自動控制論文

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自動控制論文:淺談自動控制理論實驗教學研究

論文關鍵詞： 自動控制理論；實驗教學；創新能力

論文摘要： 對當前自動控制理論實驗教學方法與實驗儀器進行分析，提出教學方法和教學儀器的改革措施。通過開設新的實驗內容和研制新的教學儀器，使學生更好地完成自動控制理論實驗的學習任務，提高學生的綜合能力和創新能力。

“自動控制理論”課程是研究自動控制系統的共同規律，為自動控制系統的分析和綜合提供基本理論和基本方法的一門專業基礎課[1]。該課程是一門重要的測控類專業的基礎課，具有較強的理論性，與前續課程聯系緊密，知識面廣，學生不易理解掌握[2-3]。學好這門課程不僅可以為后續專業課的掌握打下良好的理論基礎，而且能在今后從事專業工作時，直接運用它去分析和解決實際技術問題。對于工程實踐具有重要的指導作用，受到人們的廣泛重視。在本課程的教學中，實驗教學對理論知識的理解、掌握、鞏固具有重要的作用。

1 當前實驗教學的不足

長期以來，傳統的實驗教學被一種固定的模式所束縛，教學內容陳舊，教學方法呆板，在一定程度上限制了學生的主動性和積極性，難以激發他們獨立分析問題、解決問題的興趣和激情，沒有體驗過從失敗中自己尋找成功之路的經歷，抑制了學生個性的發展，這樣不利于對學生創新能力的培養[4]。

1.1 實驗內容固定

傳統的實驗主要是按章節進行驗證性實驗，實驗儀器功能固定，實驗只能按照實驗指導書設計好的步驟進行, 學生被束縛在驗證性實驗中，對出現的相關問題缺少系統、多角度的分析，不利于學生創新能力的培養。

1.2 實驗時間限制

一般的實驗都要求在實驗室2個學時內完成，學生很難全面深入地把握實驗主要內容和方法，對實驗的目的、實驗原理無法理性地理解，更別提實驗中出現故障的排解分析，限制了學生的設計和創新，不利于鍛煉學生的綜合能力。

1.3 實驗儀器制約

實驗儀器過于固化，儀器設置上未給學生留下設計性和探究問題的空間。儀器組成以理論驗證為主，缺少實際控制系統各環節，特別是反饋部分的傳感部分，更不具備跟隨學科發展而開拓新實驗的延伸性。

1.4 實驗方法落后

實驗技術水平和內容更多地滿足于基礎性實踐環節，缺乏系統的綜合性、設計性和研究性實驗環節，以及缺少在利用多種現代實驗手段、方法和工具對實驗過程中的結果和現象進行深入分析研究方面對學生的引導。實驗過程主要完成連線操作、數據記錄等簡單的工作。

2 實驗教學改進

針對目前實驗教學的現狀，摒棄以往按部就班完成指定實驗步驟操作驗證形式，按照學生對科學的自然認知進度設置靈活變換的實驗內容。對實驗設置按多層次，從簡到難，逐步引導學生自主學習、合作學習、研究性學習，逐步走向從問題出發的探究、創新。同時，研究新的實驗教學儀器，開發配套軟件，保證實驗硬件滿足新環境下的要求。結合靈活的教學儀器改變教學方法，充分調動學生動手的積極性，引導其創新。

2.1 實驗內容設置

開設不同層次的實驗內容，既要滿足實驗教學的驗證、演示等基本功能，又要激發學生的興趣。

基礎實驗：根據給定實驗任務、方案和步驟，選擇并完成一定數量基本實驗；同時，通過調整實驗參數得到不同結果，增加思考空間。

綜合實驗：將各個基礎實驗環節有機結合在一起，各課程之間關聯內容綜合。

設計實驗：以任務的形式，給定實驗題目，允許學生按照自己思路選擇設計性實驗內容，引導學生學會設計和研究的方法。

創新實驗：自行命題實驗，將學生的構想通過儀器現有功能模塊來實現，在探究式學習中培養學生創新能力。

2.2 實驗儀器的改進

根據實驗內容的要求，開發適合本專業的教學儀器。儀器具有控制系統需要驗證的各種典型環節模塊、信號發生器模塊等基本功能，還結合工程實際將傳感器引入反饋環節，增加執行器件，構成完整的閉環系統。避免教學儀器箱只能完成信號源作為激勵，控制環節構成系統的不足。同時，儀器上的控制效果通過便于觀看的形式展示出來，讓控制過程可視化。儀器要預留出擴展接口，便于在實驗中添加新的模塊。儀器在結合計算機完成實驗的同時，又能獨立完成實驗內容，實驗配套軟件要能對硬件平臺對的實驗內容進行仿真和虛擬實驗。學生可以根據測試參量的不同選擇相應的傳感器，完成非電量到電量的轉換，對信號進行處理，結合控制理論完成創新性、設計性的實驗。

2.3 實驗方法的轉變

1）以學生為主體，開辟新知識領域，重視實踐能力的鍛煉；2）培養學生的綜合能力；3）科學知識和實驗能力培養上，建立系統、科學且開放的實驗教學體系，注重課程之間縱向和橫向的聯系。

結合開發的教學儀器，在實驗方法上除了基本的驗證性實驗，其他實驗按任務的形式給出，不對學生做過多的限制，留出學生思考、動手、創新的空間。充分利用計算機的計算、分析功能以及儀器配套軟件（采用數學工具matlab編寫的程序）在實驗前完成必要的仿真分析，讓實驗有的放矢，理論指導實踐。實驗既做到軟硬精密結合，又能相互獨立，兩者相輔相成?？朔斍皩嶒炛袃x器平臺不能脫離計算機，配套軟件不能獨立工作，學生只能在實驗課中有限的時間內完成實驗的不足，讓實驗內容通過軟件可以在任意計算機上完成。

3 總結

對當前實驗教學過程中存在的問題進行分析和總結，從實驗內容設置、實驗儀器、實驗方法3個方面提出改進方法。自動控制理論來源于實踐，反過來指導實踐[5]。結合當前人才培養的趨勢，理論聯系實際，提高學生實踐能力，在實踐中發現問題、解決問題進而培養創新能力。

自動控制論文:細論鋼廠行車自動控制系統的改造

摘 要：行車作為物料搬運機械，應用十分廣泛，鋼廠物料搬運尤其依賴行車。對鋼廠中行車的應用及控制系統進行研究分析后，利用 plc 在行車的運行控制系統中對繼電接觸器的代替，以及變頻器對調速系統進行改造，提高工作效率，取得預期效果。

關鍵詞：可編程邏輯控制器（plc） 變頻器 行車

1 前言

行車作為物料搬運機械在整個國民經濟中有著十分重要的地位。經過幾十年的發展，我國行車制造廠和使用部門在設計、制造工藝、設備使用維修、管理方面，不斷積累經驗，不斷改造，推動了行車的技術進步，但在實際使用中，結構開裂仍然時有發生，究其原因是頻繁的超負荷作業及過大的機械振動沖擊所引起的機械疲勞。因此，除了機械上改進設計外，改善交流電氣傳動，減少起制動沖擊，也是一個很重要的方面。由于傳統行車的電控系統采用交流繞線式轉子回路串接電阻進行有級調速，致使機械沖擊頻繁，振動劇烈，因此電氣控制上應采用plc及平滑的無級調速是解決問題的有效手段。

2 改造前設備現狀

一煉鋼行車主鉤起重15t、副鉤3t，現因該設備使故障率較高對其進行電氣改造，行車機械配置：

主鉤：起重量：15t；電機型號：yzr315m-10，63 kw；

副鉤：起重量：3t；電機型號：yzr250m-10，30 kw；

大車：電機型號：yzr180m-8，7.5kw兩臺；

小車：電機型號：yzr160m2-6，3.7kw。

3 存在的問題

傳統橋式起重機的控制系統主要采用交流繞線式電機轉子串電阻的方法進行啟動和調速，繼電-接觸器控制，這種控制系統的主要缺點有：

（1）由于起重設備工作環境相對差，工作任務繁重，電動機及所串電阻燒損和斷裂故障時有發生。

（2）繼電-接觸器控制系統可靠性差，操作復雜，故障率高。

（3）轉子串電阻調速，機械特性軟，負載變化時轉速也變化，調速不理想。所串電阻長期發熱，電能浪費大，效率低。

4 改造需求

采用行車控制上使用成熟且先進、穩定、可靠的變頻調速控制系統，能延長電機使用壽命，對電網波動小，啟動調速平穩且啟動力矩大。

采用plc集中控制，可根據工藝及時調整控制方式，布線精簡，維護方便。

采用文本顯示器，能實時監控行車運行狀態及故障指示，便于迅速檢修及排除故障。

該系統備件通用性強， 不需儲存特殊備件。

5 改造方案

根據上述現場設備實際情況及改造需求，本方案采用技術先進可靠的西門子plc作為主控制器，abb變頻器作為主提升、大小車的無擾節能調試控制單元，同時在操作室配備西門子文本顯示單元實時顯示行車運行狀態和故障信息。圖1為行車改造示意圖。

圖1 行車改造示意圖

說明：圖中控制柜布置西門子plc控制器和主提升、大小車變頻控制器；電阻柜放置應急旁路時主提升、大小車的電阻；操作室操縱臺為對主提升、大小車、電磁鐵控制；監視屏箱為操作室操作員對行車狀態及故障檢測的信息指示屏。

圖2 行車的plc控制系統

說明：行車的plc控制系統主要負責主提升、大小車的控制，限速保護，行走限位開關等。

主提升電機的采用變頻控制及應急旁路控制，正常情況下由變頻器控制主提升電機的升降功能，應急情況下由旁路接觸器控制主提升電機的升降。

大車行走采用變頻控制及應急旁路控制，正常情況下由變頻器控制大車電機的行走功能，應急情況下由旁路接觸器控制大車電機的行走。

小車行走采用變頻控制及應急旁路控制，正常情況下由變頻器控制小車電機的行走功能，應急情況下由旁路接觸器控制小車電機的行走。

6 改造措施說明

本方案以系統運行安全可靠、器件配置經濟、操作簡單實用為原則，對原有行車進行改造，具體的安全保障及設備器件改造方案如下：

增加主鉤、大車、小車行走進行變頻器。帶應急旁路，電阻器配套不銹鋼電阻，平衡切除。使用操縱桿（操縱桿四個方向都為三檔），操縱桿每移動到一個檔位，都送出一個開關信號（干接點）到s7-200的plc系統，plc根據不同的輸入檔位來控制大車或小車的運行速度或方向。操縱桿分左操縱桿和右操縱桿；左操縱桿有前后三檔控制主提升的升降，按照操作手柄的前進

或后退控制提升機逐級提速下降或上升，左右檔控制電磁鐵，手柄的中間位置為停止檔。右操縱桿分左右三檔和前后三檔，左右三檔分別為大車左右行走三檔速度，前后三檔為小車前進后退三檔速度，中間位置為大車和小車的停止位。

為了提高該行車系統的人機交互性，在駕駛室內便于駕駛人員觀察的地方安裝一臺西門子的文本顯示器，可以更直觀的了解行車運行情況及故障情況。當行車運行異?；虺霈F故障時，文本顯示器通過文字的方式來提醒操作人員和維護人員進行故障判斷，減少了維護人員查找故障時間或系統帶故障運行。

由于現場環境比較惡劣，為了提高電氣設備運行穩定性和延長設備的使用壽命，控制柜體采用全密封方式設計，電纜進出線采用下進線，進線采用電纜鎖頭對進出向電纜進行密封，使柜體防護等級達到ip43以上?？紤]到行車設備需要維護時，維護人員需頻繁對控制系統進行電源分合閘操作，在配電柜門上安裝總電源斷路器的操作手柄，維護人員不必打開柜門便可對系統送電或斷電，可減少由于頻繁打開柜門而導致太多灰塵進入配電柜內；在檢修柜內器件時，只有在斷路器斷開的情況下才能打開柜門，防止柜內帶電檢修或檢修完成后，檢修人員忘記關上柜門而離開了現場，因為只有關上柜門后才能合上斷路器為行車送電運行。為了提高行車操作的合理性，在駕駛室的操縱臺上配有類似于機車啟動的電源啟動鑰匙開關，當鑰匙拔出取走后，非專業人員將不能啟動行車電源，保證了行車操作的專業性。

在行車橋架兩端焊接大車左右限位的行程開關，開關采用機械動作開關的常閉點，然后在行車軌道兩端極限位置處各焊接一個斜面檔板，當行車導軌方向行走到左端或右端的極限位置時，行程開關觸碰到限位擋板后動作使大車停止，防止大車左右行走超出限位后造成機械碰撞。

在行車小車橋架兩端焊接小車前后限位的行程開關，開關采用機械動作開關的常閉點，然后在行車小車橋架軌道兩端極限位置處各焊接一個斜面檔板，當行車小車橋架導軌方向行走到前左端或后端的極限位置時，行程開關觸碰到限位擋板后動作使小車停止，防止小車前后行走超出限位后造成機械碰撞。

為了保證提升機安全運行，防止由于電氣控制上的失控而造成提升物體超速下落，在提升機的電機上安裝限速開關，當提升電機失控或受外界重物牽引導致電機轉速超過1000轉/分時，提升機限速開關動作并發出報警信號，plc停止提升電機的運行狀態，同時提升電機制動器抱閘，防止電機超速或物體掉落帶來的危險。

在提升機提升重物時，提升高度是不能超出鋼繩的提升上限，如果由于操作人員操作失誤或上升控制失控，到達上限后未能及時停止提升，提升卷揚機將繼續對鋼繩收卷，而鋼繩下端的抓斗受機械卡住停止上升，在這種情況下很有可能將鋼繩拉斷造成抓斗及提升重物下落。為提高生產安全保障，在卷揚機末端安裝鋼繩收繩限位開關，限位開關是根據鋼繩卷筒的變比一般為80：1，當抓斗和重物提升到上限位時，設定好的收繩限位開關動作，提升機停止提升，提升電機制動器抱閘，防止提升機繼續提升造成的安全事故。

在行車橋架上兩端的檢修門上各安裝一個限位開關，防止行車有相關人員在行車橋架上對行車檢修或維護時，駕駛人員在不知情的情況下對行車進行操作。如果行車橋架上有人在工作，橋架兩端的門打開，此時大車電機、小車電機和提升機將不能運行，同時制動器處于抱死狀態。

在駕駛室的門上安裝限位開關作為行車可駕駛操作的前提條件，用于防止由于操作員不遵守操作規程或粗心大意造成安全事故。例如防止駕駛員進行工作交接時，一個駕駛員準備上下駕駛室而另一個駕駛員在操作大車，容易對正在上下駕駛室的人員造成傷害，或者駕駛室的門沒有關好也可能造成安全事故。如果駕駛室門限位開關動作，行車將停止運行，大車電機的制動器將自動抱閘，為駕駛人員提供安全保障。

為保證系統操作的有序性和可靠性，所有主回路的接觸器繼電器都通過plc的do點輸出控制，這樣可完全杜絕操作人員違章操作或誤操作。主回路中采用正反轉接觸器實現電機換向，實際操作中操作者為了對吊件準確定位，頻繁采用反接制動（俗稱打反車），切換電流大，接觸器和電機工作狀態惡劣，設備檢修維護費用非常高。

7 效益分析

變頻改造后因變頻節約電費計算：每天行車運行于變頻實際約15小時

變頻器節電為40%即：節約電費=0.5元/kw·h

自動控制論文:燃氣鍋爐自動控制系統實現與應用

摘 要：武漢鋼鐵集團鄂鋼公司富裕煤氣發電項目新建兩臺150t/h燃氣鍋爐控制系統采用浙大中控dcs控制軟件實現了設備維護及生產操作人員的遠距離訪問和監視。本文介紹了燃氣鍋爐燃燒控制系統、汽包水位控制系統、鍋爐送風自動控制系統及鍋爐爐膛安全監控系統等的主要特點和控制流程。實踐證明，該系統達到了鍋爐燃燒工況良好、節能降耗的工藝要求，且運行穩定可靠。

關鍵詞：鍋爐自動控制；燃燒雙交叉控制；fsss控制系統

1 概述

鍋爐是一種產生蒸汽的熱交換設備。它通過煤、油或氣等燃料的燃燒過程釋放出熱能，并通過傳熱設備把熱量傳遞給水，將水轉變為過熱蒸汽，過熱蒸汽直接供給工業、生活等生產中所需要的熱能。武漢鋼鐵集團鄂鋼公司富裕煤氣發電項目新建2臺150t/h燃氣鍋爐，鍋爐燃燒產生的過熱蒸汽部分送至汽輪機用于發電，部分送至外網滿足其它用戶生產、生活需要。

鍋爐控制系統分為燃燒系統、汽水系統、煙風系統及減溫減壓系統，控制系統主要完成設備操作、設備狀態及生產參數的監控功能，汽包水位自動控制調節功能，爐膛負壓控制調節功能，鍋爐送風風量控制調節功能及熱風燒嘴和煤氣燒嘴控制調節功能，鍋爐上位系統實現了畫面顯示、設備操作、報警、歷史趨勢記錄及報表打印等功能。

2 系統介紹

2.1 燃燒系統

鍋爐燃燒介質由高爐煤氣及焦爐煤氣組成，分三層，每層四路進入鍋爐本體混合一定量的熱風參與燃燒過程。每個燒嘴處設計有火焰監視器，共12個，用于監視爐膛火焰的持續性及大小，在上層及下層各燒嘴處設計有點火器共8個，每條高爐煤氣、焦爐煤氣及熱風管道上均設計有氣動調節閥，通過調節調節閥閥門開度來控制爐膛溫度，并在鍋爐本體設計有熱電偶用于監測爐溫。

2.2 汽水系統

鍋爐汽水系統流程如下：除氧器高壓給水泵省煤器預熱鍋爐汽包生成不飽和蒸汽i級過熱器i級過熱器集箱噴水減溫器ii級過熱器ii級過熱器集箱生成飽和的過熱蒸汽用戶。

2.3 煙風系統

空氣由送風機送至空氣預熱器進行預熱成為熱風，熱風送至燒嘴與煤氣混合燃燒，生成高溫煙氣，煙氣由引風機牽引經過過熱器、省煤器、預熱器至煙囪排放，并將鍋爐燃燒產生的不飽和蒸汽加熱成高溫高壓飽和蒸汽。

3 系統配置

鍋爐控制系統分為上位和下位兩類系統組成，下位控制系統實現了l0級（現場控制設備級）與l1級（基礎自動化系統級）間的網絡連接，并預留l2級（過程控制計算機系統級），上位控制系統實現現場顯示、儲存、報警、打印等功能。

4 控制功能

4.1 燃燒控制系統

鍋爐燃燒自動調節的基本任務，是使燃料燃燒產生的熱量，適應蒸汽負荷的要求，且要保證燃燒經濟和鍋爐運行安全，為此合理的風煤比才能維持汽包內或出口蒸汽壓力在需要的范圍內。

4.1.1 對空氣和燃料的控制

鍋爐用水經省煤器預熱后，注入鍋爐內，在進水管道內，進行流量、溫度、壓力測量，送至調節器。在這一調節器中，通過減法器計算出溫度差，將前面所測得的流量乘以溫差，即可求得進水管道中所注入的水所需的熱量。而出口測的熱水溫度信號送給溫度調節電路，溫度調節電路將它在與人工設定值水平sp之間進行控制計算，將輸出信號作為結果輸出，將前面原料加熱所需要的熱量加到該輸出信號中，作為燃料流量的設定值，與燃料流量這一小閉環所檢測出此時燃料的流量值，做一差值計算，從而調節燃料控制閥的大小，進而進行熱量控制。

4.1.2 燃燒雙交叉控制

雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣、燃燒比值為手段，達到燃燒時始終維持低過剩空氣系數，從而保證了較高的燃燒效率，同時也減少了排煙對環境的污染。

雙交叉燃燒控制實際上是以爐溫調節為主回路，以燃燒流量和空氣流量調節并列為副回路的串級調節系統，加上高、低信號選擇器組成的帶有邏輯功能的比值調節系統。它的主要作用是當爐子負荷變化，以維持爐溫在給定值上，而且使燃燒工況始終處于低過?？諝庀禂档慕洕侠頎顩r。

4.2 汽包水位控制

鍋爐汽包水位控制常用的有位式調節和連續調節兩種方式。位式調節是根據汽包水位高、低兩個位置進行控制的，適用于蒸汽量小于4t/h的燃氣

鍋爐。本鍋爐采用三沖量水位自動調節系統。汽包水位三沖量給水調節系統由汽包水位測量變送器、蒸汽流量測量裝置及變送器、給水流量測量裝置及變送器、調節器、執行器等組成。汽包水位信號是主信號，任何擾動引起的水位變化，都會使調節器輸信號發生變化，改變給水流量，使水位恢復到給定值；蒸汽流量信號是前饋信號，其作用是防止由于“虛假水位”而使調節器產生錯誤的動作，改善蒸汽流量擾動時的調節質量；蒸汽流量和給水流量兩個信號配合，可消除系統的靜態偏差。當給水流量變化時，測量孔板前后的差壓變化很快并及時反應給水流量的變化，所以給水流量信號作為介質反饋信號，使調節器在水位還未變化時就可根據前饋信號消除內擾，使調節過程穩定，起到穩定給水流量的作用。

4.3 爐膛負壓調節

爐膛負壓自動控制是通過調節引風機入口風門開度，保持爐膛負壓在-20～-10pa的微負壓狀態，保證鍋爐安全燃燒。引風機停止后，其風門執行機構需自動關閉。

4.4 鍋爐送風自動控制

送風自動控制的目的是：使鍋爐所投入的燃料在爐膛中燃燒時，自動投入合適的風量，以保證鍋爐的經濟燃燒。通過煤氣壓力調節送風壓力，進而達到最高的鍋爐熱效率，煙氣含氧量作為總風量的修正值，通過調節送風機變頻器頻率來調節送風壓力。

4.5 鍋爐過熱蒸汽溫度自動調節

過熱蒸汽溫度自動調節的任務是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍之內，并保護過熱器使其管壁溫度不超過允許的工作溫度。鍋爐過熱蒸汽溫度調節采用自制冷凝水噴水減溫裝置，通過調節減溫水調節閥門開度來控制集汽集箱和減溫器出口蒸汽溫度，保證集汽集箱中蒸汽溫度在430～450℃范圍內。

4.6 鍋爐爐膛安全監控系統

鍋爐爐膛安全監控系統（fsss）是鍋爐安全運行必不可少的設備，負責燃燒器管理和燃料安全。它能在鍋爐啟動、停止和正常工作等運行方式下，對鍋爐燃燒器的主要參數進行連續監測和管理，通過聯鎖程序使燃燒設備按照既定的合理程序完成必要的動作以保護鍋爐爐膛及燃燒系統的安全。

4.6.1 爐膛吹掃

在任何燃料點火發生以前（冷啟動或鍋爐燃料跳閘指令發出之后），鍋爐吹掃是必須完成的。要開始爐膛吹掃，必須滿足和維持下列許可條件：a.風量>30%額定負荷風量；b.系統電源正常；c.汽包水位正常；d.任一送風機運行；e.任一引風機運行；f.火檢無火；g.所有燃氣閥關閉；h.無鍋爐跳閘指令。

當所有的爐膛吹掃許可條件滿足后，吹掃允許指示燈亮，按下爐膛吹掃按鈕，將開始5分鐘吹掃。如果在吹掃過程中有任一個吹掃條件不滿足，吹掃自動停止，吹掃中斷指示燈亮。如所有吹掃許可條件一直滿足，則5分鐘后爐膛吹掃完成。一旦吹掃完成后， mft信號復位。

①主燃料跳閘（mft）及首次主燃料跳閘原因指示

當下列任何一個主燃料跳閘條件（嚴重且緊急的情況）出現，發出的鍋爐主燃料跳閘指令， 將所有鍋爐燃料切斷。在crt監控畫上將有首次燃料跳閘原因顯示。a.引風機全停；b.送風機全停；c.手動緊急停爐；d.爐膛壓力高-高（三取二）；e.爐膛壓力低-低（三取二）；f.汽包水位高（三取二）；g.汽包水位低（三取二）；h.全爐膛火焰喪失；i.燃料喪失。

②全爐膛滅火

全爐膛滅火是指給燃氣停止供應5s后，且下列條件均滿足：a.底層：火檢沒有火焰（4取3）；b.中層：火檢沒有火焰（4取3）；c.頂層天然氣層：火檢沒有火焰（3取2）。

③燃氣母管快關閥開關控制

在正常點火前，或當mft跳閘繼電器復位后，在程控方式、燃氣壓力正常、所有燃氣角快關閥以及角點火快關閥全關閉的前提下，可以開啟燃氣母管快關閥。在下列條件下，將取消“開燃氣母管快關閥”指令，并且自動關閉燃氣母管快關閥：a.mft跳閘；b.按下“關”按鈕；c.燃氣壓力低超過5秒且有燃氣角快關閥開。

④燃氣點火允許條件：a.燃氣母管快關閥開到位；b.無mft；c.燃氣壓力正常；d.燃氣角快關閥關位；e.點火快關閥關位；f.火檢冷卻風壓正常。

5 監控功能

該工程上位控制系統通過浙大中控dcs控制軟件實現，在畫面上可顯示鍋爐生產設備的溫度、壓力、流量，歷史趨勢，報警、完成各閥門、設備的操作，完成煤氣、助燃空氣的調節閥的操作，各系統的手自動切換、操作。

6 應用效果

通過本系統的成功投運，有效的提高了能源的利用率，保證系統的安全運行，出水溫度穩定，升溫速度快，調節及時，超調小，波動小。

自動控制論文:試析PLC在天然氣調壓站自動控制系統中的應用

[摘 要]作為城市供氣系統的樞紐，天然氣調壓站控制系統的工作效率將會直接決定調壓站的供氣水平。為了有效應對經濟發展對天然氣的巨大需求量，做好天然氣調壓站的用氣量管控工作，采用自動控制系統成為了天然氣調壓站發展的必然選擇。本文簡要介紹了天然氣調壓站的運行原理，而后重點探討了plc在天然氣調壓站自動控制系統設計中的應用情況。

[關鍵詞]天然氣調壓站；自動控系統；plc；系統設計

1.前言

城市規模的擴大和社會經濟發展以及出于環境保護的考慮，大范圍推廣天然氣已經成為了推動城市發展的最佳選擇。但是日益復雜的供氣方式和用氣方式使得天然氣調壓站如果繼續采用傳統的管控系統則很難滿足現實情況的需要。在天然氣調壓站中積極應用自動控制系統，能夠實現實現天然氣調壓站控制和調度的自動化、值守的無人化以及供氣的安全化，不僅能夠縮短應對突發事件的反映事件，而且能夠有效減少能源和資金的浪費，最終實現經濟效益和管理效益的提升。

2.天然氣調壓站功能與調壓回路自動切換原理分析

2.1 天然氣調壓站功能簡介

天然氣調壓站是天然氣管網監控系統的重要構成部分，除了調壓站之外，天然氣管網監控系統還包括調度中心計算機管理系統、數據通信網絡系統以及區域調壓站等。天然氣管網監控系統具有高度的集中性和統一性，它能夠對處于各個位置的下屬功能單元進行分散控制。中高壓調壓站的功能主要體現在如下幾個方面：監控并管理站內的各種智能儀表、工藝設備，向調度控制中心傳遞各種信息，執行調度控制中心的各種指令。在具體實踐中，中高壓調壓站的工作內容主要包括平衡控制管網負載、依照用戶用氣情況調節供氣量、調節管網遠程壓力、數據上傳、指令執行以及限流等。

2.2 天然氣調壓站調壓回路自動切換原理分析

調壓回路自動切換原理，簡單而言，就是利用了各個調壓器的壓力設定差異。具體來講，如果主回路的工作調壓器的壓力設定為3.33 mpa，那么，監控調壓器的壓力設定應該比主回路的工作調壓器的壓力設定稍微高出一些，一般設定為3.46 mpa，相應地，備用調壓回路的工作調壓器的壓力設定應該比主回路的工作調壓器的壓力設定稍微低出一些，一般設定為3.25 mpa，即，監控調壓器壓力設定（3.46 mpa）>主回路工作調壓器壓力設定（3.33 mpa）>備用調壓回路的工作調壓器壓力設定（3.25 mpa）。

天然氣調壓站在常規工況之下，壓力調節的職責由主回路工作調壓器完成，其出口壓力被設定為3.33 mpa，主回路的監控調壓器則保持著全力開放狀態；假設因為某種原因導致主回路工作調壓器出現故障，無法正常工作，那么工作調壓器會處于全力開放狀態，其出口壓力被設定將會在短時間內提升至3.46 mpa，壓力傳感器會感知該壓力設定變化并將壓力信號傳輸給監控調壓器，此時監控調壓器開始對壓力調節負責；假設同樣因為某種原因導致監控調壓器出現故障，也無法正常工作，下游壓力將會繼續升高，一旦壓力提升值超過了主回路切斷閥門的壓力設定（一般為3.83 mpa），則主回路切斷閥門會對供氣進行切斷處理，而此時的下游用氣仍在繼續，會逐漸降低主回路的壓力設定值，并降至備用調壓回路的工作調壓器壓力設定（3.25 mpa），壓力傳感器會感知該壓力設定變化并將壓力信號傳輸給備用調壓回路工作調壓器，此時備用調壓回路工作調壓器開始對壓力調節負責。為了確保天然氣安全管控的萬無一失，備用調壓回路工作調壓器也配套有監控調壓器，如果備用調壓回路工作調壓器因為故障等原因無法正常工作，則監控調壓器也會依照預設程序接手壓力調節工作。由此可見，各個調壓器的壓力設定差異能夠使得調壓器在故障情況進行自動切換，當然，這需要可靠的控制系統。

3.plc在天然氣調壓站自動控制系統中的應用

3.1 硬件方面

為了確保天然氣調壓站能夠在經濟、可靠、安全的最優條件運行，天然氣調壓站自動控制系統必須要能夠有效擔負起實時動態監控、采集、處理調壓站各個關鍵部位參數，并能夠及時作出正確決策的使命。我們知道，天然氣調壓站所涉及的各種控制參數非常之多，例如，電動球閥、切斷閥、回訊器、氣體泄漏警告、進出口壓力差和閥門位置、進出口溫度、進

出口壓力等等。以上這些數據都需要中心控制系統進行認真地分析和對比，確保數據精準可靠。為此，在plc控制器的選擇方面必須要堅持參數修改靈活、使用維護簡便、具有較強抗干擾性和執行功能的原則；此外，為了確保系統功能的完善有效，在功能模塊的配置方面應該科學合理?？偠灾烊粴庹{壓站自動控制系統的硬件構成應該包括如下幾個部分：cpu、plc、i/o處理功能模塊、電源、執行機構、信號變送設備、液晶觸摸屏。

3.2 軟件方面

本系統通過對調壓站參數進行實時采樣，經plc 進行運算處理，來判斷系統的狀態。當系統處于正常運行狀態時，上傳并實時顯示調壓站參數，通過對現場閥門的自動控制實現對天然氣出口壓力的動態調節，保證了天然氣的穩定供應；當系統出現異常時，經聲光報警和顯示屏字幕閃爍兩種方式發出報警信號，并作用于相應的執行機構，實現天然氣調壓站的自動運行。系統軟件設計主要是模擬量的采集處理和與智能總線儀表的通信兩大部分。模擬量的采集處理部分包括壓力、溫度和壓差經過變換器輸出的電流信號。雖然模擬量輸入模塊內部自帶有模擬量濾波功能和采樣數值設置，但是為了使顯示值更加穩定，程序設計時使用了算術平均濾波法，以實現對一般隨機干擾信號進行濾除。

智能儀表采用 modbus 協議通過雙絞線與 plc通信，modbus 是應用于電子控制器上的一種常用協議?？刂破髂茉O置為兩種傳輸模式（ascii 或rtu）中的任何一種在標準的 modbus 網絡通信。本系統根據儀表的要求，選擇了 rtu 方式。通信接口為半雙工接口程序的關鍵是避免在通信端口上同時發送和接收。按照本系統中通信采用的這種編程模式編寫自由口通信程序可以有效避免因同時發送和接收造成的通信沖突，從而保證程序的正常運行。

4.結束語

總體而言，先進的天然氣調壓站自控系統應能實現調壓站的合理調度，無人職守，保證安全供氣，節約能源與資金，加快緊急事件反應時間，減少不應有的損失，實現現代科技與科學調壓的有機結合。實際應用實踐經驗證實，本文所設計的天然氣調壓站自控系統不僅具有較高的安全型、穩定性、可靠性、抗干擾性，還具有較高的性價比，提高企業的經濟效益和管理水平。

作者簡介

劉垂祥，男，江西萍鄉，江西省投資燃氣有限公司，助理工程師研究方向 從事城市燃氣運營與管理

自動控制論文:發電廠自動控制系統(裝置)Y2K問題測試探討

【摘要】　針對發電廠 計算 機自動控制系統(裝置)2000年 問題 (y2k問題)，闡述相應的測試 方法 、步驟及分類，認為應根據不同的測試對象，采取不同的測試方法和步驟；無論測試對象如何，一些測試方法是基本的，具有一定的共性。

【關鍵詞】　發電廠　自動控制系統　2000年問題測試

發電廠y2k測試所涉及的對象一般有：(1)計算機自動檢測裝置或檢測系統，包括測量儀器儀表和有關的檢定系統等；(2)計算機控制裝置或系統，包括plc、單回路/多回路調節器和監控系統；(3)其它計算機自動控制系統(設備)，如分散控制系統(dcs)。對于不同的測試對象，應根據其具體運行情況及相應功能，采取不同的測試方法和步驟，才能最有效地測試不同對象的y2k問題。但無論對象如何，有些測試方法是基本的和共性的。本文從發電廠y2k問題測試方法、步驟、需選時間點段及發電廠y2k問題分類等幾方面進行討論。

1　測試方法

對于發電廠計算機自動控制系統(裝置)y2k問題，一方面要測試系統能否順利跨越2000年，能否識別非法和無效日期，所有日期顯示是否正確；另一方面，更要測試系統在2000年前后能否穩定運行，功能是否正常，會不會引起誤報警乃至保護誤動作等。對于不同測試對象，應有不同的測試方法。

1.1　自動檢測儀表

對自動檢測儀表進行y2k問題測試，一般最好用離線測試法，即用備品備件外接信號源來對其進行測試，以免在測試過程中產生干擾信號， 影響 整個系統運行。

1.2　plc和控制器

首先應根據該plc或控制器對系統的影響程度，決定進行離線還是在線測試。但有相當一部分plc和控制器可能沒有日期和時間設置功能，無法進行直接測試。在這種情況下，應分2 步進行：第一，若該設備有源代碼，應對源代碼進行 分析 ，確定 應用 軟件何處用了時間功能，如定時器等；判斷這些時間功能是由實時時鐘或系統時鐘產生的，還是由計數器或脈沖產生的。若是由實時時鐘產生的定時，可能有y2k問題；若是由計數器產生的定時，軟件本身應不會有y2k問題。第二，應對該控制器的硬件電路進行分析，確定硬件電路是否有備用電池和實時時鐘rtc芯片等。若沒有這些芯片，硬件本身應沒有y2k問題。如果以上2 步都有明確結論，就可確定該設備是否有y2k問題。

對于類似單回路/多回路調節器的控制器，可直接測試其控制功能是否正常，也即對控制器硬件和應用軟件同時進行y2k問題測試。對于由 工業 控制計算機構成的控制器，應首先對工控機本身進行測試，再對應軟件(如控制軟件等)進行測試。對于plc，先用編程器對plc本身進行測試，再對應用軟件進行測試。需注意的是，用編程器修改的是plc本機的日期及其時鐘，而非編程器日期。

1.3　監控系統

監控系統由上位機和下位機構成，或由人機接口mmi加plc構成。首先應根據該監控系統對整個系統的影響程度決定是進行離線測試，還是進行在線測試。監控系統的y2k問題測試分2 大部分，即下位機測試和上位機測試。先對下位機進行測試，方法與1.2節所述類似；再對上位機測試，包括上位機本身和應用軟件測試；最后，對上位機和下位機同時進行測試，測試系統運行有無異常、功能是否正常。

1.4　dcs系統

dcs是整個發電機組監控的神經中樞。為保證安全，在進行dcs測試前，應確保機組已停運。對于dcs，應首先進行單項測試，再進行系統測試，確保整個dcs不受y2k問題影響。(1)dcs單項測試。先進行單個控制站、工程師站操作站的硬件和操作系統是否存在y2k問題及其嚴重性，再對工程師站、soe、控制站的各種應用軟件及其功能進行測試，如工程師站組態功能是否正常、soe事件記錄功能是否正常、控制站的數據采集和控制功能是否正常。(2)dcs系統測試。單項測試后，為確認dcs控制站、操作員站和工程師站等單元間的接口、dcs數據庫(包括實時數據庫和 歷史 數據庫)、dcs監控和保護系統等的y2k問題，應進行dcs系統測試。測試前，先找到dcs主時鐘，通過修改主時鐘時間對dcs進行系統測試，在各個關鍵時間段上考察dcs功能是否正常。必須進行測試的功能模塊有：保護、控制、操作、顯示、事件記錄、報警、打印、趨勢、組態、報表和上載/下載等。

2　測試步驟

為盡可能減少對整個系統運行的 影響 ，保證設備安全，測試前應認真、仔細地做好安全措施，包括現場安全措施、測試設備軟件備份和系統設置備份等。(1)測試前，準備好系統啟動盤和軟件安裝盤等；(2)測試　過程中，記錄所有測試數據和過程；(3)測試完成后，恢復系統及其設置，包括恢復系統日期和其它設置到測試前狀態，如電氣、執行機構等。

2.1　測試前

在實施測試前應做好以下工作：(1)確認被測試系統的相關資料和臺帳的正確和完整性；(2)驗明所有的日期輸入、輸出、顯示和內部時鐘；(3)做好被測系統軟件和數據備份；(4)記錄被測系統的設定參數；(5)測試前排除或記錄異?，F象；(6)找出被測系統與外部系統的接口參數；(7)編寫測試作業指導書或測試規程；(8)開會審核測試作業指導書或測試規程；(9)做好被測系統的現場安全措施。

2.2　測試中

在實施測試時應做好下面工作：(1)嚴格按測試作業指導書實施測試；(2)遵守測試程序的順序；(3)準備應急人員以應付意外事故；(4)輸入測試數據進行測試；(5)記錄所有測試情況和數據。

2.3　測試后

完成測試后應繼續做好如下工作：(1)將系統時鐘回調到正確的正常時間；(2)在測試前，如被測系統與外部系統斷開，則恢復系統連接；(3)刪除所有測試文件，并將系統恢復至測試前狀態；(4)重新啟動被測系統，觀察系統運行是否正常；(5)準備支持任何測試后的生產啟動；(6)保證可用于審核和復閱的詳細測試結果。

3　需要選擇的日期

無論發電廠y2k 問題 的測試對象如何，以下日期是必須測試的：(1)特殊日期測試。以往軟件設計時，常把99/9/9作為特殊日期標志。在這種系統中，若輸入99/9/9，系統功能可能會發生異常，甚至不能執行系統功能。因此，必須測試1999/9/9。(2)世紀跨越測試。對于世紀跨越1999-12-312000-1-1，這是必須測試的日期。這時，要判斷系統能否正確跨越世紀、系統正常運行且現有功能是否不變和系統在21世紀時能否正常處理日期數據。(3)閏年測試。在設計軟件時因未考慮到2000年是閏年，因此若需處理與日期相關的功能時，系統可能會出現異常，導致不能正常處理日期數據。所以2000-2-282000-2-29，2000-2-292000-3-1是必須測試的日期。(4)人為設置日期測試。系統應承認有效的日期測試，包括：1999-9-9，1999-12-31，2000-1-1，2000-2-28，2000-2-29，2000-3-1，2000-12-31，2001-1-1，2001-2-28，2001-3-1，2004-2-28，2004-2-29，2004-3-1；系統應拒絕(無效)的日期測試，包括：2000-2-30，2001-2-29，2004-2-30，0000-00-00。(5)其它日期測試。如2000-12-312001-1-1，2010-1-1，2038-1-1等。以上日期，對于任何對象都應測試，且為更全面地測試對象的y2k問題，還應根據具體情況考慮其它日期測試。

4　問題分類

根據北侖發電廠(1999/1/25～2/3)和嘉興發電廠(1999/2/16～2/26)的 計算 機自動控制系統(裝置)y2k問題測試情況，y2k問題對發電廠計算機自動控制系統(裝置)的影響可歸結為以下4個方面。

4.1　沒有實時時鐘芯片或時鐘功能的控制系統(裝置)

這部分設備雖然屬于計算機或單片機控制器，但因沒有實時時鐘芯片或時鐘功能，設備中沒有日期和實時時鐘，因此不存在y2k問題。如小汽輪機控制器505、rotork電動頭、pmc軸封控制器和dfs火檢等。

4.2　“y2k ready”的自動控制系統(裝置)

“y2k ready”是指在通電或斷電狀態下，系統(裝置)的時鐘存在y2k問題，但系統功能不受影響，能照常運行。如：(1)不能順利跨越2000年，需要通過人工設置到2000年，但系統功能不受影響，可正常運行。如在世紀跨越時，年份變為1900，因有些操作系統最早年份為1980年，因此系統顯示1980年，需人工設置為2000年，如新華deh使用的工控機、西門子dcs編程器pg750、soe等。(2)無法識別或拒絕非法日期的設備，但不影響其功能，如某電廠的質量流量計，接受了2001年2月29日。(3)閏年問題。某電廠的廢水系統plc，2000年2月28～29日測試，實測現象為3月1日，但系統運行正常。(4)日期顯示問題。某電廠2號灰控plc，2000年2月28～29日測試，實測現象為2月28日，即時間變化，日期不變，但系統功能正常，運行穩定且無異常。

4.3　“y2k ok”的自動控制系統(設備)

“y2k ok”是指在通電或斷電狀態下，系統(設備)時鐘不存在y2k問題，且系統功能正常，運行無異常。這類設備有：某電廠的網控閉鎖裝置、電除塵中央管理機及爐內加藥系統等。

4.4　“y2k not ok”的自動控制系統(設備)

“y2k not ok”是指在通電或斷電狀態下，系統(設備)時鐘存在y2k問題，且系統功能不正常，運行異常，如某電廠的硅表。

5　結束語

通過y2k問題的測試，一方面可掌握發電廠自動控制系統(裝置)y2k問題的嚴重程度；另一方面可借此制定y2k問題的解決方案及各種應急措施，具有重要意義。所提出的測試 方法 、步驟、選擇的時間段和分類等幾方面問題，可供發電廠同行 參考 ，希望共同對此問題進行深入、細致地探討，為保障機組安全、 經濟 運行，順利跨入21世紀打下良好基礎。

自動控制論文:井下排水PLC自動控制系統的研究

[摘要]井下自動控制排水系統在開采的過程和水資源的利用方面具有重要的意義，plc可編程控制系統技術在自動控制中具有廣泛的應用，本文以煤礦井下作業為例，從影響井下排水自動控制系統的穩定的主要因素出發，提出了抗干擾的措施，闡述plc技術在井下排水自動控制的設計原理。

[關鍵詞]自動控制 排水 plc

在煤礦生產過程中，地下水流入巷道或工作面，形成礦井水。礦井水的形成一般是由于巷道揭露和采空區塌陷波及到水源所致，水源主要是大氣降水、地表水、斷層水、含水層水和采空區水。采礦活動造成采動區域及其周邊區域水文地質系統和單元隔水構造的破壞，改變了水徑流方向和途徑，最終在采空區或采動場所匯集，并在匯集過程中因物化作用與時間效應遭受污染的，交替性差的水體。

一、井下排水的重要性

在煤礦的原煤開采中，我國平均每年將有20～40億立方米的地下水被抽排到地面且絕大部分被排放掉。但是，煤礦生產抽排的地下水是在煤炭開采過程中才被污染的，而并非本身就是污染嚴重的水。所以，在我國水資源不足的環境中，這些水被浪費掉實在是有點可惜，如果在水質較好的地方，對井下水進行適當的處理，就完全可以達到 工業 和生活用水標準。另外，井下水對礦井的危害很大，在發生的煤礦安全事故中，以瓦斯爆炸和水災害最為頻繁和嚴重。如果礦井水排放不暢，水在井下放任自流，將勢必造成水災，更嚴重的造成設備財產損失，人員傷亡，礦井坍塌等災難性的后果。

我國在優化排水方案、改造排水設備及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，監測技術和手段還處在摸索階段。隨著煤礦安全問題的要求的提高，井下水的檢控要求也隨之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高勞動量，且容易造成高勞動量的弊端。因此，采用自動控制系統具有重要的意義。

二、plc井下排水自動控制系統

1. plc井下排水自動控制系統的技術

可編程控制器(plc)，是一種數字運算操作的 電子 系統，向用戶的“ 自然 語言”編程，使不熟悉 計算 機的人也能方便地使用。plc是通過在存儲器中的程序實現控制功能，且同一臺plc還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現不同控制的控制要求，具有很大的靈活性和通用性。plc的輸入、輸出電路一般用光電禍合器來傳遞信號，有效地抑制了外部干擾源對plc的影響，具有可靠性高、抗干擾性強的特點。此外，plc的i/o接口可直接與控制現場的用戶設備聯接。

2.影響plc控制系統穩定的干擾因素

plc作為一種自動化程度高、配置靈活的工業生產過程控制裝置。因為其本身的高可靠性，它的應用場合越來越廣，環境越來越復雜，所受到的干擾也越來越多。在plc控制系統中，就plc本身來說，其薄弱環節在i/o端口。來自電源波形的畸變、現場設備所產生的電磁干擾、接地電阻的禍合、輸入元件觸點的抖動等各種形式的干擾，都可能使系統不能正常工作。研究影響plc控制系統的干擾因素，對于提高plc控制系統的抗干擾能力和可靠性具有重要作用。

對plc的干擾的產生過程主要有三個因素組成：(1)電源引入的干擾。雷電沖擊、開關操作、大型電力設備啟停等，都有可能會影響系統的正常運行，造成plc系統故障。(2)i/o信號線引入的干擾。在使用plc組成控制系統時，要連接大小設備和各種通信線路，這樣就有可能會發生各種個樣的電磁干擾環境，影響plc系統的運行。(3)接地線引入的干擾。若接地線處理混亂或是電線上的電位分布不等，則會電路的正常運行，有可能在成數據換亂，信號失真。

3.plc控制系統的抗干擾措施

對plc的干擾的產生過程主要有三個因素組成，相應地對抑制所有電磁干擾的方法也從這三個要素著手解決。(1)最大限度地抑制干擾源。電源系統的抗干擾措施是為了抑制電網電壓的波動及畸變對系統電源產生的干擾，可采用使用隔離變壓器或者使用低通濾波器的措施來解決。另外，也可以使用交流穩壓電源來增大抗干擾能力或使用在線式不間斷供電源(ups)來作為plc控制系統的理想電源。(2)阻隔禍合通道或衰減干擾信號。輸入端有感性負載時，在交流信號輸入負載兩端并聯rc浪涌吸收器或壓敏電阻rv；在直流信號負載兩端并聯續流二極管vd或壓敏電阻rv或穩壓二極管vx或rc浪涌吸收器等。在使用多芯信號電纜時，要避免i/o線和其它控制線共用同一電纜。(3)降低系統本身對電磁噪聲的靈敏度，提高自身抗干擾能力。

三、plc井下排水自動控制系統的設計原理分析

在plc井下排水自動控制系統的開發中，為了更好地實現自動控制，應該注重以下幾點：

(1)需要開發電器控制系統，用plc(可編程邏輯控制器)控制系統代替傳統繼電器控制系統。

(2)在開發plc控制系統的同時，還要選擇可靠的控制器及附屬電氣元件，以更好地適應井下環境。在符合礦用設備的安全標準的同時，還要在設計和開發時能充分考慮和利用井下的條件，使控制簡便可行。

(3)在設計的同時要從實際出發，根據排水控制的要求，進行plc硬件和軟件的設計，以達到自動輪換工作，使水泵房工作更加高效節能的目標。

(4)還可以把感應式數字水位傳感器用于煤泥水水位的測量，在開發中使用新型的電量監測模塊對水泵電機的電源輸入進行監測，并建立plc與該模塊之間的通信，可以使plc根據各個水泵電機的電量監測數據判斷它們的運行狀態，做到有故障及時發現及時處理。

可編程控制器本身就有很完善的可靠性設計，具有很強的抗干擾性能。但是， 工業 控制是一個很特殊的領域，稍有不慎，就有可能造成極大的 經濟 損失，甚至人員傷亡。所以還應該從整個系統的角度進行可靠性設計，以更加有效的保障工業控制的安全。

四、結論

井下排水技術在煤礦的開采中的重要性和井下水資源的缺乏利用以及人工控制井下排水系統的種種弊端決定了井下排水自動控制系統研究的重要性?；诳删幊炭刂萍夹g的煤礦井下排水自動控制系統是利用當前優秀的工業控制技術精心研究與開發而成的，它具有許多傳統控制系統無法比擬的優點，plc控制系統得到了廣泛的應用和具有廣大的 發展 前景，但是plc系統在井下排水自動控制系統中的應用還存在著一些問題需要，這需要我們做進一步的研究和實踐，并最終解決問題。

自動控制論文:淺析分散控制系統在熱電廠自動控制上的應用

摘要：分散控制系統(dcs) 是計算機技術和自動化技術相結合發展的結果。本文結合新滬熱電廠新建三爐兩機采用分散控制系統(dcs) 實現自動控制的工程實踐, 介紹dcs 系統特點和功能, 并根據dcs 系統的運行情況,結合實際維護進行簡單闡述。

關鍵詞：dcs 系統 日常維護 熱工控制

一、硬件維護

1.過程通道。i /o 模塊故障的一般判斷與處理是通過系統診斷, 用更換模塊的方法處理。至于其內部元件老化等內部因素造成的模塊不正常, 一般熱控人員不好判斷。原則上i /o模塊的檢修應由廠家處理,目前我廠的熱工檢修人員的技術水平還達不到這種水平, 不能象檢修常規儀表那樣得心應手。并且現在的儀表廠家的技術保密也不容許客戶知道他們的核心技術, i /o 模塊基本趨于一體化設計, 因此i /o 模塊的備件一定要充足。具了解這種i /o模塊的故障大多出現在調試和運行初期, 其原因有設備本身質量不過關, 也有維護人員素質差等。一般經過一個大修周期后會穩定下來。

2.就地設備。就地設備故障的診斷與處理同常規的故障沒有區別, 只是一次元件或控制設備出現故障時不能被操作員及時發現, 這并不一定是運行人員不認真, 主要是因為畫面較多不能全部顯示。只有異?；驁缶蟛拍馨l現。這樣對檢修人員和運行人員的素質要求就相應提高, 因此運行人員要詳細介紹故障前后的狀態便于熱工人員快速、準確地處理缺陷。熱工人員應了解熱力設備的原理, 結合運行人員提供的情況分析處理故障點。dcs 系統的模塊大多都支持熱插拔, 但這并不意味著可以隨便插拔, 在操作時必須做好安全防護措施。

3.操作員站死機。無論是哪種dcs 系統, 操作員站死機都是會出現的, 其原因比較多也比較復雜。硬盤或卡件故障, 冷卻風扇工作異常等都可能引起操作員站死機。有時也會發生人為操作員站死機現象, 一般在修改控制邏輯、下裝軟件、重啟設備時, 最易發生操作故障, 輕則設備異常, 重則造成設備停運。因此熱控人員在工程師站、操作員站操作中要引起高度重視, 防止人為操作故障的發生。

4.鼠標及鍵盤操作不正常。多數操作都是由鼠標操作完成的, 鼠標的消耗是很大的, 因此備用鼠標必須是專門備用的, 不能隨便替換。當發現鼠標操作不正常時應進行一次重新起動計算機, 如仍不正常, 要立刻停止操作該鼠標, 及時通知維護人員檢修, 以防止出現誤操作。鍵盤操作不正常大多是數據線出現問題, 可相應處理。

5.電源。現在的dcs 系統電源故障不多, 但在運行初期較多, 比如保險配置不合理等。在運行中也可能出現備用電源不能自動投入, 電源插座接觸不良等現象。因此不能保證插座非常可靠的情況下, 最好采用端子排。長期運行后有可能會出現空氣開關整定值變化, 因此應定期校驗空氣開關。

三爐兩機的dcs 系統, 其操作員站, 電源配電柜通過專用的電源冗余切換裝置供電; 對于服務器, 由于它在系統運行中的重要地位, 所以互為冗余運行的兩臺服務器分別由ups 和廠用電供電;對i /o控制站, 是將ups 電源和廠用電分別送給互為冗余的兩個電源模塊, 經過冗余電源輸出的24vdc/48vdc供給主控單元或i /o模塊使用。實際應用中, 如果現場系統沒有配備電源柜或不能提供雙路電源, 為了保證dcs 系統的安全穩定運行, 應至少提供一路ups 電源。另外,dcs系統電源應當單獨由供電電源段引來, 不應再為其它高負載設備供電, 尤其不能為大的感性負載供電。

6.干擾問題。對于干擾主要是接地問題, 備用電源的切換和大功率的無線電設備如手機, 對講機等, 還有來自dcs 系統自身的干擾信號。對于dcs 系統的接地,dcs 系統廠家要求非常嚴格, 也相應的引起了重視。dcs 系統接地是為了保證當進入dcs 系統的信號、供電電源或dcs系統設備本身出現問題時, 有效的接地系統能承受過載電流并可以迅速將過載電流導入大地。還能夠為i /o信號提供屏蔽, 消除電子噪聲干擾, 防止設備外殼帶電或靜電積累, 以免對人的觸電傷害和設備的損壞。據了解,dcs 系統的“死機”, 大多是因為系統接地不良存在問題所引起的。因此完善、可靠、正確的接地, 是dcs 系統能夠安全、穩定運行的關鍵。

7.人為因素。人為因素引起的保護誤動大多是由于熱工人員走錯間隔、看錯端子排接線、錯強制或漏強制信號、萬用表使用不當等誤操作等引起。

二、維護管理

dcs 的維護管理包括系統的巡檢, 保護的投退, 軟、硬件的監督管理。

1.應用軟件應及時備份, 極小的改動可做記錄; 如修改數據庫除應同時保存在工程師站, 還要有其他備份盤。

2.軟件檢查與功能試驗, 要試驗全部軟件的功能并檢查各級權限。規范dcs 系統軟件和應用軟件的管理, 軟件的修改、更新、升級必須履行審批授權及責任人制度。在修改、更新、升級軟件前,應對軟件進行備份。未經測試確認的各種軟件嚴禁下載到已運行的dcs 系統中使用, 必須建立有針對性的dcs 系統防病毒措施。

3.熱工保護的投退應嚴格執行工作票制度。檢修某一運行設備時, 要采取正確隔離措施, 以防發生相關設備的聯鎖反應。這就要求熱工人員了解dcs 的控制邏輯。

4.當部分操作員站出現故障時, 由可用操作員站繼續承擔機組監控任務( 此時應停止重大操作),同時迅速排除故障, 若故障無法排除,則應根據當時運行狀況酌情處理。當全部操作員站出現故障時,應立即停爐。

5.調節回路控制器或相應電源故障時, 應將自動切至手動維持運行, 同時迅速處理系統故障,并根據處理情況采取相應措施。加強對dcs 系統的監視檢查, 特別是發現cpu、網絡、電源等故障時, 應及時通知運行人員并迅速做好相應對策。

6.溫度、濕度、灰塵及振動對熱控電子設備有很大影響, 所以控制電子間的環境條件, 可以延長熱控設備的使用壽命, 提高系統工作的可靠性。就地設備工作環境普遍十分惡劣, 提高和改善就地設備的工作環境條件, 對提高整個系統的可靠性有著十分重要的作用。做好設備檢修管理, 及時發現設備隱患, 使設備處于良好的工作狀態。做好日常維護和試驗。停機時, 對保護系統檢修徹底檢修、檢查, 并進行嚴格的保護試驗。盡量采用技術成熟、可靠的熱控元件。隨著熱控自動化程度的提高, 對熱控元件的可靠性要求也越來越高, 所以,采用技術成熟、可靠的熱控元件對提高dcs 系統整體的可靠性有著十分重要的作用, 根據熱控自動化的要求, 熱控設備的投資也在不斷地增加, 切不可為了節省投資而“因小失大”。在合理投資的情況下, 一定要選用品質、運行業績較好的就地熱控設備。以提高dcs 系統的整體可靠性和保護系統的可靠性、安全性。

自動控制論文:一種簡單實用的水位自動控制系統設計

摘要：本文介紹一種簡單實用的水箱水位自動控制系統的基本組成及工作原理，通過對該系統組裝測試，達到預期效果，正式應用于鄉鎮供水系統中。實踐證明，該水位控制系統設計方案合理，運行效果好，具有低成本、高使用價值的優點。

關鍵詞：水位 自動控制系統

0 引言

近年來對城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自動化系統被不斷地改造，以適應社會的 發展 和人民生活水平的提高，滿足及時、準確、安全和保證充足供水。目前水位自動控制系統有很多成熟的產品，控制手段主要有單片機監控、比較電路監控、利用plc和傳感器構成水塔水位恒定的控制系統等，運行可靠，可實現遠程監控和無人值守。在許多偏遠地區，特別是居住相對分散的 農村 地區，供水問題也待解決。如果仍然沿用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障。本文針對鄉鎮和偏遠農村家庭供水的特點，設計一款簡單實用、符合要求的水位自動控制系統。

1 水箱水位自動控制系統的組成

針對偏遠農村分散居住，取水不方便（包括從水井取水）的特點，考慮到農民生活消費水平不高，設計的供水系統必須是既方便農民的生活，又 經濟 實惠等特點的水箱水位自動控制系統。水箱水位自動控制系統的組成。

由圖中可知，水位自動控制系統電路主要由主電路和控制電路兩大部分組成。主電路是一臺抽水水泵，由220v交流電源電壓供電?？刂齐娐酚砂ㄕ?、濾波、穩壓電路、感應電路及限流限壓電路組成。

2 水箱水位自動控制系統的設備

水位自動控制系統的設備只需選用價格低廉、安全可靠的設備。

由設備表可知，所有的設備都是簡單而常用的小型設備，價格低廉，控制和維護簡單易于掌握，對遠離城市的偏遠地區非常適用。傳統的水位控制系統通常使用傳感器進行上、下限控制，以保證水位在上、下限之間。此設計中只用三根導線來代替傳感器放置在上、下限水位之間，利用水的導電特性完成上、下限水位的自動控制，節省了購買傳感器的費用，也不必考慮傳感器的故障，進一步降低成本，提高系統的可靠性。

常見的生活用水供應系統工作形式是由外來補充水源（一次水源）向一個高位水塔和一個低位水池補水，再由高位水塔和低位水池（二次水源）向各用戶供水。此設計主要考慮針對家庭供水系統（或者某些單獨取用水之處），因此只需用（儲）水箱而非水塔供水。系統供水是由水箱直接供應，不用考慮由位置高度所形成的壓力來進行供水，不用氣壓供水，不必在屋頂上設置水箱，也不用單獨建筑水塔，僅在廚房或需用水的地方放置一足夠大的（儲）水箱即可滿足供水要求。

3 水箱水位自動控制系統的控制原理

該水箱水位自動控制系統結構簡單，控制原理如下：系統上電后，交流電源經整流、濾波、穩壓后，由電位器調節獲得12v直流工作電壓。當水箱水位低于下限時，接觸器線圈失電，其常閉觸頭使水泵接通工作，抽水到水箱中；當水位上升到上限時，接觸器線圈得電，常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，水泵停止抽水。

v1、v2用來保護lm317輸出端電壓為安全電壓，使其免受短路電流的影響；v3用來保護三極管，同時避免觸電事故的發生。水位的上、下限可通過調整三根導線的位置設定。

4 測試應用

該設計經安裝調試，結合實驗室給排水系統進行測試，效果良好。正式應用于某鄉鎮幾個家庭的日常用水裝置中已將近兩年，至今未發生故障。該系統在運行期間穩定性高，完全符合預先規定的標準，只需將控制電路穩壓輸出調整在10v-12v之間，可投入使用?？捎媒涣髯儔浩鞴╇?，也可以用直流供電。

5 結束語

設計的水箱水位控制系統因價格便宜，結構簡單，使用方便，不易發生故障，可用于要求不高的給排水系統中，特別適用于城鎮及偏遠山區取水裝置。

自動控制論文:智能型住宅自動控制與管理系統應用研究

隨著計算機技術、現代通信技術、自動控制技術的迅速發展，智能化建筑在世界應運而生。智能小區在智能化大樓基礎上擴展和延伸出來的，人們通過對小區建筑群的四個基本要素（結構、系統、服務、管理）進行優化考慮，提供一個投資合理，又擁有高效率、舒適、溫馨、便利以及安全的人居環境。為適應我國加快住宅建設發展，增強住宅建設的科技含量的要求，我國 在繼“解困”、“安居”工程后，又加大了小康工程的力度?！爸悄苄妥≌彝ピO施自動控制與管理系統應用研究”作為國家重大科技產業項目??“2000年小康城鄉科技產業工程”的專題，就是這一背景下提出的。

“智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統應用研究”是哈爾濱工業大學（原哈爾濱建筑大學）承接的項目，由哈爾濱工業大學和北京德達數據系統有限責任公司合作開發。該項目采用lonworks技術開發研究并在住宅示范小區工程中試運行。1、對住宅居住環境（濕度、濕度）及設備進行監控；2、住戶三表（水表、電表、煤氣表）遠傳；3、住戶三防（防火、防災、防盜）；4、廚房設備監控；5、衛生間排風控制。這些功能用lon總線一節點實施，即每一住戶為一lon節點，然后再用??服務器管理各個用戶的節點構成lon總線系統。該項研究已在北京翌景嘉園示范小區通過試運行，下面對其自評估如下：

一、攻關的任務、考核目標及主要技術指標：

經過論證，我們在專題合同中將各種指標定位在：

本專題的攻關任務：研究智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統，該系統包括兩項任務，其一是開發家用管理軟件，其二是開發家庭智能控制裝置，實現對居室溫度、濕度進行自動調節；對廚房用具進行時序控制；對衛生間的排風進行控制。而家用電腦管理軟件要對家庭設施進行管理并提供若干家政服務程序。

本專題的考核目標：提供具有居室空調、廚房監控、衛生間自動排風功能的微機控管裝置一套；提供家用電腦管理軟件一套；住宅溫、濕度等參數應滿足智能住宅規定標準；在示范工程中應用該項成果。

本專題的技術經濟指標：溫度、濕度等主要被控參數應滿足智能小康住宅標準（溫度18℃～28℃，濕度30％～70％）；系統運行可靠。

在進行該項專題的進一步研究的過程中，結合當前先進技術的發展以及我國智能住宅發展狀況，在原有的合同的基礎上，我們對家庭智能控制器又增加了三表遠傳、安防等功能。

二、專題執行情況評價

本專題按兩個部分實施，即家庭智能控制器和家用電腦管理軟件的研究：

1、家庭智能控制器

（1）功能

本專題所開發的家庭智能控制器即智能節點具有4路模擬輸入，12路數字輸入，12路數字輸出，其所實現的功能如下：

通過對室內溫度監測，得到實際溫度與設定溫度比較：當實際溫度低于設定溫度一定值時，在夏季關空調，在冬季開暖氣；當實際溫度高于設定溫度一定值時，在夏季開空調，在冬季關暖氣。溫度控制達到智能小康住宅規定標準：18～28℃。

通過對室內濕度監測，得到實際濕度與設定濕度比較：當實際溫度高于設定溫度一定值時，關加濕器；當實際濕度低于設定濕度一定值時，開加濕器。濕度控制達到智能小康住宅規定標準：30～70 ％。

對三表實行脈沖計數，并發送到上位機。

當門磁或紅外報警時，在設防狀態下，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。

玻璃破碎報警時，聲光報警啟動；在設防狀態下，自動撥號器啟動：有報警信號傳到上位機。

緊急按鈕報警時，自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。

排風扇按鈕控制排風扇，排風扇運行一段時間自動關閉。

煙感探頭報警時，煤氣閉閥器關閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位，此外，通過判斷煙感探頭輸入信號可識別探頭是否有故障。

煤氣泄漏報警時，排風扇啟動，煤氣閉閥器關閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。

探頭復位輸入控制火災探頭掉電復位及開啟煤氣閉閥器。

通過上位機運作，可以控制廚房設備按一定時序啟動。

溫度的設置可以通過上位機或者設定按鈕實現。

濕度的設置可以通過上位機或者設定按鈕實現。

與本專題預期目標相比，我們在設備監控的基礎上，增加了安防功能，三表遠傳功能；我們經過認真研究，考慮研發產品的應用和推廣，我們單片機來完成這些功能，而是采用了先進的現場總線??lon總線。

（2）應用的lonworks技術特點

本專題采用了lonworks技術進行開發，該技術有如下特點：

開放性：網絡協議開放，對用戶平等；

通信媒介的多樣性：可采用任何媒介進行通信，如雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外等，并且同一網絡可以有多種通信媒介；

互操作性：其通信協議lontalk是符合iso定義的osi 模型，任何制造商的產品都可以實現互操作性；

網絡拓撲：有星型、總線型、環型以及自由型；

網絡結構：主從式、對等式或客戶/服務式結構；

通信的每幀有效字數可從0至228個字節；

通信速率可達1.25mb/s，此時有效距離為130m；78kb/s的雙絞線，直線通信距離可達2700m；

其技術核心器件??neuron芯片內部裝有三個8位微處理器、34種i/o對象和定時器以及lontalk通信協議等。該芯片具有通信和控制功能。

近年來，該技術在國內外的智能建筑領域都得到了應用和發展，其開發工具平臺強大，開發者在短期內就可以完成開發工作；在韓國、日本、澳大利亞、加拿大等國都已經利用該技術完成多項工程；并且，總體來看，該技術適用于

同時，也應將節能的概念引入智能住宅中。在本專題中，我們對衛生間排風采取實時控制，使其在滿足室內排風要求的同時做到節省電能；我們通過對室內溫度的設定，在不同季節內對空調或供暖設備進行控制，使其在一定的條件下工作，當達到預期要求時，立刻停止工作，進而達到節能的目的。

模數轉換通信匹配問題：在本專題中，我們利用max186芯片對采樣的溫濕度信號進行模數轉換。max186芯片具有12位精度，其與lonworks技術的neurowire方式進行通信需要匹配，本專題解決了這個問題。

本專題所開發出來的家庭智能控制器比較成熟，可作為產品投入市場，并且，該家庭智能控制器已經在北京翌景嘉園使用。與目前國內同類產品相比，其性能價格比是最優的（具體情況見效益分析）。

2、家用電腦管理軟件

家用電腦管理軟件是在delphi5.2平臺上開發而成，其功能、設計特點如下：

（1）功能

提供家庭生活服務信息。主要有：醫療保健知識、家庭菜肴、點心制作方法及飲食科學知識、女性美容裝飾常識、花鳥魚種值飼養方法、旅游知識、保險知識及家庭生活中的一些常用信息等。

提供家庭事物管理手段。這部分主要內容有：家庭財務、親友通訊錄、個人檔案管理。

該軟件通過網卡直接對家庭設施進行管理：三表計費、設備狀態顯示、廚房設備時序控制、溫濕度設定。

（2）軟件特點：

是軟、硬件技術成功結合的典范：考慮到“小康住宅”的特點，將計算機硬件、軟件技術相結合，通過lon 控制模塊成功地實現了對住宅內的環境監測及設備監控。

實用性強：在本軟件中，我們以科學實用為原則，從醫學、美食、旅游、保險、美容裝飾、花鳥魚種植飼養、財務管理、通信錄管理等方面為用戶提供了及其豐富的生活服務信息，以便為用戶的工作、學習提供更多的方便。

易學易用：在軟件開發過程中，我們在不影響功能及生動性的前提下，盡量使界面簡潔、直觀，并具有邏輯性，從而使得用戶容易掌握軟件的思路及操作方法。

三、成果應用前景及效益分析

建筑業是國家的支柱產業，住宅建設占總房產建設投資的80％左右，國家十分關注住宅建設，繼“解困”、“安居”工程后，又努力實施“小康”工程。為了加大“小康”工程力度，國家把“2000年小康城鄉科技產業工程”列為國家重大科技產業項目?？梢?，投身于住宅小區智能化以及相關產品的研發，既有利于推動建筑業的發展，又能帶來可觀的經濟效益和社會效益。

1、國內智能小區市場預測

隨著計算機技術、現代通信技術和自動控制技術等高新技術的延伸，智能建筑應運而生。智能小區是智能大廈的基本含義中擴展出來的。以1999年為例，國家在99年對住宅的投資1700～1800億元人民幣，根據建設部對小區初、中、高三個等級的劃分，小區智能化為住宅小區總投資的1％～3％。以此比例計算，則僅99年度對小區智能化的需求就達17～54億元人民幣，而隨著住房體制改革的不斷深入及人們對住宅環境要求的不斷提高，該數值還會將大幅度提高。由此可見，小區智能化市場前景廣闊。

2、本專題的實用性及前瞻性

“智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統應用研究”作為2000年小康城鄉科技產業工程“的一個專題，該項研究應用lonworks技術開發并在住宅示范小區工程中試運行。該家庭智能控制器具有很強的靈活必一，根據用戶需要，可以進行靈活配置，例如：如果用戶不需要該模塊中的模擬輸入，我們就會在設計硬件電路時預留同端口，而不焊接模數轉換模塊，這樣可為用戶省下投資，也為其將來擴展做好準備；12路數字輸入點被開關量或脈沖信號來觸發，其可以配置成電表水表煤氣氣輸入，可以配置成安防信號輸入，也可以是二者結合；12路輸出只是一個開關信號，也可根據實際情況進行靈活配置?？傊?，該家庭智能控制器即適合現在智能住宅的要求，也會在一定程度上滿足將來發展的需要。

我們開發的家庭智能控制器再加上各種傳感器構成的控制系統，其價格為4000元左右，即每個住戶用于智能化投資在4000元左右，與當前國家制定普及型智能住宅價格（5000元）相比，相對價位下降20％；而從長遠來看，隨著人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各類相關器件價格的下調，大多數用戶對智能化的投資是可以接受的，并且其所帶來的各種效益是無法估量的。

4、本專題的社會效益

本專題是以小康住宅智能化宗旨，旨在為人們提供舒適、安全、健康的環境。這一方面提高了人們生活水平，另一方面也為人們的高效率快節奏提供了條件。

智能住宅設施的自動控制和管理，既需要相關行業的支持，也促進相關行業的發展。智能住宅建設的興起，將使許多相關企業投入建筑市場，又為許多人提供了就業機會。

此外，對于生產智能控制器的廠商來說，他們在推廣應用這項成果中，將會獲得可觀的經濟效益。

四、專題調協的科學性和合理性的后評估

本專題設置的科學性和合理性可從以下幾方面反映出來：

1、專題在智能小區的地位

智能小區在智能化大樓的基礎上擴展和延伸出來，人們通過對小區建筑群的四個基本要素（結構、系統、服務、管理）進行優化考慮，提供一個投資合理，又擁有高效率、舒適、溫馨、便利以及安全的人居環境。從以上的定義可以看出，人們通常提出的智能大廈的3a（建筑設備自動化 、辦公自動化、通信自動化）或5a（在“3a”的基礎上加上安防自動化和防火自動化）也適合智能小區，所以智能小區的“智能”很大一部分都體現在其自動化的程度。此次國家制定的該課題與以往課相比，其對智能建筑的功能定位更加合理（功能多而必要），并且具有一定的前瞻性（廚房設備的自動化以及模擬量的引入隨著人民生活的提高也將會被人們接受）?？傊?，本專題對智能小區“智能”的研究，在智能小區的整體研究中起著相當重要的作用。

2、未來市場走向

筆者認為，建筑業是國家的支柱產業，住宅建設將占房產建設投資的80％左右，其中對智能小區投資占總房產建設投資的8～24％，在這種背景下，國家將會進一步加大對智能化建筑的投資。由于智能小區的概念是近幾年才形成的，單個功能或系統如抄表、報警功能在一些住宅小區中已經有些應用，但是還沒有哪個廠家能夠推出從總體上設計和規劃成熟的智能小區網絡化綜合管理系統，目前的市場還處于群龍無首階段。此時，國內市場急需一種性能價格比較高的智能化產品，這時研究智能型住宅家庭設施控制和管理系統將有更重要的意義。

3、用戶需求

隨著生活水平的提高，一方面，人們對住宅的追求不僅僅局限于外表的裝飾，人們對住宅的智能已經有了初步的認識；另一方面，在一些發達的城市中已經出現智能小區并為人們所接受。此時研究本專題開發出適合人們要求的智能化產品也具有很重要的意義。

4、科技含量

可以說智能小區是隨著計算機技術、通信技術、自動控制等的發展而提出和發展起來的。智能小區的“智能”也可理解成為其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小區智能化的水平。

本專題所采用的lonworks技術是最近幾年內流行的先進的現場總線技術，運用該項技術研究本專題并開發出基于該技術的產品，將更有利于該產品的推廣，并且隨著lonwork技術本身的改進和提高，智能化產品也利于更新換代。

總之，“智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統應用研究”專題的完成，一方面，為家庭設施智能化的可行性提供了依據；另一方面，也為制定家庭設施智能化規范提供了參考。并且，本專題開發出來的成果正在轉換成產品，這進一步證明了專題設置的科學性和合理性。

自動控制論文:斜井架空乘人裝置的自動控制

【摘 要】現有斜井架空乘人裝置大都沒有設置緊急停車裝置,利用本系統可實現煤礦斜井架空乘人裝置正常停車、自動停車、緊急停車功能的全自動控制,從而保證煤礦斜井架空乘人裝置的安全運行。

【關鍵詞】斜井架空乘人裝置 自動控制 工作原理

一、問題的提出

斜井架空乘人裝置主要由機頭驅動裝置、機尾拉緊裝置、牽引鋼絲繩、乘人吊座、托輪裝置組成,俗稱猴車。

為了保證猴車的安全運行,2001年版《煤礦安全規程》中第368條規定:架空乘人裝置的驅動裝置必須有制動器;在其下人地點的前方,必須設有能自動停車的安全裝置。全國各煤礦的猴車大部分都有制動器;對于自動停車裝置,到目前為止,仍有相當一部分沒有設置;而對于緊急停車裝置,由于《煤礦安全規程》沒有要求,其在猴車上的應用就很少了。因而研制具備正常停車、自動停車、緊急停車功能的猴車自動控制系統很有必要。

二、硬件選擇

1.制動器

制動器是實現正常停車、自動停車和緊急停車的前提,制動器選擇是否合理是關系到猴車能否安全運行的主要因素。制動器有手動制動器、電氣制動器、電磁鐵制動器等。

(1)手動制動器,發生事故時不能及時停車,造成擠傷乘人的事故不止一次發生。因此,不應采用手動制動器。

(2)電氣制動器。當猴車斷電停車時,取自礦用防爆照明變壓器的127v交流電,經半波整流輸送到電動機兩相繞組中,實現電氣制動。這種做法在正常情況下可采用,但全礦井下突然停電情況下,電氣制動就不會起到制動作用,這時猴車吊座就會在重力作用下向下加速運行,越來越快,從而造成乘坐人員的混亂。在混亂中乘坐人員就會慌不擇路,匆忙下車,因而就難免受到傷害。這正是電氣制動的致命缺陷。

(3)電磁鐵制動器。電磁鐵制動器具有很高的可靠性。當電磁鐵有電時,制動閘松開制動輪,從而使電動機運行;當電磁鐵斷電時,制動閘抱緊制動輪,從而進行制動。由于猴車運行速度很低(《煤礦安全規程》規定:架空乘人裝置的速度不得超過1.2m/s),即使猴車突然停車,也不會造成事故,因此沒有必要控制制動速度與制動距離。

電磁鐵取自猴車的電源。當猴車開車時,電磁鐵迅速打開,電動機運行;當猴車停車時,電動機停止運行,同時電磁鐵斷電,進行制動。如遇礦井下突然停電,電磁鐵由于斷電同樣可以安全制動。某礦井下采用電磁鐵制動器多年,至今運行狀態良好。

2.自動停車裝置

自動停車裝置,有多種控制形式。根據所選用的傳感器的不同,所形成的控制電路也不同,相關的機械部件也不同。

(1)由永久磁鋼和干簧管組成的傳感器。以永久磁鋼和干簧管組成傳感器,形成控制電路,分別布置于斜井坡頭、坡底的上車、下車地點,從而實現了無人乘坐自動停車、在下車地點人未下車自動停車的功能。

(2)紅外線傳感器。由于紅外線傳感器沒有電接點,因此其具有靈敏、可靠、使用壽命長的特點。紅外線傳感器布置于斜井坡頭、坡底的下人地點的前方。利用紅外線傳感器,可以設計出符合要求的控制電路,形成獨特的自動停車裝置。

3.緊急停車裝置

猴車在運行過程中發生事故怎么辦?這就需要緊急停車裝置。根據實際情況,可在斜井的左側和右側各設置一條控制用鋼絲繩,也可在上行與下行鋼絲繩的中間僅設置一條控制用鋼絲繩,高度以乘坐人員伸手能抓住為標準。鋼絲繩每100m分成一段,在每段中間可設置幾處鋼絲繩滑輪。每段與其它部分截開,每段一端用彈簧拉緊,并有一常開電接點。在巷道內設置與控制電路相連的多芯電纜,多芯電纜與這些接點相連。當發生緊急情況時,乘坐人員可及時拉這些鋼絲繩,使接點閉合,從而實現緊急停車。

4. 計算 機

計算機是實現自動控制的核心。從性能價格比考慮采用intel公司的mcs-51系列的8031單片機。該機有以下特點:具有功能很強的8位中央處理單元(cpu);片內有時鐘發生電路(6mhz或12mhz),每執行一條指令時間為2μs或lμs;片內具有128字節ram;具有21個特殊寄存器;可擴展64k字節的外部數據存儲器和64k字節的外部程序存儲器;具有4個i/o口,32根i/o線;具有2個16位定時器/計數器;具有5個中斷源,配備2個中斷優選級;具有一個全雙功串行接口;具有位尋址能力,適用邏輯運算。這種芯片集成度高、功能強,只需增加少量外圍器件就可以構成一個完整的微機系統。

由8031單片機組成的自動控制系統硬件結構框圖如圖1所示。

三、軟件設計

軟件采用匯編語言設計,模塊化結構。軟件主要由初始化模塊、顯示模塊、數據采集模塊、程序監控器復位程序、中斷服務程序、數據處理及數字濾波等通用子程序組成。系統軟件工作流程如圖2所示。

四、工作原理

系統在工作時, 計算 機不斷在檢測開車信號、自動停車信號、緊急停車信號。

本系統在斜井坡頭、坡底的上人地點,設有開車信號按鈕。在上車地點前10m處設置一傳感器,當乘坐人員通過時,發出電信號。此信號做為開車信號處理。如此設置是為了防止在猴車運行過程中,有人忘記按開車按鈕,坐至坡中間而停車現象的發生。人員在乘車地點上車前,按下開車信號按鈕。此信號傳到計算機進行處理,指令執行機構動作,猴車開動,同時計算機進行延時處理,當延時完成后,計算機發出指令,猴車停車。延時時間的長短以大于乘人單程運行時間10-20s為宜。

在猴車運行時,如果在下人地點有人未下來.設置于下車地點前方的傳感器發出信號,經計算機處理,指令猴車停車。當此信號消失后,如果行車延時還未完成,則猴車繼續運行。

在猴車運行過程中,如果有緊急停車信號,則計算機指令猴車停車,并發出警報。在此種情況下,開車信號不再起作用,只有等有關人員查明原因,進行處理,對計算機進行復位后,系統才能重新開始工作。

五、結束語

利用本系統可實現煤礦斜井架空乘人裝置全自動控制。較人員操縱系統具有以下特點:安全系數高,減少了設備的無效運行時間,從而減少了設備機械磨損,減少了事故發生的概率,又節約了人員與電能,降低了生產成本。因而,采用自動控制系統是一舉多得的事情。

自動控制論文:淺談對PLC自動控制系統可靠性的認識

摘要：對plc自動控制系統可靠性問題進行7較深入研究，提出了提高系統可靠性運行的方法。實踐證明這些方法的采用對提高系統的可靠性是行之有效的。

關鍵詞：可靠性；plc自動控制系統；研究

引言

可編程控制器由于抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性能價格比高，在 工業 控制領域得到越來越廣泛應用。

工業年月機作為中央控制單元，配有組態軟件，選用大屏幕實時監視界面，實現各控制點的動態顯示、數據修改、故障診斷、自動報警，還可顯示查詢 歷史 事件記錄，系統各主要部件累計運行時間，各裝置工藝流程圖，各裝置結構圖等。中央控制單元和下位機plc之間采用串行通訊方式進行數據交換，通常距離在1000m以內選用485雙絞線通訊方式，較常距離可選用光纖通訊，更長距離也可選用無線通訊方式。下位機選用plc控制，根據控制對象的多少，控制對象的范圍，可選用一臺或多臺plc進行控制，ple之間數據交換是利用內部鏈接寄存器，實現數據交換和共享。由于plc對現場進實時監控具有很高的可靠性，且編程簡單、靈活，因此越來越受到人們重視。

一　控制系統可靠性降低的主要原因

雖然工業控制機和可編程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果輸入給plc的開關量信號出現錯誤，模擬量信號出現較大偏差，plc輸出口控制的執行機構沒有按要求動作，這些都可能使控制過程出錯，造成無法挽同的 經濟 損失。

(一)影響現場輸入給plc信號出錯的主要原因有：

1　造成傳輸信號線短路或斷路(由于機械拉扯，線路自身老化，特別是鼠害)，當傳輸信號線出故障時，現場信號無法傳送給plc，造成控制出錯。

2　點抖動，現場觸點雖然只閉合一次，plc卻認為閉合了多次，雖然硬件加了濾波電路，軟件增加微分指令，但由于plc掃描周期太短，仍可能在計數、累加、移位等指令中出錯，出現錯誤控制結果。

3　現場變送器，機械開關自身出故障，如觸點接觸不良，變送器反映現場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障同樣會使控制系統不能正常工作。

(二)影響執行機構出錯的主要原因有：

1　控制負載的接觸不能可靠動作，雖然plc發出了動作指令，但執行機構并沒按要求動作。

2　控制變頻器起動，由于變頻器自身故障，變頻器所帶電機并沒按要求工作。

3　各種電動閥、電磁閥該開的沒能打開，該關的沒能關到位，由于執行機構沒能按plc的控制要求動作，使系統無法正常工作，降低了系統可靠性。要提高整個控制系統的可靠性，必須提高輸入信號的可靠性和執行機構動作的準確性，否則plc應能及時發現問題，用聲光等報警辦法提示給操作人員，盡快排除故障，讓系統安全、可靠、正確地工作。

二　設計完善的故障報警系統

在自動控制系統的設計中應設計3級故障顯示報警系統，1級設置在控制現場各控制柜面板，用指示燈指示設備正常運行和故障情況，當設備正常運行時對應指示燈亮，當該設備運行有故障時指示燈以1hz的頻率閃爍。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設備工作情況，專門設置了故障復位／燈測試按鈕，系統運行任何時間持續按該按鈕3s，所有指示燈應全部點亮，如果這時有指示等不亮說明該指示燈已壞，應立即更換，改按鈕復位后指示燈仍按原工作狀態顯示設備工作狀態。2級故障顯示設置在中心控制室大屏幕監視器上，當設備出現故障時，有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對應的設備閃爍， 歷史 事件表中將記錄該故障。3級故障顯示設置在中心控制室信號箱內，當設備出現故障時，信號箱將用聲、光報警方式提示工作人員，及時處理故障。在處理故障時，又將故障進行分類，有些故障是要求系統停止運行的，但有些故障對系統工作影響不大，系統可帶故障運行，故障可在運行中排除，這樣就大大減少整個系統停止運行時間，提高系統可靠性運行水平。

三　輸入信號可靠性研究

要提高現場輸入給plc信號的可靠性，首先要選擇可靠性較高的變送器和各種開關，防止各種原因引起傳送信號線短路、斷路或接觸不良。其次在程序設計時增加數字濾波程序，增加輸入信號的可信性。

在現場輸入觸點后加一定時器，定時時間根據觸點抖動情況和系統要的響應速度確定，一般在幾十ms，這樣可保證觸點確實穩定閉合后，才有其它響應。模擬信號濾波可對現場模擬信號連續采樣3次，采樣間隔由a／d轉換速度和該模擬信號變化速率決定。3次采樣數據分別存放在數據寄存器dtio、dtii、dtl2中，當最后1次采樣結束后利用數據比較、數據交換指令、數據段比較指令去掉最大和最小值，保留中間值作為本次采樣結果存放在數據寄存器dto中。

提高讀入plc現場信號的可靠性還可利用控制系統自身特點，利用信號之間關系來判斷信號的可信程度。如進行液位控制，由于儲罐的尺寸是已知的，進液或出液的閥門開度和壓力是已知的，在一定時間里罐內液體變化高度大約在什么范圍是知道的，如果這時液位計送給plc的數據和估算液位高度相差較大，判斷可能是液位計故障，通過故障報警系統通知操作人員檢查該液位計。又如各儲罐有上下液位極限保護，當開關動作時發出信號給plc，這個信號是否真實可靠，在程序設計時應將這信號和該罐液位計信號對比，如果液位計讀數也在極限位置，說明該信號是真實的：如果液位計讀數不在極限位置，判斷可能是液位極限開關故障或傳送信號線路故障，同樣通過報警系統通知操作人員處理該故障。由于在程序設計時采用了上述方法，大大提高了輸入信號的可靠。

四　執行機構可靠性研究

當現場的信號準確地輸入給plc后，plc執行程序，將結果通過執行機構對現場裝置進行調節、控制。怎樣保證執行機構按控制要求工作，當執行機構沒有按要求工作，怎樣發現故障?可采取以下措施：當負載由接觸器控制時，啟動或停止這類負載轉為對接觸器線圈控制，啟動時接觸器是否可靠吸臺，停止時接觸器是否可靠釋放，這是最讓人關心的。

當開啟或關閉電動閥門時，根據閥門開啟、關閉時間不同，設置延時時間，經過延時檢測開到位或關到位信號，如果這些信號不能按時準確返回給plc，說明閥可能有故障，做閥故障報警處理。

結論

在許多油田的自動控制系統設計中采用了以上方法，經過幾年的運行，證明這些方法的采用對提高系統可靠性運行是行之有效的。