自动控制范文
时间：2023-04-04 11:11:58
导语：如何才能写好一篇自动控制，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
1、自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。
2、二战后，已形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。
（来源：文章屋网 ）
篇2
核电站反应堆控制棒位置传感器检测装置是反应堆安全运行的重要保障，一旦出现故障将严重危及反应堆安全运行。国内一核电站控制棒位置传感器检测装置在反应堆运行时出现热态断路故障，为了准确找出位置传感器检测装置故障原因，以便制定有效的预防措施，经过安全性、可行性、合理性多方面分析论证，决定设计一套工况模拟加热装置，进行温度自动控制试验研究，以满足系统的温升要求，并按要求进行热容试验、温度自动控制、模拟压力跟随控制试验，以修正实际温升与理论计算的偏差，使其温控特征达到设计指标要求。研究过程包括参数计算、设备选型、试验实施三个阶段，下面将对具体过程进行详细叙述。
1 计算工艺过程所需的热量
1.1 工况模拟容器热容计算
1.2 加热介质热水计算
工况模拟容器内介质为水，水的热容计算公式：
Q2热容=C2M2T
Q2热容为工况模拟容器内的水加热至设定温度所需的热容；C2为介质（水）的比热，水的比热：kcal/（kg・℃）；M2为介质（水）质量，介质（水）质量：150 kg；T为温升，温升：260℃。
将以上参数代入公式计算工况模拟容器内水的热容为：39000kcal。
1.3 保温层的热耗损计算
保温层热耗损计算公式：
Q热耗损=δ×S×h×1/2×864/1000
Q热耗损系统加热过程中保温层的热损失；δ为保温层散热量，硅酸盐散热量：32W/m2S1为保温层面积，保温层面积：3.95m2。
将以上参数代入公式计算保温层的热耗损为：54.6kcal。
1.4 系统总热容
系统总热容为工况模拟容器热容、工况模拟容器内水的热容、保温层热耗损之和。
Q总热容= Q1热容+Q2热容+Q热耗损
将以上各计算值代入公式计算系统总热容为：60270.6kcal。
2 电加热元件功率计算
电加热元件功率计算公式：
P= Q总热容/864×1
将以上系统总热容计算值代入公式计算电加热元件功率为：69.8kW。
考虑1.2的安全系数，最终选取电加热元件的总功率为：90kW。
3 电加热元件的形式、尺寸及数量
3.1 电加热元件的形式
考虑工况模拟容器的尺寸及安装位置，电加热元件选取单端管式元件，元件外套管选用耐高温高压的不锈钢材料。
3.2 电加热元件的尺寸
根据工况模拟容器的尺寸及安装位置，电加热元件的外径为：Φ25mm，长度为4500mm。
3.3 电加热元件的数量
根据工况模拟容器的尺寸及安装位置，电加热元件总计3根，每根功率为30 kW。
4 加热装置的主回路及控制回路
4.1 加热装置的主回路
电加热元件采用电力调整器进行功率调节，电力调整器输出电压0-380V范围可调。为有效保护电力调整器，在电力调整器主回路输入端介入快速熔断器，进行短路及过载保护。3根电加热元件Y形接法，加热装置主回路原理图如图1所示。
4.2 加热装置的控制回路
加热装置控制回路原理图如图1所示。电加热元件控制回路分为自动控制方式、手动控制方式。
图1 加热装置主回路及控制回路原理图
自动控制方式：利用外部启停开关启动系统，加热过程中的温度信号经PID调节后送至电力调整器控制输出电压，从而控制电加热元件功率。自动控制方式中R1、R2之间必须用短接片连接。
手动控制方式：利用外部启停开关启动系统，加热过程中手动调节可调电位器控制电力调整器输出电压，从而控制电加热元件功率。手动控制方式中R1、R2之间必须取掉短接片。
5 试验实施情况
5.1 热容试验
热容试验系统示意图如图1所示。其系统主要由1台电控柜、1个水箱、9根管式电加热元件、4支热电偶和保温层等组成。电控柜用于处理热电偶采集的温度信号，并输出可调电压调节电加热元件功率；水箱为加热介质（水）的容器；保温层覆盖于水箱外表面，用于减少水箱的热损失；电加热元件安装于水箱底部，用于加热介质（水）至设定温度；热电偶安装于水箱内部，用于采集介质（水）的温度信号。
5.1.1 自动定速升温
（1）将管式电加热元件以3根为一组连接成星形接法，并分别编号为：1#、2#、3#，将这三组电加热元件连接至电力调整器输出端；
（2）将4支热电偶探头按500mm间隔安装于水箱上，分别编号1#、2#、3#、4#，并将热电偶输出线连接至控制系统接线端子；
（3）将容器充入约700kg的自来水；
（4）将控制程序升温上限设置为99℃，选择开关置于“自动”位置；
（5）启动1#电加热元件组进行进行了三次自动定速升温试验；
（6）记录将水加热至99℃的时间；
（7）分别测量电力调整器信号输入端触发电流、主回路输出端电压、电流值，测量数据记录于附录A中；
（8）启动1#、2#电加热元件组进行了三次自动定速升温试验；
（9）记录将水加热至99℃的时间；
（10）分别测量电力调整器信号输入端触发电流、主回路输出端电压、电流值，测量数据记录于附录A中；
（11）启动1#、2#、3#电加热元件组进行了三次自动定速升温试验；
（12）记录将水加热至99℃的时间；
（13）分别测量电力调整器信号输入端触发电流、主回路输出端电压、电流值，测量数据记录于附录A中；
（14）将测量的电压、电流、时间取平均值后计算功率、温升速度，计算结果记录附录A中；
（15）从试验情况来看，当采用一组电加热元件（功率约27kW）时，温升速度约为112℃/h，低于设计要求350℃/h；当采用两组电加热元件（功率约52kW）时，温升速度约为252℃/h，低于设计要求350℃/h；当采用三组电加热元件（功率约79kW）时，温升速度约为370℃/h，高于设计要求350℃/h；
（16）依据试验数据，功率为80kW的电加热元件即可满足设计的温升速度要求，考虑一定的的安全系数，最终确定电加热元件的功率为90kW。
5.1.2 手动可调速升温
（1）将控制系统选择开关置于“手动”位置；
（2）启动1#、2#、3#电加热元件组进行了三次手动可调速度升温试验；
（3）升温过程中调节电力调整器可调电位器R，测量的电加热元件组电压、电流、加热时间等数据记录于附录A中；
（4）根据测量的数据计算功率、温升速度，计算结果记录于附录A中；
（5）从试验情况来看，可调电位器R的电压与电力调整器输出电压成线性关系，即可调电位器R的电压与电加热元件的功率成线性关系；
（6）当可调电位器R的电压为4V时，此时系统的温升速度为304℃/h，低于设计温升要求350℃/h；当可调电位器R的电压为4.8V时，此时系统的温升速度为351℃/h，基本符合设计温升要求350℃/h；当可调电位器R的电压为5V时，此时系统的温升速度为381℃/h，高于计温升要求350℃/h；
（7）依据设计温升要求350℃/h，将PLC控制程序手动模式修改为功率可调节方式，以实现不同环境下的温升速度要求。
5.2 温度自动控制试验
温度自动控制试验系统示意图如图2所示。其系统主要由1台电控柜、1个容器、3组绳式电加热元件、6支热电偶、保温层等组成。电控柜用于处理热电偶采集的温度信号，并输出可调电压调节电加热元件功率；容器用于安装绳式电加热元件及支撑保温层；绳式电加热元件安装于容器外表面，用于加热介质（空气）至设定温度；热电偶安装于容器内部，用于采集介质（空气）的温度信号。
5.2.1 自动温度控制
（1）将3组绳式电加热元件敷设于容器外壁，并敷设保温层；
（2）将三组电加热元件以星形接法连接于电力调整器输出端；
（3）将6枝温度传感器探头按1米间隔布置于容器中，分别编号：#1、#2、#3、#4、#5、#6，并将温度传感器输出线连接至控制系统接线端子；
（4）将控制程序升温上限设置为280℃；
（5）将控制系统选择开关置于“自动”位置；
（6）将控制系统PID参数整定设置为“自动”；
（7）启动系统进行了三次自动温度控制试验；
（8）控制系统停止加热时，6个温度传感器测量的温度数据记录于附录B中；
（9）6个温度传感器测量的开始下降前的最高温度数据记录于附表B中；
（10）将最高温度取平均值计算280℃时的温度控制精度，计算数据记录于附录B中；
（11）自动温度控制时（即自动PID参数整定），平均温度控制精度最小为7.75%，最大为8.19%；
（12）从实验情况来看，依据系统自动整定的PID参数进行温度控制都不满足设计要求的平均温度控制精度：280℃±5%。
5.2.2 手动PID参数整定
（1）将控制系统PID参数整定设置为“手动”；
（2）输入比例、积分、微分控制参数，并将数据记录于附录B中；
（3）启动控制系统进行了多次温度控制试验；
（4）控制系统停止加热时，6个温度传感器测量的温度数据记录于附录B中；
（5）6个温度传感器测量的开始下降前的最高温度数据记录于附表B中；
（6）将最高温度取其平均值依据设计要求（280℃±5%）计算280℃时的温度控制精度，系统积分、微分控制参数等数据记录于附录B中；
（7）从试验情况来看，用手动PID参数进行温度控制，其平均温度控制精度均满足设计要求；
（8）试验数据也表明，要对滞后量较大的温度进行控制，需设置较大的微分参数对系统进行提前控制，并且足够大的积分参数（接近最大设置上限）对滞后量较大的温度控制效果尤为明显。
5.3 模拟压力跟随控制试验
模拟压力跟随控制试验系统示意图如图3所示。其系统主要由1台电控柜、1个容器、3组绳式电加热元件、6支热电偶、1台信号发生器和保温层等组成。电控柜用于处理热电偶采集的温度信号，并输出可调电压调节电加热元件功率；容器用于安装绳式电加热元件及支撑保温层；绳式电加热元件安装于容器外表面，用于加热介质（空气）至设定温度；热电偶安装于容器内部，用于采集介质（空气）的温度信号；信号发生器用于模拟升温过程中的压力信号。
5.3.1 信号发生器模拟系统压力信号
（1）将信号发生器连接于控制系统压力信号输入端子；
（2）将PLC模拟量控制模块依据系统设计最大压力范围（0 MPa-25 MPa）进行零位及满量程刻度；
（3）将信号发生器输出信号选择为“4 mA -20mA”，输出旋钮旋至最低位；
（4）启动控制系统自动升压，逐步加大信号发生器输出信号，控制系统显示的对应压力值记录于附录C中。
5.3.2 升温过程中模拟压力跟随控制
（1）将控制系统程序温度上限值设定为300℃，压力值按表1设置；
（2）调节信号发生器输出旋钮，控制系统显示压力值为0.5 MPa；
（3）启动控制系统进行自动升温、模拟压力跟随控制试验；
（4）升温过程中按表1系统程序压力设定依次调节信号发生器输出旋钮，使控制统显示的压力值与相应的温度对应，加热单元、加压单元运行情况记录于附录D中；
（5）系统温度为100℃时，切除加热单元，检查系统安全状态及加热单元、加压单元运行情况并记录于附录D中；
（6）在确认系统安全状态正常后启动电控制系统继续升温；
（7）系统温度为200℃时，切除加热单元。检查系统安全状态及加热单元、加压单元运行情况并记录于附录D中；
（8）调节信号发生器输出旋钮，控制系统显示压力值为0.5 MPa；
（9）启动控制系统进行自动升温、模拟压力跟随控制试验；
（10）升温过程中按表1系统程序压力设定依次调节信号发生器输出旋钮，使控制系统显示的压力值与相应的温度对应，加热单元、加压单元运行情况记录于附录D中；
（11）系统温度为100℃时，切除加热单元，检查系统安全状态及加热单元、加压单元运行情况并记录于附录D中；
（12）在确认系统安全状态正常后启动电控制系统继续升温；
（13）系统温度为200℃时，切除加热单元。检查系统安全状态及加热单元、加压单元运行情况并记录于附录D中；
（14）在确认系统安全状态正常后启动控制系统继续升温；
（15）系统温度为300℃时，切除加热单元。检查系统安全状态及加热单元、加压单元运行情况并记录于附录D中；
（16）从试验情况来看，升温过程中的压力设置参数均大于对应温度下的饱和蒸汽压，保证了各个单元功能的正常以及整个系统的安全。
5.3.3 保温过程中模拟压力跟随控制
（1）当系统显示温度300℃时，调节信号发生器输出旋钮，当系统显示压力值分别为10MPa、10.1MPa、10.2MPa时，变频器为运行状况，KM8、KM9（KM8、KM9分别为下限和上限压力设定的动作元件）接触器断开（无动作），符合设计要求，试验情况记录于附录E中；
（2）变频器启动运行后，调节信号发生器输出旋钮，当系统显示压力值分别为10.3、10 .4MPa时，变频器停止，KM8、KM9接触器断开（无动作），符合设计要求，试验情况记录于附录E中；
（3）调节信号发生器输出旋钮，当系统显示压力值分别为13.6MPa、13.7MPa、13.8 MPa时变频器停止，KM8、KM9接触器断开（无动作），符合设计要求，试验情况记录于附录E中；
（4）调节信号发生器输出旋钮，当系统显示压力值分别为13.9MPa、14.0MPa时，变频器停止，KM9接触器闭合（开启泄压阀进行泄压），符合设计要求，试验情况记录于附录E中。
6 结论
温度自动控制试验依据制定的方案实施，完成了热容试验、温度自动控制实验、模拟压力跟随控制试验等内容，达到了试验目的：
（1）通过试验，验证了控制系统具有较高可靠性，以及对温度控制的有效性；
（2）通过试验，确定了理论计算电加热功率、温升速度完全满足设计要求；
（3）通过试验，最终确定了PID整定参数、温度控制程序；
（4）通过模拟试验确定了跟随控制整定参数，修正压力控制程序。
这次试验研究，验证了工况模拟装置完全能够提供位置传感器检测装置实际工况。在随后的工作中，通过这套工况模拟装置提供给位置传感器检测装置实际工况条件，对其进行故障分析，准确地查出了位置传感器检测装置故障原因，杜绝了故障的再次发生，保证了反应堆的安全运行，圆满地完成了任务。
执行标准
GB/T 10067.1-2005 电热装置基本技术条件
GB/T 13869-2008 用电安全导则
篇3
关键词：列车自动控制系统；车地无线通信；GSM-R
1 ATC整体系统结构
为了安全可靠的指挥行车，轨道交通主要通过先进的计算机控制系统实现速度控制、追踪间隔调整和定位停车等。实现这一功能的系统就是列车运行自动控制系统ATC。它包括三个子系统：列车自动监控系统ATS、列车自动保护系统ATP、列车自动运行系统ATO。三个子系统既相互独立又相互联系。ATC系统的典型结构如图1所示。
在控制中心内，计算机系统、中心数据传输系统、控制台及显示等的控制及表示信息通过数据传输系统与车站及轨旁的信号设备相连接；轨旁设备通过车站数据传输系统与车站ATC系统相连，车站的ATC系统通过ATP子系统发出列车检测命令检查有无列车，并向车上传送ATP限速命令、门控命令及定位停车的位置命令；车上ATC系统根据ATP命令的数据和译码，控制列车的运行和制动，完成定位停车。
2 ATC子系统
2.1 ATP系统功能
ATP子系统是“故障安全”系统，保证列车运行安全，是ATC系统中关键的一环。作为保证列车运行安全的系统，ATP系统必须符合故障--安全原则。为确保系统的安全可靠，除采用高可靠性、高安全性硬件结构和软件设计外，还应采取必要的软、硬件冗余措施，以确保在故障情况下不中断列车的正常运行。
2.2 ATS子系统
ATS子系统负责全线列车运行监控，是计算机辅助调度系统。ATS子系统编辑列车运行图，按照运行图自动指挥列车运行，具有自动确定列车进路，调整列车站停时间等多项功能。它主要采用软件方法实施联网、通讯及指挥行车，在ATP、ATO子系统的支持下完成对全线列车运行的自动管理和监控。
2.3 ATO子系统
ATO子系统负责列车的牵引/制动控制、定点停车、车门控制，并与旅客信息系统相联系。在“ATO”模式下，ATO在ATP监控下自动控制列车运行，按规定的站间运行时间运行。
3 车地无线通信技术
3.1 轨道电路
以分区为单位定位，实现地面向车载设备传输信息。
轨道电路将信息转换为调制信号进行发送；车载设备利用电磁感应原理，通过感应线圈，接收与地面信号一致的感应信号。
3.2 应答器
实现列车定位和车地信息传输。
下行链路（车地传输）的功率载频为27.095MHz±5kHz，用于激活地面应答器；上行链路（地车传输）的信号中心频率为4.234MHz±200kHz；采用FSK调制方式，调制频偏为282.24 kHz（±5%），调制速率为564.48 kb/s（±2.5%）；信号传输是通过无线方式、经由车载天线与地面应答器的空气间隙传输的。
3.3 GSM-R通信网络
通过在铁路沿线设置基站，列车上安装车载设备GSM-R无线通信单元及天线，用于实现车载设备与地面设备之间连续、双向、大容量信息双向传输；通过GSM-R无线通信系统将行车许可、线路参数、临时限速传输给ATC车载设备；通过GSM-R无线通信系统接受车载设备发送的位置和列车数据等信息。
在我国铁路应用中，GSM-R占用的频段为930MHz-934MHz（下行）和885MHz-889MHz（上行）。GSM-R采用单网交织的冗余覆盖方案，只要不是相邻的基站同时故障，就不会影响GSM-R网络场强覆盖。可以提供最远32km的目标距离、线路允许速度等信息。
4 结语
列车自动控制系统是轨道交通系统的神经中枢，为列车安全、有序、高效运行提供了可靠保障。
GSM-R无线通信网络的应用，将车地信息交互的大容量、可靠性、实时性进一步提升，使得列控系统成为了一个基于无线通信的闭环控制系统，不仅保证了列控在更高速度下的安全，更提高了运行效率。
[参考文献]
[1]汪希时.基于通信技术的列车控制技术.中国铁路.2001（8）.
[2]吴汉麒.城市轨道交通信号与通信系统.北京.中国铁道出版社.1999.
篇4
《自动控制原理》复习题
一、填空题（每小题分，共分）
、线性定常系统稳定的充要条件是闭环系统的所有特征根必须。
、
c
越大
ts。
、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是。
、极坐标图上以坐标原点为圆心的单位圆和图上的对应。
、如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环零点之间
(
其中一个零点可以位于无穷远处
)
，则在
这两个零点之间必定存在。
、要改善
essr
通常可采用两种方式：）增加前向通路的增益；
）。
、经典控制理论的三大问题是稳定性、和动态性能。
、根据控制信号的不同，可以将控制系统分为和随动控制系统。
、如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离越远越好。
、开环控制和是控制系统的两种基本形式。
、一般来说，满足的系统称为线性系统，我们又常称为线性可加性。
、组成系统的控制装置与被控对象之间，只有顺向作用而没有反向联系的控制称之为。
、用标明传递函数的方块和连接线表示系统功能的图形叫。
、在劳斯表中，第一列的所有元素均大于零，那么系统。
、在二阶系统中，
n
称为。
、在自动控制系统中，使用速度反馈与微分顺馈可以改善系统的。
、开环幅相频率特性曲线越靠近（－）点，系统的稳定程度。
、一个控制系统的控制作用能否对系统的所有状态产生影响，
从而能对系统的状态实现控制，
称为。
、控制系统的反馈分为状态反馈和两种。
、相位裕量和是相对稳定性的两个重要指标。
二、选择题（每小题分，共分）
、设线性定常系统的闭环特征方程的根为
si
，
,⋯
，则该系统稳定的充分必要条件为（
）。
．
[]
．[]
．
[]
>
．
[]
、在二阶系统的欠阻尼（＜
ξ
＜）阶跃响应曲线中，阻尼比越小，那么（
）。
1
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．超调量越大
上升时间越小．超调量越小
上升时间越大
．超调量越小
上升时间越小．超调量越大
上升时间越大
、对于开环增益为的Ⅰ型系统，在阶跃信号
()作用下的稳态误差为（
）。
．
A
(1
K
)
．．
A
K
．
1
AK
、下面种关于系统开环频率特性的描述中，错误的是（
）。
．开环频率特性的低频段决定了系统的无差度和开环增益。
．幅频对数特性的中频穿越频率是－，并且中频段宽度
h
5
时，系统一定是稳定的，并
且动态性能比较好。
．系统的开环截止频率
c
与调节时间
ts
成正比；相位裕度
c
和阻尼比
成正比。
．高阶系统为了保证抗干扰性能，高频衰减率应为
vh
2
~
5。
、开环系统的极坐标图如下，不稳定的是图（
）。
、设某系统的相位裕度是
co
，开环截止频率是
co
，要求校正后相位裕度为
c
，开环截止频
率为
c
，适合用滞后校正的条件是（
）。
．
．
co
c
,
co
c
．
co
c
,
co
c
co
c
,
co
c
．
co
c
,
co
c
、二阶振荡环节，产生谐振峰值的条件是（
）。
．
0.707
．
1．
1
．
0.707
、常用的比例、积分与微分控制规律的另一种表示方法是（
）。
（
）
．．．．
、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡频率
n
保持不变时，
(
)
.
阻尼比
ξ越大，系统的调整时间越大
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.
阻尼比
ξ越大，系统的调整时间越小
.
阻尼比
ξ越大，系统的调整时间不变
.
阻尼比
ξ越大，系统的调整时间不定
、在系统开环传递函数中增加零点，将使系统的动态性能
(
)
.
变好
.
变差
.
不变
.
不定
三、名词解释（每题分，共分）
.
自动控制
.
线性定常系统
.
稳态误差
.
相对稳定性
.
根轨迹法
四、简答题（每题分，共分）
、简述采用传递函数描述系统的特点。
、请写出梅逊公式的表达式，并说明公式中每个参数的含意。
、试述扰动信号对系统稳态误差的影响，并写出减小或消除扰动引起的稳态误差的措施。
、根轨迹如果穿过虚轴，如何计算根轨迹与虚轴交点的坐标。
、简述最小相位系统，并说明其主要特点。
、简述奈氏稳定判据。
五、计算题（每题分，共分）
3
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、已知系统特征方程为
s4
3s3
6s2
3s
6
0，试用代数稳定性判据判别系统的稳定性。
、已知反馈控制系统结构图如右图所示。
试
确
定
结
构
参
数
和
τ
，
使
M
p
20%,t
p
1s，并计算调节时间
ts。
一、填空题（每小题分，共分）
、线性定常系统稳定的充要条件是闭环系统的所有特征根必须。
、
c
越大
tr。
、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是。
、极坐标图上以坐标原点为圆心的单位圆和图上的对应。
、如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间则在这两个极点之间必定存在。
、要改善
essn
通常可采用两种方式：）增加前向通路的增益；
）。
、自动控制系统的基本要求是稳、准和。
、根据时间信号的不同，可以将控制系统分为和离散时间系统。
、如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离越远越好。
、开环控制和是控制系统的两种基本形式。
、一般来说，满足的系统称为线性系统，我们又常称为线性可加性。
、组成系统的控制装置与被控对象之间，有顺向作用还有反向联系的控制称之为。
、用标明传递函数的方块和连接线表示系统功能的图形叫。
、在劳斯表中，第一列元素的符号变化次数代表。
、在二阶系统中，
d
称为。
、在自动控制系统中，为了改善系统的动态性常采用与微分顺馈的方法。
4
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、开环幅相频率特性曲线越远离（－）点，系统的稳定程度。
、一个控制系统能否通过输出量把系统的初始状态识别出来，称为。
、控制系统的反馈分为状态反馈和两种。
、相位裕量和是相对稳定性的两个重要指标。
二、选择题（每小题分，共分）
、设线性定常系统的闭环特征方程的根为
si
，
,⋯
，则该系统稳定的充分必要条件为（
）。
．[]
．[]
．
[]
>
．
[]
、在二阶系统的欠阻尼（＜
ξ
＜）阶跃响应曲线中，阻尼比越大，那么（
）。
．超调量越
大
调整时间越小．超调量越小
调整时间越大．超调量越小
调整时间越小．超调量越大调整时间越大
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对
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增
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阶
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、下面种关于系统开环频率特性的描述中，错误的是（
）。
．开环频率特性的低频段决定了系统的无差度和开环增益。
．幅频对数特性的中频穿越频率是－，并且中频段宽度
h
5
时，系统一定是稳定的，并
且动态性能比较好。
．系统的开环截止频率
c
与调节时间
ts
成正比；相位裕度
c
和阻尼比
成正比。
．高阶系统为了保证抗干扰性能，高频衰减率应为
vh
2
~
5。
、开环系统的极坐标图如下，不稳定的是图（
）。
、设某系统的相位裕度是
co
，开环截止频率是
co
，要求校正后相位裕度为
c
，开环截止频
率为
c
，适合用超前校正的条件是（
）。
．
coc
,
coc
．
co
c
,
coc
5
/
13
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．
co
c
,
co
c
．
co
c
,
co
c
、二阶振荡环节，产生谐振峰值的条件是（
）。
．
0.707
．
1．
1
．
0.707
、常用的比例、积分控制规律的另一种表示方法是（
）。
．．．．
、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡频率
保持不变时，
(
)
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越大
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越小
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不变
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不定
、在系统开环传递函数中增加极点，将使系统的稳定性
(
)。
.
变好
.
变差
.
不变
.
不定
三、名词解释（每题分，共分）
.
传递函数
.
线性定常系统
.
稳定性
.
闭环主导极点
.
稳定裕量
四、简答题（每题分，共分）
、简述结构图化简的原则。
6
/
13
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、简述信号流图中前向通路是怎么定义的。
、简述控制系统稳态误差的三要素。
、简述根轨迹的分离点和会合点，并写出分离点和会合点的计算方法。
、简述最小相位系统，并说明其主要特点。
、简述波德图上的奈氏稳定判据。
五、计算题（每题分，共分）
、已知系统的闭环特征方程为
s6
2s5
8s4
12s3
20s2
16s
16
，试用代数稳定判
据判断该系统是否稳定，如不稳定请说明引起系统不稳定的根的个数；如临界稳定，请求取使系统临界稳定的共轭虚根。
7
/
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、有扰系统如下图所示，已知输入信号
R(
s)
1/
s
，扰动信号
N
(s)
1/
s
，试求该系统的稳态误差。
N(s)
R(s)
K
1
K
2
C(s)
s
一、填空题（每小题分，共分）
、线性定常系统稳定的充要条件是闭环系统的所有特征根必须。
、
c
越大
tr。
、用时域法分析控制系统时，最常用的典型输入信号是。
、极坐标图上以坐标原点为圆心的单位圆和图上的对应。
、如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间则在这两个极点之间必定存在。
、要改善
essn
通常可采用两种方式：）增加前向通路的增益；
）。
8
/
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、自动控制系统的基本要求是稳、准和。
、根据时间信号的不同，可以将控制系统分为和离散时间系统。
、如果要求系统的快速性好，则闭环极点应距离越远越好。
、开环控制和是控制系统的两种基本形式。
、一般来说，满足的系统称为线性系统，我们又常称为线性可加性。
、组成系统的控制装置与被控对象之间，有顺向作用还有反向联系的控制称之为。
、用标明传递函数的方块和连接线表示系统功能的图形叫。
、在劳斯表中，第一列元素的符号变化次数代表。
、在二阶系统中，
d
称为。
、在自动控制系统中，为了改善系统的动态性常采用与微分顺馈的方法。
、开环幅相频率特性曲线越远离（－）点，系统的稳定程度。
、一个控制系统能否通过输出量把系统的初始状态识别出来，称为。
、控制系统的反馈分为状态反馈和两种。
、相位裕量和是相对稳定性的两个重要指标。
二、选择题（每小题分，共分）
、设线性定常系统的闭环特征方程的根为
si
，
,⋯
，则该系统稳定的充分必要条件为（
）。
．[]
．[]
．
[]
>
．
[]
、在二阶系统的欠阻尼（＜
ξ
＜）阶跃响应曲线中，阻尼比越大，那么（
）。
．超调量越
大
调整时间越小．超调量越小
调整时间越大．超调量越小
调整时间越小．超调量越大调整时间越大
、
对
于
开
环
增
益
为
的
Ⅰ
型
系
统
，
在
阶
跃
信
号
()
作
用
下
的
稳
态
误
差
为
（
）。．
A
(1
K
)
．．
A
K
．
1
AK
、下面种关于系统开环频率特性的描述中，错误的是（
）。
．开环频率特性的低频段决定了系统的无差度和开环增益。
．幅频对数特性的中频穿越频率是－，并且中频段宽度
h
5
时，系统一定是稳定的，并
且动态性能比较好。
．系统的开环截止频率
c
与调节时间
ts
成正比；相位裕度
c
和阻尼比
成正比。
．高阶系统为了保证抗干扰性能，高频衰减率应为
vh
2
~
5。
9
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、开环系统的极坐标图如下，不稳定的是图（
）。
、设某系统的相位裕度是
co
，开环截止频率是
co
，要求校正后相位裕度为
c
，开环截止频
率为
c
，适合用超前校正的条件是（
）。
．
．
co
c
,
co
c
co
c
,
co
c
．
．
co
c
,
co
c
co
c
,
co
c
、二阶振荡环节，产生谐振峰值的条件是（
）。
．
0.707
．
1．
1
．
0.707
、常用的比例、积分控制规律的另一种表示方法是（
）。
．．．．
、对于欠阻尼的二阶系统，当无阻尼自然振荡频率
保持不变时，
(
)
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越大
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间越小
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不变
.
阻尼比
n
越大，系统的峰值时间不定
、在系统开环传递函数中增加极点，将使系统的稳定性
(
)。
.
变好
.
变差
.
不变
.
不定
三、名词解释（每题分，共分）
.
自动控制
.
线性定常系统
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.
稳态误差
.
相对稳定性
.
根轨迹法
四、简答题（每题分，共分）
、简述采用传递函数描述系统的特点。
、请写出梅逊公式的表达式，并说明公式中每个参数的含意。
、试述扰动信号对系统稳态误差的影响，并写出减小或消除扰动引起的稳态误差的措施。
、根轨迹如果穿过虚轴，如何计算根轨迹与虚轴交点的坐标。
、简述最小相位系统，并说明其主要特点。
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、简述奈氏稳定判据。
五、计算题（每题分，共分）
、已知单位负反馈系统如下图所示，
R(s)
1
K
C(s)
s
(s+1)(s+5)
()
求使闭环系统稳定的的取值范围。
（本小题分）
()
如果要求闭环特征方程的所有根的实部都小于－，求的取值范围。
（本小题分）
12
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K
g
、已知单位负反馈系统的开环传递函数为
Go
(s)
，试绘制其根轨迹。
s(s
1)(s
5)
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篇5
关键词：锯片 定尺切割 轧制 PLC控制
由于锯切轧件产品随着市场需求的增加、钢材断面质量要求的提高，同时老式的锯切设备锯切速度低，工作环境差，工人劳动强度大，由于设备及锯片等方面的原因，经常出现型材断口切斜、毛刺飞边超标等质量问题，锯片单次锯切寿命较低(平均300t以下)，造成停机换片频繁，严重地影响了轧制生产的连续性。另外，锯片在使用过程中还经常出现糊齿、裂纹等现象，既影响生产效率，也给生产现场的安全带来了一定隐患。本文介绍的锯切机是用以取代生产效率较低的老式控制系统锯切型材设备，使锯片锯切寿命和锯切质量都有了很大提高。
一、工艺流程
锯切是在轧钢过程中的一个收尾环节。首先钢坯由入炉辊道经过上料台送入步进式加热炉。加热炉采用煤气作为燃料。根据坯料的性能、种类要求的不同，调节炉内煤气的流量使坯料由进炉到出炉这一过程达到所要求的轧制温度。
红色的坯料经过出炉辊道到达轧机，轧机在这里属于第一道轧制工序。调换不同孔型的轧辊及调节轧辊之间的距离，使得坯料达到预先的形状、大小完成开坯的工作。
有的钢体原材料由于硬度高，在轧制过程中又损失一部分热量，易造成钢头的裂纹，影响到钢的轧制质量。为了消除这种影响，在轧机后安置了切头剪。
以上的开坯准备工作完成后，轧件达到了往复式WF轧机。这种轧机采用了水平安装平、立、平、立、平，五个轧辊。控制系统全由计算机程序操作，根据不同的轧制程序调节轧辊之间的距离及导卫系统，充分的了解模具钢的棱角问题，较好的达到了高精度的90度棱角。
根据厂家对钢料长短尺寸的需求，以及锯切的表面要保证光滑、平整，采用了带有定尺机的热摩擦锯。当坯料达到锯前由水平垂直夹紧装置夹紧坯料，然后自动锯切完成快速进锯负载进锯锯切终了快速返回，四个切割过程。而这些控制过程都是由直流控制器进行控制。而直流电机的转速控制是由PLC为直流控制器输出一个给定的速度模拟信号，由直流控制器对直流他励电机进行速度闭环调节控制，从而保证了切割线速度。而热锯的摆臂及垂直夹紧由PLC进行矢量位移式闭环控制，这样就较稳定地实现了系统的自动控制。
经过热锯的切割轧件成品达到冷床，等待下一部的深加工，完成了整个的生产过程。
二、控制系统硬件设计
系统主要有自动转换开关、限位开关等开关量输入量和输出量。根据统计该系统需要72个输入量和34个输出量。再考虑留有15%的输入、输出点余量，实际选用6块16点数字输量输入模块SM321，4块16点数字输出模块SM322，共计96个输入点和64个输出点。S7-300PLC是本控制系统的核心，它完成所有开关量输入、输出型号的处理。在控制系统中为了完成对型材锯切长度的控制和主锯切机前进或者后退的控制，选用CPU314。本控制系统中为了实现对锯切长度的控制和主锯切机前进或者后退的控制选用了一块计数模板，FM350―2，该模块带8个通道，用于和24V增量编码器配合使用。
三、锯切识别动作的执行
现场轧件的位置检测由热金属检测器进行检测并输入PLC，由PLC完成逻辑判断，而后PLC输出控制信号给各个控制器，控制器控制各个执行元件动作，达到控制要求。
1.轧件从锯切的前一工序区域横向移入锯切区域后，经RJ0测得后，锯前BP辊道高速转动。
2.轧件在到达RJ1后，要求锯前BP辊道低速转动， RJ1只是在轧件的头部或尾部达到时起作用。
3.轧件的头部到达RJ2时，锯前BP辊道停止。
4.轧件头部到达RJ3时，锯前BP辊道低速运行，且定尺挡板落下，定尺挡板上的常开点被轧件撞击闭合后，锯前BP辊道停止运行。
5.轧件的尾部到达RJ4时，锯前后辊道停止运行。
6.若RJ4有信号，而且RJ5已有信号，则可切尾，否则因不足4米作放弃不要处理。
7.确认锯切的类型后，设计了夹紧机构将轧件夹紧，以免锯切过程中轧件振动，损坏锯片。锯切动作执行完毕后，轧件夹紧机构要松开。
8.锯切完成后，轧件要高速离开锯切区域。切尾或放弃完成后，前一工序的轧件才可以进入锯切区域。
四、控制系统软件
编程软件使用的是西门子的STEP 7，是用于对西门子PLC进行组态和编程的专用集成软件包。
锯切控制程序从循环执行主程序――组织块开始依次调用各个子程序和功能块，各个子程序和功能块用于完成锯切控制系统某一部分的逻辑控制（如各参数计程序流程图、定尺程序流程图）或实现某一 特定的功能（通过总线读写控制字、状态字）。锯切过程程序流程图如图3所示。
结论
该锯切机已经在国内大型轧钢生产企业得到应用，实际的运行效果表明该控制系统运行稳定、可靠，大大地提高了锯切轧件的生产自动化水平和产品的质量。
程序流程框图
参考文献
[1]胡建,西门子S7-300 PLC应用教程.北京：机械工业出版社,2010
篇6
关键词：自动控制；原理及设计；分析研究
前言：社会经济的发展和建设，对于自动化的需求越来越甚。对于教学工作的开展来说，同样需要做好相应教学工作的改革和创新，通过自动控制原理的切入，做好相应课程的设计，最终达到让学生掌握实践与理论知识，并对理论知识予以灵活应用的程度。因此，相关教师要注重理论教学与实践教学两个方面进行深入研究，做好相应课程教学设计。
一、课堂教学的改革
1.精选授课内容，强化“ 三基”教学
由于“自动控制原理”课程包涵内容复杂且知识信息量非常大，而教学学时又非常有限，这就要求教育者在实际教学时突出重点和难点，对基本知识点、基本原理和基本实验方法要讲透彻，对局部重点内容要精选授课，做到重点答疑解惑，同时，做好相关的后期有针对性的习题或者课题演练，达到强化学习的目的，教师应该尽可能引导学生去自主的实践，从实践总结，结合理论，强化自我知识体系，完善自我能力，
2.合理运用现代化教学手段，提高教学效率
现代教学手段已经有了很大的突破，包括多媒体在内的各种教学手段早已走进课堂。粉笔加黑板是传统的教学基本特点，教师是课堂的主宰，老师的灌输式教育让学生的抽象思维能力没有发挥余地，而教师的教学实验效果也往往收不到很好的效果。今天，课堂上的计算机辅助教学（CAI）已司空见惯，它已经是现代教育科学与教育技术的重要拼图，教学软件和CAI 课件的介入，让课堂活跃了起来，学生们的思维也开发出来，用更多的除了语言以外的内容去增加学生对知识点的理解，尤其是课程中涉及的图标、曲线等内容，采用课件之后，内容一目了然，直观的同时也提高了教学效率。
3.利用MATLAB语言，培养综合分析能力
由美国Mathworks公司的第四代计算机语言MATLAB语言，该语言主要面向科学计算、数据可视化以及交互式程序设计。控制系统分析与仿真设计是该软件的主要强项功能体现，同时MATLAB语言绘图功能特别强劲。目前，MATLAB语言已经是我国“自动控制原理”课程的主要辅助教学工具之一。通过该软件，可以让学生通过软件自我的建模、仿真过程，了解控制系统的工作原理和工作过程，让学生对系统模型方面概念的理解不停留在纸面上，串联自身的知识点，消化和吸收了书本内容。教W实践来看，“自动控制原理”课程教学中引入MATLAB语言，加深了学生对自动控制原理广义上抽象性的理解，知识涵盖点更加直观性。同时课堂上的学生也学会了使用先进的软件，理论和实践有机结合，提高了动手能力和理论能力的综合素质。
二、实验教学的改革
1.自动控制原理实验教学的基本内容
实践出真知，所以，教学中，培养学生的动手能力、基本科研能力和创新能力是检验教学效果的考核之一，因此教师教学中，应有的放矢的增加实验教学内容和知识涵盖点，实验教学模块的设立能强化学生对抽象的理论概念的理解和消化，进而将知识应用到实验和实践中，学会用科学的方法，有效的数据和涵盖的技术来分析和整理问题，解决实际中存在的问题， 进而将诸如控制元件、传感器、自动控制原理、仿真方法等分散的知识点进行综合串联，既学习了书本知识，又强化了动手能力，理论和实践结合的方式来完成综合性的实验，进而达到育人的真正教学目的。
2.自动控制原理实验教学的模式
合理安排、增加实物综合性实验这是目前普遍采用的一种教学方法，既能加深理论理解，又能对原理性的知识进行系统化的学习，从而达到良好的教学目的。MATLAB/SIMULINK 数字仿真环境的虚拟实验模式也是一种被广为传播的一种教学方法，该方法拥有先进的计算机语言和一定的仿真能力，让学生能切实感受控制系统和仿真设计。
这两种实验教学模式的相互结合， 使学生感受到物理实验和虚拟实验的各自优缺点，尤其是后者，成功的解决了在虚拟环境中难以建立真实系统的问题。此外， 得益于计算机的推广，“自动控制原理”实验教学的场地、时间不再受到限制，甚至部分教学内容得到拓展性的延伸， 越来越多的学生选择用课外时间完成有关的实验教学项目。
结语：
随着国家对自动化控制要求的加剧，做好相应教学工作开展就显得非常重要。教师要注重从自动控制原理出发开展相应的教学工作，做好相应的教学改革，真正让学生掌握自动控制技术，并做好相应的实操教学，让学生的应用技能不端提升。
参考文献：
[1]牛剑峰. 综采液压支架跟机自动化智能化控制系统研究[J]. 煤炭科学技术，2015，12：85-91.
篇7
关键词：连续排污；自动控制；电导率检测仪
中图分类号：TK22 文献标识码：A
1 前言
石化总厂煅烧焦车间余热锅炉的控制系统经过检修改造之后，汽包给水液位调节系统已经改为PID自动控制，而锅炉的表面连续排污则一直采用手动控制。在实际运行过程中，由于采用手动控制表面连续排污，经常出现两种情况：第一种，排污过量。第二种，排污量不够。
2 锅炉连续排污自动控制
2.1 蒸汽锅炉内的水质控制与连续排污分析
锅炉内的水经过高温不断的蒸发，能够产生很多的水蒸气。水蒸气的产生能够是锅炉中水分不断的减少，锅水中的盐类等物质就会在蒸发的过程中不断地渗出，在高温的作用下也不会被蒸发走，这就会导致锅中盐的浓度越来越大。当含盐量超过一定程度后，锅水中就会产生化学变化，锅水就会产生泡沫，汽水共同沸腾，能够很大的增加空气中的蒸汽的湿度，严重的时候还会导致蒸汽中带有大量的水分，使蒸汽的品质不合格，就会造成资源的浪费和环境的污染。同时也会对于锅炉的正常使用造成影响，导致锅炉被破坏。这种现象的出现是在锅炉进行高负荷的生产以及蒸汽符合的波动过于大，使锅炉产生的变化，这是在锅炉工作是非常容易产生的问题，需要技术人员不断的进行技术的研究，通过高科技的手段把锅炉会遇到的问题都一直在萌芽之中，对于锅炉的正常的发展运行都有着非常重要的作用。所以，对于上述产生的原因，我们就要把锅水含盐量控制在允许的范围之内，这样才能够保障锅炉的安全的运转。这样也有利于锅炉连续排污自动系统能够不断地发展，不断的进行研究，进而不断的改善，已达到生产的需求，不断的满足生产。
2.2 锅炉连续排污的手动控制
当锅炉的连续排污采用人工手动控制时，在锅炉的连续排污口安装手动截止阀。根据锅水化验员定期抽取锅水水样检测结果来开大或关小排污阀。实际我们锅炉排污阀为微开状态来保持锅水浓度。当负荷大时，锅水浓度很快上升，手动控制不适合锅炉安全稳定运行的要求。负荷小时，会造成超量排放锅水，增加锅炉运行成本，造成能源浪费。
结语
锅炉在生产工作过程中，会排出很多的污染物。现在锅炉连续排污的技术已经不断的进行研究，并且不断的进行完善锅炉连续排污的自动系统，这种控制方法能够在锅炉运行时不断的连续的进行检测过炉内的溶解固形物的浓度，一旦发现浓度超标就会进行调控，是锅炉能够正常的运行。同时，自动系统还能够自动的进行温度的调控，自动的对不足电导率的温度进行补偿，让电导率能够达到一个合适的温度，能够正常的运转。这样也能够保障锅水的溶解固形物的含量被控制在水质的标准之下，能够保证锅水的质量是合格的，这样能够比较有利于保障锅炉的安全生产，减少安全隐患，同时，也能够减少锅炉的排污量的减少，能够对于环境的保护起到一个很好的作用，能够减少环境中的热污染，同时也能够减少热量的损失，使热量能够有一个比较合理科学的再利用，能够节约资源，节约燃料，不断地提高锅炉的效率，还能够对于环境起到一个比较好的作用
参考文献
篇8
【关键词】升降旗；控制；步进电机
当代社会，自动升降旗系统在许多领域得到了广泛的应用。例如：在许多政府部门、一些学校广场和很多大型企业里，常常可见到飘扬的国旗。
随着科学技术的发展， 尤其是伴随着单片机测控、自动控制技术的发展，用自动控制系统来实现国旗的升与降控制，使升降旗的速度与国歌演奏的时间得到准确无误的配合，这样一来，就不会再有人为升降国旗与国歌演奏时间不协调的尴尬场面发生，从而保证了国旗升降仪式的严肃性、庄重性。
一、系统所能实现的功能简介
本自动升降旗系统主要有AT89C52单片机、步进电机、CPLD国歌演奏电路、处理键盘电路和LED显示屏构成。系统能够实现的主要功能如下：
（一）当按下上升键后，国旗就会匀速上升，同时演奏国歌，国旗上升到旗杆最高端后会自动停止，国歌停奏。当按下降键后，国旗同样会匀速下降，下降到旗杆最低端后自动停止。这个升降旗过程所用的的时间均为43S。
（二）本系统可以避免失误动作的发生。国旗在最高端时，按上升键不起作用，即不上升；在最低端时，按下降键也不起作用，即不下降。
（三）能够在指定的位置停止，并且停止后能继续通过按键来控制国旗是否继续升或降。
（四）国旗的高度及升降到某一位置所用的时间可即时显示，当国旗停止在中间某一位置，时间显示同样停止在当前时刻。
（五）可通过开关控制系统的半旗状态，并通过一个发光二极管显示出来。升旗时按下上升键， 国旗由最低端上升到最高端之后，国歌同时停奏，继而国旗自动下降到2/3处停止。降旗时，按下下降键，首先国旗由2/3高度处上升到最高端，然后自动从最高端下降到最低端，自动停止。
（六）升降旗的速度总是保持在30S-120S内，并且这个速度是可以人为调整的。
（七）本系统还具有无线遥控升降旗及停止升降
二、硬件系统的设计
本系统以单片机作为主要控制处理芯片，利用步进电机控制装置实现一个自动控制升降旗系统。同时，使用处理键盘响应、控制键盘驱动芯片、LED显示升降高度和CPLD国歌播放。下面是一个系统框图：
为了实现升降高度自由控制的目的，本系统采用了步进电机。步进电机是机电控制中经常使用的一种执行部件，它能够将电脉冲转换为角位移，换句话说也就是：当步进电机驱动器接接收到一个脉冲信号时，驱动步进电机就会按设定的方向，转动一个相对固定的角度，也就是步进角。
我们通过控制脉冲个数，就可以控制步进角，从而达到准确定位的目的；另外，通过控制脉冲的频率，可以控制步进电机转动的速度、加速度，从而达到调节速度的目的，如果使用软件控制，也很方便，控制方式也是多种多样的。电机控制模块电路如下图所示：
显示模块需要显示旗帜所在高度和升降速度，我们可以选用最普通、价格也较为便宜的LED显示器。本系统采用了专用驱动芯片CD4511，来驱动数码管，实现静态显示。由于该驱动芯片具有锁存功能，所以单片机控制系统只需送出需要显示的数字的BCD码就可以实现显示，这样就极大地节省了系统资源，使系统能够最大限度的实时、准确地响应中断，同时精确控制电机转速。
考虑系统设计所需要的成本和国歌演奏发生器所需要的资源情况，本系统选用了Altera公司的MAX Ⅱ系列CPLD EMP127T144C5芯片来实现播放国歌。芯片设计的关键，是要准确地产生各个音符所对应的频率信号，并能够根据乐曲的要求按节拍输出。为了降低系统的复杂性，该设计根据“可变模值计算器”的原理，按照乐曲的要求，定时改变计时器的预置数，便可以产生乐曲所需要的频率信号。
三、软件系统的设计
软件系统的设计主要是通过完成对单片机的编程，控制它的中断功能，完成对电机的控制与键盘的响应，从而实现升降旗的设置与控制。其中，主程序用来完成初始化各种中断，然后读出旗帜的上升状态并显示，继而进入循环等待中断响应，中断程序完成键盘和电机控制。其中，键盘中断程序用于实现键盘查询和各种键盘值的处理，利用定时中断程序实现电机转动的控制，程序流程图如下图4所示：主程序还有一项任务，就是计时。如果5分钟没有人操作键盘时，主程序就会让处理器处于休眠状态，这样可以减小功耗，节约很多电资源，而只有当键盘有中断时，主程序又会将处理器唤醒。
图4
近年来，升旗仪式已成为各种运动会以及大型会议必不可少的一个环节，本文设计的升降旗系统功能强大，适应能力强，应用前景广泛。
参考文献：
[1]李朝青. 单片机原理及接口技术[M] . 北京：北京航空航天大学出版社.
篇9
关键词：选煤厂；密度控制
Abstract: Coal production process, coal is a high-tech investment in a natural way, is to reduce human and efficiency, reduce processing costs, maximize economic benefits of effective measures. Heavy medium density automatic control system as one of the most important aspects, which links the level and stability of the production process for coal quality and yield of the product plays a decisive role. Coal in the conventional control method, the density control system is mainly the relationship between the devices is a latch control circuit implemented by hardware, the implementation of more complex, the reliability is poor, if the change in locking relationship is even more difficult the plus difficult.
Keywords: Coal; density control
中图分类号：TD94文献标识码：A
· 概述
重介密度控制系统基于PLC (可编程控制器) 的应用将重介质选煤过程工艺参数的检测、自动控制及生产管理等功能集于一体, 构成一个独立的子系统。使得密度控制系统中主要设备的闭锁关系通过软件编程得以实现, 完成对重介质密度进行准确的适时控制和调节, 从而达到提高产品质量, 减少吨煤介质损耗的目的。
· 原理
重介密度控制系统按密度的不同将煤和矸石进行分类，煤和矸石的密度均大于1，也就是说需要分类的两种物品密度均大于水，所以不能在水中将煤与矸石进行有效的分类，这就需要配置大于水的液体，重介悬浮液应运而生。重介悬浮液由固体和液体两部分组成，固体小颗粒均匀分散在液体中。一般情况下重介悬浮液由磁铁矿粉配制而成。在实际生产中，固相和液相包括磁铁矿粉、煤泥和水。当原煤放入液体中后根据阿基米德原理，大于液体密度的下沉，小于液体密度的则上升，由此可以将煤和矸石很好的分离。
重介质选煤是一种高效率的重力选煤方法.在重介质选煤过程中,重介质悬浮液工艺参数(密度、流量、粘度和煤泥含量)的变化对分选效果有显著的影响.如密度的波动直接影响产品的质量,煤泥含量的增加会导致粘度的增加,使分选效果变坏.因而,实现对重介质悬浮液参数变化进行快速准确地检测和稳定控制是十分重要的,对改善产品质量、提高分选效率和选煤厂的经济效益具有显著的作用。
在重介分析生产自控方面采用可编程控制器进行PID控制来提高控制精度。
密度控制系统分为密控柜手动控制、计算机自动控制和计算机手动控制三部分。密度控制系统可通过上位机控制，即能够在电脑上对系统密度进行自动控制,也能够在密控柜上手动控制系统密度。所有的参数既能在电脑上显示,也能够在密控柜上用仪表显示。
选厂自动化监控系统要求运用可编程序控制器、计算机网络、光纤通信等技术对选厂指定设备进行自动控制。该系统能够实现实时信息自动采集、传输、处理入库、动态监测监控、远程数据传输等功能，实行选矿系统的密度自动和手动控制。
系统上位机组态画面通过组态王完成，系统界面应该包括以下画面：
重介质密度控制流程图画面；实时数据报表画面；历史数据报表画面；实时趋势曲线画面；历史趋势曲线画面；重介密控参数设置及显示画面；重介密控棒图画面；重介密控PID参数设置画面；系统登陆画面；系统使用帮助画面，每个画面的功能要求全部实现，从而保证系统的结构性和稳定性。
· 重介工艺参数自动控制功能及技术指标
实现重介质悬浮液密度的在线检测及自动控制，在正常生产时，要求悬浮液密度控制精度小于±0.005g/cm3。
实现合格介质桶液位在线检测及控制，及上下限报警功能。
实现合格介质桶磁性物含量的在线检测及煤泥含量的控制。
实现重介旋流器入口压力远传显示。
生产管理系统：以工控机为核心的控制系统实现工艺流程以及各种工艺参数数据采集、显示；具有工艺参数实时与历史数据的记录与查询，具有工艺参数趋势曲线显示、打印报表等；并予留与上位机的通讯接口。
控制系统具有自动/手动转换功能。
· 控制系统的配置
该控制系统由差压密度计、液位计、磁性物含量计、工业控制计算机、智能控制器、电动加水控制装置、分流控制装置、控制柜、仪表柜等组成。
· PLC选择和控制系统工作原理
PLC 选择着重要看如下几个方面: PLC 性能(品牌)、容量和外设。好的品牌的PLC 具有系统运行可靠, 故障率低, 以及丰富的I/O 接口, 可对各种设备进行很好的控制; 通过以太网模块可在上位机上做出直观的设备开、停或流程显示; 先进的模块化结构, 便于用户自行设计、组合和较强的可维护性; 编程采用梯形图结构, 易学易操作。可编程控制器PLC 已经成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备, 采用以PLC 为核心并配以旋转光电编码器等传感器为检测元件, 既简化了硬件设计, 又提高了系统的可靠性和稳定性, 势必将得到用户的肯定。本系统采用西门子S7300系列PLC作为控制器，利用S7300/400编程软件STEP7进行梯形图编程开发。
按照密度控制系统的设计要求对PLC所需要的输入点和输出点进行完整的统计。例如：旋流器压力、磁性物含量、测量密度、合格介质桶液位等等。
密度控制系统工作原理是利用PLC 内部P ID 功能块, 分析采集密度计、液位计等现场检测设备的输入信号(4mA～ 20mA ) , 将检测到的过程变量与设定值进行比较, 通过模拟量输出模块, 输出4mA～ 20mA 信号来驱动加水调节阀、分流阀等电动执行机构, 达到对压力、密度、液位自动控制的目的。P ID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容, 根据被控过程的特性确定P ID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小, PID参数的确定主要依赖工程经验。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法、结构、调整都比较简单,且容易为工程技术人员所掌握,而被广泛应用于工业过程控制。
下面详细列出比较重要的三个控制方面：
a.重介质悬浮液密度控制
根据工艺流程的特点，重介质悬浮液密度在正常生产过程中，合格介桶中悬浮液密度一般为增加的趋势，液位则是降低的趋势。因此，在悬浮液密度控制回路中，通过自动调节加水量来稳定悬浮液密度。
b.煤泥含量自动控制
在重介质选煤过程中，悬浮液中煤泥含量对分选效果的影响可分为直接影响和间接影响，直接影响主要表现在给产品脱介带来很大困难，污染精煤产品。间接影响主要体现在影响悬浮液的流变性（悬浮液粘度）和稳定性，从而影响分选效果。为此，一般重介选煤工艺中，常采用调节精煤弧形筛下分流量中的稳定悬浮液中煤泥含量，本方案采用在线检测合格介质悬浮液中磁性物含量信号，以及密度信号通过数学模型公式，由计算机计算出煤泥含量并加以控制。
c.合格介质桶液位超限控制
为了保证正常生产的要求, 合格介质桶的液位既不能低也不能过高，以防止出现打空泵或溢流现象，同时确保生产过程中的水量平衡。因而，在设计监控系统时，设计了液位超限控制功能。控制回路采用开关量控制方法，当合格介质桶的液位出现高位报警时，循环悬浮液以最大分流量至煤泥桶，直至解除液位的较高报警；当合格介质桶的液位发生下限报警时，控制系统自动打开补加水阀门，同时自动关闭分流量，合格介质桶的液位增加到较高报警解除。
· 密度控制系统工作过程和控制算法
密度控制系统原理框图如下：
图1密度控制系统原理框图
密度控制系统工作过程: 通过人工添加介质, 在介质泵出口管道上加一台密度计, 桶上方管处加电动门, 人工加介质时可通过泵打循环来测定介质密度, 由密度计进行测定, 待介质密度达到要求时停止加介; 分选时,由高密度介质桶通过相应泵将介质打到分选机, 此时介质密度由另一密度计进行测定。如介质密度大于分选密度, 通过控制系统控制调节阀加水, 以降低密度,保证密度的稳定与符合要求; 如介质密度低于分选密度, 可通过调节分流以加大进入稀介桶的量, 通过磁选机选后进入高密度介质桶, 保证密度符合分选要求。系统运行过程中, 高密度介质加定量的循环水, 以补充水位及保持密度稳定。密度控制系统以密度设定作为系统输入, 以密度计反馈信号作为反馈输入, PLC 对系统输入及反馈输入计数、量化, 并由算法计算比例阀的开度信号, 通过模拟量输出模块, 输出4mA～ 20mA 模拟信号驱动各种电动执行器。
控制系统运行前，合格介质桶首先进行鼓风动作，从而使悬浮液混合均匀。悬浮液混合均匀后开泵动作，系统运行。运行时密度计在测量位置将测量密度信号转换为4mA～ 20mA 电流信号输出，该信号传输通过程序对模拟量的采集以及相应处理运算最终传送到PLC的PID调节器，调节器进行以下控制：
过程值(PV ) 小于设定值(SP) , 介质密度偏低,经重介旋流器分选后, 会有部分精煤进入中煤系统, 部分中煤进入矸石系统, 选煤效率降低。密度低, 调节器输出4mA 信号, 关闭加水调节阀, 如果密度仍然达不到生产所需密度值, 则向合格介质桶补加介质, 以达到所需密度值。
过程值(PV ) 大于设定值(SP) , 介质密度偏高, 经重介旋流器分选, 中煤进入精煤系统, 矸石进入中煤系统, 产品质量降低。密度高, 经调节器输出4mA 20mA信号, 传送到加水调节阀, 向合格介质管内加水, 密度逐步降低, 密度值等于设定值时, 调节器不输出, 加水阀关闭。
根据洗煤工艺和经验值式子，得到相应的密度控制公式：
A=7/9B+1/3C+1000
其中：A为循环介质密度；B为磁性物含量；C煤泥含量。
结合密度控制系统的寻六七的入口压力、介质桶液位和原煤灰分值给出密度控制算法，通常煤泥含量和原煤灰分值由上位机输入给定。
重介密度控制系统本身具有一套完整的自动检测、自动调节、远程控制的功能，可以完成重介选煤生产工艺工程中各项物理参数的显示、报警和调节功能，从而保证没多大质量、产量和生产过程的可靠性、稳定性以及延续性。
· 结束语
重介密度控制系统使用可编程控制器PLC将检测到的过程变量与设定值进行比较，采集到的过程变量如密度值、液位值为4mA～ 20mA 模拟信号，通过模拟量采集模块采集到PLC经程序的逻辑运算和数据处理来参与控制。通过模拟量输出模块输出4mA～ 20mA 模拟信号来驱动各执行器，从而达到控制重介选煤的关键参数--分选密度、压力、磁性物含量、给煤量等的目的，响应速度很快，按预先设定的程序实现自动、有序的控制，大幅度提高了运行的安全性和可靠性。
部分截图如下：
参考文献
[1]郁汉琪主编.电气控制与可编程序控制器应用技术（第二版） 南京东南大学出版社2009.09
[2]鲁远栋主编.PLC机电控制系统应用设计技术北京电子工业出版社2010.03
[3]李方圆主编.PLC行业应用实践北京中国电力出版社 2010.03
[4]谢克明 夏路易主编.可编程序控制器原理与程序设计北京电子工业出版社 2002.08
篇10
【关键词】锅炉吹灰 自动控制 防止故障 提高热效率
锅炉是一种利用燃料等能源的热能或工业生产中的余热，将介质加热到一定温度和压力的换热设备。但由于水质和燃料的缺陷，长期使用后，锅炉的炉胆容易结垢，炉腔表面容易结灰，排管内壁容易机构和堵塞。导致锅炉热效率降低，因此，操作人员要定时、定量的对锅炉进行排灰、排污工作，以保证锅炉正常运转。
1 锅炉热效率低原因分析
锅炉吹灰就是为了防止炉胆受热面积灰采用的有效措施，锅炉吹灰方式主要有蒸汽吹灰、水吹灰、压缩空气吹灰。蒸汽吹灰一般采用低温过热器出口的过热蒸汽，清洁炉膛、烟道的受热面积灰；水吹灰器一般采用锅炉连续排灰水或生水，清洁水冷壁表面及冷灰斗斜面的积灰；压缩空气吹灰器则采用空压机系统的压缩空气，清洁炉膛、烟道的受热面积灰。
锅炉定时排污是为了减少锅炉盘管内壁杂质的沉积，增加盘管的流通面积，减少沿程压力损失，减小供水压力的增大。为减小盘管内壁的结垢和堵塞，一般采用水质软化、化学除氧和定时排污等相关方法进行处理，降低盘管内壁结垢和杂质的产生。当所产生的杂质达到一定程度时就需要对排管内部进行手动排污。
一般地，吹灰的频度由燃料决定，或根据空气预热器出口烟温来掌握。排烟温度升高表明对流受热面有较多飞灰沉积，需要吹灰。排污的频度可根据锅炉上水压力进行观察和判断，上水压力高则表明锅炉盘管内部杂质沉积较多。锅炉吹灰和定时排污是锅炉正常运行一个重要手段，直接影响锅炉安全与经济运行。合理的吹灰和排污可有效减少锅炉受热面的积灰和结焦以及盘管的堵塞，降低排气温度，防止锅炉结垢、节约能源有着重要的作用。
渤海5号目前使用九江莱顿锅炉有限公司生产的LT3锅炉，该锅炉于2007-3-23安装使用，锅炉采用蒸汽吹灰，自安装以后，运行基本正常。但由于长期运行，锅炉效率明显下降，盘管容易高温，锅炉进水压力也较高。现场分析认为盘管有结垢现象，要求轮机员增加排灰次数，运行一段时间后，发现效果有所好转。
2 锅炉热效率低解决方案
渤海5号设备部门综合考虑锅炉运行情况，本着提高锅炉整体性能的目的，从设备的可靠性，经济性，及现场布置条件，参考锅炉使用说明书，汲取当前先进技术，讨论提出锅炉排灰系统改造方案。
2.1 解决方案制定
将人工手动排灰改为自动排灰，自动排灰可以定时、定量的自动排灰，并且制定2套改造方案：
方案一：通过软件实现。由于现用CPU224型号的可编程控制器输出端口已全部使用，需要升级为S7-300站，增加输入输出模块。锅炉运转后，PLC内部计时器开始计时，达到预定时间后，输出模块给继电器一个触发信号，继电器吸合，电磁阀得电，按照预设工作时间，锅炉自动排灰30秒，排灰结束后，PLC进入下一个循环周期，继续计时，循环排灰，达到预定自动排灰目的。
方案二：通过硬件实现，主要采用数显循环定时器，实现定时循环功能。当锅炉启动后，投入数显循环定时器，定时器开始计时，达到预定时间后，循环定时器输出继电器动作，这时与常开触电连接的蒸汽电磁阀得电，锅炉开始自动排灰，当排灰30秒后，循环定时器进入“OFF”计时段，循环定时器输出继电器复位，电磁阀失电，完成一次自动排灰。当循环定时器进入下一次“ON”计时段时，锅炉继续排灰，锅炉实现自动排灰功能。
综合考虑两种方案，平台决定采用第二种方案，通过硬件实现。这样锅炉控制系统改动较小，也不需要升级S7-224站为S7-300站，节约费用，一个数显循环定时器市值仅为500元左右。
2.2 改造所需材料
技改所需材料为：
ECY-R4-S数显循环定时器1个（南京英雷科电子技术有限公司）；
1-1/2蒸汽电磁阀1个；
1-1/2蒸汽截止阀1个；
XB2BD21C转换开关1个；
LA126B按钮开关1个；
1-1/2钢管1.5m，1-1/2三通2个，1-1/2弯头2个；
ECY-R4-S数显循环定时器（图1）接线端子说明：
1、4接线端子接LA126B按钮开关常开触点，定时器复位；
2、3接线端子接XB2BD21C转换开关，实现自动排灰系统启停功能；
5、6接线端子接1-1/2蒸汽电磁阀；
8、9接线端子接220V交流电源；
2.3 锅炉自动排灰管线连接
锅炉自动排灰蒸汽管线连接图。
采用图2所示管路连接后，截止阀1为总阀，截止阀2为手动排灰阀，电磁阀3为自动排灰阀。当需要手动排灰时，操作者可以打开阀1、2，进行手动排灰，当需要自动排灰时，打开阀1，启动自动排灰系统，即可进行自动排灰。当自动排灰电磁阀需要保养修理时，可以关闭阀1，完成对电磁阀3的检修。
3 结束语
渤海5号锅炉运行时一般燃烧率较高，在此状态下排灰，可以保证锅炉正常运行。排灰系y改造后，操作者只要在每次启动锅炉后，转动自动排灰系统启动开关，锅炉自动排灰系统就投入使用，当操作者需要调整排灰时间和周期时，可以通过设置循环定时器“ON”时间段，设置排灰时间，设置“OFF”时间段，设置排灰周期，当按下复位按钮时，定时器清零，系统重新开始计时。
锅炉排灰系统改造方法简单，运行安全，投资小，改造后可提高排灰效果，进而减少燃料消耗，降低设备故障率，提高锅炉热效率，效果明显，可以进一步提升设备性能。
