智能化数控系统范文

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【中图分类号】TG659【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)05-0257-01

1国内外数控系统发展概况

随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。

2数控技术发展趋势

2.1性能发展方向

2.1.1高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

2.1.2柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

2.1.3工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。

2.1.4实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。

2.2功能发展方向

2.2.1用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

2.2.2科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

2.2.3插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

2.2.4内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

2.2.5多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

2.3体系结构的发展

2.3.1集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。

2.3.2模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

2.3.3网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

2.3.4通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。

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长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。

2　数控技术发展趋势

2.1　性能发展方向

(1)高速高精高效化　速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

(2)柔性化　包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

(3)工艺复合性和多轴化　以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。

(4)实时智能化　早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

2.2　功能发展方向

(1)用户界面图形化　用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。转贴于

(2)科学计算可视化　科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

(3)插补和补偿方式多样化　多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

(4)内装高性能PLC　数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

(5)多媒体技术应用　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

2.3　体系结构的发展

(1)集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。

(2)模块化　硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

(3)网络化　机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

(4)通用型开放式闭环控制模式　采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。

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【分类号】：TP273.5；TH-39

随着集成电路技术的快速发展，机电一体化技术越来越成熟，同时推动了机电一体化技术的广泛应用，在我国各个行业的生产和工艺过程中都应用到了机电一体化技术，提高了生产效率，改变了人们的生活。在科学技术竞争激烈的今天，智能控制技术在机电一体化系统中的应用改变了传统机电系统的成本高、效率低的工作模式，极大地提高了机电一体化系统的工作效率，推动了机电一体化系统不断进步和发展。

一、智能控制技术的主要特点和控制理论

在科学技术迅猛发展的今天，智能控制技术对于我们来讲已经不陌生，它被广泛地应用在了我们生活中各个方面。智能控制技术就是一种可以在无人操作和干预的情况下，通过智能软件驱动和运行智能机械设备，实现控制命令的一种自动控制智能技术。智能控制技术是计算机技术的重要发展和应用。传统的智能控制技术只能应用在机电一体化系统的最底层，在工作时需要人工的干预和操作。智能控制技术综合了多个学科的高新技术，充分实现了在各个领域的智能化。

智能控制技术的主要特点：

（1）智能控制技术应用在系统的高层控制单元，并不是简单的机械工作。

（2）智能控制设备具有较好的非线性特性，功能更加全面。

（3）智能控制设备可以根据不同系统的需要改变结构，适应整个系统的运行。

（4）智能控制设备具有自我寻优的特点。

（5）智能控制技术具有很强的组织控制功能和学习功能，可以满足不同领域多样化、多功能化的需要。

（6）智能控制技术是一个新型的控制领域，具有很大的发展空间和潜力。

智能控制技术是一门涉及多个领域的新兴学科，以计算机科学技术、自动控制技术、人工智能理论为基础，形成了智能控制技术的控制理论，主要包括了模糊控制理论、智能集成控制理论、神经网络控制理论、智能自动控制理论、混沌控制理论、遗传算法等，通过这几种智能控制理论的融合，形成了智能控制技术的主要理论和方法。

二、智能控制技术与传统控制技术的主要区别

1、智能控制技术是传统控制技术的高级阶段

传统控制技术是主要应用在各个领域生产工业的地层，主要完成一些简单的重复性机械工作，主要实现能够代替人力的功能。智能控制技术在传统控制技术的基础上，利用计算机，实现了智能化。智能控制技术的结构更加开放、多变，具有很强的组织控制能力、综合处理信息能力和学习能力。

2、智能控制技术和传统控制技术在控制对象和任务目标方面都有很大不同

智能控制技术的主要控制对象是高级的计算机系统，通过复杂的程序系统，以实现控制系统的非线性、不确定性、多功能的智能化控制命令为主要任务目标。传统控制技术的控制对象比较单一，通常只适用于线性、确定性的控制对象。

3、智能控制技术和传统控制技术的设计重点不同

智能控制技术的设计重点主要在于对不同控制对象和任务目标的数学模型进行识别、描述，通过数据库和程序代码，完成控制命令，实现任务目标。传统的控制技术主要运用了动力学方程和运动学方程等数学函数，来操作控制对象，实现单一的目标任务。智能控制技术可以实现混合控制，可以通过广义的数学模型，进行混合的数学控制过程，利用开闭环结构，通过定性定量的决策和控制，最终实现多模型、多状态的控制方式。

4、智能控制技术和传统控制技术的学习方式不同

智能控制技术主要是通过结合专业人士的成功经验，不断地学习和改进来获取知识。传统控制技术主要是利用各种方程式、定律和原理来获取知识。智能控制技术拥有模仿人的智能化功能，对于控制决策、控制对象的状态和控制环境的知识，可以综合运用，传统控制技术只能根据单一的控制命令来完成简单的控制任务。

三、智能控制技术在机电一体化系统中的应用

1、智能控制技术在数控领域的应用

随着科学技术的发展，数控行业间的竞争日益激烈，要求数控系统不仅仅要有较高的稳定性、可靠性、安全性和高精度性，而且要实现多样化的智能功能，因此智能控制技术在数控领域得到了广泛的应用。智能化的数控系统具有综合处理信息、扩展模拟处理智能知识、智能决策、感应控制环境的功能，在数控领域中可以通过数据库、程序代码，通讯网络等途径，实现自我学习、自我组织、自我控制、自我适应、自我修复、自我识别等功能。数控领域中很多的控制对象和控制任务没有明确的数学模型，也不能很好地建立数学模型，使用传统的控制技术无法实现任务目标，把智能技术应用在数控领域就可以很好地解决这个问题，实现任务目标，很好地实现控制效果。

在数控领域中运用智能控制技术的模糊控制理论，对于一些信息比较模糊的控制任务有着显著的效果，通过模糊控制理论进行优化控制数控系统的加工过程，并且可以用于诊断数控机床的运行故障，保证数控系统的运行安全。另外，智能控制技术的人工神经网络技术对于实现数控系统中插补运算和故障诊断有着重要的作用，可以利用人工神经网络的适应性神经元调节控制数控系统中开环闭环的结构增益。数控系统中的插补运算是整个数控系统的核心模块，它可以根据生产零件的加工起点和终点、形状、速度等状态信息，在加工起点和终点之间的位置插补一些中间点，实现数据点的密集化处理。

2、智能控制技术在机器人领域的应用

机器人通常要实现时变、强耦合和非线性的动力学特性，具有多方面的传感器信息，多种变量的控制系统参数，实现多样化、智能化的控制任务，这些要求都使得智能控制技术在机器人领域得到了广泛的应用。智能控制技术在机器人领域的各个方面都有重要的应用，例如机器人在行走过程中视觉传感器信息处理、自主障碍控制，行走的路径规划，行走轨迹的定位跟踪，机器人的行为动作状态，动作姿势控制等。通过智能控制技术实现机器人的自我学习、自我调整、自我适应的功能。

例如，机器人在码垛时对于智能控制技术的应用。机器人码垛作业，是由机器人、机器人夹具、标准箱输送设备对标准箱姿态的预处理，三者共同协调完成的作业。三者的工作节拍必须一致，避免任何一种工序出现等待，才能保证码垛作业按设计有效的进行，达到设定的码垛速度，机器人码垛作业流程图如图4所示。

由分拣系统分拣出的标准箱按种类分别送至1、2、3三个取件通道，每个通道为一种种类。通道末端设置标准箱姿态预处理抓取工位，当抓取工位标准箱姿态已处理如图1、图2、图3所示时，给出姿态完成信号；同时控制系统接到码垛工位空托盘到位完成信号。接到两个完成信号后，控制系统启动码垛机器人到达1、2、3号抓取工位并启动夹具抓取标准箱，当真空检测达到预定值，控制系统给出机器人码垛运动信号，机器人将抓取的标准箱，按规定的垛型分别码垛至723、718、715码垛工位的托盘上。运动中真空检测一直在监视夹具真空度，保证牢固抓取标准箱。标准箱码垛完成后，机器人返回零位待机状态。机器人抓取标准箱码垛运行中，若夹具真空度下降至低于高速运行设定值，机器人减速运行；若真空度下降至低于低速运行设定值，机器人运动停止并保持停止状态，防止掉箱。同时控制系统发出报警，人工进行干预后，复位后机器人回到待机工位，等待指令。

3、智能控制技术在交流伺服系统中的应用

在机电一体化系统中，交流伺服系统是一个重要的组成部分。交流伺服系统主要实现信号处理后转换成机械设备的动作，对于整个机电一体化系统的控制质量、控制效果和控制功能有着重要的影响。交流伺服系统是一个复杂的运行系统，对于交直流电动机有着时变参数和负载扰动的特点，并且控制对象非线性、不确定，因此不能得到交流伺服系统的精确数学模型，这时将智能控制技术应用到交流伺服系统中，结合交流伺服理论，实现了交流伺服系统的稳定可靠的运行，提高了系统各方面的性能指标。

通过运用智能控制技术的模糊控制算法，大大提高了交流伺服系统的响应速度，提高系统的灵敏度和性能，并且保证了系统具有良好的抗干扰能力，实现了交流伺服系统的自我学习、自我控制和自我调整。

结束语：

智能控制技术在机电一体化系统中发挥着越来越重要的作用，随着智能控制技术的不断发展，一定会推动着机电一体化系统朝着高度智能化和功能化的方面不断发展，为我国各个领域的经济科学发展发挥更大的作用。

参考文献：

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中图分类号：TH-39文献标识码： A

前言：随着社会的不断发展进步，在工业生产中，人们对机电一体化技术的控制能力和效果提出了更高的要求，为了实现对机械设备的有效控制，人们运用了智能控制。在微电子技术及超大规模的集成电路不断发展的条件下，目前我国的机电一体化技术越来越成熟，这为机电一体化的长远发展提供了良好的外部环境，呈现出更加强大的生命力和发展前景。所以，智能控制在机电一体化方面的研究是当前人们热衷的一大课题。

1、智能控制与机电一体化的关系论述

自 21 世纪的到来，智能化控制技术得到了有效的发展，并且广泛的应用到社会经济发展的过程当中。而将智能控制应用得到机电一体化技术当中，不仅为机电一体化提供了一个广阔的发展空间，还有效的促进了工业化的生产，为人类社会工业产业化的发展打下了扎实的基础。目前，我们除了将智能控制技术应用到机电一体化当中，还将许多先进的科学理论融入其中，从而形成了许多新思想、新理论，为机电一体化技术的发展提供了良好的发展前景。

2 、智能控制在机电一体化系统中的应用优势

作为机械工业与微电子工业未来发展的主要方向，机电一体化必将会在以后的机械设备生产中占据主要技术地位，而智能控制系统技术也将会得到更进一步的发展。智能控制系统相较于传统的自动化控制系统来讲，在机电一体化系统中是具有更大的应用优越性的。这主要体现在智能控制系统更加人性化和智能化，增强机电一体化的适应能力。

2.1 完善机电一体化系统的性能，由于智能控制系统主要是在外部环境和控制器的作用下实现控制作业的。因此其控制指令的形成是直接根按照外部环境的变化趋势来确定调控方案，这就省去了中间模型分析的环节，使机电一体化系统的性能更加快捷高效，工作精度更高，设备性能得到很大完善。

2.2 提高机电一体化的工作效率，采用智能控制技术能够实现机械设备依据操作人员所发出的命令编码自动进入工作状态，继而按照流程顺序完成系统运行，这样就仅仅只需要人力完成第一步指令输入即可，极大的提高了系统的运行效率，避免了因人为因素而引起的失误影响到工作效率。

2.3 增大机电一体化系统的安全可靠性，在机电一体化系统中，智能控制系统可以实现有效的智能控制，从而合理地调控设备中的结构或运行程序，这样就能够在很大程度上确保机电一体化系统的安全可靠。

3、 智能控制在机电一体化系统中的实际应用

3.1 机械制造中的智能控制

以经典的机械理论和计算机辅助技术并结合智能控制方法，在机电一体化系统的制造过程中形成了新行的机械制造工艺，并不断向智能制造系统方面发展。智能控制技术解决了现代较为先进的制造系统必须依靠不够精准和完备的数据来处理无法预测状况的问题，利用神经网络和模糊数学的方法，建立制造过程的动态模型，并以神经网络的学习和并行处理信息的能力实行在线的模式识别操作，对残缺不全的信息进行及时有效处理。

把智能控制技术应用于工程机械领域能够提高工程机械各种故障的自我诊断能力，提高了工作效率和工程质量，解决了传统控制力一直无法很好适应多变复杂对象的难题。特别是在一些特殊的情况工况中可以实现无施工人员的智能化、高质量的施工。向智能机械制造技术的方向发展是当前最先进的机械制造技术，其发展的基本原理是模拟人类制造机械的活动，利用先进的计算机技术及其它信息技术工具取代一部分人的脑力劳动。而对于一些残缺不全的信息而言，它利用模糊集合和模糊关系的特性，对于残缺不全的信息进行在线的模式识别。在高新科技和信息时代的引领下的背景下，人力操作为主的机电相关机械制造已经不能够适应时代的节奏，未来其主要发展方向就是将智能控制及其相关科学技术与传统的机械理论进行有效的融合。目前，工程机械的智能化主要体现：工程机械单机集成化操作与智能控制技术；工程机械的智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护技术；基于网络的机群集成控制与智能化管理技术，特别是智能型救灾工程机械已成为当前研制热点。

3.2 电力电子学研究领域中的智能控制

将智能控制技术引入电力系统，在电机电器设备的优化设计、故障控制和诊断等方面，都相当有成效。对电器设备的设计优化，可用先进的遗传算法进行优化计算，能大幅度缩短计算时间，有效节约成本，并提高电机电器的设计质量和效率。

3.3交流伺服系统中的智能控制

伺服驱动装置在机电一体化系统中的控制质量和系统动态性能方面发挥着关键性的作用，但交流伺服系统有着相当复杂的非线性和时变性等不确定因素，而智能控制技术以非线性控制方式将人工智能引入智能控制器，能很好地适应系统参数的时变情况，其在交流伺服系统的应用解决了建立精准数学模型的困难，提高了机电一体化系统的稳定性。

3.4 数控领域中的智能控制

数控领域所应用的智能控制有相当高的性能要求，尤其是在延伸、扩展和模拟的知识处理方面，如加工运动推理、网络通信制造能力以及感知加工环境的能力等，必须能进行自适应控制、自组织控制等，智能控制可以解决信息模糊、不确定性等控制问题，取得良好的成效。

随着科学技术与信息技术的发展，智能控制和数控相关领域逐渐。由于研究的对象和系统越来越复杂，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，大量学者、工程技术人员开始尝试应用智能控制理论，在机械加工、模具制造等领域运用数控技术。运用智

能控制新兴技术可以让数控技术实现智能编程、监控、建立智能数据库等重要目标。当今数控技术的发展方向主要是开放式数控系统的构建。建立统一系统平台，增强数控系统的柔性，借助于数学模型描述和分析的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题，调解变化频繁的需求与封闭控制系统之间的矛盾都是构建开放式数控系统的一些主要目的。

结语：

由上述分析我们可以看出，智能控制系统在机电一体化的发展过程中具有重要的核心地位。尽管智能控制技术是近年来方才被研发应用的新技术，但其发展速度却是非常快的，目前智能控制系统已经被广泛应用在多个领域，并发挥出良好的功能作用。我们相信，在未来科技技术的推动下，智能控制系统的功能必将更加强大，从而促使机电一体化的快速发展。为此我们仍然至少需要做到以下两点:(1加大研发力度，提高智能控制系统的理论研究水平。理论是技术发展的动力和依据，只有深入研究智能控制系统的理论，才能促使其更加快速、稳定的发展。(2不断扩大智能控制系统的应用范围，进一步增强其应用功能。从当前的智能控制系统发展现状来看，尽管其已经被应用在多个领域，但仍然具有很大的发展空问。主要能够再进一步的提高智能控制系统的性能，就可以促使其更好的为机电一体化的快速发展服务。

参考文献

[1]杨鹤年.机电一体化系统中的智能控制技术[[J].煤炭技术，2011（7) .

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中图分类号：J914 文献标识码：A 文章编号：

智能照明系统的出现，以其控制方式、照明方式、管理方式智能化以及可观的节能效果，逐渐取代了传统的照明系统。

一.智能照明系统在智能建筑中的应用效果分析

1、实现照明控制智能化。

采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定的若干基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。例如，当一个工作日结束后，系统将自动进入晚上的工作状态，自动并极其缓慢地调暗各区域的灯光，同时系统的移动探测功能也将自动生效，将无人区域的灯自动关闭，并将有人区域的灯光调至最合适的亮度。此外，还可以通过编程随意改变各区域的光照度，以适应各种场合的不同场景要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。例如，在靠近窗户等自然采光较好的场所，系统会很好地利用自然光照明，调节到最合适的水平。当天气发生变化时，系统仍能自动将照度调节到最合适的水平。总之，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内照度维持在预先设定的水平。

2、改善工作环境，提高工作效率。

传统照明系统中，配有传统镇流器的日光灯以100Hz的频率闪动，这种频闪使工作人员头脑发胀、眼睛疲劳，降低了工作效率。而智能照明系统中的可调光电子镇流器则工作在很高频率（40~70kHz）不仅克服了频闪，而且消除了起辉时的亮度不稳定，在为人们提供健康、舒适环境的同时，也提高了工作效率。

3、 可观的节能效果。

智能照明控制系统使用了先进的电力电子技术，能对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）进行智能调光。当室外光较强时，室内照度自动调暗，室外光较弱时，室内照度则自动调亮，使室内的照度始终保持在恒定值附近，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。除此之外，智能照明的管理系统采用设置照明工作状态等方式，通过智能化管理实现节能。

4、提高管理水平，减少维护费用。

智能照明控制系统将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理，不仅使大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去，而且将减少大楼的运行维护费用，并带来较大的投资回报。

二.智能照明控制系统的特点

一个现代化的智能办公大楼，不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，使员工在其中工作保持心情舒畅，提高办公效率。因此，做好照明设计，选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，加强照明控制设计，已成为智能办公楼的一个重要设计内容。

我们知道办公大楼按照功能区域划分，通常会有办公区、门厅、会议室、多功能厅等，各个功能区域的照明具有不同的特点。办公区域照明使用的光源主要是荧光灯与白炽灯，其中荧光灯多用于一般照明，白炽灯多用于局部照明，照度水平的设计主要取决于视觉作业的需要及经济条件的状况。办公区域的工作时间主要是在白天，可以考虑利用窗外入射的大量自然光进行照度补偿，不仅能节约能源，更能维持室内舒适的视觉环境。

对于一个完整的办公楼智能照明控制系统来说，办公区是办公楼的主要组成部分，采用智能照明控制系统，可使其照明系统工作在全自动状态。通过配置的“智能时钟管理器”可预先设置若干基本工作状态，通常分为白天、晚上、清扫、安全、午饭等，根据预先设定的时间段可自动的在各种状态之间进行转换。比如：上班时间来临时，系统自动将灯打开，并将光照度自动调节在预先设定的水平。在靠窗的房间，系统能智能地利用室外自然光，当天气晴朗，室内灯自动调暗；天气阴暗，室内灯会自动调亮，以始终保持室内恒定的亮度。午餐时间，灯将自动变换到一个舒适、柔和的灯光场景，使工作人员能够很好地休息和放松。当一个工作日结束时，在智能时钟管理器的作用下，系统将自动地调暗各区域的灯光，进入晚上工作状态。同时智能传感器的动静探测功能将自动生效。系统处于清扫状态时，该区域的灯保持基本的亮度，当清扫人员扫到该区域时，智能传感器的动静探测功能自动生效，点亮该区域的灯，当清扫人员扫完该区域离开后，延时数分钟后将灯关掉。安全状态和清扫状态的工作原理相似。智能照明控制系统还能保证办公区域和公共区域协调的工作。如：办公区域有员工加班时，电梯厅、走廊等公共区域的灯就保持基本的亮度，只有当办公区域的人走完后，才将灯降低到安全状态或关掉，避免不必要的能源浪费。

三.智能照明控制系统具备的优点

智能照明控制系统主要分为中央集中控制系统及分布式控制系统两种与传统照明控制系统相比，在控制方式、照明方式、管理方式以及节能方面等均有不少优点。

首先在控制方式和照明方式上，传统照明控制采用手动开关，只有开和关，而且只能一路一路地开和关。而智能照明控制采用调光模块，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同的灯光效果，营造出不同的舒适的视觉氛围。在控制上采用低压二次小信号控制，控制方式多，功能强，范围广，自动化程度高。其次，智能照明控制系统由于使用了自动化照明控制，智能利用光照以及通过网络，只需一台计算机就可对整个大楼的照明实现合理的能源管理自动化，不仅减少了不必要的耗电开支，同时也降低了用户的运行维护费用，在节能方面可比传统照明控制节电20%以上。另外，在智能照明控制系统中，由于可通过系统人为地设置电压限制，可以避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具，延长灯具使用寿命的作用。实现智能大楼的计算机系统集成。

四.智能照明控制系统的设计方法和步骤

智能照明控制系统的设计一般都是在灯光设计和照明电气设计部分完成之后来进行的。其设计一般可分为：

第一步：编制照明回路负载清单。

在这过程中应注意：首先每条照明回路的灯具应该为同类型的灯具，这样才便于调光模块的选择和配置。而且每条照明回路的灯具控制性质应该是相同的，是普通供电或同为应急供电。其次，应核对每条照明回路的最大负载功率是否在需要选择的调光器允许的额定负载容量之内。最后，还要对一些照明回路的划分作适当的调整，使其更适合场景配置的需要，使各路灯光可组合构成一个优美的照明艺术环境。

第二步：按照明回路的性能选择相关的调光器

调光器是智能照明控制系统的主要部件，而对于不同类型的灯具应该选用不同适合他们的调光器。比如对于冷阴极灯（发光、霓虹、充气），这类灯采用电压变压器工作，所以应采用前沿相控调光器。而对于包括金属卤化物灯在类的各种气体放电灯则应该选用正炫波电压调光器。

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中图分类号：TU855

近年来，计算机网络技术、现代自动控制技术和通信技术在现代化建筑的设计建造中得到了广泛的应用，从而推动了人们生活方式的改变，特别是随着各种智能系统的广泛应用，使居民的居住环境向着信息化、自动化、安全化乃至智能化的方向发展。

国内，随着人们对智能化楼宇系统需求的增加，越来越多的生产商开发了不同种类和功能的自动化设备和网络通信设备、智能监控系统等，然而在智能楼宇系统的设计和施工时，根据不同功能划分的系统被分别安装，一方面造成不同生产商的设备之间互不兼容，在系统信息交互等方面存在诸多困难；另一方面由于不同功能的子系统间彼此独立，导致系统资源共享实现困难。这种异构的系统方案造成了智能楼宇设备使用的诸多不便，为了解决子系统之间以及硬件设备之间的互连和互操作性问题，就要求构成智能楼宇的电气设备的各个异构子系统具有开放式结构，所采用的协议和接口都要标准化和规范化，使资源达到充分的共享，高效率的完成规定的任务。

1智能楼宇监控系统的结构分析

智能监控系统技术运用楼宇智能化电气设备监控系统，为业主和用户提供良好的工作和居家环境，并使楼宇内的供配电、给排水、空调通风、电梯、照明等系统设备始终处在最佳运行状态，确保楼宇内各个子系统运行的经济性、稳定性和智能性。以达到舒适、安全、健康、经济和节能的目的，因此电气化智能化的楼宇系统广泛受到建筑设计、施工方的重视。

智能监控系统的主要功能是对各监控与管理可提供设备运行管理和楼宇经营管理，同时对楼宇进行节能控制。智能监控系统主要包括电气设备监控系统、供配电控制系统、空调系统、给排水监控系统、电梯系统等多个子系统构成，如图1所示。

楼宇智能化电气设备监控系统主要是对楼宇内的电力、照明、空调、给排水等机电设备或系统进行集中监视、控制与管理、以保证这些设备安全可靠地工作。

保证楼宇智能化系统顺畅、稳定运行的基本条件是安全可靠的软硬件系统。例如，供配电子系统在要确保楼宇基本供电的同时，还保证楼宇内电路的稳定性和电流的安全性。因此，必须在系统中同时嵌入各种监控设施，主要对楼宇内各个开关的闭合状态，电路中电流的大小以及升降压设备的温度等进行实时和全面的监控，从而保证楼宇内供配电的稳定安全，真正到达系统的智能化管理。

现代楼宇的节能是智能化楼宇面临的新课题。大型建筑的能耗主要包括照明、空调、供热、通风以及其他电器设备的使用等，为了使智能化楼宇的能耗明显降低，有必要通过使用各种节能设备和绿色能源，对楼宇的能耗进行智能化控制。实践证明，对各种设备的进行节能控制能够取得明显的节能效果。例如，在小区内应该对走廊，停车场等人员流动较小的区域设计回路分组控制电路，并使用声控和其他感应式传感器等；在楼宇的空调系统中，设计空调设备的最佳启动、停止控制电驴，对空调实施有效的节能控制，在减小系统能耗的同时还能降低楼宇电路系统的负荷，提高整个系统的稳定性和寿命；对于智能楼宇的给排水系统，可以设计出不同水箱、容器等的水位和水压的监测电路，并设计相应的水泵启动、停止控制系统，对楼宇的给排水进行节能控制。

图1智能楼宇系统示意图

CBD等综合性大楼是智能楼宇系统应用最多的方向。在综合性楼宇建筑中，一般都设包括办公室、写字间、会议室、饭店、公寓等，造成楼宇系统管理和监控的困难，特别是火灾等的监控更方面，如果人们的防火意识淡薄或者放松警惕，就会增加火灾的发生。

2智能化楼宇电气设备监控系统的综合设计

2.1基于CORBA的系统方案的总体设计

智能化楼宇电气设备监控系统，是指通过包含电气监控系统和智能化控制系统，对楼宇建筑内的主要电气设备，供配电线路的等实施自动化的检测、控制和保护，并通过通信系统等，发展通信等综合性的自动化功能，提供系统全局信息资源平台；基于互联网技术实施内外网络多种信息的融合应用，实现楼宇内相关业务操作的自动化与智能化，实现全面的更高层次的企业信息集成方案；在此基础上，对楼宇的电气设备等进行综合管理，进而实现管理的智能化、节能化等。

基于上述目的和原则，系统设计规划将充分利用CORBA技术的优点，并以现代系统设计的面向对象原理和模块化设计的思想，在ORB软总线的基础上，利用CORBA提供的不同的系统服务，并针对电气监控与电能量管理的公共服务，构建出一个符合业务逻辑和要求的工程对象。基于CORBA的系统设计方案如图2所示.

图2楼宇智能化监控系统组成示意图

2.2数据采集与监视控制系统的设计

数据采集与监视控制系统的功能主要是监督控制，对楼宇的电气设备运行进行实施和全方位的监视。考虑到数据采集及其监控系统的数据传输多采用远程通信方式，具备有远程通信和大范围分布的基本特点。由于远程通信方式的数据处理量很大，因此需要安设通信信号前处理设备，从而能够尽量减轻系统中心服务器的载荷。另外，数据采集与监控控制系统的监控范围庞大，数据系统繁杂，因此不能追求系统的快速响应能力，更多情况下应该同时考虑系统软件和硬件的多点监控能力和系统的全局稳定性。

一般情况下，SCADA子系统会根据现场设备的需要，对不同的通信线路、通信协议等的访问进行控制和数据采集，同时，SCADA子系统还会向上级的CORBA总线提供多种接口，通过使其他的协议和服务器，对上级系统进行访问。因此，SCADA子系统相对与下级子系统来说是禁闭的，但对其上级系统会提供统一的服务。因此，SCADA子系统可以被上级的服务器，通过不同的接口进行访问、控制和数据交换。

3总结

智能建筑的特征是将各种与信息相关的楼宇设备通过建筑内的综合布线系统连接起来，并保持这些设备与建筑的协调，从而舒适的信息化空间得以构成，人们在信启、社会中的快节奏和开放性需要得以满足。本文主要研究了此类楼宇智能化监控系统在设计、与施工应用中的若干问题，首先总结了楼宇智能化监控系统基本结构和功能，随后基于CORBA的系统方案对智能化楼宇电气设备监控系统进行了整体设计，最后指出了楼宇智能化监控系统在施工应用过程中的需要注意的问题。本文的研究对智能化楼宇监控系统的应用具有指导意义。

参考文献：

[1]李馨蓉.智能楼宇监控系统整体方案设计[J].计算机工程与应用,2002(5).

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1 引言

电力系统主要由发电、输电、变电及配电等系统构成。为有效提升各系统运转效率、可靠度，并确保供电品质，均分别装设电力监控系统（Supervisory Control and Data Acquisition， SCADA）于配电调度中心（Distribution Dispatching Control Center， DDCC）、区域调度中心（Area Dispatching Control Center， ADCC）、中央调度中心（Center Dispatching Control Center， CDCC）。应用电力监控系统除可节省电力维护管理人力及提升供电品质与用电安全外，也可借助电能管理来节约能源降低用电费用。

2 输变电系统智能化监控系统架构

输变电监控系统（SCADA）应包含完整的保护、控制、监视和通讯等功能，借助人机界面和套装控制软件，以个人电脑执行变电所的控制。基本看来，套装控制软件功能包括完整的监视控制和资料收集，以及用于回路控制和保护的智能型电子装置（Intelligent Electronic Device， IED）。SCADA系统可概分为下列几部分。

2.1 备份系统

备份系统包括电脑监控主机备份及网络系统备份，监控主机为管理者对电力设备进行监控的重要界面，而网络系统则为资料传送的重要媒介，都必须稳定不出故障。监控主机通常采用复联式系统架构（Redundancy System），网络系统则采用Dual Bus Redundancy或Ring Redundancy，采用复联式系统架构不管是软件或硬件发生错误时，系统仍能继续且正确地执行某特定工作。复联式电脑系统由于技术成熟及价格较具竞争力，近十年来越趋重要且普及。以往监控电脑多会浪费时间，现在电脑普遍应用至商业、航管、军事及工业控制等，只要有些许故障，将严重造成环境安全、巨大财物损失甚至生命安危。

复联式系统之所以越来越重要是因为电脑所需处理的问题越来越严格。通常的系统架构包含如下内容：网络上由两台监控电脑同时执行监控功能，一台为运转主机，另一台为备份主机；运转主机为主要执行控制及监视的电脑，备份主机则以监视为主，但随时侦测运转主机的状况，一旦发现运转主机故障，备份主机立即转接成为运转主机执行控制及监视功能，原运转主机待修复后自动转换为备份主机，确保系统运作正常。网络系统备份若采用Dual Bus Redundancy Network，则由1条主传输网络及1条备份传输网络组成，系统故障时自动切换，若采用Ring Redundancy Network则网络中任何一节点故障，资料仍可由两端线路传回系统，不受节点故障的影响。

2.2 系统校时

一是电脑内部计时电路。每部个人电脑都有两个时钟，一为软件时钟，另一为硬件时钟；硬件时钟靠电源持续运作，软件时钟只于电脑启动时运作，每当电脑电源启动时，软件时钟会在一秒内向硬件时钟对时。由于硬件时钟很容易受到各种外在环境因素的影响，大部分电脑硬件时钟每日误差约在5～15秒间，故电脑硬件时钟并不适合精确计时用，特别对于计时精度要求高的电力监控领域。

二是网络。网络上的时间协定包括：（1）Day Time Protocol （RFC-867）、（2）Time Protocol（RFC-868）、（3）Network Time Protocol （RFC-1305）、（4）Simple Network Time Protocol （RFC-2030）等。最早使用的网络时间协定是RFC-867（port 13）和RFC-868（port 37）。Day Time Protocol送出的码都是ASCII码，可直接表示日期、年份、时间及时区。Time Protocol送的则是32 bit的binary number，以二进位表示自公元1900年1月1日零时开始的秒数，时区都是格林威治时区。而Day Time Protocol和Time Protocol都只能表示到秒，且无估算网络的延迟。Network Time Protocol使用port 123，64 bit的binary number，前32 bit和Time Protocol一样，后32 bit用以表示秒以下的部分，并加上网络传递延迟量的估计。理论上可以精确到2-32秒，实际使用上广域网络大约50ms，在区域网络则可达1ms。在使用上若要求不高，建议采用Time Protocol较简单方便。若精确度要求在秒以下，建议采用SNTP（Simple Network Time Protocol）。如果是一群工作站需要同步或做精密时间运算，应采用NTP（Network Time Protocol）。

三是GPS。以全球定位系统（Global Position System， GPS）卫星所发射的信号，经接收机接收及解码后，作为电脑校正时间的依据，其精度小于1ms。由于电力监控对故障分析需详细记录跳脱时间，所要求的反应时间在毫秒内，因而应采用GPS校时。

2.3 远端终端单元

现场电力系统数位、类比资料，由远端终端单元（Remote Terminal Unit， RTU）设备收集整理，经传输系统回传至控制中心主电脑资料库，经由处理分析可获得受控设备运转状态。对于有异常状态的设备，管理操作人员可借助主电脑通过人机介面触控画面下达控制指令，直接操控现场开关设备。

2.4 多功能电表

可量取V、A、Hz、功率（kW/kvar）、电量（kWh/kvarh）、功率因素及需量等。并应具备标准通讯界面（如Modbus），以利与电脑设备整合。

2.5 智能型电子装置（IED）

智能型电子装置（Intelligent Electronic Device， IED）一般安装于电力开关设备（Switchgear）内，具马达保护（Protection）、量测（Measuring）、控制（Control）及通讯（Communication）等功能。

3 输变电系统智能化监控系统的软件功能

一是自动定位系统。采用配电盘警报快速跳图功能，结合系统本身的警报功能，当警报事件发生时，可直接跳入其电力细节图、电力总图与平面图以快速定位故障确实位置，帮助维护人员快速排除故障问题，缩短查询的时间，能更快速处理警报事件，提供现场操作人员迅速掌握发生事故的配电盘所在位置。

二是配电盘位置图与单线图快速跳图连结功能。平面图即表示变电站开关室配电盘配置图，可明确标示出电力盘的相关位置。点选其盘体可进入详细的电力单线图。警报发生时，电力盘体会变成红色，让使用者能通过Layout清楚了解警报发生位置。

三是数位式保护马达具有参数定期查询监视功能，而保护马达事故跳脱也可以自动报表列印。软件还具有故障报表资料库，能够自动记录马达跳脱时的数值，以便于事故分析。另外，暂态波形记录器可自动记录电力系统异常被触发时的暂态波形，以便于事故分析。另外，暂态波形记录资料库则可自动记录每一笔电力系统异常被触发时的暂态波形。

四是电力品质监视系统可配合IED或及多功能数位电表的电压/电流谐波量测功能，以即时监视电力系统重要负载及各出入口的谐波污染状况，做即时警报及改善计划的参考依据。系统自我诊断是最重要的部分，用以监视系统实际运转状态。

4 结束语

电力监控系统的应用对电力系统供电品质、可靠度与稳定度提升帮助甚大，但目前大型电力系统故障异常时，电力监控系统所收集的资料，电力工程人员大都仍需以人为方式判断，未来监控软件若能导入专家系统（Expert System），协助电力工程人员作更精确迅速的故障分析判断，应更能发挥电力监控功能。电缆部分放电测试，对明确重大电缆异常状况易于判读，但应用于送电运转中的输电线，作为电缆事故前的预警判断，仍有较大的困难课题待解决处理突破，目前许多专家学者、厂商已导入类神经网络技术（Neural Network Technlogy），以期能预警性的部分放电测试技术有更突破性的进展。

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中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0114?03

Intelligent management system for monitoring transfusion

SONG Yu， WENG Xin?wu

（College of Computer Science and Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130012， China）

Abstract： A monitoring and management system for medical transfusion is introduced， which includes one transfusion center management PC， one transfusion center manager， some transfusion monitor， some handheld terminal for nurses and some relay stations. The infrared photoelectric sensors is used in transfusion monitor to detect the information of liquid level and the dripping speed， the information is transmitted to the relay station wirelessly， and then transmitted to the transfusion center manager， after processed the information is sent to transfusion center management PC for visual management through upper computer. The system has the advantages of receiving transfusion and alarm information of patient wirelessly， unified information distribution， intelligent scheduling nurses and transfusion information centralized management， and so on.

Keywords： intravenous infusion； remote monitoring； wireless alarm； software design

0 引 言

目前，公知的输液报警装置都是在患者输液结束后，通过输液监控器以有线或无线方式向护士站或护士手持终端发送报警信号，护士根据收到的报警信号再进行相应的处理。这种方式都是被动式的处理。以护士站为中心接收报警的为例，每次护士都需要回到护士站才能得知有没有新的报警，而没法在处理完一个情况后立即处理下一个情况。以护士手持终端为中心接收报警为例，有时可能几个护士同时都去处理一个情况，而不能指定某一护士去处理。上述两种情况下都没有使护士护理效率最大化。

针对上述不足，本文提出了一种智能化输液监控管理系统。

1 系统总体结构框架

1.1 系统拓扑结构

本文介绍的智能化输液监控管理系统包括一台输液中心管理PC机、一个输液中心管理器、多个输液监控器、多个护士手持终端和多个中继站。输液中心管理PC机和输液中心管理器置于护士站，输液监控器使用时置于病房的输液管上，护士手持终端使用时每位护士一个，中继站每个楼层置一个。输液中心管理器和输液中心管理PC机以串口线相连。考虑到有的病房和护士站距离较远，如直接由输液监控器向输液中心管理器发射信号的话，可能会因为多道墙的阻隔而导致丢包率上升，因此本系统在每层楼道上增加一个中继站，同一楼层病房内的输液监控器向该中继站发送信号，再由中继站向输液中心管理器发射信号，输液中心管理器直接或通过中继站向护士手持终端发射信号，这就减少了无线信号被多道墙阻挡导致丢包的问题，从结构上保证了系统工作的可靠性。因此本系统采用的是树型拓扑结构，如图1所示。

图1 系统拓扑结构图

1.2 系统工作原理

本系统的工作原理为： 输液监控器的传感器把测试到的输液液位、点滴速度信息及呼叫、摘换瓶和欠压信号，由无线模块把信息发送至输液中心管理器，由输液中心管理器对这些数据进行计算处理，再根据相关规则，将这些数据转换为报警处理指示，转发至护士手持终端，医护人员根据护士手持终端提示进行操作，同时输液中心管理器通过上位机将数据上传至输液中心管理PC机，方便查看、管理患者输液情况及调度护士进行报警处理。

2 硬件电路

本系统主控芯片都采用ATmega16L单片机，外接8 MHz晶振，芯片内有模拟比较器、10位A/D转换、看门狗及电源管理等功能，无线通信模块都采用SRW1012模块，工作频率为435 MHz，GFSK调制方式，采用3.7 V锂电池经XC6206P332MR稳压芯片稳压到3.3 V作为系统电源。

输液监控器采用槽型红外光电开关作为输液液位、点滴速度检测传感器，点滴速度检测传感器检测到的信号作为ATmega16L模拟比较器的负极输入信号，ATmega16L模拟比较器的正极输入作为检测门限，输液液位检测信号作为ATmega16L的A/D转换输入。输液速度调节器采用微型步进电机作为伺服机构，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，使电机正传或反转带动夹持器夹紧或放松滴管，从而达到调节滴速的目的。并设置4个功能键， 8位数码管作为键盘显示单元，分别显示病房号、床位号及点滴速度。输液监控器硬件原理框图如图2所示。

图3为输液中心管理器硬件原理框图。时钟模块采用DS1302时钟芯片，作为输液信息的记录时间，SD卡用于存储输液和报警信息，UART接口采用MAX232作为上微机电平转换芯片，采用LCD液晶屏作为显示屏，设有4个功能键，声光振动报警单元包括一个LED和一个蜂鸣器。

图2 输液监控器硬件原理框图

图3 输液中心管理器硬件原理框图

图4为护士手持终端硬件原理框图。护士手持终端为方便显示输液信息及报警情况采用 LCD作为显示屏，设有4个功能键，并设有LED提示灯、蜂鸣器和振动马达作为提示。

图4 护士手持终端硬件原理框图

图5为中继站硬件原理框图。中继站主要完成将输液监控器上传的数据转发至输液中心管理器和建立网络的功能，这需要长时间的不间断运行，所以中继站的功耗较大，最好能够工作在有外接电源或容量较大的电池供电的条件下。

图5 中继站硬件原理框图

3 软件设计思想

3.1 通信协议

输液监控器向输液中心管理器发送的输液和报警信息有：病房号、病床号、输液信号、换瓶信号、摘瓶信号、呼叫信号、欠压信号；输液中心管理器向输液监控器发送应答信号。

输液中心管理器向护士手持终端机发送的数据有：护士手持终端机地址、病房号、病床号、输液信号、换瓶信号、摘瓶信号、呼叫信号、欠压信号、报警处理建议信号、撤销报警信号；护士手持终端机向输液中心管理器发送的数据有：护士手持终端机地址、开关机状态、正在处理信号、处理完毕信号、处于空闲信号、应答信号。

3.2 各节点软件设计

3.2.1 输液监控器软件设计

（1） 病房号、病床号设置：按 “设定”键，可依次选择病房号和病床号，选择某一位时，该位数码管将闪烁，按“置数”键在0～9循环改变其数值，设定好后，再按“设定”键，退出病房号、病床号设置，进入滴速设置；

（2） 滴速设置：此时滴速显示数码管将闪烁，置数方法和病房号设置一样，设置好滴速后，液滴速度会自动通过滴速调节器及滴速检测传感器将滴速调节到设定的滴速；

（3） 摘/换瓶报警设置：按“摘换”键，按键按下表示换瓶报警类型，反之，按键弹起表示摘瓶报警类型；

（4） 输液报警：液输完毕，输液监控器的阻断装置将自动阻断输液，防止回血发生，同时蜂鸣器将发出“滴?滴”的鸣叫声， LED指示灯闪烁，提醒患者，并自动向输液中心管理器发送换瓶或摘瓶报警信号；

（5） 一键呼叫：如果患者有特殊护理要求，按“呼叫”键；护士站接到呼叫信号后，指令护士处理。

3.2.2 输液中心管理器软件设计

（1） 报警处理规则：输液中心管理器接到输液和报警信息，发出“滴?滴?滴”的提示声，迅速将报警情况转发给全部在线的护士手持终端机及输液中心管理PC机；按照优先级从高到低的换瓶、摘瓶、呼叫、电池欠压、输液的报警顺序和时间先后顺序进行排序显示，并按照显示的顺序，指令护士轮流处理；

（2） 信息共享：当护士处理完指令事项后，护士要发处理完指令事项的信息；输液中心管理器将收到处理完毕信号，此时会向所有在线护士手持终端机发送撤除该条报警信息，并存入FLASH存储器，以备查看；

（3） 异常情况：在有患者输液但没有护士手持终端机在线时，输液中心管理器将发出长“滴?滴”的告警声音，直到有护士手持终端机在线，接受指令后，停止告警。

3.2.3 护士手持终端机软件设计

（1）开关机设置：护士手持终端机开机后，自动向输液中心管理器报告开机信息，护士手持终端机开机的数量将代表护士值班人数，护士手持终端机每次开机时，会接收到输液中心管理器发来的所有当前输液情况；护士手持终端机关机时，将自动发送离线信号到输液中心管理器后再断电，输液中心管理器将不再发送信息至该护士手持终端机；

（2） 报警提示：护士手持终端机接到输液中心管理器发来的指令，第二声光振动报警单元的蜂鸣器会连续发出两次“滴?滴?滴”的声音提示信号，LED指示灯连续闪烁，振动马达会连续发出“嘟?嘟?嘟”的振动提示信号，提醒护士接收报警信息和处理指令；

（3） 处理方法：护士按照输液中心管理器发来的处理建议，通过按“确定”键向输液中心管理器发送接收该处理指令；护士处理完事项后，再按“确定”键，护士手持终端机会自动向输液中心管理器发送指令处理完毕信号，此时该条报警信息将删除；

（4） 状态设置：按“状态”键选择处于工作状态还是空闲状态，“状态”键按下表示处于工作状态，反之，“状态”键弹起表示处于空闲状态，处于工作状态时则不能接收报警处理建议。

3.2.4 中继站软件设计

（1） 转发数据：转发输液监控器输液信息至输液中心管理器，转发输液中心管理器的应答信号至输液监控器；转发护士手持终端所在位置及状态信息至输液中心管理器，转发输液中心管理器的报警信息及处理建议至护士手持终端；

（2） 优先级：优先转发输液监控器给输液中心管理器的信号，其次转发输液中心管理器给护士手持终端的信号，再转发输液中心管理器给输液监控器的信号，最后转发护士手持终端给输液中心管理器的信号；

（3） 工作状态：在未转发数据时处于接收状态，先接收到的数据先转发，未发送成功的，经短暂延迟后再发，直至转发成功，处于发送状态时不接收数据。

3.2.5 上位机软件设计

输液管理中心PC机负责对全部的节点进行可视化的管理，包括对网络节点的实时监控、数据处理、滴速异常报警、输液完毕报警和系统参数设置等功能。软件使用 VB 进行开发，本输液监控管理软件主要适用于静脉输液监控管理系统的全部工作过程的控制，采用菜单式界面，直观明了、操作简单，具备监视、控制、设定、记录、查档、打印、出现输液故障语音提示等功能。

4 结 语

通过实际应用表明，该系统具有精度高、稳定可靠、组网灵活、提前预警、统一分配信息、智能调度护士和输液信息集中管理等优势，护士随时随地对整个病区的所有病房的详细输液信息一目了然，从而为患者能够提供及时有效的护理以及医院的智能化、网络化、规范化的管理提供了极大地保障。该系统可进一步推广使用在其他医疗监护领域，如获取病人的血压、体温、心率及其他病理信号。

参考文献

[1] 姚运萍，张育斌，陈宇，等.基于单片机的智能输液装置控制系统的设计[J].陕西科技大学学报，2010，28（4）：83?87.

[2] 吴飞，杨宏桥，张瞩熹.基于ZigBee的医院病区护理智能化无线监护系统[J].中国医疗设备，2008，28（10）：13?15.

[3] 陈宇，王玺.基于光电技术智能输液监控系统设计[J].核电子学与探测技术，2009，29（5）：1149?1153.

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图书馆属于公共建筑，其内部结构复杂、安全要求高、设备数量众多，非常需要建设智能化系统。图书馆建筑的智能化程度，决定着其运行效率与安全等级，楼宇自控系统是其关键系统之一，起着重要的作用。

本文以一图书馆工程实例介绍楼宇自控系统的设计，此项目规划占地2.1万平方米，建筑面积约9.8万平方米，地下2层、地上10层，建筑总高度约50米。设有办公室、信息咨询部、阅读部、活动推广部、数字资源与技术保障部、物业管理等多个部门。

1 楼宇自控系统的需求分析

楼宇自控系统设计具有很大的灵活性，应根据建筑物的整体功能需求和物业管理方式确定控制水平，根据建筑物内不同区域的要求和受控设备的分布特点，选择技术先进、成熟可靠、经济合理的控制系统方案，避免投资的盲目性。

本楼宇自控系统拟对图书馆内的各机电设备（包括：空调通风监控系统、给排水系统等），采用集散系统进行监控和管理，以实现对设备进行可靠而经济的优化控制，进而延长设备的使用寿命、节约能耗和简化管理。

系统必须具有开放性、可扩充性、标准化，采用开放性的标准通讯协议。控制主网和分布网要求采用BACnet/IP通讯协议，BAS分站则采用BACnet MS/TP或LONWORKS通讯协议。最终系统具备开放性、兼容性和扩展性具。

系统的管理访问支持 B/S或同时支持 B/S 和 C/S，允许设置多个工作站，对系统实现远程管理和控制。

根据图书馆的使用要求，提供针对性的管理功能，包括：检修提醒报警、越限报警、控制失效报警。

1.1 空调通风监控系统的需求分析

本工程中空调监控系统的监考设备包括：冷源系统、空调机组、新风机组、送/排风机等。

冷源系统包括 4 台冷机、5 台冷冻泵、5台冷却泵、4 台冷却塔、1 个膨胀水箱、1个软化水箱及2台补水泵等设备。冷源系统由专用的群控系统管理，楼宇自控系统（BAS）只需通过BACnet、OPC 等开放的通讯协议接口，读取设备相关参数，实现监测。监测的主要内容：冷机、冷冻/冷却泵、冷却塔的运行状态，冷冻水供回水总管的流量、温度、压力，冷却水的供回水温度等。

新风机组的监控需求包括：风机的启停控制、水阀的控制、状态监测及报警；空调机组的监控需求包括：风机的控制、水阀的控制、新/回风阀开度的控制、状态监测及报警；送排风机的监控需求包括：风机的启停控制、状态监测及报警。

1.2 给排水系统的需求分析

本工程给排水系统包括：36个集水井、72台排污泵，分布在负二层；消防1个水池、2个生活水箱（配有5台生活水泵）、1台直饮水泵。排污泵的启停由液位开关自动控制，BAS对消防及生活给水设备只监不控。监测内容：排污泵的状态（运行、手/自动和故障报警）生活水泵组的运行状态、故障报警，生活水箱和集水井的超高、超低水位；报警提示：集水井水位过高、消防水池或生活水箱水位过低时发出报警；生活水泵、排污泵的运行状态与控制要求不一致时发出报警；互为主备的排污泵一台发生故障报警时另一台不能自动投入运行时系统发出报警；当水泵累计运行时间越限时，系统发出提示消息。

1.3 第三方系统集成

本工程中冷源系统、电梯系统、不间断电源、发电机系统等第三方系统需要通过集成接入楼宇自控系统（BAS），要求BAS通过软件读取各系统内部数据，并详尽、准确、实时的记录数据。

2 楼宇自控系统的方案设计

2.1 楼宇自控系统的基本组成

为提高可靠性，本系统采用分布式集散型控制系统，系统由中央管理站（服务器/工作站）、各种DDC（Direct Digital Controller，直接数字控制器）及各类传感器、执行器等组成，能够完成多种控制及管理功能，是一种智能化控制管理网络系统。

中央管理计算机（又称上位机、系统服务器）通常设置在中央控制室，由PC主?C、显示器及打印机组成，是楼宇自控系统的核心。中央管理计算机实时监测来自现场设备的所有信息数据和报警信息，并发出各种控制指令给现场控制器，对收集到的数据进行处理和记录，并通过各种输出设备通知工作人员。

DDC控制器是一种可独立运行的数据采集和控制装置，由处理器、输入输出通道和各种接口电路等组成。DDC控制器是楼宇自控系统的核心和实现控制功能的关键部件，通常分散设置在受控设备的附近，是系统与现场设备的接口。DDC通过各种输入通道采集实时数据，再按一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，控制受控设备的运行。 DDC的输入输出接口分为四类，分别是：模拟输入（AI），数字输入（DI），模拟输出（AO），数字输出（DO）。

传感器和执行器是安装在受控设备里的传感元件和执行元件，是楼宇自控系统的末端设备。传感器对一些直接反映系统性能的物理量，如温度、湿度、压力等进行检测，并将检测到的物理量输入到DDC，DDC则输出控制信号传送给各执行器，进而控制受控设备。

2.2 各子系统的设计

2.2.1 空调通风监控系统

1）风机的监控

现场控制器（DDC）通过事先编制的启停控制命令，通过数字输出（DO）控制风机的启停，并将风机主电路上交流接触器辅助触点的状态输入到DDC的数字输入（DI），监测风机的运行状态；主电路上热继电器的辅助触点信号作为风机过载停机报警信号，通过DDC的数字输入（DI）反馈到系统中来。

2） 送、回风温湿度监测及水阀的控制

在送、回风口各设置一个温湿度传感器，其输出信号接至DDC的模拟输入（AI），对送、回风的温湿度进行监测。比较回风温度与设定温度的差值，采用PID 等控制算法，通过模拟输出（AO）控制二通阀的开度。

3） 新/回风阀开度比例控制

空调机组的新/回风阀开度比例控制信号为模拟输出（AO）信号。

4）状态监测及报警

通过DDC的数字输入通道（DI）采集空调机组/新风机组的风机手/自动状态、风机压差、过滤网堵塞报警信号。系统会将监控数据自动记录下来生成表格，便于以后查找、打印或者作进一步的数据处理。

空调通风监控系统各设备的监控点位如表1所示。

2.2.2 给排水系统

1）采集生活水泵组和排污泵的运行、故障报警、手自动状态等信号，集水井水位（超高、超低水位）信号，通过DDC的数字输入（DI）到BAS，在系统界面上实时显示。

2）通过软件的报警提醒功能设置报警点，如：启停泵异常、设备累积运行时间越限等，提醒工作人员现场排查或检修。

给排水系统的监控点位如表2所示。

2.2.3 第三方系统集成

冷源、电梯、发电机、不间断电源等第三方系统需要通过集成网关接口接入BA系统，这四个第三方系统分别由各自厂家通过其专用的监控系统自行监控和管理，再将各监测数据通过集成网关接口提供给BA系统，各系统设置一个 BACnet网关用于与BA系统的连接和通讯。

3 楼宇自控系统的选型及配置

3.1 楼宇自控系统的选型

楼宇自控系统的选择既要满足业主的要求，又必须符合“智能建筑设计标准”（GB/T50314-2006），应全面考虑系统的可靠性、开放性、可扩展性及技术的先进性。

在选用产品时，首先应从该建筑物的要求出发，充分分析和考虑市场可供商品的市场定位和特性，选择适合的产品。首先要对产品进行性能/价格比较，其次对楼宇自控系统方案进行优化，根据业主的投资预算和实际需求，选择最具有节能功能、方便管理的楼宇自控系统方案。

楼宇自控系统的设备配置及选型优劣，不仅对楼宇机电设备的运转和能源利用的效率有影响，而且影响建筑物的楼宇自动化水平。选择合适的产品将有利于系统的建设及日后的维护。系统选型应遵循如下原则：

1）稳定性：保证系统不仅长期可靠地运行，而且各项指标也保持长期稳定，进而减少设备的维护维修费用。在满足成本控制后，关键部件（如：控制软件、各类控制器及扩展模块、传感器等）应选用技术成熟的产品。

2）经济性：在满足建筑物舒适性条件下，合理组织设备运行，降低大楼运行时产生的费用，体现出采用楼宇自控系统后所带来的经济效益。

3）先进性：选用的系统产品技术先进性、结构该简单，便于工程安装和系统调试、以及日后的维护与系统升级。

4）可扩展性：系统设计方案具前瞻性，充分考虑系统日后的扩充，当用户有新的需求时，可在不改变现有系统的前提下实现用户的扩充要求。

目前，楼宇自控系统品牌众多、产品多样化，市场上的主流产品以国外品牌为主，主要有霍尼韦尔（Honeywell）、江森自控（Johnson Control）、西门子（Siemens）、Delta、TAC、KMC等。其中，霍尼韦尔、江森自控和西门子三家公司因进入中国市场早、品牌知名度大等原因在我国的市场占有率高，但同时这几个品牌的产品价格也很高。相对楼宇自控领域的这“三大巨头”，加拿大Delta控制公司进入中国市场较晚（2002年进入中国市场），但该公司具有多年的楼宇自控经验，是一家生产楼宇自控系统产品的专业生产商，其产品性价比较高。根据工程的实际情况及投资预算，本项目楼宇自控系统的工程实现将采用加拿大Delta控制公司的ORCA系统。

3.2 楼宇自控系统的配置

本工程BA系统总I/O容量为1500～2000点，根据相关标准应按中型规模的BA系统定位。由于Delta ORCA系统大、中、小型软件对应的I/O监控点总数分别为无限点、500～2500点、500点以下，本项目应选用带历史数据的中型Web server 软件。

楼宇自控系统的硬件设备包括DDC控制器（含扩展模块、DDC辅控箱）、传感器及辅材。硬件?O备的配置选项除了要达到智能化系统招标文件的技术要求外，还应考虑系统工程造价，选用性价比较高的产品和配置方案。在配置控制器时，可结合各受控设备的楼层及分区分组进行配置，选用合适的应用控制器及扩展模块，每台控制器监控点数预留有不少于15%的裕量，以备系统今后的扩容。系统中DDC辅控箱为定制设备，由箱体、安装底板、空开熔断器、变压器、继电器及端子排等辅控元件组成，各箱体及元件数量根据实际需要而定。各类传感器应采用与DDC控制器相匹配的、灵敏度高、稳定性好、寿命长的传感器。为保障楼宇自控系统中信号的传输距离及质量，应选用合适的信号线和通信线。

根据本图书馆建筑功能分区，为便于建筑设备管理系统（BMS）对大楼内的BA系统、智能照明控制系统、安防监控系统等进行集成和管理，BA控制中心设置在负一层控制室，对全楼的设备行监视和控制。

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中图分类号 S646.1+4 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2015）14-0085-02

目前，我国的姬菇栽培多数还停留在传统的大棚栽培方式上，传统的生产方式劳动强度大，设备简陋，受自然界影响很大，产品产量与质量均欠佳。一些有条件的生产企业已开始姬菇的数控智能工厂化栽培[1]。根据姬菇的适宜生长条件，采用最优的环境控制模式，进行智能工厂化大批量栽培姬菇，不受季节和环境的影响，实现全年可控、稳定的高效生产目标。与传统姬菇栽培方法相比，智能工厂化姬菇栽培具有以下特点：

一是产量高且稳定。姬菇在环境可控的菇房生长，可不受季节影响。在人工控制最适宜的生长条件下，产品质量稳定可靠。实现姬菇连续种植，解决传统种植因季节变化带来的不利因素。特别是夏季反季节栽培，将具有广阔的前景。

二是智能化管理。智能化系统对环境温度、湿度、CO2浓度、光照环境等参数进行监测，通过各种传感器实时采集每间菇房的环境因子参数，并通过网络传输到监控中心机的电脑及用户手机上，并根据栽培者设置的参数范围值进行自动控制通风系统、空气加压高端加湿系统、智能空调等环境调节设备，即在设置的参数值最低值和最高值系统自动开启、暂停，将数据控制在设置的范围值内。实现全天候智能自动控制、节能新型组合式的栽培菇房[2-3]。

三是可进行远程监控。通过无线网络或移动网络进行数据传揄，使管理者可远程视频、手机监控及时了解、控制姬菇生长过程中的各个环节，并在观察出现异常或参数出现偏差时予以排除和解决，实现精准化管理，充分发挥姬菇的产量潜能，确保姬菇产品的安全性与品质[4]。

四是数据自动采集并保存，查询方便。通过传感器，对温度、湿度、光照、CO2浓度等参数进行实时采集，详细记录，方便查询各参数值。只需在查询对话界面上输入所要查询的日期与时间，便可根据需要选择查询的菇房名称进行查询。每个关键点都需要周期性的记录，可轻松下载文本资源，方便管理者作研究分析与总结。另外，姬菇生产管理过程需要建立产品溯源的数据档案管理，为产品问题的追溯管理提供方便的渠道。

五是监控系统直接参与农产品质量检测环节。姬菇栽培过程始终处于透明和可控的状态，保障了产品的质量。系统同时对姬菇鲜菇生产管理的各个流程进行全程记录，从而能够及时准确地实现产品的生产追溯，杜绝农药残留和重金属等污染，让老百姓能够吃得放心。

六是原料本地化，节约农业资源。一般使用农产品下脚料为原料袋栽，破解农业资源短缺的制约，提高农业生产综合经济效益，能够达到循环、高效、生态之目的。

广西壮族自治区贵港市农业科学研究所自2013年下半年以来，开展利用农业数控智能化系统栽培姬菇的研究。根据姬菇的适宜生长条件，采用最优的环境控制模式，进行数控智能工厂化栽培姬菇，不受季节和环境的影响，实现全年可控、稳定的高效生产目标。经过2年的试验探索，已初步掌握该系统的调控技术，对姬菇智能工厂化栽培的特点及实际运行模式实践摸索，实现全天候远程监控和管理保温板房的姬菇鲜菇生产。笔者现将生产实践中的做法和体会总结如下，以供参考。

1 场地选择

数控智能化菇房的建造选址都要求地面平坦开阔，通风良好，排灌方便，周围环境卫生，无废水、垃圾、污染源，并远离禽厂、垃圾站等不洁场地，生产水源符合饮用水生产标准。还应注意培养料预湿场地、发酵场地，应与菇房至少间隔100 m以上，中间有建筑物或绿化带作间隔，以防止发酵场的病虫害污染菇房。

2 保温板房（菇房）的建造

科学的建筑方式是智能化环境监控系统的首要前提。从菇房的基建开始，就要结合温度、湿度和二氧化碳浓度等三大要素。从保温方式与通风效果方面考虑，做到冬季升温、夏季降温。保温板房材料应尽可能采用热导系数小的高效保温隔热材料，以减少保温层的厚度，提高菇房内使用面积。保温隔热材料的性能取决于材料的热导系数，热导系数愈小，其保温隔热的性能则愈好[5]。

3 菇房设备配置

菇房内配套安装智能化调控系统、制冷设备和空气加压高端雾化装置。购置移动式制冷设备，各菇房门口安装环境因子实时数据显示屏，并安装抽风机、送风机等基础设备。方便管理者准确掌握四大要素从而有机协调管理，解决了传统生产中劳动强度大的问题。

4 姬菇菌袋的制作与菌丝培养

姬菇栽培主要采用袋料栽培方式，使用配方为棉籽壳50%、玉米芯（桑枝）40.2%、玉米粉5%、石灰3%、石膏1%、磷肥0.5%、防腐剂0.3%（采用23 cm×36 cm×0.05 cm聚乙烯塑料袋，每袋干料0.75～0.85 kg）。常压灭菌6 h，冷却后接种，菇房要求提前做好清洁、消毒工作，以防止杂菌感染。接种后，将菌袋层叠摆放方式整齐叠放于菇房内的铁架上，置25 ℃的培养室内培养。

5 利用农业数控智能化系统进行全天候监控和管理姬菇的鲜菇生产

当菌丝达到生理成熟时即可进行姬菇鲜菇生产管理。姬菇出菇环境采用数字化智能系统进行在线监测和人工调控，以便于标准化生产和管理。

5.1 温度管理

由于数控智能化菇房不受季节限制，栽培者可根据需要的出菇时间，合理安排制作姬菇出菇菌袋（菌丝长满袋一般在25 d左右）。待菌丝长满后就可进入管理阶段。为探索到姬菇的最佳出菇温度范围值，笔者进行了多次出菇温度范围的处理，结果表明：设置温度范围太低，菇体生长发育慢并且浪费能源；设置温度范围过高，菌盖颜色会变浅，形状扭曲成喇叭花状，影响品质等级。结合高产、优质和节能等多方面考虑，最终确定将温度范围在智能专家系统上设定值为18～22 ℃，最能体现产品价值。

5.2 湿度管理

在专家系统上设置好相应的湿度参数范围值后，该系统则根据这个范围值进行智能控制。低于范围值时自动开启雾化加湿系统，达到范围值最高点时则雾化加湿系统自动停止。雾化加湿与传统的人工水管喷水相比较，前者加湿为迷雾小颗粒状水，自动补充湿度，更满足姬菇生长需要。首先，菇房的水分管理要根据菇房的保湿性能和外界气候变化的情况灵活掌握（有空气交换设备，有一定程度影响）。如果菇房内空气湿度设置不合理，太低或者太高会造成姬菇偏干或偏湿，影响菇质及产量，所以菇体水分把握是关键。经过多次试验，将菇房内空气湿度值设置在86%～95%之间最为合适，菇面湿润而保持合适水分。此外，要根据姬菇子实体发育期设置不同湿度值管理，催蕾期只要保持出菇口料面湿润为宜，转潮期养菌湿度要控制在80%以下。

5.3 换气管理

姬菇子实体生长期间需要有足够的氧气，即二氧化碳浓度不可过高。如果菇房内通气不良，二氧化碳过高很容易导致菇柄过长甚至长畸形菇，每潮菇的出菇旺季需要大量换气，因此在出菇期间结合湿度管理，将二氧化碳浓度设置在600～900 mg/kg之间为宜。

5.4 光线管理

菇房内的光线不能太明亮，出菇期间需要有适当、适量的散射光即可，以能看清报纸为度。

6 病虫害防治

姬菇菌丝培养阶段，常见的杂菌有绿色木霉、青霉、毛霉和红色链孢霉等，发现后应及时处理。子实体生长阶段，主要杂菌是粘菌，发现后应及时将染有粘菌的菌袋及时进行处理，同时加强菇房内的通风换气量。虫害主要有菇蝇和蚤蝇，可使用振频式诱虫灯，利用物理诱杀的方法扑杀害虫。

7 采收与产量

姬菇子实体成熟的标志为菌盖长至2～3 cm、菌盖边缘内卷、孢子尚未弹射。采收要及时，要保证菇体完整。整个栽培周期需要3～4个月，产量主要集中在第1、2、3潮，每采完1潮菇后应停水进入菌丝恢复期2～3 d，再进入加湿管理，每潮菇转潮需要5～12 d。从2013年下半年投入使用至今，利用数控智能系统共进行了6批姬菇生产管理试验，每批试验制作菌袋6 000袋，平均单产可在0.60～0.85 kg之间，取得了较好的效益。

8 结语

姬菇数控智能工厂化栽培是现代我国食用菌产业发展的必然趋势，它不仅打破了传统农业季节性生产的被动局面，促进了我国传统农业产业结构的升级换代，随着科技的进步及科研手段的不断完善，下一步将继续开展更多食用菌品种的开发与研究，加快农业食用菌数控智能工厂化的发展进程。

9 参考文献

[1] 梁晋谊，成传荣，许克勇，等.灵芝的工厂化栽培技术[J].食用菌，2015（3）：30-31.

[2] 高学敏，胡永光，堀部和雄.金针菇工厂化生产环境控制模拟模型[J].中国食用菌，2004（2）：22-24.

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中图分类号：TL503.6文献标识码：A文章编号：

一般来说，智能建筑往往是从楼宇的智能化开始的，嵌入式技术的应用使得智能建筑内的各种电气设施如空调系统、通风系统、给排水系统、照明系统、变配电系统、电梯系统等等，通过网络技术、信息技术的应用进行实时监控，取代了分散管理，既节省了能源、节省了人力的浪费，又提高了建筑的舒适性与安全性。

一、嵌入式技术概述

嵌入式是一种专用的计算机系统，一般情况下，嵌入式系统是将一个控制程序存储在ROM中处理器控制板，是智能装置或设备的一部分。近年来，嵌入式技术被广泛应用于多个领域，如手表、微波炉、录像机、工控、多媒体、网关、汽车等，有的还植入了操作系统。

嵌入式技术的应用距今已有30多年的历史，主要以计算机技术为应用基础，由嵌入式微处理器、硬设备、嵌入式操作系统及应用软件等部分构成。在人们的工作、生活中，如工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境监测、机器人等领域应用广泛。随着我国房地产业的快速发展，嵌入式技术同样被广泛应用于智能建筑当中，为人们的生活带来更多舒适性体验。楼宇智能化的概念已经越来越深入人心，鸟巢、水立方，上海金茂大厦、世博会中国馆、环球金融中心等应用楼宇智能化的建筑不断出现。目前楼宇智能化在北京、上海、广州、深圳等一线城市高档住宅中应用普遍，成为高档物业新潮流，楼宇中通讯、监控、管理自动化程度越来越高。

二、基于嵌入式技术的智能楼宇的组成

1、建筑设备自动化系统（BA）

楼宇智能系统实现建筑物内的各种机电设备的自动控制，对建筑物内部的供水、变配电系统进行监控、测量，以保证大楼水电的正常供应，并能通过对空调、外墙照明等系统的综合控制达到节约能源、减轻管理人员劳动强度的效果。该系统通过信息网络组成分散控制、集中监视与管理集中系统对筑物内部的设备进行实时监管，能够随时按需调整建筑物内部的温度、湿度、照明强度和空气清新度，提供一个安全、舒适、高效而且节能的工作环境。

2、通讯自动化系统(CA)

通讯系统是保证建筑物内图像、数据、语音、传输的基础。该系统以数字程控交换机为核心的、以话音为主，兼有数据与通信的电话网，连接各种报告数据处理设备的计算机局域网、计算机广域网、公用数据网、卫星通信网、无线电话网和综合业务数字网等向使用者提供快捷、有效、安全和可靠的信息服务，包括语言文本、图形、图像及计算机数据等多媒体的通信服务。保证建筑物内语音、数据、图像传输的基础，同时与外部通信网相连，与外界互通信息。

3、办公自动化系统（OA）

办公自动化系统是运用计算机技术、通信技术、多媒体技术等先进技术，使人们的部分办公业务借助于各种办公设备，并由这些办公设备与办公人员构成服务于某种办公目标的人机信息系统。办公自动化系统由多功能电话机、高性能传真机、各类终端、个人电脑、文字处理机、服务器、存储设备等各种办公设备、信息传输与网络设备和相应配套的系统软件、工具软件、应用软件等组成。

4、火灾报警与消防联动自动化系统（FA）

火灾报警系统在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。火灾报警系统是智能建筑中的一个子系统但其又完全脱离其他系统或网络的情况下独立运行和操作，完成自身所具有的防灾和灭火的功能，具有绝对的优先权。通过建筑物内不同位置的烟感和温感探测装置提供的信号进行确认后报警，同时启动火灾联动系统，包括关闭空调、开启排烟装置、启动消防专用梯并且启动消防系统运作、紧急广播疏散人群，从而使得尽可能的减少生命、财产损失。

5、安全保卫自动化系统（SA）

安全保卫自动化系统是通过安全防范、一卡通、公共应急广播等系统对建筑物及周边内日常出现的事件进行分析整理，通过文字、图像、声音等方式传送到管理中心交管理人员处理，该系统能够对建筑物及周边各个方面不同种类的信息全方位监控，并能根据事件种类做出相应联动将各个相关专业紧密的联系在一起，能够很大程度上节约人力、物力，真正做到系统自动。

三、基于嵌入式技术的楼宇智能化的发展趋势

我国每年新增的建筑面积约20亿平方米，加之政府对楼宇智能化建设规范化、科学化的引导，业内普遍看好楼宇智能化的发展。21世纪的住宅、居家新思潮――节能、环保、绿色、智能，在2010年上海世博会得到充分展示、各国场馆展示了大量城市家居生活的新理念、新技术、新产品、新工艺，尤其是节能、低碳、绿色、智能等技术成为亮点、众多场馆集中应用国际先进的太阳能、LED照明、冰蓄冷、地源热泵、屋面雨水收集利用、江水源循环冷却降温、气动垃圾回收、绿地节水灌溉和可再生材料使用等多项节能技术和手段，展示了未来低碳、绿色智能城市建筑的前景和成功范例。在这样的趋势下，未来的智能楼宇发展方向要从深度和广度方面来谈。

1、通信技术

数据卫星通信技术在智能建筑中的应用与移动通信系统的结合,实现电视会议、远程监控、远程医疗和远程教学。

2、网络技术

网络控制技术在智能建筑中的应用包括：改善智能建筑内楼宇自控系统、综合保安系统、火灾报警等异构网络环境的控制与联动结构；用控制网络的分布式和嵌入式智能化技术为楼宇治理自动化提供新的治理模式；通过控制网络通信实现实时数据治理与机电设备运行过程控制；利用信息网络的应用集成，以实现对智能建筑内的机电设备与安全报警治理的远程监控和数据采集。

3、节能控管系统

楼宇节能控管系统是将现代IT技术、智能楼宇控制技术及现代楼宇节能技术有机融合，采用开放的TCP／IP通讯协议，以BORRY专利技术――通用网络控制器(NDDC)为核心，实现机电设备的网络化．并创新性地将楼宇自控与节能管理融于一体的网络节能控制系统。通过网络对建筑物内的空调系统、供暖系统、给排水系统、变配电系统、照明系统及电梯系统等众多分散设备的运行状况、安全状况、能源使用状况实行集中监控、管理和分散控制，在满足楼宇舒适环境的同时，实现楼宇各耗能子系统的网络化、智能化及专家级的管理与服务，达到系统高效节能运行的目的。

4、物业治理技术

基于宽带的物业治理是充分应用信息与网络技术，将建筑智能化系统和计算机物业治理系统集成到综合信息服务平台上，实现具有集成性、交互性、动态性的物业治理模式。

5、无线网络技术

该项技术利用微波、激光、红外线作为传输介质，摆脱了线缆端联接受地理位置制约的局限性。其在智能建筑中的应用表现为：在智能建筑内的餐饮、娱乐、购物等商业POS机的无线局域网的连接，实现移动电话浏览网页，以及无线会议电视及视像信号的传输、交互和接入服务等功能。而广度是指随着时代的前进与发展，“智能建筑”的概念范围也在不断地发展与充实。早期智能大厦主要是指“楼宇自动化系统”。随着科技的发展，建筑智能化技术在住宅建筑中的大量应用，供人们居住的具有智能化、信息化、数字化功能的住宅小区不断涌现，智能小区改变了“智能建筑”原有的涵义，成为“智能建筑”的另一重要组成部分。“十二五”规划中，提出了建设智慧城市的理念，这又拓展了智能楼宇所能涉及的范围，通过技术革新和智能管理建设智能楼宇是智慧城市不可或缺的一部分。基于嵌入式技术的智能楼宇而构建起来的未来智慧城市将涉及多项智能服务领域，实现智能化电力、交通等公共服务，手机绑定一卡通，便能刷门禁、车禁、购物；无论身在何处，用手机都可开关电器、窗帘；企业用不着仓库存储，只需通过电脑控制物流……这些电影情节，将在智能城市中逐步上演。未来，城市服务将以创新的方式融入人们的生活；城市管理将变得更加快捷高效，将诞生更多新兴的产业形态，出现更新的科技服务托管模式。“智能+互联城市”的全新理念，意味着今后人们开始超乎想象的高新科技生活。

三、结语

基于嵌入式技术的智能楼宇是科技时代的必然产物，是信息技术与现代建筑的有机结合。在未来的建筑发展中，传统的建筑模式必将被楼宇智能化所代替，这也是社会发展的必然性，面对信息化时代的到来，智能化、自动化技术将深入渗透到建筑行业中，未来，智能化楼宇将大放异彩，拥有无限广阔的前景。

参考文献

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中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器．该领域的研究包括机器人．语言识别、图像识别自然语言处理和专家系统等。电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制，电力电子技术、信息处理、试验分析研制开发以及电子与计算机应用等领域的一门学科。实现机械的自动化，让机械部分脱离人类的直接控制和操作自动实现某些过程是电气自动化和人工智能研究的交汇点。积极运用人工智能的新成果无疑有利于电气自动化学科特别是自动控制领域的发展．也有利于提高电气设备运行的智能化水平．对改造电气设备系统，增强控制系统稳定性．加快生产效率都有重大意义。

二、人工智能应用理论分析

人工智能(Artificial Intelligence)，英文缩写为AI。人工智能也称机器智能，是一门边沿学科，属于自然科学和社会科学的交叉。也被认为是二十一世纪（基因工程、纳米科学、人工智能）三大尖端技术之一。人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，它是哲学，认知科学，数学，神经生理学，心理学，计算机科学，信息论，控制论，不定性论，仿生学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。主要应用于智能控制，专家系统，机器人学，语言和图像理解，遗传编程机器人工厂等。总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。人工智能不是人的智能，更不会超过人的智能。

目前，随着科技的进步和计算机技术的广泛使用，传统的劳动密集型生产也不能满足社会生产的需要，效率更高的技术密集型生产也扮演着越来越重要的角色，目前，劳动密集型产业仍是我国产业经营的主要形式，与西方发达国家相比生产力还比较落后，生产线的自动化水平还比较低，生产效率不高。随着社会经济发展水平的不断提高，劳动密集型产业逐步向技术密集型产业转变已是经济发展的客观要求，生产自动化已成为大势所趋。人工智能应用于电气自动化控制领域，能模拟人脑的机能对信息进行收集、分析、交换、处理、回馈，拥有对生产判断、处理的能力，能大大提高生产效率，实现生产的自动化，调整和优化产业结构。

三、人工智能控制器的优势

不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但AI 控制器例如:神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解，也有利于控制策略的统一开发。这些AI 函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势，这些优势如下。

它们的设计不需要控制对象的模型（在许多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程， 实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素。例如:参数变化，非线性时，往往不知道；通过适当调整（根据响应时间、下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如: 模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID 控制器快1.5 倍，下降时间快3.5 倍；它们比古典控制器的调节容易； 在没有必须专家知识时， 通过响应数据也能设计它们； 运用语言和响应信息可能设计它们；它们有相当好的一致性(当使用一些新的未知输入数据就能得到好的估计)，与驱动器的特性无关。现在没有使用人工智能的控制算法对特定对象控制效果非常好， 但对其他控制对象效果就不会一致性地好， 因此对具体对象必须具体设计。

四、人工智能技术在电气自动化控制中的应用

1、人工智能技术在电气自动化设备中的应用

在电气自动控制领域中，如何确保电气化系统实现高效的运作一直以来都是一个十分复杂棘手的问题，其涉及到许多领域以及众多学科知识，因此，只有高素质、高责任感的人才才可能驾驭。人工智能技术借助于计算机编程技术及其相关操作，实现了人类复杂脑力劳动的代替，进而实现了电气设备自动化地运作，大幅度降低了人力成本的投入，同时还实现了工作效率及其精确度的大幅提高。

2、人工智能技术在电气控制过程中的有效应用分析

作为电气领域中的一部分，电气控制过程起着相当重要的作用，若实现了电气控制过程的自动化，即可实现工作效率的有效提高，以及工作成本的大幅降低，从而实现人力资源成本的降低。其中，人工智能技术在电气自动化中的应用多集中在如下方面，如专家系统控制、神经网络控制以及模糊控制等方面。例如对于模糊控制而言，此过程主要是电气传统过程中直流及交流传动的作用而实现的。通常而言，电气直流传动控制过程中模糊逻辑控制主要包括了Mamdani和Sugeno。而对于具体应用时，前者多用来进行调速控制，后者则属于前者的例外情况。对于交流传动过程中的应用等相关问题而言，则多以模糊控制器取代常规调速控制器而实现功能的发挥。

3、人工智能技术在事故以及故障诊断中的应用分析

通常而言，人工智能技术，像神经网络、模糊理论和专家技术，对电气故障和事故诊断来说，是一个非常重要的技术，特别是在发动机、发电机和变压器方面的事故、故障中。在电气领域中，事故和故障出现的频率很高，原因也不尽相同。而这些事故和故障都是特别棘手的，不及时诊断处理或者诊断处理的不当，将会造成非常严重的损失。尽管如此，传统的诊断方法的准确率不高，而且步骤和方法都很复杂，例如，如果变压器出现故障，传统的方法为先收集并提取出变压器油产生的气体，然后分析气体，最后依据对气体的分析来判断故障是否存在。此方法不仅需要消耗大量的时间，而且还非常费力，所以在诊断中非常的不便。另外，一旦诊断分析的不准确，出现错误诊断，相对来说，后果还是损失很大。有效的结合了神经网络、模糊理论和专家技术的人工智能技术就可以很好的解决上述的问题，提高诊断的准确率，进而大大的提高事故诊断的效率。

4、人工智能技术在日常操作过程中的应用分析

对于传统电气领域而言，其操作过程通常要求相当严格，具体操作过程的步骤也相当复杂繁琐，一旦出错就可能引起重大的故障问题，导致重大损失发生。由于电气领域通常同人们的日常生活和工作密切相关，甚至直接关系着社会的稳定和谐，因而如何实现此领域中日常操作过程的简单化，不断提高其操作效率是如今摆在相关研究工作人员面前的一个难题，而人工智能技术的出现有效地解决了这些问题，不仅实现了日常操作过程中操作流程的简化，还实现了对电气系统的远程控制及其操作，通过对界面进行简化界面，可对某些重要信息或资料进行及时地储存，以方便日后进行查阅，此外，通过此技术还可自动进行表报的生成，大大节约了时间。

结论

人工智能是指由人类制造出来的“机器”所表现出来的智能。主要包括感知能力，思维能力，行为能力三个方面。其中自然语言理解，问题求解，逻辑推理与定理证明，自动程序设计，专家系统，机器人学等方面是人工智能的应用体现。这诸多方面不仅体现了一个自动化的特征而且还表达了一个共同的主题一提高机械人类意识能力，强化控制自动化。因为电气自动化控制需要人工智能的参与，这充分说明了人工智能在电气自动化领域将会大有作为。