学文网自动控制技术论文篇1
摘要：本文以压力传感技术、变频调速技术、可编程控制技术为基础，结合近年来泵站建设和低压管道灌溉的经验，将“液位自动控制节水灌溉系统”改进为“自控变频节能节水灌溉系统”，有效提高了现代灌溉系统中水量流量的自动控制技术，为田间管理提供了强有力的技术支撑。
关键词：自动变频；节能节水；灌溉系统；研究
目前全球淡水资源日趋紧张，在我国有很多地方农田和生活用水紧张的情况相当严重，有的已出现断水现象，因此节水问题已成为全社会共同关注的严重问题。
早在1997年，在桐乡市***府支持下，经市水利勘测设计所设计并在河山含村示范区等地建成低压地下管道灌溉试点工程，由于田间用水量变化大，为了解决水量流量的实时调控，泵站的出水池新建了高大的蓄水池，蓄水池内安装了液位控制器，串接于电机控制柜的控制回路中，初步解决了用水量、出水量的实时调控。“液位自动控制节水灌溉系统”于1998年获浙江省水利厅科技进步三等奖，2004年获浙江省水利厅优秀工程设计奖。2005年秋，桐乡市水利局在石门镇民丰村明渠灌溉的庙桥浜泵站试用手动变频调速控制水泵运行，取得较好地效果，受到当地群众的高度赞誉。
一、“自控变频节能节水灌溉系统”的总体设计
一是引入变频调速技术、压力传感技术、可编程控制技术于农田灌溉。由变频器、压力变送器、压力显示器、可编程控制器、可编程时控器、相序保护器和空气开关、断路器、交流接触器、时间继电器、热继电器、按钮、指示灯、仪表等电器集成(均为国产)的智能型自动控制柜“自控变频节能控制柜”，作为“自控变频节能节水灌溉系统”的指挥中心，能根据田间用水量的变化，自动变频调速调节水泵出水量，自动进行工频变频切换和单泵双泵切换，自动按设定时间开机停机。在泵站建设中，针对平原水网地区泵站规模较小的特点，采用了涵洞式引水道、竖井式水泵室，使引水道和水泵井四周的土压力相互平衡，比传统的开敞式引水道有限地节省了工程量，减少了土方开挖和回填土，方便了施工。
二是将“液位自动控制节水灌溉”中的高蓄水池，改为较小的地下压力水池，建在泵房地面之下。既节省了工程量，又减少了耕地占用。水池壁上预埋安装压力变送器和水位观察管的镀锌钢管，水池边上设置调压溢流管。选用专门为本地区低压管道灌溉研制且不需要加引水、适于自动开机的HDB系列导叶式混流泵。用UPVC双壁波纹管作为地下管道，用钢筋混凝土预制接头，施工方便，漏水少，管壁糙率小。干管和部份支管的进口处安装蝶阀控制，部份渠尾设置调压管。用专利产品、工程塑料制造的FN-150(100)农田灌溉节水阀作为田间放水阀，使用寿命长，不需维修，可做到滴水不漏。一只放水阀控制面积约5亩左右。
二、关键设备“自控变频节能控制柜”的原理和工作过程
田间用水量的信息，通过管网压力的变化，传递到压力水池中，压力水池中安装的压力变送器，把压力信号变成电模拟量，输入变频器控制回路，变频器根据输入的模拟量，自动将连接水泵电机的主回路的交流电频率变化，使管网压力不断向设定的“控制压力”接近，达到恒压供水。从而使水泵根据田间用水量自动调节供水量，达到节水节能目的。一个泵站安装两台水泵，为了节省投资，采用一台变频器控制两台电机，由于田间用水量的变化涉及到单泵供水或双泵供水，需单泵双泵切换和工频变频切换，用可编程控制器设定条件进行控制，还要设置“最高压力”、“最低压力”等参数。
控制柜的电路，有变频器-电机主回路和控制回路两大部份，控制回路有压力变送显示电路、可编程控制器外接电路、可编程时控器外接电路、变频器外接电路、交流接触器互锁电路、手动控制电路、电机工况显示电路、直流电源外接电路等，另外还设置了相序保护器、热继电器等。
控制柜的工作过程，以一台变频器控制两台电机的控制柜为例。首先合上电源空气开关，接通电源，按照“自控变频节能控制柜使用维护简要说明”在变频器控制面板上设置好“控制压力”，在压力显示器上设置好“最低压力”、“最高压力”，在可编程时控器上设置好开机停机时间(或在时间继电器上设置好停机时间)，把“功能转换旋钮”旋到“自动”，然后即可正常工作。其工作过程为：
当到达时控器设定的开机时间，如果压力变送器检测到的压力低于“最低压力”，1号机组(两台机组中功率较大的一台)首先变频软起动，可见压力显示器中数值逐渐上升，水位观察管中水柱同步上升，如此时田间用水量不多，一台水泵水量已够，则压力上升到“控制压力”以上，变频器即自动降频，压力降低到“控制压力”以下，变频器即自动升频，使水泵保持恒压供水，田间用水量的变化反映在水泵转速的变化上。
如果田间用水量逐渐增加，1号机组的出水量不够了，此时尽管电机以最大频率即50Hz运行，但压力显示器中数值还是逐渐下降，待下降到设定的加泵压力即“最低压力时”，控制柜等待五分钟，如果不是特殊的波动造成，五分钟的压力都低于最低压力，此时才将1号机组自动转为工频运行，将2号机组自动变频软起动，可见压力显示器中数值逐渐上升，如此时两台水泵供水量已够田间用水，则压力上升到“控制压力”后，即保持恒压供水，田间用水量的变化反映在2号机组转速的变化上。如果田间用水量继续上升，两台水泵的供水量也不够了，尽管两台水泵都以最高频率50Hz运行，供水压力还是逐步下降，此时，应关闭或调小部份节水阀，用水量减少到二两台水泵供水量以下，供水压力就会恢复到设定的“控制压力”。
如果田间用水量逐步减少，管道和压力水池中的压力会稍微上升，正在变频运行的2号机组转速随即降低，水泵出水减少，以保持恒压供水。如果田间用水量进一步减少，小于1号机组的出水量，但仍大于2号机组出水量，当供水压力超过设定的“最高压力”，这时首先将正在工频运行的1号机组自动停机，然后自动将正在变频运行的2号机组转成工频运行，再自动变频软起动1号机组。如果田间用水量进一步减少，小于2号机组的出水量，这时即使1号机组频率和转速降到最低，水池压力还是超过“最高压力”，则正在工频运行的2号机组自动停机。如果田间用水量再进一步减少到接近于零，则1号机组以最低频率(设置为15HZ)运行，使管道压力保持一定数值，以备田间可以随时用水。
可编程时控器到达设定停机时间，正在变频运行的1号机组变频软停机。也可以将“功能转换旋钮”从“自动”转向“停止”。如果按下“紧急停车按钮”，任何情况之下，两台机组都会立即停机。
三、该系统的改进意见
任何技术都是在不断改进的，“自控变频节能节水灌溉系统”也是在综合许多先进技术的基础上改进的，今后也将随着技术的发和进步不断改进。经过一个灌溉季节的实践，笔者认为应对系统做如下改进：
一是对于只有一台水泵的泵站，可以利用变频器内置简易PLC编程控制，可降低控制柜造价。
二是对于只有一台水泵的泵站，可以取消压力水池，以进一步降低泵站造价，逆止阀、调压管仍旧保留。对于两台或两台以上水泵的泵站，压力水池还是需要的。
三是针对现有泵站管理人员文化程度偏低的现象，建议今后选配泵站管理人员时，最好文化程度能在初中以上，便于熟练掌握控制柜各种功能的应用，最大限度地发挥先进设备的功能。
四是假使有两台水泵的控制柜，还应增加“先开机选择旋钮”，在“自动”状态下，可以先起动任意一台机组，有利于两台机组的均匀使用。
桐乡市这样的平原水网地带，泵站的规模比较小，一般都是明渠灌溉的泵站，多数安装一台水泵。经过以上改进，泵站和控制柜的造价将明显降低。可以和明渠灌溉的泵站极为接近。这就为“自控变频节能节水灌溉系统”的进一步推广开辟了广阔的空间。未来将成为桐乡市和类似地区农田灌溉的主要模式。
自动控制技术论文篇2
摘要：在进行集中供热的过程中，采暖热水通过水利管网输送到各个换热站，在经过换热站进行换热之后，将热能传输到各个热用户当中。换热站的节能、平稳运行在供热过程中显得异常重要。就此，本论文针对自动控制技术在集中供热节能方面的应用进行了分析，并提出了相关的建议。
关键词：自动控制技术；集中供热；系统设计；设计原则；应用
我国幅员辽阔，各地气温差异性较大，在冬季，我国的北方由于气温较低，都需要进行采暖，采暖的能耗量较大，更加重了能源紧张的局面，在目前居民住宅的集中供热系统结构中采用自动控制系统进行节能取得了较好的成效。伴随着我国科技的不断进步和经济发展，自动控制技术被应用在集中供热节能方面，并且取得了一定的效果。但是，从最近几年来我国自动控制技术在集中供热节能应用的成果来看，尚不理想，存在一定的问题。就此，针对自动控制技术在集中供热节能方面的应用提出了相关的建议。
1.换热站自动控制系统设计的原则
为了能够在保证供热质量的基础上，降低经济成本降低水电消耗，提出了科学合理的自动化控制系统。根据供热系统的复杂程度和规模，采用高性价比的自动控制系统设备。利用热网RTU系统的期间采用施耐德品牌的PLC。换热站自动系统因为供热形式和机组设备呈现出不同的方式，因此需要制定具有针对性的控制策略。在选择控制系统和配套仪表的过程中，应该从可靠性、简单性、实用性、便于维护性进行考虑。在进行自动控制系统设计的过程中，要充分考虑到整个系统的兼容性、开放性、稳定性、通用性和可扩展性。
2.换热站自控系统的组成
我公司的供热形式是通过换热器针对集中供热一次网和用户二次网进行热能的交换，通过二次网络将热能传输给用户。换热站的RUT系统是通过PLC、现象仪表电器、通讯接口、人机接口触屏等组合而成。通过流量、温度、压力等参数，将现场仪表传感器转换成标准的电流信号，变频器将电机电流、转速等信号送入到PLC当中，通过PLC控制变频器的启停和调速。触屏作为现象的人机接口，显示换热站的主要参数和设备状态，并且现场的指令操作也可以通过触屏的方式下达
3.换热站供热控制策略
当热水网络在稳定状态下运行过程中，在不考虑网管沿途损失的情况下，网路的供热量应该等同于供暖用户用来采暖设备的散热量，也应该等于供暖用户的热负荷，被称之为热量平衡。
所谓的供暖热用户的热负荷，是建筑物的体积供热指标与建筑物外部体积的积，再乘上室内稳定减去室外温度。
供暖用户采暖设备的散热量指的是，散热器的传热系数×散热器的散热面积×散热器热媒的平均温度。
供热量指的是，循环水流量×热水的质量比热×供水温度与回水温度的差，除以3600等于1.163×循环水流量×供水温度和回水温度的差。
也就是说，供暖热用户的热负荷，等于供暖用户采暖设备的散热量，等于供热量。这是供热调节理论根本，从以上内容的的描述中能够发现，系数建筑物的体积供热指标和建筑物的外部体积变化并不明显。在这里我们将其作为常数。因此，当我们将建筑物的室内温度控制到一定的时候，那么变量就只是室外温度。简单来说，室外温度能够在一定程度上影响到建筑物供暖热负荷的唯一变化。因此，在换热站自控系统中，室外温度的变化是系统产生扰动的决定性因素。控制的主要目的在于抵消室外温度变化所造成的扰动影响，达到维持系统平衡和稳定的目的。
4.节能效果分析。
4.1.降低单位的热能消耗
通过实施自动控制防范，减小管网水力失调的程度，达到用户系统热能分布均匀的目的。从另外一个角度进行分析，通过网流量调节阀开度分时自动控制和换热站水泵合理、及时的调节配合，避免人工调节在时间上的滞后性和对经验的依赖性。
4.2.降低单位降耗
在针对换热站进行增设水泵变频设备的过程中，要针对水泵电机频率进行自动控制，通过改变电动机电流和频率，达到节能的效果。在进行变频的过程中，它的调节范围较宽，并且能够保持较高的效率，实现精度化运行。它能够有效的消除电动机启动过程中的大电流，延长水泵的使用寿命。从另外一个角度进行分析，在热用户用热负荷较小的时候，能够通过减小流量的策略降低水泵对能源的总体消耗。
例如，以一个20万平方米供热面积换电站为例子，在08年的时候换热站水泵一共消耗电量为23.5万度，也就是电消耗为1.85度每平方米供热面积，在09年实施自动控制方案之后，电消耗变成1.12度每平米供热面积，20万平方米的供热面积总节电量为4.89万度。如果按照1.1单价进行计算，节省电费总数为4.26万元。这一数字意味着在使用自动控制系统之后，我国的在一定程度上节约了电成本，在对于我国未来的发展具有积极影响。
4.3.降低人工成本
通过自动控制设备的增加，改变了传统换电站需要人员留守的现象，从而节省了这部门的费用。因此，通过自控添加手段和变频器的合理配置，能够达到良好的节能效果。与此同时，对降低公司的资金成本具有一定的意义。
5.结语
综上所述，为了能够在保证供热质量的基础上，降低经济成本降低水电消耗，应科学合理的制定相应自动化控制系统，在进行控制系统和配套仪表选择时应从设备可靠性和设备简单性以及设备实用性等几个方面进行考虑与分析。本论文着重针对自动控制技术在集中供热节能方面的应用进行了分析，并针对自动化控制技术的原理、优势进行了分述，认为自动化控制系统对降低供热成本、提高供热效率有积极影响。
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自动控制技术论文篇3
摘要：近年来自动控制技术发展迅猛，特别是计算机技术、网络和通信技术发展的突飞猛进，使人们籍助于许多使能技术的进步和一些开发工具的扩大，将人们构思的自动操作得以付诸实现。如网络控制技术、可编程控制器等均属于自动化控制技术中的使能技术。自动控制技术正向着网络化、集成化、分布化、节点节能化的方向发展。本论文主要叙述了自动化控制的原理、应用以及自动化控制系统、特点等方面，以便大家更加深入地了解自动化控制。
关键词：自动化控制原理 应用 特点
中***分类号：TL372 文献标识码： A
引言
自动控制学科是近几十年来了发展起来的一门很重要的学科。它的发展很迅速，特别是计算机的快速发展，更加快了它的发展，尤其是工业自动化技术近年来的发展。自动化学科研究的范围也是很广泛的，对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我国综合国力具有重要和积极作用。
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。
自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。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***出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 基础的结论是由诺伯特・维纳，鲁道夫・卡尔曼提出的.
自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识；自动控制系统的分析与综合；控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一；是推动新的技术***和新的产业***的核心技术；是自动化领域的重要组成部分。
自动控制技术有很强的应用背景，无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是***书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的，对于研究原子能的应用，研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。
一、自动化控制原理
自动化控制有半自动与全自动化
例如：机器、设备可以按照生产的要求和目的，进行自动化生产；全自动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的控制技术；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。
自动化控制技术广泛用于工业、农业、***事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化控制不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中***出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。
自动化控制理论是自动化专业的重要学习课程。
二、自动化控制的应用
2.1过程自动化
石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理的自动化控制。一般采用由检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统，对加热炉、精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、前馈控制和最优控制等。
2.2机械制造自动化
这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化控制系统。
2.3管理自动化
工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理的自动化控制，是以信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统（DSS），为高层管理人员决策提供备选的方案。
三、自动化控制系统
自动化控制系统是指能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象所组成。
自动化控制系统的概念
自动化控制是一种现代工业、农业、制造业等生产领域中机械电气一体自动化集成控制技术和理论。
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。
四、自动控制系统特点
自动控制能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。
自动控制系统理论
自动控制是相对人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。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***出来并大大提高控制效率。
自动控制是工程科学的一个分支，它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
结束语：
随着科技的发展，自动化控制已经广泛应用到各行各业。直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业都有应用。相信不久的将来会带给人们更多的便利。
参考文献
1.吴蕴章 《自动化控制理论基础 》 西安交通大学出版社2013
2.蔡自兴 《智能控制基础应用 》 北京国防工业出版社 2012
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