自动化控制系统范文

自动化控制系统篇1

关键词：PLC PROFIBUS-DP 安全系统 计算机

中图分类号：TG315 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（b）-0037-01

计算机系统与自动化系统的结合，可实现对生产线的数据采集、跟踪、管理、存储、打印，通过现场总线互联与控制室内人机界面组成一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动控制系统。

1 系统概述

生产线自动化现场总线控制系统主要由工业控制计算机、主控PLC、安全PLC组成。总线控制系统采用两层总线结构，上层采用以太网，下层采用PROFIBUS-DP总线。工业控制计算机、主控PLC通过工业以太网总线连接到交换机上，保证实现数据高速实时通讯。现场设备层采用PROFIBUS-DP为通讯总线，进行实时数据传输。安全PLC通过PROFIBUS-DP总线与主控PLC进行通讯。

PROFIBUS-DP总线与各分设备通过DP耦合器进行通讯，为避免单根总线电缆故障导致整个控制系统瘫痪，DP耦合器统一放到总控室控制柜中。

安全总线采用PILZ公司的安全PLC，现场安全门开关、各分设备的急停开关通过硬线接到总控室安全PLC的IO模块上，传输急停、安全门等安全信号，保证人身、设备安全。

2 控制方式

生产线运行控制功能主要是协调、控制、保障整条锻造生产线安全、可靠、高效的运行，根据工艺要求把生产线分成四个区域。

中频炉、去氧化皮及传送装置区域；

辊锻机、辊锻机械手区域；

16000T压力机、主机工位转移、主机出料机器人、喷雾机械手区域；

切边机、扭拐机、精整压力机、扭拐用机器人、精整用机器人、切边出料及传送车区域。

采用分区域启动、分区域控制的方式来完成整个生产线的控制。总线通过检测各个单机设备的运行状态，在某一区域或某一设备故障时，指挥其它设备动作，根据不同的状态对各单机设备发出不同的指令（等待，再恢复，或是全线停车）。

控制方式可分为自动控制、区域联动和手动控制。进行自动控制时，由主控PLC按预先编辑的程序对生产线进行控制。生产线正常启动时，系统默认进行自动控制方式运行。区域联动方式用于实现区域内部的设备联动控制，以实现区域的单独控制或区域内设备联调。

3 上位机监控系统

监控系统主要由以太网交换机、工业控制计算机、主控PLC和安全PLC组成，工业控制计算机负责生产的管理和生产线的控制，是监控系统的核心，主要实现以下几个功能。

（1）生产线的监视功能

生产线的监视功能通过监控组态软件实现对现场设备的运行状态的显示，以及控制系统中相关参数的显示，以图形化的形式显示生产线的状态，帮助操作人员及时了解生产的信息。监视功能又分为系统总体监视功能、分类设备监视功能和趋势显示功能。

（2）生产线的数据采集和记录功能

工业控制计算机将现场生产相关数据进行采集，并将数据存储到数据库，供操作人员进行数据分析时使用。

（3）生产线的控制功能

生产线控制功能实现设备控制功能、前桥或曲轴模式选择功能和设备管理与维护功能。

（4）生产线的报警处理功能

监控系统提供丰富的报警功能，用于显示、处理生产线的报警信息，具体内容包括：报警显示功能、报警处理功能、报警等级功能和报警归档功能。

报警显示功能：监控系统提供报警页面、硬件报警、报警汇总等页面，实现了报警信息的实时文字显示。

报警处理功能：当产生报警后，操作员需要对报警信息进行处理，操作包括：确认、屏蔽、使能。打开页面，右击某条报警信息，弹出报警处理菜单，操作员通过点击相关菜单项完成处理操作。报警处理操作包括确认、屏蔽和使能三种方式。

报警等级功能：报警等级分为2级，分别是紧急报警、警告信息。每条报警信息都有一个报警等级，在报警信息列表中等级高的报警被优先响应。另外，不同等级的报警使用不同颜色的文字区分。

报警归档功能：生产线所有报警信息都会被归档到本地硬盘文件中。另外，针对不同的报警信息产生相应的动作，如确认、使能等处理操作都会被归档。操作员可以通过“报警汇总”页面查看近期的报警历史记录；另外还可以通过监控系统的报表功能来对报警历史记录进行查看、生成报表和打印。

（5）显示和打印功能

监控系统提供丰富的统计报表功能，“报表系统”可以按日、周、月或时间范围生成数据报表、操作记录报表、报警信息报表等。操作员可以进行报表的查看和打印操作。

（6）权限功能

监控系统提供2种操作权限来保证系统安全，分别为运营操作级和系统管理级。系统管理级是指在对监控系统进行软件维护、故障维修等管理时的权限分级，该级别的用户及权限设置通过组态软件来实现。

运营操作级是指监控系统在运营状态下的用户操作权限分级，可根据用户需求设置不同的操作级别，当系统运行时，用户需输入合法的用户信息，才能被允许进入监控系统，并能提供相应的权限操作。

4 结语

控制系统在体系结构、网络构成、软硬件配置和功能实现上采用综合自动化监控技术进行方案细化设计和系统配置，充分考虑系统的扩充性、扩展性、统一性、资源共享性和技术先进性，满足万吨锻造生产线的生产需求和未来扩充的需要；在保证系统技术先进性的基础上对可靠性、稳定性、安全性、可维护性和人机交互友好性的实现，满足了锻造生产线在温度、湿度、灰尘、防水、抗震、抗干扰和电磁兼容性的要求。

参考文献

[1] s7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2] PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

自动化控制系统篇2

Abstract: The ball and beam system is a device that makes the ball on the guide stable on any specific position through controlling the angle of elevation of the guide. A small angle of elevation of the guide will make the ball on the guide move at the acceleration proportional to the sine of the angle of elevation of the guide. The main control purpose of the design is locating the ball at the specific postion at any time.

关键词:电器自动化;球杆系统;导轨;自动控制

Key words: electric automazitation;ball and beam system;guide;automatic control

1球杆系统的控制理论简介

球杆系统是一个不稳定的系统,要使其稳定,必须给它施加控制作用。运用于球杆系统常见的控制理论有:

①PID控制。PID是一种简单易懂的通用控制器,适用于控制简单的过程。在对球杆系统进行运动学和动力学分析后,得到系统的非线性物理模型,线性化后得到球杆系统的状态方程。根据状态方程设计PID控制器,以满足球杆系统的瞬态和稳态性能指标。PID控制也可以不用得到系统的状态方程,直接借助实验的方法设计PID控制器。

②根轨迹及其频率响应法。根轨迹法是利用开环零点、极点在s平面的分布,通过图解的方法求得闭环极点的位置。根轨迹法可以比较快的获得近视结果。在球杆系统中,通过建模分析得到球杆系统的开环传递函数,做出其根轨迹图,可以得到其闭环传递函数存在位于s平面虚轴的极点,说明系统临界稳定。可以采用增加零极点方法校正系统,把临界稳定的系统转化为稳定的系统[2]。

③状态空间法。极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统的极点配置到期望的位置上,从而使系统满足工程师提出的瞬态和稳态性能指标。

④模糊控制。经典的模糊控制器利用模糊集合理论将专家知识或操作人员经验形成的语言规则直接转化为自动控制决策(通常是专家模糊规则查询表),其设计不依靠对象的精确模型,而是利用其语言知识模型进行设计和修正控制算法。在许多情况下,将模糊控制和PID控制两者结合起来,扬长避短,既具有模糊控制灵活、适应性强、快速性好的优点,又具有PID控制精度高的特点。

2球杆系统的构成

球杆实验装置由球杆执行系统,控制器和直流电源等部分组成。该系统对控制系统设计来说是一种理想的实验模型。正是由于系统的结构相对简单,因此比较容易理解该模型的控制过程。

球杆执行系统由一根V型轨道和一个不锈钢球组成。V型槽轨道一侧为不锈钢杆,另一侧为直线位移电阻器。当球在轨道上滚动时,通过测量不锈钢杆上输出电压可测得球在轨道上的位置。V型槽轨道的一端固定,而另一端则由直流电机(DC motor)的经过两级齿轮减速,再通过固定在大齿轮上的连杆带动进行上下往复运动。V型槽轨道与水平线的夹角可通过测量大齿轮转动角度和简单的几何计算获得。这样,通过设计一个反馈控制系统调节直流电机的转动,就可以控制小球在轨道上的位置。

此系统为一个单输入(电机转角)、单输出(小球位置x)系统,输入量利用伺服电机自带角度编码器来测量,输出量x由轨道上电位器的电压信号来获得。

系统包括计算机、IPM100智能伺服驱动器、球杆本体和光电码盘、线性传感器几大部分,组成了一个闭环系统。光电码盘将杠杆臂与水平方向的夹角、角速度信号反馈给伺服驱动器和运动控制卡,小球的位移、速度信号由直线位移传感器反馈回控制卡。计算机从运动控制卡中读取实时数据,当鼠标或键盘输入小球的控制位置时,由计算机确定控制决策(应向哪个方向转动、转动速度、加速度等),并由运动控制卡来实现该控制决策,产生相应的控制量使电机转动,带动杠杆臂运动,使小球的位置得到控制[3]。

①电气部分。a.小球滚动时位移的测量:直线位移传感器线性轨道传感器接+5V电压,轨道两边测得的电压作为IPM100控制卡A/D输入口的信号。当小球在轨道上滚动时,通过不锈钢杆上输出的电压信号的测量可得到小球在轨道上的位置。b.伺服电机输出角度的测量:采用IPM100控制器,电机驱动齿轮转动时角度编码器用于测量。

②机械部分。整个机构运行如下:电机转动带动与杠杆臂相连的齿轮带动,此时连接点与水平方向会有一角度(角度应被限定在±80°以内),轨道会绕左侧与固定座铰链处转动,轨道与水平方向的角度为。此处角度编码器用于测量角度。

3球杆系统数学模型

①球杆系统的建模分析。球杆系统的精确数学模型难以建立且相当复杂,需要做一些简化,建立其简化的数学模型。一般说来,对于反馈控制,近似的数学模型己经足够了。为便于建模,这里将球杆系统模型分解成四部分:即球杆控制部分模型、球杆机械部分模型、角度模型和伺服电机系统模型。球杆控制部分模型就是使球杆速度控制环能够满足小球位置控制环的需要,球杆机械部分模型将小球在导轨上的位置x(t)和导轨的仰角(t)联系起来,而角度模型则将导轨的仰角(t)与电机的转动角度(t)联系起来。球杆系统由IPM100运动控制卡进行控制,其伺服电机系统使直流电机的输出转角能够跟随系统控制器输出的电机给定转角信号。下面分别讨论球杆系统上述四部分数学模型的建立。

②球杆系统的控制模型。在球杆系统中,系统控制模型的建立就是要建立导轨仰角和电机输出位置之间的关系,使之能够满足小球位置控制环的要求。导轨仰角控制环实际上是一个速度控制环,这个闭环的控制目的就是使电机能够根据小球位置控制环的参考输出快速而准确的将导轨定位在指定角度。这样一来,小球的位置控制环就形成了一个外闭环,我们称之为主动环C2,而把控制导轨仰角的速度环称之为从动环C1。因为主动环决定了从动环的参考输入。在实际控制的过程中,小球在导轨上的位置是通过一个直线电位器反馈回来的电压测得的。将这个实际位置同目标位置相比较得出来的位置误差通过小球位置控制器的运算将得到一个数值。这个数值就是位置控制环输出给速度环的指定转角,速度环的控制器用这个转角和导轨当前的实际仰角之间的差值作为误差输入,运算后将得到最终驱动器输出给电机的控制电压,从而完成系统的一次控制。

③球杆系统机械部分的数学模型。对小球在导轨上滚动的动态过程的完整描述是非常复杂的,设计的目的是对于该控制系统给出一个相对简单的数学模型。

实际上使小球在导轨上加速滚动的力是小球的重力在同导轨平行方向上的分力同小球受到的摩擦力的合力。将小球在导轨上滚动的过程近似成一个质点,考虑小球滚动的动力学方程,小球在V型轨道上滚动的加速度为:

=gcos(t)-gsin(t)(1)

进行拉普拉斯变换即得到小球在轨道上的位置x(t)到V型导轨与水平面之间的夹角(t)的传递函数:

=(2)

④球杆系统角度模型。在实际控制过程中,导轨与水平面之间的夹角(t)是由直流伺服电机的转角输出来实现的。导轨仰角(t)与电机转角(t)之间的关系是非线性的但是静态的,同时大小齿轮的减速比也影响两者之间的关系。可近似得到:

==(3)

其中R是电机盘的半径,L是导轨的长度[1]。

⑤直流伺服电机系统的数学模型。在整个系统中,电机是唯一的动力来源。电机位置的输出将直接控制导轨的仰角,也将直接影响小球在导轨上的位置。因此,直流伺服电机模型的建立也是球杆控制系统中不可忽视的一个重要组成部分。采用直流伺服系统的任务是控制直流电机的转角,使其与给定转角协调。

整个球杆系统可以近似为由三个部分串级而成:球杆机械部分、角度转换部分以及直流电机部分。

因此整个球杆系统的开环传递函数为:

= (4)

自动化控制系统篇3

关键词：PLC控制系统 化工自动化系统

在我国上世纪30年代，自动化技术在电子通讯工程中有了良好的发展。之后随着科技的不断深入，达到本世纪60年代，特别是近年来的工业领域，自动控制理论已被广泛应用，并且取得了良好的经济效益[1]。尽管如此，随着市场竞争的不断加剧，自动化系统的发展依旧滞后于生产关系之间的发展，严重影响了化工行业的发展。

一、PLC控制系统在化工自动化系统中的应用情况

当前，关于我国的自动化控制应用中，研究者使用的模型多为自己独立开发。而且关于自动化系统不同模型之间的数据交换也存在不规范的混乱局面。一直以来，实现化工过程控制能够有效的提高化工工艺水平，促进化工产量、产能以及质量的提升，同时也能够提升和改善企业劳动效率，对于企业的发展具有十分重要的作用。当前，在化工自动化系统中，PLC控制系统的使用范围越来越广，例如控制硫酸生产温度，自动仪表控制等方面有着关键作用[2]。而且随着市场竞争的日益剧烈，开发和推广更高的化工自动化控制系统，是当前化工自动化控制工作的重中之重。

二、PLC控制系统在化工自动化系统中的应用研究

1.PLC控制系统概述

在化工自动化系统中，PLC控制系统的应用比较常见，有单机控制、多机群控制以及自动化生产线控制等，现阶段还有对温度以及流量等模拟量的闭环控制。通常情况下，PLC控制系统主要是由五大部分组成：中央处理器、编程器、输入输出模块以及存储器和工作方式等。在设计时，PLC控制系统利用开关逻辑控制方式实现了顺序控制。另外，利用PLC控制系统可以编制各种控制算法程序，最终实现闭环控制，完成化工生产过程的自动化生产。同时，实现生产过程的自动化可以有效的控制生产过程，降低原料和动力的消耗，进而节省了不必要的生产成本消耗，实现优质高产。而且化工生产过程的自动化实现，可以有效的节省人力资源，降低人为差错的出现，增强了生产安全率，有效的避免了事故的发生，且延长了设备的使用寿命，提升了生产过程中设备的利用率。

2.PLC控制系统的功能分析

分析PLC 控制系统发现，其主要有两大功能，分别为数据采集功能以及顺序控制功能。在当前我国各项工作之中，PLC 控制系统在进行数据采集时，需要首先制定数据采样速度、扫描周期以及控制系统的模/数转换精度等，然后按照具体的采样流程对生产过程的各种信息量进行采集、整理以及储存等，最终通过上位机的液晶显示屏以文字、图表等形式组成的不同画面显示出来，然后系统操作员从这些图片上观察机组的运行状态。而且顺序控制SCS系统，帮助其实现不同的控制方式。系统运行人员能够利用CRT 键盘进行程序控制的选择操作[3]。当系统自动执行程序时，如果存在故障，系统能够及时向运行人员发出中断信号，然后系统中断程序并返回安全状态，同时在系统的控制显示屏幕上出现程序中断的原因。然而，如果系统式采用手动操作方式，顺序控制SCS系统利用提前设置的许可文件防止工作人员误操作行为的发生，而且在系统运行中，系统利用设备的联锁、保护指令等，实现了被控制设备向安全方向动作。

3.PLC控制系统的软件设计

在进行PLC控制系统的软件设计时，一定要满足一下几个原则：第一，最大限度地满足和实现控制对象的控制要求；第二，保证PLC控制系统安全可靠，并提升系统工作效率；第三，科学的扩大工程效益，降低工程成本，实现高指标的自动化追求。

在化工自动化系统之中，PLC 控制系统的软件设计因为化工生产过程的复杂因素，各项控制要求不同，通常情况下，PLC控制系统的程序按照结构形式可以划分为基本程序以及模块化程序[4]。而且，基本程序不仅能够对简单的生产工艺过程进行独立控制，还可以被应用于组合模块结构中的单元程序；但是对于模块化程序来说，从其结构形式上可以看出，它是通过分解总的控制目标程序，然后把得到的具有明确子任务的程序模块重新进行编写和调试，并且组合成一个完整的程序。设计者利用这种程序设计思想设计出来的程序，因为各模块之间都存在相对独立性，他们之间的相互连接关系简单，便于设计者进行程序的调试和修改。

另一方面，程序设计者在进行设计时，首先结合化工生产流水线的实际情况，实施PLC 控制系统I/O 分配，一般保证I/O 点数由小到大进行。同时为了方便系统维护，可以把相同系统的设备以及I/O 信号等进行统一集中编址。另外，关于定时器、计数器等，为了提升系统工作运行的可靠性，在系统软件设计的过程中要统一进行编号，严禁出现重复使用统一编号情况发生。另外，关于系统程序中使用的内部继电器以及各种中间标志位等，都要进行统一编号、分配。

三、小结

综上所述，PLC控制系统在化工自动化系统中的应用十分广泛，对于化工自动化的发展具有十分重要的价值和意义，值得相关研究者继续深入研究。而且，研究者要深入挖掘PLC控制系统的软件设计部分，争取实现更多的自动化控制手段，提升化工自动化系统的工作效率。

参考文献

[1] 石洁芳，刘卓.PLC 在机床电气控制中的应用分析[J].科技资讯，2011（10）：34-38.

[2] 罗志海，杨润泽，尹晓春. 基于PLC控制系统设计的工程应用[J]. 新技术新工艺. 2011（02）：23-24.

[3] 张斯珩，邹言云. PLC控制系统在多工位自动生产线设计中的应用[J]. 中国新技术新产品. 2011（03）：46-47.

自动化控制系统篇4

为了使PLC控制系统展现出的硬件设计更加形象化，我们可以从其的工作原理来进行分析。以PLC控制自动生产苯氨的过程为例子来举例说明。根据系统性能的规则，我们会提前告诉设计好“手动”和“自动”这2种控制方式以充分保证现场的操作人员能够很好的操控。当操作人员选择“手动”的方式时，则要人工控制电路间的转换和对相应的电磁阀进行“手动下料”。若是选择“自动”的方式时，程序会根据PLC控制系统的硬件设计的顺序再按照工作原理的规定和时间顺序在程序开启时严格地依次进行“下料”与“输送”的工序。过程如下：EVl阀得电开启“下料”阀一定时间后关闭再启动EV2“输送”等待一定时间再次启动EVl。按照这个过程周而复始直到发出“停止”的指令即可停止。为了实现整个系统能够同时进行重启与排气。于是设定在EVl和EV5同时得电，EV2和EV3同时得电，这个结构如图1所示。同时，为了使整个化工自动化工艺流程能够更加集中地进行管理，我们能在这个自动化生产苯氨的过程的现场附近或远程设定多出“启动”与“停止”两种操作方式。本着便于管理的原则，控制功能越分散，那么操作管理也就越集中。

PLC控制系统的软件设计

因为生产过程中，针对自动化复杂程度不同，因此根据PLC控制系统的软件设计不同，要求也不一样。在PLC控制系统中，软件程序总体可分为基本程序和模块化程序两个模块。其中的基本程序是作为PLC控制系统的独立程序。也可作为系统中的一个组合子模块，所以其工艺程序的控制过程也是相当简单。例如，只需要控制一个按钮，就能通过二分频来实现对PLC控制系统的控制和调试其设备的停启。而模块化程序则是一个作为总的控制目标程序的存在。为了实现独立编写和调试的操作，它能根据其的软件设计将整体划分为分多个子任务模块。为了使在调用的过程中减少内存占用量和编程量，使其PLC程序的编制大型优化，允许重复调用，则需要把正反自锁互锁转程序整合后封装成为一个模块。整合后的各个子模块都具有相对的独立性，这种方法能够使简化连接关系，优化调试修改。所以这种程序的涉及思想是业内人士都极为推荐的。好比在我国，此类自动化控制应的系统或模型，大多数企业独立开发，无视各企业之间的学术交流以及各个自动化控制模型和模型之间的数据交换，从而造成了模型数据，工业实时数据，各方面的交换流程混乱。然而独立研究自动化控制技术的各个企业因为某个企业发展迅速而具有先进水平，所以在总体上可以看出各企业间的竞争力不断提高，也促进了工艺水平和条件的不断提高。只有找准各个工艺程序细节的质量控制的属性和指标，才能在试验生产的过程中使结果更加精准确定，例如客户的要求参数就是如此。整一规划参数，对化工产品来说是极其重要的，这关系到PLC自动化控制以及其化工产品的质量和工艺水平的整体提高。

为了加强化工生产工艺的安全性和稳定性，工业生产中对化丁自动控制和参数检测等提出了更高要求。PLC系统(即可编程序控制器)在化工行业生产过程中控制系统的设汁、机械安全的保护等方面有着十分重要的作用。目前，我国化工的大多数自动化控制装置仍然采用常规的操作系统，导致90以上装置的真正潜力没有发挥出来。随着化工自动化技术的广泛工业化，化工产业中PLC控制系统应用必将越来越广泛，化工自动化控制的PLC应用将会越来越得到产业化的实现。

自动化控制系统篇5

关键词：电动修井机　自动控制系统　PLC　通信

一、引言

作为油田修井采油设备之一的修井机在保证石油工业生产稳定、高效过程中发挥着重要的作用，其主要作用包括提升、下放油管和抽油杆，检测和维修抽油泵，同时负责解除并且排除采油作业过程中发生的故障，打捞掉落在油井井底的杂物，以及井口设备的安装和起重辅助的工作。在国内油田修井作业中，很多是采用柴油发动机作为动力源，但柴油发动机驱动设备本身存在一定的缺陷，例如柴油发动机工作效率较低，仅为50%左右，而且传动效率也不高，但其作业成本却较高，除此之外柴油发动机存在漏油和噪声大等的现象，这些都对环境产生一定的影响。在国家倡导节能减排和建设环境友好型社会的前提下，普及电动修井机在石油工业的应用必然是一种趋势。

二、电动修井机主电路部分设计

电动修井机主电路。主电路中的主电动机、液压钳油泵电机、刹车油泵电机、风机电机、压缩机电机按照电动修井机设备工艺的要求进行启停。系统的变频器采用VACON公司的NXS系列变频器对主电机进行相应的控制，主电机采用三相异步电动机，额定电压为380V，额定电流为240A，额定频率为50HZ，额定转速为495r/min。图中的QM为系统的断路器，起到对电路通断和过流保护的作用；FR为系统的热继电器，起到对电机过热保护的作用。

三、电动修井机控制系统的功能及组成部分

1.电动修井机控制系统功能

电动修井机的自动控制系统一般分为四个部分，依次为主电机传动部分和变频器控制电路；辅助电动机（液压油泵驱动电动机，刹车油泵驱动电动机，空气压缩机）及其控制电路；指示和参数显示部分；照明、空调及控制辅助电路部分。

电动修井机电气控制系统具有如下功能: ①实现电动修井机提升，下放油杆，即实现电动机和变频器的启动，正反转切换和停止功能。②液压钳油泵是装卸油管时使用的装置，刹车油泵是带动主钩升降的主电机提供动力的装置。空气压缩机为系统提供气压动作的气泵装置，这些装置通过接触器进行启动和停止控制。③对液压系统中相应的液压阀进行控制。④实现对系统中电流，温度，流量，压力等的显示，同时对电机过载，温度过高或过低，流量大或小，压力过大或过小，变频器的运行情况进行相应的监视，并进行报警。⑤对系统中的照明和控制等辅助设备进行相应的控制。

2.控制系统组成部分

按照工艺要求和控制理念设计PLC系统的输入输出变量以及设备要求选择参数。系统的频率、电流、液压系统压力、流量、油箱温度等参数作为模拟量参与系统的控制。系统急停、变频器启动和停止、电动机启动和停止、电动机正反转控制液压系统泵启动停止、档位调节、开关或按钮、过滤器堵塞、变频器故障报警、油箱液位、冷却水启动停止等作为作为系统的数字量输入。系统中各个泵工作、电动机工作、变频器工作、变频器故障复位、档位工作以及电动修井机操作动作作为系统的数字量输出。

系统选用SIMATIC S7-300的PLC，其中CPU选用SIMATIC 315-2PN/DP，其集成的工作存储器RAM为256KB，转载存储器(MMC)为8MB，数字量输入模块需用16点位的SM321，数字量输出模块选用16点位的SM322，模拟量输入模块选用SM331。

四、电动修井机的程序设计

电气控制系统程序部分的内容主要包括PLC控制器程序和 HMI 监控程序设计这两个方面的内容，自动控制系统中PLC采用的组态软件为SIMATIC STEP7 V5.4 Basic为开发平台，系统的HMI采用MP277的触摸屏，根据PLC的硬件内容对其软件进行相应的组态HMI的组态软件为WINCC Flexible为开发平台，对系统的监控、显示画面进行相应的组态。SIMATIC S7-300与 HMI 面板通过以太网进行相应的通信。

1. PLC控制程序设计

PLC 控制器程序包括修井机工作主程序、模拟量输入处理子程序、系统频率输出子程序。修井机工作主程序功能包括系统急停、液压系统各泵启动停止、变频器启动停止、绞车正反转控制；模拟量输入处理子程序主要实现系统电流、系统频率、液压系统的压力、流量、油箱温度等模拟量输入的数字量转换和标定处理；系统频率输出子程序主要实现系统输出频率限制和系统频率的数模转换。

2. HMI界面的设计

HMI 界面的设计主要任务是实现设备的启停操作，系统的信息管理和监控、界面间的转换并根据要求对界面进行相应的优化。系统监控部分主要包括开机界面、主界面、状态查看、报警显示。显示界面主要包括系统信息显示界面(系统压力、频率、电流、油箱温度和大钩载荷等)和故障报警显示界面，操作人员可以在HMI各个界面间进行相应的切换。若有报警信息发生，对应故障报警图标将变色闪烁指示，同时系统的蜂鸣器对故障进行响应。系统的各种操作通过触摸屏实现。

五、系统调试

将应用STEP 7编制的梯形图通过MPI适配器下载到 PLC 中，将应用WINCC Flexible 制作的画面通过以太网下载到 HMI 触摸屏中，在调试过程中依次给电源上电，同时启动PLC的在线监视功能对系统中设备的运行进行监视，通过PLC的在线监视与强制变量功能检测系统的数字量输入与输出是否正确，并且通过24V可调电压源、200mA可调电流源实现对系统模拟量输入的检测。根据设备的动作表，工艺的要求和各种报警情况的考虑去编写程序，同时根据现场的可能发生的情况去改进程序。

六、结论

自动化控制系统篇6

关键词:电气工程;电气自动化控制系统;应用

现如今是信息化的时代，在电气工程中也引用了计算机技术，这对电气工程的发展具有非常重要的作用，形成了电气自动化系统，目前我国的电气自动化已经处于较成熟阶段。下面我们将对电气自动化进行具体分析，并对电气自动化的控制系统进行简要说明，最后针对电气自动化的控制系统的应用进行探讨分析。

1电气自动化的概念

随着电气自动化在电气工程中的兴起，人们对电气自动化的要求也越来越高，在对电气自动化设置控制系统时，必须考虑到控制系统的材质和工艺是否能满足电气自动化的需要。在设置电气化控制系统时，必须保证能够不影响电气自动化的正常运行，并且应该更加提升电气自动化的稳定性，确保电气自动化在工作时能顺利安全地进行实施。在进行设计安装自动化控制系统时，还要考虑到外观是否符合审美的要求，并且应该相对便利些，在确保质量的前提下，让操作更简便，控制系统更加安全。电气自动化控制系统的安装原理是将不同的电子设备进行连接，使得整个电子设备链分别进行不同的正常运行，所以这就要求每个部分的电子设备质量必须过关，如果其中有一个质量不合格，就会造成整个电气自动化控制系统的瘫痪。同时电气自动化的控制系统还能通过电脑进行控制，使得电气自动化更加便利。

2电气自动化及其电气自动化的控制系统的特点

2．1为人们提供便利

电气自动化控制系统引用了计算机技术，使得电气自动化系统更加地便利。让电气自动化系统更加智能化人性化，让人们在实际操作的时候非常简单便利。2．2自动化控制系统应用广泛在日益进步的科技生活中，人们将自动化运用到生活的各个领域，不同行业领域也开始使用自动化的设施设备，自动化系统得到了很好的普及。

2．3电气自动化的工作效率高

电气工程中运用电气自动化，使电气工程的工作中的错误几率大大降低，机器的自动化让工作中的困难迎刃而解，将生产中的不利因素完全规避，大大提高了电气自动化的工作效率，使得电气自动化的生产更加顺利运行。

3电气自动化及其电气自动化的控制系统的设计内容

电气自动化的控制系统分为两种，开环控制和闭环控制。两种控制方式各有不同，开环控制系统中控制设备和被控制对象只能同一个方向进行，这种控制方式较为简单，并且很好控制，但是却容易受到干扰，开环控制系统的准确度较低;而闭环控制系统也能够按照统一方向进行运作，而且能够将被控制对象实施的全过程显现出来。所以两种控制方式有利有弊。

4电气自动化及其电气自动化的控制系统的操作方法

4．1电气自动化及其电气自动化的控制系统的集中控制

电气化系统的集中控制的方法，是将电气化系统中所有的系统进行合并监控，由于内部系统较多，会造成在集中控制时整个运作速度的降低，而且如果集中控制所有的电气设备，会让主机的运作效率大大降低，如果自作主张增加电缆数量，会造成成本增加，并对其他电缆有可能造成不必要的影响，让整个电气自动化系统混乱，缺乏安全性能。

4．2电气自动化及其电气自动化的控制系统的总线控制

电气自动化的总线控制的方式会将电气自动化系统的效率大幅度提高，并且系统对每个电气设备的监控都很具体，这就需要在进行线路设计的时候掌控好电线的间隔，对整个系统进行合理地规划。总线控制系统能够让不同的操作系统实现各自单独的运行，使得电气设备的运行具有针对性。这种控制方法能够对旧式的电气建设有所改善，让传统的较为复杂的电气设备变得非常简单，能够随时监控到设备的状态，方便现场的工作人员对其有效地施工修理，减少电缆的损害，间接性降低电气设备的修理成本。电气自动化的相关人员必须保证每个电气设备能够独立完成工作，并且各个设备又能很好地合作运行，确保整个电气系统的正常工作和运行，有效控制整个电气系统的安全，这样即使其中的一个电气设备换掉，也不会影响其他工序的正常运行，整个系统还是处于相对完整的状态。现场总线控制的方法无疑是个有效的监控方式。

4．3电气自动化及其电气自动化的控制系统的远程控制

电气自动化的远程监控，能够在一定程度上对电气设备的数据进行监控，并进行收集整理，促进电气自动化的整个系统更加安全和稳定。远程监控能够有效减少监控的成本，使材料的成本大大降低。但是运程监控使得线路的传送速度很低，所以远程控制只适合比较小的电气化控制系统，对于较大的电气化系统则不能有效进行控制。

5电气自动化及其电气自动化的控制系统的应用

5．1智能化的应用

电气自动化的有效实施能够使得智能化科学有效运行，智能化的应用能够让电气设备在出现故障时及时发现，避免造成整个系统的瘫痪，提升了整个电气化系统的使用寿命，保障电气化设备的有效运行，并让整体的云慈宁宫速度大大提升。

5．2分散测控系统自动化的应用

分散测控就是将整个电气自动化系统进行分层管控，在进行分层以后，能够让整个电气设备的受热区域得到有效控制，确保出现故障时整个系统的稳定性。并且分散控制能够对整个系统进行有效控制数据，合理分配设备的数量，进一步优化系统的工作程序。

5．3发电机保护的应用

如果要对整个电气自动化的系统进行有效查询，就要保证汽轮发电机的质量和安全，只有汽轮发电机质量好，才能对整个系统仪器进行有效的调节控制，消除系统中出现的各项问题，对系统可能出现的安全问题进行规避。保护汽轮发电机，需要从偏信度、转速等等很多方面进行保护，确保整个机组的安全性能。

6结语

自动化控制系统篇7

【关键词】自动化仪表 控制系统 应用

1 自动化仪表控制系统技术的应用优势分析

1.1 超强的存储能力

在传统的仪表控制系统中，工作人员需要在不同时期记录数字，通过记录反映仪表的运行状态变化。尽管在仪表控制系统中采用了组合的逻辑电路和时序电路，但是却只能实现某一时刻的记录，工作人员仍需定期监控仪表的运行数据。这样一来，不仅增加了工作人员的工作量，而且还会造成数据记录不完整，难以通过记录真实反映设备和管道内气压、温度等参数的变化。而在自动化仪表控制系统中，能够实现对数据的实时监控，在后台中央处理器中存入每一阶段的运行数据，根据监控需要归档和输出不同阶段的数据，用于后期分析处理，为设备管理提供可靠依据。

1.2 强大的计算与数据处理能力

自动化仪表控制系统内嵌入了微型计算机，能够提升控制系统的计算与数据处理能力，实现控制系统的数字化管理。与传统的控制系统相比，自动化仪表控制系统可精确记录数据，通过对数据进行图像处理，将某一时刻的数据变化通过图像直观地展现出来，在图像上分析设备运行状况。自动化仪表控制系统完善了数据搜集、处理、分析功能，有利于提高设备维护与管理效率。

1.3 良好的可扩展性

与传统控制系统相比，自动化仪表控制系统将软件程序替代了复杂的硬件处理器，可实现数字化管理，其本身具备较强的可拓展性，不需要在系统外部增加硬件设备提升系统性能，而只需在系统内部安装相应软件或进行软件升级，扩展系统的应用功能，就能达到提升系统性能的目的。此外，自动化仪表控制系统还可提供可视化操作，使程序设计更加简化，软件升级更加便捷，无需重复编程和更改电路，这样有利于根据设备的具体状况，在后期维护管理中有计划地拓展系统功能。

2 自动化仪表控制系统技术的应用与发展

2.1 控制系统的应用

2.1.1 传感技术的应用

在自动化仪表控制系统中，要应用先进的传感器技术，提高自动化仪表控制系统的响应速度。传感器能够在仪表控制系统的传统调节模式中，依靠计算机技术有效调节非线性、前馈和后滞等内容，进而解决自动化仪表多回路的问题。在选用传感器材料时，为保证传感器拥有良好的性能，具备强大的实用功能，要选用先进材料和设备制造传感器。通过应用新型的传感器，进而为实现自动化仪表控制系统的集成化操作提供技术支撑。

2.1.2 智能化调节器的应用

微处理器是自动化仪表控制系统调节器的主要组成部分，近年来随着微处理器技术的快速发展，使得仪表的调节器向智能化的方向演进。在自动化仪表控制系统中，一般均采用数字化管理模式，为促使系统调节器更加智能化，要不断强化系统的运算功能和数字处理能力，实现几种编制信号的同时输入，提高自动化仪表控制系统的运行效率和监控能力。为此，在自动化仪表控制系统中，有必要应用智能化调节器，促使系统操作更加便捷，能够自动调节系统运行，增强系统对运行环境的适应性，从而提升自动化仪表控制系统的性能。

2.1.3 可编程控制器的应用

自动化仪表控制系统的高度集成化是其发展的重要方向，为此在该系统中要应用可编程控制器，实现软件与硬件的集成，并将部分结构复杂的逻辑电路硬件替换为软件。由于硬件更换不仅操作复杂，并且还会增加成本支出，而通过对软件进行编程，能够避免硬件更换带来的麻烦，对硬件复杂的控制予以优化，提升自动化仪表控制系统的性能。尤其在自动化仪表改良方面，应用可编程控制器能够实现软件升级，拓展仪表中的功能，使其满足设备管理与监控需要，有利于提高数据测量的精确度。

2.2 发展趋势

2.2.1 DCS系统的发展

DCS即分布式控制系统，该系统是在集中式控制系统的基础上发展起来的。DCS系统作为当前最为先进的控制系统，其枢纽系统是由过程控制级和监控级组成的通信网络，与4C技术相结合而构成的系统。

2.2.2 开放性系统的发展

随着科学技术的发展，仪器、仪表与计算机技术的联系将更加紧密，将计算机接入口设置在仪器仪表的接入口上，可通过USB接口将测量得出的结果存储到移动设备中。在仪表中设置齐全的接口，保证控制仪、执行器等硬件设备顺利连接，通过利用计算机控制系统，实现控制设施与智能化测量的有效集成，促进仪表控制系统更加开放化。

2.2.3 网络化控制系统的发展

当前，信息网络技术被广泛应用于工业领域，这为建立以网络体系为中心的自动化仪表控制系统提供了技术支撑。这种控制系统通过与网络建立起连接，并利用数字化通信技术，能够推动控制系统向智能化方向发展，

3 结论

综上所述，为了确保自动化仪表的运行稳定性，需要为其配备相应的控制系统，本文在简要阐述自动化仪表控制系统应用优势的基础上，对控制系统在自动化仪表中的应用与发展趋势进行了论述。未来一段时期，应当重点加大对自动化仪表控制系统技术的研究力度，除了对现有的系统进行改进和完善之外，还应开发新的控制系统，从而更好地为自动化仪表的运行服务。

参考文献

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作者单位

自动化控制系统篇8

一、电气自动化控制系统概述

电气自动化控制系统，是指以计算机技术为基础，便于集成和控制的电气系统，它是电气工程与自动化的简称。

1.电气自动化控制系统特点

1.1电气自动化控制系统功能较为整体化，电气自动化控制系统操作量较小，信息采集量远远小于其他控制系统，操作频率较低。电气自动化控制系统控制较为准确，整体控制速度较快，控制效果较好。

1.2电气自动化控制系统功能可靠性较强，系统反应时间较短，操作较快，控制效果非常显著。在进行电气自动化控制系统控制的过程中电气自动化控制系统需要较高的抗干扰性。

1.3电气自动化控制系统控制时多采取顺序控制及数据系统采集控制，整体保护较多，控制效果较强。除此之外，电气自动化控制系统控制的联锁保护效果非常好。

2.电气自动化控制系统功能

在进行电气自动化控制系统功能的过程中，电气自动化控制系统功能主要实现：

（1）对LPS系统与直流系统进行全面监督，对出现的问题及时进行反应；

（2）对发电厂厂高变保护，对发电机的常用变压器、励磁变压器进行全面保护；

（3）通过电气自动化控制系统功能可以有效完成自动同期并网和手动同期并网220kV/500kV开关系统；

（4）对柴油发电机组及保安电源进行操控；

（5）对高压启、备变压器设备进行操控；

（6）对低压厂用电源的操控，对电源变化进行动态监督管理，对低压备自投装置进行全面控制；

（7）对高压厂用电源的操控，对电源变化进行动态监督管理，对厂用电压快切装置状态的投退及手动启动进行全面控制；

（8）实现对发电机的励磁系统操控，完成控制方式切换和电力系统稳定器的投退等。

二、监控方式

1.集中监控

集中监控方式主要在于运行维护便捷，系统设计容易，控制站的防护要求不高。但是基于此方法的特点是将系统各个功能集中到一个处理器进行处理，处理任务繁重致使处理速度受到影响。此外电气设备全部进入监控，会随着监控对象的大量增加导致主机冗余的下降，电缆数量增加，成本加大，长距离电缆引入的干扰也会影响到系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作，这种接线的二次接线复杂，查线不方便，增加了维护量，并存在因为查线或传动过程中由于接线复杂造成误操作的可能。

2.现场总线监控

当前智能化电气设备有了较快的发展，计算机网络技术已经普遍应用在变电站综合自动化系统中，我们也积累了丰富的运行经验。这些都为网络控制系统应用于电力企业电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控使得系统设计更有针对性，对于不同的间隔可以拥有不同的功能，可以根据实际的间隔情况进行设计，也具备远程监控方式的全部优点。此外，采用这种方式还可减少大量的隔离设备、端子柜、I/O卡件、模拟量变送器等，而且设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，降低成本和安装维护工作量。另外，各装置的功能相对独立并通过网络连接，网络组态灵活，是整个系统的可靠性大大提高，任何装置故障仅影响相应的原件，不会导致整个系统瘫痪。

3.远程监控

远程方式具有节约材料、节省安装费用、可靠性高、组态灵活等优点，但由于各种现场总线的通讯速度不够高，而电厂等电气部分通讯量相对比较大，所以这种方式适合于小系统监控，而不适用于大范围的电气自动化系统的构建。

三、电气和自动化在工程实践中的融合

1.由于高低压变配电系统设备中具有嵌入式控制装置，用电设备就地控制设备中具有PLC控制器和现场总线技术的应用，电气和自动化的交融、一体化在电气与自动化工程实践活动的合二为一。

2.根据用电设备和工艺控制要求进行高低压变配电系统、用电设备的一次电气设计。

3.根据供电方条件、要求和用电设备要求和特点，进行高低压变配电系统二次计量、保护、控制的控制流程框图设计。

4.根据工艺控制要求和自动控制要求，进行配电系统末端用电设备的就地控制装置的控制流程框图设计。

5.根据工艺控制要求进行仪表、执行器和操作管理站等系统的控制流程框图设计。

6.在操作管理站上通过组态软件的平台，按电气、自动化系统的控制流程框图内容实现电气和自动化系统的功能。软件的接口标准协议趋于统一，可以进行在线、离线或远程状况下的组态编程。

7.进行现场设备和网络系统的安装、电缆敷设设计。

四、电气自动化控制系统的应用

电气自动化控制系统的应用相当广泛，以电力系统为例，分析电气自动化控制系统的应用情况。

1.计算机处理系统和数据采集。其主要功能包括参数输入、参数显示、性能计算、报表打印、异常报警、事故序列记录、历史数据追忆等。

2.汽机电液调节系统。我国早期汽机控制使用液压控制系统，到了20世纪80年代，因为控制设备、电气元件以及电液转换器可靠性的提升，而且使用高压抗燃油伺服机构，使得电调系统较多的为汽机配套，从而实现转速、电功率、调节级后压力三个回路控制。控制汽轮发电机组由盘车开始，依次冲转，暖机，升速，阀切换并网，带初负荷，加负荷，直到正常运行。参加电网的一次调频及接受电液的调度来改变负荷。不但保证机组安全，并且达到了在运行状态变化中，尽量延长机组寿命，以及稳态运行过程中尽量提高机组的经济性。

3.汽机旁路系统。旁路控制系统的组成包括高低压旁路压力调节和高低压旁路温度调节系统，旁路阀门执行器可以依据系统在运行时候力矩及速度的要求来选择电动或是电液执行器。

4.汽机监视保护表。汽机需在机组的启动、运行及停机过程里使用保护仪表监视机械工作状况，避免发生事故。自20世纪80年代起，我国生产的汽轮发电机组的单机容量增加，必须开发相应机械参数的监视保护仪表，其中包括转速、轴向位移、轴承盖振动、轴振动、偏心度、汽缸热膨胀等整套的装置，从而使得机组连锁保护系统有准确的保护监视信号。

5.机、炉协调系统。协调控制系统作为火电站主控系统意义重大。其主要任务是控制机组的各项输入和输出之间的能量平衡以及质量平衡，并且不断对运行过程中的内、外干扰行进消除，以满足电网对于机组负荷的需求，使得机组稳定运行，其主要功能是接受电网负荷调度，参与调频和调峰，控制汽机、锅炉间的能量输入输出平衡，协调锅炉内诸如送风、燃料、引风、给水等子系统的控制动作，协调辅机设备实际能力和机组出力等。

五、电气自动化控制系统的未来发展趋势

伴随着科学技术水平的不断提高，相信电气自动化控制系统也会产生日新月异的变化，将会朝着更加智能化、一体化、信息化和创新化的方向发展。

1. 智能化的发展趋势

所谓电气自动化控制系统的智能化，就是指其在性能、功能和反应等方面都会得到进一步的提高和完善，能够主动的对外界的指令做出判断与回应，使对电气产品的使用更加简单、方便和快速。这不仅能够减少很多的人力和物力，对于降低生产的成本也会产生重要的作用，并且能够为消费者提供更多的便利。除此之外，科学技术水平的进一步发展和科技手段的改革，还会进一步促进电气自动化控制系统朝着智能化的方向发展。

2.一体化的发展趋势

实现电气自动化控制系统的一体化对于我国电气事业的发展能够产生至关重要的作用，在电气产品的设计、生产、使用、维护等方面都是必要性的发展趋势，这是供电企业对生产成本进行有效控制，提高企业的经济效益和市场竞争能力的重要途径，也是电力事业不断增强其在国民经济发展中的地位的有效举措。另外，在整个电气自动化控制系统的发展历程中，实现其自身的一体化始终都是一个重要的发展目标和发展趋势。

3.信息化的发展趋势

当今社会是一个网络化的时代，信息技术在促进社会联系和沟通方面是必不可少的技术。而电气自动化控制系统的信息化，是指系统自身就能够完成对信息的收集、分析和处理，是电气自动化控制系统的智能化和一体化的集中表现形式，实现系统的信息化能够很大程度的减少人力物力的投入，采用计算机技术进行数据的分析和处理，可以有效的减少信息处理过程中的错误概率，使系统的运行更加精准和方便。

4.创新化的发展趋势

科技的发展都会经历起步、成熟、完善和创新的过程，自电气自动化控制系统产生以来，我国已经取得了巨大的技术进步，并且正处于更加成熟和完善的阶段，相信在更加高科技水平的刺激和作用下，我国的电气自动化控制系统将会逐渐朝着创新化的趋势发展，不论是在技术，还是在设备方面都会得到创新和发展。

六、结束语

总之，电气自动化控制系统在促进我国电气事业的发展方面具有至关重要的地位，在社会生产生活的方方面面都发挥着巨大的影响，并且被应用到各个领域之中。相信在不久的将来，电气自动化控制系统将会朝着更加智能化、一体化、信息化和创新化的方向发展。

参考文献

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