自动监测控制系统

自动监测控制系统（精选十篇）

自动监测控制系统篇1

1 目的

通过实施水质自动监控,可以实现水质的连续监测和远程控制,达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大流域性水质污染事故,使水厂在发生重大水污染事故时掌控水源水质状况,起到防范、解决突发水污染事故的目的,同时也为水资源的综合利用及环境科学研究提供了基础数据和资料。

2 概述

水质自动监测控制系统是一套含水质自动分析仪及水样预处理、数据采集、站点控制、远程监控、数据发布于一体的在线全自动监控系统。它将现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、现代通讯技术有机的结合为一体,利用通讯网络,实时的将现场各系统的测量结果、运行状况、系统日志等信息自动传送到中心站,并接受中心站所发来的各种指令,实时的对整个系统进行远程设置,远程清洗,远程监测及控制。

水质自动监测控制系统由一个中心监测站和若干个固定监测子站组成,中心站与各基站之间通过无线终端模块利用GPRS或者卫星进行实时通讯,完成中心站对各基站的实时监测、远程控制及数据传输的功能。

中心站是整个系统实现管理、控制、分析、远程维护等的指挥中心。中心站管理系统是水质自动监测控制系统的上层管理软件,它实现实时、快速、准确的与远程基站进行通讯,保证系统的正常运行并对监测数据进行存储、分析、处理,为环境管理服务。中心站系统还提供了WEB数据发布平台,用户可方便地对数据进行查询、分析,生成各种报表及曲线图。同时系统还具有对外输出端口,可为第三方运营商提供技术支持。

监测基站是整个系统基础数据的采集地,它以基站管理系统作为整个基站管理的核心,以现场PLC为控制中枢,配以相应的控制单元,来实现水质信息的实时监测及与中心站的数据通讯。为保证系统的稳定运行和状态反馈,在各单元管路的关键部位都加装了压力传感器、液位开关,组成了一个带反馈信息的控制系统。基站管理系统或中心站根据现场实际情况,向控制单元发出相应的控制指令。同时授权用户还可以在基站管理系统上根据实际情况对基站的各种参数方便地进行设置,如对仪器监测频次、气洗滤芯频次、气洗管路频次、水洗管路频次、除藻频次、故障报警号码、故障报警类型选择等参数的设置。

3 系统功能结构图

4 功能介绍

4.1 基站系统

基站系统:由取水系统、配水管路、水样预处理装置、辅助系统、自动控制系统、基站管理软件六部分组成。

(1) 取水系统从被测断面采到有代表性的水样,并保证水样在传输管路中物理化学性质不发生变化。该系统由取水泵组件、采样浮筏、隔离栅、压力流量监控及采水管道等部分组成。

(2) 配水管路是通过PLC控制电磁阀、电动球阀等执行机构的切换,将水或气导入到相应的管路,来实现水样输送和清洗的功能。

(3) 水样预处理装置主要对进入分析仪器前的水样进行处理,确保分析仪器的正常使用,它采用速流式沉降分离装置进行处理,具有自动清沙、排沙功能。

(4) 辅助系统包括自来水系统、压缩空气与反冲洗系统、纯水制备系统、电压稳压系统、防雷系统、加药除藻清洗系统。

(5) 自动控制系统主要完成管路取水、配水、清洗、反吹等分步功能,它由上位机与PLC两部分组成。上位机负责系统对现场各种执行指令的发出、数据的统计、现场状况记录报警及与中心站的通讯;PLC系统实现对控制命令的执行,它负责指挥电磁阀、继电器、开关的动作及五参数和现场环境参数模拟量信号的转换等,它直接接受上位机的指令,并将转换后的信号传送给上位机。

(6) 基站管理软件主要完成基站监测数据的采集、处理、判断、查询,生成各类统计报表,完成对现场仪器、设备的控制,并实时地显示出仪器与设备的运行状态,完成中心站与基站之间通讯及相关数据的交换。基站管理软件包括:水样采集与控制、数据采集与控制、信息传输、信息处理四大模块。

4.2 通讯层

主要是完成基站与中心站之间自动建立连接,实现基站状态信息、报警信息、水样数据等信息向中心站传送,并把数据存入本地和中心站数据库;同时接受中心站的管理、执行相关指令。通讯层主要包括通讯服务器、接收设备、通讯处理软件。通讯层支持电话拨号、GPRS、GSM、CDMA及卫星等多种通讯模式。

4.3 中心站管理系统

中心站管理系统由上层管理软件、数据库和服务器组成。上层管理软件主要是收集、保存各监测基站的数据、运行日志、运行状态等信息并按照要求自动出具各种监测报表,并能够通过授权对基站进行相关的操作。数据库用来完成对基站数据的存储。

中心站系统管理软件界面简洁、大方,操作方便;使用的数据库具备强劲的管理、分析、查询和二次开发能力,它由系统管理、基站管理、数据处理、Web查询四大模块组成。

(1) 系统管理模块是整个系统的管理控制中心,它为系统正常运行提供了环境支持,为整个系统稳定、可靠、持续的运行提供了保证,它包括系统参数的设定、数据的维护、用户的管理及系统安全的设置。

(2) 基站管理模块主要分为控制部分和查询部分,前者包括:连接站点、数据采集、系统启停、频次设置、远程日志、紧急检测、断开连接;后者包括基站状态的显示及对监测数据、日志数据、相关数据的查询。

(3)从远程基站获得的各类数据全部保存到中心站服务器的数据库中,对数据的查询、输出、处理等操作都在数据处理模块完成。它可以实现对任意时间段超标数据的查询、生成相应的统计报表与变化曲线。

(4) WEB查询模块是一个综合信息发布平台,任何一个具有查询权限的人员都可以通过内部局域网或互联网方便快捷地对整个系统内各基站的运行状态及监测情况进行查询,并对相关信息进行配置,大大方便了用户的使用。

5 结束语

水质自动监测控制系统是一套以在线自动分析仪为核心,运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术,结合现代通讯网络,配以相关控制分析管理软件,开发而成的综合在线自动监测管理系统。该系统实现了对水质的实时连续监测和远程控制,能及时发现主要流域水质的异常变化,追踪污染源,并对水质污染迅速做出预警预报,从而有效避免水质污染事故的扩大,为管理决策提供方便快捷的技术支持。

摘要：水质自动监测控制系统是一套含水质自动分析仪、数据采集、站点控制、远程监控、数据发布于一体的在线全自动监控系统。该系统实现了对水质的实时连续监测和远程控制,能及时发现主要流域水质的异常变化,追踪污染源,对水质污染迅速做出预警预报,从而有效避免水质污染事故的扩大。

关键词：水质监测,管理系统,自动控制,PLC

参考文献

[1]王宝军.水质自动监测技术的发展现状[J].科技致富向导,2010(23):225-226.

水质自动监测系统建设与维护初探篇2

水质自动监测系统建设与维护初探

摘要：本文结合江门市区堇边水质白动监测系统建设与维护过程中遇到的.实际问题,提出相应的解决方法及建议,以供验收后自行运营维护技术人员参考.作者：夏光耀洪流尹丽君作者单位：江门市环境监测中心站,广东江门,529000期刊：科技创新导报 Journal：SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD年，卷(期)：,“”(3)分类号：X84关键词：水质自动监测建设维护

自动气象站综合监测系统研究篇3

关键词：自动站综合监测通信设备

中图分类号：P415文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0107-02

随着气象综合观测业务的现代化，人工观测逐步转为自动观测。现代化设备的应用，会大幅降低工作人员负担。但实际情况却是，综合观测的工作量和工作人员心理压力不降反升。主要表现在：业务质量考核的内容比以住更多，要求更严。不但要考核观测、发报和报表质量，还重点考核数据的可用性和传输及时率；与人工观测设备相比，自动站设备结构复杂，出现故障的概率增大。当设备出现故障后，一般工作人员很难找出原因，更难及时处理故障；新型自动站软件尚不完善，运行不稳定。

据统计，设备、软件、网络故障以及供电不稳定对业务质量的影响，已超过人为原因，成为影响观测质量的主要因素。

本系统能对影响综合观测质量的主要因素进行自动监测，发现异常及时报警。

1 系统主要研究内容及方法

系统能对自动站计算机、自动站软件、采集器是否正常工作，网络、市电是否中断，长Z文件数据是否有缺测、是否进行人工质控、上传是否及时等进行判断。发现异常后，根据情况的紧急程度，通过文字、音箱、发送短信或拨打电话报警。

1.1 設备功能及布局图

如图1所示。

1.2 监测功能及实现方法

1.2.1 断市电、自动站计算机工作状态。

一般说来，设计一个使用市电的USB设备与自动站计算机连接，通过程序检测其状态判断市电是否中断比较方便。但考虑到，如果安装本系统的“自动站”计算机出现故障、或上面的监测软件意外中止，所有监测功能将无效。

因此，本系统增加一台直接使用市电的“其它计算机”，采用ping命令，判断“自动站计算机”与“其它计算机”之间的连通性，使两台计算机相互监测。既可达到检测市电是否中断，“自动站”计算机是否正常工作的目的。两台计算机上的监测软件还可通过数据传递方式，判断对方是否正常运行中，大大增加监测系统的可靠性。

另外，因网线接触不良、网络不稳定等原因，网络出现短暂中断的情况时有发生，在判断计算机之间的连通性时，需以一段时间内多次判断的结果为准，否则，容易出现误判。

1.2.2 判断网络是否连通、自动站软件以及采集器是否正常工作。

（1）本系统通过扫描服务器端口，检测“自动站”计算机与“报文上传服务器（IP：10.203.72.30）”、“报文存储服务器（IP：10.203.6.7）”的连通状态，确定网络是否正常。

如果使用Ping服务器IP的方式判断网络连通性，将可能因服务器安全设置影响而不能正常判断。

（2）通过检查“通信组网接口软件”、“自动气象站监控软件”是否在进程列表中、分钟数据文件是否得到更新，综合判断自动气象站软件及采集器工作状态。

如“通信组网接口软件”和“自动气象站监控软件”未运行，通过Shell命令将其启动。

1.2.3 监测长Z文件是否上传、是否进行质控、数据是否有缺测

在网络连接正常的情况下，每小时正点后从指定的时间开始，从“报文存储服务器”以FTP方式下载监测台站当前时次，当前时刻前最后一次上传的长Z文件数据进行检查。

（1）如果当前时次某台站长Z文件不存在，则确定为“长Z文件未上传”。

（2）通过长Z文件第一行的“质控码”，判断需要人工质控时段的长Z文件是否经过人工质控。

（3）根据台站观测项目设置情况，判断长Z文件中的当前时次应该观测的项目数据是否有缺测。

如果所有气象台站都在某一时刻从服务器上下载文件进行检测，可能增加服务器负担，并对通信造成影响。因此，系统开始下载长Z文件时间的分钟数允许人为设定，秒数由程序随机生成，可有效避免多个台站同时下载文件的情况发生。

另外，在同一计算机上，该系统可以通过添加区站号的方式，对多个台站的长Z文件进行集中监测。

1.2.4 大风监测功能

目前，当出现大风时，新型自动站不会自动报警，并且记录的终止时间与实际终止时间相差15 min。当可能有大风时，值班员要一直查看大风数据，才能避免迟、漏报现象。

本系统自动读取FJ.TXT文件第一行，如内容有更新，则根据文件内容计算出大风开始和终止时间，并报警，以方便编发相关报文。

1.3 报警功能及实现方法

当监测到异常情况时，根据情况紧急程度，立即通过文字、音箱、短信、电话等方式提醒值班员和相关管理人员。

1.3.1 通信设备的选择

为了确保在网络中断的情况下，能自动发出短信和拨打相关人员电话，需用独立、可靠、低使用成本的通信设备。

本系统采用带“TC35i”芯片的GSM/GPRS调制解调器通过USB接口与自动站计算机连接，通过AT命令实现自动发送短信和拨打电话功能。经实测，该设备稳定可靠，经济实惠。一般情况下，每月费用（手机卡通信费）在5元以内。

1.3.2 通信时占用系统资源的处理

设备通信测试发现，如在同一应用程序内实现监测及通信功能，则在发送短信和拨打电话时，需要等通信结束后，才能执行监测功能，占用了较多的资源，监控的时效性受到影响。使用多线程编程方法依然不能解决。

本系统监测及通信分别使用独立的应用程序。在监测程序启动后，通信程序自动启动并在后台运行。需要通信时，监测程序将通信内容、联系电话等参数传递到通信程序。既不影响监测的效率，通信的可靠性又得了保障。

2 系统存在的问题

本系统能及时发现并提醒工作人员处理影响观测质量的绝大问题，但并未面面具到，功能有不足之处。

（1）未加入数据质量检查功能，数据是否正确仍需通过自动站软件判断（注：自动站软件已能对数据进行质量检查）。

（2）当长Z文件上传到“10.203.72.30”

服务器后，会被转到“10.203.6.7”服务器存储，但服务器原因，有时中转会稍有延迟，而本系统是从设定的时间开始从“10.203.6.7”检测长Z文件的。如检测时间过早，偶尔会出现长Z文件已经按时上传，而误报“未上传”的现象，检测时间过晚，真出现故障时，留给工作人员处理异常的时间将减少。

3 推广应用情况

本系统适用于所有气象台站地面气象自动站系统。目前，该系统已在贵州省所有气象台站推广使用。各台站使用后反馈的情况表明，系统运行稳定，效果良好，达到了预期目的。

4 结语

本系统能对影响综合观测质量的主要因素，如自动站计算机、自动气象站软硬件、网络、市电等工作情况进行较为全面的监测。发现问题及时报警，提醒相关工作人员对故障进行处理，极大地减轻了值班员心理压力，减少了工作量，提高了业务质量。

参考文献

[1]李黄.自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2007.

[2]张宏林.Visual Basic 6.0 程序设计与开发技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[3]TC35 TC35i AT指令手册.

光纤自动监测系统应用篇4

一、系统结构设想

光纤自动检测系统是一套智能型的无源光网络集中式监测系统, 整个系统包括硬件和软件部分, 光纤自动检测系统的系统架构上, 主要有三个子系统, 分别为:监测采集机;监控中央处理主机;管理终端机 (客户操维主机) 。

二、子系统功能设想

2.1光信号监测采集单元技术要求

光信号监测方法通常分为两种:在线监测和离线监测, 在线监测就是监测工作纤中的光信号, 需要用到分光器、波分复用器、滤波器、垮接设备等;离线监测就是监测备纤中的光信号, 需要增加激光光源, 给备纤提供光信号;还可以通过通信设备的接口收集通信设备给出的有关信息。

功能要求:精确测量多路路光功率 (建议采用轮巡方式) ;当收到告警信号时, 立即启动OTDR卡对该条光纤进行测试;接收主站的指令, 针对光路进行各种功能性、光学性测试等;可选择如下波长:1550nm、1310nm、1300nm、850nm、1625nm

2.2多路采集监控中央处理单元

监测中心与采集站之间的通讯可以采用多种方式, 监测中心与采集站不在同一地点, 一般采用广域网的组网方式, 如在通讯中经常用到的DCN、DDN、E1等。监测中心与采集站在同一地点一般采用以太网的通讯方式。

功能要求:收集光路监控单元的信号, 并进行分析和处理和本地告警;具有多级告警, 自动发送越限告警信号;提供以太网RJ45/RS232等通信接口;将监测数据实时上传送给上位机 (PC操维数据库) ;接受上位机 (PC操维数据库) 对监控中央处理单元的命令, 实现对光信号监测采集单元进行控制。

2.3管理终端机 (PC操维数据库)

主要是通过基于地理信息系统以图形方式 (光缆线路拓扑图、分布图) 对所管辖的所有监测站之下的所有光缆单元、系统设备进行实时监测, 并对他们进行实时告警及故障处理流程 (声光及E-MAIL、手机短信等联动形式) , 通过相关的对话窗口, 可以对光缆故障进行确认、清除处理, 进行查询、统计、分析, 发布测试命令。

维护管理的功能主要是完成对各采集站的维护管理, 建立系统运行的静态数据, 掌握监测点的运行状况;设置光缆线路的监测参数, 如光功率监测单元的告警门限、OTDR测试参数、监测光纤的监测门限;对已存储于数据库服务器中的光缆线路监测数据进行统计分析, 制作报表和曲线, 描述光缆单元的现行状态和性能变化趋势, 以及查询光缆单元的情态资料, 如生产厂商、施工日期、单位、技术参数以及维护责任人;维修维护管理和相关联系统及设备管理等信息。

三、综述

光纤自动监测系统的应用不仅可以及时准确地报告突发性光缆故障, 有效缩短故障历时, 而且能够通过对多重门限和数据库资料的分析, 及时发现隐含的、尚未但将会造成通信阻断的潜在故障, 并进行准确的预告, 从而做到提前维护, 并减少光缆阻断次数。

参考文献

[1]高炜烈.《光纤通信》.北京:人民邮电出版社, 1999

自动监测控制系统篇5

岗位职责

水质自动监测系统管理人员岗位职责

一、监测站点的各组成部分进行维护、维修和保养，定期更换易损易耗件

二、每周巡视监测站点1~2次，做好各种现场记录

三、通过专用维护软件每天查看各监测站点的运行情况，做好记录

四、定期更换监测站点所需各种试剂，所需仪器使用的蒸馏水、试剂、标准溶液

等均达到【国家环境监测技术规范】中的质量保证要求

五、认真填写各项运行记录并妥善保存

六、定期上报各监测站点的数据、图标、统计等

七、定期对信息管理中心和整体通讯进行测试和调试，并做好记录

八、定期对监测仪器进行标样校准和实际水样对比校准，并做好记录

九、做好固定资产的管理，备品备件的登记和使用管理等工作

十、发现故障应及时解决，超过24小时不能及时解决的向公司本部和业主方报

告，同时做好手工留样，进行实验室分析等应急补救措施

十一、做好监测站点的安全保卫工作，切实做好防盗、防火措施，防止其他人

或自然事故的发生

十二、服务人员原则上是要在技术服务承诺时间内到达现场并在12个小时内解决问题。

十三、服务人员若遇到特殊情况，不能按时到达服务地点，应及时跟客户联系、说明原因，并将具体情况向上级领导进行说明。

十四、服务人员在现场遇到问题，未能当场解决或本人无法解决时，必须及时

与公司联系，共同分析其原因，找到解决问题的办法，然后安排下一步工作。化学器皿、试剂使用管理制度

一、各基站负责人应保管好化学试剂，分类存放、定期检查使用和保管状况，定期提出补充计划，保证配置合理、有序

二、易燃易爆试剂应放在通风阴凉处，且不得在站房内大量积存。保存在子站房内的少量危险化学品应严格控制，加强管理

三、如有剧毒试剂，除专人保管外，还需加锁存放，经批准方可使用。使用时至少共同称量，并记录用量。

四、取用化学试剂的器皿应分类存放，并做到每种化学试剂用一种器皿，避免混用

五、稀释浓酸、碱等试剂时，应按规定的要求操作和储存。使用有机溶剂和挥发性强的试剂操作时，应在通风良好的地方进行。

六、按实际消耗需要配制在线分析试液，并在保质期内使用，以节省成本，保证监测分析质量。对需要购进的进口分析试液，要做好计划，并按规定储存保管和使用

七、对配制好的试剂溶液、标准溶液，要按规定粘贴瓶签，按规定标示溶液名称、浓度类型、浓度值、介质、配制日期、配制温度、保质期或核校周期、配制人等。

八、定期检查保管储存的试剂、试液，并对不符合质量要求或过期变质等的试剂、试液按规定进行处理

九、出现化学试剂、试液中毒、灼伤等事故，应立即按相应的方法进行处理。

严重时送医院救治，同时报告上级领导日常巡检制度

一、巡查前必须调阅所需站点的运行数据和日志信息，准备好各种试剂和材料

二、检查监测站点供电系统、接地线路和通讯线路是否正常

三、检查监测站点采水系统、配水系统，各种控制设备部件运行是否正常

四、根据系统要求对系统流路、预处理装置、取样装置等进行清洗和维护

五、根据仪器维护手册的要求和维护工作周期安排表对仪器进行日常的维护工

作

六、仔细观察每台仪器的运行状态及每台仪器的部件运转情况、试剂的消耗情况，做到及时消除隐患，确保运行的稳定与正常

七、根据维护工作周期安排表对仪器进行试剂更换、标样校正和实际水样对比校

正等工作

八、认真查看各分析仪器及设备的状态和数据信息，判断运行是否正常

九、认真做好站点的日常巡查工作记录，特殊情况下应加强巡视监测子站的频

次，及时发现存在的问题并妥善解决。

十、发现故障时应及时排除，不能解决的应及时技术服务中心主任汇报，同时应

做好手工采样、实验室分析的应急补救措施。

十一、在经常出现强风暴雨的地区，应检查避雷设施是否正常，监测站房是否

有积水漏雨的现象水质在线监测系统计算机管理制度

一、负责通过维护端对数据信息等进行维护和管理

二、计算机必须在干净、干燥和无干扰的环境中运行，防止颗粒、灰尘、各种液

体进入，并保持相应的环境温度

三、进行网络安全防范，防止网络安全攻击。当外来攻击发生，具有相应的检测，发现和处理外来攻击的能力

四、定期检查通讯线路、物理设备、运行环境的安全，负责保证系统整体通讯正

常，出现异常情况及时报告

五、必须对操作使用和维护在线监测系统的用户进行权限分配，以保证操作和维

护系统的安全性、数据的保密性、完整性和有效性

六、只允许操作和运行在线监测的控制、管理和系统维护软件，不得通过在线监

测网络来搜寻互联网上的其他内容

七、由制定专业人员操作、使用，严禁非专业或非相关技术人员操作和使用。

八、未经批准同意，严禁私自对外提供任何信息资料

九、未经同意，禁止外单位、外部门人员操作和使用专用电脑

十、禁止对外借用软件、机器等设备

十一、未经同意不得向专用计算机下载文件、拷入软件或文档，软盘、可移动

硬盘使用前必须确保无病毒

十二、做好计算机设备软、硬件维修，系统维护、清除病毒，使处于最佳工作

状态

十三、对负责在线监测系统的操作、维护、数据信息查询和处理等的人员，上

岗前要进行相应的网络技术和安全培训，合格后方可承担本工作污染源在线监测系统现场人员职责

1.卫生情况:搞好在线监测系统的站房整体卫生，如仪器外表灰尘，集成系统灰尘，即水管、线槽、稳压器、水泵、空压机、电动球阀上面灰尘。窗户灰尘，地面卫生，蒸馏水桶，废液桶，每个墙角灰尘都必须打扫干净。现场记录:每天定时记录仪器数据和流量，查看仪器日志文件。

2.维护操作:定时清洗取样杯、取样管、取水头、液位探头、取样过滤网。3.试剂更换:定时更换试剂，处理废液，添加蒸馏水。

4.雷雨天气防雷措施:雷雨严重的时段请关闭整个站房电源，雷雨一停，请马上恢复电源。

5.站房温度控制:安装好空调，并24小时开启，温度控制在25?以下。6.企业长时间停电或未生产情况下请向环保局打报告。

仪器未测试快速判断方法: 1.查看排污口是否排水，试剂以及蒸馏水是否都充足。

自动监测控制系统篇6

关键词：天福庙；大坝；自动；监测；应用；管理

中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-31-2

1 概况

宜昌市天福庙水库位于长江北岸支流黄柏河东支中上游的远安县荷花镇境内，是黄柏河梯级开发的骨干工程之一，距宜昌市城区80km。1974年12月动工兴建，1978年元月投入运行。水库大坝由砌石双曲溢流拱坝和左岸溢流重力坝组成。坝顶高程410.30m，坝顶宽4.2m，坝顶全长232m，最大坝高63.3m。坝址以上控制流域面积553.6km2。设计正常蓄水位409.00m，相应库容6045万m3，校核洪水位409.51m，总库容6180万m3，属中型水库。建库以来，多年平均降水量1100mm，多年平均流量8.51m3/s。水库下游建有两级电站，总装机7000kW，一级电站装机3×1400kW，发电尾水经长达5km的渠道引向二级电站；二级站装机3×800+1×400kW。

2 大坝自动监测仪器布置

2.1 内部监测

裂缝监测，共埋设测缝计8支。其中中间溢洪支墩一支；右坝肩一支；大坝F1、F4断层6支三相测缝计。使用基康BGK-4420型振弦式裂缝计进行自动化监测。

2.2 外部监测

包括坝顶视准线（水平位移）和正（倒）垂线监测。视准线监测共建有视准线7条，监测基点9个点。使用日本索佳全站仪NETO5对大坝水平方向利用ATOMS自动测量软件实现对大坝水平位移的监测。

垂线监测：分别在大坝拱坝段左坝端和右坝端各布置有正垂线一条和倒垂线一条，在冠中处设正垂线监测线一条，实行两点监测。使用基康BGK4805A垂线坐标仪进行自动化监测。

2.3 渗流监测

包括扬压力监测、量水堰监测。扬压力监测设备渗压计7支。两个量水堰渗压计2支。使用基康BGK-4675LV型振弦式精密水位计（量水堰计）进行自动化监测。

2.4 水温监测项目

坝前安装1套水温监测计，监测坝前表层、中层、深层水温。

3 大坝自动监测的应用

3.1 自动监测信息采集

天福庙大坝自动监测系统是基于局域网，针对天福庙水库双曲拱坝坝体和水库实际情况订制的管理系统。主要功能有对大坝水平位移、正倒垂、裂缝、断层、扬压力、水温等大坝监测数据的接收、处理和存储，建立工程档案，并实现在线处理和离线处理，及时制成图表，对工程性态进行分析和安全评估。信息采集见天福庙大坝自动监测系统拓扑图。

大坝水平位移监测：先将全站仪架设在基站，在信息采集中心计算机上通过软件控制全站仪，全站仪将按照预先设定的程序对观测站点逐个扫描，再将数据传回到计算机，自动生成监测数据报告。

坝基扬压力的监测：坝基扬压力监测，主要监测坝基扬压力变化。扬压力观测采用振弦式渗压计观测，渗压计的传感元件是一根附在膜上的钢琴弦，它由绕组磁铁激励作用在膜上的压力来改变弦的压力，张力与钢弦共振或自然频率成比例，通过频率信号测量再转换成水压力数据量。

3.2 主要监测项目成果分析

坝顶水平位移监测是天福庙水库大坝外部变形监测中的主要项目，对掌握大坝的水平变位及其变化规律有着决定性的作用。根据人工监测和自动监测资料分析，变位具有明显的规律性，其变化规律为：库水位愈低、气温愈高，坝体向上游位移量就愈大；水位高、气温高，坝体同样向上游位移；水位高、气温低，坝体向下游位移量就愈大，由此说明库水位对大坝变位的影响不及温度影响明显，上下游方向位移受温度变化影响为主，水位变化影响次之。但值得注意的是，高温加低水位是拱坝最不利的运行状态。

正倒垂人工监测和自动监测资料分析，拱冠处挠度变化趋势与坝顶水平位移变化规律基本一致，即温度升高向上游，温度降低向下游；水位降低向上游，水位上涨向下游，并呈年周期性回归。

天福庙大坝通过人工监测和自动监测的数据对比来看，大坝监测数据两者的变化规律是一致的，而且自动监测的数据更时时、更精确。

4 大坝自动监测存在的问题

4.1 监测设备布置不合理

天福庙大坝水平位移自动监测设施是在原人工监测设施上进行的更新改造，当自动设备出现故障时，人工监测也无法进行，特别是在汛期水位较高时不能时时掌握大坝变形情况，同时对观测资料的延续性极为不利。

4.2 设备运行维护问题

由于大坝管理人员更换频繁，新进人员对设备的性能及使用方法要用很多的时间来适应。加上设备的自动化程度较高，需要专业人员才能进行维护，每次设备出现问题后就要等待安装厂家技术人员到现场指导。

5 大坝监测工作的改进措施

5.1 合理布置监测设备

天福庙水库应重新建立大坝水平位移自动观测系统，并保留原有人工观测点，用人工监测方法对自动监测数据进行校核，确保大坝水平位移观测数据的延续性和准确性。

5.2 加强专业人才的培养

大坝变形自动监测项目是一项系统工程，涉及水工、测量、网络、计算机等方面的专业知识，为了准确地进行变形监测，应重视水工管理人员的队伍建设，加强工程管理人员的培训力度，有针对性地引进专业人才，提高大坝变形监测人员的整体素质。

6 结语

光缆自动化监测系统篇7

光缆线路自动监测系统是一种利用计算机和通信技术以及光纤特性测试技术,对光纤传输网进行远程分布式实时监测,并将光缆线路的状态信息集中收集、处理和存储的自动化测控系统。光缆线路自动监测系统有两种:一种是对光缆线路的金属钢带或铝带的破损情况进行监测;另一种是对光缆线路的纤芯进行检测,是目前推广使用的方法.本文仅讨论后者。

1 远程光纤监测系统(RFTS)

RFTS是用光时域反射仪(OTDR)来监测光纤网络的一套智能型、模块化、分布式监测系统。该系统通过远程测试单元(RTU,Remote Test Unit),在预定的时间里,对被监测光纤网络进行OTDR测量。测量结果与基准测量值比较,如果偏移超过阀值,则实时告警并传送到RFTS中心局的控制部分。由于应用了开放式通信协议,因而易于集成在用户的网络系统之中。

1.1 系统组成

RFTS由中央监测台、RTU、光路测试切换装置(OTAU)及光纤耦合模块(FCM)四个子系统组成,除了FCM是被动设备外,其它三项子系统均具有自我诊断与维护功能。

1.1.1 中央监测台(TSC)TSC是系统的操作中心,监测各机房

RTU的测试资料。通过它监视各子系统,也可进一步通过连线上的RTU,针对特定光纤进行更仔细的测试。提供FAX、传呼机等多种告警方式。

1.1.2 远程测试单元(RTU)RTU可根据管理人员预先设定的

程序或操作,24h测量光纤网络品质。RTU还配有新式的OTDR,具有高的动态测试范围,低的事件盲区。提供1.31、1.55、1.625μm的测试波长,满足目前业界对离线测试或在线测试的需求。

1.1.3 光路测试切换装置(OTAU)在星状与树状结构的光纤网络中,OTAU可将RTU的测试信号切换到不同的受测光纤上。

1.1.4 光纤耦合模块(FCM)FCM是在线测试应用中的一个专

用子系统,提供受测光纤与RTU测试光波的耦合与分解,并具有高隔离度、低损失、低反射的特性。FCM采用模块化单体设计,可以内装不同的光分波多功能单元(WDW)和光滤波器等光纤被动单元。

1.2 测试方法

使用RFTS进行光纤链路的自动测试,主要有三种方法:第一种是暗光纤离线测试。即只测试光缆内的空闲(备用)光纤。该方法只能监测影响整个光纤的灾难性故障,而不提供每根工作光纤芯线的信息,不能用于一级干线。第二种是利用WDM技术对工作光纤进行有源光纤在线测试,提供每根在用光纤的质量和可用性信息,检测机械应力或化学损伤引起的缓慢恶化,并作预防性修理.该方法断线判断准确。第三种是测试中断业务的工作光纤。该方法仅需一台可综合系统信号和测量信号的设备(一个与波长无关的耦合器或是一个光交换模块)。业务可以通过另一个环路迂回,

工作波长可等于传输波长,比较适合于双向环结构。

1.3 RFTS与电信管理网(TMN)的结合ITU-T已经规定了

TMN的全球标准。光纤本身是一个完全的无源网元,不能直接按照TMN的含义进行管理。为将光纤纳入TMN框架,RFTS将完全综合于一个标准的TMN环境中,与RTU和光纤一起构成能被管理的网元。作为网元管理器,操纵和控制所有RTU的TSC经Q3接口与其它的网络管理机构对话。Q3接口不仅规定通信用协议和消息,还包括管理信息库(MIB)和与信息有关的对象结构。

2 典型的光缆自动化监测系统

目前运用最多的光缆自动化监测系统是HP系列的RFTS。以下将分代论述。

2.1 RFTS100

RFTS100是HP81700系列的第一代产品,包括一至多个OTDR、一个光交换模块(用于多纤共享OTDR)和一台控制用PC机。使用调制解调器通过普通电话网可接入几个OTDR,故障定位快速、准确,并可用作日常维护。还可通过自动周期性测量分析长期退化。

2.2 HP第二代RFTS

系统由TSC、RTU、告警接口单元(AIU,Alarm Interface Unit)和相应的系统软件组成,采用模块化、分布式体系结构,通过开放式通信协议可以非常方便地集成到网络中。它可监测整个光缆网的运行状态,及时发现线路劣化趋势并做预防性维护。作为一个网元管理系统,它符合TMN架构,具备了Q3标准接口,可与其它网管系统在Q3上实现互联,避免了将来建设TMN的重复投资。

2.3 最新发展

HP公司新一代光缆网络管理系统Access Fiber,它以数据库为核心,采用客户/服务器结构,提供基于Windows NT的图形用户界面,是集网络规划、维护和管理于一身的网络信息管理系统。一个中心数据库可连接多台图形用户终端,便于数据共享和不同的维护需求。

3 光时域反射仪(OTDR)

OTDR是RFTS不可缺少的测试设备,其精度受各种因素的影响。

3.1 OTDR的测试误差及其原因分析

OTDR通常测试的基本参数为:距离、光纤损耗、事件损耗、链路损耗、回波损耗和链路回波损耗.这里仅谈距离测试。距离测试指两点间的光学距离。

影响距离测试误差的原因有:(1)光纤长度与光缆皮长不同。(2)直埋光缆的长度与地面长度存在误差。(3)架空光缆与杆路长度之间存在着偏差。(4)单向测量误差。(5)仪表操作员对光纤折射率取值不对产生偏差。(6)仪表操作员本身会产生误差。

3.2 消除测试误差所采取的对策

要消除或尽量减小光纤测试误差,应做到以下几点:(1)建立完整、准确的竣工资料。(2)认真做好“光纤长度累计”及“光纤衰减”的测试工作。(3)保持与原始资料参数的一致性。(4)熟悉技术资料进行双向测试。

3.3 OTDR的最新发展

目前OTDR对故障探测的距离分辨率为10~100m,但光纤到家(FTTH,Fiber To The Home)则要求故障定位精度达到1m。据报导,为能实现更高分辨率、更广的动态范围,日本正在研究光频域反射仪(OFDR)技术,定位精度可达到米量级,实现90d B以上的动态范围。

摘要：介绍了远程光纤监测系统(RFTS)的结构、测试方法及其与电信管理网(TMN)的结合情况,并列举出一些典型的RFTS系统以阐明其应用和发展趋势。同时,还讨论了影响光时域反射仪(OTDR)测试精度的要素和消除测试误差通常采用的对策。

钻井燃油罐液位自动监测系统篇8

关键词：GPS,GPRS,STC单片机,液位监测

1 引言

目前,钻井井场所用电力大多数是采用柴油发电机发电,柴油发电机所用的柴油迄今为止没有一种科学有效、精确的管理办法,柴油流失也引发了一系列的问题。井场属于易燃易爆的危险场所,是一个流动性强、不同井柴油用量不固定、仪表安装环境恶劣、难于管理的地方。为解决这些问题,本文设计一套钻井燃油罐液位自动监测系统,可以实时监测油罐内的柴油液位、井场位置等信息,实现管理人员对井场的实时监控,减少不必要的燃油损耗。

2 系统总体设计

该系统采用STC单片机作为主控制器,通过GPS卫星定位器进行井场位置定位,利用温度监测模块对各个防爆箱体的温度进行实时测量,并且根据柴油密度与温度变化的曲线关系,修正密度随温度变化所产生的柴油质量误差。另外通过液位监测模块实时监控油罐液位的高度值,出现异常情况时,及时报警。所有数据信息通过GPRS通讯模块传至控制中心,由控制中心管理系统实时监控井场柴油罐的工作状况,柴油罐液位监控系统组成框图如图1所示。

3 系统硬件设计

3.1 单片机控制模块

该系统采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器,协同各个模块共同工作。STC12C5A60S2系列单片机是单时钟/机器周期的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8 0 5 1单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制,强干扰场合,工作电压在3.5V~5.5V之间。

3.2 GPS卫星定位器

该系统采用GS-87卫星定位模块进行井场定位,间隔40s发送数据一次。数据帧信息包括:模块定位状态(A表示已定位,V表示未定位),井场所在地的经纬度信息。该模块采用外置天线,适宜在空旷的野外井场工作。模块体积小,6个引脚,容易集成在电路中。正常工作时,采用4.3 V电压供电,通过单片机串口2(P 1.2和P1.3管脚连接GPS模块的TXD和RXD管脚)读取GPS[1]数据信息,5V单片机系统与GPS模块连接时采用电平转换电路,如图2所示。设置波特率为9 6 0 0,并通过单片机串口1(P3.0和P3.1管脚)连接GPRS模块,将数据发送至控制中心,控制中心部分借助电子地图软件,显示当时的定位点,并能够指出相应的到达路径。

3.3 温度监测模块

该系统采用DS18B20[2]单总线数字温度传感器进行多点温度的测量。温度数据每隔40s由GPRS模块发送一次,监测各个位置的温度。另一方面,由于系统用于柴油罐内液面高度的测量,进而换算成体积,再乘以密度,最终计算出柴油的质量,而柴油的密度与温度值密切相关,所以温度测量十分重要,并且要精确找出柴油密度与温度值的变化曲线,避免误差过大。DS18B20芯片的测温范围在-55℃~+125℃,且精度较高。

电路设计中,由单片机的P2.0口外挂4个DS18B20芯片,由4.7 K的上拉电阻配置成独特的单总线测温系统,DS18B20采用一线通信接口。针对一线通信接口,必须先完成ROM设定,否则记忆和控制功能将无法使用。主要有以下功能命令:1)读ROM,2)ROM匹配,3)搜索ROM,4)跳过ROM,5)报警检查。通过读取每一个器件内部的64位光刻ROM序列号,可以选定总线上某一个器件,同时也可以知道总线上挂有多少个温度传感器。针对本系统的应用,预先读出总线上的DS18B20的ROM码,然后依次读出对应的温度。电路如图3所示。

3.4 液位监测模块

该系统采用投入式液位变送器测量柴油罐[3]中柴油液体的高度,进而换算成质量。其工作原理为:液体中某一点的静压力与该点到液面的距离成正比,即:P=ρgh,液位变送器就是通过测定被测点的静压力来确定液面位置的。最终通过GPRS模块,实时发送液面高度数据,若液面高度发生突变,控制中心软件及时发出报警信号,提醒监控人员采取相应措施。

设计中,液位变送器采用24V供电,接端子1脚,传感器的4~20mA的电流信号输出端接2脚AD_0,采用2 2 u F电容进行滤波,如图4所示;J P 7需用跳线连接,4~20mA信号流过250欧姆精密电阻,得到1~5V电压,接入单片机的P1.0进行A/D转换,通过软件编程得到相应的高度值,流程如图5所示。

为了便于在现场观测实时的液位变化情况,设计中加入了七段码显示功能,具体做法是:将A/D转换的结果通过P1.4~P1.7引脚,分别接9012三极管驱动4个LED七断码显示器,通过P2口送出七段码的短选编码,数码管采用共阳极接法。

3.5 供电电源模块

该系统通过AC-DC将220V交流电分别转换成24V和5V供电[4],且配有后备电瓶。正常工作状态下,后备电瓶处于充电状态,一旦220V突然掉电,在0时间内切换到电瓶供电模式,同时发出2 2 0 V掉电报警信号。电瓶供电时间可达一周左右,在电瓶电量即将耗尽时,还会发出电瓶电压过低的报警信号,提醒监控人员及时将220V电源接好。

系统电路板如图6所示。

4 结束语

根据以上设计和调试,总结出钻井燃油罐液位自动监测系统具有如下突出特点:

(1)采用了GPS卫星定位技术,能够实时监测到油罐的具体位置;

(2)使用后备电池,确保在220V断电时,0时间内连续供电,并配有电源掉电和电池电压低的监测报警,保证系统可靠运行;

(3)整个系统安全防爆,达到工业级防爆标准,适用于油田等环境恶劣的地方。

如果采用本监测系统对各钻井队进行科学的管理配合相应的管理制度,以年度为周期进行比较,保守估计年节油量应该在20%以上。

参考文献

[1]王建敏,王天文.多模块GPS系统集成应用及精度分析[J].辽宁工程技术大学学报,2011,(1):46-49.

[2]李桂岩,魏宾等.基于DS18B20单线多点温度测量系统[J].2011(2):77-79.

[3]熊宇,张瑞等.油罐液位测量方法及其比较[J].油气储运,2005(9):50-51.

自动售货机销售监测反馈系统篇9

自动售货机被称为24小时营业的微型自助超市,又称自动贩卖机,它的售货领域非常广泛,是绝大多数发达国家商品零售的主流零售模式。自从1999年,自动售货机逐步进入中国。如今,在全国各地客流较大的公共场所,都能看到自动售货机的身影。中国自动售货机专业委员会对中国内地自动售货机(自动贩卖机)应用市场做出的预测是,启动期至少应布机10万台,年生产总值在10亿元人民币,到发展期至少应布机50万台,年产值应达到100亿元人民币,而到成熟期将达到300万台,年生产总值将达到600亿元之巨,届时中国的自动售货机将发展成一个巨大的产业[1]。

自动售货机的出现,的确极大地方便了人们的生活,但是,除了其自身具备的便利性等优势外,也存在部分需要深入研究并加以解决的问题。首先,在大量的自动售货机投入使用后,他的区域分布将非常广泛,这将会给运营商的管理带来了诸多不便。其次,运营商也无法及时了解各个售货机的销售情况,形成系统化的管理。不能在第一时间得知商品剩余情况,这将会延误补货从而影响经济收益。综上所述,若能将售货机的销售情况直接反馈给运营商,并且运营商也可通过主动查询来获取售货机的销售情况,将会极大的方便其对自动贩卖机的管理。

2 总体方案设计

2.1 总体框架

如图1所示,考虑到单片机具有体积小、功耗低、可控性强、扩展灵活等优点,本项目采用单片机STM32F103ZET6作为核心控制器,使用压力传感器对信息进行采集,经由单片机处理后将相应的信息通过GSM模块发送到预先设定的手机端。同

时借助外部定时器可实现固定时间发送相应信息到手机端。实物如图2所示:

2.2 称重传感器模块

本设计选用双孔悬臂平行梁应变式称重传感器,它的特点是:精度高、易加工、结构简单紧凑、抗偏载能力强,固有频率高。模拟/数字转换器芯片选用HX711芯片,这是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片,集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其他同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优良特点[2]。大大降低了电子秤的整体成本,提高了称重传感器模块的性能和可靠性。工作原理如图3所示。

将四个应变片粘贴到受力的力敏弹性元件上,当弹性元件因为受力产生变形时,应变片会随之产生相应的应变,然后经过内部转化成电阻值变化。将应变片接成如图4所示的电桥,压力引起的电阻变化将转换为测量电路的电压变化,通过测量输出电压的数值,再通过换算即可得到所测量物体的重量[3]。

电桥的四个臂上接工作应变片,都参与机械变形,同处一个温度场,温度影响相互抵消,电压输出灵敏度高。当4个应变片的材料、阻值都相同时,可推导出以下公式[4]:

式中,ΔUBC:BC两点电压,E:供桥电压,K:电阻应变计的灵敏系数,ε1,ε2,ε3,ε4:应变计1、2、3、4的应变值,正号表示拉伸,负号表示压缩。

2.3 通讯模块

利用串行通讯与外设进行数据交互。串行通信是指在计算机总线或其他数据通道上,每次传输一个位元数据,并连续进行以上单次过程的通信方式。相对于并行通信,即在串行端口上通过一次同时传输若干位元数据的方式进行通信,虽然串行连接单个时钟周期能够传输的数据比并行数据更少,看起来前者传输能力比后者要弱一些,实际的情况却常常相反,串行通信可以比并行通信更容易提高通信时钟频率,从而提高数据的传输速率。同时使用串行通信成本更加低廉,电路更加简化[5]。

利用GSM模块进行对外的信息传达。GSM模块是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上,具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。作为全球移动通信系统,已经广泛运用了几十年的时间,发展到今日其应用已经相当成熟。因而选择GSM作为设备系统的无限距离数据传输工具[6]。

3 软件设计

3.1 程序设计方案

本设备是由数据采集、数据处理识别、数据的接收发送三个程序模块组成。使用C语言来实现该系统的全部代码工作。通过称重传感器对货物信息进行采集获取,获取数据后通过串行通信直接输入主控芯片做进一步的处理,根据主控的处理结果控制GSM模块完成货物信息的发送。系统的主程序流程图如图5所示:

在整个程序中对于中断的处理是一个关键的部分,嵌套中断向量控制器部分的函数如下[7]:

在程序运行过程中,优先处理货物售完的情况,其实是到达预定时间发送信息,最后是运营商通过短信查询的情况。以此来确保货物售完及时通知运营商。

3.2 短信发送流程

短信发送步骤如下:

首先,发送:AT+CMGF=1,设置为文本模式。

然后,发送:AT+CSMP=17,167,2,25,设置文本模式参数。

最后,发送:AT+CSCS="UCS2",设置编码字符集为UCS2。

此时,我们便可以发送AT+CMGS指令来发送中英文短信了,不过由于使用了UCS2字符集,所有字符/数字/汉字,都必须使用UNICODE编码。

以给指定手机号码182xxxxxxxx发送一条中英文短信为例。假定短信内容为“SIM900A中英文短信发送测试”。

第一步:将号码和发送内容转换为UNICODE字符串,182xxxxxxxx转换UNICODE字符串为:

00310038003200780078007800780078007800780078。

SIM900A中英文短信发送测试经过转换后的UNICODE字符串:

00530049004D00390030003000414E2D82F1658777ED4FE153D190016D4B8BD5。

第二步:发送指令:AT+CMGS="00310038003200780078007800780078007800780078",接收到这个指令后模块返回:>.此时我们输入我们需要发送的内容:00530049004D00390030003000414E2D82F1658777ED4FE153D190016D4B8BD5,注意,此处不发送回车。在发送完内容以后,最后以十六进制(HEX)格式单独发送(不用添加回车):1A(即0X1A),启动一次短信发送[8]。发送命令代码如下:

3.3 英文短信的读取流程

我们将用其他手机先发送一条英文短信到GSM模块上,然后读取模块接收到的这条英文短信。

第一步,发送:AT+CMGF=1,设置为文本模式。

第二步,发送:AT+CSCS="GSM",设置GSM字符集,

第三步,发送:AT+CNMI=2,1,设置新消息提示。

此时,若我们用别的手机发送一条英文短信“SIM900AModule”到GSM模块上(如果不知道模块号码,可以发送:AT+CNUM,查询模块号码)。模块接收到短信后,会提示如:+CMTI:"SM",2,表明收到了新的短信,存放在SIM卡位置2。通过发送AT+CMGR=2指令,即可读取该短信。接收读取短信代码如下:

4 结束语

本系统作为一个简易的自动售货机销售情况监测反馈模型,在实验室的多次测试结果表明:该系统能够快速准确的采集货物信息并及时反馈到预先设定的手机端,使用起来简单方便。可广泛的应用到各类自动售货机系统之中,能够较为有效的解决运营商因货机分布过于分散而造成的管理问题,同时可作为辅助工具帮助运营商优化其送货体系,具有良好的应用价值。

参考文献

[1]白丽.自动售货机:第三次零售业革命[J].电子商务,2005(03).

[2]朱鹏飞,黄松和,梅菊.组合秤称重传感器大变形致非线性误差分析[J].包装工程,2015(12).

[3]孟强.基于STM32的数据采集系统设计[D].南京林业大学,2014.

[4]谭琦瑛,曹金宏,罗刚.应变式扭矩传感器应变系数的测量结果不确定度评定[J].计量技术,2015(12).

[5]臧克家,李宝营,杨剑飞.基于STC89C52和TC35的智能家居系统设计[J].大连工业大学学报,2015(05).

[6]陆培源.基于GSM的无线智能控制设计分析[J].科技展望,2015(27).

[7]陈志旺.STM32嵌入式微控制器快速上手[M].电子工业出版社,2014.

钢水浇铸自动控制与监测系统的设计篇10

浇铸是铸造生产过程中的一个重要环节，虽然大多数冶金企业采用吊包浇铸方式，通过重量传感器来实现钢水浇铸重量的检测，但并没有找到能够满足浇口中钢水的液位高度检测的传感器件，从而限制了浇铸自动化水平的发展。

(1）浇铸控制。随着微电子技术与自动控制理论的快速发展，PID算法控制在工业控制系统中得到广泛的应用，在冶金工业中，PID算法控制的使用率高达82.9%，是冶金企业所采用的最主要的控制方式之一。

(2）浇铸监测。浇铸监测主要依靠重量传感器实时采集在浇铸过程中吊钩秤上钢水的重量值，通过无线或有线数据传输的方式将数据信息传递到数据处理终端计算出浇铸速率、时间等参数，从而实现浇铸过程的监测。

本文以传统钢水浇铸为基础，提出了一种基于改进PID算法的钢水浇铸控制与浇铸流量监测系统，详细阐述了该系统的结构组成、控制算法与监测方案，为冶金工作自动化发展添砖加瓦。

1 系统构成

钢水浇铸控制与监测系统主要硬件包括控制机柜、步进电机、图像传感器、铸流量伺服控制组合与打印机，其中控制机柜中包括工控机、信号接收机、图像采集卡、液晶显示器，如图1所示。

工控机作为控制核心与管理中枢，通过数据连接线控制步进电机驱动铸流量伺服控制组合从而操控吊钩秤来控制铸流量，利用吊钩秤上的重量传感器与浇口图像传感器实现浇铸过程中重量与液面状态的数据采集，之后经图像采集卡将数据信息反馈至控制机柜计算液面高度偏差并由控制算法得到相应的步进电机控制量，实现误差补偿与实时监测功能。

在浇铸过程中，工控机分别通过信号接收机与图像采集卡获取重量与液面状态数据，并将计算出来的当前重量、浇铸速度、浇铸时间、浇铸重量等数据显示到液晶屏上，便于技术人员了解当前浇铸状态，从容应对突发事件。

2 系统运行流程

本系统的运行流程图如图2所示。

钢水浇铸开始之前，检查系统线路是否良好，开启控制机柜，运行系统控制与监测软件，设定流量给定参数，启动钢水浇铸。此时，工控机控制步进电机快速驱动浇铸流量伺服控制组合，使得吊钩秤运动控制浇铸流量，从而在浇口中以给力流量值建立液位。当浇口中的钢水液面建立后，系统进入稳态阶段，通过从图像传感器上反馈回来的液面状态对原控制算法进行补偿，通过浇铸流量伺服控制组合位置将钢水液位维持在浇口高度值附近，从而保持浇铸过程的稳定性。当钢水液位达到浇口高度时，工控机控制步进电机快速关闭浇铸流量伺服控制组合，浇铸停止。

3 系统关键技术的研究

本系统采用虚拟仪器技术，将LabVIEW2011作为开发平台，实现钢水浇铸过程中的自动PID控制与实时监测功能，结合MySQL数据库实现系统的监测信息存储与报告格式预处理，调用Matlab进行改进PID算法与监测数据的处理。

下面就本系统设计中所采用的关键技术进行探讨。

3.1 改进型PID控制算法

在实际工业生产中，对于钢、铁、铜、铝、锡等液态金属浇铸对象，其浇铸流量大致数学模型如式（1):

式中：Q1(t)为浇口的浇铸流量；k1为浇口形状相关的系数；2α为浇口杯口夹角；k2砂型直浇道形状相关系数；r为砂型直浇道半径；h2为吊钩秤到浇口底之间的距离；h0为浇口液态合金液位设定值；h(t)为砂型浇口的实时液位高度。

从式（1）可以看出，浇铸流量对象是一个具有时变参数、时滞、非线性的控制过程，且浇铸过程中浇口液态合金液位误差具有二阶系统单位阶跃响应的误差曲线特性，需将该误差补偿到PID控制算法中。

假设e(n)为钢水浇铸过程中当前液位采样时刻离散化的误差采样值，则：

将式（2）代入至控制器输出状态方程中得到n次误差采集值反馈后控制器输出值：

式中：N1与N2为控制器输出前后的放大系数，N1>1,N2<1,N21为抑制系数。

根据实际工程经验，通过区段不同算法调节的方式可有效地解决时变、时滞、非线性系统的控制问题，该方法即有鲁棒控制的快速性，又有时滞控制的稳定抗干扰能力。

假设误差采样值以最大值、中间值与最小值设为参考界限分别用emax,emid,emin表示，e(n)Δe(n)>0,e(n)Δe(n)<0分别表示误差向绝对值增大与减小区段的方向变化。下面根据上述讨论总结控制规律：