自动控制论文:浅谈自动控制理论实验教学研究

论文关键词： 自动控制理论；实验教学；创新能力

论文摘要： 对当前自动控制理论实验教学方法与实验仪器进行分析，提出教学方法和教学仪器的改革措施。通过开设新的实验内容和研制新的教学仪器，使学生更好地完成自动控制理论实验的学习任务，提高学生的综合能力和创新能力。

“自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。该课程是一门重要的测控类专业的基础课，具有较强的理论性，与前续课程联系紧密，知识面广，学生不易理解掌握[2-3]。学好这门课程不仅可以为后续专业课的掌握打下良好的理论基础，而且能在今后从事专业工作时，直接运用它去分析和解决实际技术问题。对于工程实践具有重要的指导作用，受到人们的广泛重视。在本课程的教学中，实验教学对理论知识的理解、掌握、巩固具有重要的作用。

1 当前实验教学的不足

长期以来，传统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教学内容陈旧，教学方法呆板，在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情，没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历，抑制了学生个性的发展，这样不利于对学生创新能力的培养[4]。

1.1 实验内容固定

传统的实验主要是按章节进行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行, 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析，不利于学生创新能力的培养。

1.2 实验时间限制

一般的实验都要求在实验室2个学时内完成，学生很难全面深入地把握实验主要内容和方法，对实验的目的、实验原理无法理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制了学生的设计和创新，不利于锻炼学生的综合能力。

1.3 实验仪器制约

实验仪器过于固化，仪器设置上未给学生留下设计性和探究问题的空间。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸性。

1.4 实验方法落后

实验技术水平和内容更多地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实验环节，以及缺少在利用多种现代实验手段、方法和工具对实验过程中的结果和现象进行深入分析研究方面对学生的引导。实验过程主要完成连线操作、数据记录等简单的工作。

2 实验教学改进

针对目前实验教学的现状，摒弃以往按部就班完成指定实验步骤操作验证形式，按照学生对科学的自然认知进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简到难，逐步引导学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保证实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学生动手的积极性，引导其创新。

2.1 实验内容设置

开设不同层次的实验内容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣。

基础实验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。

综合实验：将各个基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。

设计实验：以任务的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研究的方法。

创新实验：自行命题实验，将学生的构想通过仪器现有功能模块来实现，在探究式学习中培养学生创新能力。

2.2 实验仪器的改进

根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统。避免教学仪器箱只能完成信号源作为激励，控制环节构成系统的不足。同时，仪器上的控制效果通过便于观看的形式展示出来，让控制过程可视化。仪器要预留出扩展接口，便于在实验中添加新的模块。仪器在结合计算机完成实验的同时，又能独立完成实验内容，实验配套软件要能对硬件平台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据测试参量的不同选择相应的传感器，完成非电量到电量的转换，对信号进行处理，结合控制理论完成创新性、设计性的实验。

2.3 实验方法的转变

1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。

结合开发的教学仪器，在实验方法上除了基本的验证性实验，其他实验按任务的形式给出，不对学生做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算、分析功能以及仪器配套软件（采用数学工具matlab编写的程序）在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当前实验中仪器平台不能脱离计算机，配套软件不能独立工作，学生只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。

3 总结

对当前实验教学过程中存在的问题进行分析和总结，从实验内容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出改进方法。自动控制理论来源于实践，反过来指导实践[5]。结合当前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能力，在实践中发现问题、解决问题进而培养创新能力。

自动控制论文:细论钢厂行车自动控制系统的改造

摘 要：行车作为物料搬运机械，应用十分广泛，钢厂物料搬运尤其依赖行车。对钢厂中行车的应用及控制系统进行研究分析后，利用 plc 在行车的运行控制系统中对继电接触器的代替，以及变频器对调速系统进行改造，提高工作效率，取得预期效果。

关键词：可编程逻辑控制器（plc） 变频器 行车

1 前言

行车作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位。经过几十年的发展，我国行车制造厂和使用部门在设计、制造工艺、设备使用维修、管理方面，不断积累经验，不断改造，推动了行车的技术进步，但在实际使用中，结构开裂仍然时有发生，究其原因是频繁的超负荷作业及过大的机械振动冲击所引起的机械疲劳。因此，除了机械上改进设计外，改善交流电气传动，减少起制动冲击，也是一个很重要的方面。由于传统行车的电控系统采用交流绕线式转子回路串接电阻进行有级调速，致使机械冲击频繁，振动剧烈，因此电气控制上应采用plc及平滑的无级调速是解决问题的有效手段。

2 改造前设备现状

一炼钢行车主钩起重15t、副钩3t，现因该设备使故障率较高对其进行电气改造，行车机械配置：

主钩：起重量：15t；电机型号：yzr315m-10，63 kw；

副钩：起重量：3t；电机型号：yzr250m-10，30 kw；

大车：电机型号：yzr180m-8，7.5kw两台；

小车：电机型号：yzr160m2-6，3.7kw。

3 存在的问题

传统桥式起重机的控制系统主要采用交流绕线式电机转子串电阻的方法进行启动和调速，继电-接触器控制，这种控制系统的主要缺点有：

（1）由于起重设备工作环境相对差，工作任务繁重，电动机及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。

（2）继电-接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。

（3）转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。

4 改造需求

采用行车控制上使用成熟且先进、稳定、可靠的变频调速控制系统，能延长电机使用寿命，对电网波动小，启动调速平稳且启动力矩大。

采用plc集中控制，可根据工艺及时调整控制方式，布线精简，维护方便。

采用文本显示器，能实时监控行车运行状态及故障指示，便于迅速检修及排除故障。

该系统备件通用性强， 不需储存特殊备件。

5 改造方案

根据上述现场设备实际情况及改造需求，本方案采用技术先进可靠的西门子plc作为主控制器，abb变频器作为主提升、大小车的无扰节能调试控制单元，同时在操作室配备西门子文本显示单元实时显示行车运行状态和故障信息。图1为行车改造示意图。

图1 行车改造示意图

说明：图中控制柜布置西门子plc控制器和主提升、大小车变频控制器；电阻柜放置应急旁路时主提升、大小车的电阻；操作室操纵台为对主提升、大小车、电磁铁控制；监视屏箱为操作室操作员对行车状态及故障检测的信息指示屏。

图2 行车的plc控制系统

说明：行车的plc控制系统主要负责主提升、大小车的控制，限速保护，行走限位开关等。

主提升电机的采用变频控制及应急旁路控制，正常情况下由变频器控制主提升电机的升降功能，应急情况下由旁路接触器控制主提升电机的升降。

大车行走采用变频控制及应急旁路控制，正常情况下由变频器控制大车电机的行走功能，应急情况下由旁路接触器控制大车电机的行走。

小车行走采用变频控制及应急旁路控制，正常情况下由变频器控制小车电机的行走功能，应急情况下由旁路接触器控制小车电机的行走。

6 改造措施说明

本方案以系统运行安全可靠、器件配置经济、操作简单实用为原则，对原有行车进行改造，具体的安全保障及设备器件改造方案如下：

增加主钩、大车、小车行走进行变频器。带应急旁路，电阻器配套不锈钢电阻，平衡切除。使用操纵杆（操纵杆四个方向都为三档），操纵杆每移动到一个档位，都送出一个开关信号（干接点）到s7-200的plc系统，plc根据不同的输入档位来控制大车或小车的运行速度或方向。操纵杆分左操纵杆和右操纵杆；左操纵杆有前后三档控制主提升的升降，按照操作手柄的前进

或后退控制提升机逐级提速下降或上升，左右档控制电磁铁，手柄的中间位置为停止档。右操纵杆分左右三档和前后三档，左右三档分别为大车左右行走三档速度，前后三档为小车前进后退三档速度，中间位置为大车和小车的停止位。

为了提高该行车系统的人机交互性，在驾驶室内便于驾驶人员观察的地方安装一台西门子的文本显示器，可以更直观的了解行车运行情况及故障情况。当行车运行异常或出现故障时，文本显示器通过文字的方式来提醒操作人员和维护人员进行故障判断，减少了维护人员查找故障时间或系统带故障运行。

由于现场环境比较恶劣，为了提高电气设备运行稳定性和延长设备的使用寿命，控制柜体采用全密封方式设计，电缆进出线采用下进线，进线采用电缆锁头对进出向电缆进行密封，使柜体防护等级达到ip43以上。考虑到行车设备需要维护时，维护人员需频繁对控制系统进行电源分合闸操作，在配电柜门上安装总电源断路器的操作手柄，维护人员不必打开柜门便可对系统送电或断电，可减少由于频繁打开柜门而导致太多灰尘进入配电柜内；在检修柜内器件时，只有在断路器断开的情况下才能打开柜门，防止柜内带电检修或检修完成后，检修人员忘记关上柜门而离开了现场，因为只有关上柜门后才能合上断路器为行车送电运行。为了提高行车操作的合理性，在驾驶室的操纵台上配有类似于机车启动的电源启动钥匙开关，当钥匙拔出取走后，非专业人员将不能启动行车电源，保证了行车操作的专业性。

在行车桥架两端焊接大车左右限位的行程开关，开关采用机械动作开关的常闭点，然后在行车轨道两端极限位置处各焊接一个斜面档板，当行车导轨方向行走到左端或右端的极限位置时，行程开关触碰到限位挡板后动作使大车停止，防止大车左右行走超出限位后造成机械碰撞。

在行车小车桥架两端焊接小车前后限位的行程开关，开关采用机械动作开关的常闭点，然后在行车小车桥架轨道两端极限位置处各焊接一个斜面档板，当行车小车桥架导轨方向行走到前左端或后端的极限位置时，行程开关触碰到限位挡板后动作使小车停止，防止小车前后行走超出限位后造成机械碰撞。

为了保证提升机安全运行，防止由于电气控制上的失控而造成提升物体超速下落，在提升机的电机上安装限速开关，当提升电机失控或受外界重物牵引导致电机转速超过1000转/分时，提升机限速开关动作并发出报警信号，plc停止提升电机的运行状态，同时提升电机制动器抱闸，防止电机超速或物体掉落带来的危险。

在提升机提升重物时，提升高度是不能超出钢绳的提升上限，如果由于操作人员操作失误或上升控制失控，到达上限后未能及时停止提升，提升卷扬机将继续对钢绳收卷，而钢绳下端的抓斗受机械卡住停止上升，在这种情况下很有可能将钢绳拉断造成抓斗及提升重物下落。为提高生产安全保障，在卷扬机末端安装钢绳收绳限位开关，限位开关是根据钢绳卷筒的变比一般为80：1，当抓斗和重物提升到上限位时，设定好的收绳限位开关动作，提升机停止提升，提升电机制动器抱闸，防止提升机继续提升造成的安全事故。

在行车桥架上两端的检修门上各安装一个限位开关，防止行车有相关人员在行车桥架上对行车检修或维护时，驾驶人员在不知情的情况下对行车进行操作。如果行车桥架上有人在工作，桥架两端的门打开，此时大车电机、小车电机和提升机将不能运行，同时制动器处于抱死状态。

在驾驶室的门上安装限位开关作为行车可驾驶操作的前提条件，用于防止由于操作员不遵守操作规程或粗心大意造成安全事故。例如防止驾驶员进行工作交接时，一个驾驶员准备上下驾驶室而另一个驾驶员在操作大车，容易对正在上下驾驶室的人员造成伤害，或者驾驶室的门没有关好也可能造成安全事故。如果驾驶室门限位开关动作，行车将停止运行，大车电机的制动器将自动抱闸，为驾驶人员提供安全保障。

为保证系统操作的有序性和可靠性，所有主回路的接触器继电器都通过plc的do点输出控制，这样可完全杜绝操作人员违章操作或误操作。主回路中采用正反转接触器实现电机换向，实际操作中操作者为了对吊件准确定位，频繁采用反接制动（俗称打反车），切换电流大，接触器和电机工作状态恶劣，设备检修维护费用非常高。

7 效益分析

变频改造后因变频节约电费计算：每天行车运行于变频实际约15小时

变频器节电为40%即：节约电费=0.5元/kw·h

自动控制论文:燃气锅炉自动控制系统实现与应用

摘 要：武汉钢铁集团鄂钢公司富裕煤气发电项目新建两台150t/h燃气锅炉控制系统采用浙大中控dcs控制软件实现了设备维护及生产操作人员的远距离访问和监视。本文介绍了燃气锅炉燃烧控制系统、汽包水位控制系统、锅炉送风自动控制系统及锅炉炉膛安全监控系统等的主要特点和控制流程。实践证明，该系统达到了锅炉燃烧工况良好、节能降耗的工艺要求，且运行稳定可靠。

关键词：锅炉自动控制；燃烧双交叉控制；fsss控制系统

1 概述

锅炉是一种产生蒸汽的热交换设备。它通过煤、油或气等燃料的燃烧过程释放出热能，并通过传热设备把热量传递给水，将水转变为过热蒸汽，过热蒸汽直接供给工业、生活等生产中所需要的热能。武汉钢铁集团鄂钢公司富裕煤气发电项目新建2台150t/h燃气锅炉，锅炉燃烧产生的过热蒸汽部分送至汽轮机用于发电，部分送至外网满足其它用户生产、生活需要。

锅炉控制系统分为燃烧系统、汽水系统、烟风系统及减温减压系统，控制系统主要完成设备操作、设备状态及生产参数的监控功能，汽包水位自动控制调节功能，炉膛负压控制调节功能，锅炉送风风量控制调节功能及热风烧嘴和煤气烧嘴控制调节功能，锅炉上位系统实现了画面显示、设备操作、报警、历史趋势记录及报表打印等功能。

2 系统介绍

2.1 燃烧系统

锅炉燃烧介质由高炉煤气及焦炉煤气组成，分三层，每层四路进入锅炉本体混合一定量的热风参与燃烧过程。每个烧嘴处设计有火焰监视器，共12个，用于监视炉膛火焰的持续性及大小，在上层及下层各烧嘴处设计有点火器共8个，每条高炉煤气、焦炉煤气及热风管道上均设计有气动调节阀，通过调节调节阀阀门开度来控制炉膛温度，并在锅炉本体设计有热电偶用于监测炉温。

2.2 汽水系统

锅炉汽水系统流程如下：除氧器高压给水泵省煤器预热锅炉汽包生成不饱和蒸汽i级过热器i级过热器集箱喷水减温器ii级过热器ii级过热器集箱生成饱和的过热蒸汽用户。

2.3 烟风系统

空气由送风机送至空气预热器进行预热成为热风，热风送至烧嘴与煤气混合燃烧，生成高温烟气，烟气由引风机牵引经过过热器、省煤器、预热器至烟囱排放，并将锅炉燃烧产生的不饱和蒸汽加热成高温高压饱和蒸汽。

3 系统配置

锅炉控制系统分为上位和下位两类系统组成，下位控制系统实现了l0级（现场控制设备级）与l1级（基础自动化系统级）间的网络连接，并预留l2级（过程控制计算机系统级），上位控制系统实现现场显示、储存、报警、打印等功能。

4 控制功能

4.1 燃烧控制系统

锅炉燃烧自动调节的基本任务，是使燃料燃烧产生的热量，适应蒸汽负荷的要求，且要保证燃烧经济和锅炉运行安全，为此合理的风煤比才能维持汽包内或出口蒸汽压力在需要的范围内。

4.1.1 对空气和燃料的控制

锅炉用水经省煤器预热后，注入锅炉内，在进水管道内，进行流量、温度、压力测量，送至调节器。在这一调节器中，通过减法器计算出温度差，将前面所测得的流量乘以温差，即可求得进水管道中所注入的水所需的热量。而出口测的热水温度信号送给温度调节电路，温度调节电路将它在与人工设定值水平sp之间进行控制计算，将输出信号作为结果输出，将前面原料加热所需要的热量加到该输出信号中，作为燃料流量的设定值，与燃料流量这一小闭环所检测出此时燃料的流量值，做一差值计算，从而调节燃料控制阀的大小，进而进行热量控制。

4.1.2 燃烧双交叉控制

双交叉燃烧控制是以维持合适的空气、燃烧比值为手段，达到燃烧时始终维持低过剩空气系数，从而保证了较高的燃烧效率，同时也减少了排烟对环境的污染。

双交叉燃烧控制实际上是以炉温调节为主回路，以燃烧流量和空气流量调节并列为副回路的串级调节系统，加上高、低信号选择器组成的带有逻辑功能的比值调节系统。它的主要作用是当炉子负荷变化，以维持炉温在给定值上，而且使燃烧工况始终处于低过剩空气系数的经济合理状况。

4.2 汽包水位控制

锅炉汽包水位控制常用的有位式调节和连续调节两种方式。位式调节是根据汽包水位高、低两个位置进行控制的，适用于蒸汽量小于4t/h的燃气

锅炉。本锅炉采用三冲量水位自动调节系统。汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成。汽包水位信号是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。

4.3 炉膛负压调节

炉膛负压自动控制是通过调节引风机入口风门开度，保持炉膛负压在-20～-10pa的微负压状态，保证锅炉安全燃烧。引风机停止后，其风门执行机构需自动关闭。

4.4 锅炉送风自动控制

送风自动控制的目的是：使锅炉所投入的燃料在炉膛中燃烧时，自动投入合适的风量，以保证锅炉的经济燃烧。通过煤气压力调节送风压力，进而达到最高的锅炉热效率，烟气含氧量作为总风量的修正值，通过调节送风机变频器频率来调节送风压力。

4.5 锅炉过热蒸汽温度自动调节

过热蒸汽温度自动调节的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围之内，并保护过热器使其管壁温度不超过允许的工作温度。锅炉过热蒸汽温度调节采用自制冷凝水喷水减温装置，通过调节减温水调节阀门开度来控制集汽集箱和减温器出口蒸汽温度，保证集汽集箱中蒸汽温度在430～450℃范围内。

4.6 锅炉炉膛安全监控系统

锅炉炉膛安全监控系统（fsss）是锅炉安全运行必不可少的设备，负责燃烧器管理和燃料安全。它能在锅炉启动、停止和正常工作等运行方式下，对锅炉燃烧器的主要参数进行连续监测和管理，通过联锁程序使燃烧设备按照既定的合理程序完成必要的动作以保护锅炉炉膛及燃烧系统的安全。

4.6.1 炉膛吹扫

在任何燃料点火发生以前（冷启动或锅炉燃料跳闸指令发出之后），锅炉吹扫是必须完成的。要开始炉膛吹扫，必须满足和维持下列许可条件：a.风量>30%额定负荷风量；b.系统电源正常；c.汽包水位正常；d.任一送风机运行；e.任一引风机运行；f.火检无火；g.所有燃气阀关闭；h.无锅炉跳闸指令。

当所有的炉膛吹扫许可条件满足后，吹扫允许指示灯亮，按下炉膛吹扫按钮，将开始5分钟吹扫。如果在吹扫过程中有任一个吹扫条件不满足，吹扫自动停止，吹扫中断指示灯亮。如所有吹扫许可条件一直满足，则5分钟后炉膛吹扫完成。一旦吹扫完成后， mft信号复位。

①主燃料跳闸（mft）及首次主燃料跳闸原因指示

当下列任何一个主燃料跳闸条件（严重且紧急的情况）出现，发出的锅炉主燃料跳闸指令， 将所有锅炉燃料切断。在crt监控画上将有首次燃料跳闸原因显示。a.引风机全停；b.送风机全停；c.手动紧急停炉；d.炉膛压力高-高（三取二）；e.炉膛压力低-低（三取二）；f.汽包水位高（三取二）；g.汽包水位低（三取二）；h.全炉膛火焰丧失；i.燃料丧失。

②全炉膛灭火

全炉膛灭火是指给燃气停止供应5s后，且下列条件均满足：a.底层：火检没有火焰（4取3）；b.中层：火检没有火焰（4取3）；c.顶层天然气层：火检没有火焰（3取2）。

③燃气母管快关阀开关控制

在正常点火前，或当mft跳闸继电器复位后，在程控方式、燃气压力正常、所有燃气角快关阀以及角点火快关阀全关闭的前提下，可以开启燃气母管快关阀。在下列条件下，将取消“开燃气母管快关阀”指令，并且自动关闭燃气母管快关阀：a.mft跳闸；b.按下“关”按钮；c.燃气压力低超过5秒且有燃气角快关阀开。

④燃气点火允许条件：a.燃气母管快关阀开到位；b.无mft；c.燃气压力正常；d.燃气角快关阀关位；e.点火快关阀关位；f.火检冷却风压正常。

5 监控功能

该工程上位控制系统通过浙大中控dcs控制软件实现，在画面上可显示锅炉生产设备的温度、压力、流量，历史趋势，报警、完成各阀门、设备的操作，完成煤气、助燃空气的调节阀的操作，各系统的手自动切换、操作。

6 应用效果

通过本系统的成功投运，有效的提高了能源的利用率，保证系统的安全运行，出水温度稳定，升温速度快，调节及时，超调小，波动小。

自动控制论文:试析PLC在天然气调压站自动控制系统中的应用

[摘 要]作为城市供气系统的枢纽，天然气调压站控制系统的工作效率将会直接决定调压站的供气水平。为了有效应对经济发展对天然气的巨大需求量，做好天然气调压站的用气量管控工作，采用自动控制系统成为了天然气调压站发展的必然选择。本文简要介绍了天然气调压站的运行原理，而后重点探讨了plc在天然气调压站自动控制系统设计中的应用情况。

[关键词]天然气调压站；自动控系统；plc；系统设计

1.前言

城市规模的扩大和社会经济发展以及出于环境保护的考虑，大范围推广天然气已经成为了推动城市发展的最佳选择。但是日益复杂的供气方式和用气方式使得天然气调压站如果继续采用传统的管控系统则很难满足现实情况的需要。在天然气调压站中积极应用自动控制系统，能够实现实现天然气调压站控制和调度的自动化、值守的无人化以及供气的安全化，不仅能够缩短应对突发事件的反映事件，而且能够有效减少能源和资金的浪费，最终实现经济效益和管理效益的提升。

2.天然气调压站功能与调压回路自动切换原理分析

2.1 天然气调压站功能简介

天然气调压站是天然气管网监控系统的重要构成部分，除了调压站之外，天然气管网监控系统还包括调度中心计算机管理系统、数据通信网络系统以及区域调压站等。天然气管网监控系统具有高度的集中性和统一性，它能够对处于各个位置的下属功能单元进行分散控制。中高压调压站的功能主要体现在如下几个方面：监控并管理站内的各种智能仪表、工艺设备，向调度控制中心传递各种信息，执行调度控制中心的各种指令。在具体实践中，中高压调压站的工作内容主要包括平衡控制管网负载、依照用户用气情况调节供气量、调节管网远程压力、数据上传、指令执行以及限流等。

2.2 天然气调压站调压回路自动切换原理分析

调压回路自动切换原理，简单而言，就是利用了各个调压器的压力设定差异。具体来讲，如果主回路的工作调压器的压力设定为3.33 mpa，那么，监控调压器的压力设定应该比主回路的工作调压器的压力设定稍微高出一些，一般设定为3.46 mpa，相应地，备用调压回路的工作调压器的压力设定应该比主回路的工作调压器的压力设定稍微低出一些，一般设定为3.25 mpa，即，监控调压器压力设定（3.46 mpa）>主回路工作调压器压力设定（3.33 mpa）>备用调压回路的工作调压器压力设定（3.25 mpa）。

天然气调压站在常规工况之下，压力调节的职责由主回路工作调压器完成，其出口压力被设定为3.33 mpa，主回路的监控调压器则保持着全力开放状态；假设因为某种原因导致主回路工作调压器出现故障，无法正常工作，那么工作调压器会处于全力开放状态，其出口压力被设定将会在短时间内提升至3.46 mpa，压力传感器会感知该压力设定变化并将压力信号传输给监控调压器，此时监控调压器开始对压力调节负责；假设同样因为某种原因导致监控调压器出现故障，也无法正常工作，下游压力将会继续升高，一旦压力提升值超过了主回路切断阀门的压力设定（一般为3.83 mpa），则主回路切断阀门会对供气进行切断处理，而此时的下游用气仍在继续，会逐渐降低主回路的压力设定值，并降至备用调压回路的工作调压器压力设定（3.25 mpa），压力传感器会感知该压力设定变化并将压力信号传输给备用调压回路工作调压器，此时备用调压回路工作调压器开始对压力调节负责。为了确保天然气安全管控的万无一失，备用调压回路工作调压器也配套有监控调压器，如果备用调压回路工作调压器因为故障等原因无法正常工作，则监控调压器也会依照预设程序接手压力调节工作。由此可见，各个调压器的压力设定差异能够使得调压器在故障情况进行自动切换，当然，这需要可靠的控制系统。

3.plc在天然气调压站自动控制系统中的应用

3.1 硬件方面

为了确保天然气调压站能够在经济、可靠、安全的最优条件运行，天然气调压站自动控制系统必须要能够有效担负起实时动态监控、采集、处理调压站各个关键部位参数，并能够及时作出正确决策的使命。我们知道，天然气调压站所涉及的各种控制参数非常之多，例如，电动球阀、切断阀、回讯器、气体泄漏警告、进出口压力差和阀门位置、进出口温度、进

出口压力等等。以上这些数据都需要中心控制系统进行认真地分析和对比，确保数据精准可靠。为此，在plc控制器的选择方面必须要坚持参数修改灵活、使用维护简便、具有较强抗干扰性和执行功能的原则；此外，为了确保系统功能的完善有效，在功能模块的配置方面应该科学合理。总而言之，天然气调压站自动控制系统的硬件构成应该包括如下几个部分：cpu、plc、i/o处理功能模块、电源、执行机构、信号变送设备、液晶触摸屏。

3.2 软件方面

本系统通过对调压站参数进行实时采样，经plc 进行运算处理，来判断系统的状态。当系统处于正常运行状态时，上传并实时显示调压站参数，通过对现场阀门的自动控制实现对天然气出口压力的动态调节，保证了天然气的稳定供应；当系统出现异常时，经声光报警和显示屏字幕闪烁两种方式发出报警信号，并作用于相应的执行机构，实现天然气调压站的自动运行。系统软件设计主要是模拟量的采集处理和与智能总线仪表的通信两大部分。模拟量的采集处理部分包括压力、温度和压差经过变换器输出的电流信号。虽然模拟量输入模块内部自带有模拟量滤波功能和采样数值设置，但是为了使显示值更加稳定，程序设计时使用了算术平均滤波法，以实现对一般随机干扰信号进行滤除。

智能仪表采用 modbus 协议通过双绞线与 plc通信，modbus 是应用于电子控制器上的一种常用协议。控制器能设置为两种传输模式（ascii 或rtu）中的任何一种在标准的 modbus 网络通信。本系统根据仪表的要求，选择了 rtu 方式。通信接口为半双工接口程序的关键是避免在通信端口上同时发送和接收。按照本系统中通信采用的这种编程模式编写自由口通信程序可以有效避免因同时发送和接收造成的通信冲突，从而保证程序的正常运行。

4.结束语

总体而言，先进的天然气调压站自控系统应能实现调压站的合理调度，无人职守，保证安全供气，节约能源与资金，加快紧急事件反应时间，减少不应有的损失，实现现代科技与科学调压的有机结合。实际应用实践经验证实，本文所设计的天然气调压站自控系统不仅具有较高的安全型、稳定性、可靠性、抗干扰性，还具有较高的性价比，提高企业的经济效益和管理水平。

作者简介

刘垂祥，男，江西萍乡，江西省投资燃气有限公司，助理工程师研究方向 从事城市燃气运营与管理

自动控制论文:发电厂自动控制系统(装置)Y2K问题测试探讨

【摘要】　针对发电厂 计算 机自动控制系统(装置)2000年 问题 (y2k问题)，阐述相应的测试 方法 、步骤及分类，认为应根据不同的测试对象，采取不同的测试方法和步骤；无论测试对象如何，一些测试方法是基本的，具有一定的共性。

【关键词】　发电厂　自动控制系统　2000年问题测试

发电厂y2k测试所涉及的对象一般有：(1)计算机自动检测装置或检测系统，包括测量仪器仪表和有关的检定系统等；(2)计算机控制装置或系统，包括plc、单回路/多回路调节器和监控系统；(3)其它计算机自动控制系统(设备)，如分散控制系统(dcs)。对于不同的测试对象，应根据其具体运行情况及相应功能，采取不同的测试方法和步骤，才能最有效地测试不同对象的y2k问题。但无论对象如何，有些测试方法是基本的和共性的。本文从发电厂y2k问题测试方法、步骤、需选时间点段及发电厂y2k问题分类等几方面进行讨论。

1　测试方法

对于发电厂计算机自动控制系统(装置)y2k问题，一方面要测试系统能否顺利跨越2000年，能否识别非法和无效日期，所有日期显示是否正确；另一方面，更要测试系统在2000年前后能否稳定运行，功能是否正常，会不会引起误报警乃至保护误动作等。对于不同测试对象，应有不同的测试方法。

1.1　自动检测仪表

对自动检测仪表进行y2k问题测试，一般最好用离线测试法，即用备品备件外接信号源来对其进行测试，以免在测试过程中产生干扰信号， 影响 整个系统运行。

1.2　plc和控制器

首先应根据该plc或控制器对系统的影响程度，决定进行离线还是在线测试。但有相当一部分plc和控制器可能没有日期和时间设置功能，无法进行直接测试。在这种情况下，应分2 步进行：第一，若该设备有源代码，应对源代码进行 分析 ，确定 应用 软件何处用了时间功能，如定时器等；判断这些时间功能是由实时时钟或系统时钟产生的，还是由计数器或脉冲产生的。若是由实时时钟产生的定时，可能有y2k问题；若是由计数器产生的定时，软件本身应不会有y2k问题。第二，应对该控制器的硬件电路进行分析，确定硬件电路是否有备用电池和实时时钟rtc芯片等。若没有这些芯片，硬件本身应没有y2k问题。如果以上2 步都有明确结论，就可确定该设备是否有y2k问题。

对于类似单回路/多回路调节器的控制器，可直接测试其控制功能是否正常，也即对控制器硬件和应用软件同时进行y2k问题测试。对于由 工业 控制计算机构成的控制器，应首先对工控机本身进行测试，再对应软件(如控制软件等)进行测试。对于plc，先用编程器对plc本身进行测试，再对应用软件进行测试。需注意的是，用编程器修改的是plc本机的日期及其时钟，而非编程器日期。

1.3　监控系统

监控系统由上位机和下位机构成，或由人机接口mmi加plc构成。首先应根据该监控系统对整个系统的影响程度决定是进行离线测试，还是进行在线测试。监控系统的y2k问题测试分2 大部分，即下位机测试和上位机测试。先对下位机进行测试，方法与1.2节所述类似；再对上位机测试，包括上位机本身和应用软件测试；最后，对上位机和下位机同时进行测试，测试系统运行有无异常、功能是否正常。

1.4　dcs系统

dcs是整个发电机组监控的神经中枢。为保证安全，在进行dcs测试前，应确保机组已停运。对于dcs，应首先进行单项测试，再进行系统测试，确保整个dcs不受y2k问题影响。(1)dcs单项测试。先进行单个控制站、工程师站操作站的硬件和操作系统是否存在y2k问题及其严重性，再对工程师站、soe、控制站的各种应用软件及其功能进行测试，如工程师站组态功能是否正常、soe事件记录功能是否正常、控制站的数据采集和控制功能是否正常。(2)dcs系统测试。单项测试后，为确认dcs控制站、操作员站和工程师站等单元间的接口、dcs数据库(包括实时数据库和 历史 数据库)、dcs监控和保护系统等的y2k问题，应进行dcs系统测试。测试前，先找到dcs主时钟，通过修改主时钟时间对dcs进行系统测试，在各个关键时间段上考察dcs功能是否正常。必须进行测试的功能模块有：保护、控制、操作、显示、事件记录、报警、打印、趋势、组态、报表和上载/下载等。

2　测试步骤

为尽可能减少对整个系统运行的 影响 ，保证设备安全，测试前应认真、仔细地做好安全措施，包括现场安全措施、测试设备软件备份和系统设置备份等。(1)测试前，准备好系统启动盘和软件安装盘等；(2)测试　过程中，记录所有测试数据和过程；(3)测试完成后，恢复系统及其设置，包括恢复系统日期和其它设置到测试前状态，如电气、执行机构等。

2.1　测试前

在实施测试前应做好以下工作：(1)确认被测试系统的相关资料和台帐的正确和完整性；(2)验明所有的日期输入、输出、显示和内部时钟；(3)做好被测系统软件和数据备份；(4)记录被测系统的设定参数；(5)测试前排除或记录异常现象；(6)找出被测系统与外部系统的接口参数；(7)编写测试作业指导书或测试规程；(8)开会审核测试作业指导书或测试规程；(9)做好被测系统的现场安全措施。

2.2　测试中

在实施测试时应做好下面工作：(1)严格按测试作业指导书实施测试；(2)遵守测试程序的顺序；(3)准备应急人员以应付意外事故；(4)输入测试数据进行测试；(5)记录所有测试情况和数据。

2.3　测试后

完成测试后应继续做好如下工作：(1)将系统时钟回调到正确的正常时间；(2)在测试前，如被测系统与外部系统断开，则恢复系统连接；(3)删除所有测试文件，并将系统恢复至测试前状态；(4)重新启动被测系统，观察系统运行是否正常；(5)准备支持任何测试后的生产启动；(6)保证可用于审核和复阅的详细测试结果。

3　需要选择的日期

无论发电厂y2k 问题 的测试对象如何，以下日期是必须测试的：(1)特殊日期测试。以往软件设计时，常把99/9/9作为特殊日期标志。在这种系统中，若输入99/9/9，系统功能可能会发生异常，甚至不能执行系统功能。因此，必须测试1999/9/9。(2)世纪跨越测试。对于世纪跨越1999-12-312000-1-1，这是必须测试的日期。这时，要判断系统能否正确跨越世纪、系统正常运行且现有功能是否不变和系统在21世纪时能否正常处理日期数据。(3)闰年测试。在设计软件时因未考虑到2000年是闰年，因此若需处理与日期相关的功能时，系统可能会出现异常，导致不能正常处理日期数据。所以2000-2-282000-2-29，2000-2-292000-3-1是必须测试的日期。(4)人为设置日期测试。系统应承认有效的日期测试，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；系统应拒绝(无效)的日期测试，包括：2000-2-30，2001-2-29，2004-2-30，0000-00-00。(5)其它日期测试。如2000-12-312001-1-1，2010-1-1，2038-1-1等。以上日期，对于任何对象都应测试，且为更全面地测试对象的y2k问题，还应根据具体情况考虑其它日期测试。

4　问题分类

根据北仑发电厂(1999/1/25～2/3)和嘉兴发电厂(1999/2/16～2/26)的 计算 机自动控制系统(装置)y2k问题测试情况，y2k问题对发电厂计算机自动控制系统(装置)的影响可归结为以下4个方面。

4.1　没有实时时钟芯片或时钟功能的控制系统(装置)

这部分设备虽然属于计算机或单片机控制器，但因没有实时时钟芯片或时钟功能，设备中没有日期和实时时钟，因此不存在y2k问题。如小汽轮机控制器505、rotork电动头、pmc轴封控制器和dfs火检等。

4.2　“y2k ready”的自动控制系统(装置)

“y2k ready”是指在通电或断电状态下，系统(装置)的时钟存在y2k问题，但系统功能不受影响，能照常运行。如：(1)不能顺利跨越2000年，需要通过人工设置到2000年，但系统功能不受影响，可正常运行。如在世纪跨越时，年份变为1900，因有些操作系统最早年份为1980年，因此系统显示1980年，需人工设置为2000年，如新华deh使用的工控机、西门子dcs编程器pg750、soe等。(2)无法识别或拒绝非法日期的设备，但不影响其功能，如某电厂的质量流量计，接受了2001年2月29日。(3)闰年问题。某电厂的废水系统plc，2000年2月28～29日测试，实测现象为3月1日，但系统运行正常。(4)日期显示问题。某电厂2号灰控plc，2000年2月28～29日测试，实测现象为2月28日，即时间变化，日期不变，但系统功能正常，运行稳定且无异常。

4.3　“y2k ok”的自动控制系统(设备)

“y2k ok”是指在通电或断电状态下，系统(设备)时钟不存在y2k问题，且系统功能正常，运行无异常。这类设备有：某电厂的网控闭锁装置、电除尘中央管理机及炉内加药系统等。

4.4　“y2k not ok”的自动控制系统(设备)

“y2k not ok”是指在通电或断电状态下，系统(设备)时钟存在y2k问题，且系统功能不正常，运行异常，如某电厂的硅表。

5　结束语

通过y2k问题的测试，一方面可掌握发电厂自动控制系统(装置)y2k问题的严重程度；另一方面可借此制定y2k问题的解决方案及各种应急措施，具有重要意义。所提出的测试 方法 、步骤、选择的时间段和分类等几方面问题，可供发电厂同行 参考 ，希望共同对此问题进行深入、细致地探讨，为保障机组安全、 经济 运行，顺利跨入21世纪打下良好基础。

自动控制论文:井下排水PLC自动控制系统的研究

[摘要]井下自动控制排水系统在开采的过程和水资源的利用方面具有重要的意义，plc可编程控制系统技术在自动控制中具有广泛的应用，本文以煤矿井下作业为例，从影响井下排水自动控制系统的稳定的主要因素出发，提出了抗干扰的措施，阐述plc技术在井下排水自动控制的设计原理。

[关键词]自动控制 排水 plc

在煤矿生产过程中，地下水流入巷道或工作面，形成矿井水。矿井水的形成一般是由于巷道揭露和采空区塌陷波及到水源所致，水源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水和采空区水。采矿活动造成采动区域及其周边区域水文地质系统和单元隔水构造的破坏，改变了水径流方向和途径，最终在采空区或采动场所汇集，并在汇集过程中因物化作用与时间效应遭受污染的，交替性差的水体。

一、井下排水的重要性

在煤矿的原煤开采中，我国平均每年将有20～40亿立方米的地下水被抽排到地面且绝大部分被排放掉。但是，煤矿生产抽排的地下水是在煤炭开采过程中才被污染的，而并非本身就是污染严重的水。所以，在我国水资源不足的环境中，这些水被浪费掉实在是有点可惜，如果在水质较好的地方，对井下水进行适当的处理，就完全可以达到 工业 和生活用水标准。另外，井下水对矿井的危害很大，在发生的煤矿安全事故中，以瓦斯爆炸和水灾害最为频繁和严重。如果矿井水排放不畅，水在井下放任自流，将势必造成水灾，更严重的造成设备财产损失，人员伤亡，矿井坍塌等灾难性的后果。

我国在优化排水方案、改造排水设备及巷道合理布置方面也做了大量的研究，但是，监测技术和手段还处在摸索阶段。随着煤矿安全问题的要求的提高，井下水的检控要求也随之提高。目前井下水的排放主要的人工管理的方式，具有低效率、高劳动量，且容易造成高劳动量的弊端。因此，采用自动控制系统具有重要的意义。

二、plc井下排水自动控制系统

1. plc井下排水自动控制系统的技术

可编程控制器(plc)，是一种数字运算操作的 电子 系统，向用户的“ 自然 语言”编程，使不熟悉 计算 机的人也能方便地使用。plc是通过在存储器中的程序实现控制功能，且同一台plc还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求，具有很大的灵活性和通用性。plc的输入、输出电路一般用光电祸合器来传递信号，有效地抑制了外部干扰源对plc的影响，具有可靠性高、抗干扰性强的特点。此外，plc的i/o接口可直接与控制现场的用户设备联接。

2.影响plc控制系统稳定的干扰因素

plc作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置。因为其本身的高可靠性，它的应用场合越来越广，环境越来越复杂，所受到的干扰也越来越多。在plc控制系统中，就plc本身来说，其薄弱环节在i/o端口。来自电源波形的畸变、现场设备所产生的电磁干扰、接地电阻的祸合、输入元件触点的抖动等各种形式的干扰，都可能使系统不能正常工作。研究影响plc控制系统的干扰因素，对于提高plc控制系统的抗干扰能力和可靠性具有重要作用。

对plc的干扰的产生过程主要有三个因素组成：(1)电源引入的干扰。雷电冲击、开关操作、大型电力设备启停等，都有可能会影响系统的正常运行，造成plc系统故障。(2)i/o信号线引入的干扰。在使用plc组成控制系统时，要连接大小设备和各种通信线路，这样就有可能会发生各种个样的电磁干扰环境，影响plc系统的运行。(3)接地线引入的干扰。若接地线处理混乱或是电线上的电位分布不等，则会电路的正常运行，有可能在成数据换乱，信号失真。

3.plc控制系统的抗干扰措施

对plc的干扰的产生过程主要有三个因素组成，相应地对抑制所有电磁干扰的方法也从这三个要素着手解决。(1)最大限度地抑制干扰源。电源系统的抗干扰措施是为了抑制电网电压的波动及畸变对系统电源产生的干扰，可采用使用隔离变压器或者使用低通滤波器的措施来解决。另外，也可以使用交流稳压电源来增大抗干扰能力或使用在线式不间断供电源(ups)来作为plc控制系统的理想电源。(2)阻隔祸合通道或衰减干扰信号。输入端有感性负载时，在交流信号输入负载两端并联rc浪涌吸收器或压敏电阻rv；在直流信号负载两端并联续流二极管vd或压敏电阻rv或稳压二极管vx或rc浪涌吸收器等。在使用多芯信号电缆时，要避免i/o线和其它控制线共用同一电缆。(3)降低系统本身对电磁噪声的灵敏度，提高自身抗干扰能力。

三、plc井下排水自动控制系统的设计原理分析

在plc井下排水自动控制系统的开发中，为了更好地实现自动控制，应该注重以下几点：

(1)需要开发电器控制系统，用plc(可编程逻辑控制器)控制系统代替传统继电器控制系统。

(2)在开发plc控制系统的同时，还要选择可靠的控制器及附属电气元件，以更好地适应井下环境。在符合矿用设备的安全标准的同时，还要在设计和开发时能充分考虑和利用井下的条件，使控制简便可行。

(3)在设计的同时要从实际出发，根据排水控制的要求，进行plc硬件和软件的设计，以达到自动轮换工作，使水泵房工作更加高效节能的目标。

(4)还可以把感应式数字水位传感器用于煤泥水水位的测量，在开发中使用新型的电量监测模块对水泵电机的电源输入进行监测，并建立plc与该模块之间的通信，可以使plc根据各个水泵电机的电量监测数据判断它们的运行状态，做到有故障及时发现及时处理。

可编程控制器本身就有很完善的可靠性设计，具有很强的抗干扰性能。但是， 工业 控制是一个很特殊的领域，稍有不慎，就有可能造成极大的 经济 损失，甚至人员伤亡。所以还应该从整个系统的角度进行可靠性设计，以更加有效的保障工业控制的安全。

四、结论

井下排水技术在煤矿的开采中的重要性和井下水资源的缺乏利用以及人工控制井下排水系统的种种弊端决定了井下排水自动控制系统研究的重要性。基于可编程控制技术的煤矿井下排水自动控制系统是利用当前优秀的工业控制技术精心研究与开发而成的，它具有许多传统控制系统无法比拟的优点，plc控制系统得到了广泛的应用和具有广大的 发展 前景，但是plc系统在井下排水自动控制系统中的应用还存在着一些问题需要，这需要我们做进一步的研究和实践，并最终解决问题。

自动控制论文:浅析分散控制系统在热电厂自动控制上的应用

摘要：分散控制系统(dcs) 是计算机技术和自动化技术相结合发展的结果。本文结合新沪热电厂新建三炉两机采用分散控制系统(dcs) 实现自动控制的工程实践, 介绍dcs 系统特点和功能, 并根据dcs 系统的运行情况,结合实际维护进行简单阐述。

关键词：dcs 系统 日常维护 热工控制

一、硬件维护

1.过程通道。i /o 模块故障的一般判断与处理是通过系统诊断, 用更换模块的方法处理。至于其内部元件老化等内部因素造成的模块不正常, 一般热控人员不好判断。原则上i /o模块的检修应由厂家处理,目前我厂的热工检修人员的技术水平还达不到这种水平, 不能象检修常规仪表那样得心应手。并且现在的仪表厂家的技术保密也不容许客户知道他们的核心技术, i /o 模块基本趋于一体化设计, 因此i /o 模块的备件一定要充足。具了解这种i /o模块的故障大多出现在调试和运行初期, 其原因有设备本身质量不过关, 也有维护人员素质差等。一般经过一个大修周期后会稳定下来。

2.就地设备。就地设备故障的诊断与处理同常规的故障没有区别, 只是一次元件或控制设备出现故障时不能被操作员及时发现, 这并不一定是运行人员不认真, 主要是因为画面较多不能全部显示。只有异常或报警后才能发现。这样对检修人员和运行人员的素质要求就相应提高, 因此运行人员要详细介绍故障前后的状态便于热工人员快速、准确地处理缺陷。热工人员应了解热力设备的原理, 结合运行人员提供的情况分析处理故障点。dcs 系统的模块大多都支持热插拔, 但这并不意味着可以随便插拔, 在操作时必须做好安全防护措施。

3.操作员站死机。无论是哪种dcs 系统, 操作员站死机都是会出现的, 其原因比较多也比较复杂。硬盘或卡件故障, 冷却风扇工作异常等都可能引起操作员站死机。有时也会发生人为操作员站死机现象, 一般在修改控制逻辑、下装软件、重启设备时, 最易发生操作故障, 轻则设备异常, 重则造成设备停运。因此热控人员在工程师站、操作员站操作中要引起高度重视, 防止人为操作故障的发生。

4.鼠标及键盘操作不正常。多数操作都是由鼠标操作完成的, 鼠标的消耗是很大的, 因此备用鼠标必须是专门备用的, 不能随便替换。当发现鼠标操作不正常时应进行一次重新起动计算机, 如仍不正常, 要立刻停止操作该鼠标, 及时通知维护人员检修, 以防止出现误操作。键盘操作不正常大多是数据线出现问题, 可相应处理。

5.电源。现在的dcs 系统电源故障不多, 但在运行初期较多, 比如保险配置不合理等。在运行中也可能出现备用电源不能自动投入, 电源插座接触不良等现象。因此不能保证插座非常可靠的情况下, 最好采用端子排。长期运行后有可能会出现空气开关整定值变化, 因此应定期校验空气开关。

三炉两机的dcs 系统, 其操作员站, 电源配电柜通过专用的电源冗余切换装置供电; 对于服务器, 由于它在系统运行中的重要地位, 所以互为冗余运行的两台服务器分别由ups 和厂用电供电;对i /o控制站, 是将ups 电源和厂用电分别送给互为冗余的两个电源模块, 经过冗余电源输出的24vdc/48vdc供给主控单元或i /o模块使用。实际应用中, 如果现场系统没有配备电源柜或不能提供双路电源, 为了保证dcs 系统的安全稳定运行, 应至少提供一路ups 电源。另外,dcs系统电源应当单独由供电电源段引来, 不应再为其它高负载设备供电, 尤其不能为大的感性负载供电。

6.干扰问题。对于干扰主要是接地问题, 备用电源的切换和大功率的无线电设备如手机, 对讲机等, 还有来自dcs 系统自身的干扰信号。对于dcs 系统的接地,dcs 系统厂家要求非常严格, 也相应的引起了重视。dcs 系统接地是为了保证当进入dcs 系统的信号、供电电源或dcs系统设备本身出现问题时, 有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。还能够为i /o信号提供屏蔽, 消除电子噪声干扰, 防止设备外壳带电或静电积累, 以免对人的触电伤害和设备的损坏。据了解,dcs 系统的“死机”, 大多是因为系统接地不良存在问题所引起的。因此完善、可靠、正确的接地, 是dcs 系统能够安全、稳定运行的关键。

7.人为因素。人为因素引起的保护误动大多是由于热工人员走错间隔、看错端子排接线、错强制或漏强制信号、万用表使用不当等误操作等引起。

二、维护管理

dcs 的维护管理包括系统的巡检, 保护的投退, 软、硬件的监督管理。

1.应用软件应及时备份, 极小的改动可做记录; 如修改数据库除应同时保存在工程师站, 还要有其他备份盘。

2.软件检查与功能试验, 要试验全部软件的功能并检查各级权限。规范dcs 系统软件和应用软件的管理, 软件的修改、更新、升级必须履行审批授权及责任人制度。在修改、更新、升级软件前,应对软件进行备份。未经测试确认的各种软件严禁下载到已运行的dcs 系统中使用, 必须建立有针对性的dcs 系统防病毒措施。

3.热工保护的投退应严格执行工作票制度。检修某一运行设备时, 要采取正确隔离措施, 以防发生相关设备的联锁反应。这就要求热工人员了解dcs 的控制逻辑。

4.当部分操作员站出现故障时, 由可用操作员站继续承担机组监控任务( 此时应停止重大操作),同时迅速排除故障, 若故障无法排除,则应根据当时运行状况酌情处理。当全部操作员站出现故障时,应立即停炉。

5.调节回路控制器或相应电源故障时, 应将自动切至手动维持运行, 同时迅速处理系统故障,并根据处理情况采取相应措施。加强对dcs 系统的监视检查, 特别是发现cpu、网络、电源等故障时, 应及时通知运行人员并迅速做好相应对策。

6.温度、湿度、灰尘及振动对热控电子设备有很大影响, 所以控制电子间的环境条件, 可以延长热控设备的使用寿命, 提高系统工作的可靠性。就地设备工作环境普遍十分恶劣, 提高和改善就地设备的工作环境条件, 对提高整个系统的可靠性有着十分重要的作用。做好设备检修管理, 及时发现设备隐患, 使设备处于良好的工作状态。做好日常维护和试验。停机时, 对保护系统检修彻底检修、检查, 并进行严格的保护试验。尽量采用技术成熟、可靠的热控元件。随着热控自动化程度的提高, 对热控元件的可靠性要求也越来越高, 所以,采用技术成熟、可靠的热控元件对提高dcs 系统整体的可靠性有着十分重要的作用, 根据热控自动化的要求, 热控设备的投资也在不断地增加, 切不可为了节省投资而“因小失大”。在合理投资的情况下, 一定要选用品质、运行业绩较好的就地热控设备。以提高dcs 系统的整体可靠性和保护系统的可靠性、安全性。

自动控制论文:一种简单实用的水位自动控制系统设计

摘要：本文介绍一种简单实用的水箱水位自动控制系统的基本组成及工作原理，通过对该系统组装测试，达到预期效果，正式应用于乡镇供水系统中。实践证明，该水位控制系统设计方案合理，运行效果好，具有低成本、高使用价值的优点。

关键词：水位 自动控制系统

0 引言

近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的 发展 和人民生活水平的提高，满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品，控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用plc和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等，运行可靠，可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区，特别是居住相对分散的 农村 地区，供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点，设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。

1 水箱水位自动控制系统的组成

针对偏远农村分散居住，取水不方便（包括从水井取水）的特点，考虑到农民生活消费水平不高，设计的供水系统必须是既方便农民的生活，又 经济 实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成。

由图中可知，水位自动控制系统电路主要由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是一台抽水水泵，由220v交流电源电压供电。控制电路由包括整流、滤波、稳压电路、感应电路及限流限压电路组成。

2 水箱水位自动控制系统的设备

水位自动控制系统的设备只需选用价格低廉、安全可靠的设备。

由设备表可知，所有的设备都是简单而常用的小型设备，价格低廉，控制和维护简单易于掌握，对远离城市的偏远地区非常适用。传统的水位控制系统通常使用传感器进行上、下限控制，以保证水位在上、下限之间。此设计中只用三根导线来代替传感器放置在上、下限水位之间，利用水的导电特性完成上、下限水位的自动控制，节省了购买传感器的费用，也不必考虑传感器的故障，进一步降低成本，提高系统的可靠性。

常见的生活用水供应系统工作形式是由外来补充水源（一次水源）向一个高位水塔和一个低位水池补水，再由高位水塔和低位水池（二次水源）向各用户供水。此设计主要考虑针对家庭供水系统（或者某些单独取用水之处），因此只需用（储）水箱而非水塔供水。系统供水是由水箱直接供应，不用考虑由位置高度所形成的压力来进行供水，不用气压供水，不必在屋顶上设置水箱，也不用单独建筑水塔，仅在厨房或需用水的地方放置一足够大的（储）水箱即可满足供水要求。

3 水箱水位自动控制系统的控制原理

该水箱水位自动控制系统结构简单，控制原理如下：系统上电后，交流电源经整流、滤波、稳压后，由电位器调节获得12v直流工作电压。当水箱水位低于下限时，接触器线圈失电，其常闭触头使水泵接通工作，抽水到水箱中；当水位上升到上限时，接触器线圈得电，常闭触头断开，常开触头闭合，水泵停止抽水。

v1、v2用来保护lm317输出端电压为安全电压，使其免受短路电流的影响；v3用来保护三极管，同时避免触电事故的发生。水位的上、下限可通过调整三根导线的位置设定。

4 测试应用

该设计经安装调试，结合实验室给排水系统进行测试，效果良好。正式应用于某乡镇几个家庭的日常用水装置中已将近两年，至今未发生故障。该系统在运行期间稳定性高，完全符合预先规定的标准，只需将控制电路稳压输出调整在10v-12v之间，可投入使用。可用交流变压器供电，也可以用直流供电。

5 结束语

设计的水箱水位控制系统因价格便宜，结构简单，使用方便，不易发生故障，可用于要求不高的给排水系统中，特别适用于城镇及偏远山区取水装置。

自动控制论文:智能型住宅自动控制与管理系统应用研究

随着计算机技术、现代通信技术、自动控制技术的迅速发展，智能化建筑在世界应运而生。智能小区在智能化大楼基础上扩展和延伸出来的，人们通过对小区建筑群的四个基本要素（结构、系统、服务、管理）进行优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的人居环境。为适应我国加快住宅建设发展，增强住宅建设的科技含量的要求，我国 在继“解困”、“安居”工程后，又加大了小康工程的力度。“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”作为国家重大科技产业项目??“2000年小康城乡科技产业工程”的专题，就是这一背景下提出的。

“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”是哈尔滨工业大学（原哈尔滨建筑大学）承接的项目，由哈尔滨工业大学和北京德达数据系统有限责任公司合作开发。该项目采用lonworks技术开发研究并在住宅示范小区工程中试运行。1、对住宅居住环境（湿度、湿度）及设备进行监控；2、住户三表（水表、电表、煤气表）远传；3、住户三防（防火、防灾、防盗）；4、厨房设备监控；5、卫生间排风控制。这些功能用lon总线一节点实施，即每一住户为一lon节点，然后再用??服务器管理各个用户的节点构成lon总线系统。该项研究已在北京翌景嘉园示范小区通过试运行，下面对其自评估如下：

一、攻关的任务、考核目标及主要技术指标：

经过论证，我们在专题合同中将各种指标定位在：

本专题的攻关任务：研究智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统，该系统包括两项任务，其一是开发家用管理软件，其二是开发家庭智能控制装置，实现对居室温度、湿度进行自动调节；对厨房用具进行时序控制；对卫生间的排风进行控制。而家用电脑管理软件要对家庭设施进行管理并提供若干家政服务程序。

本专题的考核目标：提供具有居室空调、厨房监控、卫生间自动排风功能的微机控管装置一套；提供家用电脑管理软件一套；住宅温、湿度等参数应满足智能住宅规定标准；在示范工程中应用该项成果。

本专题的技术经济指标：温度、湿度等主要被控参数应满足智能小康住宅标准（温度18℃～28℃，湿度30％～70％）；系统运行可靠。

在进行该项专题的进一步研究的过程中，结合当前先进技术的发展以及我国智能住宅发展状况，在原有的合同的基础上，我们对家庭智能控制器又增加了三表远传、安防等功能。

二、专题执行情况评价

本专题按两个部分实施，即家庭智能控制器和家用电脑管理软件的研究：

1、家庭智能控制器

（1）功能

本专题所开发的家庭智能控制器即智能节点具有4路模拟输入，12路数字输入，12路数字输出，其所实现的功能如下：

通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较：当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。温度控制达到智能小康住宅规定标准：18～28℃。

通过对室内湿度监测，得到实际湿度与设定湿度比较：当实际温度高于设定温度一定值时，关加湿器；当实际湿度低于设定湿度一定值时，开加湿器。湿度控制达到智能小康住宅规定标准：30～70 ％。

对三表实行脉冲计数，并发送到上位机。

当门磁或红外报警时，在设防状态下，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

玻璃破碎报警时，声光报警启动；在设防状态下，自动拨号器启动：有报警信号传到上位机。

紧急按钮报警时，自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

排风扇按钮控制排风扇，排风扇运行一段时间自动关闭。

烟感探头报警时，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位，此外，通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。

煤气泄漏报警时，排风扇启动，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

探头复位输入控制火灾探头掉电复位及开启煤气闭阀器。

通过上位机运作，可以控制厨房设备按一定时序启动。

温度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。

湿度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。

与本专题预期目标相比，我们在设备监控的基础上，增加了安防功能，三表远传功能；我们经过认真研究，考虑研发产品的应用和推广，我们单片机来完成这些功能，而是采用了先进的现场总线??lon总线。

（2）应用的lonworks技术特点

本专题采用了lonworks技术进行开发，该技术有如下特点：

开放性：网络协议开放，对用户平等；

通信媒介的多样性：可采用任何媒介进行通信，如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，并且同一网络可以有多种通信媒介；

互操作性：其通信协议lontalk是符合iso定义的osi 模型，任何制造商的产品都可以实现互操作性；

网络拓扑：有星型、总线型、环型以及自由型；

网络结构：主从式、对等式或客户/服务式结构；

通信的每帧有效字数可从0至228个字节；

通信速率可达1.25mb/s，此时有效距离为130m；78kb/s的双绞线，直线通信距离可达2700m；

其技术核心器件??neuron芯片内部装有三个8位微处理器、34种i/o对象和定时器以及lontalk通信协议等。该芯片具有通信和控制功能。

近年来，该技术在国内外的智能建筑领域都得到了应用和发展，其开发工具平台强大，开发者在短期内就可以完成开发工作；在韩国、日本、澳大利亚、加拿大等国都已经利用该技术完成多项工程；并且，总体来看，该技术适用于

同时，也应将节能的概念引入智能住宅中。在本专题中，我们对卫生间排风采取实时控制，使其在满足室内排风要求的同时做到节省电能；我们通过对室内温度的设定，在不同季节内对空调或供暖设备进行控制，使其在一定的条件下工作，当达到预期要求时，立刻停止工作，进而达到节能的目的。

模数转换通信匹配问题：在本专题中，我们利用max186芯片对采样的温湿度信号进行模数转换。max186芯片具有12位精度，其与lonworks技术的neurowire方式进行通信需要匹配，本专题解决了这个问题。

本专题所开发出来的家庭智能控制器比较成熟，可作为产品投入市场，并且，该家庭智能控制器已经在北京翌景嘉园使用。与目前国内同类产品相比，其性能价格比是最优的（具体情况见效益分析）。

2、家用电脑管理软件

家用电脑管理软件是在delphi5.2平台上开发而成，其功能、设计特点如下：

（1）功能

提供家庭生活服务信息。主要有：医疗保健知识、家庭菜肴、点心制作方法及饮食科学知识、女性美容装饰常识、花鸟鱼种值饲养方法、旅游知识、保险知识及家庭生活中的一些常用信息等。

提供家庭事物管理手段。这部分主要内容有：家庭财务、亲友通讯录、个人档案管理。

该软件通过网卡直接对家庭设施进行管理：三表计费、设备状态显示、厨房设备时序控制、温湿度设定。

（2）软件特点：

是软、硬件技术成功结合的典范：考虑到“小康住宅”的特点，将计算机硬件、软件技术相结合，通过lon 控制模块成功地实现了对住宅内的环境监测及设备监控。

实用性强：在本软件中，我们以科学实用为原则，从医学、美食、旅游、保险、美容装饰、花鸟鱼种植饲养、财务管理、通信录管理等方面为用户提供了及其丰富的生活服务信息，以便为用户的工作、学习提供更多的方便。

易学易用：在软件开发过程中，我们在不影响功能及生动性的前提下，尽量使界面简洁、直观，并具有逻辑性，从而使得用户容易掌握软件的思路及操作方法。

三、成果应用前景及效益分析

建筑业是国家的支柱产业，住宅建设占总房产建设投资的80％左右，国家十分关注住宅建设，继“解困”、“安居”工程后，又努力实施“小康”工程。为了加大“小康”工程力度，国家把“2000年小康城乡科技产业工程”列为国家重大科技产业项目。可见，投身于住宅小区智能化以及相关产品的研发，既有利于推动建筑业的发展，又能带来可观的经济效益和社会效益。

1、国内智能小区市场预测

随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等高新技术的延伸，智能建筑应运而生。智能小区是智能大厦的基本含义中扩展出来的。以1999年为例，国家在99年对住宅的投资1700～1800亿元人民币，根据建设部对小区初、中、高三个等级的划分，小区智能化为住宅小区总投资的1％～3％。以此比例计算，则仅99年度对小区智能化的需求就达17～54亿元人民币，而随着住房体制改革的不断深入及人们对住宅环境要求的不断提高，该数值还会将大幅度提高。由此可见，小区智能化市场前景广阔。

2、本专题的实用性及前瞻性

“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”作为2000年小康城乡科技产业工程“的一个专题，该项研究应用lonworks技术开发并在住宅示范小区工程中试运行。该家庭智能控制器具有很强的灵活必一，根据用户需要，可以进行灵活配置，例如：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留同端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气气输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。总之，该家庭智能控制器即适合现在智能住宅的要求，也会在一定程度上满足将来发展的需要。

我们开发的家庭智能控制器再加上各种传感器构成的控制系统，其价格为4000元左右，即每个住户用于智能化投资在4000元左右，与当前国家制定普及型智能住宅价格（5000元）相比，相对价位下降20％；而从长远来看，随着人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各类相关器件价格的下调，大多数用户对智能化的投资是可以接受的，并且其所带来的各种效益是无法估量的。

4、本专题的社会效益

本专题是以小康住宅智能化宗旨，旨在为人们提供舒适、安全、健康的环境。这一方面提高了人们生活水平，另一方面也为人们的高效率快节奏提供了条件。

智能住宅设施的自动控制和管理，既需要相关行业的支持，也促进相关行业的发展。智能住宅建设的兴起，将使许多相关企业投入建筑市场，又为许多人提供了就业机会。

此外，对于生产智能控制器的厂商来说，他们在推广应用这项成果中，将会获得可观的经济效益。

四、专题调协的科学性和合理性的后评估

本专题设置的科学性和合理性可从以下几方面反映出来：

1、专题在智能小区的地位

智能小区在智能化大楼的基础上扩展和延伸出来，人们通过对小区建筑群的四个基本要素（结构、系统、服务、管理）进行优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的人居环境。从以上的定义可以看出，人们通常提出的智能大厦的3a（建筑设备自动化 、办公自动化、通信自动化）或5a（在“3a”的基础上加上安防自动化和防火自动化）也适合智能小区，所以智能小区的“智能”很大一部分都体现在其自动化的程度。此次国家制定的该课题与以往课相比，其对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（厨房设备的自动化以及模拟量的引入随着人民生活的提高也将会被人们接受）。总之，本专题对智能小区“智能”的研究，在智能小区的整体研究中起着相当重要的作用。

2、未来市场走向

笔者认为，建筑业是国家的支柱产业，住宅建设将占房产建设投资的80％左右，其中对智能小区投资占总房产建设投资的8～24％，在这种背景下，国家将会进一步加大对智能化建筑的投资。由于智能小区的概念是近几年才形成的，单个功能或系统如抄表、报警功能在一些住宅小区中已经有些应用，但是还没有哪个厂家能够推出从总体上设计和规划成熟的智能小区网络化综合管理系统，目前的市场还处于群龙无首阶段。此时，国内市场急需一种性能价格比较高的智能化产品，这时研究智能型住宅家庭设施控制和管理系统将有更重要的意义。

3、用户需求

随着生活水平的提高，一方面，人们对住宅的追求不仅仅局限于外表的装饰，人们对住宅的智能已经有了初步的认识；另一方面，在一些发达的城市中已经出现智能小区并为人们所接受。此时研究本专题开发出适合人们要求的智能化产品也具有很重要的意义。

4、科技含量

可以说智能小区是随着计算机技术、通信技术、自动控制等的发展而提出和发展起来的。智能小区的“智能”也可理解成为其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小区智能化的水平。

本专题所采用的lonworks技术是最近几年内流行的先进的现场总线技术，运用该项技术研究本专题并开发出基于该技术的产品，将更有利于该产品的推广，并且随着lonwork技术本身的改进和提高，智能化产品也利于更新换代。

总之，“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题的完成，一方面，为家庭设施智能化的可行性提供了依据；另一方面，也为制定家庭设施智能化规范提供了参考。并且，本专题开发出来的成果正在转换成产品，这进一步证明了专题设置的科学性和合理性。

自动控制论文:斜井架空乘人装置的自动控制

【摘 要】现有斜井架空乘人装置大都没有设置紧急停车装置,利用本系统可实现煤矿斜井架空乘人装置正常停车、自动停车、紧急停车功能的全自动控制,从而保证煤矿斜井架空乘人装置的安全运行。

【关键词】斜井架空乘人装置 自动控制 工作原理

一、问题的提出

斜井架空乘人装置主要由机头驱动装置、机尾拉紧装置、牵引钢丝绳、乘人吊座、托轮装置组成,俗称猴车。

为了保证猴车的安全运行,2001年版《煤矿安全规程》中第368条规定:架空乘人装置的驱动装置必须有制动器;在其下人地点的前方,必须设有能自动停车的安全装置。全国各煤矿的猴车大部分都有制动器;对于自动停车装置,到目前为止,仍有相当一部分没有设置;而对于紧急停车装置,由于《煤矿安全规程》没有要求,其在猴车上的应用就很少了。因而研制具备正常停车、自动停车、紧急停车功能的猴车自动控制系统很有必要。

二、硬件选择

1.制动器

制动器是实现正常停车、自动停车和紧急停车的前提,制动器选择是否合理是关系到猴车能否安全运行的主要因素。制动器有手动制动器、电气制动器、电磁铁制动器等。

(1)手动制动器,发生事故时不能及时停车,造成挤伤乘人的事故不止一次发生。因此,不应采用手动制动器。

(2)电气制动器。当猴车断电停车时,取自矿用防爆照明变压器的127v交流电,经半波整流输送到电动机两相绕组中,实现电气制动。这种做法在正常情况下可采用,但全矿井下突然停电情况下,电气制动就不会起到制动作用,这时猴车吊座就会在重力作用下向下加速运行,越来越快,从而造成乘坐人员的混乱。在混乱中乘坐人员就会慌不择路,匆忙下车,因而就难免受到伤害。这正是电气制动的致命缺陷。

(3)电磁铁制动器。电磁铁制动器具有很高的可靠性。当电磁铁有电时,制动闸松开制动轮,从而使电动机运行;当电磁铁断电时,制动闸抱紧制动轮,从而进行制动。由于猴车运行速度很低(《煤矿安全规程》规定:架空乘人装置的速度不得超过1.2m/s),即使猴车突然停车,也不会造成事故,因此没有必要控制制动速度与制动距离。

电磁铁取自猴车的电源。当猴车开车时,电磁铁迅速打开,电动机运行;当猴车停车时,电动机停止运行,同时电磁铁断电,进行制动。如遇矿井下突然停电,电磁铁由于断电同样可以安全制动。某矿井下采用电磁铁制动器多年,至今运行状态良好。

2.自动停车装置

自动停车装置,有多种控制形式。根据所选用的传感器的不同,所形成的控制电路也不同,相关的机械部件也不同。

(1)由永久磁钢和干簧管组成的传感器。以永久磁钢和干簧管组成传感器,形成控制电路,分别布置于斜井坡头、坡底的上车、下车地点,从而实现了无人乘坐自动停车、在下车地点人未下车自动停车的功能。

(2)红外线传感器。由于红外线传感器没有电接点,因此其具有灵敏、可靠、使用寿命长的特点。红外线传感器布置于斜井坡头、坡底的下人地点的前方。利用红外线传感器,可以设计出符合要求的控制电路,形成独特的自动停车装置。

3.紧急停车装置

猴车在运行过程中发生事故怎么办?这就需要紧急停车装置。根据实际情况,可在斜井的左侧和右侧各设置一条控制用钢丝绳,也可在上行与下行钢丝绳的中间仅设置一条控制用钢丝绳,高度以乘坐人员伸手能抓住为标准。钢丝绳每100m分成一段,在每段中间可设置几处钢丝绳滑轮。每段与其它部分截开,每段一端用弹簧拉紧,并有一常开电接点。在巷道内设置与控制电路相连的多芯电缆,多芯电缆与这些接点相连。当发生紧急情况时,乘坐人员可及时拉这些钢丝绳,使接点闭合,从而实现紧急停车。

4. 计算 机

计算机是实现自动控制的核心。从性能价格比考虑采用intel公司的mcs-51系列的8031单片机。该机有以下特点:具有功能很强的8位中央处理单元(cpu);片内有时钟发生电路(6mhz或12mhz),每执行一条指令时间为2μs或lμs;片内具有128字节ram;具有21个特殊寄存器;可扩展64k字节的外部数据存储器和64k字节的外部程序存储器;具有4个i/o口,32根i/o线;具有2个16位定时器/计数器;具有5个中断源,配备2个中断优选级;具有一个全双功串行接口;具有位寻址能力,适用逻辑运算。这种芯片集成度高、功能强,只需增加少量器件就可以构成一个完整的微机系统。

由8031单片机组成的自动控制系统硬件结构框图如图1所示。

三、软件设计

软件采用汇编语言设计,模块化结构。软件主要由初始化模块、显示模块、数据采集模块、程序监控器复位程序、中断服务程序、数据处理及数字滤波等通用子程序组成。系统软件工作流程如图2所示。

四、工作原理

系统在工作时, 计算 机不断在检测开车信号、自动停车信号、紧急停车信号。

本系统在斜井坡头、坡底的上人地点,设有开车信号按钮。在上车地点前10m处设置一传感器,当乘坐人员通过时,发出电信号。此信号做为开车信号处理。如此设置是为了防止在猴车运行过程中,有人忘记按开车按钮,坐至坡中间而停车现象的发生。人员在乘车地点上车前,按下开车信号按钮。此信号传到计算机进行处理,指令执行机构动作,猴车开动,同时计算机进行延时处理,当延时完成后,计算机发出指令,猴车停车。延时时间的长短以大于乘人单程运行时间10-20s为宜。

在猴车运行时,如果在下人地点有人未下来.设置于下车地点前方的传感器发出信号,经计算机处理,指令猴车停车。当此信号消失后,如果行车延时还未完成,则猴车继续运行。

在猴车运行过程中,如果有紧急停车信号,则计算机指令猴车停车,并发出警报。在此种情况下,开车信号不再起作用,只有等有关人员查明原因,进行处理,对计算机进行复位后,系统才能重新开始工作。

五、结束语

利用本系统可实现煤矿斜井架空乘人装置全自动控制。较人员操纵系统具有以下特点:安全系数高,减少了设备的无效运行时间,从而减少了设备机械磨损,减少了事故发生的概率,又节约了人员与电能,降低了生产成本。因而,采用自动控制系统是一举多得的事情。

自动控制论文:浅谈对PLC自动控制系统可靠性的认识

摘要：对plc自动控制系统可靠性问题进行7较深入研究，提出了提高系统可靠性运行的方法。实践证明这些方法的采用对提高系统的可靠性是行之有效的。

关键词：可靠性；plc自动控制系统；研究

引言

可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在 工业 控制领域得到越来越广泛应用。

工业年月机作为中央控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面，实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询 历史 事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。中央控制单元和下位机plc之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。下位机选用plc控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台plc进行控制，ple之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。由于plc对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活，因此越来越受到人们重视。

一　控制系统可靠性降低的主要原因

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给plc的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，plc输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成无法挽同的 经济 损失。

(一)影响现场输入给plc信号出错的主要原因有：

1　造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害)，当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给plc，造成控制出错。

2　点抖动，现场触点虽然只闭合一次，plc却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于plc扫描周期太短，仍可能在计数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。

3　现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。

(二)影响执行机构出错的主要原因有：

1　控制负载的接触不能可靠动作，虽然plc发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。

2　控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作。

3　各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按plc的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则plc应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。

二　设计完善的故障报警系统

在自动控制系统的设计中应设计3级故障显示报警系统，1级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备运行有故障时指示灯以1hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位／灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁， 历史 事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。

三　输入信号可靠性研究

要提高现场输入给plc信号的可靠性，首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。

在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ms，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可对现场模拟信号连续采样3次，采样间隔由a／d转换速度和该模拟信号变化速率决定。3次采样数据分别存放在数据寄存器dtio、dtii、dtl2中，当最后1次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器dto中。

提高读入plc现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给plc的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护，当开关动作时发出信号给plc，这个信号是否真实可靠，在程序设计时应将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在极限位置，说明该信号是真实的：如果液位计读数不在极限位置，判断可能是液位极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。

四　执行机构可靠性研究

当现场的信号准确地输入给plc后，plc执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障?可采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸台，停止时接触器是否可靠释放，这是最让人关心的。

当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给plc，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。

结论

在许多油田的自动控制系统设计中采用了以上方法，经过几年的运行，证明这些方法的采用对提高系统可靠性运行是行之有效的。