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自动控制论文:分析微波高温的自动控制系统设计
摘 要:本文从微波加热的基础理论出发,使用TLC2543温度采集芯片,设计了微波高温自动控制完整系统。该系统完成了所有软硬件设计,并实现了单片机与PC机的通信软硬件调试。实验表明,该系统简单可行,并实现了温度曲线的实时显示与控制。
关键词:微波高温温度采集自动控制
微波高温加热技术是通过使用微波能量将加热物体加热到400℃以上并对加热物体进行烧结或者热处理的一类技术,与传统加热技术相比较,其不同之处在于,微波直接对加热物体或物体本身整体进行加热,有传统加热所不具备的优点,因此有着很好的应用前景。
1、微波高温系统设计
本文介绍的微波高温系统由以AT89C52单片机为核心的主控与运算模块、温度采集模块、功率控制模块、串行通信模块以及人机接口模块组成的。其组成框图如图1所示。
其中,AT89C52作为控制的核心部件,是整个系统指令的执行部件。主要负责采集温度传感器传送过来的温度数据,根据操作用户的信息来控制输出功率.同时通过串行通讯方式,把系统参数传递给上位机。微波功率源是由微波电子管、环行器和功率监视器组成;温度采集模块作用是通过温度传感器实时检测被加热材料的温度;人机接口模块包括按键输入和LCD显示,其中按键输入是操作人员输入控制参数的接口,LCD用来显示被加热材料的温度和系统当前状态;功率控制模块是用来控制磁控管的输出功率的大小;通信模块利用了AT89C52内部提供的全双工异步串行口。
2、硬件电路设计
2.1 温度采集模块
该系统的温度采集模块是以AT89C52为核心,由红外测温仪采集的温度数据经过低通滤波器滤除噪声后进入TLC2543的AIN0通道进行A/D转换,转换后的温度数值同时在液晶上显示,图2。
其中TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程,是具有11个模拟输入通道的串行A/D转换器,具有简化比率转换刻度和逻辑电路、模拟电路,以及隔离电源噪声等特点,能满足大多数高精度多通道数据采集的要求。
2.2 功率控制模块
功率控制模块在系统中主要实现对加热材料温度变化的快速控制,避免热失控。因为在微波加热的过程中,材料的介电损耗是变化的,当温度到达某一值时,材料的介电损耗会急剧升高。本系统中微波功率控制主要采用调节相位角的方式,即通过改变交流电压正负半周的导通角来控制功率大小。
2.3 串行通信模块
本系统中的通讯模块主要是利用单片机的串口通讯功能把温度传感器检测到的加热材料的温度数据实时的传给上位机,其中单片机与上位机可以通过串行通讯端口RS-232进行信号转换,图3。
2.4 人机接口模块
人机接口模块包括按键输入和液晶显示两个部分。其中键盘主要实现输入加热材料的参数、系统的启动和停止、系统时间的设定等功能。由于系统端口资源紧张,所以通过P2口扩展了74LSl38,以总线驱动器HC244和地址锁存器HC373组合的方式设计键盘,可以控制多达64个按键。液晶显示部分采用日本SEIKOEPSON公司出品的液晶显示控制器SEDl330作为控制芯片,可以在微波高温加热过程中显示输入的加热材料的参数以及系统的工作状态。
3、软件设计
本系统中,数据采集程序用汇编语言编写,单片机是测温系统的数据采集端,它主要完成对测温传感器温度数据的读取、存储以及同上位机的中断通讯,由上位机对接收到的数据进行处理。其中主程序、串行通讯中断模块分别如图4、图5所示。
4、结语
本文运用微波加热理论、计算机接口技术、数据采集和处理等理论完成了微波高温自动控制系统的设计。在经过硬件接口和软件程序的调试后,证明该系统具有较好的实用性和应用前景。
自动控制论文:造纸配浆自动控制系统的设计与实现
导读:纸浆配浆采用绝干量比例控制方式,自治浆池和废纸浆池的纸浆以一定的绝干量配比打入成浆池充分混合,同时送往造纸车间的成浆的浓度需要控制在工艺给定要求范围内。控制程序采用自行开发的组态软件DDCRun进行设计,显示操作程序使用VisualC++6.0开发,接口程序利用WinDriver进行开发。在本系统中,控制程序采用软件组态方式实现
。
关键词:纸浆,软件组态,动态链接库,DDCRun
0.引言
随着造纸机车速的提高和设备的更新,原来的配浆箱方式配浆已逐步被管道配浆方式替代,而在管道配浆方式中,采用的三种配浆方式包括流量给定控制方式,比率自动控制方式和绝干量配比自动控制方式。配比自动控制方式按参与配浆的绝干纤维量来计算和控制各种浆的配比,具有配浆效果好,浆种配比稳定等优点。
1.配浆自动控制系统总体设计
纸浆配浆采用绝干量比例控制方式,自治浆池和废纸浆池的纸浆以一定的绝干量配比打入成浆池充分混合,同时送往造纸车间的成浆的浓度需要控制在工艺给定要求范围内。为了保障生产的正常运行,防止成浆池缺浆和满浆,在控制废纸浆和自制浆的绝干量配比同时,需要控制废纸浆和自制浆的浓度和成浆池的液位。
2.配浆自动控制系统的硬件设计
2.1 硬件结构
2.1.1浓度的检测与控制
浓度计采用武汉宇通仪表有限公司的DBNZ-1200型的动刀式纸浆浓度变送器,电动调节阀选用上海中泰自动化仪表厂的ZAZC型电动调节阀。
2.1.2流量的检测与控制
流量计采用上海光华仪表厂的LDG-150S型的电磁流量计,检测精度为0.5%,长时间测量累计误差小于1%。伺服放大器采用上海自动化仪表十一厂的ZPE-2010型伺服放大器,变频器采用日本富士通公司的5000G11S/P11S变频器。
2.2 硬件抗干扰技术
在此主要采用那RC滤波抗干扰技术。我们选用了光电隔离的多功能HY-6040A/D板,该板使用三总线隔离的形式,使其抗干扰能力大大增强。在此基础上,我们在810接口板上设计了RC滤波电路。对于变化速度很慢的直流信号,在仪表输入端加入滤波电路可使混杂于信号的干扰衰减至最小,这样我们就有效的提高了系统的硬件抗干扰能力。参考网。
3.配浆自动控制系统的控制策略
本配浆控制系统控制部分可分为绝干量配比控制;废纸浆和自制浆浓度控制;成浆池液位的控制及联锁控制,各控制部分具有耦合作用。
绝干量配比的控制较为复杂,废纸浆、自制浆的浓度、流量变化等都会对配比控制产生干扰,同时配比控制时又要考虑到节省能耗。通过对配比的分析,对配比中比重占较大的自制浆,我们将自制浆泵满负荷运行,而让废浆泵根据给定的配比,采用带有延迟环节的增量PID控制算法控制。
废纸浆和自制浆的浓度的控制,由于两者相互不影响,且受其他影响较少,我们分别通过控制相应电动阀的开度来控制加水量,从而控制纸浆的浓度。参考网。采用较为典型的闭环控制策略,控制算法采用增量式PID控制。
纸浆液位的控制,纸浆液位的控制是本控制系统的一个难点,由于搅拌器的动作及液位本身的不稳定,给液位控制带来了困难。参考网。我们采用了带联锁的液位宽限开关控制策略:
3.1 以成浆池液位为主控制对象,设立成浆池液位高低限开关,成浆池液位高于高限开关时,自动关闭废浆池泵和自制浆池泵;如果成浆池液位低于低限开关时,根据自制浆池和废浆池液位要求,确定是否启动废浆池泵和自制浆池泵控制。
3.2 考虑到液位的波动,在对采集的液位数据进行平均滤波的同时,对限位开关值设立宽限,宽限值的大小通过实际试验确定。当液位波动值小于宽限值时,则不动作;只有当液位变化值大于宽限值时才进行相关动作。
3.3 考虑到废浆池与自制浆池的联锁要求,启动废浆池泵和自制浆池泵时必须满足:废浆池和自制浆池的液位必须同时都大于设定的下限值。同时,浓度控制电动阀也产生联锁动作。
4. 配浆自动控制系统的软件设计
在本控制系统中,软件必须安全,可移植性和可扩展性好,参数修改方便,调试简单。本系统软件分为:控制程序,显示操作程序,数据采集程序。各个部分分别开发,并通过DLL结合成一个有机整体。
控制程序采用自行开发的组态软件DDCRun进行设计,显示操作程序使用Visual C++6.0开发,接口程序利用WinDriver进行开发。系统软件的各个组成部分通过DDL实现连接。
4.1 数据采集程序
WinDriver可用于各种接口程序的开发,在本系统中,我们 采用它开发系统的数据采集程序的接口,我们首先使用驱动程序开发工具Windriver创建基于PCI/ISA的设备驱动程序,在此基础上,我们就可以在Visual C++中利用上述工具产生的硬件操作函数编写相应的数据采集程序。同时我们把数据采集程序做成DLL形式,DDCRun控制程序通过调用它实现控制程序和系统硬件的接口。 4.2 控制程序
在本系统中,控制程序采用软件组态方式实现。具有大大缩短开发周期,减轻调试复杂性,方便控制程序修改,系统易于维护等优点。
DDCRun控制组态软件是我们自行开发设计的模块化的控制组态软件,它的各个模块是以DLL的形式存在的。首先编写好控制程序需要的各个功能模块DLL:增量式PID,加减运算,限幅运算,绝干量统计,条件开关,平均滤波等;然后将各个模块添加到DDCRun;便可以根据控制策略进行组态设计,设置控制参数和相应硬件接口板卡的地址。
控制程序通过调用WinDriver生成的数据采集程序与硬件直接联接;与此同时,在显示操作程序中,通过调用DDCRun提供的接口函数,实现对控制程序各个控制模块的输入输出读写和控制参数的修改。
在系统调试过程中,我们只须通过软件修改控制算法的参数即可达到预定的控制目标。
4.3 显示操作程序
显示操作程序是本系统必须的组成部分,具有以下特点:界面简单直观,用户操作方便,运行稳定,满足人体工学要求,采用面向对象的编程语言Visual C++6.0设计。根据要求功能模块分为[主界面]、[流量浓度曲线]、[液位曲线]、[报警显示] 、[参数设置]、[统计报表]、[关于系统]、[退出系统]、[密码保护]等九个模块。
为了方便历史数据的查询和以后网络化的需要,我们将所有有关数据保存在关系数据库SQL Server中,通过ADO对象对数据库中的数据进行操作。
ADO是面向对象的OLE DB,它继承了OLE DB技术的优点,并且对OLE接口作了封装,定义ADO对象,使应用程序的开发得到了简化。ADO技术属于数据库访问的高层接口,其主要优点是易于使用、内存支出少和磁盘遗迹小。与DAO和RDO类似,ADO也是一种基于对象的集合 .
主界面 主要实现重要参数的显示,纸浆动态显示功能以及启动和停止自动控制的功能。主要参数包括:废纸浆池的液位.浓度.电动水阀开度和变频泵的电流信号大小;成浆池的液位,浓度和两个抽浆泵的纸浆浓度和流量,自制浆池和废纸浆池的液位,浓度,电动水阀开度和变频泵的电流信号大小。同时,主画面上的水流动态显示,使得系统状态更加直观。
流量浓度曲线、液位曲线、报警显示、参数设置、统计报表、密码保护 实现系统密码保护、修改等功能。
5.结束语
与手工配浆相比,成浆的纤维配比更加稳定,系统控制精度高,提供了配浆的质量与效率;与此同时减轻 了工人的劳动强度。
自动控制论文:试析自动控制系统
自动控制系统在现代化生产的各个领域越来越普及,作用也不断加大,文章介绍了现代化自动控制系统的基本概念,控制方式和整个系统的组成元件。
关键词:自动控制系统控制方式组成
1、自控系统的基本概念
1.1 自动控制的重要性
(1)自动控制技术水平的高低,标志着一个国家工业和科技先进与否。
(2)高水平的自动控制技术对一个国家的工业、国防和科学起着至关重要的作用。
(3)自动控制原的基本思想和基本方法可以用于各个领域。
(4)每个工程技术人员和高级管理人员必须具备自动控制原理的知识。
1.2 控制的定义
控制主要是指给一个运动过程施加约束,使运动过程按指定的路径,向期望的方向发展。自动控制的定义:是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
2、自动控制系统基本控制方式
自动控制系统是指为自动达到某一目的,由相互制约的各个部分按一定规律组织成的、具有一定功能的整体。自动控制系统的组成主要包括控制器、被控对象、反馈环节、给定装置等。而自动控制系统基本控制方式主要有开环控制、闭环控制和复合控制三种。
2.1 开环控制如图1所示
其特点是在控制器和被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈作用,简单、控制精度低。
2.2 闭环控制如图2所示
闭环系统自动把输出量反送到输入端并与输入量进行比较,得到偏差信号,偏差越大,控制力度也越大。迫使输出量向输入量靠近。 故控制精度高。反馈是指将检测出来的输出量送回到系统的输入端,并与输入量进行比较的过程。负反馈主要是指偏差量=输入量-反馈量。负反馈的自动调节原理可简单总结为输出量反馈量偏差量控制量输出量反之,也一样。总之,能自动减小偏差,恒定输出。
2.3 闭环控制的特点包括以下两个方面
(1)自动检测偏差,不断调整控制量,克服前向通道上的各种干扰,控制精度高,稳定性好。
(2)对反馈通道上的干扰不能克服,对反馈设备要求高,价格贵,系统结构复杂。
2.4 复合控制如图3所示
该图为干扰补偿的开环控制和按偏差的闭环控制相结合,复合控制的效果也比单一的反馈控制或者单一的开环控制的效果都好。
3、自动控制系统的组成
图4为一个简单控制系统实例,主要包括:
给定环节——用于产生输入到控制系统的指令信号。指令信号通常称为输入量或给定量,常用r来表示。
比较环节——用于将给定量与反馈量进行比较,比较环节的输出量等于两输入量的代数和。箭头上的符号表示输入在此相加或相减。给定量与反馈量的差值,称为偏差,常用e来表示。
控制器——接受偏差信号,通过转换与运算,产生控制量u,以改善系统的性能。控制量常用u来表示。
中间环节—— 它的作用是将控制信号进行变换、功率放大等,以便对被控对象进行控制。达到纠正偏差的目的。
被控对象G——它是要求实现自动控制的设备。它接受控制量并输出被控制量。系统输出量常用c来表示。不希望的、影响系统输出的信号,称为扰动,常用n来表示。
反馈环节——将输出量转换为主反馈信号的装置,主反馈是与输出成正比或成某种函数关系,但量纲与参考输入相同的信号,用b来表示。
随着的自动控制系统在各行业应用的不断加深,自动控制系统开发与应用企业也面临着更高挑战。这就要求自动控制开发企业必须加大对相关人才培养与引进,通过人才战略提高自身的市场竞争力,提高对应用自动控制系统客户的售后服务,保障自动控制系统的精准性,为该技术的应用发展打下坚实的基础。
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棗“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，然后再用棗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。
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棗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；
其技术核心器件棗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，该技术适用于中国，而且还在无线扩频等方面有继续加强的潜力，能在家庭智能系统上有更大的突破。
（3）解决的技术关键
功能集成：在目前智能住宅产品中，实现单一功能（如抄表、安防）的产品很多，本装置将三表收费、三防、厨房设备监控、室内环境监测、卫生间排风扇控制等功能集成在一起，真正实现了功能集成。
采用了Lonworks技术：Lonworks 技术作为先进的总线技术，在本专题得以采用，将会更有利于家庭智能控制装置的推广。
模拟量的引入：从长远来看，将模拟量引入智能住宅将是必然，而目前国内几乎没有智能住宅产品将其引入，本装置将模拟量引入，也体现装置的前瞻性。
软件编程语言采用Neuron C语言，利用该语言事件驱动任务的特点，增强了装置的实时性。
本装置可灵活组态：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出端口，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表输入，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。
与目前系统集成商所提出智能小区方案相比，本专题将家用电脑引入家庭智能控制系统来管理家庭设施。
住宅节能：我们认为，智能住宅在提供给人们安全、舒适的环境的同时，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。
五、经费决算和经费使用评价
国家科委为“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题攻关拨款10万元，于1999年9月拨款到哈尔滨建筑大学，课题组将其分成两个子项实施，即智能家庭控制装置和家用电脑管理软件，经过一年多的研发，现已完成。其经费使用情况如下：
收入
支出
科目实际数（万元）科目金额（万元）单位自筹2仪器设备费1.5国家拨款10材料费0.5 加工费0.5 试验费1.0 管理费3.0 劳务费2.0 软硬件费1.0 调研费1.5 其他1.0合计12合计122、经费使用评价
本专题的研究采用LONWORK技术，并要求在示范小区试运，这样做可保障技术的先进性和成果的推广。但应用该技术必须在其开发平台上完成，我们没有（国内仅少数单位具有）开发工具，该开发系统由美国ECHLON公司专卖，价值二十万元。其次选择示范小区，也要花费相当数量的费用。面对这两项主要开销，国家科委下拨的十万元是明显不足的。为了解决经费的不足，我们采取如下措施：
（1）将该专题分成两个子项，即智能住宅家庭控制装置和家用电脑管理软件。其中智能住宅家庭控制装置由于采用LONWORKS技术，我们决定采用合作开发的办法，而家用电脑管理软件采用自主开发，经费分项使用。
（2）选择北京德达数据系统有限责任公司作为合作伙伴，主要原因是该公司作为国内智能建筑领域起步最早的企业之一，其在智能建筑科研、设计、安装颇具实力，并且还备有开发技术产品的成套设备。与该公司合作，他们可提供开发设备和安装调试条件，我们出技术、人力，这样做就不需购买专题开发用的设备，也就节省了这笔大的开销。
（3）确定北京翌景嘉园示范小区作为试运点，该智能住宅小区是北京德达数据系统有限责任公司承接工程，其中有该公司科研、开发、实验样板间，利用该样板间提供的条件（其中包括智能住宅的多种传感器），可以节省现场安装调试所需的硬件费用。
（4）本着节省的原则办事情，由于合作单位、示范小区均在北京，而我们在哈尔滨，两地的差旅费将要占科研经费的三分之一，我们利用北京德达数据系统有限责任公司提供给校方人员的食宿条件以及按每次出差要集中高效办事的原则，使差旅费的花销仅用原计划的一半。
由于利用以上一些措施，使得该项目实际用费基本与国家科委拨款持平。
六、存在的问题
目前，国内没有一个完整的智能小区规范，这为定位智能住宅的功能带来一定难度，本专题对家庭智能控制装置的功能是结合我国智能小区现状及各种技术资料定位的，并且对每个家庭所配置节点数还有待进一步研究。
在本专题中，由于目前厨房设备的种类和数量的不可预测性，我们仅定义了两个厨房设备，并对其进行一定的时序控制，对厨房设备数量及实时监控还需深入探讨；家庭智能控制装置对设备控制只局限于开关控制，对设备的进一步控制有待于进一步研究。
现在智能家电已被一些厂家生产，各种智能家电产品的标准因厂家的不同而不同，并且国家没有固定的标准，这为将来将其集成在家庭智能控制系统中带来一定的难度。
此外，由于家庭智能控制器所采用的各种元器件大部分是国外产品，无形中增加了成本价格。
自动控制论文:浅析分散控制系统在热电厂自动控制上应用
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、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。因此不能保障插座非常的情况下, 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, 为了保障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。
自动控制论文: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、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。因此不能保障插座非常的情况下, 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, 为了保障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 系统接地是为了保障当进入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、、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、的热控元件。随着热控自动化程度的提高, 对热控元件的性要求也越来越高, 所以,采用技术成熟、的热控元件对提高DCS 系统整体的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 系统的整体性和保护系统的性、安全性。
自动控制论文:现代化大厦的楼宇自动控制
楼宇自动控制系统 （BAS Building Automation System），简称为楼控系统，又称为建筑设备自动化系统，是建筑智能的重要组成部分，将对整座建筑的空调系统、新风机组、制冷机组、冷却塔、风机盘管、水箱水位、照明回路等系统进行信号采集和控制，实现大厦设备管理自动化，起到集中管理、分散控制、节约能耗的作用。
1、工程概况沈阳房地产交易中心位于沈阳市中心地带，总建筑面积53000m2，总投资为6.2亿元，楼宇自动控制投资为312万元。大厦地上19层，地下2层。其中，地下两层为停车场，地上1-9层为房地产交易市场，10-19层为高级写字间。是一座对办公环境要求较高的现代化建筑。
2、需要控制的机电设备统计
（1）空调机组，共23台，分布于1-10层、17层、18层和地下1层。采用组合式空调机，室内回风与新风混合，经过滤器过滤，加热（或冷却）、加湿后送入室内；
（2）新风机组，共22台，分布于9~19层，将新风经过滤器过滤，加热（或冷却）、加湿后送人室内；
（3）送风机组，共8台，分布于地下1层和地下2层，夏天送自然风，冬天送热风，将新风经过滤器，加热（仅限于冬天）后送人室内
（4）冷冻／冷却水系统：冷冻站系统共有4台冷水机组、4台冷却泵、4台冷冻泵、1个分水器、1个集水器位于地下2层，还有4台冷却水塔（每台有三个风机）位于楼顶屋面；
（5）换热站：在地下2层，有2台平板式换热器，两台空调热水循环泵；
（6）给排水：有一个生活水池、6台生活水泵位于地下2层，11个积水坑（每个积水坑有两个污水泵，一用一备），分布于地下1层和地下2层；
（7）热风幕：共36台热风幕，分布于地下1层、地上1层和3层；
（8）照明：照明分为楼内照明和泛光照明，楼内照明控制84个回路，泛光照明控制20回路；
（9）变配电：变电所在地下1层，共有4台变压器。需要监测每台参数；
（10）风机盘管：共有362个风机盘管，分布于9~19层；（11）排风机：共有16台排风机，分布于地下1层和地下2层。
3、楼宇自控工程实施我们选择西门子的顶峰产品来完成沈阳房地产交易中心的楼宇控制工作，购置了2台MBC、28台MEC、22台DPU及若干模块和前端设备。其中MBC和模块分别用于冷站和变电所，每台MEC用来控制两台自主机组。DPU用来控制排污泵、照明回路、排风机等。前端设备分别用于空调机、新风机、冷／热站、积水坑等处，为了便于对各种设备的集中管理，我们在楼宇控制中心安装了1台康柏电脑、1台LQl600KⅢ打印机。
按有关标准和规定完成布线和设备安装I作以后，就可以实施对各种设备的监控了。下面分别说明各种设备的监控情况。
3.1 空调机组当空调机组工作时，控制程序将利用风道温度和 湿度传感器cPM65采集的回风温度和湿度与设定的温度和湿度进行比较，利用先进的比例积分微分（PID）算法闭环调节盘管供水阀门的开度（按冬季模式和夏季模式分别调节）和加湿器。由于算法先进，可使振荡最小，并保持精密的控制，始终使室内的温度和湿度接近于设定值。因为室外新风温度在大多数情况下都与设定值相差较多，无论升温还是降温，都要消耗能量：为此，我们根据空气质量检测的结果，由程序自行调节新风阀的开度，既可保障室内空气质量，又可避免能量的浪费。在春秋过渡季节，因无需温度调节，可将新风阀全开，以获得尽可能多的新鲜的空气。通过网络和软件，可以实现在中央控制室对各空调机组进行控制和管理。还可以将各空调机组的风机运行状态、风机故障报警、过滤阻塞报警、盘管低温报警等传到中央控制室的控制主机上，一旦有报警发生，程序将使现场控制器做出关机和开水阀等保护动作，以免设备受损。
3.2 新风机组因为新风机组和送风机组无回风，所以风道温度和湿度传感器GFM65安装在送风管道上。对新风机组和送风机组来说，只要机组工作，新风阀就得全开，不需要调节，所以选用开关式风阀驱动器。因为进来的都是新风，所以不用监测空气质量。其它情况与空调机组相同。
3.3 送风机组送风机组工作情况与新风机组大体相同。区别只有两点：其一，送风机是为地下车库送新风的，不需要调节湿度；其二，送风机组在发生火灾事故时必须启动，当消防系统启动送风机时，新风阀必须随之全开。为此，我们使用控制风机启／停的主接触器的辅助触点的开／闭来控制新风阀的开／关。
3.4 冷冻与冷却水系统冷冻／冷却水系统由冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、分水器、集水器和冷冻机组等组成。要监控的数据点数量多、类型复杂。我们利用一台MEC-40、若干模块、若干前端设备加上我们在Insigh基础上开发的软件完成这些设备的监控工作。具体控制情况如下：冷冻／冷却水系统由软件控制，严格按规定的顺序和时间间隔启／停各种设备，我们的控制顺序如下：开机：开冷却水阀门—开冷却塔风机—开冷却水泵—开冷冻水阀门—开冷冻水循环泵—开冷冻机组。
关机：关冷冻机组—关冷冻水循环泵—关冷冻水阀门—关冷却塔风机—关冷却水泵—关冷却水阀门。
冷冻机组运行时，随时检测冷冻／冷却水的水流状态，一旦有冷冻或冷却水停止流动，立即停止冷冻机组运行，以免结冰，造成冷冻机组损坏的严重后果。我们的程序不但可以控制每台冷冻机组的启／停，而且还可以使整个冷站达到低能耗，达到低的主机折旧率。在管道的适当位置设置温度传感器，以测量空调水供／回水温度，根据程序或管理的日程安排自动开关冷冻机组；根据管理的要求自动切换4台机组的运行次序，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组运行，使每台机组运行时间基本相等，以延长机组使用寿命。自动监测各关键设备的运行状态，故障报警，并按照实际情况自动启动备用设备；根据总管水流量及供／回温度，计算系统总负荷来控制空调机组的运行台数。当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。
我们在分水器和集水器之间安装了旁通调节阀，并在供／回水管路上分别安装了压力传感器，根据冷冻机组供／回水压力差来调节冷冻水旁通阀开度。确保冷冻水系统供水压力稳定。
我们在冷却水的供／回水总管之间安装了旁通调节阀，通过调整冷却塔风机运行台数和冷却水供／回水旁通阀开度，使冷却水供／回水温度保持在设定的范围内。
补水泵的启停也是由程序控制的。监测膨胀水箱水位，当水位降到低启动补水泵，当水位上升到标准水位时停补水泵。在实现自动控制的同时，在中央控制计算机上显示膨胀水箱的水位和补水泵的运行状态，并可做到超低水位报警。
3.5 热换站热换站与冷冻系统共用一个MBC-40.我们在管路的适当位置安装了温度传感器和热水调节阀。监测热换器二次侧的供水温度，程序将此温度和设定值进行比较，采用比例积分微分算法闭环调节换热器一次侧的供水流量。在保障供热要求的情况下，尽可能地节约能量。
3.6 给排水用水位开关监测生活水池的水位，根据设定的高低水位控制供水阀的开／关。水位降到低水位时开阀，升到高水位时关阀，并做到超低水位（水池将无水）和超高水位（水将溢出）报警。 根据供水管路的压力，控制供水泵的启停，监测供水泵的运行状态，故障时报警。用水位开关监测各积水坑的水位高／低，当达到高水位时启动排污泵，当水位下降到低位时停泵。每个积水坑中有两个排污泵，程序每次都选择累计运行时间少的泵运行，以确保设备使用均衡。为防止因排污泵等故障，造成污水溢出，我们监测了超限报警水位，当达到此水位时，系统将报警，以便工作人员及时处理。
3.7 热风幕沈阳房地产交易中心大厦采用的是电热幕，这种电热幕要求电热器关闭后，风扇要继续工作2-3min，以免余热散发不出来，造成损坏。厂家提供的电热幕有两个按键，分别控制电热器和风扇，可在现场手动操作。 楼控系统若想控制热风幕有两种方法：其一是用控制器分别控制电热器和风扇。从技术上讲很容易，但要增加一倍的控制点，而控制器的价格又很高，每增加一个控制点，将增加一千元左右的投资，建设方难以接受。另一种方法是将热风幕的供电回路分为主回路和辅助回路，主回路为电热器供电，辅助回路为风扇供电。重新设计一套控制回路，使主回路一接通，辅助回路随之立即接通，而当主回路继开时，辅助回路延迟一段时间才断开。这样做既达到了控制要求，也节省了投资，所以我们选择了这种方法。仅此一项，就为沈阳房地产交易中心节省了近四万元。在楼控中心计算机上，程序首先采集环境温度，当环境温度低于设定值（我们定为IOC）时，根据预先设定的时间表控制每台热风幕的启停，并显示热风幕的工作状态。当有特殊情况时，在现场和楼控计算机上都可对热风幕进行手动启停。
3.8 照明我们利用MBC、DPU、计算机和软件配合，对每一回路按预先设定的时间表进行控制。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可对每一路灯进行手动开／关。对公共走廊和泛光照明也实现了光控制。即：当该处较亮时不开灯。每一路灯的状态可在计算机上显示，并可累计开灯时间。为防止突然灯灭，我们用数字输出点的常闭触点控制灯回路。
3.9 变配电我们监测了全部4台变压器的输出功率、功率因数、用电量和次级回路每相电压、电流，并可按时间累计这些数值。当出现过压、欠压、过流等异常情况时报警。所监测的各项参数均可在楼控计算机上显示。
3.10 风机盘管由于风机盘管在空调系统中只起微调作用，各个房间对温度的要求也不统一，很难集中控制。而且，可通讯的风机盘管控制器的价格是普通型的数倍（362个风机盘管控制器将增加相当多的投资），从性能价格比来看，至少在现阶段，采用连网集中管理分散控制风机盘管的方式意义不大。所以我们在风机盘管所在房间安装了手动风机盘管控制器，由各房间人员自行调节。但考虑到节能，我们将这些风机盘管分为4组，每组由计算机来控制其电源和水阀，避免楼内无人时还有许多风机盘管开着造成浪费。
3.11 排风机这些排风机平时用作排风，火灾时用作排烟。为了便于设备的集中管理，我们在不影响消防系统的情况下，对每台排风机进行启停控制，使其按一定的时间间隔定时启／停。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可让每台风机进行手动启／停。计算机上可对每台风机的运行状态和故障状态进行监视，累计运行时间。
4、楼宇自控中央管理计算机楼控中央控制计算机上安装了楼控管理软件，我们在此软件基础上进行了二次开发，使其和各控制器实现通讯，完成对各控制器的管理。各种机电设备都是在现场控制器MBC、MEC的程序控制下工作的，但必要时，在楼控中央控制计算机上可以随时改变任意设备的启停状态。在屏幕上可以实现三维图像显示每台设备的系统图，如：冷水机组、水泵、空调机组等。现场控制器随时与楼控中央控制计算机交换数据，楼控中央控制计算机可显示所有测量点如温度、流量、压力、压差等动态趋势图，可监视各设备的工作状态和故障报警。一旦有报警发生，现场控制器将做好保护动作，计算机发出声音，同时在屏幕上显示出报警位置和性质，以提醒工作人员及时处理。可打印输出自动记录及空调系统负荷，并可根据管理部门要求以不同时段累计负荷情况并打印。
5、所取得的效果与同等规模，不采用楼宇自动化控制的大厦相比
（1）可节约电能30%以上；
（2）可节约60%人力；
（3）延长设备使用寿命；
（4）可以更充分地满足用户需求。
自动控制论文:流动电流混凝投药自动控制系统与新型除污染复合药联合应用研究
摘要：本文从生产应用的角度进行了高锰酸钾复合药剂与流动电流混凝投药自动控制系统联合使用的研究，论述了二者联合使用的可行性和有效性，为实现受污染水体净化处理中混凝剂投加的自动化提供了一种新型有效的控制方法。
关键词：流动电流 混凝投药 除污染 复合药剂
0. 前言
近年来，随着流动电流混凝投药自动控制系统在全国范围内的广泛应用，所遇到的原水水质条件也越来越复杂，其中有许多水体都受到不同程度的污染[1]，检测出多种有机物，其中有些是EPA规定的优先检出物，对人体有致癌、致突变、致歧性的危害。同时，随着原水水体中污染物数量和种类的增加，水中有机物对混凝投药自动控制的影响越来越被重视。水中有机物的增加，使水体中的各项平衡被打破，朝着胶体稳定性增加的方向发展。许多研究者都得出相同的结论，水中有机物的增加，使达到相同混凝效果时所需混凝剂的耗费量增加，水处理成本上升，也就是说水中有机物浓度越高越不利于混凝。
1. 高锰酸钾复合药剂助凝及除污染机理
高锰酸钾复合药剂（Composite Potassium 简称CP）可以利用其有效的氧化性，通过破坏胶体颗粒表面的有机涂层，降低胶体颗粒表面负电荷和双电层排斥作用、减小颗粒的空间阻碍，从而达到有利于有机物和浊度降低的效果；通过对胶体颗粒表面有机涂层的有机物分子和未与胶体颗粒作用的水中溶解性有机物分子的不同官能团分别发生作用，改变水中胶体颗粒表面有机涂层和未与胶体颗粒作用的水中溶解性有机物的亲水性结构，使改变亲水性结构的溶解性有机物和水中胶体颗粒易于脱稳，从而达到有利于去除的有机物和浊度的目的[2]。
高锰酸钾复合药剂在和水中一些物质发生氧化还原反应时，可以改变水中有机物、胶体颗粒、微生物表面结构或改变金属离子的电荷，从而促使凝聚现象产生，有利于有机物和浊度的有效去除[94]。有研究发现，投加高锰酸钾复合药剂能够氧化水中的Fe2+、Mn2+使其变成Fe3+、MnO2，这些物质可以与有机物、胶体颗粒、藻类等发生凝聚作用，有利于后续的混凝过程；同时，高锰酸钾氧化能够诱导出颗粒凝聚作用，水合二氧化锰可以与水中细小纤维有机基质、藻类、细小胶体颗粒等通过吸附架桥作用连接到一起，有利于混凝和浊度的去除。
2. 流动电流混凝投药自动控制系统和高锰酸钾复合药剂联合使用的生产应用研究
实际生产应用试验是在东北某地一地表水厂进行的。该水厂水源为一地表水库，水库中的水来自于流经该市的江水。由于近年来工业废水及居民生活污水的排入，水库中原水受到严重污染，表1为其原水的水质全分析报告，从表1可以看出此水源属于高有机物含量的地表水，是一种比较难处理的水体。
3. 水厂情况简介
该水厂设计水量为6万吨/日，具有两套平行的水处理工艺流程，设计参数相同。在试验期间，原水水温为5-60C，平均浊度28-35NTU，色度为25度，CODcr为12.2mg/L。水厂为常规处理工艺，前处理工艺为预氯化，混凝剂采用聚合氯化铝。具体工艺流程见图1。
由于水厂的有机污染物较多，混凝效果较差，从而影响沉淀和过滤效果，出水浊度、色度较高未能达到满意的处理效果。
4. 试验方案
每一小时测定一次原水的浊度、色度、水温，同时测定沉淀池出水浊度、色度、水温。生产试验共进行3个月，取其中具有代表性的1天试验数据做出控制参数变化曲线图2进行分析。
为了检验对水中有机污染物的去除效果，针对上述两种处理方法进行了原水和沉后水的一些化学指标测定，所得结果如图3。
在整个试验运行中，高锰酸钾复合药剂和流动电流混凝投药自动控制系统联合使用的处理工艺中：高锰酸钾的平均投加量为1.2mg/L，混凝剂的平均投加量为15mg/L，沉淀池出水平均浊度为4.1NTU，平均去除率为90.1%。而该水厂在同样的原水水质条件下，预氯化和混凝剂联合使用的处理工艺中：平均投氯量为4.0mg/L，混凝剂的平均投加量为32mg/L，沉淀池出水平均浊度为5NTU，平均去除率为87%。
比较可知，相同条件下高锰酸钾复合药剂和混凝剂联合使用的处理工艺较预氯化和混凝剂联合使用的处理工艺，沉淀池出水浊度降低0.9NTU，下降幅度约为18%；混凝剂的用量节约17mg/L，节约率约为53.1%。
从沉后水的化学指标来看，在相同原水水质和混凝剂投加量条件下，高锰酸钾复合药剂和混凝剂联合使用的处理工艺中：水中CODcr去除率平均为32.4%，NH3-N去除率平均为73.2%，NO2-N降低至0.004mg/L，大肠菌群去除率平均为；预氯化和混凝剂联合使用的处理工艺中：水中CODcr去除率平均为20%，NH3-N去除率平均为70.1%，NO2-N降低至0.004mg/L，大肠菌群去除率为。从上述数据可以看出，高锰酸钾复合药剂对于原水中有机物的去除率要远远高于预氯化的去除率，所以使用高锰酸钾复合药剂对受污染原水进行处理是十分有效的。 5. 结论
在此处理工艺运行过程中，流动电流混凝投药自动控制系统均运行稳定灵敏，流动电流检测值可以迅速的随原水水质及水量的变化而变化，及时的进行混凝剂投加量的调整，保障沉淀池出水浊度控制在目标值附近。这说明高锰酸钾复合药剂的投加的存在并未对流动电流混凝投药自动控制系统的运行造成干扰，这二者与流动电流自控系统联合使用是可行的。高锰酸钾复合药剂与流动电流混凝投药自动控制系统联合使用，为进行存在污染的原水水体净化处理过程中，实现混凝投药控制自动化运行提供了一种新型有效的控制技术。
自动控制论文:智能型住宅自动控制与管理系统应用研究
摘要：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……
关键词：智能住宅 自动控制 管理系统
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。
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，该技术适用于中国，而且还在无线扩频等方面有继续加强的潜力，能在家庭智能系统上有更大的突破。
（3）解决的技术关键
功能集成：在目前智能住宅产品中，实现单一功能（如抄表、安防）的产品很多，本装置将三表收费、三防、厨房设备监控、室内环境监测、卫生间排风扇控制等功能集成在一起，真正实现了功能集成。
采用了Lonworks技术：Lonworks 技术作为先进的总线技术，在本专题得以采用，将会更有利于家庭智能控制装置的推广。
模拟量的引入：从长远来看，将模拟量引入智能住宅将是必然，而目前国内几乎没有智能住宅产品将其引入，本装置将模拟量引入，也体现装置的前瞻性。
软件编程语言采用Neuron C语言，利用该语言事件驱动任务的特点，增强了装置的实时性。
本装置可灵活组态：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出端口，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表输入，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。
与目前系统集成商所提出智能小区方案相比，本专题将家用电脑引入家庭智能控制系统来管理家庭设施。
住宅节能：我们认为，智能住宅在提供给人们安全、舒适的环境的同时，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。
五、经费决算和经费使用评价
国家科委为“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题攻关拨款10万元，于1999年9月拨款到哈尔滨建筑大学，课题组将其分成两个子项实施，即智能家庭控制装置和家用电脑管理软件，经过一年多的研发，现已完成。
2、经费使用评价
本专题的研究采用LONWORK技术，并要求在示范小区试运，这样做可保障技术的先进性和成果的推广。但应用该技术必须在其开发平台上完成，我们没有（国内仅少数单位具有）开发工具，该开发系统由美国ECHLON公司专卖，价值二十万元。其次选择示范小区，也要花费相当数量的费用。面对这两项主要开销，国家科委下拨的十万元是明显不足的。为了解决经费的不足，我们采取如下措施：
（1）将该专题分成两个子项，即智能住宅家庭控制装置和家用电脑管理软件。其中智能住宅家庭控制装置由于采用LONWORKS技术，我们决定采用合作开发的办法，而家用电脑管理软件采用自主开发，经费分项使用。
（2）选择北京德达数据系统有限责任公司作为合作伙伴，主要原因是该公司作为国内智能建筑领域起步最早的企业之一，其在智能建筑科研、设计、安装颇具实力，并且还备有开发技术产品的成套设备。与该公司合作，他们可提供开发设备和安装调试条件，我们出技术、人力，这样做就不需购买专题开发用的设备，也就节省了这笔大的开销。
（3）确定北京翌景嘉园示范小区作为试运点，该智能住宅小区是北京德达数据系统有限责任公司承接工程，其中有该公司科研、开发、实验样板间，利用该样板间提供的条件（其中包括智能住宅的多种传感器），可以节省现场安装调试所需的硬件费用。
（4）本着节省的原则办事情，由于合作单位、示范小区均在北京，而我们在哈尔滨，两地的差旅费将要占科研经费的三分之一，我们利用北京德达数据系统有限责任公司提供给校方人员的食宿条件以及按每次出差要集中高效办事的原则，使差旅费的花销仅用原计划的一半。
由于利用以上一些措施，使得该项目实际用费基本与国家科委拨款持平。
六、存在的问题
目前，国内没有一个完整的智能小区规范，这为定位智能住宅的功能带来一定难度，本专题对家庭智能控制装置的功能是结合我国智能小区现状及各种技术资料定位的，并且对每个家庭所配置节点数还有待进一步研究。
在本专题中，由于目前厨房设备的种类和数量的不可预测性，我们仅定义了两个厨房设备，并对其进行一定的时序控制，对厨房设备数量及实时监控还需深入探讨；家庭智能控制装置对设备控制只局限于开关控制，对设备的进一步控制有待于进一步研究。
现在智能家电已被一些厂家生产，各种智能家电产品的标准因厂家的不同而不同，并且国家没有固定的标准，这为将来将其集成在家庭智能控制系统中带来一定的难度。
此外，由于家庭智能控制器所采用的各种元器件大部分是国外产品，无形中增加了成本价格。
自动控制论文:信息管理系统自动控制研究
【摘要】
这篇文章基于一个公司内部特定事务场所，从而提出关于管理方面的一些决策问题。对信息管理系统进行研究的时候，要能够实现系统的自动化，这样才能有效地解决实际生活中的一些问题。有了自动控制这一理念，对一些问题的效率以及出错率都会大大的改善。在信息保存以及传输的过程中，也可以通过自动化这一方式使得信息传输变得更加快捷以及安全。
【关键词】
企业管理系统；自动化；智能学习和智能决策
引言
当今社会，经济在大步发展，而随着经济的发展也带动了计算机技术以及网络技术的发展。随着计算机技术以及网络技术的大步发展，企业的无纸化办公管理系统已经成为了一个发展的主方向。这种现代的企业管理系统里面，已经深入到各个行业中，包括了各个行业的各个功能。从现代的理念来看，要想完善一个企业的管理系统，已经不单单只是做好一些常规的工作，而是要做好一些后续的补充工作。使它成为企业工作中的一个主体部分，而不再是一个辅助的作用。在工作中，运用企业管理系统来处理一些实际的问题，已经成为了一种很主流的工作方式。
一、企业管理系统的现状以及发展趋势
区别于以往的企业管理概念，现在的企业管理系统的功能范围已经扩大了很多，已经不再局限于最初的一些信息数据的记录和保存。当今社会经济发展迅速，人们要处理的东西也越来越多，原有的企业管理理念已经远远不能满足人们的需求。所以要不断地对它进行更新，使它能够更好的发展，从而满足人们的需求。原有的企业管理系统，主要的作用就是对一些数据进行记录以及保存，简单的来说就是利用计算机代替原来一些需要人力进行的事务。但是这些事务是比较简单的，远远不能达到管理这一水平，这也是早期的企业管理系统不能被大幅度的推广开来的原因。而在现代，人们对企业管理系统有了更高的要求，不仅要能够处理一些基本的信息数据等等，还要能够对这些数据进行分析，从而得出一定的分析结果，并最终应用到实际问题中。现在企业管理系统已经被企业大规模的运用开来，主要是对一些数据的记录以及数据记录后期的一些分析。这对一个企业来说是非常有帮助的，可以节省大量的人力以及物力。
二、自动控制与智能学习
自动控制技术，在企业进行管理的时候起到一种辅助决策的作用。与智能学习一起，将企业中的一些数据转化为信息，进一步的转化为知识，从而能够帮助企业的领导人做出一些明确的决策。而关于数据方面，也是非常复杂的，不仅包括企业内部的一些数据，还包括外部的一些供货商、客户的数据等等，这些都是要进行处理分析的。企业在进行数据分析的时候既要考虑自己内部的一些情况，还要考虑所处大环境中的一些情况。企业管理系统中的智能学习和辅助决策既可以这是一种简单的帮助管理决策的操作方式，也可以被认为是一种高层进行业务运作的决策。其实，从本质上来讲智能学习和辅助决策，并不是什么新的技术，它们只是将原有的企业管理系统进行进一步的深化而已。
1、在进行智能学习和辅助决策的时候，要将企业所涉
及的各个方面的信息都收集好，集中地进行管理及分析，最终得出一个结论。只有地将信息收集起来，才能使上层的决策者对这些信息有一个大概的了解，从而才能做出最正确的决策。在进行企业管理系统实施的过程中，必须要做到以下几点，这也是能够保障企业正常发展必不可少的步骤。
1）地收集数据
为了能够保障智能学习以及辅助决策，首先要做的就是对数据进行收集。只有将信息收集好，才能进行后面的操作，否则一切都是空谈。在进行这一步的时候，首先我们要将这些概念梳理清楚。信息，就是客观事物中各种事物变化和特征的反映。他是一个普遍存在的东西，不仅存在于自然界，还存在人类的思维领域以及其他一些方面。如果不与其它东西结合，它本身是没有任何意义的。但是一旦和其他东西紧密结合，它就会产生无限的意义，所以在使用它的时候，我们一定要考虑清楚怎样合理的进行使用。只有我们真的理解了信息的意义，才能使得那些包含了信息的数据有了真实的意义。在进行数据的收集，也会遇到各种各样的困难。及时个就是数据的真实性。因为很多数据在收集的时候要通过层层的分析，那么最终得到的数据并不一定是原始数据，所以它的真实性也就无法考证。还有就是很多数据是很多年前的，这么多年以来他们已经流失了一部分，这样在进行分析的时候，就无法得到一个的结果。在对数据进行分析的时候，一定不能去对它进行修改，要保持它原来的样子，这样才能避免一些因为外力而产生数据错误在数据收集的时候，因为一些数据的缺失，工作人员会根据自己主观猜想对它进行填补，这种方法也是不被允许的，会导致后期工作的一些失误。第二方面就是在进行数据收集的时候，要把跟数据有关的一切信息都进行收集。一个数据的产生，可能是由多种因素导致的，这些因素都应该作出具体的分析，这样就需要大量的人力物力以及一些专业的知识经验等等。所以在进行这些数据收集的时候，会存在很大的困难。而随着时间的改变，一些数据也在发生着变化，这种时间方面的因素也是要考虑进去的。而以往一些对数据分析惯用的模式，等于现在数据的分析，也是不适用的，也是要进行一定的更改的。这些方面的问题，在我们对数据进行收集分析的时候都是要考虑进去的。
2）构建合适的模型
在这数据进行分析的时候，单纯的大量数据是没有帮助的，一定要将数据进行整理，使它成为一个系统，在系统中对它进行一定的分析。现在对于大量信息处理的一个常用方式就是构建一定的数据模型，一个好的数据模型，能够对全局产生很大的帮助。数据模型构建的是否合理，是否具有一定的扩容性，这些方面都对系统能否实行自动化起着决定性的作用。在进行数据模型构架的时候，不仅要具备专业的数据处理能力，还要具备一定的专业性知识，最重要的是要对实际运作中的一些事务有一个非常透彻了解。在将数据模型应用于实际操作中的时候，要邀请一些参与人员进行讨论，提出一定的建议，根据实际的情况作出一定的调整。通常一个数据模型是非常复杂的，在进行分析的时候要把它分成一小块一小块的来看，这样才能使它每一个流程都进行细化，最终能够使得每一步都能够分析好。在将每一步都做好的基础上，再将它们融为一个整体，然后进行统筹处理。
2、对系统的实施
这里说的是eMRB系统，就是工程师在物料处理意见方面，使用了智能学习和提供辅助决策的功能。在进行物料处理方面意见输入的时候，因为东西是有很多的，而且彼此之间的关系还是错综复杂的，要在一个短的时间内迅速地作出判断，是一件很困难的事情。处理这件事情的时候，对每个工程师都是一个考验，不仅需要他们具备非常专业的知识，还要他们有非常丰富的经验。要运用这个系统对这些基础信息作出分析，在分析它们之间的关联性，列出各种各样的可能，选择出最有可能的三个选择。而工程师要做的就是在其他一些辅助物件的帮助下，在这三个选择中挑选出一个最合适的选择。在进行此项工作的时候，要考虑一个关联关系。在对于关联关系的分析过程中，我们可以发现很多事物之间都是存在关联的。所谓的关联就是当一件数发生的时候，另一件也经常发生。而对于关联分析的意义就在于，可以通过事物之间的关联性，更快地发现那些有实用价值的关联发生的事件。因为事物与事物之间是存在一定的关联性的，用关联分析的方法进行分析，就能更快地找出他们的共性，从而最快的找出一种合适的方法。也能根据当前的现有信息，最快的提出一种好的处理意见。
3、实施的经验和模式分析
在进行整个系统的研究过程中，是需要一定的实例对它进行支撑的。模型公式，在每一次新的事务决策中，都为他们提供数据上面的支持。而在每一次事务结束时，也会提出新型的数据模型，这两者是一种相辅相成的关系。在对模型实例进行总结的时候，如果不是在这个模型之中，那就要对这种事务进行具体的分析，让它能够归纳到模型中。当然在对模型进行分析以及实施的过程中，还要考虑一些突发性的情况。对于一些突发性事务，要用特殊的方式进行处理。也就是说处理突发性事务的时候，是不一定非要用到模型内的方式方法的。但是对于突发性事务的定义，也常常让一些操作人员感到很困难。在新型的系统中，对于突发性事务的定义就是当这个事务事例结果，与超过80%的决策相冲突的时候，就认为它是一个特殊性的事例。在实际操作过程中，操作者也要根据一些实际的情况进行具体的判断，选择出最适当的方法。不能一味的依照模型所提供的方法对事务进行判断，而要根据实际情况、根据自己原有的经验做出最正确的判断。
三、结论
虽然目前信息管理系统还存在着很多这样那样的问题，但是大部分的问题已经有了合适的解决方案，或者说已经找到了原因所在。随着研究的深入，我们会将这些问题一一解决，也会使得这个系统变得更加完善，更加智能化。在解决公司的一些实际问题中，这个系统也会发挥更大的作用，这样就使得公司在市场上的其他公司进行竞争的时候，能够更具有竞争力。通过对系统的研究与开发，特别是他自动化方面的一些研究，让我们更加明白为了在自动化方面有更好的发展，必须对它系统内部的一些方面做出一定程度上的改革。当将它运用于实际生活的时候，要根据生活中的一些情况做出相对应的调整，不能一味套用它的方式。在不久的将来，它必将会被更多的公司所采用，也会为更多的公司带来经济效益。
自动控制论文:照明自动控制技术创新
1.随着科技的不断进步，人民生活水平的不断提高，自动照明控制技术已逐渐走入万千的家庭之中。 该技术自20世纪提出以来，经不断发展完善，已成为建筑、家居领域中的主流技术之一，许多国家纷纷将其列入照明技术的重点项目。采用自动照明控制系统的主要目的是节约能源，自动照明控制系统借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行设置和合理管理，实现节能目的，多种照明控制方式，可以使同一建筑物具备多种艺术效果，为建筑增色不少。自动照明自动控制系统不但能够节约资源减少维护费用，改善照明质量，还可以实现楼宇自动照明控制。通过照明控制可以对建筑空间的色彩，明暗进行调整，创造出不同的意境和感观效果，还能够改善照明的环境，为人们工作提供健康、舒适的环境。可以预见，自动照明控制系统将会给我们提供更加美好的工作和生活环境[1]。 2.基本原理 从目前掌握的技术来看，与传统照明控制系统相比较，自动照明控制系统采用主电源经可编程控制模块后输出供照明灯用电，灯的开关和调亮、调暗由可编程多功能按键面板控制，控制模块与按键面板之间通过一条低压控制总线相互连接起来。控制模块和按键面板内部有微处理器，存贮器和控制总线的接口电路，它们处在低压情况下工作，所有控制器和面板都可通过编程实现对各灯路的亮度控制，于是就可产生不同的灯光场景和系统控制的效果。此外，无线网络的通讯功能，使得人们可以通过遥控器、电脑、PDA等多种方式来对自动照明系统进行控制。与传统的照明方式比较，自动照明控制技术设计包含以下几个部分：光源，灯具，核心硬件设计，通信设计及照明控制系统的执行机构。 通过对这这几个部分的连接以及应用，来完成自动照明控制系统的研究和设计。利用先进电磁调压及电子感应技术，对供电进行实时监控与跟踪，自动平滑地调节电路的电压和电流幅度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高功率因素，降低灯具和线路的工作温度，从而达到优化供电目的[3]。 3.实现过程 所谓自动照明控制系统，其实就是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明。其中最重要的一点就是可进行预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。这些设置也称为场景，可由调光器系统或中央建筑控制系统自动调用。在家庭内使用时，可以采用集成中央控制器的形式，并带有一个触屏界面[4]。 照明控制系统分为独立式、特定于房间式或大型的联网系统，在联网系统中，调光设备安装在电气柜中，由诸如传感器和控制面板组成的外部设备网络来操作。联网系统的优势是可从许多点来控制不同的房间或区域。在家庭中，可以在靠近主进口的墙上安装一个控制面板，以此作为多个房间的主控制点。 联网系统还具有标准的串行端口，这样就可以更容易地集成到中央控制器中。这些接口通常是双向的，因此，中央控制器可以请求亮度变化然后确认操作。从照明系统得到的信息还可以用来确定电能消耗或在屋子空着时模拟将来的实际场景。独立的调光器也可以通过红外遥控器与中央控制器通信，但只能进行单向操作，无法确定请求的操作是否已发生[5]。 4.结论 自动照明控制方式不仅延长光源寿命，可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工作量，降低了照明系统的运行费用，管理维护也变得简单了。本次研究自动照明控制系统的主要目的是节约能源，借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，运用可变程序控制器来实现对照明电路的自动控制，来达到对不同时间不同环境的光照度进行设置和多种照明控制方式。使照明不单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。
自动控制论文:光伏发电有功自动控制方式及策略
大规模光伏发电集中并网后，光伏的波动性和“正调峰”特性对电网运行产生了严重的影响，光伏不同于常规能源的调频、调压、备用特性[1]。光伏的波动性、间歇性和“正调峰”特性所带来的有功波动和不平衡量的调节，需要由系统中的常规能源机组承担。大规模光伏功率波动，需要大容量的系统有功备用来平抑，这既不利于电网运行的经济性，同时又产生了光伏发电集中接入后所带来的潮流大范围输送、谐波、电压波动和闪变问题，也严重影响了电网运行的安全和稳定[2]。从光伏发电并网后电网有功调度和控制角度来看，对光伏组件逆变器控制进行有功调节有较强的操作性。根据系统调频的要求进行适当地有功备用分配，光伏发电参与系统的调频会降低波动对系统频率的影响，减少系统中常规能源机组对光伏发电出力波动执行有功补偿量[3]，降低系统运行成本，从而更好地控制光伏发电并网成本，减小电网平衡压力，在保障电网安全运行的前提下较大化消纳光伏发电。 1控制模式及策略分析 1.1控制模式 根据光伏发电的特征，光伏发电有功控制只能采用2层控制模式，即调度端将控制指令下发至光伏发电站端控制系统，光伏发电站端控制系统通过启停逆变器和调节逆变器出力的方式响应跟踪控制指令，控制模式如图1所示。 1.2控制策略 以较大化消纳光伏发电为原则，常规能源调节容量不足时，调用光伏发电资源参与电网有功调节，为适应光伏发电发展不同阶段的调节需求，考虑了多种有功控制策略[4]，如图2所示。 1.2.1较大功率 控制曲线中相关时刻点的功率值为该光伏发电站的额定容量，确保光伏发电站出力保持较大出力跟踪，不采取限出力措施。 1.2.2限制功率 调度端可在指定限制控制的同时，指定限制功率数值。控制曲线中相关时刻点的功率值为人工设置的限值。光伏发电站出力控制在设定限值以下。限值功率从切换时刻起，对以后的计划值点修改为指定限值。当出现策略切换或计划值无效时，切换到给定模式或取消控制，并改写对应的下点计划值，触发式下发更新后计划值。限制功率控制过程如图3所示。 1.2.3按时段限制 调度端下发指定时段修改后的计划曲线，光伏发电站跟踪执行。相当于设置计划模式的同时，将指定时段的计划曲线修改为指定数值。同时也是对限制功率控制模式的扩展，将指定时段起点时间和终止时间的计划值修改为指定值，时段结束后自动以一定斜率跟踪到原始计划，按时段限制控制过程如图4所示。 1.2.4按日前计划增减 调度端可在日前计划基础上指定日前计划调整偏移量。相当于在原计划曲线的基础上，增量调整指定时段的计划数值。可视作限制控制模式的延伸，光伏发电出力始终保持与较大可调出力固定偏差（限额）。按日前计划增减模式的优点是在实时发电计划制定中，对光伏留有部分有功备用，使光伏资源具有上调和下调出力的能力。按日前计划增减控制过程如图5所示。 1.2.5计划跟踪 调度端下发计划曲线，光伏发电站跟踪执行。控制曲线中相关时刻点的功率值为光伏发电计划值，同时支持人工调整计划，调整后的计划曲线将按周期下发。在发电计划曲线满足实际运行需求的情况下，这种调节方式在实际运行中最为常用，也是最符合电网调度需求的一种控制策略。调度端根据发电计划曲线选定控制策略，无需再进行任何操作，控制方式方便、实用。 2电网区域控制偏差的实时调度协调 大规模光伏发电并网后，为平滑光伏发电功率的波动，需要对发电计划进行实时调整。常规机组在执行发电计划时，由于机组爬坡率限制，实时调度中不足以跟踪因光伏发电功率波动、大功率支援造成的联络线偏差，系统频率问题仍需要系统中的常规机组执行自动发电控制（AutomaticGenerationControl，AGC）[2]。电网实际运行工况不同于计划情况，在电网频率恢复过程中，存在实时调度与AGC指令调节方向相反的可能性，在光伏发电计划与实际发电偏差较大情况下，这种可能性出现概率和次数会明显增加，影响电网调频效果，同时增加了电网调频难度。AGC承担了较大的调节压力，为保障AGC机组足够的可调容量，在有功不平衡量调整结束后，实时调度逐步调整出力以恢复AGC机组调节容量。因此实时调度与AGC之间的协调，主要包括两个方面：一是电网出现大幅度有功扰动、频率恢复过程中，发生实时调度和AGC指令“反调”的协调控制；另一个方面是AGC调节过程结束后，实时调度与AGC互济协调，使AGC可调容量恢复[3]。基于上述分析，实时调度发电计划与AGC之间“反调”原因主要来自于发电计划与实际出力的偏差及AGC调节能力的不足，要解决实际有功调度控制中反向调节带来的资源浪费，减少光伏发电功率波动对电网的影响，一方面需要提高光伏发电计划的制定水平；另一方面需要光伏发电参与电网AGC调节，与常规能源机组协调平抑电网功率波动带来的影响。 3控制性能评估 光伏发电站有功控制实现方式不同于常规能源机组，同时光伏发电站有功控制主要采取限出力措施，受制于一次能源来源的间歇性和波动性，不具备上调节能力，因此针对光伏发电的控制性能，统计与考核方法与常规能源差别较大。调度端下发的计划曲线是光伏发电出力上限值，光伏发电站应通过自身控制系统将全站出力控制在限值以下，以确保对电网运行的影响最小。为使统计信息能够较好地反映光伏发电控制情况，在传统火电机组有功控制指标统计方法的基础上[3]，统计光伏发电控制精度和调节速率信息时，增加了控制带宽统计，通过统计光伏发电控制精度、时段合格及调节速率指标，评估光伏发电控制效率。 #p#分页标题#e# 3.1控制精度 考虑到光伏发电限出力调节，光伏发电出力低于计划值为满足电网调节要求，设定出力上限控制死区带宽；以光伏发电站出力超过限值控制带宽上限为不合格点，控制精度为控制偏差量与给定计划值的比值。控制精度反映光伏发电在以5min为统计周期内，平均出力偏离限制功率目标的程度，当控制精度为时为光伏发电出力平均值，此值为下发计划值。 3.2时段合格 控制精度虽然可以较好地反映光伏发电出力跟踪计划的效果，但是控制精度指标受计划值来源影响较大。当计划值能够较好地反映光伏发电的实际出力情况，并且目标值在光伏发电的可控范围内时，控制精度可以较好地反映实际控制效果。但是光伏发电只具备减出力调节能力，不具备升出力调节能力，综合考虑光伏发电实际调节能力，需要其他指标作为基础，以更好地评估控制精度指标。解决上述问题的方法是：增加时段合格指标。时段合格指标具体描述如图6所示。当光伏发电出力平均值在目标出力的控制带宽内及目标出力以下时，在5min控制周期内为时段合格。当5min出力平均值超过目标出力与控制带宽之和时，为时段不合格。将控制精度和时段合格两项指标结合起来评估光伏发电的实际调控效果。时段合格是光伏发电控制的基础指标，是控制精度评估的基础。光伏发电首先满足时段合格指标，根据调度下发限值，保障光伏发电出力不超过给定值上限的控制带宽，减小对电网潮流和输电断面的影响。此时控制精度才具有意义，当满足时段合格指标时，利用控制精度可以评判光伏发电有功调控效果。 3.3调节速率 调节速率衡量光伏发电降出力调节能力，以模式切换到限制功率作为统计时段起点，利用调节容量和调节时间计算得到光伏发电降出力调节速率信息。考虑到光伏发电不具备上调节能力，调节速率计算仅计算光伏发电的下调节速率。同时调节速率计算开始条件为：控制模式切换为限制功率模式，并且光伏发电实际出力高于目标出力与控制带宽之和时，此时开始统计调节速率；当光伏发电站实际出力进入目标出力控制带宽时，统计此时的调节速率信息。光伏发电计划跟踪效果性能统计功能，以时段合格为基础，控制精度和调节速率为评估内容，实现对光伏发电控制能力的综合考核评估。 4闭环控制 由于光伏发电下调节的特性，按时段限制与计划跟踪是光伏发电有功自动控制的主要方式。为了验证光伏发电有功自动控制策略的可行性，结合光伏实际发电情况，选择宁夏电网内典型光伏发电站进行了闭环控制操作。 4.1按时段限制 按时段限制控制策略闭环验证选择的典型光伏发电站情况：光伏发电站装机容量为：20MW；IDS500kW的光伏逆变器40台；光伏发电出力调节范围从14.76MW下调至10MW。闭环控制过程记录如图7、图8所示。根据图7闭环调节曲线显示，在按时段限制策略控制下，光伏发电站能够很好地跟踪执行调度控制指令。由图8闭环调节精度曲线可以看出，光伏发电站在跟踪执行调度控制指令的同时，保障了较高的控制精度，整个控制时段内，平均控制精度为91.42%。 4.2计划跟踪 计划跟踪控制策略闭环验证选择的典型光伏发电站情况：光伏发电站装机容量为20MW；IDS500kW的光伏逆变器40台；闭环控制过程记录如图9、图10所示。图9闭环调节曲线显示，在计划跟踪策略控制下，光伏发电站能够很好地跟踪执行调度控制指令。由图10控制调节精度曲线可以看出，光伏发电站在跟踪执行调度控制指令的同时，保障了较高的控制精度，整个控制时段内，平均控制精度为87.11%。 5结论 通过对光伏发电站的实际闭环操作，验证了光伏发电有功自动控制技术的可操作性，同时通过启停逆变器和调节逆变器出力的方式可以较好地跟踪调度调节指令，并且能够控制较高的调节精度。（1）对光伏发电有功自动控制技术的研究分析，以及对闭环控制操作成功实现，丰富了电网对于光伏发电的控制手段，提高了电网应对大规模光伏集中接入带来的调频、调压及潮流大范围输送等安全稳定问题的解决能力。（2）为进一步深入开展光伏发电有功自动控制技术研究，广泛推广光伏发电有功自动控制应用积累了宝贵经验。（3）为建设“电网友好型”光伏发电站、促进光伏发电产业健康有序发展提供了关键技术支撑。
自动控制论文:差异化策略下的自动控制课程设计
一、差异化教学策略应用于课程设计
1、差异化教学思想
差异化教学策略是一种先进的教学模式，为我们解决自动控制课程设计教学实践中出现的上述问题提供了有力帮助。美国著名教育学家汤姆林森指出，“差异教学方式将学生的个体差异视为教学的组成要素，教师根据学生的准备水平、学习兴趣和学习风格设计教学内容，以适应学生之间的个别差异，从而最终促进每个学生的成长与进步”。差异教学以学生个体为中心，强调人的自主性、整体性和独特性，与我国传统的因材施教教学思想有相通之处。针对自动控制课程设计教学中的问题，我们借鉴差异化教学思想，提出一种基于差异化教学策略的自动控制课程设计新模式。该模式不但使得课程设计任务和内容具有层次化差异化，满足学生个体差异发展的需要，提高学生参与课程设计的积极性和主动性;并且，结合课程设计本身的特点，我们对差异化教学策略进行拓展，采用差异化的实验对象和多样化的课程设计手段，提高学生课程设计中的独立性，增强学生理论联系实际的能力。
2、课程设计任务的差异化
在差异化教学策略的指导下，课程设计的具体任务和教学内容应该体现出明显的层次性，从而满足不同能力学生学习的需求。因此，我们把课程设计实验内容分为如下三个层次。
(1)基础型实验—主要包括实验装置的机理建模、基于实验曲线的辨识建模、装置物理模拟和控制系统构建等;
(2)综合型实验—是课程设计的主要工作，该部分内容包括Matlab控制系统工具箱的使用、PID控制器的设计、控制器参数变化与根轨迹的关系、串联校正技术、控制系统的能控能观性分析和状态反馈控制器的设计等;
(3)提高型实验—其目的在于提高学生对自动控制系统的综合研究能力，包括最小拍控制器设计、纯滞后系统构建与控制和基于观测器的状态反馈控制等。
3、课程设计实验对象的差异化
(1)不同的实验装置—在有限的实验室装置中，为每组学生随机指定不同的双容水箱装置，不同装置的物理参数有一定差别，必然会带来不同的被控对象数学模型。
(2)不同的装置参数—在同一套实验装置，为每组学生设置不同的水箱出口挡板阀开度，从而使得每组学生测试得到不同的实验对象数学模型。
(3)不同的装置工作点—要求学生设置不同的工作点，双容水箱系统本身为非线性系统，选择不同的工作点会导致不同的近似线性模型。虽然所有学生均针对双容水箱实验装置建立二阶被控系统作为实验对象，但是以上三种措施使得学生面临不同参数的二阶实验对象，做到实验对象相似而不相同。因此从根本上避免了设计方案和实验结果的雷同性，可以有效促进学生独立自主创造性的开展课程设计工作。
4、课程设计实验手段的多样化
针对学生无法有效联系控制理论与工程实际的问题，采用控制理论分析、数字仿真分析与实验测试验证多种不同实验手段相融合的课程设计模式，学生课程设计过程中做出的每条实验曲线，教师都要求其应用控制理论进行解释分析，同时通过Matlab控制系统工具箱进行仿真对照。教师在课程设计中学生发现问题时不应直接解答，而是有意识引导学生结合理论概念进行思考分析，进一步利用Matlab仿真平台验证想法，并在模拟实验箱上进行测试，从而真正独立自主的发现问题、分析问题和解决问题。教师针对学生的问题，帮助其总结归纳分析，提炼使用控制理论分析解决实际控制问题的思路和步骤。
5、课程设计考核方式的综合化
自动控制课程设计的考核，不但要测评学生的最终实验报告，更重要的是要考查学生的课程设计过程和平时表现。因此课程设计成绩评定过程中采用综合化考核方式，平时表现、成果检查与总结报告按照一定比例(如3:4:3)构成课程设计成绩。
二、结语
近三年来，我们将上述差异化教学策略应用于自动控制课程设计的教学实践之中。教学过程中，每组学生分配到不同编号的实验装置，每个实验装置设置不同的参数，学生任意选择工作点，每组得到不同的实验结果，这样就使得学生必须独立自主的进行课程设计。学生实验所有得到的曲线都要进行理论分析和仿真对比，尤其是对于实验结果与仿真结果差异较大的曲线，学生必须给出自己的解释。这样就使得学生必须认真对待每一个实验任务，也使得学生必须思考如何用控制理论来解释实验现象，将理论与实践相结合。教学实践的最终结果表明，这种课程设计模式很好的提高了学生的课程设计积极性，使得学生能够积极的思考如何将课堂理论与实验结果相融合。
作者：邓晓刚 杨明辉 王树斌 单位：中国石油大学( 华东) 信息与控制工程学院
自动控制论文:自动控制课程设计改革与实践
1创新课程设计的内容
1.1实验平台的构建
为了满足学科素质教育的基本要求，以提高学生对专业的综合认知水平为教学目的，我校构建了具有实用性和开发性的课程设计实验平台，归纳起来主要有以下3种模式。
(1)基于Matlab的计算机控制仿真实验平台。
Matlab软件具有强大的绘图和运算功能，是控制系统中计算机辅助设计与分析的一个平台。将Matlab与自动控制原理课程设计相结合，实现了对传统教学模式的创新。作为自动化专业的学生，很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用Matlab对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。另外我们希望通过使用这一软件工具把学生从烦琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。因此，我们设计了以下基于Matlab的实验：控制系统的时域分析，频域分析，根轨迹分析，超前、滞后校正等设计实验。这些实验要求学生掌握基于Matlab/SIMULINK的控制系统设计与分析的基本方法，编写M程序或画SIMULINK仿真图。如实验中在讨论基于根轨迹的校正方法时，为了使学生能够观察到添加开环零、极点对闭环系统的影响以及系统动态响应发生变化的情况，在Matlab中进行仿真实验，使学生能够更容易加深对根轨迹校正方法机理的理解。此实验方式方便灵活、教学成本低，拓展了学生的思维，有利于训练学生对复杂控制系统分析与设计的能力，同时还激发了学生的学习兴趣。
(2)基于实物物理对象系统的实验平台。
很多学生在学习过程中都会有这样一个很困扰的问题：通过本课程的学习可以做什么？针对这样的问题，同时为提高学生对专业的整体认知水平，设计采用实际物理系统进行实验。本课程设计实验三——“随动控制系统的静、动态性能指标及系统校正”中，设计了一个小功率的直流发电机与电动机组成的控制系统。实验设备有：XSJ-3(或XSJ-2)型小功率直流随动系统学习机；直流稳压电源(用于XSJ-3型)；超低频长余辉示波器；数字万用表；超前网络板(用于XSJ-3型)。此实验与实际系统相当接近，虽然该课程设计的被控对象只是一个小型的控制系统，但是此控制系统具体、形象、直观且具有针对性及实用性。通过这样一个完整的课程设计实验，学生会对本专业具体的工作流程和研究方向有明确的认识，对自己所学专业知识的掌握程度有清晰的了解，增强了学生对自己实际专业能力的信心。
(3)计算机仿真实验和实物实验相结合的实验平台。
在数字仿真环境中增加实物环节，针对计算机数字仿真系统及实物系统的特点，实物部分采用模拟实验箱，通过运算放大器、电容、电感、电阻等模拟元件搭建电路实验平台。仿真部分采用CAE2000软件搭建系统控制框图，如串联校正、状态反馈等复杂系统，既能够充分利用CAE2000中良好的图形界面接口，又能快速有效地搭建实际控制系统模型，还可以设计和修改控制率及控制参数来完成实验。本课程设计实验五——“频率特性测试”中体现这种实验模式。一阶惯性环节由模拟机实现，正弦信号源由D/A接口输入到模拟机，模拟机输出信号由A/D端口输入到计算机，通过CAE2000软件显示并打印曲线。这种实验模式综合了数字仿真与实物对象的特点，不仅锻炼了学生的动手能力，而且能将理论知识应用到实际系统，还便于学生以各自认知能力探索新领域和构建新知识。
1.2实验内容的组成
我校自动控制原理课程设计实验的内容主要分为两大类：基于Matlab的计算机辅助设计实验和综合设计性实验。基于Matlab的计算机辅助设计由7个实验组成：控制系统数字仿真实验，控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统的根轨迹分析、控制系统的校正、离散控制系统分析、非线性系统分析。综合设计性实验包括5个实验分别为：典型环节的电模拟及其阶跃响应分析，随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性实验，随动控制系统的静、动态性能指标及系统校正，控制系统频率特性分析，频率特性测试。在此基础上，增加了先进控制理论设计实验。由于我校以电力行业为背景，结合专业特色，突出工程背景，指导学生进行先进控制理论实验设计，以电力系统实际模型为例，进行同步发电机的励磁系统的课程设计与分析，采用先进控制理论中的新方法进行优化控制，如模糊PID。目的在于培养学生综合考虑问题、分析问题及解决问题的思维方式，锻炼学生的实践与创新能力，提高学生将控制理论知识应用于解决实际问题的能力，为今后进行实际系统的自动控制打下了良好的基础。
1.3实验教学方式的创新
传统的实验教学方式是主讲教师首先通过对实验设计的基本原理、实验过程步骤、实验仪器设备的使用方法等内容详细的讲解，然后学生按照教师讲解的内容按部就班地进行操作并完成实验。学生虽然能够快速完成整个实验，但这种传统“填鸭式”和“灌输式”的教学实践会导致学生的惰性学习，缺乏主动思考，实验效果大打折扣。我们采用“启发式”和“引导式”的互动教学模式。在做实验前，让学生自己提前预习实验内容，查找资料，自己动手做实验。在实验过程中，教师只起引导的作用，分析总结，适时调控引导学生思考，学生便成为整个实验的主体，自由讨论问题。如果没有达到设计指标的要求，学生需要对系统及设计过程进行详细的分析直到查找出原因，并能从失败中总结出经验。鼓励学生与教师之间、学生与学生之间的相互交流与讨论，在讨论中能够深化自己的知识，对理论和实际问题能有更清晰的认识，达到知识之间的相互转化、学以致用的目的。学生在一定程度上由惰性学习转变为积极创新性学习，调动了学生学习的积极性，提高了学习效率。
2创新课程设计的教学体系
在实践过程中，采用多层次培养、开放式指导、多元化考核体系的创新实践模式。
2.1多层次培养
考虑到学生自身的基础以及能力的差异，把课程设计题目的难度分为“难、中、易”三个层次，对不同层次学生的具体要求标准不同。如基于仿真和实物实验平台的综合设计实验定为难度系数较大的课程设计，基于复杂实物系统实验平台的综合设计实验设定为中等难度，仅利用Matlab软件进行仿真的实验定为较为简单的课程设计。这种培养模式既能为稍差的学生提供锻炼的机会，又能为好的学生提供发挥潜能的平台。
2.2开放式指导
开放式指导模式是指导教师给出课程设计题目之后，学生根据自己的实际情况，自由组队，自主选择题目。在布置课程设计的任务时，教师只简单介绍题目设计的要求、要达到目的，具体实施的方案由学生自己选择确定。鼓励学生独立查阅资料，分析解决问题，最终完成课程设计的任务。这种指导模式有利用达到课程设计的目的。
2.3多元化考核体系
考核虽然不是学习的最终目的，但是合理的课程考核体系是提高教学水平、调动学生学习积极性的重要环节。传统的考核体系指学生的成绩主要依赖于学生的实验报告内容的完成程度及书写的整洁性来决定，该成绩评定方式存在一定的片面性，不利于对学生的综合评价，达不到良好的测评效果。结合多层次培养模式，将成绩的评定与课程设计题目的难易程度相联系，不同难度的题目设置了不同的成绩上限，最终的成绩采用分级评分，如、良好、及格和不及格。实施多元化的考核方式，教师根据学生平时表现、完成课程设计的质量、创新内容及最终答辩结果做出综合评价，给出的考核成绩。通过这4个方面的综合考核，教师可以比较地掌握学生的实验操作能力、观察分析能力和创新思维能力，从而对每一位学生给予综合评定，这种考核方式在很大程度上激发了学生学习的积极性。
3课程设计改革的成效
通过近几年课程设计实验的改革和实践，我校在教学建设及教学效果方面取得了显著成绩。一方面，自动控制原理理论课程设计的教学内容、教学方式及实验环节的不断更新，自主开发的实验设备“CAE2000控制系统辅助教学软件”已经广泛应用于实验教学中，此系统获得河北省教学成果二等奖，创建了省级精品课程，进行了大量的教学建设和改革工作，获得了丰硕的教学研究成果；另一方面，创新的教学内容，激发学生的学习兴趣，使学生积极参加控制领域的科研课题研究，学习前沿知识，拓宽视野，不断提高认知水平及自主学习能力。改善的实践教学模式，不仅提高了学生对实际系统分析、设计、研发方面的工程实践能力，而且培养了学生的创新意识，使华北电力大学自动化及相关专业的学生获得更扎实的理论基础，更宽的知识面，更强的实践创新能力。学生积极参加全国大学生电子设计竞赛、机器人竞赛、智能汽车竞赛等各种竞赛和科技活动，并取得了成绩。
4结束语
通过对自动控制原理课程设计的改革与实践，构建了具有先进性、多功能性及实用性于一体的课程设计实验平台；基于创新教学理念，提出了多层次培养、开放式指导及多元化考核体系的创新课程设计的教学模式，使学生对该专业有明确的认识，达到了学生对所学自动控制课程知识的综合实践的目标。通过长期的实践，学生主动思考、主动参与的积极性有了很大的提高，动手实践的能力得到锻炼，取得了良好的教学效果。要提高教学效果、增强学生综合能力还需要各方的不断努力和探索。教师在教学中需要不断的学习教育理论，积极探索教学方法，不断提高自身素质才能培养符合专业培养目标及社会需求的人才。
作者：孙建平 郭曼利 单位：华北电力大学控制与计算机工程学院