高级氧化水处理综合实验装置在本科教学实验中的应用

本发明公开了一种基于可重构计算的张量处理架构及其工作模式、FPGA开发板，整体架构包括：QSFP接口、DDR存储模块、访存控制模块、微码控制模块、矩阵模块、片上共享存储模块、控制网络、RISC‑V处理器、可重构计算接口模块、可重构计算模块、可重构配置模块和结果返回网络。整体架构的工作模式分为两种：CPU控制模式和集群计算模式，CPU控制模式用于单片计算时通过CPU控制全局的计算和输出；集群计算模式用于与上位机连接配合上位机执行矩阵计算等计算任务；整体架构通过FPGA开发板实现，FPGA开发板采用Virtex UltraScale+VU13P作为主要逻辑实现平台。本发明通过片上微码的动态粒度配置，可以实现多种运算模式，提升硬件的利用率；硬件实现了多种配置的策略，泛用性高。

本项目利用图像识别技术和运动目标检测定位技术，采用高新能、快速硬件组合（ARM+DSP+FPGA）方式构建运动目标自动识别系统，设计图像的非线性变换，二值化，自适应阈值值分割、模糊边缘识别和区域连通性分析等算法，对机车前方行人进行检测报警，提高了井下电机车运输安全性能。软件设计采用基于嵌入式实时操作系统的多任务设计模式，使得监测系统的实时性、可靠性更高，为行人监测系统的不间断运行提供了可靠的保障。

1.热泵空气循环电镀废水处理系统试验台：该试验台采用一级浓缩、二级分离技术，可以在常温常压下一次性将电镀废水分离成重金属盐颗粒和凝结水，全部回收再利用，在实现社会效益同时可以为企业带来很大的经济效益。 2.太阳能空气循环电镀废水处理系统试验台：系统试验台采用计算机控制结合电加热模拟技术，模拟不同天气情况下太阳能的变化情况；使用空气作为分离载体的新型废水处理技术，环境适应性提升；采用浓缩、分离两级处理方式，实现废水中水分与盐分的完全分离，实现重金属盐的固态化回收；实验系统通过冷却除湿技术，回收冷凝水，以实现废水中水分再利用。

新型等离子体处理固体废物项目，是经十余年攻关完成的科技成果。该项目已通过省级鉴定、获得三十多项国家专利、成功建成三个示范工程，并有多个工程在建设之中。特点是：实现了固体废物无害化后的全资源化利用；处理过程中无烟气、废渣和废液排放；设备为模块化结构，便于大规模化工程建设；运行成本低；设备寿命长。区别于现有固废处理方法，具有常温常压、无害化速度快、绝无三废排放、实现废弃物全资源化利用、设备制造和运行成本均低于同规模的焚烧炉、推广适应性强等特性、工程建设周期短和占地面积小。完全克服了焚烧产生大量烟气和毒性成份排放、大量灰渣和飞灰需二次填埋、渗漏液的污染等问题。克服了填埋法造成大量土地资源浪费的现象。

该项目的关键技术已获批国家自然科学基金项目 2 项，江苏省科技厅社会发展项目 1 项。 1、项目简介 根据污水处理过程工艺特点、现场设备以及工厂环境，以 LabVIEW 和 PLC 相结合，通过 Profibus 总线、Internet 网络及 GSM 无线平台实现数据采集与共享的污水处理远程在线监控系统。并把 LabVIEW、Datasocket、GSM 无线通信和 WEB等技术应用到污水处理过程在线远程监控，实现了真正意义的监控管一体化，提升了水处理厂的自动化水平和故障实时处理能力。系统以西门子工控机作为上位机，PLC 系统采用西门子的 S7-300。基于LabVIEW 开发平台，通过西门子 SIMATIC.NET 建立了 OPC 服务器，使其可以连接下位机 PLC 实现实时通讯，并采用 SQL Server 作为后台数据库，实现数据采集、设备控制、实时曲线显示、历史记录、故障报警等基本监控功能，可以通过浏览器于异地实现远程实时监控。此外，系统通过全球移动通讯系统 GSM（global system of mobile communication），管理人员可在全球范围内用手机通过短信查询工业现场参数。 2、创新要点 实现污水处理过程的多总线分层递阶的分布式控制系统结构；将图像、动画和声音与 LabVIEW 软件结合，PLC 采集的设备实际运行信号转化为 3 维动画显示，实现多媒体控制的监控系统软件。把 LabVIEW、Datasocket、GSM 无线通信和 WEB 等技术应用到污水处理过程在线远程监控，实现了真正意义的监控管一体化。将先进控制技术与优化算法应用于 BOD 等参数的软测量及系统优化。 3、效益分析 该系统采用 LabVIEW 编程平台开发，完成了对水处理整个工艺流程的数据采集和设备控制任务。系统运行稳定可靠，人机交互界面友好美观，操作简便，利用 GSM 无线技术实现短信查询系统参数，通过短信和邮箱等多种手段实现故障报警，并利用互联网技术实现了随时随地的远程在线监控，实现了真正意义的监控管一体化，在推动污水处理过程自动化水平的同时，使整个污水厂人工投入减少了 2/3，提升了污水处理的效率，从而降低了单位体积污水的处理成本，给企业带来了一定的经济效益，相应的节省了生产成本的投入。项目资金需求总额约 100 万元。 4、推广情况 天津伊利乳业有限责任公司；宁夏伊利乳业有限责任公司（吴忠市）；潍坊伊利乳业有限责任公司；张北伊利乳业有限责任公司；上海达能乳业股份有限公司（奉贤区）；湖北劲牌有限公司（枫林酒厂）。 授权专利：污水处理远程在线监控系统 软著登字第 0342652 号 污水处理过程的触摸实时监控系统 软著登字第 0346531 号

我国拥有幅员辽阔的内陆水域，如何安全、高效的完成特定水域的巡逻和水文信息监测工作一直是我国水文水利建设的重要组成部分。水面无人船是一种无人操作的水面舰船平台，配备先进的控制系统、传感器系统、通信系统和武器系统，可以最大程度上填补水域测量领域载人船无法到达或不易到达的危险、浅滩、近岸等空白区域，真正做到高精度、自动化、高效益，可广泛应用于常规测绘、水利水文、航道、环保和灾害应急等行业及其他相关部门。 本项目的产品，是在“制造强国”国家战略指导下，符合国家和地方政府政策重点鼓励发展的高技术、智能装备、高附加值项目，符合国家经济结构和产业结构调整的相关政策和导向。本研发团队联合上海交通大学和上海市船舶自动化工程研究中心，共发表 SCI 论文 200 篇以上，拥有授权发明专利 40 项。 

一、寻求废石资源综合利用技术研究技术 集团下属多家矿山拥有大量的采矿废石，其中德兴铜矿废石堆场累计堆存废 石约 18 亿吨，每年新增废石约 8900 万吨，其主要成分是：SiO2占 63.79%、Al2O3占 11.34%、 CaO 占 2.31%、MgO 占 2.21%、K2O 占 4.1%。 预期效果：实现废石综合利用，提升经济效益、社会效益和环境效益。 二、寻求SCR连铸连轧连铸机铸轮铜环国产化研究技术 铸轮铜环是 SCR连铸连轧生产线连铸机核心部件，直接影响整条生产线生产效率、产品质量，多年来一直依靠进口（德国 KME 公司），造成了采购成本高、资金占用大、废旧铸轮铜环处置困难等问题。SCR3000、SCR4500 生产线的铸轮铜环直径约2440mm，净重为625kg，主要成分为铜、铬、锆，其制备过程的熔炼、铸造、锻造工艺不明确，现有的国产替代产品存在寿命偏短、导热的均匀性不佳等问题问题，具体表现为表面开裂，局部形变、弯曲；铸坯经常出现“黑红坯”。 三、寻求德兴铜矿“以爆代破”新技术研究与应用技术 随着露天开采的深入，开采区域的斑岩面积占比不断增加，难爆区范围也越来越 大，制约我矿露天爆破质量的整体提升。当前的爆破技术经济指标与国外现代化大型露天矿山的爆破技术经济指标还存在较大差距，特别是难爆区以及部分极硬岩区域的爆破质量提高的幅度还不是很大，还有较大的改善空间，但存在技术瓶颈。以采选联合优化的理念，开展“以爆代破”新技术和新装备的研究和应用，特别是与岩性相匹配的炸药的研究和应用、先进爆破器材的应用以及爆破智能化水平的提高，形成整套“以爆代破”安全高效爆破技术，解决难爆区和极硬岩区爆破质量提升的技术瓶颈，实现德兴铜矿爆破质量“质”的提高，真正达到“以爆代破”的目的，从而更大程度的降低采、选综合成本