智能化控制系统范文

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1 概要

压缩机在现场生产运行中通过控制系统来进行机组性能的监测和调节，根据用户的工况条件，满足用户的生产需求。试车台控制系统有如下特点：

首先，齿轮压缩机的试车台控制系统中，虽然有六个试车台位，但只采用了一套控制系统来完成全部六个试车台位的控制内容。因为，在实际试车过程中， 六个台位的机组，不会有个或两个以上同时进行试车试验，试车台的控制系统，只要能完成一台压缩机的控制试验内容即可。

其次，因为压缩机的种类很多，每台压缩机的测点内容、试验内容不同， 要测试试车机组的全面性能指标，完成压缩机试验站产品试验提供在线监测、工况调节、辅机设备控制和试验数据分析处理及存储等功能，这样就需要，我们在进行控制系统设计的时候，在考虑控制系统的容量和测量内容方面，满足机组的最大化要求。即控制系统的控制设计，按最多测点，最高要求，最全面试车方案进行设计。必须要求控制测点完整，全面。试车台的控制系统才能更加完整，可靠。

第三，控制系统的测点选择问题，因为控制系统虽然按最大化要求进行设计，但不同的机组的检测内容不同，这样，每次进行机组试车之前，就必须要进行选择，不同的机组，不同的工况条件，选择不同的试验内容。以保证试验内容清晰，有条理。

第四，整个试车台系统，有好多共用的设备和测量内容，如油站，冷却水站，大气压力，温度，湿度等。这些部分作用每台机组都需要用的共用测点，不参与机组测点筛选，直接进入控制系统。

在试车台控制系统中，当一台机组试车的时候，在其它的控制台位上，还可以进行机组的安装，拆卸和检查工作，能够满足试车台台位的通用性和方便快捷性。

试车台机组的控制系统采用上下位机相结合的控制模式，运用中控室信号选通柜实现信号选通，满足了在产品试验站上一套系统可以对应试验站6个台位中任意一个台位上进行产品性能试验的要求。采用分散式采集、集中控制的系统结构，将均在同一硬件和软件平台的气动性能试验、机械运转试验和各工艺系统的辅机操作控制装置互联成一个整体，把设备控制、数据采集和处理有机地结合起来。而各试车台位的公用测点，如空气温度，油站信号，高低压控制测点等，不通过现场转接柜和选通柜，直接进入PLC控制系统进行控制检测。

2 试车台控制系统结构

本系统由信号采集箱、现场信号转接柜、中控室信号选通柜、PLC控制系统、振动分析系统、操作N站、信号传送电缆等组成，见试车台控制系统结构图：

现场设有机组试车信号的移动信号采集箱23个，大气参数信号采集箱1个，水站信号采集箱1个，采集箱内均包含信号传送、调理及变送单元；现场固定转接柜6个；中控室信号自动选通柜6个；PLC控制柜2个；振动分析系统柜1个；操作站1套；传输电缆1套。

齿轮试车台共有6个试车台位，按每个台位最大200个测点计算、加上油、水、电等辅机测点回路总数在1500点以上。会使系统投资成本大幅度增加（PLC的I/O模块、振动监控系统等数量均为6套）。而多台位试车台智能化控制系统研究，大大节省了5套控制系统的成本和5套振动位移振动监控系统的成本。多台位试车台智能化控制系统采用一套PLC系统对六个试车台位的信号和执行机构进行数据采集和控制，通过对6个台位的选通，只需将某一个正在开车的台位信号测点传入PLC即可，不但大大降低了设备投资和制作难度，而且减少了复杂线路的相互干扰，使整套系统可靠性、易维护性大大增加。

3 试车台控制系统功能

多台位试车台智能化控制系统的核心部分是PLC，系统结构采用类似DCS系统的特点形式，即分布式数据采集、信号集中控制的形式，与CAN总线系统相比，具有现场采集设备成本低廉、故障率极低、各路通道互不影响、安全可靠等一系列优点，绝不会出现现场与中控室通信中断、全部试车信号均不能上传的问题。本系统中即使个别测点回路出现问题，也不影响其它测点的采集，使试车效率、成功率极大提高。

多台位试车台智能化控制系统，现场信号转接柜和中控室信号选通柜内部设备采用模块化设计，各个模块具有统一的电路结构，互换性极强，完全通用，通过互换更容易查找故障，仪表工就能胜任维修工作。同时模块采用低功耗、高可靠元器件使得系统使用寿命有效延长。另外由于通用性强所以备件类型很少，可有效降低日后的维护成本。

多台位试车台智能化控制系统中的信号采集箱内部装有信号便送器，将各种物理变量转变成4-20mA标准电信号，整个信号传输通路传递的均为标准信号，这样一来提高了信号线路的抗干扰性，二来统一了回路结构，能够采用同一规格的信号传输器材，有利于故障判断和日常维护。

选通柜设有远方PLC/本地控制选择开关，可实现上位机选通操作。系统的模块数和通道数均设计了20%余量，扩展或临时更换信号通道均不成问题。由于试车台现场空间有限，现场转接柜设计为低矮结构，有利于压缩机吊装拆解，同时不阻碍望视线。

测控系统是为机械在产品试验站进行气动性能试验和机械运转试验。转试验主要检测压缩机在常压和抽真空条件下，各轴承的温度、振动、位移和键相位等，现场传感器数据经现场移动采集箱，连到机组旁对应的现场信号转接柜，经信号转接柜送到中控室信号选通柜，经过选通柜将某一个正在开车的台位信号测点传入PLC控制系统，最后通过上位机系统对数据进行显示、分析和处理。气动性能试验主要检测压缩机开式条件下和单缸两段闭式条件下的气动性能试验时，各段进出口气体的压力、温度、流量，各级气体冷却器进水流量、回水温度，机壳温度等。现场传感器数据经移动采集箱，连到机组旁对应的现场信号转接柜，经信号转接柜送到中控室信号选通柜，经过选通柜将某一个正在开车的台位信号测点传入PLC控制系统，最后通过上位机系统对数据进行显示、分析和处理。

对工艺系统中的油泵、水泵、加热器、阀门等辅助设备及其他调节装置进行满足试车工艺要求的实时控制，并能在计算机屏幕上进行工况的调节，并对调节和控制过程进行实时的跟踪显示（如在气动性能测试室内，根据计算机屏幕显示的压缩机性能参数，点动控制电动阀门的阀门位置进行工况调节，并显示阀位开度）。

4 总结

压缩机试车台控制系统的设计具有重大的意义，它进一步推进了压缩机组试车试验的发展，同时试车台建立在制造车间厂房内部，压缩机的试车试验在制造车间内部试车台上完成，避免了直接运往用户现场后存在故障问题的风险。通过在试车台上进行设备试验，这样就可以开展许多的故障模拟等试验内容，避免了在用户现场的实际运转后才能发现的问题和不足。

实践证明，多台位试车台智能化控制系统在我集团齿轮公司运转以来，系统性能可靠，操作方便，智能化程度高等优点。多台位试车台智能化控制系统的成功研制，对增加我集团自主研制试车台项目具有重大意义。

参考文献：

[1]程周.可编程序控制器技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

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1 前言

人类社会与科学技术正在迅速发展，以网络化和数字化为基础的智能化平台进入人们的生活当中，社会上出现了智能化汽车、智能化机器人、智能化仪表等诸多不同程度的智能化产品，且以迅猛之势发展壮大。20世纪70年代末，家庭智能控制系统开始出现，经过10多年的技术完善，家庭智能控制系统于20世纪80年代进入各个国家并逐步发展起来。

2 家庭智能控制系统

家庭智能控制网络是信息技术领域中的研究热点，其在社会生活中的普及应用能够有效提高人们的生活质量和生活水平。网络数据终端是综合自动控制技术、通讯与网络技术、智能化技术和计算机技术的智能化一体设备。通过布线网络将网络数据终端与中央控制计算机相连接，在监控中心对网络终端进行管理和监控工作，建立相关数据库以保存用户数据。以网络数据终端为基础的智能控制系统是实现小区或家庭智能化管理的有效模式之一，通过智能控制系统可实现住宅楼宇的紧急求助、灾难报警、防盗报警、家用电器控制和水电气暖远程抄收等，其中计算机网络是构成整个家庭设备的重要管理控制系统。

3 家庭智能化控制系统的组网方式

组网方式可分为有线组网和无线组网两大类。

3.1 有线组网

3.1.1 以太网

以太网是现阶段局域网络应用最广的传输方式，通过传输设备和双绞线实现基带传输，以100M/1000M进行网络传输。现阶段的局域网均采用以太网进行数据传输，许多大型网络系统中的子网也组构为以太网。以太网在日常生活工作中应用十分广泛，家庭内部网及办公室自动化等各类应用均采用以太网进行数据传输。

3.1.2 有线电视

现阶段的有线电视数据通讯是以同轴电缆为基础的共享式数据系统，通过CABLE MODEM和ASK/FSK进行数据的传输工作，其中ASK/FSK传输速度较慢，适用于数据传输量少的控制系统，而CABLE MODEM则适用于各项数据传输，无限制性。

3.1.3 ISDN和ADSL

电信系统通过ADSL与ISDN技术，将话音、数据、传真等多项服务技术综合在一根电话线上进行。其中ISDN通过2B+D技术，将2路数据信号或电话的传输设置在一根电话线上，其最高传输速率为128K。ADSL技术更为先进，通过非对称传输技术为电话信道提供数据通讯，数据传输可达上行1M，下行7M。通过不间断的连接ADSL与ISDN技术，可实现系统的数据传输，具有较高的传输速率、传输性能和实用性，能够理想的运用于住宅小区的智能控制系统。

3.1.4 专用网络

专用网络是指运用于专业楼宇控制系统及智能大厦的通讯网络方式，例如CEBus和LonWorks等。此类操作系统含有整套关于控制系统的通讯控制规范。20世纪90年代楼宇控制技术的迅速兴起促进了此类技术的快速发展，现已得到广泛运用。

3.2 无线组网

无线组网技术主要为蓝牙技术（BlueTooth）、家庭电话线网络联盟技术（HomePAN）和有家庭射频技术（HomeRF）等。

3.2.1 蓝牙技术（BlueTooth）

蓝牙技术以近距离和无限连接为基础，是一种低成本的无线数据通信规范，具有开放性的特点，能够在固定设备与移动设备间建立起特殊的连接环境。蓝牙系统的应用可以省去繁琐的通讯电缆，通过无线建立起数据的传输工作，日常生活中的台式电脑、打印机、传真机、游戏操作杆和键盘等其他数字设备均可加入蓝牙系统。

3.2.3 家庭电话线网络联盟技术（HomePAN）

HomePAN是指通过现有的电话线，进行快速组网，以完成系统信息化与智能化的建设。此技术采用频分复用原理，在2芯电话线缆的基础上，通过频率将数据与声音分离，高频传输数字信号，以保证同一根线路传输数据与声音而互不干扰。此类技术广泛运用于各个中小型企业，例如生活小区的信息化、智能化建设和宾馆、酒店。

3.2.2 家庭射频技术（HomeRF）

HomeRF技术是无线局域网技术（WLAN）与无绳电话技术（DECT）共同融合所发展出来的新兴技术。无线局域网IEEE802.11采用CSMA/MA方式，适合于数据业务的传输；DECT使用TDMA方式（时分多路复用），适合于话音通信的传输。通过融合无线局域网技术和无绳电话技术，构成HomeRF的共享无线应用协议（SWAP）。SWAP使用TDM+CSMA/MA方式，能够适用于数据和话音传输业务，且针对性的优化为家庭小型网络。HomeRF能够实现家用电器设备间的数据和话音传送功能，可交互性连接互联网和公众交换电话网（PSTN）进行操作。

综上所述，随着科学技术的不断发展和完善，家庭智能控制系统得到更好的发展，为人们提供了更为舒适、安全、便利的日常生活环境。同时，新型家庭智能控制系统的应用具有价格低、性能高、实用性强的优点，大大提高了建筑开发商及广大用户的兴趣，积极的推动了家居环境的现代化建设。

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中图分类号：S625.5 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0026-03

1 绪 论

1.1 选题的背景和意义

现代温室极大地促进了设施农业的总体发展水平。随着大棚技术遍及范围越来越广，大棚数量也不断增多，因此如何更好地控制大棚内的环境便成为人们喜欢研究的一个新课题。传统的温度控制方法是把温度计挂在温室大棚内来获取里面的实际温度，而后依据测得的温度与标准温度相比较，看温度是否合适。这种方法不但必须人工来完成，而且效率也很低。况且照目前的实际情况，传统的温度控制方法就更加不可行。这些问题致使我国农业生产的效益很低，因此，智能化温室控制系统的研究显得至关重要。它能在生产成本很低的情况下给作物生长创造一个最佳的环境条件，有利于我国农业的快速发展。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

温室栽培技术起源于我国，但我国的温室技术发展非常缓慢，到20世纪60年代仍然处在很低的生产水平。传统温室以塑料大棚、日光温室为主，这类温室成本低效益好，但设备相对简陋、环境调控能力差。

随着单片机技术和传感器的发展，逐步兴起了一种有利于资源节约的高效设施技术的智能温室控制系统。特别是随着20世纪70年代微型计算机的诞生，更使温室环境控制技术有了天翻地覆的变化。至20世纪80年代，以微型计算机为核心的温室智能控制系统在国外一些国家已经向完全自动化、无人化的方向发展。

总之，我国的智能温室控制系统研发较晚，全面的环境控制技术研发才刚开始。同国外先进化的水平比较，还滞留在初级阶段。

1.3 主要的研究内容

本设计主要完成了三方面的工作：

①确定整体的设计方案；

②是设计传感器的软硬件系统；

③是设计单片机及通信接口。

本文针对温室内存在的诸多相互影响和制约的因素，设计出了基于单片机AT89S52的智能化温室控制系统。该系统融合了信息采集技术、信息传输技术、信息存储技术及信息处理技术，可以对农作物的生长情况做到全面、实时监测，实现了温室环境检测智能化。

2 智能化温室控制系统的整体设计及相关技术研究

在外界环境中，温度作为影响植物生长环境的主要因素，植物在在生长过程中的一切生物化学作用，都应该在适宜温度条件下进行，温度因素在空间上随着纬度和海拔的变化而变化，在时间上会由于四季及昼夜的改变而变化，不同品种的农作物对环境温度的要求也有所不同，相同品种处在不同生长阶段农作物对温度亦有不同的要求，因而智能化温室控制系统的设计就显得尤为重要。

2.1 系统功能设计

智能化温室控制系统的主要功能有以下几方面：

①首先系统要实现对室内温度参数的实时采集；

②系统采用RS-232串行通讯方式，使得通信系统具有较高的可靠性和灵敏度、较好的实时性和较强的抗干扰能力；

③系统设备能够实现存储、远程通信等功能；

④在温度超限时实现报警；

⑤系统能够实现长时间测量数据并记录。

2.2 系统设计原则

温室控制系统的设计应保证系统具有可靠性、易于操作、高性价比等优点。

2.2.1 可靠性

在实际应用中，系统的可靠性是实际应用的前提，设计时提高系统的可靠性一般从以下几个方面着手：选用性能较好的元器件；在设计电路板时不要胡乱布线且接地处设计要合理；要在容易受干扰的地方采取适当的抗干扰措施来保证系统的可靠性。

2.2.2 易于操作

系统操作和维护方便在设计系统时，应想办法尽量将复杂的操作内置化，这样能方便不同阶层的人使用。

2.2.3 高性价比

系统控制芯片为单片机，单片机不仅体积小、功耗低，其最大的优势是其性价比高。性价比是决定单片机是否能够广泛使用的一个极为关键的因素。

2.3 系统设计方案

温室控制系统单片机为控制核心，其中测量温度采用DS18B20温度传感器作为测量元件，构成了智能温度控制系统。温室控制系统具有温度测量电路、数据的存储及显示电路，语音报警电路等。系统设计方案，如图1所示。

3 硬件设计

本系统是以单片机为核心，它可以完成温湿度的采集、处理、显示并自动控制等功能。其硬件电路由温湿度传感器、RS-232串口通信、单片机和计算机三部分构成。单片机通过对温度传感器DS18B20进行编程来获取温度值，并将数值通过串口通信传送给计算机。

计算机主要是进行编程，控制温度的显示和报警等。经过综合考虑，最终我们选用AT89S52为微处理器。

DS18B20的测温原理，如图2所示。

4 软件设计

能化温室控制系统的整体功能的实现是在程序的控制下完成的，温室控制系统采用模块化设计，温室控制系统的软件设计与硬件设计思想一致，系统针对不同的功能将系统分成各种不同的程序模块，并对其分别进行编程、修改与调试，系统通过主程序、中断处理程序来实现对各程序模块调用，最终其连接起来完成整个智能化温室系统的功能。

软件部分采用程序模块化的方法将程序分为几个程序模块，然后针对每个模块分别设计程序，使各模块结合起来实现协调工作，最终实现对温室中温度的实时控制。智能化温室控制系统由多个独立的子程序构成，各个子程序之间通过软件接口相连，这样既便于连接、调试，也便于修改和移植。智能化温室控制系统的软件部分主要完成数据的处理运算、实现通信联机、实时数据显示和采集，系统参数的设置、语音报警等。智能化温室控制系统测控软件主要与硬件系统相结合，共同完成对系统环境参数的实时采样、实时处理数据以及与PC或移动终端通信等功能， 软件系统也能够根据模块程序自动将结果与设定的阀门报警值进行比较， 若检测的值超过设定的阀门值， 系统将启动报警电路报警。

主程序模块的主要功能是调用各种数据处理子程序和实现智能化温室控制系统的自检功能，通过主程序对子程度的调用来实现打开湿帘泵、启风机和关闭遮阳网等降低温度措施。在温度低于程序对温室控制系统设定值后，通过主程序对子程度的调用来实现打开遮阳网和补光灯等措施。这样就使得各程序模块有清晰架构，无论是维护还是修改都非常便捷。主程序程序框图，如图3所示。

5 仿真与调试

绘制完电路图后，需要Keil已编译写好的AT89S52的设计程序，将鼠标移动至AT89S52 芯片上，双击即可完成程序的添加。当双击时，会进入一个设置的对话框，在对话框中可以设置单片机系统的晶振频率，在这同时可以设置输入程序的路径，单击OK键就能够完成输入设置，并将已编译好的程序添加到AT89S52中，当再回到Proteus设计电路界面时，左键点击位于Proteus主界面左下方的开始按钮，这样就可以进行电路仿真。Proteus实现的是交互式仿真，在仿真进程中能够根据系统的需要操作各开关、控制按钮等器件，系统会真实地反映出仿真结果。在仿真开始后，通过程序编译来设置上下限温度，当温度值超出或低于所设定的范围时，就会启动报警系统。

设置温度上限为25 ℃，温度下限为10 ℃，如图4所示，此时温度是43 ℃，高于上限温度，此时启动报警系统，看到警灯亮报警。

6 结 语

本文针对温室大棚测控系统的研究，运用了单片机技术、通信技术、传感器技术、电子技术和自动化等专业知识。在设计和开发的过程中，综合目前一些先进的测控理念并紧密结合温室大棚的实际情况。本文遵循系统的需求，进行总体分析与设计、模块化设计、详细设计，并对系统的可靠性和抗干扰进行了设计。

参考文献：

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当前信息化技术的高速发展伴随电气自动化控制技术也实现了飞速发展。通过电气自动化控制结合通信技术、计算机技术等使得电器行业进入一个高速发展的时期，很多智能化电气控制系统相继完成和应用，全国智能化电气控制系统正逐渐走入世界先进水平之列。

一、电气综合自动化系统设计满足的基础要求

变电站电气综合自动化控制系统进行运行中除了要确保各控制保护单元保留紧急的手动操作跳、合闸之外，其它用于对系统进行全部控制、监测和报警功能都是通过计算机系统进行实现的。变电站应用电气综合自动化控制系统后无需再行设置其它设备，就能实现和满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能，电气综合自动化控制系统可以满足变电站无人值班的智能化需求。从满足系统设计要求来看，电气自动化控制系统有以下的几个特点：

（一）分布式设计

电气综合自动化系统采用了模块化、分布式的开放结构，电气综合自动化控制系统运行中所有的控制、监测以及报警等信号均在就地单元内进行处理后经光纤总线传输至变电站主控室的监控计算机，电气综合自动化控制系统可以确保个单元之间不产生影响，从而实现各就地单元的相互独立。

（二）可扩展性和兼容性

可扩展性是指在进行电气自动化控制系统的设计时应充分考虑到用户未来进行变电站规模及功能的扩充需求；系统兼容性主要是指进行电气自动化控制系统设计时能够满足与变电站其它设备标准化运行的融合，能够对其他设备进行标准的串行通讯接口或者I/O接口，用户能够通过自动化控制系统根据客户需求进行灵活配置，系统也能够满足和适应计算机技术和软件更新的要求和发展。

二、电气自动化控制系统的设计思想

（一）集中监控方式

集中监控方式最大的优点体现在运行维护方面，由于其维护方便对于系统控制站的防护要求也不高，因此，在进行系统设计时较为简单。但由于将系统的各个功能要进行集中到一个处理器中进行集中处理，因此，加大了处理器的任务，从而影响了处理速度。另外，由于电气设备要确保全部进入监控范围之内，随着监控设备的急剧增加会带来主机冗余的下降、以及布设设备的电缆数量相应增加，过长距离的电缆引入的干扰也对系统可靠性形成了一定的影响。

（二）现场总线监控方式

现代的变电站综合自动化系统中，已经普遍在应用互联网以及现场总线等计算机网络技术，应用现代化的计算机技术以后，给变电站带来了根本性的变化，一方面不仅为自身的工作积累了丰富的工作经验，大大提高了工作效率，另一方面为不仅证实了网络控制系统用于发电厂电气设备的可行性，而且大大推进了智能化电气设备的发展。现场总线监控方式帮助系统设计大大提高了工作的细化程度和工作效率，节省了工作时间。现场总线监控方式还具有另外一个优点，从根本上节约了很多设备的成本，比如，端子柜、模拟量送变器等的隔离设备都可以取消。另外节省了人力资源，比如因为现场总线监控方式采用的是智能设备，安装方便，使用方便，节省了工作中的一些不必要的环节，从而从人力物力都大大降低了工作成本。另一方面由于采用的智能设备本身具有采用互联网的方式独立工作的特点，因此如果工作的任何一个环节出现故障都不会影响其他部分，并且维修方便，具有灵活性，因此也必然会有效的提高工作效率和质量。

三、电气自动化控制系统的发展

一批具有国内领先水平的电器智能化技术设备，主要采用的是电气系统集成技术，被实际应用于工程建设之中，从使用的成效来看，不仅提高了整个工程建设的质量很效率，而且工作效果得到了相关权威部门的肯定。采用电气系统集成技术有其必要性，它可以使智能电气系统内的每个子系统充分做到资源共享，避免只有通过各自的操作站才能完成预期工作的弊端，从而达到方便管理，提高效率的作用。在系统的集成过程中，受一些因素的影响，会出现不同的集成模式，具体因素有集成所选择的系统平台、网络结构、子系统范围等。系统集成方式的由来也是一个自然的过程，首先要有先进的计算机技术、网络技术、控制技术和显示技术，然后通过智能化设备使各个子系统互相连接，资源共享。电气设备管理系统（BMS）是利用开放的协议以达到各相关子系统之间的联动控制和信息共享，从而达到提高管理效率、提高处理突发事件的能力以及节能节省的目的，系统集成是提高工作效率，推动企业发展的良好工具，使用系统集成要做到在技术成熟、系统可靠、投资合理、管理高效等前提下，按需集成，从客观实际需求出发。

四、总结

随着OPC技术的出现和发展以及IEC61131的颁布，另外，随着Windows平台的广泛应用，未来，在电气自动化系统设计中，电气技术将向充分与计算机进行结合的趋势进行发展。

参考文献：

[1]刘风华.浅析电气自动化控制系统设计及应用[J].科技风，2011，（19）：75-75.DOI：10.3969/j.issn.1671-7341.

2011.19.069.

[2]王家林.电气工程及其自动化[J].北京电力高等专科学校学报（社会科学版），2010，27（12）：283-283.DOI：10.3969/

j.issn.1009-0118.2010.12.188.