时间：2022-02-22 17:19:15
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篇自动控制应用，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：MATLAB；自动控制系统；系统响应；系统设计
0 引言
高职院校的学生重在强化职业技能的培养，而《自动控制原理》这门课程中除了讲解控制系统的工作原理外，控制系统的模型是一个非常重要的环节，对控制系统性能进行定量的计算和分析，离不开控制系统的数学模型，涉及到对微分方程数学模型的求解，用到Laplace变换及反变换，对系统响应超调量、上升时间、调节时间、峰值的求取，都要用到繁琐的数学计算，对系统时域或者频域稳定性的分析，绘制Naquist曲线和Bode图以及系统的校正与设计，如果全靠手工计算数据，手工绘图的话，费时费力，有时还得不到准确的数据和图像。
MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。
1 MATLAB在控制系统建模中的应用
MATLAB是国际控制界目前使用最广的工具软件，几乎所有的控制理论与应用分支中都有MATLAB工具箱。这里结合自动控制理论的基本内容，采用控制系统工具箱（Control Systems Toolbox）和仿真环境（Simulink），体会MATLAB的应用。
1.1 用MATLAB建立传递函数模型
1.1.1 反馈系统结构图模型
图1 反馈系统结构图
设反馈系统结构图如图1所示。控制系统工具箱中提供了feedback（）函数，用来求取反馈连接下总的系统模型，该函数调用格式为：G=feedback（G1，G2，sign）。
1.1.2 Simulink建模方法
在一些实际应用中，如果系统的结构过于复杂，不适合用前面介绍的方法建模。在这种情况下，功能完善的Simulink程序可以用来建立新的数学模型。
典型二阶系统的结构图如图2所示。用SIMULINK对系统进行仿真分析。
图2 典型的二阶系统结构图
将画出的所有模块按图2用鼠标连接起来，构成一个原系统的框图描述如图3所示。
图3 二阶系统的simulink实现
利用MATLAB命令plot（tout，yout），可将结果绘制出来，如图4所示。比较图4和图5，可以发现这两种输出结果是完全一致的。
图4 仿真结果示波器 图5 MATLAB命令得出
显示图 的系统响应曲线
2 利用MATLAB进行时域分析
2.1 线性系统稳定性分析
系统的零极点模型可以直接被用来判断系统的稳定性。另外，MATLAB语言中提供了有关多项式的操作函数，也可以用于系统的分析和计算。
2.1.1 直接求特征多项式的根
设p为特征多项式的系数向量，则MATLAB函数roots（）可以直接求出方程p=0在复数范围内的解v，该函数的调用格式为：v=roots（p）
利用多项式求根函数roots（），可以很方便的求出系统的零点和极点，然后根据零极点分析系统稳定性和其它性能。
2.1.2 系统动态特性分析
已知传递函数为：
利用以下MATLAB命令可得阶跃响应曲线如图6所示。
图6 MATLAB绘制的响应曲线
>>num=[0，0，25]；den=[1，4，25]；step（num，den） grid
title（1Unit-Step Response of G（s）=25/（s^2+4s+25
）1）
2.1.3 求阶跃响应的性能指标
已知二阶系统传递函数为：
利用下面的stepanalysis.m程序可得到阶跃响应如图 7及性能指标数据。
>> G=zpk（[ ]，[-1+3*i，-1-3*i ]，3）；
% 计算最大峰值时间和它对应的超调量。
C=dcgain（G） [y，t]=step（G）；plot（t，y） grid；[Y，k]=max（y）；timetopeak=t（k）
percentovershoot=100*（Y-C）/C% 计算上升时间。
n=1；
while y（n）
n=n+1；
end
risetime=t（n） % 计算稳态响应时间。
i=length（t）；
while（y（i）>0.98*C）&（y（i）
i=i-1；
end
setllingtime=t（i）
运行后的响应图如图6，命令窗口中显示的结果为
C=0.3000 timetopeak=1.0491
percentovershoot=35.0914 risetime=0.6626
setllingtime=3.5337
图7 二阶系统阶跃响应
2.1.4 利用MATLAB绘制系统根轨迹
控制系统工具箱中提供了rlocus（）函数，可以用来绘制给定系统的根轨迹。
已知系统的开环传递函数模型为：
利用MATLAB命令可容易地验证出系统的根轨迹如图8所示。
3 利用MATLAB进行频域分析
3.1 用MATLAB作奈魁斯特图
虑二阶典型环节：
图8 系统的根轨迹
利用下面的命令，可以得出系统的奈氏图，如图9所示。
>> num=[0，0，1]；den=[1，0.8，1]；nyquist（num，den）% 设置坐标显示范围
v=[-2，2，-2，2]；
axis（v）
grid
title（′Nyquist Plot of G（s）=1/（s^2+0.8s+1）′）
图9 二阶环节奈氏图
3.2 用MATLAB作伯德图图
给定单位负反馈系统的开环传递函数为：
利用以下MATLAB程序，可以直接在屏幕上绘出伯德图如图10。
>> num=10*[1，1]；den=[1，7，0]；bode（num，den）grid
title（′Bode Diagram of G（s）=10*（s+1）/[s（s+7）] ′）
该程序绘图时的频率范围是自动确定的，从0.01弧度/秒到30弧度/秒，且幅值取分贝值，ω轴取对数，图形分成2个子图，均是自动完成的。
图10 自动产生频率点画出的伯德图
4 利用MATLAB进行频域法串联校正
利用MATLAB可以方便的画出Bode图并求出幅值裕量和相角裕量。通过反复试探不同校正参数对应的不同性能指标，能够设计出最佳的校正装置。
给定系统如图11 所示，试设计一个串联校正装置，使系统满足幅值裕量大于10分贝，相位裕量≥45o。
为了满足上述要求，我们试探地采用超前校正装置Gc（s），使系统变为图12的结构。
图11 校正前系统
图12 校正后系统
引入一个串联超前校正装置：
我们可以通过下面的MATLAB语句得出校正前后系统的Bode图如图13，校正前后系统的阶跃响应图如图14。其中ω1、γ1、ts1分别为校正前系统的幅值穿越频率、相角裕量、调节时间，ω2、γ2、ts2分别为校正后系统的幅值穿越频率、相角裕量、调节时间。
>> G1=tf（100，[0.04，1，0]）； % 校正前模型
G2=tf（100*[0.025，1]，conv（[0.04，1，0]，[0.01，1]）） % 校正后模型
% 画伯德图，校正前用实线，校正后用短划线。
bode（G1） hold bode（G2， ′――′）%画时域响应图，校正前用实线，校正后用短划线。
Figure G1_c=feedback（G1，1） G2_c=feedback（G2，1） step（G1_c） hold step（G2_c， ′――′）
图13 校正前后系统的Bode图
图14 校正前后系统的阶跃响应图
可以看出，在这样的控制器下，校正后系统的相位裕量由28o增加到48o，调节时间由0.28s减少到0.08s。系统的性能有了明显的提高，满足了设计要求。
5 结论
通过MATLAB在建模、时域分析、频域分析、系统校正中的应用可以看到，MATLAB工具箱在自动控制原理课中的应用无处不在，MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能，从而很好地帮助老师和学生解决《自动控制原理》这门课中实际的数据计算、图形绘制、性能指标求取以及系统校正与设计等技术问题。
参考文献：
[1]黄中霖.控制系统MATLAB计算及仿真[M].北京：国防工业出版社，2001.
[2]王正林，王胜开，陈国顺.Matlab/Simulink与控制系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3]尹瑞竹.Matlab软件在自动控制原理教学中的应用[J].学术论坛，2007.
[4]刘卫国，陈昭平，张颖.MATLAB程序设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2002.
[5] 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计[M].北京：机械工业出版社，2005.
关键词：智能、自动控制、DDC-direct digital control（微机直接数字控制）、温度传感器、二通调节阀、能源、风阀执行器。现场总线、BACnet标准
目 录
第一部分：引言……………………………………………2
第二部分：空调机控制原理及特点………………………3
第三部分：总线系统在控制中的运用……………………9
第四部分：自动控制的发展………………………………11
第五部分：结束语…………………………………………12
第六部分：工程实例：（XXXX空调系统）…………… 13
：10000多字的专科毕业论文
有参考文献
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1污水处理系统中自动化技术的应用现状
所谓自动控制系统就是把控制设备、执行器件、检测元件和主计算机之间利用通信网络连接起来，这样主计算机可以对它们进行集中控制，进而达到集中监控、集中调度、集中分析和集中数据处理的目的。经过对国外引进技术和设备的消化和吸收，我国的污水控制系统也有所进展。工业Ethernet配合着FCS，再与PLC控制站结合起来，这种自动控制系统是我国最新一代的控制系统。现在自动控制系统在污水处理中的应用有了新的进展，如FCS、PLC、DCS等。其中FCS是现场总线控制系统（FieldbusControlSystem），近年来它发展迅速，可以算得上是最新型的自动控制技术，它旨在用网络传输代替比较传统的硬件传输，这是FCS通过现场控制网络将众多控制器、传感器和执行器连接起来实现的。PLC是可编程控制系统（ProgrammableLogicControlSystem），它使用计算机技术以实现开关量的逻辑控制，其最大的优势就是具有超高的可靠性和抗干扰能力，这种优势使它在污水处理中占有很重要的地位。DCS是集散控制系统（DistributedControlSystem），它是一种新型的4C控制技术，实现了连续物理量的监视与调节，与PCL相结合的DCS控制系统在污水处理厂中的应用可以说已经相当成熟了。
2自动控制系统在污水处理过程中的特点以及主要表现
2.1自动控制系统的主要特征
相比于其他的自动控制系统，在污水处理中应用到的自动化控制系统比较繁琐复杂。因为其中涉及到的物理量非常多，而且其中不仅有模拟量，还有数字量。与此同时，控制方式也有开环控制和闭环控制、顺序控制和时间控制等多种控制方式。而要使处理后的水质达标，就要使处理过程中的各项参数都要合格。这就需要对处理设备的运行状态、进排泥量和排水量等进行综合控制，这无疑会加大自动控制系统的复杂性。现在的自动控制系统已经具有良好的开放性、适应性和经济性等，这和自动控制系统有简单的逻辑控制阶段发展成为分散控制阶段是密切相关的。
2.2自动控制系统在污水处理过程中的主要表现
2.2.1过程控制。自动控制系统对污水处理整个过程中的工艺参数以及流程进行实时监控和采集分析数据，然后根据分析结果对现场的设备的运行进行控制，这就是我们所说的自动控制系统的过程控制。其中可以实现运行数据的采集和存储、调度和管理。整个运行过程的系统是中央控制系统，中央控制系统可以对整个工艺的运行和停止以及一些紧急事件进行直接控制。2.2.2在线监视功能。在线监视功能使动态的工艺流程图显示在中央控制室的计算机屏幕上，同时可以显示在子站界面上的是现场设备的运行状态和一些非常重要的工艺参数的变化情况。必要的情况下，我们可以利用鼠标和键盘对系统的运行状态进行干预。2.2.3故障诊断及报警处理。当设备在运行过程中产生一些可以或者不可以避免的故障的情况时，故障诊断功能可以将其监测出来，并随后进行查找和报警。此外，故障诊断系统还可以分析和调整一些简单的事故，从而使系统运行更加稳定。报警时系统可以显示报警的画面，这样可以让操作人员在对故障进行处理时得到提示。
3自动控制系统在应用时存在的问题及今后的改进方向
3.1自动控制系统在应用时存在的问题
虽然上述过程中我们的确展示了自动控制系统的众多优势，但是自动控制系统的发展毕竟还是不够完善，从各个污水处理厂的调研中我们总结了自动控制系统现今存在的一些问题：3.1.1自动控制系统的在线稳定性不够。随着PLC、DCS以及FCS技术的发展，自动控制系统的稳定性已经得到了一定的提高。但是由于污水处理实在是一个很复杂的过程，系统中的设备在运行过程中会涉及很多参数，而且每个参数还在不断的变化中，这就给自动控制系统对整个污水处理过程进行有力的监督控制造成了障碍。所以，一般污水处理厂除了自动控制系统外，还需要现场的工作人员来操控运行过程，并对有些分析结果进行调整，以期保持整个处理系统的稳定性。3.1.2已建的污水厂存在仪器、工作人员方面的限制性因素。目前大部分已建的污水处理厂的自控技术水平落后，污水处理效能与自控关系不明确，与之配套的自控设备和仪器匮乏，同时现今的排放标准也普遍提高，再加上污水处理过程中与自动控制设备相关的自动化方面的知识比较复杂，引进的大部分设备都是外文说明书，厂区的工作人员缺乏必要的自动控制方面的知识，这些劣势只靠对厂内工作人员的培训是无法轻易转化的。3.1.3目前我国众多的污水处理厂虽然监视良好、但是控制能力却明显不足。对于监视过程中得到的数据，工作人员并不能很好地进行分析和利用，这样就使自动控制系统失去了一开始我们想要它能提供给的便捷。并且自动控制系统在污水处理厂的运行过程中带来的由于节能降耗引起的直接经济效益并没有被充分认识到，这从另一个方面阻碍了风险投资者在投资污水处理厂时对自动控制系统的投资欲望。与此同时，自动控制系统引入污水处理厂后可以保障污水的排放达到标准，提高环境效益和社会效益，在这点上污水处理厂监管部门的认识也不到位，他们缺少与风险投资者的协调，以上种种都是限制自动控制系统在污水处理厂推广的重要原因。3.1.4自动控制系统本身还有待完善。例如与自控技术相关的软件、仪器行业并不规范，先进的自动控制技术大都从国外引进等。更详细一点举例，像污水处理过程中使用的探头很多，它们用于数据的采集，且都是被淹没在污水中的。但是如我们所知污水中的成分相当杂乱，这些探头很容易被缠结进而影响采集数据的准确性，更有甚者会损害探头。
3.2自动控制系统今后的改进方向
一是在自动化控制系统的稳定性还没有得到确保时，污水处理系统中应该配备必要的工作人员，以弥补自动控制系统稳定性不够带来的分析结果的误差。二是接下来一段时间内应该在污水处理厂中配备相应自动控制方面的专业人员，这样既可以对其他厂区的工作人员有一定的培训和指导，也可以避免因工作人员专业素养不够引起的操作失误甚至事故。这对厂区的正常运行有很大的影响。三是依然要不断开发智能控制在污水领域的应用深度，如模糊控制、神经网络控制、专家控制等技术，这些技术仍然需要理论上的进一步发展。通过数学建模和仿真，结合污水处理新技术的市场需求，将这些智能控制方法相结合，争取提出更加行之有效的新控制策略。四是争取将污水处理厂的自动控制系统与高速数字技术和网络技术结合，通过遥感遥测遥控技术实现污水处理厂的自动控制，以解放所有的现场操作人员。
4结语
中图分类号：TB486+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0148-01
自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最引人瞩目的高技术之一。同时自动控制技术是当展迅速，应用广泛，是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术。自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论；第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论；第三代为60年代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制理论。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
一、自动控制的应用领域分析
自动化控制系统的研究，几乎涵盖所有应用科学知识与技术的结合，领域范围及牵涉的科学知识与应用工具相当广泛，作为交叉学科，自动控制与其他很多学科有关联，尤其是数学和信息学，在制造，医药，交通，机器人，以及经济学，社会学中的应用也都非常广泛。自动化控制的应用领域一般可分为下列几类：
1、工厂自动化控制，又称为生产自动化控制，即利用自动化的生产设备，一贯作业的生产方式，从事有效率的产品生产。2、设计自动化控制，即利用电脑软件技术及应用，将所需设计的资料，转成控制程序或生产流程，而且以简单的图或语言，来表示或执行制造过程的自动化控制的运作。3、实验室自动化控制，即利用自动化设备与电脑软件技术及应用，或可编程控制器等设备，结合温度、湿度、压力、流量等传感器，将实验室的控制程序或生产流程，及所需实验结果的资料，转成简单的图或语言，来表示或执行实验室的自动化控制作。4、检测自动化控制，即利用自动化的检测设备与电脑软件技术及程式应用，结合温度、湿度、压力、流量等传感器设备，能自动地检测样品，并将检测的物理量的资料，转成简单的图或语言，来表示检测结果。5、办公室自动化控制，即利用软件程式技术及应用，将办公室的文书资料或文书档案，做有效率的管理。6、家庭自动化控制，即利用自动化的设备与电脑软件技术及程式应用，结合家庭用设备，提高家庭舒适度与居家安全。7、服务自动化控制，即利用自动化的设备与电脑软件技术及程式应用，结合各式各样的自动化设备或传感器，监测、纪录、转接、通知、执行运作等，以供顾客或使用者，能快速处理相关作业或快速处理所遭遇的问题。
上述七大类自动化控制的范畴及其相关产品与设备，占社会经济产值相当比重，对国家社会经济影响很大，非常值得深思研究与发展应用随着自动化技术的发展与应用。
二、现代控制理论的发展及基本内容
经典控制理论虽然具有很大的实用价值，但也有着明显的局限性。其局限性表现在下面二个方面：第一，经典控制理论建立在传递函数和频率特性的基础上，而传递函数和频率特性均属于系统的外部描述（只描述输入量和输出量之间的关系），不能充分反映系统内部的状态；第二，无论是根轨迹法还是频率法，本质上是频域法（或称复域法），都要通过积分变换（包括拉普拉斯变换、傅立叶变换、Z变换），因此原则上只适宜于解决“单输入――单输出” 线性定常系统的问题，对“多输入――多输出”系统不宜用经典控制理论解决，特别是对非线性、时变系统更是无能为力。
现代控制理论正是为了克服经典控制理论的局限性而在20世纪50、60年代逐步发展起来的。现代控制理论本质上是一种“时域法”。它引入了“状态”的概念，用“状态变量”（系统内部变量）及“状态方程”描述系统，因而更能反映出系统的内在本质与特性。从数学的观点看，现代控制理论中的状态变量法，简单地说就是将描述系统运动的高阶微分方程，改写成一阶联立微分方程组的形式，或者将系统的运动直接用一阶微分方程组表示。这个一阶微分方程组就叫做状态方程。采用状态方程后，最主要的优点是系统的运动方程采用向量、矩阵形式表示，因此形式简单、概念清晰、运算方便，尤其是对于多变量、时变系统更是明显。特别是在Kalman提出的可控性和可观测性概念和极大值理论的基础上，现代控制理论被引向更为深入的研究。现代控制理论研究的主要内容包括三部分：多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论。由于篇幅所限，有关现代控制理论研究的具体内容请参见有关文献，这里从略。
三、自动控制技术发展历程分析
自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。随着电子计算机技术和其他高技术的发展，自动控制技术的水平越来越高，应用越来越广泛，作用越来越重要。自动控制技术的发展大致可分为以下几个发展阶段：40年代到60年代初，该阶段以市场竞争、资源利用、减轻劳动强度提高产品质量、适应批量生产需要等因素为需求动力。主要技术特点为各种单机自动化加工设备出现，并不断扩大应用和向纵深方向发展。60年代中到70年代初期，该阶段以市场竞争加剧，要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度为需求动力。主要特点为主要以自动生产线为标志，在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，同时软件数控系统出现并用于机床。70年代中期至今，该阶段以市场环境的变化，使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展，使其各相关技术高度综合，发挥整体最佳效能为需求动力。主要特点技术特点是把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。
关键词：计算机 自动控制系统 概念 应用
中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0045-01
1 计算机自动控制系统
计算机自动控制系统是将计算机技术和自动控制技术的发展基础上，将两者有效的结合在一起，并在多个领域内进行有效的运用，而且其发展越发的成熟，所取得的成果也更为显著。由于在传统控制理论中，其计算步骤和控制系统较为复杂，其理论知识在实际落实中具有较大的难度，对控制系统潜在的运行需求不能更好的满足。近年来，控制理论的不断发展，通过对自动控制系统的分析、设计和综合等方面提供了充足的理论基础，再加之计算机技术的快速发展，为现代控制系统的发展提供了一个良好的平台，这对于现代自动控制技术的发展起到了极为重要的作用。
在典型连续控制系统中，通常其结构因素有给定值、控制器、执行器、被控对象、被控参灵敏、检测装置及反馈值等，其系统内的信号都以连续信号为主，而且对于反馈值和定值的比较也是通过比较器来进行的，对于计算中可能出现的偏差则由控制器为进行调节。这样利用控制信号来对驱动执行机构进行控制，从而将被控参数数值有效的控制在预期范围内。而当控制器和比较器利用计算机来代替时，即不会对其作用进行改变，而且功能也照常发挥，但这样一来就形成了一个典型的计算机自动控制系统。在该系统中，信号是以数字信号的形式存在的，被控参数以模拟量为主，而执行器的输入信号也是模拟信号，基于此中原因就需要一个转换器A/D，可以进行数字信号和模拟信号之间的相互转换。
2 计算机控制系统的控制过程
计算机控制系统的控制过程分为两个部分，即：数据采集处理和实时控制，所谓数据采集处理是指通过被控对象的被控参数及时进行检测，并将其输入到计算机中进行处理的过程。而实时控制是通过已经设计好的控制规律来对控制量进行，并能够及时对控制信号发送至控制器。所以对于计算机自动控制系统来讲，其控制过程需要确保其实效性和实时性，在设计允许范围内对信号输入、计算和输出时间进行控制，而且在计算机自动控制下对使其控制程序不断的重复，使系统能够达到预先设计的品质要求，通过在工作中对异常状态进行实时监测，从而能够及时对其进行正常处理，确保被控参数和设备的正常运行。
3 计算机控制系统的组成及特点
硬件和软件两部分共同组成了计算机的控制系统，它包括过程输入/输出通道、计算机、操作台、外部设备、系统软件及应用软件等。通过计算机接口来进行命令的发部，同时实时检测和处理被控对象参数，在计算机和被控对象之间设置的信息传送和转换的连接通道作为过程输入/输出通道。通过过程输入通道可以将被控对象的被控参数转换为可以利用计算机来进行控制的数字代码。而通过过程输出通道，则将输出的控制命令和数据转换成控制信号。过程输入/输出通道一般分为：模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道；外部设备是用来实现计算机和外界交换信息的设备。软件是指能够完成各种功能的计算机控制系统的程序系统。计算机控制系统和连续控制系统虽然都是作为控制系统，但却具有各自的特点，在连续控制系统中其信号都是以模拟信号为主，其控制规律是由模拟电路实现的，而且模拟电路随着控制规律的复杂性而变得越多，如果需要对控制规律进行修改，则需要将原有的电路结构进行改变。而在计算机控制系统则以模拟信号和数字信号为主，对于需要进行控制规律修改时，则只需要对其相应的程序进行修改即可。
4 计算机控制系统类型及应用要点把握
4.1 操作指导控制系统
操作指导控制其在结构上属于开环控制，由于其结构较为简单，而且能够实现灵活控制，具有较好的安全性和可靠性，但该系统的运行需要由人工进行操作，这样的话，速度将会受到必然的限制，所以将会不适应快速过程控制及过个对象控制的情况。在该系统中，被控对象并不由计算机的输出进行直接控制，只是计算机在每隔一段时间内则会对数据进行一次采集，而且经由转换器后由计算机对基进行计算和处理，然后进行报警、打印和显示。由其所显现出来的结果为依据，操作人员对调节器的给定值进行改变或是对操作执行机构进行直接操作。
4.2 直接数字控制系统
近年来，由于计算机广泛应用于工业过程控制中，而直接数字控制系统也可称DDC系统，这是最为普遍的一种模式。计算机通过巡回检测一个或多个系统参数，随之将检测数据通过输入通道送入计算机，计算机再根据设定的控制规律进行相关运算，最后发出控制信号对执行机构进行直接控制，使系统的被控参数达到预定的要求。在DDC系统中的计算机参与闭环控制过程，它不仅能取代模拟调节器，实现多回路的PID（比例、积分、微分）调节，而且只通过改变程序就能有效地实现较复杂的控制。
4.3 监督计算机控制系统
该系统又叫SCC系统。在SCC系统中， 计算机按着描述工作过程的数学模型，计算出最佳给定值送入模拟调节器或者DDC 计算机，最后由模拟调节器或者DDC计算机控制工作过程，从而使工作过程始终处于最佳工作状态。
4.4 分级计算机控制系统
其主要是由微处理器和实现对计算机各部分任务进行控制的计算机控制系统所组成，利用该系统，可以将任务进行分散，不同的任务利用不同的计算机来进行分别执行，不仅能够实现控制，而且可以更好的实现管理任务。而且分级计算机控制系统属于四级系统，每一级的计算机都承担着各自不同的任务。装置控制级通过对工作过程中和单机进行控制，部门都督级对所获得的工作数据进行优化控制，管理集中控制级通过对人员及部门的协调和协配，向上级及时反映装置控制级及部门都督级的情况；而长期发展规划及各种计划的制定则由经营管理级来完成，同时其通过接收的各部数据来实现对对全局的总调度。
5 结语
随着科学技术的快速发展，计算机技术得以更好的普及，而且控制器无论是类型、性能还是价格都呈多样化发展，这就为自动控制系统中计算机的应用提供了一个良好的平台，这就需要加强计算机自动控制系统知识的学习，确保相关技术人员能够在实践工作中实现更好的控制效果。
参考文献
[1] 张晓元.现代计算机控制系统及其应用探讨[J].广东科技，2007（15）：191-192.
关键词：自动化控制；化工企业；安全生产；应用
计算机的出现，使自动控制理论/技术，在工业领域的应用愈发广泛，如何合理、安全地对自动控制系统加以应用，现已成为技术人员关注的主要问题。围绕其展开探究，不仅可以降低劳动强度、提高生产效率，还能促进自控系统的发展与完善。
1自动控制系统的应用意义
当今社会正处于转型关键期，如何在市场竞争愈发激烈的大环境下及时抢占高地，自然成为化工企业思考的主要问题。一般来说，化工自动化所包含内容，分为硬件和软件，实际应用方向，以紧急停车、温度记录等为主。化工企业在生产过程中，可以通过升级机械设备硬件的方式，达到自动化操作的目的，尽量减少需要人工参与的环节。另外，还可以通过设置自动化软件的方式，将化工生产所具有自动化水平提升。对化工企业而言，要想凸显自动化、现代化的优势，关键是做到化工自动化，只有这样才能减少支出、增加收益。
2自动控制系统的应用策略
实践证明，应用自动控制系统，既能够提高生产的稳定性、安全性，还能够提高生产的质量、产量，这和预期目标十分契合。自控系统的优势主要体现在三个方面，首先，免维护；其次，良好的稳定性；最后，可以适应企业拓展需求，控制现场工艺。
2.1故障诊断
化工安全生产主要具有以下几个特点：其一，生产规模大，需要多个环节的配合，才能顺利完成生产；其二，生产周期长，极度需要可靠、稳定的工艺；其三，生产环境复杂，具有易燃易爆、高腐蚀等特点，发生安全事故的概率较高；其四，工艺要求高，例如环境、温度和湿度，一旦有错误出现，整个过程都会受到影响。由此可见，化工企业安全生产涉及诸多环节并应用大量设备，一旦有故障发生，往往会给后续环节带来极大的影响。应用自动控制系统可以通过对故障进行诊断的方式，及时发现并解决设备问题，避免所带来影响的进一步扩大。作为高危行业的代表，化工企业在生产过程中，较易面临机械出现故障的情况，由此而引发的问题，不仅仅局限于损害产品质量，还包括增加安全事故发生概率。合理应用自动控制系统所具有故障诊断功能，可以第一时间发现故障并报送给技术人员，再由技术人员根据导致问题出现的原因，制定相应的解决措施。通过上文的分析可以看出，自动控制系统所具有主要特征为故障诊断，这对化工企业所获利益的增加，具有积极作用。
2.2系统监测
化工生产所不可或缺的环节为仪表监测，该环节的作用，主要是帮助技术人员发现并处理安全隐患，防止事故扩大，导致企业蒙受不必要的损失。一般来说，仪表监测的内容，主要是压强和湿度，这是因为实时监测并掌握相关数据，有助于技术人员及时发现异常。另外，仪表监测的作用，还包括通过发生故障时转换生产模式的方式，减少故障所带来影响，以及分析并纠正人员不当操作。某化工企业在生产过程中，应用自动控制系统对可燃气体和有毒气体进行了探测。可燃气体的探测要求如下：水平覆盖面积不超过5m，有效覆盖面积以20m2为最佳。有毒气体的探测要求如下；室内，释放源和探测器的距离不超过1m；室外，释放源和探测器的距离不超过2m。
2.3安全装置
人工被自动化取代是大势所趋，这样做好处不仅体现在降低支出、提升经济效益的方面，还包括使安全生产的目标成为现实。由此可见，自动化控制既是社会进步的要求，也是企业转型的关键。现阶段，化工企业普遍将安全生产作为工作重心，出于提高生产安全性的考虑，越来越多企业选择将自动控制系统引入生产过程，所取得效果十分显著。研究表明，安全自动装置的作用，主要体现在两个方面：其一，尽量避免技术人员在事故现场工作，减少人员伤亡，提高生产所具有安全性；其二，及时发现并解决安全隐患，充分发挥预设程序的作用。在危险性较高的生产环境和环节中，安全自动装置的作用是不可替代的，对其加以应用，可以有效替代人工操作，在保证操作质量的同时提高操作效率。
2.4紧急停车
只有高效掌握并控制运行全过程，才能实时跟踪并了解设备状态。作为自动控制系统之一的紧急停车系统，在实时监控、跟踪设备状态方面，具有其他系统所无法比拟的优势。如果在生产过程中，技术人员借紧急停车系统之“手”，发现了设备的潜在问题，可以视情况决定是否紧急停车，尽量将安全问题带来的影响降到最低。以集散控制系统为参考，对紧急停车系统进行分析，可发现以下特点：其一，由检测和执行单元构成；其二，具有超限安全停车的功能；其三，呈现出间断、静态的工作状态；其四，安全级别高，需要进行认证。
2.5控制计算功能
近几年，计算机被大量应用到各行各业，对自动控制能力的提升起决定作用。应用自动控制系统进行安全生产，对化工企业控制计算机的能力具有较高要求，这是因为合理应用计算机可以使自动控制系统可靠性、安全性得到优化。以化工仪表为例，对计算机加以应用，不仅能够保证仪表正常运行，还可以提高数据计算的准确性，使仪表运行获得有力保障。另外，化工仪表在计算方面所具有的优势，可以使人员计算强度得到大幅降低，化工生产安全性，通常会随着计算精准度的提升而提升。
2.6安全自动化装置
化工企业为实现安全生产，对自动控制系统的应用较为广泛，在自动化装置中安全装置是其重要组成部分，在实际应用中发挥着良好的作用。安全自动化装置在实际应用中主要有2个方面的作用：①能及时发现潜在安全隐患，并通过预设程序采取对应的解决措施；②可以减少员工在事故现场的操作，这样能在事故发生时减少人员的伤亡，确保生产的安全性。自动化装置在生产较为危险的环节与环境中发挥着不可替代的作用，能够对人工进行有效的代替，完成人工所不能完成的操作。
2.7装置自动连锁报警系统
化工企业的设备在运行过程中，速度往往都比较快，如果在高温或者高压的环境下，很有可能引发安全事故。所以需要对化工生产过程进行自动化控制，对生产环境进行实时的监测，确保生产环境满足生产要求。如果化工生产过程中发生安全事故，在装置自动连锁报警系统的作用下，能通过报警及时了解故障的位置以及产生的原因，并通过有效的应对措施，对故障问题进行处理，确保设备能保持良好的运行状态。
2.8计算功能的控制
计算机在各行各业中的应用十分广泛，对提升企业自动化控制能力等方面发挥着重要作用。在化工生产中应用自动控制系统，需要对计算机的控制能力进行提升。化工生产过程中，自动控制系统的安全性与可靠性需要高效的自动控制系统，需要计算机发挥其重要作用。在化工仪表中应用微型计算机，能确保仪表正常运行的同时，对相关的数据信息进行精准的计算，为仪表的运行提供保障。同时化工仪表强大的计算能力，能降低工作人员的计算强度，确保计算的精准性。在微型计算机高效的计算能力下，仪表的精准度大幅提升，为化工安全生产打下坚实基础。
关键词 电气自动；控制系统；应用
中图分类号TM92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）97-0053-02
0 引言
工程技术通过理解并控制自然而造福于人类，控制系统工程师通过理解和控制我们环境的一部分，即所谓的系统，为社会提供经济实用的产品。为了达到对系统的控制目的就要理解系统，但是，控制工程也常常对尚未充分理解的系统实施控制，例如对化工过程的控制。控制工程最显著的特点就是对各类机器、工业生产过程及经济活动过程实施控制，以造福于社会。除了在航空航天、导弹制导、机器人技术等领域中，自动控制系统具有特别重要的作用之外，在现代机器制造业、化工过程、交通管制系统等实用工业自动化和复杂的现代系统中都是不可缺少的组成部分。
1自动控制简述
在科学技术发展过程中，自动控制技术扮演了十分重要的角色。在飞行器制导、机器人控制、现代机器制造业生产流水线和工业过程控制方面，到处能看到自动控制的影子。没有自动控制技术的应用就没有现代工业的成果。日常生活中也有许多自动控制的应用实例，如市场上常见的高压锅上的安全阀就是一个简单的控制系统，当锅内因过热导致压力过高时，安全阀会自动打开从而减压。即使是一个生物体，我们也能看到自动控制的实例，当我们感到热的时候，我们就会出汗，当体温下降后，汗腺又会自动收缩，这是身体的控制器官、感知器官、执行器官协调工作的结果，它们形成了一个闭环控制系统。控制系统有多种多样的结构，闭环控制系统是其中重要的一种。
2 闭环控制系统和开环控制系统
2.1 闭环控制系统
凡是系统输出信号对控制作用能有直接影响的系统，都叫做闭环系统。闭环系统也就是反馈控制系统。输入信号和反馈信号(反馈信号可以是输出信号本身，也可以是输出信号的函数或导数)之差，称为误差信号。误差信号加到控制器上，以减小系统的误差，并使系统的输出量趋于所希望的值。换句话说，“闭环”的涵义就是应用反馈作用来减小系统的误差。
在工业生产和日常生活中，广泛应用着闭环控制系统。例如：位移跟踪系统(又称随动系统)、大多数的机床数控系统、冷藏设备、热水器、空调器等，都是闭环系统。
2.2 开环控制系统
如果系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则叫做开环控制系统。在开环控制系统中，既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较。图1表示开环控制系统输入量与输出量之间的关系。目前的洗衣机就是开环系统的例子。洗涤、漂洗、脱水过程，依次进行，无需对其输出信号，即衣服的清洁程度进行测量。类似的开环系统例子还有采用时基信号控制的交通管制系统，这种系统并不测量车的实际流量，完全由时间来控制。
图l开环控制系统
在任何开环控制系统中，系统的输出量都不被用来与参考输入进行比较。因此，对应于每一个参考输入量，都有一个相应的固定工作状态与之对应。这样，系统的精度便决定于校准的精度。为了满足实际应用的需要，开环控制系统必须事先精确校准，并且在工作过程中保持这种校准值不发生变化。
当出现扰动时，开环控制系统就不能完成既定的任务了。因此，只有输入量与输出量之间的关系已知，并且不存在内扰与外扰的情况下，才可以采用开环控制。应当指出，沿时间坐标轴单向运行的任何系统，都是开环系统。
3 自动控制系统举例
3.1 汽车驾驶控制系统
如图2所示，汽车的行驶路线由方向盘控制，驾车人控制方向盘。驾车人通过眼睛观查汽车是否偏离预计的路线，当汽车偏离路线，即产生误差信号时，驾车人调整方向盘，减小误差，直到回归正确路线，这是人工闭环系统。当用自动驾驶仪替代驾车人，由导航仪根据事先确定的路线驱动汽车行驶，则这样的控制系统就是自动驾驶控制系统了，当然，对于汽车来说，除了方向控制之外还有其他控制系统。
3.2 汽轮发电机控制系统
图3是汽轮发电机控制系统图，为了对能耗进行有效的自动化管理，发电厂采用计算机对发电过程进行自动化管理，使耗能负荷平稳均匀，以便节省燃料消耗。在这个系统中，计算机是控制器，它将预期的氧气含量、温度、压力、发电量与实际测定的值进行比较，产生控制信号，以控制锅炉的给水、燃料、空气阀门的开度，使之达到预期的性能指标。
3.3机器人
机器人是一种与自动化技术密切相关、由计算机控制的机器。工业机器人是自动化的一个特定分支，它是指专门用于替代人工劳动的自动化机器，因而具有某些拟人化特征。机械手是常见的机器人，它能在一定程度上模拟人的手臂和手腕，协助人类完成一些特定的工作。
3.4 控制工程实践
工业过程(加工、制造等)中若采用自动控制而非人工控制，常称之为自动化。在化工、造纸、电力、汽车、钢铁等工业行业中，自动化已经非常普遍。自动化成了工业社会的主旋律，工厂普遍应用自动化机器设备来提高生产产量，以便弥补由于工人加薪和通货膨胀所带来的成本增加。
此外，现代工业还致力于提供越来越精密、可靠和性能好的产品。例如，精密可靠的控制在过去的几十年中显著地提高了汽车性能。自动化最早在汽车工业中得到普及。传送带与自动化机床相结合，形成了很长的自动化生产线，可以在几乎没有操作人员干预的情况下，生产汽缸之类的引擎零部件。在车身生产中，使用自动给料机和高速冲压机，可提高板材成型的效率。在设计和生产都相对成熟的其他领域，如汽车水箱生产中，自动化生产线已经完全取代了人工操作。
在现代应用中，自动化可以定义为利用程控指令对指定对象进行操纵，并通过信息反馈确认指令是否被正确执行的一项工程技术。自动化通常应用于过去由人工操作的场合，一旦实现了自动化，系统就可以不要人工干预或协助，而且还能比人工操作运行得更准确、更快捷。一个半自动化的系统则同时需要人工操作和机器操作。例如，许多汽车自动装配线需要操作人员与机器人的密切配合。
冶金工业是另一个在自动控制方面取得相当成就的行业。事实上，在很多场合，控制应用甚至超前于控制理论，如热轧厂对温度、板材的宽度、厚度和产品质量等都实施了控制。
飞速增长的能源消耗和所面临的能源枯竭的威胁促使人们努力采取新的节能措施，对能源进行有效的自动化管理。工业部门采用计算机进行能源管理，统筹安排生产，以减少能源消耗。近来，在自动仓储和库存管理中，也采用了反馈控制的概念，而且农业对自动控制的需求也日益高涨，人们开发了自动控制的保鲜饲料室和自动拖拉机，此外，对风力发电机、太阳能取暖和制冷装置、汽车发动机性能的自动控制也都是重要的现代控制系统实例。
控制系统理论还在生物医学试验、病理诊断、康复医学和生物控制系统中有了众多应用，所研究的控制系统从细胞层次直到中枢神经系统，涉及温度调节和神经系统、呼吸系统、心血管系统等。大多数生物控制系统都是闭环系统，但控制回路中并不只有单个控制器，而是包含着另外的控制回路，从而形成了一种多层次的系统结构。
反馈控制系统在工业生产中应用极为广泛。一些实验室和工业生产线上还使用机器人，这些机器人能提起重达几百磅的重物，并能以极高的精度将重物放置在指定的位置，在工业生产中发挥着巨大的作用。
4 控制系统展望
控制系统不懈努力的目标是使系统具有更好的柔性和更高的自主性。柔性和自主性这两个系统概念和特性从不同的途径要求系统趋向同一个目标。现在的工业机器人已具备了相当大的自主性，一旦确定了控制程序，机器人通常不需要人的进一步干预。但由于传感技术的局限，机器人适应工作环境变化的柔性却十分有限，这也是开展计算机视觉研究的原因之一。一般意义下的控制系统具有很强的环境适应性，但它依赖于人的及时指导。展望未来，先进的机器人系统将通过改进传感反馈机制，变得具有更强的任务自适应能力；有关人工智能、传感器集成、计算机视觉和离线CAD／CAM编程等技术的研究，将使机器人系统变得更加通用和更加经济；一般意义下的控制系统将朝着增强自主运行能力的方向发展，成为人工控制的延伸；在监督控制、人机交互等方面的研究将减轻操作手的负担；计算机数据库管理也将提高操作手的工作效率。此外，还有许多研究工作，如通信方法的改进和高级编程语言的开发等，对机器人和控制系统的发展同样起着推动作用，并且有利于降低工程实现的费用和扩展控制工程的应用领域。
参考文献
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[2]刘海龙.浅谈电气自动化的现状与发展方向[J].黑龙江科技信息，2010(06).
[3]刘永强.浅谈我国电气自动化的现状及发展前景[J].黑龙江科技信息，2011(2).
关键词:化工 自动控制系统 应用 发展
中图分类号:TU276.2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0006-01
1 自动控制系统在化工领域的应用
随着现代科学技术的快速发展进步,化工行业也相应的得到了进一步的发展进步,逐渐实现了生产和管理的自动化,越来越多的利用自动控制系统进行对化工行业的控制和管理生产。自动控制系统的具体工作原理是根据一定的比例将反应物加入化学反应炉内,然后通入蒸汽,在化学反应炉内的温度达到一定值后就停止对其加热,此时的反应物会在高温状态下发生聚合反应,并释放大量的热量。要实现炉内填料的完全发生聚合反应,就一定要保证工作环境下炉内的温度。现代自动控制系统在化工行业中改变了其化学反应炉内的温度必须通过手工进行操作的局面,在很大程度上改善了操控人员的工作环境,还可以适应炉内的恶劣环境,对整个工艺的进行检测控制。现下的温控系统使用的是PID控制算法来进行计算的,并采用了“变速积分”和“抗积分饱和”的处理方法加之多次的实践,现在的温度控制系统能够将化学反应炉内的温度控制在0.5左右的范围之内,与此同时还具有良好的动态性能。
2 化工自动控制系统的应用问题
2.1 热电偶温度检测布线环节
在化工行业中,热电偶和热电阻是较为经常使用的温度检测元件,在进行温度检测的过程中,使用的也是控制器机柜、安全栅机柜、端子柜和现场热电偶原件。化工行业中的自动化控制系统应用的都要仔细把握每一个环节,避免忽视和防止使用的重要元件和配线出现问题,也会影响的所测数值的精确度。例如DCS系统在热电偶温度测量中,DCS系统中的温度问题非常重要,如果直接接受热电偶元件传送的毫伏信号,经由数据采集器和冷端补偿之后,数据会进入端子柜。但是如果在数据采集器与端子柜之间使用的是普通信号线,那么数据采集器和端子柜之间必须具有相同的温度,不能出现温差,以便于更好的得到较为精确的数值。
2.2 差压计量仪表的温压补偿问题
在化工装置中,特别是原料的进、出厂阶段无法离开计量仪表直接关系到工厂的效益问题。用于工艺介质计量的测量仪表,根据工艺介质特点,有的采用差压流量计做为计量仪表,差压计量仪表在绝对平稳的工艺状态下的计量值是较为精确可靠的。由于工艺过程的特点,控制过程不可能会是一成不变的,被检测的介质总是会产生不同程度的温度、压力等变化,而介质温度、压力变化对被测介质的密度产生较大的影响,特别是对于气体介质的影响更加的明显,从而严重的影响到差压流量计的测量准确度。因此,必须考虑化工行业自动控制系统中的增加温压补偿环节,以便于克服因介质温度、压力变化所造成的测量偏差。
2.3 冲程泵出口流量表的选用
通常需要在一些化工装置中对某种原料进行微量配比,但是一般情况下都是使用小流量的单头冲程泵或者是小流量的双头冲程泵,此时就需要在冲程泵1∶1处设置一个流量监测仪来进行对全过程的瞬时流量监控。管线内的流量具有不稳定性,很有可能会造成浮子一直的在最高处和最低处不断的进行跳动。因此,一定要选择适当的、相对应的安装流量监测仪表,以便于更好的进行准确测量,达到最好的测量准确度。
2.4 搅拌设备内部温度检测套管的安装
在化工行业的自动化控制系统中,在搅拌设备的内部,搅拌设备内部温度检测套管是不可缺少的。但是经常会由于安装的问题而出现温度检测套管的使用寿命较短,严重的甚至会导致发生事故危险。作为温度检测的元件,为了更加准确的测量到设备内部的温度情况,一般的温度检测套管都是热电偶或热电阻,而且插入的深度较长。但是在搅拌机进行运转的过程中,在搅拌设备中由于介质不停的随液轮而转动必然会形成涡流,而形成的涡流可以产生一定的动力,动力在长时间地作用到温度检测套管上之后,会很容易出现套管断裂的现象,甚至还会有可能发生严重的生产事故,造成一定的安全和财产威胁,因而一定要对搅拌设备内部温度检测套管的安装问题进行更多的关注和重视。
要改善不良状况就要采取有效的方法措施,在温度检测套管上加装保护套筒是效果较为良好的方法。在温度检测套管上加装保护套筒可以在套筒顶部形成一定的反作用力,而反作用力可以作用于涡流形成的动力,使其双方互相抵消掉,从而从根本上解决了搅拌设备内的温度检测套管的安全隐患,进一步保证化工生产的顺利进行。搅拌设备内部温度是化工行业需要控制的重要参数,一定要对搅拌设备内的温度检测套管进行定期的检查。
3 化工自动控制系统的发展
由于科学技术的快速发展进步,我国的自动控制系统也随之实现了更新、更好的突破。智能化的自动控制仪表与以前的常用仪表相比,具有更加完善的性能,具有数字化、精准化和小型化等许多占优势的特点,在未来的化工行业社会市场中,智能化仪表将会占有更多的市场份额,在化工行业的应用中将会越来越广泛。我国的化工行业自动控制系统的新突破还将表现在分散型控制系统的优势方面,就实际而言,分散型控制系统是一个微处理器网络系统,分散型控制系统通过运用系统内部的软件、硬件以及控制语言来实现对系统内部各部分的控制。化工行业自动控制系统的应用与快速发展进步是将现代化人工智能与控制理论相完结合的较为适宜的结果。
随着现代社会的计算机技术、网络技术、感温材料技术等科学技术的不断发展进步,化工行业的自动化控制系统在未来的化工行业中的应用一定会得到越来越大的重视,相应的得到更快、更好的发展进步。在未来的化工行业自动控制系统的应用过程中,化工企业必须不断的对一些较为陈旧、无法适应现代社会市场发展步伐的设备进行适当的淘汰。要及时、积极的跟上化工行业的生产发展需要,及时的对一些具有高技术的设备进行更新完善,以满足化工行业自动控制系统运行的具体需求。化工行业一定要不断的加强对自动控制系统软件操作人才的培养和训练,不断的对工作人员进行定期的有效培训,以确保其技术达到准确操作自动控制系统的目标。化工行业还应跟随互联网的发展而不断的加强对网络安全的重视和保护,建立起相对完善的安全系统,以便于更好的保证自动控制系统不受到侵害。
4 结语
自动控制系统在化工行业的应用过程中,一定要使装置设备控制系统保持稳定,保证自动控制系统和操作仪表的合理与稳定,以便于化工行业自动控制系统的正常、稳定及高效运行,进一步提高化工行业的生产效率和质量,得到更加长远、完善的发展进步。
参考文献
[1] 庞浩军.化工自动控制系统应用问题研究[J].现代商贸工业,2012(7):196.
关键词：自动控制；污水处理；应用
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0021-01
1 国内外现状
随着我国工业化进程的加快，污水排放等造成的环境污染越来越严重，逐渐成为世界各国关注的重点。水资源是人类生存的重要资源，是资源可持续利用的基础。中国的发展经历了高速发展的工业化进程，而对环境的保护却处于滞后阶段，之前的工业废水、生活污水都是未加处理直接排放到大自然中，对环境造成了严重污染，使人来的生活生产受到威胁。科技革命的发展，为自动控制技术在污水处理方面的应用奠定了坚实的基础，由于污水处理工程具有复杂性等特点，现场勘测非常困难，为自动技术的发展应用提供了契机。
2 自动控制技术在污水处理中的主要表现
2.1 过程控制
在自动控制系统中采用现场控制器对污水处理过程中的设备运行状态进行实时监控，并采集污水处理的过程工艺参数，通过网络将采集到的数据传输到控制层，监控层对传输的数据进行分析处理，根据分析的结果向现场的设备传输控制指令，控制现场设备的运行，这就是污水处理自动控制系统中的过程控制。过程控制通过对运行数据的采集、传输、分析处理、存储达到对现场设备的调度和管理的目的。
2.2 在线监视
通过在线监视将污水处理的工艺流程画面实时显示在控制层的计算机屏幕上，同时还可以实时监视现场设备的运行状态和重要参数的变化情况，通过控制层的计算机对自动控制系统的运行状态进行实时干预。当现场设备在运行过程产生运行故障时，中央控制室的计算机可以及时发现产生的故障并报警，另外还可以对一些简单的故障进行分析处理，提高污水处理自动控制系统运行的稳定性。
2.3 故障诊断及报警
自动控制技术中的故障诊断技术，可以有效监测污水处理中出现的故障，及时监测分析，并发出报警，使得管理者能够及时处理。同时，系统还能处理一些常见的简单故障，对复杂故障进行提示，使管理者第一时间准确的解决问题，保证污水处理工作的正常运行。
3 智能控制系统在污水处理中的应用分析
随着科学技术的发展与应用，自动控制技术已经进入智能控制阶段，是集人工智能、机械、信息技术等为一体的系统工程，智能控制论实现了指标的动态监y，使得污水处理工程能保持稳定、精确运行。主要包括以下几种应用：
3.1 模糊控制
1965年，美国著名学者Zadeh 教授首次提出了模糊控制理论，该理论以模糊数学理论为基础，集合信息技术等先进的方法技术，按照既定的程序进行决策。随后，研究人员将模糊控制理论应用到污水处理中，通过输入污水BOD、SS浓度等数值，系统在进行相关“模糊化”计算后与“规则集”匹配，而后转变成相应的信号实施对工程的控制。各国学者围绕此技术进行了多次实验，以厌氧消化污水处理技术为例，由于厌氧消化对操作条件要求严格，工程中产生的生物气量、底物消耗量等需要长时间观测的离线量不易观测，研究人员则利用设计好的模糊观测器，通过输入易测量（底物浓度等）来估计难测量（单位生物量的微生物日负荷），并借助主成分分析法来分析、激活系统中的某些程序，从而保持污水处理系统的稳定运行。
3.2 神经网络控制
神经网络控制是在模糊控制系统的基础上，加入自学习和自适应能力，对样本进行控制的技术。由于SBR（序批式活性污泥法）技术的相关处理指标测量花费昂贵，研究人员则根据人工神经网络软测量办法，建立BP神经网络和RBF神经网络污水指标测量模型，对污水的相关指标进行监测。经验证，该系统能很好地完成对COD、BOD等指标的检测，是对污水处理技术的重大改善。同时，还有学者通过采用两级控制，实现了上层监测最佳DO和Xb的浓度设置，下层跟踪计算上层神经网络设置点双层控制。经验证，曝气池中的DO和Xb能根据进水水质变化实时改变，保证污水处理效果的达标。
3.3 专家控制
专家控制系统在原有的技术控制理论基础上，融合专家系统相关理论，使得系统在遇到复杂情况时，能模仿专家思维进行判断预测，完成对系统的合理控制。在造纸废水处理过程中，由于废水中碱性过氧化氢机械浆污水污泥量浓度高、总量大，因此，在具体的操作过程中，学者在模糊控制系统的基础上，开发了专家控制系统，以此来监测pH值和预防酸化，实现了对复杂过程的系统判断。
参考文献
[1]李英.浅析自动控制在污水处理中的应用[J].工程技术：全文版， 2016（12）：00280-00280.
【关键词】注水井；远程控制；光伏供电；zigbee
1、概述
在油田开发建设中，注水系统作为油田生产的重要组成部分，如何“注够水、注好水、精细注水”已成为油田增产上产的重中之重，为了减少了地面系统管线的投入，降低了管线压损，提高注水井的注水压力，采油厂对地面注水系统进行了简化优化调整，由之前注水泵站——配水间——注水井的三级布站模式调整为注水泵站——注水井的两级布站模式。
注水井布站模式的改变，使配注量的调整由集中的配水间调配改为单井调配，对于注水井管线采取井口串接方式的水井，一口注水井流量的调整也使其他串接水井发生了变化，造成的员工频繁进行注水量的调整，注水系统一旦出现压力的波动，注水井井口流量也会随之变动，这样在提高管线压力的同时也增加了员工的劳动强度。而注水井在线远程控制系统的应用，彻底解决了注水井配注频繁调整和系统压力波动造成的水量调配问题，大大减少了员工的劳动强度。
2、系统的组成、原理及功能
注水井在线远程控制系统是由流量自动调节阀（流量计）、供电装置、远程数据采集传输终端（RTU）、油压传感器、套压传感器和服务器组成的，是以自动控制技术为核心，光伏供电技术和zigbee数据传输技术为辅助的，集信息采集、自动控制、远程传输、数据展示于一体的信息化管理系统。
该系统克服了以往传统模式下注水井计量、水量调控和生产管理的各种弊端，实现了对注水井运行状态的自动化监测、生产基础数据的自动化采集和无线远程控制，提高了注水井的自动化管理水平，为后期地面注水优化全自动配置奠定了基础。
（1）自动控制技术
自动控制，采用的是闭环控制也就是负反馈控制，它包括传感器、控制装置和执行机构，通过控制的不断进行，使被控变量克服干扰的影响，以维持被控变量在给定值上（图1）。
（2）光伏供电技术
光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动，接通电路后就形成电流，光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。
（3）zigbee数据传输技术
Zigbee技术是基于IEEE 802.15.4协议的一种短距离、低功耗、低速率的无线网络通信技术，可在数千个微小传感器之间相互协调实现通信（图2）。
3、现场应用
（1）流量自动调节阀
流量自动控制阀由流量计和自控阀两部分组成，自控阀根据用户设定的流量值按PID控制算法，计算开阀和关阀的控制量，使执行机构动作来调节阀门开启角度，自动将瞬时流量调节到接近或等于用户设定值，以达到自动控制流量的目的。
流量自动控制实现了注水井在线远程控制，解决了员工现场录取参数和调节水量的问题。如注水系统出现泵压的波动后，通过自动调节可维持在设定的流量范围内。
（2）供电系统
太阳能发电系统是由太阳能电池组件、充电控制器、蓄电池组成。太阳能电池组件是将太阳的辐射能量转换为直流电源，充电控制器负责将太阳能发出的直流电给蓄电池充电和向负载供电，并具有各种充电、放电保护功能，蓄电池是将太阳能所发出的电能存储起来，供夜晚、阴雨天或发电功率不足时使用。
正常注水井，蓄电池在完全放电的情况下可维持数据传输和调控3天以上，完全满足油田需要。
（3）zigbee数据传输
zigbee数据传输解决了GPRS通讯依靠公网传输的缺点， 同时使数据传输更安全、更稳定，数据采集过程采取正向信息传输过程，而远程控制实行反向的信息传输过程（图3）。
4、结论与认识
光伏供电装置的应用有效解决了注水井无市电可用的现状，而zigbee数据传输缓解了GPRS每年大量通信费用的缺陷，通过这两项辅助技术的应用，实现了注水井在线远程控制系统压力、流量等参数的远程监控和调节，降低了员工劳动强度，提高了系统发生突变处理的及时性，同时也为油田夺油上产步伐提供了资料录取的基础，为油田精细注水、执配率提升提供了保障，促进了注水井管理水平的提高。
参考文献
[1]余金泽，任贵山等.注水井远程智能调控系统.中国石油和化工，2008，18：40-44.
[2]冯潇，刘秋丽.zigbee在油田远程监控系统中的应用.石油仪器，2006.10，68-70.
关键词：DCS；化工生产；自动控制
中图分类号：TQ063 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）3-0082-02
在工业生产中，DCS和PLC都占据了举足轻重的地位。PLC控制系统是采用了可编程序控制器组成的控制系统，它结合了继电器控制、计算机和通信技术的特点，可以快捷、简便的编程来实现定时、逻辑、PID调节等过程，现在很多国内外的化工企业采用了PLC控制系统来严格控制化工生产中要求的连贯性、极高的安全等级等严格的生产条件，但是继电器控制具有局限性，PLC只可以进行开关量的控制，无法对模拟量进行处理，常见的PLC控制系统较于DCS有较少的模拟量的控制和连锁，因此大多数是用在小型自动控制场所，并且控制生产过程就相对简单，传输的数据较少。
同样，DCS在我国的自动控制行业内被称为集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。这是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。DCS在1975年面世，为我国的大型工业生产装置的自动化水平的提高做出了巨大贡献，极大地提高了化工生产的质量和安全性。
1 DCS自动控制概述
因为DCS系统集成了计算机技术、控制技术以及网络通信技术和显示技术，所以DCS拥有极强的控制功能、极强的系统可靠性，并且拥有良好的人机交互界面可以更直观的应用于化工生产、电力、冶金等自动化的领域。并且随着软硬件的不断升级发展，DCS系统也更为广泛的应用在了石油、制药、建材等各行各业中去。
DCS经面世以来就不断的进步，随着自动化程度的提高也同时提高了生产效率，最大限度的节能减耗。比如我公司也采用了DCS自动控制系统，公司生产装置中采用了国产组态王、世纪星、昆仑通态以及国外GE公司的IFIX、西门子公司的WINCC等多种上位机软件与PLC组成的DCS系统。就实现了化工装置的工艺生产操作、监视、自动控制、程序控制、联锁控制、数据采集和生产管理等功能。现如今，通过对DCS技术的不断研究，采用SmartPro DCS控制系统可以更好的实现DCS在生产控制中的应用。DCS工作流程图如图1所示：
DCS系统的主要功能和特点包括实时性、参数调整、报警功能以及监督功能。DCS系统有很好的实时性，可以通过控制站建立系统的输入输出服务，实现了对化工生产中的自动控制功能，这样可以及时的对现场的数据进行采集，并对化工生产中的整体运行状况的参数进行直观性的体现；DCS系统可以对参数调整进行及时、准确的调整，压力、温度、流量等参数都能及时的调整到最佳状态；DCS系统还能通过创建报警服务，对开关量、硬件设备和系统运行状态进行报警监视，通过它的自动控制对报警的地点、时间以及报警信息进行显示，从而可以提醒工作人员何时何地出现故障，及时进行修理，避免不必要的损失；其监督功能可以通过对历史参数进行浏览，查阅操作记录和分析故障信息，生成相应的工作日志，这样，故障发生时，可以凭着对过去数据的分析，以最快的速度查找故障的产生原因，来减少化工生产中的损失。
2 DCS在化工生产中的应用
DCS系统在化工生产中应用广泛，其中一个重要应用就是在化工生产中紧急停车系统，紧急停车系统必须要时刻保证稳定的安全性，也是化工企业中最为关键的安全保证基础，因此化工生产中通常把DCS系统的紧急停车系统进行单独设置，两者相辅相成，极大地减小了紧急情况下的操作和判断的失误，提高了整体的可靠安全性。
但是在DCS系统广泛应用的过程中，它虽然解决了一些传统过程中控制的难题，但是DCS系统也不是智能的，在化工生产过程中仍然存在着一些问题。比如说现场信号不好，DCS硬件故障问题等等，所以在生产应用中应该采取必要的措施来避免这些问题。保证DCS系统运行在温度、湿度都合适，并且粉尘较少的环境下，严格避免放置在有腐蚀性的气体环境中，这可以有效的避免DCS系统死机情况；尽量减少对系统产生的碰撞、振动和电磁干扰来保证系统的稳定性，对一些需要更换或者维修的器件，在佩戴防静电手套的情况下进行操作，防止静电效应对系统造成的影响；设计DCS系统时同时要考虑化工生产后期可能做到的扩展升级，要预留空间，这样才能及时全面的掌握系统的运行状态同时保证系统可以更加长久的运行。下图2所示为DCS系统工作原理图：
除此之外，DCS系统在其优越的系统性能之下，还需要进一步改进其在工程中的不足：DCS系统的绘图工具功能不足，不能独立完成一个组态画面，需要借助其他的辅助画图工具，同时由于绘图中缺少相关组件，绘制出的图像不够形象生动；其次，对于报表功能的设置过于复杂，这样就对初学者造成了一定的困难；现场采集的数据和数据库中的数据交换的不方便性，现场采集的数据先通过智能前端转换和保存，在它把数据传送给FIX数据库的时候它必须经过一个中间环节，它的实现过程是通过VISUAL BASIC语言编程来完成的。如果在现场的运行过程中，有某一个站点需要改动或者是需要去增加一个站点，就必须有编程的人员在旁边去重新修改这个程序，这就对工作人员的技术要求比较高；另外有一些DCS系统没有辅助的命令语言功能，全部是通过数据块实现的，但是工程中很可能出现不属于这个功能块或者无法解决的问题，表现了其局限性，同时，它不能给使用者或者是操作者提供足够的使用空间。但DCS系统带给化工生产的便利和高效是远远大于其不足的。
3 结 语
综上所述，DCS系统在化工生产中的广泛使用，极大的促进了新世纪工业生产的生产效率和产量，保证了安全生产，是促进工业强有力的系统。
参考文献：
[1] 周学慧.DCS与PLC控制系统的特点分析[J].平顶山工学院学报，2005，（1）.
[2] 郝战存.可编程控制器发展综述[J].河北工业科技，2004，（2）.
关键词：汽轮机 自动控制 技术分析
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0044-01
汽轮机是一种将蒸汽的热能转变为机械功的外燃回转式原动机。它的任务是把蒸汽的热能转换为机械能，再利用传动机构拖动发电机发出电能。由于汽轮机的转换效率较高，且能设计和制造出较大的功率，所以在火电厂里得到了普遍的应用。随着计算机技术的发展及计算机在生产领域的普遍应用，当前新投运的汽轮机越来越多的采用了以数字式电子计算机为控制器核心的数字电液控制系统（DEH）。它由计算机控制部分和液压执行机构两大部分组成，是发电汽轮机组的专用控制设备，它包括了对汽轮发电机组的自动监测、自动控制、顺序控制及自动保护四大功能，可实现发电机组的自动启动、停机、功率频率调节，实现远方自动调度等功能。实现对汽轮机组的自动保护，使汽轮机自动控制水平由前一阶段的单独控制提高到机、炉、电协调控制及电网中心统一控制的高级综合水平。汽轮机电液控制系统的出现，要求汽轮机运行人员和设备维护人员不仅要具有汽轮机原理和液压调节系统方面的知识，而且还要具有控制原理、电子、计算机等方面的知识。
1 汽轮机自动控制机构的基本特性
1.1 控制系统的配备关系
汽轮机必须在配备了控制系统后才能保证工作安全和所发电能的质与量。在保持转速基本稳定的前提下，汽轮发电机组的主力矩与汽轮机的进汽参数和排汽参数相关。如果汽轮机进汽的温度、压力和排汽的温度压力均保持不变，那么汽轮机组的主力矩，也就是发电功率基本上就只与汽轮机的进汽量成正比。当电力用户的用电量增大时，汽轮机的进汽量就应增大，反之亦然。因此必须在汽轮机上安装自动调节系统，利用汽轮机的转速信号对汽轮机自动进行进汽量的调节，使其满足实际运行的要求。
1.2 汽轮机转速与所发电能频率的关系
因为电能很难大量储存，所以电力生产中对发电设备必须进行自动调节，以随时满足用户对所发出的电能的量和质的要求。在此处量指的是电能功率的大小，质指的是电能的频率与电压（我国规定频率变化在±1%以内，电压变化在±6%以内）。电能的频率与电压这两者都和汽轮机的转速有关，电压除取决于转速外，还可以通过调节励磁电流来控制，而频率就直接取决于汽轮机的转速。因为发电机是直接由汽轮机拖动的，所以汽轮机的转速升高，电能的频率就增高，汽轮机的转速降低，电能的频率也减小。发电机转速与发电频率有直接关系。
2 汽轮机自动控制技术系统的现状
2.1 安全保护系统
汽轮机对于转速、震动和油温等参数都有严格的要求，要保证这种复杂的机械装置的正常运行，必须有一套安全保护系统。还保护系统可以针对上述几组参数进行设计。其实，作为一个有机整体，汽轮机本身具备一系列的安全保护措施，比如常见的危及遮断装置，该装置能以机械的方式实现对汽轮机的超速保护。但仅有此类装置是不够的。为确保生产的安全可靠运行，该研究采用了一种新的汽轮机检测保护控制系统，即：将DCS与DEH-NK结合起来，当DEH-NK数据不太重要的时，以通讯的方式将其传输至DCS系统；当数据很重要时，则采用硬接线的方式将其送入DCS，通过两者使该控制系统形成一个有机整体。
2.2 自动发电控制系统
因为调速器通常为有差调节，所以对变化幅度较大、周期较长的变动负荷分量进行二次调整。其原理在于改变汽轮发电机组的出力以达到调频目的。具体通过改变机组的同步器即通过平移调速系统的调节静态特性来完成。
遥控自动控制，也可以由电网调度中心的能量管理系统来完成。人们通常将这种二次调整方式称为自动发电控制（automatic generation control System，AGC）。
2.3 顺序控制系统
顺序控制系统指生产过程中的一系列操作，这一系列操作要符合生产工艺要求，要有计划有步骤地进行。这种控制方式也称程序控制。它主要在两种情况下使用：主机或辅机的自动启停程序控制，如汽轮机的自动启停程序控制、磨煤机自动启停程序控制；辅助系统的程序控制，如定期排污和定期吹灰的程序控制等。
2.4 数字电液控制系统
作为汽轮发电机组的重要组成部分，该系统既可以在机组启停和故障时发挥控制和保护作用，也可以控制汽轮机转速、功率及机前压力。
2.5 监视仪表（TSI）和紧急跳闸系统（ETS）
汽轮发电机是一种大型机械设备，它通常在高速运转的情况下工作，因而有严格的运行参数要求。必须对大轴的振动、位移、热膨胀等参数进行精确测量和监视，因为它们会对直汽机的安全运行产生直接影响。要解决参数监测与处理相关的问题，可采取以微处理器为核心的汽轮机监控系统。
3 实现系统的开放
FCS指现场总线控制系统。与采用DCS代表模拟仪表相比，采用该系统取代DCS具有更大的经济效益。具体体现在以下几个方面：（1）通过该系统，可以将控制功能下放到现场，使信号传输变得更加准确、实时和可靠；（2）该系统只需一两根电缆即可，节省了大量电缆；（3）无需I/O端子柜和控制柜，系统得到大大简化，占地面积大大减少，设计、安装、调试和维护工作量和费用都大大降低；（4）只有2根同轴电缆或光缆和几根紧急停机开关的电缆进入控制室，这对防火和火电厂的安全运行十分有利；（5）现场总线通信协议国际标准化后，不同厂家的产品相互衔接变得十分容易。在现场总线技术的推进时间上，现在是用DCS取代模拟仪表时期，也是HART仪表的上升时期。工业生产的关键在于产品质量、产量和可靠性上，该研究者相信，FCS这种新型的自动控制装置，能够为工业生产带来巨大效益，一旦现场总线国际标准出台，它必然能得到广泛应用。
4 结语
近年来，我国社会经济发展非常迅猛，火力发电厂不断得到完善。要确保机组的自动发电控制发挥正常功能，一个有效的控制系统是必不可少的。由于非线性、参数慢时变、迟滞并存大惯性等情况会对控制系统的设计和实现造成许多不利影响，所以单元机组协调控制系统将这些作为主要控制目标。某电厂300MW亚临界参数燃煤机组并不能满足电网的使用需要，其原因正在于锅炉侧汽压对象存在很大的惯性，而原机组协调控制系统功能较差导致自动发电变负荷速率仅为有1%/min。所以，该文结合了状态变量控制技术和相位补偿技术对问题进行了分析，以缓解锅炉的快速性及稳定性存在的冲突。
参考文献
[1] 张静.预测函数控制在汽轮机控制系统中的应用研究[J].汽轮机技术，2014（1）：66-68.
