自动化控制和管理系统

关键词： 编程序 改造 高炉 系统

自动化控制和管理系统（精选十篇）

自动化控制和管理系统 篇1

可编程序控制器, 即PLC, 在炼铁高炉的生产过程中的应用已经非常普遍, 来进行其电气控制以及仪表检测系统改造。但是, 一般来说都是只有单一系统的进行, 例如:上料系统的改造;热风系统改造;或者高炉的部分改造等等。

但是, 随着现今PLC以及网络技术飞速的发展, 以及日益强大的PLC联网通讯技术, 就对炼铁高炉的自动化提出了更加高、更加详细的要求。高炉的控制系统更加的复杂更加的有效力:由原来的单一系统控制发展到其全套整体系统的控制:包括期槽下上料, 高炉的本体, 热风炉, 煤气的除尘系统, 煤粉的喷吹系统等;实现高炉的各个系统之间的相互通讯;多个高炉之间的联网通讯;实现数据共享, 将多个系统的的数据进行系统整理并番茄将生产数据进行统计, 为实现高炉控制以及管理自动化提供可靠且有力的整体性支持。

通常而言, 一个钢铁厂中都会有多座高炉, 所以, 在进行改造其控制系统时, 如若不在改造前进行统一的规划, 容易导致不同高炉中采用不同的控制方式, 采用不同的品牌PLC以及不同上位机组的软件的情况, 这样对企业中的多座高炉的控制系统间的通讯会带来很大的困难, 而且还会增加控制系统的整体成本。本文仅以某钢铁厂的高炉控制系统的改造为例, 来介绍PLC以及其网络技能在放弃控制以及管理自动化中的应用[1]。

2、电气控制系统

某钢铁厂中现存5座高炉, 而且其基础的自动化控制系统都是采用的PLC, 控制方案中按照其仪电一体化的方式来设计, 将二次仪表取消。5座高炉的控制系统的改造逐年完成, 最终将全厂的高炉控制联网实现。

由于在改造之前做了非常详细的整体性的规划, 并且确定其自动化系统的PLC都采用GE90一系列的PLC。这样整个厂中的PLC的备品备件可以有很强的互换性, 可以降低其备品的数量以及成本, 更有利于生产设备的维护以及维护人员的整体培训。

钢铁厂内的每座高炉的控制系统自动化方案设计, 都是从整体性联网的设计总思路为出发点, 按照一样的设计风格进行, 差别之处仅仅是每座高炉的局部工艺以及设备的具体情况不同。

2.1 高炉的控制系统

按照前边的综述, 每座高炉的大致设计思路是基本样的, 这样的设计方法可以最大限度的保证整体高炉的信息通讯, 以及最大可能的实现所有数据的共享和高炉的整体自动化控制。

2.2 微机工作站以及网络系统

微机工作站作为一个重要的角色, 可以将各个系统的实际情况显示出来, 实现设备操作的监控以及其过程参数监视。它可以在最大限度上位工作人员提供全面的多幅的工艺流程的动态显示画面, 可以彻底性的取代传统生产中的操作台以及仪器表盘, 作为生产现场中设备的操作依据以及具体手段。

在这一钢铁厂内, 所有的高炉微机工作站由统一配置, 都选用同一款双CPU系统的工业用控制型计算机, 配置以53.34cm的大屏显示器, 而且每一系统按其重要程度的不同配以2或3台微机工作站, 并且每个系统的工作站的功能是完全相同的, 可以并行进行工作, 而且是互相都是热备。除了其主要的监视以及操控设备的功能以外, 微机工作站还可以进行编辑作为编辑器来使用, 为了这一功用, 工作站都配以相同的操作软件[2]。

3、生产管理系统

在钢铁厂内的最高级管理层中配置2台数据处理服务器, 用以对全厂中所有的高炉PLC的数据进行全部收集、储存以及系统性的处理。其中的一台用于厂内网内的数据共享, 而另一台服务器则是作为向外界输出数据的服务器, 通过必须得防火墙向局域网内的用户提供其所需的高炉数据。局域网中厂级以及公司级的监控电脑可以通过其输出服务器而得到所需要的高炉数据, 可以方便领导随时直接了解高炉的生产具体情况, 另一方面, 输出服务器还可以为正在建设中的CIMS系统提供具体的第一时间的高炉生产数据资料[3]。

4、系统特点

电气的自动化控制以及仪表控制一体化的系统形成, 统一都采用统一品牌的PLC, 这一设计可以大大地降低了系统的成本, 包括其投资成本、运行成本以及维修成本。所以, 这种方案相对来讲是比较适合我国国情, 具有很好的参考价值以及推广价值。

将二次仪表取消之后, 对于现场的检测信号:温度、压力以及流量等等, 都是直接输入器PLC系统, 有计算机代替二次仪表的作用, 这样不仅仅可以减少仪表这一项的投资, 而且没有中间的繁琐环节, 可以减低系统的故障率, 使得仪表智能化提高。

去掉传统的手动型的操作台面, 改为经过微机工作站以及与键盘的结合画面惊醒操作, 减少外部硬件的开关线路, 可以很大程度上减轻工作人员的设备检修量, 提高钢铁厂的生产效率, 使得高炉的设备操作水准提高。

计算机管理整个系统的网络, 经数据服务后直接获取现场的各种生产数据资料, 较之传统的人工数据采集更加快捷切真实可靠, 方便有关人员对全厂的实际生产情况进行及时的了解, 为其整体的生产管理以及决策定位提供真实合理的依据, 为钢铁厂的长久的全面的发展打下良好的计算机管理的基石, 促进企业管理水平的大幅度提高。

5、结语

某钢铁长得高炉系统的改造, 因为其改造前期的整体规划进行的很好, 而且核心设备, 如PLC、网络、微机工作站等选择合理而且统一度高, 所以给全厂的高炉系统的改造以及联网建设以及其将来的网络功用带来非常大得方便。厂内的5座高炉系统改造总计经历了数年, 所有的投运以及联网都十分的顺利。改造后的系统投入运行后, 在实际工作中加以不断地完善, 并且有合格的技术人员及时的加以检查和维护, 使得全套的系统运行中稳定可靠, 可以满足高丽的所有的生产要求, 而且为钢铁厂带来的良好的收益。证明这一途径是非常之可行的。

摘要：本文就可编程序控制器 (PLC) 在高炉控制以及管理自动化中应用的方法以及其功能特点, 以及如何实现其过程的控制和管理的自动化进行简单分析。而且, 实际操作中的结果表明, 系统的整体设计非常合理而且实用, 可以使运行稳定同时满足高炉的生产要求以及良好的收益效果。

关键词：高炉控制,管理自动化,可编程序控制器 (PLC) ,网络,应用

参考文献

[1]罗青华, 洪连成.PLC在高炉控制和管理自动化中的应用.电气传动[J], 2005, 35 (3) :45-48.

[2]马竹梧, 邱建平, 李江编著.钢铁工业自动化[M].冶金工业出版社, 2000.

自动化控制和管理系统 篇2

水质自动监测系统运行过程中的质量保证和质量控制

水环境自动监测现已是中国水环境监测的发展趋势,建设水质自动监测站前期准备工作与后来实践效果有很大的关系,建设水质自动监测站的站址选择、采水系统工程的施工,监测仪器的.选配,安装,严格遵守仪器技术要求和认真执行操作程序对监测数据的准确性有很大的相关性.本文以常州市武进水质自动监测站的工作为例,根据水质自动监测系统的技术特点,提出健全各项规章制度, 培训技术人员,建立质量保证体系和自动监测系统运行的质量控制方法.

作 者：孙南 Sun Nan  作者单位：常州市环境监测中心站,江苏,常州,213001 刊 名：环境科学与管理 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 年，卷(期)： 33(12) 分类号：X830.5 关键词：水质   自动监测   质量保证   质量控制  

自动化控制和管理系统 篇3

关键词：电气自动化；控制系统；数字化革命

一、我国电气自动化工程控制系统发展的历史及现状

当前我国经济体制改革正逐步迈入深水区，国内市场开始进一步对外开放，市场经济的发展迎来一个新的繁荣机遇。市场经济环境的变化不仅为企业带来了新的发展机遇，大量资金雄厚、管理先进、技术领先的外资企业和中外合资企业的进入也带来了新的竞争压力，这为国内企业在生产方式和技术设备上提出了新的要求。电气工程及其自动化控制系统作为现代工业生产所必须的关键性设备，对企业的生产起到了巨大的促进作用，在提高生产效率，降低风险管理成本上的贡献巨大。

在我国，企业开始进行生产由电气自动化工程控制系统来进行操作的历史并不长，但是后发势头十分强劲，近些年来进步尤为卓著。总体上来说，从电磁学理论的建立，到新技术革命的兴起、电气工程技术的学科体系得以初步形成，我国电气工程技术的发展历经了数十年的发展过程。经过市场经济中企业不断的实践和社会科研的探索，在电气自动化工程控制系统的发展上我国企业所取得的成果十分过人，但由于自身的历史局限，反观国际电气工程发展的平均水平和潮流态势，企业在控制系统的完善和改进上还有很长的路要走。

依据目前我国的工业化和信息化水平，在企业的电气自动化工程的控制系统发展方面，目前呈现出三个明显的特征。在信息化上表现为电气自动化工程控制系统开始向信息收集的集成化，主要内容为大量计算机互联设备和数据库的使用。在语言使用上则表现为电气自动化工程控制系统所采用的标准语言逐渐规范化，由过去的多种语言逐渐发展为一种统一的常用语言。在监控体系上主要显现出控制条目和时空集中化的趋势。现阶段的这些发展特征表明我国电气自动化工程控制系统的发展正逐步向国际水平接近，未来必将为企业的生产水平提高提供强有力的保障。

二、电气自动化工程中对控制系统利用和创新的实践性分析

电气自动化工程中，对控制系统的利用和创新是一个比较关键的问题。在利用方面，如何整合现有资源，充分发挥电气工程控制系统的效用来服务与企业的生产，建设稳定有序的生产线和管理模式，这关乎企业长远发展。在企业生产实践中，关于企业电气自动化工程控制系统使用和运行过程中出现了一些问题，值得警惕。

第一，安全控制的意识需要加强。在社会经济发展迅速，市场竞争形势错综复杂，企业生产压力不断增大的情况下，许多企业在扩大生产的同时忽视了对自身的电气自动化工程控制系统的安全性掌握。近些年来，国内许多企业在生产过程中事故频发，充分显示出企业安全生产意识正在逐渐淡化，这是一个十分危险的信号，更重要的是，企业在更新设备时也越来越倾向于着重生产效益上而缺失了对生产的安全风险管理。

第二，一些旧的电气自动化工程控制系統亟需进行数字化改造，在使用方式上需要进行创新型探索。纵观国际工程控制系统发展的形势，不管是电气行业还是土木行业，数字化是未来各大工程系统长远发展的必然趋势。数字化能全面采集电机及其整个系统做工过程中的数据信息，并通过计算机将信息进行加工，可以为工程人员提供更加直观的、模型化的电气自动化工程的整体运行情况，加强控制系统的科学性、技术性、精确性，这在信息时代是十分普遍的提高生产效率的方式。在电气自动化工程中，对其控制系统进行数字化改造使整个工程成为一个信息整体，工程进行的所有数据都收集到了一个集合点（计算机），这样就能方便人进行操作和监控，突破了时空限制并大大提高了使用效率。

除此之外，在对电气自动化工程控制系统的建设和使用上，国内许多企业陷入了因循守旧而逐渐丧失创新的泥潭。许多企业面对新的生产要求只知道盲目添置新的设备，更换新的器械元件，而缺乏对控制系统的全局性了解。其实很多问题只需要对工程的控制系统进行一些创新性使用就可解决困扰企业的成本问题、效率问题，在使用方法上寻早到一些规律可使电气自动化工程控制系统更加智能化，也更具有目的性。

第三，各企业之间的合作开发和使用意识不够，丧失了优势互补的机会。电气工程自动化控制系统的使用在不同的企业甚至不同的车间、生产线中都会有不同的生产经验和改进成果，而企业之间如果能经常进行合作开发和交流沟通对于企业自身的控制系统建设将会有巨大的优势互补效应。更重要的是，就企业长远发展而言，企业间的合作和资源共享不仅可以在经验和设备上实现，在人才培训上也将是关键的一环。

笔者认为，依照目前我国经济的发展形势，我国企业对于电气自动化工程控制系统的利用和发展上将会随着国内市场的打开和外来经验的流入而大大进步。在社会经济发展中，电气工程自动化控制系统的重要地位将会日益突出。它在节约经济成本、提高产品检验精度、预防事故发生、保证企业生产平稳运行等方面将会发挥越来越大的效用。而目前我国企业需要做的是就是在安全性保障方面做足准备，在数字化改造和创新使用上要引起重视，在合作开发上也应加强，如此才能保证企业在未来的市场竞争中保持有利态势。

三、对电气自动化控制系统革新和改进的未来展望

针对目前我国电气自动化工程发展过程中显现出的一些问题，结合国内外企业工程控制系统建设中的一些经验，笔者认为未来对电气自动化控制系统的改进和革新可从以下几个方面着手：

首先，在技术创新上，企业对电气自动化控制系统的相关技术研发和创新活动应该持续进行，并逐渐形成一套自身的成熟体系，以保证在日益开放的市场环境中的活跃创新能力。创新是企业发展的动力，也是企业提高生产力的基本条件。为此企业要逐步建立自身相关的发明专利先关的知识产权保护和奖惩机制，激发创新源泉，提升自身的竞争实力，实现电气工程自动化控制系统在技术上的不断进步。

其次，在整体控制上，控制系统应逐步实现规范化和统一化。从根本上说，电气自动化控制系统的统一化是为了提高控制系统的生产效率，保持生产周期的稳定性，方便进行维护和保养，进一步减少企业成本。而另一方面，实现统一化的一个重要意义是能方便实现客户的订单要求，在生产客户所要求的各类产品时更加具有效率，这样就在无形中提高了企业的竞争力。

除此之外，企业逐步对自身电气自动化工程控制系统进行标准化也是一个非常关键的过程，因为随着不同企业间的经济交往会随着经济形势不断复杂化，控制系统的接口将成为各企业交换软硬件数据的关键问题，标准化能大大方便企业间进行相关信息的交流和传递，大大节约信息通讯成本。

最后，在人员培训上，我国企业电气自动化控制系统的整体专业素质的提高仍需努力推进。目前企业中能熟练操作和使用电气自动化工程控制系统的专业人员和技术人员十分稀少，而具有丰富经验的职工更是凤毛麟角，这是既不利于企业在电气工程控制系统上的可持续性进步的。为此，企业应注意对职工及相应技术人员的培训，一方面建立自己的人才储备机制，另一方面也是为了提高现有操作人员的维修养护技术，只有对人员培训有足够的重视，才能在企业电气工程自动化控制系统发生故障和更替时有所应对。

参考文献：

[1]郭红生.电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋势[J].科技创业月刊. 2011（12）

[2]李向东.电气自动化控制系统的应用及发展前景展望[J]. 产业与科技论坛. 2011（02）

[3]于淼.浅析电气自动化的发展[J]. 科技信息. 2011（02）

自动化控制和管理系统 篇4

1 供热系统供热连接形式分析

1.1 直接供热系统

此种供热系统, 缺乏混合装置, 热水直接经由供热管道进入系统热用户, 经过散热系统之后, 经由回水管返还至供热公司或者热站点。此种供热系统成本较低, 设计简单, 存在使用缺陷。无混合装置的直接连接系统只有在设计供水温度低于相关规范中散热器供暖系统的最高热媒温度时才能使用。此种供热系统受到供回水管的自用压差限制, 使用范围通常限于低温热水供热系统。

1.2 混水供热

混水供热系统包括一次网与二次网。一次网向二次网连续输入定量的水, 与二次网回水相混合, 满足供热温度要求。同时二次网也会向一次网输送等量的水, 维持回水网络的水压稳定。根据混合特点, 混水供热可以分为二次网回水混水, 供水回水以及旁通管混水。

1.3 间接连接供热

间接连接供热系统也包含一次网与二次网。连接方式较为单一, 一级供水网与二级供水网相连, 一级回水网与二级回水网相连接。工作方式为:供热系统供水管中的热水进入用户供热系统中, 会先进入建筑物引入口或者热力站表面式水换热器中, 借助换热器实现热能传递, 散热后的回水经返回到供热系统回水管中。此种供热系统中必须包含循环水泵, 才能实现循环流动, 具有较高的建设成本, 其后期维护费用高。

2 基于变频技术的供热节能系统分析

2.1 硬件选型

硬件是控制系统与供热系统的基础与关键环节。选择正确的锅炉系统, 利于提高整个供热系统的安全性与稳定性。锅炉控制系统的核心为控制器。通常情况下, 我们选择PLC系统, 并与上位机进行信息通信, 实现供热系统监控。锅炉系统包含多个控制回路, 以及其现场工作环境恶劣, 我们需要采用大型的、具有较高稳定性的、正规品牌的PLC是实现供热系统变频调控。例如某品牌的S7-300系列PLC则具有较大储存空间、处理速度较快等优点。为实现变频作用, 供热系统中的所有设备均需要运用变频调速, 降低设备电启动时对电网的冲击力, 降低设备维护费用, 利于实现节能耗的低碳目标。

2.2 系统软件平台

基于变频控制的供热系统软件需要运用硬件组态的工具软件与下位机S7-300PLC, 通过系统软件实现供热系统下位机网络组态等工作。可选用工具软件Step7 v5.4, 该软件包具有一系列的综合应用功能, 其中包含通信组态、硬件诊断、软件组态等。供热系统管理人员可以结合工作需求对系统配置与程序进行重新编写活调试。其中S7-300PLC主要有三种编程语言:语句表、梯形图与功能块图。使用者也可以选择其他编程语言。

2.3 系统网络架构

系统运用下位机与上位机相结合的经典PLC控制结构, 实现对供热系统的全面监控与调度。结合供热现场设备的分布情况, 将每一个锅炉度设置成为一个主站, 将每一个变频器设为一个从站, 所有主站与从站都应该与PLC系统相连接。供热系统参数设置与全部的操作活动均可通过上位机的界面操作完成。S3-700则通过MPI总线, 与上位机进行数据信息交流, 例如指令信息传输等。在企业局局域网范围内, 增加多台客户机于上位机系统中, 实现管理人员的远程操作与监控。

3 基于分散控制的供热节能系统分析

分散控制系统是全自动化计算机控制控制, 涉及到诸多信息技术, 近年来已经被广泛使用。具有减少工作量、较高的可靠性等优点。

3.1 软硬件控制

运用分散控制系统, 利于工作人员及时掌握了解供热系统的运行状态, 从而利于工作人员进行综合控制管理。DCS软硬件系统需要经过计算机、通讯、显示与控制。供热系统需要添加红外设备与测温装置, 实习供热系统的检测与控制, 确保供热设备能够根据操作员的指令进行工作。测温装置则利于供热系统设备温度实时调节与控制。监控管理系统及时根据水温实际情况, 进行适宜的温度调节, 确保供热正常, 以及保证良好的燃烧效果, 降低额外的热损耗。

3.2 集中控制

集中控制是供热系统自动化控制的基础之一, 其发挥作用主要依赖供热系统中央控制室的正常运行。我们可以将“集中控制”认为是一种实现相对集中控制的装置结构。实现自动化控制, 需要对原有的供热系统进行进一步的科学改进, 调整上位控制管理系统, 保证自动化系统发挥自身价值, 顺利运行创造经济效益与节能效益。同时需要不断强化供热系统的控制承载功能, 并进行换热控制。热力站是供热系统的源头与终点, 其需与供热系统负荷相匹, 优化系统装置结构。

3.3 系统网络架构

DCS控制系统包括一个工程师站与两个操作员站, 其中锅炉房公共部分等重点检测点均需放置手操器与后备仪表。确保供热系统处于检测或者试运行过程中, 锅炉仍然保持正常运行状态。为了提高DCS控制系统的可靠性, 操作员站与工程师站均需要使用性能较为稳定可靠的工业PC机。可以运用冗余设计, 避免任一工作站点出现问题时, 都不会对整个供热系统正常运行产生消极影响。实现计算机之间的独立运行, 又可以保证供热系统的供热温度达标, 且具有较好的系统兼容性。

4 总结

自动化控制, 实现节能减排是供热系统的发展趋势。进行自动化智能控制可以提高供热系统的供热能力, 减少不必要的热能损耗, 节约供热成本。多数节能方式都需要高资本的支持。加大对供热系统自动化控制的改进工作, 利于降低日后供热系统人力与物力的投入。本文仅提出两种自动化控制系统改进与实践, 这些不能满足实际情况, 需要进行更多方面的改进。以实现节能减排, 系统智能控制为设计目标, 不断研究设计出更加稳定可靠的自动化控制系统, 适应社会发展趋势。

参考文献

[1]陆中宏.供热系统的自动化控制与节能降耗[J].制造业自动化, 2011 (06) .

[2]李学, 朱宁鲁, 夏豪慧.城市供热自动化节能减排控制技术及其应用[J].中国仪器仪表, 2010 (11) .

煤矿自动化控制系统 篇5

主、副井提升自动控制系统一、系统概述：

矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着提升煤炭、矿石、下放材料、升降人员和设备等的重要运输责任，其电控技术的发展对促进矿井生产效率的提高和安全作业，无疑具有极其重大的影响。近年来，随着我国经济的快速发展和对矿山资源需求的高速增长，对矿山生产技术提出了越来越高的要求。因此为使用现代化信息技术，充分发挥煤矿管理信息网络和各生产控制系统应有的功效，实现监管控一体化的理想格局，并达到减员增效的目的；我公司特为现矿井提升机配置新型工业监控系统，组成原煤生产运输的集中监控系统，由地面计算机统一管理，对主副井提升电控系统进行自动化控制。

二、系统功能原理图：

（主井定量装载提升系统图）（副井操车提升系统图）

（定量装载流程图）

（箕斗提升及卸载流程图）

（箕斗定量装载上位机主画面图）

三、系统功能：

我国目前正在服务的矿井提升机的电控系统主要有以下四种方案：交直交变频调速系统、转子电路串电阻的交流调速系统、直流发电机与直流电动机组成的GM直流调速系统和晶闸管整流装置供电的V-M直流调速系统。公司本系统以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，使系统不仅适用于煤矿井下有瓦斯，煤尘爆炸危险的恶劣环境，也适用于地面恶劣环境，而且它可完成提升行程的测量和设定；本系统实现了对提升过程的程序控制，精度高，甚至可以取消爬行段；实现了速度、电流以及矢量的数字交换等，对提升机进行闭环调节；实现行程、速度等重要参数及提升状态的监视；具有良好的控制监视系统；实现了显示、记录和打印等有关数据的全部自动化，并能和全矿井监控系统联网运行。在配备一至二名巡检员之后，各点无需再配备专门人员，所有监控均由集控室来操作完成。因此该系统明显降低了设备故障率、简化了操作、减轻了工人劳动强度、提高了生产运行的安全可靠性、最大限度地缩减装卸载的时间，达到了提高产量，实现增效的目的。

四、系统组成与特点：

1、本集控系统由监控主站和上井口PLC（提升）、下井口PLC（定量或信号）的监控分站、视频监控子系统组成。

2、地面监控主站：监控主站由上位工控机、不间断电源、信号传输接口和集控软件、视频监控子系统等部分组成。该主站可单机监控各设备，并可通过以太网接口与全矿网络联接。主站设在地面集控室，为2台工业PC机。

上位机系统：上位机系统含工控机、大屏幕LCD、打印机、不间断电源等，2台工控机的配置完全相同，组成同时工作的冗余系统。平时，可1台作为操作员站工作于监控方式、另1台作为工程师站工作于管理方式，也可2台都工作于监控方式，均可实现对运输系统设备的监控和开、停各运输系统。

组态软件：上位机组态软件选用SIMENS公司WINCC6.0（正版）实时监控组态软件，工作于Window 2000平台，完成所需的图形监控、动态图形显示、历史数据采集、状态趋势图、自诊断、报警等诸多功能。集控系统的组网功能，上位PC机可通过以太网接口与全矿综合自动化网络连接，实现信息共享。

3、监控分站：在上井口和下井口分别设 KJD24Z 可编程控制机，实现各系统设备的监控及自动控制； 通过PROFIBUS总线接口与监控主站连接。此可编程控制机为本系统的核心主控单元，它采用高性能进口西门子PLC技术，从根本上提高了系统的工作可靠性及使用寿命。其多 CPU 并行处理技术、多重抗干扰技术、模块化结构和高防护等级设计，配以电源继电器箱、各种传感器保护装置、通信信号装置以及与驱动装置相应的控制设备构成适用于各种类型提升系统的高可靠性电控成套设备。并具备完善的保护和通信信号联络功能。

4、变频、高开通信软件：选用本公司开发的实时监控通信软件，工作于PC平台，通过RS485总线完成对高开柜的保护模块（PA150微机综合保护）及高压变频控制器的数据采集及控制任务，及时将所需的数据、历史数据记录、故障及动作记录参数融入WINCC组态系统中，实现实时在线式的远程监控功能。

5、高开柜、低压配电柜：高开室内安装多台高开柜，采用双回路供电，其中2台是进线柜，1台PT柜，电机启动柜（根据电机台数确定）；高开柜内使用小车式高压BC开关，具有运行稳定，更换方面，维护简单等特点；高开柜的线路和设备保护选用PA150微机综合保护装置，具有检测精度高，保护动作反应快，数据处理记录功能强大等特点。在集控室配置多台GGD低压配电柜，采用双回路供电，低压配电柜主要为提升电控保护系统和盘型闸泵站电机提供电源，同时也为小型负荷提供电源。

6、提升系统保护及数据采集：采用智能数据采集技术、其通过采集模块以RS485总线与可编程控制机进行通信，实时在线不间断地采集现场保护数据；本系统保护不但动作灵敏度高、反应及时；而且在安装施工及维护中，大大节约电缆的使用量、减少施工工程进度和日常维护量。

7、提升系统故障保护: ⑴、立即安全制动故障。该类故障综合在硬软件安全电路中, 安全电路正常时吸合, 有紧急故障时释放, 一旦安全电路释放, 就会立即封锁变频器、跳制动油泵, 并控制油压系统电磁阀实施安全制动、抱安全闸。主要安全制动故障有: ① 转动系统故障。如主回路和控制回路电源故障, 主电机过热、堵转, 变频器故障等;②过卷故障;③超速故障。如等速、超速、减速段定点超速和连续超速等;④ 紧急故障;⑤ 液压制动系统故障。如制动油泵跳, 系统油压高等;⑥错向;⑦测速轴编码器断线;⑧松绳故障。

⑵、先电气制动、后安全制动故障。故障发生后, 转动系统会自动进行减速, 当速度降到爬行速度时会立即转为紧急制动。故障主要有事故停车和闸瓦磨损等。⑶、完成本次开车后, 不允许再次开车故障。开车前如出现这类故障, 则开不起车;如在运行过程中出现, 则允许本次开车完成, 但不允许下次开车, 除故障解除。故障主要有电机过热报警、液压站油温过高等。

8、视频监控子系统：在提升系统重要岗点安装防爆广角度红外摄像头，进行现场信息采集，以光纤为载体传入集控室主机柜，经视频分配器输出至各监视器和显示服务器，实现了各岗点设备运行状态和生产情况的24小时全天候监控，发现问题可以及时处理，有效降低了事故发生率，提高了生产效率。9.系统特点主要概括：

⑴、主、副井提升信号及自动装卸载各自具有集控、自动、手动三种工件方式，手动方式用于装卸载的调试和检修。信号在检修状态只有慢车信号。

⑵、自动装载定量、定容、定时保护及显示。

⑶、故障自动报警功能，及传感器的故障自诊断。

⑷、提升次数记忆功能和提升信号的断电记忆功能。

⑸、有工业光纤环网冗余通讯功能。

⑹、上、下井口信号间的闭锁功能、检测箕斗的装卸载位置异常功能。

⑺、防止二次装载保护功能。

⑻、主、副井提升信号及自动装卸载有上位机系统、能监测各个设备的运行状态、故障记忆查询、产量的累计及报表、空载、满载、超载的标定，及定量斗假余煤的校零功能。

⑼、与绞车控制回路的闭锁功能、及PROFIBUS-DP软件通讯回路闭锁。

⑽、有联络呼叫功能。⑾、有井上下煤仓煤位的连续实时监测功能。

⑿、有与全矿井综合自动化的以太网接口。

⒀、系统有供电电源的绝缘监测与电压监测功能。

⒁、箕斗的卸载状态监视功能，检测箕斗是否卸空。

⒂、有对装载皮带的温度、烟雾、跑偏、堆煤、断带及拉线急停等八大保护功能。

⒃、有对动力负荷的保护上位机监测功能，如缺相,短路,堵转,过载,相不平衡,漏电等故障进行监测保护。

⒄、整个系统的通过网络访问维护功能。

五、依据的标准及规范：

GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求 GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：隔爆型“d”

GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：本质安全型“ｉ” GB4942.2 低压电器外壳防护等级

自动化控制和管理系统 篇6

摘 要：在我国建筑体系中，中央空调系统的能耗量较大，通过数据调查分析发现，该系统的能耗约占整个建筑能耗总量的40%，甚至部分建筑可以达到70%，因此如何切实降低中央空调系统能源消耗量成为了社会研究的主要问题之一。过去，在中央空调系统设计过程中，负荷估算法是常用的方法，但是这种方法在计算中是以整个建筑最大的负荷量为计算基数的，且设计的系统在运行过程中不能够根据环境的实际情况进行调节，进而导致中央空调系统能耗高，而中央空调系统自动化控制功能的实现，一方面可以为建筑使用者提供一个高效、合理和舒适的办公环境，另一方面也降低了空调系统的能耗水平，进而节省管理成本，提高了经济效益。为了更加全面的了解建筑中央空调系统的自动控制设计以及节能方式，文章将结合笔者自身的工作经验，对此进行详细的探讨，以供今后参考使用。

关键词：中央空调系统；自动控制；节能；能耗

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0011-02

1 前 言

这些年，随着中央空调系统在社会生产和生活应用领域的不断扩大，如何降低中央空调系统能耗量成为了当下社会研究的热点问题之一，因而许多的公司和学者等都加大了对空调节能技术的研究力度，例如在20世纪70年代开始，研究学者就对中央空调水系统节能控制技术进行了研究，但是这一时期受到技术等条件的限制，导致研究成果并不理想，与预期的节能目标还存在着一定的距离。而我国中央空调的发展与国外相比较为落后，同时我国的节能控制技术研究方向与国外也存在着一定的差异。例如暖通系统研究人员在进行节能控制技术研究过程中比较注重优化空调系统运行以及设置冷机组和水泵数量方面，对具体的控制效果和系统运行的性能等没有给予高度的重視，最终导致节能效果差强人意。

2 中央空调自控系统基本构成以及中央控制系统 配置基本原则

首先，中央站计算机应当使用Intel180386及以上处理器的电脑，且在条件允许的情况下可以使用奔腾II微处理机或者是相同类型及以上机型，内存32 M，硬盘2.5 G，增强型键盘104，高分辨率的显示器，且具有两个串行和一个并行口，彩色打印机一台。

其次，操作站的基础平台建设可以使用Microsoft Windows软件或者是相兼容的程序，利用实时图形监控操作软件来对系统中空调设备的运行情况及数据变化等进行图形化的显示以及打印，以便操作人员及时掌握设备的运行情况，另外基础平台建设应当采用TCP/IP协议，同时数据库还应当具备一定的开放性，为设备监控实现集中化提供基础，并且数据库还应当与系统规模相符，以便系统运行的稳定性。

最后，在进行系统构成设计的过程中，必须满足建筑空调自控系统的安全使用标准，同时还应当具备自行诊断异常故障的功能，并提供相应的报警信号服务功能，为空调系统的使用和维护提供便捷。设计人员在进行设计过程中，应当坚持“危险分散”的设计思路，尽量缩减故障发生后的波及范围，例如中央操作站发生故障后，不会对控制器造成影响，且空调系统的运行也不会受到破坏。

另外，设计人员还应当注重系统的扩展性，以为今后系统优化提供基础，同时设计中还应当尽可能的降低投资成本，提高系统设计的经济效益。

3 中央空调系统自动化控制设计结构特点和节能技 术要求

3.1 空调冷热源自控系统分析

冷热源主机系统从出厂就带有以微处理器为关键的单元控制器，且利用该控制器可以对蒸发器以及冷凝器等设备进出口温度进行监测，同时也可以提供水流开关状态、压缩机进出口气压力值和温度值，并根据系统设定参数来对压缩机容量调节阀等进行调节。但是在实际的应用过程中，受到无标准通讯协议条件的限制，使得不同厂家产品无法完成通讯，因此在设计过程中还应当安设水管温度传感器等来对主机工作情况进行实时的检测。

目前在中央空调系统中，为了提高系统的节能效果，自控系统应当对自带CPU设备进行控制，且这些设备应当同时参与到系统运行中去，而为了实现这一目标，主机（冷、热）的启停操作应当能够被设在制冷机房控制器的控制，同时该控制器还可以对机组运行情况、异常故障以及供回水温度和流量等进行监测，而这时系统主机计算机就可以利用这些监测数据计算出建筑实际冷负荷，并最终确定冷水机组的开启数量，实现节能目标。

就目前技术水平来说，空调冷水机组节能逻辑控制思路主要有两种形式。

第一，以冷冻水回水温度来对开启机组台数进行控制，如图1所示；

第二，以主机运行信号和故障报警信号为参考对冷热主机进行信号反馈调节，如图2所示。

另外从节能方面考虑，建筑中央空调控制系统在符合室内温度要求的前提下，应当可以通过对室外温湿度的变化来自动对室内全年室内的温湿度设定参数值进行调整。

3.2 空调能量输送部分自控分析

在对中央空调系统进行节能自控设计的过程中，空调能量输送部分也是其中的一个重点，而这部分主要包括空调冷冻泵、热水泵、冷却水泵及输送管道部分等。

首先空调冷却水系统主要是利用冷却塔和冷却水泵及其管道系统等将冷却水输送至制冷机中，其监控系统的功能是对冷却塔风机、冷却水泵等运行情况进行监测，以保障制冷机组冷凝器侧通过的冷却水量充足，同时该系统还可以通过对室外温湿度的变化以及建筑冷负荷情况等对冷却水的运行速度进行调节，以使冷却水温度在设定温度范围之内。因此设计人员在进行这部分自控系统设计的过程中可以利用现场控制器实现对冷却塔风机启停状态、运行情况的检测、以及水路电动阀开闭状态等的控制，而其中冷却塔风机启动台数则是综合了冷冻机和冷却泵开启台数、室外温湿度等情况，并通过系统主机参数计算进行确定的。

其次，冷冻水系统自控功能是使蒸发器运行正常，避免由于通过水量不足所导致的蒸发器被冻坏情况的发生，同时利用该系统还可以降低循环泵的电耗量，节省系统运行成本。因此在对能量输送部分自控系统进行设计的过程中应当注意以下几点。

第一，通过提高冷热水的供回水温差，降低水流量、输送动力以及送风流量；

第二，通过利用变风量以及变流量末端自动控制来降低水泵、冷水机组以及风机的电能消耗；第三，加大对空调供水各个环节的控制力度，以空调运行需要为基础来对水流量进行控制，进而在保障设备正常运行的基础上提高节能效果。

3.3 空调新风机系统自控系统分析

在整个中央空调冷热负荷中，新风量占有比重比较大，因此在自控系统设计过程中对新风自动化和节能控制部分也应当给予一定的考虑，而为了实现对新风的自控，空调系统现场控制器部分应当具备以下功能。

首先，具备对新风机启停状态的定时控制。一般情况下，时间控制可以以年、月、日、时、分等为时段进行参数设置，且每天最小应当设定三个启停时段控制程序；

其次，當监测到新风机运行出现故障时，可以及时的发出报警信号，同时重新设定风机出口温湿度参数值，并使其满足控制标准。

另外一旦检测相互新风过滤器两端压差超过要求值后，会发出过滤网堵塞报警信号，同时中控室也会有出现报警信号；再次在冬季，一旦热盘管的温度小于设定参数值后，自控系统应当立即启动防冻保护程序，使风机停止运行，关闭新风风门，开启热水阀等。

最后，为了进一步提高节能控制水平，设计过程中还可以通过改变新风回风比来对供暖供冷进行控制，例如冬夏季使用最小新风量，过渡季节使用全新风来量，而在预热预冷过程中关闭新风量使用。

3.4 风机管盘监测自控控制分析

现阶段，在中央空调系统控制中，风机盘管直接控制系统的应用运行成本较高，因此在实际应用中该系统应用比较少，但是从节能方面分析，监控系统的应用是必不可少的。而为了实现节能目标可以通过利用温控器和二通电动调节阀来对温度和风速进行控制，而在对风机盘管电源控制中可以以楼层、用途以及作用时间等为参考进行分别控制。

另外，还可以在现场设置手动启停控制，而在时间控制方面可以以年、月、周、日等为基础进行分别设置。

4 结 语

综上所述，在现代化通讯技术、计算机技术以及网络技术快速发展的今天，中央空调系统的自动控制和节能性能也在不断的提高，尤其是一些先进自控技术的应用，一方面提高了能源的利用效率，另一方面也优化了空调系统的运行性能，为用户提供了更加舒适和人性化的办公环境，因此在今后空调系统的设计中，设计人员应当加大对一些先进技术的研究和应用力度，以有效推动空调自控和节能系统的建设进程。

参考文献：

[1] 屈国伦.广州白天鹅宾馆改造工程暖通空调系统绿色节能设计[J].暖 通空调，2016（01）.

电力拖动系统的自动控制和安全保护 篇7

1 电力拖动系统自动控制原理及其设计

1.1 控制原理

从电力拖动系统自动控制的原理分析来说, 其电动机本身具有各种基础反馈, 例如:速度反馈、电流反馈以及频率反馈等。该系统的主要控制部分为电气设备。控制部分也就是电气保护, 主要有电流保护、热保护以及短路保护等等。其中启动连锁、运行连锁以及安全保护等环节都是由计算机来完成的。在计算机进行电力拖动系统自动控制的时候, 其采用的方法有很多种, 这些方法在促进了系统运行效率的同时, 也存在一些弊端。计算机的控制过程, 都是有编程、功能模块以及驱动程序来完成, 这样具有速度快, 操作方便, 可靠性高等有点, 但是, 由于采用的工艺不同, 因此, 对于电力拖动系统以及控制的要求也必然存在一定差异。这些差异从根本上来说, 没有太多不同, 都是以信号输入、输出, 并依靠计算机来实现对其系统的集中控制。

1.2 电动机的选择

在了解了电力拖动系统的自动控制原理之后, 设计人员就需要进行设计方案的确立, 确定了设计方案, 下一步就要对电动机进行选择, 选择时要注意很多方面, 其中包括电动机的类型、数量、结构以及电机功率、电流等。具体分析如下:

(1) 从功率方面来看, 其功率应该与生产机械标准要求以及负载相符合, 另外还要保障其正常运行, 在确定其功率的时候, 工作人员要将电动机发热、启动能力以及允许过载等三方面考虑其中。再者就是电动机的电容量选择, 可以说这个是最为关键的, 因为会受到外界因素的影响, 所以工作人员需要多次进行试验, 经过分析之后方可确定功率。

(2) 不管是直流电动机还是交流电动机, 在选择的时候都要从技术以及经济性等方面去考虑, 通常要选择几个比较便宜, 构造简单且维护方便的交流异步电动机。而直流电动机的调速性则应该较好, 其主要是在调速范围大、功率大的机械上使用。

(3) 动机的额定转速选择要根据电机与机械配合的技术经济情况来决定。可以分为两种情况:电动机长期工作, 很少启动、制动和反转。此时要考虑设备的投资、占地面积、维护检修等方面的技术经济, 决定电动机的额定转速。电动机经常启动、制动和反转, 此时要根据电动机的动能储存量来决定电动机的额定转速。

1.3 电器控制线的设计

(1) 电器线路的设计非常严禁, 因此其设计目的必须明确, 同时要与各项生产要求相符合, 由于控制线路关系这整个设备的运行情况, 所以说科学、合理的设计是非常必要的。为求最大限度的满足生产机械以及工艺的电器控制线路的要求, 设计人员必须要严格按照步骤和国家规定要求进行。

(2) 在确保生产条件得以满足的前提下, 就应该最大限度保障设计的经济性, 设计过程中, 尽量减少触头以及电器数量, 要选择最为标准, 常见的线路, 另外, 还要适当缩短连接导线的长度, 这样才能够减少通电线路。

(3) 为了能够保障控制线路的安全性与可靠性, 在选择元件时, 必须是具有国家认证的合格证书, 并且线路连接方式要正确, 线路要避免多个电器逐一进行动作, 从避免短路、电压过高, 电流过大的问题出现。

(4) 设计过程中, 设计人员要尽可能的保障控制机构的简单操作, 并未日后维修提供方便, 这就要求控制方式的设计要将就效率, 能够从一种控制方式快速向另一个控制方式转变。

综上所述, 虽然电路控制是复杂的, 但是它还是由众多单元构件组合而成的, 设计的时候, 只要将这些单独的组成部分设计到位, 使其能够完全符合规定以及工艺要求, 那么组合之后的电路控制系统安全性以及可靠性也必然会有所保障。

2 电力拖动系统的安全保护

(1) 短路保护:短路问题会给电气绝缘设备造成损伤, 在短路的一瞬间会产生巨大的电流, 从而导致电动机组和电路中的各种电器设备出现机械性的损坏。

(2) 过流保护:过流保护通常是由于一些错误启动或者是在电机所承受的负载过大的情况下出现的, 在这种请款下, 电流会增加1.2倍, 从而导致电动机以及机械转动部件出现损坏。

(3) 欠压保护:通常是指电动机电压过低而出现的工作停止问题, 电动机的电压过低, 会引起部分电器释放, 这样就导致了电路无法正常工作, 并发生故障, 所以在电压有所降低时, 要在其允许范围之内, 尽快的将电源切断。

(4) 热保护:如果电动机长期的超载运行、电动机绕组的升温超过了允许值, 就会造成电动机的损坏, 做好热保护工作室防止这一点发生的有效措施。

(5) 安全链:包括了欠压保护和过流保护, 它还包括油压、水压和轴瓦温度保护。安全链是一个串行条件, 如果其中有一个条件不满足要求, 计算机会通过自动控制系统将电动机关闭。

(6) 运行连锁和启动连锁的保护:在计算机中输入信号之后, 去内部就会由程序或者模块化程序来进行自动化控制, 这个动作, 是在电动机启动前以及运行中, 不具备条件或者是没有信号的时候才进行的。

(7) 计算机系统处理信息的安全性较高, 同时其对系统自身硬件以及软件的自动控制系统安全性也很高, 问题一旦出现, 计算机会第一时间做出反映, 并停止现场所有设备运转。

3 结束语

从电力拖动系统自动控制的工作原理以及设计的研究分析中, 能够发现, 电力拖动系统的运行是一个较为复杂的过程, 需要众多原件的相互配合和协调, 这样才能够完美的完成工作任务。所以说, 在进行其设计和安全保护的时候, 需要立足整体, 从各个环节入手, 在保障其工作效率与质量得以满足的前提下, 保障其经济性。

摘要：科学技术的不断发展, 使得电力拖动系统也逐渐实现了自动化控制, 文章从其自动控制以及安全保护两个方面进行了论述, 旨在为相关的技术工作者提供一些参考和建议。

关键词：电力控制系统,安全保护,电器控制线路,自动控制

参考文献

[1]郭自豪.密度继电器高低温试验校验方法[J].电气制造, 2010 (08) .

自动化控制和管理系统 篇8

自动化立体库(AS/RS)一般由高层货架、巷道堆垛机、输送机、控制系统和计算机管理系统(WMS)等构成,可以在计算机系统控制下完成单元货物的自动存取作业。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC集自动化技术、通讯技术为一体,工作可靠,性价比高,设计紧凑,扩展性好,操作方便。因此,自动化立体库控制系统通常采用PLC作为电控系统的核心。

一工程背景及流程介绍

立体库布局如图1所示。A、B、C为三个入库口,D、E、F为三个出库口,三台巷道堆垛机,货架分布:其中4排34列8层计1088货位,8排28列8层计1792货位,12排1列6层计72货位,合计共2952货位。

入库站台接到入库任务后,人工叉车将货物放上入库站台,按下上货确认按钮,货物通过输送机传送到堆垛机的取货位置,堆垛机接到上位系统的取货命令后将货物送到指定的货架位置。

当WMS下达出库命令,堆垛机取相应货位货物到卸货站台,货物通过输送机输送到出库口,再通过人工叉车将货物取走,完成出库任务

整个流程及货物的相关信息通过电控柜上面的HMI(Human Machine Interface的缩写,即人机接口,也叫人机界面)查询监控。

二PLC软件设计

S7-300使用STEP7编程软件进行组态和编程,STEP7是一种用于对SIMATIC可编程逻辑控制器进行组态和编程的标准软件包。打开SIMATIC Manger管理器,创建项目,在项目下插入SIMATIC 300 Station,双击Handware图标,打开“HW Config”窗口,按实际硬件配置顺序进行硬件组态和网络组态。

硬件组态如图2所示,门子S7-300PLC配置含:PS 307电源模块1块,为PLC模块提供DC24V电压;CPU315-2 PN/DP模块1块,包含MPI/DP、PN-IO两个通讯口,项目选用的是PN-IO即以太网通讯口(Ethernet)来实现现场通讯连接。DI32xDC24V、DO32xDC24V/0.5分别为数字输入、输出模块,可完成64点开关量输入、32点开关量输出。

图3为该系统的网络结构图,SIMATIC 300 (1)即S7-300为主站,其下有三个从站,即三台巷道堆垛机,通过Ethernet与主站连接,另外,需要与S7-300通讯的是HMI,即图中的TP,采用的是西门子Wincc flexible触摸屏监控软件。整个控制系统的网络连接就建立起来了,整个系统通过以太网通讯方式进行数据交互。

硬件组态及网络建立起来后,返回SIMATIC Manager界面,可以看到刚刚组态时的CPU,在程序块中出现了组织块OB1,OB1代表最高的编程层次,并组织S7程序中的其他块。为了满足这个工程的控制任务,需在项目的Blocks新建对象,如FB块、FC块等,在这些块中编写运行程序功能、状态程序功能、与堆垛机的通讯程序功能、HMI的控制程序及状态显示功能等,然后通过主程序OB1调用来实现。这个过程对编程人员的控制思路,对流程熟悉程度有比较严格的要求。

三HMI软件设计

HMI是系统和用户之间进行信息交互的媒介。Wincc flexible是一种前瞻性的面向机器的自动化概念的HMI软件,并可集成在STEP7中进行开发。它具有处理方式直接、灵活、透明等特点。本工程项目选用的是MP 277触摸屏,通过以太网口跟主站PLC进行通讯。

在该工程的SIMATIC Manager项目里面插入SIMATIC HMI-Station,选择MP 277出现如图4所示的界面。

首先,在设备设置里面设置登录HMI的起始画面、设备名称等,并在项目语言中选择在HMI上显示的语言。为了规范管理员与现场操作人员的管理操作权限,可在运行系统用户管理中创建不同的组,如管理员组、操作员组、用户组等,给它们赋予不同的组权限。只有具备管理员权限的人可以通过HMI更改货物的信息,其他人员只能监视,不能操作。这样系统的安全性可以得到保障。

其次,在通讯里面建立与主站PIC的连接。主站PLC与HMI设置同一网段的IP地址,建立连接。

然后,新建变量,创建画面。根据本工程需要,创建的画面有初始画面、堆垛机画面、输送机画面、信息维护画面、报警画面、外型检测画面。所有画面涵盖整个工程所涉及的各种设备、需要查询的相关信息。

在报警管理里面,需要添加工程可能出现的各种报警信息,方便操作人员查阅并针对报警做出相应处理。

经过这些步骤,完成对HMI的软件设计工作。

本系统现场运行效果良好,货物出、入库管理井然有序,动作逻辑合理,各机构平稳可靠,可以很好地满足立体库的功能要求。

摘要：本文主要阐述了运用STEP7编程软件、Wincc flexible触摸屏开发软件,通过以太网通讯方式,建立主站S7-300 PLC、从站3台巷道堆垛机、HMI三者之间的信息连接,实现对立体库的自动、高效的仓储管理。

自动化控制和管理系统 篇9

电子技术的快速发展, 推动了相关测量技术的发展, 现代仪器逐步走向智能化。程控仪器的逐步普及给实验室研究工作方便, 推动了科学技术的发展。在通信领域的发展过程中, 为了适应通信发展的要求, 对通信信号测量要求越来越高, 测量的对象以及测量的要求也越来越复杂, 精度要求也越来越高。因此单个实验仪器的测量已经不能满足通信发展的需要, 实验系统也逐步从单个的测试仪器逐步演变成为了由多台实验仪器联合起来的综合型的测试平台。多个实验仪器的联合使得测试平台在网络化控制中由于平台操作复杂而引起诸多操作上的不便[1,2,3]。

目前对于实验室仪器平台的控制主要可以分为3种方式:①手动控制, 常用于基础实验阶段, 目的是让学生去实地体验实验室的仪器, 了解基础实验室仪器的使用, 常用于教学实验平台上;②远程手动控制, 远程手动控制的专业的开发平台是LabView, 主要是实现高端仪器资源的网络化共享上;③远程网络控制, 远程网络控制平台是在资源共享的基础上实现简单化操作[4,5]。

在实际的研究和工业应用过程中, 由于系统平台操作比较复杂, 科研人员由于不熟悉而导致使用效率低下。为了更好地实现资源有效的共享, 给出了一种网络远程自动测试的方案, 简化了实验测试流程, 提高了测试的效率。

1 远程自动测试系统

1.1 数字预失真硬件平台

数字预失真平台是一个通信信号测试系统平台, 主要包含了矢量信号发生器、射频功率放大器、定向耦合器、负载、可变衰减器和频谱分析仪等组成的一系列的测试仪器。在仪器发展过程中, 计算机技术的引进使得智能仪器拥有了更加先进的连通性, 目前常见的仪器有2种外部接口:一种采用的是GPIB接口, 另一种是LAN接口。GPIB接口的单一性不便于多人操作, 同时LAN接口的组网成本比GPIB的组网成本要低, 而无线网络的普及和便利使采用LAN接口一样方便。因此在开发采用LAN口进行通信[6]。数字预失真的基本结构图如图1所示。

矢量信号发生器E4438C和频谱分析仪E448A都是安捷伦公司开发的高精度的信号产生和测试仪器, 具备SCPI指令编程控制功能, 为远程自动控制实验仪器是奠定了基础。

1.2 远程自动测试平台系统架构图

根据系统设置的需求, 整个的远程控制系统主要可以分为3个部分, 分别是客户端部分、数据处理部分和数据存储部分。

①客户端控制部分:是人机交换的界面, 主要负责用户信息的采集, 实验参数的设置操作, 视频信息设置操作以及数据信息的采集功能模块;

②数据处理部分:数据处理部分是整个系统的信息的中心部分, 数据处理部分将客户端的参数经过处理之后转换为底层可以识别的语言, 通过接口程序传递到底层实验仪器从而实现对底层硬件的控制, 实现网络和底层硬件之间的通信;

③数据存储部分:在实验室资源共享的条件下, 实验过程中大量实验结果的处理并不能当场进行分析。通过私有云存储平台, 可以通过网络将数据信息和用户信息都存储到Mongodb构建的私有云库下, 等待下一步的数据分析, 整个系统的架构如图2所示。

2 远程自动测试系统实现

2.1 服务器端与硬件通信的实现

VISA (Virtual Instrument Software Architecture) 是由美国国家仪器公司开发的用来与各种仪器总线进行通信的高级编程接口。在实际的开发过程中VISA库文件是链接仪器和控制端计算机的一个中间件, 由于不受平台、总线和环境的控制, 编程人员可以很容易的实现跨平台开发, 而SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments) 指令是一套建立在IEEE基础上, 遵循多重标准的标准化仪器编程语言。因为SCPI指令只是定义了命令格式而没有具体的通信方式, 所以在实际的开发中支持PXI、RS232、USB、GPIB和TCP/IP等多重的底层通信协议, 将VISA和SCPI结合起来进行开发可以大大节省开发者的时间和精力。

在开发中这里采用的是10.01版本, 在实际的架构中依托Visual Studio 2008开发平台开发的程序通过IOLibrary和仪器上的LAN口链接实现软件和硬件实验仪器之间的通信。IOLibrary Suite是一个集成的库的套件, 其中包含了4个IO库文件, 在整个的通信过程中起到一个连接作用, 很容易将开发端的计算机和实验仪器的通信链路连接起来。其中VISA和VISACOM的为后台控制端的软件的开发奠定了基础[7,8,9]。

在后台和硬件仪器组成的网络架构上, 采用的通过路由器组成一个简单的局域网, 通过简单的几根网线将矢量信号发生器和频谱分析仪组成一个简单的局域网, 配置他们的IP分别为10.10.10.9和10.10.10.10。后台的控制计算机通过安装IOLibrary Suite可以实现和底层仪器之间的通信。后台控制端的网络架构如图3所示。

在底层通信程序的开发过程中VISA库函数主要用到的就是以下的几个库函数, 实际的仪器程控开发过程主要结构可以分为3个步骤来实现:

vi Open DefaultRM (sesn) ;

vi Open (sesn, rsrc Name, access Mode, timeout, vi) ;

第一步, 用上述的函数来初始化资源管理器并且打开实验仪器建立通信;

第二步, 通过函数vi Prinf (Vi Session vi。Vi String write Fmt, ) 调用SCPI指令来有效的控制硬件仪器的操作;

第三步, 当相应的操作完成以后, 就通过viClose (Vi Object) 函数关闭通信, 同时关闭济源管理器。

为了实现不同底层语言和服务器端的通信, 采用了JNA技术实现底层C++语言和后台的JAVA语言的通信。

在Vistudio2008开发平台进行开发的时候, 首先将底层的C++函数进行封装成为功能函数生成DLL (Dynamic-Link Library) , 根据控制模块的需要设置相应的参数, 将每个模块所需的功能函数做成一个DLL文件。其次, 为了能让后台的JAVA程序能够访问DLL里的功能函数, 需要在功能函数前面加上标示符_declspec (dllexport) , 在开发工程的头文件添加标示符和函数头, 编译之后产生后缀名的.dll的编译文件。

2.2 系统服务端的实现

系统的服务器端是整个远程控制系统的核心部分, 是连接客户端和底层硬件的一个中心桥梁。整个的后台服务器的架构可以描述为应用服务器、流媒体服务器、数据库服务器以及WEB服务器。整个的系统架构如图4所示。

①应用服务器模块采用JAVA语言开发的功能测试函数, 每个模块对应着底层的C++编写的控制仪器的DLL, 一方面实现了底层的通信, 另一方面也是数据处理的中心, 将实验得出的数据结果通过API接口存储到数据库中, 采用了JNA技术有助于实现网络化控制底层的硬件平台, 同时提升了编译效率;

②流媒体服务器模块将实时记载着本地实验的情景, 并将摄像头拍摄的文件流化进行发布, 保证了实验观看的实时性, 同时流媒体服务器的文件将录取的视频文件存储到数据库中。便于后期处理实验结果的时候进行复查;

③WEB应用服务器中的客户端是人机交互的一个接口, 远程实验者进行访问的时候, 功能界面就可以直观地展现在用户面前, 用户可以在不了解使用原理的情况下, 只需要在按照要求设置相应的参数就可以进行实验, 采用flex开发平台能够将效果更真实的展示;

④数据库服务器是数据存储中心, 在实验过程中, 由于出现多种不同的类型的数据包括视频文件, 文档文件等不规则的文件, 与此同时为了便于用户的管理, 采用No SQL数据库Mongo DB构建了私有云存储架构[10,11], 如图5所示。

用户在进行访问的过程中, 首先会将注册信息存储在私有云库的用户管理数据库中, 并为用户自动创建一个私有的数据库供用户使用, Mongo DB私有库将非结构化的数据很方便地存储在数据中心, 并随时随地进行访问。

3 结果

远程自动控制系统采用了基于WEB的应用开发, 在实际的工程中, 通信过程主要分为3步进行:

①用户在进入实验界面之前, 用户都必须先进行注册, 注册之后, 后台会直接在云存储平台上给用户创建一个私有库, 用来存储信息;

②用户在人机交互界面上设置相对应的参数, 并TXT信号文件通过网络上传到底层的实验仪器, 并通过按钮进行相应的操作;

③可以通过视频模块, 实时了解视频信息。了解信号的特点并进行调整, 并通过按钮实时采集相应的信息和截图保存在后台的私有库中;

④采集的信息存储之后, 能在专门的信息栏, 用户可以随时登陆网站, 通过在自己的私有库中进行数据信息的调取。

通过上述的操作, 用户可以结合开发的人家交互界面, 非常清楚的获取资料信息, 主要开发了数据采集模块, 视频模块, 人机交互模块, 数据下载模块, 每个人进入自己的账号之后, 都能下载自己数据库的信息。

4 结束语

基于WEB的数字预失真测试平台远程自动测试系统的研究及实现, 能够实现联合测试系统远程操作的简单化, 在现实应用中具有重要的意义。本文针对远程自动测试技术提出了一种新的方案, 同时对于数据部分我们结合着最新的云存储技术, 对每个用户都能建立一个自己的私有库进行处理, 能够很好的将数据进行管理。本文采取的设计模式大大简化了后期的学习时间, 同时增强了数据的处理能力。

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自动化控制和管理系统 篇10

氧化剂是现代国防工业的重要原材料,常用于火化工产品和固体推进剂产品的配方中,具有易燃、易爆等特点。在配方装药前,氧化剂原材料的过筛和称量是一个必不可少的工序,此工序目前在国内大部分装药厂仍然采用人工、面对面工作方式,存在事故隐患。本文阐述了一套基于PLC和现场总线技术的氧化剂自动过筛和称量系统,实现了氧化剂过筛和称量的远程隔离操作。

1 系统组成和结构原理

氧化剂自动过筛和称量系统由送料转台、提升机、台车、导料装置、旋刷筛、三通分料器、接料转台和接料料斗等部分组成。

操作人员将10桶氧化剂原材料包装桶打开包装后,分别放置在送料转台的10个工位上,选择接料对象,然后返回控制室内启动控制系统。系统将自动循环完成提升、接料、行进、翻转、导料、过筛、接料、称量、返回等动作,直到10桶氧化剂全部过筛完毕。图1为氧化剂自动过筛和称量系统的平面图。

1.1 送料转台

送料转台的主要功能是将物料桶进行定位,以便于提升机的转送。送料转台上共有10个工位,可以放置10桶氧化剂原材料包装桶。

1.2 提升机

提升机用于将装满氧化剂的原材料桶从地面提升到二层平台上,提升机由油缸、液压站、框架、底座、动架和防护系统等部分构成。其中动架包含有指爪、水平移动气缸和水平移动架,指爪平时隐藏在移动架里面,当放有原材料桶时,指爪竖起,起到稳定原材料桶的作用。水平移动架在接送原材料桶时可以伸出和缩回。

1.3 台车

台车从提升机上接收原材料桶,运输到旋刷筛跟前,与旋刷筛上方导料装置进行对接,然后翻转,将原材料倒入旋刷筛上方的料斗内。台车由翻转架、底盘、大支架、支腿、盖盖机构、阀板、回转夹紧机构和一系列气缸、油缸等组成。底盘装有轮子,由双导杆磁性无活塞杆气缸推动在导轨上移动。当原材料桶由提升机提升到位时,回转夹紧机构将原材料桶往翻转架上回抱,盖盖机构将原材料桶桶口密封,气缸推动底盘沿导轨运动到后位,油缸驱动实现原材料桶翻转,然后打开阀板,将原材料通过导料装置倾倒在旋刷筛上方的料斗内。图2为台车结构示意图。

1.4 导料装置

导料装置起到衔接台车与旋刷筛料斗的作用,当台车与导料装置对接时,导料装置的阀板打开,物料从台车上的物料桶进入到旋刷筛的料斗内。当台车离开后,阀板关闭,可以避免物料飞扬。

1.5 旋刷筛

旋刷筛用于氧化剂的筛分,旋刷筛由防爆电机、传动轴、刷子、腔体、筛网以及接料口等组成。防爆电机为旋刷筛提供动力源,其转速可以用变频器进行远程调节。

旋刷筛上方有料斗和导料装置,衔接台车与旋刷筛。

1-料斗(600L);2-地秤;3-风机;4,5,6-摄像机;7-护栏;8-楼梯

1.6 三通分料器

三通分料器的主要功能就是选择过筛后物料的输导方向。当选择用接料斗接料时,阀板倒向左边;当选择用接料转台接料时,阀板倒向右边。

1.7 接料转台

接料转台的主要功能是将过筛后的物料定量地分装在接料桶中。接料转台与送料转台结构上大体相同,不同之处在于物料桶的托盘结构不同,而且接料转台的托盘下面还装有顶升称量机构。

1.8 接料斗

接料斗采用混合工序自动加料系统的投料斗。接料斗下方安装梅特勒-托利多公司防爆地秤,用于物料称量,物料重量在控制室远程显示,当接料斗内氧化剂重量到达设定值时自动发出提示信号。

2 控制系统

2.1 控制系统工作原理

氧化剂自动过筛和称量系统的控制系统以西门子PLC为控制核心(CPU选用CPU313C-2DP),其主要作用是:负责检测氧化剂自动过筛和称量系统各设备气缸和油缸的状态,并控制和协调各气缸和油缸的动作。控制系统配置高性能的上位计算机与下位机PLC通讯,用于显示工艺状态和动作模拟,同时对系统发出操作指令。图3为控制系统工作原理图。

2.2 下位机系统设计

氧化剂自动过筛和称量系统的控制系统设现场柜和远程操作柜共两个控制柜。

现场柜放置在动力间,内装有ET200M接口模块153-1和PLC输入/输出模块。主要连接液压站电机、电磁换向阀、气缸磁性开关、防爆筛网电机、防爆振动电机等元件,现场柜还安装有气电转换器和电控气阀,就近连接各个气缸和现场操作的推拉式换向阀。

远程操作柜放置在控制间。内装有西门子CPU313C-2DP,它作为Profibus-DP现场总线的主站,通过Profibus-DP协议与现场柜交换数据,这样现场信号和远程信号的交换只需通过一根Profibus-DP现场总线即可实现,大大减少了电缆的数量,缩短了安装和维护时间。

氧化剂自动过筛和称量系统的控制系统启动后,PLC自动协调各气缸和油缸的动作,完成提升、接料、行进、翻转、过筛、导料、返回、称量等26步联动程序。

2.3 上位机系统设计

上位机采用研华工业控制计算机,安装西门子CP5611板卡和组态王软件,采用西门子MPI协议与下位机PLC通讯,用于显示工艺状态和动作模拟,同时对系统发出操作指令。图4为上位机组态画面主页。

3 结论

基于PLC和现场总线技术的氧化剂自动过筛和称量系统,自动化程度高,远程可控,实现了人机隔离操作,最大程度地减小了安全隐患,同时大大提高了工作效率。

参考文献

[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,1999.