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自动化控制论文:人工智能技术电气自动化控制论文
1人工智能技术的特点和优势
人工智能技术是人类科学技术不断发展进步的必然结果，也是工业发展过程中，促进工业自动化科学化发展的重要推动力量。在人工智能技术的发展中，科技的发展和工业技术的进步会促进人工智能技术的发展；反之，人工智能技术的进步，可以完成那些人类自身无法办到、技术条件效果不好的生产技术操作。当前的人工智能主要是计算机技术的发展结果，随着计算机技术的飞速发展，通过对计算机信息特点和操作性能的了解和设计，使计算机操作系统具有更多更先进的人工化反应，并在实际的信息技术处理过程中，通过其系统内部的人工化、智能化识别和处理系统，对电气自动化控制和其他工业技术领域在运行中的问题进行自主解决。如今，人工智能技术已经取得了较大的进步，其研究发展项目也越来越多，越来越先进，实用性越来越强。人工智能技术已经广泛运用与工业自动化、过程控制和电子信息处理等先进的技术领域。人工智能技术通过模糊理论算法、遗传算法和模糊神经算法等方式，可以在电气自动化控制中，采取更灵活多变的控制方式，对电气自动化设备运行中的不稳定因素和动态变化进行自主的调整，从而保障其运行的和高效，减少出错率。人工智能技术的运用，可以大大减少在电气自动化控制等领域的人力成本，并且能够解决一些工作人员无法有效监控和解决的问题，做到及时有效。
2人工智能技术在电气自动化控制中的应用
2.1人工智能控制实现了数据的采集及处理功能
在电气设备的运行过程中，数据的采集和处理是了解电气设备自动化控制情况，发现运行过程中的问题和提出解决办法的重要依据。在传统的自动化控制中，由于技术水平和实际运行中的动态变化，数据的采集和传输无法做到和稳定，保存数据容易出现丢失的情况。人工智能技术的使用，可以保障电气自动化运行过程中对动态信息的及时收集和稳定传输，对相关数据的保存工作也更安全，这就提高了电气自动化的控制水平，充分保障了电气运行中的安全性和稳定性。
2.2人工智能控制实现了系统运行监视机报警功能
电气自动化控制是用电气的可编程控制器，控制继电器，带动执行机构，完成预期设计动作的过程。在此过程中，系统内部各部分之间的运行都要严格按照设计模型和函数计算的基础上进行，如果系统中的一点出现问题，就会造成整个自动控制系统的故障。在以往的自动化控制系统运行中，对系统内部各部分之间的运行数据和运行状态进行实时监测，对运行中的特殊情况进行及时的报警处理，帮助自动化系统及时处理可能出现的故障，提醒电气管理人员加强对电气系统的管理。
2.3人工智能控制实现了操作控制功能
电气自动化控制的主要特征之一就是通过计算机的一键操作，就可以实现对电气系统的整体控制，保障电气自动化运行符合现实的需要。传统的自动化系统的操作，需要靠人工对系统各个环节进行人工操作，从而促进自动化系统内部的协调和配合，这种方式既降低了自动化运行的效率，也增加了自动化系统的故障发生频率。人工智能技术对电气自动化系统的控制，是通过各种先进的算法，按照电气自动化的需求，对自动化系统进行自动化和智能化设计，从而实现对电气自动化控制系统的同时操作，大大提高了自动化控制的效率，减少了单独指令操作中容易出现的不协调情况的发生。
3人工智能技术在电气自动化控制中的控制方式
3.1模糊控制
模糊控制以模糊推理和模糊语言变量等为理论基础，并以专家经验作为模糊控制的规则。模糊控制就是在被控制的对象的模糊模型的基础之上，运用模糊控制器，实现对电气控制系统的控制。在实际控制设计过程中，通过对计算机控制系统的使用，使电气自动化系统形成具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统，从而达到对电气自动化系统的科学控制。
3.2专家控制
专家控制是指在进行电气自动化控制过程中，利用相关的系统控制理论和控制技术的结合，通过对以往控制经验的模拟和学习，实现电气自动化控制中智能控制技术的实施。这种控制方式具有很强的灵活性，在实际运行中，面对控制要求和系统运行情况，专家控制可以自觉选取控制率，并通过自我调整，强化对工作环境的适应。
3.3网络神经控制
网络神经控制的原理就是基于对人脑神经元的活动模拟，以逼近原理为依据的网络建模。神经控制是有学习能力的，属于学习控制，对电气自动化控制中出现的新问题可以及时提出有效的解决办法，并通过对相关技术问题的分析解决，提高自身的人工智能水平。
4结语
人工智能技术是科技发展到一定程度的必然结果，也是促进科技继续发展和工业自动化技术更加进步的重要推动力量。电气自动化控制的操作要求使人工智能在电气自动化中的运用越来越广，随着人工智能技术的发展，电气自动化控制技术也将逐渐提高，系统运行效率也会不断增强。
作者：姜关胜 单位：75240部队
自动化控制论文:智能技术电气自动化控制论文
一、智能技术的优势
与传统的自动化技术相比，智能控制无模型运转，提高了电气系统的管控效率。同时，智能技术的精度更高，减少了设计中的不可预测问题。因而设计对象模型阶段中便会存在不能估量或是预测的问题。人工智能技术实现了系统的实时调节，利用鲁棒性变化和响应时间提高其工作能力，实现自动化过程。智能技术已经成为现代企业管控的必然趋势，与传统的管控装置相比具有先进性，满足电气自动化工程建设的需求。针对不常见的数据，传统的自动化控制技术无法完成评估工作，但智能技术的出现解决了这一问题，实现了对系统录入信息的有效很快速处理。针对不同的对象，智能技术可显示不同的管控效果，使管控的效果具有针对性。但在目前的智能技术发展程度下，多种控制对象问题无法解决。因此，应从技术方面对智能技术进一步剖析和研究，促进该技术的完善，才能对我国工业以及相关行业的发展起到积极作用。
二、人工智能技术应用
基于电气自动化的复杂性，其操作过程应精细且注重细节。一旦操作失误，将导致系统故障甚至造成安全事故。因此，人工智能技术应用的核心技术在于程序化问题，将复杂化的程序通过智能手段转化为简便化。通过系统日常资料的分析，对设备故障采取积极的应对措施。在具体应用过程中，人工智能技术主要表现为以下几个方面。
(一)智能化设计分析
人工智能技术关系到电力工程以及电路的设计。在传统的设计模式下，工作人员的工作量大，需要大量的试验验证，并且对不合理部分进行改进。因此常出现考虑不周全的问题，处理问题的效率较低，对于难度较大的问题，传统的处理方案无法解决。这使得智能化设计成为必然。现阶段，电力企业逐步实现了智能化设计，考察了问题的难度，提高了处理问题的能力和效率。但同时，智能设计对于操作人员提出了更高的要求，要求其掌握专业知识和智能系统操作技巧，并且操作人员还应具有与时俱进的精神，对智能系统进行适当的改良设计。利用人工智能设计，可有效提高数据分析的性，将复杂问题简单化。
(二)PLC技术应用
随着电力企业规模的扩大，电力生产对于技术具有更高的要求，基于此的PLC技术成为企业生产和建设的重要目标。PLC技术是一种常见的人工智能技术，目前主要应用于工业、电力企业，具有良好的效果。其是在继电控制装置基础上发展起来的智能技术，该系统的主要作用在于优化了系统工艺流程，从而根据企业需求对运营现状进行调整，确保其运营的协调性。PLC技术以自动控制系统为主，手动控制技术为辅。对于提高电力系统生产实践具有重要作用。在电力生产中，PLC人工智能化技术的使用还实现了自动化目标切换，继电器逐渐代替了实物元件，不但提高而来管控效率，还确保了系统的运行安全。
(三)智能诊断和CAD技术应用
智能诊断系统的出现是电气运行复杂化的结果。该诊断系统要求操作人员具有较多的实践经验，改善了传统模式的手工设计方案，充分体现了信息时代的优势。科技的发展也使得CAD技术逐渐实现了智能化，缩短了产品设计实践。智能化技术优化了CAD技术，对产品设计质量的提高具有积极作用。目前，在电力系统中，遗传算法是人工智能技术的重要表现之一，通过科学的计算方法，提高了数据统计和计算的度。基于遗传算法的重要作用，应得到企业的重视。在电力系统运行过程中，如何区分故障和征兆是一个难题，智能化技术通过专家系统和神经网络系统可快速有效的分析出系统故障和安全隐患，并提供一定的解决办法，确保了电力系统的运行问题。
(四)神经网络技术应用
神经网络系统是智能技术的重要体现之一，其作用在于分析和处理系统故障。可对系统故障进行定位，并且减少了定位时间。同时，还可完成对非初始速度及负载转矩的有效管控。神经系统设计具有多样性，具有反向学习功能。利用神经网络系统的两个子系统，可实现对机电参数转子速度和电子流的评判和管控。目前，智能神经网络系统主要应用于分析模式和信号处理上。由于其包含非线性函数估算装置，因此对于电气自动化控制具有积极作用。其主要优势在于无需对控制对象建立数学模型，因此工作效率高，噪音小。
三、总结
随着科技的不断发展，电气自动化控制系统逐渐实现了数字化和智能化。智能技术的使用提高了自动化控制的效率，基于人工智能理论的智能技术是电力企业发展的必然。智能技术不仅是计算机技术的重要组成部分，也对计算机技术具有一定的依附性。但目前，智能技术的应用尚存在一定的缺陷，甚至存在一定的错误。基于此，应提高操作人员对智能控制化技术的认识，以保障智能化技术的可持续发展。
作者：许武文 单位：海南师范大学
自动化控制论文:智能化技术下电气工程自动化控制论文
1智能化技术的理论基础
从20世纪50年代开始,一直到现在的几十年探索中,人工智能化已经可以像人一样进行感应与行动,凭借着高效率、高精度以及高协调性等特点超越来传统的控制技术。随着计算机技术的不断发展,对人的思维能力进行模拟的构想现在已经得到了实现,后来在程序语言编制上,智能化模拟的可实施性也得到而来增加。随着电气工程自动化控制技术的不断发展,智能化技术的市场得到不断拓宽,这种技术的应用不仅可以使电气工程的工作速度得到提高,同时还在电气工程中节约了大量的人力与物力[1]。智能化技术在整个电气自动化控制行业中主要是利用不断实践来进行的,其中包含的内容十分广泛并复杂。智能化技术属于计算机高端技术的一种,因此要想很好的掌握其应用,那么必须要具备专业性计算机理论知识。智能化技术不仅有效有提升了电气自动化控制的工作效率,同时也也很大程度上降低了工作人员的压力,优化了资源配置,促进了电气工程自动化系统的稳定运作。
2智能化技术的主要特点分析
对于很多人来说,智能化技术是一个陌生的词汇,然而它却与我们的生活息息相关,下面我们就对它的主要特点进行阐述,帮助大家深入理解智能化技术。作为电力系统中的关键环节,电气工程自动化控制对电力系统的正常运行存在着决定性的作用,为了保障电气工程的顺利发展,从而有效提升恒业的整体水平,对智能化技术进行应用是大势所趋。
2.1高精度与高效率
在电气工程自动化控制中,精度与效率是两项重要指标,在智能化技术指导留下,对多个CPU与高速CPU芯片进行使用,电气工程控制工作效率与精度得到了显著的提高。
2.2多系统控制
智能化技术的应用可以有效减少相关工序,同时还能使工作效率得到显著提高,目前该项技术在电气工程自动化控制中的实际应用正朝着系统控制的方向发展着。
2.3科学计算的可见性
在电气工程自动化控制中,智能化技术的应用可以对数据进行有效的处理,不仅可以通过文字和语言进行信息交流,同时还能利用图形与动画实现信息交流,这在很大程度上提升了工作的效率。
3智能化技术在电气工程自动化控制中的应用
在电气工程自动化控制系统中应用智能化技术,有效提升了系统的工作效率,降低了工作人员的压力,对于电气工程自动化控制中智能化技术的应用主要体现在三个方面:(1)怎样将智能化技术应用到电气工程中对病因的诊断与维修之中;(2)如何对电气产品与设备进行优化设计;(3)通过怎样的形式对电气工程智能化控制进行实现。
3.1对电气工程自动化控制中的病因进行诊断
利用传统的人工方式对电气工程系统中的病因进行诊断是非常复杂的,同时对工作人员的要求也非常高,而且也不能对病因进行的诊断。在电气工程自动化控制中难免会发生一些设备和数据问题,依靠人工诊断方式往往不能对病因进行及时的诊断与处理。而智能化技术的应用不仅可以使病因诊断的效率得到明显提高,同时还可以使定时检测与诊断得到实现,在这一过程中很多问题的出现都会得到避免。
3.2对电气工程设计进行优化
在传统电气工程设计中,往往需要通过工作人员在工作过程中进行反复的实验才能完成。在这一过程中工作人员很有可能不会考虑到一些具体情况。如果真的出现复杂性的问题,也不能对其进行及时的解决,在这种情况下,工作人员不仅要掌握大量的专业设计知识,同时还要很好的将自己已经掌握的理论知识运用到实际应用中。智能化技术得到应用以后,设计人员就可以利用计算机网络和相应的软件对电气工程自动化控制进行设计,这样一来,设计数据的性得到而来增加,同时设计样式也非常丰富,另外,还能对一些复杂问题进行及时的处理,电气工程自动化控制的顺利运行就得到而来有效的保障。
3.3对整个电气工程进行自动化控制
电气工程控制系统中存在着很多控制环节,智能化技术的应用正好可以使对整个电气工程的自动化控制得到实现。智能化技术在应用过程中通过神经网络与模糊控制等方式实现对电气工程的自动化控制。其中,神经网络控制的应用是非常关键的,它可以进行反向的算法,同时具有多层次的结构。在神经网络控制的子系统中,其中的一个子系统可以结合系统参数对转子的速度进行调控与判断,而另一个子系统就可以按照以上参数对转子的速度进行判断与控制。目前神经网络控制已经在识别模式以及信号处理等方面得到了广泛的应用。智能化手段的应用使电气工程的远距离与无人操控自动化控制得到了实现,通过公司局域网的帮助,智能化技术的应用使得对电气系统各环节的实际运行情况进行了详细的反馈分析。
4结语
综上所述,电气工程自动化领域中智能化技术的应用已经取得了显著的成就,同时智能化技术还会逐渐在其他各领域中得到广泛应用。在目前激烈的市场环境中,对电气自动化控制的要求逐渐升高,在这种情况下,需要相关工作人员在目前理论研究的基础上进行深入的分析和研究,不断增强电气工程中自动化控制的性能,只有这样,才能使电气系统的工作效率得到进一步提高,进而使人们的各种需求得到满足,最终促进企业的市场地位得到显著的提升。
作者:张华平 单位:泰州机电高等职业技术学校
自动化控制论文:试论供水设备机械电气自动化控制的技术
供水事业的稳定发展关系着人民群众的正常生产和生活,也关系着经济的正常发展和社会的稳定。在供水事业中积极运用电气自动化控制技术,不仅可以降低人力成本,提高工作效率,还可以减少供水工作中的人为错误,保障供水质量。
一、供水设备机械电气自动化控制技术的功能和优点
与传统的供水设备相比,电气自动化控制技术能够有效的提高供水工作的效率,促进供水企业的健康发展,其具有以下几个方面的功能和优点。
1.1 具有良好的自身保护功能
在电气自动化控制系统中具有较少的控制独享数量,能够在短时间内进行数据的搜集和分析,并且具有自动保护装置,这也使电气自动化控制系统能够搜集到详实、的数据。在供水设备中应用该项技术,能够避免工作内容、设备所处环境对数据性造成的影响,避免供水工作受到各种因素的影响,将各种负面作用降低到最小。通过电气自动化控制系统中的自动保护装置,能够针对各种问题进行及时响应,从而对供水设备进行有力的保护[1]。
1.2 工作效率高
电气自动化控制系统主要是靠各个相应的程序来控制整个工作过程,并且及时记录涉及的各种数据,该系统可以以供水设备所处的位置改变为依据,及时地更新操作代码,从而保障工作指令的,及时向供水设备传递工作指令。与人工操作相比,自动化控制系统能够进一步减少人为失误,提高供水工作的效率,并且及时向相关位置传递操作指令,减少传递过程中的延误。
1.3 具有良好的环境适应性
供水设备机械电气自动化控制技术能够有效地提高供水设备的环境适应能力。由于供水设备所处的工作环境较差,如果要使用人工操作的方式,则需要职工长期处于恶劣的环境中进行工作,不仅对职工的人身健康造成了恶劣的影响,而且也会影响操作的及时性和性,有一些供水设备所处的环境过于恶劣,职工甚至难以深入。此时就可以使用电气自动化控制技术,通过自动化技术来对供水设备进行远程操控,避免职工在恶劣的工作环境中工作,同时提高供水工作的质量,进一步降低人为误差,使供水事业的发展更加稳定[2]。
1.4 具有更快的远程传播速度
在供水设备中使用电气自动化控制技术,能够对系统进行的控制,及时地传输信息。与人工操作相比,该系统具有更快的远程传播速度,能够通过远程监控的方式对各种数据信息进行监控和传播,使用远程监控设备来进行信号输出。这样可以减少职工对供水设备的近距离操作,从而实现远程控制监控对象。
二、供水设备机械电气自动化控制技术的设计概述
2.1 积极应用集中监测理念
所谓的集中监测理念也就是通过处理器来有效的控制供水设备,其优势在于能够对整个运行过程进行有效的维护,操作较为便利,能够充分地完成供水设备的运行工作。如果供水设备出现故障,还能够进行便利的维修,从而保障了供水设备运行的稳定性。但是集中监测理念的运用也存在一些不足,尽管通过独立处理器能够使工作程序大幅度简化,然而也造成了处理工作过于集中,从而拖慢了处理的速度。特别是当控制任务越来越多时,成本也会越来越高。因此集中监测理念只适合在短距离的监控中使用,随着距离的拉长,电缆成本和供水质量都将受到很大的影响,操作失误也会越来越多。因此,当前只在简单的防护设备中应用集中监测理念。
2.2 集中应用远程监控理念
远程监控理念也就是对供水设备进行远程监控,并进行远程信号的输入和输出,远程监控理念的优点在于布设电缆时可以依照距离的远近来进行合理的安排,从而使电缆的用量得到了降低,供水费用也得到了减少。远程监控理念使用的材料比较简单,并能够收集和分析信息,对供水设备进行有效的远程监控。但是远程监控理念也存在一些问题,具体表现为无法对该项技术的特征进行充足的反应。如果需要进行远程监控,就必须进行远程输送和处理,这也带来了比较繁重的数据传输任务,数据传输的速度也会受到影响。远程监控过程中还存在着一定的数据流失[3]。
2.3 积极利用现场总线监控理念
现场总线监控理念主要是对工作现场进行总体监控,在处理器中集中所有的自动化控制功能,从而保障供水设备能够正常运行,收集和处理所有的数据。现场总线结构理念的优点在于能够对供水设备的运行全过程进行有效的监控,监控的性也得到了有效的保障,对供水设备的监控效率较高,监控数据的整理和传输过程中的错误率得到了降低。然而现场总线监控理念属于现场总线监控,如果管理不善,可能会造成控制功能的混乱,难以对监控信号进行地收集和传输,从而影响了供水工作的顺利进行。
在供水设备机械电气自动化控制技术中,应该综合应用以上三种理念,从而以数据、距离、信号方面的要求为基础,来选择合适的理念和技术,并对其进行完善,使供水工作的需求得到充分的满足,不断提高电气自动化控制技术。总体而言,电气自动化控制技术与信息技术的结合,能够有效地提高供水设备的工作效率。结合信息技术能够有效的提高监控的效率,并对供水设施的运行情况进行在线监控,由员工在操作室中通过视频的方式进行监控,有效地提高了该技术的通讯功能,从而更好地发挥供水设备的作用,推动供水设备机械电气自动化控制技术的进步。
三、结语
自动化控制技术能够有效地提高供水设备的运行稳定性,监控供水设备的运行情况,有效的降低人力资源成本,提高供水工作的效率,促进供水企业的健康发展。因此应该在供水设备中积极引进自动化控制技术。
自动化控制论文:自动化控制在供水工程中的思考
1系统的功能分析
在结合相关的光纤通信网络和工业以太环网交换机基础上,大规模的远程监控能够通过此急供水工程的远程监控系统得以实现。其中,为了满足远距离遥测、遥信、遥控、遥调的需要,要求远程测控终端,以及相关的服务器都具有比较高的性能,通信过程实现多线程并行处理,这样情况下,各个子站的各种数据能够在短短几秒钟得以有效获得,同时,还能有效进行相关的遥调、遥控功能。还能具有非常快的实时响应速度,具有很高的性,能够接近零维护。及时,人机界面。逼真的动画和腻的图像能够在显示屏上显示,还能生成采集数据所需要形成的曲线,能够满足相关的定时打印的要求,可以生成各种类型的报表。对于发生故障的情况来说,能够显示出故障状态和故障点,自动进行报警画面的显示,并且针对不同的报警等级给予不同的反应。第二,数据处理功能。数据库的建立则是通过对于不同数据类型、时序、属性、名称进行分类而得。在不同的要求下,按照不同的形式显示采集到的各种数据,比如形影的曲线、表格、画面等,同时,还能利用符号和数据进行数据性质的标识。第三,数据采集功能。在数据采集功能中,主要分为按照需要采集数据和定时采集数据两种。前者主要是在相关的要求下,能够对于一眼或多眼抽水置换井的数据在任何时刻通过中控室进行采集,同时,抽水置换井终端的通讯参数还能够有效修改,也能修改相应的报警限值。后者主要是抽水置换井的定时数据监测的实现过程,定时由中控室对于所有现场测控单元进行监测,主要监测的数据则包括水位观测井内的水位、流量、压力、电流、电压等。第四,防盗报警功能,分散性则是30眼抽水置换井的特点,防盗报警装置在每一口井的现场控制站进行安装配套,报警声响在进入井室时发出,同时,中控室能够快速接收到报警信息,从事远程实现相关的快速布防。第五,系统其他功能分析,能够实现观测井内的液位计的液位信号的检测,通过中控室的远程GPRS数据接入服务器,满足自动化控制系统与已建自动水位观测井液位相互配合以及衔接操作,这样通过GPRS模块,能够利用锂电池式无线浮子液位计实现观测井的液位的监测,并且出传送到中控室的工况机中。
2计算机自动化控制系统的特点分析
及时,具有比较齐全的功能,能够实现自动/手动功能。对于自动功能来说,启动一定台数的水泵,则是根据中控室的调度流量来确定,在系统按照调度流量下,通过对于水泵的出水流量进行调节,使之能够自动运行。对于手动功能来说,通过工控机,每一台水泵的运行与停止可以进行手动控制,同样可以对于水泵的出水流量进行设定。第二,方便管理。通过工控机,每台水泵的运行参数能够得以直观的显示,故障时报警画面能在水泵发生故障时而自动弹出,还能进行专家报表。第三,保护比较齐全,系统的保护功能包括水井水位过低、缺相、短路、漏电、过滤、等,参考的保护点则为水泵的出水流量。比如,50Hz的水泵运转频率下,流量为零,这时的水泵以及其他故障不存在动作时,这说明水井也为过低,自动停止运行水泵,同时发出警报。第四,性能稳定,系统的通讯工具和介质都具有比较强的抗干扰能力,西门子元件作为智能管控器的核心元件,使用性能比较高的太网交换机和光线,具有运行稳定和较快的传输速度;现场控制站组成环网,这样的情况下,当出现其中的一个管控器损坏的情况,或者有光线断裂的情况,通讯依然能够保持,进行数据传输,系统工作不会受到影响。第五,自动网络管理功能。智能网管能够减轻人工检查判断故障点的比较大的工作量,此系统通讯则是采用工业以太网,能够对于日常中的光纤断掉及光纤跳线松动接触不良等问题进行有效处理,当交换机故障或者交换机的跳线脱落,相应的水源井的位置都会在中控室的工控机上显示,并进行相关的报警处理。
3系统的实施及运行情况
自从投入使用该系统以来,系统整体性能稳定,工作非常正常,给企业带来了明显的经济效益和社会效益。在经济效益方面,地下水库水体置换的目标利用计算机自动化控制系统圆满完成,城市供水的任务也顺利完成,使得劳动力大大节省,生产成本大大降低,同时,为单位创造了巨大的经济效益。在社会效益方面,城市供水应急工程计算机自动化控制系统能够使得供需水矛盾得以解决,满足城市居民的用水需求,能够保障社会稳定,以及创造节水型社会。其次,还能够满足城市水质要求的同时,逐步恢复该区域的生态环境,保障城市的水源。
4结语
目前,在各个领域中又能体现出计算机控制技术的发展,计算机信息控制技术在城市供水应急工程中的作用非常重要,只有利用先进的信息技术,才有可能保障城市供水应急工程的顺利完成。
自动化控制论文:分析电气自动化控制系统及设计
摘要:本文对电气自动化进行了说明,说明在当下电气自动化装置的构思,使得未来这种系统的优势逐步增大。智能化的应用,说明了这种控制系统未来的发展方向。智能化的提升,使设备的稳定性能够得到控制,并提高度,通讯技术也给大面积的数据控制提供了平台,在工业自动化领域,基于Pc的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被
更多的采纳。
关键词:电气自动化;控制系统;设计
中图分类号:TM92 文献标识码:A
1 电气控制对象的特点和要求
电气控制量与热工控制量相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点,电气的主要特点表现为:
(1)电气控制系统相对热机设备而言对信息的掌握不大,目标少,操控次数少,不过,速度更快,度也更高。
(2)电气设备保护自动装置对稳定性要求更高,更快速,并且,有一定抗干扰的能力。
(3)热力系统需要大容量来满足处理信息的需要,并且内部情况复杂,过程掌握十分严格,对于电控系统(ECS),强调数据提取和顺序的掌握作为主要方面,有助于实现连锁保护。
因此,机组的电气系统纳入DCS控制,要求控制系统具有很高的性。除了能够进行一般的启动和停止,对于异常问题的显现和控制的数据也要显示。并给出可行的操作意见,以及意外控制办法,使电气系统控制处于科学、有效、合理的情况之中。
2 常规ECS系统的实现水平
目前,大多数电厂和DCS厂家所实现的ECS控制功能主要局限在以下几个方面:
(1)监视部分 发电机——变压器组系统,励磁系统,高、低压厂用电系统及备用电源系统,220V直流系统和UPS电源系统,电气公用系统,所控电气设备开关、闸刀的状态监视;中央信号及事故报警,事故记录及追忆功能。
(2)控制部分 发电机——变压器组单元电气一次设备的控制、联锁,发电机程序起停,ASS的投切;厂用工作电源,高、低压厂变与高、低压备变之间的正常切换操作;电气接地系统管理;220kV断路器、隔离开关的控制。
应该说在传统的DCS系统中对电气量的监视、控制非常有限,特别对于电气专门的智能装置来说,信息的提取量就更加少,使得设备之间配合不好,对于运行工作人员,很难在监视器上得到这样的信息。某些时候,只有采用充足的电流和电压,将其变速,将部分模拟量采集进DCS系统;或者采用硬接线的方式接入DCS系统,使系统复杂、投资增加和资源浪费。
这几年,电气设备向着小型,功能增多,内容数据不断增大的情况发展。电气专用设备制造厂家,如国电南瑞、国电南自、北京四方、许继电气、东大金智等厂家,纷纷推出了双CPU(或三CPU)、智能型、带现场总线接口的高性能的产品。加之这些厂家也推出了自主知识产权的电气综合自动化系统,使ECS功能扩展,让电气进行综合,并且,要确保电气系统,其运行不相互干扰,在硬接线的数量降到低,未来的发展趋势是全都利用通讯手段作为连接办法。
3 电气综合自动化系统的功能
根据单元机组的运行和电气控制的特点,应将发电机一变压器组和厂用电源等电气系统的控制都纳入ECS监控。其基本功能为:
(1) 发变组出口220kV/500kV断路器、隔离开关的控制及操作。
(2) 发变组保护、厂高变保护、励磁变压器保护控制。
(3) 发电机励磁系统。包括启励、灭磁操作,控制方式切换,增磁、减磁操作,PSS(电力系统稳定器)的投退。
(4) 220kV/500kV开关自动同期并网及手动同期并网。
(5) 6kV高压厂用电源监视、操作、厂用电压快切装置的状态监视、投退、手动启动等。
(6) 380V低压厂用电源监视、操作、低压备自投装置控制。
(7) 高压启/备变压器控制和操作(2台机共用)。
(8) 柴油发电机组和保安电源控制和操作。
(9) 直流系统和LPS系统的监视
因为,设备可以看做较为完善,并且,如果都要在DCS里完成工作还不大可能,并且花费较大,所以能够保留,不过,它们和DCS连接,使用硬接线作为控制装置,使用通讯装置来传导自动装置,并能够利用DCS实现事故重现。
4 电气自动化控制系统的设计
(1) 集中监控方式
这一监控办法的特征是容易维护,对于控制站,防护等级需求的不高,系统更容易实现设计。但是,因为集中式,它的运行办法是把所有的功能综合到一个处理器,完成处理工作,因此,对于处理器来说承受了巨大的工作压力,因为电气设备都是在监控内进行的,如果监控目标不断出现,就会导致主机冗余降低,而电缆随之变多需要的花费增大,距离较长的电缆,如果产 生了干扰情况也会导致系统不稳定。并且,隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线,因为用于分隔刀闸的在接点位置上暴露出缺陷。使得设备运作异常困难,这样的接线很难完成二次接线,线和线的连接比较复杂,而设备的操作难以实现,使维护工作雪上加霜,并且,存在因为查线以及运动时,因为线的多而复杂产生错误动作的可能。
(2) 现场总线监控方式
目前,对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中,并且,有了丰富的动作指令,对于有智能性质的电气设备,其发展也是十分明显的,这些因素使网络的监控和发电厂之间的关系作出了铺垫。总线监控让设计的目标更明确,针对间隔的差异,在功能上也有不一样的显现,因此,可以作为间隔的状况开展设计。使用这样的监控办法,包含了所有远程监控办法的优势,并且能够降低隔离设备的总数,也包括隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等,对于智能设备,应当立马进行装配,如果使用通信线和监控系统之间连接起来,就能省掉许多的控制电缆,使投资节省,此外,装置与装置间的功能互不干扰,装置和装置的关联是由网络产生的,网络组织比较轻松,使得系统更,更稳定,每一个装置如果发生错误也仅牵连到元件,而不会整体停滞,所以,现场总线监控能够作为以后发电厂网络监控的好方法。
5 探讨电气自动化控制系统的发展趋势
OPC(OIJEforProcess Control)技术的出现,IEC61131的颁布,以及Microsoft的Windows平台的广泛应用,这给计算机带来新的应用目标,电气技术融合性更好,发挥巨大的潜力。这已经进入到一个国际化的时代,并且,在各种控制系统中,使用变得更加广泛,被更多的商家所看重和应用。Pc 客户机/服务器体系结构、以太网和Internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT平台的融和,电子商务的普及将加速着这一过程。Internet/Intranet技术和多媒体技术在自动化方面,前景非常广阔,企业的管理者使用一般的浏览器,就能完成储存以及提取企业在人员, 财务方面的资料。也能够将目前的生产流程作为监控目标,几乎能够马上明确最而的信息。虚拟技术以及视频技术作为先进的手段,会给以后的自动化商品,例如人机界面以及维修系统带来最明显的影响。使用对应性较强的软件,对通讯效果以及组合环境的需求更加明显,软件的功能不断加大,并且从某一单纯的设备转移,向集成方向转化。总的来说,这种控制系统给大家带来新的前景,也使得其出现了新的发展需要,为了实现越来越复杂的需要,就必须考虑电气自动化的发展特征,为此行业挑选适当的人才来促进发展,相关行业因此有了更广阔的就业前景。但是,应当注意,其科技性要求较高,因此专业性也有所提升,在装置的配合内容里,要把自动化和智能化作为工作的前提。推动设备与国际水平相媲美。并创造属于本行业的行业先锋。
自动化控制论文:电气自动化控制系统的建构与发展
一、电气自动化控制系统的发展趋势
1电气自动化控制系统的技术不断创新
目前我国的电气自动化工程经历着技术不断创新的发展过程,在不断开放的环境中,电气自动化控制系统的创新能力不断提升。各大企业也不断致力于创新能力的培养,不断追求电气自动化控制系统的自主知识产权的研发。这样,各大企业在优胜劣汰中不断提高自己的竞争实力,电气自动化控制系统的技术也就得到不断的创新。
2电气自动化控制系统不断的统一化
实行电气自动化控制系统的统一化能给电气自动化控制系统的发展带来更大的变化。它能促进电气自动化产品的周期性,维修和养护各个步骤的统一化。而且,实行电气自动化控制系统的统一化能够从客户的需求出发,也就能把电气自动化控制系统独立出来。
3电气自动化控制系统的不断的标准化
随着我国的电气自动化工程经历着技术不断创新的发展过程,在不断开放的环境中,电气自动化控制系统的接口也就不断的标准化。能够使各个企业的软硬件交换数据,确保各个企业之间能够将信息交流更方便,真正能将通讯产生的困难解决了。
4电气自动化控制系统不断的安全化
随着我国经济的不断发展,社会经济的各个方面都取得了很大的提高。我国作为工业为主导的社会,只有大力发展工业才能促进我国经济的飞速发展。纵观我国工业经济的发展之路,电气自动化工程在其中有相当大的作用。电气自动化控制系统更加安全化,朝着安全规范的趋势发展。分析国内市场的发展趋势,也逐步将其危险性降到低程度。
5电气自动化控制系统不断的专业化
电气自动化控制系统在安装和设计时,专业技术人员的培训逐渐增多。专业技术人员的培训使其操作人员的维修技术不断的提高,电气自动化控制系统不断的专业化。加之越来越多的培训,电气自动化控制系统的工作技术人员更加注意培训的重要性。通过培训,工作技术人员排除故障和维修的技术得到提高。
二、电气自动化工程控制系统的建设与发展的合理化建议
电气工程及其自动化是现代工业发展的关键领域,随着科技的不断更新和发展,电气自动化工程控制系统起到了很大的作用。所以,电气自动化工程控制系统的建设与发展是十分重要的。通过以上分析,提出了以下几项电气自动化工程控制系统的建设与发展的合理化建议:
1电气自动化工程控制系统建设要数字化
目前,各个系统工程要想得到长足发展,都与数字化相联系。所以,数字化是今后各大工程系统发展的趋势。电气自动化工程控制系统建设数字化可以使信息整体作为目标,将信息整体的数据输入到计算机中,逐渐电气自动化工程控制系统建设数字化。这样,人们在任何地方,任何时间都会查到信息数据。
2电气自动化工程控制系统建设要创新使用
电气自动化工程控制系统建设大量的创新使用可以使电气自动化的成本降低,材料得到节省。电气自动化工程控制系统的创新使用可以使电气设备的智能化飞速发展起来,这样可以使电气自动化工程控制系统建设有个长远的发展。并且,这个系统在电气自动化工程控制系统设计过程中更加突显其目的性,创新性,实现电气自动化工程控制系统建设跨越式的发展。
3加强电气自动化企业之间的协作
各个企业好一起建立厂区,车间,生产。一同学习,一起分享学习的经验。各个企业共同发展,共同进步。各个企业可以根据不同的能力需求确定学校和培训的方案,培养出不同的需求的人才。各个企业不能总用一种培训方式,要根据不同的需求,不同的时间段确定电气自动化的人才培训方案。各个岗位群体进行科学研究,总结这些岗位培训的经验和技术能力。教师在教学过程中也要不断的总结教学经验,重点研究实践能力,对学习内容进行优化处理,让学员更好的参加社会实践。
三、结束语
随着我国经济的不断发展,电气自动化工程控制系统在我国的社会经济发展越来越凸显它的重要地位。纵观我国工业经济的发展之路,电气自动化工程在其中有相当大的作用。其中电气自动化工程控制系统帮助企业减少经济成本,提高检测的度等等。同时,电气自动化工程控制系统在一定程度上减少了事故的发生,大大提高了电气自动化工程的安全性能,确保整个电气工程能够平稳的运行。本文首先讨论了电气自动化工程控制系统的发展趋势,然后讨论了电气自动化工程控制系统的发展趋势,再次,为今后电气自动化工程控制系统的建设与发展提出合理化的建议。希望今后的专业技术人员能够运用自己的所学知识,促进电气自动化工程控制系统更好的发展。
自动化控制论文:楼宇自动化控制网络技术
摘要:简要介绍了楼宇自动化系统,分析了传统集散控制系统和新兴的现场总线控制系统优缺点以及应用,并介绍了楼宇自控领域中流行的4种现场总线。说明了以太网技术的发展以及在楼宇自控领域中的近期应用情况,对现场总线控制系统和以太网进行了比较
关键词:楼宇自动化控制网络 现场总线控制系统 以太网 楼宇自动化系统
目前日益流行的智能建筑(InteUigent Buidings)是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物,是信息社会的需要,也是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(Buiding Automation system,缩写为BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。其中,楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统,将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上,通过网络对其进行综合的控制,这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境,同时实现高效节能的要求。
2 现场控制系统FCS的出现以及在楼宇自控中的应用
上个世纪七八十年代,伴随着计算机性提高,价格大幅下降,出现了由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的分布式控制系统(Distributed ControlSystem,简称DCS)。DCS是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。它的测量变送仪表一般是模拟仪表,因此它属于一种模拟数字混合控制系统,这种系统较以前的各种控制系统有了较大的进步。DCS在工业自动化控制领域获得了广泛的应用,也开始应用到楼宇自动化控制领域。但是DCS存在如下一些缺点:
(1)安装费用高。采用一台仪表、一对传输线的接线方式,导致接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难;
(2)性差。模拟信号传输精度低,而且抗干扰性差;
(3)系统封闭。各厂家的产品自成系统,系统封闭、不开放,难以实现产品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。
上个世纪90年代以来,随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展,出现了基于现场总线的控制系统(FCS),FCS克服了DCS的缺点,它是一种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统。目前,现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点,备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。FCS极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量,使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。与传统的DCS(分布式控制系统)相比,FCS具有性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线的出现,为工业自动化带来了一场深层次的革命,从而开创了工业自动控制的新纪元,被誉为自动化领域的计算机局域网。鉴于FCS的许多优点,控制专家们纷纷预言“FCS将取代DCS成为2l世纪控制系统的主流。”现在,FCS已经被应用到楼宇自动化控制领域。
2.1应用于楼字自动化领域的几种现场总线
由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在,世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不统计,目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议根据国际标准化组织(ISO)的计算机网络开放式互连系统的OSI参考模型来制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。在这些现场总线中不乏优异的现场总线,如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BAC
net、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EiB等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广泛的应用。尽管基于现场总线的Fcs克服了DCS的许多缺点,但还是有一些不如人意的地方,最明显的缺点:多种现场总线并存而互不兼容,导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点做进一步说明。
(1)LonWorks
美国Echelon公司1991年推出了LON (Local 0penation Networks)技术,又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持,已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说LonWorks具有以下优点:
①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式,包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等,这样可适应复杂的现场环境,方便现场布线;
②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等;两种传输速率:78bps和1.25Mbps,较大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定,一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个;
③完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境,采用开放的NEURON C语言,它是ANSI C语言的扩展;
④无主的网络系统。LonWorks网络中各节点的地位相同,网络管理可设在任一节点处,并可安装多个网络管理器;
⑤开发LonWorks网络节点的时间较短,也易于维护。LonWorks采用的LonTalk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中,这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间,也方便维护。
同其它现场总线一样,LonWorks也有自身的缺点。首先,LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺;其次,由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片,所以它的开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足,但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品,其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点,LonT~k协议也被接纳为欧洲CENTC247、CEN TC205的一部分。自1996年以来,LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下,国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统,并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
(2)BACnet
BACnet是作为世界上及时个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BAcnet不是软件或硬件, 也不是固件,严格地说,BAcnet并不是现场总线,而是一种网络协议,即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS/TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线,BACnet标准较大的优点是可以与Etherent、LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计,并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用,全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国,但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小,而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的,还没有真正意义上的国产化BAC论文联盟论文联盟编辑。net相关产品。
(3)CAN
CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的,现在它已经成为一种国际标准,在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点:
①采用8字节的短帧传送,故传输时间短、抗干扰性强:
②具有多种错误校验方式,形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下,节点会自动离线,避免影响总线上其它节点;
③采用无损坏的仲裁技术;
4 CAN芯片不但价格低而且供应商多。
CAN缺点是:CAN总线上最多可挂接110个节点,这不能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展,相对其它一些现场总线,CAN总线技术比较简单,CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此,很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。
(4)EiB
EIB是欧洲安装总线(European Installation Bus)的缩写。它在1990年被提出,经过十多年的发展,成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准,在欧洲得到了进300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域,并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里,国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用,如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。
3 以太网开始进入楼宇自控领域
以太网发展至今已有20年历程,作为局域网组网的主要技术,以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。近年来,以太网技术获得了快速地发展。交换型和全双功以太网的出现,克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱点,实现了站点独占传输媒体并同时收发数据,也减少了网络上的数据碰撞。以太网的标准不断更新和扩展,目前的以太网不仅在物理层(包括拓扑结构、传输速率、传输媒体),并且在数据链路层与原来的传统以太网标准有了很大的进步,以太网标准系列已扩展成20余个。现在已太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展,同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。新的IEEE802.3af标准开始对以太网供电作出了规定,它消除了以太网技术进入现场控制领域的一个严重障碍。目前,3Com、华为、DLINK等公司开始提供符合IEEE802.3af标准的交换机产品。另外,一些现场总线的协会或组织也开始提出基于其现场总线的开放式以太网标准,即工业以太网标准,如ODVA(开放DeviceNet供货商协会)和CI(ContolNet国际组织)的EtherNet/IP标准、FF(现场总线基金会)的HSE(Hig}l Speed Ethemet,高速以太网)、Profibus国际组织的ProfiNet。支持这些工业以太网标准的交换机、网卡等产品也开始出现,如MOXA公司的EDS-508系列工业以太网交换机(支持EtherNet/IP)、北京航天华辉自动化技术有限公司的AnyBus-S IO/100M(支持Ethemet/IP和Modbus/TCP)等。美国VDC(Venture Development Corp.)调查报告指出,Ethemet在工业控制领域中的应用将越来越广泛,市场占有率将从2000年的ll%增加到2005年的23%。
伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用,以太网技术也必将越来越多地渗透到楼宇自控领域。目前,以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网(如图l所示),在一些新开发的楼宇自控系统中,以太网直接进入了控制层,如北京楼宇自动化中心开发的基于以太网的ENC-2001IP智能建筑测控系统。ENC-200liP控制系统的结构如图2所示。一般的空调、照明等系统通过ENC参量控制模块集成到以太网上;带有RS232或RS485接口的系统通过网关转换模块集成到以太网上;IP电话以及IP摄像机直接连接到以太网上。
在楼宇自控网络中采用基于现场总线的FCS的优点是:
①性、实时性好。现场总线为工业控制设计楼宇自控网络集成到信息网的,有屏蔽、接地与防爆等措施,同时其实时性也比采用CSMA/CD的以太网的时实性好;
②用户的投资成本低。现在,开放的现场总线技术已经比较成熟,有很多公司提供的相关产品可供选择。其缺点是:实现现场总线无缝接人以太网复杂,当多种现场总线共存在一个系统中时,集成起来更复杂,系统的扩展性差。
在楼宇自控网络中采用以太网的优点是:实现了从管理层(信息网)到现场设备控制层(控制网)的“一网到底”,即实现人们期望的通信协议的兼容和统一;这样系统扩展起来也比较方便;与智能建筑中其它系统(信息网通信自动化系统和办公自动化系统)集成起来更加容易。其缺点是:首先,目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较大,开发费用和成本相对还是较高,用户可以选择的厂商也很有限,垄断利润较高,研发成本还没有被消化,这些都导致产品价格过高。其次,以太网的实时性、性等方面还有待进一步完善。
4 结束语
就目前而言,不管是应用在楼宇自控网络中的基于现场总线的FCS还是以太网,都有其优点和缺点。随着时间的推移和技术的进步,它们也必将会被进一步完善。据统计,我国目前有从事楼宇自动化业务的企业3000家以上,产品供应商约3000家。另外,随着我国绍济的快速发展和人们生活水平的不断提高,建筑和社区的数字化建设正在兴 起,FCS和以太网都必将在楼宇自控领域中获得更广泛的应用,在今后相当长的时间内,两者在竞争的同时也将继续并存。
自动化控制论文:我国电气工程和自动化控制系统的具体应用
近些年来,随着科学技术的不断进步,电气工程与自动化控制系统技术水平也日益提高,在工业生产中占据着重要地位,具有提高自动化水平、提高生产效率、延长设备使用年限等特点。因此,做好电气工程与自动化控制系统的实践是企业应当重视的工作。
1 电气工程与自动化控制系统的概述
(1)电气工程与自动化控制系统的设计。在电气工程与自动化控制系统设计中,主要有闭环控制、开环控制以及复合控制三种,其中,闭环控制控制过程是根据给定值和反馈量偏差来完成的,能够预防震荡,确保控制装置正常工作。开环控制的控制装置与受控对象之间是顺向作用,优点在于控制过程、系统结构简单,不足之处是控制精度差、抗干扰能力低,主要适用于对控制性能要求相对偏低的场合。复合控制是一种反馈控制方式,只有在被控量变化后,控制系统才会进行调节与控制,控制过程、被控量不会受复合控制的影响。
(2)电气工程与自动化控制系统的方式。电气工程与自动化控制系统主要可以分为集中式、分布式以及信息集成化三种,具体是指:
首先,集中式控制系统。此种控制系统只有一个处理器,承担着系统的所有功能的处理任务,其优点是系统结构简单、设计与操作简便、维护成本较低,其缺点有在监控对象增加时,处理器工作效率会降低,处理工作过程会受任务多少影响,主机使用空间减少,在功能增加时,只能通过增加电线方式解决,会增加成本,影响系统性[1].
其次,分布式控制系统。此种控制系统有多个控制回路,每个控制回路分别承担一部分系统功能,可以有效解决集中式控制系统的不足,同时实现对数据的集中获取、管理与控制。但是,分布式控制系统也存在一定不足,主要是受仪表类型复杂、标准不一影响,会增大维修工作难度。第三,信息集成化控制系统。信息化集成控制系统是在计算机技术、信息技术等基础上发展出来的一种控制系统,是指在电气自动化控制设施与机械设备之间以信息技术作为连接,比如微电子处理技术等,提高信息获取效率,提升控制系统自动化水平。
(3)电气工程与自动化控制系统的重要性。在工业生产中,电气工程与自动化系统起着十分重要的作用,具体体现在以下三方面:
首先,能够提高设备的性,通过自动化系统,可以对电气工程相关设备状态进行自动检测,检验元件参数指标以及性,确保在各种环境条件下,设备都可以良好运行,并对其进行相应改进与完善,确保电气工程的性。
其次,可以增强系统的适用性,在生产过程中,电气工程与自动化系统能够自动记录所有的运行数据,并通过对数据的自动分析、对比,根据实际需求来对工作进行自动控制与调节,从而有效增强系统的适用性。
第三,可以提高生产的先进性,在工业生产中,自动化控制水平是一项十分重要的衡量指标,通过应用电气工程与自动化控制系统,可以自动完成对生产过程与产品的测试工作,在保障产品品质的同时,提高生产效率,从而实现生产先进性的提升[2].
2 电气工程与自动化控制系统的实践
(1)在智能化方面的实践。在电力系统当中,其运行的性、安全性等与智能化水平有着密切联系。因此,将电气工程与自动化控制系统应用于系统的智能化当中,可以提高系统的自动调节能力,解决电气工程早期自动化控制存在的不足,促进电气工程的进步,有效提升电气工程自动化控制的整体水平。对于智能化控制器而言,其优点主要是可以同时完成诸多不同数据的处理,也可以承担一些其他控制器难以完成的工作,比如难度较高、危险性较大的工作。电气工程与自动化控制系统在智能化方面实践,不仅体现在提高智能化技术的先进性、实用性方面,还体现在增加电气工程的稳定性上。在未来工业发展趋势中,智能化方面电气工程与自动化控制系统应用将会越来越加广泛,分布在智能化的各个领域,对智能化的发展与进步起着重要促进作用。因此,应当加强对电气工程与自动化系统在智能化方面实践的研究,针对不同问题采取相应的措施,可以提高智能化中电气工程与自动化系统性与安全性,避免事故发生[3].
(2)在变电站配电的实践。在变电站配电中应用电气工程与自动化控制系统,会对变电站运行设备故障与事故进行自动记录,利用监控、操作的图像化与智能化特点,不仅可以提高变电站运行效率,也能够有效提高变电站配电自动化系统的管理水平,对变电站配电进步有着重要意义,有助于促进电气工程自动化控制的发展。
(3)在电厂分散测控系统的实践。在电厂运行中,分散测控系统是一项十分重要的内容,可以对>:请记住我站域名/
3 结语
综上所述,电气工程与自动化控制系统是国家社会经济发展的重要基础,加强对电气工程与自动化控制系统的了解,掌握其设计方式、控制系统模式等内容,将其合理应用于工业生产的实践当中,对于工业生产效率提升、产品质量等起着重要保障作用。因此,对电气工程与自动化控制系统的实践展开研究,借鉴先进技术,提高系统的稳定性与性,对电气工程与自动化控制系统发展有着重要意义。
自动化控制论文:滴灌系统的自动化控制的研究
摘要:本文介绍了引进的以色列先进的滴灌技术,同时从滴灌系统、节水效果到滴灌的自动化控制作了详尽阐叙,并对百果园第二期工程建设提出了滴灌系统的设想,以此范例,作出了在我国果园灌水实现滴灌自动化的一般方法和建议。
关键词:计算机 自动化 电磁阀
1 简介
是国家果茶良种场XX省品质果茶良种繁育场,是国家“九五”种子工程在湖南实施的重点项目,建于1998年8月,1999年三月由农业部授名为“国家(湖南)果茶良种场”。
厂址位于XX市西郊雷锋大道7公里处,占地面积620亩。为加速实施全省农业结构的调整,先后从美国﹑法国﹑埃及﹑日本及国内10多个省市科研育种单位引进品质果茶品种资源158个,品质果茶种苗40多万株,建成果茶母本园150亩。每年可向社会提供品质果茶苗木200多万株,果茶母(接)穗1万公斤以上,生产品质果茶产品1000吨以上。
果茶场也是省城及时座以品茶、园艺、垂钓为主题的农业观光园。这里空气清新,景色怡人。春有草莓、樱桃、“明前”茶;夏有枇杷、苹果、葡萄、桃、李、杨梅、无花果与瓜类;秋有板栗、柿、枣、梨、猕猴桃;冬有柑桔、橙类等。一年四季。百果飘香,是个名副其实的“百果园”。
该厂第二期工程将于2003年完成,面积将扩至1000多亩。年生产品质果茶苗木将达到1000万株,品质果茶产品产量也将成倍增加,更多的农业高新技术将落户该场。果茶苗木和产品的生产、检测、采后处理、加工和多种农业观光设施将全部完善和配置。届时,一个全新的高科技生态农业示范、观光园将会展现在你的面前。
百果园是农业高科技的结晶,而滴灌系统是其中的重中之重。百果园现建成的620亩果园,全部由从以色列引进的先进滴喷灌系统控制,该园地势起伏较大,较高处海拔达86.60m,低处64.72m,传统灌水方式很难进行,而先进的滴灌系统由于对地形的适应能力强,而且特别适应山地丘陵地区,所以滴灌正好大施其能,由低处水库中取水,经过过滤加压,然后由遍布全园的各种管道把带有肥料、除虫剂的水地送到每片需水地园中,保障果树的正常需水。不过其系统自动化程度不高,全园仅能使用微机控制电磁阀的开启,不能实现作物的轮灌、对灌水时间和灌水量还不能实现有效的控制,有望进一步提高。
2 滴灌系统
滴灌就是滴水灌溉技术,它是利用低压管道系统,使滴灌水成点滴地、缓慢地、均匀而又定量地浸润作物根系最发达的区域,使作物主要根系活动区的土壤始终保持在含水状态。滴灌不同于传统的地面灌溉湿润积土壤,因此滴灌有节约灌溉用水量、促进作物生长和提高产量的作用,是一种很有发展前途的局部灌水技术。
百果园主要种植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果树,如果采用其它灌水方法,不仅浪费水资源,而且很难保障满足果树的需水量,而滴灌具有省水节能、省工省地省肥、操作简单,易于实现自动化、对土壤地形适应性强、保护和保持生态环境等优点,所以滴灌成为了百果园地。
2.1百果园滴灌系统的组成
百果园滴灌系统主要由水源、首部枢纽、输配水管网和尾部设备灌水器以及流量、压力控制部件和测量仪表等组成,如图所示。全园滴灌系统组成示意图:
1.水源 2.水泵 3.供水管 4.蓄水池 5.逆止阀 6.施肥开关 7. 灌水总开关 8.压力表
9. 主过滤器 10. 水表 11. 支管 12. 微喷头 13. 滴头 14. 毛管(滴灌带、渗灌管)
15.滴灌支管 16.尾部开关(电磁阀) 17.冲洗阀 18.肥料罐 19.肥量调节阀 20.施肥器 21.干管
2.1.1 水源
江河、湖泊、水库、井、渠、泉等水质符合微灌要求的均可作为水源,百果园采用从园中的水库中取水。
2.1.2 首部枢纽
百果园的首部枢纽包括泵组、动力机、肥料罐、过滤设备、控制阀、进排气阀、压力表、流量计等。其作用是从水库中取水增压并将其处理成符合微灌要求的水流送到系统中去。百果园中采用五级加压式离心泵,在水库中取水,现取现用,计划建一水塔蓄水。
2.1.3 输配水管网
输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器。包括干、支管和毛管三级管道,毛管是微灌系统末级管道,其上安装或连接灌水器。微灌系统中直径小于或等于63毫米的管道常用聚乙烯(PE)管材,大于63毫米的常用聚氯乙烯(PVC)管材。百果园中干、支管采用PVC管和UPVC管,毛管采用PE管。
2.1.4 尾部设备
尾部设备是微灌系统的关键部件,包括微管和与之相联的灌水器(小微管、滴头、微喷头、滴灌带、渗灌头、渗灌管等)插杆等。灌水器将微灌系统上游所来的压力水消能后将水成滴状、雾状等施于所需灌溉的作物根部或叶面。
2.2 百果园滴灌灌溉系统
灌溉系统的及时期工程是由以色列的普拉斯托公司负责承建,全园采用先进的滴、喷灌相结合的微灌节水技术,是我国南方发展节水农业的典范,其具体情况见下:
2.2.1 设计原则
滴灌灌溉系统设计除了满足节水、节能、省力等之外,通常应遵循以下主要原则:
①必须满足果园果树生长对水分的要求;
②灌溉系统设计应结合耕作实际,便于操作;
③应使所选择的灌水方法既能满足作物的灌溉要求,又不因灌溉而造成病害、虫害的发生;
④在尽可能的情况下,灌溉系统设计时应考虑施肥及喷药装置;
⑤在尽可能的情况下,应使灌溉系统在满足灌溉要求的同时,工程建设的综合造价最小。
2.2.2 设计步骤
2.2.2.1资料的收集在系统设计时,必须掌握以下资料:
①地形资料:根据实际情况测绘大比例尺地形图,其中包括果园的平面布置、道路、水源位置、高差等。
②土壤资料:主要是土壤理化性质、地下水埋藏深度和土层厚度等。土壤理化性质主要包括土壤类别、干容重、含盐情况、土壤田间持水率等。
③气象资料:区域年均降雨量及季节分布、平均气温、极端气温(包括较高、低气温)、较大冻土层深度、无霜期、蒸腾蒸发资料等。
④水源资料:水源属性(个人或集体)、种类、水源位置、水质、含沙情况、水位、供水能力、利用和配套情况等。若水源为机井时,还应调查机井的静水位和动水位,当地下水水位较浅时,一定要调查清楚地下水位及其周年变化规律。若水源为渠水时,应调查清楚水源的含泥沙种类、含沙量、水位、供水时间、可能的配水时间等。同时,还应特别注意水源的保障率问题,不论是只用于果园的水源还是与周围大田混用的水源,都应考虑这个问题。
⑤百果园作物种植资料:其中包括作物的种类、种植密度(其中最主要的是行距和株距)等。
⑥百果园的环境资料:包括百果园周围的地形、交
通和供电等。
2.2.2.2 灌水方法的选择灌水方法选择适当与否,除了影响工程投资外,还直接影响着灌溉系统的效益发挥和灌溉保障率。因此,应根据作物种类、作物的种植制度、种植季节、水源情况、果园设施情况、工程区社会经济情况等,合理地选择相对投资较省、灌溉保障率较高且有利于果园果树生长的灌水方法。百果园灌溉系统的灌水方法采用以滴灌为主,滴喷灌相结合的方式。
2.2.2.3 滴灌系统布置,百果园滴灌系统的管道分干管、支管和毛管等三级,布置时干、支、毛三级管道要求尽量相互垂直,以使管道长度和水头损失最小。通常情况下,园内一般出水毛管平行于种植方向,支管垂直于种植方向。
2.2.2.4 滴灌灌溉制度的拟定
①灌水定额:是指作为滴灌系统设计的单位面积上的一次灌水量,如果用灌水深度表示,可用式(4-8)计算,即
H——计划湿润层深度(米),一般蔬菜0.20-0.30米深根蔬菜或果树0.3-1.0米;
p——土壤湿润比,70%-90%。
②设计灌水周期:滴灌设计灌水周期是指按一定的灌水定额灌水后,在作物适宜土壤含水率的条件下,保障作物正常生长的可能延续时间T,用式(4-9)计算,即
③一次灌水延续时间:一次灌水延续时间是指把设计灌水定额水量,在不产生径流的条件下,均匀分布于果园田间所用的灌水时间,用式(4-10)计算,即
i. 轮灌区数目的确定:(a)对于固定式滴灌系统,轮灌区数目可按式(4-11)计算:(b)对于移动式滴灌系统,则有:
ii. 一条毛管的控制灌溉面积:(a)对于固定式滴灌系统,毛管固定在一个位置上灌水,控制面积为
f=SeL (4-13)
式中 f——每条毛管控制的灌溉面积(平方米)
L——毛管长度(米),移动式滴灌系统中为出流毛管长度。
(b)对于移动式滴灌系统,一条毛管控制的灌溉面积为
2.2.2.5 滴灌系统控制灌溉面积大小的计算在灌溉水源能够得到充分保障的条件下,滴灌面积的大小取决于管道的输水能力。对于水源流量不能满足整个区域需要时,滴灌面积为
2.2.2.6 管网水力计算滴灌系统各级管道布置好以后,即可从最末端或最不利毛管位置开始,逐级推算各级管道的水头损失(包括沿程水头损失和局部水头损失)。在设计中,同一条支管上的及时条毛管最前端出水孔处水头与最末一条毛管最末端出水孔处水头之间的差值,不超过滴头设计工作压力的20%,流量差值不超过10%;对于采用压力补偿式滴水器时,仅要求区域内滴头流量差值不超过10%,并据此确定支、毛管的较大设计长度;在滴灌中,由于管网中水流压力通常小于0.3兆帕,所以多选用PVC塑料管道。 管道中水流在运动过程中的压力损失通常包括沿程阻力损失和局部阻力损失。工程设计中塑料管道的沿程阻力损失常选用式(4-1 6)、(4-17)计算,局部阻力损失常用式(4-18)计算。 ①沿程阻力损失hf
当管道有多个出水口时,管道的沿程阻力应考虑多口出流对沿程阻力的折减问题,多口出流折减系数k,对应计算公式
②局部阻力hj
工程设计中为了计算方便,局部阻力损失也常按沿程阻力损失hf的10%估算。
2.2.2.7 管道系统设计包括各级管道的管材与管径的选择、各级固定管道的纵剖面设计、管道系统的结构设计。
① 管材的选择:可用于灌溉的管道种类很多,应该根据滴灌区的具体情况,如地质、地形、气候、运输、供应以及使用环境和工作压力等条件,结合各种管材的特性及适用条件进行选择。一般情况下,对于地理固定管道,可选用钢筋混凝土管、钢丝网水泥管、石棉水泥管、铸铁管和硬塑料管。钢管易锈蚀和腐蚀,好不要选用。随着材料工业的发展,地埋管道多选用塑料管。选用塑料管时一定要注意,不同材质的塑料管在几何尺寸相同的情况下可承受的工作压力相差甚远,特别是在使用低密度聚乙烯管(PE管)时,一定要注意管壁的厚度是否达到了能承受系统所要求压力的厚度,若没有达到,千万不能使用,否则将会埋下隐患,造成运行时管道发生爆破,甚至导致整个管道系统瘫痪。用于滴灌地埋管道的塑料管,好选用硬聚氯乙烯管(UPVC管)。对于口径150毫米以上的地埋管道,硬聚氯乙烯管在性能价格比上的优势下降,应通过技术经济分析选择合适的管材。塑料管经常暴露在阳光下使用,易老化,缩短使用寿命。因此,地面移动管好不采用塑料管。
② 管径的选择:当轮灌编组和轮灌顺序确定之后,各级管道在每一轮灌组所通过的流量即可知道。通常选用同一级管道在各轮灌组中可能通过的较大流量,作为本级管道的设计流量,依据这个设计流量来确定管道的管径。若某一级管道,其较大流量通过的时间占管道总过水时间的比例甚小,也可选取一个出现次数较多的次大流量,作为管道的设计流量来确定管径。同一级管道的不同管段通过的较大流量不同时,可分段确定设计流量。(a)支管管径的确定:支管是指直接安装竖管和滴头的那一级管道。支管管径的选择主要依据灌溉均匀的原则。管径选得越大,支管运行时的水头损失就越小,同一支管上各滴头的实际工作压力和灌水量就越接近,灌溉均匀度就越接近设计状况。但这样增大了支管的投资,对移动支管来说还增加了拆装、搬移的劳动强度。管径选得小,支管投资减少,移动作业的劳动强度降低,但由于运行时支管内水头损失增大,同一支管上各滴头的实际工作压力和灌水量差别增大,结果造成果园各处受水量不一致,影响滴灌质量。为了保障同一支管上各滴头实际出水量的相对偏差不大于20%,国家标准GBJ85-85规定:同一支管上任意两个滴头之间的工作压力差应在滴头设计工作压力的20%以内。显然,支管若在平坦的地面上铺设,其首末两端滴头间的工作压力差应较大。若支管铺设在地形起伏的地面上,则其较大的工作压力差并不见得发生在首末滴头之间。考虑地形高差Z的影响时上述规定可表示为
许的水头损失即为从式(4-20)
可以看出:逆坡铺设支管时,允许的hw的值小,即选用的支管管径应大些;顺坡铺设支管时,因Z的值本身为负值,其允许的hw的值可以比0.2hp大些,也就是说因支管顺坡铺设时,因地形坡降弥补了支管内的部分水力坡降,选用的支管管径可适当的小些。 当一条支管选用同管径的管子时,从支管首端到朱端,由于沿程出流,支管内的流速水头逐次减小,抵消了局部水头损失,所以计算支管内水头损失时,可直接用沿程水头损失来代替其总水头损失,即h'f=hw,式(4-20)可改写为
滴头选定后,满头的设计工作压力可从滴头性能表中查得。两滴头进水口高程差(实际上就是两滴头所在地的地面高差)可以从系统平面布置图中查取。则h'f即可求出。利用公式h'f=FfLQm/db,在其他参数已知的情况下反求管径d,d就是该支管可选用的最小管径的计算值。因管材的管径已标准化、系列化。因此,还需按管材的标准管径将计算出的管径规范取整。对滴灌系统的支管,考虑到运行与管理的方便,较大的管径一般不超过100毫米,并且应尽量使各支管取相同的管径,至少也需在一个作业区中统一。对于固定管道式滴灌系统,地理支管的管径可以不同,但规格不宜太多,同一条支管一般最多变径两次。 (b)支管以上各级管道管径的确定:一般情况下,这些管道的管径是在满足下一级管道流量和压力的前提下按费用最小的原则选择的。管道的费用常用年费用来表示。随着管径的增大,管道的投资造价(常用折旧费表示)将随之增高,而管道的年运行费随之降低。因此,客观上必定有一种管径,会使上述两种费用之和为低,这种管径就是我们要选择的管径,称之为经济管径。经济管径中对应的流速称为经济流速。图4-7就是用最小年费用法计算经济管径的原理示意图。用这种方法确定管径概念清楚,但计算相当繁琐,往往需要分别计算出多种管径的年投资和年运行费,比较后再确定。随着科学技术的进步,计算机技术的飞速发展,许多优化设计方法,如微分法、动态 规划法等已在管道灌溉管网的设计中得到应用,具体方法可参阅有关书籍。 对于规模不太大的滴灌工程,也可用式(4-22)、式(4-23)的经验公式估算管道的直径:
应该指出的是,由于管道系统年工作小时数少,而所占投资比例又大。因此,一般在灌溉系统压力能得到满足的情况下,选用尽可能小的管径是经济的,但管中流速应控制在2.5~3米/秒以下。
③ 管道纵剖面设计:管道纵剖面设计应在系统平面市置图绘制后进行,设计的主要内容是确定各级固定管道在平面上的位置及各种管道附件的位置。管道的纵剖面应力求平顺,减少折点,有起伏时应避免产生负压。
ⅰ 埋深及坡度:地埋管的埋深指管径距地面的垂直距离,埋深应根据当地的气候条件、地面荷载和机耕要求确定。一般管道在公路下埋深应为0.7~1.2米;在农村机耕道下埋深为0.5~0.9米。地埋管的坡度主要视地形条件而定,同时也应考虑地基好坏及管径大小。一般在地形条件许可的情况下,管径小、基础稳定性好的管道坡度可陡一点;反之应缓些。总的来说,管道坡度不得超过1:1,通常控制在1:1.5~1:3以下。
ⅱ 管道连接及附件:地埋管道的连接多采用承插或黏接的形式,转向处用弯头,分水处用三通或四通接头,管径改变处采用异径接头,管道末端用堵头。为方便施工和安装,同类管件应考虑其规格尽量统一。
为了按计划进行输水、配水、管道系统上应装置必要的控制阀。白果园中为了实现灌水的有效控制,设置了30多个电子阀.而且各级管道的首端还设了进水阀或水分阀;当管道过长或压力变化过大时,设置节制阀。为保障管道的安全运行,还安装一些附设装置。自压系统的进水口和各类水泵吸水管的底端应分别设置拦污棚和滤网,管道起伏的高处应设排气装置,自压系统进水阀后的干管上设高度高出水源水面高程的通气管,管道起伏的低处及管道末端设泄水装置,管道可能发生较大水锤压力处设置安全阀。
2.3 评价
从整体上来看,XX白果园的滴灌系统是建设的比较完善的一套滴水灌溉系统,设计施工都符合现代滴灌的要求,是一套先进的现代化滴水灌溉系统,而且产生了很好的经济效果。不过当时考虑到经济条件的限制,其毛管采用了单行直线布置,灌水均匀度不高,鉴于对多种毛管布置形式的比较分析,笔者认为百果园应改进为双行毛管平行布置;而且其控制系统自动化程度不高,全园仅能使用微机控制电磁阀的开启,不能实现作物的轮灌、对灌水时间和灌水量都不能实现有效的控制,故需进一步对其控制系统加以设计改进。正在建设的二期工程应该吸收一期工程中的好的经验,改进一期工程中的不足,特别是应该实现灌水的全自动控制。
3 灌溉自动化控制系统
灌溉中的滴灌系统,能很方便实现自动化控制,灌水的自动化控制能有效的实现节水灌溉,也是农业实现现代化的要求。对微灌的自动化控制,根据控制系统运行的方式不同,一般可分为手动控制、半自动控制和全自动控制三类:
①手动控制系统
系统的所有操作均由人工完成,如水泵、阀门的开启、关闭,灌溉时间的长短,何时灌溉等等。这类系统的优点是成本较低,控制部分技术含量不高,便于使用和维护,很适合在我国广大农村推广。不足之处是使用的方便性较差,不适宜控制大面积的灌溉。
②全自动控制系统
系统不要人直接参与,通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参数可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中,除灌水器、管道、管件及水泵、电机外,还包括中央控制器、自动阀、传感器(土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等)及电线等。
③半自动控制系统
系统中在灌溉区域没有安装传感器,灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是根据预先编制的程序,而不是根据作物和土壤水分及气象资料的反馈信息来控制的。这类系统的自动化程度不等,有的一部分实行自动控制,有的是几部分进行自动控制。
为了对先进的滴灌自动化控制系统有具体认识和了解,下面我们将对滴灌的自动化控制作详细介绍:
3.1 滴灌首部控制枢纽
滴灌自动化系统的基本控制方法有:时间控制、水量控制和反馈控制三种。时间控制系统是按预定好的时间放水或关水;水量控制系统是按照设计的配水量放水或关水;反馈控制系统是根据灌区内湿度感受器的反应,然后将信号传送到首部控制枢纽部分来关水或放水。滴灌系统更便于实现自动化,这在地多人少、劳力紧张的边远地区,沙漠地带的防护林区,铁路路基沿线,经济力量雄厚的城郊蔬菜种植区显得特别重要。目前,国外发达国家在滴灌区普遍使用了计算机管理系统,并通过专用的滴灌系统软件来控制和检测作物生长、土壤状况和气象趋势,取得了良好的效果。大大提高了现代化的土壤水分、作物生长测定技术的可能性和实用性,具有农艺上的综合性,为人们充分利用现代化仪器设备在滴灌系统中应用提供了巨大的潜力。滴灌系统软件根据作物对水分的需求和土壤墒情制定出合理的灌溉计划和作物管理计划。
3.2 作物生产管理计划制定
控制软件系统应能提供一套科学的管理系统,它通过提高作物产量和品质以及减少用水量来提高水分利用效率,能给农民及有关用户提供一套针对灌溉方案制定作物生产管理的先进、完善的管理系统,用户能够使用它获得他们的每一块农田的土壤水分状况图,方便的数据资料存取能够得到每一块农田的土壤水分含量,还能够确定的日水分利用量,能够给每块农田制定出合理的灌溉管理决策,能够根据每一块农田各自的灌水量需求对不同农田进行灌溉优先排序,以便制定优化灌溉计划使农场或用户获得整体较高产量。
控制软件系统应能允许灌溉管理者根据作物水分需求和作物对灌溉的反应制定合理的灌溉计划,作为一个完整的灌溉计划和作物生产管理软件包,它能够对灌溉决策的制定和作物管理进行数据资料存储、运算处理、显示输出。土壤水分数据资料主要由中子探测仪、石膏电阻块和张力计测定获得。天气数据资料由自动气象站获得,作物生长资料如籽粒大小(直径)、株高和叶片硝酸盐含量等可直接田间测定,根据相应的作物响应,作物生长资料结合土壤水分资料能够制定出合理的灌溉计划,通过实际调查能够提高作物产量、品质和水分利用效率的管理技术能够详细地验证作物生长、土壤水分和气候之间的关系,因此能很好地解决一些灌溉管理和作物生长问题,其中包括过量灌溉导致的灌溉水排渗问题、肥料向根部以下淋溶损失问题以及为了达到高产稳产目标的籽粒重和穗粒数或结果率的控制管理问题。
3.3 滴灌系统灌溉计划制定
滴灌系统灌溉计划一般是指确定何时进行灌溉及应该的灌溉量,灌溉计划的应用可消除代价巨大的不可预测的农业灾害,如在作物生长临界期由于土壤类型和作物自身生长能力,不同的农田具有不同的土壤水分亏缺量和日水分利用量,因此不同的农田需要不同的灌溉计划。农民通过土壤水分测定技术利用软件处理和显示不同层次土壤水分特征,能加深对发生于土壤内的各种过程的理解,以便进行更精细的灌溉计划和灌溉管理决策的制定,以确保土壤水分总是保持作物生长所需的含水量。
当土壤水分和被作物利用的水分的数量被测定后,通过软件可以计算下一次滴灌的日期和的灌水量,它将考虑当前每天水分利用状况、天气变化和历史资料来帮助管理者制定以后的灌水计划。它把农田从最干到最湿分为不同等级。了解需要灌溉补充的水量有助于协调不同用户之间和同一用户内部的水分供给,充分了解雨后何时开始灌溉能使农民较大限度地利用自然降水,而把灌水过多和灌水不及造成地危险减到最小。
3.4 土壤水分时间图和深度图的应用
3.4.1 时间图 时间显示某一指定土壤容积含水量、根区土壤含水量或作物响应随时间的变化。时间图的基本显示:直线表示根区土壤含水量的饱和点和需灌溉补充点;供给的和有效的灌溉和降雨情况;箭头指示预测的灌溉日期;关于水分饱和点、需灌溉补充点、当 前和过去的土壤水分测定值及计划安排的灌水日期和灌水量的总结表;作物生长及其对灌溉管理技术措施的响应;该软件所做的时间图可进行大小调整,通过调整纵坐标轴上的较大值和最小值及横坐标上的日期范围能够把图形中用户想要的区域或作物生长期内的某特定阶段的图形放大。图形能够进行叠加来同时比较不同地点的田块或不同年份的数据。当季和前季的作物的生长,土壤水分和天气资料的叠加图形比较灌溉管理达到高度的协调一致。用户可以选择任何关键数据来建立相互作用关系图。
3.4.2 深度图 深度图显示土壤容积含水量沿土壤剖面随深度的变化而变化的情况,通过该软件和现代化仪器结合能够迅速直接测定和分析土壤水的剖面分布情况。根区吸收水分模式可以在深度图中看到,对深度图分析能使农民确定每一种农作物包括块根作物在土壤剖面中被研究的土壤体积范围和土壤剖面的每一深度层的作物利用的水分数量、土壤紧实度、土壤质地变化、高石灰岩含量、地下水位和盐分等问题能够通过对根部活动的仔细分析而发现。深度图也可以用来确定渗入和排出土壤剖面的水分的运动状况及深度和数量,从中能够给定灌溉饱和点和需灌溉补充点的设计值。灌溉或降水后从土壤的根区排出的水分数量能够通过深度图测定,根据可以调节灌溉所用时间以避免水分从土壤剖面排出而损失,控制土壤剖面排出水的数量将防止地下水水位地升高和土壤养分的淋溶损失,同时也将降低灌水及滴灌水及抽水的成本。深度图是一个非常有用的工具,能够解决在不同类型土壤中灌溉水的水平和垂直运动的关键问题,通过分别绘制灌溉前和灌溉后距滴管不同距离的各个点的土壤水分含量图可比较灌溉水的运动状况,用户能够利用研究所得的结果来减少水分和肥料排渗,同时确保作物根系能够一直得到适量的水分。
3.5 软件的程序特点
3.5.1程序结构 滴管软件的数据存储于一个树状结构,这使得制定灌溉方案是查询数据资料非常方便。管理人员可能负责管理几个农场或几块农田,每个农场或农田可能有许多检测点,每一个检测点都有一套不同时间收集的实际测定的读数记录。输入的数据经过计算机软件处理,能显示有关每一单个田块的详细资料,还能够向农民分别显示每一年的作物种植的详细资料。能够显示农场的每个监测田块或某一年份的每一监测点的情况,指明灌溉饱和点和需灌溉补充点,当前作物日水分使用情况,土壤水分平衡和预测出的三次灌溉的日期,土壤水分含量和作物日用水量的测定值,对未来作物在整个生长季节的长期的用水量作出估算。显示某一具体的时期的每一深度层的土壤水分含量的读数记录和根区的总水分含量,同时显示土壤水分需要量,中子仪测定并估算的日水分使用量。利用滴灌软件可进行数据资料综合分析,从中总结重要的信息形成报告,以帮助制定每日的管理决策方案。同时也可以编辑出前几个生长季的作物生长、水分管理。土壤等数据资料,并进行综合分析,为以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的评价标准。该软件程序的所以结构层次能为所选择的农场、监测点和某一日期建立报告。报告分为五种:深度图、时间图、记录读数报告。监测点报告和灌溉计划报告。用户可以根据自己的需要已及自己微机系统对程序进行修改编译,选择公制和英制计量单位进行数据资料综合分析,将田间测定得到的数据读数记录自动粘贴到没一个具体的农场栏、监测点栏和日期栏。每一个监测点的测定日期,时间及估计的水分日利用量能够在粘贴之前输入。
3.5.2 数据输入在读数记录屏幕中可以人工录入和显示田间实际收集的数据,如土壤水分张力计的读数、作物籽粒大小。有关作物的数据可以测定得到,作物生长参数与土壤水分含量相关联可以确定作物生长期的水分需求量。气候数据资料可以人工输入或由气象站自动装载。天气数据参数的个数没有限制,它可以与任一个作物生长测定值和任一水平的土壤水分含量相关联制作相互作用关系图。从气象数据资料中可以得到蒸发损失的总水分量的数据并且把它与测定的日水分使用量相比较来调整该地区的作物灌溉计划。
3.5.3 软件的数据处理利用滴管软件可以计算使土壤剖面达到灌溉饱和点所需的时间数。同时计算自从播种或其他生长时期(如发芽、开花等)以来的天数,使土壤水分能够与过去多年的作物生长资料数据参数同步分析,以确定作物水分利用效率。使用作物累积日水分方程。能够很好地评估作物总产量,尤其是对于玉米、小麦和棉花。可以通过作物-水分方程和气象资料估算理论产量。通过速率方程,计算作物生长速率。计算作物当前日水分利用量占整个生长季日水分利用量地比例。同时也可计算不同水分含量地土壤水分变化速率,这些速率地变化表明土壤紧实问题和土壤干旱地程度。滴灌软件可以分析某一作物在生长季内日水分利用状况地资料。结合现代先进地土壤水分测定仪器使用,该软件能够指导我们最有效地利用有限的水资源获得较大农业效益。例如能够确定每次灌溉的时间和灌水量。同时减小过量灌溉和水分不足对产量的影响。建立各种不同作物之间水分利用及水分利用效率的差异;建立如不同品种、土壤紧实情况、不同的耕作史等不同条件下水分利用及水分利用效率的差异;建立现代耕作技术和传统耕作技术条件下的水分利用效率的关系。确定灌溉和降水的利用效率,用以观察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和盐化问题,能够减少土壤养分的淋溶损失问题。建立土壤水分含量、作物长势及天气状况的数据库以使作物产量和质量获得持续稳定的提高,使高效农业可持续发展。
3.6灌溉自动化控制系统
要实现灌水的自动化,必须有自动灌溉控制器,该装置由土壤湿度传感器、控制器和电磁阀组成,能够按土壤墒情和作物需水特性实施自动灌溉(沟灌、喷灌、滴灌、渗灌),达到高产、高效、和节水的目的。适用于庭院花圃、苗圃、果园、菜地和农地。随着经济发展,庭院花圃、苗圃水分的自动灌溉倍受欢迎。它能省水省事,使花木生长更好。一亩庭院花圃、苗圃地投资1.0-1.5万元,可以建立自动灌溉控制系统。自动灌溉控制系统可以实现科学灌溉,节能、省水,使菜地和农地产量和质量明显提高。智能化,精准化灌溉技术是伴随着计算机应用技术、传感器制造技术、塑料工业技术的提高而逐步实现的
自动化计算机灌溉控制系统大约在80年代初由雨鸟公司、摩托罗拉等几家公司开发、研制成功,并投入使用。由于技术复杂、应用难度大,价格高昂,这种控制设备最早应用于高尔夫球场灌溉系统的控制上。90年代,计算机工业的硬件、软件飞速发展,使得灌溉系统中央计算机系统操作难度越来越小,功能越来越丰富,价格也逐渐降了下来。这种系统在园林绿化上用得也越来越多了起来,雨鸟公司针对不同用途,研制、开发出了中央计算机控制系统:Maxicom
智能化灌溉中央计算机控制系统具有如下功能:
① 动采集各种气象数据,计算并记录蒸发蒸腾量ET;
② 根据前24小时的ET值自动编制当天灌溉程序并实施灌溉;
③ 可由连接的土壤湿度传感器、风速传感器、雨量传感器等干涉程序,启动、关闭、暂停灌溉系统;
④ 连接流量传感器可自动监测、记录、警示由于输水管断裂引起的漏水及电磁阀故障;较大限度利用管网输水能力;
⑤ 运行程序而不起动灌溉系统(干运行),测试程序合理性,不合理时预先修改;
⑥ 自动记录、显示、储存各灌溉站的运行时间;自动记录、显示、储存传感器反馈数据,以积累资料,修改程序,修改系统等。
⑦ 频繁灌溉功能:可将设计好的灌水延续时间分成若干时段,以便提供足够的土壤入渗时间,减少坡地或粘性土地地面径流损失。
⑧ 一套中央计算机系统可控制无数台田间控制系统(称为卫星站),一套中央计算机控制系统可控制小到一个公园, 大到上百个公园,甚至全城的所有灌溉系统。
⑨ 储存数百套灌溉程序;一台田间控制器(卫星站)可使4个轮灌 区独立灌溉或同时灌溉。
⑩ 手动干涉灌溉系统:可在阀门上手动启、闭系统,可在田间卫星站上手动控制系统,也可在计算机上手动启、闭任何一站,任何一个电磁阀。可控制灌溉系统以外的其它设备,如:道路或公共场所灯光,大门、喷泉、水泵等
自动化中央计算机控制系统主要由中央计算机,集群控制器(CCU),田间控制器(卫星站),电磁阀构成。中央计算机可装置在任何一个地方。比如:一套中央计算机系统控制50个公园的灌溉系统。中央计算机可安装在市园林局认为合适的位置。CCU安装在各个公园内。中央计算机与CCU之间的通讯,可采用有线连接(近距离),无线连接,电话线连接或移动通讯方法连接。一台CCU最多可连接28个田间控制器。CCU与田间控制器之间同样可选上述数种通讯方式。 由中央计算机到终端电磁阀的工作过程为:中央计算机编程,并将程序下达到CCU。CCU将各轮灌区灌溉控制程序再发到相关田间控制器。田间控制器依中央计算机制作的程序启闭各轮灌区电磁阀。如下图所示:
中央计算机上的初始程序由控制人员编制,之后,计算机每日自动收集由气象站采集的气象数据,计算ET值,并不断对原有程序自动修改。如遇传感器传来异常信息(如降雨,过分干燥,系统漏水...),自动中断或暂停程序,待异常情况排除后,继续恢复程序运行。
如果将智能泵站连接到中央计算机控制系统上,则效果会更好。这样从水泵到电磁阀之间复杂的系统将由一个高度智能化的系统管理起来,可做到较大限度地节水、节能,较大限度地保护系统设备运行,避免灌溉系统常发生的下列几种问题:
① 过量灌溉或灌水不足,浪费水资源或不能满足植物需水;
② 管网破裂,漏失水;
③ 系统运行压力不合理;
④ 水泵运行效率低下;
⑤ 地形起伏不平时或土壤入渗率低产生地面径流,浪费宝贵的水资源;
⑥ 降雨时,灌溉系统照常灌溉;
⑦ 管理、维护成本高。
3.7 百果园灌溉的自动化控制设计
百果园一期工程灌水基本实现了半自动化控制,可以使用电脑控制各电磁阀的开启。我们可在其基础上加以改进与提高,使其实现灌水的全自动化,具体见下:
3.7.1 控制原理
自动化控制采用电子技术对田间土壤温湿度、空气温湿度等技术参数进行采集,输入计算机,按方案,控制各个阀门的开启及水泵的运行状态,科学有效地控制灌水时间、灌水量、灌水均匀度,为项目区作物提供一个良好的地、水、肥、气、热条件,促使其高产、稳产。同时进行控制软件及优化灌溉制度的研究,最终形成灌溉专家决策系统。另外,通过变频器控制改变电机转速,调节管道压力,为管道、滴灌等其他灌溉工程的自动化提供依据。具体包括以下几个方面:
① 田间土壤含水量、盐分、地温、空气温度、湿度、降水、风速、管道压力等参数的自动化采集
② 自动化控制设计安装
③ 监控软件设计
④ 变频系统设计,通过改变水压力,为微喷、滴灌等工程的自动化提供依据
⑤ 系统运行管理模式评价,包括系统评价、灌水指标、灌溉制度等
3.7.2 控制系统的组成
欲实现真正意义上的全自动控制,需要控制田间参数及对象很多,例如土壤湿度、盐分、空气温度、相对湿度、降水量、风速、管道压力、阀门开启、水泵电机旋转等,都要送入控制器。考虑到要控制的对象较多,又要满足良好的人机界面要求,可以采用工业控制计算机作为整个控制系统的核心,来协调各部分的工作。
系统的组成如下图所示,整个系统的工作主要工控机和变频器两部分来控制,其中变频器主要用于控制水泵电机的旋转,工控机主要用来采集田间土壤及气象指标,按照设定的程序,控制各地块中电磁阀的开启,并通过变频器控制电机的运行状态,协调整个系统的工作。
3.7.3 监控软件监控软件是工控机能够完成控制功能的重要基础,监控软件设计的好坏直接关系到整个系统的质量和性。根据项目要求及滴灌的特点,笔者建议百果园采用雨鸟公司的“Maxicom”中央控制系统,该软件只需用户输入各地块种植作物种类及种植日期,系统便会自动计算当前作物所处生育期,确定出各自要求的土壤状况及气象信号,控制水泵电机的运行状态及阀门的开启,自动完成整个灌水过程,不需要人工干预,实现全自动控制。
该控制软件在此所完成的主要功能及特点如下:
① 自动采集田间数据:系统根据软件中所预先设定的时间,自动地采集土壤湿度、温度风速、雨量等参数,进行相应的处理后,实时显示在屏幕上。
② 作物生育期的判断:当管理人员输入各地块所种植的作物及种植日期后,系统便根据计算机时钟自动计算出各种作物已种植的天数,判断出作物所处的生育期,自动查找资料库中所存的原始资料,确定出当前作物最适宜的土壤含水量及灌水定额。
③ 滴灌的全自动控制:系统采集田间及气象数据后,将当前各地块土壤含水量与作物适宜含水量相比较,若土壤实际含水量小于作物要求下限值,便自动开启该地块的及时个电磁阀。进行灌溉。达到所需灌水定额后,自动关闭及时个电磁阀,同时开启下一个电磁阀,直到完成整个地块的灌溉任务。灌溉过程中,若出现温度过低、风速过大以及降雨过程等天气时,系统会自动暂停当前的灌溉任务,并保存当前状态。当气象条件满足时,继续进行未完成的任务。
④ 形式多样的控制方式:全自动控制外,系统还允许管理人员采用半自动、手动等控制方式。全自动方式只需运行人员输入各地块的作物信息,系统便会根据作物、土壤、气象等条件自动完成灌溉的全过程,无需人工干预。所谓半自动方式,是指系统允许用户根据实际情况控制开停机。用户可人为启动某个阀门,或某个地块,甚至是所有地块均轮灌一次。当然这些操作全部都是通过键盘或鼠标来完成的,而且在工控机屏幕上均有明显的提示。所谓手动方式是指人工去开启各个电磁阀,笔者建议百果园选用美国雨鸟公司生产的电磁阀:手动、电动两用阀门,既可手动,又可电动,使用非常方便。当手动打开某个电磁阀时,喷头出水,主干管道压力开始下降,系统会自动通过变频器升高水泵电机转速,维持管道压力的恒定,直到完成灌溉任务。
⑤ 丰富的办公自动化功能:系统在运行过程中,可自动生成各种定时、日、月、年报表,并通过打印机打印出来。其内容包括各种气象及土壤参数,可从各报表中得到土壤湿度变化曲线、日较高风速、月平均气温、全年总降水量等原始资料,为用户研究当地的气象及土壤变化情况提供翔实的依据。
⑥ 良好的可维持性:可维护性是衡量软件质量好坏的重要指标之一,在编写本系统时我们也充分考虑了这一点,例如用户在种植一类新作物时,可能系统的资料库中并没有该作物,便无法确定其适宜土壤含水量和灌水定额。此时,用户可按自定义按钮,通过鼠标各键盘输出这些参数,系统便会根据用户所定义的数值运行。另外,用户还可很方便地修改灌水定额、管道压力等参数,满足实际情况的需要。
⑥ 友好的人机界面:系统中大部分界面均为示意图形,实时显示各传感器送来的数值及系统当前的运行状态,一目了然。需要用户操作的部分全部为中文界面,工作人员无需学习便可完成所有操作。另外,在任一界面下,用户都可以通过按帮助按钮得到相应的提示,指导用户完成相应的功能。
3.7.4 效果
百果园通过增加自动化控制系统后,灌水时间、灌水量和灌溉周期等根据果树某些需水参数自动启闭水泵和自动灌溉,人的作用仅仅是调整控制程序和检修控制设备。既提高了水的有效利用率,又节省了人力,同时也提高了果树的产量,可以产生良好的经济效果。
3.8 第二期工程的设想
正在建设第二期工程计划今年完工,第二期工程的滴灌系统我建议基本上参照及时期工程建设,也采用滴喷灌相结合的方式,其水源计划应采用水塔蓄水,用以缓解枯水期水库少水的矛盾,该可以区采用先进的电脑全自动控制方式,实行灌水,管道布置采用固定式(干管、支管)和移动式(毛管)的有机结合。二期工程应该吸收一期工程中的好的经验,改进一期工程中毛管布置形式的不足,还特别是应该增加灌水的全自动控制部分,实现灌水的全自动化,控制作物的有效灌水。
4 存在的问题及建议
通过对滴灌系统的学习与认识,笔者系统的学习了滴灌这种先进的果园节水灌溉方法,在实践的基础上深化了理论,并对滴灌和滴灌系统有 一些不成熟的认识与建议。
4.1 滴灌的优缺点
4.1.1 百果园滴灌的优点
4.1.1.1 水的有效利用率高,在滴灌条件下,灌溉水湿润部分土壤表面,可有效减少土壤水分的无效蒸发。同时,由于滴灌仅湿润作物根部附近土壤,其他区域土壤水分含量较低,因此,可防止杂草的生长。滴灌系统不产生地面径流,且易掌握的施水深度,节水效果达50%-90%。
4.1.1.2 环境湿度低,滴灌灌水后,土壤根系通透条件良好,通过注入水中的肥料,可以提供足够的水分和养分,使土壤水分处于能满足作物要求的稳定和较低吸力状态,灌水区域地面蒸发量也小,这样可以有效控制保护地内的湿度,使果园中作物的病虫害的发生频率大大降低,也降低了农药的施用量。
4.1.1.3 提高作物产品品质,由于滴灌能够及时适量供水、供肥,它可以在提高农作物产量的同时,提高和改善农产品的品质,使果园的农产品商品率大大提高,经济效益高。
4.1.1.4 滴灌对地形和土壤的适应能力较强,由于滴头能够在较大的工作压力范围内工作,且滴头的出流均匀,所以滴灌适宜于地形有起伏的地块和不同种类的土壤。同时,滴灌还可减少中耕除草,也不会造成地面土壤板结。
4.1.2 百果园滴灌的缺点
4.1.2.1滴灌的滴头很容易堵塞和磨损,产生灌水的不均,严重影响节水效果。
4.1.2.2滴灌的各管道的压力有所差异,会产生局部压力过高而使管道容易损坏,滴头的压力不均甚至会产生雾化,损坏滴头,浪费水资源。
4.1.2.3 滴灌一般仅润湿作物根系区土体的一部分,所以作物根系的发展可能限制在围绕每一滴头的湿润区,这样容易产生作物根系的腐烂,进而引起作物倒伏。
4.1.2.4 滴灌的管道布置要充分利用当地地势与地形,在原则的基础上加以灵活运用,如干管的布置、毛管的布置,取水方式等。
4.2 滴灌的建议
4.2.1 百果园应加强灌水的自动化控制,保障各种果树的精准灌水,实现的节水灌溉
4.2.2 滴灌的水量应该有保障,应该建一水塔蓄水,确保枯水期各种果树的需水要求
4.2.3 滴灌的毛管布置应采用单行带环形状态管布置和双行平行布置相结合,确保果树灌水均匀度。
4.2.4 滴灌技术的应用应该和其他节水灌溉技术相结合,互相补给,更好的发挥优势。
4.2.5 国家应鼓励进行滴灌技术的研究,加大科研推广投入的力度,研制开发经济实用的滴灌管材,解决滴头易堵塞的难题等,滴水灌溉技术应该在政府的规划安排下,由政府投资和农民出资相结的优惠政策下在全国范围鼓励推广发展。
5 结束语
滴灌是一种高效节能省水增产的微灌灌溉技术,它具有很多优点,适合我国的国情,具有很强的推广优势,而且很方便实现灌溉的全自动控制,滴灌将成为二十一世纪发展我国节水灌溉的重点,是加速我国农业实现节水灌溉、精准农业和设施农业的有效途径,将更好的促进我国农业的现代化!的滴灌自动化系统在经济上是合理的,技术上是可行的,将成为我国南方生态农业建设的典范!
自动化控制论文:智能化技术在电气工程自动化控制中的应用
摘要本文着手于智能化技术实践应用的基础理论,通过对智能化技术在电气工程领域的实践应用特点进行分析,结合电气工程自动化控制技术加以探究,总结出智能化技术在电气工程自动化控制中的具体应用情况,以此为我国今后的智能化技术实践应用与电气工程自动化控制技术创新提供可行性参考。
关键词智能化技术;电气工程自动化控制;应用研究
随着我国智能化技术的普及,越来越多的生产制造领域在实践环节开始逐步推广和应用智能化技术。我国电气工程自动化市场在近年来的高速运转过程中获得了良好的发展业绩,国内电气工程自动化技术水平更得到了极大的提升,这对于我国社会的整体经济发展具有重要意义。但是,传统的自动化技术在实践环节不但工作效率低下,其工作实效性与安全性也令人担忧,从长远发展角度思考,我国电气工程自动化技术理应积极开展技术层面的优化创新,充分利用智能化技术,促使我国电气工程自动化加工与控制技术能够迈入新的台阶。
1智能化技术实践应用的基础理论
智能化技术在实践应用过程中具有极高的应用价值,该技术的理论基础当中涵盖了语言学、控制学、生物学、医学以及信息学等众多学科,因此,智能化技术的综合性较强,能够被应用于多种不同的生产和工作领域。智能化技术主要研究机器设备的人工智能,通过技术手段使机械设备能够独立完成高难度、高危险的实践工作[1]。智能化技术的实践应用能够保障机械设备在运行过程中具备较高的操作性,控制人员能够通过计算机技术对机械设备进行实验性操作与研究,并且通过智能化机械设备完成相关的研究工作[2]。在智能化技术的研发过程中,电子电气技术以及电子信息处理与收集等内容都是研究工作的重点。整个电气自动化控制行业在智能化技术的研究过程中,都需要对电子电气技术以及电子信息的处理与收集技术进行实验探究,以此确研发出的保智能化技术能够具备较高的适用性与安全性。智能化技术是我国现阶段计算机技术当中的高端分支,随着该技术的普及与发展,智能化技术及其相关技术手段正逐渐被应用于电气工程自动化控制领域。因此,如何更好地将智能化技术实践应用于电气工程自动化控制工作当中,已经成为相关科研单位及技术研究人员需要重点关注的内容[3]。
2智能化技术在电气工程领域实践应用的特点
2.1性较高
智能化技术在电气工程领域中实践应用,能够借助相关的处理技术有效实现科学性与化的评估,即使在处理不常使用的数据输入时,也能确保评估工作的高效性与性。在电气工程自动化控制工作当中,各个控制器的控制对象往往会具备较高的变更性,这就给实际控制工作带来了极大的难度,即使是智能化技术在实践应用过程中往往也难以对全体对象对进行、高效的控制,因此,智能化技术在实践应用的过程中理应根据实际情况,针对不同对象进行相应的分析与研究,为技术应用提供必要的条件。
2.2无人化操控
相较于传统的电气工程自动化控制技术,智能化技术在实践应用过程中能够对电气工程自动化控制工作当中的鲁棒性变化、下降时间以及响应时间等重要因素进行控制,通过无人化的操控形式对这三个方面进行调节,以此确保电气工程自动化控制工作能够顺利开展,确保电气设备的稳定运行。2.3无需控制模型智能化技术在电气工程自动化控制工作中的实践应用,能够帮助控制人员及现场员工有效对复杂动态问题进行控制和处理。智能化技术的控制器在处理复杂动态方程时,能够直接将控制对象模型设计的相关内容删除,使电气工程自动化控制技术在无需控制模型的基础上,能够更好地进行相关的控制与调节工作,以此提升电气工程自动化控制技术的整体时效性,确保智能化技术在较为复杂的控制过程中能够充分发挥实际作用。
3智能化技术在电气工程自动化控制中的具体应用
3.1实现整个电气工程的自动化操作与控制
在电气工程自动化控制工作的实践环节,电气工程自动化控制系统当中具体包含着大量的关键性控制程序与系统环节,传统的自动化控制技术往往难以实现系统及应用设备的性调节与控制。智能化技术在实践应用过程中主要是借助模糊控制、专家系统控制以及神经网络控制等方法,充分发挥智能化技术的应用优势,有效提升电气工程系统设备的运行质量。其中,神经网络控制技术在实践应用过程中具有多层次结构,能够通过反向学习算法对系统当中的运行指令与程序进行计算,确保每一个调节与控制流程能够精准无误,充分提升电气工程设别的运行质量。模糊控制与专家系统控制主要是利用子系统对原有系统参数进行调节与修正,依照这些参数的变化情况进行的识别与信号处理,以此实现对整个电气工程的科学化控制。
3.2优化与提升电气工程的整体设计
在电气工程的设计过程中,众多设计工作人员需要对设计方案进行反复的试验与改良,针对具体问题进行相应的考虑与研究,并对设计过程中出现的问题因素进行处理和解决。电气工程的设计人员应当具备较高的电气工程相关业务水准,还应具备一定的专业知识水平,在处理问题情况的过程中还应具备较强的理论知识应用能力,这样才能确保电气工程的整体设计质量,降低安全隐患问题出现的几率。在智能化技术的实践应用过程中,传统的电气工程设计工作形式发生了变化,设计人员在实践工作环节更多的是在对电气工程设计所需的数据进行调整与修正,因此,在优化和提升电气工程的整体设计时,设计工作人员首先应当明确自身的工作内容与工作职责,通过学习和实践充分锻炼自身的技术水平与电气工程相关知识的应用能力,以此确保电气工程自动化控制工作的稳定运行。
3.3积极开展电气工程自动化控制的病因诊断
在诊断电气工程自动化系统运行过程中的病因与故障情况时,技术人员往往需要通过一系列较为复杂的诊断手段来检测出运行设备或电气工程系统当中的问题情况。虽然电气工程自动化病因诊断的率不高,但这项工程仍旧是实践工作环节不可忽视的重要工作内容,不少应用设备及电气工程系统的运行隐患问题都需要通过病因诊断工作来检测与查验。因此,采用智能化技术来替代传统的人工诊断方法,对于我国现阶段电气工程自动化领域的发展具有重要意义。智能化技术手段在实践环节能够更好地胜任高危险性、高操作难度的病因诊断工作,有效杜绝系统设备当中存在的安全隐患问题。
4结论
综上所述,企业在电气工程自动化控制工作中实践应用智能化技术,有利于企业整体生产效率的提高,还有利于实现高效化的电气工程自动化控制,有效降低企业单位的运营成本,提高电气工程自动化控制工作的质量。
自动化控制论文:高炉自动化控制系统
摘 要:高炉控制系统主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制,以及除尘系统控制等。高炉炼铁自动化控制系统就是保障炼铁生产过程的连续性和实时监控性,进而保障高炉操作。
关键词:高炉自动化控制系统
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0013-02
高炉自动化控制系统具有组成设备多、位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性性要求高等方面特点,基于PLC的高炉控制系统,在考虑高炉炼铁系统特点和要求的基础上,充分利用了PLC性高、性能优异、功能丰富、扩展性好、易于使用等方面的优势,给出了针对性强和个性化的解决方案。
1、系统设计
高炉控制是集机械、电气控制和计算机应用为一体的技术,采用以PLC为核心的,集中与分散相结合的自动化控制系统,系统由1个中央控制室和上料系统、高炉本体、热风炉、除尘等四个控制站组成,通过高速100Mbps光纤工业以太网进行数据通信,自动化过程监控系统的布局及网络结构如图1。料批控制程序及选仓配料控制、料流调节阀开度控制及溜槽倾动和转动控制为重点;料车卷扬、探尺卷扬、布料器倾动上料系统、热风、布袋除尘,既要满足基本工艺要求,还要满足设计提出的工艺要求。
为了适应工艺操作,在各控制站设槽下及上料操作站、高炉本体操作站、热风炉操作站和布袋除尘操作站。所有的数字量输出点都采用继电器与外部设备进行电气隔离,模拟量输入输出信号都采用带光电隔离的模块。
1.1 通信网络
对于高炉自动化控制系统而言,自动化系统主要由二级控制系统和二层通讯网络构成。这样的系统布置也是为了在生产的过程中保障系统的完整性和合理性,确保系统自动运行。整个通信系统使用的是工业以太网,各个操作室都可以独立完成各自的任务,根据生产上的临时需要,各自独立的控制,每个操作台与中央控制室采用高速工业以太网连接进行信息传递,这样就可以真正的做到资源共享,互调数据等,同时构成了完整的过程监控系统。
1.2 操作方式
整个高炉的生产操作由各个操作台还有中央操作室相互配合完成。对于地面上的么个操作台实现集中手动、自动控制两种方式,其实最要的是进行工艺和电气参数的设定,运行方式的选择和开炉前后的一般操作等等,包括自动控制,软手动实现现场各电控设备的控制。每个操作台主要用于手动操作,并且在自动方式下实施人工干预。
2、系统功能
本文所介绍的高炉自动化控制系统是一个集顺序控制,过程控制,数据采集以及工况监视连带数据管理为一体的自动化控制系统。对生产上所用到的电动机和阀门等连带相关成套机电设备的开关量控制,包括各个部分的联锁起动,联锁关机,自动联锁控制,单步联锁控制,系统单步调试于一体。并在过程控制中数据的采集和处理(包括开关量和模拟量),带有完善的报警功能。开关量和模拟量报警的显示并有相关的记录和打印功能,针对生产上的历史曲线图、实时曲线图、电气仪表图和棒形图显示和打印。按照功能和结构划分,高炉系统分为四个分系统:槽下及上料控制系统、高炉本体系统、热风炉系统和除尘控制系统。
3、系统特点
高炉自动化控制系统,采用冗余的以太网络、PROFIBUS-DP总线网络将中心控制室计算机和PLC系统主站、PLC系统主站与远程I/O分站联系起来,构成一个分布式的控制系统,具体特点如下:
3.1 高炉自动化控制系统完善、强大的功能
支持冗余CPU配置,功能更强、速度更快。同时,配有品种齐全的功能模块,充分满足用户各种类型的现场需求。即使在恶劣、不稳定的工业环境下,依然可正常工作;无风扇设计提高了系统的性;在运行过程中,模块可进行带电热插拔。
3.2 高炉自动化控制系统冗余解决方案
本文所介绍的高炉程控系统设计为冗余配置,其中包括电源冗余,CPU冗余,以太网络冗余,PROFIBUS-DP总线网络冗余等等。无论生产过程中哪个环节出现问题都可以不影响生产,也因此可以认为这个系统较大限度地保障了系统的性以及安全性。
3.3 高炉自动化控制系统集中管理、分散控制
高炉控制系统设计为主站和远程两种模式,I/O从站的网络结构,并最终由系统主站统一管理系统内的设备,对于远程I/O分站而言,其功能只负责数据采集与设备驱动。这样的系统结构设计是十分合理的,既满足了系统设备间联锁关系强的要求,又满足了系统设备位置分散的要求。
3.4 高炉自动化控制系统开放性
高炉程控系统其实是一个开放性的系统。工业以太网、PROFIBUS-DP总线网络是目前应用最广泛和开放性好的工业通讯网络,在各个行业都有广泛的应用,系统软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL,同时提供了丰富的API编程接口,可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、MIS和其他子系统进行无缝连接。
自动化控制论文:楼宇自动化控制网络技术的新发展
摘要：简要介绍了楼宇自动化系统，分析了传统集散控制系统和新兴的现场总线控制系统优缺点以及应用，并介绍了楼宇自控领域中流行的4种现场总线。说明了以太网技术的发展以及在楼宇自控领域中的近期应用情况，对现场总线控制系统和以太网进行了比较
关键词：楼宇自动化控制网络 现场总线控制系统 以太网 楼宇自动化系统
目前日益流行的智能建筑(InteUigent Buidings)是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(Buiding Automation system，缩写为BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。
2 现场控制系统FCS的出现以及在楼宇自控中的应用
上个世纪七八十年代，伴随着计算机性提高，价格大幅下降，出现了由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的分布式控制系统(Distributed ControlSystem，简称DCS)。DCS是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。它的测量变送仪表一般是模拟仪表，因此它属于一种模拟数字混合控制系统，这种系统较以前的各种控制系统有了较大的进步。DCS在工业自动化控制领域获得了广泛的应用，也开始应用到楼宇自动化控制领域。但是DCS存在如下一些缺点：
(1)安装费用高。采用一台仪表、一对传输线的接线方式，导致接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难；
(2)性差。模拟信号传输精度低，而且抗干扰性差；
(3)系统封闭。各厂家的产品自成系统，系统封闭、不开放，难以实现产品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。
上个世纪90年代以来，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基于现场总线的控制系统(FCS)，FCS克服了DCS的缺点，它是一种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统。目前，现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点，备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。FCS极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。与传统的DCS(分布式控制系统)相比，FCS具有性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线的出现，为工业自动化带来了一场深层次的革命，从而开创了工业自动控制的新纪元，被誉为自动化领域的计算机局域网。鉴于FCS的许多优点，控制专家们纷纷预言“FCS将取代DCS成为2l世纪控制系统的主流。”现在，FCS已经被应用到楼宇自动化控制领域。
2．1应用于楼字自动化领域的几种现场总线
由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在，世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议根据国际标准化组织(ISO)的计算机网络开放式互连系统的OSI参考模型来制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。在这些现场总线中不乏优异的现场总线，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广泛的应用。尽管基于现场总线的Fcs克服了DCS的许多缺点，但还是有一些不如人意的地方，最明显的缺点：多种现场总线并存而互不兼容，导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点做进一步说明。
(1)LonWorks
美国Echelon公司1991年推出了LON (Local 0penation Networks)技术，又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说LonWorks具有以下优点：
①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；
②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和1．25Mbps，较大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个；
③完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURON C语言，它是ANSI C语言的扩展；
④无主的网络系统。LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；
⑤开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。LonWorks采用的LonTalk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。
同其它现场总线一样，LonWorks也有自身的缺点。首先，LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点，LonT~k协议也被接纳为欧洲CENTC247、CEN TC205的一部分。自1996年以来，LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
(2)BACnet
BACnet是作为世界上及时个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BAcnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，BAcnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线，BACnet标准较大的优点是可以与Etherent、LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国，但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。
(3)CAN
CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点：
①采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强：
②具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；
③采用无损坏的仲裁技术；
4 CAN芯片不但价格低而且供应商多。
CAN缺点是：CAN总线上最多可挂接110个节点，这不能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，CAN总线技术比较简单，CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。
(4)EIB
EIB是欧洲安装总线(European Installation Bus)的缩写。它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。
3 以太网开始进入楼宇自控领域
以太网发展至今已有20年历程，作为局域网组网的主要技术，以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。近年来，以太网技术获得了快速地发展。交换型和全双功以太网的出现，克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据，也减少了网络上的数据碰撞。以太网的标准不断更新和扩展，目前的以太网不仅在物理层(包括拓扑结构、传输速率、传输媒体)，并且在数据链路层与原来的传统以太网标准有了很大的进步，以太网标准系列已扩展成20余个。现在已太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展，同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。新的IEEE802．3af标准开始对以太网供电作出了规定，它消除了以太网技术进入现场控制领域的一个严重障碍。目前，3Com、华为、DLINK等公司开始提供符合IEEE802．3af标准的交换机产品。另外，一些现场总线的协会或组织也开始提出基于其现场总线的开放式以太网标准，即工业以太网标准，如ODVA(开放DeviceNet供货商协会)和CI(ContolNet国际组织)的EtherNet／IP标准、FF(现场总线基金会)的HSE(Hig}l Speed Ethemet，高速以太网)、Profibus国际组织的ProfiNet。支持这些工业以太网标准的交换机、网卡等产品也开始出现，如MOXA公司的EDS-508系列工业以太网交换机(支持EtherNet／IP)、北京航天华辉自动化技术有限公司的AnyBus-S IO／100M(支持Ethemet／IP和Modbus／TCP)等。美国VDC(Venture Development Corp．)调查报告指出，Ethemet在工业控制领域中的应用将越来越广泛，市场占有率将从2000年的ll％增加到2005年的23％。
伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用，以太网技术也必将越来越多地渗透到楼宇自控领域。目前，以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网(如图l所示)，在一些新开发的楼宇自控系统中，以太网直接进入了控制层，如北京楼宇自动化中心开发的基于以太网的ENC-2001IP智能建筑测控系统。ENC-200liP控制系统的结构如图2所示。一般的空调、照明等系统通过ENC参量控制模块集成到以太网上；带有RS232或RS485接口的系统通过网关转换模块集成到以太网上；IP电话以及IP摄像机直接连接到以太网上。
在楼宇自控网络中采用基于现场总线的FCS的优点是：
①性、实时性好。现场总线为工业控制设计
图1楼宇自控网络集成到信息网的，有屏蔽、接地与防爆等措施，同时其实时性也比采用CSMA／CD的以太网的时实性好；
②用户的投资成本低。现在，开放的现场总线技术已经比较成熟，有很多公司提供的相关产品可供选择。其缺点是：实现现场总线无缝接人以太网复杂，当多种现场总线共存在一个系统中时，集成起来更复杂，系统的扩展性差。
在楼宇自控网络中采用以太网的优点是：实现了从管理层(信息网)到现场设备控制层(控制网)的“一网到底”，即实现人们期望的通信协议的兼容和统一；这样系统扩展起来也比较方便；与智能建筑中其它系统(信息网通信自动化系统和办公自动化系统)集成起来更加容易。其缺点是：首先，目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较大，开发费用和成本相对还是较高，用户可以选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些都导致产品价格过高。其次，以太网的实时性、性等方面还有待进一步完善。
4 结束语
就目前而言，不管是应用在楼宇自控网络中的基于现场总线的FCS还是以太网，都有其优点和缺点。随着时间的推移和技术的进步，它们也必将会被进一步完善。据统计，我国目前有从事楼宇自动化业务的企业3000家以上，产品供应商约3000家。另外，随着我国绍济的快速发展和人们生活水平的不断提高，建筑和社区的数字化建设正在兴起，FCS和以太网都必将在楼宇自控领域中获得更广泛的应用，在今后相当长的时间内，两者在竞争的同时也将继续并存。
自动化控制论文:基于FCS的选矿自动化控制系统设计
摘 要:本文根据某选矿厂的工艺流程,设计出主要通过PLC对选矿厂各环节进行控制的自动化系统并进行基于FCS的系统构架配置,同时对选矿厂软件控制系统进行了设计。通过对系统控制特点进行分析,该系统的设计理念先进,为国内选矿厂自动控制系统的建设提供了一个很好的示范。
关键词:选矿工艺 单回路控制 组态 PLC
1、概述
在选矿过程中,随着计算机技术的应用、控制理论的发展及检测手段的完善,为了能及时有效地控制生产过程参数的变化,保障产品的质量和产量,提高回收率,因此提高选矿自动化水平已被提上日程[1-2]。
FCS(Fieldbus Control System现场总线控制系统)是用现场总线网络将现场各个控制器和仪表设备互联,构成现场总线控制系统,同时控制功能可降低安装成本和维修费用。FCS是一种开放的、具有互操作性的、分散的分布式控制系统,现在广泛应用于选矿自动化控制系统中,并取得了较好的效果。
2、某选矿厂自动控制系统设计
2.1 选矿厂自动控制系统架构
根据某选矿厂的工艺流程要求,初步拟定该选矿厂的控制系统由5个控制站,与一个中央控制室组成环网。控制层提供了生产工艺数据和设备信息采集、过程数据控制处理与实时控制等功能,主要由PAC站与HMI组成。该选矿厂的自动化控制系统架构见图1所示。
各站内部采用PROFIBUS-DP现场工业总线的方式进行数据通讯;各站与中央控制室之间,采用以太网的方式进行数据传输及存储[3]。5个控制站分别是:(1)粗碎、中碎及干选控制站;(2)高压辊磨机流程控制站;(3)1#系列筛分预选及磨选控制站;(4)2#系列筛分预选及磨选控制站;(5)浓缩、环水及尾矿控制站。
这5个站都采用GE 可编程控制器PACSystems Rx3i,作为站控制器组成站控制系统。每个控制站设计选择使用一台PACSystems Rx3i系列CPU控制器、以及由PACSystems Rx3i系列相应的功能模块等组成一个过程控制I/O站处理系统,负责对相应的生产流程进行生产过程的处理控制。为了连接和维护的方便,5套HMI(内置以太网口)与控制站之间通过工业以太网方式进行连接。
选矿厂控制系统的信息层主要提供了现场生产过程的模拟显示、操作指令下达、报警显示、数据存储、历史记录、报表分析及WEB等功能。信息层主要由操作员分站、操作员总站、工程师站、历史服务器、WEB服务器、WEB客户端、以太网交换机和网络打印机,以及相关的软件等组成。
2.2 选矿厂自动控制系统软件设计
该系统所用的软件主要有:操作系统软件WindowsXP SP2、PLC控制应用软件Machine Edition、组态监控软件iFix、历史数据库软件iHistorian、WEB软件Portal。
信息层的计算机操作系统主要配备Windows XP Service Pack 2。它对个人用户来说:具有的附件安全检查,提供更多的网络安全保护,确保了网页浏览更安全。系统组态采用iFix软件,由于iFix系列软件的C/S架构,系统选用2套iFix增强型的无限点开发版软件作为工程师冗余站。此软件通过专业驱动和下位的PLC连接,实现和PLC的数据的交互。同时,选用6套iClient软件作为此系统的操作员站,用来实现对系统的监控,其中5套是分别对应于各控制站,另外1套是整个系统的总监控[4]。
系统中的数据管理选用GE公司的iHistorian软件来实现历史数据的压缩归档存储。iHistorian数据库通过iFix采集器和下位的iFix软件连接,从iFix软件的数据库中获取数据。同时,它可以通过其它采集器以及接口和别的系统连接。系统中的WEB功能由GE公司的Portal软件来实现,Portal是一个专业的可视化的数据分析报表生成和web的软件。系统中涉及到的三个GE Fanuc软件直接可以实现无缝连接。
同时,iFix软件支持的COM/DCOM、DDE、OPC、ActiveX等接口和技术能实现与其他系统或软件的连接,iHistorian支持的OPC、OLE DB等技术支持与其他数据库的互连,并且iHistorian的SDK开放,可以通过后台开发实现与其他诸多系统和软件的连接。
2.3 选矿过程主要控制方法
选矿过程控制主要有前馈控制、反馈控制和以反馈控制为主,辅以前馈控制的综合控制三种。前馈控制是干涉因素未进入过程以前,先检测出其有关参数,利用事先研究的关系式,判明其对生产过程的影响,按要求予以校正。反馈控制是先测出被控变量参数,反馈到控制器与给定值进行比较,然后根据比较结果,调节被控变量直至与给定值接近。但在选矿过程中由于矿量、浓度、粒度、品位等参数复杂多变,很难求出的关系式,设计不宜大量采用前馈控制。但由于选矿过程的滞后时间较长,如果只采用反馈控制系统,也难以收到良好效果。因此,设计通常采用以反馈控制为主,并辅以前馈控制的综合控制方式,如磨矿回路中的给矿量、浓度和粒度控制;浮选回路中的给药量、品位和液位控制等[5]。
该选矿厂工艺流程主要包括:碎矿工艺流程控制、高压辊磨流程控制、筛分预选及磨选控制、一段磨矿的工艺控制、二段磨矿的工艺控制、尾矿浓缩及尾矿输送控制。其主要控制方式以单回路闭环控制方式为主,以图2磨矿浓度、泵池液位、分级粒度控制回路为例介绍选矿自动化控制实现。
控制系统通过对浓缩机底流浓度的检测,分析现时的排矿浓度与工艺设定的浓度是否有偏差,如分析结果有偏差,控制系统将会根据偏差决策:进行调整或者不调、进行调大或者调小底流的放矿阀,用以改变浓密机底流的排矿量,从而控制调整浓密机内的积矿量,达到控制底流排矿浓度的目的。
3、系统设计特点
系统采用基于现场总线控制的配电模式(即以Profibus-DP 现场总线的方式连接电控设备),使控制系统通过PLC对软启动器、变频器、电机保护器等智能设备进行检测和控制。从而实现对流程设备进行多变量的监控,提高数据的采集精度和控制精度,并实现意义上的远程监控。
使用FCS技术将现场智能设备通过总线的方式连接起来,即是实现了更高意义的配电自动化和过程自动化,其特点如下:
(1)由于控制系统与现场设备是通过总线进行数字化的传输,因而减少了以往模拟信号的转换环节,提高了数据的采集精度和控制精度。采用总线方式,使标准化的智能设备可以方便互连,组态和互换,提高了互操作性和交互性。
(2)利用FCS现场总线控制系统和总线通讯,来控制和检测加有智能功能的流程设备。由此,实现对流程设备进行多参数的状态监控,解决以往自动化系统对设备监控参数少,对设备掌控不够的问题,从而实现自动化系统对流程设备意义上的远程监控。
(3)总线方式具有结构性好,FCS可以把智能技术分散现场各点,依靠现场智能设备实现基本控 制功能。
(4)通过现场总线可以连接所有智能设备,大大减少了控制电缆的数量和施工调试的费用,也减少了日常维护量,有利于实现该选矿厂的减人增效的目标要求。
4、结语
基于FCS的选矿自动化控制系统设计能实现以下功能:
(1)对选矿厂实行集中操作控制即:通过自动化控制系统对生产流程实现全流程的自动启/停控制;对生产流程及设备运行状态进行实时自动监控,从而保障流程在线运行设备安全。
(2)对生产流程中重要的工艺参数如:矿仓料位、矿浆池液位、蓄水及环水池液位、破碎机、高压辊磨机、球磨机给矿量、各给水环节的给水量等进行实时检测和显示。对磨选生产过程进行自动化调整控制,控制和稳定两段磨矿处理量、旋流器的溢流粒度,为选矿厂进行全过程的工艺控制,提升各项工艺选别指标。在稳定选矿厂各项生产工艺指标的基础上,提高选矿厂的生产处理效率,使选矿厂的生产处理效率提高5%-10%,进入国内类似选矿厂的经验丰富水平。
(3)通过控制系统网络,将选厂生产信息向上级相关部门实时传送和,在提高矿业公司选矿厂生产自动化水平的同时、提高矿业公司现代化企业的管理水平。
(4)对该选矿厂的工业电视监控系统将采用先进的、基于C/S结构的数字视频监控系统。主厂房控制室为中心监控室,配置三套服务器即:CMS中心管理服务器、SMT流媒体服务器、NVR网络视频存储服务器及NCT网络配置工具。实现对选矿厂视频监控系统的配置、管理、网络存储及视频等功能。
通过对该选矿厂生产过程的自动化控制设计,使该选矿厂的自动化装备水平达到国际先进和国内经验丰富水平,生产效率和指标达到国内选矿厂生的先进水平。
自动化控制论文:配电网自动化控制系统设计分析
1关于10kV配电网无功优化自动化控制系统的发展与简介
随着我国综合国力的不断加强，科学技术水平也得到了很大程度的提高，人们也开始对10kV配电网的无功补偿技术进行了大力的研究，也取得了一定的成效。目前我国的变电站调度自动化（SCADA）系统已经得到了较为广泛的应用，因此，通过SCADA系统提供的有限的线路运行参数以及补偿电容器运行现场的电压来自动控制电容器的投切，进行动态补偿。从当前应用较为广泛的无功优化自动化系统来看，其重要地位的是运行于调度中心上位机，发挥着补偿器综合协调远程投切控制的重要作用。由于变电站每条馈线可能同时运行多台补偿器，这些补偿器之间相互独立，不存在信息交换，所以上位机无功优化自动化控制系统需要结合线路运行的聚义状况，协调各个补偿器进行运行。
210kV配电网中无功优化自动化控制系统设计的应用实践
2.1确定补偿点以及补偿容量
通常情况下，10kV配电网有功损耗主要是由有功电流与无功电流产生，通过在线路上面安装补偿电容器，能够在很大程度上降低无功电流。因此，补偿节点与补偿容量的确定是相当重要的一个内容，这是确保能够达到预期目标的重要内容，当前，相对而言比较有效的一种方式就是基于非节点的补偿算法，也就是通过遗传算法并行寻优的特征，进而得到补偿位置与补偿容量。
2.2确定补偿的具体位置
需要注意的是，10kV无功补偿装置的位置确定也是相当重要的一项工作，其对于预期目标的正常实现有着非常重要的影响。所以，在安装地点位置确定的过程当中必须要遵循无功就地平衡的原则，应该把减少主干线上的无功电流作为工作的重点，根据作者的讲演，一条线路上面，如果安装一台无功补偿柜，通常情况下，其安装位置是在线路负荷的三分之二的地方，积极采取有效地措施，科学合理的进行无功补偿容量的配置，合理地确定电容器装设的地点，可以有效的提高电压的质量，使得线路损耗得以大幅度地降低。
2.3无功补偿技术方面的具体要求
在10kV配电网当中，无功补偿技术参数及其要求主要关系到以下几点内容：及时点，泄漏比距：≥24mm/kV；第二点，投切开关：高压真空接触器；第三点，接线具体型式：单星型，中性点不接地；第四点，电容器组带自放电电阻：电容器组的剩余电压在5分钟之内由工作电压降至50V以下，10分钟之内放电完毕；第五点，线路用电流互感器：LZKW-10型开启式；第六点，箱体：不锈钢。
2.4管理与维护
无功补偿技术设备的管理以及维护也是相当重要的一个工作，其对于确保顺利的实现预期的补偿效果有着至关重要的影响。所以，在10kV无功补偿装置安装结束以后，应该及时时间做好现场的管理，认真严格的检查装置是否按照设置的方式方法与参数来展开的自动投切，另外，还应该认真仔细的做好变电站的检查。
2.5提高电压的质量
因为在线路当中有阻抗的存在，所以，在负荷电流流过的时候会出现电流损耗，结合我国相关规范的要求，要保障高压供电线路电压的损耗控制在线路额定电压的百分之七的范围之内，同时，对于视觉有着严格要求的照明电路降低到百分之二到三，如果线路的电压损耗没有控制在规定的范围之内，就应该结合实际情况适当的增加导线的截面，从而使其能够达到电压损耗的要求。电压损耗计算公式：u%=LU%P30u%-电压损耗的百分数可以结合导线截面与负荷功率因数查表求得；P指的是线路负荷（KW）；L指的是线路长度（KM）。
3无功补偿容量的选择———根据配电变压器的具体容量进行补偿容量的确定
在配电变压器低压侧安装电容器的过程当中，应注意以下要点：在轻负荷的时候，避免向10kV配电网倒送无功，确保达到较为理想的节能效果，配变容量根据下列公式进行计算：Qc=（0.10~0.15）Sn（kVar）Sn-配变容量kVA通过上文的分析，得出的一个重要结论就是，在进行无功补偿设备配置的时候，一定要做到严格的按照统筹规划、科学布局、就地平衡的原则，应该确保降损与调压这两方面的有效结合，真正的将降损作为主要工作目标，同时，还应该注意做到集中补偿与分散补偿两者之间的结合，将分散补偿作为主要对象。
4无功优化自动化控制的目的与效果
4.1补偿无功功率，促进功率因数的有效提高
在电网运行的过程当中，因为其中有很多非线性负载的运行，会在很大程度上增加有功功率的损耗，在负荷电流通过线路与变压器的时候，将会有电能损耗的出现，从电能损耗的表达式可以发现，在线路以及变压器输送的有功功率保持不变的情况下，线路损耗和功率因素的平方是呈反比例的关系。由此可知，功率因素如果月底，那么所需要提供给电网的无功也就越多，线路损耗也就越大。所以说，在受电端进行无功补偿装置安装以后，能够在很大程度上降低负荷的无功功率损耗，从而使得线损耗得到很大程度的降低。
4.2促进设备供电能力的有效提高
通过P=S.COS准能够发现，在设备的功率S固定的情况下，在功率因数COS准提高的情况下，上式当中的P也会不断地增大，电气设备的有功功率也就提高了。
4.3降低电网中的功率损耗与电能损失
从公式I=P（/3.U.COS准）可以看出，当有功功率P固定不变的时候，负荷电流I与COS准这两者之间的关系为反比例关系，当无供补偿装置确定了以后，功率因素会有很大程度的提高，这个时候，线路当中的电流降低，功率损耗也降低。
5结束语
综上所述，我国的无功补偿技术水平已经得到了很大程度地提高，然而，不可否认的是，在其他方面还有很多需要进步的方面，这需要广大的电力工作人员不断努力，尽量快速的摸索出配电网无功补偿技术措施与方案，将所研究的内容真正的运用到具体的实践过程当中。同时，在工作的过程当中，还应该做到具体问题具体分析，进而保障无功补偿技术可以朝着更好的方向发展，从根本上提高电网的利用效率，真正地降低损坏。
作者：刘永飞 单位：内蒙古铁路运营管理集团有限责任公司
自动化控制论文:建筑电气自动化控制思考
一、建筑电气自动化控制系统概述
在现代建筑中，电气自动化系统主要包括以下几个方面的内容：给排水、空调、电梯、照明、配电以及控制等等，做好自动化控制的关主要在于控制好每一个部分的功能，从而满足建筑内部不同使用者的差异化需求。总的来说，建筑电气自动化控制的目的在于保障使用者生活的安全、舒适、智能以及节能。建筑自动化控制系统的构建十分复杂，其涉及面广泛、环节多，对于设计者而言，必须严格按照相关规范进行设计，确保设计方案科学、合理。
二、建筑电气自动化控制系统的构建
1.建筑电气自动化控制系统设计原则。
在进行建筑电气自动化控制系统设计时，应遵循以下原则：（1）实用性，不断提高技术水平；（2）高效率性，对于自动化控制技术而言，必须具有较高的效率，从而减少非技术性的消耗；（3）安全性，在自动化控制技术的应用过程中，应利用集成系统，确保使用安全。（4）标准性，在进行电气自动化控制系统设计时，必须严格遵循国内执行标准，可适当借鉴国外相关借鉴，从而在保障系统运行正常的同时，提高其控制水平。
2.电气自动化控制系统设计流程。
在对建筑电气自动化控制系统进行设计时，必须要遵循以下流程：（1）明确客户需求，通过走访、调查的方式，记录下客户需求，明确客户所想要达到的效果，从而确定设计方向；（2）充分掌握电气自动化控制系统，对于设计人员而言，其自身需要具有扎实的基础知识与丰富的设计经验，并能够为一个建筑项目设计出几种不同的方案，可从中选择一个方案，确保电力控制系统的运行稳定性。
3.电气自动化控制设计要点。
电气自动化控制设计主要要点如下所示：（1）配电中心必须布置在与系统负荷中心距离比较近的地方，中央监控室则需要设置在干燥、远离噪音的地方。（2）为了保障设备管理的便捷性，应将现场监控器集中设置，做好专门的规划设计，尽可能地靠着传感器，从而减少不限，降低成本，提高单位面积监控利用率。（3）传感器的输出具体可以分为两种：一是模拟输出；二是数字输出。在进行具体工程应用时，应充分考虑抗电磁干扰的问题，选择好传感器类型，其主要也可以分为两种：一是电压型；二是电流型。（4）做好备用电源的准备工作，从而确保在断电情况下，设备依旧可以正常运行。
三、建筑电气自动化控制技术的实际应用
1.建筑电气自动控制功能的实际应用。
现代建筑中，电气设备的应用越加广泛，因此相应的设备故障问题出现得也越加频繁。在电力设备出现故障后，可利用建筑电气化控制设备切断电路，防止故障范围扩大，确保整个建筑安全。
2.建筑电气保护功能的实际应用。
建筑电气设备在实际运行过程中，常常会出现一些无法预知的问题，例如：电压、电流或是功率超过设备、线路允许范围。对此，应利用建筑电气自动化控制技术，及时检测到故障信号，从而对设备、线路进行自动处理。
3.建筑电气监视功能的实际应用。
在建筑电气自动化控制技术的整个应用过程中，监视功能十分重要，这主要是因为一个设备是否带电或是断电，肉眼是无法观察到的，只能通过该传感器，设置相应的视听信号，从而实现对整个系统的有效监控。
4.建筑电气测控功能的实际应用。
建筑电气自动化的一个重要功能即为测量功能与控制功能，其主要具有以下几个系统：安全防范控制系统、综合布线系统、自控给排水系统、消防安全系统以及自动空调机组等等。其中，（1）安全防范控制系统又可以分为以下几个部分：出入口监控系统、对讲系统、闭路电视监控系统、以及防盗系统等等。（2）给排水系统则可以分为两个子系统：一是消防；二是生活给排水。值得注意的给水子系统的给水方式主要有以下几种：水泵直接给水、气压给水以及高位水箱给水，对此必须根据实际情况进行选择，确保给水的经济合理性即可。同时，给水子系统还要做好相应监控工作，确保水泵运行正常，可自动或是手动进行启/停控制。（3）消防控制系统可分为以下几个组成部分：消防联动控制系统、消防专用电话系统、火灾探测器以及火灾自动报警系统等等。（4）电力和照明系统主要由以下几个系统组成：应急照明启/停控制、节能控制、电量计量与统计系统等等。（5）空气调节控制系统则可以分为空气加热系统、空气加湿系统以及空气冷却减湿系统等等。
四、建筑电气自动化控制技术发展方向
1.充分利用网络技术。
当前，网络技术发展十分迅速，其在各个领域中均发挥了十分重要的作用。在建筑电气自动化控制领域中，网络信息技术的应用，能够有效扩展其应用范围，提高管理水平，促进建筑电气自动化控制的快速更新，最终更好地为建筑工程服务。
2.做好系统的修复、维护。
在建筑电气自动化控制技术的实际应用过程中，难免会遇上系统的修护和维护等工作。在此过程中，系统修护、维护技术水平与工作效率，就直接决定了整个自动化控制系统的运行效果。只有完善建筑电气自动化控制系统的维护机制，大大提高其技术水平，方可实现电气自动化控制技术的运行安全性和稳定性。
3.提高系统更新频率。
近些年，科学技术的发展速度不容小觑，这也就对电气自动化控制技术的更新速度提出了更高的要求，其必须紧跟建筑发展的趋势，及时满足建筑工程不断增长的功能需求，充分与智能建筑相结合，方可真正实现电气自动化控制技术的有效发展与应用。
作者：孙海峰 李春会 单位：沈阳华锐世纪投资发展有限公司 辽宁正邦房地产有限公司
