时间：2023-09-15 17:30:31
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机工业控制技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：三相异步电动机；PLC技术；控制
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.029
1 引言
目前，PLC技术不断发展，功能越来越多，集成度也越来越高，网络功能也越来越强大，PLC技术与计算机网络技术更加广泛的使用于工业自动化的控制中。PLC技术与三电技术融合，具备出色的控制精确性以及可靠性，促使PLC技术成为现代化工业控制的基础。
2 PLC的定义与基本工作原理
PLC（可编程逻辑控制器），是目前一种广泛应用于现代化机械自动控制中的电子数字运算系统。PLC是一种可编程的储存器，应用于系统内部程序存储，通过对程序的执行，控制，定时以及操作等指令，面向用户，通过数字以及模拟的方式将各类的机械以及生产过程输入以及输出的过程。
PLC技术运行包括输入采样、用户程序执行以及输出刷三个步骤，通过以上三个步骤能够完成一个完整的PLC控制流程。在一个完整周期中，PLC的cpu通过一定的速度对以上三个步骤进行循环操作。
PLC相对于传统的控制技术，具有十分明显的优势，目前广泛的应用于现代化工业过程，称为现代化工业控制的基础。随着PLC技术与计算机网络技术的连用，目前的PLC水平已经远远超过其最初出现时的水平。目前，PLC能够完成各种数字处理功能，而且通过各种计算机接口，能够顺利的进行计算机模拟以及与生产机械建立联系，达到对整个机械生产过程控制的目的。尤其是超大规模的集成电路的发展以及计算机技术的不断进步，进一步扩充PLC应用范围，通过目前强大的网络以及网络通讯技术，PLC技术必将更加有力的推动现代化工业的发展。
3 三相异步电动机的PLC控制
3.1 三相异步电机的正反转控制
在现代化工业中，电动机往往需要进行正方方向的循环转动，例如升降机的重物的升降，车床的进与退的控制。分析电动机的工作原理，通过讲将电动机三相电源其中两相进行电流方向的调整，从而达到调换电动机工作顺序的目的。通过有序的进行任意两相电路的调换，完成对电动机工作方向的改变，在进行电路正反方向的控制过程中，往往会由于错误的操作，造成电源的短路，通过增加互锁机制，能够很好的解决上述问题。通过调整电路中任意两相的方向，实现电动机“正-停-反”以及“正-反-停”的两种不同工作模式的切换。详细的控制过程如图1。
PLC在三相异步电动机正反转控制流程：
第一：接通SB2，输入继电器0001动合触点关闭，输出继电器0500线圈闭合并且完成自锁，接触器KM1主触点完成闭合，三相异步电动机M开始正向工作。
第二：接通SB1，输入继电器0000关闭，输出继电器0500线圈断开电源，KM1主触点断电，三相异步电动机M断开电源停止正向工作。
第三：接通SB3，0002动合接通，0501线圈闭合并且完成电路自锁，KM2主触接通闭合，三相异步电动机M开始接通电源并且方向工作。
3.2 两台电动机顺序起动联锁控制
当一个生产过程中需要安装多台电动机，对电动机的控制往往需要按照一定顺序启动电动机以满足生产过程的要求。例如在某个生产过程中：首先需要启动A电动机，之后B电动机才能启动，如果A电动机停止运行，B电动机也会停止。
4 三相异步电动机使用PLC控制优点
随着PLC技术的发展，PLC越来越多的应用于现代化工业控制，尤其是PLC应用于三相异步电动机的控制有许多的优势：设备稳定，结构简单、成本低廉、工作效率高、操作模式灵活多变。三相异步电动机结构中必须包括一个旋转磁场，其中，三相异步电动机中的定子绕组就能起到产生磁场的作用。众所周知，相电源与相之间存在一个120度的差值，所以，三相异步电动机中的定子绕组在空间位置上，也存在一个120度的差值，通电的电子绕组就能够产生旋转磁场，电流与旋转磁场能够实现周期性工作，实现旋转磁场与电流的同步操作。根据公式n=60t/p， 其中n代表旋转磁场转速，f代表电源效率，P代表磁场的磁极对数，n的单位为每分钟转数。根据上式可知：磁极数与电源频率决定电动机的转速，通过PLC技术控制三相异步电动机，配合电动机本身工作性质以及结构模式，完成对三相异步电动机的有效控制，延长电动机的使用寿命，避免由于错误操作造成的电动机损坏，在使用PLC控制三相异步电动机时，应该确保电动机频率符合标准。
5 结语
相比于传统的继电器控制方式，PLC在三相异步电动机控制中具有巨大的优势，PLC控制技术具有速度快、准确率高、方便灵活、功能强大等优点。PLC技术不断发展，已经开始广泛的应用于自动化机械生产中，为实现机械自动化提供了支持，PLC控制技术能够为目前自动化提供可靠的支持与完美的解决方案，大规模的适用于现代化的工业发展。本为中通过两种PLC技术在三相异步电动机控制中的应用，突显了PLC技术的巨大优势。另一方面，PLC技术作为未来工业自动化的重要基础，还需要我们不断的去完善目前技术，弥补技术短板，加快PLC技术在自动化控制领域中的应用与普及。
参考文献：
关键字：泵站，自动化 ，PLC， HollyView组态软件
Abstract: in order to improve the integrated automation of pumping stations of the management level, into the pond pump station mainly USES the LK large PLC and HollyView configuration software integrated automation control system. This system to field bus, Ethernet, optical fiber network for the architecture of the communication system, used together with PLC, database, LK HollyView configuration software, real-time monitoring of pump station, technical performance greatly improved than before.
Key word: pump station, automation, PLC, HollyView configuration software
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1.前言
现代泵站最大化已经进入采用计算技术来代替人工操作，同时还可以完成人工所不能及时判断和处理的各项任务的人工智能阶段。由于机组容量的不断增大，泵站工程的安全可靠性和节能要求的不断提高，靠人工手动操作是难以满足要求的，计算机技术的不断发展，无疑使泵站的自动化水平得到了提高，利用组态软件的监控界面以及PLC控制技术可以很好的对泵站进行科学管理，提高效率！
2.入塘泵站简介
引滦入塘工程是由尔王庄水库附近的明渠取水向塘沽区供水的水源工程。入塘泵站始建于1984年，设计日供水量为25万立方米，装有6台机组，为24sA-10A型离心泵；配套惦记为JS158-8型异步电动机，功率为380KW。运行方式为4台运行2台备用。泵站由主、副厂房（包括主控室、6KV开关室、电容器室等）、引水闸、引水箱涵、集水池、汇流阀室等组成；由于受到当时技术、资金、设备条件的限制，加之常年老化失修，使得泵站能耗逐年升高，经济效益锐减，无法保障运行安全和社会经济发展需求，因此该泵站于2006年进行了机电设备的全面改造，改造后，泵站仍按以前供水规模进行设计，只是采用了24SAP-10J型双吸离心泵产品，配套电机为Y450-8型异步电动机，电气控制采用微机监控系统和工业可视系统。
入塘泵站主要采用LK大型PLC以及HollyView组态软件的综合自动化监控系统。该系统以现场总线、以太网、光纤网络为构架的通讯系统，配合使用LK PLC、数据库、HollyView组态软件对泵站进行实时监控，技术性能比以前大大提高。
3. PLC技术
随着计算机工业控制技术的不断发展，计算机监控技术日趋完善，PLC（程序逻辑控制）工业控制系统为各式各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，其主要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案。基于泵站的自动控制及其逻辑顺序控制的特殊性，20世纪90年代初期PLC开始在电力泵站中逐渐使用。
PLC是在由继电器、接触器、顺序控制器、中小规模的集成电路和其它电气元件组成的复杂控制系统装置的基础上，发展起来的一种新型控制器，采用微电脑技术（大规模集成电路）取代了以往靠硬导线布线的逻辑控制器，具有成本低，功耗、体积小，重量轻等特点。
PLC容易与工业控制系统连成一个整体，易于扩展功能，具有接口简单快捷、工作量小、适应环境能力强、故障率低、可靠性好、抗电器干扰能力强，维护方便等优点。主要采用扫描式的工作方式，特别适合于逻辑控制要求较高的顺序控制。
3.1 PLC在入塘泵站的应用
入塘泵站机组设备状态量的读取收集，采用I/O点直接采集与经通讯采集高压电路的要测、遥信的方式来实现。对于主开机、停机的控制采用通讯的方式给高压开关综合保护系统遥控信号来实现。中间逻辑过程则通过编程实现。
入塘泵站的自动操作包括水泵机组、机组辅助设备的调整和对全泵站的公用设备进行的自动化控制，这类控制在自动控制范畴内属于顺序控制系统，每个顺序控制都按照生产流程的要求及生产设备的特点设定。顺序控制如图:
3.2入塘泵站PLC所采集的主要信息
系统的I/O信号，按LCU归类，数据类型主要为开关量和模拟量，主要列出以下信号：
1～6#机组模拟量输入：供水压力，线圈温度，铁心温度，轴承温度，蝶阀开度，流量。
1～6#机组开关量输入：阀门开闭，电磁阀开闭，真空开关位置，开关合分，真空开关、排水开关、真空完成，风机正常。
1～6#机组开关量输出：合主开关，跳主开关，真空电磁阀开、关，排水泵开关，真空泵开关，风机开关，电动蝶阀开关。
公共（辅机）模拟量输入：前池水位，电机柜电压、电流，低压柜电压、电流，真空装置真空度。
6 kV系统数据：定子电压、电流，有功功率，无功功率，功率因素，手车工作、试验位置，断路器合闸、分闸位置，有功电度，I段、II段母线电流，电机保护，6 kV线路保护，定值输入。
4.HollyView组态软件
本软件是一种输水工程的多节点优化系统 ,软件的功能有较强的目的性, 主要是针对泵站的实际情况,并且以易用为前提，采取人工输入参数与自动采集参数相结合的方式获得数据，为了减少用户输入错误的可能性，软件将大部分不常变动的约束条件直接写入，并且利用Windows系统的注册表功能记忆用户的上一次输入数据，使输入参数简洁方便。由于用户将系统的输出结果作为对泵站调度的依据，所以软件种对于当次计算结果直接设计了简单的调度式报表，具备打印功能，使调度方案一目了然。为了减少软件的运行时间及基于代码优化的考虑，软件中将尽可能多的数据据控件采取代码表达的方法，使数据库的建立和运行更加方便灵活。
本软件还具有将每次的优化结果及当时的水泵实际运行参数输入数据库的功能,针对每一台水泵都建立起了完整的数据库系统，数据库自动添加新的信息,方便以后查询数据,汇总分析。根据大系统分解协调原理,既协调各系统之间的关系,又保证主要系统的最优化,使枢纽总体各部分之间有一个良好的状态,最终达到总体最优的根本目的。
监控计算机以示意图形式，在管理全局画面实时显示重点运行数据，如各泵站进出水流量、主要设备的运行状态；以泵站、变电站工艺仿真图形式，在局部画面实时显示泵站机组、电力控制柜变电设备、阀门、仪表、给排水泵、电力设备等工艺过程的主要工艺监控数据；数据表格界面，以表格形式，显示泵站所有监测数据，可以直观的浏览所有采集参数。
5．总结
入塘泵站输水调度对安全性要求非常高，通讯量大，通讯结构复杂。充分考虑了系统的通讯接口方式、驱动程序的丰富和数据扩展能力。采用和利时HollyView组态软件和LK系列大型PLC系统进行自动控制，大大提高了系统的开放性、安全性和扩展能力，明显提高了工作效率以及泵站的综合自动化管理水平。
参考文献：郭旭芳, 泵站综合监控系统研究与应用【D】.西南交通大学,2005
张凤珊，电器控制及可编程序控制器[M].北京中国轻工业出版社，1999
朱永庚等，泵站应用技术.天津大学出版社，2010.8
刘尚为等，引滦入津尔王庄引供水枢纽工程计算机管理监测系统.天津水利, 2000
朱永庚，泵站精良管理【M】.天津大学出版社，2009
王永华等，现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社，2003.9
在2015年6月国家安全监管总局的《开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动通知》中，明确提出，到2018年6月底，实现高危作业场所作业人员减少30%以上，大幅提高企业安全生产水平，并要求煤矿建设升级综采工作面机械化自动化。
一、煤矿采、掘装备智能控制系统
华洋通信科技股份有限公司依托国家863计划主题项目、国家自然基金等科研成果，经过近3年的科技攻关，研发出煤矿采、掘装备智能控制系统，实现井下掘进机、综采工作面“三机”及相关配套设备的智能集中控制、协同工作、故障诊断、信息集成与综合监控。煤矿采、掘装备智能控制系统及系列产品，是物联网、大数据、智能控制和信息处理等一系列技术的高度集成，由井上/下高速传输、掘进机远程控制系统、综采工作面“三机”（采煤机、液压支架及刮板运输机）智能控制、工作面配套设备协同工作、3DVR虚拟现实及故障诊断等14个子系统和装备，是基于物联网的智能化控制技术在传统煤炭开采中的创新性研究与应用。本系统采用采煤机位置检测、工作面自动取直技术与水平控制技术，还集成了液压支架电液控制技术、信息系统以及自动化软件平台，不仅实现了远程智能机械化与自动化采矿，大大提高了矿区的工作效率与管理效率，还能够大量缩减采矿工作人员，大幅提高矿产安全程度，在国内同类产品中具有先进性及技术优势。针对地质条件简单、煤层稳定的大中型煤矿，通过采用煤矿采、掘装备智能控制系统及系列产品，应用液压支架电液控制系统等，代替液压支架手工操作阀、传统采煤机刮板输送机泵站控制系统等手动操作平台，实现割煤、推溜、运输等工艺过程智能化，可减少工作面作业人员50%以上。
二、系统主要技术特点
系统主要技术特点包括：掘进机、采煤机、电液控支架、刮板机的远程“三机”协同控制；实现掘进机、刮板机、破碎机、转载机、皮带机等机电装备的工作面输送装备的远程集控；工作面视频图像全景拼接显示和图像跟随采煤机位置自动切换显示；基于三维虚拟现实数字化平台（3DVR）实现掘进机、采煤机、液压支架、刮板输送机的地面远程监控；分析设备运行数据，实现设备自动保护功能，减少故障发生频率，降低生产成本；检测采区环境变化，预警事故隐患，危险情况发生时能够自动停止设备工作，保障人员安全；统计设备运行时间，为设备检修提供可靠依据，同时能够分析设备开机率及停机率，并确定设备停机原因，保证系统安全可靠运行。
三、系统组成与原理
掘进机远程控制系统掘进装备智能控制系统以掘进机远程监测和控制的关键技术为核心，掘进机工作环境恶劣、照明严重不足，对于掘进导向系统的限制条件很多。环境中的尘埃使得无法使用视觉导航定位；巷道无法使用全球定位系统，所以比较适用非视觉传感器定位技术。系统采用电子测距和测角技术，建立掘进机位姿自动测量及定向纠偏控制平台，实现掘进机位姿测量和定向纠偏。掘进机自动控制系统的控制方式有本机手动控制、无线遥控、远程遥控。其中本机手动控制为司机直接操作控制手柄，通过操作手柄直接控制换向阀，驱动各工作油缸及液压马达动作，实现掘进作业。无线遥控系统由司机操作遥控发射器在掘进机附近控制掘进机。远程控制系统由司机操作工业控制计算机，计算机通过CAN总线以及以太网与机载控制器通讯，实现掘进机的远程操作。掘进机综合控制器如图1所示。远程控制系统采用基于PC104的嵌入式隔爆计算机，其操作系统采用实时性较高的Linux操作系统，计算机通过CAN总线以及以太网与机载控制器通讯，汇集存入来自掘进机控制器采集和传来的数据，以及机载耐震低可视摄像系统传来的图像信号，随时显示这些数据参数和图像，监视掘进机的工况和动作状态。掘进机远程控制系统组成如图2。综采工作面远程控制系统根据综采工作面生产系统特征，结合煤矿开采工艺过程，建立多源复杂异构数据无缝信息交互模型。通过采煤机工作状态参数在线监测、控制、信号传输及可视化技术的整合，开发采煤机机载控制系统、采煤机顺槽监控系统、采煤机地面远程监控系统，实现采煤机的远程可视化控制与监测，如图3所示。综采工作面远程控制系统的核心是工作面“三机”协同控制，工作面“三机”协同控制策略的基本思想：按照采煤机行走割煤、液压支架移架支护、推溜三个设备动作，设计综采工作的循环协同控制步骤：割煤、装煤、运煤、移架、推移刮板输送机槽（推溜）、推移刮板输送机。综采工作面远程控制系统采用信息与通信技术、控制技术，开发新设备和集成控制软件，实现液压支架、采煤机、三机、乳化液泵站等单机及其现有控制系统有机结合，利用压力、倾角、行程、负荷、视频等各种传感器实现采掘工作面工况、设备状态等信息的感知，采用同一监控平台实现集视频、语音、远程集中控制为一体的综采工作面数字化集成控制系统，将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心，实现在顺槽监控中心对综采设备进行远程操作，达到工作面“无人”或少人开采的目的。
四、推广应用价值
井下采倔工作面地质条件复杂，环境恶劣，自然灾害多，矿山生产过程受水、瓦斯、火、粉尘、顶板等多种客观因素的制约，安全形势依然严峻，严重影响矿山生产和人身安全。特别是近年安全事故频发，安全管理工作做得好坏直接影响采矿工业的健康持续发展。煤矿采、掘装备智能控制系统将井下工作面设备(采煤机、刮板机、液压支架等)以及相关辅助设备的工况数据实时传输到同一监控平台内，通过在顺槽安放的井下主机对设备进行集成显示及远程协同控制。集控系统具备设备参数显示、远程控制、故障信息报警等功能，所有数据汇总至同一平台内，使工作面设备有机地结合在一起，同时通过矿井工业以太环网实现信息传输，能够在地面完成数据显示、分析及远程监控，具备视频图像全景拼接显示和3DVR虚拟现实功能，提高矿山生产效率。为企业提供高效、即时的信息监控，有效防控事故隐患，通过智能化设备与先进系统的引入，经网络传输至地上主机，便于企业即时发现设备与生产过程中的异常，即时调整改善，实现智能化管理与高效率安全生产。煤矿采、掘装备智能控制系统的建设实施，就是针对矿山生产的主要环节——采、掘作业，实现采掘机械智能控制，实现井下少人或无人开采，不仅能够提高生产效率，还能够减少矿山安全生产事故的发生，同时能够促进相关行业的技术进步，对推动行业技术和智能化、自动化采矿的发展具有重要的作用。2015年11月，邯郸矿业集团郭二庄煤矿22204薄煤层综采工作面自动化控制系统投入使用，工作面采煤作业实现自动化远程控制，顺槽集控中心及采煤机远程控制见图4。2015年12月，中煤能源集团平朔公司井工一矿19108综采工作面集控系统投入使用，项目使用变频控制技术。这些技术的应用减少了现场人员，提高了生产效率及安全性。
作者：顾军
关键词：PLC器件；CPT；教学实践；CXP
中图分类号：G64？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）37-0208-02
一、引言
PLC（可编程控制器）作为通用工业控制计算机，在工业控制领域实现了从无到有，从接线逻辑到存储逻辑的飞跃；在功能上实现了由弱到强，由逻辑控制到数字控制的进步；在应用领域实现了从小到大，从单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。目前，PLC成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。这不仅体现在其应用普及方面，也体现在其新产品的开发速度上，更体现在对相关技术人才的大量需求上。
在就业竞争激烈的今天，掌握PLC应用技术是从事工业控制研发技术人员必须拥有的一门专业技术。但是，目前对PLC技术的教育还很落后，许多相关专业的高校毕业生对此知之甚少，许多学生到工作岗位后不得不进一步补充这方面的知识。计算机技术是与PLC技术紧密相关的，因此，对于计算机专业的本科毕业生，使其具备一定的PLC基本知识，并能完成一些简单的实际工程，这一方面可以完善学生的知识结构，拓展学生的思维方式，提高学生的就业素质，从而有利于学生更加顺利的走向社会、服务于社会；另一方面，有利于拓宽学生的就业渠道，使学生更易于为相关专业领域所接纳。
基于此，计算机学院计算机工程系对本系专业做了富有前瞻性的调整，在计算机技术专业的基础上设立了新的专业方向——计算机控制，其中《PLC器件及应用》课是该专业方向的核心课程之一。
二、《PLC器件及应用》课的教学实践
《PLC器件及应用》课作为计算机专业计算机控制方向的核心课程之一，对于它的教学，其工程实践性要求是很高的。
1.教学实践一。考虑到《PLC器件及应用》课程的工程实践性，最初采用工程实用性较强的教材《PLC应用开发技术与实践》，且只安排了48课时理论教学。《PLC应用开发技术与实践》是一本实用性教材，它以西门子公司的S7-200系列，OMRON公司的CQM1系列，三菱公司的FX2N系列和华光公司的SU-6B系列PLC为例，首先，把PLC分为硬件和软件两部分分别进行介绍，然后综合起来介绍整体的控制系统，最后遵循从简单到复杂的顺序安排许多PLC在不同行业中的具体的工程实例以引导学生从理论到工程实践的转换。通过实践教学发现以下问题：首先，对于《PLC器件及应用》这样一门实践性很强的课程，仅采用传统的纯粹以课堂讲授为主的教学方法是不恰当的，虽然选用了工程实用性较强的《PLC应用开发技术与实践》这本书作为该课程的教材。其次，教材选择有问题。《PLC应用开发技术与实践》的确是一本工程实用性很强的教材，但要通过选用它作教材以填补该课程教学的实践性要求是不合适的。该书不适于做教材，做辅导参考书应该是比较好的选择。第三，课时安排有问题。只安排理论课而没有安排实验课使这门实践性很强的课程失去了实践的意义。以上问题的存在，使得实际教学效果并不象预设的那样理想。学生最终反应只是知道有PLC器件，问到具体知识时就显得有些愣懂，不知所措。
2.教学实践二。为提高PLC教学效果，学院专门建立了PLC实验室。PLC实验室中安排有20台套OMRON公司的CPM2A系列PLC实验箱。为加强《PLC器件及应用》课的实践性，为克服以前教学中的问题，在教学中，给该课程安排了24课时的理论课教学，8课时的理论实验课以及32课时的PLC独立实验课，并通过调研将教材改换为由江秀汉、汤楠等编写，西安电子科技大学出版社出版的《可编程序控制器原理及应用》（第二版）。这种设计安排经实践教学，证明是很有效的。由西安电子科技大学出版社出版的《可编程序控制器原理及应用》是以日本OMRON公司的新型PLC CPM2A系列为主线，系统的介绍了可编程序控制的基本原理，指令系统，PLC网络系统及PLC控制系统的设计方法，介绍了CPT，CX-Programmer等计算机辅助编程的应用。最后对国内外常用的PLC器件作了简单介绍。由于该教材所讲PLC系列和PLC实验室的实验箱中所用的PLC系列相关性很强，这就为整个教学内容的安排创造了良好的前提条件。首先，由于理论课仅安排24课时，而教材中涉及的相关内容又较多，因此理论课讲解就应该有所侧重，比如在讲解第四章（指令系统）时，就点到为止，而不应象讲汇编语言指令那样细讲。另外，对于第五章（编程监控设备及其应用），这章主要与上位机辅助编程环境（如CPT，CX-Programmer等）相关，不讲解该章。这样一来就省出许多课时用于其他章节的讲解。其次，对于8课时的理论实验课，结合上位机辅助编程环境CPT，结合PLC实验箱仅用2课时完成对教材第五章（编程监控设备及其应用）的教学。另外6个实验课时，结合教材第四章（指令系统）安排一些训练题目，学生通过这些题目的实践训练达到对PLC指令系统及上位机辅助编程环境CPT的熟悉掌握，并对梯形图编程及助记符编程有切身的理解。最后是32课时的PLC独立实验课。PLC独立实验课，采用实验箱配套的上位机辅助编程环境CX-Programmer 4.0版，主要完成了实验箱上设计的6个工程实验。首先安排了8个课时让学生结合已熟悉的编程环境，通过题目“抢答器的设计及实现”的完成达到对实验箱上的实验环境，实验箱的连线操作以及编程环境CX-Programmer的熟悉掌握，达到对实验软硬件环境有了切身的感受和理解，为完成后续实验树立了自信心。事实上，后面实验学生表现热情﹑认真。完成实验后，许多学生感觉很有成就感。
三、《PLC器件及应用》课的教学探索思考
1.课程的工程实践性必须落到实处。《PLC器件及应用》是工程实践性很强的课程，因此在教学安排上应该偏重于工程实践训练。目前，除了已经购买的20套实验箱，由几位相关教师开发了10套实验箱以补充实验室设备，结合8课时实验及32课时的独立实验课是能够满足该课程的实践性要求的。
2.明确教授对象是计算机专业的本科生。《PLC器件及应用》课程是针对计算机专业的本科学生开设的，因此讲授课程中一定要考虑其与计算机专业的相关性，既要考虑教学对象已有的与PLC器件相关的计算机知识，也应考虑教学对象后来要学的相关知识，从而使得学生既达到对PLC学习的目的，又使得该课程的教学具有承前启后的效果。《PLC器件及应用》课是面向计算机专业本科大三开设的，《单片机原理及应用》课与其同时开设，而《微机原理》课刚开过。由于PLC器件是建立在单片机之上的一种产品，很多PLC器件内部就使用了单片机，因此，在教学中，引入单片机的相关内容，引入微处理器、单片机与PLC器件的比较内容，强化说明PLC的应用领域及其在工业自动化控制中的重要应用，引导学生学习PLC器件的兴趣及主观积极性。
3.教材的选用上要结合计算机专业。选用西安电子科技大学出版社出版的《可编程序控制器原理及应用》（第二版）作教材，虽然该书不是专门针对计算机专业编写的，但在该书的第一章（概述）中很好的把PLC器件与继电器控制，微型计算机，单片机以及集散系统进行了比较说明，因此上课时只要再做适当的增减调整可以基本达到预期目标。当然，随着后面教学的深入，可考虑自己编写教材。
4.进一步加强独立实验课。对PLC器件的学习必须上升至独立完成一个控制系统，而对于控制系统就不仅要掌握一定的编程技术，还需要知道如何针对实际应用选择合适的PLC器件型号，并对其进行资源配置。目前，已在原有实验箱的6个配套实验基础上，也开发了一些新的实验题目，并在实验中引入组态软件，从而进一步丰富了独立实验课的内容。后面还要结合实验箱努力开发设置一些相关的课程设计，从而让学生在系统级上掌握PLC器件。
四、结语
《PLC器件及应用》课属于计算机科学与技术学科下的二级学科计算机控制技术方向的一门重要课程，对该课程的教学目前仍处于探索阶段，随着今后教学实践的不断深入，还是应该在该课程的实践性上下功夫，比如实验设备的及时更新，整个课程课时的进一步优化，合理的安排相关课程的教学层次等。
参考文献：
[1]求是科技.PLC应用开发技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2007.
[2]杨公源，等.可编程控制器PLC原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.
关键词:DeviceNet;数字社区;监控系统
中图分类号:TP277文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)09-2266-02
The Design of Digital Community System Based on DeviceNet Fieldbus Technonoly
XU Jing-wen, ZHU Meng-zhong
(1.Government Office Administration of Jilin, Changchun 130000, China; 2.Aviation University of Air Force, Changchun 130022, China)
Abstract: A kind of Management System of Digital Community in Northern China is introduced here, which offers a solution to the building of morden Digital Community Control System based on DeviceNet Fieldbus Technology. And moreover, the functions of the system, the organizing way of the network and the designs of both hardware and software of corresponding node are expounded.
Key words: DeviceNet; digital community; a monitoring and controling system
自1984年世界上第一座智能建筑出现以来,智能建筑在各国相继形成热潮,出现了功能齐全的智能化小区,随着信息技术向房地产,建筑业渗透,在“智能化小区”之后又催生了“数字社区”等新的概念,“数字社区”是“智能化小区”更高一阶段的住宅产品,智能化小区主要侧重于物业管理方面,数字社区则是一个信息化社区,它通过物理网的结构,以原来局域网技术和互联网发展,是控制技术和信息技术的融合,所以通过有效的传输网络,将多元信息服务与管理,物业管理与安防,住宅智能化系统结合起来,已经成为现代建筑物和小区的发展趋势。
为实现数字社区的智能化管理和信息的交互性,应用DeviceNet总线技术和通过AT89S51系列单片机的功能扩展实现了用户的现场监测,并且由中央控制计算机进行监控,结合网络技术实现数字社区系统的设计。
1 DeviceNet的特点
DeviceNet总线技术是Rockwell Automation公司提出了三层网络结构中的概念[2],包括DeviceNet(设备网)、ControNet(控制网)、EtherNet(信息网),其中DeviceNet是三层网络中的最底层――现场总线设备网[1,5]。
DeviceNet是一种基于现场总线技术的工业标准开放网络[1,4],用于在简单的底层工业装置(传感器、拖动装置、阀门、开关等)和高层(计算机、PLC等)设备之间提供连接,减少了I/O接口和布线数量,实现了工业控制的网络化和远程管理,并具有非常高的可靠性、灵活性、准确性。
DeviceNet的主要优点如下:1)基于国际标准的CANBUS协议,具有公开的技术规范,支持多方厂家产品互操作的开放式通讯标准;2)能快速方便地安装并具有设备故障自诊断功;3)是一种考虑未来的设计,能根据扩展和变化需要方便地增加功能;4) DeviceNet设备网上的设备安装比传统设备安装的I/O布线更加节省费用,尤其是当设备分布在几百米范围内时,更有助于降低布线安装成本;5)通过数据生成源/消费源(producer/consumer)。该模式允许网络上的所有节点同时存取同一源数据,网络通信效率更高,采用多信道广播信息发送方式,各个客户可在同一时间接收到生产者所发送的数据,网络利用率更高;6)可不断电地在线对设备组态和增加设备而不会影响网上其他设备的运行,方便维护和减少维修费用,也便于系统的扩充和改造;7) 利用RSNetwork for DeviceNet 软件可方便地对网上设备进行配置、测试和管理。网上设备以图形方式显示工作状态,一目了然。
由于DeviceNet总线具有上述的优点,能很好的满足工业控制的可靠性、安全性、快速性和灵活性要求,DeviceNet总线技术已被广泛的应用于各种工业控制场所。
2 系统结构方案
DeviceNet保留了CAN 总线的特点,其直接互联性改善了设备间的通信,而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。用户不但可以在DeviceNet网络上传输控制命令,而且可以在DeviceNet网络上传输大量的服务信息,是社区的信息服务功能成为社区智能化控制的主要功能。
现代数字社区[6]通常有4大部分组成,即家庭智能管理系统、安全防范系统、基础物业管理系统和信息网络系统。
家庭智能管理系统:1)四表计量和统计:对每户家庭所使用的水、电、煤气、暖气进行计量统计。2)紧急求助:当住户有紧急情况发生时,可以方便向物业管理控制中心发送信号。
安全防范系统:1)门禁控制:负责住户电子门锁的控制。2)火灾报警:利用安装在住户家庭内部的火灾烟感探测器,在火灾发生时,及时将报警信号传送到中央控制计算机。(3)防盗报警:利用安装在住户门、窗上的继电传感器,对非法入侵进行现场声光报警,并将声光报警信号传送到中央控制室。(4)煤气报警:利用室内的一氧化碳煤气传感器,对煤气的以外泄露进行及时报警。
基础物业管理系统:包括人员统计、收费(物业管理费、水电煤暖4表用量收费等)和安防(门禁控制、报警)等管理。
信息通讯网络管理系统:此系统是提供用户视频广播、宽带信息等服务,并且此系统是数字社区的支撑平台,是未来增值服务的主要方面。
DeviceNet技术是在CAN总线技术的基础上发展而来的,一方面既保留了CAN总线的特点,又实现了应用层上的功能,有着良好的市场占有率。构建了一种运用DeviceNet网络的新型的智能数字社区系统结构形式,采用WAGO-I/O-PR032 系列总线产品。本数字社区的结构框图如图1所示,该数字社区系统的结构特点如下:
1) 单个住户室内安装一个采用AT89S51芯片组成的单片机控制系统监测器[4],其功能是负责对该住户的监测和及时将信息传送给中央控制计算机。
2) DeviceNet连接多个通信节点,每个通信节点为数字社区内每一栋居民楼的从站入口,其功能是采集楼内所有住户的以外报警信号以及负责四表的抄送,并将数据通过DeviceNet网络传送到中央控制计算机。
3) 本系统设有一台中央控制计算机,主要是对整个数字社区各个通信节点的组网、报警信息的实时显示、报警历史的查询、四表的计量与统计、社区内所有住户信息的管理等任务。
4) 根据建立数字社区[6]的需要,将网络引入到社区内,实现社区内数字信息直接交互,住户可以在网络上全面了解社区发展商、物业管理机构的背景材料,这些材料都有社区物业管理部分提供;查询与自身相关的每月应交的水电煤暖、管理费等费用清单并进行网上支付;住户还可以进行网上投诉、咨询、保修等,并从网上获取回复和上门维修约定以及相关报价等;发展商、物业管理机构可以在网上向全体或某些特定的住户发送有关小区建设与社区活动、社区问题的讨论,大家可以共同在网上进行交流和沟通,这些功能的实现都是在将社区网络化的基础上。
3 系统硬件设计
3.1 网络部分
通过DeviceNet总线技术,可以将控制系统与监视和信息管理系统集成起来。通过EtherNet以太网总线网络,用于监控的可编程控制器、计算机工作站、以及中央控制计算机系统可以存取设备层现场信息,这样的信息可用于数据采集、监控、计划管理、远程设备维护等,并且通过以太网技术可以将社区与互联网相连,实现社区彻底的网络化。
宽带接入技术主要有ADSL、HFC、以太网三种技术[3]。ADSL技术充分利用了原有的电话线资源,可以在传送话音的同时,提供上行1.5Mb/s、下行8Mb/s的数据传输。HFC技术充分利用了有线电视网络的资源,可以在传送电视节目的同时,以共享的方式提供上行10Mb /s、下行36Mb/s的数据传输。以太网技术采用五类线可以提供上行10Mb/s、下行10Mb/s的数据传输。由于以太网技术不像ADSL和HFC具有明显的行业壁垒(电信采用ADSL技术,广电采 用HFC技术),准入门槛限制少,而且成熟可靠、施工简单、成本低廉,而且入网的连接设备和方便可以买到,容易实现。
3.2 主站接口卡
实际上在DeviceNet设备网中,中央控制计算机也可以看作是DeviceNet网络上的一个通信节点,DeviceNet本身作为特殊的I/O单元,和CPU的通信非常的方便,本系统中通过派威SST-DN3-PCI接口卡与DeviceNet网络连接在一起。 其中派威SST-DN3-PCI网络接口卡通过ODVA测试实验室认证,并具有快速的扫描和高性能等特点。
3.3 通信节点的设计
系统通信节点的结构采用DeviceNet的现场总线适配器和I/O模块共同组成,通信接口包括模拟量输入/输出模块、数字量输入/输出模块、RS485串行接口模块与适配器相连。其中DeviceNet适配器采用可编程现场总线控制器750-806,该控制器具有的节点数可达64个,传输介质是屏蔽铜缆,最大传输距离是500米,使用WAGO-I/O-PR032编程,符合IEC61131-3五种编程语言;节点中允许有数字量信号和模拟量信号,每个节点输入/输出模块最多64个等特点。此通信节点主要用于将采集到的小区住户报警信号、四表抄送数据等通过DeviceNet网络上传到小区物业管理中心的中央控制计算机。
3.4 住户处检测器系统设计
住户处监测器采用的是AT89S51芯片组成的单片机控制系统[4]。其中AT89S51芯片比传统的AT89C51新增加了很多功能,性能有了较大提升,价格甚至比AT89C51更低。住户处监测器系统的框图如图2所示。系统除了完成基本的功能外,还增加了紧急求助、声光报警及其显示和四表的抄送等功能。(下转第2269页)
(上接第2267页)
4 系统软件部分设计
4.1 DeviceNet组网软件
DeviceNet与派威SST-DN3-PCI接口卡相连接入网络,此卡通过ODVA测试实验室认证,并具有快速的扫描和高性能等特点,此网络接口卡有一个DeviceNet端口、具有OS驱动以及网络诊断及其相应的配置软件。
4.2 中央控制计算机控制软件
中央控制器的监控软件是以Windows 2000作为平台,并且利用与派威SST-DN3-PCI接口卡相匹配的Woodhead公司的SST系列中的DeviceNet Scanner软件,它与派威SST-DN3-PCI接口卡进行通信。采用Microsoft Visual C++完成监控软件的开发。监控软件的核心是处理各个消息之间的关系并在此基础上完成监视和控制的功能,主要是监测需要实时显示的重要数据以及实现相应的控制。
4.3 住户处监测器软件
此部分采用将软件设计分成若干独立的功能模块分别设计,具有可扩展性。其软件流程图如图3所示。
5 结论
将自动化领域三层网络结构中的设备层即DeviceNet技术应用到现代数字社区中,并结合单片机与控制计算机,实现了数字社区内的所有基本传感器可以通过DeviceNet总线的输入/输出模块与中央控制计算机的连接。为了能够使数字社区进一步的完善功能,设计中采用单片机进行控制,传感器是通过单片机系统与DeviceNet总线模块相连接。为拓展数字社区系统的实用功能,将四表计量加入到控制系统中,逐步完善数字社区的功能,以达到更好的实用效果。
国外的数字社区发展较快,不但实现了数字社区在整体上的智能化,并且住户内还可以进行远程医疗协助和诊断等功能,并且完全实现了电子化和网络化。电话、电脑、家用电器等所有单元设备都联网,形成一个统一的通讯操作平台,其信息网与因特网相联,住户可以在任何地方通过计算机或手机来遥控家电,监控住宅情况。
参考文献:
[1] 阳先惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,1998.
[2] specification.Release 2.0,1994.
[3] 叶哲丽.计算机网络技术基础[M].北京:电子工业出版社,2006.
[4] 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[M].北京:航空航天大学出版社,2003.
[关键词]PLC；灌酒机；应用
中图分类号：F407.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0237-01
可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、数字技术、自动控制技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。国际电工委员会ICE于1985年颁布的可编程控制器标准草案第3搞中，对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则来设计。
1 可编程控制器的结构和工作原理
1.1 基本结构
PLC主要由中央处理器、存储器、输入模块、输出模块、编程装置和电源等部分组成。
1.中央处理器
中央处理器CPU是PLC的核心部件，是其控制中枢，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。
2.存储器
存储器主要两种：RAM和ROM。用于存放系统程序及监控运行程序、用户程序、工作数据及其它所有程序。
3.输入/输出模块
输入/输出模块简称I/O模块，输入模块用来接收和采集从被控对象那里传递过来的数字量或者模拟量等各种数据信号。输出模块通常有开关量输出、脉冲输出、模拟量输出三种输出单元。
4.编程装置
编程装置用来编辑、检查和修改用户程序。编程装置分为简易编程器（手编器）和智能编程器。手编器不能直接输入和编辑梯形图，只能编辑指令表程序。但体积小、价格便宜，适合小型PLC的编程及现场调试和维修。如三菱的FX-20P-E型简易编程器。智能编程器本质上是一台专用便携式计算机。它既可联机编程，又可脱机编程。既可直接输入和编辑梯形图，又可用语句表编辑。存储、打印、上传计算机都可以。目前，也有配套的计算机辅助编程软件提供，只需要购买相应的硬件接口装置即可。
5.电源
PLC的电源模块可将220V交流电源转换成内部所需的直流电源。并可以向外部电子传感器提供24V直流电源。因此对电源模块的稳定性和抗干扰能力有较高的要求。
1.2 PLC的工作原理
PLC采用了与普通计算机工作方式差别较大的循环扫描工作方式。所谓循环扫描，就是CPU从第一条指令开始执行程序，直至运行到最后一条结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。整个过程可分为5个阶段：内部处理，通信服务，输入采样，执行程序，刷新输出。5个过程不断循环。通电之后的内部处理主要是执行故障自诊断程序。检查CPU、存储器、I/O部分等是否正常。在通信处理阶段CPU会检查智能模块是否需要通信服务，如有计算机、编程器等的通信请求，则进行相应的数据接受和发送处理。然后PLC会对各输入端进行扫描，将所有输入端的状态送到输入映像寄存器。中央处理器将逐条执行用户指令程序，并从寄存器中读取输入和输出状态，结合各软元件的数据及状态进行逻辑、算术运算。再将结果送到输出映像寄存器中。执行完最后的指令程序时，再集中把输出映像寄存器的状态转存到输出锁存器中，与其对应的是物理点输出口，这时才是PLC的实际输出，驱动外部负载。
总之，PLC的这种反复循环扫描的工作方式，它是循环地连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令可以很好的避免几个接触器控制的触电竞争和时序失调问题，也是其区别继电器控制和微机的一大特点。
2.灌酒机的自动控制
首先，我们必须简单的了解灌酒机怎么样一个生产工艺，或者说一个空的啤酒瓶怎么样在旋转的酒缸下转一圈，转出来就装满了酒，盖上了瓶盖。
主机启动，旋转酒缸装了啤酒开始转动，啤酒不能装满，要留一半左右的空间充入二氧化碳，而且酒缸是密封的，不能有空气在里面。这样保证啤酒的新鲜度，同时还要对酒缸施加一定的压强。啤酒瓶从传送索道上一个一个过来，如果索道电眼检测到酒瓶在索道比较拥挤，主机会高速运行，酒瓶不够或者较少，主机低速运行。主机的速度运行是由PLC发出信号控制主电机的变频器来实现。还可以用调速器控制主机变频器。如果酒缸液位低需要补充啤酒，酒泵启动补充啤酒，止瓶器电磁阀动作，挡住索道过来的酒瓶。酒缸的液位探测器检测到足够时，止瓶器开。
当酒瓶来到酒缸入口，被入口电眼检测到，就会被酒缸下面的底座托起，酒针顺势插入酒瓶底部。插入酒瓶的同时，酒针把酒缸里面的二氧化碳充入酒瓶，把瓶里的空气排出，当空气被排尽之后，瓶口也已经上升到顶住了酒缸底部。酒缸继续旋转，瓶子转到了破瓶检测光眼，如果瓶子破裂，触发了光眼的信号，破瓶吹气电磁阀动作，把碎瓶渣吹走。如果瓶子没破，酒瓶和酒缸会形成一个密闭的环境。随着酒针把酒缸的二氧化碳充入酒瓶，酒瓶的压强不断升高。当与酒缸的压强相等的时候，酒阀打开，酒缸里的酒通过酒针灌入酒瓶。啤酒装满了，酒针有个单向阀，阻止啤酒灌太满而溢出，此时酒阀关闭。
这时酒瓶也差不多转到了酒缸出口位置。这时底座下降，酒瓶从酒缸下来紧接着要压瓶盖。落盖接近开关检测到有酒瓶，装载瓶盖的振荡器会工作，把长槽里的瓶盖输送到压盖机，便可以准确的压盖了。压完瓶盖，瓶子就转出去了，到了出口输送带。出口输送带光眼检测到瓶子堵塞不动了，主机也会停止。瓶子出去之后，酒针里会有残留的泡沫，还要进行一次回气喷射，把酒缸里的二氧化碳喷些出来，把泡沫冲走。这样就转回了入口处，准备下一次的灌酒。
当然还有其它一些保护，比如急停，链轮过荷，压盖保护，护门等，还有一些控制灯光的显示，以及一些点动，自动，手动的控制，都由PLC来接收和发出指令。
在外部安装接线方面，考虑到PLC对电源稳定性的要求比较高，采用了直流稳压电源对PLC的220V供电，在PLC输出端各COM端口也采用直流稳压电源的24V作为输出。
根据灌酒机的控制电路编写的部分梯形图如下图1所示
3.结语
因为可编程控制器PLC具有功能强、可靠性高、使用方便灵活，易于编程等一系列的优点，在各领域的应用越来越广泛。近年来，随着触摸屏技术的发展，触摸屏结合PLC的应用也越来越普遍。相信在不久的将来，PLC的应用将覆盖各行业各领域，也将走入未来的现代化家庭。
参考文献
[1] 贾敏.可编程控制器原理与应用.国防科技大学出版社，2009.9.
【关键词】交通信号灯；PLC控制；技术研究
应用PLC技术的控制系统，在运行上安全可靠，能达到自动开停的信号管制。控制方案的建立、调整与优化都比较简便易行，且使用寿命长，应用范围广。其全面应用对于交通运行能起到很好的辅助作用。
一、PLC技术对于交通信号灯控制的重要意义
随着经济的发展进步，车辆随之增加，带来的问题就是众多车辆同有限道路之间的难以调和的矛盾。交通系统面临前所未有的问题与挑战。针对这种状况，应当拿出有效的解决办法，交通控制技术是缓解这一矛盾有效措施。应用PLC技术以及现代的网络通讯手段，可以让道路导航及车辆行驶完成智能化转变，从而为解决交通拥堵，降低交通事故发生，改善道路交通整体环境，节省交通相关能源，防止驾驶疲劳等工作做出贡献，最终达到建立经济、快速、舒适、安全交通环境的目标。基于以上的种种考虑，我们有理由提倡面控方式，所谓的面控方式即是指交通区域性信号控制，它的控制对象涵盖了整个城市或者城市某个区域内的所有交叉路口的信号。这种面控办法是把所负责区域中的所有交通信号监控任务，当成一个基于监控中心管理下的统一的管理控制系统。它是网络信号覆盖下的单点信号与干线信号的结合体。区域控制系统因为交通控制理论与实践功能的不断进步而有了新的进展，检测、通讯、PLC技术等被广泛应用在交通信号控制工作当中内。其中PLC技术所起到的作用至关重要，这项技术，再综合以模糊控制理论，可以完好地实现网络平面控制，让网络平面内的各个结点完成直接或者是间接信息交流，达到互相协调配合，又能各自独立的管理效果。
二、PLC在交通信号灯控制中的理论运用
PLC技术综合运用到了通讯技术、计算机技术、自动控制技术，是三者的有机结合。其优点是结构模块化、编程便捷、通信功能强、适用性强、可靠性高。是一种专门用做工业生产和其他领域内的过程控制设备。交通控制体系中，要求当计数器到达某个数值之时，形成特定的状态信号，再利用这一状态信号完成计数控制操作，对于计数器的实际设定值，既可以在编程时候就予以设定，也可以根据实际运行状况进行现场修改。当选择PLC技术进行现场控制系统执行时，其可以从计数器的指令要求出发，对于特定的控制信号进行状态上的改变，以完成计数控制工作要求。PLC技术应用原理是基于数字运算的，很容易同工业控制体系结合在一起，而且扩充至A/D间相互转换功能较为方便，调节控制模拟量工作也非常方便。应用了现代通讯手段的PLC技术，能够实现远程自由开关控制，完成多台PLC设备之间的同步通讯连接。多台设备的同步连接，能将多至数十台的PLC设备用分级或者同级的办法联系到网络当中去，让每台设备开关状态资源透明、信息共享。再将计算机对其进行总控，实现分散控制，集中管理的模式形成。若想达到交通信号控制的系统与自动化控制，需要在技术上有较强的灵活性。PLC的型号多样，我们可以根据场地、任务等的不同，以差异性的输出输入模块完成装置控制。此外应当明确PLC乃是以软件来完成控制的，而软件编制的灵活性很强，这也是此项技术的优势所在。硬件结构相同或者相近的PLC，可以用不同的软件完成控制。控制结果可以有很大差异。PLC技术应用在交通信号灯中的另一优点是设备可靠，它拥有非常优良的自我诊断能力，可以及时查出系统内部存在的硬件与软件故障，保护现场，实现交通信号灯控制的安全性能。此外，PLC技术较强的抗电磁干扰性可以使其适应较为恶劣的工作环境。图1为一个循环的时序控制原理，图2为信号灯输出与输入接线图。
三、模糊理论在交通信号灯控制系统中的应用
交通信号灯技术原理本身并不复杂，可是系统繁复，想要建立统一的数学模型难度非常大。近些年来，基于模糊控制理论而建立的控制体系得到了行业内关注。模糊控制对于数学模型的精准度要求不是特别高，是依靠规则所产生的一种智能型控制方式，非常适合于随机性较为突出的城市交通信号灯系统控制。在当前所采取的某些模糊控制理论中，大多把输入变量选择在十字路口的排队长度上。也可以选择相位红灯等候时间以及车辆密度等，操作简便易行，而选择输出变量时也较为单一，比如应用十字路口绿灯延时等。本文在作此探讨时把十字路口还有与其邻近的交叉路口的车辆平均速度与密度也都计算在内。在计算输出变量时，既应当考虑该相位的延时情况，也应当同时考虑相邻相位的延时选择。
此前提出的智能控制，照顾到的是现代工业系统内部的复杂程度、高性能以及不确定因素。所以它拥有一些传统控制方法所不具备的新特征。在信息处理工程结构上，智能控制体系表现为结构上的复合性与多层次性。它不需要人为对其干预就能实现对信号灯的独立驱动。以智能化体系缓解交通拥堵，优化畅通交通体系。在未知环境与突发事件中，智能控制系统可以仿照人类智能，完成交通系统内信号灯的网络平面式控制。
模糊控制不是指被控对象的模糊，也并非指控制器的模糊不确定，而是指概念与知识表达上的模糊性。模糊控制是在模糊理论的基础上产生的。用语言算法控制的办法把人工控制模式转化为自动控制，让系统的智能化程度得到加强。根据模糊控制的表现特点，交通信号灯的智能控制系统能以此为基础，让电子计算机模拟出与人类似的直觉，并按照不确定信息当做决策依据，定位车流情况，实现十字路口双向交通信号灯的智能化控制。可以在最大限度内提升车辆流速与车流通过能力。它的主要功能表现在以下几个方面。
（一）现场判断。
1.判断车道中停车线内留滞车辆台数。
2.将车辆台数即车流辆反馈到中心系统中。
3.中心系统根据反馈信息，智能判断对应车道中信号灯可持续的时间长度，根据判断做出实际调节。
4.实地手动调节信号灯断续时间。
5.整体把握区域内全部信号灯系统断续时间。
6.发出闯红灯警告。
（二）控制室管理。
1.计数器按照指令权限自动计数。
2.车辆数反馈判断。
3.根据反馈的信息做出信号灯断续时间调整。
4.指挥直行时的人行道行走功能。
5.信号灯同对应车道箭头闪烁灯根据指令同步变化。
四、总结
对于交通信号灯的控制虽然属于一种非常简单的控制方法，可是它多是应用在繁华的十字路口，其作用却不容低估。科学合理的交通信号灯控制能提升街路的安全使用效率与城市交通出行的速度。自动控制形态的交通信号灯属于交通控制中的关键组成部分，是科学化管理交通的必要手段。采取PLC技术以及现代化的网络控制技术，能使车辆行驶与交通导航达到智能化标准，一方面可以缓解交通拥堵压力，降低交通事故发生的机率，另一方面也可以有效节省交通能源，减轻出行者的疲劳驾驶。最终达到建立经济、快速、舒适、安全交通环境的目标。
参考文献
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【关键词】污水处理厂 自动化控制 设备改造
【中图分类号】x703【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0305-01
随着现代化工行业的不断发展，更多污染物的产生，使污水处理行业将面临着更多的挑战，因此，给自动化技术提出了新的要求和展示新应用前景的空间。文章介绍了自控技术在污水处理厂的应用、发展及实现功能，并对目前实际应用中普遍存在的问题进行了分析，为污水处理厂技术人员对自控技术的进一步了解提供参考。
一、在自动化控制技术分为两类
1.1 全自动化：人只需要作为操作员，确定控制的要求和程序，不用直接参与生产过程；在这个过程中人一般只需要在中央控制室内通过电脑或相关的各类远程控制仪器，对厂区的各个设备进行操作。通过全自动化我们节约了人力成本，能够及时对处理工艺中产生的变化进行灵活调整、设备的操作方便易用。比如当污水处理水质变化频繁的时候，进出水量大的时候，我们都可以在中中央控制室的自动控制系统上及时调整。特别是夜间工作的时候，能够有效避免不必要的安全隐患。
1.2 半自动化：控制要人通过设施、设备、机械、仪器或手工等劳动力的参与。这个控制过程往往是为了确保处理工艺的精细话操作，能够及时根据所在场合的具体情况进行现场的判断操作，同时很大程度上也可以节约人力在大强度工作上的消耗，比如开关阀门、机泵等设备。举例来说：二沉池低位放空本来需要人直接下去进行作业，通过半自动控制技术只需要人到现场安排好相应的排水渠道，防止水流满溢，控制好进水水位确保放空顺畅，就可以按抽水按钮自动开启或关闭放空阀，减少了人爬窨井的消耗也降低了安全隐患。但是半自动控制对人员操作的要求较高，特别是在现场工作的处置上，在规范操作上都有很严格的要求。
污水处理的工作一向都是伴随着各种各样的机械设备的操作、维护和运行。越是庞大的处理量就越是需要大量的人力、物力、精力去控制管理这些设备，很多时候就造成了人力资源的浪费和成本的增加。但是随着现代化技术的不断发展和进步，对于机械设备的集约化、自动化控制技术越来越被得到重视，也越来越多的被运用到污水处理的工作中来。
二、常见问题
就国内污水处理过程来说，部分污水处理厂设置了自动化控制系统，力求对整个污水处理过程实行全面监控。但由于这项工作在国内尚处在实践摸索阶段，与国外水平相比存在较大差距，主要问题是：
2.1 主要控制设备功能不稳定，特别是在仪表的准确性和稳定性来看，不能完全达到由计算机控制的要求。
2.2 自控水平低，距智能化自动控制还有很大差距。
2.3 运行条件变化范围大，某些工艺环节尚在不断调整。
2.4 运行操作人员尚不能对工艺进行全方位控制操作。
由于以上条件限制，大多数污水处理厂的自控系统只能发挥监视和对部分设备进行远程控制的功能。
三、污水处理厂自控技术发展概况
自动化控制系统是通过通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。DCS，FCS，SCADA，PLC等技术的蓬勃发展为自动化技术的发展带来了新的生机，它们在工业控制领域的广泛应用为各行业现代化生产提供了极大的方便。我国污水处理厂直到90年代以后才开始引进自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统的应用还比较少。先后设置PID调节、比值、前馈、后馈、FCS，DCS和最初的以太网技术，经历了几次重大的变革，自动化水平有了较大的提高。目前我国污水处理厂最为先进的自动化控制系统是用工业以太网配合FCS作为系统网络，也是世界上最先进的自动化系统，该系统配以高性能、高可靠的PLC控制站，并具有服务器的最新一代的控制系统。
四、对设备的改造与完善
污水处理装置从试运行以来，由于现场电气及机械设备存在一些问题，直接影响了自控系统的正常运行。根据存在的问题，结合实际运行情况及工艺要求，对自动化控制系统的现场控制设备进行了部分技术改造。
4.1 对现场一些设备进行改造
污水处理厂要增加一台脱水机和PLC柜，为了把新增的这台脱水机PLC柜的运行信号联到中控室，避免重新进行布线。使用交换机联接两台脱水间PLC柜，通过一根信号线接到中控室交换机。改造现场的配电线路，互锁了曝气机的二次控制回路，解决了中控室不能控制曝气机启停的问题。
氧化沟的变频曝气机由于控制转换开关处在开关柜控制和机旁控制方式时，变频器模拟量4～20mA电流输入电路断开，使得不能输入变频器运行频率，变频器控制失效，不能运行。经研究，我们短接模拟量电流输入的转换开关控制回路，保证变频器的有效运行；变频器频率信号（模拟量）未能转化为运行信号（开关量）进而输出给PLC，使得上位机无法判断曝气机是否运行。经自动化人员改进后，只需给出变频器频率信号（模拟量）即可实现设备正常运行。
4.2 对PLC源程序的修改、优化
试运行中，要采用的是巡检制度，将各分散值班点集中到中心控制室值班操作。所以必须对比较重要的报警参数根据实际情况做进一步的修改。通过对PLC可编程控制器的源程序进行修改、编译，主要是启停液位、报警液位、逻辑控制、出水流量、加药间液位、提升泵站液位差等。不仅实现了设备按工艺流程运行的要求，而且机械设备运行的准确性、安全性有了很大提高，电气故障大为减少。故障点检查也很方便，大大降低了电气设备的故障率，使现场自动运行更加稳定。
4.3 加药间的自动控制
溶解、溶液池为两组，每组2 m；每组内安一台搅拌机，和超声波液位计一套，工况一用一备；
溶解池加料加水后，搅拌机工作15分钟，搅拌机停车，溶液池的液位预报警（液位现场确定）；
当一格溶解池最低液位时（液位现场确定），自动关停药液输出电磁阀同时开启另一溶液池的电磁阀；
FeCl3液按照出水流量计信号自动调节频率，手动调节冲程控制投加量，使其出水水质达到国家一级排放标准。
4.4 紫外光的自动控制
紫外光消毒采用的是德国威得高系统，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的电动阀门自动行动，使液位始终保持在1.7m，紫外光灯启动±5%左右。
五、自控系统的使用效果
当现场现出任何的异常情况，可通过监控系统和上位机系统一目了然的看出问题。有设备出现故障、上位机同时报警并停止该设备的运行，相应地计算机作故障情况记录，方便设备故障排除、管理、维护等。
六、自控系统的发展前景
从各种污水处理装置自动化控制水平上看，只是完成了人对设备简单的机械性能的操作，这种系统在智能化高度发达的今天显得很粗糙。因为污水处理的可变因素很多，有水量、浓度、温度、气量、微生物状态、系统配水情况。供电情况、机械运行情况等等，是一个非常复杂的系统，只靠预先设定的简单程序就想控制好全过程是不可能的。我们需要一种更高级的控制系统，使之能对生产过程出现的各种数据给予采集、计算、分析，得出目前运行状态是否正常的结论，给操作人员以有益的提示，使自动化控制能够真正实现智能化。
参考文献
【关键词】污水处理工艺；现场；PROFIBUS总线 ；iFIX监控系统软件。
中图分类号：U664.9+2文献标识码： A 文章编号：
1、引言
随着乌鲁木齐市经济的高速发展和城市人口的不断增加，污水处理行业得到了快速发展，污水处理厂的自动控制系统越来越成为污水处理稳定运行的关键。针对污水处理厂自动控制系统及污水工艺设备的安全运行的重要性，提出现场总线和组态软件技术在污水处理项目的应用的经验。并以实际系统为例，说明自动控制系统的组成及实现。
2、系统综述
2.1工艺流程
污水处理的方法一般有氧化沟法﹑SBR法﹑鼓风曝气法﹑AB法﹑A20法等工艺方法，在符合乌鲁木齐市城市发展思路的前提下，从环境保护要求的实际出发，并结合国内外污水处理厂的建设、运行经验及污水处理工艺方案的选择原则、水厂进出水水质分析等，确定以氧化沟为主的A2/O作为本工程的工艺方案进。工艺流程如图（1）所示:
（1）污水处理厂工艺流程图
2.2工艺及控制要求
此工艺要求出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，除主要针对BOD5、COD、SS的去除外，还要使污水中的NH3-N和TP达到出水水质标准要求。为使整个污水处理厂控制系统能够安全可靠、经济合理、连续高效地运行，出水达到国家排放水质标准，要求本系统按照先进、可靠、实用、新颖，以高标准、高起点、高要求配置，以实现对整个水厂的全过程进行实时监控和管理。
根据以上要求，监控系统结构采用四层分层结构加辅助系统，即主监控系统分为设备层、控制层、监控层、管理层（预留接口），辅助监控系统包括了消防、视频安防、电力监控系统，这两个系统相互独立。该系统设计要求采用集散型控制系统，采取“集中监测，分散控制”的原则，由厂级中央监控工作站和现场分散就地PLC控制站组成全厂工业控制网。该自控解决方案通过PROFIBUS现场总线和工业以太网络构建了分层控制网络结构，其特点是数据量大、实时性高、可靠性高，而整体造价便宜的特点。
2.3系统网络的构成
根据以上网络结构，监控系统主要负责全厂生产过程监视控制与数据采集，由中央监控站，PLC控制站以及通讯网络构成，中央监控站设在污水处理厂中央控制室，其完成全厂的自动控制和生产管理。主要包括：操作员工作站、工程师工程站、大型模拟屏、UPS电源、报表打印机、计算机工作台等。PLC控制站分设在污水厂各工艺现场，能独立、有效地工作，主要由PLC机柜、可编程控制器、操作员面板以及网络接口等组成。通讯采用EtherNet环网为主干网，网络通讯介质为光纤。污水处理厂监控系统原理如图（2）所示：
（2）污水处理厂监控系统原理图
3、监控系统构成及原理
3.1监控系统管理层
主要功能是办公自动化系统，同时从监控层提取有关生产数据用于制定综合管理决策。管理层一般使用通用以太网，方便操作，并可连入外部网络。目前这层预留接口，待公司管理系统建设完成后，由此接口接入公司管理系统，完成管理层功能
3.2控制系统监控层：
这一层采用符合标准TCP/IP协议的以太网结构，它提供上层计算机系统通过以太网访问控制层的数据，主要为全厂范围控制系统的数据采集、监控、计算管理、统计、设备维护管理、生产流程以及物流跟踪服务，同时可以使计算机访问使用结构化查询语言（SQL）的开放性数据库。系统管理员可在这层网络上对系统进行监控，对控制器中的程序进行修改，使计算机系统存取生产现场的数据达到实时监控的目标，并对PLC提供支持。
3.2．1中央控制站监控组态软件
iFIX监控组态软件集控制技术、实时数据库技术、网络技术、人机界面技术、图形技术于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通讯等组件，用户只需编写少量的代码即可生成高质量的控制系统。整套系统建设有多幅实时监控画面，其画面自然逼真，包括系统总貌、提升泵站与除砂池、1#氧化沟、2#氧化沟、二沉池、泥路、加药脱水间。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此必须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。
iFIX组态软件组态的河西工艺流程监控画面
3.3监控系统控制层
它在各个PLC之间及其与各种智能化控制设备之间进行控制数据的交换、控制的协调、网上编程和程序维护、远程设备的组态，编程和故障处理，也可以连接各种人机界面产品进行监控。系统的控制层采用的PLC与HMI组态采用PLC逻辑编程，HMI进行组态，工业以太网采用TCP/IP协议高速地将PLC中的数据传输到上监控层。PLC控制站设置在工艺区域控制室内，控制站配有以太网通讯接口，与中央监控工作站进行数据交换，PLC内留有应用程序，并配有操作员面板，可独立于中央监控站进行过程监控，以确保系统的安全可靠，根据水厂工艺布局情况，共设有5个公共PLC工作站，还有设备自带的PLC工作站3个，全厂共8个工作站，完成对全厂的监控。
3.4监控系统设备层
河西厂在设备层上采用的PROFEIBUS总线系统，主要把底层的工业设备直接连接到各现场站的控制器上，并对其进行配置和监视，也可用于可以直接连接带有接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表及设备，对现场信号进行采集和监控，支持单主和多主网络；每个站输入和输出数据最多可达244字节。并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆，大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用。
3.5辅助系统
全厂在整个区域关键设备处共设置了17个高清工业摄像头，用以监控整个厂区的安全及关键设备的运行状态，其数据利用监控系统的100Mb/s工业以太网传输到中控室的视频监视器中，以保证全厂的安全以及设备的正常运行。
4、系统调试中出现的问题及解决方法：
在自控系统的调试中发现上位机监控系统中所显示的数据与现场表计所显示的数据存在着一定的偏差，后将MW的高位字和低位字错位安排在模拟量数据里实数再用了2个字，即32位，在PLC里的%MW0.100和%MW0.101是%MD0.50的实数值，而到iFIX里要将PLC里%MW0.100送到iFIX里%MW0.101，将PLC里%MW0.101送到iFIX里%MW0.100，即PLC和iFIX高、低位错位，数据这样安排后，这个问题解决了，这为后面使用iFIX软件与PLC组态积累了经验。
乌鲁木齐河西污水处理厂于2009年建设完成，该系统原设计为832个控制点，但在实际施工中，为了提升自动化水平，又增加了500个控制点，增加到1300个控制点，过这样使得水厂的自动化水平又得到了进一步的提升。河西厂原核定编制为74人，由于采用了本监控系统，大大地减少了人员的使用，现实际编制为50人，同时也大大减轻了操作人员的工作强度，使得整个水厂的工艺及设备的运行的准确性及可靠性得到了保证。
结束语：
随着工业及计算机网络技术的发展，新的控制技术和控制方式不断推陈出新，计算机监控技术也随着新技术的不断出现而提高自身的控制水平，其实时性、靠性和通用性不断增强，从目前该系统的运行情况来看，可以充分满足生产要求，系统运行稳定，出水达标率较高，故障时间明显较少。
参考文献：
[1]朱晓娟《火电厂灰水回收处理远程监控系统设计》电气自动化2008.
关键词：变速器试验台体系结构控制软件
汽车变速器是汽车中的一个关键设备，其性能直接影响到汽车的动力性、经济性和可靠性。汽车变速器综合性能的测试比较复杂，目前国内的汽车变速器试验台自动化程度低、机界面不友好、测试过程依赖于测试者的经验。因此，本试验台系统自动程度高、测试项目多、实时性强且完全可靠。
1系统介绍
具体说来，该试验台系统具有以下优点：可进行五种不同型号变速器及其扩展类型变速器的性能测试；自动测试过程可智能控制；短时间内可完成综合性能（换档、加载、同步器）测试；运行参数可实时显示；可进行故障的自动检测、报警及处理等。
1.1系统硬件介绍
本系统采用双变频电机模拟汽车变速器实现工况，从而实现对变速器性能的真实检测。电机的控制通过西门子6SE70系列变频器来实现。该系统变频器采用交流矢量控制技术，对大功率交流电机实现了精确控制。因为该系统中变频器数量不多、数据传输量不大，采用RS485总线来实现工控机与变频器之间的通讯，满足了实时性要求。由于PLC控制稳定、可靠，所以自动换档执行机构（机械手）采用PLC控制器来实现不同型号变速器的自动换档动作。
图1系统结构图
1.2系统软件开发环境
工业过程控制软件往往需要具有很强的通讯能力、现场数据的实时检测能力及强大的数据库、良好的图形界面。组态王6.01采用全新中文Explorer界面并拥有丰富的绘图工具和庞大的图形库（包括大量的工业标准元件），支持多媒体和ODBC数据库提供的功能、具有强大的控件和控制语言，使用灵活、方便，提供给用户一方便的集成开发环境，使开发者可快速构造应用系统。它还具有强大的通讯能力和良好的开放性。本系统控制软件基于组态王6.01二次开发，实现了测试过程的控制、测试数据的实时显示，而且缩短了开发时间。
2系统体系结构
2.1系统要求
厂方要求试验台系统能够在线检测变速器的综合性能，包括以下试验：①各档换档试验；②变速器加载能力测试；③变速器操纵（同步器）性能的测试；④跳档检测；⑤变速器的疲功寿命试验；⑥传动效率试验。
工作性能要求为：
(1)系统运行稳定、安全可靠；
（2）测试数据报表和测试及故障诊断的界面友好；
（3）台架试验方法科室、规范，达到汽车机械式变速器台架试验方法国家标准；
（4）在同一台架上对不同种变速器完成测试功能。
2.2系统体系结构
系统整体结构如图1所示。
系统分为三大模块：①控制部分；②换档机械手部分；③试验台机电部分。控制部分以计算机为中心，控制软件根据现场数据和当前工作状态控制系统的流程、任伤分配、指令发送、故障检测等；通过板卡通讯向PLC机械手发送换档控制指令、通过RS485总线变频器发送测试所需的转速和加载扭矩信号。控制部分还包括变频器、现场数据采集卡（PCL818L）、PLC控制器。变频器可以实现三相交流异步电动机的无级调速。变频器选用西门子6SE70系列变频器，该系列变频器采用交流电机的矢量控制技术对电机进行控制。矢量控制也叫磁场定向控制。它的基本思路是利用d-q旋转坐标变换，将定子电流分成励磁电流id1和转矩电流iq1，在调速过程中保持转子磁链不变，即id1为常数，此时交流电机调速原理与直流电机相同。现场数据采集卡将现场采集的数据传输到计算机。PLD控制器根据计算机发送的指令完成将换档信号转换为换机械手的执行命令。
换档机械手部分是控制部分的执行机构，机械手根据PLD发送的换档指令完成指公平的换档动作。
试验台机电部分是本系统是最终执行机构，完成将变速器驱动到相应转速和加载扭矩，以达到特定测试工况。机械部分包括两个功率比较大的变频电机和试验台架。本系统中电机的性能对整体性能影响很大，因而选用交流变频电机。该电机能满足高精度的扭矩、转速控制，而且功率足够大，可以满足本系统试验工况要求。工作时，加载电机工作在发电状态下，能量回馈到电网，大大节约了能源。试验台架包括离合器、传动机构和汽车变速器。因为试验时要达到高转速、高扭矩的工作状态，所以机械部分加精度要高。汽车变速器是本系统测试对象，为了使装卸变速器的时间短，本试验台变速器的夹紧松开操作是通过油缸4轴连动压板来实现的。
2.3系统工作原理
系统采用双电机模拟汽车工况，其中驱动电机通过变频器的速度闭环控制模拟汽车的驱动机构，加载电机通过变频器的扭矩闭环控制模拟汽车加载。机械手根据计算机发出的指令信号完成对不同型号变速器的换档动作，从而能控制变速器换档到指定档位。在测试过程中，控制软件对系统的运行参数实时记录显示，并对温度、转速、扭矩、电流、完全罩到位信号等实时监控，遇到故障自动报警、自动分析。
3系统软件的开发与实现
本系统控制软件是基于组态王6.01二次开发的、功能结构如图2所示。
本系统从功能上完成了自动试验、手动试验、单独换档试验、疲劳试验和效率试验。计算机自动试验是本系统的主要部分，在这种状态下计算机控制变速器的测试过程，包括：试验流程、试验过程中换档顺序、各个档位的转速给定、加载扭矩给定、系统协调、信号检测及处理等。在自动试验控制下，完成从空档到最高档位的换档和加载交替过程，接着完成从最高档位降低到最低档位的降档换档，最后完成倒档测试。手动试验是由人操作手动操作台的扭钮完成的，其程序主要完成监测、报警功能。单独换档是应厂家要求对某一指定档位进行试验。疲劳试验和效率试验分别对变速器的耐久性和传动效率进行测试。组态王6.01有丰富的画面制作系统，支持无限色和二十四种过滤色，并具有丰富的图库和图库精灵、丰富的动画连接向导。利用组态王6.01界面开发系统可给各种控制模式开发生动的界面，非常形象、美观。由于自动试验过程是本软件系统的关键，故以下仅对自动试验进行讨论。
3.1接口通讯参数
组态王与I/O设备之间的通讯很方便，主要通过以下几种方式进行通讯：串口通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口方式。组态王有丰富的数据类型，使用起来特别方便。
接口通讯参数如图3所示。
计算机通过检测现场数据，根据任务规划状态向PLC和变频器发送相应的控制指令。
现场数据包括：变速器当前档位、转速、扭矩、通过拉压力传感所测得的挂档力、离合器开关信号、变速器夹紧信号、轴承温度等。其中与PLC的通讯利用组态王的板卡通讯方式，组态王与变频器通讯采用组态王的串口通讯方式，组态王与现场数据通讯通过PCL818L扩展板卡来实现。现场数据用于检测工作状态是否到位和故障报警等，如机械手是否换档到位是根据现场采集的速度之比和配方中的速比是否一致来判断的，而温度、转速等指标又是故障报警的依据。
3.2自动换档过程的实现
3.2.1自动换档过程流程图
自动换档过程流程图如图4所示。
自动换档过程要完成松开离合器、换档、闭合离合器的动作和定时加载以及档位的自动更替。由于松开离合器、换档、闭合离合器都是在电机运转的情况下工作的，因而每一动作命令的发出都要先检验其条件是否严格满足以保证安全。离合器松开的条件为：电机的转速必须在预设的范围内；档档的条件为：必须检测到离合器已松开；离合器闭合条件为：换档到位。如果条件不满足就等待条件满足，但是等待时间也是有限制的，故采用定时器计时的方法来控制顺序动作等待时间。当档位换到位时，按该档位的测试参数加载，加载一段时间就可以测得变速器的加载能力，因而加载的定时也采用定时器来完成。加载计时完毕，将进行下一档位的测试，在程序中进入换档准备过程。在换档准备过程中，当前档位标志更替为下一个测试档位的标志，档位参数（变比、档位、加载扭矩、加载转速）更改为下一测试档位的参数。
3.2.2基于组态王编程实现自动档换过程
组态王事件命令语言可以规定在事件发生、存在和消失时分别执行的程序。离散变量名或表达式都可以作为事件。当该事件刚刚发生时，该单元的程序只执行一次；当该事件存在时，按照设定的时间间隔反复执行该单元程序；当该事件消失时，该单元程序只执行一次。事件命令语言存在时的循环执行程序与普通程序的while循环类似，但不完全相同。事件命令语言在事件存在条件下可以控制和调节系统循环执行的时间，因而有利于过程控制的定时操作。事件命令语言可以完成普通程序的if、while条件，同时可以达到定时功能。而且工业控制中很多都是通过离散状态变更来激发程序的流程。组态王命令语言形式很适合开发这种过程。
自动换档过程建立了多种工作状态：“换档准备”、“换档开始”、“换档成功”、“加载”、“运行”、“试验完成”等。以这些工作状态和计算机检测到的现场数据组合构成不同的事件，再以这些不同的事件之间相互激发、转换的逻辑关系实现自动换档过程的逻辑关系。
这里采用了组态王事件命令语言中事件存在时循环的定时功能。当程序进入定时器状态时，采用计数器进行倒计时，事件存在时命令语言其它的程序都处于不被激发状态。在这种状态下，通过设定计数器起始计数值n和事件命令语言存在时循环执行一次的时间t，可以设定定时器的定时T（T=n×t）。
组态王还具有配方功能。在制造领域，配方用来描述生产一件产品所用的不同配料之间的比例关系，具生产过程中一些变量对应的参数设定值的集合。不同型号变速器和不同档位的测试参数（转速、加载扭矩等）数据结构类型是一致的，只是比例关系不同，因而采用配方功能比例方便。
关键词：空调；DDC系统；节能
中图分类号：TU831．6
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2006)04-0167-02
收稿日期：2006-04-28
作者简介：余海敏(1973-)，女，江苏无锡人，工程师。
1 引言
在智能建筑中，暖通空调系统所耗费的能量要占到大楼消耗的总能量的50％～70％左右，特别是冷；东机组、冷却塔、循环水泵和空调机组、新风机组，都是耗能大户。所以在满足人们需要的同时，必须利用现代先进的自动控制系统，发展一种有效的空调系统节能方法，尤其用是在改善现有大楼空调系统自动化方面。
DDC(DirectDigitalContr01)直接数字化控制，是楼宇自控系统中一部分，能对建筑物内空调系统及其设备进行有效控制和管理，使系统在较佳的工况下运行，从而延长设备的使用寿命以及达到提供舒适的空调环境和节能之目的。
2 空调DDC系统的组成及主要功能
2．1空调DDC系统的组成
空调DDC控制系统，即利用计算机控制技术，将空调系统中各种信号(温度、压力、流量、状态等)，通过输入装置输入计算机，经相应程序运算处理，将处理后的信号经输出装置输出，进而控制相应的执行机构。其系统构成如图1所示。
2．1．1时钟：用来对各种输入、输出数据，各种运算时间进行调整及控制。
2．1．2程序存储器：存储各种应用程序，即用户为控制各种空调系统所编制的控制程序。
2．1．3工作存储器：用来进行读写，随机存取和临时存取数据。
2．1．4多路输入、输出控制器：多路输入控制器可将输入信号送入厶／D转换器中，将模拟量转换成数字量，输入微处理器进行运算。运算结果输入D／厶转换器，再经输出控制器至变送器及执行机构。
2．1．5DDC控制系统的相关软件：包括操作软件及应用软件。
2．2主要功能
2．2．1能量控制及管理功能。即根据建筑物实际冷、热负荷，对空调系统中的风系统和水系统进行控制，自动控制冷热设备运行状态及运行参数，使整个空调系统达到最佳节能状态。
2．2．2对空调系统及其冷、热源系统的相关参数进行调节控制及监测，对空调设备运行状态进行监测。
2．2．3空调设备如冷水机组、泵、风机等在规定时间的启停控制， 以达到节能目的。
2．2．4自动累积空调设备的运行时间，维修期限报警，以便更换或维修相关设备，延长设备使用寿命，提高设备的运行质量。
2．2．5根据空调设备运行时间，自动切换工作及备用设备，保持设备良好的工作状态。
2．2．6对空调系统的能量消耗进行计量，计费。
2．2．7各种物业管理文本的自动生成、打印及查询。
3 空调DDO系统的控制内容
3．1空调风系统
3．1．1定风量系统(CAV)
定风量系统为空调机吹出的风量一定，以提供空调区域所需要的冷(暖)气。当空调区域负荷变动时，则以改变送风温度应付室内负荷，并达到维持室内温度于舒适区的要求。常用的中央空调系统为空调机与冷水管系统。这两者一般均以定风量(CAV)来供应空调区，为了应付室内部分负荷的变动，在空调机定风量系统以空调机的变温送风来处理，在一般冷水管系统则以冷水阀ON／OFF控制来调节送风温度。
以新风机组为例，控制程序如下：①对新风机组进行启停控制；②新风机组风机启动后，新风阀联锁开启；③根据温度T1控制冷、热盘管电动阀MDl的开度；冬／夏工作转换后，冬季根据湿度H控制加湿器电磁阀MD2的开、关；④温度T1低至防冻报警温度时，自动切断风机电源，联锁关闭新风阀VD，全开电动水阀MDl，并发出报警信号；②过滤器积尘达到一定程度后，压差开关发出淤塞报警信号；⑧停机时，新风阀VD联锁关闭，电动阀MDl全关，关闭电磁阀MD2；⑦监测送风机运行状态。
3．1．2变风量系统(VAV)
新风机组用在变风量系统(VAV)区域，以出风温度及预设定的比值为控制方式。靠着送、回风及外气温度传感器来控制马达转速。控制程序如下：①出风温度感应到感温器(设定值)，DDC控制两通阀打开；②送冷气时，冷水感温器测得冷水离开冷排温度，调整出风温度状况，陆续利用DDC控制AHU变频器改变马达转速送出理想出风温度；③当冷水阀门关小至设定值，DDC控制器打开外气及回风风门，综合送风温度，直到外气风门关至最小开度以维持设定值送风风温，可兼外气空调利用；④低温限制感应混合温度控制以保护冷排不结冰。
3．2空调水系统
DDC系统对空调水系统的控制主要用于变流量系统。所谓变流量系统(VWV)，是以一定的水温供应空调机以提高热源机器的效率，而以特殊的水泵来改变送水量，顺便达成节约水泵用电的功效。
此系统冷水机组与冷：东水泵、冷却水泵、冷却塔为一对一方式运行。冷冻水泵、冷却水泵均设备用台，可根据冷水机组及冷却塔工况切换运行。①系统启动顺序：冷却塔风扇启动，开冷却塔水阀MDl，启动冷却水泵，延时30s后开冷水阀MD2，启动冷冻水泵，延时30s，启动冷水机组。系统关断方式取相反顺序。②根据水流开关FS信号，启动冷水机组。③以冷水流量F1及供、回水温度T1、T2之差的乘积计算冷负荷，对冷水机组进行台数控制，在只开一台情况下，对该机组进行变频控制。④根据P1、P2之差(系统供、回水压差)，调节电动阀MD的开度。根据空调末端设备负荷情况，调整旁通量，使冷水机组维持定流量运行。⑤对所有设备，包括冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、电动阀等进行开关控制，并应与冷水机组随机控制柜相联，并将信号传至主控室。⑧制冷剂泄露报警，并与系统机组及机故排风设备联动。⑦监测冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的运行状态、故障显示及报警，记录运行时间。⑧监控电动调节阀MD、MDl及MD2的开关状态。⑨对所有温度、压力、流量等参数进行监测、记录，可打印成表。
4 结束语
空调DDC系统虽然提高了自动控制部分的施工难度，但节约了空调运行费用，并解决了能耗计量问题。在我们所施工的博世(长沙)新建工程工程中，利用DDC系统来控制空调系统，在控制方式上作了改善。在使用过程中，由于DDC系统能自动控制、监测空调设备运行状态及运行参数，在保证效果的前提下，可最大限度达到节能的目的。
参考文献：
[1]丁高．空调系统DDC控制设计．暖通空调1994，24(3)：13～15。
[2]谭胤，张德源．智能中央空调节能系统设计实现．工业控制计算机，2005，18(5)：57～58．
[3]胡卫东．变风量空调系统控制的研究．长沙铁道学院学报，2001，19(1)：100～
[4]于梅春，刘泽华．自控在暖通空调系统中的应用和发展．节能技术，2003，21(2)：13―16．
【关键词】 机电一体化；创新发展；发展趋势
中图分类号： TH-39 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
机电一体化在讲科学、争创新的良好社会环境中飞快的发展，推动了机电自身的发展进步也促进了社会的发展。机电一体化是传统的机械行业与现在电子技术想结合，形成一种新的体系，是现代机械技术发展的要求和产物。机电一体化在很多高校中很受欢迎，学术种类繁多。根据我国国情，机电一体化需经过一定时间的发展，才能达到国际先进水平。这就需要采用边引进、边消化，进而改进、创新的方针，利用我国劳动力廉价的优势，引进、消化国外发展多年、比较成熟的技术进行来料加工、合资经营和独立经营，在较短时间内使一些产品达到国际水平。独立发展适合中国国情的、具有中国特色的机电一体化产品，做到引进利用、消化、改进、开发、创新，充实基础，积累经验，培养人才，积极稳妥地前进。
二、机电一体化发展方向的内容
1.技术设计的单元化
目前主要是从单元化技术来研发机电一体化技术。单元化是把系统分为几个单元模块，如工控机、运动控制卡、伺服电机及步进电机、CAN总线、电动机驱动器、回转单元等。在接口一致的前提下，将单元的设计完成后再结合，实现机电一体化系统具有高度的可扩展性以及互换性的优越性。
2.控制系统的树状网络化
控制系统的网络化是指把电子计算机作为节点，其它的运动控制卡、CAN卡等作为子节点，这样节点和子节点就形成了树桩的网络状态。在实现监控中，计算机把电机工作的情况和传感器的反馈信息进行处理，实现整个系统的优化整合，实现了网络把每一个控制点联系起来，实现对机电的控制，实现机电一体化。对控制对象的选择上，也能伺服电机来实现高精度的工作要求。利用计算机对不同节点信息进行处理，再将其反馈到每一个控制对象上，利用这种方法来完成协同控制。
3.系统应用的长久化
在进行机电的操作中，对机电的控制对象的数目来增加控制卡的数目，只要在电气上作出改动即可，或者对其它设备的添加来实现系统功能的扩展。比如：为了使图像定位和图像智能的控制准确性，可以通过添加几个工业摄像头的方式来实现。我国先进生产力的发展状况，其迅速发展的趋势预示着其有广阔的发展前景。
三、机电一体化技术创新发展前景概述
1．进一步实现机电一体化技术用途的广泛化
不管在小方面还是大方面，机电一体化的应用会更加的广泛，自动化产业的发展主要依赖机电一体化来实现，同时也是工业化、航天工业、各种国防工业技术的基础。纵观国外的机电一体化发展中，机电一体化发展较快的国家，带动了PLC工业控制的发展，应用更加的广泛。作为机电一体化的核心的程序控制器技术也不断的发展，带来了程序控制一体化的变革。PLC是工厂自动化控制的核心技术。但是，PLC的质量在不同品牌之间质量不一样，因为在把阶梯图的绘制转化成PLC的指令过程中遇到的困难较大
2.机电光一体化是必然要求
新世纪以来，随着半导体微电子技术、镭射技术的飞速发展，各种显示产业和生物科技的发展，使得机电一体化必然向机电光技术方向的发展。机构设计、精密制动器、人机界面、微处理器，程序或反馈控制、诊断信号的处理与错误、辨别图形、制程工程以及仿生人工智能是机电光技术的典型范围。机电光系统的类型可以根据光学、各种光学元件的互动程度及其组合特性分为三个类型。即光机整合的类型；内嵌光电或者光学装置的类型；在光学系统中嵌入机电装置。
四、机电一体化技术的具体方向
1.国际化方向的发展
全球经济的合作与发展，是机电一体化走向国际化的社会环境。由于计算机的发展，网络的便利性为发展科技、工业生产、科教文卫等都发生了巨变。地球村产生了地球经济，很多企业走出本土面向世界，国际间的经济合作交流促进了机电一体化技术的发展。机电技术创新发展的新产品能迅速走向全世界，畅销全球。
2．智能化方向的发展
21世纪的机电发展技术更加重视智能技术，智能技术是一个区别于传统机械技术的特征。机电一体化的智能化要求在以后的机电操作控制中，依赖于人工智能、运筹学、计算机信息学、混沌动力学等新的学科知识，模拟人类智能，实现机电一体化的优越性。智能化是发展趋势去很多地方受到应用，节约了更多的人工成本，实现以依靠科学进步提高工作效率的理想境界。
3．微型化的发展趋势
鉴于传统的机电一体化的庞大笨重，不易展开工作的缺点，电机一体化微型化起步发展于20世纪末。微型化的发展不仅提高了机械的一体化优越性，还体现微电子系统的优越性。
纳米技术是机电微型化发展的技术方向。目前的为机电一体化应用中，在生物、通信、制造业、医疗等领域有很好的影响力。但是主要存在的发展瓶颈是机电设备的复杂性导致不能与当前微电子技术同等的发展力度，机电一体化微型化的技术落后后微电子技术的发展。但是随着科技的进步，微机电技术一定也能得到更好的发展，从而促进机电一体化整体的微型化水平。
4．模块化的方向发展
模块化是机电一体化技术的主要发展方向。因为模块化的工作量大、繁琐、生产的厂家多，对零件之间的紧密配合的程度要求较高。如果各个零部件之间的配合不好，就有可能使得机电一体化技术不能很好地实现，这就需要对机电一体化进行模块化设计。模块化设计就是将多个要素组合在一起，构成一个子系统。多个子系统最后又组合成为一个整体，从而生成一个新的系统，产生不同的功能。
5.绿色化的方向发展
环保问题是任何一个技术发展首先考虑的问题，改过了以前片面追求经济效率而忽视环境保护的做法。绿色发展方向是主流方向，不仅是一个时代的技术发展趋势，也是人类创造科学文明必须遵守的准则。绿色产品能够使用最少的资源，达到最大的经济效益，同时对环境造成最小的污染，绿色产品在制造、使用和销毁的过程中都能够符合环境保护的要求，也不会威胁到人类的生存健康。
五、机电一体化技术发展的保障
单靠机电本身的发展是不科学的，应该得到多方面的保障。虽然机电一体化的发展速度很快，竞争力也很强。仍有其它问题存在，要保证机电一体化技术能够有一个较好的发展的措施，可以从以下的几个方面来进行：要让政府的决策高层认识到机电一体化技术的重要性；加强对机电一体化技术人才的培养；发展电力电子关键技术，加强对机电一体化技术的研究；注重理论与实际并行；积极推动“产学研合作”；机电产业要走进校园内部去寻找人才与合作；建立未来的研究对象。
六、结束语
机电一体化的发展中会不断的完善，控制系统也会强大，作为一个机电工作人员必须对它有个全面科学的认识。承认机电一体化技术在发展的成果，也要发现各种问题，毕竟机电一体化技术的发展时间不长，在发展的过程中还会面临很多困难和问题，我们应该坚持科学的发展观，认真分析机电一体化技术发展的现状，使得机电一体化能够在国家的发展当中做出更大的贡献。
参考文献：
[1]王海静.机电一体化技术的现状和发展趋势[J].教育教学论坛，2013（13）.
[2]苏林.浅谈机电一体化在喀拉通克铜镍矿的应用及发展对策[J].新疆有色金属，2008，31（3）.
