自动控制分析
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自动控制分析范文第1篇
关键词 中央空调 自动控制
中图分类号：TU831.6 文献标识码：A
目前，越来越多的公共场所、私人住宅都安装了中央空调系统。它是非常有发展潜力的环境控制系统，具有维护简单、适应性强、运行高效等众多优点。为了使中央空调系统能够经济、稳定、高效地运行，一般采用自动控制方式对其进行控制。由于中央空调具有高能耗的特点，加上能源短缺，所以如何能使其节能运行就成为人们不得不考虑的问题。
1自动控制系统的基本概念
自动控制系统是指在无人直接参与的情况下，被控装置能自动按照预定的规律运行，无需人为直接操作。整个操作过程就是自动控制系统所要完成的任务。一般自动控制系统由5个基本环节组成，分别为测量变送元件、受控对象、执行机构、控制器、调节机构。
2对中央空调系统的自动控制
（1）中央空调的启停控制。启停控制是指由自动控制器发送启动或停止命令，控制空调机组的运行。它将在新风机变频器上取得的变频器运行状态信号发送给自动控制器，监测自动控制中心的运行状态；设置空气压差开关来监测风机的工作状态；同时还可利用过滤器前后段的压差来判断过滤器是否需要清洗、更换。风机的控制回路还要考虑与加热调节阀、新风阀、出风阀的联系互锁。
（2）温度控制。温度控制是指按照服务对象的具体要求来对温度进行自动控制。一般情况下，中央空调运行时热源调节阀和冷水调节阀不会同时工作，蒸汽、热水及电加热器是中央空调用于制热的主要热源，由冷冻机组转换的冷冻水是主要的冷源。在环境温度高的情况下，使用冷源来降低控制对象的温度，此时要将调节器设定为正作用，由露点温度来控制空调机的冷水调节阀的开度。当露点温度小于设定值时，将冷水调节阀关小；当露点温度大于设定值的时候，将冷水调节阀开大。反之，在环境温度低的情况下，应该使用热源来提高控制对象的温度，此时要将调节器设定为反作用。空调机的热源调节阀的开度由温度传感器来控制，当温度大于设定值的时候，将调节阀关小；当温度小于设定值时，将调节阀开大。
（3）湿度控制。要保持环境湿度的适中，中央空调配备了一套自动调节湿度的系统，它是由设在检测区内的湿度传感器、控制中央空调机的蒸汽加湿器来保证室内相对湿度参数的，并将加湿调节阀、加湿电磁阀与新风机的状态联锁，当新风机状态为发出过湿命令时，加湿电磁阀、电动阀联锁关闭，加湿调节阀断电会自动复位；当新风机状态为发出干燥命令时，加湿电磁阀打开，加湿调节阀会根据检测区内的湿度传感器来调节阀门的开度，从而使相对湿度稳定在设定范围内，保证中央空调覆盖范围内具有适宜的空气湿度。
3几种中央空调系统的自动控制方案
（1）空调风机盘管的自动控制。对风机盘管的控制是通过调节风量和水量来进行的，可由三速开关控制风机盘管的风量，其应用十分广泛。三速开关有高速、中速、低速、停4 档，分别对应风机盘管风机的高速、中速、低速和停。空调风机盘管的水量调节由电动三通阀或电动二通阀实现，通过调节阀门的开度来增加或减少冷冻和温水的用量，从而调节房间温度，并同送风机联锁动作，当送风机停止运行时，调节阀同时关闭；当送风机启动时，调节阀开启。
（2）热交换器的自动控制。热交换器的自动控制原理是：首先使用设在热交换器热水出口处的温度传感器检测出水温度，然后使用电子温度控制器将测得的温度与控制器的温度设定值相比较，得出比较结果，并根据结果输出相应的电信号，该电信号用于控制设在热交换器蒸汽入口处的电动调节阀。通过调节阀来调节蒸汽的流量，以保证热水出水温度满足给定值的要求。
（3）冷水机组和换热机组的压差旁通自动控制。为了保证冷水机组和换热机组的正常运转，将一个电动二通阀的旁通管设置在冷水机组和换热机组供回水管之间。同时，在两者的供水管上分别设置压力传感器，将传感器测得的压力电信号传送至压差控制器，并将压力差与给定值相比较，根据比较结果来调节旁通管上电动二通阀的开度，使供水和回水之间实现旁通，以保证所需压力差。
4中央空调自控系统节能分析
众所周知，中央空调系统需要消耗大量的能量，所以节能是中央空调必须面对的问题，如何能够有效地节能也是现阶段讨论的热点。当前出现了很多节能方法，比如：使用先进的控制策略，如变风量系统和变水量系统；正确并合理利用室外的新风，回收排风口的能量等等。采用先进的控制策略来缩短调节时间是一个直接、有效的手段，采用智能化自动控制系统具有传统方法无法比拟的优越性，主要表现在以下2 个方面：
（1）智能控制与传统控制理论不同的是，它突破了传统控制方法需要基于精确的数学模型框架这一限制，是按实际效果来进行控制的，对于系统数学模型的建立是否精确和完整要求并不严格。中央空调系统是一个非线性、惯性大、具有滞后特点的系统，最优的启动控制方法是，通过各种手段计算出需提前开启空调机的最短时间，在这一最短时间内需要确保满足空调区域开始有人使用时的舒适感。以此确定开机时刻后，在使用时刻前开机。
（2）对于停机控制，则是在保证空调区域结束使用时仍然保证舒适环境的前提下，计算出可提前停止空调机的最长时间。
自动控制分析范文第2篇
关键词：自动控制原理；教学方法；教学实践
作者简介：任琦梅（1978-），女，河南平顶山人，河南城建学院电气与电子工程系，讲师。（河南 平顶山 467000）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0106-02
“自动控制原理”是电气工程类及相关专业一门重要的专业基础课程，它是后续“运动控制系统”、“过程控制系统”、“计算机控制系统”等专业课程的基础，同时也是控制理论与控制工程专业考研的一门课程，在专业课程体系中占有重要的地位。
“自动控制原理”介绍的是控制系统分析和设计的基本理论和方法，不针对某一个或某一类具体的系统，而是在工程实践基础上提升和抽象出来的内容，理论性强、概念抽象、数学公式多、内容丰富、涉及知识面广。学生往往因为缺乏工程实践知识，缺乏对实际系统的感性认识而感到学习内容比较抽象、枯燥，因数学基础不扎实而对大量的公式产生畏难情绪，从而影响学习效果，所以要不断进行教学研究和教育改革以提高教学质量。本文探讨并总结了一些“自动控制原理”的教学方法，在教学实践中取得了较好的教学效果。
一、“自动控制原理”教学方法
1.激发学生的学习兴趣
兴趣是学习最好的老师。有了浓厚的学习兴趣，学生才会有学习的积极性。
（1）上好第一次课，调动学习兴趣。讲授课程内容之前，首先要让学生明确该课程在专业中所处的地位和作用，让学生从思想上引起重视。第一次课，要给学生多举一些实际系统的例子，特别是贴近生活、容易理解的实例，比如水箱控制系统、炉温控制系统、直流电动机调速控制系统等，分析系统的控制过程和运行原理，让学生对控制系统有充分的感性认识，对开环控制和闭环控制的概念、控制系统的组成等有深刻的理解，为以后的学习打下坚实的基础。最后，可以把控制系统的概念应用到教学活动中，和学生一起建立一个教与学的系统框图，通过讨论的方法，让学生自己提出反馈的途径（比如作业、提问、建议、复习等）和前馈的通道（如预习等），在这个过程中学生可以更好地理解基本概念，并极大地激发学生的学习兴趣。构建的教与学系统框图如图1所示。
（2）自始至终保持学习兴趣。“自动控制原理”是一门理论性比较强的课程，即使在一开始学生学习劲头十足，在课程学习过程中抽象的概念和理论、大量的数学公式也会使学生产生畏难情绪。在课程讲了一半时还有学生以为该课程只是公式的推导，所以，如何在学习的过程中始终让学生明确学习的目的和保持学习兴趣，是一个值得思考的问题。在教学的过程中，可以以一个学生比较熟悉的工程实例贯穿始终，分别以时域分析法、根轨迹法和频率特性法对这个控制系统进行多方面的分析，并对各种分析结果进行对比，然后用校正的知识对控制系统进行改造和设计。这样，学生在整个的学习过程中都可以学以致用，并对各章知识融会贯通。
2.注重基本概念和物理意义
“自动控制原理”课程中有很多的公式推导，要用到高等数学或工程数学的知识，如果在讲解时进行大量繁琐的数学推导，容易让学生有上数学课的感觉而找不到本课程重点，如果数学基础不扎实，还容易产生畏难情绪。所以在讲解时应该淡化公式推导重在结果分析。比如在讲解典型二阶系统的阶跃响应时，求解不同阻尼比时的阶跃响应表达式是很繁琐的，需要用到拉氏反变换的计算，在讲解时可以说明推导方法，即先求得的表达式，再进行拉氏反变换求取系统的响应，因为不同阻尼比时系统特征根的形式不同，用部分分式法对进行分解的情况不同，所以求得的响应表达式也就有不同的形式，而对具体的推导过程可以一带而过，重点分析对比不同阻尼比下的阶跃响应形式和系统的性能，使学生对阻尼比的概念和物理意义有更深刻的理解。
3.注重前后知识的内在联系
经典控制理论中的时域分析法、根轨迹法和频域分析法三大分析方法往往是被分成独立的章节编写，但在讲授时要注意它们之间的内在联系，对各种分析方法进行对比，比如根轨迹上不同位置对应的时域响应形式的分析、劳斯判据和奈奎斯特稳定判据的对比、奈奎斯特图和伯德图的对比、频域指标和时域指标之间的联系、用不同分析方法分析增大开环增益对系统稳定性的影响等等，这样可以使学生既复习了原有知识又对新知识有更深入的理解，做到温故而知新。
在讲授到后续课程中要用到的内容时，也可以对学生点明，比如在后续的运动控制系统课程中要用三频段的知识对调速系统进行分析和设计，这样可以引起学生的注意让学生更认真学习。
4.灵活多样的教学方法
（1）多媒体教学和传统教学相结合。多媒体教学是传统教学方式的有效辅助手段，在教学过程中，合理选择和运用现代教学媒体，并与板书等传统教学手段有机结合，共同参与教学全过程，将图片、动画、声音等多种媒体信息作用于学生，可以调动学生的兴趣和学习的积极主动性，提高课堂效率，达到更好的教学效果。比如水位控制系统、炉温控制系统等可以做成动画，使学生直观地看到系统运行的过程，更好地理解系统各部分所起的作用和自动调节过程；讲解根轨迹和频率特性时以板书的形式演示作图的过程，使学生更容易理解和掌握等等。在用多媒体课件进行教学时要注意讲解和操作展示的同步性，避免整屏出现大量文字的问题，并且时刻注意发挥教师的主导作用。
（2）设置课堂讨论，鼓励学生自主学习。在教学中可以针对某些重点、难点问题进行课堂讨论，提高学生学习的主动性，并且通过讨论，可以使学生对相关知识有更深刻的理解。比如在各种分析方法都学完了之后，可以给出一个系统的结构图，让学生讨论判断该系统稳定的方法有哪些，并对这些方法判断的结果进行比较，使学生自己对以往的知识点有一个很好的总结并加深印象。再比如，讲完系统的校正后，给出一个系统和要求的性能指标，让学生讨论有哪些校正的方法和途径，该如何实现，并对各种方案进行比较，可以使学生更牢固地理解和掌握各种校正方法，并且学以致用。
（3）MATLAB在教学中的应用。MATLAB仿真技术已经广泛地应用于控制系统的分析和设计中，在教学中利用MATLAB的图形化和交互功能，能使抽象的理论变得生动形象，易于接受和理解，而且用MATLAB画图远比手工画图准确。比如在讲解典型二阶系统的阶跃响应时，可以利用MATLAB逐条画出不同阻尼比时的单位阶跃响应曲线，并把这些曲线以不同的颜色画在一张图上进行对比，给学生以直观的印象使学生更容易理解阻尼比对二阶系统性能的影响。
（4）充分利用网络教学资源。网络教学是课堂教学的延伸，可以对课堂教学起到很好的补充作用。建立网络教学平台，让学生在课余时间也可以自主学习，加深对课堂教学知识的理解并扩宽知识面。学生也可以在网上和同学、老师一起讨论问题，并寻求解决的办法，进一步提高自己分析问题、解决问题的能力。
5.多层次的反馈链条
在教学过程中应该及时和学生进行沟通和交流，以便及时获得学生的反馈信息。比如课堂教学时注意学生的反应，进行课堂提问和课堂讨论，及时批讲作业，利用课间和课余时间与学生进行交流和答疑，听取学生的意见和建议并改进等等。将“反馈”的概念很好地应用到教学活动中，建立多层次的反馈链条，才能达到更好地教学效果。
6.多模式的实验教学
实验是“自动控制原理”教学的重要组成部分，通过实验可以使学生加深对理论知识的理解，并且初步将理论知识应用于工程实际。传统的实验教学模式比较单一，通常是给出系统的模拟电路图，学生按照实验指导书搭建电路、调节参数，即可顺利地得到实验曲线和数据。如果在实验教学中设置一些有一定设计性的实验项目，并且把仿真实验和物理实验结合起来，可以充分调动学生的学习积极性，使学生真正做到理论联系实际。
比如在做典型二阶系统的阶跃响应实验时，只给出参考的电路图和要求的阻尼比等参数，预习时让学生自己根据电路图画出系统的方框图，并根据要求的阻尼比和无阻尼自然振荡频率确定电路中各部分的电阻电容值，实验中利用实验箱搭建电路求取阶跃响应曲线，同时用Simulink仿真软件搭建系统框图进行仿真实验，把理论分析、物理实验和仿真实验的结果进行对比和分析，一方面会加深学生对理论知识的理解，另一方面也让学生学会从实验中发现问题，同时进一步理解对工程实践进行仿真的意义。
二、结论
在多年的“自动控制原理”教学过程中，经过不断摸索和实践，上述教学方法取得了较好地教学效果。总之，自动控制原理是一门理论性和应用性都较强的课程，教师只有在教学过程中不断探索研究各种教学方法，善于总结经验，并在实践中加以验证和改进，才能切实提高教学质量，培养出高素质的人才。
参考文献：
[1]夏德钤.自动控制理论[M].第3版.北京：机械工业出版社，2007.
[2]张文斌，尹福明，等.“自动控制原理”教学方法的应用研究[J].中国电力教育，2011，（19）：66-67.
自动控制分析范文第3篇
【关键词】电力系统；自动化控制技术
前言
自动控制就是人们采用信息技术与电子机械相结合，在没有人直接操纵情况下的设备或生产管理过程，通过自动检测、信息处理、分析判断，自动地实现预期的操作或某种过程，也就是能完成人们预定的目标的一切技术的科学。
1 电力系统自动控制技术的可靠性
电力系统的设计首要考虑的便是控制与操作的高可靠性，采用自动化控制系统的供、变电站更要将计算机监控系统缜密设计。通常用于高压电力系统的供、变电站自动化产品都具有以下功能，以保证控制操作的高可靠性。应满足多级多地点控制功能，自动化系统的控制操作方式有远方遥控、站控、就地（后备）操作三种方式。远方遥控，由调度人员在调度端发出下行控制命令。站控操作，运行人员在变电站层监控主机发出操作命令，通过交互式对话过程，选择操作对象、操作性质，完成对某一操作过程的全部要求。就地操作，作为后备控制方式，当监控系统故障或网络故障时，可在间隔层的测控单元的小开关手动控制或通过就地监控单元装置上的薄膜键盘进行就地控制。上述三种操作方式通过软件或功能开关可相互切换，当切换到后备手动控制时，站控及遥控命令不被执行；当切换到站控操作时，后备手动控制不产生任何作用，计算机对一台设备同一时刻只能执行一条控制命令，当同时收到一条以上命令或预操作命令不一致时，应拒绝执行，并给出错信息。每个被控对象只允许以一种方式进行控制。应做到操作过程中软件的多次校验，操作员权限设密，以杜绝误操作及非法操作。目前成熟的监控系统的软、硬件设备都具有良好的容错能力，即便运行人员在操作过程中发生一般性错误，均不引起系统的任何功能丧失或影响系统的正常运行，对意外情况引起的故障，系统都具有恢复功能。操作员工作站发出的操作指令，都必须经过选择——校核——执行等操作步骤，返校通过后再送至该点执行下一步骤。当某一环节出错，操作指令中断，并告警提示。每次操作结束后，系统自动记录操作过程并存盘。监控系统的双机配置 220 kV及以上电压等级变电站自动化系统多作双机双网配置，作为人机接口的监控主站冗余配置，热备用工作方式，可保证任意设备故障时对控制功能无影响。时下的做法，监控主站用以太网相联并以HUB作为该以太网的管理。该网上任一装置异常，可将热备机切换为主机工作。监控系统硬件的冗余配置，系统分层分布式结构，为变电站的控制与操作的可靠性提供了保证。
2 电力系统自动控制的实现方式
为保证供、变电站控制与操作系统的可靠性、准确性，供、变电站的防误操作设计也是重要环节之一。因为是计算机监控，供、变电站不再采用繁琐的电气联锁，可方便地实现多级联锁。对于分层分布式自动化系统，其操作闭锁方式也为分层分级式闭锁而与该系统结构相适应。每个间隔的测控装置，已引入该间隔的交流电流、电压、断路器位置及刀闸辅助接点作为遥测、遥信之用，这也为实现本间隔内的断路器及刀闸操作的防误操作提供了必要条件。智能型装置可很方便地利用上述信息进行编程，实现该间隔的操作闭锁功能。对于全站涉及多个电气间隔和多个电压等级间的操作闭锁，目前有三种不同的实现方式。其一，用软件实现，即将全站的防误操作闭锁用软件编程置于监控主机之内。监控主机可从通信网上获得全站所有开关、刀闸的状态信息及每个间隔控制终端的操作信息，引入设备操作规则，进行软件编程即可实现全站的操作闭锁功能。该方式应该说是最简单经济可靠的方案之一。其二，硬件闭锁，选取优质的硬件装置实现间隔之间的操作闭锁功能。其三，软硬相结合的闭锁方式，间隔之间的闭锁采用硬件装置实现闭锁功能，监控主机内做一套全站的软件操作闭锁。软硬两级闭锁，其可靠性高，监控系统或网络故障不影响全站的安全可靠操作，但该模式接线复杂，且价格昂贵。以软件实现全站的操作闭锁，对于一套成熟的供、变电站自动化系统来说，也应该是高可靠性的；既然整个供、变电站的监控功能都由监控主机实现，那么操作闭锁软件功能做在监控主机内也应是安全可靠的。对于双机系统冗余配置，闭锁软件也为双套设置。对于220 kV及以下自动化系统实现的无人值班站采用这种模式可靠、安全、经济适用。对于一个半开关接线的500 kV变电站，系统每个断路器及两侧刀闸的操作闭锁由相应测控装置实现以外，每串内的断路器及刀闸之间的闭锁采用专门一套硬件闭锁装置以提高其可靠性。至于220 kV系统为简化接线，节约资金，可不必配置用于间隔之间操作闭锁的专用硬件装置。上述三种模式都可高效可靠地实现变电站所有断路器及刀闸的控制。而且都具有顺控功能，例如：操作某条线路送/停电、旁母代/倒线路、母线切换等各种常规顺序操作，只需在监控主机的键盘上敲入相应指令，便可自动完成。常规站可能要花费几个小时的操作，在这里几分钟便可完成。可见变电站自动化系统的防误操作分层分级考虑，其可靠程度明显优于常规站的防误设计。
3 电力系统自动化控制技术分析
分层分布式自动化系统从软硬件上分层分级考虑了变电站的控制与防误操作，提高了变电站的可控性及控制与操作的可靠性。综合自动化站可采用远方、当地、就地3级控制，而常规站只能通过控制屏KK把手控制；常规站电气联锁设计联系复杂，在实际使用中，设备提供的接点有限且各电压等级间的联系很不方便，使得闭锁回路的设计出现多余闭锁及闭锁不到的情况。综合自动化站可方便地实现多级操作闭锁，可靠性高。常规站，人是整个监控系统的核心，人的感官对信息的接受不可避免地存在误差，其结果就会导致错误的判断和处理。人接受信息的速度有一定限制，对于变化快的信息，有时来不及反应，可能导致不正确的处理。而且个人的文化水平、工作经验、责任心等因素都会影响信息的处理，可以说常规站人处理信息的准确性和可靠性是不高的。运行的实践证明，值班人员的误判断、误处理常有发生。综合自动化站的核心为系统监控主机，用成熟可靠的计算机系统实现整个供、变电站的控制与操作、数据采集与处理、运行监视、事件记录等功能，可靠性高且功能齐全。供、变电站自动化系统简化了变电站的运行操作，可方便地实现各种类型步骤复杂的顺控操作，且操作安全快速，对于全控的变电站，线路的倒闸操作几分钟便可完成；而常规站实现同样的操作往往需要几个小时，且仍存在误操作的隐患。常规变电站控制一般采用强电一对一的控制方式，信息及控制命令都是通过控制电缆传输。计算机监控系统控制命令的传输由模拟式变成数字指令，提高了信息传输的准确性和可靠性。特别是分层分布式自动化系统，各保护小间与主控室之间采用光缆传输，提高了信息传输回路的抗电磁干扰能力。分散式布置，控制电缆长度大为缩减，在相同控制电缆截面时，断路器控制回路的电压降减少，有利于断路器的准确动作。
自动控制分析范文第4篇
关键词：煤矿井下；排水系统；自动控制；分析介绍
中图分类号：TD744
煤炭作为我国主要能源之一，其在国民经济的发展中起着不可替代的重要作用，而煤矿作为输出煤炭能源的唯一途径，其安全生产不仅关乎到国民经济的发展，同时也关乎着社会的和谐和稳定，排水系统作为决定煤矿安全生产的主要环节之一，一直以来都受到了业内人士的普遍关注，提高排水系统运行的安全性和可靠性是保证煤矿安全生产的重要保证，目前国内使用的排水系统多半还是采用人工控制的方式，这种控制方式对于操作和控制人员的要求很高，水泵操作人员要依靠目测的方式来判断水位的高低，从而决定水泵的停启，但是这种控制方式在遇到水位剧烈变化时，操作复杂和应变能力低的问题就充分的暴露出来。另外水泵耗能不容小觑，据统计，我国每年的水泵耗用电能约占到电能总消耗量的20%左右，占到水费成本的60%以上，人工控制的方式不仅效率低，同时也存在着能源和资源浪费的问题。
近年来排水自动控制系统的使用收到了非常良好的控制效果，不仅水泵排水效率大大提高，同时在能源节约方面也取得了显著的成效，自动控制系统以PLC作为控制核心，利用安装在各排水管道中和水泵电机上的感应设备采集控制参数，实现对于水泵运行状态以及运行过程的自动化监测和自动化控制。
1 自动化排水系统结构介绍
目前国内普遍采用的煤矿井下排水自动控制系统主要由隔爆型三相异步电动机、隔爆型PLC控制箱、矿用耐磨离心式水泵、真空传感器、真空系统、流量传感器以及压力传感器等部分组成。矿用耐磨离心水泵在排水工作之前要进行抽真空处理，目前国内一般都采用射流、水环真空泵、管道余水抽真空、水箱抽真空以及管道余水射流等方式。
采用射流方式一般需要用到射流管道控制阀门、射流总成以及真空管道控制阀门等设备，在压力喷嘴部位利用高压水流所产生的高速度，将水泵腔体内部的空气带走，从而形成内部的真空环境。
水环方式需要用到管道控制阀门、水环式真空泵以及真空管道控制阀门等设备，这种方式在选用时要注意估算待抽取的真空体积，以便确定真空泵的选用型号。
采用管道余水的方式进行抽空要将管道内的余水注入到水泵之内，等到水泵上有水流出的时候，证明水泵腔体内部已经注满，然后将放水阀门关闭，开启排水泵。
利用水箱抽真空的方式比较适用于自制水箱的煤矿，这种方式的抽真空方式类似于管道余水的抽真空方式，都是利用水泵的抽水作用将泵腔内的水排干净，从而形成真空的状态。
管道余水射流的方式是将原排水管道中的余水进行高压处理，使这部分余水具有较高的速度，从而具备较高的动能，在喷嘴部位能够利用自身的动能将周围的空气带走，这样泵腔之内就形成了真空的环境。
2 自动化排水系统功能分析
自动排水控制系统功能包括数据采集功能、系统控制功能、节能功能、故障诊断功能以及实时多任务功能。
2.1 数据采集功能需要控制系统通过安装在管道以及水泵上的传感器采集开关量和模拟量。不同传感器为控制系统提供不同的信号数据，控制系统通过安装在水泵电机上的开停传感器传输开停信号，控制电动机的开停状态，通过安装在水泵内的压力传感器监测水泵内部的压力情况，根据压力监测值控制水泵开停状态。在水泵开启之前要进行吸水管路的真空度，通过安装在吸水管路内的真空压力感应器监测管路内部的真空度，控制系统根据监测值控制电动机的开停状态。液位传感是控制系统通过液位感应器监测水仓内部的水位变化情况，根据水位高低决定水泵开停状态。
2.2 信息管理功能。井下排水自动控制系统通过PLC的编程能够实现水位信号的自动收集和识别功能，根据实时收集的水位信号，通过既定的计算程序计算单位时间内不同水位段的水位上升速率，并且通过各个部位传感器采集的压力、流量、温度、电流、电压等数据，综合分析排水系统运行状况，并对各类数据信息进行集中管理和处理，同时还会对整个排水系统中各设备的运行参数进行实时的记录，供检修或故障检查时使用。
2.3 自动排水控制系统的控制功能可以分为远控、手动以及集控三种方式，采用手动的方式是在水泵房的几种控制平台上，操作人员根据实际情况控制每个水泵的开停顺序以及相关设备的工作情况。集控方式同样也是在水泵房的操作平台之上实现控制操作，但是控制系统会根据预先设定的开停水泵条件，决定水泵的开停状态。远控方式对于水泵及其关联设备的开停控制则是在上位机水泵监控界面上完成，系统可根据操作人员的配置设置控制权限。
2.4 故障诊断功能是自动控制系统通过各个感应器实现对于各个子系统运行状态的监测，查找运行故障。当系统根据水位监测情况开启水泵的时候，控制系统会在此之前提前启动射流泵或者是真空泵，对管路内的真空压力进行检测，当压力值符合开启要求时则开启水泵电动机，同时将真空管路的阀门关闭。如果在水泵开启之后的一段时间之内，排水管路压力监测情况不满足测定值要求时，这时控制系统就会关闭排水泵，并发出故障报警信号。
2.5 报警保护功能实现了对于整个控制系统的故障保护，当系统出现运行故障的时候，报警保护功能在发出警报的同时也会采取相应的措施保护系统设备。
（1）超温保护。排水泵在运行一段时间之后会出现主轴承温度升高的情况，当温度升高到高于设计允许值的时候，系统就会发出故障警报，操作人员会及时采取措施，避免由于温度升高而对控制模块产生危害。
（2）流量保护。流量保护主要是通过对于涌水量的监测来实现运行水泵的开启数量，如果涌水量达到一定值，控制系统将对应的水泵台数全数开启，当水流量逐渐下降的时候，控制系统会根据实际的水流量和涌流部位决定控制该部位排水的水泵停止运行，从而避免水泵空转，既保护电机同时又降低不必要的能耗。
（3）电动机故障保护。电动机能否正常运转是排水系统能否正常运转的关键，对于电动机故障的监测和保护将会对整个排水体统的正常运行起着至关重要的作用。提供PLC会通过安装在水泵电动机上的感应器实时监控电动机的运行状态，一旦电动机运行出现异常，系统PLC则会及时发出停止指令，并发出警报告知操作人员，操作人员会采取相应的措施及时进行处理，避免电动机带病作业，影响电动机正常使用寿命。
3 结束语
煤矿排水系统是决定煤矿安全生产的主要环节之一，对于排水系统的控制将会对整个煤矿的安全生产带来十分现实的意义。而传统的人工排水系统控制方法不仅操作繁琐，并且对于操作人员的工作经验要求过高，同时也会给操作人员和控制人员的工作增加很多压力。采用自动化的控制系统不仅有效的避免了这些问题，同时还大大的提高了控制效率，另外自动化的控制系统通过PLC以及各个设备上的感应器能够实现整个排水系统的监测、检查、数据收集和管理以及故障报警和保护等功能，降低了排水系统运行成本和工作人员的工作强度，提高了排水系统的运行效率，确保了煤矿安全生产工作。
参考文献：
[1]刘春生，梁小明，万丰.煤矿自动排水系统的控制策略[J].兰州理工大学学报，2011（01）.
自动控制分析范文第5篇
关键词:锅炉微机控制;仪表控制方式等
中图分类号:TK223.7 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 01-0000-02
一、计算机与仪表控制的对比
锅炉微机控制,是近年来开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物,目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率,降低耗煤量,降低耗电量,用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。
工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势:
1.直观而集中的显示锅炉各运行参数。
2.可以按需要随时打印或定时打印,能对运行状况进行准确地记录,便于事故追查和分析,防止事故的瞒报漏报现象;
3.在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值,并修改系统的控制参数;
4.减少了显示仪表。
5.提高锅炉的热效率。
6.作为锅炉控制装置,其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行,减轻操作人员的劳动强度。
7.锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象,诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。
8.锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统,可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的;
综合以上所述种种优点可以预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。
二、计算机控制工作原理
首先除氧水通过给水泵进入给水调节阀,通过给水调节阀进入省煤器,冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热,变成温水进入汽包,在汽包内加热至沸腾产生蒸汽,为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置,蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风机进入空气预热器,在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热,变成热空气进入炉膛。燃料进入炉膛被前面的火点燃,在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水,同时产生热烟气。在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器,把预热传导给进入锅炉的水和空气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘,去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。
锅炉微机控制系统,一般由以下几部分组成,即由锅炉本体、一次仪表、控制系统、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成,一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分,手动控制时由操作人员手动控制,用操作器控制变频器、滑差电机及阀等,自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行,除此以外为保证锅炉运行的安全,在进行微机系统设计时,对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置,以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置,以免锅炉发生重大事故。
三、计算机控制系统的功能
锅炉控制系统的硬件配置,功能较好首推可编程序控制器PLC,适合于多台大型锅炉控制,由于PLC具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能,所以抗干扰能力强,能置于环境恶劣的工业现场中,故障率低。PLC编程简单,易于通信和联网,多台PLC进行链接及与计算机进行链接,实现一台计算机和若干台PLC构成分布式控制网络,另外使用PLC加上位机的控制系统具有很好的扩容性,如需要增加控制点或控制回路只需添加少量输入输出模块即可,为以后的控制系统升级改造和其他功能的添加打下良好基础,也为以后一机多炉控制系统等其他工厂级自动化网络打下良好基础。根据锅炉系统的不同,PLC控制系统的选型也有很大不同。大型锅炉控制系统的控制点数较多(1000点以上),控制要求较高,宜选用冗余控制系统。博思科技能提供以下几种冗余系统解决方案:
四、控制系统分析
1.给水控制
在正常运行时,给水调节阀由蒸汽流量、汽包水位和给水流量的三冲量控制,汽包水位信号经汽包压力补偿后作为主调的输入,蒸汽流量信号经温度、压力修正后与给水流量信号一起作为副调的反馈输入。启动时只有汽包水位的单冲量控制。单冲量控制和三冲量控制能相互无扰动切换。
汽包水位过高,会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,使过热蒸汽温度降低;水位过低,负荷增大时,水的汽化速度加快,汽包内水量迅速减少,如不及时调整,会使汽包内的水全部汽化,危及锅炉安全。当负荷非常不稳定时,给水流量的扰动,使汽包水位有较大延迟,蒸汽流量变化,会出现虚假水位,使得三冲量难以运行,因此先以单冲量投入运行,使工况稳定后再投入三冲量,也要求单冲量和三冲量两种控制方式能方便地进行无扰切换。
2.过热蒸汽汽温控制
锅炉正常运行时不仅要求主汽压力稳定,而且要求主汽温度稳定。主汽温度是反映机组运行情况的一个重要参数。如果主汽温度偏高,过热器及汽机将在更加恶劣的环境下运行,材料的使用寿命将会缩短。相反,如果主汽温度偏低,则汽机达不到预定的运行效率。因此,机组正常运行时要求主汽温度稳定。循环流化床锅炉主汽温度调节系统采用由主汽温度、喷水减温器出口温度及主汽流量等参数组成的串级控制系统。主汽温度测量值作为主调的反馈输入值,与主汽温度设定值进行PID运算后送入副调,在副调中与减温器出口汽温进行控制运 算,其结果经限幅后由手操器输出至执行机构,调节喷水减温的控制阀。由于主汽流量变化时,喷水量应相应地发生变化,故在主汽温度控制方案中把主汽流量信号以前馈形式引入控制系统中。
3.燃烧控制燃烧控制
维持汽压稳定,保证燃烧过程的经济性和炉膛负压的稳定,控制系统可分为三个回路:燃料量、送风和引风。燃料流量包括焦炉煤气与高炉煤气。
燃料与空气采取比值控制方式和氧量校正方案,并用烟气含氧量进行微调,风/煤交叉联锁逻辑保证锅炉在任何负荷时都处于安全燃烧的“富氧”工况。即控制任何燃烧工况下的锅炉奉均大于燃料量。在静态时,风量指令为锅炉指令和锅炉燃料总量的高选信号;而燃料指令为锅炉指令与总风量的低选信号。在负荷变化时,则通过先加风,后加燃料;先减燃料,后减风来实现动态补偿。
过剩空气系数校正回路也保证了锅炉在任何负荷时,都处于安全燃烧的“富氧”工况。在低负荷试,为了保证稳定燃烧,过剩空气系数较大。在高负荷时,为了获得较高的燃烧经济性,必须维持较低的过剩空气系数。
4.顺序控制
对锅炉的辅机及阀门等设备进行集中控制,实现辅机设备、阀门及其它辅助系统的顺序启停,从而提高机组运行的可靠性,降低运行人员的劳动强度。
根据现场运行情况,对锅炉设备及其它辅助设备设计程序启动、停止和手动,以满足有关设备的起、停联锁逻辑。
顺序控制部分的联锁的保护指令具有最高优先级,手动控制指令的优先级次之,自动控制指令的优先级最低。对同一设备的开关指令之间设计成相互闭锁,不允许同时发出。为防止运行人员的误操作,重要的手操指令设有确认按钮。
5炉膛安全监控
执行点火程序,并对供风系统、引风系统、炉膛压力、汽包水位等进行监视,对出现的危险情况进行报警、执行相应的联锁程序,记录事故前后的相关数据。
锅炉起停和正常运行时,一旦检测到危及系统安全的条件时,立即进行动作,切断主燃料,指出首次跳闸原因,并给出声光报警信号,进行有关的联锁和顺控动作,以保证锅炉的安全。当出现以下情况时,燃烧系统停止。
1)引风机故障或烟气通道阻塞;
2) 燃烧用供风故障;
3)汽包水位低于下限;
4)炉膛压力过高或过低;
