自动控制论文范文

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2针对于DCS系统的锅炉系统自动化控制系统的整体方案

2.1控制任务的运行方法。

（1）自动调节

通过对锅炉运行参数进行自动的调整，这样来适应外界的负荷，还有工质参数的要求，同时还能让锅炉保持在比较经济的工作状况下运行。

（2）程序控制

在程序控制方面而言，比如引风机，鼓风机，还有炉排的启动顺序等，它们控制开关的启、停以及运行等动作，通过先进的技术进行自动化的控制。

（3）保护联锁

如果是从保护联锁方面而言，比如锅炉在运行的过程中，这个系统配置对水位是否正常，以及压力是否正常等情况能够进行报警的系统功能，同时还包括那么针对保护作用的，对压力以及水位异常情况下的连锁保护功能。建立电气联锁保护系统，可以有效的预防和杜绝在设备关闭过程中的操作性失误。

2.2控制系统本身的功能

（1）控制燃烧系统

燃烧系统的控制的目的就是确保蒸汽管内的压力稳定，与此同时还要保证有足够的燃烧效率。所以为了平衡这二者的关系，操作人员在调节锅炉负荷以及燃料的时候，就需要及时的对送风，还有引风量进行有效的调节和改变。如果负荷增减的度量比较大，还可以选取调节措施为停开数层或某一层。

（2）锅炉送风自动控制系统

锅炉送风的主要目的是让投入的燃料，在炉膛燃烧的时候，能够自动的投入合适的风量，进而保证锅炉的原料的有效燃烧，从而来提高锅炉的工作效率。这里需要涉及到控制参数，而对送风的控制参数而言，主要是送风参数，还有煤气的压力参数，这两个参数可以让锅炉的热效率得到保证，通过借助不断的对送风机挡板开度的大小进行调整，进而来实现送风压力的自动调节的目的。如果有两台送风机同时的在运行，就应该并列其中的一个，而对另一个的送风机的挡板进行调节。

（3）对炉膛内负压力的调节

平衡量和引风量的目标，是当锅炉的运行处于稳定的状态时，要保持它的为微负压，做到这一点，系统就可以有效的并且安全的运行。炉膛中的负压自动控制机制，是通过调节引风机入口的风门开度来实现的，这个过程中，一定要保持炉膛内的负压在－20到10Pa的微负压状态之间，进而就可以保证锅炉安全的燃烧。

（4）对蒸汽温度的调节

在蒸汽温度的调节方面，现在基本上都是选用自制的冷凝水喷减温装置。它的工作原理是按照蒸汽的出口处，对温度测量的结果来判断的，通过自动打开调节阀，然后对温度进行有效的调整，以此来保证温度处于正常合理的范围之内，也就是在430到450℃之间。这些就是DCS系统的锅炉系统自动化控制系统的整体方案，这个方案的有效落实，在实际的生产中，不仅能够给相关的操作人员以很大的方便性，而且还能有效的保障各个行业的生产加工工作，尤其是在对燃烧的锅炉的保护方面，只要按部就班的执行每一项的工作内容，而不是偷工减料的落实工作，锅炉在工作方面是不会出现比较严重的事故的，所以相关的领导和技术人员对一线的操作人员，一定要做好相关的培训工作，进而保证DCS控制系统在实际的生产中发挥其最大的作用，给企业创造出更大的价值。

3针对于DCS控制系统的控制联锁保护技术

3.1锅炉的保护设计和技术应用

为了安全的监控炉膛，更好的保证稳定的锅炉燃烧情况，所以就需要控制好DCS的软硬件。在运行的时候，被输送到燃烧炉跟前的高炉煤气，还有焦炉煤气分别从锅炉的燃烧器，送入到炉膛内部而进行燃烧过程，煤气燃烧所需要的空气是由鼓风机提供给，而鼓风机在工作的过程中，先要把冷空气送到空气的预热器内，然后通过加热后，再让热风道把热空气送进炉膛内。如果煤气的压力过低，或者鼓风的引风因为其他的故障而停止了工作，锅炉的内部就会发生回火而造成爆炸的事故，对锅炉中的所有气动阀来说，在切断层面上都必须要进行连锁控制，这样才能保证在出现异常的时候，所有的安全气阀都可以被自动的连锁系统给切断，也就是说，点火煤气压力控制点火小的气动阀，而喷气自动阀，还有高炉煤气压力控制高炉的大喷气动阀，在它们之间实现连锁和切断，这对于所有的气动阀来讲，如果让引风机以及鼓风机进行全部的控制，那么一旦出现鼓风，引风机停止作业的情况，就会造成所有的气动阀都会被快速的连锁切断。

3.2水位连锁保护技术的应用

针对于DCS控制系统方面，其在处理水位变化方面能够实现非常好的自动化控制。这个系统内设置了因压力的大小而导致水位偏高或偏低的声光报警装置，还有因水位偏低而停炉热工连锁保护保护功能。尤其是气泡水位的控制设计方案，其可以根据给水的流量，还有气泡液位和蒸汽的流量对给水阀进行合理化的调节，进而保护了锅炉水位的稳定性。

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2计算机远动控制技术的应用分析

计算机远动控制技术的应用主要是通过遥测、遥信、遥控以及遥调等功能实现的，计算机远动控制技术是电力系统自动化技术中的核心技术，其在电力系统运行中发挥着重要的作用，尤其是在电力系统中的数据采集、通信传输以及信道编译码等环节中占据着重要的地位。其中，计算机远动控制技术的工作原理如图1所示。2．1远动控制技术中的数据采集技术远动控制技术中的数据采集技术主要有A／D技术和变送器技术等，其处理的信号多数为0～5V的TTL电平信号，而在电力系统自动化技术中，多数采用大功率参数，为了实现采用远动控制技术处理电力系统中的信号，只有通过变送器将大功率参数转变为TTL电平信号，从而达到遥信信息的编码和遥测信息的采集任务。其中在电力系统中，其遥信信息需要经过采集遥信对象的状态，将采集到的描述遥信对象状态的二进制位编进具体的遥信码中这2个途径进行传送，然后再通过数字多路开关将电力系统各路的遥信状态输出到接口电路中，最后通过接口电路将遥信信息送入到CPU系统中进行处理，从而实现遥信信息编码。2．2信道编译码技术分析在计算机远动控制技术中的信道编译码技术主要有编码、译码以及信息传输协议（规约）等。在电力系统自动化控制中，想要实现采用远动控制技术进行信息采集，则必须通过通信信道传输到调控中心才能使用。因此在电力系统自动化控制中，为了进一步保证传送的信息具有非常好的抗干扰能力，必须要对信息进行信道编译码，其中数字传输系统模型如图2所示。在上述电力系统自动化系统中，通过采用远动控制进行数字传输中，其干扰是不可避免的，而通过信道编译码能够有效克服通道中的干扰，其中，信道编译码的方法主要采用线性分组码中的循环码进行编译码。2．3循环式数据传送规约远动控制技术在变电站、电厂以及调度中心的数据通信应用中，首先需要在信道编译码前，预先设定通信方式和数据格式，也就是通信信息传输协议（规约），以保证电力系统中数据通信的可行性。另外，在电力系统远动控制技术中，其数据传输主要是以帧结构的形式进行传输的，其中重要的遥测信息主要安排在A帧，次要遥测信息安排在B帧，一般遥测信息安排在C帧。通过采用帧格式进行包装后，电力系统中的数据就能够有效按照规约进行传送，从而实现信道全部编译工作，实现对电力系统的全方位监控。

3电力系统自动化技术的发展及建议

对于电力系统自动化的发展方向，应从以下几点出发：（1）兼顾提高经济效益和改善自动化服务水平，我们追求的自动化技术应向着更优化、更具实效性、更加智能化、区域覆盖更广的方向前进。（2）加强电力自动化系统的设备稳定性，有效保障其安全运行，尽量减少大面积停电，建立一系列行之有效的处理机制，将停电损失降到最低。（3）开拓电力系统自动化的数字化之路，使数据更加全面，数字更加精准，力求节省更多时间和人力。（4）随着科技的不断进步，各种先进设备相继出现，对电力企业的工作人员提出了更高的要求，加强电力企业人员的技能培训和技术队伍建设，注重对新技术高素质人才的引进和吸收，培养全面发展的技术人才，鼓励员工以先进的理论知识和丰富的实践武装自身，投入更多精力到电力自动化的发展中去，推进电力自动化的发展进程。（5）在全球能源危机的严峻形势下，正是挑战电气自动化进程的关键时期，要以可持续的发展观，改善传统的管理模式，从整体化逐步转变为分布式、集约化的运营模式，实现能源利用的最大化、功耗的最小化、资金节约化。

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论文关键词：自动控制原理教学改革教学质量

引言

自动控制理论发展的历史并不长，从二十世纪三十年代开始，不过几十年的发展，而真正进入高等学校课程还是二十世纪五六十年代。它的出现给高等教育注入了新的活力，目前这门理论课程已是控制类和电子信息类专业的主要专业基础课之一，是一门知识覆盖面广、课程内容多、更新发展快且应用性很强的课程，该课程对学生建立系统和工程的概念具有十分重要的意义。

1改革教学内容，提高教学质量

随着控制理论的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段也越来越多，为了适应时代要求，根据本科专业培养目标和专业特点，我们对自动控制课程的内容进行了重新整合，选用优秀教材，制定了新的教学大纲、实验大纲和考核大纲。适时地把一些新内容、新的教学成果、应用实例融合到教学内容中，做到课程内容的基础性和先进性相结合，把握经典与现代、本课程与其他相关课程内容的关系处理。大幅度减少了学时数，将经典控制理论与现代控制理论结合起来讲授，重点讲解控制理论的基本知识及应用，理清思路，了解方法，增强系统性。

自动控制原理的教学内容有一条主线：系统分析和系统设计。围绕这条主线，把教学内容划分为六大块：自动控制的一般概念、数学基础与数学模型、系统的分析、系统的设计、采样控制系统的分析和非线性系统的分析。对于系统分析是重点讲解部分，介绍了各种分析方法：时域分析法、根轨迹法、频域分析法，状态空间法等，进行有关系统的动态、静态分析，以及能控性和能观性分析；在系统设计这一重点部分的讲解中，介绍了根轨迹设计法、频域设计法和状态控制设计法，与系统分析相呼应，使学生在整个学习过程中，围绕“系统分析和设计”这条主线进行，做到举一反三，从而对自动控制理论有一个完整清晰的理解。

在分析设计这个主线下，以稳定性指标为辅线。在各个有关章节的小结中对稳定性都予以重点讨论，通过对各种稳定性判断方法的分析，把前后的知识点加以衔接联系，并综合应用。

在讲清系统物理概念的基础上，结合课程内容，引入先进的计算机辅助教学手段。将Matlab软件在控制系统中的应用引人课堂教学，在诸多课堂教学环节中实现了Matlab仿真演示，增强了学生对抽象理论的感性认识，收到了良好的教学效果。

为体现教学内容的先进性、科学性和前沿性，引导学生进一步学习的兴趣，对目前控制理路研究的热点和发展趋势作一些简要介绍，如模糊控制、智能控制等。

2改革教学方法，提升教学手段

自动控制原理对学生的定性分析能力、定量估算能力、综合运用能力、数—形结合能力有一定的要求，并需具有扎实的数学基础，学生在学习中经常会感到困难而产生畏难情绪，影响学习效果。因此，改革传统教学方法和教学手段，进而提高教学质量，是课程改革的重中之重

2．1采用现代教育技术与手段提高教学效果

在以信息、知识爆炸为特征的今天，传统的教学手段以不能适应时代的需要，教学手段的改革势在必行。在《自动控制原理》课的多媒体教学实践中，我们努力探索如何使多媒体这一先进的教学手段更好地服务于课堂教学。开发了《自动控制原理多媒体课件》、(Mat—lab仿真软件包》等CAI课件，．采样了多媒体与板书相结合的教学方法，既充分利用了多媒体教学的生动、逼真、容量大的优点，又充分利用了板书教学的严谨性、逻辑性强的优点。实践证明，这一方法取得了良好的教学效果，受到了学生的认可，对教学质量的提高起了一定的积极作用。转贴2．2加强实践教学环节，增强学生的动手能力

注重实践能力的培养，坚持理论联系实际的原则，加强学生动手训练，培养学生的创新能力。学生对新知识的理解，仅仅通过课堂讲解还很不够，必须通过实践教学这一环节，使学生对知识有一个感性认识。

实践教学是提高学生创新精神和能力的重要途径，在教改过程中，我们加强实验室建设，彻底改造了原有的实验内容，开发了综合设计实验及课程设计，目的在于通过实践教学，培养学生应用控制理论的方法解决实际问题、将实际问题抽象为理论问题的能力。实验只提目标和要求，没有详细的实验步骤和实验电路图。学生根据个人情况自主选择难度等级不同的实验，根据系统的性能要求，独立完成系统设计，系统搭建和调试，记录原始数据和图形，写出实验报告。所有这些都极大地调动了学生学习的主动性和积极性，巩固了课程理论，激发了学生学习的热情，培养了学生的动手能力和独立思考的能力，使其观察、分析和解决问题的能力都有很大的提高。

为了加强学生理论联系实际的能力，在教学过程中还增加了课程设计这一教学环节，通过课程设计，使学生了解到了Matlab软件在自动控制系统中的应用，拓宽学生的知识面，加深学生对(lf动控制原理》这门课程的基本概念，基本的分析方法及设计方法的理解。

3以教学推动科研，以科研促进教学

对于普通高等教育来说，教学固然重要。科研也不可以忽视。教学和科研是相辅相成的两个方面，两者不可分割。从自动控制理论来讲，它近几十年才建立起来，与工程实际联系较广，特别是在发展过程中，数学和计算机起了很大的作用，成为控制理论的重要工具。因此可以说，控制理论是工程与数学、计算机科学相互作用的前沿。在教学中讲授理论知识的同时，可以增加一些与科研结合的内容，如在同学中选一些成绩较好，对科研又有一定兴趣的同学，参加有关教师的科研项目，也可为学生科技活动中心提供一些课题，指导学生参与科研。这样，一方面调动了学生的积极性，培养了学生的动手能力，另方面，也可为科研活动的开展打好基础。学生通过参与科研，学习兴趣更加浓厚了，求知的欲望更强了。

4下一步改革设想

该课程的教学改革已在我校实施。取得了良好的教学效果，学生的基本知识、专业能力、实践技能乃至学习兴趣等。都较以往有较大的提高。教学改革的路子还很长。尚需继续探索和实践，使之不断完善，下一步改革的设想有四点：

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二、人工智能技术应用

基于电气自动化的复杂性，其操作过程应精细且注重细节。一旦操作失误，将导致系统故障甚至造成安全事故。因此，人工智能技术应用的核心技术在于程序化问题，将复杂化的程序通过智能手段转化为简便化。通过系统日常资料的分析，对设备故障采取积极的应对措施。在具体应用过程中，人工智能技术主要表现为以下几个方面。

(一)智能化设计分析

人工智能技术关系到电力工程以及电路的设计。在传统的设计模式下，工作人员的工作量大，需要大量的试验验证，并且对不合理部分进行改进。因此常出现考虑不周全的问题，处理问题的效率较低，对于难度较大的问题，传统的处理方案无法解决。这使得智能化设计成为必然。现阶段，电力企业逐步实现了智能化设计，全面考察了问题的难度，提高了处理问题的能力和效率。但同时，智能设计对于操作人员提出了更高的要求，要求其掌握专业知识和智能系统操作技巧，并且操作人员还应具有与时俱进的精神，对智能系统进行适当的改良设计。利用人工智能设计，可有效提高数据分析的准确性，将复杂问题简单化。

(二)PLC技术应用

随着电力企业规模的扩大，电力生产对于技术具有更高的要求，基于此的PLC技术成为企业生产和建设的重要目标。PLC技术是一种常见的人工智能技术，目前主要应用于工业、电力企业，具有良好的效果。其是在继电控制装置基础上发展起来的智能技术，该系统的主要作用在于优化了系统工艺流程，从而根据企业需求对运营现状进行调整，确保其运营的协调性。PLC技术以自动控制系统为主，手动控制技术为辅。对于提高电力系统生产实践具有重要作用。在电力生产中，PLC人工智能化技术的使用还实现了自动化目标切换，继电器逐渐代替了实物元件，不但提高而来管控效率，还确保了系统的运行安全。

(三)智能诊断和CAD技术应用

智能诊断系统的出现是电气运行复杂化的结果。该诊断系统要求操作人员具有较多的实践经验，改善了传统模式的手工设计方案，充分体现了信息时代的优势。科技的发展也使得CAD技术逐渐实现了智能化，缩短了产品设计实践。智能化技术优化了CAD技术，对产品设计质量的提高具有积极作用。目前，在电力系统中，遗传算法是人工智能技术的重要表现之一，通过科学的计算方法，提高了数据统计和计算的精确度。基于遗传算法的重要作用，应得到企业的重视。在电力系统运行过程中，如何区分故障和征兆是一个难题，智能化技术通过专家系统和神经网络系统可快速有效的分析出系统故障和安全隐患，并提供一定的解决办法，确保了电力系统的运行问题。

(四)神经网络技术应用

神经网络系统是智能技术的重要体现之一，其作用在于分析和处理系统故障。可对系统故障进行准确定位，并且减少了定位时间。同时，还可完成对非初始速度及负载转矩的有效管控。神经系统设计具有多样性，具有反向学习功能。利用神经网络系统的两个子系统，可实现对机电参数转子速度和电子流的评判和管控。目前，智能神经网络系统主要应用于分析模式和信号处理上。由于其包含非线性函数估算装置，因此对于电气自动化控制具有积极作用。其主要优势在于无需对控制对象建立数学模型，因此工作效率高，噪音小。

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一、EPB与传统手制动相比的优点

1.1EPB系统可以在发动机熄火后自动施加驻车制动。驻车方便、可靠，可防止意外的释放（比如小孩、偷盗等）。

1.2不同驾驶员的力量大小有别，手驻车制动杆的驻车制动可能由此对制动力的实际作用不同。而对于EPB，制动力量是固定的，不会因人而异，出现偏差。

1.3可在紧急状态下组委行车制动用。

二、EPB的功能

2.1基本功能：通过按钮实现传统手刹的静态驻车和静态释放功能。

2.2动态功能：行车时，若不踩踏板刹车，通过EPB按钮，一样也可以实现制动功能。

2.3“熄火控制”模式：当汽车拔钥匙熄火时，自动启用驻车制动，发动机不打火驻车不能解除。

2.4开车释放功能：当驾驶员开车时，踩油门，挂挡后自动解除驻车。

2.5启动约束：点火关闭，释放约束模式（保护儿童），不用操作制动踏板，即可释放约束模式。

2.6紧急释放功能：当电子驻车没电需要解除驻车时，可用专门的释放工具释放驻车。

三、拉线式EPB的组成及各部件的作用

3.1拉线。拉线和传统的驻车系统中拉线所起的作用完全一样，就是把力从EPB总成传递到驻车制动器上实现驻车功能。拉线式EPB有单拉线和双拉线两种。

单、双拉线有各自的优点和缺点。相比较起来双拉线有较大的拉线效率，拉线行程短，但布置没单拉线灵活，产生相同的拉力，控制器需要加载的力大。工作时，双拉线EPB控制器同时带动两根拉线运动，带动制动器驻车，而单拉线时，EPB控制器是只带动了一根拉线，然后通过拉索平衡器此拉线带动后面的两根拉线驻车。

单拉线式样的EPB，一根拉线带动两根拉线的原理为：第一根拉线的芯线在控制器的带动下产生移动，其带动拉线向右移动，然后因为第一根拉线受力弯曲，第一根拉线通过固定在其拉线护套上面的平衡器带动拉线1向左移动，从而实现了一根拉线带动两根拉线移动的目的。

3.2按钮。通过按或者拉按钮控制EPB驻车和解除驻车，按钮上有背景灯，提醒驾驶者是否已工作。

3.3紧急工具。在EPB因断电不工作时，实现驻车解除功能。

3.4电机。EPB工作时的动力来源，由其来带动齿轮机构工作实现驻车。（有人仅靠电子驻车纸面意思可能会担心驻车后，出现没电的情况怎么办？实际上电子驻车只是靠电触发齿轮机构工作，最终使车长时间驻车的还是机械机构，并且国家法规中也明确要求，驻车要用可靠的机械机构来完成）。

3.5齿轮机构。不同厂家EPB的此部分机构的工作原理不一定相同但其作用是一样的。都是力的传递机构，把力由电机齿轮的转动转化成拉线方向上力。其齿轮结构的工作原理如右图电机带动拉线所在的外齿轮机构和内齿轮机构旋转，因为旋转方向相反，带动连接在内外齿轮机构的拉线运动，实现驻车。

3.6ECU和传感器。ECU用来控制EPB对外的信息交流和反馈。传感器用来感应拉力的大小。

四、EPB总成的工作原理和其功能的实现原理

4.1EPB总成的工作原理。拉线式EPB工作原理为：通过开关给ECU一个通断信号，EPB的ECU控制电机进行旋转，然后由内部的齿轮机构把此力输出到拉线上，由拉线带动制动器进行驻车。

4.2EPB各功能的实现原理

（1）基本功能。最基本的功能，静态释放和静态驻车功能，通过按钮驻车和解除驻车此工作原理简单，也就是上面的EPB工作原理。

（2）EPB卖点之一的动态功能。当车在行车状态，速度大于12km/h,若按下EPB按钮，ECU指挥马达带动拉线驻车，当车轮要抱死，有滑移的倾向时，ECU通过CAN得到这个信号后，会使拉线力减小，以便不使车轮抱死，如此循环，直至车停下为止。虽然EPB有此功能，但各个EPB厂家，并不推荐客户把EPB当作行车制动器使用，并且还明确要求客户，此功能只能在常规制动器失效或不可使用踏板的紧急情况下才能使用，这是因为在行车中，驻车制动器启动后，那么就把制动力全部加在后轮，对后制动器的损害是很大的。

（3）“熄火控制”模式。发动机熄火后，通过CAN把此信息传递给ECU，ECU指挥EPB驻车。

（4）EPB的另一卖点功能：开车释放功能。要实现该功能，则EBP系统需要知道驾驶员是否希望车辆开始行驶。对自动挡车辆来说，EPB可以通过变速器信息及油门信息了解车辆状态。然后ECU指挥EPB释放驻车。而对手动挡车辆来说，原有的配置所能提供的信息无法确认驾驶员的期望。为了实现该功能，需要在车辆上加装档位传感器及离合器传感器。

（5）紧急释放功能。用专门开发的紧急释放工具来实现此功能。工具的工作原理为，用专门开发的EPB工具，先插入紧急工具孔，然后旋转，使齿轮旋转带动涡杆移动，解除驻车。有时为了使解除驻车方便，或者不便于使用刚性的紧急释放工具，也可以使用易曲工具，实现过程为：把紧急释放工具由刚性改成可弯曲的易曲工具，然后根据EPB的布置位置，设计合理的导向管，设计导向管的原则为将来在使用工具时比较方便，不需要拆卸其它零件，或者钻到车下。导向管一端，另一端固定死在电子驻车工具孔上，使用时，取出紧急工具，把工具从导向管端插入，顺着导向管，把工具连接到电子驻车上，然后转动工具摇把，即可释放驻车。在开发易曲工具中需要注意的是：1.工具的易曲长度不能太长否则会因工具弯曲端过长而使传递到电子驻车的力矩解除不了驻车。2.导向管扭曲的幅度不能过于大，否则工具在通过导管时的难度就很大，甚至通不过导管。

五、拉线式EPB的布置

5.1EPB的布置

EPB的布置需要注意以下几点：

（1）若EPB布置在车身下，要设计合理的支架，力求把EPB包起来，防止车底下高速飞起的石子打在EPB壳体上。（2）注意保证EPB周围的温度不能过高，要在其工作温度范围内。（3）注意选择合理的缓冲垫来起到防震的效果。（4)EPB位置的选择，要考虑到将来紧急工具使用的方便性。

5.2拉线的布置

拉线的布置需要注意以下几点：

（1）拉线之间的间隙要求，需要满足一定要求。（2）单拉线式。EPB是由一根拉线带动后面两根拉线来实现驻车的，为了实现一根拉线带动二根拉线，所以布置时一定要保证第一根拉线的末端是可移动的，不能在此处做支架给其固定死。

六、结论

EPB是近来研究的重要成果之一。它替代了手驻车制动，用电子按钮实现停车制动，且节省了车厢内部的空间。符合现在消费者们希望在车内安装更多的基本配置和功能的这个趋势。因此设计小巧的EPB倍受青睐。目前电子驻车在国外已应用的比较普遍。在不久的将来电子驻车也会频频装配在中国的汽车上。

参考文献：

舒华，姚国平.汽车电子控制技术.北京．人民交通出版社，2002.

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二、职校教学中单片机控制的开发及应用分析

在职校教学中，单片机应用的开发过程有别于一般的电子产品的开发，除了硬件设计的合理和接线准确外，还要进行软件的编辑，要考虑软件和硬件的兼容性。对于单片机控制系统的开发一般是要根据应用系统的功能确定总体的设计方案、进行硬件和软件开发、在设备上开展仿真测试和实验、进行设备的安装和调试、最后是产品化的生产和推广应用。硬件的开发要在系统总体设计的框架下完成，软件的开发具有实时性、可靠性和灵活性的特点，采用模块化开发的方法，进行主程序开发、子程序开发、中断服务程序的开发等，在各个模块内还可以细化顺序结构、循环结构、分支结构等。在安装调试时要确认软件和硬件的设计合理和准确，符合要求后再进行正式的安装和调试，根据控制的效果和要求对系统的稳定性进行测试和验证，满足设计方案的目标和要求。

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1自动化控制玻璃温室大棚系统设计

1.1玻璃温室大棚自动化控制系统设计系统材料和结构

玻璃温室是以透明玻璃为覆盖材料的温室，透光率一般为60%一70%。温室的骨架为镀锌钢管，门窗框架、屋脊为铝合金轻型钢材，肩高约8ma大棚管理系统采用JPK-013型自动化控制系统。开启电脑，输入用户名及密码，在桌面点击海峡农业示范园控制系统图标，点击特殊菜单，点击登录“开”，弹出对话框，再次输人另外一个用户名及密码，就可进行参数操作设计。设计结束后，下拉特殊菜单，点击退出“关”。把目标温度设计为300C，降温需求百分比为10%。

1.2系统功能及操作设计方案

1.2.1夏、秋季的操作设计方案根据南方夏、秋季需要降温的要求设计操作方案。

1.2.2冬、春季的操作设计方案根据南方冬、春季的气候特点设计保温操作方案。

2玻璃温室大棚自动化控制系统设计管理要点

2.1水肥机一体化系统管理

水肥机由以色列Galcon公司提供。操作步骤:电脑开机一桌面一点击Client系统一点击Mixero

2.2分区设计管理

2.2.1水肥机一体化分区管理将整个温室分成6个水肥灌溉区域，即与电脑连接的6个水阀所控制的灌溉区域为一个独立的单元。区域布置见图to水肥机装肥料母液的肥料桶共7个桶，A,B液各3个桶，另外1个酸液桶，分为3个组别，酸液桶共用。针对不同作物，每组的肥料母液可以有所区别。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都设为5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量设为3.5I}/m3。1区、2区种植瑞丰番茄，2014年5月31日移植;3区种植金玉满堂番茄，4区种植串串红铃番茄，3区、4区均为5月22日移植。从移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00开始滴灌，时间为10mino7月2日开始增加为4次，每次3min。因为3区、4区结果多，植株细弱，7月6日再增加1次，即3区、4区结果期每天灌溉5次，每次3mino5区、6区分别种植金石王1号和金玉满堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3区、4区，因结果盛期需肥水较多，增至每天7次(表3)。

2.2.2各区域的项目编号绑定及灌溉时间表(Irri-gationProgramNo.)设计各区域的电脑识别代码及灌溉时间表设计见表30

2.3灌溉时间等数据的设计及修改

在Mixer的图案里，点击IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里输入所要修改或设定的项目编号(ProgramNo.)，回车，再在左上角白色框格的左边，点击锁匙(解锁)，选择要修改的数据，输人要修改的数据，全部修改完毕，再次点击解锁，点击确定(sure)完成修改。其他项目的修改过程同样。

2.4所需EC,pH值的修改及其感应器校准

点击FertilizationPrograms，在肥料项目号7,8,9栏目内修改各种植区所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年种植番茄，1,2,3,4区的EC值设置为1.5ms/cm,爪6区盛果期设置为2.0ms/cm;pH值都设置为5.7。当发现水肥机上的EC,pH值有偏差时，要用标准液来进行校准。

2.5洗盐

点击右上角IrrigationPrograms进人操作界面，点击ProgramSettings进入灌水数据界面。程序号(Prog.No)要选择灌溉肥料没用过的空白号。优先权(PrioritySetup)选择low。灌溉间隔天数(Irri.Cycledays)选择1d，时间单位(Irri.Unit)为min;灌水量(Quantity)为持续灌水60min，肥料(Fert.Prog)填写0。开始(StartTime)写0:O1，结束写23;59;各区的间隔灌溉时间(Duratior)写250min(洗盐1轮60x4为240min，其间休息10min。这就是洗盐1d的循环模式。

2.6过滤器清洗

每个肥料母液桶下面都有1个过滤器，选择在没有灌溉的时间段里，关闭水肥母液桶的开关，把过滤器小心拧开，用清水冲洗过滤片，干净为止。然后在灌溉之前装回，打开水肥开关。水肥机后面也有1个过滤器。

2.7混合桶溢水问题的解决

灌溉是边混合水肥边进行灌溉，如果遇到突然停电，等来电时，电脑不知道混合桶的水肥该往哪个区走。因此，当看到混合桶溢水时，应立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。

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1.1智能建筑设备监控系统组成与结构框图（图1）

1.2智能建筑设备监控系统组成与结构

简要介绍上图为智能建筑设备监控系统组成与结构框图，在智能建筑监控系统中，监控系统主要实现对六个子系统（照明、供配电、冷热源、空调、给排水、电梯）的监控，并可控制其运行。由中央控制器统一全分布式控制运行，但由于每个子系统都由路由器分开，所以也可独立运行，控制系统涉及智能建筑各个系统设备自动化控制，可实现高检测功能。

1.3各设备监控子系统应该实现的功能

1.3.1供配电系统

主要功能为智能建筑提供电力。楼层配电设备分布在各楼层，电设备一般放置在建筑底层。监控系统主要实现对配电设备运行参数、配电电源、每个电源蓄电池的工作状态和数据变化进行监控，同时对各楼层电设备电源运行状态进行监控，若发生故障会产生警报并记录故障数据。

1.3.2照明系统

主要功能是为智能建筑照明。其设备建设于建筑物的各个平面上，方便实现各角度全方位照明。照明监控分为室内和室外两部分，室外照明分为公共照明部分，通过监控可根据室外照度值设定开关时间，也可通过更改程序实现不同照明灯具的启动时间。室内照明监控可通过监控数据，采用总线控制方式，设定程序对不同场景开启不同的照度。

1.3.3冷热源系统

为智能建筑供给冷源和热源，其噪音较大，设备一般置于建筑底层地下室内。通过对冷热源系统运行数据和冷热源供给量的监控和分析，可通过程序控制实现不同季节冷热源供给量和供给时间。

1.3.4空调系统

保障智能建筑的环境温度处于适宜状态，空调设备一般置于各楼层高处位置，地下室也可以配置。控制子系统主要对空调机组、风机盘管的工作参数和运行状态进行监测，并通过监测数据进行分析，控制和设定主机房的温度、湿度和运行时间。同时监测子系统还具备空调漏水监视功能，可有效实现对空调系统的漏水监测和控制。

1.3.5给排水系统

既能为智能建筑提供水源，又能排除建筑产生的污水，排水设备一般置于建筑物的地下室或建筑顶层，也可设置在楼宇夹层位置。监控系统可监控水泵的工作状态，并对水池的液位随时检测，当设备出现故障或者水池液位异常时，子监控系统就会向中央控制器发出报警信号，并将故障数据记录反馈，自动显示故障发生区域和故障详细情况。1.3.6电梯系统是为高层建筑提供上下交通的便利系统，设备一般置于建筑的垂直竖井内。电梯监控子系统主要实现对电梯设备运行状态，监视电梯启动、停止、方向等，动态显示出电梯实时状况，一旦发生故障，监控系统会对电梯设备电动机、电磁制动器等进行检测，自动报警并显示故障地点、状态、时间等信息，并将故障记录记忆并反馈给中央控制器。

2建筑设备自动化控制系统设计要素

2.1各监控子系统控制功能参数明细

将上文中所述设备监控子系统功能要求进行统计和汇总，确认各子系统监控点的分布位置和分布数量，将子系统的监控点设置类型、数量、相关设备、安装需求、使用地点等详细列出，并备份保留。依据各子监控系统技术和系统设备实际特点，以系统高效性、可靠性、实用性为前提，以满足子系统功能需求为标准，以建筑设备自动控制系统设计的节能环保为核心，以建筑设备维护保养便捷性和低成本性为主要指标，详细将设备子系统的各种功能参数、控制参数、技术参数列出并进行归档，为日后整体系统搭建安装提供依据。

2.2监控系统控制器、传感器和执行器的确定

按照监控系统被控设备的控制标准和监控点数量，结合安装现场实际情况，对现场控制点进行设置和筛选，设计出被控设备安装现场控制器控制区域内部的监控点分布图，并根据实际要求确定选择现场控制器。除了现场控制器，还要确定现场传感器和执行器使用标准，传感器和执行器是对被监控设备现场数据进行现场数据采集的基本组成部分，传感器可监测设备状态和数据变化，执行器对此进行分析和反馈，可以说两者在自动监控系统中属于核心构件。根据系统设备特性，对关键设备要采用高精度和高可靠性的智能型传感器和执行器，以提高整个自动化系统的控制质量。非关键设备上可以采用传统传感器和执行器，如此可减少成本，降低整个系统造价。

2.3建筑设备监控系统

网络构建智能建筑设备自动化监控系统整体网络构建如上图2所示，建筑设备LON现场总线设备自动化控制系统是现实意义上实现了分布式监控。此系统不同类型的控制器节点都具备高智能化特性和网络通讯能力。由于控制器各节点具备通讯能力，能够使节点与节点之间实现相互通讯功能，构成完整的通讯网络。系统中的控制机构和管理机构可以通过总线现场连接为一个整体，彼此之间可以相互协作，共同完成自动化监控任务，两者可实现控制数据和信息的共享。

2.4建筑设备监控系统硬件支持

智能建筑自动化监控系统构建必须有硬件支持，在硬件方面，主要选用以下器件：中央监控器（计算机，监控系统的核心部分，处理子系统反馈的综合数据下达控制指令）；监控显示屏（将监控图像实时显示，便于观察和分析故障状况）；键盘（更改程序或设定程序，典型的输入设备）；鼠标（输入设备）；不间断电源（为监控中央系统和子系统供电，保障监控系统不间断运行，保证整体系统的可靠性）；网络路由器（中继器、桥接器、配置型路由器等联合使用，实现网络分布）；控制总线（无屏蔽双绞线、控制总线LON）；控制节点（视具体情况而定）。

2.5建筑设备自动化监控系统软件支持

建筑设备自动化中央监控器软件功能具备操作级别和身份识别管理功能。软件系统采用8位通行字进行鉴别和管理，对操作人员实现权限设置，只允许有权限操作人员在一定范围内进行数据浏览，并对访问者身份信息、访问时间、访问内容进行识别和记录，且具备交互式菜单，为操作人员提供清晰的数据目录，节省操作时间，便于高效作业；中央控制系统设计还具备逻辑格式数据显示功能，可描述短语、数值、单位等数据，对不正常数据报警显示；具有高效数据分离终端，控制特定数据在特定端口运行，只允许一个操作人员或打印机进行处理；具备特殊指令操作功能，响应命令，逻辑显示并进行标识。

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二、基于PLC自动控制系统的设计

1、PLC自动控制系统的结构构成PLC自动控制系统是通过PLC对工业生产中的储位、压力、流量和温度等生产要素进行控制的一种智能化系统，在此过程中，需进行PID的运算，通常在PLC厂家可以采购到配套的PID控制程序和过程控制模块，对于生产要素的采集和输出都有较为方便的控制方法，但基于价格和操作性的原因，不少PLC自动控制系统还是采取自己编程的方式，这对于复杂的PLC自动控制系统实现更多需求和工艺调整的控制策略，具有成本更低和操控性更强的特点。PLC自动控制系统的工作流程主要是：通过测量感应元件对信号进行反馈输入，进入A/D模块转变为系统能够识别的数字信号，再与控制参数进行比对，接着进入PID运算单元，得到偏差结果的计算，最后由D/A模块转变信号输出至执行元件，开始动作的执行。

2、PLC自动控制系统的智能化实现本文以储料储存和输送控制为例子，采用三菱公司生产的FX2N-48MR-001PLC对PLC自动控制系统的智能化实现过程进行具体介绍。

（1）储位的采集：寄存器M21闭合检测储位并选择输入通道读取储位值信号，A/D模块开始工作，再经缓冲存储器读取进入辅助继电器中，最后将数字信号储存入寄存器，等待PID的运算。

（2）PID的运算：首先，我们要初始化设定PID的固定指令参数表，即设定检测时间、增益滤波、微积分增益等参数。其次，设置独立的PID指令寄存器，当PID出现运算错误时，及时调整寄存器的ON和OFF状态，中断指令，而实际采集储位值信号时，也是通过中断和跳转指令和子程序调用指令来运算的。

（3）电动阀的输出：电动阀主要作为进出料控制的手段，是通过PID的控制和D/A模块的转换，将PID运算的模拟量结果进行输出工作，其输出值会储存在辅助继电器和缓冲储存器中，触发输出通道进行D/A转换的过程。

三、基于PLC自动控制系统的上位监控设计

1、上位监控介绍基于PLC自动控制系统的上位监控是由组态软件对上下位的通信进行衔接，且实时监控并记录PLC自动控制系统运行情况的管理方法。其采用组态软件对PLC、智能模块以及设备仪表等进行采集现场信号的工作，当系统运行到报警参数设置范围内的状态时，组态软件会以监控界面和移动终端设备等途径提醒工作人员。同时，该上位监控软件对历史数据能够进行统计和储存，便于对数据变量配置进行优化和完善。

2、上位监控界面设计上位监控界面设计分为两个步骤，一是画面的开发，通过组态软件对工业流程图的图形图表绘制，根据各设备的位置、规格和连接方式，通过缩小比例的显示方式表示在计算机屏幕中；二是工程变量的设置，监控界面中的工程变量往往用于集中进行生产监控和预警控制，因画面的直观效果，自动控制系统能够在监控界面中随时发现工业生产各个环节的运行状态，简而言之，设置工程变量即是在画面开发之后对各生产要素和连接方式的属性定义。

3、远程监控设计随着互联网的高速发展，远程监控与PLC自动控制系统结合起来，成为了PLC自动控制系统的一个很重要的智能模块。组态软件中内嵌有B/S结构，可以让自动控制系统的监控手段脱离现场的监控，随时随地对工业生产进行监控和管理，亦可设置纯浏览权限，只能访问监控界面，进行实时数据观察，该方式已成为了上位监控的重要发展方向。

四、基于PLC自动控制系统的智能模块设计

为满足PLC应用于各种自动控制系统的要求，配套输入口的模块购买成本十分高昂，而且相对固定的性能和无法扩展的弊端对于小型自动控制系统和老工艺改造项目具有较差的灵活性。针对于此，本节将阐述智能输入输出口模块在PLC应用中的二次设计过程。

1、智能输入输出口模块的设计方案智能输入输出口的设计主要通过编程来自定义种类各异的逻辑功能，实现与PLC联通信息，输入输出模拟量，并于上位监控界面中显示的功能。其中，智能输入输出口模块核心控制器采用单片机作为主机来完成通信的传输和数据的控制，PLC作为辅机来对两者进行联通。而单片机逻辑电路设计交由CPLD来完成，所有模块和输入输出外设都经过CPLD与单片机利用总线连接，实现抑制容易、兼容性强等特点。

2、硬件模块设计

（1）单片机模块单片机是智能输入输出口模块的核心部分，本文对单片机的选择为兼容8051指令代码的单片机，该类型单片机的功耗、速度和抗扰性能都得到了市场的良好反响。其次，该类型的单片机采取外部晶振模式并内置2个30pF电容对波特率的把握较为稳定和快速。由于STC12LE5A60S2和CPLD的供电电源为3.3V，所以可以直接进行总线连接。同时，本文将单片机的ALE引脚、中断、P2和WR/RD接口与CPLD连接，易于控制矩阵式键盘的操作。

（2）CPLD模块CPLD是自定义逻辑编程开发的专用集成电路，其利用配套的输入软件、开发软件和仿真软件对内部逻辑烧写实现电路设计、仿真和优化的制作过程。在CPLD的选择上，首选电源电压为3.3V的CMOSEPLD，满足管脚数量大于144个、I/O口大于116个的高性能和高密度要求。

（3）D/AC和A/DC模块D/AC模块的主要作用是输出0~5V的模拟量，为满足不同电路的设计要求，其输入方式应满足市面常见的直接数字和单、双缓冲并存的输入方式，至于模拟信号是否在转换后通过电流形式输出还是电压输出，本文对此不作要求；A/DC模块的主要作用是转换数字量信号，并经单片机发送至PLC进行PID运算。按照常见的自动化控制系统的要求，A/DC模块必须具备8路采集通道，且采集精度应符合8位分辨率的要求。

3、软件模块设计

（1）CPLD程序的编写CPLD程序的编写主要是对总线地址译码、读写时序、数码管扫描、键盘自动扫描的操作，通常采用AHDL语言来完成工作。其编程流程为：首先，进行总线地址译码，获取单片机对A/DC和D/AC模块的读写时序，通过读写时序判断A/DC和D/AC模块的转换状态；其次，传输采集数据给单片机，通过对数码管的1KHz信号扫描模式，将数据显示与LED上；最后，根据键盘自动扫描200Hz信号的结果，判断单片机中断的按键动作，输出至总线。

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2探究PLC的可靠性

尽管PLC系统能够很好地与工业生产相融合，并在工业生产中发挥出强大的作用，有着很强的稳定性。但是如果受到特定条件的限制和影响，极有可能产生极其强烈的电磁波干扰，影响到程序的运算，使系统产生错误的操作指令，最终致使PLC的运转出现偏差。想要使得PLC控制系统变得更加可靠，应该从多个角度、多个方面、多个环节强化控制，才能够使其抗干扰能力得到系统性的提高。

2.1信号传输中断

首先机械设备发生故障会影响到信号的传输，出现中断现象，从而使得自动控制系统不能够接收到正确的指令，整个系统的运转出现停滞，自动控制系统发挥不出作用，无法对数据进行程序运算，难以执行系统发出的指令；其次如果触点没能够保证与接线严密的接触，这就会使得数据的传输出现中断，无法顺利到达数据库，这样一来数据就失去价值，不能够通过收集整理，来为决策提供科学的数据参考，同时也无法形成相关的数据统计；最后在信号传输出现中断的情况下，会导致机械出现触点抖动的现象，尽管相关的防御系统已经十分的完善，但是还是会受到系统扫描周期的限制，使得指令在计数累加的情况下出现偏差。还有各个阀门不能够正常的开闭，使系统运转处于混乱状态，最终导致系统呈现出极大的不稳定性。

2.2PLC在干扰下无法正常执行指令

当PLC受到干扰，指令传输就会出现故障，最终使得指令不能够得到标准执行；当控制变频器在启动的过程中出现故障，附带的电机无法正常运行；PLC无法对数字信号进行专业的处理，控制负载不能够得到妥善的解决。这些都是故障存在的原因，只有将这些问题有效的解决，系统才能够变得更加安全可靠。当PLC系统需要在高强度电磁干扰下正常运转和工作时，只能通过多线路分开供电的方式将动力电源与控制电源分离，如果条件允许，还可以利用具备屏蔽和隔离功能的变压器来完成供电，在线路构思时，应该在功率设置时就留有一定的余地，并运用稳压电源进行外接供电。

3从设计方案探究PLC控制系统可靠性

在信息技术快速发展的当今社会中，人们为了使得生活更加轻松，开始了对自动化的极力追逐，通过人们不懈努力，PLC系统已经从功能上实现了阶段性的优化，不仅能够将数字指令储存起来，使得整个控制流程集成化、模式化，还通过增添模拟量处理等附加功能实现运动以及过程的多方面控制。

3.1完善PLC报警系统

在对报警系统进行设计时，通过加入设计性的故障，以此来测试报警系统，当故障出现时，会通过文字的提示了解到发生的故障类型，故障的具置会显示在工艺流程图的指示灯上，为了避免指示灯故障影响到对机械运转状况正常的了解，还设置了专门的故障测试系统，当这一系统运行时，全部故障指示灯都会被点亮。为了将过去隐藏着的问题干净彻底的清除，应该加大人力、物力的投入力度，将相关的关键线路和重点环节进行仔细的核查。将指示灯分布在控制柜上，根据指示灯判断机械的运转是否正常。在这种情况下，要进行明确的界限划分，将指示灯在相对应的位置分布，当故障发生时能够对相关岗位上的主管人员起到及时的警示作用，方便责任人进行及时的应对，保证机械正常运转。

3.2强化PLC信号传输强度

确定相关的开关能够正常的闭合，保证变压器的稳定性，避免出现短路影响到信号传输，除此之外还能够避免接触不良的出现。加强PLC系统中分析系统的建设，使得信号在传输之后能够在数额方面得到体现，同时也能够在时长中得到体现，将各项指标的平均水平展示在主界面，通过模块建设使得分析功能更加多样化，不仅能够进行流向分析，还能够实现时段分析。

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一、攻关的任务、考核目标及主要技术指标：

经过论证，我们在专题合同中将各种指标定位在：

本专题的攻关任务：研究智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统，该系统包括两项任务，其一是开发家用管理软件，其二是开发家庭智能控制装置，实现对居室温度、湿度进行自动调节；对厨房用具进行时序控制；对卫生间的排风进行控制。而家用电脑管理软件要对家庭设施进行管理并提供若干家政服务程序。

本专题的考核目标：提供具有居室空调、厨房监控、卫生间自动排风功能的微机控管装置一套；提供家用电脑管理软件一套；住宅温、湿度等参数应满足智能住宅规定标准；在示范工程中应用该项成果。

本专题的技术经济指标：温度、湿度等主要被控参数应满足智能小康住宅标准（温度18℃～28℃，湿度30％～70％）；系统运行可靠。

在进行该项专题的进一步研究的过程中，结合当前先进技术的发展以及我国智能住宅发展状况，在原有的合同的基础上，我们对家庭智能控制器又增加了三表远传、安防等功能。

二、专题执行情况评价

本专题按两个部分实施，即家庭智能控制器和家用电脑管理软件的研究：

1、家庭智能控制器

（1）功能

本专题所开发的家庭智能控制器即智能节点具有4路模拟输入，12路数字输入，12路数字输出，其所实现的功能如下：

通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较：当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。温度控制达到智能小康住宅规定标准：18～28℃。

通过对室内湿度监测，得到实际湿度与设定湿度比较：当实际温度高于设定温度一定值时，关加湿器；当实际湿度低于设定湿度一定值时，开加湿器。湿度控制达到智能小康住宅规定标准：30～70％。

对三表实行脉冲计数，并发送到上位机。

当门磁或红外报警时，在设防状态下，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

玻璃破碎报警时，声光报警启动；在设防状态下，自动拨号器启动：有报警信号传到上位机。

紧急按钮报警时，自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

排风扇按钮控制排风扇，排风扇运行一段时间自动关闭。

烟感探头报警时，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位，此外，通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。

煤气泄漏报警时，排风扇启动，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。

探头复位输入控制火灾探头掉电复位及开启煤气闭阀器。

通过上位机运作，可以控制厨房设备按一定时序启动。

温度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。

湿度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。

与本专题预期目标相比，我们在设备监控的基础上，增加了安防功能，三表远传功能；我们经过认真研究，考虑研发产品的应用和推广，我们单片机来完成这些功能，而是采用了先进的现场总线棗LON总线。

（2）应用的LONWORKS技术特点

本专题采用了LONWORKS技术进行开发，该技术有如下特点：

开放性：网络协议开放，对用户平等；

通信媒介的多样性：可采用任何媒介进行通信，如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，并且同一网络可以有多种通信媒介；

互操作性：其通信协议Lontalk是符合ISO定义的OSI模型，任何制造商的产品都可以实现互操作性；

网络拓扑：有星型、总线型、环型以及自由型；

网络结构：主从式、对等式或客户/服务式结构；

通信的每帧有效字数可从0至228个字节；

通信速率可达1.25MB/S，此时有效距离为130M；78KB/S的双绞线，直线通信距离可达2700M；

其技术核心器件棗Neuron芯片内部装有三个8位微处理器、34种I/O对象和定时器以及LONTALK通信协议等。该芯片具有通信和控制功能。

近年来，该技术在国内外的智能建筑领域都得到了应用和发展，其开发工具平台强大，开发者在短期内就可以完成开发工作；在韩国、日本、澳大利亚、加拿大等国都已经利用该技术完成多项工程；并且，总体来看，该技术适用于中国，而且还在无线扩频等方面有继续加强的潜力，能在家庭智能系统上有更大的突破。

（3）解决的技术关键

功能集成：在目前智能住宅产品中，实现单一功能（如抄表、安防）的产品很多，本装置将三表收费、三防、厨房设备监控、室内环境监测、卫生间排风扇控制等功能集成在一起，真正实现了功能集成。

采用了Lonworks技术：Lonworks技术作为先进的总线技术，在本专题得以采用，将会更有利于家庭智能控制装置的推广。

模拟量的引入：从长远来看，将模拟量引入智能住宅将是必然，而目前国内几乎没有智能住宅产品将其引入，本装置将模拟量引入，也体现装置的前瞻性。

软件编程语言采用NeuronC语言，利用该语言事件驱动任务的特点，增强了装置的实时性。

本装置可灵活组态：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留出端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气表输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。

与目前系统集成商所提出智能小区方案相比，本专题将家用电脑引入家庭智能控制系统来管理家庭设施。

住宅节能：我们认为，智能住宅在提供给人们安全、舒适的环境的同时，也应将节能的概念引入智能住宅中。在本专题中，我们对卫生间排风采取实时控制，使其在满足室内排风要求的同时做到节省电能；我们通过对室内温度的设定，在不同季节内对空调或供暖设备进行控制，使其在一定的条件下工作，当达到预期要求时，立刻停止工作，进而达到节能的目的。

模数转换通信匹配问题：在本专题中，我们利用Max186芯片对采样的温湿度信号进行模数转换。Max186芯片具有12位精度，其与LONWORKS技术的neurowire方式进行通信需要匹配，本专题解决了这个问题。

本专题所开发出来的家庭智能控制器比较成熟，可作为产品投入市场，并且，该家庭智能控制器已经在北京翌景嘉园使用。与目前国内同类产品相比，其性能价格比是最优的（具体情况见效益分析）。

2、家用电脑管理软件

家用电脑管理软件是在Delphi5.2平台上开发而成，其功能、设计特点如下：

（1）功能

提供家庭生活服务信息。主要有：医疗保健知识、家庭菜肴、点心制作方法及饮食科学知识、女性美容装饰常识、花鸟鱼种值饲养方法、旅游知识、保险知识及家庭生活中的一些常用信息等。

提供家庭事物管理手段。这部分主要内容有：家庭财务、亲友通讯录、个人档案管理。

该软件通过网卡直接对家庭设施进行管理：三表计费、设备状态显示、厨房设备时序控制、温湿度设定。

（2）软件特点：

是软、硬件技术成功结合的典范：考虑到“小康住宅”的特点，将计算机硬件、软件技术相结合，通过LON控制模块成功地实现了对住宅内的环境监测及设备监控。

实用性强：在本软件中，我们以科学实用为原则，从医学、美食、旅游、保险、美容装饰、花鸟鱼种植饲养、财务管理、通信录管理等方面为用户提供了及其丰富的生活服务信息，以便为用户的工作、学习提供更多的方便。

易学易用：在软件开发过程中，我们在不影响功能及生动性的前提下，尽量使界面简洁、直观，并具有逻辑性，从而使得用户容易掌握软件的思路及操作方法。

三、成果应用前景及效益分析

建筑业是国家的支柱产业，住宅建设占总房产建设投资的80％左右，国家十分关注住宅建设，继“解困”、“安居”工程后，又努力实施“小康”工程。为了加大“小康”工程力度，国家把“2000年小康城乡科技产业工程”列为国家重大科技产业项目。可见，投身于住宅小区智能化以及相关产品的研发，既有利于推动建筑业的发展，又能带来可观的经济效益和社会效益。

1、国内智能小区市场预测

随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等高新技术的延伸，智能建筑应运而生。智能小区是智能大厦的基本含义中扩展出来的。以1999年为例，国家在99年对住宅的投资1700～1800亿元人民币，根据建设部对小区初、中、高三个等级的划分，小区智能化为住宅小区总投资的1％～3％。以此比例计算，则仅99年度对小区智能化的需求就达17～54亿元人民币，而随着住房体制改革的不断深入及人们对住宅环境要求的不断提高，该数值还会将大幅度提高。由此可见，小区智能化市场前景广阔。

2、本专题的实用性及前瞻性

“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”作为2000年小康城乡科技产业工程“的一个专题，该项研究应用LONWORKS技术开发并在住宅示范小区工程中试运行。该家庭智能控制器具有很强的灵活必一，根据用户需要，可以进行灵活配置，例如：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留同端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气气输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。总之，该家庭智能控制器即适合现在智能住宅的要求，也会在一定程度上满足将来发展的需要。

我们开发的家庭智能控制器再加上各种传感器构成的控制系统，其价格为4000元左右，即每个住户用于智能化投资在4000元左右，与当前国家制定普及型智能住宅价格（5000元）相比，相对价位下降20％；而从长远来看，随着人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各类相关器件价格的下调，大多数用户对智能化的投资是可以接受的，并且其所带来的各种效益是无法估量的。

4、本专题的社会效益

本专题是以小康住宅智能化宗旨，旨在为人们提供舒适、安全、健康的环境。这一方面提高了人们生活水平，另一方面也为人们的高效率快节奏提供了条件。

智能住宅设施的自动控制和管理，既需要相关行业的支持，也促进相关行业的发展。智能住宅建设的兴起，将使许多相关企业投入建筑市场，又为许多人提供了就业机会。

此外，对于生产智能控制器的厂商来说，他们在推广应用这项成果中，将会获得可观的经济效益。

四、专题调协的科学性和合理性的后评估

本专题设置的科学性和合理性可从以下几方面反映出来：

1、专题在智能小区的地位

智能小区在智能化大楼的基础上扩展和延伸出来，人们通过对小区建筑群的四个基本要素（结构、系统、服务、管理）进行优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的人居环境。从以上的定义可以看出，人们通常提出的智能大厦的3A（建筑设备自动化、办公自动化、通信自动化）或5A（在“3A”的基础上加上安防自动化和防火自动化）也适合智能小区，所以智能小区的“智能”很大一部分都体现在其自动化的程度。此次国家制定的该课题与以往课相比，其对智能建筑的功能定位更加合理（功能多而必要），并且具有一定的前瞻性（厨房设备的自动化以及模拟量的引入随着人民生活的提高也将会被人们接受）。总之，本专题对智能小区“智能”的研究，在智能小区的整体研究中起着相当重要的作用。

2、未来市场走向

笔者认为，建筑业是国家的支柱产业，住宅建设将占房产建设投资的80％左右，其中对智能小区投资占总房产建设投资的8～24％，在这种背景下，国家将会进一步加大对智能化建筑的投资。由于智能小区的概念是近几年才形成的，单个功能或系统如抄表、报警功能在一些住宅小区中已经有些应用，但是还没有哪个厂家能够推出从总体上设计和规划成熟的智能小区网络化综合管理系统，目前的市场还处于群龙无首阶段。此时，国内市场急需一种性能价格比较高的智能化产品，这时研究智能型住宅家庭设施控制和管理系统将有更重要的意义。

3、用户需求

随着生活水平的提高，一方面，人们对住宅的追求不仅仅局限于外表的装饰，人们对住宅的智能已经有了初步的认识；另一方面，在一些发达的城市中已经出现智能小区并为人们所接受。此时研究本专题开发出适合人们要求的智能化产品也具有很重要的意义。

4、科技含量

可以说智能小区是随着计算机技术、通信技术、自动控制等的发展而提出和发展起来的。智能小区的“智能”也可理解成为其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小区智能化的水平。本专题所采用的LONWORKS技术是最近几年内流行的先进的现场总线技术，运用该项技术研究本专题并开发出基于该技术的产品，将更有利于该产品的推广，并且随着LONWORK技术本身的改进和提高，智能化产品也利于更新换代。

总之，“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题的完成，一方面，为家庭设施智能化的可行性提供了依据；另一方面，也为制定家庭设施智能化规范提供了参考。并且，本专题开发出来的成果正在转换成产品，这进一步证明了专题设置的科学性和合理性。

五、经费决算和经费使用评价

国家科委为“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题攻关拨款10万元，于1999年9月拨款到哈尔滨建筑大学，课题组将其分成两个子项实施，即智能家庭控制装置和家用电脑管理软件，经过一年多的研发，现已完成。其经费使用情况如下：

收入

支出

科目实际数（万元）科目金额（万元）单位自筹2仪器设备费1.5国家拨款10材料费0.5加工费0.5试验费1.0管理费3.0劳务费2.0软硬件费1.0调研费1.5其他1.0合计12合计122、经费使用评价

本专题的研究采用LONWORK技术，并要求在示范小区试运，这样做可保证技术的先进性和成果的推广。但应用该技术必须在其开发平台上完成，我们没有（国内仅少数单位具有）开发工具，该开发系统由美国ECHLON公司专卖，价值二十万元。其次选择示范小区，也要花费相当数量的费用。面对这两项主要开销，国家科委下拨的十万元是明显不足的。为了解决经费的不足，我们采取如下措施：

（1）将该专题分成两个子项，即智能住宅家庭控制装置和家用电脑管理软件。其中智能住宅家庭控制装置由于采用LONWORKS技术，我们决定采用合作开发的办法，而家用电脑管理软件采用自主开发，经费分项使用。

（2）选择北京德达数据系统有限责任公司作为合作伙伴，主要原因是该公司作为国内智能建筑领域起步最早的企业之一，其在智能建筑科研、设计、安装颇具实力，并且还备有开发技术产品的成套设备。与该公司合作，他们可提供开发设备和安装调试条件，我们出技术、人力，这样做就不需购买专题开发用的设备，也就节省了这笔大的开销。

（3）确定北京翌景嘉园示范小区作为试运点，该智能住宅小区是北京德达数据系统有限责任公司承接工程，其中有该公司科研、开发、实验样板间，利用该样板间提供的条件（其中包括智能住宅的多种传感器），可以节省现场安装调试所需的硬件费用。

（4）本着节省的原则办事情，由于合作单位、示范小区均在北京，而我们在哈尔滨，两地的差旅费将要占科研经费的三分之一，我们利用北京德达数据系统有限责任公司提供给校方人员的食宿条件以及按每次出差要集中高效办事的原则，使差旅费的花销仅用原计划的一半。

由于利用以上一些措施，使得该项目实际用费基本与国家科委拨款持平。

六、存在的问题

目前，国内没有一个完整的智能小区规范，这为定位智能住宅的功能带来一定难度，本专题对家庭智能控制装置的功能是结合我国智能小区现状及各种技术资料定位的，并且对每个家庭所配置节点数还有待进一步研究。

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建筑电气自动化控制技术的应用必然需要各种电气设备的参与，并且设备的质量在整个的建筑电气自动化控制技术应用中占据着重要的位置，一旦电气设备存在一定的问题的话就会直接影响到整个建筑电气自动化控制技术的实施质量，进而影响到后期建筑电气自动化控制技术的应用，具体来看，设备对于建筑电气自动化控制技术的影响主要体现在两个方面:(1)设备自身的问题，电气设备对于建筑电气自动化控制技术的影响一个主要的问题就是我们所应用的设备自身存在质量问题，这种质量问题存在的原因有很多，比如设备在生产过程中可能就存在着质量问题，一旦在建筑电气自动化控制技术应用中采用这些质量不达标设备的话就会影响到建筑电气自动化控制技术的质量，另外，设备规格不符合我们所需要的要求的话也会影响到建筑电气自动化控制技术的质量，设备在运输或者安装过程中受到一定的损害的话必然也会影响到后期的正常使用;(2)环境因素的影响，电气设备对于周围环境的依赖性也是比较强的，尤其是对于电气设备周围空间内的温度和湿度的要求虽然不是特别的苛刻，但是一旦温度或者湿度变化过大的话也会严重的影响设备的正常使用，最终影响建筑电气自动化控制技术的质量。

1．2技术对建筑电气自动化控制技术的影响

建筑电气自动化控制技术作为一种最为新型的技术手段自然也离不开技术的支持，因此，反过来说，技术必然也会对建筑电气自动化控制技术的质量产生直接影响，技术水平的高低也就直接决定着建筑电气自动化控制技术运用水平的高低，但是就当前我国的建筑电气自动化控制技术中的技术水平现状来看，仍然存在着一些问题，这些问题主要表现在两个方面:(1)技术升级不及时，虽然建筑电气自动化控制技术就当前来看算是一种较为新型的技术手段，但是就建筑电气自动化控制技术本身来说仍然需要不断地进行技术升级才能更好地适应当前人们对于建筑电气不断提高的要求，一旦建筑电气自动化控制技术升级不及时导致电气自动化技术落后于人们日益提高的要求的话就会严重的影响建筑电气自动化控制技术的应用价值，也不利于建筑电气自动化控制技术的发展;(2)在技术管理方面存在一定的缺陷，技术管理对于整个建筑电气自动化控制技术的重要性不言而喻，一个完善的技术管理体系能够使得建筑电气自动化控制技术最大程度的发挥自身的优势，甚至能够最为及时的针对自身的不足进行更新换代，而当前我国建筑电气自动化控制技术不存在完善的技术管理制度和体系，进而就极有可能导致建筑电气自动化控制技术在具体运用中出现质量问题。

1．3人员对建筑电气自动化控制技术的影响

建筑电气自动化控制技术的施工和具体应用都离不开具体人员的操作，因此，人员也会对于建筑电气自动化控制技术的质量产生重要影响。就建筑电气自动化控制技术本身而言，其应用的最根本的目的就是发挥自动化功能来减少建筑电气工程使用中对于人员的依赖，但是这并不代表着在实施中就可以减少人员的使用，或者是降低施工人员的素质，就当前我国建筑电气自动化控制技术的现状来看，人员的影响主要表现在以下两点:(1)专业素质不高，建筑电气自动化控制技术作为一种新型的科学技术手段，其科技水平相对传统电气工程来说更高，因此，就对具体的工作人员提出了更高的要求，尤其是在专业性上更是要求人员具备较高的素质，一旦工作人员专业水平不够的话就会在很大程度上影响实施的质量，最终影响建筑电气自动化控制技术的应用效果;(2)缺乏对工作人员的监督，工作质量的高低和监督存在着密切的联系，如果我们对工作人员的施工质量进行密切监督的话就会在一定程度上提高工作人员施工的质量，进而提高建筑电气自动化控制技术的水平，而如果监督不到位的话，那么就会很容易使工作人员产生懈怠，甚至会出现工作失误，最终影响建筑电气自动化控制技术的质量。

2建筑电气自动化控制技术的发展方向

2．1在建筑电气自动化控制技术中融入网络技术

网络信息技术作为当前较为先进的另一种科学技术也应该使其在建筑电气自动化控制技术中发挥一定的作用，网络技术的合理运用能够在很大程度上提高建筑电气自动化控制技术的更新速率，扩展建筑电气自动化控制技术的应用范围;并且除此之外，在建筑电气自动化控制技术中合理的运用网络技术能够在很大程度上提高建筑电气自动化控制技术的管理水平，促进建筑电气自动化控制技术的快速发展。

2．2加强系统的修复和维护

建筑电气自动化控制技术在实施和具体应用过程中离不开系统的修复和维护过程，并且建筑电气自动化控制技术的维护和修复极为关键，加强对于建筑电气自动化控制技术的维护和修复管理能够提高建筑电气自动化控制技术的运用水平，确保建筑电气自动化控制技术的应用稳定性。

2．3提高系统更新频率

当前科学技术的发展速度越来越快，电气自动化控制技术的更新也应该紧随科学技术发展的步伐提高自身系统更新的速率，以满足当前人们对于建筑电气自动化控制技术不断提高的要求。