導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇自動化控制論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

2人工智能技術在電氣自動化控制中的應用

2.1人工智能控制實現了數據的采集及處理功能

在電氣設備的運行過程中，數據的采集和處理是了解電氣設備自動化控制情況，發現運行過程中的問題和提出解決辦法的重要依據。在傳統的自動化控制中，由于技術水平和實際運行中的動態變化，數據的采集和傳輸無法做到準確和穩定，保存數據容易出現丟失的情況。人工智能技術的使用，可以保障電氣自動化運行過程中對動態信息的及時收集和穩定傳輸，對相關數據的保存工作也更安全，這就提高了電氣自動化的控制水平，充分保障了電氣運行中的安全性和穩定性。

2.2人工智能控制實現了系統運行監視機報警功能

電氣自動化控制是用電氣的可編程控制器，控制繼電器，帶動執行機構，完成預期設計動作的過程。在此過程中，系統內部各部分之間的運行都要嚴格按照設計模型和函數計算的基礎上進行，如果系統中的一點出現問題，就會造成整個自動控制系統的故障。在以往的自動化控制系統運行中，對系統內部各部分之間的運行數據和運行狀態進行實時監測，對運行中的特殊情況進行及時的報警處理，幫助自動化系統及時處理可能出現的故障，提醒電氣管理人員加強對電氣系統的管理。

2.3人工智能控制實現了操作控制功能

電氣自動化控制的主要特征之一就是通過計算機的一鍵操作，就可以實現對電氣系統的整體控制，保障電氣自動化運行符合現實的需要。傳統的自動化系統的操作，需要靠人工對系統各個環節進行人工操作，從而促進自動化系統內部的協調和配合，這種方式既降低了自動化運行的效率，也增加了自動化系統的故障發生頻率。人工智能技術對電氣自動化系統的控制，是通過各種先進的算法，按照電氣自動化的需求，對自動化系統進行自動化和智能化設計，從而實現對電氣自動化控制系統的同時操作，大大提高了自動化控制的效率，減少了單獨指令操作中容易出現的不協調情況的發生。

3人工智能技術在電氣自動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語言變量等為理論基礎，并以專家經驗作為模糊控制的規則。模糊控制就是在被控制的對象的模糊模型的基礎之上，運用模糊控制器，實現對電氣控制系統的控制。在實際控制設計過程中，通過對計算機控制系統的使用，使電氣自動化系統形成具有反饋通道的閉環結構的數字控制系統，從而達到對電氣自動化系統的科學控制。

3.2專家控制

專家控制是指在進行電氣自動化控制過程中，利用相關的系統控制理論和控制技術的結合，通過對以往控制經驗的模擬和學習，實現電氣自動化控制中智能控制技術的實施。這種控制方式具有很強的靈活性，在實際運行中，面對控制要求和系統運行情況，專家控制可以自覺選取控制率，并通過自我調整，強化對工作環境的適應。

3.3網絡神經控制

網絡神經控制的原理就是基于對人腦神經元的活動模擬，以逼近原理為依據的網絡建模。神經控制是有學習能力的，屬于學習控制，對電氣自動化控制中出現的新問題可以及時提出有效的解決辦法，并通過對相關技術問題的分析解決，提高自身的人工智能水平。

篇2

2自動化控制設備和系統

石油化工企業把化工過程的控制作為企業日常生產管理控制的目標對象，自動化控制技術、算法和方案幫助石油化工企業可以有機調和控制理論，把整個生產過程納入到自動化控制體系，實現化工過程中各種模擬量的自動化控制。為了使得自動化控制的全過程得以有效實現，自動化控制設備、控制系統是必不可少的，除此以外，還要制定出科學合理的實施方案，為自動化控制打造控制平臺。高素質的操作人員也十分重要，可以實現對科學管理、操作自動化控制系統。在將設備和體系、方案和人員進行科學的結合的前提下，才能使得石油化工企業的自動化控制過程得以順理成章地完成。從中我們可以發現，在化工行業中，其不僅對自動化控制的技術水平有所要求，還對自動化控制過程的匹配性有所要求。最優化化工過程的自動化控制，可以降低企業的投入成本、提高企業的生產效益，還可以降低企業所需能耗和生產成本，提高成品質量，從而保障化工企業的安全科學生產。因而，對化工過程的自動化控制進行研究，然后使用先進的系統設備和技術，為化工企業提供服務，是化工企業前進和發展的驅動力。

3微電子技術和信息技術的應用

自動化控制系統和自動化設備中應用較為廣泛的有微電子技術和信息技術，化工自動化控制網絡和信息控制網絡呈現出一體化趨勢。在數據采集、自動化控制、技術調節等各個環節，都有化工過程的控制體現，通過化工過程控制一體信息平臺集中到自動化控制系統中。這要求自動化控制硬件需要更加具有可供挑戰的性能。過程控制的各個環節所采用的技術設備擁有各異的硬件設備，分別由不同的生產經營商家供給，而開發商對硬件設施進行自主經營。之所以，在多種資源進行整合的過程之中，很多時候會出現不兼容，接口不統一也時常出現，因而，技術產品的更新升級也會受到影響。綜上所述，化工自動化控制硬件需擁有多種優點，如較好的兼容性、便于升級換代、速度快等。化工過程控制技術設備只有具備上述特點，才可以在控制領域中被廣泛使用，從而實現化工控制全過程和各個系統之間的完美聯合，保證任何的化工過程控制設備在升級換代的時候不會對化工企業的正常生產有所影響。控制硬件只有具備靈活性、精確度、抗干擾等各個方面的優點，才能夠在化工過程自動化控制中發揮出顯著的作用。化工自動化控制的核心是信息集成，信息集成的重要組成部分是數據庫管理系統。大多數化工企業使用流程管理模式，需要通過軟件平臺處理和管理化工過程中的大量數據。，使用哪一種軟件決定著化工控制過程自動化控制的信息有效集成性和共享性。

4專業技術人才作用愈加重要

我國化工自動化控制操作技術人員素質普遍不高，原因在于我國自動化控制理論研究較為落后，存有的化工自動化控制研究成果不多。很多化工自動化控制操作技術人員不夠了解化工過程自動化控制原理，對化工行業有關的專業技術知識掌握甚少，化工自動化控制復合型人才欠缺。在化工自動化控制發展的過程中，人才起著決定性的作用。要想實現對整個化工過程的最優化自動化控制，需要從以下幾個方面著手。首先，需要引導廣大的職工及時更新觀念，化工企業領導層需要對化工自動化控制給予充分的重視，以切實行動引導更新全體職工的化工自動化控制觀念，從而開放思維，培育出強烈的責任心來對待化工工作，制定出科學合理的化工自動化發展規劃和信息化發展職工培育方法，把先進的技術手段和激勵措施相結合，促進化工信息化建設的發展。其次，還需要對化工自動化設備的整體利用水平給予更多關注。其充分體現了化工企業技術人員的操作能力。在自動化控制技術的發展過程中，因為電子技術發展速度較快，電子產品更新換代頻繁，在化工企業自動化設備的采購、安裝及使用過程中，需要注意設備的這個特點，之后結合企業自動化控制現狀，加大對相關技術人才的培養力度。在化工過程自動化控制的過程中，需要并重經濟效益和社會效益，注重投入產出比的分析，在信息資源建設和化工自動化控制應用技術上投入更多的研究精力，從而不斷地提高化工自動化控制設備的整體使用水平。

篇3

2自動化控制及安全聯鎖在化工安全生產中的應用

（一）自動化控制在化工安全生產中的應用

自動控制實際上就是依據規定指令或者程序自動進行化工生產的一種新技術，依據運行過程中的自動化程度可以合理的分為全自動化控制和半自動化控制兩大類。這種新的控制技術可以合理的運用到機械制造、生產控制過程以及管理過程控制等多方面。我國運用這種自動控制技術，在化工生產過程中已經發展了幾十年，主要包括創新和引進兩種開發方式。在發展的過程主要經歷了三個階段，主要有手工操作、機械控制以及自動控制。自動控制技術從簡單的生產系統逐漸發展成為復雜的生產系統[2]。目前，在國內大部分化工企業中，分散控制系統（DCS）、邏輯控制器（PLC）以及現場總線控制系統（FCS）應用的相對比較廣泛。其中邏輯控制器和分散控制系統是比較常見的。邏輯控制器是一種可以進行存儲的設備，一般來說是一類編程，可以適當作為內部存儲程序，執行邏輯、執行定時、執行順序控制以及執行計算和算數的過程是基本主要功能。主要控制形式為模擬輸入、輸出方式或者數字輸出、輸入方式。邏輯控制器的主要特點有：一是具有很大性價比，功能比較強；二是維修過程比較方便和簡單；三是具有一定的抗干擾性和可靠性。主要適用于中小規模連續生產控制過程中以及間歇性生產的控制過程。一般來說，具有比較大規模的化工生產控制過程主要使用的是分散控制系統。主要特點就是可以適當的融合通訊、計算機、自動控制，從而很好的實現自動監控、自動生產、自動管理、自動操作以及分散控制，相比較于邏輯控制器來說，具有更加強大的功能，但是也具有很大的設備成本。分散控制系統的主要形式結構特點為多層分散、分散、自治合作以及危險分散，比較適合使用在化肥、石油以及大型空分制氧的生產過程中[3]。以上的運行系統應該保持與生產過程一致，從而全面實現自動控制，以便于可以科學、有效地進行設備的智能化、微型化、開放化、數字化的自動管理，這種現場總線控制系統逐漸成為未來化工企業生產與管理的主要發展方向[4]。

（二）安全聯鎖在化工安全生產中的應用

安全聯鎖實際上是屬于一種安全技術，可以阻止排除安全隱患之前接觸存在危險區域的行為，或者在出現接觸危險區域的時候可以自動排除安全隱患。現階段，在化工安全生產過程中比較常用的就是緊急停車系統，可以讓設備在瞬間就能夠停止運行，從而保證不會發生一定的安全事故，為了有效地增加系統的安全性，一般把緊急停車系統有機結合PLC系統、FCS系統、DCS系統，可以在系統出現壓力、溫度或者液位超過規定范圍或者毒害氣體超過標準的時候進行及時的報警，適當啟動安全聯鎖作用。

篇4

2給排水系統

使建筑物內部的中水系統得到正常的運行是智能建筑中給排水系統的運行目標與任務，給排水系統的主要功能是將建筑物內水泵與排水泵、污水泵等運行狀態進行監測與管理，使建筑內各水箱的水位保持在安全可靠的限制值當中。另外，給排水系統還會對給水系統的壓力進行測量，使水位與壓力保持在安全范圍內，根據水位與壓力的變化及時進行水泵的關閉與開啟。

3照明系統

智能建筑中的照明系統是建筑物內主要的節能系統，節能減排主要體現在照明系統的運行之中。照明系統的協調程度與運行力度是建筑物自動化與智能化的重要體現。在智能建筑中，電能是不可缺少的，照明系統是除了空調系統之外最大的電能消耗系統。與傳統的建筑管理方法相比，智能建筑中的自動化系統可以實現40%左右電能的節省。照明系統的節能，主要利用于自動化系統對于停車場、走廊與對門廳等照明進行開啟與關閉控制，對建筑物內的照明回路進行分組控制，使用電量過大、電路負荷過多時進行自動切斷，對辦公室與廳堂這些地方的照明系統進行無人熄燈的自動控制。這些控制的實現可以利用計算機中設定的開關開啟與關閉時間進行遠程控制，門鎖與紅外線也是比較好的照明系統控制手段。

4電梯系統

電梯系統屬于智能建筑中的交通系統，對電梯系統的自動化管理也是樓宇交通管理的重要內容。對于電梯而言，其本身具有全套的自動控制裝置，但是，要使其成為智能建筑中樓宇自動化系統的一部分，要將電梯本身的控制裝置與樓宇的自動化系統相聯系，使其實現數據的共享，使建筑物的管理者可以對電梯的運行狀況進行及時的掌握與分析，在有意外事故發生的時候，可以利用自動化系統對電梯進行有效的控制。

5保安監控系統

保安監控系統主要由三部分組成。第一，閉路電視監視系統。閉路電視監視系統主要是利用攝像機完成的，管理人員將攝像機安放在需要進行監控的各個區域之間，利用電纜這一中介將圖像傳達到建筑控制中心，使建筑物的管理人員可以對大樓內部的實時情況進行觀察與管理。還可以利用現代化的計算機技術對這些上傳的圖像進行分析，使影視中的物體與煙霧等不安全因素得到確認，為事故的處理提供證據。第二，出入口控制系統。對建筑物的出入口進行控制，就是利用電子鎖或者是門磁開關這些設備對建筑物的人群進行控制。將讀卡機等設備安裝在建筑物當中，使建筑物的進入具有一定的權限性，對進入到建筑物的對象與建筑物的開放時間進行控制，隨時掌握人員的出入情況。第三，防盜報警系統。防盜功能的實現，是利用各種敏感軟件的安裝實現對建筑物內部空間的控制，比如說紅外線與震動傳感器等等，將其安裝在重要的防盜部位，如果監測區域內出現異常，報警系統可以做出相應的反應，通過建筑物管理人員對異常情況進行及時的處理。

篇5

現在我國運行的電氣工程自動化工程采取的控制系統一般有集中監控、DCS（分布式控制）兩種。首先集中控制系統的優勢在于，它將全部功能都安置在一個處理器中，在系統設計、維護以及運行等方面都比較簡單。其劣勢在于處理器承擔的任務量較大；在此控制體系中，隔離器件閉鎖和斷路器聯鎖是運用硬接線進行連接，在設備擴容等方面比較困難，其操作難度也比較大。其次DCS系統是在集中控制系統的前提下設計并發展起來的，在現代電氣工程自動化工程控制系統中獲得較為廣泛的應用。其劣勢在于使用和傳統儀表相似的模擬儀表，減少系統安全可靠性，在維修環節也比較困難，各個設計廠家沒有規范而統一的標準，加重維修的成本，并且其價格比較高。

1.2電氣工程自動化工程控制系統還不具備標準化端口

電氣工程自動化工程控制系統接口到目前為止還沒有統一、完善的標準，這種情況提升工程造價，阻礙數據資源共享的實現。自動化體系設計方案很重要，然而很多企業沒有規范的方案，各個廠家和企業間硬件和軟件交換數據有差異，導致企業間難以深入的交流和信息交換。同時電氣工程自動化工程控制沒有實現統一化，難以根據客戶要求設計、建立規范、標準的電氣工程自動化工程控制體系。

1.3電氣工程自動化工程控制沒有實現專業化

在電氣工程自動化工程控制設計、安裝以及操作等環節，相關工作人員的專業技術比較薄弱，需要進一步提高。此外我國電氣工程自動化工程控制習題創新能力不足，一般產品屬于中低檔，需要提高其創新能力。

2構建電氣工程自動化工程控制系統的發展對策

2.1建立一體化的電氣工程自動化工程控制體系

要從各個環節建立起具有一體化的電氣工程自動化工程控制體系。首先國家要按照電氣工程自動化工程控制體系具有技術水平和技術特點，制定統一的產品規范。其次廠家和企業要加強交流，從設備精簡、調試與維修以及技術合理性等多方面向規范化的方向進行制造和生產，讓控制體系更科學。最后要研發出新型、操控更方便的一體化控制系統，可以運用社會性質和分工外包間的協作，讓零部件的生產走商業化生產的路線，促進電子工程自動化工程控制體系的一體化。

2.2運用國際化生產標準

IEC61850是現在控制系統廠家所認可的國際標準，可以參照這個標準對控制體系進行研究和開發。另外可以運用微軟公司所制定的標準技術，由于企業策劃電氣工程自動化工程控制系統時，PC系統是連接管理系統和控制系統的中間系統，其接口具有標注化，能夠保證廠家和企業間實施軟件和硬件的數據交換，妥善的解決由于通訊而產生的問題。

2.3引進和培養電氣工程自動化工程控制系統的專業人才

隨著電氣工程自動化工程控制逐漸集成化和高智能化，對其制造人員、維修人員和安裝人員都具有很高的要求，所以要引進和培養專業技術較強的人員。首先企業要培養具有實際操作能力的人才，他們要了解和掌握軟件和硬件系統的操作。其次對安裝人員記性專業技術進行培訓，使之懂得安裝的流程和技術。最后要更新技術人員的知識結構，可以引進人才，通過引進人才的“傳幫帶”，培養新人，促進他們在維修和系統保養等方面的學習，提高工程系統安全可靠性。

篇6

PROFIBUS-DP組態非常的靈活，在一條總線中，既可以有一個主站，也可以有多個主站，根據在總線中的功能不同，總線中的設備可以分為三類。一類總線主站（DPM1），DPM1是整個總線通信的控制器，在本案例中，PLC-300作為一類總線主站；除了一類主站，還有二類主站（DPM2），二類主站一般運行組態軟件，屬于操作設備，在PROFIBUS-DP中，一般采用工控機作為DPM2，通過工控機提供的人機界面，用戶可以設置、監測整個系統的運行；在PROFIBUS-DP現場總線中，數量眾多的是DP從站，這些設備一方面可以將自身采集的數據發送到主站，另一方面也可以從主站接收信息以完成相應的控制，在本案例的無縫鋼管生產線種類和數量都很多，主要有直流驅動器、S7-200PLC以及遠程I/O設備等。

二、某公司無縫熱軋鋼管自動控制系統的構成

2.1無縫鋼管自動化生產控制系統組成整個無縫鋼管自動化生產線上的設備由一條PROFIBUS-DP現場總線相連，所有連接該總線的設備都需要有PROFIBUS-DP總線電氣相兼容的通信接口，具有這樣通信接口的設備分散在整個生產車間，在無縫鋼管自動化生產線上的傳感器、控制儀表以及電動機控制設備所需接收和發送的信息量較少，但為了達到對整個現場設備的精準控制，在生產時，對通信的實時性要求較高。

從無縫鋼管自動化生產控制系統圖可以看出，整條總線的控制由一臺S7-300PLC完成，S7-300PLC作為整條PROFIBUS-DP現場總線控制中心，是總線中的DPM1，在運行中，S7-300PLC以一定格式的報文形式與總線中的眾多從設備交換信息。工控機是PROFIBUS-DP現場總線中的二類主站（DPM1），通過配備專門的PROFIBUS-DP總線適配卡與總線相連，工控機上運行WINCC過程監視軟件，該軟件具有良好的開放性和靈活性，完全能夠勝任整個無縫鋼管生產線上各設備的監控和參數設置。無縫鋼管生產線上的設備種類很多，根據不同種類設備的特點，采取了不同的方式接入到總線，其中一些簡單的I/O設備，通過接入西門子ET200與總線相連，這類設備數量眾多，主要分布在矯直機組區、軋輥機區、穿孔機組區以及加熱爐區；各種主傳動電機通過西門子的全數字直流調速裝置6RA70與總線相連；軋輥的位置控制則由S7-200PLC完成，S7-200PLC通過擴展模塊EM277與PROFIBUS-DP總線相連。

2.2上位機軟件功能借助工控機上的WINCC過程監視軟件實現整個系統的組態以及對整個系統的監控，上位機軟件主要實現如下功能：

（1）對生產線的監控：在組態成功后，工控機能夠實時獲取到整個系統的運行參數，借助這些從系統中獲取的數據就可以很容易完成各種可視化的實時模擬界面，通過這些可視化的模擬界面，管理人員就可以很容易知道整個系統的運行情況。由于需要監控的設備眾多，為了能夠更清晰了解各區生產的細節，制作了多個實時界面，例如為了監控穿孔輥的位置以及設置相關的參數，制作一個專門操作界面，借助該界面，用戶可以看到無縫鋼管生產線穿孔的生產過程，在出現問題時，用戶也可以借助界面上的按鈕操作完成急停等操作。

篇7

通常而言，在電氣工程自動化控制達到智能化目的之前往往需要建立相應的模型，除此之外，在模型建立的時候還需要綜合考慮到很多會直接或者間接影響模型的參數。鑒于此，通過模型來實現自動化控制歸納的說就是通過相關的動態方程來控制和反饋數據的，但是通過這種方式是無法保證在數據傳輸的期間不出現意外狀況來影響數據的傳輸以及反饋，這樣一來數據的及時性和準確性就無法得到保證了，使得理論結果與現實實踐之間出現偏差也就不足為奇了，這會導致電氣工程自動化控制的工作效率大大的降低。然而我們通過實踐得出，引入智能化技術能夠非常有效的跳過設計與建立模型這一環節，可以實現調節的自動化，從根本上降低了出現上述情況的可能性和風險，在很大程度上避免了那些不可控制的客觀因素發生，提高了控制器的精確度和自動化的控制效率。

1.2確保電氣工程自動化控制的統一。

傳統的自動化控制器一般地說都是就某個模型對象來加以控制的，事實證明，這種方式對于單個的模型控制效果良好，但是無法統一而全面的控制電氣工程自動化控制系統，這樣一來就極易造成不同的模型之間各不相同。然而智能化電氣工程的自動化控制就可以有效避免模型設計的這一環節，因此無法控制模型的復雜性這一問題就不復存在了，這不管是對于指定的對象或者非指定對象都能夠保證控制上的一致性，從根本上確保了電氣工程自動化控制的統一，這樣一來不僅大大提高了自動化控制器的工作效率，工作質量也得到了質的提高。

1.3有效控制了電氣工程自動化系統。

前面已經講到，智能化技術能夠控制和反饋對電氣工程中所有設備的數據，與此同時還能夠有效根據響應時間、下降時間和魯棒性變化等參數來對電氣工程自動化的控制程度實現自動調節，這樣一來就可以節省了重新建立模型的時間，另外還可以在第一時間來處理因客觀因素以及預警自動化控制過程中所造成的錯誤。這樣及時的處理和高效的警惕大大降低了風險，節省了很多的人力物力財力的消耗，從而更好的實現了對電氣工程自動化系統的有效控制。

2、智能化技術的有效應用

就目前而言，智能化技術在電氣工程中主要應用表現為以下幾個方面。

2.1模糊邏輯與控制。

一般地說，電氣工程的自動化控制系統中都會含有一定數量的模糊控制器，它能很好的代替PID控制器。就目前而言，模糊邏輯的控制主要有M型與S型兩種應用類型，但是有一點需要強調的是，這兩種控制器都有各自的規則庫，又可以叫做ifthem的模糊規則集。其中S型控制器的規則為if。X是G，y是H，則W=f(X,Y)，這里所說的G與H指的都是模糊集，下面分別對這兩種應用類型進行介紹。M型控制器主要由模糊化、知識庫、推理機與反模糊化這四大部分所共同構成，主要用于實現變量的測量、量化、模糊化的目的，其隸屬函數的形式也是多種多樣的；知識庫主要是由語言控制的數據庫與規則庫兩個部分，其開發方式是將專家知識與經歷置于控制及應用目標上。值得注意的是，在建模的過程中，一定要使用神經網絡的推理機與模糊控制器對其加以操作；推理機同樣也是模糊控制器中不可或缺的重要組成部分，它能夠很好地模仿人類決策與推理模糊控制行為；反模糊化主要用來量化與反模糊化，它包括的技術種類也比較多，其中應用得最為廣泛的當屬中間平均技術與最大化的反模糊化這兩種了。

2.2優化設計與診斷故障。

在過去的很長一段時間里，設計產品通常都是依靠實驗或者傳統手工檢驗來完成，通過這種方式所得方案往往不是最優方案。隨著計算機技術的蓬勃發展以及在各個領域的廣泛應用，越來越多的電氣工程產品開始更多的選擇使用CAD來進行設計。這樣大大減短了產品的開發周期，如果在這個過程中很好地滲透智能化技術，可謂是如虎添翼，使其設計質量與效率得到大大的提升，專家系統的設計就是一個典型案例。不僅如此，智能化技術在優化設計還體現在遺傳算法方面。眾所周知，遺傳算法是當前全世界范圍內比較先進的計算法，其最大的優勢之處在于計算精度高，因此在電氣工程中得到了親睞，而且在其中也起到了極其重要的作用。除此之外，故障和它的預兆在電氣工程中的關系是錯綜復雜的，具有不確定與非線性的特點，這給我們的判斷帶來很大的困擾。

篇8

一、引言

信息時代的高新技術流向傳統產業，引起后者的深刻變革。作為傳統產業之一的機械工業，在這場新技術革命沖擊下，產品結構和生產系統結構都發生了質的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發展使信息、智能與機械裝置和動力設備相結合，促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。

隨著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發展，各先進國家的機電一體化產品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

在機電一體化技術迅速發展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發展，國內外各個廠家相繼推出運動控制的新技術、新產品。本文主要介紹了全閉環交流伺服驅動技術（FullClosedACServo）、直線電機驅動技術（LinearMotorDriving）、可編程序計算機控制器（ProgrammableComputerController，PCC）和運動控制卡（MotionControllingBoard）等幾項具有代表性的新技術。

二、全閉環交流伺服驅動技術

在一些定位精度或動態響應要求比較高的機電一體化產品中，交流伺服系統的應用越來越廣泛，其中數字式交流伺服系統更符合數字化控制模式的潮流，而且調試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統的驅動器采用了先進的數字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅動器和電機之間構成位置和速度的閉環控制系統，并充分發揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統的增益調節，甚至可以跟蹤負載變化，實時調節系統增益；有的驅動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。

一般情況下，這種數字式交流伺服系統大多工作在半閉環的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環，也作位置環。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現全閉環控制。比較傳統的全閉環控制方法是：伺服系統只接受速度指令，完成速度環的控制，位置環的控制由上位控制器來完成（大多數全閉環的機床數控系統就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統的推廣。目前，國外已出現了一種更完善、可以實現更高精度的全閉環數字式伺服系統，使得高精度自動化設備的實現更為容易。

該系統克服了上述半閉環控制系統的缺陷，伺服驅動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，作為位置環，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環。這樣伺服系統就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現真正的全閉環位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環控制均由伺服驅動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而越來越多的行業在其自動化設備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統。

三、直線電機驅動技術

直線電機在機床進給伺服系統中的應用，近幾年來已在世界機床行業得到重視，并在西歐工業發達地區掀起"直線電機熱"。

在機床進給系統中，采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環節，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。

1.高速響應由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。

2.精度直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。

3.動剛度高由于"直接驅動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時也提高了其傳動剛度。

4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5.行程長度不受限制在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。

6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。

7.效率高由于無中間傳動環節，消除了機械摩擦時的能量損耗，傳動效率大大提高。

直線傳動電機的發展也越來越快，在運動控制行業中倍受重視。在國外工業運動控制相對發達的國家已開始推廣使用相應的產品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服系統，它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產品中應用直線電機。

四、可編程計算機控制器技術

自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器（ProgrammingLogical Controller，PLC）問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控制器。

與傳統的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務操作系統和多樣化的應用軟件的設計。傳統的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理方式直接導致了PLC的"控制速度"依賴于應用程序的大小，這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統的循環周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同外部的控制周期區別開來，滿足了實時控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。

基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務模塊構成，給工程項目應用軟件的開發帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數據采集、報警、PID調節運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務），這些模塊既獨立運行，數據間又保持一定的相互關聯，這些模塊經過分步驟的獨立編制和調試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統的調度管理下并行運行，共同實現項目的控制要求。

PCC在工業控制中強大的功能優勢，體現了可編程控制器與工業控制計算機及DCS（分布式工業控制系統）技術互相融合的發展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術，但在其越來越多的應用領域中，它正日益顯示出不可低估的發展潛力。

五、運動控制卡

運動控制卡是一種基于工業PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現主要是因為：（1）為了滿足新型數控系統的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統等）、智能醫療裝置等設備的自動化控制系統研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業現場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發揮PC機的強大功能。

運動控制卡通常采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構成主從式控制結構：PC機負責人機交互界面的管理和控制系統的實時監控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、運動軌跡規劃、控制指令的發送、外部信號的監控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。運動控制卡都配有開放的函數庫供用戶在DOS或Windows系統平臺下自行開發、構造所需的控制系統。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業中設備自動化的各個領域。

篇9

目前日益流行的智能建筑(inteuigentbuidings)是建筑技術與計算機信息技術相結合的產物，是信息社會的需要，也是未來建筑發展的方向。智能建筑主要由樓宇自動化系統(buidingautomationsystem，縮寫為bas)、通信自動化系統(cas)和辦公自動化系統(oas)三大系統組成。其中，樓宇自動化系統是智能建筑中最基本和最重要的組成部分。樓宇自動化系統是利用計算機及其網絡技術、自動控制技術和通信技術構建的高度自動化的綜合管理和控制系統，將大樓內部各種設備連接到一個控制網絡上，通過網絡對其進行綜合的控制，這些設備包括空調、照明設備、電梯、消防設備、安防設備等等。它確保建筑物內的舒適和安全的辦公環境，同時實現高效節能的要求。

2現場控制系統fcs的出現以及在樓宇自控中的應用

上個世紀七八十年代，伴隨著計算機可靠性提高，價格大幅下降，出現了由多個計算機遞階構成的集中、分散相結合的分布式控制系統(distributedcontrolsystem，簡稱dcs)。dcs是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此它屬于一種模擬數字混合控制系統，這種系統較以前的各種控制系統有了較大的進步。dcs在工業自動化控制領域獲得了廣泛的應用，也開始應用到樓宇自動化控制領域。但是dcs存在如下一些缺點：

(1)安裝費用高。采用一臺儀表、一對傳輸線的接線方式，導致接線龐雜、工程周期長、安裝費用高、維護困難；

(2)可靠性差。模擬信號傳輸精度低，而且抗干擾性差；

(3)系統封閉。各廠家的產品自成系統，系統封閉、不開放，難以實現產品的互換與互操作以及組成更大范圍的網絡系統。

上個世紀90年代以來，隨著控制技術、計算機技術、通信技術的發展，出現了基于現場總線的控制系統(fcs)，fcs克服了dcs的缺點，它是一種全數字化的、全分散的、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統。目前，現場總線技術已經成為自動化技術中的一個熱點，備受國內外自動化設備制造商與用戶的關注。fcs極大地簡化了傳統控制系統繁瑣且技術含量較低的布線工作量，使其系統檢測和控制單元的分布更趨合理。與傳統的dcs(分布式控制系統)相比，fcs具有可靠性高、可維護性好、成本低、實時性好、實現了控制管理一體化的結構體系等優點。現場總線的出現，為工業自動化帶來了一場深層次的革命，從而開創了工業自動控制的新紀元，被譽為自動化領域的計算機局域網。鑒于fcs的許多優點，控制專家們紛紛預言“fcs將取代dcs成為2l世紀控制系統的主流。”現在，fcs已經被應用到樓宇自動化控制領域。

2．1應用于樓字自動化領域的幾種現場總線

由于誘人的市場商機和不同的應用領域的存在，世界一些大公司或公司聯盟紛紛提出自己的現場總線協議標準。據不完全統計，目前國際上有40種宣稱為開放型的現場總線標準。這些協議根據國際標準化組織(iso)的計算機網絡開放式互連系統的osi參考模型來制定的。大多數現場總線只是用其中的一、二和七層協議。于是現場總線呈現雜亂紛呈的局面。在這些現場總線中不乏優異的現場總線，如can、modbus、profibus、lonworks、bacnet、devicenet等等。其中lonworks、bacnet、can、eib等現場總線在樓宇自動化領域獲得了、較廣泛的應用。盡管基于現場總線的fcs克服了dcs的許多缺點，但還是有一些不如人意的地方，最明顯的缺點：多種現場總線并存而互不兼容，導致fcs的可互操作性只能在同一種現場總線系統中實現。后面將對fcs的缺點做進一步說明。

(1)lonworks

美國echelon公司1991年推出了lon(local0penationnetworks)技術，又稱lonworks技術。它得到了眾多計算機廠家、系統集成商、儀器儀表以及軟件公司的大力支持，已經在樓宇自動化、工業自動化、電力系統供配、消防監控、停車場管理等領域獲得廣泛應用。具體地說lonworks具有以下優點：

①網絡結構靈活、組網方便。它支持多種網絡拓撲形式，包括總線型、星型、樹型、自由拓撲型等，這樣可適應復雜的現場環境，方便現場布線；

②支持多種傳輸介質。包括雙絞線、同軸電纜、電力線、光纖、無線射頻等；兩種傳輸速率：78bps和1．25mbps，最大傳輸距離由網絡拓撲形式和傳輸介質決定，一般可從500m到2700m。可接人的節點最多為32385個；

③完善的玨發工具。提供完善的系統開發環境，采用開放的neuronc語言，它是ansic語言的擴展；

④無主的網絡系統。lonworks網絡中各節點的地位相同，網絡管理可設在任一節點處，并可安裝多個網絡管理器；

⑤開發lonworks網絡節點的時間較短，也易于維護。lonworks采用的lontalk協議固化在echelon公司的neuron芯片中，這樣可以節省開發lonworks網絡節點的時間，也方便維護。

同其它現場總線一樣，lonworks也有自身的缺點。首先，lonworks的實時性、處理大量數據的能力有些欠缺；其次，由于lonworks依賴于echelon公司的neuron芯片，所以它的完全開放性也受到一些質疑。盡管lonworks存在一些不足，但是lonworks的fcs還在樓宇自動化領域獲得了廣泛的應用。世界上有2萬多家oem廠商生產lonworks相關產品，其中種類已達3500多種。目前世界上已安裝有500多萬個lonworks節點，lont~k協議也被接納為歐洲centc247、centc205的一部分。自1996年以來，lonworks也開始在國內獲得大量的應用。在建設部的支持下，國內一些研究所和企業開始陸續開發出基于lonworks的樓宇自動化控制系統，并在一些新建智能大廈和建設部智能化小區試點工程中得到應用。

(2)bacnet

bacnet是作為世界上第一個樓宇自動控制網絡的數據通信協議。它代表了智能建筑發展的主流趨勢。bacnet不是軟件或硬件，也不是固件，嚴格地說，bacnet并不是現場總線，而是一種網絡協議，即通信規則。為不同商家產品的系統之間進行信息交流提供平臺和支持。bacnet詳細闡述了系統組成單元相互分享數據實現的途徑、使用的通信介質、可以使用的功能以及信息如何翻譯的全部規則。bacnet采用了etherent、arcnet、ms／tp、ptp、lontalk五種網絡技術進行通信。可根據系統通信是和通信速度選擇不同的網絡技術。相對其它現場總線，bacnet標準最大的優點是可以與etherent、lonworks等網絡進行無縫集成。不過bacnet主要為解決不同廠家的樓宇自控系統相互間的通訊問題設計，并不太適用于智能傳感器、執行器等末端設備。bacnet標準已在全球得到了廣泛的應用，全球生產和經營樓宇設備和樓宇自控設備的主要廠商均支持bacnet標準。bacnet在不到10年的時間內就從一個行業學會標準迅速成為樓宇自控領域中唯一的iso標準。雖然我國是wto和iso成員國，但是bacnet在我國建筑領域中的應用范圍還是相對較小，而且在工程中采用的bacnet產品和技術也基本上全部是從國外引進的，還沒有真正意義上的國產化bacnet相關產品。

(3)can

can總線最初是德國bosch公司為汽車監控控制系統設計提出的，現在它已經成為一種國際標準，在電力、石化、空調、建筑等行業均有應用。can具有以下優點：

①采用8字節的短幀傳送，故傳輸時間短、抗干擾性強：

②具有多種錯誤校驗方式，形成強大的差錯控制能力。而且在嚴重錯誤的情況下，節點會自動離線，避免影響總線上其它節點；

③采用無損壞的仲裁技術；

4can芯片不但價格低而且供應商多。

can缺點是：can總線上最多可掛接110個節點，這不完全能滿足整個智能建筑的需要。不過可以通過利用中繼器進行擴展，相對其它一些現場總線，can總線技術比較簡單，can相關產品的開發費用也遠遠低于其它現場總線技術產品的開發費用。因此，很早國內就有一些企業推出了基于can總線的樓宇自控的相關產品。如獅島、索龍集團開發出了$2000樓宇自控系統。

(4)eib

eib是歐洲安裝總線(europeaninstallationbus)的縮寫。它在1990年被提出，經過十多年的發展，成為歐洲最有影響的建筑智能化現場總線標準，在歐洲得到了進300家廠商的支持。1999年eib被引進中國的智能化建筑領域，并在上海同濟大學建立了eib認證技術培訓中心。在短短的幾年里，國內的會展中心、博物館、辦公大樓、別墅等場所的燈光、窗簾、空調等控制和安防系統方面獲得了廣泛應用，如廈門國際會展中心、大連國貿中心、浙江人民大會堂等。國內的eib項目基本上被abb公司和simens公司所壟斷。

3以太網開始進入樓宇自控領域

以太網發展至今已有20年歷程，作為局域網組網的主要技術，以其簡單、價廉、高帶寬、維護方便以及不斷發展等優點一直在局域網領域中牢牢占據著統治地位。近年來，以太網技術獲得了快速地發展。交換型和全雙功以太網的出現，克服了傳統以太網的共享公共傳輸媒體和半雙功傳輸的弱點，實現了站點獨占傳輸媒體并同時收發數據，也減少了網絡上的數據碰撞。以太網的標準不斷更新和擴展，目前的以太網不僅在物理層(包括拓撲結構、傳輸速率、傳輸媒體)，并且在數據鏈路層與原來的傳統以太網標準有了很大的進步，以太網標準系列已擴展成20余個。現在已太網不但由局域網向著接入網和城域網領域發展，同時開始進入工業控制和樓宇自控領域。新的ieee802．3af標準開始對以太網供電作出了規定，它消除了以太網技術進入現場控制領域的一個嚴重障礙。目前，3com、華為、dlink等公司開始提供符合ieee802．3af標準的交換機產品。另外，一些現場總線的協會或組織也開始提出基于其現場總線的開放式以太網標準，即工業以太網標準，如odva(開放devicenet供貨商協會)和ci(contolnet國際組織)的ethernet／ip標準、ff(現場總線基金會)的hse(hig}lspeedethemet，高速以太網)、profibus國際組織的profinet。支持這些工業以太網標準的交換機、網卡等產品也開始出現，如moxa公司的eds-508系列工業以太網交換機(支持ethernet／ip)、北京航天華輝自動化技術有限公司的anybus-sio／100m(支持ethemet／ip和modbus／tcp)等。美國vdc(venturedevelopmentcorp．)調查報告指出，ethemet在工業控制領域中的應用將越來越廣泛，市場占有率將從2000年的ll％增加到2005年的23％。

伴隨著以太網技術在工業控制領域的成功應用，以太網技術也必將越來越多地滲透到樓宇自控領域。目前，以太網多用于基于現場總線的樓宇自控網絡集成到智能建筑中的信息網(如圖l所示)，在一些新開發的樓宇自控系統中，以太網直接進入了控制層，如北京樓宇自動化中心開發的基于以太網的enc-2001ip智能建筑測控系統。enc-200lip控制系統的結構如圖2所示。一般的空調、照明等系統通過enc參量控制模塊集成到以太網上；帶有rs232或rs485接口的系統通過網關轉換模塊集成到以太網上；ip電話以及ip攝像機直接連接到以太網上。

在樓宇自控網絡中采用基于現場總線的fcs的優點是：

①可靠性、實時性好。現場總線為工業控制設計

圖1樓宇自控網絡集成到信息網的，有屏蔽、接地與防爆等措施，同時其實時性也比采用csma／cd的以太網的時實性好；

②用戶的投資成本低。現在，開放的現場總線技術已經比較成熟，有很多公司提供的相關產品可供選擇。其缺點是：實現現場總線無縫接人以太網復雜，當多種現場總線共存在一個系統中時，集成起來更復雜，系統的擴展性差。

在樓宇自控網絡中采用以太網的優點是：實現了從管理層(信息網)到現場設備控制層(控制網)的“一網到底”，即實現人們期望的通信協議的兼容和統一；這樣系統擴展起來也比較方便；與智能建筑中其它系統(信息網通信自動化系統和辦公自動化系統)集成起來更加容易。其缺點是：首先，目前開發基于以太網的控制系統產品的難度較大，開發費用和成本相對還是較高，用戶可以選擇的廠商也很有限，壟斷利潤較高，研發成本還沒有被消化，這些都導致產品價格過高。其次，以太網的實時性、可靠性等方面還有待進一步完善。

4結束語

就目前而言，不管是應用在樓宇自控網絡中的基于現場總線的fcs還是以太網，都有其優點和缺點。隨著時間的推移和技術的進步，它們也必將會被進一步完善。據統計，我國目前有從事樓宇自動化業務的企業3000家以上，產品供應商約3000家。另外，隨著我國紹濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，建筑和社區的數字化建設正在興起，fcs和以太網都必將在樓宇自控領域中獲得更廣泛的應用，在今后相當長的時間內，兩者在競爭的同時也將繼續并存。

參考文獻

1郭維均．俞洪．《智能建筑基礎》中國計量出版社．2001：6

2陳秋良．自動控制技術．《現場總線控制系統綜述》2001；20

3李光輝．繆希仁．現場總線技術及在低壓電器領域中的應用．電工技術雜志，2002

4郝曉弘．馬向華．現場總線控制系統一新一代控制系統．《工業控制計算機》2001；14

5陽憲惠．《現場總線技術及其應用》清華大學出版社,1999

6張振昭．許錦標．萬頻．《樓宇智能化技術》北京機械工業出版社。1999

篇10

0前言

天津市河北區金泰供熱中心建于2001年，是一所當年立項，當年設計，當年施工，當年竣工并投入運行的大型集中供熱中心，該供熱中心設計供熱面積490萬平方米，承載天津市供熱總體規劃中的最大一片集中供熱區域。該項目的建設取代了小鍋爐房12個，為規劃新建的200萬平方米的居住區和現有的300萬平方米住宅區供暖，采用了較為先進鍋爐集散控制系統和變頻調速，擁有先進的技術設備和巨大的擴展功能。

1完善供熱中心DCS控制系統

1.1中心控制系統介紹

金泰供熱中心根據目前鍋爐配置情況，中心DCS控制采用2個操作員站、1個工程師站，鍋爐房公共部分及每臺鍋爐均設置了少量重要檢測點的后備儀表（公共部分的循環泵入口壓力、出口壓力、室外溫度、總管出水溫度、總管回水溫度、總管出口流量、各臺爐出口溫度、出口水壓、出口流量、爐膛溫度、爐膛負壓、聲光報警）和手操器（包括鼓、引風手操、爐排手操、分層手操、循環泵手操），以保證投運行試車和設備檢修期間，仍能夠保證鍋爐的基本運行。

計算機集散控制系統采取了多可靠性措施，操作員站采用性能穩定的工業PC機，且為冗余設計，在運行中任何一個操作員站或任何一條網絡線出現故障，都不會影響鍋爐的正常運行和操作。而DCS系統用于完成現場信號采集、回路調節、邏輯聯鎖、順序控制等基本操作功能的現場控制。

1.2中心DCS控制示意圖

圖1、圖2具體描繪了集散控制的基本組成結構及金泰供熱中心的現況:

圖1集散控制系統基本結構

1.3采用DCS控制的優點

（1）人機界面好，便于操作管理

(2)系統高度的安全可靠；

(3)能達到最優化管理；

(4)遠距離控制與管理；

(5)利用充分的數據信息，科學節能運行；

(6)系統構成方便靈活，不僅易于擴展，而且維修簡單；

(7)能與計算機和常規模擬儀表兼容，繼承它們的優點。

1.4發展潛力及完善措施

1.4.1全面完善中心DCS軟硬件系統以發揮出最大效力

DCS系統以直觀的人機界面著稱，通過CRT圖形動畫顯示，可以直觀的了解鍋爐及各設備的運行情況，便于正常啟動、合理操作和故障的排除，具體做法如下：

(1)完善、接入鍋爐的基本數據采集元件，如：爐膛壓力（壓力傳感器）、溫度（熱電偶）、出入水溫度（溫度傳感器或熱電阻），煙氧含量、出水流量（超聲波流量計）等，并且利用SUPCONJX-300X集散控制系統的組態軟件開發出相應的監視畫面，以達到實時監控功能。

圖2金泰供熱集散控制示意

(2)增加遠紅外設備成像系統和室外溫度記錄裝置，使新增設備與DCS共用平臺對接，這樣可以充分在設備運行期間24小時對所有電氣設備進行監控記錄，并且，通過室外溫度記錄裝置，在DCS中記錄全年室外溫度T0，以便正確調節及總結規律。確保正常運行和人員合理配置。

(3)全面優化SUPCONJX-300X集散控制系統軟件平臺，利用其系統組態（SCKey組態軟件）、圖形化組態（SCControl工具）、報表制作（SCForm軟件）、實時監控（AdvanTrol軟件）等多功能綜合開發人機界面，增大DCS控制的直觀性，以便于使操作更合理。并且實現運行記錄報表化打印，避免人工虛假填寫。

(4)在DCS控制系統中，完善目前運行的投自動功能。根據室外溫度的變化和每天時段的不同，計算機自動改變鍋爐出口水溫的給定值，自動調整爐排轉速、調煤比，調整引風機保持爐膛負壓始終維持在給定值附近，使鍋爐維持在最佳或次最佳的燃燒狀態。然而此狀況目前不太穩定，原因在于鍋爐燃燒水溫反饋之間根據室外溫度的不同有一段不定的滯后時間，故造成風煤比處于動態調節，導致費煤，熱效率不高，為解決此問題，必須采用模糊控制及人工智能，排除中間干擾環節，以達到平穩、有效的燃燒控制。

(5)完善控制與連鎖功能。目前引風機、鼓風機及爐排、熱水循環泵為集中控制室與機旁兩地控制。鍋爐除渣機、灰渣水泵、軟水加壓泵及換熱循環泵為機旁就地控制。上煤系統為集中控制室與機旁兩地控制。另外，在聯鎖方面采取先引風后鼓風，再爐排的順序開機聯鎖，停機則反之。循環泵至少一臺啟動后，鍋爐才能投入運行；當所有循環泵停機時，鍋爐停爐。當運行鍋爐出口壓力極低或鍋爐水溫極高時，自動停爐聯鎖。循環泵及爐排事故停機時，聲光報警。引風機、鼓風機、爐排采用變頻調速，由計算機自動調節。此類控制并無疑義，只是在集中顯示方面尚未體現，維修人員巡視量大，所以采用中央調度集中監控設備起停及正常運轉是必要的，這就需要在控制室DCS系統中完善上位機系統，從而節約人力。

1.4.2完善人工智能控制

鍋爐供熱控制系統比較復雜，影響因素比較多，各因素之間相互影響、相互制約。而且鍋爐系統熱容性大、惰性強、安全性能要求高。因而就目前而言鍋爐控制完全依賴于自動化控制難度非常大，也是不現實的。為此要求我們采取在自控的基礎上增加人工智能部分。在自動控制狀態下，利用人的智能解決自控系統不能很好判斷的和處理的問題。用人工的知識經驗與自控系統相互配合共同搞好鍋爐控制。例如：煤在鍋爐中的燃燒在本自控系統中占有非常重要的地位。但不同的煤種、不同發熱量的煤、不同揮發分含量的煤、不同顆粒大小的煤可直接導致不同的鍋爐燃燒狀況。但煤樣經過人工分析后，操作人員就可以在自動控制燃燒的狀況下，通過微機人工適當地調整爐排和鼓引風轉數，而且還可以隨著鍋爐內的負壓值和含氧量的不斷變化，必要時修正鼓引風機轉數。

1.4.3完善DCS控制系統上位數據處理，發揮控制室的中央控制功能

中央控制室是一個集中控制的地方，在此處，可以實現控制系統的集中管理，為此在目前現狀的基礎上必須完善上位控制管理系統，以便實現控制的更加直觀有效。從而擴大控制承載功能，為實現從鍋爐本體燃燒控制到無人職守熱力站換熱的整體控制作擴展。整體控制上位系統方案如圖3所示：

1.4.4完善DCS控制系統對各換熱站的分布式控制

各熱力站分散控制、中控室集中監控、總體協調。即各熱力站根據本小區供熱的負荷變化和室外溫度變化，獨立的進行本站一次網供水電動調節閥門（近端）或增壓泵（遠端）的調節控制，在本站進行監控的同時，將本站的一次網供給水、壓力、溫度、熱量，二次網供回水溫度、壓力以及室外溫度等參數送往中央控制室；中央控制室根據各熱力站送來的工況信息和環境信息，對全網的水力平衡和熱力平衡狀況進行分析，根據負荷要求以具體的方式向熱源發出熱源質、量調節的申請，同時對各熱力站發出協調命令，以維持大網的水力平衡。

對熱力站控制對象進行分析，目前各換熱站的控制主要是一次網側供水流量的調節控制，其次是二次網側的循環泵轉速控制和起停控制。

目前金泰供熱中心下屬26個熱力站，將來根據設計承載能力，還有更多的熱力站并入該中心。

完善目前中心對下屬站的分布式控制結構；

金泰熱中心目前采用的是西門子監控系統軟件，但只做了部分試點工程，根據試點分站，我們對中心控制系統進行了設想完善，其結構圖4：

圖4系統總圖

整個系統結構采用兩臺冗余的服務器，兩個操作員站，一個管理工作站，一個工程師站及網絡設備、UPS、大屏幕投影儀等。系統運行后，兩臺服務器一主一備同時運行，實時連接所有的RTU站，并時時存儲所有數據，操作員站上可以看到所有RTU站的數據，并能夠進行遠程操控，通過工程師站可以對RTU程序進行遠程下載、調試、修改。自帶的OPC通訊協議與第三方監控系統提供了方便的數據交換功能，先進的遠程通訊，可以通過調制解調器和通訊網絡方便的進行系統遠端訪問。詳細介紹見軟件說明。

DesigoInsight的系統結構是以模塊化計算機網絡為基礎，并使用工業級標準的操作系統、通訊網絡和協議。

該系統的網絡全面支持系統的數據交集、控制及圖形用戶面等系統功能。應用標準的軟件和硬件，該網絡能夠支持多種廣域網，可以將所有的節點連接成為一個整體的系統。網絡協議為TCP/IP，通過系統應用程序可直接生成界面。同時該系統支持用全功能的圖形操作界面通過標準的撥號方式進行遠程組態和操作。

增設仿真模擬系統；

為了進一步搞好大網的全網質量雙調，我們在本項目中引入了RISE仿真系統，在物理上熱網仿真系統處于中央控制室計算機網絡的上位機工作站中，處于我們系統控制方案的最上層，它可以不僅提供熱網控制的仿真指導、故障診斷，也可以通過中控SCADA的控制系統，直接參與熱網的質量雙調、全網控制。

仿真系統的功能作用如下：

根據熱網的設計參數而建立的原始熱網模型，在安裝、調試時，計算負荷及相應的二次網側流量、一次網流量、閥門開度，以減少調試的時間。

提供熱網的水壓趨勢圖，向操作員提供在室外溫度變化、負荷變化時，進行各種質、量調節后熱網的水壓趨勢，以使操作員提前了解調節方案的結果。避免熱網水力、熱力失衡、系統振蕩。

在熱網負荷變化時，向操作員提供操作控制指導，以供操作員選擇。

通過中控監控系統的控制程序直接參與控制，提供優化的控制方案。

根據熱網的物理模型，對現有工況進行分析，以診斷非正常的工況、故障等，如堵、漏、熱力站水力失衡等。

離線對操作員進行熱網運行操作培訓，在不干擾熱網運行的前提下，高效率對操作員進行仿真培訓。



2完善中心及各分站的變頻控制

2.1采用變頻控制節能分析

風機，是傳送氣體裝置。水泵，是傳送水或其它液體的裝置。就結構和工作原理而言，兩者基本相同。現先以風機為例加以說明。

2.1.1對風機進行控制，屬于減少空氣動力的節電方法

它和一般常用的調節風門控制風量的方法比較，具有明顯的節電效果。由圖5可以說明其節電原理：

圖中，曲線（1）為風機在恒定轉速n1下的風壓一風量（H―Q）特性，曲線（2）為管網風阻特性（風門全開）。假設風機工作在A點效率最高，此時風壓為H2，風量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產工藝要求，風量需要從Q1減至Q2，這時用調節風門的方法相當于增加管網阻力，使管網阻力特性變到曲線（3），系統由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出，風壓反而增加，軸功率與與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調速控制方式，風機轉速由n1降到n2，根據風機參數的比例定律，畫出在轉速n2風量（Q-H）特性，如曲線（4）所示。可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節省的功率N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節能的經濟效果是十分明顯的。

由流體力學可知，風量與轉速的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率N與轉速的三次方成正比。采用變頻器進行調速，當風量下降到80%時，轉速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%,如果風量下降到60%,軸功率N可下降到額定功率的21.6%,當然還需要考慮由于轉速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等.即使這樣,這個節能數字也是很可觀的,因此在裝有風機水泵的機械中,采用轉速控制方式來調節風量或流量,在節能上是個有效的方法。

2.1.2水泵的節能原理

許多補水泵都維持恒壓的情況下改變給水量（流量Q）從圖6可知：當流量Q1降至Q2若不改變水泵轉速,揚程將升至B工作點，其功率可用H2*Q2來計算，對應面積BH20Q2。原A工作點功率Q1*HT圖上面積AHTOQ1，兩者所耗功率變化不大，如果我們降低轉速至（2）即可節能Q2*H2－Q2*HT=Q2（H2－HT），圖DBH2HT的面積即是節能值。再如流量變至Q3若仍以額定轉速運行，所需功率Q3*H1，浪費能量為FCH1HT。

圖6

與風機節能原理相同水泵電機輸出功率正比于轉速三次方關系，用變頻器進行調速，流量下降，可保持恒壓HT。若轉速下降至額定轉速的80%，軸功率下降至額定功率的51.2%,流量下降至Q3,若使揚程恒定,可使轉速下降到額定轉速的70%,此時，軸功率是額定值的34.3%,節能達65.7%,經濟效益十分明顯。

2.2變頻器節能數據示例

下面舉例說變頻器應用在鍋爐采暖系統上的節能效果。80T熱水鍋爐所用電機容量如下：

引風機：380KW鼓風機：90KW循環泵：315KW

爐排：1.5KW給水泵：15KW(一用一備)

本變頻控制柜可保證在供熱鍋爐正常工作的基礎上,同時達到節電、節煤以及環保的目的。

電機總容量=380+90+315+1.5+15=801.5KW

本鍋爐視為供熱水的條件下每天工作24小時、每月30天，本變頻控制柜在起爐高額區和恒溫運行區的綜合節電率約在35%左右，由此：

（1）每月節電總量=801.5KW×35%×24×30=201974.4度，按每度電以0.6元計算，則：80T爐的節電資金：0.6×201974.4度?=121184.64元/每月。

（2）每月用煤量約為2400噸，按5%節能率計算：每月節煤量：2400T×5%=120噸，現按每噸煤400元計算，每月節煤資金：400元×120噸=48000元，每月節電節煤總額：121184.64?+48000=169184.64元。

2.3采用變頻控制優點

（1）采用變頻調速，消除了大電動機啟動時對電網電壓的波動影響。

（2）采用變頻調速，消除了大電動機大電流啟動時的沖擊力矩對電機損壞。

（3）采用變頻調速，延長了電機、管網和閥門的使用壽命，減輕了維修人員的工作量，降低了維修費用。

（4）提高了系統自動裝置的穩定性，為系統的經濟優化運行提供了可靠保證；系統的運行參數得到改善，提高系統效率。

綜上所述，供熱中心及各分站采用和恢復變頻控制是必要的，同時要求操作人員熟練掌握工作原理，以便正確操作合理維護設備。

3增加供熱系統管理信息化網絡平臺

3.1按需構建VPN網絡

VPN有三種解決方案，分別是：遠程訪問虛擬網（AccessVPN）、企業內部虛擬網（IntranetVPN）和企業擴展虛擬網（ExtranetVPN）。針對金泰中心要進行企業內部各分支機構的互聯，認為使用IntranetVPN是很好的方式。

VPN(VirtualPrivateNetwork)通稱為虛擬專用網。虛擬專用網指的是依靠ISP（Internet服務提供商）和其它NSP（網絡服務提供商），在公用網絡中建立專用的數據通信網絡的技術。VPN兼備了公眾網和專用網的許多特點，將公眾網可靠的性能、豐富的功能與專用網的靈活、高效結合在一起，是介于公眾網與專用網之間的一種網。

3.2VPN網絡的整體方案

3.2.1網絡設計結構

供熱總公司與各中心及其下屬分片區采用星型結構通過光纖介質接入網通公司的IP城域網,組成VPN專用網實現互訪。出于對數據傳輸安全性的考慮，利用專用的路由器且要求網通公司利用IP城域網的交換設備劃分虛擬局域網（VLAN），使公司各點組成一個獨立的VLAN，成為真正意義上的VPN。各中心通過交換機組成以太網，通過路由器和總公司連接構成VPN網絡平臺。

3.2.2網絡拓撲結構網

根據應用軟件的使用要求，整個系統設立三臺服務器。一臺Web服務器，一臺物流管理系統專用服務器，一臺收費管理系統專用服務器。總公司內部工作站通過四臺萬兆WS－4024交換機連接，為避免局域網內部業務科室的工作站通過互聯網感染病毒，把需要連接互聯網的工作站劃分一個VLAN都統一接到TP－LinkSF3124P交換機上，考慮到在局域網內部不同VLAN之間的通信量比較大，如果每一個數據包的傳輸都通過路由器，則隨著網絡上信息量的不斷增大路由器將不堪重負，并會成為整個網絡的瓶頸。所以把TP－LinkSF3124P交換機接到具有三層交換技術的Cisco3550交換機再和Cisco3700路由器相連，從而減輕路由器的工作壓力。總公司路由器通過CiscoPIX515E防火墻和主干光纖連接，以防止病毒的侵入。各分公司的局域網由Cisco2600路由器和主干光纖連接，這樣構成了熱力公司的VPN網絡平臺。