自动调节系统

自动调节系统（精选12篇）

自动调节系统 篇1

1 系统构成

系统硬件部分由焦炉主控室的计算机工作站IPC610 (内装PCL-812板和PCL-727板) 、输出端子箱 (内装研华DAT-7680型端子板) 、仪表控制柜、采集仪表、阀门组成如图1所示。PCL-812板有16个AI通道, 负责采集4~20m A模拟量信号;PCL-727板有12个DO通道, 通过电缆连接输出端子箱中的研华DAT-7680型端子板, 负责输出0~5V控制信号;研华IPC-610工控微机负责数据的实时显示, 报表的生成、存储、打印。系统以Windows为平台, 以Delphi6为程序设计平台。为适应信息共享需求, 预留了数据发布接口。考虑到今后的系统扩充, 在设计时留有一定的余量。

2 系统特点及要求

焦化焦炉控制系统是一个集计算机、仪表、电气为一体的自动化控制系统, 主要由两部分结构组成, 即计算机控制部分和仪表电气执行部分。这种架构的优点是功能分散、安全可靠, 即使计算机控制系统发生故障, 也可以转由仪表电气部分实施手动控制, 不会影响焦炉的安全正常运行。监控部分集中在计算机上, 焦炉各系统的运行情况一目了然, 实时性强, 能够及时处理问题, 减少人工操作所造成的失误。系统要求:

(1) 实现对焦炉11个温度点、14个压力点、3个流量点的测量, 并对其中的7个点进行控制;监测和控制的工艺点需留10%左右的余量。

(2) 能够直观地显示各个工艺参数的状态, 实时显示各点实时数值和控制点阀门的开关度;要求数据采集的时延尽量小, 这需要根据监控点的多少决定合适的策略和较好的算法, 刷新间隔最好设置为1s。

(3) 画面的数据必须充分反映出工艺的状态, 即保证数据的完整性, 关键的监控数据必须一目了然;画面的转换要快捷, 画面之间的联系要直接, 尽量从操作者的角度去设计。

(4) 各工艺参数均要有相应的趋势画面, 如实时曲线、历史曲线、棒状图、折线图等;鉴于工业控制的特点, 要能在画面上直观地看出工艺参数的趋势走向, 便于进行分析, 如PID参数的调整和工作性能的判断几乎就是完全根据趋势画面来进行的。

(5) 要求PID控制参数能够平稳有效地调节焦炉生产, 保护炉体设备。

(6) 要求对主要的工艺参数点进行报警监控, 可预设报警值并进行延时判断以防止误报, 可防止人为疏忽造成故障漏报影响生产安全。报警可通过声音提示、弹出对话框、语句指示、颜色改变等来进行提示。

(7) 监控程序要24h不间断地长期运行, 不能因资源耗尽而造成死机故障。比如在工艺画面中有大量的文本数据要显示, 建议使用Label控件, 尽量不要使用Textbox控件, 因为后者占用更多的资源。

(8) 要求能够进行参数设置, 报表打印, 显示并保存报警提示、流量累计报表、日报表等;从企业管理的角度出发, 要有历史数据库, 存放一定时间范围内的历史数据, 并具备信息发布接口。

3 功能组织

根据工艺及生产操作需求, 在设计中制定了相应的功能模块:

(1) 数据采集模块:通过PCL-812板的采集驱动程序“inport.dll”, 实现4~20m A信号的数据采集处理。程序为:

function inport (aport, channel:word) :double;stdcall;external'inport.dll';

(2) PID控制模块:根据PID算法, 设定好PID参数, 利用所采集的实时数据, 通过PCL-727板输出DO信号, 控制阀门的开关度, 实现自动控制炉压、流量的功能。算法公式:

式中, △u (k T) 为增量输出;T为采样周期;Kp为比例系数, Ki为积分系数, Kd为微分系数。

设计PID调节回路如图2所示。PID算法程序为:

(3) 实时显示模块:数据实时显示刷新间隔为1s, 操作人员可以实时掌握焦炉炉况。

(4) 数据存储模块:采用“年-月-日-炉号.DB”的存储模式, 按年月日、炉号分类存储数据, 便于数据的整理、查询、存放。

(5) 报表模块:对数据存储模块的存储数据进行整理, 采用已规范的报表模式, 自动输出打印。

(6) 趋势模块:按分钟存储采样数据, 使用Delphi的DBChart控件, 生成历史曲线和实时曲线两种趋势画面。历史曲线能够反映焦炉各时刻的生产运行情况, 帮助生产技术人员分析炉况、查找设备隐患;实时曲线可作为生产技术人员整定PID参数的技术依据, 还可为生产监控人员及时提供炉况。为了直观地反映出数据的采集状态, 编制采样过程程序为:

(7) 其他模块:实现报警处理、量程设置、数据浏览等功能。

4 窗体设计

监控画面如图3所示。考虑到生产现场监控的需要, 窗体布局由7个画面组成, 画面切换非常简单。其中3个工艺画面引用了工艺流程图, 在其上集中设置了实时显示、报警、参数整定、手调等多项功能。整个监控画面布局合理, 直观易懂, 便于操作人员日常使用, 发生故障时, 生产技术人员能在同一界面上灵活使用各种监测功能, 便于维护管理。

5 应用效益

系统的调研、设计、开发、实施仅3个月。该系统技术上可行并实现了工艺控制的突破性创新, 实施难度不大, 符合当时的设备工艺和技术条件, 投资少, 可靠性高。系统能够24×7h稳定地高效运行, PID控制算法及其参数配置精确有效, 阀门控制精度、响应度高, 无死机、丢数据、控制失控等现象。

该系统的投运改变了焦炉的旧有生产管理模式, 已安全、平稳、有效地运转了4年, 没有大的系统故障发生。年节约煤气700000m3, 年增产焦炭730t, 已延长炉体使用寿命4年, 每年减少设备检修维护费用6万元, 并大大降低了操作人员的工作强度。

参考文献

[1]何克忠, 郝忠恕.计算机控制系统分析与设计[M].北京:清华大学出版社,

[2]于常友.工业自动化技术[M].北京:电子工业出版社, 2002

[3]张玉明.计算机控制系统[M].北京:中国电力出版社, 2000

自动调节系统 篇2

夏天到了!人们都提前去买电风扇，空调做准备，我看到这样的情景，心想：这么多人开着电扇和空调，那不是要花很多钱交电费了吗?而且地球上现在能源这么少，电费不是很浪费吗?于是，我决定发明一件能自动调节温度的衣服，要是人们有了这样的衣服，那可以节省下多少资源啊。

这件衣服上有两个按钮，一个是红色的一个是蓝色的。红色代表加热，蓝色代表制冷。到了夏天，人们穿上这件衣服，按下红色的按钮，这件衣服就会自动的制冷，当温度到了人们觉得凉爽时，它就会一直保持着。到了冬天，因为它在夏天的时候已经吸收了很多阳光的温暖，那么到了冬天它就会释放出热量，给人们带来温暖，我们再也不用穿的像粽子一样了。

自动调节风速的电风扇 篇3

为此，本文提出一个“根据温度自动调节风速的电风扇”创意方案，该电风扇结构简单、使用方便。它的工作原理与传统电风扇基本相同，但无需手动调节，可根据环境温度自动调节风速。若温度较高时，控制风扇在高档工作；温度降低后，风扇在较低档工作；当低于一定的温度或无人时，风扇自动关闭。

传统电风扇主要由扇头、风叶、网罩和控制装置等组成。扇头包括电动机、前后端盖和摇头送风机构等。

它的主要部件是交流电动机，工作原理是：通电线圈在磁场中受力转动，将电能转化为机械能。控制电风扇转速的方法有很多，最直接的是改变提供给风扇的电压。

我对传统电风扇进行了改进，通过增加温度传感器实现风速的自动调节，通过人体红外检测装置来判断是否有人，改进后的电风扇控制系统原理如图1所示。

系统主要包括环境温度检测模块、人体红外检测模块、电机转速控制模块等。系统的基本工作原理是：控制器获取环境温度检测模块和人体红外检测模块的检测信号，判断周围是否有人和环境温度所属范围。若有人，控制器根据检测到的环境温度，输出信号给电机控制模块，使电机输出不同级别的风力，同时将计时时间清零，并在液晶显示屏上显示当前温度。若无人，控制器启动定时中断并重新开始计时，当计时到设定时间，则关闭电风扇。

“一机多库”制冷系统的自动调节 篇4

制冷系统是一个严密的封闭系统, 制冷剂在系统中的运行情况是通过各测点的温度、压力等热工参数来反映的。为了使整个制冷装置能正常运行, 并达到所要求的指标, 需对温度、压力、流量等一些热工参数进行自动控制和调节, 使制冷装置能根据外界条件的变化自动调整制冷工况, 保证与所需负荷匹配, 提高装置变工况运行的经济性, 同时保证装置安全运行, 防止事故发生[1]。

随着国民经济的不断发展, 市场对冷库的要求也显示出多样化。以一台压缩机同时负荷两个或两个以上不同蒸发温度的小型冷库 (简称为“一机多库”) , 因其投资小, 配置灵活, 见效快, 在人们的生产、生活中被广泛关注和使用。但由于自动调节系统较复杂, 所以实际应用中需处理的问题较多。为了便于分析和解决“一机多库”制冷系统的温度调节、压力调节和安全保护三方面问题, 本文对该系统自动调节问题进行了分析, 为经济、合理、安全地使用系统给予技术支持。

1、自动调节系统的组成

自动调节系统一般是由调节对象、测量元件、调节器和执行器组成的, 如图1所示[2]。工作时, 先由测量元件检测出被调参数对给定值的偏差, 根据偏差的性质及大小, 由调节器发出相应的信号, 指令执行器动作, 使被调参数保持在给定值的变化范围内。在冷库制冷系统的自动调节中, 常把测量元件、调节器、执行器三者做成一体, 简化成一只直接作用式自动调节器。

2、“一机多库”制冷系统原理

图2是以氟利昂为工质的“一机多库”制冷系统原理图。该系统共备二台压缩机, 正常情况下, 一台工作, 另一台备用 (图中略) , 冷库共分三个库:低温库 (肉库-10±1℃) 、中温库 (菜库4±1℃) 、高温库 (饮料库9±1℃) , 各库之间采用并联形式。

当系统正常工作时, 由蒸发器出来的低温低压制冷剂气体进入压缩机, 经压缩机压缩后, 成为高温高压的过热蒸汽, 通过油分离器进入冷凝器, 与冷却水进行热交换, 冷却冷凝成常温高压的饱和液体进入贮液器, 制冷剂经干燥过滤器过滤后, 分三路通过各库的供液电磁阀, 经热力膨胀阀节流降压成为低温低压的湿饱和蒸汽, 分别进入三个蒸发温度不同的蒸发器, 在蒸发器内吸热汽化, 成为低温低压的制冷剂气体, 再次被压缩机吸回, 如此不断循环, 实现制冷。

3、“一机多库”制冷系统的自动调节

上述“一机多库”自动调节系统控制电路如图3所示。整个制冷系统的自动调节主要包括温度调节、压力调节和安全保护三个方面, 由多个单参数自动控制系统组合而成[3]。

3.1 温度调节。

用热力膨胀阀8、温度控制器7、电磁阀6及低压控制器13四个调节元件来控制各库房的温度。

(1) 热力膨胀阀8一方面使制冷剂节流、降压、降温, 另一方面通过感温包感受蒸发器出口制冷剂蒸汽过热度的变化, 自动调节膨胀阀的开启度, 使进入蒸发器的制冷剂流量与蒸发器热负荷相匹配。

(2) 温度控制器7与电磁阀6联合作用对库温进行控制。当合上压缩机开关K时, 制冷系统就处于自动工作状态, 各冷库温度控制器根据各库的实际库温控制各自电磁阀的启闭。当低温库的库温高于设定值上限时, 温度控制器WT1触点闭合, 电磁阀DF1线圈通电, 电磁阀开启, 此时热力膨胀阀8也因库温升高而开启, 故制冷剂进入低温库蒸发器制冷降温;同时, 中间继电器KA1线圈通电, KA1常开主触点和辅助触点闭合, 低温库风机LM1启动;绿色指示灯亮;冷却水泵接触器KM1线圈通电, 水泵SM启动工作。当库温下降到设定值下限时, 温度控制器WT1触点断开, 电磁阀DF1线圈失电, 电磁阀关闭, 停止向低温库蒸发器供液, 库房温度回升。从图中可见, 冷却水泵同时受三个冷库温度控制器和压缩机控制, 只要它们之中任意一个处于接通状态 (即KA1～KA3及KM2触点接通) 水泵就投入工作, 只有三个冷库和压缩机全部停止工作时, 水泵才停止工作。

(3) 随着制冷系统的工作, 各库温度都逐渐下降, 当一个冷库达到温度设定值下限时, 这个冷库的温度控制器就切断该库房供液电磁阀;当三个冷库温度都达到设定值下限时, 三个电磁阀全被切断, 全部停止向库房蒸发器供液, 此时, 由于压缩机仍在运转, 因此低压压力下降, 当其达到低压断开值时, 低压控制器YL1触点断开, 造成中间继电器K A 5线圈断电, 常闭触点KA5闭合, 中间继电器KA6线圈通电, 常闭触点KA6断开, 压缩机接触器KM2线圈断电, 使压缩机停机, 若某一冷库温度回升, 超过规定温度值, 则动作过程与上面相反, 压缩机马上投入工作。可见该系统通过以上四个调节元件的工作, 可以把各冷库温度控制在所需范围内。

3.2 压力调节。

用蒸发压力调节阀11、旁通调节阀12、水量调节阀17和低压控制器13这四个元件来控制各种压力。

(1) 在“一机多库”系统中, 压缩机运行时吸气压力是按低温库的蒸发温度设定的。为了实现三个库房的蒸发器能处于不同的蒸发温度下工作, 在高温库和中温库蒸发器的出口处安装上蒸发压力调节阀, 使阀前压力保持各自所需的蒸发压力, 经阀节流后, 阀后压力与吸气压力相同, 从而保证了高、中、低温三个冷库的蒸发器能在各自所需的蒸发压力下工作。

(2) 当三个冷库内只剩下一个冷库未达到规定温度值, 而吸气压力降低到某一给定值时, 旁通调节阀12自动打开, 让一部分高压冷剂蒸汽直接进入吸气管, 使吸气压力保持在给定值以上, 避免了压缩机出现不该有的频繁启停现象。

(3) 在冷却水进水管路上安装水量调节阀17, 阀的上部有连通管接冷凝器, 用以感受冷凝压力的变化。当冷凝压力升高时, 水量调节阀的阀门开大, 冷却水量增多, 使冷凝压力降低, 回复到给定值范围;反之, 当冷凝压力下降时, 则阀门关小, 冷却水量减少, 使冷凝压力回升到给定值范围内, 从而将冷凝压力控制在一个比较稳定的工作范围内。

(4) 低压控制器13控制吸气压力。当三个冷库都达到规定值温度时, 一旦吸气压力降至低压给定值时, 低压控制器13的触点YL1马上断开, 切断压缩机电动机电源, 使压缩机立即停机。

3.3 安全保护。

用高压控制器14、安全阀18、油压差控制器15、注液阀16、止回阀10来实现多方面的安全保护。

(1) 高压控制器14控制排气压力。当排气压力超过高压给定值时, 高压控制器YL2触点断开, 中间继电器KA4线圈断电, 常闭触点KA4闭合, 使中间继电器KA6线圈通电, 常闭触点KA6断开, 导致压缩机接触器KM2失电, 压缩机停机, 同时发出声光报警 (红色指示灯亮, 报警器响) 。

(2) 当高压控制器14失灵或压缩机在不工作的情况下, 由于失火或其他原因引起冷凝压力剧增而超过允许值时, 安全阀18自动开启, 将系统中的高压制冷剂应急释放至室外, 防止爆炸事故的发生。

(3) 用油压差控制器15来保护油压。当油压小于给定值时, 油压差控制器YC触点断开, 同样可以使压缩机停机。

(4) 在吸气管和高压液管之间安装注液阀16, 实现排气温度保护。当排气温度超过允许值时, 注液阀16开启, 一部分液体冷剂经节流阀节流而进入吸气管, 使吸气温度降低, 从而达到降低排气温度的目的。

(5) 在低温库蒸发器出口管路上安装止回阀10, 以防止高、中温库热负荷增加时, 冷剂蒸汽倒流进入低温库蒸发器, 引起低温库的库温波动。

4 结语

“一机多库”制冷系统主要设置了温度调节、压力调节和安全保护控制。应用热力膨胀阀、温度控制器、电磁阀、低压控制器可以把各冷库温度控制在所需范围内;用蒸发压力调节阀、旁通调节阀、水量调节阀和低压控制器可以实现各种压力控制;用高压控制器、安全阀、油压差控制器、注液阀、止回阀可以实现系统多方面的安全保护。

上述系统是以一台压缩机同时负荷蒸发温度不同的三个冷库, 根据工艺要求也可以负荷蒸发温度不同的四个库、五个库, 其自动调节系统控制原理相同, 且整个系统并不大, 投资小, 配置灵活, 见效快, 有利于满足市场对冷库多样化的需求。

摘要：本文以一台压缩机同时负荷三个不同蒸发温度的小型冷库系统为例, 介绍了“一机多库”制冷系统的自动调节功能, 分析了该系统的温度调节、压力调节和安全保护自动调节作用, 为“一机多库”自动调节系统应用给予技术支持。

关键词：一机多库,温度调节,压力调节,安全保护

参考文献

[1]邬振耀, 徐德胜, 孙兆礼, 朱寅生.制冷与空调[M].上海:交通大学出版社.1991.8

[2]单翠霞.制冷与空调自动控制[M].北京:中国商业出版社.2003.9

变电站内电压无功自动调节和控制 篇5

变电站内电压无功自动调节和控制，是通过站内智能设备实时采集电网各类模拟量和状态量参数，采用计算机自动控制技术、通信技术和数字信号处理技术，对电力系统电压、潮流状态的实时监测和估算预测实现自动调节主变压器分接头开关和投切补偿电容器，使变电站的母线电压和无功补偿满足电力系统安全运行和经济运行的需要。提高变电站电压合格率并降低网损，减轻值班人员劳动强度。基本原理

1.1 变电站运行方式的变化对电压无功控制策略的影响 1.1.1 变电站运行方式的识别

(1)完全分列运行。变电站高、中、低压侧母线均分开运行。

(2)分列运行。变电站高、中、低压侧任一侧母线并列运行，其他母线分开运行。

(3)并列运行。变电站高、中、低压侧任两侧母线并列运行。信息请登陆:输配电设备网

1.1.2 不同运行方式下的电压无功控制策略

(1)完全分列运行。各台变压器分接头可以在不同档位运行。各低压母线段电容器组分别进行循环投切。此时控制电压及无功定值各自分别选定，有功、无功功率为各自主变压器高压侧的有功、无功功率。

(2)分列运行。各台变压器分接头可以在不同档位运行。变电站的有功、无功功率为各主变压器高压侧的有功、无功功率之和，所有电容器组应统一考虑进行循环投切，但需考虑每段母线电容器组的均衡投切。变压器分接头调节可以根据各变压器的电压目标进行分别控制。

(3)并列运行。各台变压器分接头必须在相同档位运行。变电站的有功、无功功率为各主变压器高压侧的有功、无功功率之和，所有电容器组应统一考虑进行循环投切，但需考虑每段母线电容器组的均衡投切。并列运行时，并列母线的电压应选定一个电压值作为控制电压，并列主变压器的调整方式为联动调整，处于越限状态的主变压器作为主调，另一台主变压器作为从调，主调主变压器分接头成功动作后，再控制从调主变压器；若主调主变压器分接头动作未成功，将自动闭锁对从调主变压器的调节，并将主调主变压器分接头回调。

1.1.3 电压无功控制策略的优化

(1)要考虑电容器组投切对变电站高压母线电压的影响，投入电容器组使母线电压升高，切除电容器组使母线电压降低。尽可能多利用电容器组投切控制，少进行变压器分接头调节来达到较好的控制效果。信息来自:输配电设备网

(2)电压无功控制策略的选择应避免进入循环振荡调节，即在不同区域由于采取不适合的调节控制策略而导致在两个不合格区域内振荡调节，对系统产生较大的影响同时对变电站内有载调压分接头和电容器组的频繁升降和投切造成设备损坏。

1.2 变电站电压无功控制的闭锁条件及要求

所谓电压无功控制的闭锁，是指VQC装臵在变电站或系统异常情况下，能及时停止自动调节。如果没有完善的闭锁或闭锁响应时间达不到运行要求，将会对变电站的安全运行带来严重威胁。

1.2.1 VQC闭锁条件

闭锁条件和要求要全面，VQC闭锁需考虑以下几个方面：①继电保护动作（包括主变压器保护及电容器保护动作）；②系统电压异常（过高或过低）；③变压器过载；④电压断线；⑤电容器开关或主变压器分接头开关拒动；⑥电容器开关或主变压器分接头开关动作次数达到最大限值；⑦主变压器并列运行时的错档；⑧主变压器分接头开关的滑档；⑨主变压器、电容器检修或冷备用时的闭锁；⑩外部开关量闭锁分接头调节或电容器组投切。

1.2.2 闭锁响应时间的要求

对于VQC闭锁的要求，各个不同的闭锁量响应时间要求不一样，如保护动作、主变压器开关滑档、TV断线、外部开关量闭锁、系统电压异常等闭锁要求快速响应。针对某些VQC的实现方式需要考虑VQC闭锁的实时性问题，远方调节控制必须实现就地闭锁才能保证变电站电压无功控制的安全性。信息请登陆:输配电设备网

1.3 系统对变电站电压无功控制的约束条件

（1）系统在事故情况下或运行方式发生大的改变时应可靠闭锁变电站的电压无功控制功能。

（2）变压器高压侧电压越限超过闭锁定值时应可靠闭锁变电站的电压无功控制功能。

（3）变压器高压侧电压越限但未超过闭锁定值时，应调整VQC控制策略以免使系统运行状况进一步恶化。电压无功控制的实现方法

目前电力系统内变电站常用的电压无功控制的实现方法有3种：独立的VQC装臵，基于站内通信实现的软件控制模式，基于调度系统和集控站的区域控制模式。

2.1 独立的VQC装臵

变电站内装设独立的VQC装臵目前是电力系统中实现电压无功控制的一种主要方式，它采用自身的交流采样和输入输出控制系统，多CPU分布式模块化的体系结构（见图1），对应于变电站内的主变压器和相应的电容器组设有独立的控制单元，另外还有一个主控单元负责管理主变压器控制单元的运行与通信。收集其采集的信息（电气参数和开关量状态），根据运行方式的变化及系统电压无功的要求选择控制策略，向主变压器控制单元发出控制命令。主控单元还负责数据统计、事件生成和打印、与上位计算机通信等工作，同时主变压器控制单元应具有瞬时反应系统各类电气参数开关量状态变化的能力，就地判别是否闭锁主控单元下达的控制命令，并实时监视和记录系统电压合格率和谐波状况。

图1 独立VQC装臵多CPU分布模块化结构原理图

2.2 基于站内通信的软件控制模式

基于站内通信的软件控制模式的结构原理见图2，其功能实现是在变电站的智能ＲＴＵ模块或后台监控系统中嵌入ＶＱＣ控制软件。通过站内通信网采集各类电气参数和开关量的状态，由控制软件模块进行综合判别，选择合适的控制策略，由站内通信网下达遥控命令至监控系统中的各单元测控装臵实现对主变压器有载调压分接开关的升降和电容器组的投切控制。

图2 软件控制模块式的结构原理图

表1 3种电压无功控制实现方式的比较 信息请登陆:输配电设备网

2.3 基于调度系统或集控站的区域控制模式

基于调度系统或集控站的区域电压无功控制模式在一些省市电力网中得到了应用，其功能实现是在调度系统或集控站的SCADA系统或EMS系统软件中设臵一个电压无功控制的高级应用软件。根据系统高级应用软件的潮流计算和状态估计得出各个变电站节点的电压和无功范围，将系统收集的各变电站的实际电气参数和开关量状态与系统安全经济运行要求的电压无功范围进行比较，给出每个变电站的控制策略，通过远动通道下达控制分接头升降及电容器投切命令。该模式由于考虑了全网的运行方式和潮流变化，并可以做到分层分级对电压无功进行优化控制，即先调节控制枢纽的节点变电站的电压无功，再调节未端变电站的电压无功，从根本上可以改变由于各个局部变电站的独立电压无功控制影响全网电压无功的优化。电压无功控制的发展方向

电力系统是一个复杂的动态关联系统，其潮流是动态变化并相互关联的。变电站内变压器分接开关在某个范围内的调整将影响无功功率的交换，进而影响电网无功潮流的分布和节点电压的变化。因此，如果某一地区因为节点电压低依靠变压器分接头向同一方向调整，将引起无功功率在该地区的大转移，造成系统无功波动，对系统电压也会造成严重影响。这也是单个变电站独立实行电压无功控制达到局部优化但影响全局的弊端。

要解决上述弊端，必须考虑全局的优化，将各个变电站点采集的电压无功数据和控制结果送至调度中心或集控站的主机，依据实时的潮流进行状态估计，确定各个变电站节点电压和无功要求，对全网的电压无功进行分层分级综合调整。

基于调度系统或集控站的区域集中控制模式是维护系统电压正常，实现无功优化综合控制，提高系统运行可靠性和经济性的最佳方案，应要求调度中心必须具有符合实际的电压和无功实时优化控制软件，各变电站有可靠的通道和智能控制执行单元。另外一个地区调度系统有几百甚至上千个变电站的运行方式、运行参数、分接头当前位臵、电容器状态以及各变电站低压侧母线的电压水平、负载情况等诸多信息均输入调度中心计算机，必然会造成电压无功控制软件复杂化和控制的实时性变得很差，因此实现分层分级和分散就地的关联控制是全网电压无功控制的发展方向。

全网电压无功控制有2层意义：①为了电网的安全稳定运行必须确保系统内各发电厂和枢纽变电站的电压稳定性。②为了电网的经济运行、降低网损，必须实现全网的无功优化和就地平衡。应该认识到电压无功控制是正常稳定运行状态下的调节控制，在事故状态下这样的调节控制反而会恶化系统的稳定，必须要闭锁。同时电压无功控制是一个全网关联的控制问题，应在考虑全网优化的前提下实现区域或变电站的局部优化。因此全网的电压无功控制是一个分层分级、分散就地的网络关联控制系统，见图3。图3 分层分级电压无功控制结构图

所谓分层分级是指全网根据调度要求进行分区分片控制，省级调度应站在全网安全稳定和经济运行的高度，调度各发电厂和枢纽变电站的电压和无功输出水平，并要求各地区调度合理调度实现就地无功平衡，控制与系统电网的无功交换。地区调度负责对区域高压变电站和集控站的控制，集控站和县级调度负责对低一级电压等级变电站的控制。系统在发生大的运行方式和潮流改变时应闭锁各级电压无功控制功能，由调度主站先控制各发电厂和高压枢纽变电站的电压无功状态，再由地区调度、县级调度或集控站控制下一级变电站或直供变电站的电压无功状态。

所谓分层分级和分散就地的关联控制是指在电力系统正常运行时，由分散安装在各个变电站的电压无功控制装臵或控制软件根据系统调度端下达的电压无功范围进行自动调控，调节控制范围和定值是从电网的安全稳定和经济运行要求出发，事先由调度中心的电压无功优化程序计算好下达给各变电站。在系统运行方式或潮流发生较大改变以及事故情况时，调度中心给各变电站发出闭锁自动控制的命令，由调度中心直接控制枢纽变电站的电压无功，待高压电网运行稳定后，由调度中心修改各下层变电站的电压无功定值范围下达至变电站，满足系统运行方式变化后的新要求。

分层分级和分散就地的关联控制优点在于：在系统正常运行时，可以由分散在各变电站的电压无功控制装臵或软件自动化执行对各受控变电站的电压无功调控，实现功能分散、责任分散、危险分散；在紧急情况下调度中心执行应急程序，闭锁下级调度或集控站以及各变电站的自动调控功能，由调度中心直接控制或下达电压无功系统参数至枢纽变电站，可以从根本上保证全网系统运行的安全性和经济性。为达到分层分级和分散就地的关联控制的目的，要求各变电站需装设执行分散就地控制任务的装臵或软件（ＶＱＣ装臵或软件），并且应具有对受控变电站状态的分析、判别和控制功能，以及较强的通信能力和手段。正常运行情况下，ＶＱＣ装臵或软件向调度报告控制结果和各类参数。同时接受上级调度下达的命令和参数，自动修改或调整定值或停止执行自动调控，成为接收调度下达调控命令的智能执行装臵。由于此类分散就地控制装臵或软件（ＶＱＣ装臵或软件）能够根据变电站不同的运行方式和工况选择最优的局部调控策略，可以自动判别运行方式和计算投切电容器及调节分接头可能发生的变化的配合问题。因此分层分级和分散就地的关联控制兼顾了全局优化和局部优化问题。结论

自动调节系统 篇6

【关键词】热力站;自动控制与调节;方法

1．热力站的自动控制

热力站的自动控制概括起来可实现以下五个方面的功能：

①实时参数检测，了解系统工况。

②均匀调节流量，消除冷热不均。

③合理匹配工况，保证按需供热。

④及时诊断事故，确保安全运行。

⑤健全运行档案，实行量化管理。

热力站采用温度控制为主的监控方案，即根据室外温度绘制的二次供、回水温度曲线与实际二次系统供水温度（或二次回水温度或二次供、回水平均温度）之间的偏差，来完成供热量的控制。

一般热力站系统的自动控制形式及安装要求如下：

（1）采暖（或空调）循环泵的控制主要有两种形式：

当二次供热系统为定流量系统，循环泵采用定速方式运行。

当二次供热系统为变流量系统，循环泵采用变频调速方式运行。

（2）补水定压主要有两种形式：

用户有膨胀水箱时，采用膨胀水箱定压方式。

用户有无膨胀水箱时，采用热力站内定压方式，如变频补水定压方式。

（3）室外温度传感器的安装要求：

室外温度传感器安装于热力站所在建筑物的室外背阴处（北墙或东墙）的百叶窗内，高度不低于是外地坪2.5米。

2．热力站的自动调节

热力站自动调节的目的是使热力站的供热量与用户的需热量相一致。随室外温度的变化，按照供热温度调节曲线进行供热温度或流量的调节，以实现用户按需供热。

热力站的自动调节分为自力式和电动式两种。

常用的自力式调节阀有以下几种：

（1）流量控制阀（或称流量限制器、恒流量调节阀）

流量控制阀一般安装在热力站一次回水的管道上，他的功能是限制通过的一次回水流量不超过给定的最大值，因此可自动的将热用户的流量限制在要求的范围内。

（2）压差调节阀（或称压差流量调控阀、压差控制器）

热力站的压差调节阀一般安装在供热系统的一次或二次供、回水总管上，主要用于供热系统供、回水流量的分配，从而使供、回水之间的压差达到恒定值。对于循环水泵已采用变频控制的变流量系统，其二次管上不适宜安装压差调节阀。

（3）自力式温度调节阀

自力式温度调节阀是根据液体膨胀原理制成的流量调节装置，其感温包安装在二次供水管上，阀体安装在一次回水管上，主要用于生活热水和空调系统供水温度的自动调节。

常用的电动调节阀主要是带有自动控制执行器的电动调节阀。

电动调节阀作为调节一次水流量来实现热力站二次水温度控制的执行机构，其选型合理非常重要。就其选型方法简要说明如下。

电动调节阀应符合下列要求：

（a）宜选用具有线性或对数流量特性的阀门（见后附图）。

（b）电动调节阀口径应按阀门最大流通能力（Kvs值）大于所需设计流通能力选取。

用于水系统的电动调节阀，阀门最大流通能力（Kvs值）定义为阀门全开时，阀门两侧压差为100kPa时的体积流量(m3/h)。根据需要通过的流量和可能有的阀两端的压差计算所需阀门的设计流通能力（Kv值）。其阀门的口径应按公式（1）计算所需设计流通能力选取。

用于蒸汽介质的电动调节阀，其阀门的口径应按制造厂家提供的图表或程序计算选取。

（c）应按系统的介质类型、温度和压力等级选定阀体材料，满足运行和安全要求。

（d）控制环路可能出现的最大压差值大于阀门的最大关闭压力时，应设置差压控制器。

（e）电动调节阀的阀权度按公式（3）计算，阀权度不应低于 50%，阀权度表示阀门对系统的控制能力，要保证良好调节能力阀权度H>50%（至少30%）且无汽蚀现象发生。达不到要求时，应设置压差调节阀控制阀门两端压差。

3．水-水热力站自控设计方案

水-水热力站的自动控制需监测及控制以下参数：

3.1热力站一次总供、回水参数

①一次水供、回水温度及超温报警（由热量计通讯模块引出）。

②一次水供、回水压力及超压报警。

③一次水总流量（由热量计给出）。

④一次水总供热量（由软件计算，由热量计给出）。

3.2采暖系统参数

①采暖系统各换热器一次供水压力、回水温度和压力。

②采暖换热器各换热器二次供水温度、压力及二次回水压力。

③采暖系统二次供、回水温度和压力。

④根据采暖各换热器二次供水温度和室外温度，控制各换热器一次回水电动调节阀开度。

3.3空调系统参数

①空调系统各换热器一次供水压力、回水温度和压力。

②空调系统各换热器二次供水温度、压力及二次回水压力。

③空调系统二次供、回水温度和压力。

④根据空调系统二次供水温度和室外温度，控制各换热器一次回水电动调节阀开度。

3.4生活热水系统参数

①生活热水系统各换热器一次供水压力、回水温度和压力。

②生活热水系统各换热器二次供水温度、压力及二次回水压力。

③生活热水系统二次供、回水温度和压力。

④根据生活热水系统各换热器二次供水温度和室外温度，控制各换热器一次回水电动调节阀开度。

3.5软水系统参数

软水罐液位状态（超高、高、低、超低）。

3.6水泵控制

①所有水泵运行状态、故障状态。

②所有水泵手/自动转换开关状态。

③所有水泵出口加装水流开关。

3.7通讯

①热力站自控柜可与站内所有变频柜通讯。

②热力站自控柜根据要求可实现与实现上位机的通讯。

3.8热力站自动控制系统性能测试。

①控制系统应能对温度、压力、流量、热量等模拟量进行实时检测，对水泵启停运行等状态量进行监测，并能完成相应物理量的上下限比较、数据过滤等。

②控制系统应能按设定的时间间隔采集和存储被测参数，储存的历史数据在掉电后不应丢失。

③控制器还应能在主动或被动方式下与监控中心进行数据通信。当有数据报警和故障报警时，控制器应能主动将报警信号上传至监控中心。

4．结论

水-水换热热力站采用上述自动控制与调节方法，可以有效的实现热力站按用户需求进行供热运行，同时为建立热网计算机监控系统奠定了基础。通过实时在线的分布式计算机监控系统（SCADA），可以完成检测系统参数、调配运行流量、指导运行调节、诊断系统故障、健全运行档案等任务。

热力站的局部调节与热源的集中调节相结合，将为供热系统（热源、热力网、热用户）实行统一调度管理，保证供热系统的安全、稳定、经济、连续运行提供可靠的保证。

【参考文献】

［１］张凯清编著.热力站启动调试与安全运行.中国电力出版社，2009.

湿法脱硫供浆系统自动调节的优化 篇7

1. 系统流程

制浆系统将浆液补充进浆液罐, 经供浆泵打入脱硫吸收塔, 流量由调节阀控制, 供浆泵有再循环系统;2支p H计在吸收塔下部的石膏排出泵设置取样 (取均值) ;浆液罐与供浆泵设置液位联锁保护 (图1) 。

2. 自动配置方案

(1) 调节方案采用“前馈+反馈”的控制模式, 根据p H值进行反馈闭环校正调节, 根据脱硫效率进行供浆调节门前馈调节。

①石灰石浆液供给。根据吸收塔入口原烟气流量、SO2含量, 按SO2吸收率95%计算石灰石Ca CO3用量, 浆液石灰石重量百分率按25%, 计算石灰石浆液调节需用流量。

式中V1———石灰石浆液体积流量, m3/h

d———浆液比重, 1190 kg/m3

η1———石灰石纯度, 0.92

η2———石灰石利用率, 0.9~0.98

②p H值修正。p H值修正系数Slurry_Flow.p H。5.0<p H<5.6, Slurry_Flow.p H=1;p H>5.6, Slurry_Flow.p H=0.9;p H<5.0, Slurry_Flow.p H=1.1。

③烟气流量修正。烟气流量修正系数Slurry_Flow.FA=273/ (273+t) , 其中t为入口烟温, 约110~160℃。经过②、③修正, 吸收塔需浆量V2=V1×Slurry_Flow.p H×Slurry_Flow.FA。

④供浆调门流量测试 (表1) , 近似认为母管压力稳定。

⑤调节方案控制框图 (图2) , V2为修正后的需浆量, p H值为校正量。

(2) 其他辅助逻辑。当浆液流量、烟气流量、入口SO2和烟气温度等检测信号故障时, 将参数限制在一定范围内并报警和切除自动;当p H值故障和吸收塔液位高于设定值时, 关闭调门。为避免补浆泵可能造成设备频繁启停, 可对再循环门补充联锁控制:当出口SO2<70 mg/m3且供浆量<*t/h (工艺最小流量定值) 时, 打开补浆泵的再循环门;供浆量>*t/h (满足最小流量恢复值) , 打开再循环门;控制信号为2 s脉冲信号。

3. 调试优化

(1) p H值反应滞后。p H计为分析仪表, 其响应时间比普通热工表计滞后;供浆管路一般由中上部引入, p H测量管路由下部接出, 待排出口p H达到设定值、阀门关闭后, 参数短时间内仍旧上升。

(2) 阀门线性区不理想。由阀门流量数据可见10%~30%范围, 系统响应较明显;>50%后, 阀门调节能力不强, 被控量回头后, 阀门回关时间长, 较大范围无效行程。

针对上述调试中发现的问题, 采取“有效调节范围+小偏差缩小调节器输出上限”的非常规方法进行回路优化 (图3) , 由运行曲线 (图4b) 可见, p H值保持在5.51~5.67 (SP=5.6) , 供浆调整门平均开度16.7%, 控制频次锐减, 未出现振荡波动, 应用效果理想。

4. 结束语

自动调节系统 篇8

可靠性分析一直是航空、航天领域的研究热点。王学等人[2]针对飞船降落伞系统提出了一种基于事件树的系统可靠性分析方法;巨政权[3]等针对三模冗余演化自修复系统提出了基于马尔科夫理论的可靠性分析方法, 但是几乎没有针对座舱压力调节系统的安全性研究。针对座舱压力自动调节系统特点, 本文提出基于AADL[4] (architecture analysis and design language, 体系结构分析及设计语言) 、GSPN[5] (general stochastic petri nets, 广义随机Petri网) 的可靠性分析方法。首先采用AADL语言对该系统架构进行建模, 接着分析系统中各个部件可能发生的故障及故障的转移、传播情况, 构建了座舱压力调节系统的AADL可靠性模型。为了进一步分析系统故障动态行为, 通过模型转化的方式, 建立了系统的动态GSPN模型, 分析了系统的可靠性。最后, 通过实验的方法对比分析了3种不同架构下的系统可靠性, 在同时考虑经济性和可靠性需求时, 座舱压力自动调节系统可以通过仅采取修复策略来满足要求。

1 系统概述

飞机座舱压力调节系统是在总供气量基本恒定的条件下, 通过控制座舱的空气流量排气活门的开度大小来实现对座舱压力、座舱内外压差、座舱压力垂直速度率等参数的控制。

飞机座舱压力调节系统由两个综合空气系统控制器 (integrated air system controller, IASC) 、一个座舱排气活门 (out flow valve, OFV) 、两个安全活门、一个地面活门组成, 系统共有3个独立的控制通道, 其中自动控制通道2个及手动控制通道1个。其中两个IASC均是数字式自动控制系统, 在正常自动控制情况下, 仅有一套系统处于工作状态, 一旦该套系统出现故障, 能自动转换到另一套系统工作, 当两套系统均失效时, 驾驶员可以通过座舱压力控制面板选择手动控制, 来调节座舱的压力;对于座舱排气活门的开度大小是由电机进行控制的, 电机的驱动信号来源于IASC或者手动控制信号。如果自动控制与手动控制均失效, 飞机仍然可以通过两个安全活门来保障乘客安全。

座舱压力调节系统工作原理图见图1。

2 可靠性分析

2.1 系统AADL可靠性模型

2.1.1 系统AADL架构模型建立

通过对图1分析, 将座舱压力自动调节系统按功能分拆为两个部分, 综合空气系统控制器 (IASC) 与排气活门 (OFV) 。IASC负责将压力传感器获取的座舱压力数据及与综合航电系统通信获得的飞机状态数据进行综合分析、处理, 发出控制信号, 该控制信号被排气活门的电机控制部分接收, 进而控制电机实现排气活门开度大小的调节。为了区分两个IASC, 将两个控制器分别表示为IASC1, IASC2, IASC1为初始控制器, IASC2为备用控制器, 正常情况下IASC1输出控制信号, 当IASC1出现故障后, IASC2输出控制信号。通过以上分析, 座舱压力自动调节系统的AADL系统架构见图2。

对图2 AADL架构模型分析:

(1) 整个座舱压力自动调节系统相当于系统构件, 内部包含IASC子系统构件及OFV外设构件, Receive_Sys为数据端口, 用于接收综合航电系统数据。

(2) IASC子系统内部包含有两个子构件, IASC1、IASC2, 在AADL中用最小执行单元线程构件表示 (实质上线程构件应该包含在进程构件中, 进程构件包含在系统构件中) ;IASC1 (IASC2) 有两个数据端口In Put、Out Put, 同时IASC1 (IASC2) 有两个事件端口, IFAILED用于发送自身失效状态信息, IOK用于发送自身正常状态信息;IASC子系统具有两个运行模式:初始模式与备用模式。初始模式下, IASC1线程构件通过自身Out Put发送数据, 备用模式下, IASC2线程构件通过自身Out Put发送数据;IASC子系统模式切换:当IASC1通过IFAILED事件端口发送故障事件, 同时IASC2通过IOK事件端口发送正常事件时, IASC系统即可切换到备用模式, 当IASC2通过IFAILED事件端口发送故障事件, 同时IASC1通过IOK事件端口发送正常事件时, IASC系统即可切换到初始模式。

(3) OFV外设构件具有一个数据接收端口Receive_OFV, 用于接收IASC子系统处理后的数据。

2.1.2 单独构件AADL错误模型建立

AADL错误模型[6]用于描述构件的故障信息, 包括构件错误状态、错误事件、错误转移等信息。

对于IASC子系统, 需要对IASC1线程构件 (IASC2线程构件) 的故障信息进行描述, 其错误模型见图3。

2.1.3 系统AADL可靠性模型建立

AADL可靠性模型是对系统的构件组成、连接关系及构件故障行为等的综合描述, 为了获得系统的AADL可靠性模型, 需要在AADL架构模型的基础上, 实现构件与相应错误模型的绑定, 通过绑定得到AADL可靠性模型, 见图5。

2.2 系统GSPN模型

由于AADL可靠性模型只是一个“静态模型”, 不能对座舱压力自动调节系统的架构进行可靠性分析和验证, 所以需要将AADL可靠性模型进行必要的转化。由于GSPN[7]良好的动态特性及对时间因素的支持, 在可靠性分析方面显现出了巨大的优势, 文中考虑将AADL可靠性模型转化为GSPN模型。

对于OFV外设构件, 其错误模型见图4。

2.2.1 转化规则研究

单独构件转化规则[8]:

out-in转化规则[9]:

由于构件间连接存在结构依赖关系, 当一个构件发生故障后, 会以一定的概率将错误传播出去, 进而对与其直接交互的构件产生影响, 这种情况下的转化规则见图6。

图6中Out_src、Out_dst位置分别表示传出错误的构件在传出错误前、传出错误后的状态;In_src、In_dst位置分别表示接收错误的构件在接收错误前、接受错误后的状态;Outprop为错误传出后存在的位置;Out_error变迁表示使得传出错误的构件状态发生变化的变迁、Inprop变迁表示使得接收错误的构件状态发生变化的变迁;Empty变迁表示错误传出后又不能被与其交互的构件接收, 需要将Outprop位置中错误清除;

EMA_GSPN函数用于实现AADL错误模型元素向GSPN模型元素转化;

C×D表示由集合C中元素指向集合D中元素的弧线的集合或者由集合C中元素指向集合D中元素的禁止弧的集合。

(2) 对out-in转化规则的形式化描述。

式 (1) 中:

位置集合:Out_S={Outprop};

变迁集合:Out_T={Out_error};

弧线集合:Out_T_Ats=Out_T×Out_S;

禁止弧集合:Out_S_Aist=Out_S×Out_T.

式 (2) 中:

式 (3) 中:

式 (4) 中:

式 (5) 中:

热备份转化规则:

文献[10]对备份关系做了一定的研究, 可是在用pipe2分析时, 会发现GSPN模型会出现无限循环状态, 导致无法得出可靠性结果, 所以需要对此转化规则进行必要的改进。改进后热备份的转化规则见图7。

图7中Error_free1、Failed1位置分别表示初始构件处于正常、故障状态;Error_free2、Failed2位置分别表示备份构件处于正常、故障状态;Primary、Backup位置分别表示系统工作于初始模式、备份模式;To_mode P变迁表示使得系统回到初始模式的变迁、To_mode B变迁表示使得系统变到备份模式的变迁。

对图7热备份转化规则简要说明:

(1) 当热备份构件正常 (Error_free2) 且初始构件故障 (Failed1) 时, 通过To_mode B瞬时变迁切换到备份模式 (Backup) ;

(2) 当初始构件恢复正常 (Error_free1) 且热备份构件故障 (Failed2) 时, 通过To_mode P瞬时变迁又切换到初始模式 (Primary) 。

2.2.2 系统转化过程

(1) 模型假设。

热备份构件IASC2失效与IASC1构件无关, 即不存在必须要IASC1构件失效后, IASC2构件才能失效。

(2) 具体转化操作。

根据2.2.1的3条转化规则, 座舱压力自动调节系统的GSPN模型见图8。

转化过程详细说明:

1) AADL可靠性模型中单独构件错误模型转化为GSPN模型。首先IASC1包含两个错误状态error_free、failed, 对应转化为GSPN模型的Error_free1、Failed1位置, 由于IASC1初始时是处于error_free状态的, 所以Error_free1位置包含一个托肯;接着由于IASC1包含两个错误事件repair、fail且延迟时间服从指数分布, 对应转化为GSPN模型的时间变迁Repair1、Fail1;最后根据错误模型中错误状态转化关系, 连接相应的位置与变迁即可完成单独构件错误模型向GSPN模型的转化。关于单独IASC2及OFV错误模型转化过程不再赘述。

2) AADL可靠性模型中热备份关系转化为GSPN模型。IASC2是IASC1的热备份构件, 根据热备份转化规则, 画出相应的位置和变迁。由于初始时, IASC处于Primary模式, 故Primary位置中包含一个托肯。

3) AADL可靠性模型中构件连接关系转化为GSPN模型。由于IASC向OFV发送数据, 故存在out-in转化。首先是错误的传出转化, IASC1与IASC2都发生错误后错误才被允许传播出去, 故Failed1位置与Failed2位置同时指向Out_error瞬时变迁, 由于错误传播出去后IASC1、IASC2仍然处于错误状态failed, 故Out_error瞬时变迁同时也指向Failed1位置和Failed2位置, 错误传播出去后存在Outprop位置, 故Out_error瞬时变迁指向Outprop位置, 同时为了避免同一错误反复传播需要在Outprop位置与Out_error间添加禁止弧, 以禁止同一错误再次传出;错误传播出去后, 如果OFV在error_free状态, 那么OFV会立即发生状态变化, 转到failed状态, 故Error_free位置、Outprop位置同时指向Inprop瞬时变迁, 同时Inprop指向Failed位置, OFV接收错误后错误仍然停留在Outprop位置, 故Inprop也指向Outprop位置;如果错误传播出去后, 又不能被接收 (即OFV不是error_free状态) , 就需要将Outprop位置错误清除, 由于IASC若仍然处于错误状态, 同一错误清除后又会传播出去, 故这里考虑在OFV不能接收错误且IASC不传播错误时, 才将Outprop位置错误清除, 这里选择在Error_free位置、Failed1位置添加禁止弧以实现上述功能。

图8表示开始时IASC系统工作于初始模式下 (Primary位置包含一个托肯) 且IASC1初始构件、IASC2备份构件均处于正常工作状态 (Error_free1、Error_free2位置均包含一个托肯) , OFV构件在正常工作状态 (Error_free位置包含一个托肯) ;随着时间的延长, IASC系统可能发生故障 (即通过Fail1、Fail2变迁使Failed1、Failed2位置均包含一个托肯) , 并将故障以一定的概率传播出去 (即通过Out_error变迁使Outprop位置包含一个托肯) , 进而使OFV构件发生故障 (Failed位置包含一个托肯) , 当然OFV构件本身也可能发生故障, 从而影响整个系统。由于IASC系统、OFV系统具有修复功能 (通过Repair1、Repair2、Repair变迁实现) , 故它们在发生故障后均有可能恢复正常, 从而使系统重新恢复正常。为了得到系统的可靠性, 需要对GSPN模型进行分析, 下面即开展分析。

2.3 系统GSPN模型可靠性分析

本次系统可靠性分析采用Pipe2[11] (platform independent petri net editor 2) -V2.5, 该软件平台支持GSPN模型的建立及多种分析模块的调用。

将座舱压力自动调节系统GSPN模型在Pipe2建立后, 设置好相关变迁、位置的参数 (见图3和图4) , 调用GSPN Analysis分析模块, 分析结果见表2。

表2中, 第一横行M0~M10表示此系统共有11个可能的稳定状态, M只是一个代号, 无其他意义。

系统正常判断准则:系统正常与否是以最终输出构件是否正常作为判断的依据。若最终输出构件正常, 则认为系统正常, 若最终输出构件失效, 则认为系统失效。

在M0列, Error_free1、Failed1为IASC1可能状态, 由于Error_free1数值为1, 表示IASC1此时正常;Error_free2、Failed2为IASC2可能状态, 由于Error_free2数值为1, 表示IASC2此时正常;Primary、Backup表示IASC可能的运行模式, 由于Primary数值为1, 表示IASC运行于初始模式, IASC1对外输出数据;Outprop表示是否有错误传出, 由于数值为0, 表示此时IASC无错误传出;Failed、Error_free为OFV可能状态, 由于Error_free数值为1, 表示OFV此时正常。综合M0的信息即是:IASC运行于初始模式下, IASC1、IASC2均正常, OFV正常, 故M0稳定状态下系统正常, 且在此稳定状态下可能性为0.500 37。其余列的分析不再赘述。

通过分析, M0、M2、M3、M8稳定状态下, 系统均正常, 故系统可靠性为这四种情况下可能性概率之和, 相加得系统可靠性为0.990 1;M1、M9稳定状态下, 系统失效, 且是由于OFV自身失效造成的系统失效, 失效概率0.009 9;M6、M7、M10 (虽然IASC2正常, 但是Outprop数值为1, 表示IASC2是失效后又恢复, 但是错误已经传出) 稳定状态下, 系统失效, 是由于IASC发生错误, 而造成OFV失效, 从而使得系统失效, 但是这种情况的可能性为0;M4、M5稳定状态下, IASC1或者IASC2失效, 但是并没有传出错误, 系统失效是由于OFV自身失效造成, 此情况可能性也为0。

综上可得座舱压力自动调节系统在IASC热备份且具有修复功能 (Backup and Repair, BR) 的架构下, 系统可靠性为0.990 1。

3 实验及分析

为了研究不同架构的IASC对系统可靠性的影响, 实验中选择了IASC 3种不同的架构方式, 分别是:①IASC热备份但是不具有修复功能 (Backup, B) ;②IASC未热备份但是具有修复功能 (Repair, R) ;③IASC既未热备份又不具有修复功能 (NO Backup and Repair, NBR) 。根据上述的建模方法及转化规则, 采用Pipe2-V2.5建立3种情况下的GSPN模型, 分别见图9~图11。

图9表示IASC系统由构件IASC1、IASC2组成, 其中构件IASC2为热备份构件, 值得注意的是IASC1、IASC2构件均不具有修复功能 (没有Repair1、Repair2变迁) , 即发生故障导致失效后不可能再恢复正常;开始时IASC系统工作于初始模式下 (Primary位置包含一个托肯) , 且IASC1初始构件、IASC2备份构件均处于正常工作状态 (Error_free1、Error_free2位置均包含一个托肯) , OFV构件在正常工作状态 (Error_free位置包含一个托肯) ;随着时间的延长, IASC系统可能发生故障 (即通过Fail1、Fail2变迁使Failed1、Failed2位置均包含一个托肯) , 并将故障以一定的概率传播出去 (即通过Out_error变迁使Outprop位置包含一个托肯) , 进而使OFV构件发生故障 (Failed位置包含一个托肯) , 当然OFV构件本身也可能发生故障, 从而影响整个系统。由于IASC系统不具有修复功能, 一旦两个均发生故障后, IASC系统即永久故障, 不可能再恢复正常, 而OFV由于有修复功能 (通过Repair变迁实现) , 发生故障后仍能恢复正常。

图10表示IASC系统不具有备份构件, 即只由一个IASC1构件组成, 但其具有修复功能 (通过Repair变迁实现) , 其余部分含义参见图8说明。

图11表示IASC系统既不具有备份, 也不具有修复功能。IASC系统只由一个构件组成且开始时此构件是处于正常工作状态 (Error_free1位置包含一个托肯) ;由于无备份构件, 故无可切换的模式 (无Primary、Backup位置) , 其余部分含义参见图9说明。

GSPN模型中各时间变迁配置信息见表3、瞬时变迁配置信息见表4。

实验主要研究在不同的IASC架构下, 系统的可靠性变化情况, 进而为系统的设计提出建议。4种不同架构IASC座舱压力自动调节系统可靠性对比见表5。

根据以上实验结果, 可以得出:

(1) 在IASC同样热备份或者未热备份的情况下, 具有修复功能的系统可靠性是明显高于不具有修复功能的系统可靠性, 其原因是IASC的修复使得IASC在失效一定时间后又能够恢复正常功能, 因而使系统可靠性得到提高。

(2) 在IASC同样具有修复或者不具有修复功能的情况下, 热备份的系统可靠性略高于未热备份系统的可靠性, 其原因是IASC的热备份使得即使初始IASC失效后也可以通过热备份的IASC继续工作, 因而系统可靠性得到了提高。但是这种情况下, 热备份对于提高系统可靠性效果并不明显。

(3) 在对比IASC具有修复功能但是未热备份与IASC热备份但是不具有修复功能的情况下, IASC具有修复功能但是未热备份的系统可靠性明显高于IASC热备份但是不具有修复功能的系统可靠性, 即修复功能对提高系统的可靠性比热备份更加有效。

由分析结果可见:对于座舱压力自动调节系统, IASC同时采用热备份与修复策略, 的确使得系统可靠性达到了很高的水平, 但是在考虑经济性及可靠性要求后, 座舱压力自动调节系统可以只采取修复策略, 同样可以得到较高的可靠性。

4 结论

本文针对座舱压力自动调节系统的复杂冗余结构及故障发生的随机性和故障传播机理, 提出了基于AADL及GSPN的可靠性分析方法。该分析方法在嵌入式系统设计初期对系统架构的可靠性分析具有很好的参考价值, 方便设计人员根据可靠性要求及时调整系统架构, 节省设计的时间、物力成本。由于大型系统构件众多, 连接关系复杂, 在AADL可靠性模型转化为GSPN模型时, 手动建立GSPN模型将是十分耗时费力的, 下一步研究方向考虑开发转化接口软件使模型转化能自动完成。

摘要：飞机座舱压力自动调节系统用于在高空环境中调整座舱内部压力, 其可靠性直接关系机上人员的安全。针对座舱压力自动调节系统的复杂冗余结构及故障发生的随机性, 提出了基于体系结构分析及设计语言 (AADL) 及广义随机Petri网 (GSPN) 的可靠性分析方法。首先采用AADL语言对系统的架构及相关部件的故障信息进行描述建立系统AADL可靠性模型;为了进一步分析系统故障动态行为, 研究了AADL可靠性模型向GSPN转化规则, 通过对GSPN模型分析, 得到系统可靠性。最后, 通过实验的方法对比分析了3种不同架构下的系统可靠性, 给出了系统架构的选择建议。

关键词：座舱压力调节系统,体系结构分析及设计语言 (AADL) ,广义随机Petri网 (GSPN) ,可靠性

参考文献

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自动调节系统 篇9

大学生是未来祖国建设的栋梁之材，进入大学学习的学生，年龄多在17～24岁之间，并且大多为独生子女，天资聪颖，爱好体育运动，好学上进，但生活自理能力较差。大学生寝室通常每室居住8名学生，尤其是男生寝室，大多存在脏、乱、差的情况，气味很大。学生平时不注意室内的通风换气，在秋冬时节，经常是一名学生感冒，寝室里的其他同学不久就被传染上了，因此加强大学生寝室室内空气流通已迫在眉睫。针对大学生寝室室内空气不佳的状况，设计一个自动空气调节系统装置，当室内空气降低到低于健康标准的时候，时，该装置能自动启动换气扇运转，并驱动声光报警电路报警，提醒学生开窗通风换气。

（二）大学生寝室自动空气调节系统装置的设计

1. 总体方案设计（1）设计思路

本设计采用AF30L(或AF38L)气敏传感器作为探测头，用于检测室内空气污染是否超过健康指标。它是一种低功耗、高灵敏度的气敏半导体元件，适用于检测烟雾、臭味等污染气体。当传感器接触到超过健康指标的污染空气时，发生氧化还原化学反应，使其自身的导电率改变，电阻阻值迅速下降，通过比较器将信号传递给继电器控制电路和发声集成片，使继电器接通，排风扇起动通风换气;同时发声集成片发出报警信号，提醒学生室内空气不良，需要开窗通风换气。

2. 原理框图

3. 设计电路及其工作原理

设计电路如图二所示。气敏电阻工作时要先进行予热，从而加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物(起清洁作用)。本设计采用直流或交流加热丝，其电压值为5 V土0.2 V，消耗功率为300 mW，工作温度为-10℃～+55℃。图中7805为直流稳压器，为AF30L提供+5V稳定电压，它的发热会影响AF30L的特性，因此，AF30L要远离7805的安装。A2、R5与C2等元件组成延时电路，防止开机瞬间由于传感器阻值不稳定而发生的误动作，因为开机瞬间，电容C2的电压为0, A2输出低电平，Vl截止，即使传感器误动作使V2导通，继电器K和发声集成片KD9561因无电流通过也不会动作;当经过一定延时 (由R5与C2的数值确定) ，C2充足电，V2输出高电平，Vl处于导通状态。A1为比较器，RP1调节设定电压值。当被检测气体洁净时，AF30L的A—B极间电阻大，A1的同相输入端电压低于反相输入端 (设定值，即为影响健康标准的空气的临界电压值) 电压，A1输出低电平，V1截止，继电器K和发声集成片KD9561因无电流通过不动作，排气扇因开关J1断开不运转。当被测气体浓度超过设定值时，A—B极间电阻迅速减小，A1的同相输入端电位高于反相输入端，A1输出高电平，V1导通，继电器K因有电流通过而吸合开关J1，接通排气扇转动，达到自动换气的目的。同时，发声集成片KD9561因为有电流通过而发出报警声响。当室内空气经过换气达到健康指标时，因为污染空气浓度下降，至使A—B极间电阻恢复高阻态，A1输出低电平，V1截止，发声集成片KD9561报警解除。继电器K的开关J1断开，排气扇停转。J1是换气扇电路手动开关，学生可手动操作调节室内空气。

（三）结束语

大学生寝室自动空气调节系统装置的特点是：体积小，结构简单，操作方便，能耗小，经济实用，不仅能解决大学生寝室空气不良的状况，也可作为家用空气调节器使用，具有广阔地市场开发前景。

参考文献

[1]何希才.传感器技术及应用.北京:北京航空航天大学出版社, 2005, 4:146-164.

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[3]梁森, 王侃夫, 黄杭美.自动检测与转换技术.北京:机械工业出版社, 2002, 5:55-64.

自动调节系统 篇10

如今液晶显示器 (Liquid Crystal Display, 简称LCD) 在日常生活中的应用越来越广泛, 尤其是电脑的显示器、液晶电视和智能化仪器的观察屏的广泛普及使得LCD随处可见。当LCD所处的环境光强发生变化时, 如果LCD的亮度不能随之进行相应的变化容易使人产生视觉疲劳, 这种情况如果发生在一些重要场合, 比如飞机或军用, 会对人民的生命财产和国家的安全构成威胁[1], 所以根据环境光强变化自动改变LCD的亮度具有重要的研究价值。

当LCD的亮度与环境光强比值为适当值时, 使用者看到的屏幕内容最清晰而且此时不容易产生视觉疲劳[2]。如何保证LCD背景照明光强的自动调节并保持与环境光强比值不变是亟待解决的问题。本文介绍了一种以C8051F350单片机为主控芯片的背景光控制系统, 可实时采集环境光强和背景照明光强, 自动调节背景照明强度, 使LCD的亮度与环境光强的对比度达到最佳。

1LCD背光控制原理

LCD背景照明目前主要采用冷阴极荧光灯管 (CCFL) , 少数开始采用白光LED, 本文介绍的调光系统可同时应用于这两种背光照明方式。由于CCFL技术比较成熟, 是背景照明的主要光源, 本文以CCFL为例介绍系统原理。CCFL背光照明技术是将线光源转变为亮度均匀的面光源, 发光强度由DC/AC逆变器控制, 改变逆变器的控制电压可以改变CCFL的发光强度, 从而调节LCD屏的亮度。为实现环境光强变化后LCD能够自动调节到最佳亮度, 利用光电传感器动态采集环境光强, 由C8051F350对信号进行处理后输出CCFL的控制电压, 以达到自动调光的目的[3]。

2硬件设计

LCD背光控制系统主要由信号采集与调理、C8051F350主控部分、控制信号的放大和通信接口4部分构成, 系统框图见图1。采用C8051F350作为系统的主控芯片, 通过实时采集环境光强和背景照明光强, 实现LCD亮度的动态调节。通信部分则采用RS232接口方式, 主要完成系统参数的设置以及固件程序的系统升级 (ISP) 。

2.1 光强信号采集与调理

系统采用的光电传感器在0 lx～50 000 lx范围的照度下产生0 mV～412 mV的电压, C8051F350的A/D输入电压范围为0 V～3.3 V, 因此通过LM324对信号进行放大调理, 其放大电路见图2。为实现将0 mV～412 mV的电压放大到0 V～3.3 V的范围, 设计放大倍数为8, 放大倍数计算公式为:

R13选择10 kΩ电阻, R14选择80 kΩ电阻。LM324由4个独立的运放组成。为了提高采集光强的准确度, 分别用2个光电传感器采集CCFL光强, 2个采集环境光强, 对这4路分别放大后直接输入到C8051F350的高精度AD转换通道0～3进行A/D化处理。

2.2 主控部分

主控芯片采用了美国Silicon Laboratories公司的混合信号ISP FLASH微控制器C8051F350, 其内部有一个全差分24位高精度Sigma-Delta模/数转换器 (ADC) , 该ADC具有片 内校准功能, 保证了LCD亮度的高精度动态调节。为实现系统的稳定性和可靠性, 采用模拟和数字分开供电, 减少了数字信号和模拟信号之间的干扰。C8051F350主要控制光信号的A/D转换与处理、控制信号的输出及RS-232串口通信[4]。

2.3 控制信号放大

C8051F350内部有两个8位电流方式数/模转换器 (IDAC) 。IDAC的最大输出电流可以有4种不同的设置:0.25 mA、0.5 mA、1 mA和2 mA。由于C8051F350输出为电流型信号, 采用如图3所示电路将控制信号转化为电压型信号并放大到0 V～6 V的范围输出。本系统选用IDAC0和0.5 mA档位作为控制信号的输出, 通过2 kΩ电阻将电流转化为电压, 电压最大可达1 V, 由LM358将电压放大6倍后输出。

3实验数据及处理

本系统采用2.6×380型号的CCFL和L88亮度计, 测量CCFL在0 V～6 V之间不同控制电压下的亮度, 实验结果见表1。表1中亮度为多次测量的平均值。为实现精确连续流畅的调光, 避免传统查表方式存在的精确度差、占用存储空间多的缺点, 这里采用公式法计算输出控制电压。根据表1, 利用最小二乘法由MATLAB数学软件拟合出CCFL控制电压与亮度的关系表达式为[5]:

U=-10.995 8+3.586 1B-0.233 6B2+0.004 3B3 。 (2)

其中:U为控制电压值;B为对应的亮度值。

4软件设计及程序流程图

软件设计包括上位机软件和下位机程序。上位机软件主要实现LCD最佳对比度等必要参数的设置, 采用Visual C++6.0编写。下位机固化程序主要包括CCFL发光电压控制模块程序、RS232通信模块程序。

下位机调光控制程序实现动态调节CCFL光强, 按照传统的方式是将电压与对应的亮度关系对照表下载到下位机中, 调光时通过查表找出最接近的值。本系统根据控制电压和亮度的函数关系通过计算获得控制电压, 大大节省了下位机的存储空间, 同时提高了调光的速度, 并保证了CCFL发光强度变化的连续性。调光控制的具体实现如下:由C8051F350自带ADC对当前采集的背景照明光强和环境光强进行模数转化, 并对背景照明和环境光强的比值与设定值进行比较;如果大于设定值则说明环境光变暗, 此时需要将CCFL调暗到一定亮度;如果小于设定值则说明环境光变强, 则需要提高CCFL的发光强度。CCFL的控制电压可由公式 (2) 计算得出, C8051F350将控制信号输出调节LCD背景照明光强。调光控制系统程序流程图见图4。

5结论

该调光控制系统能够实现LCD亮度的自动调节, 并有效保证LCD亮度与环境光强的比值为最佳。环境光强变化后人眼无不舒服的感觉, 消除了因环境光强变化引起的视觉疲劳。

摘要：介绍了一种液晶显示屏自动调光控制系统, 当环境光强发生变化后自动调节液晶显示器的背景光强, 使液晶显示器亮度与环境光亮度比值达到最佳, 使用者不易产生视觉疲劳。同时介绍了该系统的工作原理、硬件组成和程序控制。实验表明该系统很好地实现了动态调节液晶显示器背景光强的要求, 可以广泛应用于采用液晶显示器的产品中。

关键词：液晶显示器,背光调节,控制系统

参考文献

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[2]谢尧宏, 林久翔, 陈小菁.动作环境下液晶显示荧幕对阅读绩效与视觉疲劳之影响[J].电子器件, 2008, 31 (1) :345-349.

[3]陈丹江, 张巧文.荧光灯自动调光系统的研究[J].电子器件, 2007, 30 (3) :995-997.

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自动调节系统 篇11

关键词：自动化设备；运行维护；智能变电站；调节

中图分类号：TM76；TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0098-02

中国的智能变电站自动化设备在反复的技术革新后，从体管屏变为运动装置，再由RTU远方终端革新到如今的综合自动化系统设备，技术逐渐的提高，使我国的电力建设走向电网智能化的道路。智能化的电网增强了复杂信息交互的概率，这是区别于传统自变电站的最特别之处。伴随着电网智能化水平的提高，电网的安全显得极为重要，因而，把握智能变电站自动化设备的调节与运行维护，就成为保障电网安全工作的关键。

1 常规变电站与智能变电站的区别

1.1 常规变电站的特点

自动化系统是常规变电站的核心系统，可实现微机保护的独立和质量，以及它与外界的通讯连接。

1.2 智能变电站的特点

智能变电站采用了IEC61850标准和通信规范，虽然也运用了常规变电站，但顾名思义，智能变电站的功能必然比其强大得多。①它在自动完成信息采集、测量、控制、监测和保护等功能自动化的基础上，完成变电站内来自全国各地厂家们设备智能化；②它还能在数字化变电站的基础上，实现全站信息标准化、数字化，还能实现其信息网络化；③它也能实现在线分析、自动控制、智能调节等功能。

2 智能变电站自动化设备的基本结构

2.1 站控层

涉及通信控制机、监控主机、调制解调器这些方面的是站控层，它的功能可以分为以下几种：①具有在线编程功能，甚至在必要时还可以通过闭锁方式来控制全站；②具有将变电站自动化设备智能化的功能，另外还可以分析其工作时放生的故障；③具有与人机的联系及木地监控的功能；④具有可据我们需要，在智能变电站的调节原则上得到我们需要的数据。

2.2 间隔层

智能变电站系统中能进行智能化的保护及测控的是间隔层，它具有以下几点功能：①在促进过程层和站控层间之间的通信作用的基础上，也能按人们的需求实现通信功能；②具有采集、运算、统计以及分析数据的功能，较普通站控层而言，具有优先化，高级化等特点；③具有对站控层信息分类的功能，它的优化也必然会使智能变电站系统具有更高的安全性，且会促进通信行业的发展。

2.3 过程层

智能变电站中一次设备或二次设备就是过程层，它主要具有几下几点功能：①具有各操作控制的功能；②具有输入或输出开关量的功能；③检测设备工作过程中的相关信息。

3 智能变电站的调节

3.1 设备调节

智能变电站自动化系统设备进行调节称为设备调节，这一项工作与自动化设备全的过程息息相关。它不仅具有自动化设备的智能设备自动化、硬件集成的特点，而且还能在不违背调节原则的基础上，对使用对象进行调节。

3.2 设备调节的原则

①系统功能的调节。需要分层次以及分步骤实施调试，依据分系统、横向调节与间隔的顺序，第一是常规系统功能，第二是高级应用功能；②单体智能设备调节试验。此实验主要作用是设备调试之前的作业。智能设备在工作中也存在着一定的不足，因此必须要对智能设备进行完善更新；③系统设备是通过横向分层来对硬件配置进行检查，但纵向检验法却是检测功能配置的方式常常用到的方法。必须要对硬件的配置和完整性、自动化设备的功能工作的状态，进行比较仔细的检查。

3.3 智能变电站的现场调节流程

将调试中所用的仪器以及所有电气设备安装完毕有关的技术文档齐全，仪表达到智能变电站测试技术标准之后才可以进行现场调试。相关负责单位组织成立现场调试工作组，依据自动化系统工程标准编写调试报告与现场调试方案，调试工作人员必须仔细记录调试数据，并且在调试完毕后整理现场调试报告向运行、建设单位转交资料，带负荷试验是在这之后才开展的。

3.4 现场调节内容

对网络物理连接和光纤裕度检测的正确性进行确认等，是要在调试工作开展之前进行测验工作。若要确保调试工作能够平稳进行，必须要对站内所有相关的装置项目一一进行检查。

3.4.1 自动化设备的调节通用测试

①要查看设备的SOE时间是否无误，对时精度≤1 ms，可利用数字式维护测试仪和装置上的遥信量来完成；②要准确无误的接收GOOSE报文必须反复查看装置，检查发出的GOOSE报文格式是否正确，再查看装置的GOOSE开处开入功能是否异常；③检验装置的功能与采样数据报文格式是不是达到了有关要求；④检查设备发出的相关传输报文的是不是有效的检修状态，要在检修压板投入后进行。

3.4.2 自动化设备系统调节

①全站对时时钟系统调试、GOOSE验证以及电磁换向阀验证；②保护动作信息的采集测试；③测控系统、远动系统调试。

3.4.3 自动化设备的调节功能测试

①网络分析功能；②测控功能；③保护功能；④故障信息系统；⑤智能终端。

3.4.4 全站整体调试

要测试网络负荷，对GOOSE出现跳闸报文进行检查，检测各装置不存在无死机现象和丢帧现象，必须要将全部装置都投入运行，模拟故障使保护设备运作。

4 运行维护和调试过程中的注意事项

①GOOSE联接通道异常报警，现场报采样值品质异常，远动104中浮点数的字节序错误，处理对61850规约的转换，母线PT中的故障，这些是智能变电站自动化设备运行时异常较为寻常的情况。

②因通道条件的制约，联调与主站的进度异常紧张，厂站与主站自动化系统通信的规约调试应该在工厂验收之前进行，这样可以为现场的联调赢取时间。

③要避免因版本不一致所造成的混乱，需要严格控制各个阶段所有单元的配置文件版木与程序文件；还需要做好所有设备的供应商的装置能力系统配置文件与描述文件等的备份，这样，使在调试出现问题的时候能够及时的恢复系统。

5 运行维护的管理

5.1 健全运行维护管理制度

增强设备在线监测、光纤接头盒、智能终端、网络交换机以及光缆槽盒等的巡视检查，这是设备巡视制度需要完善的。

5.2 提高智能设备的管理水平

“测控就地化”是智能设备采用的模式，智能汇控柜取代了起初的测控屏，光纤通信替代了起初的电缆的模拟信号传输，通信状态是自动化设备运行的基础，而自动化设备又是智能变电站稳定运行的关键，因而我们要对于智能终端、在线监测系统等设备的巡视和维护高度重视起来，就像汽车的后市场，我们对设备的状态也要定期地进行维护和分析，才能使它更完善，更符合人们的要求。

6 结 语

随着社会的发展以及变电站智能化的渐渐完善，智能变电站自动化设备的调试和运行维护也显得极为重要。从传统变电站到智能变电站仅统一了通讯协议，协议的统一非常关键，使站和站之间互相联系起来并且将智能站的特色和优势运用到更多的领域中。要增强中国智能变电站自动化设备运行的安全性与稳定性，我们应该坚持不懈，不断加强运维管理质量与设备调试水平，为智能电网的前景打下坚实的基础。

参考文献：

[1] 史志成.铁路电网的综合自动化[J].电工技术杂志，2010，（8）.

[2] 张帆，赵林坤.智能变电站自动化设备的调试和运行维护[J].城市建设理论研究（电子版），2009，（18）.

自动调节系统 篇12

谷物联合收割机的脱粒装置, 是谷物联合收割机的重要工作部件。脱粒装置的重要特点是由高速旋转的滚筒和固定的弧型凹板配合, 使谷物从滚筒与凹板之间通过, 经脱粒元件的打击、揉搓、碾压和梳刷, 通过破坏谷粒与穗轴的连接力而实现脱粒。脱粒装置是联合收割机中最重要的组成部分, 也是收割机能耗最大的部件之一, 在收割机作业过程中, 经常会因为谷物含水量变化, 滚筒转速过低, 凹板间隙过小等原因, 导致谷物在凹板与滚筒之间堆积, 造成堵塞。

在作物条件一定时, 脱粒质量主要取决于滚筒转速和凹板间隙。一般情况下, 滚筒转速越大, 凹板间隙越小, 脱粒越干净, 但破碎率会增加且极容易产生堵塞。凹板间隙增大, 破碎会减少, 堵塞故障率降低, 但易出现脱不净现象。因此, 凹板间隙调整就显得十分重要。排除滚筒堵塞的方法通常是先停机, 用手工加大凹板间隙, 再启动发动机, 加大油门, 等谷物排尽后再手工将凹板间隙调整的合适的大小, 然后才能继续工作。所以一旦发生滚筒堵塞, 收割机必须停止工作, 大大降低了工作效率。

本文提出一种凹板间隙自动调节系统, 能在不停机的情况下检测谷物流量, 进而判定是否发生堵塞, 一旦发生堵塞, 则自动增大凹板间隙, 故障排除后, 再自动恢复凹板间隙, 大大提高了收割机工作效率。

2 系统构成

凹板间隙自动调节系统主要由单片机、谷物流量检测部分、凹板间隙检测部分、调节步进电机及调节机构共五个部分组成。

单片机是整个系统的核心, 用于处理各个部分送来的数据, 并向执行机构发出动作指令, 实现需要的功能。谷物流量检测部分用于检测谷物流量是否停止, 也就是是否发生堵塞。该部分工作原理是在滚筒入口端设置压力传感器, 当发生堵塞时, 滚筒入口端谷物压力增大, 当压力增大到一定值时, 该传感器发出堵塞信号。凹板间隙检测部分主要由位置传感器组成, 用于检测滚筒入口和出口处的凹板间隙, 并向单片机提供间隙大小数值, 供单片机精确控制凹板间隙。

为了精确调节凹板间隙, 单片机通过调节步进电机来实现对间隙的精确调节。步进电机可双向高精度调节, 因此本系统采用步进电机作为凹板间隙动作调控控制部件。调节机构主要作用一方面是将步进电机的转动转化为凹板与滚筒之间间隙的平动, 另一方面实现功率转换, 因为凹板体积及重量较大, 单纯用步进电机很难驱动。

各部件之间的关系如图1所示。

3 工作原理

凹板间隙自动调节系统工作原理如图2所示。

谷物压力检测传感器不断地检测滚筒入口处谷物压力, 并且将压力数值发送给单片机, 单片机则将压力数值与预定数值比较, 当压力数值大于预定数值时, 则判定发生堵塞。

发生堵塞时, 单片机向步进电机发出指令, 经调节机构增大凹板间隙, 同时, 单片机不断检测谷物压力传感器送来的数据, 判断堵塞是否解除, 如堵塞没有解除则继续增大凹板间隙, 直到堵塞解除。当堵塞解除后, 单片机向步进电机发出指令, 减小凹板间隙, 同时读取凹板间隙传感器送来的数据, 判断凹板间隙是否减小到预定值, 达到预定值, 则停止减小凹板间隙。此时, 收割机故障自动排除并继续正常工作。

本系统谷物压力预定值和凹板间隙预定值均可预先通过程序设置。

摘要：脱粒部分是联合收割机中能耗较大且极易出现堵塞的部件之一。当出现堵塞时, 传统方法是停机且用手工增大凹板间隙并取出多余谷物, 才能排除堵塞。本文提出一种通过单片机不断检测谷物流量, 发生堵塞时, 在不停机的情况下由步进电机调节凹板间隙。故障排除后, 自动恢复凹板间隙的凹板间隙自动调节系统。该系统能实现不停机自动排除滚筒堵塞故障, 大大提高了收割机使用效率。

关键词：联合收割机,凹板间隙,调节系统

参考文献

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