自动控制论文:基于Profibus的SBR工艺污水处理自动控制系统

摘要：在污水处理自动控制系统中采用现场总线和冗余技术提高了信号传输的精度和准确性，解决了传统控制方案中敷线过多的问题，提高了系统的可靠性和扩展性。该系统采用了三层网络结构：管理级、控制级和现场级；具有设计先进、易于扩展和运行安全可靠等特点。实际运行效果非常明显。

关键词：Profibus SBR 冗余技术 分布式I/O模块

0　引言

进入21世纪，我国的环保事业迅速发展，工业废水、生活污水的净化处理成为当务之急。投 资少、运行灵活的SBR处理工艺得到广泛的应用。SBR工艺早在1904年就被开发，由于当时的 自动化水平比较低，所以没有得到推广应用，而近年来随着自动化技术、设备及在线监测仪 表的发展，使得对污水处理的自动化成为可能。同时对污水处理工艺进行自动化监测和实时 控制是提高污水处理效率、降低处理能耗的关键。SBR反应主要是在反应池内进行的，该工 艺 主要由进水、曝气、沉淀、排水和闲置等五个阶段组成。SBR工艺的处理效果主要取决于其 运行参数，其中主要参数包括各反应段时间以及曝气强度。一般采用以PLC为核心的工艺过 程自动监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备?及各?反应段时间，使水质达到 国家规定的排放标?准。

由此可见，污水处理是一个多参量(如液位、水质成分、流量、压力等)、多任务(如污水输 送、风量控制、水泵的启停等)、多设备(如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等) 且具有随机性 、时变性和耦合性的复杂系统。因此，污水处理应由一个智能监控与综合管理系统来进行现 代化的管理，使之安全可靠地运行。

1　现场总线技术

在污水处理厂中，现场控制设备分布范围比较广，如果采用传统的控制方案，势必要敷设大 量的控制和信号电缆，浪费大量的人力和物力，十分不经济，同时使系统复杂，可靠性降低 。采用目前比较流行的现场总线技术，可以降低成本，同时提高系统的可靠性，使系统易于 扩展和维护。Profibus是Process Fieldbus的缩写，是一种国际性的开放式的现场总线标准 。目前世界上多数自动化技术生产厂家都为它们的自动化设备提供Profibus通信接口。Profibus已经广泛地应用于加工制造、过程控制和楼宇自动化，是一项成熟的技术。Profibus根据 应用特点可分为Profibus DP, Porfibus FMS, Profibus PA等三个兼容版本。Profibus DP是 经过高速优化的、廉价的通信链路，专为自控系统和设备级分散式I/O之间设 计的接口；使 用Profibus总线模块用于分布式控制系统的高速数据传输可以取代昂贵的24 V或0～20 mA并行信号线。 Profibus?FMS解决车间级普通的通信任务，提供大量数据通信服务，提供中等任务的传输 速度。

2　系统组成及功能设计

现代化的污水处理系统需要实现管理与控制一体化，实现办公自动化。控制系统不仅与 下层控制设备有良好的接口，而且具有与上层管理系统集成的接口，同时具有可扩展性。所 以现代化污水处理系统要求在底层采用现场总线或者工业以太网等技术，上层则选用优秀的 监控组态软件。为了加强系统的可靠性，使整个系统能够长时间无故障地运行，需要采用容 错技术。 根据全集成自动化（Totally Integrated Automation）的思想，将污水厂 控制系统分为管理级、控制级、现场级。

（1）管理级。管理级是系统的核心部分，完成对污水处理过程各部分的管理和控制 ，并实现厂级的办公自动化。管理级提供人机接口，是整个控制系统与外部信息交换的界面 。管理级的各台计算机具有相互通讯的功能，实现数据交换或共享。考虑到管理层功能结构 的层次性和可分割性，采用客户/服务器（Client／Server）的体系结构。服务器选用 大型的网络关系数据库，满足开放、分布式数据库管理方式的要求。服务器具有远程控制操 作功能、状态显示功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通讯功能和冗余功能等。厂 中心控制室中设备包括：两台安装Siemens公司WinCC监控组态软件的冗余服务器作为上位机 ，两台服务器安装WinCC组态软件的完全版以及冗余软件包，两台服务器互为备用，实现冗 余，提高系统的可靠性。装有WinCC运行版的PC机作为监控工程师操作站。这种配置的最主 要的优点是保证数据的完整性和监控操作的连续性。如果一个WinCC服务器出现故障，该服 务器的客户机自动从发生故障的服务器切换到备用的服务器上，使所有的客 户机 始终可以监控生产过程，修复后的服务器回到系统后，自动实现归档数据的匹配。

管理级现场总线选择Profibus?FMS总线，冗余服务器作为Profibus?FMS现场总线的主站 ，通过CP通信模块与Profibus?FMS现场总线连接。

（2）控制级。控制级是实现系统功能的关键，也是管理级与现场级之间的枢纽层。 其主要功能是接受管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，同时将现场状 态输送到管理层。控制级要求具有高可靠性，所以在系统的关键部分中要采用冗余技术。控 制器是整个系统的核心，所以在控制级中，采用两个Siemens公司CPU315?2DP型PLC组成冗 余 控制器，一个为主站，一个为备用站。两个PLC之间通过并行总线通讯，进行信息交换，相 互监视，实现双机热备冗余。每个PLC上安装一块Profibus?FMS通信模块CP与Profibus?FM S现场总线连接，PLC作为Profibus?FMS现场总线的从站，作为控制系统的下位机，通过总 线 与上位机通信。Siemens公司S7 315?2DP型号PLC具有Profibus?DP网络通讯接口，可作为Profibus?DP现场总线的主站。两个S7 315?2DP主站建立冗余配置的Profibus－DP现场总线系 统，与控制现场的远程分布式智能I／O模块连接，实现与现场设备和传感器通信。

（3）现场级。现场级是实现系统功能的基础。现场级主要由一次仪表（如液位计、DO 传感器等）、控制设备等组成。其功能主要是对系统设备的状态、传感器参数进行监测，并 把监测到的数据上传；接受控制级的指令对执行机构进行控制。由于控制设备比较分散，在 传统的工厂内，输入／输出设备连接到一个集中的机架，在设备改变和系统扩展时，导致接 线工作量大，成本高，柔性度低。通过开放的、标准化的现场总线系统来连接部件，应用Siemens公司ET200分布式I/O是解决这些问题的最佳方案。分布式配置意味着可编程序控制 器、I/O模块和现场设备通过称为现场总线的信号电缆连接。将输入/输出模块转换成就地监 测器和执行器，可就地转换和处理过程信号。可像集中配置那样进行程序设计。在控制点比 较集中的控制现场配置一个远程分布式智能I／O模块ET200M，现场I／O信号直接输入I／O模 块，每个ET200M 模块上安装有两块IM153－2型号带有Profibus?DP接口的模块，与冗余Profibus?DP现场 总线分别 连接。ET200M模块采用活动总线式底板（Active Bus Module），所有模块可以带电热插拔 ，便于维修。

在以上的配置中，系统重要的部分采用冗余技术，使整个控制系统具有极高的可靠性， 可以实现每天24小时不间断工作。根据此设计思想和关键技术方案分析得出系统总体结构 见图1。

3　智能传感器

污水处理过程中，需要实时地在线监测各种水质参数以保证准确的工艺运行参数和及时 显示处理结果。在本系统中涉及到的传感器数量大、种类多，包括温度、pH、SS（固体悬浮 物)、DO（溶解氧）、COD、液位传感器以及ORP（氧化还原电位）仪、流量计、压力计等。 传感 器全部采用德国Endress+Hauser公司的产品，这些传感器都带有Profibus?DP接口，利用智 能接口，这些仪表能与自动化过程控制系统集成，这样获得的所有过程参数可以集中显示， 同时作为工艺的控制参数。

由于污水成分比较复杂，具有腐蚀性，因此选用超声波液位计测量液位，避免直接与污 水接触，并且反应速度快，带有总线接口具有远传功能，直接输送到PLC，同时具有就地显 示的功能，参数设置简单、操作方便。 在污水厂的进水总管和出水总管分别安装SS、温度 、pH和COD传感器，测得进水水质参数用于反应控制，出水参数用于监测工艺的运行效果， 以防止处理后不合格的水排出。

在反应池的厌氧区内装有ORP计，测量厌氧区的氧化还原电位，反映生物硝化脱氮的情 况，同时决定是否需要从好氧区回流污泥。好氧池内装有DO传感器用于控制曝气量 ，根据污水中的溶解氧含量决定空气管电动阀的开度，从而控制曝气量。SS传感器用于监测 污水中固体悬浮物的浓度。在空气总管上安装有压力计，根据空气总管空气的压力来控制 鼓风机的启停以及实现变 频调速。在满足工艺要求的同时可以实现节能。

4　上位机组态软件

上位机系统要求：具有与多台下位机系统通讯的能力，实时监控多台下位机的工作状态 ，显示生产过程中的工作曲线；具有远程控制能力；向下位机采集数据，对历史数据进行存 储、查询、显示、打印等。因此，在一个自动监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统 的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种 控制、检测设备（如PLC、智能仪表等）共同构成能快速响应的控制中心。优秀的组态软件 是实现上位机功能的基础。

选用Siemens公司WinCC(Windows Control Center)5.0组态软件。WinCC具有控制自 动化过程的强大功能，是基于个人计算机，同时具有极高性价比的SCADA级操作监视系统 。在两台服务器上安装服务器版和冗余软件包，客户机安装运行版。

该监控软件的结构框图见图2。监控组态软件的功能及特点：

（1）友好的人机界面，控制操作方便。在中心控制室能对全系统被控设备进行实时控制， 如启停设备，在线设置PLC中程序的某些工艺参数等。

（2）实时画面显示功能。用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场的状 态参数。用模拟仪表、趋势图、曲线、柱状图动态显示参数的实时变化情况，使生产管理人 员能够快速、清晰地了解整个系统的生产运行情况。

（3）数据管理。数据库存储生产过程数据，供统计分析使用。工作人员可以定期把历史数据库备份到其它存储介质，以便于历史数据的查询。利用数据库中的数据进行比较和分析 ，得出一些有用的经验参数，有利于优化SBR工艺的闭环控制。

（4）报警功能。当参数超过设定范围或设备（如电机启停、阀门开关）发生故障时，可根据组态发出不同等级的声光报警，如屏幕显示报警信息、打印机输出报警信息等。可根据 报警信息自动切换到相应的监控画面。所有的报警信息均被记录在报警数据库中，便于以后 的事故分析使用。

（5）报表打印功能。可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方 式分为定时打印和事件触发打印。

（6）通讯功能。WinCC是基于标准的Windows平台开发的SCADA系统软件，充分考虑了与其它 系统交换信息的必要性，支持如DDE，OLE，ODBC，OPC和SQL等标准。可以提供多种方式与上 层系统数据交换。

（7）冗余功能。两台装有WinCC组态软件的服务器互为冗余，确保数据完整。

5　控制软件编程

一套理想的软件不只限于满足工艺要求，而且要考虑到现场出现的各种特殊情况，因 此必须可靠、实用、易修改。

5.1　控制规律

软件编程的主要依据为生产工艺提供的控制规律。同一种处理工艺可能会有不同的控制 策略，根据目前的研究状况，SBR工艺的控制可以分为三种：一种是生物浓度法。是指根据 在线测 得的水质参数与设定参数形成闭环控制；第二种是反应时间控制。对于时间控制规律而言， 它是根据对SBR反应的五个阶段所需要的时间进行自动控制的。第三种是流量程序控制。是 根据污水流量的变化来调整各个阶段所需时间进行自动控制。后两种控制方法都不是根据废 水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制的。

生物浓度控制的基本思想是动态的控制SBR的反应时间使其中的有机物浓 度（用COD或BO D表示）达到允许的排放标准，就停止曝气。在线测定有机物浓度的BOD或COD传感器比较贵 ，一般都在几十万元，目前还没有应用报道，而且实时性比较差，反应时间慢。试验表明： 在SBR法的反应阶段在一定混合物浓度和温度的条件下，对一定的废水而言，反 应池中的BOD和COD浓度与耗氧速率（OUR）及氧化还原电位（ORP）有密切的关系。一般说来 ，有机物浓度越低，则OUR越低而ORP越高，因此可以通过OUR与ORP来 监测有机物浓度的变化，进而通过计算机来自动控制反应过程。[KG)]

时间控制程序是根据对SBR反应池的五个运行阶段所需要的时间进行自动控制。该方法 不是根据污水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制。对于进水时间、曝气时间、 沉淀时间、排水时间及闲置时间均可由上位机设定。SBR反应池的各段工艺过程及其执行时 间均严格按时序进行，每个反应池的任何设备均可通过电气柜上的手动/自动转换开关改变 其状态，但均不能改变PLC所设定的工作时序，并且一旦切入自动状态后便进入PLC所设定的 时序。在自动状态下，操作人员在中心控制室可以通过人机界面实现远程遥控操作。现场设 备的工作状态均送上位机显示。

5.2　控制程序

根据以上情况，对应设计了两种控制程序，可根据实际情况由上位机选择运行。

（1）生物浓度法控制程序。生物浓度法采用反馈控制，利用在线测得的进水水质参 数作为输入，按照预先确定好的控制模型进行运算，然后用计算的结果作为输出控制现场的 设备，动态控制反应时间，以达到控制反应的目的。

（2）时间控制程序。①本控制系统严格按照时序、按顺序工作。②允许在工作过程 中任意进行遥控、自控切换且不影响工作时序。

6　结语

在污水处理控制系统中采用现场总线改变了传统的全模拟量传输的方式，在现场总线级 实现了数字量传输，达到了提高信号传送精度，增强现场控制灵活性，降低现场仪表初装费 和设计施工费用，减少电缆敷设，易于维护和扩展的目的。该自动控制系统已经在浙江海宁 污水处理厂投入运行，实现了污水处理SBR工艺的自动控制，提高了污水处理的效率和效果， 同时降低了能耗，取得了良好的经济效益与社会效益。

自动控制论文:流动电流混凝投药自动控制系统抗干扰能力的研究

摘要：本文阐述在国内一些自来水公司水厂应用流动电流混凝投药自动控制系统的调试过程中所遇干扰问题，并通过具体实验找到解决干扰问题的方法，为流动电流自控系统在有干扰存在的情况下的应用提供了重要经验。

关键词：流动电流 混凝 投药 自动控制 抗干扰

1. 流动电流混凝投药自动控制系统的检测控制原理

混凝投药是水处理工艺中的重要环节之一，位于水处理工艺的前端。投药量的多少直接影响后续工艺的处理效果，因此，研究该环节的自动控制非常有意义，国内外众多学者都对其进行了广泛深入的研究。这些研究中，应用的最为成功的当属流动电流混凝投药自控技术。该技术在80年代开始应用，到了90年代已经被大量的国内外水厂所采用。[1]

流动电流混凝投药自动控制技术的原理为：水中胶体粒子加药后，其ζ电位会发生变化，从而引起流动电流的变化，胶体电荷远程传感器通过检测流动电流的变化可以准确地反映水中加药量的多少，并传递信号给检测控制仪，控制仪根据传感器传递来的信号，经过程序的处理，输出控制信号给变频柜，通过改变供电频率来调整投药泵的投药量，使之达到最佳值。

干扰问题是流动电流混凝投药自动控制系统在生产应用中常遇到的重要问题，常由于不能及时排除干扰而致应用失败。相反地，干扰问题却很少得到报道。本文提供几则排除干扰的实例，可供工程界参考。 2. 流动电流混凝投药自动控制系统的干扰原因

流动电流混凝投药自动控制系统在实际工程中遇到的干扰主要有以下的两方面原因：

水质及混凝药剂方面；由于流动电流控制系统的检测装置传感器是直接与水样接触的，因此，如水中含有大量藻类、大量有机污染物、混凝药剂为有机高分子药剂或粘附性强的药剂会沾污传感器探头，造成检测信号失真，从而导致控制系统不能正常的进行控制工作。

电控方面；流动电流控制系统的传感信号和控制信号均为弱电信号，因此一旦有强电信号在流动电流控制系统的传感或控制信号线附近存在时就会产生干扰，会对控制系统的正常工作产生影响；当传感器接地不符合要求时，也会对流动电流的检测造成干扰；电源的污染（如动力电源存在大幅度的电压或电流变化）、控制系统周围有强电信号源（如大的电控柜、控制器等）、控制系统所放置的房间屏蔽不好内的都会造成流动电流控制系统的干扰，影响流动电流混凝投药自动控制系统的正常工作。

流动电流投药控制系统遇到干扰，可能出现检测值无规律的上下波动、检测值定时定向的有规律变化、计量泵的投药量不能及时随检测值变化而变化等现象。此时流动电流控制系统已不能准确及时的随水质水量的变化进行投药量的控制，必须找到干扰源并加以排除才能使其恢复正常工作。

3. 流动电流混凝投药自动控制系统干扰问题及解决方法实例

3.1 流动电流混凝投药控制系统由混凝药剂所引起的干扰

3.1.1 应用水厂情况简介

该水厂位于四川某城市，水厂原水为黄河水，平时浊度为100~1000NTU，最高浊度10000NTU以上，pH为中性，其余的水质指标无特异的变化。该水厂的工艺流程见下图1。

3.1.2 初始应用情况

流动电流控制系统安装完成后，进行系统调试。开始两天系统采用手动控制的方式运行，检测值比较稳定可以随着原水浊度变化及时调整混凝剂的投加量，两天后改为自动控制，开始时系统能够正常运行，但随着时间的推移检测值变得很不稳定，检测值在一天之内在水质水量都无很大变化的情况下发生数次无规律的变化，混凝剂投量无法达到自动控制，导致澄清池的出水时清时浑不能达到出水水质要求。具体情况见下面图2。

3.1.3 解决方法的研究

根据以上分析，进行了逐项的实验研究。首先，排除仪器设备存在质量问题，逐一更换了流动电流检测系统中的各部装置，从传感器到控制仪都用崭新的并经过严格检验的仪器进行替代实验，发现检测值仍然呈不定时无规律变化，从而确定不是仪器质量问题。其次，排除了电源污染的因素，认真检查了电源并对其周围的用电单位进行了细致的调查，确认该厂内部及周围不存在能对其动力电源造成污染的污染源。并且由以上纪录情况可知，流动电流检测值的变化是无规律的而且是不定时的，这样就可以排除是由于象定时电源污染引起的定时干扰的存在。由于流动电流的检测值的变化是逐渐出现而不是一开始运行就有的，因此可以排除由电控方面的干扰所引起的。再次，对流动电流控制系统传感器的接地情况进行了重新检查，经过仔细的分析和测试，确定其传感器的地线不合要求。因此，重新进行了传感器的地线安装，以三根铜管焊接而成的柱体为接地线的基础，并深埋入地面1.5米以下，测得的电阻R〈1Ω，完全符合国际标准。改造完成后进行系统监测，发现在无计量泵的启停时流动电流系统可以正常工作，检测值变化稳定及时。接下来将变频控制柜的安装位置移至电控间，而自动控制仪仍留在值班室。方案实施后，流动电流控制系统仍然未能正常的工作，经一周的监测，检测值仍然不稳定，投药量也不能得到很好的控制。最后，取混凝剂进行分析，发现在高浊度水的情况下使用了含有有机高分子成分的助凝剂。因此，改变了高分子助凝剂的投加点，使其在流动电流取样完成后再投加，而助凝剂的控制采用按一定的比例投加的方式。方案实施后，经半月的监测流动电流混凝投药控制系统检测值稳定，投药量得到很好的控制，出水水质达到所要求的标准。图3是一天运行情况的纪录。

3.2 流动电流混凝投药自动控制系统由于电源污染所造成的干扰

3.2.1 应用水厂情况简介

此水厂位于山东沿海某城市。该水厂原水为地表水，常年浊度为20~30NTU，最高浊度100NTU，pH为中性，其余的水质指标无特异的变化。该水厂的工艺流程见下图4。

投药点在进水管管式混合器之前，传感器的取样点设在管式混合器出口处。传感器设在靠近取样点的反应池壁上。

3.2.2 流动电流的初始应用情况

流动电流控制系统安装完成后，进行系统调试。开始两天系统采用手动控制的方式运行，检测值比较稳定。两天后开始自动控制，第一天运行基本稳定，但发现在上午7-8时及下午4-5时，检测值发生有规律变化。在上午7-8时之间，检测值在加药量及水质不变的情况下会向上波动，导致加药量直线下降，出水水质变浑；在下午3-4时之间，在同样情况下检测值向下波动，导致加药量直线上升，出水水质变的过清。过了这两个时段，检测值会自动调整回正常状态，加药量及水质也会恢复正常。但这两个时段正好是一泵站调整流量的时候，所以认为是由于水量的变化引起的。但随着时间的推移，这种检测值的变化有时出现一天变化数次，并且有时又没有规律，以至混凝剂的投量无法达到自动控制。具体情况如图5所示。

根据以上纪录可知，流动电流控制系统检测值的变化多数是定时而且有规律的，并且在除此之外的时段内系统可正常工作，这就排除了流动电流控制系统自身以及传感器地线的问题。从控制理论分析，可能存在强电信号的干扰和电源有定时污染两方面干扰。3.2.3 解决方法的研究

根据以上的分析进行了解决方法的研究，首先对传感信号线的屏蔽情况进行检查，从新作了屏蔽工作，在信号线外加上金属套管并将其与强电电缆线分离。采取此种措施后，检测值的定时变化仍然存在，证明不是由于强电信号干扰。接着检测动力电源是否有污染的存在，终于发现在此水厂的附近有一大型工业设备生产工厂，每当它启动和停止工作时，水厂的动力电源即便非常不稳定，从而导致了控制仪工作的波动，我们即采取了相应的措施，在控制仪的电源上加上了稳压保护装置，干扰现象随即得到消除，控制仪开始稳定运行。经过一周的连续监测和观察，干扰现象已全部消除，控制系统工作稳定，投药量得到非常好的控制，沉淀池出水稳定地保持在6~9NTU范围内，整套流动电流控制系统达到了预期的自控投药的目的。图6纪录的一天运行数据。

3.3 流动电流自动控制投药系统由于信号线屏蔽问题所引起的干扰

3.3.1 应用水厂情况简介

该水厂位于安徽某市，该水厂原水为湖泊水，常年浊度为10NTU左右，最高浊度30NTU，pH为弱碱性，夏季水中藻类较多，以兰藻和褐藻为主。该水厂的工艺流程同图4。

投药点在进水管管式混合器之前，传感器的取样点设在反应池入口处，传感器的安装箱设在反应池的墙壁上。由于传感器安装位置与控制仪所在位置距离较远，因此为方便传感信号线的铺设，直接将其铺设在已有的动力电缆沟内与动力电电缆一起进入加药间室内。

3.3.2 流动电流的初始应用情况

流动电流控制系统安装完毕后，进行系统调试。开始两天系统采用手动控制的方式运行，检测值有不规律和不定时的变化，有时检测值在一段时间内非常稳定，有时却波动的非常厉害，在水质水量没有任何变化的情况下，投药量相差悬殊，导致沉淀池出水水质在一天内甚至几个小时内变化非常大。两天后改为自动控制，运行时上述情况依然存在，混凝剂投量无法得到控制，具体情况见下图7。

从上面的曲线图可以看出，流动电流的检测值变化很不稳定，而且并不是随水质水量而变化的。因为其为不定时及无规律变化，所以可能是由于流动电流控制系统本身电器元件有问题、或传感器与控制仪及控制仪与变频柜之间连接信号被强电信号干扰、或变频柜在工作时对控制仪有干扰、或不定时电源受污染等情况造成的。

3.2.3 解决方法的研究

根据以上分析，进行了一步一步的排除实验，最后对传感器与控制仪之间的双芯屏蔽信号线重新进行了铺设，将其从动力电缆沟中撤出，另设一专门的管沟铺设信号线，并在信号线的外面加套一金属套管，以确保流动电流信号不受强电信号的干扰。方案实施后，流动电流控制系统可以稳定正常地工作了。经一周的监测，检测值稳定准确，投药量得到了很好的控制，出水水质符合水厂的要求。图8为所纪录的一天运行数据。

4 总结

流动电流混凝投药自动控制系统在实际应用中，遇到的干扰因素非常复杂，因此必须在现场进行细致的分析和实验研究才能确定其解决方法。混凝剂的问题一般可以通过改变投加点或更换混凝剂种类加以解决。对于电控方面，由于其检测和传递的信号为弱电信号，非常容易受到外界电源污染以及强电及其它强信号的干扰，因此系统仪器仪表的安装环境，信号线的铺设以及有关地线的制作等都要严格遵守相应电控要求，这样才能有效的防止可能出现的干扰现象。总之，干扰问题是流动电流混凝投药自动控制系统实际应用中所遇的一个重要问题，必须认真加以解决才能保证该系统的成功应用。

自动控制论文:某空调工程自动控制系统设计

摘要： 本空调工程全部采用吊顶暗装风机盘管加独立新风系统。室内风机盘管承担全部的室内冷负荷和湿负荷，新风机组把引入的室外新风处理到室内焓值，再按需求分配到各个房间。按舒适性空调设计，采用露点送风。系统冷热源选用风冷式空气源热泵，安置于天台上。空调水系统采用一次泵定水量系统，双管制，闭式循环。系统主机采用远程控制，各房间的风机盘管可单独控制调节。

关键词： 自动控制 风机盘管 变风量系统 制冷装置 新风机组 恒温控制器 电动阀

一、工程概况：

本空调工程全部采用吊顶暗装风机盘管加独立新风系统。室内风机盘管承担全部的室内冷负荷和湿负荷，新风机组把引入的室外新风处理到室内焓值，再按需求分配到各个房间。按舒适性空调设计，采用露点送风。系统冷热源选用风冷式空气源热泵，安置于天台上。空调水系统采用一次泵定水量系统，双管制，闭式循环。系统主机采用远程控制，各房间的风机盘管可单独控制调节。

二、空气房间温度自动控制是通过接通或断开电加热器，以增加或减少精加热器的热量，而改变送风温度来实现的。

空调温度自动控制系统常用的改变送风温度方法有：控制加热空气的电加热器，空气加热器（介质为热水或蒸汽）的加热量或改变一、二次回风比等。室温控制规律有位式、比例、比例积分、比例积分微分以及带补偿与否等几种。设计时应根据室温允许波动范围大小的要求，被控制的调节机构及设备形式，选配测温传感器、温度调节器及执行器，组成温度自动控制系统。

（1）控制电加热器的功率

控制电加热器的功率来控制室温的系统，其原理图及方框图见下

① 是室温位式控制方案，由测温传感器TN，位式温度调节器TNC，及电接触器JS组成。当室温偏离设定值时，调节器TNC输出通断指令的电信号，使电接触器闭合或断开，以控制电加热器开或停，改变送风温度，达到控制室温的目的

② 是室温PID控制方案，由测温传感器TN，PID温度调节器TNC及可控硅电压调整器ZK组成，可实现室温PID控制。

（2）控制空气加热器的热交换能力

控制进入空气加热器热媒流量的室温控制系统及其原理如下：

该方案是由测温传感器TN，温度调节器TNC，通断仪ZJ及直通或三通调节阀组成。当室温偏离设定值时，调节器输出偏差指令信号，控制调节阀开大或关小，改变进入空气热交换器的蒸汽量或热水量，从而改变送风温度，达到控制室温的目的。

（3）制进入空气加热器的热水温度

该温控方案组成与上面相同，不同的是控制三通阀来改变进入空气加热器的水温，改变热交换能力，达到控制室温的目的。

三、房间空气相对湿度自动控制的方法

空调房间温湿度控制：

空调房间温湿度的干扰因素的多样性，气候变化的多工况性以及房间存在的较大的热惯性等因素使得利用单回路直接控制房间温湿度的方法难以达到满意的调节效果。因此，应该另选有效的方法。针对空调房间的热特性，采用串级调节较适宜。其调节框图如图所示

室温调节器用于克服维护结构传热，室内热源散热引起的室温干扰。室温调节器根据房间内实际温度与设定温度的偏差调整送风温度的设定值。送风温度调节器则用来控制送风温度。这一环节主要克服在不同的季节，新风、回风混合比的变化引起的对换热器的出口状态干扰。使其在进入房间前受到一定的抑制，减少对室内状态的影响。采用串级调节后，还能改变对象的时间特性，提高系统的控制质量。

四、风机盘管空调系统的自动控制

（一） 温控器

（1）风机盘管宜采用温控器控制电动水阀，手动控制风机三速的控制方式。风机启停与电动水阀连锁。

（2）冬夏季均运行的风机盘管，其温控器应有冬夏转换措施。一般以各温控器独自设置冬夏转换开关为好。

（二） 节能钥匙

（1）房间设有节能钥匙系统时，风机盘管宜与其连锁以节能。

（2）当要求不高时，可采用插、拔钥匙使风机盘管启动或断电停转的方式。使用要求较高时，可增设一个温度开关。

（三） 定流量水系统

风机盘管定流量水系统自控方式较简单易行，但节能效果没有变流量自控方式好。

五、风机盘管的定流量水系统自动控制

该工程使用定流量二管制，其风机盘管机组的控制通常采用两种方式。

（1）三速开关手控的二管制定流量系统

采用二管制水系统时，表面冷却器中的水是常通的。水量依靠阀门的一次性调整，而室温的高低是由手动选择风机的三档转速来实现的。

（2）温控器加三速开关的二管制定流量水系统

采用这种控制的水系统时，表面冷却器中的水是常通的，水量依靠阀门一次性调整。室内温度控制器控制风机启停，而手动三档开关调节风机的转速。

温控器选择AFT06*系列即可满足要求。该系列是带浸入式套管的。

六、变风量系统的监控

变风量系统的基本思想是当室内空调负荷改变以及室内空气参数设定值变化时，自动调节空调系统送入房间的送风量，使通过空气送入房间的负荷与房间的实际负荷相匹配，以满足室内人员的舒适要求或工艺生产要求。同时送风量的调节可以最大限度的减少风机的动力，节约运行能耗。

除了节能的优势外，VAV系统还有以下特点：（1）能实现局部区域的灵活控制，可根据负荷变化或个人舒适度要求调节。（2）由于能自动调节送入各房间的冷量，系统内各用户可以按实际需要配置冷量，考虑各房间的同时使用系数和负荷分布，系统冷源配置可以减少20%~30%左右，设备投资相应较大减少。（3）室内无过冷过热现象。

该系统采用单风管再加热VAV空调系统，其原理和控制系统图如下：

七、空调用制冷装置的自动控制 1、蒸发器的自动控制

空调用制冷装置系统的蒸发器和冷凝器温度的自动控制如图所示

空调负荷是经常变化的，因此，要求制冷装置的制冷量也要相应地变化。而制冷量的变化，就是循环的制冷剂流量的变化，所以需要对蒸发器的供液量进行调节，实现对载冷剂即被冷却物质的温度控制。空调用制冷装置的中常用的供液量自动控制的设备是热力膨胀阀。

热力膨胀阀的一种直接作用式调节阀，安装在蒸发器入口管上，感温包安装在蒸发器的出口管上。DV1和DV2是电磁阀，压缩机停时，电磁阀立即关闭，切断冷凝器至蒸发器的供液。

2、冷凝器的自动控制

在制冷装置上通常用冷却水量调节阀来调节冷凝温度。冷却水量调节阀是一种直接作用式调节阀，安装在冷凝器的冷却水进水管上，它的压力测量温包安装在压缩机的排气端，或冷凝器的制冷剂入口端，以感受Pl的变化。

3、制冷装置的自动保护

为了保证制冷装置的安全运行，在制冷系统中常有一些自动保护器件。制冷系统常用的自动保护包括排气压力保护、吸气压力保护、减压保护、断水保护、冷冻水防冻保护等。其系统图如下：

（一）排气与吸气压力自动保护

在制冷设备中设置了安全阀，还使用压力控制器来控制排气压力。当排气压力超过设定值时，压力控制器立即切断压缩机电动机电源，起高压保护作用；控制吸气压力的采用压力控制器PxS。它对吸气压力有保护作用。

（二）润滑油压的自动保护

在制冷压缩机运转过程中，它的运动部件会摩擦生热。为了防止部件因发热而变形而发生事故，必须不断供给一定压力的润滑油。油压控制器是一个压差控制器，用它可以实现制冷装置润滑油压的自动保护。

（三）断水自动保护

为了保证压缩机的安全，在压缩机水套出水口和冷凝器出水口，装设了断水保护装置。该装置是由测量冷凝器出水口水的电阻的两个电极，配以晶体管控制电路的水流控制器SLS及继电器所组成。

（四）冻水防冻自动保护

在制冷装置运行中，蒸发器中冷冻水温度过低，容易发生冻结影响压缩机的正常运行，因此设置了冷冻水防冻自动保护系统。该系统是在蒸发器出口端安装了温度控制器TfS，当冷冻水出口处温度降至较低时，温度控制器使中间继电器断开，压缩机也就停止运转；在压缩机停转后，若蒸发器冷冻水温度回升到某一温度时，温度控制器使中间继电器接通，冷冻水泵和冷却水泵就重新启动，而压缩机也恢复运转。

4、水量调节阀的选择：

根据系统水管管径尺寸为：DN25 DN32 DN50 三种，选择相应阀门口径的电动调节阀。结果如下：（品牌：丹佛斯）

自动控制论文:流动电流混凝投药自动控制技术在低浊度水中应用范围的研究

摘要：本文首次针对了流动电流混凝投药自动控制技术在低浊度水中的应用进行了研究，提出流动电流混凝投药自动控制技术在低浊度应用水的适用范围。对于流动电流混凝投药自动控制技术在低浊度水情况下的应用有着非常重要的意义。

关键词：流动电流 混凝 投药 自动控制技术 低浊度

以流动电流为因子进行混凝投药控制，是投药技术的上的一项重要进展[1]。流动电流混凝投药自控技术作为目前国内先进的自动投药控制技术，已在全国各地的自来水厂得到了广泛的应用并取得良好的经济效益和社会效益。随着应用范围的扩展，水质条件也日趋复杂，应用中所遇到的问题也越来越多，尤其是低浊度水方面表现特别明显。

低浊度水情况下的混凝沉淀过程是整个低浊度水处理工艺的关键，能否准确控制混凝剂的投加量关系尤为重要。因为在低浊度水的情况下，所需的混凝剂较少，形成的矾花颗粒细、少、轻，难于沉淀，易于穿透滤池[2]。因此，在低浊度水中准确地控制投药量既是十分困难的又是非常必要的。

流动电流控制系统在国内包括黑龙江、安徽、广西、江苏等省的低浊度水质的水厂已有了一些应用，但尚未有过细致的研究和探讨，只是从实际应用中总结出较粗略的低浊度原水应用范围。

1. 流动电流自动投药控制技术在低浊度水中应用范围的实验研究

1.1 试验装置

本试验采用仪器有哈尔滨建筑大学制造的流动电流远程胶体电荷传感器，北京精密单因子公司生产的SC-4000型流动电流投药自动控制仪，美国Milton Roy公司生产的LMI型电子脉冲计量泵，美国HATCH公司制造的台式浊度仪，并应用了由哈尔滨建筑大学水工业新技术研究室设计的水厂处理工艺流程模型。混凝药剂采用河南生产的聚合氯化铝。

1.2 试验方案

1.2.1 静态试验

本试验是利用高岭土来配制所需原水浊度，将配好的浊度为10、9、8、7、6、5、4、3、2、1.5NTU的原水水样分别装入十个1000ml烧杯内。同时取1000mL自来水（浊度为1.5NTU），作为基准进行对比。试验装置示意图如下。

先将胶体电荷远程传感器与流动电流控制仪之间的信号线连接好，然后将传感器放入盛有自来水的烧杯内，启动传感器与控制仪的电源，让传感器稳定运行30分钟，纪录控制仪显示的流动电流检测值。待检测值稳定后，即向水中加入2mg/L的聚合氯化铝药剂，在100转/分钟的转速下快速搅拌20秒钟，测定流动电流的检测值并记录下来。从烧杯中取出传感器，让加药后的原水静沉25分钟，测定其沉后浊度并记录下来。

将传感器放入10NTU的原水中直至检测值稳定，记录下控制仪所显示的流动电流检测值。向原水中同样加入2mg/L的聚合氯化铝药剂，在100转/分钟的转速下快速搅拌20秒钟，测定流动电流的检测值并记录下来。同样静沉25分钟后纪录下沉后水浊度。

从表1可以看出流动电流混凝投药自动控制系统在浊度5NTU以上，对药剂（2mg/L）有明显的反应，流动电流检测值可以随着原水浊度的变化有显著的变化，当浊度每变化1NTU，流动电流检测值可变化1个单位以上，控制精度较好；但在4~1NTU的浊度范围内，当浊度每变化1度时，流动电流检测值只变化0.3个单位左右，控制精度稍差。

在1.5~10NTU的浊度范围，改变混凝剂的投加量进行试验。以下为投药量分别为0.5mg/L，1mg/L，1.5mg/L，2mg/L，3mg/L，4mg/L，5mg/L情况下的流动电流检测值变化情况，见表2、表3、表4、表5。取其中1.5、4、5、10NTU四种浊度水的纪录加以说明。

由上述的静态试验纪录可知，投药量变化时，流动电流检测值变化情况：即原水浊度大于5NTU，流动电流检测值变化较大，控制精度较高，满足控制要求；原水浊度小于5NTU时，流动电流检测值变化较小，控制精度较差。

1.2.2 动态实验研究

在实验室的动态试验流程如图1。本流程模拟了水处理的常规工艺过程，即从原水进厂经过的加药、混合、反应、沉淀、过滤的全过程（不包括加氯），这样可以较全面地反映流动电流投药控制系统对低浊度水的处理过程的影响。

当原水浊度在2~10NTU范围变化时，流动电流控制系统在保证沉后水浊度约为2NTU条件下，投药量、流动电流检测值、沉后水浊度及滤后水浊度纪录如表6。

从上述的流动电流混凝投药自动控制系统在实验室的动态试验运行情况可知，流动电流投药自控系统对于浊度为5NTU以上的原水反应灵敏，当原水浊度变化1NTU时流动电流检测值可以变化1个单位以上，控制精度很好。而对于浊度小于5NTU的原水，当原水浊度变化1NTU时流动电流的检测值只能变化0.3个单位左右，反应不够灵敏，控制精度较差。

1.3 流动电流混凝投药控制系统在低浊度原水情况下实际生产应用

1.3.1 水厂情况简介

该水厂位于黑龙江省哈尔滨市。水厂的原水浊度在冬季枯水期时为10NTU以下，pH值为中性，有微量污染物存在，水质无其它特异情况。水厂的处理量为5万吨/日，水厂的水处理工艺流程为常规工艺。

流动电流混凝投药控制系统的取样点设在网格反应池内的第四个格中，水样为加药后混合20秒左右的水，胶体电荷远程传感器安装在反应池的池壁上，传感器前设有不锈钢水样预处理器，可以有效的防止较大的杂质堵塞传感器。流动电流投药自动控制仪安装在加药间的值班室，变频控制柜安装在加药间电控室内。

在春、夏、秋季该水厂原水浊度多为数十至数百NTU，流动电流自动控制系统运行情况良好，可以准确控制混凝剂的投加量，使沉淀池出水浊度保持在4~5NTU左右，符合水厂的要求。

1.3.2 流动电流在低浊度下的运行情况

在冬季枯水期，该水厂的原水浊度多为5~10NTU，观察表明，当原水浊度大于5NTU时，流动电流自控系统工作稳定而灵敏，可以随着原水浊度的变化准确地改变混凝剂的投加量，达到控制投药量和保证水质的目的；当原水浊度小于5NTU时，流动电流自控系统工作有些不稳定，投药量随水质变化的调节速度较慢，这与试验室试验结果相似。

作者也了解到在江苏和安徽两省应用流动电流混凝投药自动控制系统于低浊度原水的水厂的情况，结果与上述实验室试验和生产性试验情况相似。

2. 结论

通过一系列的静态试验、动态试验和生产性试验，可以认为流动电流投药自动控制系统应用的原水浊度分界点为5NTU，对5NTU以上浊度的原水，流动电流混凝投药自动控制系统的控制精度较高，可取得比较满意的控制效果；对于5NTU以下浊度的原水，流动电流投药控制系统精度较差。

自动控制论文:楼宇自动控制系统设计中的若干问题

摘要：本文对近年来楼宇自动控制系统设计中的若干问题进行了探讨，提出了在设计中存在的：工艺了解不准确，概念模糊等问题。

围的设备故障。

③、自动记录设备的累计运行小时数。当累计值达到规定的维修时间时，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备检修。

④、当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；同时，对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免对设备的损害。

通过上述检测、报警和处理方式，使现代智能大厦对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

(4)维护模块——提高设备运行效率、减少管理人员数量。

通过对设备运行状况的监测、诊断和记录．早期发现和排除故障，及时通知维护和保养，保证设备始终处于良好的工作状态。

楼宇自控系统对设备的有效监控，可使设备的故障率大大降低，同时也使维修工人可以更有效的工作，减少维修人员的数量；一体化管理方式，使操作、值班和管理人员尽可能地减少。

(5)扩展模块——系统具有良好的扩展性，保证今后扩展的需要。

系统选用时应始终遵循标准化、开放性的原则，系统容量可以有适当的冗余，以适应日后的扩展。且应保证与其它系统的兼容性，可方便实现网络的信息共享。

(6)、仿真模块——系统具有自学习功能，可进行人员培训、资料管理等。

2．4各系统设计界面不够周到、清晰。

楼宇自控系统作为大楼内的一个重要组成系统，其实现自身的功能设计已经比较成熟和完善，但在系统实施过程中，经常由于系统界面的问题而导致系统的最终功能不够完善，丢项、甩项等事情经常发生。

由于设计界面的问题牵扯的面比较多，涉及到工程实施中的暖通空调、给排水、变配电等多个专业。因此，在工程的前期将设计界面的问题进行明确，非常必要。

从另一个角度讲，将设计界面的问题进行明确，可以使业主在工程的前期或在设备定货之前，就明确提出界面接口要求，从而可以实现楼宇自控系统的完整性。

明确各方的责任及工作内容，避免出现问题时，互相扯皮。

确保实现系统设计的全部功能，避免资金的浪费。

(1)、与调节／控制的风阀及水阀的设计界面

一般系统中风阀与水阀的规格及控制模式，由设备工程师根据工况条件计算确定。因此，风阀与水阀调节／控制设计应与设备工程师配合，了解风阀与水阀的电动操作机构，配置相适应控制器。实际工程设计中，设备招标前风阀与水阀的电动操作机构往往难以准确确定，DDC输出类型。

还存在另一种情况，调节阀由控制工程师选配，这时需设备工程师提出控制工况要求，控制工程师应根据管径计算选择调节阀规格及控制模式。

风阀的控制应根据工况要求选择电动操作机构或配电子定位装置。

(2)、与配电控制箱的设计界面

配电控制箱内设本地与远程转换开关和控制用隔离中间继电器(无源或有源AC220V，见下图)，本地手动控制，远程靠BAS的DDC向配电控制装置发出遥控启／停信号，并接收风机运行状态、过负荷及本地／远程控制转换开关状态信号。

本地DDC的电源(AC 220V)由配电控制箱提供，上图DDC有源控制和无源控制两种方式，笔者认为优选有源控制，因有时配电控制回路并未设控制隔离变压器，这样无源控制触点有可能直接接人AC 220V回路，造成与其他控制线路不能共管敷设；另一方面，自控系统的控制电源宜由自己提供，避免造成扯皮现象。

以上这些需要在采购配电控制箱之前提出来，便于厂家加工。

(3)、与制冷机组、电梯等自带控制装置的设计界面

一种是将监控信号采用干接点的方式接人BAS的DDC；一种是采用通信接口点对点或总线的方式接入BAS。干接点的方式实现起来比较简单，也比较可靠，不足之处是采集的信息量比较少；采用通信接口的方式可以克服干接点的不足，但实现起来比较难，受通信协议是否标准、厂家是否开放编码表等因素的制约。

(4)、与变配电、照明等系统的设计界面系统中的遥控单元、智能化仪表或开关、照明控制单元、电参数变送器等自动化器件，应配合强电设计选配，预置在配电柜或照明箱中。

2．5缺乏合理的网络架构规划设计。

在楼宇自控系统未招标选定设备前，设计院往往对楼宇控制网络架构规划设计不是很明确，DDC的布置比较随意，只注重控制原理及点表，网络架构形式、执行标准、设备配置标准选用等方面的设计相对来讲比较薄弱。

现在提起“Bus(总线)”、“Network(网络)”可谓名目繁多，令人眼花燎乱。但“Field Bus(现场总线)”因其对工控机(包括DCS、PLC、工业PC、数控等)、自动化仪表和过程控制自动化产生的巨大影响，已成为世人嘱目“热点”。早已有人把现场总线描述成“21世纪的过程控制总线”，“自动控制领域开创了一个新的时代一一现场总线控制系统(FCS，Fieldbus Control System)”。目前，在楼宇各自动化控制系统中底层流行采用现场总线控制网络，随着工控计算机及网络技术发展在建筑业广泛普遍的应用，现场总线技术必将成为“智能建筑”领域主要的发展方向之一。

伴随着信息技术的不断发展，BAS已不可缺少的成为Internet／Intranet网的一部分。楼宇自控系统双层网络结构内部也将随之发生变化，DDC以上的物理链路可通过建筑物内综合布线系统完成，采用VLAN技术可基于TCP／IP与其它系统共用LAN，通过OPC标准通信协议进行系统界面互联。

3　结论

为充分发挥楼宇自控系统的功能，需要设计单位周密详细的设计论证、统一规划，需要工程施工单位精心施工，更需要系统集成商以高度负责的态度，从用户角度出发，为每一个项目选择一个适合它本身的功能配置，甲方也尽早配备相应工程技术人员，加入到项目实施中，这样才有助于项目的接受和系统的运行维护，从而真正发挥楼宇自控系统的功效，创造良好的社会经济效益。

此外，尽管要电气工程师或控制工程师全面掌握相关专业知识很困难，但为便于与设备等相关专业工程师沟通，使设计的控制系统符合工况要求，正常合理运行，必需了解一些概念性的知识，及早消除目前设计行业中专业相关环节之间的“灰色地带”是关系系统成败的关键所在。

自动控制论文:VAV空调系统中的自动控制

摘要： 通过工程实例介绍了VAV变风量空调系统中水泵和风机的变频控制原理，以及现场直接数字控制DDC系统的控制过程，分析了VAV变风量集中空调系统的节能效果。

关键词： 变风量 变频控制 DDC控制器 节能

随着国民经济的快速发展，人民的生活品质正在逐步提高，对室内空气环境的要求也越来越高。为了满足人们的需要，建筑物空调系统正在快速的普及和发展。与此同时，建筑物的能耗也越来越大。据统计空调系统的能耗占建筑物总能耗的50～70％。因此，在满足人们需要的同时，必须利用现代先进的自动控制系统大力开发节能型空调系统。

集中空调是将所有空气处理设备都集中设置在一个空调房间里，空气处理所需的冷、热源由集中设置的冷冻站或锅炉房集中供给。VAV变风量集中空调系统，是相对于传统的定风量集中空调系统较先进的一种空调方式。它的基本原理是通过改变送入被控房间的风量（送风温度不变）来消除室内的冷、热负荷，保证房间的温度达到设定值并保持恒定。例如，夏季当室内温度高于设定值时就提高送风量，反之减小送风量；冬季当室内温度高于设定值时就减小送风量，反之提高送风量。这种空调方式可以显著的降低空调系统的能耗和改善空调系统的性能，提高空调系统的舒适度。

工程概况： 北京某大厦，总建筑面积12万m2,地上31层地下3层，建筑物功能为写字楼。空调冷源采用离心式冷水机组，热源采用市政供热系统。空调末端主要采用变风量空调系统。空调自控系统采用某公司的METASYS管理系统。

水系统的自动控制 如图1所示，空调冷冻水系统循环泵，由初级泵和次级泵组成。初级泵为定频泵，其流量只需满足冷水机组的额定流量。次级泵采用变频泵根据供回水之间的压差ΔP，控制水泵电机转速从而改变水泵的供水量。

控制过程： 当空调负荷逐渐减小，空调机组送风温度t达到设定值时，现场DDC控制器自动将空调机组的回水电动阀开度m减小，以减少机组水流量，此时系统供回水压差ΔP随之增大。通过DDC控制器自动调节变频器的输出频率使水泵转速n下降，从而减小系统水流量。同理，当空调负荷增大时，相应的??大系统的水流量。当次级泵b1满负荷运转时，流量仍不能满足空调系统需要时，DDC控制器自动开启次级泵b2。此时次级泵的流量大于初级泵的流量，系统回水通过旁通管回到次级泵进口，旁通的水量通过流量计q进行检测。如果旁通的水量大于某一设定值时，说明一台制冷机的制冷量不能满足负荷的需要。同时系统自动启动第二台制冷机。反之，停止一台制冷机。上述过程中电动阀、系统压差均采用PID的调节方式。控制系统中干扰量是空调负荷，检测变送装置是温度传感器、压差传感器，控制器是DDC执行器是电动阀、变频水泵。由于空调负荷的滞后性、每个房间空调负荷的不均匀性，使得末端空调机组电动阀不可能同时开大或同时关小，从而造成水系统压差的不稳定性。采用PID的调节方式可以实现超前调节、积分调节，使系统控制更加平稳。

水泵变频调速的节能原理 如图2所示，当空调系统刚开始运行时由于负荷大，系统的水流量为Q1，空调系统运行一段时间后负荷减小并且趋于稳定，水流量变为Q2。根据水泵流量Q、压力P、转速n和功率N间的如下关系：

可以看出改变水泵转速，使流量适应空调负荷的变化。水泵效率η1＝η2＝const ,水泵功率大幅度下降，具有显著的节能效果。

空调末端变风量系统的自动控制 变风量空调系统中的空调机组采用变频风机，送入每个房间的风量由变风量末端装置VAVbox控制，每个变风量末端装置可根据房间的布局设置几个送风口。如图3所示，

室内温度通过末端装置设在房间的温控器进行设定，温控器本身自带温度检测装置，当房间的空调负荷发生变化实际值偏离设定值时，VAVbox根据偏离程度通过系统计算，确定送入房间的风量。送入房间的实际风量可以通过VAVbox的检测装置进行检测，如果实际送风量与系统计算的送风量有偏差，则VAVbox自动调整进风口风阀以调整送风量。例如夏季，当室内温度高于设定值时，VAVbox将开大风阀提高送风量，此时主送风道的静压P将下降，并通过静压传感器把实测值输入到现场DDC控制器，控制器将实测值与设定值进行比较后，控制变频风机提高送风量，以保持主送风道的静压。如果室内温度低于设定值时VAVbox将减小送风量。冬季和夏季的调节方式相同，但调节过程相反。具体控制过程如下图所示

上述控制过程中，控制对象为室内温度、主送风道静压P，检测装置为静压传感器，调节装置是现场DDC控制器，执行器是变频风机，干扰量是VAVbox风阀开度、空调负荷。另外，送风道的严密性也是不可避免的干扰量，但可以通过改善施工工艺使之减小到最小程度。由泵与风机的相似律可知，变频风机和变频水泵的节能原理是一样的，这里就不在重复叙述。

由于变风量系统在调节风量的同时保持送风温度不变，因此在实际运行过程中必须根据空调负荷合理的确定送风温度。例如夏季，当送风温度定的过高，空调机组冷量不能平衡室内负荷时，空调机组可能大风量工频运转，此时起不到节能效果。空调机组的送风温度可以通过现场DDC控制器进行设定，并且通过控制空调机组回水电动阀，对送风温度进行有效的控制，控制过程如前所述。

为了使变风量系统更加稳定的工作、充分发挥节能效果，保持良好的室内空气品质。现场DDC可以对空调机组进行起停控制，通过设定时间表，使机组按时工作按时停止。对于有几十台甚至上百台空调机组的大厦来说，可以节省很多人工。DDC控制器通过监测新风与回风的焓值，确定新风与回风的混合比。在保持最小新风量的同时充分利用回风，以减少制冷机组能耗。DDC控制器还可以对空调机组过滤网前后的压差进行监测。当过滤网出现堵塞时会及时报警，以免长时间影响机组送风量。各个现场的DDC控制器通过网络控制器NCU与中央控制室之间进行信息交互，实现整个系统的集中控制。

空调系统的设计负荷，是考虑在最不利环境下的最大负荷。在实际运行的过程中，处于最大负荷运行状态的比例很小，所以采用变风量空调系统可以取得良好的节能效果。

自动控制论文:现代化大厦的楼宇自动控制

楼宇自动控制系统 （BAS Building Automation System），简称为楼控系统，又称为建筑设备自动化系统，是建筑智能的重要组成部分，将对整座建筑的空调系统、新风机组、制冷机组、冷却塔、风机盘管、水箱水位、照明回路等系统进行信号采集和控制，实现大厦设备管理自动化，起到集中管理、分散控制、节约能耗的作用。

1、工程概况沈阳房地产交易中心位于沈阳市中心地带，总建筑面积53000m2，总投资为6.2亿元，楼宇自动控制投资为312万元。大厦地上19层，地下2层。其中，地下两层为停车场，地上1-9层为房地产交易市场，10-19层为高级写字间。是一座对办公环境要求较高的现代化建筑。

2、需要控制的机电设备统计

（1）空调机组，共23台，分布于1-10层、17层、18层和地下1层。采用组合式空调机，室内回风与新风混合，经过滤器过滤，加热（或冷却）、加湿后送入室内；

（2）新风机组，共22台，分布于9~19层，将新风经过滤器过滤，加热（或冷却）、加湿后送人室内；

（3）送风机组，共8台，分布于地下1层和地下2层，夏天送自然风，冬天送热风，将新风经过滤器，加热（仅限于冬天）后送人室内

（4）冷冻／冷却水系统：冷冻站系统共有4台冷水机组、4台冷却泵、4台冷冻泵、1个分水器、1个集水器位于地下2层，还有4台冷却水塔（每台有三个风机）位于楼顶屋面；

（5）换热站：在地下2层，有2台平板式换热器，两台空调热水循环泵；

（6）给排水：有一个生活水池、6台生活水泵位于地下2层，11个积水坑（每个积水坑有两个污水泵，一用一备），分布于地下1层和地下2层；

（7）热风幕：共36台热风幕，分布于地下1层、地上1层和3层；

（8）照明：照明分为楼内照明和泛光照明，楼内照明控制84个回路，泛光照明控制20回路；

（9）变配电：变电所在地下1层，共有4台变压器。需要监测每台参数；

（10）风机盘管：共有362个风机盘管，分布于9~19层；（11）排风机：共有16台排风机，分布于地下1层和地下2层。

3、楼宇自控工程实施我们选择西门子的顶峰产品来完成沈阳房地产交易中心的楼宇控制工作，购置了2台MBC、28台MEC、22台DPU及若干模块和前端设备。其中MBC和模块分别用于冷站和变电所，每台MEC用来控制两台自主机组。DPU用来控制排污泵、照明回路、排风机等。前端设备分别用于空调机、新风机、冷／热站、积水坑等处，为了便于对各种设备的集中管理，我们在楼宇控制中心安装了1台康柏电脑、1台LQl600KⅢ打印机。

按有关标准和规定完成布线和设备安装I作以后，就可以实施对各种设备的监控了。下面分别说明各种设备的监控情况。

3.1 空调机组当空调机组工作时，控制程序将利用风道温度和 湿度传感器cPM65采集的回风温度和湿度与设定的温度和湿度进行比较，利用先进的比例积分微分（PID）算法闭环调节盘管供水阀门的开度（按冬季模式和夏季模式分别调节）和加湿器。由于算法先进，可使振荡最小，并保持精密的控制，始终使室内的温度和湿度接近于设定值。因为室外新风温度在大多数情况下都与设定值相差较多，无论升温还是降温，都要消耗能量：为此，我们根据空气质量检测的结果，由程序自行调节新风阀的开度，既可保证室内空气质量，又可避免能量的浪费。在春秋过渡季节，因无需温度调节，可将新风阀全开，以获得尽可能多的新鲜的空气。通过网络和软件，可以实现在中央控制室对各空调机组进行控制和管理。还可以将各空调机组的风机运行状态、风机故障报警、过滤阻塞报警、盘管低温报警等传到中央控制室的控制主机上，一旦有报警发生，程序将使现场控制器做出关机和开水阀等保护动作，以免设备受损。

3.2　新风机组因为新风机组和送风机组无回风，所以风道温度和湿度传感器GFM65安装在送风管道上。对新风机组和送风机组来说，只要机组工作，新风阀就得全开，不需要调节，所以选用开关式风阀驱动器。因为进来的都是新风，所以不用监测空气质量。其它情况与空调机组相同。

3.3 送风机组送风机组工作情况与新风机组大体相同。区别只有两点：其一，送风机是为地下车库送新风的，不需要调节湿度；其二，送风机组在发生火灾事故时必须启动，当消防系统启动送风机时，新风阀必须随之全开。为此，我们使用控制风机启／停的主接触器的辅助触点的开／闭来控制新风阀的开／关。

3.4 冷冻与冷却水系统冷冻／冷却水系统由冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、分水器、集水器和冷冻机组等组成。要监控的数据点数量多、类型复杂。我们利用一台MEC-40、若干模块、若干前端设备加上我们在Insigh基础上开发的软件完成这些设备的监控工作。具体控制情况如下：冷冻／冷却水系统由软件控制，严格按规定的顺序和时间间隔启／停各种设备，我们的控制顺序如下：开机：开冷却水阀门—开冷却塔风机—开冷却水泵—开冷冻水阀门—开冷冻水循环泵—开冷冻机组。

关机：关冷冻机组—关冷冻水循环泵—关冷冻水阀门—关冷却塔风机—关冷却水泵—关冷却水阀门。

冷冻机组运行时，随时检测冷冻／冷却水的水流状态，一旦有冷冻或冷却水停止流动，立即停止冷冻机组运行，以免结冰，造成冷冻机组损坏的严重后果。我们的程序不但可以控制每台冷冻机组的启／停，而且还可以使整个冷站达到最低能耗，达到最低的主机折旧率。在管道的适当位置设置温度传感器，以测量空调水供／回水温度，根据程序或管理的日程安排自动开关冷冻机组；根据管理的要求自动切换4台机组的运行次序，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组运行，使每台机组运行时间基本相等，以延长机组使用寿命。自动监测各关键设备的运行状态，故障报警，并按照实际情况自动启动备用设备；根据总管水流量及供／回温度，计算系统总负荷来控制空调机组的运行台数。当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。

我们在分水器和集水器之间安装了旁通调节阀，并在供／回水管路上分别安装了压力传感器，根据冷冻机组供／回水压力差来调节冷冻水旁通阀开度。确保冷冻水系统供水压力稳定。

我们在冷却水的供／回水总管之间安装了旁通调节阀，通过调整冷却塔风机运行台数和冷却水供／回水旁通阀开度，使冷却水供／回水温度保持在设定的范围内。

补水泵的启停也是由程序控制的。监测膨胀水箱水位，当水位降到低限时启动补水泵，当水位上升到标准水位时停补水泵。在实现自动控制的同时，在中央控制计算机上显示膨胀水箱的水位和补水泵的运行状态，并可做到超低水位报警。

3.5　热换站热换站与冷冻系统共用一个MBC-40.我们在管路的适当位置安装了温度传感器和热水调节阀。监测热换器二次侧的供水温度，程序将此温度和设定值进行比较，采用比例积分微分算法闭环调节换热器一次侧的供水流量。在保证供热要求的情况下，尽可能地节约能量。

3.6 给排水用水位开关监测生活水池的水位，根据设定的高低水位控制供水阀的开／关。水位降到低水位时开阀，升到高水位时关阀，并做到超低水位（水池将无水）和超高水位（水将溢出）报警。 根据供水管路的压力，控制供水泵的启停，监测供水泵的运行状态，故障时报警。用水位开关监测各积水坑的水位高／低，当达到高水位时启动排污泵，当水位下降到低位时停泵。每个积水坑中有两个排污泵，程序每次都选择累计运行时间少的泵运行，以确保设备使用均衡。为防止因排污泵等故障，造成污水溢出，我们监测了超限报警水位，当达到此水位时，系统将报警，以便工作人员及时处理。

3.7 热风幕沈阳房地产交易中心大厦采用的是电热幕，这种电热幕要求电热器关闭后，风扇要继续工作2-3min，以免余热散发不出来，造成损坏。厂家提供的电热幕有两个按键，分别控制电热器和风扇，可在现场手动操作。 楼控系统若想控制热风幕有两种方法：其一是用控制器分别控制电热器和风扇。从技术上讲很容易，但要增加一倍的控制点，而控制器的价格又很高，每增加一个控制点，将增加一千元左右的投资，建设方难以接受。另一种方法是将热风幕的供电回路分为主回路和辅助回路，主回路为电热器供电，辅助回路为风扇供电。重新设计一套控制回路，使主回路一接通，辅助回路随之立即接通，而当主回路继开时，辅助回路延迟一段时间才断开。这样做既达到了控制要求，也节省了投资，所以我们选择了这种方法。仅此一项，就为沈阳房地产交易中心节省了近四万元。在楼控中心计算机上，程序首先采集环境温度，当环境温度低于设定值（我们定为IOC）时，根据预先设定的时间表控制每台热风幕的启停，并显示热风幕的工作状态。当有特殊情况时，在现场和楼控计算机上都可对热风幕进行手动启停。

3.8 照明我们利用MBC、DPU、计算机和软件配合，对每一回路按预先设定的时间表进行控制。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可对每一路灯进行手动开／关。对公共走廊和泛光照明也实现了光控制。即：当该处较亮时不开灯。每一路灯的状态可在计算机上显示，并可累计开灯时间。为防止突然灯灭，我们用数字输出点的常闭触点控制灯回路。

3.9 变配电我们监测了全部4台变压器的输出功率、功率因数、用电量和次级回路每相电压、电流，并可按时间累计这些数值。当出现过压、欠压、过流等异常情况时报警。所监测的各项参数均可在楼控计算机上显示。

3.10 风机盘管由于风机盘管在空调系统中只起微调作用，各个房间对温度的要求也不统一，很难集中控制。而且，可通讯的风机盘管控制器的价格是普通型的数倍（362个风机盘管控制器将增加相当多的投资），从性能价格比来看，至少在现阶段，采用连网集中管理分散控制风机盘管的方式意义不大。所以我们在风机盘管所在房间安装了手动风机盘管控制器，由各房间人员自行调节。但考虑到节能，我们将这些风机盘管分为4组，每组由计算机来控制其电源和水阀，避免楼内无人时还有许多风机盘管开着造成浪费。

3.11 排风机这些排风机平时用作排风，火灾时用作排烟。为了便于设备的集中管理，我们在不影响消防系统的情况下，对每台排风机进行启停控制，使其按一定的时间间隔定时启／停。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可让每台风机进行手动启／停。计算机上可对每台风机的运行状态和故障状态进行监视，累计运行时间。

4、楼宇自控中央管理计算机楼控中央控制计算机上安装了楼控管理软件，我们在此软件基础上进行了二次开发，使其和各控制器实现通讯，完成对各控制器的管理。各种机电设备都是在现场控制器MBC、MEC的程序控制下工作的，但必要时，在楼控中央控制计算机上可以随时改变任意设备的启停状态。在屏幕上可以实现三维图像显示每台设备的系统图，如：冷水机组、水泵、空调机组等。现场控制器随时与楼控中央控制计算机交换数据，楼控中央控制计算机可显示所有测量点如温度、流量、压力、压差等动态趋势图，可监视各设备的工作状态和故障报警。一旦有报警发生，现场控制器将做好保护动作，计算机发出声音，同时在屏幕上显示出报警位置和性质，以提醒工作人员及时处理。可打印输出自动记录及空调系统负荷，并可根据管理部门要求以不同时段累计负荷情况并打印。

5、所取得的效果与同等规模，不采用楼宇自动化控制的大厦相比

（1）可节约电能30%以上；

（2）可节约60%人力；

（3）延长设备使用寿命；

（4）可以更充分地满足用户需求。

自动控制论文:下游常水位后浮箱水力自动控制闸门的设计

摘要：后浮箱水力自控闸门在突尼斯麦—崩水渠已运行20多年，发挥了很好的调节控制作用。本文结合工作实践,从闸门的工作原理、结构特点、闸门选型等方面，对该闸门进行了简明的技术分析和造型介绍及设计体会、认识。

关键词：后浮箱 水力 自动闸门 工作原理 结构特点 闸门选型

1 概述

自动化是科学技术现代化的重要内容，自动闸门则是水利工程实现自动化运行的一项重要设备。浮箱水力自动化闸门是一种借助水力和重力作用，可以自动启闭和调节的自动化闸门，具有运行可靠、结构简单等特点，越来越被广泛地应用于供水、灌溉、防洪、发电、水运等工程。

下游常水位水力自动控制闸门的特点是，在闸后为某一设计水位条件下，当下游需水量改变时，闸门能利用水力作用自动地进行启闭，以满足闸后需水量要求，无论闸上游水位如何变化，闸门的开度大小，以下游需水量的大小而变。这种闸门是专门为输水和灌溉渠道设计的，用作渠道进水闸、节制闸及分水闸等，可实现渠道水力自动调节和输水。

我国援助突尼斯共和国建设的麦－崩水渠工程，设计要求水渠的水位实现自动控制。该工程采用的控制下游水位的后浮箱闸门，是我院在国内尚无设计先例，又缺乏技术资料的情况下，自行研制设计的，经过多次室内水工模型试验和中间试验，获得了有关布置、结构主要参数等一系列技术数据后，进行了施工详图设计和制造。经安装运行后证实：下游常水位水力自动控制闸门启闭灵敏、运行可靠、易于维修，达到了预想的效果。

笔者有幸参加了突尼斯麦—崩水渠自动控制下游常水位的后浮箱闸门的设计工作，本文结合工作实践谈谈对该类型闸门的设计体会和认识，同大家交流，以有益于推广和应用。

2 闸门的工作原理

下游常水位闸门主要由面板、臂杆、配重箱、轴承以及浮箱、浮箱套等部位组成(见图1)。

3 闸门的结构特点

（1）闸门是一个有两个上支臂的弧形门，其左右支铰轴由一个空心圆筒联接起来，两个上支臂支撑固定在空心圆筒上，支铰轴与弧形面板同心，浮箱则固定在空心圆筒的下游（见图1所示），浮箱外缘和内缘均为圆弧形且同心，并且圆心为支铰轴心。

（2）为防止过水时水流冲击浮箱下部，在浮箱的下部装设一个护套，让水只从箱套下游下部的孔隙中缓缓进入，以保持较平稳的运行。

（3）后浮箱水力自动闸门可以是露顶式也可以为潜没式，当上游取水的河道水位升降变化幅度大，而又能满足取水要求时，可选择为潜没式孔口，即上游设混凝土胸墙。由于弧形面板的圆心与闸门转动的支铰轴为同心，所以上游作用于弧形面板上的水压力合力作用线通过支铰轴心，不产生启、闭门力，所以闸门的动作只受下游水作用于浮箱底侧力的控制。

（4）为保证启闭灵活，门叶的两侧及顶部不与闸室两侧的闸墩以及胸墙接触，其间留一些小的缝隙，同时门叶面板为上部大底部小的梯形弧面，以确保在启闭过程中不与两侧闸墩触碰摩擦。在支铰轴上装有滚动轴承，使闸门开启转动时轴的摩阻力减小到最低限度。

（5）由于渠道内是经常有水的，所以闸门一般也均为开启状态，只是开启程度不同。当下游渠道需要检修而要求无水时，将后浮箱闸门上游的平板检修闸门关闭，使其不漏水，即可完全断流。

（6）闸门（包括浮箱）的整体重心应使其位于支铰轴心的上部并且偏下游侧，以使闸门自重为一个开度力矩，而下游浮箱（后浮箱）的浮力为一个关门力矩。调整闸门重心位置，可采用在浮箱内的适当位置加设铸铁配重块来实现。配重块是可以移动的，因此可以调整制造中产生的误差。

4 闸门的选型

下游常水位后浮箱水利自动控制闸门（简称后浮箱式闸门）的不同门型是按照浮箱半径R和孔口面积A来划分的。例如：56／25门型，即表示该门浮箱半径为56 cm孔口面积为25 dm2 。另外，按照作用水头的大小，闸门又分为高水头和低水头两种型号，两者不同之处在于两种门型具有相同的浮箱半径和孔口高度，而低水头型门的孔口宽度为高水头门的两倍。因此，当过闸水头损失相同时，低水头型门的过流能力为高水头型门的两倍，或者对于同一过闸流量，低水头型门的过闸水头损失比高水头型门的减少四倍，而最大允许水头则减少一半。

5 结语

下游常水位后浮箱水力自动控制闸门适用于采用等水位或等容量控制的输水渠道上，具有结构简单、设计方便、运行可靠和土建费用少等优点，如若与微机自动监测系统结合其效果会更加显著。我院自行研制的后浮箱自动闸门，已在我国援助突尼斯共和国麦—崩水渠工程中应用，取得了成功的设计经验。为此，建议将该类型闸门应用于南水北调配套工程中的供水渠系，依靠水力自动工作原理，做到节省能源和自动化运行，为实现南水北调工程提出的“四个一流”目标做出贡献。

自动控制论文:下游常水位后浮箱水力自动控制闸门的设计

摘要：后浮箱水力自控闸门在突尼斯麦—崩水渠已运行20多年，发挥了很好的调节控制作用。本文结合工作实践,从闸门的工作原理、结构特点、闸门选型等方面，对该闸门进行了简明的技术分析和造型介绍及设计体会、认识。

关键词：后浮箱 水力 自动闸门 工作原理 结构特点 闸门选型

1 概述

自动化是科学技术现代化的重要内容，自动闸门则是水利工程实现自动化运行的一项重要设备。浮箱水力自动化闸门是一种借助水力和重力作用，可以自动启闭和调节的自动化闸门，具有运行可靠、结构简单等特点，越来越被广泛地应用于供水、灌溉、防洪、发电、水运等工程。

下游常水位水力自动控制闸门的特点是，在闸后为某一设计水位条件下，当下游需水量改变时，闸门能利用水力作用自动地进行启闭，以满足闸后需水量要求，无论闸上游水位如何变化，闸门的开度大小，以下游需水量的大小而变。这种闸门是专门为输水和灌溉渠道设计的，用作渠道进水闸、节制闸及分水闸等，可实现渠道水力自动调节和输水。

我国援助突尼斯共和国建设的麦－崩水渠工程，设计要求水渠的水位实现自动控制。该工程采用的控制下游水位的后浮箱闸门，是我院在国内尚无设计先例，又缺乏技术资料的情况下，自行研制设计的，经过多次室内水工模型试验和中间试验，获得了有关布置、结构主要参数等一系列技术数据后，进行了施工详图设计和制造。经安装运行后证实：下游常水位水力自动控制闸门启闭灵敏、运行可靠、易于维修，达到了预想的效果。

笔者有幸参加了突尼斯麦—崩水渠自动控制下游常水位的后浮箱闸门的设计工作，本文结合工作实践谈谈对该类型闸门的设计体会和认识，同大家交流，以有益于推广和应用。

2 闸门的工作原理

下游常水位闸门主要由面板、臂杆、配重箱、轴承以及浮箱、浮箱套等部位组成(见图1)。

面板和浮箱的前后侧板均做成圆弧形，其圆心都和转动轴轴心重合。浮箱底部的切线方向也通过轴心，门轴高程设置在下游设计水位上，如图2所示。

3 闸门的结构特点

（1）闸门是一个有两个上支臂的弧形门，其左右支铰轴由一个空心圆筒联接起来，两个上支臂支撑固定在空心圆筒上，支铰轴与弧形面板同心，浮箱则固定在空心圆筒的下游（见图1所示），浮箱外缘和内缘均为圆弧形且同心，并且圆心为支铰轴心。

（2）为防止过水时水流冲击浮箱下部，在浮箱的下部装设一个护套，让水只从箱套下游下部的孔隙中缓缓进入，以保持较平稳的运行。

（3）后浮箱水力自动闸门可以是露顶式也可以为潜没式，当上游取水的河道水位升降变化幅度大，而又能满足取水要求时，可选择为潜没式孔口，即上游设混凝土胸墙。由于弧形面板的圆心与闸门转动的支铰轴为同心，所以上游作用于弧形面板上的水压力合力作用线通过支铰轴心，不产生启、闭门力，所以闸门的动作只受下游水作用于浮箱底侧力的控制。

（4）为保证启闭灵活，门叶的两侧及顶部不与闸室两侧的闸墩以及胸墙接触，其间留一些小的缝隙，同时门叶面板为上部大底部小的梯形弧面，以确保在启闭过程中不与两侧闸墩触碰摩擦。在支铰轴上装有滚动轴承，使闸门开启转动时轴的摩阻力减小到最低限度。

（5）由于渠道内是经常有水的，所以闸门一般也均为开启状态，只是开启程度不同。当下游渠道需要检修而要求无水时，将后浮箱闸门上游的平板检修闸门关闭，使其不漏水，即可完全断流。

（6）闸门（包括浮箱）的整体重心应使其位于支铰轴心的上部并且偏下游侧，以使闸门自重为一个开度力矩，而下游浮箱（后浮箱）的浮力为一个关门力矩。调整闸门重心位置，可采用在浮箱内的适当位置加设铸铁配重块来实现。配重块是可以移动的，因此可以调整制造中产生的误差。

4 闸门的选型

下游常水位后浮箱水利自动控制闸门（简称后浮箱式闸门）的不同门型是按照浮箱半径R和孔口面积A来划分的。例如：56／25门型，即表示该门浮箱半径为56 cm孔口面积为25 dm2 。另外，按照作用水头的大小，闸门又分为高水头和低水头两种型号，两者不同之处在于两种门型具有相同的浮箱半径和孔口高度，而低水头型门的孔口宽度为高水头门的两倍。因此，当过闸水头损失相同时，低水头型门的过流能力为高水头型门的两倍，或者对于同一过闸流量，低水头型门的过闸水头损失比高水头型门的减少四倍，而最大允许水头则减少一半。

5 结语

下游常水位后浮箱水力自动控制闸门适用于采用等水位或等容量控制的输水渠道上，具有结构简单、设计方便、运行可靠和土建费用少等优点，如若与微机自动监测系统结合其效果会更加显著。我院自行研制的后浮箱自动闸门，已在我国援助突尼斯共和国麦—崩水渠工程中应用，取得了成功的设计经验。为此，建议将该类型闸门应用于南水北调配套工程中的供水渠系，依靠水力自动工作原理，做到节省能源和自动化运行，为实现南水北调工程提出的“四个一流”目标做出贡献。

自动控制论文:流动电流混凝投药自动控制系统抗干扰能力的研究

摘要：本文阐述在国内一些自来水公司水厂应用流动电流混凝投药自动控制系统的调试过程中所遇干扰问题，并通过具体实验找到解决干扰问题的方法，为流动电流自控系统在有干扰存在的情况下的应用提供了重要经验。

关键词：流动电流 混凝 投药 自动控制 抗干扰

1. 流动电流混凝投药自动控制系统的检测控制原理

混凝投药是水处理工艺中的重要环节之一，位于水处理工艺的前端。投药量的多少直接影响后续工艺的处理效果，因此，研究该环节的自动控制非常有意义，国内外众多学者都对其进行了广泛深入的研究。这些研究中，应用的最为成功的当属流动电流混凝投药自控技术。该技术在80年代开始应用，到了90年代已经被大量的国内外水厂所采用。[1]

流动电流混凝投药自动控制技术的原理为：水中胶体粒子加药后，其ζ电位会发生变化，从而引起流动电流的变化，胶体电荷远程传感器通过检测流动电流的变化可以准确地反映水中加药量的多少，并传递信号给检测控制仪，控制仪根据传感器传递来的信号，经过程序的处理，输出控制信号给变频柜，通过改变供电频率来调整投药泵的投药量，使之达到最佳值。

干扰问题是流动电流混凝投药自动控制系统在生产应用中常遇到的重要问题，常由于不能及时排除干扰而致应用失败。相反地，干扰问题却很少得到报道。本文提供几则排除干扰的实例，可供工程界参考。 2. 流动电流混凝投药自动控制系统的干扰原因

流动电流混凝投药自动控制系统在实际工程中遇到的干扰主要有以下的两方面原因：

水质及混凝药剂方面；由于流动电流控制系统的检测装置传感器是直接与水样接触的，因此，如水中含有大量藻类、大量有机污染物、混凝药剂为有机高分子药剂或粘附性强的药剂会沾污传感器探头，造成检测信号失真，从而导致控制系统不能正常的进行控制工作。

电控方面；流动电流控制系统的传感信号和控制信号均为弱电信号，因此一旦有强电信号在流动电流控制系统的传感或控制信号线附近存在时就会产生干扰，会对控制系统的正常工作产生影响；当传感器接地不符合要求时，也会对流动电流的检测造成干扰；电源的污染（如动力电源存在大幅度的电压或电流变化）、控制系统周围有强电信号源（如大的电控柜、控制器等）、控制系统所放置的房间屏蔽不好内的都会造成流动电流控制系统的干扰，影响流动电流混凝投药自动控制系统的正常工作。

流动电流投药控制系统遇到干扰，可能出现检测值无规律的上下波动、检测值定时定向的有规律变化、计量泵的投药量不能及时随检测值变化而变化等现象。此时流动电流控制系统已不能准确及时的随水质水量的变化进行投药量的控制，必须找到干扰源并加以排除才能使其恢复正常工作。

3. 流动电流混凝投药自动控制系统干扰问题及解决方法实例

3.1 流动电流混凝投药控制系统由混凝药剂所引起的干扰

3.1.1 应用水厂情况简介

该水厂位于四川某城市，水厂原水为黄河水，平时浊度为100~1000NTU，最高浊度10000NTU以上，pH为中性，其余的水质指标无特异的变化。该水厂的工艺流程见下图1。

3.1.2 初始应用情况

流动电流控制系统安装完成后，进行系统调试。开始两天系统采用手动控制的方式运行，检测值比较稳定可以随着原水浊度变化及时调整混凝剂的投加量，两天后改为自动控制，开始时系统能够正常运行，但随着时间的推移检测值变得很不稳定，检测值在一天之内在水质水量都无很大变化的情况下发生数次无规律的变化，混凝剂投量无法达到自动控制，导致澄清池的出水时清时浑不能达到出水水质要求。具体情况见下面图2。

3.1.3 解决方法的研究

根据以上分析，进行了逐项的实验研究。首先，排除仪器设备存在质量问题，逐一更换了流动电流检测系统中的各部装置，从传感器到控制仪都用崭新的并经过严格检验的仪器进行替代实验，发现检测值仍然呈不定时无规律变化，从而确定不是仪器质量问题。其次，排除了电源污染的因素，认真检查了电源并对其周围的用电单位进行了细致的调查，确认该厂内部及周围不存在能对其动力电源造成污染的污染源。并且由以上纪录情况可知，流动电流检测值的变化是无规律的而且是不定时的，这样就可以排除是由于象定时电源污染引起的定时干扰的存在。由于流动电流的检测值的变化是逐渐出现而不是一开始运行就有的，因此可以排除由电控方面的干扰所引起的。再次，对流动电流控制系统传感器的接地情况进行了重新检查，经过仔细的分析和测试，确定其传感器的地线不合要求。因此，重新进行了传感器的地线安装，以三根铜管焊接而成的柱体为接地线的基础，并深埋入地面1.5米以下，测得的电阻R〈1Ω，完全符合国际标准。改造完成后进行系统监测，发现在无计量泵的启停时流动电流系统可以正常工作，检测值变化稳定及时。接下来将变频控制柜的安装位置移至电控间，而自动控制仪仍留在值班室。方案实施后，流动电流控制系统仍然未能正常的工作，经一周的监测，检测值仍然不稳定，投药量也不能得到很好的控制。最后，取混凝剂进行分析，发现在高浊度水的情况下使用了含有有机高分子成分的助凝剂。因此，改变了高分子助凝剂的投加点，使其在流动电流取样完成后再投加，而助凝剂的控制采用按一定的比例投加的方式。方案实施后，经半月的监测流动电流混凝投药控制系统检测值稳定，投药量得到很好的控制，出水水质达到所要求的标准。图3是一天运行情况的纪录。

3.2 流动电流混凝投药自动控制系统由于电源污染所造成的干扰

3.2.1 应用水厂情况简介

此水厂位于山东沿海某城市。该水厂原水为地表水，常年浊度为20~30NTU，最高浊度100NTU，pH为中性，其余的水质指标无特异的变化。该水厂的工艺流程见下图4。

投药点在进水管管式混合器之前，传感器的取样点设在管式混合器出口处。传感器设在靠近取样点的反应池壁上。

3.2.2 流动电流的初始应用情况

流动电流控制系统安装完成后，进行系统调试。开始两天系统采用手动控制的方式运行，检测值比较稳定。两天后开始自动控制，第一天运行基本稳定，但发现在上午7-8时及下午4-5时，检测值发生有规律变化。在上午7-8时之间，检测值在加药量及水质不变的情况下会向上波动，导致加药量直线下降，出水水质变浑；在下午3-4时之间，在同样情况下检测值向下波动，导致加药量直线上升，出水水质变的过清。过了这两个时段，检测值会自动调整回正常状态，加药量及水质也会恢复正常。但这两个时段正好是一泵站调整流量的时候，所以认为是由于水量的变化引起的。但随着时间的推移，这种检测值的变化有时出现一天变化数次，并且有时又没有规律，以至混凝剂的投量无法达到自动控制。具体情况如图5所示。

根据以上纪录可知，流动电流控制系统检测值的变化多数是定时而且有规律的，并且在除此之外的时段内系统可正常工作，这就排除了流动电流控制系统自身以及传感器地线的问题。从控制理论分析，可能存在强电信号的干扰和电源有定时污染两方面干扰。3.2.3 解决方法的研究

根据以上的分析进行了解决方法的研究，首先对传感信号线的屏蔽情况进行检查，从新作了屏蔽工作，在信号线外加上金属套管并将其与强电电缆线分离。采取此种措施后，检测值的定时变化仍然存在，证明不是由于强电信号干扰。接着检测动力电源是否有污染的存在，终于发现在此水厂的附近有一大型工业设备生产工厂，每当它启动和停止工作时，水厂的动力电源即便非常不稳定，从而导致了控制仪工作的波动，我们即采取了相应的措施，在控制仪的电源上加上了稳压保护装置，干扰现象随即得到消除，控制仪开始稳定运行。经过一周的连续监测和观察，干扰现象已全部消除，控制系统工作稳定，投药量得到非常好的控制，沉淀池出水稳定地保持在6~9NTU范围内，整套流动电流控制系统达到了预期的自控投药的目的。图6纪录的一天运行数据。

3.3 流动电流自动控制投药系统由于信号线屏蔽问题所引起的干扰

3.3.1 应用水厂情况简介

该水厂位于安徽某市，该水厂原水为湖泊水，常年浊度为10NTU左右，最高浊度30NTU，pH为弱碱性，夏季水中藻类较多，以兰藻和褐藻为主。该水厂的工艺流程同图4。

投药点在进水管管式混合器之前，传感器的取样点设在反应池入口处，传感器的安装箱设在反应池的墙壁上。由于传感器安装位置与控制仪所在位置距离较远，因此为方便传感信号线的铺设，直接将其铺设在已有的动力电缆沟内与动力电电缆一起进入加药间室内。

3.3.2 流动电流的初始应用情况

流动电流控制系统安装完毕后，进行系统调试。开始两天系统采用手动控制的方式运行，检测值有不规律和不定时的变化，有时检测值在一段时间内非常稳定，有时却波动的非常厉害，在水质水量没有任何变化的情况下，投药量相差悬殊，导致沉淀池出水水质在一天内甚至几个小时内变化非常大。两天后改为自动控制，运行时上述情况依然存在，混凝剂投量无法得到控制，具体情况见下图7。

从上面的曲线图可以看出，流动电流的检测值变化很不稳定，而且并不是随水质水量而变化的。因为其为不定时及无规律变化，所以可能是由于流动电流控制系统本身电器元件有问题、或传感器与控制仪及控制仪与变频柜之间连接信号被强电信号干扰、或变频柜在工作时对控制仪有干扰、或不定时电源受污染等情况造成的。

3.2.3 解决方法的研究

根据以上分析，进行了一步一步的排除实验，最后对传感器与控制仪之间的双芯屏蔽信号线重新进行了铺设，将其从动力电缆沟中撤出，另设一专门的管沟铺设信号线，并在信号线的外面加套一金属套管，以确保流动电流信号不受强电信号的干扰。方案实施后，流动电流控制系统可以稳定正常地工作了。经一周的监测，检测值稳定准确，投药量得到了很好的控制，出水水质符合水厂的要求。图8为所纪录的一天运行数据。

4 总结

流动电流混凝投药自动控制系统在实际应用中，遇到的干扰因素非常复杂，因此必须在现场进行细致的分析和实验研究才能确定其解决方法。混凝剂的问题一般可以通过改变投加点或更换混凝剂种类加以解决。对于电控方面，由于其检测和传递的信号为弱电信号，非常容易受到外界电源污染以及强电及其它强信号的干扰，因此系统仪器仪表的安装环境，信号线的铺设以及有关地线的制作等都要严格遵守相应电控要求，这样才能有效的防止可能出现的干扰现象。总之，干扰问题是流动电流混凝投药自动控制系统实际应用中所遇的一个重要问题，必须认真加以解决才能保证该系统的成功应用。

自动控制论文:浅议卷烟机械自动控制技术

摘 要：在烟草加工过程中，机械技术的先进程度对企业的生产组织、生产规模、生产方式和能源消耗以及原材料消耗都有很大影响，因此，提高烟草机械技术先进水平能促进烟草工作的产品水平得到提高，同时也能促进质量得到提高，在产品品种和效益方面也能进行更新换代，因此，要保证烟草工业得到更好的发展，一定要不断提高机械的技术水平。烟草的机械技术水平已经慢慢成为了衡量烟草工业生产的现代化程度的标志之一，因此，在烟草品种越来越多，加工工艺越来越复杂的情况下，要对生产机械进行更新和改进，这样能够更好的实现烟草生产的自动化控制和机电一体化发展。

关键词：卷烟；机械自动控制；发展方向

烟草对人们的身体健康有一定影响，但是其在发展过程中也是有一定市场，因此，卷烟企业在发展过程中对技术进步提出了更高要求，同时在发展过程中不断引进先进的技术设备在生产中使用，而且在一些技术上，国内的生产工艺已经和国际先进水平在同一个高度，而且在卷烟生产自动化水平上也达到了一个较高水平。现在，工业企业在发展过程中正在向自动化生产方向前进，在这个过程中，自动控制技术、物流技术和信息技术都得到了综合应用。工业企业在工业信息化发展过程中，要先实现企业自动化发展。因此，卷烟企业要想更好的实现信息化发展，就一定要实现卷烟企业自动化发展，这样能够更好的促进企业发展。

1 我国卷烟机械的现状

为了更好的实现机械自动化，机械研究制造企业在发展过程中做出了很多努力，这样也使得机械制造方面得到了很大发展。在机械制造过程中，生产企业已经在自动化方向不但改进，同时对相关的数据进行采集、跟踪测试、对比分析，这样能够在机械制造过程中对出现的问题进行更好的解决，同时也能更好的实现机械自动化控制。现在，国产的卷烟生产设备在功能和产品质量方面已经达到了国外同类型设备的水平。在进行卷烟设备制造时，要不断积累经验，同时在设计的时候要不断进行创新，这样才能更好的利用新技术，同时也能更好的对电控系统进行全面的改造升级。在经济不断发展的过程中，精度较高的设备和仪器在工业生产中得到了应用，因此，在工业生产中热处理设备也有了很大方面的技术改进，在生产过程中对零件的热处理质量也有了很大的提高。科学技术的不断发展使得现在的基础工业在产品质量方面也有了很大改进，因此，这样也提高了卷烟生产中使用烟机零件质量。在烟机产品中，关键部位零件都是进口的标准件，在制造过程中和国产的构件进行了结合，这样能够保证采购质量要求，同时也能提高机组的使用稳定性和可靠性。

科学技术水平的不断提高，使得在卷烟生产过程中打叶复烤生产线和物流系统中都应用了集中控制系统，这样能为生产线管理提供现代管理手段，同时在进行监控的时候能够使用多套的监控系统，在操作现场能够使用电控柜的指示灯来进行控制，这样能更好的对操作现场进行查询和维修。企业在发展过程中为了更好的实现信息网络化发展，因此在发展过程中形成了管控一体化的控制系统，在生产过程中对车间生产数据进行采集，同时对数据进行处理，这样能够更好的为卷烟企业信息集成奠定基础。在工业生产过程中，现场总线控制系统的技术发展对卷烟企业来说非常重要，因此，要对其进行重视。

2 卷烟机械自动控制技术的发展方向

企业在发展过程中保持自身的竞争能力是非常重要的，对于卷烟企业来说也是如此，卷烟企业为了提高企业的竞争能力，要保证生产水平和国家生产水平要保持一致。自动控制技术不断在发展，现在，卷烟产品在竞争方面也出现了日益激烈的情况，因此，对卷烟企业的生产过程也提出了更高的要求。在工业控制技术中，新技术和新产品的不断发展，能够更好的保证企业生产过程中产品的竞争能力。现在，网络技术、通讯技术以及人机接口技术在信息技术应用中都得到了很好的发展，同时工业过程控制技术在发展过程中也在逐渐实现网络化发展。现在，控制系统结构正在向集散系统结构和网络结构发展，同时在硬件方面的在可靠性也非常高，在速度方面也非常快。在软件方面也更好实现了工业控制组态软件、数据管理软件、通讯软件、故障诊断软件等方面都得到了很好的发展。

3 卷烟机械自动控制技术的发展要求

3.1 网络化

在进行工业生产的时候，产品从原材料对成品都要

过很多的制造工序，对于一些较复杂的产品在生产过程中会存在着上百道工序，有时一个生产线需要上百台设备才能更好的完成生产。某些制造工艺复杂的工业产品需要分成若干条生产线才能完成，控制的对象十分分散。对工业过程控制系统而言，必须将工业自动化生产线分解为若干个控制子系统，但这些独立的控制子系统之间如不进行有效协调、集中监控管理，整个生产线就无法正常生产。网络化就是将各个控制子系统通过通讯网络建立数据交换联系，并实现集中监控，相互协调生产、工艺、质量参数，接受管理人员的工作指令。

3.2 智能化

在复杂的工业自动化生产线中，各控制子系统的控制任务重、实时性强，不可能通过通讯网络集中控制，控制子系统必须独立完成控制任务，并向中控传送控制状态、控制参数、报警信息等，接受中控指令。另外工业过程控制系统应具有预警提示、故障寻迹提示、辅助决策等智能功能。控制器、检测设备的智能化才能使工业过程控制实现真正的集散控制。工业过程控制系统的智能化减少了人工干预，但需要人工调度指令、维护保养、分析决策等，因此仍需要人机接口；同时系统的智能化使人工工作量大大减少，信息量大大增加，需要表达清晰，操作简便、友好的人机接口，提高人员的参与程度和工作兴趣。开发具有大屏幕显示、动态指示、实物动画、人机对话等功能的更加友好的人机接口也是智能化的方向。

3.3 数字化

在工业过程控制系统中有许多控制变量需要处理，传统的模拟量传输精度低、抗干扰能力差，影响控制回路的控制精度；同时数据采集量不准确会影响数据处理及科学分析，检测器、传感器、执行器、控制器的数字化是实现精确控制和科学分析的基础。

网络化、智能化、数字化使控制系统的配置简洁灵活，满足生产过程的精确控制，便于生产工艺的调整，满足多品种小批量生产的需要，适应柔性化生产和敏捷制造的潮流。近10年来国产烟草成套设备由于采用了先进的控制技术和控制器件，电控系统的可靠性、稳定性、可维护性和控制精度得到了很大的提高，并且随着计算机和网络技术的应用，电控系统的操作性和数据采集处理能力也大大提高。只要卷烟企业和烟机企业共同把握自动控制技术的发展趋势，结合烟草行业的实际需要，就能与国际先进水平保持同步。

4 结束语

经济的快速发展和科学技术水平提高是相辅相成的关系，科学技术的进步推动了经济的发展，同时经济在不断发展过程中也推动着科学技术水平的提高。在卷烟机械自动控制技术方面具有了很大的提高，这样能够更好的保证产品质量，同时也能在产品品种方面不断丰富，这样能够更好的促进卷烟企业发展。

自动控制论文:基于GPRS网络的路灯自动控制原理分析

[摘要]在现有路灯设备控制管理手段的基础上，本文根据国内外路灯自动控制方面的一些最新学术和应用成果，对当前较为成熟的网络技术进行了详细的分析与研究，在分析了其功能和实现上的优劣性的基础上提出了一种基于gprs网络的路灯监控方法。

[关键词]自动控制 监控 gprs网络

传统的光控方式易受环境照度影响，容易有错误动作；钟控方式自动校时工艺落后，易出现走时不准等问题，而且路灯控制装置没有实现集中管理，各自为战，准确性及可靠性相对较差，路灯的早亮晚灭现象无法得到快速有效的处理。本文的目的是改善传统路灯管理方式，高效准确实现路灯电网系统的自动控制，统一管理工作。在传统模式下，路灯生产管理信息的载体是图纸、报表、语言(如调度指令等)，传递方式是手工交接。在这种机制下，信息的更新滞后于生产数据的变化，在生产管理活动的各个专业环节中，导致生产管理信息的“不全面、不一致、不及时、不准确”现象。解决这一严重问题的途径，是在生产各部门之间及部门内部各工作岗位之间，建立起信息及时传递和同步更新的共享机制和环境。由于路灯电网生产、规划、管理和经营具有天然的空间网络拓扑特征，建立基于gis技术的路灯应用平台，将是这种机制和环境的基础。

一、路灯监控系统gprs通信网络组建

为了建立路灯监控系统gprs通信网络以实现路灯的自动控制，应该从以下两方面来考虑。

首先，建立移动通信gprs业务中心和路灯监控中心的路由通道，利用现有的adsl等宽带技术或者odn、光纤等专线技术，通过有线方式建立通道，确保通道的畅通、数据通信的安全和数据传输的准确率。通过路由器确定通信服务器的固定ip，可以让移动绑定监控终端静态ip地址，保证所有监控终端不同的ip地址传输的数据都流向监控中心通信服务器，也就构成了监控网络多对一的基本条件，同时由于监控终端和监控中心的数据通道既有无线方式又存在有线方式。为了提高数据的可靠性和准确性，在数据传输协议时进行多种数据校验而达到排除数据误码和准确传输目的。

其次，根据移动gprs业务通信的特点，路灯监控中心通过专线、移动通信公司和远程监控终端运行连接，根据现有网络技术和成熟性考虑，系统中心和远程监控终端可以采用udp或tcp方式进行连接，从而构成n条虚拟的数据通道，实现数据的互访，建立路灯监控系统的通信体系。

二、路灯监控系统gprs通信专线故障自动判别和处理体系

随着路灯监控系统运行时间的推移，不能排除因外界因素而干扰专线，造成专线的断线、断路等问题的出现，而影响监控系统的命脉通信问题。经过多方考证和实验证明，采用如下实际可行方案实现专线故障判别。

首先，充分利用现有资源，利用tcp或udp协议内部功能，用软件实现网络跟踪，系统不断跟踪检测监控中心和移动gprs业务中心服务器之间的专线所有节点的路由畅通情况。一旦检测到那个节点出现故障，则立即进行报警处理。

其次，针对专线线路故障处理，必须进行如下处理，根据线路跟踪结果，分析故障出现的地点和故障类型。根据不同的故障类型和故障地点进行分析，利用短消息报警技术手将线路故障原因和故障地点发送到监控中心专线维护人员的手机中。专线维护人员可以根据报警情况进行进一步处理。如果是路灯监控中心内部问题，则自行解决，如果是专线问题，则让专线提供商解决，如果是移动问题，则需要移动解决。这样仅仅通过软件实现专线线路故障判别和报警处理，这样既能达到目的而能节省很多不必要的经济负担。因此，对gprs通信体系进行了比较完善的分析和处理，从而实现监控系统比较完善的通信体系。

三、路灯控制方式及系统总体结构

采用无线专网需要自建一座发射塔，组成一个无线发射网络，为了保证信号强度，可以利用高层建筑大楼楼顶建立通讯铁塔，架设主控电台天线，中央控制室可设在路灯局办公楼内，于中控室建立通讯主站。在远离中控室的市区开阔地带建筑物上建立中继站，覆盖周边地区；在各站配电箱位置安装站通讯天线。或者选择其他接力通信的方式。

系统主要由三部分组成：中控室主站系统、通讯网络系统、站分控系统。

中控室主站系统：主要由工控机、数据服务器、不间断电源、值班员工作站、大屏幕显示系统等组成(负责管理、监控整个系统的运行，监视、记录系统的运行状况)。

通讯网络系统：主要包括主基站数传电台及其天馈系统、中继站数传电台及其大馈系统、各分站数传电台及其天馈系统，组成数个一对多的通讯组，完成数据上行、下行的通讯功能。专网主要采用gprs网络组件。

站分控系统：全市路灯、景观灯每个箱式变电站、配电柜，安装一套站分控系统，主要负责接收主站数据命令、执行开关灯动作、下载存储时间控制表、采集运行电压、电流、电量数据，向主站上传数据等。

四、各分系统概述

中控室主站系统概述：专用的工控机；数据服务器；专用的维护工作站；负责维护系统参数，管理操作人员权限等；多台操作工作站，供值班人员使用；后备工控机，保证整个系统数据运行的实时性和可靠性；以及大屏幕显示系统、声音设备、手持机和相关的网络通一讯设备。

站分控系统概述：站点安装在现场电气控制箱内。站分控系统可以根据现场实际情况如线路的多少、路灯与景观灯的不同情况进行不同的配置组合。并要求具有很可靠的耐高低温指标，防水及防尘等级。

路灯地理信息的设计要从整体和系统的角度考虑其角色和作用，并有效地利用最新的信息技术，如gis技术、组件技术、web技术、数据仓库技术、case技术等，实现设施资源、工作流程、规划、设计、运行和维护等业务管理的信息化和智能化构造一个既相互独立、又相互协作、资源共享、可互操作的业务综合网络，实现路灯事业的经济效益和社会效益。

五、结论

城市路灯电网结构日趋庞大，安全运行管理任务十分繁重。路灯线路地域分布的广泛性和涉及地理信息的复杂性，致使原有的管理手段己经不能满足实际管理的需要，必须采用gis和mis相结合的技术，寻找一种以数据库管理为中心、空间数据集中式处理的工作平台，以便进行路灯电网管理数据的采集和更新以及多系统间的无缝集成。

提高亮灯的一致性，可实现全部路灯齐亮、齐灭的壮观景象，又可以避免各处钟控器和光控器的故障引起的失控而造成的电能浪费。但是我们国家在很多方面与国内先进的技术还有差距，还需要在以下两方面做进一步的研究工作，一方面适应范围需要更广，对于个别点存在误报情况的，只能采取延时上报等方式；另一方面执行效率还需要更高，对于程序的运行速度等问题还需要更好的优化过程。

自动控制论文:电力系统安全自动控制与继电保护

[摘要]有效保证电力系统的安全运行，对电力行业的可持续发展来说有着积极的意义。当前，电力系统逐渐朝着自动化和智能化的方向发展，电力系统安全自动控制系统和继电保护装置的作用也越来越重要，是预防电力系统故障的有力保证。随着技术的不断革新与升级，电力系统安全自动控制系统和继电保护装置的功能和作用也越发的完善，对维护电力系统的安全、平稳运行有着重要的作用。

[关键词]电力系统；安全自动控制；继电保护

电力系统的平稳运行，离不开安全自动控制与继电保护装置的支持。作为电力系统的重要组成装置，安全自动控制系统和继电保护装置的应用，能够有效控制故障的发生，进而维护电力系统运行的安全性和稳定性，有效解决其中存在的问题。就目前电力系统安全自动控制与继电保护的发展形势来看，仍然还有很大的进步空间，其发展潜力还有待于挖掘，以全面提升电力系统运行的安全。

1安全自动控制与继电保护的要求

1.1安全自动控制与继电保护的基本要求

安全自动控制与继电保护在安全性能方面需要满足以下基本要求。其一，安全可靠。安全自动控制系统与继电保护装置的作用就是维护电力系统的稳定运行，安全可靠是最基本的要求。在安全自动控制系统和继电保护装置的控制和保护区域，对该范围内的电气元件的异常情况以及系统设备运行故障迅速的予以处理，并且继电保护装置的职能是保护和控制该区域内的电气装置，非控制区域的故障，不需要启动保护装置，不逾越“本职”。明确安全自动控制系统和继电保护装的职责所在，以确保其可靠性[1]。其二，灵敏迅速。在安全自动控制与继电保护的控制范围，对于异常情况和故障能够及时的反应，其中继电保护测量元件起到了关键性的作用，确定规定的动作值，根据运行方式以及故障类型进行综合分析，作为制定点校验的参考，进而得出相关参数，以确定灵敏系数。在此基础之上，继电保护装置能够以最快的速度处理电气元件故障，进而控制故障的发生和“蔓延”，避免电力系统线路和装置受到严重的损坏。其三，选择性。在安全自动控制与继电保护发挥作用时，能够选择性的将故障元件予以切除，缩小停电区域范围，非故障区域能够继续运行，并及时的消除故障，将故障的影响限制到最小的程度，避免给社会生产生活带来不便。

1.2继电保护的关键点

在应用继电保护装置时，有几处关键的环节需要注意。其一，在继电保护装置检验方面。电流回路升流和电压回路升压试验要在继电保护装置检验过程的最后阶段进行，必须在其他项目试验完成之后，试验完成之后，定值、定值区以及二次回路接线不能发生改变。定期检验当中的负荷向量测量以及打印负荷采样值，不能在设备的热备状态下进行。其二，定值区的正确性对于继电保护装置安全运行十分关键。因此在修改定值时需要格外注意，打印定值单和定值区号，确保日期、变电站以及设备名称的准确性，做好工作记录，定值编号一定要予以注明，确保定值区的准确性。其三，继电保护装置的一般性检查。连接件的紧固性、焊接点是否存在虚焊以及机械特性都是重点检查的内容，以避免存在安全隐患，需要对螺丝、焊接点进行一一严格的检查，对松动和虚焊要及时的予以完善处理，进而保证继电保护装置的安全运行。另外，保护屏各装置机箱屏障接地检查，其中铜排接入地网的可靠性是十分关键的，必须严格予以检查，确保其符合相应的标准。对继电保护装置的检查工作，必须做好工作记录，并作为下一次检查的参考[2]。

2安全自动控制和继电保护装置的应用

安全自动控制和继电保护是有效保证电力系统安全运行的重要途径，对电力系统相关设备和元件进行保护，消除其中存在的故障，维护电力系统运行的安全与稳定。能够对电力系统运行进行实时监测，对于电力系统运行中的异常情况，及时的发现处理，避免其形成危害，在电力系统中发挥着重要的作用。

2.1电网调度自动化

安全自动控制和继电保护装置的应用，在电网调度自动化控制当中得以充分的体现。电力调度自动化主要利用信息技术来收集和处理数据，能够根据这些数据对电力系统的运行情况进行有效的分析。充分发挥安全自动控制和继电保护的重要作用，实现安全监测和实时控制的目的。由系统的调度中心统一进行调度，对变电站和发电厂进行远程控制，有效监测其运行情况，实现电力调度的自动化控制。发电自动控制、负荷预测、电力系统安全监视和分析以及电路恢复和紧急控制等内容都是电力调度自动化的重要体现，充分将安全自动控制和继电保护装置的作用发挥出来，使电力调度工作平稳有序的进行，进而保证电力系统运行的稳定性[3]。

2.2电力系统的安全控制

在电网调度自动化的基础之上，实现了电力生产、管理、传输的自动化控制，形成了完善的电力系统的安全控制系统。配电网，变电站以及发电厂都是安全控制的重点内容，利用安全自动控制系统和继电保护装置进行予以有效的保护和控制。安全监测、生产调度以及网络信息传输等内容实现了安全自动化控制。电力生产的效率得以有效提升，电力系统的更加安全可靠的运行，供电电压、电流的稳定性得到保障。在配电网、变电站、发电厂安全自动化控制，根据各自的结构特点，安全控制方法与控制效果会存在显著的差异。其中，发电站会由于发电方式的不同，其安全自动化控制方式也会存在不同，例如水电站和火电厂的安全自动化控制。配电网、变电站、发电厂的多级控制，促进了电力系统的安全自动化控制，更加安全平稳的运行下去。

2.3供电系统安全控制

在供电系统安全控制当中，利用安全控制系统以及继电保护装置，加强负荷控制、变电站安全自动化控制以及电力调度监控。在供电系统的运行当中，通过声频或工频控制的方式来控制负荷。变电站安全自动化控制和电力调度监控则实现了自动远程监控，充分发挥安全控制系统以及继电保护装置的重要作用，利用信息技术的优势，保证供电系统安全稳定的运行，为电力供应提供有力的安全保障[4]。

3结论

安全自动控制与继电保护在电力系统当中的应用，维护了电力系统的安全运行，促进了电力系统自动化和智能化的发展。在电力系统运行当中，电力系统安全自动控制系统和继电保护装置发挥着重要的作用，能够有效预防电力系统故障，消除安全隐患，成为保证电力系统安全运行的重要途径，以维护电力系统的安全运行。

作者：刘琦 单位：湖南省邵阳学院

自动控制论文:主排水泵自动控制系统论文

1系统组成

1.1系统采集的监控信号。

（1）开关量输入信号

这一信号主要是对水泵的开关进行控制，如果出现任何故障状态可以实现远程监控。而且每一个阀门的开关状态都可以通过相关的指令来完成，相关的检修指令是相对比较重要的构成部分，还可以实现控制指令，检修指令，对液位的报警情况进行控制。

（2）开关量出输出信号

输出信号主要是对水泵电机的启动和停止来进行控制，不仅可以对电动闸的开关进行控制，还可以对真空信号进行监控。可见，输出信号也是不可缺少的信号类型之一。

（3）模拟量输入信号

从这一类型的信号可以看出，水仓水位、水泵抽水真空度负压等。另外，对于电机的轴承、温度以及排水的流量等都可以进行监控。

1.3系统的基本特点。

从这一系统来看，其基本的特点主要表现为以下几个方面的内容：第一，要选择性能较高的可编程逻辑控制器来进行控制，然后借助以太网的通讯模块来对数据进行高效地处理。这种方式的实时性比较突出，而且数据处理工作也比较快。第二，可以检测到水仓中其他工况的设置情况，还可以促进水泵管路的分布更加均匀。减少故障的出现频率。第三，在整个系统中具有各种不同的可靠性措施，为了应急预案，采取的维护量比较少，达到无人值守的目的。第四，可扩展性比较强，可以随着根据系统运行的需要在增加节点数量。

2系统功能

2.1自动控制功能。

（1）通过对水位进行自动检测来实现各项参数的标准性和准确性，进而达到自动控制的标准

实现科学合理地调度和轮换工作，最终达到报警的目的。自动控制功能的实现效果比较明显。

（2）在系统运行的过程中，自动控制功能还表现在对超声波水位仪以及传感器结构来实现设备的配套工作

同时还可以应用PLC来对程序进行编制，减少水位传感器故障现象的出现，通过实时报警来对水文进行监测，提升自动控制的作用和价值。

（3）可以对水泵的运行程度进行自动控制

水泵投入使用之前需要检查相关的水位，同时还需要对供电参数进行明确。另外，水泵循环使用的相关记录还包括管网的压力检测以及负压检测等工作，只有这些参数全部符合标准才能够进行运行。

（4）可以对水仓中水位的变化情况进行控制

在高水位开启的情况下，水位如果达到了上限，对多台水泵可以进行及时地排水，进行低限时性停泵，可以实现水泵设备的自动开停。

（5）控制程序的运行就是对水泵的开启和停止的次数以及相关的运行时间来进行记录

并且根据运行的相关参数来实现自动启停。这样不仅可以提升水泵使用率，还可以直接找到故障泵，实现水泵的轮换，对故障进行发现和处理。提升矿井工作环境的安全性。

（6）如果系统出现了故障问题，可以通过查看监控画面的形式来提升系统的报警功能

以便施工人员能够及时地采取措施来进行解决。

2.2半自动控制功能

根据矿井工作的需要可以对运行方式进行切换，达到半自动控制的方式，在这种情况下，操作人员可以完全地操控水泵和其他设备的启停。

2.3就地控制功能

就地控制功能也是不容小觑的，当设备工作方式切换到就地位置时，就可以实现人工方式来对控制设备的启停进行控制，同时还可以随时对设备进行检修和维护。可见，就地控制功能是自动控制系统的重要功能之一。

2.4保护功能

从保护功能上看，主要包括超温保护、电机保护以及电动阀门保护等等。第一，超温保护主要是就是当水泵或者是电机轴承达到最高温度时，超过了警戒线就会自动进行报警。相关的工作人员就可以通过这一报警信号来采取解决对策。第二，电机保护就是对通过电机的电流和电压等进行监测，还包括对水仓水位的相关参数进行控制，对电机的系统运行功能进行保护。第三，电动阀门保护就是对阀门的故障信号以及水泵的连锁控制系统进行保护，同时对电动阀门的相关信息进行检测。

3经济效益与社会效益

针对本次所研究的系统来说，在安装该系统后，每天每班可减少水泵房司机2人，每工按100元计算，每年可节约用工资金365×2×3×100=21.9万元。系统保护齐全，运行安全可靠，减少了事故的发生，同时降低了水泵工的劳动强度，改善了工作条件，使水泵工的工作由重体力劳动向轻体力、脑力劳动转变。

4结语

如今，我国在煤矿井下排水的优化、排水系统的控制、改造设备及管道的合理布局方面得到了较好的效果，还有一些研究人员在排水系统的控制方面使用了智能控制，将模糊控制及一些先进算法应用到排水方案中，优化了煤矿排水系统的控制策略，使得矿井排水系统实现了实时监控、故障诊断、报警记录、信息显示和水泵轮换工作等。

作者：刘冰涛 单位：冀中能源股份有限公司东庞矿

自动控制论文:锅炉自动控制系统论文

1DCS系统的基本构成

DCS系统在很长时间就已经得到了相关方面的普及工作，而且其在实际中的应用效果也是非常好的，可以说在各个领域的自动化控制技术领域都有其不可取代的地位。DCS系统就是集散的控制系统，系统的核心思想是通过分散控制，进而进行集中操作的指导方针。DCS系统主要是由上位系统还有下位系统构成，上位系统应用的是工业控制计算机，现场的数据，存储，还有报警处理，打印以及控制参数的设定等，都是运用组态软件来完成实时的显示工作。在实际的作业工作中，通过借助于工业控制计算机，然后对上位系统进行全方式的控制，这方面的内容主要包括应用WinCC组态软件，实现对现场数据进行的实时的显示，处理，还有对各种参数进行的设定，以及对所有数据进行存储的工作，对一些可能出现问题的数据，实现自动报警，还有最终数据的输出功能等。而下位系统是由PLC构成的，同时还要连接现场的一些设备。在上下位系统之间，通过应用Ethernet来实现通讯，其根本目的就是要满足对数据的实时监控。就目前而言，基础的自动化控制系统组件主要有S7－300系列的PLC硬件，而系统平台的主要界面是Windows2010，其监控软件是WINCCV6.0，相应的编程软件是STEP7V5.3。

2针对于DCS系统的锅炉系统自动化控制系统的整体方案

2.1控制任务的运行方法。

（1）自动调节

通过对锅炉运行参数进行自动的调整，这样来适应外界的负荷，还有工质参数的要求，同时还能让锅炉保持在比较经济的工作状况下运行。

（2）程序控制

在程序控制方面而言，比如引风机，鼓风机，还有炉排的启动顺序等，它们控制开关的启、停以及运行等动作，通过先进的技术进行自动化的控制。

（3）保护联锁

如果是从保护联锁方面而言，比如锅炉在运行的过程中，这个系统配置对水位是否正常，以及压力是否正常等情况能够进行报警的系统功能，同时还包括那么针对保护作用的，对压力以及水位异常情况下的连锁保护功能。建立电气联锁保护系统，可以有效的预防和杜绝在设备关闭过程中的操作性失误。

2.2控制系统本身的功能

（1）控制燃烧系统

燃烧系统的控制的目的就是确保蒸汽管内的压力稳定，与此同时还要保证有足够的燃烧效率。所以为了平衡这二者的关系，操作人员在调节锅炉负荷以及燃料的时候，就需要及时的对送风，还有引风量进行有效的调节和改变。如果负荷增减的度量比较大，还可以选取调节措施为停开数层或某一层。

（2）锅炉送风自动控制系统

锅炉送风的主要目的是让投入的燃料，在炉膛燃烧的时候，能够自动的投入合适的风量，进而保证锅炉的原料的有效燃烧，从而来提高锅炉的工作效率。这里需要涉及到控制参数，而对送风的控制参数而言，主要是送风参数，还有煤气的压力参数，这两个参数可以让锅炉的热效率得到保证，通过借助不断的对送风机挡板开度的大小进行调整，进而来实现送风压力的自动调节的目的。如果有两台送风机同时的在运行，就应该并列其中的一个，而对另一个的送风机的挡板进行调节。

（3）对炉膛内负压力的调节

平衡量和引风量的目标，是当锅炉的运行处于稳定的状态时，要保持它的为微负压，做到这一点，系统就可以有效的并且安全的运行。炉膛中的负压自动控制机制，是通过调节引风机入口的风门开度来实现的，这个过程中，一定要保持炉膛内的负压在－20到10Pa的微负压状态之间，进而就可以保证锅炉安全的燃烧。

（4）对蒸汽温度的调节

在蒸汽温度的调节方面，现在基本上都是选用自制的冷凝水喷减温装置。它的工作原理是按照蒸汽的出口处，对温度测量的结果来判断的，通过自动打开调节阀，然后对温度进行有效的调整，以此来保证温度处于正常合理的范围之内，也就是在430到450℃之间。这些就是DCS系统的锅炉系统自动化控制系统的整体方案，这个方案的有效落实，在实际的生产中，不仅能够给相关的操作人员以很大的方便性，而且还能有效的保障各个行业的生产加工工作，尤其是在对燃烧的锅炉的保护方面，只要按部就班的执行每一项的工作内容，而不是偷工减料的落实工作，锅炉在工作方面是不会出现比较严重的事故的，所以相关的领导和技术人员对一线的操作人员，一定要做好相关的培训工作，进而保证DCS控制系统在实际的生产中发挥其最大的作用，给企业创造出更大的价值。

3针对于DCS控制系统的控制联锁保护技术

3.1锅炉的保护设计和技术应用

为了安全的监控炉膛，更好的保证稳定的锅炉燃烧情况，所以就需要控制好DCS的软硬件。在运行的时候，被输送到燃烧炉跟前的高炉煤气，还有焦炉煤气分别从锅炉的燃烧器，送入到炉膛内部而进行燃烧过程，煤气燃烧所需要的空气是由鼓风机提供给，而鼓风机在工作的过程中，先要把冷空气送到空气的预热器内，然后通过加热后，再让热风道把热空气送进炉膛内。如果煤气的压力过低，或者鼓风的引风因为其他的故障而停止了工作，锅炉的内部就会发生回火而造成爆炸的事故，对锅炉中的所有气动阀来说，在切断层面上都必须要进行连锁控制，这样才能保证在出现异常的时候，所有的安全气阀都可以被自动的连锁系统给切断，也就是说，点火煤气压力控制点火小的气动阀，而喷气自动阀，还有高炉煤气压力控制高炉的大喷气动阀，在它们之间实现连锁和切断，这对于所有的气动阀来讲，如果让引风机以及鼓风机进行全部的控制，那么一旦出现鼓风，引风机停止作业的情况，就会造成所有的气动阀都会被快速的连锁切断。

3.2水位连锁保护技术的应用

针对于DCS控制系统方面，其在处理水位变化方面能够实现非常好的自动化控制。这个系统内设置了因压力的大小而导致水位偏高或偏低的声光报警装置，还有因水位偏低而停炉热工连锁保护保护功能。尤其是气泡水位的控制设计方案，其可以根据给水的流量，还有气泡液位和蒸汽的流量对给水阀进行合理化的调节，进而保护了锅炉水位的稳定性。

4总结

这种DCS系统的锅炉系统自动化控制系统，不仅能够达到上面的效果，而且还能很好地实现节能，环保以及降耗，并且最终能够达到良好的经济效益以及社会效益目的，以上通过对自动化控制系统设计经验的分析，尤其是在DCS系统反面下的锅炉系统自动化控制系统应用的阐述，希望能给业界人士提供一些借鉴。

作者：王玮琳 单位：西安磐石电力科技有限公司

自动控制论文:自动控制教学改革论文

一、改进教学方法

由于“自动控制基础”课程比较抽象，不同于一般的专业课，在授课过程中，学生普遍反映学习比较吃力，不知道这些知识学了用在什么地方，某些学生有“自动控制基础课程难学又没用”的想法，大部分学生的学习目的不明确，上课的注意力很容易不集中，传统教学方法严重影响学生的学习积极性。针对这种情况以及学生对应的偏船舶专业背景，在课堂教学中引入船舶中大量的控制系统应用的实例，如把船舶柴油机气缸冷却水温度控制系统、船舶燃油黏度控制系统、船用辅锅炉的水位自动控制系统、主机遥控系统和船舶火灾监控系统自动控制等等，穿插到本门课程的教学中。这种教学方法通俗易懂，学生能很快接受，从“要我学”转变为“我要学”，课下经常有学生请教实例中深层次的问题，学生普遍反映喜欢这种实例讲解。同时在教学中注意采用多种教学手段与方法，上课并不是简单地“念”多媒体课件，对于重要的数学推理以及公式，还是在黑板上进行推导，现代教学手段与传统教学方法有机结合，可以使得课程教学更加科学；课上多用启发式提问，增加学生对知识点的感性认识，让学生积极思考和分析，然后积极组织学生参与课堂讨论，最后教师加以总结。师生之间形成良好的互动，课堂教学氛围比较活跃，很大程度上调动了学生对学习的兴趣。

二、注重Matlab软件

在教学中的应用Matlab软件在欧美国家早在20世纪90年代就正式引入教学中，如今Matlab已经成为线性代数、控制理论、数理统计和数字信号处理等课程的基本教学工具，成为欧美国家大学生必须掌握的基本技能。自动控制基础课程理论复杂，公式也比较多，Matlab控制系统工具箱可以很好地处理以传递函数为主要特征的经典控制问题。将Matlab引入课堂教学中，不但可以提高教学质量，也能吸引学生的学习兴趣。例如时域分析中，系统对各种典型输入信号的响应传统上都是利用拉普拉斯变换法求解出系统输出的拉普拉斯变换，然后拉普拉斯逆变换得到输出的时间函数。由于江苏科技大学能源与动力工程专业学生以前没有学过复变函数与积分变换这类课程，加之过多的数学变换干扰了学生对时域分析的理解，特别是二阶振荡系统，得到的系统输出方程比较复杂，学生难以理解。而且课堂教学中做出准确的曲线也比较困难。在Matlab环境下，可以很方便地输入相应的参数，从而得到相应的响应曲线。再通过改变自然频率和阻尼比的大小，可以很直观地观察到这两个参数对时间响应曲线的影响。整个过程清晰明了，教学形象生动，复杂抽象理论的概念得以具体图形化，学生对知识点易于掌握，对课程的兴趣也得到提升。另外利用此软件在频率特性的Nyquist图、Bode图的绘制与分析以及系统的校正等传统教学难点的教学中也收到了很好的教学效果。课下也鼓励学生学习Matlab软件，建议课后部分作业用Matlab来完成。

三、加强实验教学课程的实践

教学环节在江苏科技大学是独立授课实验，授课教师与实验教师的沟通尤为重要。一方面，目前实验安排上尽量压缩讲解时间，减少演示性的实验项目，相关的理论知识学完后紧跟实验，增多设计性、综合性的开放实验内容，强化学生对基础知识的理解，培养学生的自主学习能力，确保学生不但能做出结果，还能知道为什么会有这样的结果；另一方面在Matlab环境下开展计算机辅助虚拟教学实验，“虚实”两种手段有机结合。对于动手能力强的学生，利用实验室现有的设备，引导学生自己设计实验项目，能力非常突出的，吸收到学校相关本科生创新计划的研究小组。充分发挥学生的学习主动性和创造性，为毕业后的工作或深造打下基础。

四、改革考核方式

“自动控制基础”课程为必修考查课，考核方式比较灵活，教师可以自由选择。以前都是采用开卷考试或者是小论文的方式，实施下来发现效果非常差，学生对本课程的重视程度不高，上课不听讲、睡觉，甚至干脆逃课的现象很多。而且自动控制基础的一些基本概念和理论必须掌握，所以考试是必要的。但单纯采用闭卷考试后，学生往往都在考试前突击复习，相当一部分学生的成绩都是勉强及格。后来改用平时成绩加期末考试卷面成绩综合的形式，平时成绩和期末考试卷面成绩各占50%，平时成绩由以下几部分构成：1.课堂考勤；2.课后作业，事先声明严禁抄袭，必须是自己独立完成，对于交上来的作业教师认真批改并及时讲解，作业有抄袭嫌疑的在课堂上向学生求证，几次下来作业抄袭现象得到了很好的遏制；3.课题提问环节，每次随机提问，而不是传统的按照学号顺序来，这样每个学生都觉得自己会被问到，上课就会集中注意力，认真听讲，同时也能检验学生的学习效果，每位学生在整个课程的教学过程中至少要被提问三次；4.额外加分项，课堂练习中有把握的学生可以上黑板来完成和讲解，效果良好的学生可以获得若干额外加分，份额为1—5分，为了公平起见，每个学生这样的机会是两次。期末考试不设填空题和选择题，一般为四到五道计算题，命题突出能力考核。以上教改措施经过近几届学生的实施，取得了一定的成效，效果显著，提高了教学质量，激发了学生的学习兴趣，加深了学生对课程知识的掌握，这也为后续课程的学习打下了良好的基础。但教学方面还有很多问题需要继续探索与完善，教学方法必须不断改进、不断总结、不断创新，达到进一步提高学生的学习主动性，增强学生的学习创新能力、实践能力的培养目标。

作者：徐华平潘朝峰刘炳霞单位：江苏科技大学