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篇1
应用锁相环频率合成技术实现雷达自动频率控制系统已经是比较成熟的技术方案，这种方案的应用解决了非相参雷达的自动频率跟踪与本振频率稳定度之间的矛盾，但是锁相环固有的大惯性、大步进间隔和非线性误差却严重地限制着锁相环自动频率控制系统的性能，使其无法满足高速、高频率分辨率、大带宽的要求。
DDS技术是近几年来迅速发展的频率合成技术，它采用全数字化的技术，具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点，并能直接与单片机接口构成智能化的频率源。基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统是新一代的自动频率控制（AFC）系统，它以直接数字频率合成技术（DDS）为基础，以单片机为控制核心，通过高速高精度脉内频率测量模块对雷达发射频率进行精确测量，然后由单片机控制DDS，对发射频率进行搜索和跟踪。因此它是一种易于实现的数字式智能化自适应频率控制系统。
图2DDS频率合成模块结构图
1系统组成及工作原理
基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统主要由高速脉内频率测量模块、DDS频率合成模块、单片机和包括频率显示、控制键盘的人机接口模块组成，如图1所示。
系统采用高速高精度实时脉内频率测量技术，利用频率稳定度高达10－9的高稳恒温时标对频率进行倒计数法测量，由单片机对测量结果进行分析处理，并控制DDS频率合成模块，完成对发射频率的搜索和跟踪。系统中除了DDS输出后的滤波、放大电路采用模拟电路外，其它全部采用高速数字电路，并结合了单片机具有的可编程能力，使系统避免了传统模拟式AFC的缺陷，能够实现更加灵活的控制。
雷达开机后，系统首先工作于搜索模式：单片机控制DDS频率合成模块输出本振频率的最低值，与从发射机耦合过来并经过衰减后的发射脉冲频率混频，取出下变频后的中频信号，经过频率测量模块测量后将结果送入单片机，单片机若判断频率测量结果不是规定的中频频率值，则控制DDS频率合成模块将输出的本振频率按规定的步长（通常是频率测量系统的频率分辨率）调高，重复此过程，直到频率测量系统测量得到的频率值为规定的中频频率值为止。若搜索过程中本振频率达到上限时仍未搜索到规定的中频频率值，则返回到本振频率最低值，重新开始新一轮的搜索。系统一旦搜索到规定的中频频率值就进入跟踪状态。
在跟踪状态，频率测量模块对每一个发射脉冲频率与本振频率下变频得到的中频脉冲频率进行实时精确测量，在发射脉冲结束时将测量结果送入单片机。单片机立即根据测量结果计算出响应的本振频率调整量，并控制DDS频率合成模块调整输出频率，保证在目标回波信号到达接收机时，本振信号已经调整到与该发射脉冲频率对应的频率点上，使目标回波信号下变频后的频率值为准确的中频频率值，从而保证目标回波信号能够得到最有效的放大。
跟踪模式实质上是一个自适应的控制过程：某一发射脉冲的频率比前一发射脉冲的频率升高（降低）在本振频率不变的条件下，中频频率升高（降低）频率测量模块的测量结果升高（降低）单片机得到测量结果后控制DDS频率合成模块，使之输出的本振频率相应升高（降低）中频频率降低（升高）到规定值。
2硬件结构
2．1DDS频率合成模块
DDS频率合成模块以DDS芯片AD9854为核心，包括滤波电路、放大电路和与单片机的接口电路，图2是其组成框图。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的内部时钟，4～20倍的内部可编程倍频器使外部输入的时钟信号频率可以从15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口总线，内置正交双通道DAC输出，具有多种编程工作方式，能产生线性调频信号和非线性调频信号等复杂信号。
AD9854采用CMOS结构，工作电压为3．3V，而单片机AT89C51工作在5V电压下，其总线电平是5V的TTL电平，为保证AD9854的正常工作，必须经电平转换后再与AD9854接口，AD9854的时钟信号也必须经过电平转换后送到AD9854的时钟引脚。AD9854有正交双通道DAC输出，每一个通道都是反相的互补输出，经MAX436放大后滤波，然后再经MAX436放大到雷达要求的本振电平。两路输出中的一路用于和发射脉冲混频，将下变频后的中频信号送到频率测量模块进行频率测量，系统已经知道DDS频率合成模块输出的本振频率，测量出发射脉冲的中频频率就能计算出发射频率；另一路作为接收机的本振信号。
根据奈奎斯特采样定律，当DDS系统的时钟为300MHz时，其输出频率的上限是150MHz，在工程应用中通常只使用到时钟频率的40％，即120MHz。某型米波雷达的本振频率上限略高于120MHz，经查阅AD9854的数据手册，其输出频率能够达到理论的150MHz；同时经实验证实，AD9854能够在雷达本振频率上限值处稳定工作，且输出信号质量完全可以满足雷达系统对本振的要求。
2．2高速高精度脉内频率测量模块
高速高精度脉内频率测量模块采用倒计数法进行频率测量，主要由下变频混频器、滤波整形电路、计数器T0、计数器T1和时序控制电路组成。图3是其结构的组成框图，图4是倒计数法频率测量的时序图。
倒计数法测频是用被测信号的N个周期形成一个计数门时间T＝N·Tx，在T时间内由时标F0计数，这样一来测频就相当于测量门宽T，T的最大量化误差是T0，Tx的最大量化误差是T0/N。
某型雷达的发射脉冲的宽度是13μs，考虑到其发射机是单级振荡式发射机，每个脉冲在起振和停振的过程中振荡不稳定，因此取中间的10μs作为测频区间。该型雷达的第一中频频率为30MHz，在正常工作时，发射脉冲与本振信号下变频的输出频率应该是准确的30MHz，在10μs的测频时间内应有300个脉冲，即可取N＝300；高稳定的时标的频率是100MHz，T0＝10ns，相应的Tx的最大误差是T0／300＝1／30ns，据此可计算出测频的分辨率是30kHz，相对于雷达中频放大器接近1MHz的带宽而言，此指标完全能够满足雷达系统的要求。用频谱分析仪实际测得的系统跟踪误差如表1所示。
表1实际测得的系统跟踪误差表
发射频率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振输出频率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟踪误差/kHz-1-5+8-8-10-7
发射频率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振输出频率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟踪误差/kHz-5-10-10+10+50
模块的工作过程是：当雷达触发脉冲到来时，时序控制电路打开计数器T，发射脉冲随后到来，经下变频、滤波、整形后转换成TTL方波作为计数器T的时钟。当计数器T计到第32个脉冲时，时序控制电路打开计数器T0，T0开始对高稳定时标计数；当计数器T计到第332个脉冲时，时序控制电路关闭计数器T和T0，并通知单片机已经完成一次频率测量，单片机取走测量结果，并对硬件电路复位，准备下一个周期的测量。
2．3高稳定度恒温时钟模块
本机振荡器的频率稳定度是影响雷达接收机性能的关键性指标。由于DDS频率合成方法的输出频率稳定度仅仅取决于其时钟的频率稳定度，因此选用频率稳定度高达10－9的恒温晶体振荡器作为整个系统的时钟。恒温晶体振荡器输出的100MHz高稳正弦波经放大后整形为标准的TTL方波，一路作为频率测量模块的时间标准，另一路经F161分频为25MHz的TTL方波，经电平转换后作为AD9854的外部时钟信号，利用AD9854内部的可编程倍频器倍频12倍使AD9854工作在300MHz的内部时钟频率下。高稳定度恒温时钟模块组成框图如图5所示。
3软件结构
单片机是整个系统的控制核心，可以充分利用软件可编程控制的优势对系统进行灵活有效的控制。图6是单片机的软件框图。
通电以后单片机首先进行初始化，然后设置DDS模块的工作模式等参数，再进行时序控制电路的复位并对所有计数器进行清零操作。随后单片机不断查询测量完成信号。当时序控制电路在雷达触发脉冲的作用下完成一次测量时?熏就通过该信号通知单片机，单片机一旦查询到测量完成便立即读入测量结果。然后进行分析，是标准中频频率时不进行本振频率的调整，直接准备下一脉冲周期的测量，若不是则计算所需的频率调整量，控制DDS频率合成模块进行频率调整，然后再准备下一脉冲周期的测量。
篇2
Key words: automatic control theory;examination reform;program
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0177-01
1自动控制原理课程考试改革的目的和意义
自动控制原理作为自动化及相关专业的一门重要的专业基础课,是一门理论性很强的课程。同时,该门课所研究的领域也是学生从未接触过的知识。为了使得学生能够在学好理论的同时将其运用到实际中,激发兴趣,强调过程考核,并且提高考试成绩和及格率,突出教学重点,对这门课实施考试改革以配合教学改革[1]。通过考试改革可以带动教学改革进程,构建融会贯通、紧密配合、有机联系的课程体系。
2自动控制原理课程考试改革的内容
2.1 课程内容的整合与优化。为了培养学生的学习能力和实践能力,同时检查教学效果,在一些章节后组织编排综合型的题目,让学生以小论文的形式提交,将其成绩记录到期末总成绩的平时成绩中。这门课的教学内容可以分成两大部分内容的研究:前三章为控制系统的时域分析,偏重经典理论的研究;后两章为控制系统的频域分析,偏重工程实际应用。针对这样的内容特点,安排两次大作业,让学生对一个生产生活中的实例从时域分析和频域分析方法入手分析系统的稳态过程和暂态过程。针对这样的能力考核,在平时教学中,从基本概念、基本分析方法入手,结合生产和生活中的实例,以时域分析方法为主线,时域分析和频域分析并进,利用直观的物理概念,使学生充分理解系统参数与系统指标之间的内在联系,由浅入深地引导学生理解和掌握古典控制理论的精髓。把知识能力的考核放在首位。
2.2 由考试改革决定的教学方法和手段的改进措施。实践环节中改变以往由教师命题的一贯做法,在学期末,安排一次综合性实验,题目学生可自选,也可从教师提供的试题库中抽题,所选题目需具有一定的综合性,采取自愿参加考试的方式。该部分的成绩由五个等级构成,即不及格不加分,及格、中、良好、优秀会分别在在期末总成绩中加相应的分数,建立一个具体的评价指标体系。这样的考核方式可以给一部分在及格线边缘的学生一次到达及格线的机会,给一部分要提高成绩绩点的学生一次提高总成绩的机会,给一部分争取奖学金的学生一次到达优秀成绩的机会,给分布在每一个分数段的学生一次积极改进的机会,激发他们的学习热情,同时能够有效的提高及格率。
2.3 知识点的考核。笔试考试由全闭卷改为半开卷:改变原有的纯粹的理论考试,把笔试试卷分成两部分:试卷一,基本理论知识的考核,闭卷,占试卷成绩的50%;试卷二,综合能力运用的考核,开卷,可以带查阅过的相关资料占试卷成绩的50%。基本理论知识的考核包括:①基本知识模块;②数学模型的建立与求解模块;③线性连续系统的时域分析模块;④线性连续系统的频域分析与设计。
3 考试改革的进程安排
3.1 进行自动控制原理课程考试改革的调研。
3.2 制定出自动控制原理课程综合应用能力考核的评价指标体系。
3.3 编制自动控制原理课程综合性实验试题库。
3.4 在2007级自动控制原理期末考试中进行考试改革方案的试验。
3.5 进行课程考试改革方案实施的初步总结,写出课程考试改革方案实施的初步总结报告。
3.6 修改课程综合应用能力考核的评价标准。
3.7 修改自动控制原理课程综合性实验试题库。
3.8 撰写自动控制原理课程考试改革的探索的论文。
3.9 在2008级自动控制原理教学中实施课程考试改革方案。
3.10 进行自动控制原理课程考试改革方案实施的总结,写出课程考试改革方案实施的总结报告。
3.11 写出自动控制原理课程考试改革方案的结题报告。
4自动控制原理课程考试改革的预期成果
4.1 学生学习的主动性得到增强,通过设置选做实验,学生学习会更加主动,鼓励学生提高综合知识运用能力,不再像以前期末考试前几天死记硬背,造成学的好不如背的好的怪现象。
4.2 学生的创造性思维能力得到了培养,通过完成大作业网上查阅资料的能力明显提高,大量查阅资料后会超出教师布置的题目范围,大部分学生会对教师的题目给出多种分析结果,甚至会超出所学的范围,突破了思维定势,即教师告诉什么就知道什么的现象。
4.3 学生撰写科技论文的能力得到提高,为以后做毕业设计撰写毕业论文打好基础。
4.4 学生独立分析问题的能力将得到提高。通过采取半开卷的模式,学生不但需要掌握基本理论,还要学会更好的利用基本理论解决实际问题,强调提高学生的分析,设计能力,及寻求一题多解的发散性思维,强调工程应用背景,立意考查灵活运用所学知识解决实际问题和创新思维的能力,改善了以往学生认为“学了也没有用”的想法。
4.5 制定出课程考核能力与技能的评价指标体系。
4.6 撰写课程考试改革实施效果的调研报告。
4.7 撰写教改论文:自动控制原理课程考试改革的探索。
4.8 提交自动控制原理课程考试改革的结题报告。
篇3
1、前言
污水处理是一门涉及化学、物理、生物等多门科学的综合性技术，其工艺机理复杂，操作要求十分严格，实现起来难度较高。如果只凭现场人员手动操作，往往操作繁琐，劳动强度大，处理效果差。加之我国水污染控制水平较低，尤其是工业废水的污染控制，投入不足，给环境带来了严重的威胁。因此为了改变我国污水处理控制技术的这种落后现状，进行污水处理自动控制系统的研究，具有非常现实的意义。当前，污水处理控制领域将计算机技术、智能技术、网络技术等运用到过程中，实现优化控制，已成为研究热点。
2、自动控制理论的发展
在工业和现代科学技术的飞速发展的同时，控制理论的发展至今已有100多年的历史。各个领域中的自动控制系统对控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，应用范围也更加广泛。特别是自20世纪80年代以来，计算机技术的高速发展，推动了控制理论研究的深入发展。
3.各单元的自动控制系统
3.1 格栅自动控制系统
根据水位差测量仪检测的格栅前后水位差阈值自动控制机械格栅的运行。当机械格栅停止运行的时间超过设定值时，系统转由时间控制，自动启动机械格栅。PLC系统还将按软件程序自动控制栅渣输送机、机械格栅的顺序启动、运行、停车以及安全联锁保护。水位差设定值，格栅的运行时间及格栅运行周期可调。3.2 水泵自动控制
在泵池设超声波液位仪表，根据水位测量仪测得的泵房水位值自动控制多台水泵的启停运行。当泵房水位高至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动增加水泵的运行台数；相反，当泵房水位降至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动减少水泵的运行台数。同时，系统累积各个水泵的运行时间，自动轮换水泵，保证各水泵累积运行时间基本相等，使其保持最佳运行状态。当水位降至干运转水位时，自动控制全部水泵停止运行。在监控管理系统和就地控制系统的操作面板上可以设定水位值。
3.3 沉砂池自动控制
沉砂池的设备自成系统，随设备所带的就地控制箱将带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序，自动控制整套沉砂池设备的运行。PLC系统将采集沉砂池全部设备的运行状态，上位监控管理计算机也可远控整套沉砂池设备的启动/停止。
3.4 分段进水多级AO生物池控制
现有AO或AAO生物池改造采用分段进水多级AO工艺。主要测控内容有：
――各段进水流量检测、配水阀门/堰门监控，自动控制各段流量，保证多级AO工艺进水流量分配比，实现合理利用各段硝化容量,充分利用原水中碳源进行反硝化, 达到有效降低出水TN, 并降低运行费用。
――厌氧池氧化还原电位监测，各级缺氧池入口溶解氧监测，各级缺氧池混合液浓度监测，搅拌器运行控制。
――各级好氧池溶解氧监测、空气流量检测、曝气量自动控制。由于污水处理厂的实际运行中, 进水负荷实时变化，DO串级控制策略可根据进水负荷实时调整DO的设定值, 有效地消除进水扰动。
――生物池出水硝氮在线检测，作为甲醇投加的过程控制参数，及时调整外碳源的投加量，保证出水水质并节省碳源。
――生物池出水氨氮在线检测，根据出水氨氮值及时调整曝气量满足和保证出水水质的要求。
――分段进水多级AO工艺对C/N比的敏感性，具体水质、水量的实时变化，使得分段进水工艺的运行和优化有很大的空间。利用在线监测及智能控制技术，根据进水水质、水量对系统进行实时控制, 提高污染物的去除效率, 降低运行成本，并可提高分段进水生物脱氮工艺的可操作性。
3.5 鼓风机房出口压力控制
通过压力变送器检测空气总管的压力，根据设定的压力值控制鼓风机的运转台数、调节鼓风机的导叶片角度，从而保证生物池对空气的需求量。在保证空气需求量的前提下，尽可能地节省能耗，压力控制系统和曝气量调节系统相互关联，相互影响，最终使生物池的生物处理过程处在最佳状态。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定鼓风机出口的压力控制值。
3.6 污泥回流量自动调节
回流污泥量的控制采用比例控制以保证污泥混合液浓度在一定的范围内。根据生物池的进水量、回流污泥浓度控制回流污泥泵（工频泵）的运转台数或变频泵的转速，保证生物池微生物的需要量。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定回流污泥比例。
3.7 沉淀池排泥控制
沉淀池的排泥可以根据装在沉淀池内的泥位计来控制刮泥车的运行，指导排泥。排泥有二种控制方式：按泥位计设定值进行自动排泥，按定时实现自动排泥。
3.8 污泥浓缩自动控制
污泥浓缩机系统控制采用时间控制和手动控制。该系统中设备的启动顺序依次为输送机、浓缩机、加药泵、进泥泵、污泥切割机，停止顺序与之相反。当药液制备段的溶液罐的液位低，进泥泵的进泥流量低、系统中任何一台设备发生故障时，系统停止运行。采用污泥流量比例投加絮凝剂，通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定每天允许的运行次数及每次运行的时间。
3.9 污泥脱水自动控制
污泥脱水过程按污泥脱水系统自身PLC预先编制的程序控制运行。污泥脱水的程序控制采用时间控制和手动控制。系统设计带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序。在药液已制备完成的前提下，设备的启动次序依次为倾斜式输送机、水平式输送机、浓缩脱水一体机、加药泵、进泥泵，停止顺序与之相反。上位监控管理计算机可远程监测污泥脱水系统全部设备的运行状态和故障报警，但不可远程控制污泥脱水系统的开停。
3.10 加氯的自动控制
根据进水流量和浊度控制加氯机按比例自动加氯，并根据出水余氯值进一步修正加氯量，使加氯量始终处于最佳值。
3.11 电动闸门的控制
重要的电动闸门，旁边设置的现场手动操作箱面板上设手动/远动转换开关。手动状态下，由操作箱面板上的按钮控制闸门的开闭；远动状态下，由中控室遥控闸门的开闭。闸门的状态和工况在中控室的模拟屏上显示。
4.结束语
污水处理运行过程任务要求重，特性复杂，运行管理难度大，目前水处理行业尚缺乏可靠的实时监测仪器，用传统的控制方式往往达不到精确的控制要求。先进控制理论实现了过程工艺参数的优化，可以改变污水处理厂人工调节操作处理不及时、效率低的现状。污水处理的社会意义巨大应用计算机控制技术实现污水处理工艺的半自动全自动控制提高污水处理的技术管理水平合理使用和配置处理设施设备具有非常现实的意义。
参考文献：
篇4
引言：近几年来，计算机科学技术在飞速的发展，同时国内外的化工企业也朝着高技术高水的方向不断靠拢，化工的仪表设备逐步趋向自动控制的网络化、智能化、数字化的方向飞速发展。为了使生产变得更加安全可靠，在企业原有基础信息系统上，不断加强发展综合性的自动化系统，深化安全系统控制的应用，将部分落伍的化工企业改造成技术型企业，应用自动控制系统装置推进企业的快速发展。
一、 可编程控制系统的应用
可编程控制系统简称PLC，采取可以编制的程序存贮器，通过对模拟式和数字式的输入输出模块来控制各类机械的运作和生产，对于其内部计算包括存贮器的逻辑运算、计时运算、顺序运算、算术运算和计数运算等都有着很高的指令要求。
PLC的通用性相对较强，并且具有维护管理方便快捷、可靠性高、适应面广、编程简单、耗能低、抗干扰性强等特点。可编程控制系统分为分散型控制器和可编程控制器等多种方式式的控制仪器。其中分散型的控制系统通常是利用软硬件和控制语言来对系统的各个方面进行操控的一类微处理器网络体系；另外可编程控制器实际上就是一个小型的计算器，通过对各个单元的简单编程来达到对控制系统内部的设备进行控制，可以随时更改编程来适应所需的工艺需求，这样一来大大改善了原始工艺流程更改需要重新布线的缺点，同时也很大程度上地降低了安装维修费用和提高了工作的整体效率。
二、 DCS技术（集散管理系统）的应用
随着DCS的快速发展，这项技术在各种领域都得到了广泛的应用，从工厂到企业的信息通道、从设备到各大车间、从锅炉设备到工厂系统等都大量运用了DCS系统。新一代的DCS系统主要分为了四个部分：控制装置单片层、车间（工厂）层、现场仪表层及企业管理层。从操作功能角度DCS可以手动自动切换、报警装置、进行人工参数设定、历史趋势记录和打印报表等。这些技术充分展现了新一代DCS的实时性、准确性、系统性和全面性。
由于DCS有着较为可靠的系统和较为亲民的价格优势，因此在锅炉供热领域取得了非常广泛的应用，改变了传统大型热电厂家才应用DCS集散控制系统的情况，现在在各大中小型锅炉供热中也应用了DCS这一系统，同以往的仪表控制及手工操作等手段组合而成的老式控制系统比DCS有着自控的优势，且DCS不断提高在中小型锅炉供热系统中操作的可靠性、可行性及节能性，运用DCS技术在锅炉供热系统的节能改造中取得了重大的突破，同时DCS也为企业效益取得了极大的提升空间增加了各个方面的成效。所以很多企业通过对DCS的节能改造后投入使用，根据各个企业的项目规划不同，DCS设定的记录参数也不尽相同，通常包括了温度、液压、流量、压力等等，通过集中控制和显示的方式进行自动调节和控制，DCS自动化仪表设备主要通过对这些参数的控制来进行打印报表、集中显示，采取自动控制方式让仪表来进行自动调节控制。对于DCS的手动预先设定可以保证人员和生产设备的安全，将运作过程的风险度降到最低。
三、 温度检测仪的应用
所有化工企业的自动控制设备都是通过控制温度的变化来操作的。温度的检测元件主要分为热电阻及热电偶两个部分，一般在检测过程里都会涉及到安全栅机柜、控制器、现场热电偶原件及端子柜等等。采集数据一般是由变送器或者传感器来获得，通过数据的采集将现场的信号传输到模板中去，然后通过控制柜中的I/O卡件等转换渠道把数据传送到中央处理器去，然后进行统一的计算和调整。现场信号一般是先传送到控制器CPU，然后在处理器中进行计算后调整显示。
四、 安全装置检测技术
化工企业在整个工业流程中非常重要的就是对安全监测中安全等级的评估工作。保证安全可靠是对企业的运作的基本要求，为了保证安全的生产，在危险的场所、化学品存储区域、可能发生爆炸的气体泵房和装有预警装置的区域都要特别注意，都需要安装装置警报系统和设置现代化的安全监测系统，比如安全联锁装置及防爆的要求、火灾警报、安全阀等，采用多元化的安全监测系统对于整体监测来说有着扬长补短的作用，对整个监测结果也更具有权威性，采用管理维护方式对于强腐蚀、高压、高旋转的设备多方进行在线的分析和检测，有利于对于设备进行安全监测。
五、 电磁阀
电磁阀作为执行器中的首要大类产品，发扬了人类智慧的结晶，它利用了线圈通电而产生了电磁力，最后驱动了阀芯来对开关进行控制。电磁阀主要是对于整个流程中的管路进行自动控制，也可以对流量、温度、液位等参数的变化进行控制来进行调节，同样也可以通过运算程序对远程监测进行控制。电磁阀内部在不同的位置上有通孔，里面有密闭腔，当中的各个孔都通向着不同的管道，腔中间为阀体，两块磁铁中的阀体是通过线圈带电后对阀体进行吸引来控制介质向哪个孔径来排出的，而介质的输入孔是常通的，所以介质就会不断地从不同的介质孔进入，然后通过压力的推动进入管道内。化工行业中最忌讳的就是将有毒易爆、有害气体置于易接触的环境中，所以使用电磁阀装置就可以保证这些气体的密闭性，具有更高的可靠性、安全性和操作性，但必须选用符合防爆要求的电磁阀，从而来完成自动控制介质的出入的目的。快速的切断管道的阀门可以禁止介质的流出或者流入。
结语：自动化控制系统的出现不仅提高了化工企业的整体工作效率，同时促进了企业的快速发展、并且改善了整体工作环境。当然自动化控制系统终究不能取代员工，现代化设备在使用过程中需要人工操作保证整体装置设备的稳定运行，要想控制仪表设备长期稳定的运行需要对仪表仪器的合理操作、选择合理的型号。仪表的自动化、安全型信息化管理将是化工行业未来的发展方向，智能化的安全仪表设备将会得到广泛的应用。
参考文献：
[1] 王建卫.ADU沉淀工序流量和酸度的自动控制[A]. 第七届中国核学会“三核”论坛中国放射医学教育五十年暨中国毒理学会放射毒理委员会第八次全国会议论文集[C]. 2010
篇5
Keywords: squeezing automation control application system
中图分类号： TS754 文献标识码：A 文章编号：
引言
在国内，制糖企业的信息化管理则是一个陌生的名词，不用说与欧美国家相比，就是与国内其它行业比较也已经远远落后。一般来说，糖厂的自动化水平与技术装备是成正相关的，但凡设备精良的糖厂其自动化程度也高，欧洲和东南亚一些新建糖厂正是如此。而美国的情况却不太一样，很多美国的原糖厂设备并不比我国先进，但自动化程度却相当高，也就是说，自动化可以使糖厂的陈旧设备焕发出新的活力。技术装备的更新换资巨大，是一个缓慢过程，如果学习美国经验，对中国的糖厂进行自动化方面的改造，挖掘旧装备的潜能，减少人为因素，就会在降低生产成本、减少过程损失、提高劳动生产率等方面发挥重要作用，而且自动化方面的投入相对于设备投入来说，投资少，见效快。
1、控制原理和优点
1#榨机的控制原理：入榨的蔗料进入高位槽，设定料位的高度在40％左右，1#榨机衡速运转，当来料不均衡时SRI的高位槽感测元件发出电信号给和利时的DCS系统，DCS将电信号数字化处理再向ABB调速装置发出指令，ABB调整三级输送带的电机转速，从而达到均匀进榨的目的(优点之一)。一旦发生1#榨机扭矩超出负荷的限点，SRI的扭矩监测装置发出信号给DCS，DCS向高位槽挡板的电控执行器系统发出指令，减小挡板的开度，控制入料量，从而对齿轮箱和榨机起到保护作用(优点之二)。
2#一6#榨机的控制原理：蔗料由齿耙机分别送入2#--6#高位槽，设定料位的高度在40％左右，与1#榨机不同的是2#--6#榨机的转速可调，当来料不均衡时SRI的高位槽感测元件发出电信号给DCS，DCS将电信号数字化处理再向ABB调速装置发出指令，ABB调整本座榨机的转速，保证固定的料位高度和通过榨机的蔗层厚度，使渗透过程均匀，其结果是负荷平稳并提高抽出率和减少蔗渣的水分含量(优点之三)。
均匀渗透和蔗汁泵送原理：DCS系统根据入榨量向ABB调速系统发出指令，调节渗透水比例、水温和混合汁液位流量等，其结果是各榨机蔗层均匀渗透并能稳定混合汁锤度和泵送量(优点之四)。
纤维进榨原理：均匀进榨有两种理念，一是像国内普遍采用的基于核子称信号自动或手动控制入蔗带速度，以保证进入第一座榨机的甘蔗重量。由于甘蔗纤维分的瞬时变化导致榨机持蔗能力的变化，在手控的情况下需要榨机经常保持“开快车”状态，在自控的情况下需要调节第一座榨机的转数，两种情况均带来榨机负荷的波动。另一种是国外普遍采用的以高位槽料位调节入蔗带速度，维持第一座榨机转数恒定。此时通过榨机的纤维量不变，入榨的甘蔗量随纤维分的变化略有波动。我们采用国外这种用纤维量恒定代替甘蔗量恒定的均匀入榨模式，在维持榨机负荷稳定的前提下，提高了榨量(优点之五)。另有其它优点不再赘述。
2.压榨控制系统结构
为实现压榨全自动化控制，该系统博采国内外顶尖技术和装置，由四个公司合作完成。
2．1高位槽设计
像国内大多数糖厂一样，贵糖的榨机列原来只有在第1座压榨机上方装有垂直高位槽，其它5座榨机仅装有敞口斜溜槽。为实现压榨间全自动控制，在澳大利亚SRI公司的技术指导下，贵糖的工程技术人员自行设计加工了其它五座呈10度倾斜角的密闭式垂直高位槽，高度2．3米，厚度0．6米。在高位槽的旁板上安装两条有机玻璃视窗，顺高度方向固定了lO个检测料位高度的电子元件。第l和第6座高位槽的后槽板设计成能够自由顶入150mm的活页档板，由电动执行器根据榨机扭矩的保护需要，瞬时减小挡板开度。此时的高位槽有几个作用：
1)作为流动物料的缓冲容器，便于自控系统检测元件的工作，以实时料位高度作为榨机自动调速的给定信号；2)一定高度的料位对压榨机的入蔗产生压力，提高了榨机的持蔗能力；3)料位的缓冲作用可避免蔗层厚薄不匀或两端不匀，减少了压榨机的负荷和扭矩的波动；4)在同等负荷甚至较低负荷下，由于蔗层均匀导致了高榨量和高抽出；5)活动挡板在扭矩瞬时增大到限点时被立即顶入，减少入蔗，当扭矩恢复后，立即释放挡板。
2．2检测单元
压榨自控系统的主要检测元件和装置都是由澳大利亚SRI(Sugar Research International)公司提供，包括高位槽传感器和扭矩监控系统。
2．2．1高位槽传感器
高位槽传感器通过测量槽壁10个电极的导电性进行工作，当蔗渣自上而下流过这些电极时，就开始测其导电性。该传感器测试每一个电极中的微小电流，并检测此电流是否超过表明电极已被覆盖的临界值。由于电极镶在玻璃板上与槽壁绝缘，当蔗渣中的水分引起电极与槽壁之间通电并超过临界值，说明蔗渣已覆盖在某一电极所处的高度上。将最低到最高电极的覆盖率转换成10―100％的料位高度，再用4―20毫安电流输出模拟信号。
2．2．2扭矩监控系统
扭矩监控系统是一种短程遥感系统，它采用变形仪监测转动的榨机轴扭矩，该系统可直接安装在现存系统榨机轴上。它主要由四部分组成，主控系统、电磁感应环、发射装置、一对350欧姆变形仪。主控系统由几个插入式模块组成，包括提供24伏AC电源的供电模块，给电磁感应环提供动力的驱动模块，破译来自电磁感应环的信号并产生与榨机扭矩大小成正比例电流信号的接收器模块，以及将接收器模块的输出信号转换成4―20毫安输出信号的调节器模块。电磁感应环由内外两个环组成，内环装在榨机轴上随轴转动，外环固定并由主控系统通过屏蔽电缆驱动。发射装置模块装在内环上，该单元上包括一个变形仪放大器、一个校准桥和遥感元件，从外环接受电磁感应驱动并返回遥感信号。
变形仪焊在榨机轴上，并用导线与发射器相连，两套变形仪分别装在榨机轴相对两面。扭矩监控系统功能的描述为：在主控系统中，驱动模块提供给电磁感应外环一个交流电源，在内外环之间引发一交流电压，该电压经调节用于驱动变形仪和发射装置。在发射装置内部，变形仪校准桥的输出经变形仪放大器放大，转换成变频遥感信号，该信号穿过电磁感应外环和现场电缆到达主控系统。主控系统里的接收装置将遥感信号转换成交流信号，再经信号调节模块转换成4―20毫安输出信号。
2．3 DCS系统
压榨自动化的核心DCS控制系统由北京和利时系统工程股份有限公司开发并提供。
2．3．1 自动控制系统
自动控制系统将采用以微处理器为基础的分散控制系统，主要有下列特点：
(1)系统设置3台以PC机为基础的操作员站，所有系统运行的参数、设备状态及工艺流程图，将在操作员站的CRT上以不同的画面形式显示。所有设备的启动／停止或开／关操作，也在操作员站上利用键盘完成。只有极少量重要参数或设备控制设有后备仪表与操作开关。各台操作员站可以独立完成各项监控功能，也可起到互为备用的作用。
(2)系统内设有冗余的通讯速率为100Mbps的高速以太网。操作员站与各控制器，以及控制器之间的信息交换，全由该通讯网络以数据通讯的方式完成。控制系统还可以通过该网络与其他生产车间的控制系统以及公司生产管理部门与领导进行数据通讯，随时收集并提供所需的各项信息。
(3)系统内设有3台现场控制站(柜)。每台现场控制站内设有冗余配置的主控单元或PLC，各项输入／输出参数将通过各类智能的I／0模块与主控单元连接，实现各项监控功能。现场控制站是用来完成现场信号采集、工程单位变换、控制和联锁控制算法、控制输出、通过系统网络将数据和诊断结果传送到操作员站等功能。
(4)系统设有工程师站，供系统组态、检查或修改之用，并完成所有的数据下装和增量下装等。
(5)系统软件平台采用WINDOWS NT。配备各种符合国际标准的组态软件。系统具有很好的开放性，可以与其他控制系统或设备方便地连接。系统在运行过程中，可以在授权范围内在线修改各项组态，不会引起系统扰动。
2．3．2 自动调节系统
为了实现蔗料的平衡输送和均衡压榨，需要自动调节的项目包括：
(1)输蔗带速度调节
根据第l座高位槽的料位高度，自动调节三级输蔗带速度，杜绝空槽或涨槽的现象。各台输蔗带的速度将按随动的原理协调调节，保持进蔗量的均衡。
(2)压榨机转数自动调节
压榨机列的自动调节是靠保持各高位槽稳定料位来实现，第1座压榨机根据榨量要求保持某一固定转速，由三级带的调速维持高位槽的料位稳定，保证均衡进榨。2―6座压榨机是靠自身的瞬时调速来稳定各自高位槽的料位，从而保证通过各榨机的蔗层厚度均匀，达到高榨、高抽出、低负荷的目的。
(3)渗透水与入榨甘蔗量比例调节
根据核子秤检测到的甘蔗入榨量，按生产需要合理地整定渗透水与蔗比配比值，由计算机自动控制变频器调节泵转速，实现渗透水加入量自动控制，使渗透水与蔗比保持在最佳值。
(4)渗透水水箱液位及渗透水温度调节
渗透水水箱液位调节，用液位变送器连续检测渗透水箱的液位，控制冷水加入量保持渗透水箱液位基本恒定，同时，水位超限，系统自动报警；
渗透水温度调节，用温度变送器连续检测渗透水的温度，并考虑冷水加入量，自动控制热水阀，保持渗透水温度基本恒定，控制精度优于给定值的±5℃。水温超限，系统自动报警。
(6)设置完善的连锁保护系统
各级输蔗带、齿耙机、榨机列连锁关停，保证任何一台设备在任何情况下停机时，前面的齿耙机和输蔗带立即随停。
2．3．3 集中监视
压榨系统要实现集中控制，其前提必须是在集中控制室内值班人员能对系统的运转情况进行集中监视。监视的内容主要分为两类：一类是系统运行的参数，包括：各输蔗带速度(或马达转速)及迸蔗量，各压榨机的转速及马达的电流，渗透水、混合汁和送出蔗的流量，渗透水温度，压榨机油压，马达轴承温度，压榨机面辊的升降距离等等。另一类是机械设备运转情况，如压榨机高位槽料位、各水箱和物料箱液位等。集控室除了工业电视的监视器与操作员站的CRT以外，基本上不装设常规的模拟仪表。对于核子秤这类特殊仪表则将其测量信号输入统一的监控系统，作为显示、累计、自动调节的原始信号。在集中监视系统中，可以对各项参数如电流等设置报警限值，一旦越限，自动报警。自动控制系统的记录功能有：报警记录、操作记录、定时制表、事故顺序记录(SOE)。各项测量参数可以根据要求作为历史数据保存下来，以备事故追忆查询及榨季后检修设备的依据。
结束语
压榨自动控制系统在糖厂中的成功应用，系统集计量控制管理为一体，采用核子称自动计量，采用电脑自动控制压榨机转速、料位、输蔗机、压榨机中间输送带、压榨机轴承温度、渗透水添加、物料均匀输送等的技术，将现代自动控制理论和计算机控制技术相结合，通过系统建模和模糊控制技术等先进控制算法，使甘蔗压榨过程按下达的指令均匀、恒定入榨，自动控制，机械设备平稳运行，减少尖锋负荷对设备的冲击，减少了能源消耗，减少设备损耗，甘蔗糖分抽出率稳定提高，为工厂创造更大的经济效益，真正体现了信息化对工业生产融合带来的好处。
参考文献
1.Yangsheng Lu.Jens Thomsen 甘蔗糖料压榨系统的现况及新技术方案[期刊论文]-广西蔗糖 2009(4)
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“自动控制原理”作为自动化及相关专业的专业基础课程，在自动化专业中，起到承上启下的核心作用。同时，在化工、机械等专业中也处于非常重要的地位。[1]目前，这门课程存在着教师难教、学生难学的双重困惑，特别是其考核方式和考核内容在某种程度上直接影响学生的学习态度和积极性。进行考核制度改革，是调动学生学习积极性，提高教学质量的一种重要方法。传统的考核方式大多采用闭卷或者开卷考试，存在不少弊端。
1 传统考核方式及弊端
（1）不能有效促进学生对课程知识的积累，而且难以客观评价学习效果。目前，独立学院考试沿袭了传统的课程考核模式，在这种考核模式中，期末考试是课程考核的主要方式，其所占比重较高，因此，期末考试的成绩在一定程度上作为衡量课程教学效果和学生学习水平的主要依据。这样会造成学生考试易存在作弊心理，考试临时抱佛脚现象。
（2）使教与学不能较好结合。在独立学院中，大多数学生学习只是为了考试及格，平时在课堂上和课后都不用心，不操心，得过且过，敷衍了事，很少主动总结教师课堂内容和找教师答疑。在传统考核模式中，闭卷考试容易照成学生死记硬背，是典型的记忆力考核。而且，闭卷考试客观题较多，一定程度上也限制了学生创新和个性的成长。开卷考试容易形成学生不劳而获的意识，往往把考试寄托在课本和作业上，不会主动学习。这就达不到教与学的有机结合，不能取得较好的教学效果。
2 自动控制原理考核改革的思路及方法
（1）改革考核内容，培养学生创新应用能力。自动控制原理在实际生活中应用非常广泛，因此，在制定课程考核内容时，要与实际生活、先进技术和先进思想相链接，考核学生创新和灵活运用知识的能力。考核中要注重学生个性的培养和发挥，使具有特殊学习兴趣和有想法学生的才能得到发挥。比如，自动控制原理也是一门自动化专业和相关专业的考研课程，一部分学生需利用本课程学习考研，因此在制定课程考核时，可通过适当增加与考研内容相关的考核试题，同时，加大考研课堂讨论力度。这样，即能满足一部分学生考研需要，也能满足大部分学生的学习需要。考试不能完全限制答案，除了原理性、原则性的问题，对于学生似是而非、较牵强的答案，特别是比较新颖的答案，要给以肯定，不能全盘否定，以利于加强学生的学习积极性、创新能力、主动思考和发散性思维的培养。
（2）加强过程考核。传统考核模式可能会导致教与学相脱节。实施过程考核的考核理念，能较好的克服陈述性知识和过程性知识的分割、理论知识与实践知识的分割、知识排序方式与知识学习方式分割的缺陷。[2]过程考核是课程教学体制中不可或缺的一部分，即体现了考核成绩的科学性，也体现了公平性，一定程度上也杜绝作弊和临时抱佛脚的心理，有利于培养学生重结果更重过程的人生观和世界观，为以后进入社会，进入职场有更好地发展。
例如，在自动控制原理课程教学中，为了增强学生的自主学习性，加大平时成绩的比重，把平时成绩提高到总成绩的50%，同时，将考勤、课堂考核、课堂讨论、课堂提问、答疑、课后作业、学生互动和课程论文等纳入平时成绩。在平时成绩中，还要加大课堂讨论和课堂提问在平时成绩中的比重。这样，既体现了公平性，又增加了学生的学习积极性，同时，开扩了学生的思维，培养了学生思考问题、分析问题和解决问题等多方面培养的能力，充分调动学生的自主学习性。
（3）引入“一纸开卷”。“一纸开卷”是指在考试开始前两周由系部统一发给学生印有“自动控制原理考试专用纸”字样的试卷纸，学生可在试卷纸上书写与考试内容有关的公式、内容等，考试时允许带进考场。[3] 考试结束后与试卷一起上交，否则视为作弊处理。
采用“一纸开卷”考核的优点主要体现在以下2个方面：（1）可有效避免学生死记硬背公式和知识点，减轻学生负担。自动控制原理课程具有理论性强、含有大量公式和图形曲线等特点。采用“一纸开卷”的考试形式，学生可以不用死记硬背公式，可以把大量时间和精力放在知识点的理解和归纳总结上，有利于提高学生分析和主动思考的能力。（2）有利于减小作弊的几率，端正考风。考试前，学生通过自动控制原理考试专用纸把需要记忆的公式、基本概念和归纳总结的知识点写下来，这样，考试时，部分基础薄弱、学习成绩较差的学生基本上不需要携带一些采用闭卷考试时常用的作弊小抄，而且也有利于调节学生的考场气氛，缓解考试时的紧张。
（4）加强考核反馈机制。考核的目的，是为了检查学生是否掌握所学知识解决问题的能力。考核结束后，要形成反馈机制，及时的把考核结果反馈给学生，完善学生知识点的理解。特别在过程考核时，比如，在学生完成课后作业、课堂测试和课程论文后，教师要及时的根据完成情况，对学生解题或理解错误问题进行案例讲解，对重点知识点特别强调，要求学生及时修改错误，加强和完善知识点的理解。
3 结语
在独立学院学生教学过程中，自动控制原理考核改革还任重而道远，但教师应围绕以培养一线应用型人才为理念的原则，培养学生的创新和实践应用能力，培养面向现代社会的高新技术产业所需的复合应用型人才。实行“一纸开卷”和加强课程过程考核相结合的考核思路，推动了教学改革，促进了学生的主动学习能力，加强了学生的创新和综合应用能力，避免了过去传统考试模式作弊、临时抱佛脚、单纯应付考试和只要60分及格等心里和行为，提高教学质量。
参考文献
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1 当前实验教学的不足
长期以来，传统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教学内容陈旧，教学方法呆板，在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情，没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历，抑制了学生个性的发展，这样不利于对学生创新能力的培养[4]。
1.1 实验内容固定
传统的实验主要是按章节进行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行， 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析，不利于学生创新能力的培养。
1.2 实验时间限制
一般的实验都要求在实验室2个学时内完成，学生很难全面深入地把握实验主要内容和方法，对实验的目的、实验原理无法理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制了学生的设计和创新，不利于锻炼学生的综合能力。
1.3 实验仪器制约
实验仪器过于固化，仪器设置上未给学生留下设计性和探究问题的空间。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸性。
1.4 实验方法落后
实验技术水平和内容更多地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实验环节，以及缺少在利用多种现代实验手段、方法和工具对实验过程中的结果和现象进行深入分析研究方面对学生的引导。实验过程主要完成连线操作、数据记录等简单的工作。
2 实验教学改进
针对目前实验教学的现状，摒弃以往按部就班完成指定实验步骤操作验证形式，按照学生对科学的自然认知进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简到难，逐步引导学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保证实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学生动手的积极性，引导其创新。
2.1 实验内容设置
开设不同层次的实验内容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣。
基础实验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。
综合实验：将各个基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。
设计实验：以任务的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研究的方法。
创新实验：自行命题实验，将学生的构想通过仪器现有功能模块来实现，在探究式学习中培养学生创新能力。
2.2 实验仪器的改进
根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统。避免教学仪器箱只能完成信号源作为激励，控制环节构成系统的不足。同时，仪器上的控制效果通过便于观看的形式展示出来，让控制过程可视化。仪器要预留出扩展接口，便于在实验中添加新的模块。仪器在结合计算机完成实验的同时，又能独立完成实验内容，实验配套软件要能对硬件平台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据测试参量的不同选择相应的传感器，完成非电量到电量的转换，对信号进行处理，结合控制理论完成创新性、设计性的实验。
2.3 实验方法的转变
1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。
结合开发的教学仪器，在实验方法上除了基本的验证性实验，其他实验按任务的形式给出，不对学生做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算、分析功能以及仪器配套软件（采用数学工具MATLAB编写的程序）在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当前实验中仪器平台不能脱离计算机，配套软件不能独立工作，学生只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。
3 总结
对当前实验教学过程中存在的问题进行分析和总结，从实验内容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出改进方法。自动控制理论来源于实践，反过来指导实践[5]。结合当前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能力，在实践中发现问题、解决问题进而培养创新能力。
参考文献
[1]葛锁良.自动控制理论教学内容与教学方法的探讨[C]//2001年中国自动化教育学术年会论文集，2001:72
[2]杜永贵，谢克明，李国勇，谢刚.“自动控制理论”课程教学改革与实践[J].太原理工大学学报:社会科学版，2009， 27(1):77-79
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河南理工大学（以下简称“我校”）的“自动控制系统”课程经过30多年的教学改革和发展，取得了突出成果，于2008年评为国家级精品课程。近几年来，本课程教学组在整合原有资源的基础上，在师资建设、教学手段、实践环节、考试方式等方面进行了改革和实践，进一步加强精品课程建设，获得了课程教师和学习该课程的学生的肯定和一致好评。
一、课程教材建设
教材的选取和教材建设是决定教学质量的关键因素之一，它直接影响着教学内容与学生知识结构的合理性与科学性。[1]
我校“自动控制系统”课程始于1972年，是国内较早开设该课程的高校之一。在教材的建设上共进行了6次修编和选取。随着电力电子技术、计算机技术的发展，交流电力拖动控制技术取得了突破性进展，一些先进的控制理论和方法在交流电力拖动系统中得以实现。从1996年起为适应国家教育部“面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的要求，将课程内容进行拓展，并结合我校与煤矿结合紧密的特点，增加交流调速控制学时，引入VC、DTC等先进控制策略的相关知识，以适应自动化专业人才培养的需要。2004年，根据我校特点的需要，再次对以往使用教材进行了修编，出版了“十五”国家级规划教材“自动控制系统”。根据课程发展的需要，今年再次对教材进行修订，进一步增加了交流调速内容在课程中的比重和课时。
二、教学方法建设
“自动控制系统”具有综合性强的特点，这门课程涉及的领域广泛，是电机学、电力拖动自动控制原理、微型计算机控制技术以及电力电子技术等多门课程的综合和升华，也是与工程实际接合非常紧密的一门专业课程。[2]在讲授课程的过程中，主要从以下几个方面着手：
1.培养学生的学习兴趣
“自动控制系统”课程是一门综合性和实践性很强的课程，培养学生对该课程的学习兴趣尤为重要。课程教学中始终贯穿课程内容的实用性是激发学生学习兴趣的关键所在。例如在课程开始就给学生先举一些很有吸引力的、多个领域的交直流调速系统应用实例，例如电力机车的启动、调速、停止过程和龙门刨床切削工件的过程，让学生直观形象地了解到本门课程在实际中的具体应用及重要地位，增加学生对电机调速系统的感性认识，通过这些例子用“调速”两个字来概括本课程的学习内容，让学生了解本课程的学习目的。然后从19世纪开始谈交直流的发展历史，比较交直流调速的优缺点进而让学生认识到交直流调速的发展趋势，使学生对本课程有一个宏观概念上的了解，清楚本课程的重要性，培养学生对本课程的学习兴趣。
2.鼓励学生自学、主讲，调动学生学习的积极性
课堂教学过程中，对于较难的章节可以以教师主讲形式进行，在本节课结束后，把本节课讲到的调速系统的缺点总结出来，提到下节课的调速方式可以解决存在的问题，让学生在课前自学，预先提醒下节课可以由学生来讲。在下节课时请学生来主讲，根据学生的理解，针对关键问题，回顾所学内容，对学习过的内容进行叙述，交流自己掌握的知识及学习体会。教师在听取学生讲课和回答问题的过程中，可以摸清学生对知识点的理解和掌握程度，对其中的错误概念和理解及时给予指导、纠正。在课程内容的讲授中，以控制方法作为主线，贯穿课程始终。按提出问题、分析问题、解决问题的方式，循序渐进、由浅入深地组织研讨型教学，充分调动学生的学习积极性。
3.精心选择教学内容，适当补充新的知识点
教学过程中应根据本课程的特点，使教学内容与该领域的先进技术同步，激发学生的学习兴趣。随着电力电子技术与自动控制技术的进步，应逐步增加交流调速的教学内容，减少直流调速的内容。其次，由于自动控制系统课程的讲授内容较多，要根据不同专业分配的课时合理选择讲授的内容，处理好教学内容和教学专业、教学课时之间的矛盾，做到由简入繁，重点突出。
另外还可以适当引入和教材理论相关的生产实践的例子。例如在交流调速部分很多教材只介绍变频器的算法，很少提及变频器的应用。作为以培养应用型人才为目标的本科院校，应在教学过程中适当介绍几种当前比较先进的变频器的参数设置和使用场合，如ABB、SIEMENS等的应用实例，有利于培养学生的解决实际问题能力。
4.适当使用多媒体教学
改革传统的“黑板+粉笔”的教学方式，引入多媒体教学是目前在高校教学中普遍采用的一种教学手段。[3]但是过多地使用多媒体教学会限制学生的想象力，不利于学生创造性思维的发展，也缺少教学过程中的灵活性和同步性，同时也不利于教师主导课堂教学。[4]因此在自动控制系统的教学过程中，教师首先要合理规划好哪些章节使用多媒体课件教学，对于使用多媒体教学的章节一定要按照自己的思路对课件进行整理或自己制作课件。
一般来讲对于内容枯燥而要提高学生学习兴趣或图形较多的章节内容可以用多媒体教学，比如绪论、电枢可逆有环流调速系统制动过程分析等章节推荐使用多媒体讲解，使用多媒体讲解时也可以加上适当的板书。对常规内容、公式原理的推导等用板书完全可以满足教学要求。
5.加强实践环节教学
通过实践或实验环节可以加强学生对课本所学内容的理解。教学过程中注重课堂教学与课外创新实践活动相结合，在课堂上鼓励学生积极思考、提问和回答问题；在实验课将理论验证与综合设计、自主创新结合起来，给学生更多发挥个人创造力的机会；在课外积极鼓励、指导学生参加学校“大学生科技创新基地”的科技活动，通过此类活动反过来促进课堂教学，学生的创新实践能力得到加强。鼓励学生参加一些自动控制系统设计开发类的比赛和项目。近几年，我校学生参加飞思卡尔汽车大赛的热情不断高涨，在全国大赛上也取得了较好的名次。学有余力的同学也参加了自动化研究所教师承担的一些科研项目，在实践中得到了锻炼。
6.引入MATLAB进行辅助教学
利用MATLAB仿真工具设计自动控制辅助教学软件，通过Simulink生动再现了系统的动态响应过程，化解难点，同时增强学生探究式学习的兴趣。MATLAB软件可以搭建虚拟系统，实现系统的仿真任务，把这个软件引入到教学活动中，已经被越来越多的老师所采用。例如在讲授转速、电流双闭环直流调速系统的动态特性分析时，在MATLAB/SIMULINK环境下根据具体的系统参数设计该双闭环调速系统，仿真观察其动态特性，改变各调节器参数，由虚拟示波器得到不同的曲线，分析仿真结果，使学生直观地认识到所研究的双闭环系统的特点。在课程设计过程中，可以鼓励学生使用MATLAB软件对设计的系统进行仿真验证，克服了传统教学中枯燥、抽象、难以理解等弊端，达到良好的教学效果。
7.作业和考试方式上的改革
灵活布置和批改作业，提高教学效果。在课程教学中，根据重点、难点内容并结合实际调速系统发展现状与趋势，适当布置一些具有实践性、挑战性的作业，以启迪学生的创新思维能力，进一步拓展知识、开阔思路。此外，还布置学生撰写科技论文，培养学生查阅文献、分析归纳资料、书写论文、进行初步科学研究的意识和能力。
灵活运用多种考核形式，综合评定课程学习成绩。考试形式有：以考试为主，在课程网站上公布考试题目的类型，正确引导学生的复习方法和内容，强调考查学生运用知识分析问题，综合解决问题的能力，变单纯考核记忆能力的考试方式为重能力、求创新的考试方式。考试题目上有30分左右的英文题目，要求学生用英语作答，加强本课程的双语教学力度。对学生实验、课堂发言与科技论文写作考虑权重加权求和，给出课程的综合评价。
三、课程教学的预备和辅助工作建设
加强课程教学的师资队伍、网络教学环境和实践性教学准备工作属于课程教学的预备和辅助工作建设，为课程教学提供强有力的保障。
1.课程教学团队的建设
自动控制系统课程的一个特点是实践性强。任课教师的科研与工程实践方面的经验与能力对教学过程和教学效果的影响至关重要。由于课程的内容大量涉及到工程实际，而大多数新教师的学习经历都是从学校到学校，没有现场实际工作经验，缺少实际系统设计、安装调试经验，理论教学和实际脱节，对课程内容的理解深度受到限制，从而影响实际的教学效果。[5]近几年，课题组加强对教师的实践能力培养，提高教师自身的科研素质，提高对新技术的敏感性。具体的做法有：选择合适的工矿企业，派教师到这些单位参与生产和产品研发，掌握实际中应用的最先进技术，提高教师的工程实践能力和科研能力；鼓励新教师申请、主持或参与横向项目；聘请在工矿企业有工作经历的具有丰富实践经验的高级职称人员兼职教师进行授课，指导学生进行工程实践。通过教学团队建设，教师互通有无，带动整个教学团队的教学、科研、工程实践能力的提高。
2.网络教学环境建设
为适应教学网络化和信息化的发展趋势，先后投入大量资金和人力，依托国家级、省级精品课程建设及重点学科建设，建设了“自动控制系统”精品课程教学网站。在网站原有内容的基础上，不断吸纳校内、校外以及国外专家、同行、学生在利用精品课程资源学习过程中提出的意见和建议，来优化精品课程建设方案，从而调整和补充精品课程的教学内容，促进精品课程建设者与使用者的互动。[6]目前正在以虚拟仿真实验、远程监控和直流控制电路板制作三个实践性环节作为整个教学系统实践部分的核心开发网上远程实验系统平台，为学生进行综合实验提供了良好的网络学习环境。
3.实践性教学环境建设
自动控制系统的另一个特点是通用性强。课程内容不是专门针对某一种专门控制系统的工程技术，而是适用于很多控制系统和装置。以国家级实验教学示范中心“电工电子实验中心”和电力电子与自动控制系统实验中心作为依托，构建了“自动控制系统”实验教学新体系，建立了“立体化”实践教学模式；形成了“主导、自主、开放、创新”的实验教学理念；建成了能够进行“验证、设计、研究、创新等实验以及学生竞赛、科研活动等一条龙”的实践教学平台。自行研制设计开发了多功能调试平台、微控制器开发系统、机器人控制、三级倒立摆等实验教学设备，为培养学生的理论联系实际和系统综合设计能力创造了良好的条件。我校国家级电工电子教学示范中心和电力电子与自动控制系统实验室是开放实验室，全天候开放，为“自动控制系统”课程相关实验的开设提供了充分的保障。
在实践教学方面，根据实际科研中的经验，把大型项目分解成若干个子项目，给学生创设具有思考性、创新性的问题，培养学生的创新思维、创新意识，做到以科研促教学；在日常的教学活动中，注重把新技术、新成果引入课堂教学，鼓励优秀的学生参加教师的科研项目，使教学和科研有机地结合起来，激发学生科学研究的意识，培养学生的创新意识和创新能力。
四、结语
根据自动控制系统课程的特点，结合本校培养人才社会服务对象的实际，自动控制系统精品课程课题组进行教学内容的精练、教学手段的丰富和教学实践的完善，从学科特色、教学理念、教学内容及教学方式等方面入手，充分利用多媒体及网络技术的普及性及便利性，加强了精品课程建设。在本精品课程的示范和激励下，电气工程及其自动化专业的主干课程“供电技术”在2010年成果申报为国家级精品课程，自动化专业的主干课程“电力电子技术”“自动控制原理”课程也相继建设成为了省校级精品课程，[7]从而推动了自动化和电气工程及其自动化专业及学科的整个课程体系的发展，提高了电气工程与自动化学院各个专业的教育教学的质量，为高校培养高质量、高素质人才提供了强有力的保障。
参考文献：
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[5]卢秉娟.运动控制系统课程教学突出工程实际应用性研究[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2011，（21）：88-90.
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一、自动化仪器仪表的简介
1. 自动化仪器仪表的定义
自动化仪器仪表是用于化学、物理方面的技术工具和设备，可以检出测量各种物理量、物质成分。从广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递等功能。显微镜、望远镜能使人们扩展自己的视野，体温计能让人们测量自己的身体的温度；此外，还有一些仪器仪表如磁强计、射线计数计具有特殊功能，可以感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的数据因子。
自动化仪器仪表又被称作信息机器，因为它的主要功能是信息形式的转换，可以将输入信号转换成输出信号。信号按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。
2. 自动化仪器仪表的分类
自动化仪器仪表是多种科学技术的综合产物，有很多种类，有的按用途分类，有的按功能分类，不同的分类方法对应着不同的产品，本文主要介绍两种分类方法。
（1）按不同用途来分类
仪器仪表有各种用途，有的用在运输上，比如汽车仪表、拖拉机仪表；有的用在航空上，比如船用仪表、航空仪表；有的用在地质上，比如地质勘探测试仪器、地震测试仪器；另外随着科学技术的发展，很多仪器仪表应运而生，比如教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。
（2）按不同功能来分类
随着我国自动化技术的成熟和各种行业的需要，产生了各种功能的仪器。比如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、记录仪表、计算仪表等；检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表等。
二、我国自动化仪器仪表行业发展的现状
自动化的内容在近10 年来随着电子信息技术和光电技术等相关学科的发展而发生了许多变化。从纵深上讲，可以涵盖从最底层的自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等到自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统到综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。从应用的行业性质上分，自动控制系统可以分成以流程过程控制为主的过程控制系统(如各种DCS、回路调节系统等) 和以运动和传动控制为主运动控制系统( 各种逻辑控制PLC 和传动控制系统如CNC 等，工业自动化仪器仪表主要是针对自动控制系统而言。
2002 年我国工业自动化仪表制造业共有309 个企业，实现工业总产量136.24 亿元，销售收入133.75 亿元，利润总额8.99 亿元。行业综合水平总体上达到国际八十年代水平。30%的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平; 约15%的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平。品种门类较为齐全，有一定的成套能力。可能承接60 万千瓦火电站、核电站、30 万吨合成氨、30 万吨乙烯、500 万吨炼油、10000 立方米空分、4000 立方米高炉、120 吨转炉、日产30 万立方米城市煤气站、日处理40 万吨污水、日产5000 吨水泥等大型工程的控制系统和仪表成套项目。
三、当前的仪器仪表技术存在的主要问题
仪器仪表行业技术发展虽然迅速，但较国外先进的高性能、高实用性的领先技术比起来，我们还存在着10~15年的差距，当前的仪器仪表技术还存在着一定的问题：
1、自主创新成果比例过少，应用技术不足
我国仪器仪表行业的初期是通过引进国外的先进技术，近几年，也有不少科技型企业加大了自主研发力度，但从总体上说，自主创新的成果还是非常少，并且技术的实用性欠缺。对于一些关键核心工艺加工制造技术力量非常薄弱。产生这种现象的原因是因为中外合资与先进技术引进与自主研发严重脱轨。
2、中低档产品居多，研发投入不足
我国现阶段的仪器仪表产品较国外比较，大部分都属于中低档产品，产品创新能力弱，高端精准仪器仪表数量非常少。其原因是现阶段的仪器仪表行业缺少对于高端检测、数字化精进技术人才，限于各大企业和单位的指导思想和投入规模，研发投入也不够，包括设备资金、人才培养等各方面的投入。
四、我国自动化仪器仪表的发展趋势
近年来，经济全球化的发展要求技术的全球化，计算机和智能机器的发展对仪器仪表的发展有很大的促进，我国应该在现有的技术基础上，借鉴国外的微电子技术，掌握关键技术，生产更多国有品牌，提升国际竞争力。我国自动化仪器仪表技术的发展前景广阔，与国际自动化仪器仪表的发展相比，可以分为智能化、高精度化和网络化等趋势。
1. 智能化
智能化技术是仪器仪表的一种发展趋势，与国外产品相比，国内产品在智能化方面有很多不足，我国仪器仪表在智能化方面与国外存在明显差距，因此，我国应该加大创新力度，改变创新模式，在智能化方向改革创新。自动化仪器仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能。采用智能化的产品可以很好的自主调节控制，利于信号的传递，提高了工业效率，更能适应国际技术的发展。
2. 高精度化
自动化仪器仪表对技术要求很高，只有高度精密化才能提升我国产品的核心竞争力。国外很多仪器仪表产品具有高精度化的特点，我国的产品在这方面明显落后，因此提高仪器仪表的精密是大势所趋，也是应对国际激烈竞争的必然选择。当前的重点是研究和发展多维精密加工工艺，精密成型工艺，球面、非球面光学元件精密加工等工艺。
3. 网络化
在国外市场以现场总线技术为代表的数字通信网络技术得到了快速发展，但是我国自动化仪器仪表在总线技术方面还不完善，许多产品功能还不完备，核心技术的掌握也差强人意，因此，网络化是我国自动化仪器仪表的发展趋势和方向。发展网络化就要充分利用计算机数字化通信技术，完成信息的转换，构造一个庞大的信息化网络，这样信号流通顺畅，更能提高生产效率。
总结
自动化仪器仪表是很多自动化元件组成的，包括各种功能的自动、智能和微型技术工具。仪器仪表有不同的用途，对应的功能也不同，有的具有测量、显示功能，有的具有记录、报警功能。近年来随着经济的发展和科学技术的进步，微电子、计算机、网络通信等日新月异发展的新技术对自动化仪表产生了深远的影响。我国自动化仪器仪表发展历史久远，随着新技术的出现不断出现新的仪器，对我国经济的发展起了很大的促进作用，从目前来看，我国自动化仪表技术发展迅速，但与国际上比起来还是有一定的差距。自动化仪表的改进有重大的应用前景，我国应该加大资金扶持力度，转变创新方式。
【参考文献】
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[2]赵群.张翔.谢素珍.李辉自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述[期刊论文]-现代制造技术与装备2008(4)
[3]唐公涛.尹升宝浅谈工业自动化仪表的发展趋势[期刊论文]-科技创业家 2011(4)
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【论文类型】 应用基础
：49000多字的硕士论文
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1 国内外理论研究现状
国内外针对发电机理论的研究主要体现在一下三个方面：
第一、国外研究理论主要集中在通过对振动区域内的机组之间的相互关系阐述和论证，定义一个可调区域的模式，通过控制水电厂可调区域数量，提供一个有效的总有功目标值，通过这个数值来判定可行性以及可靠性。
第二、国内的研究主要是集中在对发电机组的振动区穿越区的研究之上。一般都是给出了可调区域表述的水电厂振动区穿越判断依据，主要通过分析可行目标值，以此来研究最少穿越次数，本论文主要体现在第三节中的穿越模式的快速解决方案，通过这个方案提出几个具体的分配策略。
第三、基于多个水电机组联合运行有利于减少穿越振动区次数的分析结论，提出了利用虚拟调整电厂的概念在调度主站层面的建模方法与处理振动区的策在看次数。
2 水电厂调节振动区案例分析
我们这里提供的案例是以一个水电厂中的发电机组为例，案例中的我们假设I为发电机组中的第i个机组的振动区个数，其中第k个振动区是P，P的取值有两个，一个是最小值，另外一个是最大值，我们通过这两个值把振动区分成了两个边界，最小值是下边界，最大值是上边界。
把机组AGC调节的命令死区设置成P1，机组目前的出力是Pi，该机组穿越振动区的判断依据的物理意义是机组目前的出力还没有进入振动区，不过可以明确的是目标出力落在振动区的相反一面的最边缘处，机组需要穿越振动区，这样可以达到目标出力。
这里我们选取一个控制区域为某发电站发电机组在夏季满荷运行下的数据作为分析利用第三节中的提出的主站建模方法所提出的策略，我们通过联络线对水电厂振动区进行一定的调整，为它分配一个目标出力值，采用一阶低通进行处理高频段的分量。离散因子选择0.5，对多个水电厂进行并行调整振动区。通过仿真软件我们可以得到如下数据表。
从表1可以看出，通过使用我们第三节的处理策略可以是穿越振动次数降低到30次，而实际穿越的次数应为128次，可见穿越次数在使用了新的的调整策略之后有很大的缩小，这是我们可以预见的结果。
3 调度主站建模方法与振动区处理策略
3.1 虚拟调整电厂建模
根据前面的分析，显而易见的会想到这样一个思路的可靠性和可行性，如果让更多的水电厂参与到系统的整个调整之中。是否能够减少单个调整厂导致的机组穿越振动区的次数。
如果将单个水电厂视为一个虚拟机组，我们可以这样考虑把这个虚拟机组和实际机组同样看待，因为它也有额定的容量和振动区，它的额定容量是整个发电厂所有运行机组的总装机容量，不过它的振动区就是我们上节所论述的联合振动区，不过参与系统调整的多个水电厂可从整体上视为一个虚拟调整电厂，其中的每个虚拟机组均对应一个实际的调整厂。
需要注意的是，虚拟机组各个可运行区域的模式，直接取为该虚拟机所对应水电厂的相应可调区域的模式。
3.2 虚拟调整电厂的振动区处理策略
该虚拟调整电厂的运行机组台数为虚拟机组数量，总额定容量为各个虚拟机组容量之和，同样，最大，最小可调出力分别为各个虚拟机组最大，最小可调出力之和。
类似的，可以利用前面提及的求解水电联合振动区的方法，根据各个虚拟机组的振动区，计算出这一虚拟调整电厂的全厂可调区域，进而将全厂可调区域在全厂最大，最小可调出力范围取补集，得到其联合振动区。
对于这一虚拟调整电厂的联合振动区，振动区穿越判断依据，可行目标值的最小穿越次数以及目标出力值在各个虚拟机组间的分配策略等与实际水电厂完全相同。对于各个虚拟机组目标出力的校对核对，与实际机组的校核有所区别。
4 结论
本论文首先通过对国内外研究理论进行了比较详细的综述，通过第二节的数据模拟分析，进行典型案例的分析和数据结果对比，为第三节提出的两个策略理论提供的比较丰富的实践论据，通过对发电机组振动区的调整策略的研究，为今后实际工作中我们更加有效的工作和创造更多的效益提供了有力的技术理论支持。
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作者简介
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主办单位：东北大学
出版周期：月刊
出版地址：辽宁省沈阳市
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种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1001-0920
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创刊时间：1986
期刊收录：
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CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
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鉴定对象和申报条件：
从事维修电工职业的专业人员，经过规定学时技师资格培训合格，并具有下列条件之一者可申报维修电工技师资格鉴定：
1.取得本职业三级(高级)资格证书后在本职业连续工作4年以上;
2.高级技工学校毕业，并取得本职业三级(高级)资格证书后，在本职业连续工作2年以上;
3.本专业大专以上毕业，并取得本职业三级(高级)资格证书后，在本职业连续工作3年以上;
4.连续从事本职业工作15年以上，并取得三级(高级)资格证书。
知识考试范围：
电子技术：晶体管多级放大电路分析;运算放大器组成的典型线路分析及参数设定;典型逻辑组合电路，时序逻辑电路的分析及设计方法;综合性电子电路的分析及设计方法。
电力电子技术：电力电子器件、晶闸管整流电路、逆变电路基本概念。
电气自动控制技术：自动控制基本原理;双闭环直流调速系统工作原理和参数设定;常用传感器工作原理及检测电路分析;复杂设备电气系统安装、调试知识及电气检测与诊断技术。
可编程控制器：用plc基本指令、常用功能指令，进行程序设计;用plc控制生产工艺流程的步骤及设计方法;将继电气线路改造成用plc控制的流程图、程序表。
新技术：数控系统的基本概念;微机应用及接口-技术基本概念;网络通讯基本概念;交流变频调速系统基本概念;交流电机矢量控制调速系统基本概念;专业发展方向。
熟悉气动控制、液压控制的基本原理以及识图、分析及排除故障的方法。
