控制与监测系统（精选12篇）
控制与监测系统 篇1
1电力负荷控制与监测的重要意义
所谓的电力负荷实质上就是指电力系统中全部用电设备消耗的功率, 只要电力系统运行就会产生出电力负荷。通常情况下, 电力负荷不超出规定允许的范围时, 不会对电力系统的正常运行造成影响, 若是电力负荷过大, 则会导致电力供应压力增大, 不利于电力系统安全、稳定、可靠、经济运行。所以, 必须采取有效的途径对电力负荷进行控制。电力负荷控制与监测系统是集诸多种先进技术于一身的综合管理信息系统, 其中主要包括计算机技术、通信技术、自动化控制技术等等, 它能够对电力系统中的电力负荷进行有效的监控与管理。该系统具体是由两部分组成, 一部分是负荷装置, 另一部分是管理平台, 其中负荷装置负责对电力系统中的所有用电设备进行管控, 并且能够起到改善用电负荷曲线形状的作用, 从而使负荷曲线逐步趋于平稳, 有利于减少峰谷差。不仅如此, 其还能提高电网与电力用户的总体负荷率, 由此便可以使电力设备的利用率获得显著提高, 有助于确保电力系统安全、经济运行。近年来, 随着我国电网规模的不断扩大和用户用电量的激增, 对电力系统的运行稳定性和可靠性提出了更高的要求, 该系统的应用对于电力企业的发展具有非常重要的意义, 具体体现在以下几个方面:其一, 有利于节约电力资源。由于该系统能够从电力需求侧的角度出发对峰谷差进行调整, 不仅实现了限电不拉闸的运行目标, 而且还大幅度降低了基础设施建设成本, 有效避免了机组启停调峰导致的损失。同时, 系统还能对配网线路的负荷率进行调整, 并对电厂与电网中的用电大户进行监控, 从而使电能资源获得了合理利用, 用电效率大幅度提高。其二, 有助于提高电力企业的管理水平。通过该系统不但能够对电力用户进行实时监控, 并对欠费用户进行提示和限电控制。而且系统还能够自动监测并记录客户的用电情况, 有效解决了电费收缴难等问题, 电力企业的管理水平也由此获得了显著提升;其三, 有利于维持供用电秩序稳定。借助该系统再配以法律和经济等措施, 可将用电管理深入到电力用户, 从而建立起正常的供用电秩序。
2电力负荷控制与监测系统的设计
2.1系统的功能要求
本文所设计的电力负荷控制与监测系统需要实现如下功能:
2.1.1系统的终端设备需要完成对用户侧实时用电数据的采集, 并向主站传输数据。
2.1.2终端对用户端的配电开关能够进行有效控制, 并对用电负荷进行就地闭环控制, 同时还应当具备遥控操作等功能。
2.1.3终端能够相用户提供必要的电力消费消费信息, 以便用户及时获得电网供应信息。
2.1.4终端设备应当具备足够的数据存储和信息处理能力, 以确保数据采集的完整性和控制功能的实现。
2.1.5系统的所有数据编码都必须严格遵循电力企业内部营销管理系统编码的规定要求, 并确保两者之间同步更新, 进而保证数据信息共享。
2.2系统硬件设计
按照系统所需要实现的各种功能, 并考虑系统未来的可扩展性, 决定采用Motorola公司研制开发的MPC860处理器作为硬件平台, 经过比选之后, 决定选用Linux嵌入式操作系统来构建应用平台。整个系统的核心是PC860处理器, 由于系统需要完成实时监测与控制, 所以, 通讯对于整个系统而言尤为重要。基于这一前提, 通讯接口采用多级串口芯片进行扩展, 具体包括如下内容:GPRS通道1个、具有可扩展性的网络通道1个、RS232串口1个、光隔485通道3个、输入采集端口4个。系统中关键硬件设备的选择如下:
2.2.1 CPU。目前, 国内使用的嵌入式系统处理器主要有以下三种:DSP、ARM、Power PC。本文设计的系统采用的MPC860处理器, 该处理是基于Power PC结构的通信控制器, 它的CPU芯片为军工级, 除了具有非常强大的运算与通讯能力之外, 还能支持多种通信协议, 同时还支持各种存储器, 能够与存储器之间进行无缝连接, 这有助于优化布线。
2.2.2多串口芯片。通常情况下, 微型计算机与外部设备进行连接时, 主要有两种类型的接口, 即串行与并行。本系统采用的是16C554四串口芯片, 其除了能够提供给四路标准的输出接口之外, 还能进行独立的光电隔离, 最高传输速率可达1.5Mbps。在数据信息的接收和发送上, 本系统采用的是中断标志位的方法。
2.2.3存储器。对于整个系统硬件而言, 存储器非常重要, 若是其容量不足, 则会导致系统无法正常运行。所以存储器的选择是系统设计的关键环节。为确保终端具备足够的容量, 本系统采用了性能稳定、可靠, 且容量较大的电子硬盘DOC2000作为存储器。该硬盘不但能够提高系统的写入速度, 而且在任何方向上的传输速度都能达到13.3MB, 同时, 硬盘本身自带纠错功能, 并且不需要电池进行供电, 进一步提高了系统的可靠性。
2.2.4液晶模块。LCD液晶显示器较为突出的优点是价格较低、使用寿命长、功耗低, 当环境亮度越高时, LCD的显示就越清醒。由于LCD显示属于被动显示, 所以基本不会受到外界光线的干扰, 可靠性相对较高。
2.3系统软件设计
本系统在软件设计上采用的是目前较为流行的模块化设计思路, 这样设计的优势在于系统能够支持不同用电现场控制规模的需求, 并且可以使系统具有良好的伸缩性。系统的应用程序主要有以下子程序组成:后台通讯、电表通讯、人机交互界面、任务管理、负控进程、网络拨号控制等, 所有进程之间可通过共享内存实现数据交换。系统中的全部软件均是在Linux环境下开发运行的, 程序编辑使用的C++工具, 程序全都置于Program目录下运行。这种软件结构最为显著的特点之一是便于维护, 同时, 还可以进行远程升级。
2.4通讯机制
本系统支持以下通讯方式:GPRS无线通信、有线局域网、RS485总线通信。在上述几种通信方式中, RS485是专门为了采集用户电表数据而设计的。采用这种通信机制的主要目的是为了实现多通道和多种通信方式, 从而为遥控、遥信等远程控制功能的实现奠定基础。
2.5负荷控制方式
系统终端单独设置了一条RS485总线, 并以此作为负控总线, 本系统的控制功能主要包括负荷定值闭环控制、电量定值闭环控制以及遥控等控制方式。系统的控制对象既可以是某个用户, 也可以是某一组用户。
3结论
综上所述, 本文对电力负荷控制与监测系统的设计进行详细论述, 目前, 该系统已经在某电力企业获得了应用, 自投入运行至今, 系统运行非常稳定, 并未出现任何异常情况, 通过该系统的应用不但提高了企业的供电管理水平, 而且还为企业带来了巨大的经济效益。由此可见, 该系统具有一定的推广使用价值。
摘要：本文首先阐述了电力负荷控制与监测的重要意义, 并在此基础上提出电力负荷控制与监测系统的设计。期望通过本文的研究能够对提高电力企业的供用电管理水平有所帮助。
关键词：电力系统,电力负荷控制,监测
参考文献
[1]高涛.基于实时操作系统的电力负荷控制终端的研究[D].武汉:华中科技大学, 2010.
[2]胡晓曦.基于智能开关的配电网电能质量监测及负荷控制技术研究[D].长沙:长沙理工大学, 2012.
[3]王颖.分布式可中断负荷的网络化控制装置设计与控制方法研究[J].电力系统自动化, 2012 (6) .
[4]卢华刚.电力负荷控制技术及其在需求侧管理中的应用[J].机电信息, .2011 (10) .
控制与监测系统 篇2
概述
随着国民经济的迅速发展，现代农业得到了长足的进步，温室工程已成为高效农业的一个重要组成部分。计算机自动控制的智能温室自问世以来，已成为现代农业发展的重要手段和措施。温室大棚监测控制系统的功能在于以先进的技术和现代化设施，人为控制作物生长的环境条件，使作物生长不受自然气候的影响，做到常年工厂化，进行高效率，高产值和高效益的生产。托普物联网研制的温室大棚监测控制系统是用通用组态软件结合自动化设备在现代农业上的一个典型应用，该系统很好地完成了温室大棚环境监控的各项需求，为此类需求呈现了一个成熟的方案。
一、温室大棚监测控制系统简介
1、系统定义
智能温室监测系统就是根据无线网络获取的植物实时的生长环境信息，如通过各个类型的传感器可监测土壤水分、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量等参数。
该系统利用物联网技术，可实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分温度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，保证温室大棚内环境最适宜作物生长，为作物高产、优质、高效、生态、安全创造条件。同时，该系统还可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向农户推送实时监测信息、预警信息、农技知识等，实现温室大棚集约化、网络化远程管理，充分发挥物联网技术在设施农业生产中的作用。本系统适用于各种类型的日光温室、连栋温室、智能温室。
2、系统组成
该系统包括：传感终端、通信终端、无线传感网、控制终端、监控中心和应用软件平台。（1）传感终端
温室大棚环境信息感知单元由无线采集终端和各种环境信息传感器组成。环境信息传感器监测空气温湿度、土壤水分温度、光照强度、二氧化碳浓度等多点环境参数，通过无线采集终端以GPRS方式将采集数据传输至监控中心，以指导生产。
（2）通信终端及传感网络建设
温室大棚无线传感通信网络主要由如下两部分组成：温室大棚内部感知节点间的自组织网络建设；温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络建设。前者主要实现传感器数据的采集及传感器与执行控制器间的数据交互。温室大棚环境信息通过内部自组织网络在中继节点汇聚后，将通过温室大棚间及温室大棚与农场监控中心的通信网络实现监控中心对各温室大棚环境信息的监控。
（3）控制终端 温室大棚环境智能控制单元由测控模块、电磁阀、配电控制柜及安装附件组成，通过GPRS模块与管理监控中心连接。根据温室大棚内空气温湿度、土壤温度水分、光照强度及二氧化碳浓度等参数，对环境调节设备进行控制，包括内遮阳、外遮阳、风机、湿帘水泵、顶部通风、电磁阀等设备。
（4）视频监控系统
作为数据信息的有效补充，基于网络技术和视频信号传输技术，对温室大棚内部作物生长状况进行全天候视频监控。该系统由网络型视频服务器、高分辨率摄像头组成，网络型视频服务器主要用以提供视频信号的转换和传输，并实现远程的网络视频服务。在已有Internet上，只要能够上网就可以根据用户权限进行远程的图像访问、实现多点、在线、便捷的监测方式。
（5）监控中心
监控中心由服务器、多业务综合光端机、大屏幕显示系统、UPS及配套网络设备组成，是整个系统的核心。建设管理监控中心的目的是对整个示范园区进行信息化管理并进行成果展示。
（6）应用软件平台
通过应用软件平台可将土壤信息感知设备、空气环境监测感知设备、外部气象感知设备、视频信息感知设备等各种感知设备的基础数据进行统一存储、处理和挖掘，通过中央控制软件的智能决策，形成有效指令，通过声光电报警指导管理人员或者直接控制执行机构的方式调节设施内的小气候环境，为作物生长提供优良的生长环境。
二、功能叙述
温室环境包括非常广泛的内容，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的温湿度、光照、CO2浓度等。计算机通过各种传感器接收各类环境因素信息，通过逻辑运算和判断控制相应温室设备运作以调节温室环境。输出和打印设备可帮助种植者作全面细致的数据分析，保存历史数据。本系统主要具备以下几部分功能： 综合环境控制
采用计算机实现环境参数比较分析，四季连续工况调控系统。，比例调节环境温度、湿度与通风。CO2 发生装置按需比例调节环境CO2浓度，夏季室外屋顶喷淋，在保证室内光照强度的前提下，组合调节环境温度与通风，达到强制降低环境温度的效果。通过计算机对温室各电动执行器进行整体调节，自动调控到作物生长所需求的温、湿、光、水、气等条件，另外通过臭氧消毒净化器对温室进行消毒。肥水灌溉控制
采用计算机肥水灌溉运筹系统。根据作物区的需要，对水培区的营养液成分，PH和EC值进行 综合调控。对基培和土培区主要是根据作物生产需要，设定基质、土壤的水势值，自动调节滴灌、喷灌系统的灌溉时间和次数。紧急状态处理
采用计算机实测环境参数、状态极限值反馈报警保护系统。根据作物的各项参数设定温室环境的极限值和作物生长环境参数极限值报警保护系统，提高了整个系统安全性。信息处理
采用计算机集散控制信息管理系统。信息处理由中心控制计算机完成。主机通过局部数字通讯网络与现场控制机相连，实现远动双向控制及全系统集中数据处理。其功能包括运行实时参数执行器模拟状态显示，历史数据存储、检索，数据平均值报表、曲线显示与打印。
三、温室的环境参数指标
针对本系统所涉及的两栋温室，根据栽培的作物和所处的环境，具体参数如下： 1.葡萄温室
a、在冬季休眠期约90多天需保持温室内温度为5℃。休眠期以后白天需控制温室内温度为25-30℃，夜间需控制在15-18℃。
b、湿度需保持在50-75%不能超过95%。c、光照强度应保持在45000-55000勒克斯
d、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。e、PH值保持在7-7.5。
f、EC值离子总浓度保持在1‰-2‰，随时进行调整。2.黄瓜、番茄温室：
a、在苗期需保持温室内温度在13-15℃，定植后白天上午应保持在25-28℃，下午应保持在20-25℃，夜间应保持在15-18℃。
b、湿度黄瓜在白天保持在70-75%，夜间保持在85-90%；番茄白天保持在65-75%，夜间保持在75-85%。c、光照强度番茄应保持在50000勒克斯左右，保证12个小时光照；黄瓜应保持在40000勒克斯左右，保证8-10小时光照。
d、二氧化碳浓度在上午日出后到10点左右保持在1000PPM左右。e、PH值保持在6.5-7.5。
f、EC值离子总浓度保持在1‰-2‰，随时进行调整。
黄瓜和番茄在冬季早春即11月中旬至下年2月上旬期间比较关键。
以上参数在监控软件中进行编写，环境参数超出设定范围时进行相应调节同时产生报警提醒值 班人员注意。
托盘物联网简介
托普物联网是浙江托普仪器有限公司旗下的重要项目。浙江托普仪器是国内领先的农业仪器研发生产商，依据自身在农业领域的研发实力，和自主研发的配套设备，在农业物联网领域崭露头角！
托普物联网以客户需求为源头，结合现代农业科技、通信技术、计算机技术、GIS信息技术，以及物联网技术，竭诚为传统行业提供信息化、智能化的产品与端到端的解决方案。主要有：大田种植智能解决方案、畜牧养殖管理解决方案、食品安全溯源解决方案、食用菌种植智能化管理解决方案、水产养殖管理解决方案、温室大棚智能控制解决方案等。
托普物联网三大系统产品
我们知道物联网主要包括三大层次，即感知层、传输层和应用层。因此托普物联网产品主要以这三个层次延伸，涵盖了感知系统（环境监测传感设备）、传输系统（数据传输处理网络）、应用系统（终端智能控制平台。）
托普物联网模块化智能集成系统
托普物联网依据自身研发优势，开发了多种模块化智能集成系统。
1、传感模块：即环境传感监测系统。它依据各类传感设备可以完成整个园区或完成对异地园区所需数据监测的功能。
2、终端模块：即终端智能控制系统。它可以完成整个园区或远程控制异地园区进行自动灌溉、自动降温、自动开启风机，自动补光及遮阳，自动卷帘，自动开窗关窗，自动液体肥料施肥、自动喷药等各类农业生产所需的自动控制。
3、视频监控模块：即实时视频监控系统。主要是通过监控中心实时得到植物生长信息，在监控中心或异地互联网上既可随时看到作物的实时生长状况。
4、预警模块：即远程植保预警系统。可以通过声光报警、短信报警、语音报警等方式进行预警。
5、溯源模块：即农产品安全溯源系统。该系统对农产品从种植准备阶段、种植和培育阶段、生长阶段、收获阶段等对作物生长环境、喷药施肥情况、病虫害状况等实施实时信息自动记录，有据可查，在储藏、运输、销售阶段采用二维码或者RFID射频技术对各个阶段数据记录，这样就能实现消费者拿到农产品时通过终端设备或网络就能查看到各类信息，才能放心食用。
控制与监测系统 篇3
【关键词】水质自动监测；管理制度；质量保证；质量控制
【中图分类号】 O213.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0445-02
近年来，随着我国社会经济建设的快速发展，城市工农业水资源浪费的现象十分严重，大量水资源无序开发和利用，给经济的可持续发展带来巨大的挑战。目前，人们及业界人士对于城市水环境问题的认识越来越深入，也提高了江河湖环境水质监测的质量要求。水质自动监测系统是近年来发展速度较快的一种新兴监测方式，具有监测自动化、预警预报和互访共享功能等优点，能够实时监控所测水环境的水质变化情况，在一定程度上掌握了水质污染物浓度及其时间变化规律，为污染物总量控制和流域环境管理提供科学的指导依据。本文通过探讨环境水质自动检测系统运行管理的质量控制工作，提出一些切实有效的质量保证措施，以期确保水质检测的质量水平。
1 环境水质自动监测质量管理制度现状
《国家地表水自动监测站运行管理办法》从仪器校准、试剂配制与有效性检查、标准溶液核查、比对实验、数据审核、水站质控档案管理等6个方面，提出了国控地表水自动监测站的运行管理质量控制措施。除此之外，国内不少省份制定的水质自动监测系统运行管理办法也包括质量保证与质量控制要求。从人员、自动监测仪器、试剂、比对实验、数据审核、档案管理、巡检制度、质控考核等方面提出了各项质量保证与质量控制要求。
2 环境水质自动监测系统运行管理的质量控制
环境水质自动监测的质量控制是一个在水质自动监测系统建设、运行管理过程中以自动监测系统正常运行和监测数据准确可靠为目标的完整体系。环境水质自动监测质量控制指标框架如图1所示。
2.1 环境水质自动监测系统建设的质量保证
2.1.1 站点选址
根据中国环境监测总站下发的《水质自动站点选址技术要求》，水质自动监测站位置的选择必须考虑以下几个基本条件：（1）基础条件的可行性：具备土地、交通、通讯、电力、自来水及地质等良好的基础条件；（2）水质具有的代表性：根据监测目的和断面的功能，具有较好的水质代表性；（3）站点的长期性：不受城市、农村、水利等建设的影响，有比较稳定的水深和河流宽度，保证系统长期运行；（4）系统的安全性：自动站周围环境条件安全、可靠；（5）运行的经济性：交通方便，便于承担管理任务的监测站（以下简称托管站）日常运行和管理；（6）管理的规范性：托管站的管理水平和技术较高，责任心强。
2.1.2 采水和配水单元的设计
采水单元一般包括采水构筑物、采水泵、采水管道、清洗配套装置和保温配套装置。在设计采水单元时，要综合考虑站点地理环境、水文状况和水位变化以及取水管道长度、管径等因素，根据这些因素采取相应的保温、防冻、防压等措施，减少水质在传输中的变化。
配水单元一般分为流量和压力调节、预处理及系统清洗3个部分。配水单元一定要满足不同仪器设备对水流和水压的要求，例如采用膜电极法测定溶解氧时，需要溶解氧的不断补充来达到平衡，此时水的流速对测定影响较大，设计配水单元时应考虑保证仪器所要求的流速，否则测试数据也会偏低。
2.1.3 自动监测仪器性能
根据国家颁布的“水质自动分析仪技术要求”，应选用符合方法原理和性能要求的仪器。pH、电导率、溶解氧和浊度水质自动分析仪均要求系统具有设定、校对、断电保护、来电恢复、故障报警功能，以及时间、参数显示功能（包括年、月、日和时、分以及测量值）等。高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、总有机碳等水质自动分析仪除须满足以上基本要求外，还应具备当系统意外断电且再度上电时，系统能自动排出断电前正在测定的试样和试剂、自动清洗各通道、自动复位到重新开始测定的状态，以及当试样或试剂不能导入反应器时，系统能通过蜂鸣器报警和显示故障等，并停止运行直至系统被重新启动。
2.1.4 数据采集和传输
数据采集和传输要完整、准确、可靠，应尽量降低数据在采集和传输过程中造成的误差。要定期检查各种仪器输出量程与软件控制输出量程的一致性、数据采集系统下载的数据和现场实时显示的数据与仪器表头显示的数据的一致性。
2.1.5 站房环境和安全保护
站房仪器设备间温度要24小时保持在15℃～25℃，温度变化率<5℃/小时；湿度要24小时保持40%～70%。保持各仪器干净清洁，内部管路通畅，出水正常。对于各类分析仪器，应防止日光直射，保持环境温度稳定，避免仪器振动。站房和仪器供电电源应有良好的接地，并安装电源稳压器。
站房建设按50年一遇的防洪标准设计。防雷设施是请当地的防雷工程公司设计并施工，具备三级防雷标准，并且每年按时请防雷减灾管理中心进行防雷检测。
2.1.6 人员配备和制度建立
选派具有一定的专业知识、有较强的责任心和业务能力的技术人员参与水质自动站的建设，全程跟踪水质自动站的建设工作，为今后从事水质自动监测站的运行管理打下基础。
同时，制定水质自动监测系统运行管理的规章制度，包括日常运行维护、定期巡检、数据比对、档案管理、故障报告、周报上报、数据审核和水质异常报告等内容。
2.2 环境水质自动监测系统运行管理的质量控制
2.2.1 人员持证上岗
水质自动监测系统应配有专职且具有较强的责任心和较高的业务能力的运行维护人员，通过培训、考核，持证上岗；严格执行各项规章制度。
2.2.2 试剂配制及有效性检查
所有使用的试剂必须为分析纯或优级纯级别，且未失效；标准溶液贮存期除有明确的规定外，一般不得超过三个月；定期对各种化学试剂或标准溶液抽查进行实验室分析，一旦发现试剂或标准溶液变质，要及时更换，每次更换试剂后要对仪器进行校准。
2.2.3 系统运行维护
定期对水质自动监测系统仪器的各组成部分进行维护、维修、保养，保证系统的正常运行。托管站技术人员和仪器供应商对水站进行定期巡检，巡检期间进行水站系统检查、仪器校准、隐患排除及外部设施的检查。当水质自动监测系统出现故障时，要及时修复，保证监测数据的连续性、有效性。
2.2.4 仪器校准和性能测试
（1）仪器校准
根据水质情况，确定自动监测仪器的定期校准时间，但不能 超过仪器操作手册规定的时间期限。每次更换试剂后，要对仪器重新校准。仪器的校准必须严格按照操作规程进行，仪器经校准后，可采用标准溶液进行核查，确保仪器校准的有效性。
（2）仪器基线漂移核查
使用国家认可的有证标准物质，或按规定方法配制的标准溶液，每周对自动监测仪器进行一次核查，通过结果准确度评判自动监测仪器基线发生漂移程度。标准物质或标准溶液测定的相对误差不大于推荐值的±10%，相对标准偏差不大于±5%。
（3）仪器性能测试
采用国家有证标准物质或按规定方法配制的标准溶液（选择测量范围中间浓度值）对仪器进行测试，仪器经校准后，连续测定8次质控样，根据测定结果计算仪器的准确度和精密度。另外，按仪器规定的测量范围内梯度选择5个浓度的标准溶液（包括空白）按样品方式测试，并计算其相关技术参数。
2.2.5 比对实验
每月进行一次实验室标准分析方法与水站自动监测仪器方法结果的比对，每次不少于3个实际样品。比对实验结果相对误差不大于±20%，项目浓度在检测限3倍以内不受此限。
2.2.6 数据质量检查与审核
托管站及省站、总站技术人员应实时跟踪检查数据，发现异常数据应及时判断和处理，并做好记录。有条件的省、市要建立计算机数据审核系统，将不合理的数据进行自动剔除或修正，确保监测数据的准确性。水质自动监测系统数据执行三级审核制度，按周报告监测结果。
3 结束语
综上所述，水质自动监测系统运行管理在我国是一项比较新的工作。因此，监测人员需要在管理运行过程中摸索出适合我国国情及水情的质量控制措施，建立健全质量管理体系，同时还应提高自身的综合素质及责任心，熟悉掌握自动监测系统的操作原理和护技术等。只有这样，才能真正确保水质自动监测系统运行稳定可靠，数据准确完整。
参考文献
[1] 袁思敏.水质自动监测系统的运行管理研究[J].中华民居（下旬刊）.2012年第06期
拖拉机自动监测与控制系统 篇4
我国拖拉机在作业过程中, 现在主要还是依靠驾驶人员的技术和经验来进行控制, 人为因素较大。我们开发的拖拉机自动监测与控制系统, 能实时监测和显示拖拉机作业时的各种技术参数和工作状态, 对非正常情况进行报警提示, 并对主要的动作进行自动控制与调节。这样, 使驾驶人员随时对整机的工作状态都有一个比较全面直观的了解, 减轻其劳动强度。同时, 由于可自动控制与调节, 使得能耗大大降低, 而对拖拉机及配套机具的安全性大大提高, 具有十分可观的经济效益。
1 概述
本系统由各种传感器、执行器、数据采集器、微处理器及工业液晶显示器组成。传感器主要有:位置传感器、温度传感器、雷达测速传感器、转速传感器、油耗传感器、压力传感器、拉力传感器等等;执行器包括各种电器、液压与机械元件;数据采集与微处理器采用进口德国STW公司16位20MHz (可扩展至40MHz) ESX-micro控制器+ESX-DIOM, 带存储卡 (memory card) 扩展插槽1个, SD/MMC;显示器采用德国进口工业级OPUSA4 6.5"TFT彩色液晶显示屏。先进的CAN-bus系统控制总线技术, 保证系统的高性能和高可靠性。控制系统框图如图1:
系统通过各种传感器对发动机、拖拉机底盘、悬挂提升系统的技术参数及拖拉机的实际行驶速度和理论速度等进行实时监测, 并将数据传送到微处理器与预置的数据进行对比分析 (同时将数据在显示器上进行显示) , 然后根据分析结果对执行机构发出指令进行适当调节, 调节后的状态数据通过传感器再次反馈给微处理器进行对比分析, 并根据分析结果对执行机构发出调节指令, 如此循环而形成一个闭环控制系统, 使拖拉机按操作者意图始终在一个较为理想的状态下进行工作。
2 悬挂提升系统的监测控制
悬挂提升系统监测控制是通过拉力传感器、位置传感器、微处理器、电磁阀、液压油缸、牵引架等部件完成的。两个拉力传感器分别安装在拖拉机后悬挂架两个下悬挂点的特制销内, 检测牵引力;位置传感器安装在提升器转轴附近, 检测提升角度。根据三点悬挂机构下拉杆上传感器采集的牵引负荷变化及位置传感器提升角度的变化情况, 驾驶员可针对农具型式和作业条件选择农具的力调节、位调节、力位混合调节或浮动操作。
牵引载荷及提升角度的的数据不断传送给微处理器, 微处理器将这些数据进行对比分析后发出指令给液压系统, 使农具上升或下降, 从而保持原有的牵引载荷。通过这种方式调节, 可使农具的牵引载荷保持恒定, 能有效地防止拖拉机超负荷作业, 减少燃油消耗。通过实际作业考核证明, 其经济性非常明显。另一方面, 增加了安全性, 当农具接触较大石块或树根时, 能自动升起, 可避免损坏农具。具体监测控制示意图如图2。
此外, 本系统还可实现拖拉机的动态振动缓冲控制。当运输三点悬挂机构挂接农具时, 在运输速度下, 农具振动可能造成转向控制困难。在使用动态振动缓冲控制的情况下, 当前轮受到撞击导致拖拉机前部抬起时, 液压系统接到电脑传来的信息会迅速地起作用, 将农具振动降低到最小程度, 以提高驾驶平稳性。
3 发动机的监测控制
发动机的监测控制通过油位传感器、机油压力传感器、冷却水温传感器、微处理器、发动机熄火装置等部件来实现。
1.液压泵;2.电磁阀;3.显示器;4.位置传感器;5.油缸;6.力传感器;7.速度传感器;8.雷达测速传感器;9.微处理器
微处理器能将机油压力传感器和冷却水温传感器传送的检测数据与设定参数进行比较, 当机油压力过低或冷却水温过高的时, 发出报警声并在显示屏上显示故障提示, 同时立即发出指令给发动机熄火装置, 实现发动机熄火停机, 有效保护发动机不致损坏。
4 滑转率监测控制
滑转率监测控制由速度传感器、雷达测速传感器、微处理器、电磁阀、液压油缸等部件来完成。
滑转率越大, 功率损失越大。轮式拖拉机一般滑转率在15%时, 牵引力达最大值。因而控制滑转率, 对于节省时间和燃油、减少轮胎磨损、更好处理土壤、减轻驾驶员的紧张程度、防止拖拉机在田间“粘住”, 都具有十分积极的意义。
滑转率是通过安装在拖拉机底部的雷达测速传感器和安装在分动箱输出轴轴侧的转速传感器测得。雷达传感器通过不断地向地面发射电磁微波来测得拖拉机的实际前进速度, 拖拉机分动箱输出轴轴侧转速传感器测得机车理论前进速度, 两者的比值即为滑转率。驾驶员可通过微处理器预置滑转率限定值, 当滑转率高于预设定值时, 微处理器发出指令让液压系统执行部件迅速提升农具, 直至车轮滑转率降至允许值;反之亦然。
5 数据处理及显示
数据处理及显示由微处理器和显示器来完成。
微处理器将各传感器传送的数据进行处理后, 以文字形式在显示器上进行显示, 共分三级界面, 各界面之间可任意切换。各界面显示内容如下:
首界面:
显示内容:燃油位、整车电压、制动器气压、发动机机油压力、发动机冷却水温、时钟。
二级界面:
*速度信号界面
显示内容:行驶速度、发动机转速、平均速度、动力输出转速。
*报警信号界面
显示内容:整车系统电压、四驱状态显示、冷却液位报警、发动机冷却液温过高报警、发动机油压低报警、手刹结合报警、电压充电报警等。
通过声音、灯光及提示文字报警, 不局限于单独界面。当有任意报警时, 系统跳转到故障维修界面 (一定时间内返回主界面) , 以便机手及时采取相应操作。
*提升参数界面
显示内容:提升器提升高度、下拉杆牵引力值、提升器状态。
*作业统计界面
显示内容:油耗、滑转率、牵引功率、PTO转速/功率、发动机工作时间等。
*维护保养界面
显示内容:常见的故障及维修指导信息、报警对应的处理提示等。
三级界面:
各二级界面的下级界面, 显示各种数据记录及历史曲线等, 支持按时间进行查询。
6 结束语
控制与监测系统 篇5
水污染源在线自动监测系统
质量控制管理制度
水污染源在线自动监测系统质量控制管理制度
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分
2009年7月31日
目录
总则..........................................................................................1 职责分工....................................................................................1 日常运营维护实施规定..................................................................2 运营维修管理规定........................................................................3 安全保障....................................................................................5 质量保证与质量控制.....................................................................6 投诉处理....................................................................................6
水污染源在线自动监测系统质量控制管理制度
水污染源在线自动监测系统质量控制管理制度
第一部分
总则
1、为了加强污染源在线监控系统的管理，确保系统长期稳定运行，更好地为水污染防治、水资源保护工作服务,按照统一领导、明确职责、分工负责、密切配合的原则制订本规定。
2、本规定规定了系统的的职责分工、质量管理、维护维修、安全保障、投诉管理等方面的管理要求。
第二部分
职责分工
1、应设立污染源在线监控系统的运行管理部门，明确专职人员，建立系统运行管理规章制度。
2、部门运营维护人员包括：维护人员、技术人员、化学分析人员和管理人员等，每个技术人员必须具有环境监测和相关专业知识，熟练掌握本岗位监测分析技术，熟悉和执行本岗位技术规范、方法等，确保监测数据准确，并及时向有关部门提供监测数据，在南海区环境保护监测站备案记录。
3、应实施“日监视、周巡检”日常管理制度。即每日上、下午至少各一次远程实时监视并存取数据，如发现数据有持续异常情况，应即刻前往站点进行检查。每周至少一次到现场检查维护。每个巡检小组由2～3人组成。
4、远程监视及维护维修活动必须记录备查。
5、巡检的项目包括在线监测仪器及附属设备、视频设备、网络通讯设备、现场环境等。
6、及时解决发现的故障；对厂家投诉的问题，解决后，必须通知企业相关负责人。
7、巡检和维护工作完成后，必须填写维护记录。
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第三部分
日常运营维护实施规定
1、一般要求
现场应保持各仪器设备干净清洁，内部管路通畅，出水正常。对于各类分析仪器，应防止日光直射，保持环境温度稳定，避免仪器振动，日常应经常检查其供电是否正常、过程温度是否正常、工作时序是否正常、有无漏液，及管路是否有气泡，数采仪的传输是否正常等。
2、每天定期远程检查
技术人员每天上午和下午两次通过中转服务器远程查看污染源站点监测数据及运行状况，并对站点进行远程管理和巡视，内容包括： 根据仪器分析数据判断仪器运行情况； 根据数据采集器的标识判断数采仪的运行情况；
检查视频监控系统运行状态，包括图像传输、云台控制、监视位置等。
发现数据有持续异常值出现时，应立即前往现场进行调查。
3、每周定期巡视
每周应巡视各站点1－2次，主要作业内容包括：
查看各台分析仪器及辅助设备的运行状态和主要技术参数，判断运行是否正常； 检查电路系统、通讯线路是否正常； 检查采配水系统是否正常；
检查DVR工作是否正常，有无报警。
4、每半月至少到现场对视频监控系统（包括摄像机、视频服务器等）进行一次检查和维护。
5、仪器设备有关部件定期清洗与维护
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取水管路应检查是否出现弯折现象，是否畅通，并清理管路周边杂物，一般每月一次。 仪器分析系统：对各分析仪每月标定1次；对分析仪的采样杯、废液桶、进样管路测量室等每月清洗1次。
6、停机维护
短时间停机（停机时间小于24小时）：一般关机即可，再次运行时仪器一般需重新校准。
长时间停机（连续停机时间超过24小时）：如果分析仪需要停机24小时或更长时间，一般需关闭分析仪器和进样阀，关闭电源。并用蒸馏水清洗分析仪器的蠕动泵以及试剂管路；清洗测量室并排空。
7、零配件、易耗件定期更换：应依据站点周边环境条件制定易耗品和消耗品（如泵管、滤膜、活性碳及干燥剂等）的更换周期，做到定期更换。
8、具体实施规定以《HJ/T 355-2007 水污染源在线监测系统运行与考核技术规范（试行）》为依据。
第四部分
运营维修管理规定
1、系统运行出现异常情况，我司将在一个小时内做出响应，半个工作日内派专业技术人员赶往实地现场解决问题。
2、在确认自行无法排除的故障后应按下列程序办理：
在24小时内（节假日顺延，下同）填报“污染源在线监控系统报修单”，并以传真形式向专业机构（仪器设备提供商）提出维修申请，并详细注明故障发生时间、发生单元、表现形式、报修时间等。特殊情况下可先电话报修，后补报修单；
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在接到报修单（电话）的48小时内做出响应。可以在远程解决处理的故障，应在一周内予以排除；确认不能远程解决处理必须现场排除的故障，属于专业机构业务范围的，应在一周内派出技术工程师赴现场解决；由于汛期等原因不能排除的故障，应在具备维修条件后及时通知专业机构前往维修；由于其他原因（如雷击等）造成全部或部分系统、仪器设备停止运行的，由我司与仪器生产商协商，尽快恢复运行； 做好备品备件的计划及采购工作，尽可能保证维修所需的备品备件。对于偶发性损坏的备品备件及时组织采购，将因缺备品备件无法维修而停止运行的仪器压缩到最短时间；
维修维护工作结束后，对本次维修维护工作填写“维修维护服务单”，并做出详尽记录，包括故障发生时间、原因、故障发生单元、维修及更换配件情况、维修时间、服务工程师等，经签字确认并归入站点技术档案妥善保管；
3、加强各站点维修维护组织和管理工作，我司已为站点设立了24小时服务热线（400-680-6580），保证做好各项服务工作，切实提高及时响应能力。
4、每周进行一次巡检。巡检工作按下列程序办理：
对巡检工作做出计划，基本确定巡检时间，需要区环保局信息中心协助应事先通知做好准备。确因特殊原因不能如期前往的，应及时与区环保局信息中心协商并征得同意； 要对巡检的工作内容做到明细化、流程化，并以书面形式通知区环保局信息中心； 巡检工作结束后，巡检工程师均应填写相应的表单，并签字确认分别归入污染源站点技术档案妥善保管。
5、站点运行的备品备件划分为：易损易耗件、常用零备件、仪器备件等，要根据不同的使用性质采用不同的发放规定。
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有使用规定期限要求的，必须严格按使用规定期限予以更换。必须对这类备品备件做好计划衔接和记录，以保证系统正常运转；
对系统运行过程中损坏的备品备件，不可修复的须进行更换并做记录登记；可修复的则在修复后可继续使用，但使用修复件不得影响系统正常运行。如修复周期长影响数据较长时间不能报出的，必须有相应的补救措施和规定；
鉴于部分备品备件有一定的购货周期，应衔接好购货计划，保持合理的备品备件库存。特殊情况报区环保局信息中心协调解决。
第五部分
安全保障
1、现场维护人员外出时必须对工具及安全设施进行检查，并做好记录。发现不安全因素和隐患因素及时向公司报告，并进行整改、纠正、发现违章作业有权制止。
2、进入维护现场，必须遵守企业的安全制度。
3、分析仪器所用试剂具有很强的腐蚀性，操作时应格外小心，必须带胶手套，防止溅到身上。若不慎溅到皮肤上，应立即用干布擦干净再用清水冲洗。在试剂的搬运过程中，必须将试剂瓶包在密封的塑胶容器内或放入塑胶桶内。绝不容许光手直接提试剂瓶。在运输化学试剂时，应认真对试剂瓶进行包装，以防在运输途中试剂破损。
4、注意用电安全，不要随意开、合电闸。发生意外事故时，应迅速切断电源，水源等。立刻采取有效措施，及时处理，并报告主管领导。
5、离开站房前，必须认真检查电源、水源、门窗，确保站房安全。
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第六部分
质量保证与质量控制
1、仪器校准：应按仪器的操作手册对自动监测仪器定期进行校准，并作记录。
2、试剂配制与有效性检查：所有使用的试剂必须为分析纯，且未失效；标准溶液贮存期除有明确的规定外，一般不得超过三个月；标准溶液和试剂的配制按计量认证的要求进行。
3、标准溶液核查：使用国家认可的质控样（或按规定方法配制的标准溶液），每月对自动监测仪器进行一次标准溶液核查，计算其准确度和精密度。质控样（或标准溶液）测定的相对误差不大于推荐值的±10%，相对标准偏差不大于±5%。并记录核查结果。
4、按照国家规定的监测分析仪方法进行实际水样比对试验；样品采集和保存严格执行HJ/T 91-2002的有关规定，实施全过程质量控制和质量保证。
5、污染治理设施运行记录数据要进行时间序列比对、类别比对，确保如实记录污染治理设施运行状态。
第七部分
投诉处理
1、对于企业的故障投诉、技术咨询等，公司所有人员必须以谦恭礼貌、迅速周到为原则，并做好相应的投诉记录工作,记录好投诉人的要求和联系方式。
2、对收到的投诉记录，相关人员必须尽快进行了解和核实，维护人员根据实际情况进行故障排查，向投诉客户给予答复。
液压泵的监测控制与应用研究 篇6
关键词：液压泵；系统；监测；控制；应用
随着我国工业的不断发展进步，以及各项制造的不断开展，液压泵在其中发挥着越来越重要的作用，而一些使用过程中的问题也随之不断显现出来。因此，对液压泵的工作过程进行监测，并对其进行正常工作运转进行有效控制就显得极其重要，只有把监测控制的工作做好，才能最大成都地发挥液压泵在工业项目、生产制造等领域的作用，让其在生活中发挥更加广泛的应用。
1.液压泵使用过程中的常见故障
由于液压泵体对低温的耐受力不强，动臂油缸内壁密封性有待提高，操纵阀强度不够高等因素，液压泵在使用过程中难免出现故障影响泵的正常使用，下面将列举一些液压泵在使用过程中出现的常见故障：
1.1.液压泵油箱内的油面偏低，导致液压泵不能正常运转。
1.2.溢流阀调整的压力过低，致使出现溢流阀损坏等现象。
1.3.液压泵在提升的过程中，速度缓慢，且在提升时机体出现抖动，无法进行重负荷提升作业。
1.4.有脏污堵塞进油管，致使油液无法通过管道进入机体，进一步形成压力油排出至执行元件。
1.5.叶片泵变量机构动作迟钝，偏心量为零。
1.6.柱塞泵变量机构制造精度不够，配置间隙太小不够合理，内部存在较大的摩擦致使机构无法正常运转，出现噪声及机器内部的损坏。
1.7.主动轴损坏，外部空气进入液压系统使系统内部正常压力改变，无法有效地对油液进行吸入和排出。
1.8.动臂油缸发生漏油现象，机体无法操作。
通过以上对液压泵故障的描述，我们容易发现液压泵在工作进程中容易出现许多问题，因此我们需要对其进行定期地监测，并有效控制以确保其工作的正常高效，同时也可以提早发现故障以防止对液压泵机体造成更加严重的损害，从而降低损失，提高工作的质量和效率。
2.对液压泵进行监测控制的可取手段
2.1.在液压系统的工作运行中，可观察执行机构的运动速度，若速度产生变化，则代表液压泵的运行出现故障。另外，还可监测系统各个测压点的波动范围、看液压泵油箱中油的清澈程度，油量的多少及粘度来反映推测整个系统的工作状态。
2.2.实时监控硬件的情况，例如系统的接口，内壁出有无渗漏现象，是否附着大量有误油垢，以及活塞，操纵杆是否有跳动等不牢固现象，一旦发现应及时进行加固维修处理，做好故障的预防。
2.3.应注意液压泵操作过程中的噪声，如果液压系统出现明显的噪音，或是尖锐撞击，冲击的声音，则首先应排查是否有原件油液泄露，或是各个部件之间安装出现问题导致过大摩擦损坏器械。
2.4.定期触摸系统的工作温度以及振动情况，如果仪器的工作温度过高，则应将机械系统内部拆分开来进行维修、保养，以防其因过高的温度进一步损害甚至烧毁。如果仪器产生较大的振动，或是在较慢运行的过程中发生爬行，则应系统地进行检查维护。
2.5.逐条记录并定期检测液压系统各部件的检修情况，以及液压油的更换情况，对仪器采取有效地清理和保养措施，调节各项指标指项以使得系统的工作效率达到最高水平，保障系统和各个部件的使用安全。
2.6.采用传感器等高精度的仪器进行监测控制，将液压系统的各个特征参量信号进行放大处理，并显示给工作人员，以便工作人员对数据进行处理分析，提早发现系统运行过程中的问题以进行预防，防止故障进一步发展，降低系统运行的效率，造成更大的损失。
3.液压泵的应用及未来发展
液压泵的原理简单，工作效率高且适用范围广泛，因此越来越多地涉足生活中的各项领域。
首先，气动液压泵在生活中具有较多应用。它广泛地应用于冶金、矿山、机械制造、船舶业、石油化工等领域，尤其适用于需要防爆处理的地下煤矿开采等场合。气动液压泵安全性能好，轻便易于携带，输出压力高，方便使用。
另外，液压泵在重型及大型设备，如轧机压下系统、连铸机压下系统等也都有应用，液压系统可以承受较高的功重，因此其在工程机械、飞机尾舵控制以及轮船船机控制、高速响应军工随机系统中发挥着必不可少的抗冲击作用。
由于液压泵系统的优势性能，其在各项领域中的应用前景也非常广泛。21世纪，液压泵将以高压化（器械的总体积减小，工作压力提高，性能大大提高），智能化（采取智能控制系统，实现计算机控制，采用电子信号等高科技信号处理手段控制其流量，排量和压力，使得操作更加简便，更加高效），纯水化（只用纯水作为液压系统的内部介质，不仅使得价格投入、成本低廉，且利于环保和绿色施工，并大大减小噪声，发展内部控制元件整体的优化）等等，使得液压泵优势更加明显，未来的应用领域也将大大拓宽，让液压泵系统更好地服务于工业制造和生活中的更多方便，实现应用效益的最大化。
4.结语
液压泵具有很多优势性能，因此如今其作为良好的动力源应用于冶金，机械制造，工农业生产，航天航海业，以及石油矿业开采等很多领域。而在应用过程中所显露出的多方面问题也不断引起着我们的重视，例如油液泄露，噪声较大，管道堵塞，摩擦损耗阻碍等，因此，在液压泵系统使用过程中的监测与控制问题应引起极大重视，如上本文也给出了几条有效检测控制系统以使系统取得最大效率，损失达到最小化的可取措施。
参考文献：
[1]高英杰，孔祥东. 基于小波包分析的液压泵状态监测方法[J]. 机械工程学报，2009，08：80-88.
[2]张友根. 注塑机交流伺服电动机驱动液压泵系统的应用及设计研究[J]. 液压气动与密封，2010，12：15-24+40.
[3]刘大威. 液压泵输出流量脉动控制及其应用研究[D].吉林大学，2013.
控制与监测系统 篇7
随着年产量突破千万吨的大型煤矿不断涌现,越来越多的大型选矿厂引入了快速装车系统。快速装车系统是一种采用自动控制方式将煤炭等固体物料按照规定的重量连续地称量并将其装入到列车车厢中的高效装载系统[1,2],具有装车速度快、称量精度高、工作效率高等特点[3,4]。煤炭快速装车系统高效、稳定工作性能的实现得益于监测控制技术的应用,监测控制技术的逐渐成熟将会进一步促进快速装车系统的发展。因此,研究煤炭快速装车系统监测控制技术具有重要的意义。本文在介绍煤炭快速装车系统的基础上,从监测与控制技术入手,论述了储煤仓、输煤系统、称重系统、液压系统及车辆定位与识别系统等子系统的监测技术研究现状,并指出了煤炭快速装车系统监测控制技术的发展趋势。
1 煤炭快速装车系统
煤炭快速装车系统的工作流程如图1所示。储煤仓的煤炭通过给煤机输送到储煤仓下部的带式输送机,由带式输送机将煤炭灌入缓冲仓、定量仓,定量仓由称重传感器称重,当达到火车车皮所需的设定吨位后,装车刮板输送机开启向行进中的火车车厢装煤[1]。
随着科学技术的进步,大量新的监测手段和技术得到应用,特别是对装载精度和装车效率有很高要求的快速装车系统。快速装车系统主要采用传感器技术、PLC控制技术、组态软件技术、网络通信技术等高效、智能的监测控制技术进行系统的管理、监测和控制,其监控系统结构如图2所示。首先,通过PLC实现对储煤仓、输送带、输送电动机、定量仓、液压站等现场设备的信号采集;然后,再将采集的信号经逻辑控制、仪表通信等传递到组态监控软件系统;最后,通过组态软件实现人机交互,完成对给煤机、给料闸门、刮板输送机和液压站等子系统的控制及仪表显示等一系列功能[2]。
2 煤炭快速装车系统监测技术
煤炭快速装车系统的监测主要体现在对储煤仓、输煤系统、称重系统、液压系统等子系统的监测上。由于储煤仓、输送带存在较多危险性因素,所以,对其进行监测是研究的重点;同时,由于称重系统是保证装车质量与精度的重要环节,所以,也有很多学者对其做了大量研究。
2.1 储煤仓监测技术
储煤仓的主要作用是储存、保护煤炭,减小煤炭在储存和运输过程中对环境造成的二次影响。另外,煤炭长期存放将会使仓内温度升高,存在自燃的危险。与此同时,仓内煤易散发可燃气体,当这些可燃气体温度、浓度超过一定数值后也会造成自燃甚至爆炸等危险。因此,采用大型筒仓方式储煤,首先要建立一个完善的监测体系来保证储煤的安全。目前,对储煤仓的研究主要以仓内温度、可燃与有毒气体浓度、烟雾浓度、氧浓度及筒仓料位为监测对象,加强安全保护。
(1)温度监测。主要采用红外线测温仪、热电阻、智能温度传感器(如DS18B20)、分布式光纤传感器和连续热电偶等进行温度监测,几种温度监测方法的性能比较见表1[3]。红外测温仪用于定期对煤仓底部和仓壁进行温度测量,发现温度异常时进行分析判断,这种方法效率比较低下、不能实时监测,其他几种测温方法都可实现实时监测。例如,吕崇晓在参考文献[3]中利用不同导体对温度变化的导电系数不同研究了热电阻实时测温法,该方法具有精度高、不易受影响等特点;白永强[4]研究了分布式光纤测温法,同样解决了实时测温的问题,但光纤价格较贵,难以成为测温系统的首选;田金云[5]利用DS18B20数字温度传感器实现了-10~80℃范围内的温度测量,数据传输距离长达30m,性能稳定、工作可靠;黄河[6]基于热点效应原理研究了连续热电偶实时监测方法,实现了储煤仓堆煤内部的温度监测,反映了内部煤层各处最高温度以及最高温度升温速率的实时状况,较为准确、全面。
(2)气体和烟雾监测。对于可燃气体和烟雾的监测,严威[7]指出在储煤仓顶部和抽尘风管处都设置监测CH4浓度、CO浓度的传感器和烟雾检测器,当CH4浓度或CO浓度达到危险值时联锁充入氮气稀释浓度,进行惰性保护。对可燃气体的监测,许宁等[8]还研究了用红外光谱分析的监测方法。为保证操作及检修人员工作区域的安全性,方啸[9]指出还要在储煤仓顶部通廊和底部通廊处各设置若干氧浓度检测器,以保证工作人员的安全。此外,刘会敏等[10]在研究储煤仓储煤保护时设置了消防设备:当CO浓度上升到危险值且储煤温度在70~100℃时,应紧急出煤,并在储煤仓出煤口对煤流喷水降温,确保输送带及其他设备的安全;还要对储煤仓顶部的可燃气体喷撒水雾以稀释其浓度,降低危险。
(3)料位监测。为了防止满仓或者空仓,保证筒仓中储煤的合理调配和连续装载,储煤仓中还要配置料位计进行煤位监测。目前最常见的料位计主要有重锤式、超声波式、核辐射式、电容式、雷达式等几种。例如,王央波[11]改进重锤式料位计,减小了重锤质量,解决了系统阻力大等问题;郎永平[12]研究了超声波式料位计,安装使用方便;邓勇刚[13]研究了NAKe-系列无放射源核子料位计,通过检测天然γ射线的变化来判断物料的位置,寿命长、抗粉尘效果明显;苏东海[14]针对一般料位计误报虚假信号问题,研究了电容式料位计,克服了空仓误报信号的问题,运行稳定;为提高料位测量精度,曾志伟等[15]研究了雷达式料位计,误差小、连续性较好。几种料位监测方式的性能比较见表2[16]。此外,为了保证筒仓内储煤高度的绝对安全可靠,防止出现冒仓现象,一些学者也在储煤仓顶部设置了高料位辅助开关。例如,孙立伟[17]研究了高料位倾斜式水银开关,为储煤仓安全设置了第2道保护措施。
2.2 输煤系统监测技术
输送机的主要作用是利用输送带将储煤仓里的煤炭输送到缓冲仓,其核心部位是输送带,它直接决定了装车的速度和连续性,因此,要对输送带和输送电动机进行监测保护。
(1)输送带监测。最常见的输送带保护措施主要是利用跑偏传感器、撕裂传感器、拉绳传感器及温度传感器等对其运行状况进行实时监测,以保障其安全运行。例如,吴丽等[18]指出,当输送带跑偏20°时报警并自动停车,并采用速度打滑检测器YHSJ-I进行打滑监测,提高了输送系统的安全性和可靠性;赵博[19]采用了GSH4转速传感器和GEJ30跑偏传感器分别对输送带的速度和跑偏角度进行监测,并采用了KH105/12拉绳传感器对带式输送机进行拉绳监测,安装简单、精度高。
(2)输送电动机监测。除了对输送带的监测保护外,还要对输送电动机进行温度监测,以防止温度过高带来的安全隐患。对输送电动机的监测主要是监测其转子、绕组、轴承等部件的温度和振动情况。目前,利用智能多路巡检仪XMD5000对温度检测点进行温度采样,是一种比较经济实用的监测方法。
2.3 称重系统监测技术
称重系统用于对煤炭快速、准确的称量。最常见的是定量仓称重系统,其工作原理:称重料斗坐落在4个称重传感器上,4个称重传感器按90°均匀安装在料斗的4个支撑腿上。称重传感器是整个称重系统的核心部件之一,输出与料斗内的煤炭质量成线性比例的电信号。称重系统直接决定了煤炭装车的精度,因此,有大量文献对其进行研究。例如,张泽江[20]采用ARCHTECH 80210 125K型称重传感器对定量仓进行称重,该传感器具有自我纠偏的功能,提高了称重的精度;李茂刚等[21]利用4个RaceLake负载传感器称重的同时,又对缓冲仓设置了4个料位传感器,用来监测筒仓内物料的高度,防止满仓、欠仓,保证正常装车时有足够的煤量。
需要指出的是,除了上述基于定量仓的称重方式外,还有基于胶带轮、轨道衡等的称重方法。例如,张荣轩[22]针对目前大多数老矿区原有储煤仓因结构和空间限制而无法安装大型计量控制设备的现状,提出了基于定量控制胶带称重式给料机的快速装车系统,得到了应用和推广,实现了装车效率、经济效益和环境治理三提高;孙丙科等[23]研究了基于轨道衡的称重方法,根据轨道衡质量的反馈信息来调节给煤量,以达到自动装车的目的,这种称重方式同样具有很好的称重效果。
2.4 车辆定位与识别系统监测技术
(1)车辆定位监测。煤炭快速装车是一个动态的装载过程,当列车进入装车站之后,如何准确无误地将各节车厢定位在给料漏斗下十分重要。例如,周谷鸣等[24]以山东高庄煤矿装车系统为背景,采用10对对射式光电传感器监测车厢行进位置:当火车车厢经过发射器和接收器之间且阻断光线时,光电开关就产生0和1的信号,利用该信号来控制牵引机车的停止,实现了对煤炭装车过程中车厢位置的实时定位;王莉[25]研究了将超声波位置传感器安装在列车轨道上对火车进行定位,同样达到了很好的定位效果。
(2)车辆识别监测。由于火车车辆存在多种型号,其运输量也不尽相同。为了让每节车厢都实现最大的安全装载量,快速装车系统通常要配备车辆识别装置,用来识别不同的车皮型号,以调整装载量。目前,最常用的是基于微波射频识别技术的车辆自动识别系统。例如,郭欣[26]将无线射频技术引入到运输管理中,设计了车辆自动识别和装车系统,实现了运输车辆的监测管理、自动识别、连续装车等,缩短了车辆作业时间,提高了煤炭的运输效率和安全度;王正书等[27]又将雷达扫描技术和车辆识别系统结合应用到安太堡快速装车系统中,有效地防止了车皮偏载偏重、超亏吨位,大大减少了企业的损失。
2.5 液压系统监测技术
液压系统由液压泵站、控制阀、蓄能器、液压油缸、加热制冷装置组成。液压系统被誉为快速装车站的“四肢和肌肉”,它的主要作用是为缓冲仓闸门、定量仓闸门、装车刮板输送机的垂直提升和横向移动等部件提供稳定的液压力。液压系统的好坏将影响到装载效率和装载精度的高低,进而影响整个装车效率。液压站的油温、油位的过高或过低都会直接影响液压站的正常运行,对装车的精确度和安全生产带来隐患。因此,有很多学者对其进行了研究。例如,刘永光[28]利用精密的温度变送器进行温度数据采集,进行温度监测;宋志光[29]指出可用油位开关进行低油位保护,将油位开关放在工作油位中部进行油位监测。
3 煤炭快速装车系统智能控制技术
煤炭快速装车系统是一种非线性、强耦合、强干扰的系统,采用传统的PID控制势必造成参数设计困难、系统不稳定等问题。因此,大量的智能控制技术被应用到快速装车系统之中,大大提高了快速装车系统的自动化程度。目前,在快速装车系统中应用较多的智能控制技术主要有模糊控制、神经网络控制和专家控制等。
3.1 模糊控制技术
模糊控制理论主要用于解决工程中难以建立精确数学模型的非线性问题。模糊控制规则是模糊控制的核心,它是根据经验和知觉推理,将人的大量成功的控制策略经整理、加工提炼后,用输入、输出的模糊状态加以描述,就得到了控制规则[30]。模糊控制具有动态响应速度快、鲁棒性强等特点[31]。
模糊控制理论经过半个多世纪的发展,逐渐成熟、稳定,在快速装车系统中得到了大量的应用。例如,针对加料阀门关闭时机不易选择,操作人员难以把握,存在装车精度与装车效率矛盾的问题,李佛垚等[32]提出了运用模糊控制技术控制定量仓加料闸门的方法:工控机根据称重传感器采集的信号,经控制规则处理、比较,判断下料的速度和空间,进而控制加料闸门的开度,最终实现了在满足精度要求下的最快装车,系统结构如图3所示。同样地,张世懂等[33]分析现有装车过程中刮板输送机升降的控制方式,利用模糊控制理论的优势,提出了采用PLC和模糊控制实现刮板输送机升降控制的理论及方式,满足了装车系统的均匀化、高效化,提高了装车的智能化程度,得到了实际应用。
3.2 神经网络控制技术
神经网络控制技术是20世纪80年代将人工神经网络与控制理论相结合而发展起来的自动控制技术,它经历了缓慢的发展过程之后现已慢慢成熟。神经网络以其非线性、自适应和自学习功能等优势在自动控制领域得到了较为广泛的应用。
随着智能控制技术的发展,神经网络控制技术同样被应用到快速装车系统中。例如,高雄雄[34]指出,带式输送机系统具有明显的纯滞性、非线性、参数时变特性,而神经网络控制算法具有很强的自主学习能力、逼近任意非线性表达能力和概括推广能力,能够很好地解决这一问题,故可将神经网络控制技术应用到带式输送机上。神经网络控制器结构如图4所示。由图4可知,神经网络控制器由常规的PID控制器和神经网络2个部分组成,其中常规PID控制器能直接根据输送机输出与预设值之间的误差进行闭环控制,并且控制的3个控制参数可根据输送机系统的运行状况进行在线调整;同时,神经网络也会不断地调节、修正PID控制器的参数,从而达到精确控制输送机转速的效果;董修明等[35]针对装车系统中定量仓易受物料装载冲击噪声的影响和出现单个传感器故障时严重影响系统运行等问题,设计了小波变换和径向基神经网络结合的算法,对称量信号进行有效的去噪,并给出有效值代替故障传感器信号,保障了系统的正常称量。
3.3 专家控制技术
专家控制的实质是使系统的构造和运行都基于控制对象及控制规律的各种专家知识,而且要以智能控制的方式来利用这些知识,使得受控系统尽可能地优化和实用化。知识库是专家控制的核心,知识库中包含了该控制系统的结构、性能、工作原理等一系列事实和大量规则,专家水平的知识和经验及专家控制所需要的一般常识性知识。并且,专家控制系统有自动归纳新知识和剔除旧知识的自学能力。
专家控制技术作为智能控制技术的一个重要分支,在快速装车也有相应的应用。例如,为了实现输送带启动张紧力和正常运行张紧力之间的安全、平稳、连续的变换,褚衍坤等[36]在常规PID控制算法基础之上提出来了专家PID控制策略:专家控制过程中是根据拉力传感器输入值来调节不同阶段液压系统的压力大小,进而精确控制了输送带的张力,控制结构如图5所示。既实现了在较短时间内完成输送带从停机到启动的过程,而且能快速平稳地实现启动时张紧力的连续切换,响应速度快;张愉[37]以给煤机为研究对象,分析其给煤特性,设计了一种基于给煤量反馈的变频控制系统,采用专家算法实现了给煤量的精确调节。
4 结论与展望
近年来,煤炭快速装车系统监测与控制技术取得了长足的发展,现已达到单车装载速度不超过40s、装载精度为±0.05%,极大地提高了装车效率。在诸多监测环节中,储煤仓以存在较多危险因素而研究最多。在智能控制系统上,模糊控制以适应性好、鲁棒性较强等特点在快速装车系统中的应用最为广泛,如给料闸门的开闭、装车刮板输送机的升降、给煤机的给煤控制等都较多地应用了模糊控制技术。然而,从监测控制技术的角度来看,仍有很多问题需要解决,比如传感器的布置、数据的采集、信号在传输过程中易受干扰及监测手段的单一性等。由于研究煤炭快速装车监测控制技术就是实现煤炭装载的高效与智能化,因此,从这个角度来看,未来的发展趋势和研究重点将主要集中在以下几个方向:
(1)融合监测技术。针对某些高危对象,从产生机理出发,将多种监测技术融合在一起形成融合监测方法,并且在一定规则下将采集的信号综合处理和协调优化,以获得被测对象的一致性解释或描述。这样,监测的精度、可信度均会得到大幅度提高。
(2)无线传感器监测技术。现有装车系统主要采用有线监测方法,而无线传感器监测方法相比有线监测方法,具有组网方便、简单易行的优点,同时还可以实现远程控制。因此,无线传感器与智能技术相结合发展,向网络化方向发展,也是未来的发展方向。
(3)智能混合控制技术。快速装车系统现有智能控制技术中以模糊控制应用最多,要继续发挥模糊控制的优势,兼以神经网络控制、专家控制等为辅,采取并行控制和知识共享的策略,形成智能混合控制技术,并融合简洁有效的优化算法,从而实现更加高效、智能的控制。
摘要：在简单介绍煤炭快速装车系统的基础上,从其监测与控制技术入手,着重论述了储煤仓、输煤系统、称重系统、液压系统及车辆定位与识别系统等子系统的监测技术研究现状,总结了模糊控制、神经网络控制和专家控制等智能控制技术在快速装车系统中的应用现状,指出了煤炭快速装车系统监测控制技术的发展趋势。
输油管道防盗油系统的监测与控制 篇8
我国拥有长达数万公里的输油管线，随着国内石油制品需求的日益增长和国际市场石油价格的不断上涨，不法分子的黑手不断伸向输油管线，通过盗窃国家原油而牟取暴利。由于我国长达数万公里的输油管线所处的地域复杂多样，常规的人防手段难以扼制狡猾的盗油犯罪分子，必须藉助现代高科技手段，建立起准确灵敏的输油管线防盗预警系统，才能从根本上提高整个输油管道的安全防范能力，有效地制止盗油犯罪，减少国有资产的损失，使管道公司在与盗油犯罪的斗争中立于不败之地。本文主要介绍信号处理模块的硬件系统设计。
2系统组成
整个智能输油管道防盗系统由分布于各布控点的分站系统和位于调度中心的主站系统组成，见图1。
主站系统由工业控制计算机、专主站用控制软件、无线传输模块组成。主站控制软件采用主从式的控制方式控制整个预警系统，使整个系统能够有序地工作。
分站系统由微功耗的出站压力传感器、滤波放大器、信号处理模块、无线传输模块、供电系统、设备保护系统等几个部分组成。压力传感器获取来自各分站管线的出站压力信号；滤波放大器将压力传感器的输出的弱小信号进行滤波放大；信号处理模块高速采集放大器的输出信号，然后进行各种信号处理工作，并将有效的信号以约定的协议格式通过串口输出到无线传输模块；无线传输模块将数据发回到总站；供电系统负责提供整个分站系统所需要的能量，并有UPS电源随时给蓄电池充电，保证能量的长时间供应；设备保护系统是保护整个分站系统，让分站设备不容易被破坏。
3 分站控制处理控制系统硬件设计
基于DSP的信号处理模块由模数转换器（A/D）、数字信号处理器（DSP）、外部程序存储器（FLASH），外部数据存储器（SDRAM），复位电路，无线通讯控制模块（UART），电源管理模块（POWER），逻辑控制模块（Logic Control）组成。
A/D模块将模拟信号转换成DSP处理器可以处理的数字信号。FLASH存储器用来存储固化的数字信号处理程序。外部的数据存储器解决了DSP的片上存储器空间的局限。
复位电路控制整个电路的复位时序，保证系统中的DSP, A/D转换器，无线传输控制模块的正确复位。逻辑控制模块接收DSP的控制信号，经过逻辑编码制后输出对系统中的A/D，外部存储器，无线传输控制模块的控制信号。电源管理模块为整个系统提供稳定的电源，为A/D转换器提供精确的电压基准。整个系统的核心处理器是DSP，它控制A/D转换器的转换时序，接收A/D转换器输出的数字信号，然后经过分析处理，判断是否是有效的信号，然后将这个判断通过无线传输模块送回主站。
3.1 JTAG仿真口
由于高速DSP具有高度并行的结构、快速的指令周期、高密度的封装等特点，采用传统的电路仿真方法很难实现可靠的仿真。TMS320C54X系列的DSP采用一种先进的扫描仿真器对用户板进行硬件仿真。扫描仿真器不采用插入仿真的方法，而是通过DSP芯片上提供的几个仿真引脚实现仿真功能。扫描仿真消除了传统的电路仿真存在的问题，例如，仿真电缆过长会引起信号的失真，仿真插头会引起可靠性差等问题。用户程序可在目标系统的片内或片外存储器运行，而不会因为仿真器引入额外的等待状态。DSP芯片内部通过移位寄存器扫描链接实现扫描仿真，这个扫描链被外部的串口访问。采用扫描仿真，即使芯片已经焊在电路板上，也可以进行仿真调试，这对DSP系统的设计和调试带来极大的方便。
3.2 A/D转换电路
通过预处理的信号仍然是模拟信号，而DSP芯片只能对数字信号进行处理，因此在DSP的外围电路中，A/D转换器是十分重要的器件。A/D芯片的选取直接关系到信号测量的精度和数据容量的大小，因此A/D转换电路的设计主要是选择和应用A/D芯片。基于不同的应用，可以选用不同的性能指标和价位的芯片。
3.3 复位电路设计
DSP的硬件复位方式有上电复位和手动复位两种方式。TMS320VC5402 DSP的复位输入信号是硬件复位信号的输入管脚。在管脚输入低电平，复位逻辑将控制DSP的内部逻辑初始化，并唤醒DSP初始化软件的执行。为使芯片初始化正常，复位信号必须至少保持5个外部时钟。然而，在上电后，系统的晶体振荡器往往需要几百毫秒的稳定期，因此，复位电路最好能产生大于200ms的低脉冲。利用RC电路的延迟特性给出复位所需的低电平时间，复位时间主要由R和C的乘积决定。
RS处的电压V=VCC (1-e-t/ι) ι=RC
设V1=1.0V为低电平与高电平的分界点, 则t=-RC1n (1-V1/VCC)
选择R=100KΩ, C=10μF, 可得t=223ms, 从而满足复位需要。
3.4 DSP系统用电源电路
3.4.1 电源转换电路
电源是DSP芯片能够正常工作的保证，TMS320VC5402为低功耗、双电源供电。其外围电路工作电压为3.3伏，而内核工作电压为1.8V，因此必须进行电压转换，以得到合适的电源电压。同时，为了降低整个系统的功耗，整个电路系统都采用3.3V低功耗的器件。
3.4.2 DSP电源地线跳跃
DSP芯片为高速逻辑电路芯片，从电磁兼容性角度考虑，设计上对电源的要求非常高，要尽量去掉电源噪声和干扰。在数字信号完整性问题中，一个很重要的组成部分就是噪声电流问题，也称为地线跳跃问题。
对于DSP这种高速芯片来说，必须在电路设计上采取一定的办法来抑制这种干扰。在电子电路设计中采用去耦技术能阻止噪声能量从一个电路传到另外一个电路。在电路中使用去耦电容可以补偿逻辑器件工作时产生的△I噪声电流，防止造成电源波动。
3.5 FLASH存储器和DSP的接口电路
将FLASH存储器的16位数据线和DSP并行接口的16位数据总线相连接，存储器的地址总线和DSP的地址总线的低19位相连，FLASH的CE#和DSP的PS脚相连，FLASH的OE#与DSP的R/W引脚相连，而FLASH的WE#与DSP的R/W信号经过反向器之后相连。
3.6 信号检测、分析的工作流程
A/D将滤波放大器输出的模拟信号转换成数字信号，数据通过DMA送到DSP的在片（OnChip）存储器里，DSP读取存储器里的数据进行各种计算，若计算后需要发送数据，则将需要发送的数据按约定协议通过串口控制模块输出到无线传输模块，由无线传输模块发回主站。电源管理模块为整个信号处理模块提供稳定可靠的电源；逻辑控制模块便于DSP管理各个模块；复位模块可以在整个信号处理模块出现异常时自动给出一个复位信号，重启整个分站系统。
4 结语
本系统利用高速低功耗的DSP（数字信号处理器）进行压力信号的分析处理，可以以更低的功耗、更快的速度完成复杂的数学计算，并且其强大的运算能力使系统在处理算法、功能扩展上有很好的发展潜力，这从硬件上保证了系统升级能力强大。通过实验可以看到，现有的预警判断方法是行之有效的，但是，对于可能遇到的新的问题我们还需要对信号处理算法、目标识别算法、以及主站程序功能等要进行进一步改进，以适应新的应用的要求
参考文献
[1]孙俊若, 胡贵池.越野输油管道防漏盗监测系统的设计与实现[J].仪表技术与传感器.2003年.10期:21～25.
[2]王社国, 魏艳娜, 董爱荣.基于DSP的语音处理和识别系统的实现[J].微计算机信息.2007年23期:179～181.
控制与监测系统 篇9
温室是设施农业的重要组成部分，能够显著增强农业的抗灾、减灾与反季节生产能力。长期以来，温室环境监测普遍采用人工方式，不仅耗时耗力，时效性差，而且容易受到干扰，准确性不高，不能达到预期的效果[1]。特别是在蔬菜大棚的生产管理中，植物的生长受到环境中各种因素的影响，其中影响较大的是温度和湿度。若昼夜的温度和湿度变化较大，将对植物生长造成不利影响[2,3]。国内外温室种植的实践经验表明:提高温室的自动控制和管理水平，可充分发挥温室农业的高效性;有必要对温度和湿度进行监控，使其保持在适宜植物生长的范围内，以提高产量和质量[1,3,4]。随着传感器技术、计算机技术和电子技术的迅猛发展，温室信息自动采集及智能控制系统的研发成为设施农业的研究热点，设计一套能够实时对大棚环境因素有效监控的系统具有十分重要的意义[2,5]。本文研发了一套相对精度高、性能稳定、价格便宜的温室环境实时监控系统，实现了多点温湿度等参数的实时采集、处理、显示、存储，并可根据温室内外的环境状况对大棚各项设备参数(如通风口、卷帘等)进行自动化控制，从而提高生产效率、降低劳动强度，达到增产增收的目的。
1 系统总体设计
系统由分布在温室内外的多组传感器节点、核心控制器、执行机构和存放在计算机中的数据处理软件4部分组成[5,6]，如图1所示。
温室内外的温湿度由安装在各个测点上的高温型数字温湿度传感器(AM2315)进行采集，室内15个测点，室外3个测点。单片机控制系统负责对传感器数据进行扫描读取，经过处理后将数据打包;然后，通过串口发送给上位机数据处理软件，同时接收上位机发送的控制指令，驱动相应的执行机构。执行机构包括通风口控制系统和卷帘高度控制系统，根据上位机发送的指令，控制温室通风口的大小和卷帘高度。上位机数据处理与控制软件负责实时接收单片机发送的数据，并对数据进行分析处理，绘制室内温湿度变化曲线，显示室外温湿度;然后，通过计算比较确定通风口大小与卷帘高度等参数，发送指令给单片机控制系统[5,8]。同时，软件还具有积温功能，可以根据设定的温度上下限，对温室作物的积温状况进行控制，实时显示积温时间等参数。
2 系统硬件组成
2.1 核心处理单元选型
该系统以STC公司的STC89C52单片机作为核心处理芯片，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器[7]，具有以下标准功能:8k在系统可编程Flash存储器，512字节RAM,32个I/O接口，看门狗定时器，内置4KB EEPROM,MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，一个全双工串行口。另外，支持2种软件可选择节电模式:空闲模式和掉电保护模式。工作频率范围为0～40MHz，实际工作频率最高可达48MHz,6T/12T可选。
2.2 传感器与控制机构选型
湿敏电容数字温湿度传感器AM2315是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合型传感器，具有体积超小、功耗极低、响应速度快、抗干扰能力强、可靠性极高与长期稳定性卓越等优点。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度集成测温元件，并与一个高性能微处理器相连接，采用标准I2C通信方式，无需额外布线，使用简单。信号传输距离可达20m以上，湿度测量范围0～100%RH，精度+2%RH温度测量范围-40～120℃，测温精度+0.3%℃。传输的数字数据是经温度补偿后的湿度、温度及校验CRC等信息。
通风口大小控制电机选择60BYGH805A型2相4线步进电机，具有转矩波动很小、低速运行很平稳、高速力矩大、定位精度高等优点。驱动器选择DQ542MA细分型两相混合式步进电机驱动器，采用交流伺服驱动器的电流环进行细分控制。
卷帘高度控制电机采用NL-3158通用型四轴卷帘机，其壳体厚、齿轮重，使用了加强轴承，经久耐用，适用于70～100m的草帘型大棚。
2.3 系统硬件电路设计
系统的硬件电路采用Altium Designer Winter 09制作，部分控制器电路原理图如图2所示。
该硬件部分主要由控制器(单片机)电路、复位电路、串口通信电路、步进电机控制电路和继电器控制电路5部分组成[7]。其中，单片机的时钟频率为12MHz。P1口和P2口连接分布在温室内的15个传感器节点的时钟控制端口(共用一个端口)和数据端口(每个传感器分配一个端口)，实现对温室内不同测点处温湿度的数据采集;P3口的前4个端口连接分布在温室外的3个传感器节点，后4个端口连接步进电机驱动器的4个控制端子，分别实现对温室外部环境温湿度的数据采集和对控制通风口大小的步进电机的控制等功能。串口通信电路实现了控制器与计算机的连接与数据传递功能。控制器通过串口电路将处理后的温湿度数据包发送给上位机数据处理软件，同时接收上位机发送的控制指令。继电器控制电路(JP1和JP2)分别连接控制器的P3.6和P3.7端口，主要完成对卷帘机的控制，实现卷帘高度的自动调节功能，并通过LED灯提示卷帘机的工作状态。
3 系统软件程序设计
系统软件程序主要由控制器程序和上位机软件程序两部分组成。控制器程序设计采用的集成开发环境为Keil-μVision4，主要包括系统主控程序、传感器驱动程序、步进电机驱动程序、卷帘机控制程序、数据处理程序以及串口通信程序等的编写[7,8]。上位机软件程序采用NI公司的虚拟仪器软件开发平台LabVIEW2010设计，采用模块化设计方法[9,10,11]，各模块的编写相互独立，实现了数据采集、图形绘制、参数显示、积温控制、通讯参数设置、数据分析处理及控制指令自动判断与发送等功能。
3.1 控制器程序设计
在系统工作过程中，控制器主要完成温湿度的采集、处理、发送及接收上位机指令并控制外设等功能。控制器的程序流程图如图3所示。
系统启动后，控制器首先初始化内部寄存器、硬件系统(如串口)和传感器等，并进入等待状态，通过串口中断的方式接收上位机发送的控制指令。当接收到上位机发送的启动采集指令后，一方面检测串口中断，接收指令;另一方面进入指令类型判断状态，对当前指令进行分析和处理。若接收到的指令为通风控制指令，按照指令码中的数值控制步进电机工作，自动调整通风口的大小，然后再次进入当前指令类型判断状态;若接收到的指令为卷帘控制指令，按照指令码中的数值控制，并驱动卷帘机，自动调整卷帘的高度，然后进入当前指令类型判断状态;若接收到的指令为数据采集指令，则对温室内外的所有传感器进行扫描读取，并对温室内外的传感器数据分别进行平均值计算，然后将数据按照规定的格式打包，并通过串口发送给上位机数据处理软件，同时进入当前指令类型判断状态;若接收到的指令为暂停采集指令，则立即停止数据采集，进入等待状态;若接收到的指令为停止采集指令，直接关闭控制系统。
3.2 上位机软件程序设计
上位机软件利用LabVIEW2010编写，主要完成数据采集、图形绘制、参数显示、积温控制、通讯参数设置、数据分析处理以及控制指令自动判断与发送等功能[11]。同时，通过计算比较来确定温室通风口的大小与卷帘高度等参数，然后向单片机控制系统发送指令，并且对温室作物的积温状况进行控制。数据处理软件的程序框图如图4所示，程序流程图如图5所示[5,10,12]。
软件部分采用模块化编程技术，主要分为串口驱动模块、数据采集处理模块、指令分析与发送模块、数据与图形显示模块、积温处理模块、参数设置模块等[5,6,10,13]。系统参数设置模块主要完成对通信端口的选择和温湿度上下限、积温时间的设置;串口驱动模块完成串口数据的读取和控制指令的发送;数据采集处理模块主要对串口接收到的数据进行拆分、处理、指令类型判别、数据存储等工作;指令分析与发送模块根据指令类型和相关参数分配指令并将其写入串口缓冲区，发送给控制器;积温处理模块将处理后的室内温湿度值与设定的上限进行比较，完成积温时间的判断与累加工作;数据与图形显示模块主要完成温室内部温湿度变化曲线的绘制、室外温湿度数据、卷帘高度和通风口大小的实时显示等。
另外，该上位机软件还可以向控制器发送“暂停采集”和“停止采集”指令;卷帘高度和通风口大小的调节既可以通过软件自动控制，又可以手动设定值后，通过按下相应的“发送”按钮发送给控制器，并且系统记录其当前值。
4 系统测试及结果
为了测试系统工作的可靠性和稳定性，选择长度为60m、宽度为15m的日光温室作为实验对象，测试时间12h。首先，将温室沿长度方向进行5等分;然后，沿宽度方向进行3等分，得到15个等面积区域，在每个区域的中心位置处安装1个温湿度传感器，传感器距离地面高度为1.5m，对温室内部温湿度进行采集。同时，在温室顶部中心线沿长度方向上均匀安装3个温湿度传感器，距地面高度约为3m，对温室外部温湿度进行采集。系统测试结果如图6所示。
测试过程中，为了得到最佳的实验效果，连接每个传感器的信号线长度不超过20m，控制器与计算机位于温室中心位置处，距地面高度1m，通过串口进行数据传输，数据线为HL-340型USB转串口线，长度为1.5m。系统启动后，控制器每1s对所有传感器进行一次扫描采集，并对数据进行平均值计算和打包，然后发送给计算机上位机软件。数据发送格式如图7所示。
其中，采用字符串“AK”作为起始符，字符串“CK”作为结束符，用字符“D”表示数据包长度(共13个字节)。在实验过程中，由于串口在发送浮点数的时候容易发生错误，所以先将温湿度数据处理成整数部分和小数部分(各一个字节)后再打包发送给上位机处理软件。数据处理软件发送的指令码仅有1个字节，以十进制无符号8为整型数据类型表示:0代表系统停止，13代表暂停采集，15代表启动采集，50～150代表通风口大小值，151～251代表卷帘高度值。为防止数据包丢失，上位机软件每500ms扫描1次串口缓冲区。
实验结果表明，该系统的误码率和丢包率极低，可以稳定地对温室内外的温湿度进行实时监测、处理、分析和显示;能够根据温室内外的环境状况自动调节卷帘高度和通风口大小，并实时记录各项参数;可以根据植物种类的不同设置积温上下限，实现了对温室作物积温状况的控制。
5 结语
本文设计了一种基于LabVIEW2010和STC89C52单片机的温室环境信息实时采集与控制系统，并利用数字式温湿度传感器AM2315对温室内外的温湿度进行多点实时采集和处理，并能根据温室内外的温湿度的差异自动判断卷帘高度和通风口的大小，实现了温室温湿度的自动化监测与控制。该系统硬件结构简单、成本和功耗较低、使用方便灵活、维护和布线简单、软件操作简单、工作稳定可靠。将其应用到温室大棚的生产管理中代替人工方式，可以节省大量的人力物力，有效解决数据采集耗时耗力、时效性差、易受干扰、准确性低等问题，从而提高温室的自动化水平和管理水平，将温室内的温度和湿度控制在适合植物生长的范围内，可充分发挥温室农业的高效性，提高农作物的产量和质量。
摘要：在LabVIEW的基础上,以STC89C52单片机为核心控制器,设计了一套温室环境实时监控系统,采用高精度数字温湿度传感器AM2315对温室大棚多点温湿度参数进行实时采集、传输。通过LabVIEW2010编写的上位机数据处理软件对数据进行接收、处理、存储,绘制温湿度平均曲线图,并实时显示温室内外温湿度、卷帘高度与通风口大小等参数;同时,实现了积温功能,且可根据植物种类的不同设置积温上下限。该系统具有硬件结构简单、成本低、使用方便、维护简单、工作稳定等优点。实验表明:系统可以在1s内对温室内最多15个节点和室外3个节点的数据进行循环采集和处理,并可根据设定的参数和温室内外的环境状况对通风口大小和卷帘高度进行自动控制,有效代替人工方法,稳定地用于温室大棚环境参数的自动化控制。
控制与监测系统 篇10
关键词：变风量,总风量,控制方,变静压
1 引言
某大厦是国际标准甲级写字楼,总建筑面积22万m2,地上53层,地下3层,建筑物地上高度240m。建设单位对大厦的空调系统及其楼宇自控系统提出环保、节能、环境舒适、管理高效的要求。综合以上要求,该大厦的办公区域采用了变风量空调系统。变风量系统具有下列优点:
●非满载时,可调节风机转速,降低风机能耗;
●各个区域温度可独立控制,其采用的比例调节方式控制质量好于风机盘管的双位控制;
●保留了定风量系统空气品质较好的特点;
●系统无冷水管进入空调区域。
2 大厦空调系统概述
2.1 空调水系统
大厦集中空调系统的冷源为4台离心式冷水机组,单台制冷量为1200RT,提供5℃〜12℃的冷冻水。冷冻机房设于地下3层,冷却塔置于群楼屋顶。空调系统热源为市政外网提供约60℃〜80℃的一次热水,经过板式换热器换热为50℃〜65℃后供大厦使用,板式换热器置于地下3层冷冻机房。空调水系统为两管制二次泵系统。
2.2 空调风系统
地下3层〜地下1层电梯厅、大餐厅、中餐厅;主楼1层大堂;2层展厅及裙房1层、2层等较大空间和较大负荷变化的公共用房以及部分会所区均采用定风量全空气低速送风系统。标准层(4〜50层)采用变风量系统,每个楼层按南北分向、内外分区分为4个区域,每个区域设置1台变风量空调机组,采用双风机系统;所有楼层均采用单风道压力无关型VAVBOX,其中外区的VAVBOX带再热盘管。风组织为风管送风,吊顶集中回风。标准层各层从塔楼的北侧取新风。
3 大厦的楼宇自控系统
系统采用集散型控制方式,即现场区域控制,计算机局域网通讯,集中监视、管理的系统控制方式。控制系统由中央管理工作站、现场控制器、传感器、执行器、通讯网络等组成。
建筑设备监控系统采用管理层、控制层和现场层3层网络结构(如图2),服务器、操作站、网络通信设备等通过管理层网络相联。管理层网络采用100BASE-T,以标准TCP/IP协议互相通信,搭建建筑设备监控系统专用网络;控制层网络采用开放的标准化现场总线BACnet/IP RS485;现场层微控制器及仪表直接与上层控制器或总线连接。
中央管理工作站设在地下1层集控中心,在每两层设置1台网络控制引擎,标准层每层1条总线;中央管理工作站内配置1台12口交换机,在6层、24层及41层各设置了1台24口楼层交换机,中心交换机与楼层交换机之间采用多模光纤连接。
4 VAV系统的监测与控制
变风量系统虽然有很多优点,但它控制相对复杂。
变风量空调机组的监控相对于定风量空调机组,其基本控制点位和控制方法大多相同,最大的不同点在于空调机组风机转速的控制,这也是变风量空调机组监控的重点和难点。
AHU风机的控制方法一般分为定静压、总风量和变静压法,本工程考虑到最佳的节能效果,采用了基于总风量法的变静压控制法。
整个控制分为3个回路:末端控制回路、风量控制回路及温度控制回路。
4.1 末端控制回路
本工程采用了压力无关型VAVBOX,它可以较快地补偿送风压力的变化,因此压力无关的控制模式比较合适。总风量控制法就是基于压力无关型的变风量末端的一种变风量空调控制方法。
压力无关型VAVBOX相对于压力相关型VAVBOX,多了1个风量传感器(变送器),利用这个通量传感器构成1个反馈控制,配合原有的温差-风量控制回路构成了1个串级控制,解决末端流量控制和房间温度控制两个环节的时间常数差别太大的问题。能快速有效的消除风管压力对实际风量的影响,这也就是压力无关的含义。
4.2 风量控制回路
目前应用最广泛的是总风量控制法,它相对静压控制避免了压力控制环节,能降低控制系统调试难度,提高了控制系统稳定性。
●VAVBOX DDC控制器根据各个用户的室内温度设定值及其室内温度测量值的偏差值、结合各个房间的体积及空调机组的送风温度计算出各个房间的实时需求风量。
●VAVBOX DDC根据各个房间的实时需求风量与末端实际风量的偏差,调节末端风阀,使各个房间的温度达到设定值。
●同时各个VAVBOX DDC将其计算出的实时需求风量通过总线传送到空调器DDC,空调器DDC将所有VAVBOX的实时需求风量求和。根据风机特性曲线,来求出此时空调器风机的设定转速,得到风机的设定频率,控制变频器输出信号来调节空调器风机转速。
●每个采样周期进行一次循环。
总风量法虽然有诸多优点,但它的控制相对粗糙。例如当各房间的负荷差距较大导致各VAVBOX风阀开度差别较大时,如果个别的VAVBOX风阀的开度已经达到100%,而由于其他VAVBOX风阀小开度的房间需求风量减小导致系统总风量还需减小,这时就会使原本100%开度的VAVBOX的风量继续减小,从而无法满足该房间的实际需求;当风机转速稳定时,可能大多数的VAVBOX风阀开度过低,增加了风阻,从而增加了系统能耗。为了解决这些问题,并进一步的降低能耗,本工程在采用基于总风量法的变静压控制法——在常规的总风量法的基础上,增加了末端阀位反馈控制。
如图7所示,基于总风量的变静压法在总风量法的前提下,统计正常工作的VAVBOX数量(异常工作VAVBOX和停止状态VAVBOX,排除在控制之外)。根据VAVBOX风阀高/低开度数量动态修正风机转速(以70%〜90%为控制目标,小于70%为低开度,大于90%为高开度,控制目标可以调整。其中的积分时间暂定为10min,可调整),使得在保证舒适度的前提下,风机尽量的调低转速。这样不仅能够保证每个房间的舒适性要求,还能更大限度的节约能耗。
本工程空调机组采用了双风机系统,排风机与送风机连锁运行,排风机的运行频率略低于送风机的运行频率(调试时根据实际情况调整),使室内对室外保持微正压,以满足室内的洁净要求。
4.3 温度控制回路
在温度控制区设计最大显热负荷下,各个VAVBOX的最大送风量Gmax与最小送风量Gmin均对应一个送风温度:
则各个末端许可送风温度范围为t2
在保证舒适的前提下,系统根据不同的负荷状态采取不同的送风温度调整策略,以求风机尽可能运行在低频,从而最大限度的节约能耗。正常情况下均以公共许可送风温度的最低值作为送风温度;当风机运行在最低频率并维持一段时间后,系统转入低负荷状态,此时由于风机已不能再降低转速,采取提高送风温度的方法保持各个末端区域的温度(送风温度在公共许可送风温度范围内即可);反之当风机运行在最高频率并维持一段时间后,系统转入高负荷状态,此时实际上系统已经超负荷,只能采取提高一些相对不重要的区域(如走廊、大厅等)的设定温度来保证其他区域的温度设定值。由于空调的设计已经考虑了不利的情况,超负荷的情况很少发生。
本工程的标准层划分为4个空调区域,系统较小,每个小系统均独立的进行风机频率和送风温度的控制,相对于每层只有1台空调机组的大系统控制要容易很多。
4.4 外区带再热盘管VAVBOX的控制
本工程外区的VAVBOX为单冷再热型,带一排再热盘管。供冷工况时,其与内区不带再热盘管的VAVBOX控制相同;进入过渡季,末端装置维持最小风量(约为设计风量的30%),送风温度大约为16℃;当室内温度持续降低时,系统进入供热工况,此时启用再热盘管,采用双位控制,以保证室内温度。如果遇到极端天气,末端再热盘管开启的情况下室内温度依然无法达到设定温度时,末端也可以提高送风量来增加系统的供热,或者人为的提高空调器的送风温度也可以应付这种情况。
4.5 新风量控制与工况转换
本工程标准层在北侧就地取新风,各层的4台空调机组均设有新风阀、回风阀和排风阀。新风量控制采用了比较常用的CO2浓度控制,设定值为1000ppm(可调);对每个VAVBOX均设置最小风量值(30%,可调),以保证各个空调区域的新风供给。工况转换采用了常用的焓值法,由于大厦高达200多米,在每10层的新风口处设置一组温湿度传感器,通过系统总线共享数据。
4.6 系统调试概述
变风量系统开始调试的一个重要前提是空调系统的水力平衡、风平衡及风管漏风量已经测试完毕并通过验收。如果空调系统不能保证质量,仅仅依靠楼宇自控是无法保证系统稳定运行的。
●调试准备工作:建立测试表及测试方案;检查现场设备接线的正确性,严禁强电串入弱电回路。
●DDC的基本设置及单点调试:控制箱上电及控制程序的下载,建立控制器间通讯;建立现场设备和DDC间正确信号连接并且控制正确。
●VAV单体调试:对室内温度模块进行设置,对温度-风量控制环进行调试。
●空调机组单体调试:对空调机组温度模块进行设置,对送风温度-调节水阀控制环进行调试;对空调机组的变频风机及调节风阀进行调试。
●系统的功能调试:模拟各种工作模式及工况,对空调系统进行联动调试。
●系统的试运行:测试在实际的运行条件下的控制效果。
调试过程中应全程记录,对于存在故障的点位及时更换设备。
由于各空调系统的热特性不同,现场调试工作周期很长,至少需要经过冬夏两季的一次调试,若想得到比较满意的结果,一般需要2〜3年。
5 结语
我们在变风量空调系统的应用中经常遇到各种各样的问题,这些问题与VAV系统的设计、控制及运行管理密切相关。VAV系统的控制系统对保证系统正常运行、达到设计要求至关重要。虽然变风量空调的控制在国内依然是一个难题,但究其良好的节能效果,在有条件的情况下依然应该推广应用。
参考文献
[1]陈沛霖.建筑空调实用技术基础[M].北京:中国电力出版社,2004.
控制与监测系统 篇11
【关键词】水质监测；质量控制；质量保证
在漫长的历史长河中，为了经济的发展，人们不断地影响着地球的环境。环境污染，淡水资源的减少，增加了人们的担忧。在这样的形势之下，水环境监测就显得越来越重要了。而质量控制与保护措施是水环境监测过程中的工作内容，也是正确分析数据的重点。为了加大水环境监测的质量控制及保护措施的实施，相关的工作人员落实这项工作。
1.水质监测工作的重要性
随着我国工业和科技的迅速发展，水资源污染越来越严重，尽管近些年我国在水环境保护方面取得了一定的成效，但是就实际情况来讲，还是远远不够的，我国的水环境保护体系还需要进一步得到完善，因此就需要针对我国水环境污染的实际情况进行进一步治理。而水环境监测就是依照水（降水、地表水和地下水）的循环规律，对水的质与量以及水体中影响水生态和环境质量的各种人为因素进行监测，为国家合理开发利用和保护水土资源提供系统水质资料的一项重要基础工作，是水环境评价、水环境防治的基础，是环境监测的重要部分，是环境保护管理和政府决策不可缺少的手段。对水质进行监测，有利于我们日常饮用水水质的评价，有利于实现对海洋水质与江河状况的评价，也有利于实现相关水资源质量的平判，是我国水环境保护中不可或缺的一项工作。而质量控制的目的就是为了保证在水环境监测中数据的科学、准确、公正，满足社会的需要。为了使监测数据能够准确地反映水环境质量的现状，预测水污染的发展趋势，必须实现监测技术的规范化、仪器设备的现代化、站点建设网络化和资料数据系统的系统化，真正形成指挥有力、配合密切、运转灵活、反映及时的监测系统，才能报道出具有代表性、准确性、精密性、可比性和完整性的监测数据，切切实实地落实好水环境监测工作。
2.水环境质量控制体系
2.1实验开始前的质量控制
仪器设备现代化学分析需要合适的设备和仪器，实验的成功或失败常常可以追溯到设备和仪器的配备和使用的合理性。因此必须有专人对仪器设备进行日常维护和保养，以便有效地保证设备的完好率和准确度。并且样品采集的移液管、采样器具，都要进行认真的洗涤、晾干。
2.2实验过程中的质量控制
实验室内部的质量控制，是实验室自我控制的常规程序，它能够反映分析质量稳定性如何，以便及时发现分析中异常情况，随时采取相应的校正措施。水质现场采样质量保证是确保样品具有代表性、完整性、准确性，即能全面准确地反映该区域水环境质量及污染物的分布和变化规律，应严格按照环境监测技术规范和《水和废水监测分析方法》第4版规定的标准进行控制，在监测时，可以对检测水域的范围进行控制，在对监测站点进行设置时，应该遵循代表性、可控性以及经济性的原则，这样可以尽量的获得能够有代表性的水环境信息，其中可以采取的方法有空白对照、校准曲线、平行分析、加标样分析、密码样分析、分析同种水样品各个检验点的相关性、对保留水样品再检验和编制质量控制图等。在水质运输过程中，为继续保证水样的完整性、代表性，使之不受污染，不被损坏和丢失，必须遵守各项保证措施[1]。把采集到实验室的水质，用相关的设备和仪器进行分析，这样会获得相关的数据，在数据处理阶段除了选择恰当计算公式进行正确计算，注意有效数字外，还应在必要时进行统计检验，如离群值检验、差异显著性检验等。
3.针对水环境质量保证的措施
3.1优化管理机构
质量保证体系要素是构成质量体系的基本单元，建立文件化的质量控制体系是体系存在的基础和依据，是规范实验室分析测试工作和全体人员行为达到质量目标的依据，所以必须以严谨的科学态度和踏实的工作作风，进行严密的组织管理。在《质量手册》中明确规定各级人员和各职能部门的权力界限、职责范围和岗位职责，使检测中心人员各司其职，各尽其责，各善其事，协调地进行工作和管理活动，使质量管理系统有效地进行。而建立质量控制管理体系，完善组织领导机构体系和机构的建立是质控的基础。因此，要建立以质量负责人为最高质量责任人，检测人员对本岗位质量负责的全员质量管理体制。通过严谨的质量管理程序达到质量控制的目的。
3.2重视基础工作
基础工作是最基本的质量保证。在实验开始之前，要检查好实验所需要的仪器设备能否正常工作，再对室内的温度和湿度等情况进行观察，看是否满足实验所需的环境条件，比如：分析仪器的好坏对分析结果有非常直接的影响，因此除了需要对仪器进行正确的使用和坚持日常维护之外，还需要严格按照计量认证的要求，请有关部门对仪器进行校准和检定，从而保证仪器设备产生的误差在允许的范围内。保证实验室的设施、测试场所以及能源、采光、通风等方面都满足监测工作的实际需求，保证环境条件中的监测结果的有效性、测量准确度、稳定性，确保为工作人员提供一个良好的工作环境；保证监测仪器正常运转[2]。还应该提前考虑到样品运输的问题，从样品采集到测定这段时间间隔内，样品待测组分不发生任何变异或使发生的变化控制在最小的程度，在样品保存、运输等各个环节都有事先考虑到。另外每年还应该制定详细可行的年度质量控制管理计划，包括实验室环境控制、仪器设备的鉴定与运行、采用的国家标准及行业标准、人员考核、标准参考物质、实验室内质量控制基础工作、实验室内质量控制基础实验等。
3.3加強相关人员的培训工作
人力因素对于水质监测结果的准确性和精确性有非常重要的影响，是保证分析测试质量的首要条件。人员素质和业务能力是质量控制的保证，因此检测人员在上岗前首先要进行职业道德、理论和实验操作岗位培训，然后进行考核，考核合格取得上岗证后，方可进行上岗作业，同时对已上岗人员，要定期进行考核抽查，发现不合格者，重新进行学习，合格后方可重新上岗，在此期间，还应该调动广大员工的积极性、创造性，教育培训要重视业务技术的提高，更要强化政治思想教育和职业道德教育，使监测人员不断提高水环境监测工作质量和业绩，以确保监测数据质量的可靠性[3]。另外，还需要对实验室人员简历完善的档案，包括学历、培训上岗证书、考核成绩等情况。
4.结语
随着现在环境的恶化，水环境监测的质量控制和保证非常重要。在实际检测的过程中，有非常多的因素干扰试验结果，这就要求相关的工作人员能够掌握监测的方法和专业的操作手段，态度认真，对工作严谨、负责，综合多方面的原因，最后做出最有效的评价。
【参考文献】
[1]张为人，陈军，赵德勇.浅谈环境空气自动监测系统运行过程中的质量保证与质量控制[J].环境监测管理与技术，2010.
[2]李娴.水质自动监测系统运行过程中的质量保证和质量控制[J].现代科学仪器，2013.
控制与监测系统 篇12
卫星通信具有远距离、大容量、多业务等诸多优点, 现在越来越受到人们的关注和青睐, 在抗震救灾、应急维稳中发挥了很大作用, 但是由于卫星通信要求地球站发射频率能穿透大气层到达通信卫星上这个特殊要求, 因此固定站设备射频单元均工作在微波频段, 且配备有将微波信号进行放大的高功率放大器, 因此整个射频单元具有很强的辐射性, 为此固定站射频单元的设备一般都放在距离主机房比较远的单独机房或天线附近。目前对于射频单元的测试与管理, 只能靠人工进行巡视和管理, 这种值勤方式就造成了射频单元管理的时效性不好, 容易出现巡视不及时造成设备的损坏, 特别是恶劣天气状况下时, 当射频单元参数需要调整和维护管理时, 人员操作就比较困难, 容易造成整个系统的通信中断, 因此将系统卫星通信系统的射频单元进行远程集中管理和控制就具有很强的现实意义。
1 系统的原理及整体连接图
该系统设计采用软硬件两部分相结合的方式, 硬件设备采用处理速度和配置较高的工业控制计算机处理芯片, 用来实现和各射频单元设备的连接, 该板卡采用的CPU为 IXP-422 266 MHz;DRAM为板载128 MB;FLASH为板载32 MB;该板卡拥有8个串口, 2个USB接口, 2个LAN网口, 具有PCIBUS地址总线连接RS 485通信端口, 这些硬件可以方便地实现对卫星射频单元的控制和连接。 硬件内建嵌入式Linux操作系统, 通过Moxa Linux API Library开发环境来开发接口单元与综合服务器连接的底层代码, 从而实现对所有卫星射频单元设备的数据采集、读取及分析, 通过RS 485, RS 232串口来控制所有射频单元数据。
远程监控软件部分采用Delphi 7.0多线程程序设计, 主要完成TCP/IP协议到串口协议之间的有效转换、设备数据的显示、修改、监控、远程控制射频单元设备的切换等诸多功能;通过软件就将射频单元的有效数据通过计算机网口传输到远程控制的计算机上来, 设备就可以通过网线和远程计算机相连, 从而完成整个系统的远程监测和管理功能。该系统配有可靠的硬件和稳定的软件相互配合使用, 真正实现卫星射频单元的远程控制和管理。
卫星射频设备远程控制监测系统整体设计框图如图1所示。
2 远程控制监测系统的具体实现
该系统作为连接UHF设备、KU设备、C波段等不同频段射频单元的转接和远端控制和监测设备, 在近端要求设计一个能综合处理射频数据的一个服务器, 在远端要通过计算机设计一个美观、可靠稳定的远端监控系统软件, 对于整个系统的要求就是接口标准、转接可靠、运行稳定, 因此整个系统的设计和实现它分为综合管理服务器设计硬件和Delphi软件开发监控两大部分。
2.1 远程控制监测系统的硬件组成
作为连接卫星射频单元的硬件, 设计了综合管理服务器, 要求接口标准、转接可靠性能高等要求, 也是整个系统设备的核心。它分为硬件和软件两大部分, 硬件要运算速度高、能全天候进行工作, 不但要有较多的串口连接, 还要有RS 485有连接, 同时对温度、环境的要求要高, 因此在硬件上采用了工业级别的计算设备进行计算和处理, 利用板卡的串口、网口进行设计, 通过该硬件实现与卫星射频单元的有效连接。
远程控制监测系统的硬件结构图如图2所示。
整个装置以工控机为主处理平台, 该平台的CPU为IXP-422 266 MHz, 8个独立的串口端口, 同时可以提供2个网口端口, USB端口, 提供标准的RJ45端口来连接用户, 标准的接口和各卫星射频单元通信系统提供的标准串口相连接;电源功耗只有12 W, 具有防雷电击、适应环境在工业级别, 硬件系统工作稳定可靠;为了能对8个串口进行不断的数据扫描的读取, 该装置工作时, 首先检测处理芯片组每100 ms检测所有串口接口的状态, 将所需功率、增益、温度等主要参数进行读取, 其次当需要其他参数设置时采取中断的方式进行。目前该装置可以提供8路标准的RS 232串口, 可以方便地实现对卫星射频设备的连接, 同时该系统提供了较大的容量升级空间, 根据卫星站业务量大小进行必要的升级和扩容。
2.2 远程控制监测系统的软件设计
硬件是连接卫星射频单元设备和远程计算机终端的有效方式, 是整个系统的骨架, 软件又是整个系统的核心和灵魂, 根据整个系统的设计要求, 卫星射频远程控制与管理系统软件分为两大部分:
(1) 通过综合管理服务器所提供的内建嵌入式Linux系统来编程实现硬件综合服务器与卫星区域站设备之间的连接。该软件通过分析和解读实现对不同射频设备的数据读取、发送等任务, 对温度、增益、频率、功率等常用的参数进行100 ms轮询, 对其他要设置的参数进行中断方式查询和发送, 最后通过写入FLASH程序实现硬件设备和卫星射频单元的有效连接和稳定运行。
(2) 以Delphi 7.0为开发平台, 通过多线程的方式实现网络TCP/IP协议到RS 232标准串口之间的可靠转换和有效通信。通过该软件编程从而在用户端和远端提供良好的监测和控制界面, 方便用户在远端实现对卫星设备的遥测和管理;同时为了能有效且美观地显示设备的增益、温度、功率等指标, 还利用Delphi 7.0软件的类功能, 包含了LED显示类, 从而使得远端操作界面更加美观和直观。主程序通过简化编程, 调用各模块和驱动函数, 结构简单, 可靠性高。其次改变软件内容, 可以方便地增加该装置的其他功能, 可扩充性强。
卫星射频设备远程控制与监测控制界面如图3所示。
3 结 语
给出了一种远程控制和监测卫星射频单元的整个设计和实现过程。通过设计综合服务器完成卫星各种远程控制端口到TCP/IP的有效转接, 通过Delphi软件实现了远程控制和监测射频参数的控制平台, 该系统将目前人工巡视射频单元的传统模式转换为计算机自动和远程控制, 同时提供了必要的告警信息方便用户使用, 减少了设备对人体的微波辐射, 大大提高了卫星区域站对射频单元设备的控制和管理效率, 成功地解决了只能靠人工方式进行设备巡视的这个突出弊端, 同时也为卫星通信地球站提供了一个有效的值勤监控终端, 充分发挥了卫星通信的优势和作用, 使用前景广阔。
摘要：卫星通信需要工作在微波频段且必须要配备将微波信号进行放大的高功率放大器, 而这些射频设备容易造成对人体的微波辐射, 设计和实现一种基于工业控制的单片机用来和卫星射频单元设备的连接, 通过计算机网线和基于Delphi软件对卫星射频单元的远程控制和监测的功能, 将传统的人工作业方式提升为计算机远程自动控制。
关键词：卫星通信,射频设备,远程控制监测,自动控制
参考文献
[1]张振权.一种基于LabVIEW的远程网络化虚拟频谱仪[J].仪器仪表用户, 2007 (2) :31-32.
[2]高进涛.基于嵌入式单片机的光电伺服控制系统的设计[J].现代电子技术, 2008, 31 (18) :47-49.
[3]付晓光.单片机原理与实用技术[M].北京:清华大学出版社, 2004.
[4]曹晓勇, 王德伟, 刘希.舰炮火控软件单元测试研究[J].现代电子技术, 2009, 32 (21) :13-15.
[5]张凯.PLC和触摸屏在电子装配生产线监控中的应用[J].科技资讯, 2008 (31) :54.
[6]方昌敏.AD974在高压信号采样中的应用[J].工业控制计算机, 2008, 21 (11) :29-30.
[7]韦穗林.基于单片机的倒车防撞预警系统设计和实现[J].现代电子技术, 2009, 32 (21) :160-163, 170.
[8]叶晶晶.基于AVR单片机的SOC-FPSLIC设计入门[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
[9]万科.Delphi数据库开发经典案例解析[M].北京:清华大学出版社, 2005.
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