自動化控制論文范文
時間：2023-03-15 21:58:06
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篇1
人工智能技術是人類科學技術不斷發展進步的必然結果，也是工業發展過程中，促進工業自動化科學化發展的重要推動力量。在人工智能技術的發展中，科技的發展和工業技術的進步會促進人工智能技術的發展；反之，人工智能技術的進步，可以完成那些人類自身無法辦到、技術條件效果不好的生產技術操作。當前的人工智能主要是計算機技術的發展結果，隨著計算機技術的飛速發展，通過對計算機信息特點和操作性能的了解和設計，使計算機操作系統具有更多更先進的人工化反應，并在實際的信息技術處理過程中，通過其系統內部的人工化、智能化識別和處理系統，對電氣自動化控制和其他工業技術領域在運行中的問題進行自主解決。如今，人工智能技術已經取得了較大的進步，其研究發展項目也越來越多，越來越先進，實用性越來越強。人工智能技術已經廣泛運用與工業自動化、過程控制和電子信息處理等先進的技術領域。人工智能技術通過模糊理論算法、遺傳算法和模糊神經算法等方式，可以在電氣自動化控制中，采取更靈活多變的控制方式，對電氣自動化設備運行中的不穩定因素和動態變化進行自主的調整，從而保障其運行的準確和高效，減少出錯率。人工智能技術的運用，可以大大減少在電氣自動化控制等領域的人力成本，并且能夠解決一些工作人員無法有效監控和解決的問題，做到及時有效。
2人工智能技術在電氣自動化控制中的應用
2.1人工智能控制實現了數據的采集及處理功能
在電氣設備的運行過程中，數據的采集和處理是了解電氣設備自動化控制情況，發現運行過程中的問題和提出解決辦法的重要依據。在傳統的自動化控制中，由于技術水平和實際運行中的動態變化，數據的采集和傳輸無法做到準確和穩定，保存數據容易出現丟失的情況。人工智能技術的使用，可以保障電氣自動化運行過程中對動態信息的及時收集和穩定傳輸，對相關數據的保存工作也更安全，這就提高了電氣自動化的控制水平，充分保障了電氣運行中的安全性和穩定性。
2.2人工智能控制實現了系統運行監視機報警功能
電氣自動化控制是用電氣的可編程控制器，控制繼電器，帶動執行機構，完成預期設計動作的過程。在此過程中，系統內部各部分之間的運行都要嚴格按照設計模型和函數計算的基礎上進行，如果系統中的一點出現問題，就會造成整個自動控制系統的故障。在以往的自動化控制系統運行中，對系統內部各部分之間的運行數據和運行狀態進行實時監測，對運行中的特殊情況進行及時的報警處理，幫助自動化系統及時處理可能出現的故障，提醒電氣管理人員加強對電氣系統的管理。
2.3人工智能控制實現了操作控制功能
電氣自動化控制的主要特征之一就是通過計算機的一鍵操作，就可以實現對電氣系統的整體控制，保障電氣自動化運行符合現實的需要。傳統的自動化系統的操作，需要靠人工對系統各個環節進行人工操作，從而促進自動化系統內部的協調和配合，這種方式既降低了自動化運行的效率，也增加了自動化系統的故障發生頻率。人工智能技術對電氣自動化系統的控制，是通過各種先進的算法，按照電氣自動化的需求，對自動化系統進行自動化和智能化設計，從而實現對電氣自動化控制系統的同時操作，大大提高了自動化控制的效率，減少了單獨指令操作中容易出現的不協調情況的發生。
3人工智能技術在電氣自動化控制中的控制方式
3.1模糊控制
模糊控制以模糊推理和模糊語言變量等為理論基礎，并以專家經驗作為模糊控制的規則。模糊控制就是在被控制的對象的模糊模型的基礎之上，運用模糊控制器，實現對電氣控制系統的控制。在實際控制設計過程中，通過對計算機控制系統的使用，使電氣自動化系統形成具有反饋通道的閉環結構的數字控制系統，從而達到對電氣自動化系統的科學控制。
3.2專家控制
專家控制是指在進行電氣自動化控制過程中，利用相關的系統控制理論和控制技術的結合，通過對以往控制經驗的模擬和學習，實現電氣自動化控制中智能控制技術的實施。這種控制方式具有很強的靈活性，在實際運行中，面對控制要求和系統運行情況，專家控制可以自覺選取控制率，并通過自我調整，強化對工作環境的適應。
3.3網絡神經控制
網絡神經控制的原理就是基于對人腦神經元的活動模擬，以逼近原理為依據的網絡建模。神經控制是有學習能力的，屬于學習控制，對電氣自動化控制中出現的新問題可以及時提出有效的解決辦法，并通過對相關技術問題的分析解決，提高自身的人工智能水平。
4結語
篇2
變配電系統，顧名思義，就是保證建筑物供電與用電安全的系統，實現建筑物正常用電運行是變配電系統的主要監控目標。首先，變配電系統通過對建筑物各類型的電力開關設備進行監測，對配電柜高壓與低壓的運行狀態進行控制來實現對建筑物內部電力供應與使用的監督與管理。其次，變配電系統還會對建筑物電路回路的電流與電壓、功率因數這些電力關鍵參考值進行監測。變壓器與電纜的溫度、發電機的運行狀態的好壞都是變配電系統的重要監督。電力系統本身具有一定的特殊性，其可以在瞬間發生很多的變化，所以在利用計算機系統對電力系統進行控制之時，其監測的頻率是很高的，在監測的同時，要對這些監測中設備開關的狀態與參數的變化進行準確且連續的記錄，只有這樣，變配電系統才能夠準確地預測事故發生的機率，在自動狀態下對變電系統事故地點進行分析。樓宇自動化系統中的變配電系統可以利用計算機對供電設備的開關進行遠程控制，在停電發生后，可以對開關進行自動的順序控制。另外，變配電系統還可以對應急的發電設備進行運行狀態的監測，使其在有應急需要之時可以正常運行，自動切斷不主要的電路回路，保證應急發電機的負荷在合理的范圍之內。變配電系統除了對建筑物進行供電之外，還會對用電量進行計算，對每家每戶的電費進行分析與計算，還可以對我國的供電政策進行有效的落實與執行，在供電高峰期超負荷的情況下對不主要的回路進行切斷。
2給排水系統
使建筑物內部的中水系統得到正常的運行是智能建筑中給排水系統的運行目標與任務，給排水系統的主要功能是將建筑物內水泵與排水泵、污水泵等運行狀態進行監測與管理，使建筑內各水箱的水位保持在安全可靠的限制值當中。另外，給排水系統還會對給水系統的壓力進行測量，使水位與壓力保持在安全范圍內，根據水位與壓力的變化及時進行水泵的關閉與開啟。
3照明系統
智能建筑中的照明系統是建筑物內主要的節能系統，節能減排主要體現在照明系統的運行之中。照明系統的協調程度與運行力度是建筑物自動化與智能化的重要體現。在智能建筑中，電能是不可缺少的，照明系統是除了空調系統之外最大的電能消耗系統。與傳統的建筑管理方法相比，智能建筑中的自動化系統可以實現40%左右電能的節省。照明系統的節能，主要利用于自動化系統對于停車場、走廊與對門廳等照明進行開啟與關閉控制，對建筑物內的照明回路進行分組控制，使用電量過大、電路負荷過多時進行自動切斷，對辦公室與廳堂這些地方的照明系統進行無人熄燈的自動控制。這些控制的實現可以利用計算機中設定的開關開啟與關閉時間進行遠程控制，門鎖與紅外線也是比較好的照明系統控制手段。
4電梯系統
電梯系統屬于智能建筑中的交通系統，對電梯系統的自動化管理也是樓宇交通管理的重要內容。對于電梯而言，其本身具有全套的自動控制裝置，但是，要使其成為智能建筑中樓宇自動化系統的一部分，要將電梯本身的控制裝置與樓宇的自動化系統相聯系，使其實現數據的共享，使建筑物的管理者可以對電梯的運行狀況進行及時的掌握與分析，在有意外事故發生的時候，可以利用自動化系統對電梯進行有效的控制。
5保安監控系統
保安監控系統主要由三部分組成。第一，閉路電視監視系統。閉路電視監視系統主要是利用攝像機完成的，管理人員將攝像機安放在需要進行監控的各個區域之間，利用電纜這一中介將圖像傳達到建筑控制中心，使建筑物的管理人員可以對大樓內部的實時情況進行觀察與管理。還可以利用現代化的計算機技術對這些上傳的圖像進行分析，使影視中的物體與煙霧等不安全因素得到確認，為事故的處理提供證據。第二，出入口控制系統。對建筑物的出入口進行控制，就是利用電子鎖或者是門磁開關這些設備對建筑物的人群進行控制。將讀卡機等設備安裝在建筑物當中，使建筑物的進入具有一定的權限性，對進入到建筑物的對象與建筑物的開放時間進行控制，隨時掌握人員的出入情況。第三，防盜報警系統。防盜功能的實現，是利用各種敏感軟件的安裝實現對建筑物內部空間的控制，比如說紅外線與震動傳感器等等，將其安裝在重要的防盜部位，如果監測區域內出現異常，報警系統可以做出相應的反應，通過建筑物管理人員對異常情況進行及時的處理。
6結束語
篇3
1.1電氣工程自動化模型得到了簡化。
通常而言，在電氣工程自動化控制達到智能化目的之前往往需要建立相應的模型，除此之外，在模型建立的時候還需要綜合考慮到很多會直接或者間接影響模型的參數。鑒于此，通過模型來實現自動化控制歸納的說就是通過相關的動態方程來控制和反饋數據的，但是通過這種方式是無法保證在數據傳輸的期間不出現意外狀況來影響數據的傳輸以及反饋，這樣一來數據的及時性和準確性就無法得到保證了，使得理論結果與現實實踐之間出現偏差也就不足為奇了，這會導致電氣工程自動化控制的工作效率大大的降低。然而我們通過實踐得出，引入智能化技術能夠非常有效的跳過設計與建立模型這一環節，可以實現調節的自動化，從根本上降低了出現上述情況的可能性和風險，在很大程度上避免了那些不可控制的客觀因素發生，提高了控制器的精確度和自動化的控制效率。
1.2確保電氣工程自動化控制的統一。
傳統的自動化控制器一般地說都是就某個模型對象來加以控制的，事實證明，這種方式對于單個的模型控制效果良好，但是無法統一而全面的控制電氣工程自動化控制系統，這樣一來就極易造成不同的模型之間各不相同。然而智能化電氣工程的自動化控制就可以有效避免模型設計的這一環節，因此無法控制模型的復雜性這一問題就不復存在了，這不管是對于指定的對象或者非指定對象都能夠保證控制上的一致性，從根本上確保了電氣工程自動化控制的統一，這樣一來不僅大大提高了自動化控制器的工作效率，工作質量也得到了質的提高。
1.3有效控制了電氣工程自動化系統。
前面已經講到，智能化技術能夠控制和反饋對電氣工程中所有設備的數據，與此同時還能夠有效根據響應時間、下降時間和魯棒性變化等參數來對電氣工程自動化的控制程度實現自動調節，這樣一來就可以節省了重新建立模型的時間，另外還可以在第一時間來處理因客觀因素以及預警自動化控制過程中所造成的錯誤。這樣及時的處理和高效的警惕大大降低了風險，節省了很多的人力物力財力的消耗，從而更好的實現了對電氣工程自動化系統的有效控制。
2、智能化技術的有效應用
就目前而言，智能化技術在電氣工程中主要應用表現為以下幾個方面。
2.1模糊邏輯與控制。
一般地說，電氣工程的自動化控制系統中都會含有一定數量的模糊控制器，它能很好的代替PID控制器。就目前而言，模糊邏輯的控制主要有M型與S型兩種應用類型，但是有一點需要強調的是，這兩種控制器都有各自的規則庫，又可以叫做ifthem的模糊規則集。其中S型控制器的規則為if。X是G，y是H，則W=f(X,Y)，這里所說的G與H指的都是模糊集，下面分別對這兩種應用類型進行介紹。M型控制器主要由模糊化、知識庫、推理機與反模糊化這四大部分所共同構成，主要用于實現變量的測量、量化、模糊化的目的，其隸屬函數的形式也是多種多樣的；知識庫主要是由語言控制的數據庫與規則庫兩個部分，其開發方式是將專家知識與經歷置于控制及應用目標上。值得注意的是，在建模的過程中，一定要使用神經網絡的推理機與模糊控制器對其加以操作；推理機同樣也是模糊控制器中不可或缺的重要組成部分，它能夠很好地模仿人類決策與推理模糊控制行為；反模糊化主要用來量化與反模糊化，它包括的技術種類也比較多，其中應用得最為廣泛的當屬中間平均技術與最大化的反模糊化這兩種了。
2.2優化設計與診斷故障。
在過去的很長一段時間里，設計產品通常都是依靠實驗或者傳統手工檢驗來完成，通過這種方式所得方案往往不是最優方案。隨著計算機技術的蓬勃發展以及在各個領域的廣泛應用，越來越多的電氣工程產品開始更多的選擇使用CAD來進行設計。這樣大大減短了產品的開發周期，如果在這個過程中很好地滲透智能化技術，可謂是如虎添翼，使其設計質量與效率得到大大的提升，專家系統的設計就是一個典型案例。不僅如此，智能化技術在優化設計還體現在遺傳算法方面。眾所周知，遺傳算法是當前全世界范圍內比較先進的計算法，其最大的優勢之處在于計算精度高，因此在電氣工程中得到了親睞，而且在其中也起到了極其重要的作用。除此之外，故障和它的預兆在電氣工程中的關系是錯綜復雜的，具有不確定與非線性的特點，這給我們的判斷帶來很大的困擾。
3、總結語
篇4
關鍵詞：供熱；自動化控制；節能
0前言
天津市河北區金泰供熱中心建于2001年，是一所當年立項，當年設計，當年施工，當年竣工并投入運行的大型集中供熱中心，該供熱中心設計供熱面積490萬平方米，承載天津市供熱總體規劃中的最大一片集中供熱區域。該項目的建設取代了小鍋爐房12個，為規劃新建的200萬平方米的居住區和現有的300萬平方米住宅區供暖，采用了較為先進鍋爐集散控制系統和變頻調速，擁有先進的技術設備和巨大的擴展功能。
1完善供熱中心DCS控制系統
1.1中心控制系統介紹
金泰供熱中心根據目前鍋爐配置情況，中心DCS控制采用2個操作員站、1個工程師站，鍋爐房公共部分及每臺鍋爐均設置了少量重要檢測點的后備儀表（公共部分的循環泵入口壓力、出口壓力、室外溫度、總管出水溫度、總管回水溫度、總管出口流量、各臺爐出口溫度、出口水壓、出口流量、爐膛溫度、爐膛負壓、聲光報警）和手操器（包括鼓、引風手操、爐排手操、分層手操、循環泵手操），以保證投運行試車和設備檢修期間，仍能夠保證鍋爐的基本運行。
計算機集散控制系統采取了多可靠性措施，操作員站采用性能穩定的工業PC機，且為冗余設計，在運行中任何一個操作員站或任何一條網絡線出現故障，都不會影響鍋爐的正常運行和操作。而DCS系統用于完成現場信號采集、回路調節、邏輯聯鎖、順序控制等基本操作功能的現場控制。
1.2中心DCS控制示意圖
圖1、圖2具體描繪了集散控制的基本組成結構及金泰供熱中心的現況:
圖1集散控制系統基本結構
1.3采用DCS控制的優點
（1）人機界面好，便于操作管理
(2)系統高度的安全可靠；
(3)能達到最優化管理；
(4)遠距離控制與管理；
(5)利用充分的數據信息，科學節能運行；
(6)系統構成方便靈活，不僅易于擴展，而且維修簡單；
(7)能與計算機和常規模擬儀表兼容，繼承它們的優點。
1.4發展潛力及完善措施
1.4.1全面完善中心DCS軟硬件系統以發揮出最大效力
DCS系統以直觀的人機界面著稱，通過CRT圖形動畫顯示，可以直觀的了解鍋爐及各設備的運行情況，便于正常啟動、合理操作和故障的排除，具體做法如下：
(1)完善、接入鍋爐的基本數據采集元件，如：爐膛壓力（壓力傳感器）、溫度（熱電偶）、出入水溫度（溫度傳感器或熱電阻），煙氧含量、出水流量（超聲波流量計）等，并且利用SUPCONJX-300X集散控制系統的組態軟件開發出相應的監視畫面，以達到實時監控功能。
圖2金泰供熱集散控制示意
(2)增加遠紅外設備成像系統和室外溫度記錄裝置，使新增設備與DCS共用平臺對接，這樣可以充分在設備運行期間24小時對所有電氣設備進行監控記錄，并且，通過室外溫度記錄裝置，在DCS中記錄全年室外溫度T0，以便正確調節及總結規律。確保正常運行和人員合理配置。
(3)全面優化SUPCONJX-300X集散控制系統軟件平臺，利用其系統組態（SCKey組態軟件）、圖形化組態（SCControl工具）、報表制作（SCForm軟件）、實時監控（AdvanTrol軟件）等多功能綜合開發人機界面，增大DCS控制的直觀性，以便于使操作更合理。并且實現運行記錄報表化打印，避免人工虛假填寫。
(4)在DCS控制系統中，完善目前運行的投自動功能。根據室外溫度的變化和每天時段的不同，計算機自動改變鍋爐出口水溫的給定值，自動調整爐排轉速、調煤比，調整引風機保持爐膛負壓始終維持在給定值附近，使鍋爐維持在最佳或次最佳的燃燒狀態。然而此狀況目前不太穩定，原因在于鍋爐燃燒水溫反饋之間根據室外溫度的不同有一段不定的滯后時間，故造成風煤比處于動態調節，導致費煤，熱效率不高，為解決此問題，必須采用模糊控制及人工智能，排除中間干擾環節，以達到平穩、有效的燃燒控制。
(5)完善控制與連鎖功能。目前引風機、鼓風機及爐排、熱水循環泵為集中控制室與機旁兩地控制。鍋爐除渣機、灰渣水泵、軟水加壓泵及換熱循環泵為機旁就地控制。上煤系統為集中控制室與機旁兩地控制。另外，在聯鎖方面采取先引風后鼓風，再爐排的順序開機聯鎖，停機則反之。循環泵至少一臺啟動后，鍋爐才能投入運行；當所有循環泵停機時，鍋爐停爐。當運行鍋爐出口壓力極低或鍋爐水溫極高時，自動停爐聯鎖。循環泵及爐排事故停機時，聲光報警。引風機、鼓風機、爐排采用變頻調速，由計算機自動調節。此類控制并無疑義，只是在集中顯示方面尚未體現，維修人員巡視量大，所以采用中央調度集中監控設備起停及正常運轉是必要的，這就需要在控制室DCS系統中完善上位機系統，從而節約人力。
1.4.2完善人工智能控制
鍋爐供熱控制系統比較復雜，影響因素比較多，各因素之間相互影響、相互制約。而且鍋爐系統熱容性大、惰性強、安全性能要求高。因而就目前而言鍋爐控制完全依賴于自動化控制難度非常大，也是不現實的。為此要求我們采取在自控的基礎上增加人工智能部分。在自動控制狀態下，利用人的智能解決自控系統不能很好判斷的和處理的問題。用人工的知識經驗與自控系統相互配合共同搞好鍋爐控制。例如：煤在鍋爐中的燃燒在本自控系統中占有非常重要的地位。但不同的煤種、不同發熱量的煤、不同揮發分含量的煤、不同顆粒大小的煤可直接導致不同的鍋爐燃燒狀況。但煤樣經過人工分析后，操作人員就可以在自動控制燃燒的狀況下，通過微機人工適當地調整爐排和鼓引風轉數，而且還可以隨著鍋爐內的負壓值和含氧量的不斷變化，必要時修正鼓引風機轉數。
1.4.3完善DCS控制系統上位數據處理，發揮控制室的中央控制功能
中央控制室是一個集中控制的地方，在此處，可以實現控制系統的集中管理，為此在目前現狀的基礎上必須完善上位控制管理系統，以便實現控制的更加直觀有效。從而擴大控制承載功能，為實現從鍋爐本體燃燒控制到無人職守熱力站換熱的整體控制作擴展。整體控制上位系統方案如圖3所示：
1.4.4完善DCS控制系統對各換熱站的分布式控制
各熱力站分散控制、中控室集中監控、總體協調。即各熱力站根據本小區供熱的負荷變化和室外溫度變化，獨立的進行本站一次網供水電動調節閥門（近端）或增壓泵（遠端）的調節控制，在本站進行監控的同時，將本站的一次網供給水、壓力、溫度、熱量，二次網供回水溫度、壓力以及室外溫度等參數送往中央控制室；中央控制室根據各熱力站送來的工況信息和環境信息，對全網的水力平衡和熱力平衡狀況進行分析，根據負荷要求以具體的方式向熱源發出熱源質、量調節的申請，同時對各熱力站發出協調命令，以維持大網的水力平衡。
對熱力站控制對象進行分析，目前各換熱站的控制主要是一次網側供水流量的調節控制，其次是二次網側的循環泵轉速控制和起停控制。
目前金泰供熱中心下屬26個熱力站，將來根據設計承載能力，還有更多的熱力站并入該中心。
完善目前中心對下屬站的分布式控制結構；
金泰熱中心目前采用的是西門子監控系統軟件，但只做了部分試點工程，根據試點分站，我們對中心控制系統進行了設想完善，其結構圖4：
圖4系統總圖
整個系統結構采用兩臺冗余的服務器，兩個操作員站，一個管理工作站，一個工程師站及網絡設備、UPS、大屏幕投影儀等。系統運行后，兩臺服務器一主一備同時運行，實時連接所有的RTU站，并時時存儲所有數據，操作員站上可以看到所有RTU站的數據，并能夠進行遠程操控，通過工程師站可以對RTU程序進行遠程下載、調試、修改。自帶的OPC通訊協議與第三方監控系統提供了方便的數據交換功能，先進的遠程通訊，可以通過調制解調器和通訊網絡方便的進行系統遠端訪問。詳細介紹見軟件說明。
DesigoInsight的系統結構是以模塊化計算機網絡為基礎，并使用工業級標準的操作系統、通訊網絡和協議。
該系統的網絡全面支持系統的數據交集、控制及圖形用戶面等系統功能。應用標準的軟件和硬件，該網絡能夠支持多種廣域網，可以將所有的節點連接成為一個整體的系統。網絡協議為TCP/IP，通過系統應用程序可直接生成界面。同時該系統支持用全功能的圖形操作界面通過標準的撥號方式進行遠程組態和操作。
增設仿真模擬系統；
為了進一步搞好大網的全網質量雙調，我們在本項目中引入了RISE仿真系統，在物理上熱網仿真系統處于中央控制室計算機網絡的上位機工作站中，處于我們系統控制方案的最上層，它可以不僅提供熱網控制的仿真指導、故障診斷，也可以通過中控SCADA的控制系統，直接參與熱網的質量雙調、全網控制。
仿真系統的功能作用如下：
根據熱網的設計參數而建立的原始熱網模型，在安裝、調試時，計算負荷及相應的二次網側流量、一次網流量、閥門開度，以減少調試的時間。
提供熱網的水壓趨勢圖，向操作員提供在室外溫度變化、負荷變化時，進行各種質、量調節后熱網的水壓趨勢，以使操作員提前了解調節方案的結果。避免熱網水力、熱力失衡、系統振蕩。
在熱網負荷變化時，向操作員提供操作控制指導，以供操作員選擇。
通過中控監控系統的控制程序直接參與控制，提供優化的控制方案。
根據熱網的物理模型，對現有工況進行分析，以診斷非正常的工況、故障等，如堵、漏、熱力站水力失衡等。
離線對操作員進行熱網運行操作培訓，在不干擾熱網運行的前提下，高效率對操作員進行仿真培訓。
2完善中心及各分站的變頻控制
2.1采用變頻控制節能分析
風機，是傳送氣體裝置。水泵，是傳送水或其它液體的裝置。就結構和工作原理而言，兩者基本相同。現先以風機為例加以說明。
2.1.1對風機進行控制，屬于減少空氣動力的節電方法
它和一般常用的調節風門控制風量的方法比較，具有明顯的節電效果。由圖5可以說明其節電原理：
圖中，曲線（1）為風機在恒定轉速n1下的風壓一風量（H―Q）特性，曲線（2）為管網風阻特性（風門全開）。假設風機工作在A點效率最高，此時風壓為H2，風量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產工藝要求，風量需要從Q1減至Q2，這時用調節風門的方法相當于增加管網阻力，使管網阻力特性變到曲線（3），系統由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出，風壓反而增加，軸功率與與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調速控制方式，風機轉速由n1降到n2，根據風機參數的比例定律，畫出在轉速n2風量（Q-H）特性，如曲線（4）所示。可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節省的功率N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節能的經濟效果是十分明顯的。
由流體力學可知，風量與轉速的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率N與轉速的三次方成正比。采用變頻器進行調速，當風量下降到80%時，轉速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%,如果風量下降到60%,軸功率N可下降到額定功率的21.6%,當然還需要考慮由于轉速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等.即使這樣,這個節能數字也是很可觀的,因此在裝有風機水泵的機械中,采用轉速控制方式來調節風量或流量,在節能上是個有效的方法。
2.1.2水泵的節能原理
許多補水泵都維持恒壓的情況下改變給水量（流量Q）從圖6可知：當流量Q1降至Q2若不改變水泵轉速,揚程將升至B工作點，其功率可用H2*Q2來計算，對應面積BH20Q2。原A工作點功率Q1*HT圖上面積AHTOQ1，兩者所耗功率變化不大，如果我們降低轉速至（2）即可節能Q2*H2－Q2*HT=Q2（H2－HT），圖DBH2HT的面積即是節能值。再如流量變至Q3若仍以額定轉速運行，所需功率Q3*H1，浪費能量為FCH1HT。
圖6
與風機節能原理相同水泵電機輸出功率正比于轉速三次方關系，用變頻器進行調速，流量下降，可保持恒壓HT。若轉速下降至額定轉速的80%，軸功率下降至額定功率的51.2%,流量下降至Q3,若使揚程恒定,可使轉速下降到額定轉速的70%,此時，軸功率是額定值的34.3%,節能達65.7%,經濟效益十分明顯。
2.2變頻器節能數據示例
下面舉例說變頻器應用在鍋爐采暖系統上的節能效果。80T熱水鍋爐所用電機容量如下：
引風機：380KW鼓風機：90KW循環泵：315KW
爐排：1.5KW給水泵：15KW(一用一備)
本變頻控制柜可保證在供熱鍋爐正常工作的基礎上,同時達到節電、節煤以及環保的目的。
電機總容量=380+90+315+1.5+15=801.5KW
本鍋爐視為供熱水的條件下每天工作24小時、每月30天，本變頻控制柜在起爐高額區和恒溫運行區的綜合節電率約在35%左右，由此：
（1）每月節電總量=801.5KW×35%×24×30=201974.4度，按每度電以0.6元計算，則：80T爐的節電資金：0.6×201974.4度?=121184.64元/每月。
（2）每月用煤量約為2400噸，按5%節能率計算：每月節煤量：2400T×5%=120噸，現按每噸煤400元計算，每月節煤資金：400元×120噸=48000元，每月節電節煤總額：121184.64?+48000=169184.64元。
2.3采用變頻控制優點
（1）采用變頻調速，消除了大電動機啟動時對電網電壓的波動影響。
（2）采用變頻調速，消除了大電動機大電流啟動時的沖擊力矩對電機損壞。
（3）采用變頻調速，延長了電機、管網和閥門的使用壽命，減輕了維修人員的工作量，降低了維修費用。
（4）提高了系統自動裝置的穩定性，為系統的經濟優化運行提供了可靠保證；系統的運行參數得到改善，提高系統效率。
綜上所述，供熱中心及各分站采用和恢復變頻控制是必要的，同時要求操作人員熟練掌握工作原理，以便正確操作合理維護設備。
3增加供熱系統管理信息化網絡平臺
3.1按需構建VPN網絡
VPN有三種解決方案，分別是：遠程訪問虛擬網（AccessVPN）、企業內部虛擬網（IntranetVPN）和企業擴展虛擬網（ExtranetVPN）。針對金泰中心要進行企業內部各分支機構的互聯，認為使用IntranetVPN是很好的方式。
VPN(VirtualPrivateNetwork)通稱為虛擬專用網。虛擬專用網指的是依靠ISP（Internet服務提供商）和其它NSP（網絡服務提供商），在公用網絡中建立專用的數據通信網絡的技術。VPN兼備了公眾網和專用網的許多特點，將公眾網可靠的性能、豐富的功能與專用網的靈活、高效結合在一起，是介于公眾網與專用網之間的一種網。
3.2VPN網絡的整體方案
3.2.1網絡設計結構
供熱總公司與各中心及其下屬分片區采用星型結構通過光纖介質接入網通公司的IP城域網,組成VPN專用網實現互訪。出于對數據傳輸安全性的考慮，利用專用的路由器且要求網通公司利用IP城域網的交換設備劃分虛擬局域網（VLAN），使公司各點組成一個獨立的VLAN，成為真正意義上的VPN。各中心通過交換機組成以太網，通過路由器和總公司連接構成VPN網絡平臺。
3.2.2網絡拓撲結構網
根據應用軟件的使用要求，整個系統設立三臺服務器。一臺Web服務器，一臺物流管理系統專用服務器，一臺收費管理系統專用服務器。總公司內部工作站通過四臺萬兆WS－4024交換機連接，為避免局域網內部業務科室的工作站通過互聯網感染病毒，把需要連接互聯網的工作站劃分一個VLAN都統一接到TP－LinkSF3124P交換機上，考慮到在局域網內部不同VLAN之間的通信量比較大，如果每一個數據包的傳輸都通過路由器，則隨著網絡上信息量的不斷增大路由器將不堪重負，并會成為整個網絡的瓶頸。所以把TP－LinkSF3124P交換機接到具有三層交換技術的Cisco3550交換機再和Cisco3700路由器相連，從而減輕路由器的工作壓力。總公司路由器通過CiscoPIX515E防火墻和主干光纖連接，以防止病毒的侵入。各分公司的局域網由Cisco2600路由器和主干光纖連接，這樣構成了熱力公司的VPN網絡平臺。
篇5
1 電氣自動化控制技術分析
電氣自動化控制技術，能夠實現控制系統的自動化，提升工藝的運行水平。電氣自動化控制是一類新型的技術，核心是電子技術，可以大面積地應用到設備行業中。電氣自動化控制的技術能力高，通過不同技術的相互配合，實現電氣自動化的運行控制，而且自動化控制是電氣運行中的核心，保障生產的精確性和運行速率。電氣自動化控制能夠以少量程序控制多個變量，各個控制對象處于相互配合的狀態，提升了系統操作的水平，監督被控對象的運行過程，期間修正被控對象的運行狀態，使其具備準確、合理的運行方式。
2 電氣自動化控制技術的發展
2.1 智能化
電氣自動化控制技術下的產品、系統等，能夠根據指令智能化的完成操作，簡化操作服務的流程。智能化是電氣自動化控制技術的首要發展方向，正是由于智能化的要求，促使電氣自動化控制技術與信息技術、通訊技術相互融合，注重技術中的性能開發，體現技術控制的速率。
2.2 節約化
節約化發展，是指電氣自動化控制技術應用中實現了節能與環保。例如：電氣自動化控制技術在照明系統中的應用，其可輔助使用新能源，同時控制照明燈具的使用，延長燈具的使用壽命，既可以保障能源利用的效率，又可以提高照明設備的質量。
2.3 信息化
電氣自動化控制技術的信息化發展，改進了技術運行的方式，使電氣自動化中，以信息控制為基礎，引進互聯網、物聯網等理論，支持電氣自動化的控制運行。
2.4 統一化
電氣自動化控制技術拉近了各個行業之間的距離，融入各項技術的同時，朝向統一化的方向發展。在電氣自動化控制技術的作用下，行業間遵循相同的設計標準，使用方法、維護策略等，都逐步統一，在降低行業建設難度的同時，體現統一化發展的優勢[1]。電氣自動化控制技術的統一化發展，消除了行業之間潛在的發展矛盾，提升行業資源的利用效率，加快了信息傳輸、使用的速率。
3 電氣自動化控制技術的應用
3.1 工業
工業是應用最廣泛的行業，因為工業規模較大，對電氣自動化控制的需求大，所以我國積極推進電氣自動化控制技術在工業中的應用，致力于改善傳統工業的運營方式[2]。PLC是電氣自動化控制技術的主要元件，其為一項可編程邏輯控制器，以工業企業為例，分析PLC的應用。該工業為機械制造企業，基于PLC的電氣自動化控制技術，為機械制造系統提供了相關的控制，PLC根據機械制造的需求，編寫了操作指令和邏輯運算程序，簡化了機械制造生產系統的操作，而且PLC的準確度高，規避了該企業生產的誤差，實現了機械制造的自動化、信息化生產，PLC寫入編程后，控制了機械制造的過程，同時控制機械制造的參數，包括尺寸、溫度信息等，按照該企業機械制造的指令，構成閉環生產方式，優化機械制造的工藝流程，而且該企業在PLC中設計了PID模塊，通過PID子程序，準確控制PLC的內部編程，預防機械制造中出現問題。
3.2 交通業
電氣自動化控制技術在交通業中的應用，不僅體現在車輛運輸上，還表現在紅綠燈、監控系統等方面。車輛上的元件、器件等，基本都是電氣自動化控制技術的體現，提供專業的自動化控制，保障車輛通行的安全[3]。例如：電氣自動化控制技術在電子眼中的應用，代替警察執法，實現自動化的違章取證，電子眼監督交通系統中的車輛運行，抓拍違法行為，提交到交通局的操作系統內，減輕了交通執法的工作負擔，電氣自動化控制技術彌補了電子眼的缺陷，促使其可更準確、更快速、更清晰地實現抓拍取證，提升電子眼對交通運輸的監控能力，有效控制電子眼的運行，以免交通執法中出現漏洞。我國各地政府在交通業建設中，積極引進電氣自動化控制技術，完善交通監控體系，目前，測速器、屏顯等多個交通項目中，均涉及到電氣自動化控制技術的使用。
3.3 農業
農業是我國經濟發展的基礎支持，為了推進農業的生產，引入電氣自動化控制技術，全面建設智能農業，加快農業機械化的發展速度。以某地區農業中的大棚種植為例，分析電氣自動化控制技術的應用。該地區傳統的大棚種植，是根據農民種植經驗分配工作，一旦控制不好溫度、濕度，即會影響大棚種植的經濟效益。研究人員將電氣自動化控制技術引入到大棚種植內，以育秧大棚為對象，構建智能控制系統，大棚內安裝不同屬性的無線傳感器，專門收集大棚內的環境參數，如：光照、含水量等，進行自動化的信息采集，傳感器采集的信號傳輸到控制中心，比對標準的參數指標，種植人員掌握大棚育秧的實際情況，同時根據對比結果調節大棚內的環境，遠程控制特定的設備。該大棚內部安裝了高清視頻，同樣接入到控制中心，種植人員可以隨時查看育秧的狀態，電氣自動化控制技術的應用，輔助構建管理平臺，劃分為四個功能模塊，分布是傳感采集、視頻監控、智能分析和遠程控制，整體控制育秧大棚的生長環境，為幼苗的培育提供優質的環境。
3.4 服務業
人們對服務業的需求非常大，目的是方便人們的日常生活，特別是在電子產品上，更是體現出服務業對電氣自動化控制技術的需求。生活中的電子產品，大多應用了電氣自動化控制技術，如：智能手機、ipad、跑步機等，表明電氣自動化對服務業市場的推進作用[4]。近幾年，電氣自動化控制技術的應用，由服務業的電子產品，逐步轉型到企業內，例如：餐飲服務中的“機器換人”概念，餐廳內，機器人取代人工服務，提供點菜、傳菜等服務，機器人是餐飲業的發展趨勢，表明電氣自動化控制技術的重要性，此項技術在“機器換人”中，起到自動化的控制作用，是機器人開發中不可缺少的技術。
4 結束語
電氣自動化技術的發展和應用，表明了該項技術在行業運營中的重要性，滿足我國社會行業建設的基本需求。根據電氣自動化控制技術的應用，落實發展策略，充分發揮電氣自動化控制技術的潛力，保障其在未來的應價值。電氣自動化控制技術的發展和應用，必須符合現代企業的需求，由此才能規范控制技術的實踐應用。
參考文獻
[1]賢陽.應用技術的發展是工業電氣自動化系統的關鍵—2007年紐倫堡電氣自動化（系統和部件）展覽會紀實[J].自動化博覽，2008，Z1：28-30.
[2]吳琦.煤礦電氣自動化控制技術中單片機的應用[J].硅谷，2015，3：118+120.
篇6
關鍵詞：控制理論；系統化；比較教學
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0042-02
控制理論是自動化及其相關專業的一門重要核心專業基礎課程，在武漢理工大學華夏學院（以下簡稱“我院”）自動化專業，控制理論所授主要內容為以經典控制論為核心的“自動控制原理”和以卡爾曼的狀態空間分析法為核心的“現代控制理論”。
其中，“自動控制原理”是研究控制系統的一般規律，并為系統的分析和綜合提供基本理論和方法的專業基礎核心課程。該課程又是“現代控制理論”“過程控制系統”“運動控制系統”“計算機控制技術”“智能控制”等許多后續課程的基礎。而作為其后續課程的“現代控制理論”仍作為碩士研究生“線性系統理論”與“最優控制”等學位課程的基礎。這兩門課程理論性強，概念多且雜，對學生的數學基礎要求較高。而我院作為一個三本院校，自動化專業的學生相比較一本和二本的學生而言，數學基礎較為薄弱，故學好這兩門課對學生來說至關重要且具有一定的難度。
而教好上述兩門課程也是教師必須思考和解決的重要問題。筆者經過幾年的教學實踐，摸索出一套比較適合三本院校學生的系統化教學方法，致力于培養學生的系統觀，進行了一些嘗試，且取得了一定的效果。
一、工程背景系統性
任何一種理論的產生都有其歷史背景，都是在實踐中產生的。自動控制技術萌芽在18世紀，在第一次世界工業革命期間，自動控制技術逐漸應用到現代工業中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）發明的蒸汽機離心調速器，一種憑借直覺的實證性發明。飛球調節器有時使蒸汽機速度出現大幅度振蕩，其他自動控制系統也有類似現象。
由于當時還沒有自控理論，所以不能從理論上解釋這一現象。為了解決這個問題，盲目探索了大約一個世紀之久。1868年英國麥克斯韋爾的“論調速器”論文指出：不應單獨研究飛球調節器，必須從整個系統分析控制的不穩定。麥克斯韋爾的這篇著名論文被公認為自動控制理論的開端，接著就進入了經典控制理論發展的孕育期。1875年，英國勞斯提出代數穩定判據。1895年，德國赫爾維茲提出代數穩定判據。1892年，俄國李雅普諾夫提出穩定性定義和兩個穩定判據。1932年，美國奈奎斯特提出奈氏穩定判據。戰中自動火炮、雷達、飛機以及通訊系統的控制研究直接推動了經典控制的發展。1948年，維納出版《控制論》，形成完整的經典控制理論，標志控制學科的誕生。維納成為控制論的創始人。
經典控制理論的主要內容包括：系統數學模型的建立、時域分析法、頻率特性法、根軌跡法、系統綜合與校正、非線性系統和采樣控制系統分析法等。
從四十年代到五十年代末，經典控制理論的發展與應用使整個世界的科學水平出現了巨大的飛躍，幾乎在工業、農業、交通運輸及國防建設的各個領域都廣泛采用了自動化控制技術（可以說工業革命和戰爭促使了經典控制理論的發展）。科學技術的發展不僅需要迅速地發展控制理論，而且也給現代控制理論的發展準備了兩個重要的條件――現代數學和數字計算機。現代數學，例如泛函分析、現代代數等，為現代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數字計算機為現代控制理論發展提供了應用的平臺。[1]
在二十世紀五十年代末，計算機技術的飛速發展推動了核能技術、空間技術的發展，并且為多輸入多輸出系統、非線性系統和時變系統的分析和設計提供了新的手段。
五十年代后期，貝爾曼（Bellman）等人提出了狀態分析法，在1957年提出了動態規劃。1959年卡爾曼（Kalman）和布西創建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統的研究中成功地應用了狀態空間法，并提出了可控性和可觀測性的新概念。
由上面的歷史背景介紹可以看出，現代控制理論是在自動控制理論的基礎上發展得到的，盡管兩種理論在方法和思路上有顯著的不同，但是在教授的時候不能將兩者視為單獨的個體。筆者每次在緒論部分都會系統化地講解理論的產生，以讓學生對兩門課程形成一個初步的比較清晰的認識。
二、理論教學的系統性
在這兩門課程的理論教學過程中，雖然涉及到的知識點有差異，但是經筆者研究，在具體教學中，兩門課程的教學有些許共性，比如說兩門課程的教學流程就基本一致。如圖1所示：相對于現代控制原理而言，自動控制原理理論推導較少，同時其工科背景較強，實例較多。在學習之初，可先幫助學生搭建起分析問題和解決問題的基本框架，形成一個較為初步的系統觀。
自動控制原理分析問題的核心是數學建模，穩定性判斷和性能指標的計算，[2]主要分析方法是時域分析法、頻域分析法和根軌跡分析法。時域分析法直觀易懂，頻域分析法是自動控制原理的核心，根軌跡分析法在目前的工程實踐中已用的很少，在學時有限的情況下可略講。在實際講解的過程中，要合理安排學時，適當加快時域分析法的講授，略講根軌跡分析法，重點講解頻域分析法及系統校正。
現代控制理論包含了大量的理論概念機數學公式，在實際講授中，應弱化理論推導，在教學過程中可結合倒立擺工程實例，從建模、穩定性分析、能控能觀性分析、極點配置到狀態反饋，形成一個較為完整的分析過程。[3]
總而言之，在講解的過程中，注重引言，初步建立系統觀，結合實例，比較異同，突出重難點，最后再通過總結強化各知識點之間的聯系。[4]
三、實踐教學的系統性
1.重視實驗，理論教學和實驗教學的系統化[5]
以往，控制理論的實驗課和理論課教學是獨立的，理論課教師和實驗課教師各行其道，相互交流匱乏。目前，學院已明確提出，理論課教學和實驗課教學的一致性，理論課教師必須參與進實驗教學，教學手段要豐富、系統。
2.實驗箱教學和仿真教學的系統化
首先在實驗箱上搭建模擬電路，利用信號發生器、示波器等測量波形和數據。同時引入MATLAB仿真，先引出數學模型，利用MATLAB強大的系統工具箱分析并繪制各種相應曲線，利用Simulink工具箱進行校正和狀態反饋設計。[6]最后，對比電路測試波形和仿真結果，可讓學生深入了解理論和實際參數之間的差異，進而尋找原因，加深理解。
四、今后教學方向
在今后的教學過程中，可進一步加強比較，加強學生的系統觀，并且嘗試遷移到其他相關學科，加強學生對整個學科的理解。
參考文獻：
[1]萬雄波，楊方.基于“自動控制原理”與“現代控制理論”課程異同點分析的教學探索[J].科教文匯，2013，（7）：56-57.
[2]孫韻鈺.“相似論”在“自動控制理論”課程教學中的運用[J].消費電子，2013，（7）.
[3]王斌，李斌.“現代控制理論”教學改革與實踐[J].中國電力教育，2013，（10）：61-62.
[4]李長云.“自動控制理論”的系統化教學實踐[J].電氣電子教學學報，2013，（8）：75-77.
