控制系统论文范文（精选12篇）
控制系统论文 第1篇
近年来,网络控制系统(NCS)已成为控制理论界和工业应用领域的一个热点问题[1]。一些国际知名期刊相继出版了很多关于NCS的专刊[2,3,4,5,6],NCS也一直是控制、计算、通信、网络等诸多领域内许多国际会议的征文主题之一。针对网络控制系统的综述见文献[7,8,9,10,11]。然而,针对工业过程控制中广泛存在的一类特殊的网络控制系统,网络化串级控制系统(NCCS)[12,13]的分析和综合还有待系统深入的研究。
在网络控制系统和网络化串级控制系统中,采用网络来传输系统中的各种信息,可大大减少系统布线,降低系统成本,便于系统维护,提高系统的灵活性和可靠性。然而,在网络控制系统和网络化串级控制系统的控制回路中插入网络,也给它们的分析和综合带来了新的挑战,使得系统的分析和设计变得异常复杂。文献[14]将NCS中的网络诱导时延分别建模为常数时延、独立分布的时延和 Markov链,并研究了相应的控制器设计问题。文献[15]只考虑了有数据包丢失的NCS,建立了系统的模型并分析了其稳定性。文献[12]仅针对有时延的NCCS建立了系统的闭环模型,没有考虑数据包丢失。
本文提出了广义对象和广义控制器的概念,同时考虑了网络诱导时延和数据包丢失,采用增广状态向量法在离散时间域分别建立了网络控制系统和网络化串级控制系统统一的闭环模型。
2 广义对象和广义控制器
随着仪器仪表的发展,智能化现场设备如传感器、控制器和执行器一般都具有通信能力。在网络控制系统和网络化串级控制系统中,传感器和控制器都具有通信能力。以下分别定义了广义对象和广义控制器。为便于分析,作如下假定:①传感器、控制器、执行器均是时钟驱动的;②网络诱导时延是采样周期的整数倍,随机且有界的;③网络发生丢包的概率是固定的,且最大连续丢包数是1。
2.1 广义对象
广义对象包括被控对象P、传感器S以及发送传感信息的网络N,如图1所示。
考虑连续时间线性时不变对象P,其状态空间方程为:
undefined
采样周期为h,在一个采样周期内对其离散化得其离散时间状态空间方程为:
undefined
式中:Φ=eAh;Γ=∫undefinedeAsdsB。
假定网络诱导时延为ph,p=0,1,…,P,数据包在网络上的成功传输率为α,即当数据包成功传输时,α=1;当数据包丢失时,α=0。因此,网络模型可表示为:
w(k)=αy(k-p)+(1-α)y(k-p-1) (3)
联立式(2)和式(3),得到广义对象undefined如下:
undefined
式中:增广状态向量undefined;
讨论:p=0时,如果α=1,则有w(k)=y(k),即广义传感器中无网络,传感器将周期性地采集传感信息直接发送到控制器;如果α=0,则有w(k)=y(k-1),即广义传感器中的网络仅有丢包而无时延。p=1时,如果α=1,则有w(k)=y(k-p),即广义传感器中的网络仅有时延而无丢包;如果α=0,则有w(k)=y(k-p-1),即广义传感器中的网络同时存在时延和丢包。
2.2 广义控制器
在网络控制系统和网络化串级控制系统中,控制器一般都是由计算机在离散时间域实现的。广义控制器包括控制器C和发送控制信息的网络N,如图2所示。
考虑离散时间动态输出反馈控制器C,其状态空间方程为:
假定网络诱导时延为qh,q=0,1,…,Q,数据包在网络上的成功传输率为β,即当数据包成功传输时,β=1;当数据包丢失时,β=0。因此,此时网络模型可表示为:
v(k)=βu(k-q)+(1-β)y(k-q-1) (6)
联立式(5)和式(6),得到广义控制器undefined如下:
式中:增广状态向量undefined;
讨论:q=0时,如果β=1,则有v(k)=u(k),即广义控制器中无网络,控制器周期性地将计算出来的控制指令直接发送到执行器;如果β=0,则有v(k)=u(k-1),即广义控制器中的网络仅考虑了丢包。q=1时,如果β=1,则有v(k)=u(k-p),即广义控制器中的网络仅考虑了时延;如果β=0,则有v(k)=u(k-p-1),即广义控制器中的网络同时考虑了时延和丢包。
3 网络控制系统的统一建模
在一个典型的单回路控制系统中,有三个现场设备:传感器、控制器和执行器。传感器安装在现场,和被控对象直接连接,执行器接收控制器的控制指令驱动执行机构改变被控对象的状态。在现场总线控制系统(FCS)中,传感器和执行器具备计算和通信能力,控制器可内置于传感器中,也可内置于执行器中,此时网络的位置存在于控制器和执行器之间,或传感器和控制器之间;而在分散控制系统(DCS)中,控制器一般置于网络上其它的独立节点中,此时网络同时位于控制器和执行器之间,以及传感器和控制器之间。一般的网络控制系统如图3所示。
基于第2部分定义的广义对象和广义控制器,联立式(4)和式(7),得到网络控制系统统一的闭环系统模型为:
所建立的闭环系统模型表明,系统矩阵Ω与采样周期h有关,并取决于p,q,α,β的取值,同时存在时延和数据包丢失的网络控制系统是离散时间线性切换系统。
4 网络化串级控制系统的统一建模
在一个典型的网络化串级控制系统中,有三个现场设备:主变送器、副变送器和执行器。主变送器和主对象直接连接;副变送器和副对象直接连接;执行器接收控制器的控制指令驱动执行机构改变副对象的状态进而改变主对象的状态。由于现场设备都是智能的,具有存储计算功能,可将主控制器和副控制器任意置于这三个现场设备中,因此网络可能存在的位置有:主变送器S1和主控制器C1之间、主控制器C1和副控制器C2之间、副变送器S2和副控制器C2之间、副控制器C2和执行器A之间。一般的网络化串级控制系统的方框图如图4所示[16]。
以下针对图4所示的典型网络化串级控制系统进行分析和建模。基于第2部分提出的广义对象和广义控制器,图4可转化为图5所示的方框图,包括广义主控制器undefined、广义副控制器undefined、广义副对象undefined和广义主对象undefined。
图5中,广义主控制器undefined如图6所示。
考虑主控制器C1是离散时间动态输出反馈控制器,其状态空间方程为:
假定网络诱导时延为p1h,p1=0,1,…,P1,数据包在网络上的成功传输率为α1,即,当数据包成功传输时,α1=1;当数据包丢失时,α1=0。此时网络模型可表示为:
联立式(9)和式(10),得到广义主控制器:
undefined
广义副控制器undefined如图7所示。
考虑主控制器C2是离散时间动态输出反馈控制器,其状态空间方程为:
其输入为:
e2(k)=v1(k)-w2(k) (13)
假定网络诱导时延为p2h,p2=0,1,…,P2,数据包在网络上的成功传输率为α2,即当数据包成功传输时,α2=1;当数据包丢失时,α2=0。此时,网络模型可表示为:
v2(k)=α2u2(k-p2)+(1-α2)u2(k-p2-1) (14)
联立式(12)～式(14),得到广义副控制器:
广义副对象undefined如图8所示,副对象P2是连续时间线性时不变的,其状态空间方程为:
在一个采样周期h内对式(16)离散化得其离散时间状态空间方程为:
式中:
假定网络诱导时延为q2h,q2=0,1,…,Q2,数据包在网络上的成功传输率为β2,即当数据包成功传输时,β2=1;当数据包丢失时,β2=0。因此,网络模型可表示为:
w2(k)=β2y2(k-q2)+(1-β2)y2(k-q2-1) (18)
联立式(17)和式(18),得广义副对象:
广义主对象undefined如图9所示,考虑连续时间线性时不变主对象P1,其状态空间方程为:
在一个采样周期内对其离散化得其离散时间状态空间方程为:
式中:。
假定网络诱导时延为q1h,q1=0,1,…,Q1,数据包在网络上的成功传输率为β1,即当数据包成功传输时,β1=1;当数据包丢失时,β1=0。因此,网络模型可表示为:
w1(k)=β1y1(k-q1)+(1-β1)y1(k-q1-1) (22)
联立式(21)和式(22),得广义副对象:
联立式(11)、式(15)、式(19)和式(23),得网络化串级控制系统统一的闭环系统模型为:
ξTk+1=Ω ξTk (24)
式中:ξTk=undefined;
所建立的闭环系统模型表明,系统矩阵Ω不仅与采样周期h有关,还取决于p1,p2,q1,q2,α1,α2,β1,β2的取值。有时延和数据包丢失的网络化串级控制系统是离散时间线性切换系统。
5 结束语
控制系统论文 第2篇
学生实践操作、思考讨论、展示评价。
在体验设计机器人的开环控制和闭环控制过程中，可以强化学生对开环控制系统和闭环控制系统区别的理解。
辨别下列系统属于开环控制系统还是闭环控制系统：
冰箱温度控制系统
路灯声光控制系统
马桶水位控制系统
交通灯控制系统
指导各小组讨论、辨别。
小组讨论，运用所学知识分析判断。
检验教学目标的达成并进一步巩固学生对开环控制系统和闭环控制系统概念及辨别方法的掌握。
4.归纳总结
拓展延伸
课堂小结
引导学生总结本节课的学习收获，
布置课后拓展延伸思考题。
分组讨论，归纳总结。
使学生对控制的思想方法的认识得到提升。思考1回归生活。思考2扣机器人主线，前后呼应。
综上所述，在本节课中共提出3个递进问题，进行了4项学生探究活动，前后共分析了8个案例，演示了一个实验，布置了2个拓展延伸。
四、教学反思
这节课我反复思考，也有过困惑。如：对知识和技能度的把握;对学生在给定时间内能不能自主完成实践任务也有担心。然而随着课堂教学目标的有效达成，使我坚信这种课型模式是成功的，能有效提高学生技术素养。只要我们相信自己的学生，让他们成为课堂的主体，他们就一定能从自主探究和实践中体会到技术带来的乐趣!
基于均匀控制的精馏控制系统 第3篇
【关键词】均匀控制；精馏；单回路；串级；双冲量
1.精馏系统概述
在典型的有机硅精馏系统中，高沸物裂解产品将被通过精馏的方法，将其中的一甲基二氯氢硅烷、三甲基一氯硅烷、一甲基三氯硅烷和二甲基二氯硅烷单独分离出来[2]。
系统一般主要包括脱低塔、一甲塔、二甲塔和脱高塔等几个串联塔和一个间歇精馏塔[3]。主要分离过程为：高沸物裂解产物由泵送入脱低塔，在该塔完成低沸点组分（包括三甲基氯硅烷及沸点比三甲基氯硅烷低的组分）与沸点较高的组分（包括一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷及高沸物）的分离。在该塔的进料口以上设置有两个侧线采出口，第一侧线采出口采出一甲含氢产品，其纯度在99%以上，第二侧线采出口采出粗三甲馏分，粗三甲馏分进入间歇精馏塔，回收少量的三甲基一氯硅烷。脱低塔塔顶气相为以氯甲烷为主的轻组分，可以过进一步用冷冻盐水冷凝回收少量的四甲基硅烷、三氯氢硅和二甲基一氯氢硅。沸点更低的氯甲烷排放进入吸收系统，脱低后的塔釜产品进入一甲塔。一甲塔塔顶采出合格的一甲基三氯硅烷产品，其纯度大于99%，塔釜产物进入二甲塔。二甲塔塔釜产品进入脱高塔，二甲塔塔顶产品返回一甲塔。脱高塔主要完成二甲基二氯硅烷与高沸物的分离，塔顶采出合格的二甲基二氯硅烷产品，纯度在99%以上，塔釜为高沸物产品[4]。
对于精馏系统，可采用具有较强的模拟量处理能力和回路控制功能、又兼具快速逻辑控制功能及系统实时性相对较好的常规DCS系统作为其控制系统[5]。
2.均匀控制的引入
在实际应用时，由于生产过程有连续性和稳定性的要求，这就造成了供求矛盾[6]，在双塔系统中，甲塔的液位需要稳定，乙塔的进料亦需要稳定，这两个要求是相互矛盾的。甲塔的液位控制系统，用来稳定甲塔的液位，其调节参数是甲塔的底部出料，显然，稳定了甲塔液位，甲塔底部出料必然要波动。但甲塔底部出料又是乙塔的进料，乙搭进料流量的控制系统，为了稳定进料流量，需要经常改变阀门的开度，使流量保持不变。因此，要使这两个控制系统正常工作是不可能的。
要彻底解决这个矛盾，只有在甲、乙两个塔之间增加一个中间储罐。但增加设备就增加了流程的复杂性，加大了投资。另外，有些生产过程连续性要求高，不宜增设中间储罐。在理想状态不能实现的情况下，只有冲突的双方各自降低要求，以求共存。均匀控制思想就是在这样的应用背景下提出来的。通过分析，可以看到这类系统的液位和流量都允许按要求在一定范围内波动，这也是可以采用均匀控制的前提条件，即控制目标发生了变化。
在精馏控制系统中，存在以下供求矛盾：
（1）前一精馏塔物料增多，为维护本塔平稳操作，需将多余物料排出。
（2）后一精馏塔为维护平稳操作，并不需要过多的物料。
（3）相互串联的精馏塔数量可能较多。
（4）为提高效益，需加快物料在塔之间的流动速度，但这不利于为维护精馏塔的稳定，且最终影响产品质量。
为解决这些矛盾，使生产过程统筹兼顾，我们在精馏控制系统中引入均匀控制的思想。所谓均匀控制是就一种控制方案所起的作用而言的，因为从方案的结构看，有时象一个简单液位（或压力）定值控制系统，有时又象一个液位与流量（或压力与流量）的串级控制系统，所以其唯一的识别方法就在于它是否起均匀控制的作用。
3.均匀控制的原理
均匀控制系统，在结构上类似于单回路、串级及双冲量控制系统，因此可分为简单均匀控制、串级均匀控制和双冲量均匀控制等。
3.1简单均匀控制
简单均匀控制系统方案结构简单，但它对于克服阀前后压力变化的影响及液位贮罐自衡作用的影响效果较差。简单均匀控制系统适用于：进料量为主干扰，流量波动大，自衡能力弱的对象。
3.2串级均匀控制
蒸馏塔塔底液位与采出流量的串级均匀控制，从外貌看与典型的串级控制系统完全一样，但他的目的是实现均匀控制，增加一个副环流量控制系统的目的是为了消除阀前后压力干扰及自衡作用对流量的影响。因此副环与串级控制中的副环一样，副控制器参数整定的要求与串级控制对副环的要求相同。而主控制器（即液位控制器）则与简单均匀控制的情况作相同处理。
3.3双冲量均匀控制
双冲量均匀控制是以液位和流量两信号之差（或和）为被控变量来达到均匀控制目的的系统。一般以塔底液位与采出流量两个信号之差（若流量为进料时，则取两信号之和）为被控变量，通过控制，使两者都能按均匀控制的要求变化。
4.均匀控制在精馏控制系统中的应用
根据精馏控制系统的特点，多采用双冲量均匀控制，其简要结构中：
（1）Pi为设定值，Po=Pl-Pq+Pi。
（2）冲量：指引入控制系统中的测量信号而言。
（3）由两个参数之差为被控变量组成均匀系统。
（4）与串级控制系统相比，用一个加法器代替辅控制器。
具体动作过程：
（1）加法器运算：Po=Pl-Pq+Pi。
（2）稳态时：Po=定值，阀门有一个开度，使液位和流量同时保持相对稳定。
（3）调节过程：若某一时刻，液位因干扰而升高，则加法器输出Po增加，控制器接受这个偏置信号后进行控制，发出命令去开大阀门，引起流量增加和液位下降，当两个测量信号之差逐渐接近到某一数值时，加法器输出随之改变，系统又趋于稳定，调节阀停留在新的开度上，液位的平衡数值比原来有所升高，流量的平衡数值也比原来有所增加，从而达到了均匀控制的目的。
5.均匀控制的特点与意义
（1）表征前后供求矛盾。
（2）前后相互联系，相互矛盾的两个参数保持在允许波动范围内。
（3）使生产过程保持连续性和稳定性。
（4）均衡生产效益与产品质量，使其达到最优。
6.结束语
通过现场测试及数据分析，均匀控制表现出了较好的控制效果。本控制算法针对工业应用作了全面考虑，能在编程环境中很容易的根据算法直接编写实际的控制器。而且，本控制算法简单而高效，参数的物理意义清楚且易于调整，现场实施简单易行，是一个值得推广的好算法。
【参考文献】
[1]王骥程.化工过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，1981.
[2]董碧军，王煤，罗橙.热泵精馏在气体分馏装置丙烯塔中的应用分析[R].成都：四川大学化学工程学院，2008.
[3]王为国，王存文，吴元欣，曾真.二元常规间歇精馏的最小汽化总量[R].武汉：武汉工程大学化工与制药学院，2006.
[4]刘宗宽，顾兆林，贺延龄.燃料乙醇热泵恒沸精馏新工艺的研究[J].化工进展，2003，22（11）：1147-1148.
[5]何衍庆，俞金寿.集散控制系统的原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2002.
机电控制系统的控制方式分析 第4篇
机电控制技术是基于机电一体化系统而生成的一种基础性控制技术, 该技术的主要操作任务在于采取有效的控制方式, 使得被控制对象的控制值能够达到预定的标准值。在实际操作过程中, 这一目的的实现就要依靠专业机电传感装置来实施其监察效能。具体来说, 机电控制系统主要包括以下几种控制方式。
1.1 开环式控制方式
开环式控制方式主要是基于机电控制系统的控制通道而实现的一种控制方式。一般来说, 在系统控制过程中, 直接参与控制活动的信息主要来自于给定值、干扰变量、受控值三条信息通道, 而经过信息通过的两支信息则成为系统开展控制活动的基本依据。开环是控制方式通过在系统的控制装置和受控对象之间建立以有机联系, 进而形成一种顺向的作用, 使得信息通道内的给定值信息与受控值信号都呈现出单向传递的作用方向。而基于开环式控制方式的控制系统则被称为外环控制系统, 其优势在于通过对系统的输出量进行有效限制, 从而减低了系统遭受负面影响作用的风险。
1.2 反馈式控制方式
反馈式控制方式是机电控制系统中最为基本、应用范围最长的一种系统控制模式。在反馈控制系统中, 系统中的控制装置往往容易对受控对象施加较为明显的控制作用, 在这种控制过程中起到关键性作用的反馈性信息主要来自于受控对象的受控值, 系统通过对受控值所出现的偏差进行不断地休整和控制, 最终强化对受控对象的控制作用。反馈式控制方式与人体活动规律实际上具有异曲同工之妙, 人在进行日常行为活动时, 在完成一些常见举动之间, 也会实现在心中进行相关信息的事先判断, 通过对反馈而来的信息与实际情况进行对比分析, 不断修正出现偏差的信息, 直接将偏差消除。
1.3 复合式控制方式
复合式控制方式是一种较为复杂的系统控制模式。一般来说, 反馈控制装置只有在系统外部因素受到明显干扰的情况才能进行及时的信息修正工作, 而一旦外部干扰较小或未有影响的情况发生, 反馈控制的方式则无法顺利实现, 偏差修正工作无法完成。针对这一问题, 复合式控制方式不仅仅将外部干扰因素纳入到可测量的环境当中, 而且还将多个干扰因素的系统补偿效果也纳入了控制系统当中。通过在相应装置中设置好相应的补偿装置, 实现系统的实时扰动控制。只有建立了行之有效的反馈控制系统, 才能针对系统在运行过程中可能出现的诸多扰动因素所造成的信息偏差情况进行及时地控制和干扰补偿。
2 实现机电控制系统控制的基本要求
根据受控主体的不同, 机电控制系统实际上又可以分为手动控制与自动控制两类。其中手动控制是通过操作人员自身的判断和操作来进行系统控制, 而自动控制则是在人员无参与或者少参与的系统操作环境中, 相关控制设备器材依据已设立好的标准参数所进行自动化规划处理的运行状态。而后者是当前机电控制领域的未来发展方向和重要研究课题, 因此, 要实现机电控制系统控制, 首要的要求在于不断推动机电控制系统自动化的进程。
实现这一目标离不开相关科学技术的发展创新, 同时也离不开相关技术人员专业技能和个人综合素质的提高。只有基于高水平的自动化系统控制技术, 才能使得自动化了的机电控制系统能够在实际工作活动中处理更多更为复杂的系统控制任务, 才能真正地形成以控制系统为核心的联合控制结构。
另一方面, 由于在机电控制系统的控制过程中, 控制系统的具体组织结构、设定参数都需要进行标准化地确定, 某些典型信息输入系统之后, 其受控值应当根据应用参数与标准得到准确的控制。这就要求在系统组成过程中, 受控值的变化控制操作要严格遵循稳定性、快速性、精准性等基本原则。稳定性主要指的是机电控制系统在进行正常工作时, 需要保障系统的基本稳定作用, 当受控值与期望值的偏差较大时, 控制系统能够将受控值及时地拉回到标砖范围之内, 并且将其逐渐接近与消除状态, 即经过一段时间后, 偏差期望值的受控值能够迅速地恢复到初识期望值水平。
快速性主要指的是在系统的控制作用下, 受控值能够及时高速地被控制, 并在较短的过渡时间里得到调整。精准性包括两方面的含义, 即受控值的精准和期望器的精准。期望值的精准即指初始期望值的范围设定是设计人员依据相关设定程度与操作所严格得出的标准数据, 而受控值的精准则指受控值在受到系统控制修正作用时, 能够进行数据信息上的准确修正。针对数据变化的具体原因进行相应的修正操作, 在确保受控值不断接近期望值的同时, 也尽量做一些微观上的处理和操作, 从而将系统控制能力发挥到最高水平。
3 结语
机电控制技术是基于机电一体化系统而生成的一种基础性控制技术, 在其控制活动中, 机电控制的主要任务在于通过采取有效的控制方式, 使得被控制对象的控制值能够达到预定的标准值。在实际操作过程中, 这一目的的实现就要依靠专业机电传感装置来实施其监察效能。研究探讨机电控制系统的具体控制方式, 首先应当对其基本内容有一定了解。
具体来说, 机电控制系统主要包括开环式控制方式、反馈式控制方式、复合式控制方式等多种方式。而言实现机电控制系统控制, 就要求相关部门和技术人员不断推动机电控制系统自动化的进程, 要求在系统组成过程中, 受控值的变化控制操作要严格遵循稳定性、快速性、精准性等基本原则。只有针对具体的机电控制方式提出相应的控制要求和设计规划, 才能真正实现机电控制系统的创新发展, 才能为相关企业部门带来巨大的经济效益。
参考文献
[1]刘福禄.机电一体化技术的内涵与发展[J].重庆工业职业技术学院学报, 2012, 2 (03) :119-121.
[2]王斌.论机电一体化技术的发展趋势略述[J].产业与科技论坛, 2013, 5 (09) :145-146.
控制系统论文 第5篇
木工雕刻机虽然作为全自动化的机械加工设备，但也是需要相关的控制来完成自动化加工生产的。了解数控木工雕刻机 的朋友都知道，雕刻机控制方式主要有两种，一种是由DSP手柄控制系统，还有一种是电脑控制系统，即维宏软件控制系统。这两种系统各有优缺点，客户可以根 据日常的加工方式和加工工艺，选择更适合自己的控制方式。
木工雕刻机手柄控制系统优点就是节省空间，不用占用电脑；缺点就是操作起来相对麻烦一些，毕竟所有的功能都集合在一个控制面板上，操作不熟练很容易按错功能键。
木工雕刻机电脑控制系统优点是可以预览加工效果，随时可以看到加工轨迹，如果程序装载错误可以及时修正；缺点就是需要占用一台电脑，增加生产成本。
限位检测控制系统 第6篇
关键词：电机；检测；电流
中图分类号： TM301.2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）15-166-2
1 概述
其测试的主要原理是，采用可调速华辉电机（5GN-25GN-C，40W功率单相电机），电机旋转来回推动碰杆来触发限位动作，通过PLC（6ES7 212-1AB23-OXB8，24VDC8输入6输出西门子PLC）来检测限位并控制电机的运转，通过HMI（OP77A，西门子HMI）与PLC通讯显示限位通断次数及时间，并提示运行的错误示警。
2 工作原理
2.1 原理图
其中，主线路为：外接单相交流电源AC220V，通过一个两个快熔FU，然后接到一个二联负荷开关QF上，通过接触器KM来控制电机的通断，热继电器KR来保护电机防止过载、过流，过通控制器来控制电机的转速，此处设为1秒/转。控制线路：通过启动按钮SB控制KA继电器的输出（通过PLC来执行）来达到启动KM接触器，通过急停按钮SBME来停止电机运转，PW为开关电源，把220V交流转为24V直流供PLC和HMI显视频工作。PLC的Q0.0输出为电源指示灯GL，接通电源时GL常亮，Q0.1输出为故障点，所接RL为讯响器，当PLC检测出故障时RL发出锋鸣并闪烁红光，Q0.3输出为KA继电器，用于控制KM接触器，同时在发生故障时可以靠PLC切断KA输出来达到控制KM输出，停止电机。PLC的I0.0、I0.1、I0.2、I0.3接的4个用于检测的限位其代号为SL1、SL2、SL3、SL4，I0.4为启动输入点，I0.5为急停输入点，I0.6为热继电器KR的一组常闭触点，用于保护电机，阻止电机继续输出。
2.2 PLC程序
接通电源，Q0.0输出，电源指示灯亮，并同时调用计时子程序和错误检测子程序，网络为是在满足条件下Q0.3输出，启动电机。
对限位动作进行计数，并赋值给HMI上相应的地址，在达到固定次数时（100万次）复位计数器，发生故障需复位时，通过HMI进行复位控制（V10.0，HMI上设有复位按钮）。
计时子程序：如图2
启动以后开始计时，并将所计时间赋值给HMI相应地址，通过HMI复位按钮进行时间复位。
故障检测子程序：如图3
如上所示为电机至少转一周（现设电机转1周为1S，图所示为2S） 未接收到各限位的信号，说明设备上并未接入任何限位，并置位故障点及HMI故障地址，此时电机停止运转。（图4）
如图4所示，为单个限位故障，网络3是测试限位1是否接上，在限位1拉上的情况下测试限位是否在某个时间粘连或者损坏无法导通，此时置位故障，并置位限位1的故障地址v31.0（与HMI通讯相应地址）。用相同的方法检测第二第三第四个限位的故障及置位故障点，在HMI上提醒操作者哪个限位出现故障。出现故障通过HMI故障复位按钮进行复位，同时输出Q0.2使讯响器发出锋鸣及闪光。
2.3 HMI设备示图
热轧带钢控制系统宽度控制的优化 第7篇
1 宽度失宽情况
近几个月热轧生产线在轧制带钢产品时出现距离带钢宽度失宽 (宽度偏小) , 以及宽度数据没有及时采集, 导致失宽率高达6%, 严重影响了后续生产线的生产节奏和成品合格率。
2 原因分析及措施
2.1 宽度控制原理
配置在轧线粗轧前的侧压机减宽能力可以达到350mm, 可以将板坯的宽度减宽到成品需要的尺寸。下图是宽度控制规程的基本控制思想。
侧压机的减宽效率很高, 为了更好的控制宽度, 将宽度控制模型分成三个部分, 即侧压机的减宽控制、粗轧区域控制和精轧区域控制。在粗轧第一道次出口、粗轧最后一道次出口以及精轧出口都要根据测宽仪的测量数据进行宽度模型的学习计算, 提高宽度模型的设定精度。此外, 侧压机前安装了激光测宽仪, 侧压模型能够利用测量的板坯宽度信息提高的其宽度控制设定精度。通过改变每次侧压的侧压量, 可以轧制锥形坯, 锥形坯经过粗轧的第一道次后, 就可以轧成正常的矩形坯。
2.2 原因分析及措施
1) 宽度数据未被控制系统全部收集。由于热轧2250生产线, 大量水气以及高温等恶劣环境因素的影响, 现场一些跟踪信号存在不稳定的可能性, 导致过程系统收集的厚度数据发生偏差甚至无法收集。需要通过系统程序优化来解决这一难题。系统实现收集钢卷的宽度数据, 需要基础自动化系统提供触发信号以及实际的宽度值信号。当触发信号TNL_ROT_FDT触发时, 系统开始采集此钢卷宽度值当信号结束时停止采集宽度数据。优化的方案也就得从这两个信号着手。
然而在一些环境因素的干扰下, 偶尔会出现触发信号不稳定, 在中间或者结束过程中突然出现短暂跳变的情况, 系统在收集此钢卷温度数据的时候, 会误认为是数据采集结束, 便不会再收集带钢宽度数据, 造成宽度数据不完整, 如果跳变是在头部, 可能此卷便不会有正确数据收集上来。解决方法是系统对触发信号做前期处理, 做一个反应延时, 这样在跳变的时候信号便不会体现出来, 忽略不正常结束指令。由于此方法的实施, 钢卷尾部会产生一个多余的数据采集段, 这并不是钢卷实际的宽度数据, 并在以往的轧制经验当中总结出来, 由于甩尾或者其它情况, 尾部经常会出现一些不合理的数据, 此时系统需要增加一段系统程序, 将这些超出范围的不合理数据筛选掉, 按照工艺要求, 将带钢曲线的头部和尾部数据除掉。此过程的目的就是通过这些方法最终算出一个更能体现实际数据情况的值, 为轧制模型和后续工序提供参考依据。
2) 沿带钢长度方向宽度整体未命中。宽度整体未命中的原因主要是由来料宽度偏小引起的。侧压机能够接受的来料宽度的偏差是10mm, 在这个范围内的偏差, 基本不会导致成品宽度不命中。如果发现成品宽度偏小, 此时生产操作人员可根据侧压机对中时侧导卫测得的实际宽度, 将来料宽度修改成与其一致即可。其次是由于更换钢种和规格时出现的。例如, 减宽量为200mm时所需要的宽度补偿值是8mm左右, 而减宽量为50mm左右时宽度补偿值是12mm。此时应该及时对宽度补偿值作出相应调整导致的。需要对宽度模型进行优化, 关键是充分发挥侧压机、立辊的功能, 对容易出问题的较软钢种将粗轧机R2的颈缩补偿功能投用。调整模型中的Step Press Amount Coefficient补偿值将其适当调大。
3) 现成仪表故障导致的宽度偏小。这主要是参与厚度反馈控制的仪表稳定性造成的。生产实践中备用了多功能仪和平直度仪都可以测量宽度数据, 若多功能仪故障, 则可以更换使用精轧机出口中心测厚仪参与系统模型的宽度反馈控制。
3 结语
经过系统程序优化调试, 投入使用后, 数据收集正确率大幅提高, 没有再出现过无法收集数据的现象。避免了带钢无数据或收集到的数据不合理情况;避免了数据在收集过程中的偏差影响模型的自学习功能, 轧制出不合格产品;避免了成品卷因无实际数据, 导致封锁, 影响正常销售。针对带钢头部失宽, 通过对过程自动化系统程序的修改以及不断地优化轧制力模型结构, 使得生产线上宽度控制精度有了质的飞跃, 同时因不断地修改模型结构中各系数经验设定值, 使其更符合生产线的工艺与设备要求, 从而大大提高了各道次宽度偏差控制的水平。失宽率由前几个月的1.43%降至截止四月份的0.04%, 而冷轧基料的失宽率由2.71%降至0。宽度问题取得了良好的效果, 之后极少发生失宽, 更不用说批量出现。
摘要：详细分析了马钢2250热轧带钢生产线由于多种因素导致的宽度问题, 以及解决措施。
无线控制的立体仓库控制系统设计 第8篇
如今的社会自动化越来越追求高效性和自动化,人类一直希望通过简单的控制就能完成大量、复杂而高难度的工作,越来越追求高度自动化替代人类完成复杂、危险的工作。立体仓库的特点正是在于以高层立体货架为标志,以成套先进搬运设备为基础,但传统的立体仓库常常采用桥式天车来搬运货物, 不足之处在于天车的控制通常为有线,操作间一般就安装在横梁上随天车的移动而移动。为减轻天车负担,操作间一般非常窄小,操作人员会非常的不舒服,通常需要专人操作,上岗前还需要一段时间的培训和高空移动作业适应。为避免线路冗余和接插口不稳定以及高空作业的不安全因素等问题,本文设计了基于无线通信技术的立体仓库控制系统可以解决上述的问题。
2无线立体仓库控制系统设计方案
整个无线控制的立体仓库控制系统主要分为两大部分:电气部分和机械部分。其中,电气部分是整个系统的控制部分, 通过无线方式控制步进电机,从而达到调度机械部分的目的。 机械部分则是通过步进电机与滚珠丝杠的连接,化电机的旋转运动为螺母的直线运动,实现立体仓库中三维空间上的操作。
2.1控制流程示意图
整个无线控制的立体仓库控制系统的流程示意图如图1所示。通过按键操作,将控制命令输入单片机中。单片机接收到输入的命令,经过处理后,经SPI(setial peripheralinterface)接口将数据传送到无线发射模块中,得到命令的无线模块将数据包进行压缩,以一定频率发送到空间中。此时立体仓库的另一端无线接收模块反复搜寻信号,当接收到匹配信号后,自动校验并接收数据包。接收数据完成后,自动去除字头和校验码, 将整合后的信息传给另一块单片机。数据和信息在单片机内部经过处理,向电机驱动发出命令。将电信号命令转化为步进电机的机械传动。电机带动滚珠丝杠转动,通过滚珠将旋转运动转化为螺母的直线运动。
2.2电气部分设计方案
2.2.1发射部分
发射部分共有三大块组成,分别是:按键输入、单片机和n RF905发射模块。按键输入是整个系统的人机互联部分,工作人员通过六个按键,控制四个步进电机(有两个电机同步运动)正反转,从而控制滚珠丝杠在空间中上下左右运动。单片机是发射部分的核心,负责信息处理和指令控制。单片机将按键信息转化为电信号,然后将命令通过SPI接口传给n RF905无线发射模块,并对模块进行配置,控制无线通讯的过程。 n RF905无线模块是整个系统的通信部分,也是真个无线控制的核心,通过无线传输将两个有一定距离的器件联通起来。在发射部分中n RF905主要负责发送数据的工作,从单片机接收数据和指令,整理压缩后加上校验码和字头,以较高的频率发射到立体空间中,实现信号的无线传播。
2.2.2接收部分
接收部分也分为三大块:n RF905接收模块、单片机和电机驱动电路。n RF905是无线接收端,同时也是接收部分的命令输入器件。在立体仓库中,n RF905模块反复侦听空间中的无线信号,当接收到与设定频率相同的信号时,接收模块将开启Shock Burst RX模式,接收空中的无线数据。待接收完毕后芯片会自动处理接收到的数据包,除去字头和校验码,并通知单片机准备好传输数据。同样,单片机也是接收部分的核心。在无线接收模块处理好数据包并提示单片机准备数据传输后,单片机通过SPI接口从n RF905接收模块中读取接收到的数据,随后对输入信息进行解读和处理。然后对电机驱动芯片发出控制指令。电机驱动电路是整个系统电气部分的最后一个流程,也是衔接电气和机械两部分的媒介。电机驱动电路实质上是一个功率放大器,能够以控制电路的小电流小电压来控制大功率器件(这里是步进电机)。本文采用的电机驱动芯片DRV8833可以直接由单片机I/O口控制,通过芯片内部集成的双路H桥场效应管,最终达到控制步进电机的目的。
2.3机械部分方案设计
机械部分是整个系统的传动部分,包括步进电机和滚珠丝杠。步进电机与电机驱动电路一起,是电气和机械部分的媒介。本方案中采用的是两相四线步进电机,由通过电机的电脉冲决定电机旋转的方向和步距角。电机末端带动丝杠旋转,再由滚珠将旋转运动转化为螺母的直线运动,从而实现立体空间上的三维运动。桥式天车梁通过滑轮支撑在平行轨道上,形成一个门架。在立体仓库的上方架设两条平行的导轨,导轨中间横跨一座横梁,横梁上放有一个起重小车,小车下方悬挂吊钩。在实际仓库作业中,人们控制桥式天车的滑轮和起重小车,可以实现吊车在横向、纵向和垂直方向的运动,搬运立体仓库中的货物。
3系统设计
3.1系统整体介绍
在立体仓库中进行无线控制时,人机交互的按键控制端与对桥式天车的机械控制端通常有一段距离。因此,系统整体硬件设计分为发射板、接收板和桥式天车模型三大部分。发射板通过按键输入模拟仓库中人们用手柄操作的过程,以OLED屏幕模拟人机交互界面,是控制四个电机的控制单元;接收板有两个,一个接收电路板控制平行双导轨上的两个步进电机另一个接收电路板控制桥式横梁上的电机和吊车电机。此外,为模拟立体仓库中桥式天车的运动,模型中采用滚珠丝杠与步进电机组成机械部分。
3.2发射部分电路
在发射部分的电路主要是无线发射模块电路部分,所以这部分主要介绍n RF905无线模块的电路设计。n RF905无线模块的接口原理图如图3所示。除了电源引脚和地引脚外,u CLK时钟输入引脚悬空,其他引脚与单片机的I/O口相接。事实上n RF905既可以发送信号也可以接收信号,故接收部分的n RF905无线接收模块电路与发射电路完全相同。
3.3接收部分电路
VCCM是步进电机的供电电源引脚,经电阻和LED与DRV8833的n Fault引脚相接。
当步进电机通电后,若电机驱动电路不出现错误,则n Faul引脚为低电平,则LED灯会亮起,表示电机正常工作。因为电机工作时不需要芯片进入睡眠状态,所以DRV8833的n SLEEP引脚经电阻与电机供电电源相接,使引脚保持高电平,不会进入休眠。驱动芯片的AIN1、AIN2、BIN1和BIN2四个引脚与单片机的I/O口相接,控制双路H桥的场效应管通断来控制步进电机。
3.4机械部分结构
如图2是机械部分模型的结构设计方案,模型模拟了桥式天车的操作和行进方式。整个模型共用到四个步进电机和三根滚珠丝杠,两根横向平行的滚珠丝杠作为桥式天车的平行导轨,电机1和电机2同步驱动,移动横梁左右移动。电机3则驱动横梁丝杠螺母上的电机4前后移动,模拟天车中吊车的运动。最后电机4的旋转将控制吊钩上下移动,从而实现立体仓库三维空间上的运动。
4设计结果
4.1发射板和接收板的调试结果
如图3是发射板和接收板的最终组装电路。进行系统调试时首先要检查电源、复位、晶振和通信串口这四部分是否正常。首先将发射板和接收板的单片机最小系统部分焊好,待芯片恢复常温后,用万用表打到蜂鸣器一档,对整板电路进行短路检测。若线路短路时,蜂鸣器会发出叫声;如果断路,则万用表会显示高阻状态。万用表能够检测芯片引脚是否短路,是否有硬件设计问题,对贴片式芯片尤其必要。
4.2系统整体调试结果
系统整体调试要将机械部分与电气部分连接在一起,将电路板与桥式天车模型整合、固定,再试验整体效果。最终得到的无线立体仓库控制系统模型如图4所示。
桥式天车模型由三根滚珠丝杠和四个步进电机组成。平行导轨的两根滚珠丝杠上架有桥式横梁,导轨的两个步进电机接在同一接收电路板上,电路板固定在下方,用9V电压的电源适配器同步驱动。而桥式横梁上的两个步进电机同接在另一块接收板上,固定在桥式横梁左方,用5V电源适配器驱动。无线发射的电路板放在远端,插上电源后,对整体系统进行调试。所有电路板上电后首先观察LED显示屏是否按照程序设定显示正常,然后依次按下六个按键,观察四个电机是否正常转动,滚珠丝杠是否朝预定方向移动。在调试过程中要特别注意平行导轨上的两个步进电机一定要同步运转,才能保证桥式横梁按规定运行。
5结论
控制系统论文 第9篇
对目前工业产业的发展状况调查发现, 工业产业已经快速向数字化、智能化、现场化以及网络化发展。电厂中运用的DCS控制系统技术从20世纪70年代发展至今, 40年的发展历程并未使DCS控制系统在技术组成与构成体系上发生较为突出的转变, DCS控制系统不断在改善中, 现在DCS系统的性能已经趋于完善, 在大、中型火力发电厂中已经被广泛应用。在20世纪后期又出现了一种新的控制系统技术, 现场总线控制系统 (FCS) , 该系统在计算机网络技术高速发展的情况下, 变得越来越稳定可靠、经济节能。从现场总线控制系统的发展势头来看, 很有可能会取代DCS控制系统。
1 DCS控制系统简介
DCS控制系统的特点。DCS控制系统具有很多的特点, 首先是它具有非常高的可靠性。DCS控制系统采用了容错设计的系统结构, 该结构可以实现对计算机分散控制, 当多台计算机中某台计算机出现故障和错误的时候, DCS控制系统在控制出错的计算机时不会影响到其它计算机的正常运行, 从而可以实现整个系统不会因为一处计算机出现故障而不能正常运行的现象。DCS控制系统每个控制站的任务单一, 控制工作就显得简单, 将每个控制点的安全性进行提升, 很容易维持系统的正常运行。第二, DCS控制系统开放性很高。DCS控制系统中现场控制站的设计全部都采用了标准化、模块化以及系类化的设计方式, 每个控制站之间可以相互通讯和信息传输, 补充或者修补起来非常便捷。除此之外, DCS控制系统经过不断完善, 在控制系统的内部新加设了许多新的功能, 可以有效实现对WINDOWS操作平台的自动化管理。
图1为具体的DCS控制系统的配置图。
2 现场场总总线线系系统统简简介介
(1) 现场总线技术的特点。现场总线技术的最突出特点即是将通信方式完全转变, 现在已经实现了全数字化通信。DCS系统中的通信是依靠现场控制站的4-20m A模拟信号的传输, 相比较于现场总线技术的全数字化通信, DCS系统的通信技术较为落后, 目前, 完全数字信号已经取代了模拟信号的传输, 这样成果是的传输信号的数字化纠错得以实现, 将信息传输的可靠新以及安全性大大提升了。现场总线系统 (FCS) 系统还具有互用性与互可操作性的特点, 系统之间只要相互连接就可以实现信息的相互传递。控制设备之间可以实现相互替换, 唯一的要求是设备的性能必须类似, 即使是两个厂家生产的控制系统, 只要性能接近便可以实现相互替换。现场总线系统是一种全新的分散式控制系统, 该系统具有非常高的分散性。现场总线控制系统将控制功能分散到现场, 通过每个现场的控制仪表实现对每个回路的控制。同时还可以在控制室的人机界面上对现场仪表进行运行操作, 对现场仪表进行调整以及对信息集中管理, 这样就可以将现场传送给控制室的信号负荷大大缩减, 系统的可靠性大大提升。
(2) 电厂DCS控制系统与现场总线的比较。现场总线与DCS控制系统相比较, 呈现出系统结构简单的特点, DCS控制系统发展的较早, 已经趋于成熟完善, 系统的结构相对会比较复杂, 通过比较, 现场总线在设计、安装、检测、维护都表现出了较大的优势。智能化程度高, 系统更加安全可靠。设备智能化管理, 可以利用信息化数字信号将计算机之间的信息进行连接, 将传输的误差大大降低, 这样使得结构更加简单, 缩减了信息的往返传输, 将系统的可靠性大大提升了。节省了投资和维护成本。现场总线系统较DCS系统更加简单, 不再设有DCS系统中的功能单元, 使得硬件成本降低, 安装费用也随之减少, 系统的可靠性提升, 故障检测更加方便, 减少了维修费用。
3 在电厂中应用存在的问题
在电厂中的应用中, 存在较大的问题便是设计上的问题。现场总线在设计的时候, 一味的追求就地智能装置传送的信息量越大越好, 范围越广越占有优势。现场总线的通信速率受到多个因素的影响, 例如, 现场总线的传输量越大, 节点数越多, 相距的距离越远, 那么现场总线表现出的通信速率越慢, 所以现场总线的通信速率会受到节点数、传输量以及距离的影响。因此, 为了控制这些影响, 将现场总线的系统范围无限制的扩大, 现场总线系统的范围扩大, 导致系统运行的实时性以及可靠性受到影响, 将系统的性价比大大的降低了。另外, 通信信息量太大, 使得一些个不重要的信息占用了大量的通信资源, 给数据通道带来了很大的负荷, 由于数据通道拥挤, 导致出现通信不畅以及数据刷新周期过慢等现象。
4 结语
分析电厂管理未来发展的趋势, 电厂管理的自动化以及智能化是主要的发展方向。DCS控制系统与现场总线两种控制技术各有不同的特点, 但是现场总线技术的智能化、自动化要高于DCS控制系统, 所以现场总线技术会被用的更加广泛。现场总线控制技术系统相较于DCS控制系统更加简单, 安装更加方便, 而且可靠性要高的很多, 故障检测方便, 而且少了许多的硬件, 使得企业的投资成本大大降低。
参考文献
[1]张钧勃.电厂DCS控制系统与现场总线的应用问题[J].黑龙江科技信息, 2016 (08) :50.
控制系统论文 第10篇
1 消防自动报警系统与智能化系统联动控制系统的总体结构设计
消防自动报警系统由多种子部件组成, 在这些子部件的支撑下, 该系统才能实现内部和外部智能化系统的通信, 并强化内部设备管理和控制。
2 消防自动报警系统与智能化系统联动控制系统的通信模块设计
关于系统通信模块的设计可以分成两部分, 其中分别是其内部通信模块及外部通信模块。其中在内部通信模块设计中, 最主要的就是设备控制器以及信号传输设备, 但是在实际设计过程中为了对环保和美化需求满足, 本次设计所选取的是Zigbee作为无线传输设备, 这样可以消除布线的麻烦。外部通信模块主要包括互联网、GPRS模块以及终端设备, 其中通过互联网可以实现终端设备对IP地址的访问, 这样也就可以成功实现远程控制和管理设备[1]。
3 消防自动报警系统与智能化系统联动控制系统的软件设计
3.1 嵌入式系统运行环境的裁剪移植
Linux系统设计工作可以分成两个部分, 首先需要实施控制系统初始化, 同时将其内核各项参数实施调用, 实施开发板U-boot移植, 另外也要对系统中的内核启动各项参数实施优化设置;其次要对系统中的不必要部分进行移除。
3.2 Web服务器的设计
关于Web服务器理由的选择范围包括:Apache, mini-Httpd, Thttpd, Goahead等等。关于Web服务器核心处理器的应用, 则不但要确保其能够实现Web服务程序运行, 并且还要确保支持TCP/IP协议, 这样用户在实施Web服务器访问的时候通过APP或浏览器即可, 采用相关操作也就可以实现家庭设备的相应监控。
3.3 Main软件功能的设计
Main软件功能设计主要是要实现其与摄像头、红外传感器、温控以及烟感等的有关连接, 如果在房间内的烟雾和温度已经达到之间设置的值时候, Main软件也就会作出报警, 在终端设备上出现相应的显示;如果屋内出现明火, 也就会把被红外传感器成功监控到, 该软件会自行命令相关设备进行喷淋, 或者根据用户通过终端设备下发的指令进行其他的处理[2]。
4 消防自动报警系统与智能化系统联动控制系统的硬件结构设计
4.1 系统的所有硬件结构
本文设计的消防自动报警系统的硬件结构主要有:LED显示设备、Zigbee调节器、电源模块、、GPRS模块、消防设备门禁传感器等外围设备、数据通信设备等
4.2 嵌入式处理器
三星公司的ARM9处理器是本文设计的消防自动报警系统的处理器, 其核心芯片是S3C2440, 除了ARM9处理器本身具备的外设模块外, 其芯片也集成了JATG、通信、存储器等模块, 使得系统变得更加稳定、可靠[3]。
4.3 Zigbee模块
这一模块在家庭网关中的重要作用是网络协管器, 经常应用的型号是网峰牌CC2530, 主要是针对烟雾、红外线传感器、温度、湿度以及门禁感应器, 终端处理模块可以成功将数据无线传输和信号无线通信实现, 不但能够作为是通信的起点, 同时也能够作为是终点, 并且可以针对内部设定的应用软件, 采用相应的应急措施, 有效的确保组网安全[4]。
4.4 GPRS通信模块
这一模块主要被用来进行数据采集, 并且将采集来的图像成功转化为电信号之后, 将其传输给嵌入式系统, 成功连接智能消防设备和网络。在本次设计中所选用的GPRS通信模块信号为M35, 为四频GSM/GPRS, 这一模块在应用中具有抗干扰性能强、工作温度范围宽、尺寸小, 同时功能消耗量比较小等, 另外还可以同时支持多个IP地址以及Socket[5]。GPRS通信模块在将信息成功处理之后, 可以将其发送给运动终端, 让用户可以及时有效的对相关情况有所了解, 提高设备监控和管理的实时性和有效性。
5 结语
本文设计的ARM的无线嵌入式消防自动报警系统, 由于能与智能化系统进行联动联动控制, 比传统的消防系统更加的节省材料, 也更加简洁、环保, 也更加的方便、快捷、智能, 具有较高的应用价值。
参考文献
[1]梁国威.消防自动报警系统与智能化系统的联动[J].民营科技, 2008, 07:185.
[2]周萍.火灾自动报警系统设计中消防水泵及防烟排烟风机的联动控制接口及配线方案解析[J].硅谷, 2014, 08:74-76.
[3]黄佳丽.自动报警系统与联动控制系统的维护技术探析[J].电子技术与软件工程, 2014, 16:178-179.
[4]邹勇, 李鑫.消防自动报警系统与智能化系统联动的探讨[J].才智, 2010, 09:60.
FOBPLC控制系统开发 第11篇
关键词：PLC；控制系统；检测
PLC系统控制要求：
（1） 系统上电，有电源指示灯
（2）启动按钮按下后，系统运行指示灯显示。
（3）有故障时，PLC系统能够声音提示，指示灯提示。同时把故障信息送至PC，当故障排除后，系统设有Reset功能。
（4）在系统中能够有一个状态识别系统，能够检测到被测件是否倒下。
（5）系统能够实现传送带传送时间控制，时间可调
（6）实现系统拍照和条码扫描功能（现场控制器给扫描枪信号进行扫描，PC收到条码数据后，控制摄像机拍照处理）
（7）每个出口设有堵塞报警（当不能推到位置时）及计数功能
详细控制流程：
1）系统上电，电源指示灯亮，按下启动按钮，系统运行，运行指示灯亮。皮带轮输送电机运转，后级皮带轮速度可调（最低5分钟）。动作检测，是否有待检零件。
2）被测品放入传送带前，先扫码操作（位置传感器
12=1时），保障工件不放反；放入前级输送传送带后，当位置传感器3=0、4=1， 1=0、
2=0，电磁门打开，直到1、2同时变成1后，一定时间后电磁门关闭，顶住样件。再次检测3，4，当3=0、4=1时，电磁门打开，循环；当3=1、4=1，1=0、2=0，电磁门打开，直到1、2同时变成1后，循环；当3=0、4=0，1=0、2=0时，电磁门打开，直到1、2同时变成1后，循环。当1=1、2=0时，警报器响，故障指示灯亮，故障信息送PC，1号马达停止。
3）当3=1，4=1时，一定时间后，二号，三号马达启动，推送工件。当5=1时，扫描工件，检测工件方向是否放反。直到
6=1，7=1后 ，3号马达启动，6=0，7=1时，等待一定时间，二号马达反转，循环（此过程有四个位置传感器控制电机正反转进给量）。推送机构两端加两个限位开关。
4）当8=1，9=1时，天怒扫描与拍摄，当有不合格产品时，当
10=1时，推杆开启，等待一定时间，推入不合格品区，合格品同上，同时合格和不合格品需计数。
5）时间控制系统，此系统由步进电机及相应的皮带轮系统组成，电机速度可控。（过程时间控制在5-10分钟）
6）照相和条形码萃取系统，此系统由图像位置传感器及照相机和条码枪，当被测品经过图像位置传感器时，读取条形码编码及产品检测图像，上传PC。
7）图像正常出口计数、报警、堵塞检测传感器，检测到的信号上传给PC。
8）图像非正常出口计数、报警、堵塞检测传感器，检测到的信号上传给PC。
PLC I/O分布图：
经过上述分析：通过检测到的信号上传给PC，能够将粪便中的含血量的多少检测出来，并且提供给人们一个分析数据，将此数据进行汇总得出结论，作为医疗专家们分析病人情况的重要数据。
总结：本文通过基于PLC的控制程序的FOB粪便检测系统的研究，本系统适用于医疗检测领域，能够代替人工检测，具有很好的稳定性和精确度，降低了劳动力的成本，并且给医疗领域的医护人员提供方便，很好的实现了人工智能化，工业自动化的要求。
参考文献：
[1] 何文雪，刘华波，PLC编程与应用[D]2007，1-5；
自动灌溉控制系统的控制模型及应用 第12篇
关键词：自动灌溉系统,控制模型,节水灌溉,景观灌溉
0引言
大型乐园中的园林景观灌溉是更好的保证景观植物健康生长、弥补自然降水在数量上不足与时间空间上的不均、保证适时适量地满足景观植物生长所需水分的重要措施。以往的园林景观灌溉工程, 很多没有完整的配套灌溉系统, 灌水时采用大水漫灌或人工洒水。不但造成水的大量浪费, 而且往往不能及时灌溉、灌溉过量或不足, 难以控制灌水均匀度, 对植物的正常生长产生不良影响。现代园林灌溉设计包括喷灌和微灌技术, 如果我们想使整个面积都得到相同的水量, 通常用喷灌, 如草坪灌溉。如果我们想让某一特定区域湿润而使周围干燥时, 可采用微喷灌或滴灌, 如灌木和乔木灌溉。为了节约劳力和资金、提高灌溉质量的要求, 园林灌溉大多采用自动控制灌溉系统。因此需要选择合适的设备并做科学合理的设计、安装、维护和管理, 以实现园林景观灌溉节约用水。
上海浦东的某大型乐园使用的是美国雨鸟公司的MAXICOM中央计算机控制系统。该系统可实现园林精确灌溉并自动监测气象和水文数据, 监测、分析、报警到数据统计及处理, 远距离数据传输和控制, 实现灌溉系统的自动化和智能化。香港迪士尼乐园及北京颐和园均采用该灌溉系统。
雨鸟 (Maxicom) 是一个为灌溉系统提供的中央管理硬件和软件包。通过发出指令, 并不断地监控反馈信息来检验指令的执行, 实现对灌溉系统的管理。 由气象站收集与植物需水相关的气象数据并反馈给中央计算机, 通过专用的管理软件, 运算出植物前一天损耗的水量并决策今天是否补充水分及补充多少水分;若需补水, 中央计算机向各集群控制器发送指令并由集群控制器传送给各田间控制器, 由田间控制器完成电磁阀的启闭, 在一定的时间内按一定的顺序自动完成园林绿地的灌溉并自动停机。Maxi- com通过流量管理软件来实现整个系统的流量最优分配和最大利用率。
1自动灌溉控制模型
1.1控制输出
在上海某大型乐园项目上, 喷头类型根据最大灌溉强度及地形等条件确定, 通过喷头对应的电磁阀做启闭完成灌溉。电磁阀只有启闭2种状态, 灌溉强度取决于灌溉时间。景观喷灌多数在夜间进行, 原因之一是白天喷灌, 蒸发损失大, 一般夜晚喷灌能比白天少消耗10%以上的水量;原因之二是景观可能白天不允许喷洒, 如乐园娱乐区进行文娱活动等。 因此每天通常只在夜间灌溉一次, 灌溉时间不超过8小时。该灌溉时间即控制输出, 灌溉时间乘电磁阀流量即灌溉水量I。对于不同土壤、不同植物, 需水量不一致。通过划分区域用不同电磁阀控制, 每个电磁阀可以单独控制, 因此不同区域的电磁阀灌溉时间应是不同的。需要注意, 灌溉用水量总是大于灌溉水量I, 灌溉水量I= 灌溉用水量×效率CI×喷头分组效率CP, 其中效率CI取决于灌溉方式和灌水器, 如滴灌效率80~90%;旋转喷头效率70~ 80%;散射喷头效率60~70%。喷头分组效率CP一般取95%。
1.2控制输入
灌溉控制保证适时适量地满足景观植物生长所需水分。水分消耗途径包括: (1) 植物蒸腾损失, 指植物将根系从土壤中吸收的水分, 通过叶片的气孔蒸散到大气中的水量 (包含少量植物光合作用需要的水量) 。 (2) 棵间蒸发损失, 指从植株间土壤表面蒸发到大气中的水量。 (3) 深层渗漏, 土壤由于降雨量或灌溉水量太多, 使土壤水分超过了土壤持水量, 向根系吸水层以下土层渗漏的现象。在节水灌溉情况下很少出现此情况。
需水量指植物在适宜的土壤水分和肥力水平下, 经过正常生长发育, 获得高产时的植株蒸腾、棵间蒸发以及构成植株体的水量之和[1]。主要包括棵间蒸发和植物蒸腾损失的水量, 两者之和称为蒸散量或ET值。影响植物需水量的因素: (1) 气象条件: 气温、大气湿度、风速、日照时间、辐射强度; (2) 土壤因素:土壤含水量、土壤质地、地下水埋深等; (3) 植物条件:植物品种、叶面积指数 (单位土地面积上的叶片面积) 、生育阶段; (4) 植物状况:植物状况受到气象和土壤条件的限制。如当土壤水分较少时, 植物生长受到抑制, 叶面积指数较小, 同时气孔开度减小, 蒸腾和蒸发量减少。
由于上述这些影响因素错综复杂, 确定灌溉需水量最可靠的办法是进行实际观测, 通过彭曼蒙特斯公式计算参考植物需水量ET0。联合国粮食与农业组织 (FAO) 推荐的Penman-Monteith以能量平衡和水汽扩散理论为基础, 既考虑空气动力学和辐射项的作用, 又涉及作物的生理特征[2]。联合国粮食与农业组织将ET0定义为一种假想的参考作物冠层的蒸发蒸腾速率, 参考作物被假设为高度为12cm, 固定的表面阻力为70s/m, 反射率为0.23, 非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全遮盖地面而不缺水的绿色草地[3]。
彭曼蒙特斯公式[4]:
式 (1) 中, ET0为参考作物蒸发蒸腾量, mm/d; △为温度- 饱和水汽压关系曲线上在T处的切线斜率, k Pa/℃;Rn为净辐射, MJ/m2·d;G为土壤热通量, MJ/m2·d;γ 为湿度表常数, k Pa/℃ ;P为气压, k Pa/℃;T为平均气温, ℃;Z为计算地点海拔高程, m;λ 为潜热, MJ/kg-1;u2为2m高处风速, m/s;ea为饱和水汽压, k Pa;ed为实际水汽压, k Pa。
对于特定的植物, 用ET0乘以一个植物系数Kc, 就得到ET值。
现场精确计算ET0往往较困难, 可根据影响需水量的主要因素进行简化计算。计算需要以下控制输入:
(1) 气象条件
气温、大气湿度、风速、日照时间、辐射强度等由园区小型气象站提供数据, 通过以太网输入控制系统中央计算机。降雨强度对控制系统影响较大, 需要较精确的数据, 因此需要使用雨鸟公司的RAIN- GAUGE雨量计做雨量现场测量, 将雨量转为脉冲电信号输入集群控制器以提高降雨强度的精度。
(2) 土壤条件
土壤吸收和保持水分很像海绵。特定质地和体积的土壤将保持特定的含水量。土壤的吸水率 (或入渗率) 将影响喷灌强度和使用的喷头类型。土壤的持水能力及其含水量, 将极大的影响灌溉制度。 但对于确定的区域, 如土壤类型、地下水埋深等, 通过土壤湿度传感器将取样点土壤含水量转为电信号输入集群控制器, 可以计算相似区域的土壤持水能力及其含水量。如果精度不足, 可以增加取样点。
(3) 植物条件
不同植物需水量不同, 同种植物叶面积指数也可能不同, 同一种植物在不同生长期需水量也可能不同。对于确定的区域, 这些植物条件都已确定, 根据不同区域情况在中央计算机手动输入参数。需要注意, 对于不同植物组合种植, 需水量计算要考虑景观系数。
1.3控制模型
土壤水量可以视为一个桶, 桶中的水为植物可利用水。桶的水量上限为田间持水量, 超过水量上限的水将通过深层渗漏及地表排水快速排走。桶的水量下限为永久凋萎点, 低于水量下限导致植物的死亡。水量上限及水量下限之间就是桶容量C, 桶容量通过估算获得, 并用土壤湿度传感器校正。
图一表示植物可利用的有效水。具体说明: (1) 吸湿水是与土壤颗粒结合得太紧而不能被植物利用的水分; (2) 毛细水是保持在土壤的空隙中可以被植物利用的水分; (3) 重力水是从土壤中排得非常快, 不易被植物有效利用的水分; (4) 永久凋萎点代表毛细水和吸湿水二者间的分界线。因为吸湿水不能被植物利用, 所以土壤含水量持续低于永久凋萎点将导致植物的死亡; (5) 田间持水量代表重力水和毛细水之间的分界线, 它是植物可利用水的上限。
该桶有二个入水口。入水口一为灌溉水, 由电磁阀启闭控制, 即控制系统输出。入水口二为气象降雨量R0, 不可控 (特殊条件下也可能可控, 如市内人工降雨) , 但可以由雨量计测量。需要注意, 降雨量不会全部进入土壤, 植物可能有盖板保护;暴雨会产生地表径流, 被排水系统排走;过大的雨量会产生深层渗漏。因此气象的雨要乘一个系数得到接受的雨量R。
该桶有一个总出水口ET。出水口ET包括前述棵间蒸发和植物蒸腾损失的水量。ET通过气象条件和植物条件计算。气象条件由园区小型气象站提供数据, 植物条件手动输入参数。
控制的目标是将园林植物主要根系吸水层的土壤含水量保持在植物所要求的范围内, 同时减少灌溉。即控制模型保持桶中水位W在水量上限下限之间, 同时尽量减少灌溉。多灌溉可以保证植物需求, 但会浪费水;少灌溉可能导致植物死亡。
图二表示桶的水位控制 (其中灌溉水入水口未画出) 。土壤存水能力有限, 同时水位也不可以降到永久凋萎点, 因此水位0<水位W<桶容量C。当水位W+接受的雨量R>桶容量C时, 水位W=桶容量C。此为计算水位的限定条件。
1.4控制策略
灌溉只能在晚上, 控制策略分为最大灌溉和最节水灌溉。 (1) 最大灌溉策略 (对植物最有利) 下明日灌溉水量I计算:明日灌溉水量I= 桶容量C-灌溉前水位W-明日雨量R。 (2) 最节水灌溉策略 (最节水) 下明日灌溉水量I计算:明日灌溉水量I= 明日蒸散量ET-灌溉前水位W-明日雨量R;明日灌溉用水量= 明日灌溉水量I/ 效率CI/ 喷头分组效率CP;电磁阀开启时间= 明日灌溉用水量/ 对应电磁阀流量。中央计算机会自动根据控制输入及灌溉参数计算每个电磁阀开启时间, 并通过集群控制器控制电磁阀, 完成自动灌溉。
2灌溉实施及节水情况
上海某大型乐园采用的是最大灌溉策略。使用最节水灌溉策略可以进一步提高节水率, 但对植物生长有一定影响。乐园对植物观赏性要求较高, 大部分乐园会采用最大灌溉策略。上海某大型乐园使用最大灌溉策略比人工洒水节水40%。使用自动园林灌溉系统有效的节约了灌溉用水, 降低了成本, 提高了管理水平。
3结束语
综上所述, 基于雨鸟Maxicom系统在上海某大型乐园的实施, 不仅满足了植物需水要求, 同时有效地提高水的利用率, 节省劳务及日常养护开支, 节约水电费, 把园林工人从繁重的灌水工作中解脱出来, 使他们集中精力从事植物的植保、养护等设备无法完成的工作。随着科技的不断进步, 自动园林灌溉控制系统将会有更多的改进, 并更好地降低成本, 提高公司的生产效率、管理水平和竞争力。
参考文献
[1]康绍忠, 蔡焕杰.农业水管理学[M].北京:中国农业出版社, 1996.
[2]许迪, 刘钰.测定和估算田间作物腾发量方法研究综述[J].灌溉排水, 1997, 16 (02) :54-59.
[3]Allen R.G., Smith M., Perrier A., et al.An update for the definitiono freferenceeapotranspiration[J].ICIDBulletin, 1994, 43 (02) :1-34.
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