下停车场排风量，m3/h；

G---地下停车场有害气体产生量，mg/h； C---地下停车场有害气体允许浓度，mg/ m3；

CO---地下停车场地面上大气中有害气体浓度，mg/ m3。

因为地下停车场内同时产生多种有害气体，所以排风量应该根据公式（1），分别计算出稀释各有害气体所需的风量，然后取其中的最大值。然而根据相关资料分析，停车场稀释CO的排风量是最大值。因此，根据地下停车场CO允许浓度计算排风量即可。根据国家标准规定，车间空气中CO的最高允许浓度为30mg/m3，

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当工人工作时间一次不超过30min时，CO允许浓度可放宽到100mg/m3。故地下停车场内空气中CO的允许浓度建议取100mg/m3。停车场内在大气中的CO浓度，查询相关资料为2.71～3.23mg/m3，设计中可取3mg/m3。

则 C-CO= 97mg/m3。而停车场内的有害气体产生量G用CO传感器检测得出相关数据，这样便能得出排风量的数值。因为考虑到停车场内的有害气体溢出的可能性，所以停车场内应该维持一定的负压。另外，停车场的排风量必须大于送风量。一般情况下，送风量可设排风量的80％～85％，而其余的15％～20％补风靠自然补充。

已知停车场的通排风系统确定排风量是依据计算全面通风稀释停车场内有害气体的浓度到允许值以下为原则。而火灾时排烟系统确定的排烟量为，如果排烟系统只负责单独的防烟分区，就应该按照排烟分区的面积每平方米大于60m3/h去计算；负责多个防烟分区的时候，则应该按照其中最大的那个防烟分区面积每平方米大于120m3/h来计算。同时规定排烟系统的风机其最小排风量不得小于7200m3/h。

怡馨花地住宅小区项目（32-36栋）地下停车场总面积4000m2，车库平均高度为3m，则车库空间总体积为12000m3。假如该地下停车场最高峰CO排放量为1840mg/s,该停车场最大排风量：

L=G/（C-CO)=1840×3600 /97=72000 m3/h。 送风量为排风量的80%~85%，可约等于60000 m3/h。

3.1.2风机及适配电机的选型

则可安装Y4-73No.8通风机用于送风；排风量72000 m3/h，可安装GYF系列消防高温排烟排风两用轴流风机，选定机型为GYF-I型5.5#。

表3.1 通风机参数

型号 Y4-73 YDF-II-2.8 GYF-I 风量（M/H） 30993 6000 12000 3用途 送风 诱导 排风（烟） 功率 9.39KW 5KW 4KW 噪音 ≤90dB 58～60dB 86dB 第9页，共页

停车场需要Y4-73型风机台数为：60000m3 /30993 m3/h /1h=1.94台，取2台；GYF-I型风机台数为: 72000m3 /12000 m3/h /1h=6台。

所以可设置6个600 m2排烟系统，使排烟量为120×600=72000 m3/h。 诱导风机数量的计算有特定的方法，见下表。

表3.2 诱导风机数量的计算

诱导风机使用场合的情况送排风 空简不规则，隔墙及障碍物多，气流滞留的场合 隔墙及障碍物多，但通排风气流易形成 隔墙及障碍物少，通排风气流较理想 无障碍物，只有低矮的停放物 诱导风机工作方式 自然进风，机械排风 自然进风，机械排风 机械进风，自然排风 机械进风，自然排风 机械进风，自然排风 诱导风机数量 100平方米/台 150平方米/台 200平方米/台 250平方米/台 由于本设计无相关资料，自选250平方米/台的情况。即停车场所需诱导风机的台数为4000/250=16台。

表3.3 电动机选型表

适配电动机 风机型号 型号 Y4-73 YDF-II-2.8 GYF-I Y160M2-2 Y160L-8 Y160L-8

表3.4 Y160M2-2电动机参数

额定 额定 启动 转速 效率 型号 功率 电流 电流 kW A A r/min % 因数 矩额定流额定矩额定速度 kg COSФ 转矩倍 电流倍 转矩倍 mm/s 功率 堵转转堵转电最大转振动 重量 功率KW 15 7.5 7.5 同步转速 3000r/min 2 级 2.0 7.0 2.3 2.8 125 Y160M2-2 15 29.4 205.8 2930 88.2 0.88 第10页，共页

表3.5 Y160L-8电动机参数

额定 额定 功率 堵转转堵转电最大转振动 转速 效率 功率 电流 因数 矩额定流额定矩额定速度 kW A r/min % COSФ 转矩倍 电流倍 转矩倍 mm/s 17.7 2930 86 0.88 2.0 5.5 2.0 2.8 重量 kg 143 型号 Y160L-8 7.5 3.2变频器的简介及选型

变频器即是将工频电源换为其他频率的交流电源，从而实现电机能够变速运行的设备，其控制电路对主电路进行控制，将交流电变换成为直流电的是整流电路，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路是直流电再逆变为交流电。

3.2.1基本组成

变频器通常由整流单元、高容量电容、逆变器和控制器这4部分组成。 整流单元：将工作频率固定的交流电变换成直流电。 高容量电容：将变换之后的电能进行存储。

逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，把直流电变换为不同频率、宽度、幅度的方波。

控制器：按照设置程序去工作，能控制输出方波的幅度与脉宽，使之叠加成与正弦波类似的交流电，进而驱动电机。

3.2.2软启动节能

电机硬启动会对电网造成严重的冲击，并且也对电网容量要求过高。而采用变频器之后，其软启动功能能够使启动电流从零开始，也不会大于额定电流，降低了对供电容量的要求以及对电网的冲击。

从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5-6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。

3.2.3变频器选型

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一般而言，选取功率与电机的功率相同的变频器，但是在一些特殊情况下，需选取功率大于电机额定功率的变频器，才得以保证变频器驱动电机正常运转。容量的选择如果合理，这本身就能节能降耗。变频器选择方法：

(1) 确定电机的实际功率法。首先测定电机的实际功率,以此选取变频器容量。

(2) 公式法。假如安全系数为1. 05 ,变频器容量P为: P = 1. 05 pm/ hm ×cosφ,kW

式中 pm —电机负载,kW； hm —电机功率,kW 计算出变频器的容量后,选取变频器的具体规格。

（3）电机的额定电流法。最常见是使变频器容量不得小于电机的额定功率,但通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器。对轻负载类而言,变频器的电流一般按照1.1In ( In 为电动机的额定电流) 来选择。先看电机的额定功率和额定电流，再看是不是恒转矩还是变转矩负载，另外你用的是多少伏的电压输入到变频器。

以电动机的额定电流以负载特性为依据。根据设计的要求，本设计送风系统选用风机和水泵专用的西门子MciorMaster430系列变频器，型号为6SE64430-2AD31-8DA0,其额定功率18kW，额定电流为38A。排风系统选用型号为6SE64430-2AD31-1CA0,其额定功率11kW，额定电流为26A。

MicroMaster430变频器特别适用于水泵和风机的驱动。额定功率范围为

7.5KW至250KW。它按照专用要求设计，并使用内部功能互联（BiCo）技术，具有高度可靠性和灵活性。主要特性：

(1）牢固的EMC（电磁兼容性）设计； 控制信号的快速响应； (2）内置PID控制器；

(3) 6个数字量输入，2个模拟量的输入，2个模拟量输出，3个继电器输出； (4) 具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；

(5) 采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；集成RS485通讯接口，能选PROFIBUS-DP通讯模块；

(6) 灵活的斜坡函数发生器，可选平滑功能；

(7）线性v/f控制，并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制

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（FCC），多点 v/f控制；

(8) 快速电流限制；

(9) 变频器过温保护，12T电动机过热保护； (10) 短路保护；

(11) 过电压/欠电压保护。

图3.1 MM430端口图

3.3保护电路

3.3.1低压断路器的选型

低压断路器按结构和用途分为塑料外壳式（装置式）、框架式（万能式）、限流式、漏电保护和快速断路器等。电压断路器按用途可分为：配电用断路器、电

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动机保护用断路器、照明用微型断路器、剩余电流保护用断路器等。其中，塑料外壳式断路器主要用于电动机的保护。 选择低压断路器时应注意以下几个方面：

(1)低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流；即：I总≥29.4*2+6*17.7+2*38+6*26+12*17.7=609.4A；

I送风机≥29.4A； I排风机≥17.7A；

I诱导风机≥12*17.7=212.4A； UN≥380V

(2)低压断路器的极限分断能力应大于或等于电路最大短路电流：

Ik≥IK.MAX=Eψ/Zmin

(3)欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压：

V脱=VN=380V。

(4)定时限过电流脱扣器的整定值（IN）。定时限过电流脱扣器主要用于保证保护电器的动作的选择性。定时限过电流脱扣器的整定电流，应躲过短时间出现的负荷尖峰电流。即

IN≥Krel2[IstMI+ IC（n-1）]

式中Krel2——低压断路器定时限过电流脱扣器可靠系数，取1.2；

IstMI——线路中最大一台电动机的起动电流，A；

IC（n-1）——除起动电流最大的一台电动机以外的线路计算负载电流，A。 电机回路IN≥1.2*[205.8+0]=246.96 总线路IN≥1.2*[205.8+(38+205.8)]=607.32

由于DZ20系列塑料外壳式断路器的脱扣器整定电流壳架而定电流100A级的配电用宜采用10IN，保护电机用12IN；200A级的配电用宜采用5IN、10IN，保护电机用8IN、10IN。额定极限短路分断能力级别有4种：Y一般型，G最高型，J较高型，C经济型。变频器自带短路保护，所以变频器回路不需要低压断路器。

因此，送风机线路和排风机线路选择低压断路器的型号为：DZ20Y-100； 诱导风机线路选择低压断路器的型号为：DZ20J-225； 总线路低压断路器的型号为：DZ20-630。

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表3.6低压断路器型号参数

型号 DZ20Y-100 DZ20J-225 DZ20-630 壳架额定电流/A 额定电压/V 100 225 630 380 380 380 脱扣器整定电流 12IN 12IN 10IN 断路器额定电流/A 62 225 630 3.3.2交流接触器的选型

正确地选择接触器就是要使得所选用的接触器的技术数据，能满足控制线路对它提出的要求，选择接触器可按下列步骤进行：

(1)依据接触器的任务，确定接触器的系列；

(2)依据接触器所控制电路的额定电压确定接触器的额定电压；

(3)根据被控制电路的额定电流及接触器安装的条件来确定接触器的额定电流；

(4)一般情况下对于控制主电路为交流的应采用交流的控制电路。电磁线圈的额定电压要与所接的电源电压相符，且要考虑安全和工作的可靠性。交流电磁线圈的电压等级有：36V、110 V、127 V、220 V和380V等；直流电磁线圈的电压等级有：24V、48 V、110 V、220 V和440V等。

(5)对于某些机械设备对接触器的固有吸合时间、固有释放时间及释放电压所提出的要求也应予以考虑。

交流接触器主触头额定电流可按下面经验公式计算：Iec=Pe/KUe 式中Iec－主触头的额定电流(A)； Pe－额定功率(KW) Ue-额定电压(V)； K－系数，取1～1.4。 所以各电机和变频器都可采用SC-E2交流接触器。

表3.7 接触器参数

使用处 型号 主触头 对额定数 电流 电机处 CJ20-40 2 变频器 CJ20-40 2 40 40 额定绝缘电压/V 660 辅助触线圈头对数 电压/V 2常开 2常闭 380 线圈电压/V 额定操作频率/(次/h) 可控制器最大功率/KW 220V 380V 22 22 220 1200/600 11 11 3.3.3中间继电器的选型

中间继电器用于继电保护和自动控制系统，使触点数量和容量增加，在控制

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电路中传递中间信号。中间继电器的结构原理和接触器类似，跟接触器的主要区别：接触器的主触头能够通过较大的电流，而中间继电器的触头则只可以通过较小的电流，运用在控制电路。一般无主触点，因为其过载能力很小，所以用的全部为辅助触头，且数量繁多。

JZ，HZ系列静态中间继电器用于各种保护和自动控制线路中。此类继电器由电子元器件和精密小型继电器等构成。

静态中间继电器有JZJ（HZJ)、JZY(HZY)、JZL(HZL)、 JZB (HZB)、JZS(HZS)等型号 。其中，JZ和HZ表示静态中间继电器。第三位字母：J表示交流工作电压，Y表示直流工作电压，L表示电流工作，B表示带保持，S表示带延时。

静态中间继电器的特点如下：

（1）静态中间继电器采用线圈电压较低的多个优质密封小型继电器组合而成，防潮、防尘、不断线，可靠性高。

（2）功耗小，温升低，不需外附大功率电阻，可任意安装及接线方便。 （3）继电器触点容量大，工作寿命长。

（4）继电器动作后有发光管指示，便于现场观察。

（5）延时只需用面板上的拨码开关整定，延时精度高，延时范围可在0.02-5.00S任意整定。

根据设计内容，本次选用中间继电器的型号为JZJ-220。

表3.7 中间继电器参数

型号 常开 JZJ-220 2 常闭 2 触头参数 电压/V 220 电流/A 10 操作频线圈消线圈电率 1200 耗功率 压/V 5W 220V

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3.4主电路图

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图3.2主电路图

地下停车场通排风系统的电路图如图3.2所示。M1、M2为两台送风风机的电动机，考虑到系统节能的低频运行，故各电机必须单独接变频器。M3、M4、M5、M6、M7、M8为六台排风兼作排烟风机的电动机，同样考虑到系统节能的低频运行，各电机也必须单独接变频器。接触器KM1、KM3分别控制M1、M2变频运行。接触器KM5、 KM7、 KM9、KM11、 KM3、 KM15分别控制M3、M4、M5、M6、M7、M8变频运行。接触器KM2、KM4接通控制M1、M2工频运行，接触器KM4、 KM6、 KM8、KM10、 KM2、 KM14接通控制M3、M4、M5、M6、M7、M8工频运行。而接触器KM17控制诱导风机搅拌空气。M9～M24为驱动诱导风机的电机。QA1为主电源电路总开关，QA2、QA3、QA4、QA5、QA6、QA7、QA8、QA9、QA10分别各自线路电动机短路保护用的低压断路器。

在进行电动机工变频切换时，必须注意以下问题，当电动机从变频状态切换到工频状态时，必须先断开KM1，使电机与变频器脱开，然后再接通KM1、KM2将电动机接至工频电源，以避免变频器的输出端与工频电源相连接而短路。

4控制电路

4.1PLC简介

可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

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图4.1 PLC控制系统示意图

4.1.1基本结构

可编程逻辑控制器实质为是一种用于工业控制的计算机，它的硬件结构和微型计算机基本相同，构成为： （1）中央处理单元(CPU)； （2）存储器；

（3）输入和输出的接口电路； （4）功能模块； （5）信号模块（SM）； （6）通信模块。

4.1.2电源

PLC中的电源一般有三类：

+5V、±15V、DC24V直流电源：供PLC中TTL芯片和集成运放使用；供输出接口使用的高压大电流的功率电源；锂电池及其充电电源。

考虑到系统的可靠性和光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。

4.1.3工作原理

当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定扫描速度重复执行上述三个阶段。

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图4.2 可编程控制器扫描周期图

4.1.4PLC选型规则

在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器的设计选型。其设计选型的主要依据为应用要求与工艺流程的特点。可编程逻辑控制器及相关设备为集成、标准的，按易于和工业控制系统构成一个整体，容易于扩展功能的原则选型而选用的可编程逻辑控制器应是有投运的业绩并且成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器系统的硬件、软件的配置和功能理应与控制要求、装置规模相适应。了解PLC、功能表图以及相关的编程语言能够减少编程的时间。因此，设计选型与估算，要详细剖析工艺过程的特点、控制的要求，并控制任务等所需要的操作及动作，再根据控制所需的要求，来估算输入和输出的点数、所需的存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能以及外部设备的特性，最后选取高性能和性价比的可编程逻辑控制器并设计控制系统。 （1）输入输出（I/O）点数的估算 （2）存储器容量的估算

（3）控制功能的选择。该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 （4）可编程逻辑控制器的类型

4.2传感器部分

4.2.1烟雾传感器

火灾在起火的时候一般都伴随着烟雾、热量和光这三种燃烧的产物。火灾初期之时，因为温度比较低，而多数物质处在阴燃阶段，所以会形成烟雾。烟雾一般是火灾处于早期时的特征，烟雾传感器是能对烟雾粒子进行响应的火灾探测器。它是把探测区域的烟雾浓度的变化变换成电信号的一种器件。所以有防烟分区要求的地下停车场设计过程中，选取传感器的可靠性和误报率是传感器选型时必须考虑的因素。在高性能高性价比的前提下，使系统的可靠性尽可能的高以及

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尽可能低的误报率是所有涉及传感器设计的共同目标。从节约投资这一现实角度出发，选取性价比高的设备，但绝不可以放宽和降低对系统可靠性与误报率的基本要求。现在使用最多的离子感烟探测器对各种明火烟雾检测效果比较好,对阴燃烟雾也能够检测,但是容易受到检测环境的影响,这样误报率比较高；并且使用了放射源的缘故,会对环境形成污染。光电感烟探测器是采用红外光散射原理对烟雾的浓度进行检测的,对环境不会构成污染,对阴燃火烟雾的检测性能也明显好于离子探测器。通过以上比较，本设计选用BT-308光电感烟探测器。

BT-308光电感烟探测器技术参数： 工作电压：DC9-16V 或者 DC18-28V 静态电流：≤2mA 报警电流：≤10mA 工作温度：-10℃～+50℃ 工作湿度：≤95%RH

4.2.2感烟探测器数量计算

表4.1 感烟探测器的保护面积和保护半径

火灾探测器的种类 地面面积 高度h(m) θ≤15° 一只探测器的保护面积A和保护半径R 坡 度 θ 15°＜θ≤30° θ＞30° A（m2） R (m) A (m2) R (m) A(m2) R (m) S（m2） 感烟探测器 S≤80 S＞80 h≤12 6＜h≤12 h≤6 80 80 80 6.7 6.7 5.8 80 100 80 7.2 8.0 7.2 80 120 100 8.0 9.9 9.0 设一个排烟分区为一个探测区域内所需设置的探测器数量，应由下式计算：

N?SK?A

式中：

N—一个探测区域所需设置的探测器数量(只)，N?1(取整数)； S—一个探测区域的面积(m2); A—一个探测器的保护面积；

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K——修正系数，重点保护建筑K取0.7～0.9，普通保护建筑K取1.0。 所以，在满足规范对探测器设置位置要求的前提下，根据上述条件计算探测器的数量如下：

S＝600 m2

根据建筑的重要性选择K＝1 根据公式:

N?SK?A

=600/（1×80）=8只

4.2.3CO传感器

对常规的通排风系统，根据CO传感器的检测会发现传统的记那时方式在各区域的不用送风口以及不用排风口间一氧化碳的浓度的分布是不均匀的。一般从送风口至排风口的浓度逐步变大。 使一氧化碳浓度曲线呈锯齿状，可能使人员行经时经过区域的CO浓度值反而大于整体平均值。使用诱导风机通风系统时，由于诱导风机喷射射流出口风速高，四周诱导的风量较大，车库中空气流动的速度增加，使停车场的空气搅拌均匀，故能维持全区较稳定的CO浓度。所以在排（烟）风机进口前的风道内安装一氧化碳（CO）气体传感器，就能检测出停车场内气流中的CO气体浓度。

本设计采用一氧化碳传感器CO-T1。

一氧化碳（CO）传感器TGS5042主要参数： （1）一氧化碳检测范围： 0-200ppm （2）输出信号：4～20mA； （3）响应时间表：〈 60S； （4）工作温度：0～50℃； （5）工作湿度：0～90%RH； （6）供电范围：DC18～30V。

4.3PLC IO口地址分配

表4.2IO口输入地址分配表

序号 地址 对象 功用 第22页，共页

1 2 3 4 5 6 7 8 9 I0.0 I0.1 AIW0 AIW2 AIW4 AIW6 AIW8 AIW10 AIW12 SB1 SB2 WC1 WC2 WC3 WC4 WC5 WC6 WC7 循环启动 循环停止 区域1烟雾传感器 区域2烟雾传感器 区域3烟雾传感器 区域4烟雾传感器 区域5烟雾传感器 区域6烟雾传感器 排风机口CO浓度传感器 表4.3IO口输出地址分配表

序号 地址 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

对象 KA0.0 KA0.1 KA0.2 KA0.3 KA0.4 KA0.5 KA0.6 KA0.7 KA1.0 KA1.1 KA2.0 KA2.1 KA2.2 KA2.3 KA2.4 KA2.5 KA2.6 KA2.7 第23页，共页

功用 #1电机接变频器 #1电机接工频 #2电机接工频 #2电机接变频器 #3电机接变频器 #3电机接工频 #4电机接工频 #4电机接变频器 #5电机接工频 #5电机接变频器 #6电机接工频 #6电机接变频器 #7电机接工频 #7电机接变频器 #8电机接工频 #8电机接变频器 开启诱导风机 开启排风口阀 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 19 20 21 Q3.0 Q3.1 Q3.2 KA3.0 KA3.1 KA3.2 关闭排风口阀 开启排烟口阀 关闭排烟口阀 4.4本系统中PLC及模块的选取

本方案中共需使用数字输入触点2个模拟输入触点7个数字输出触点21个。其中数字输入部分按钮开关2个；

模拟输入部分烟雾传感器6个，CO传感器1个；

数字输出部分送风电机2个，排风（烟）电机6个，变频器控制8个，诱导风机一个，排风（烟）阀4个。根据设计需求配套使用如下模块。

表4.4S7-200 CPU224

技术规范 集成的数字量输入/ 输出 CPU 224 14 入/10 出 最大可扩展的数字量输入/ 输出168 点 范围 最大可扩展的模拟量输入/ 输出168 点 范围 用户程序区 数据存储区 编程软件 布尔量运算执行时间 标志寄存器/ 计数器/ 定时器 可连接的扩展模块数量 (最大) 8 KB 8 KB Step 7-Micro/WIN 0.22 μs 256/256/256 7 个 4.4.1电源模块

输入电压为交流220V，输出为DC24V，主要为CPU模块和扩大的输入/输出模块提供DC24V的电源。

4.4.2EM222 8 RELAY

数字量扩展模块用来增加基本单元输入输出口数量，以满足不同的控制需要，节约投资费用。EM222 8 relay 由两组每组4个继电器输出口组成。

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4.4.3EM235模拟量模块

EM235是最常用的模拟量扩展模块，它可以实现4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。

表4.5EM235模块的技术参数 模拟量输入的特性 模拟量的输入点数 输入范围 4 电压（单极性）0～10V 0～5V 0～1V 0～500mV 0～100mV 0～50mV 电压（双极性）±10V ±5V ±2.5V ±1V ±500mV ±250mV ±100mV ±50mV ±25mV 电流0～20mA 数据字格式 分辨率 模拟量输出的特性 模拟量的输出点数 信号范围 1 电压输出 ±10V 电流输出0～20mA 电压-32000～+32000 电流0～32000 电压12位 电流11位 双极性 全量程范围为-32000～+32000 单极性 全量程范围为0～32000 12位A/D转换器 数据字格式 分辨率电流 （1）EM235模块AI对应2线制、3线制、4线制的接线： 对于2线制的，传感器的+接到24V，传感器的-接到A+上，A-和M连接上； 对于3线制的，传感器的+接到A+，传感器的-接到A-上。外供电源的-和A-相连； 对于4线制的，传感器的+接到A+，传感器的-接到A-上。电源直接外供。 （2）配置EM235 下表所示为如何用DIP开关设置EM235模块。开关SW1到SW6可选择模拟量输入范围和分辨率。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。表2所示为如何选择单/双极性（SW6）、增益（开关SW4和SW5）和衰减（开关SW1、SW2和SW3）。下列表中，ON为接通，OFF为断开。

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表4.6EM235选择模拟量输入范围和分辨率的开关表 单极性 SW1 ON OFF ON OFF ON ON OFF SW1 ON OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF SW2 OFF ON OFF ON OFF OFF ON SW2 OFF ON OFF OFF ON OFF OFF ON OFF SW3 OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF SW3 OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF ON SW4 ON ON OFF OFF OFF OFF OFF SW4 ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF SW5 OFF OFF ON ON OFF OFF OFF SW5 OFF OFF OFF ON ON ON OFF OFF OFF SW6 ON ON ON ON ON ON ON SW6 OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF 满量程输入 0- 50 mV 0 - 100 mV 0 - 500 mV 0 -1 V 0 - 5 V 0 -20 mA 0 -10 V 满量程输入 ±25 mV ±50 mV ±100 mV ±250 mV ±500 mV ±1 V ±2.5 V ±5 V ±10 V 分辨率 12.5 μV 25 μV 125 μV 250 μV 1.25 μV 5 μA 2.5 mV 分辨率 12.5 μV 25 μV 50 μV 125 μV 250 μV 500 μV 1.25 mV 2.5 mV 5 mV 双极性 4.5PLC外围电路

SB1为PLC的程序启动按钮，与PLC的I0.0输入口连接，按下SB1，PLC程序启动，系统自动运行。SB2为PLC的程序关闭按钮，与PLC的I0.1输入口连接。在无传感器信息输入的时候，各变频器的频率稳定在20HZ，控制电机低频运行。当CO浓度传感器检测到超标信息，WC1～WC6通过模拟量输入模块EM235，把信息传递到PLC。PLC控制变频器调速，达到电机上限频率50HZ时，切换到工频状态下，以增加系统的送风量和排风量。同时启动Q2.6输出口连接的诱导风机，搅拌空气。当烟雾传感器检测到有火灾信号时，WC7通过模拟量输入模块EM235，把信息传递到PLC。PLC控制变频器调速达到电机上限频率50HZ时，切换到工频状态下。同时控制Q3.0连接的排风口阀关闭，Q3.1连接的排烟口阀开启，开始强制排风。且必须强制关断诱导风机，防止将烟雾诱导至其他防烟分区。

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5软件部分

5.1Step7编程语言

STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200系列PLC设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。现在加上全中文化程序后，可在中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便。

软件的功能的实现可在联机的工作方式之下进行，部分功能的实现也能在离线工作方式下进行。

S7-200PLC使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。可完成主程序，子程序，中断程序的编制与修改。

5.2STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能

STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，它主要实现的功能。

（1）在脱机（离线）的方式之下创建一个用户的程序，修改及编辑原有的程序。当脱机方式，计算机和PLC断开连接，这时能完成大多数的基本功能，比如编程、编译、调试和系统组态等，但全部的程序与参数都只可以存放在计算机磁盘上；

（2）在联机（在线）方式下能够对和计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序及组态数据等；

（3）在编辑程序的过程中进行语法检查，能够避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线； （4）对用户程序进行文档管理，加密处理等； （5）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。

5.3块类型简介

（1）用于循环程序处理的组织块（OB1）； （2）功能（FC）； （3）功能块（FB）；

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（4）背景数据块；

（5）启动组织块（OB100/OB101/OB102）。

5.4程序流程图

开始 PLC启动 风机变频启动到20HZ CO浓度采集 CO浓度采集 数据转化 N CO浓度是否超标 Y 风机工频运行排气 数据转化 N 阀口控制 烟雾浓度是否超标 Y 风机工频运行排烟 关闭诱导风机 Y CO浓度是否超标 N 烟雾浓度是否超标 N Y 系统还原 图5.1 程序流程图

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结束语

利用 PLC和变频器控制的变风量通排风系统，提升了系统的可靠性和稳定性，设备的操作和维护方便，节省能耗。另外还根据需要配置相应的模块，能够方便地组成集散式控制系统，进行远程监控现场设备的运行状态，大大提高了效率。当然，本设计也存在一定的缺陷。比如说，根据CO浓度大小无差别控制风量的大小是最理想的，但是本设计只设置了调频的档次，即低频20HZ和工频50HZ的运行。希望在以后的学习中不断进步。

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谢 辞

在这次毕业设计的过程中，得到了徐老师的悉心指导。尤其对论文的方案的指点，以及对PLC、变频器和风机相关知识的讲解，使我的知识、能力等各方面都有了较大的进步，在此，谨向徐老师表示最衷心的感谢！在设计的研究和进展中，同组同学也给予了我非常大的帮助，他们的鞭策和鼓励是我完成本论文的强大精神动力，在这里也一同表示感谢！由于知识水平所限，论文中也许有较多纰漏或错误的地方，恳请各位老师和同学批评指正。

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谢 辞

在这次毕业设计的过程中，得到了徐老师的悉心指导。尤其对论文的方案的指点，以及对PLC、变频器和风机相关知识的讲解，使我的知识、能力等各方面都有了较大的进步，在此，谨向徐老师表示最衷心的感谢！在设计的研究和进展中，同组同学也给予了我非常大的帮助，他们的鞭策和鼓励是我完成本论文的强大精神动力，在这里也一同表示感谢！由于知识水平所限，论文中也许有较多纰漏或错误的地方，恳请各位老师和同学批评指正。

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