智能控制器（共12篇）
智能控制器 篇1
0 引言
为了面对日渐凸显的全球资源环境问题以及更高的用户服务质量要求所带来的前所未有的挑战,全球电力行业都在积极研究并提出电力行业未来的发展方向,而建设智能电网已经成为全球电力行业应对各自挑战,实现可持续发展的共同选择。
智能用电,作为电力“发、输、调、变、配、用”的重要环节,是社会公众感知电网智能化服务的关键所在,智能用电是智能电网的重要组成部分[1]。2011年11月,国家能源局颁布的国家能源科技“十二五”规划中,明确提出了建设智能电网技术研发平台,大力研发智能用电技术,智能电网用户端设备及系统测试技术等智能电网关键技术[2]。国家电网公司发布的《智能电网关键设备(系统)研制规划》中也明确提出了智能家庭网关,家庭能量管理系统,智能开关,智能互动终端等相关设备的研发任务[3]。因此,在智能电网的建设过程中,智能用电技术受到了广泛的关注和重视。
近年来,随着智能用电逐步成为研究的热点,一些研究成果也越来越多的出现。例如,在专利CN102130507A中提出了一种智能家居系统及能效管理方法,支持将新能源接入智能电网中[4];文献[5]提出了基于实时电价的智能用电系统,分析了电价政策对智能用电的影响;总之,智能用电的研究都围绕一个指导思想,即采用信息化手段,利用价格杠杆,通过互动化策略,调动电力用户参与需方响应,实现电力负荷需求的理想化[6,7]。
本文侧重于用户侧,对家庭智能用电体系进行研究并开发了适用于家庭智能用电的相关装置—智能控制器。智能控制器是连接电器与电源的中间设备。一方面,它可以实时采集用电设备的电压、电流、功率、耗电量等用电信息,并将这些信息通过Zig Bee无线网络传给互动终端或高级量测体系(AMI),为电力公司提供详细的用电信息。另一方面,智能控制器可接收电网侧传来的电价信息或互动终端发送的指令,控制用电设备的运行。这样,用户可参与电网的需求响应和双向互动,减少电费开支,提高家庭耗能效率。
本文第二部分设计了家庭智能用电系统的结构架构,并介绍了各组成部分的功能。第三部分提出了智能控制器的硬件、软件设计,并实现了其基本功能。第四部分搭建一套模拟系统,用PC模拟互动终端,设计人机界面,并验证智能控制器的效果及功能。第五部分提出结论并展望未来发展前景。
1 家庭智能用电系统
家庭智能用电系统作为整个智能用电系统中的一部分,所面向的主要对象是用户侧,它由智能电表、智能互动终端、家庭户内网络(HAN)、智能控制器或智能家电、小型分布式电源、储能设备、电动汽车等组成。系统如图1所示。家庭智能用电系统是智能电网最末端与客户直接联系的环节,能够支持分布式能源、电动汽车等系统或设备的接入和计量,家用电器智能控制,综合家庭能耗监测和能源优化管理等功能[8]。此系统也为电网公司和电力用户之间提供了友好开放的双向交互门户,满足了智能用电对营销管理和客户服务的要求。
1.1 智能电表
智能电表是基于最新的计算机技术,现代通信技术及计量技术的高级量测设备,是高级量测体系(AMI)的基础单元[9]。其设计应遵循如下三个原则:考虑分布式能源的接入;考虑通信信道的实际承受能力;考虑用户互动的便捷性。智能电表主要功能有:
1)电能计量。
有功电能和无功电能双向计量,支持分布式能源用户的接入。
2)电能监管。
具备阶梯电价,预付费及远程通断电功能。支持需求侧管理,与智能互动终端配合对用电设备及分布式电源进行管理,帮助电网削峰填谷,提高电力供应可靠性。
3)双向通信。
在双向通信模式下,接收电网侧的指令信息发布给用户,如实时费率,用电策略;同时将采集的家庭耗能数据传给电网侧[10]。
1.2 智能互动终端
智能互动终端,作为电网(力)公司与用户的交互门户,是用户感知智能电网新特性的主要体现点之一。用户通过该平台了解电能使用信息,并结合实时费率等资讯,对各用电器用电情况进行控制,调整自己的用电方案[11,12]。其主要功能如下:
1)接收智能电表,智能控制器发送的大量数据信息并进行实时显示,使用户可获取详细的电能使用情况及其他相关信息。
2)对家用分布式能源和电器进行统一监控管理,实时获取家庭能耗状态并进行家庭能效分析管理。
1.3 家庭局域网络(HAN)
家庭局域网是AMI中重要的结构基础。HAN将智能电能表、智能互动终端和各种可控的用电设备连接起来,组成局域网络,可以实现多种能源管理功能[13]。HAN可采用有线和无线两种通信方式,相比有线网络,无线网络安装维护更为简便可靠。目前有三种常用的短距离无线通信技术:Wi Fi,蓝牙和Zig Bee技术,它们主要特性如表1所示。Zig Bee是一种新兴的短距离、低功率无线网络技术,它是基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术[14]。由于Zig Bee技术具有低功耗、低成本和支持网络节点多的优势,因此家庭智能用电系统中多采用Zig Bee无线技术构建HAN。
1.4 智能控制器
目前,在家庭智能用电中,为了实现家庭能效分析管理,指导用户合理、经济用电,获取负荷级别的详细用电信息并实现各用电设备的组网是非常有必要的。然而,由于现阶段电器的智能化尚无法满足这种要求,并且智能电器的普及也不能一蹴而就,因此这就需要一个中间设备来实现这些功能[15]。智能控制器(智能开关)作为连接普通用电器与电源的独立设备,可以满足上述要求。本研究着重开发了这种智能控制器,利用其采集负荷用电信息并对用电设备进行控制,使家用电器更好地参与需求响应。其具体功能如下:
1)计量功能。
实时测量并采集各电器设备的用电信息(电压、电流、功率、耗电量等)、工作状态。
2)通信功能。
采用无线Zig Bee通信,实现家庭内各电器设备与互动终端的组网,上报电器的用电信息并使各电器接收互动终端的统一管理。
3)控制功能。
接收互动终端的指令,对家电进行调节、控制等操作。
2 智能控制器开发
2.1 硬件设计
在硬件上,智能控制器主要由电源模块、电量测量模块、微处理器模块、通信模块、LCD显示模块、开关电路、实时时钟电路以及外部接口电路组成,结构图如图2所示。
电源模块将交流220 V转换为直流5 V、3.3 V,为其他模块提供电源支持。电量测量模块(2)包括电压采集电路A、电流采集电路B,计量单元C。电压采集电路采用分压原理,电力线220 V电压信号经过分压电阻和滤波电容,变换为小直流电压信号,作为ADE7763的V2P的输入。电流信号经分流器Shunt也转换为一个小直流电压信号,经滤波电容作为ADE7763的V1P和V1N端输入。测量单元由计量芯片ADE7763组成。ADE7763具有两个二阶模拟数字转换器、一个数字积分器(通道1)、系统校准电路、温度传感器和和具有计算功能的高速信号处理电路。ADE7763工作原理如下:ADE7763将输入的电压、电流信号通过各自的模数转换器变成数字信号后,进行相乘,计算出瞬时功率p(t),再通过低通滤波器LPF2后,得到有功功率P,利用功率偏差校准寄存器APOS的值对有功功率进行校准,放入采样波形数据寄存器中,然后对采样波形数据寄存器的值进行累加,将功率累加值(电能值)存放在电能寄存器AENERGY中[16]。最终,ADE7763实现电器设备电压、电流、功率、耗电量的测量。
智能控制器采用Microchip公司的一款16位的单片机PIC24FJ128GB206作为微处理器。PIC24FJ128GB206拥有充足的存储空间,并具有强大的外设,用作器件与外界的接口,如SPI,UART接口。PIC微处理器主要完成以下任务:(1)上电时,对ADE7763进行初始化设置,使其精确测量。(2)读取ADE7763的电能数据并存储在其数据存储器中。(3)通过UART接口及外接RS485收发器与Zig Bee模块进行串口通信,获取Zig Bee模块从互动终端接收的控制命令并执行,将响应信息通过Zig Bee模块以无线方式返回给互动终端。(4)向LCD输出数据,控制LCD屏显示。(5)根据接收命令控制继电器通断,进而控制电器设备的运行。微处理器作为智能控制器的核心,控制各模块协调运行,使智能控制器实现其基本功能。智能控制器实物如图3所示。
2.2 软件设计
智能控制器的软件设计主要由主程序,中断程序和执行程序组成,各流程图如图4所示。主程序运行过程如下:(1)智能控制器上电,微处理器对SPI,UART,定时器,IO口,ADE7763,LCD等进行初始化操作。(2)设置并使能串口和定时器中断。(3)通过SPI通信,周期性地从计量芯片ADE7763中读取数据并计算各电量实际值,调用显示子函数将各电量信息显示在LCD屏上。(4)等待UART端口接收数据和消息帧,多个字符数据组成一个消息帧,如果一条消息接收完成执行下一步,否则,返回到(3)。(5)对接收的消息帧进行校验,如校验正确则执行相应命令,并产生响应信息返回到互动终端;否则返回到(3),依次循环执行。
中断程序包含串口接收中断和定时器中断子程序。串口接收中断用于将接收到的字符数据缓存到接收寄存器中,定时器中断用于判断一条消息帧接收完毕。在智能控制器中,MCU与Zig Bee模块之间的串口通信采用Mod Bus-Rtu通信规约,Mod Bus-Rtu通信规约的软件实现中使用串口接收中断和定时器中断。Mod Bus-Rtu帧数据格式如表2所示。
在RTU模式中,新的信息总是以至少3.5个字符的静默时间开始,整帧的信息必须以一个连续的数据流进行传输[17]。当有新数据接收,则转入串口接收中断子程序,缓存接收的数据并计数,刷新启动定时器计时。当定时器达到预定时间,响应定时器中断,消息帧接收标志位置1,计数器清零,关闭定时器,这时一个消息帧接收完成,进行下一步操作。
执行程序主要是实现以下功能:读取电量信息、电器工作状态,控制继电器通断,产生遵循Mod Bus-Rtu数据帧格式的响应信息并发送。依照Mod Bus-Rtu通讯规约,执行程序中所用部分功能码定义如表3所示。命令执行前,先判定接收消息中的功能码值,根据功能码定义,调用并执行相应的功能子函数,创建响应信息并传给互动终端。
2.3 装置测试结果
为了测试该装置测量数据的准确性,本文利用日置3193功率计(可达±0.2%的高精度计量)搭建了一套测量平台,分别通过上位机采集智能控制器与日置3193功率计在同一时间测量的负荷数据并进行比较,测试数据如表4所示。智能控制器与3193功率计所测负荷电压、电流、功率比较结果分别如图5、图6、图7所示。该装置中所采用继电器额定电流为10 A,因此该装置需在电流为0~10 A的范围内工作。由测试数据及所测电压、电流、功率比较结果可知,在正常工作电流范围内,智能控制器与日置3193标准表所测数据相对误差较小,测量精确度较高。
3 演示模拟系统
智能用电强调用户的参与,鼓励电网与用户的双向互动,峰谷电价、实时电价等措施的实施可使用户更积极的参与电力需求响应,在电网高峰时实现负荷转移[18]。本文设想了一种家庭智能用电模型,在此模型中,电力公司提供两种用电模式—错峰响应模式与自由模式,当电网处于用电高峰时,启用错峰响应模式的用户需关闭一部分负荷,但可从电力公司获得一定的补贴作为补偿,自由模式用户不需关闭负荷,则无补贴。用户自主选择开启哪种模式。
在此模型基础上,建立了一套演示系统来模拟家庭智能用电并测验智能控制器的功能,如图8所示。演示系统由一个智能控制器、一台饮水机、一台模拟互动终端的PC和一个与PC连接的Zig Bee通讯模块组成。智能控制器实时采集饮水机的用电信息、运行状态并可控制其通断。此外,还在PC上安装了力控公司的组态软件Force Control6.1,并利用该软件设计了一套人机交互界面,如图9所示。模拟系统可以方便地监测饮水机等用电设备的实时用电信息、工作状态。此模拟系统中,在用户选择错峰响应用电模式的情况下,还可以根据电价(或峰谷)因素控制用电设备的运行,模拟用电设备参与需求响应。图10为错峰响应模式下考虑电价(或峰谷)因素时饮水机的运行方式。
图10中,横轴表示时间,纵轴表示有功功率(实线)和电价(虚线)。由图10可知,当负荷处于用电高峰时,电价较高,智能控制器接收互动终端指令关闭饮水机;当用电高峰过去后,电价降低,智能控制器再次启动饮水机工作。这样,智能控制器就可以使用电设备参与需求响应与双向互动,为电网削峰填谷,提高家庭能效,对于热水器、洗衣机等柔性负荷,采用智能控制器负荷转移效果更为明显。
目前,更为完善的智能用电模拟系统及相应的机制策略正在进一步的研究中。
4 结论
本文提出了家庭智能用电系统的结构框架并介绍了各组成部分的功能。重点开发了一种适用于家庭智能用电的智能控制器。还搭建了一套演示系统模拟家庭智能用电,并测试了智能控制器的性能,在演示系统中,还模拟了错峰响应模式下负荷基于电价的需求响应运行方式,验证得出智能控制器可以减少用户开支,帮助用户有效节能。
下一步研究工作的重点在于基于智能控制器建立一套完整的家庭智能用电模拟系统,系统包括齐全的家庭用电设备,智能互动终端,家庭局域网络以及小型分布式电源,并建立家庭能效管理机制,综合考虑负荷变化,实时电价及家庭能效分析结果,统一管理各用电设备及分布式电源,使用户更好地参与用电需求响应,实现与电网双向互动。
智能控制器 篇2
智能电网与智能电器
本文介绍了智能电网的概念,以及涵盖的领域和技术,指出智能电器是构建智能电网的基础.根据智能电网建设的要求和电力设备自身发展的需要,归纳了智能电器的`基本特征,以及智能电器需要研究的关键理论与技术,并预测了智能电网中智能电器的发展前景.
作 者：王建华 耿英三 宋政湘 作者单位：西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安,710049刊 名：电气技术英文刊名：ELECTRICAL ENGINEERING年，卷(期)：“”(8)分类号：关键词：智能电网 智能电器 特征 技术
智能电视真的智能吗? 篇3
智能电视，从看电视到玩电视，真的很智能吗？
智能电视让我们从此由看电视演变为玩电视，一是娱乐性的玩乐，比如说玩3D体感游戏;二是工具性的玩操控，比如说下载家居防盗安全应用程序，实现智能家居的功能。索尼、LG、三星、夏普、海信、TCL 几乎国内外每个主流电视厂家都在最显眼的位置展示智能电视的新鲜。那智能电视真的智能嘛？
智能电视新解
很多人认为智能手机相比普通手机虽然功能多了许多，但是变得也相对复杂了。那么智能电视是不是也同样意味着复杂、不易操控呢？答案是完全否定的，电视并非手机，如果失去了易用性，就意味着远离电视的本质属性，毕竟电视第一功能便是电视观看。那么，智能电视到底需要符合哪些条件呢？
自然人机交互
简单易用、良好的人机交互。智能电视使得TV成为客厅的娱乐中心，家居里不仅仅有成年人，还包括老年人、儿童，因此智能电视不能因为“智能化”而变得复杂、难以操作，必须要非常注重产品的人机交互设计。目前各大电视品牌推出的智能3D电视，除了Android手机、平板电脑与电视的多屏互动上，一些尖端产品还实现了人机交互方式，不仅有多屏互动，还拥有手势识别、语音识别等真正自然的人机交互功能，可以通过语音搜索选择节目。例如，TCL超级智能互联网3D电视，更是拥有人机对话——对诗、读报、读杂志和智能家居等功能。
开放的操作系统
要拥有开放的操作系统，允许用户定制各种APPS。开放操作系统意味着TV的程序是可扩展的，就像智能手机可以安装软件和游戏一样，智能电视也是允许开发者开发应用程序，允许用户下载安装应用。当众人为电视开发应用的时候，电视机也可以说：“我可以做任何事。”在CES上，LG展示了Smart TV Platform平台，而在其展示的智能电视上我们看到了各种TV Apps，比如，Puzzle、winesound、sudoku等游戏和娱乐应用。
精彩的玩乐操控
为了迎合电视机智能化发展的需要，各彩电品牌都在自己推出的智能3D新品中对用户界面进行了改进和创新。其中，凭借立体感强、可视化程度高、操作简单的3D UI界面逐渐成为高端产品的首选。大众对电视各种功能元素要求有质的提升，因此能看能玩的电视那是必然。对着遥控器麦克说新浪，就可以快速进入；只要哼唱歌曲的曲调，电视就能自动找到该曲目；而对着电视亲切地喊出语音管家的名字，它就能帮你通过语音来控制家居设备，甚至你还可以和它对诗，这种“能听、能想、能说”的人机交互功给用户带来非凡的全新体验。
比如说在2011年美国CES上，LG展示了他们的Smart TV，无论是电视界面的设计，还是遥控器的设计都必须易上手，一看就会，一会就懂操作。主界面只有四个部分——实时电视(TV Live)、优质内容(Premium Content)、电视应用程序(TV Apps)、启动条(Launcher Bar)，它保证我们只要几次点击，就可以找到电视中几乎无穷无尽的内容。动感应遥控器只需要手持并指向屏幕，然后把光标移动到想要的选项上，再点击一下就可以激活选项。
智能电视大家是仁者见仁，智者见智。但不管怎样，全开放式平台是一个前提，这也就意味着智能电视应该具有强大的功能延展性，需要通过接入一些其它的外部设备来实现。目前推出的智能3D电视新品中，几乎都将无线键盘鼠标集成在遥控器上，以实现多元化的操作，并通过手机及平板电脑对电视进行操控。此外，一些时尚新品实现在全键盘遥控器上嵌入了无线麦克风，通过语音来对诗、找歌；通过外接的手势识别摄像头、体感游戏手柄、CS体感游戏枪、智能家居控制器来实现更多的功能应用，让智能电视飞起来。
选哪种系统
2011年中国彩电市场开始集体爆发智能化热潮，各家彩电企业近期竞相推出智能电视新品，一个崭新的电视智能化时代正加速到来。除了近期厂商力推的Android系统电视，还有Apple TV、Windows TV以及其他小众化系统的电视在市场上销售。四个系统，各有千秋，要选择哪一种，看看你就知道了。
Apple TV
苹果较早推出过Apple TV的机顶盒，2010年9月推出新款苹果TV。采用高清晰度多媒体接口(HDMI)连接，以太网以及WiFi无线通讯技术，并选配音频和USB接口，无内部存储器，完全依靠流媒体和网络存储，可点播Netflix流媒体视频服务。新款苹果TV更像是一台流媒体机，外壳由白色变成了黑色，体积只有老款产品的四分之一，价格也从原先的229美元下调到99美元。
屏幕比例为16:9的增强清晰度电视（EDTV）或高清电视（HDTV），需提供HDMI、DVI或分量视频输入接口；还要有有线或者无线网络，事先下载iTunes。苹果目前还没有为Apple TV推出App应用商店，但据报道，Apple TV一改以往出售电视节目的模式，转而提供租赁服务，在美国提供4.99美元一部的高清电影租赁和99美分一集的电视剧租赁服务。整体上节目源太少，没有应用iOS系统，操作上有点不畅，还不支持1080p节目。
Android TV
这实际上是Google TV的另一个命名，采用谷歌Android系统，可以连接电视机和网络，进行多种内容的互动。由于采用开放式的平台，可以衍生出很多应用，因此被国内外厂商如索尼、创维、康佳、TCL等采纳。不过，目前Android TV并没有较为统一的平台，厂商们周旋于2.2和2.3以及3.0系统中。
按照谷歌的设想，谷歌还提供Chrome浏览器，可以在所有电视频道、最喜欢网站以及网站应用程序之间实现切换。从功能上看，Android TV可以取代目前的有线电视机顶盒或卫星电视盒。
Windows TV
智能电视出现的早期，不少厂家采用的是在PC上应用得非常广泛的Windows系统，这也是互联网电视早期的形态之一。2011年的CES消费电子展上，微软也称将进入智能电视领域，并推出Windows TV，将运行嵌入式Windows系统，预计售价200美元。微软寻找合作伙伴，并向第三方制造商提供软件授权。
目前，国内的TCL等电视机厂家已经开始明确表示，在智能电视中采用Windows TV的系统，但由于推出后盈利模式尚不明朗，Windows TV目前还处于“试水”阶段。
其他系统
三星近期发布以D8000为代表的智能电视。有猜测认为，这是不是三星在手机当中推出的Bada系统，三星方面表示否认，也认为某些手机系统应用到电视当中，未必能够达到最佳效果。
目前，三星绝大多数智能电视采用Android系统，某些机型还采用了自成体系的一套系统。此外，海信自主开发的HITV-0S操作系统，有后台系统作为支持，可以实现App的上传、下载和计费等功能。康佳在早期的“网锐”网络电视当中，采用OMI平台，由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，能够进行个性化加载和运行SDK软件开发的应用程序。这说明不排除今后智能电视领域还有其他小众化系统的可能。
选哪种硬件
芯片处理能力大比拼
众所周知，芯片是电视的心脏。随着电视进入超级智能化3D时代，除了驱动芯片、图像控制芯片等基本保障外，超级智能互联网3D电视对芯片提出了更高的要求，强大的电视芯片处理能力将给电视带来更多的功能应用和体验。反之，芯片处理能力若不够强大，将造成智能3D电视在人机交互方面的语音、手势功能缺失、无法支持网络大型游戏、造成无线传屏信号延迟等。
在目前各品牌已发布的智能3D新品中，三星、长虹、创维等彩电厂商推出的智能3D电视，均能够实现多屏互动、网页浏览、玩体感游戏及安装卸载应用程序，在芯片处理能力上已能达到智能化应用的初级要求。海信智能3D影院电视采用AMD提供的处理器和CPU单元，也已能支持语言功能。而TCL超级智能互联网3D电视则采用了“超级智芯”，并植入2G内存，能够实现手势识别、语音识别操作、语音云搜索、人机对话、多屏互动、智能家居、逐行3D、网络浏览器、视频通讯、玩CS及魔兽等应用和体感游戏。
屏体画质大比拼
液晶屏不同会带来很大画质差异，这个我们是知道的。进入智能3D时代，由于产品体验的多元化，对电视屏体有了更高要求。部分国产品牌推出的智能3D电视，依然在采用多年前的IPS及P-MVA液晶面板及技术。而三星、夏普及TCL等品牌则多采用高端黑水晶屏体，因该屏体采用了尖端科技，可减少表面反光，大大提升了面板的可视亮度。再配合全高清逐行3D技术，可以使智能3D电视的3D界面栩栩如生，鲜活生动。
接口扩展大比拼
进入超级智能化3D时代，电视机的可扩展性除了体现在是否有应用程序商店提供软件更新和升级，还体现在能否接入多元的外接设备，从而完成对电功能的自由补充。目前，大多数品牌推出的智能3D电视，均拥有HDMI1.4、色差、VGA、AV、USB接口，只保证了基本的信号传输。而海信3D电视和TCL超级智能互联网3D电视则配备智能DiiVA接口。
各自智能的神通
三星Smart TV智能电视
三星Smart TV以D8000为代表的三星Smart TV内部搭建了智能中心Smart Hub，可以连接、显示并播放所有连接设备内容，并显示同一界面内，由此将比较方便用户进行操控和播放。三星还为电视提供了三星应用程序商店（Samsung Apps）。其智能电视可以当浏览器用，用电视浏览网络内容，包括直接看片（需网络内容商支持）；可以实现搜索功能（Search All全项搜索），在电视、电脑和移动设备以及网络和视频点播服务中搜寻想看的内容；还可以实现个性视频。
LG智能电视
LG 47LW6500液晶电视与普通电视相比，LG 47LW6500液晶电视最特别的地方便在于其内置有智能电视操作系统，这使它可以像智能手机和电脑一样，支持用户自主下载并添加、删除各种应用程序，以实现对电视功能的无限扩展。消费者通过LG 47LW6500可直接登陆到LG电子与华数传媒共同打造的智能电视网络平台，并通过该平台自由下载生活、娱乐、教育、游戏等各类丰富有趣的应用程序，让电视的变得更加有趣时尚，满足消费者多样化和个性化的应用需求。
TCL人机交互式Android Smart TV
TCL基于Android系统的Smart TV在CES展上首次亮相，以自然的手势识别、语音识别等人机交互方式进行操控，可以实现智能在线升级，并提供应用程序商店服务。用户界面友好，用户体验更为方便。据悉，2011年TCL基于Android操作系统的智能互联网电视将在全球同步上市。
海信Hi-Touch智能感应触控电视
海信Hi-Touch摆脱了传统的触控式接触，可实现一定距离内的遥感控制，坐在沙发上，眼前就像有个触摸屏，如同操控触摸手机一样不用遥控器，不仅能通过手掌的上下左右移动、点击等实现对电视的自由隔空操作，还能对着屏幕隔空打拳击，带来了智能互感虚拟触摸的全新体验。智能化操作系统、智能化应用商店、智能化人机交互，是智能电视的三大标准，海信通过智能化技术升级，重点打造自主研发的HiTV-OS和 Android双操作系统，实现了从“看电视”到“玩电视”的跨越。
海尔人机互动智能电视
海尔的人机互动智能电视能够实现全方位多点控制，支持多人同时进行图片的放大、缩小、旋转等。同时，海尔智能电视还可搭载全球最领先的手势控制系统，只需连接一个摄像头，用户就可以通过手势实现电视图片、视频、音频、游戏等功能的切换。还能实现多种信息终端的互联互通。
DiiVA给力智能电视
数字高清互动接口DiiVA是一种与HDMI类似的互动高清接口，被称为“中国版HDMI”。DiiVA提供一个新的个人化家庭娱乐体验，让我们可以轻松地找到想要的内容，并在家中任意显示设备上观赏享受。
DiiVA创始成员包括海信、TCL、创维、康佳、海尔、长虹、熊猫、上广电等与凌旭，被称之为推广者，索尼、三星和LG电子也后续加入推广者行列，DiiVA的宗旨为建立下一代互动电视与消费电子的网络标准。随着消费者使用愈来愈多电子娱乐装置及数字家电，DiiVA以高清互动与网络连接方式，为现代家庭种类繁多的数字设备提供简单连接与操作，为用户提供最佳娱乐体验。DiiVA的超大带宽与双向数据信道结合其网络协议，让任一DiiVA电视可以读取并控制任一DiiVA源端装置，在实现便携设备、计算机与消费类电子产品以网络化方式融合与沟通的同时，为不断丰富的高清内容建立一个完全个性化、人性化、版权保护机制完善的分享家庭环境。
DiiVA的优势
DiiVA技术相对于HDMI究竟有什么独特的优势呢？
第一：DiiVA采用菊花链的连接方式，简而言之，就是任何一个在DiiVA网络中的设备都可以互相访问。包括非压缩的音视频数据流、以太网数据包、USB数据包。连接在DiiVA网络中每个设备可以分级级联，PC可以读取插在数字电视上的USB存储设备上的数据.所有的DiiVA设备都可以在数字电视上进行浏览和控制其打开或者关闭。然而HDMI1.3采用Point to Point的连接技术，所有的设备都必须一对一的与HDMI的显示器或者电视相连接，而且非压缩的音视频数据只能一对一的由Source to Sink进行传输，当然在最新的HDMI 1.4规范中加入了以太网的支持，也使HDMI技术实现了以前所没有的any to any 的以太网数据报文的传输。但记住，其非压缩的高清视频和音频数据流还是点对点传输的，由于目前HDMI电视的高清接口数量有限，也在一定程度上限制了其网络上连接的设备数量。
第二：DiiVA采用高级的电源管理技术POD(Power on DiiVA)，通过POD技术可以实现远程的打开或者关闭连接在DiiVA网络中的任何一个设备，同时，即使是网络中的某一个设备关闭或者休眠了，也不影响下一级的设备与整个网络的互联，甚至有些功耗不大的设备比如摄像头，游戏遥控设备就完全不需要电源或者电池供电，这一点上也与USB有异曲同工之妙，同时这也是HDMI所无法比拟的。
第三：DiiVA的线缆可以通过Relay mode支持传输距离高达25米，而且其可以通过普通的以太网线进行传输，只是在始末两端采用DiiVA的连接器而已，线缆的成本相对于动辄几百块人民币的HDMI线缆来说肯定低了很多，也更易为终端消费者所接受。
照明智能控制器的设计 篇4
1. 照明智能控制系统总体方案设计
将房间分为0~5六个区, 如图1所示:屋顶中央圆盘上固定6个人体检测模块, 朝向6个分区, 分别对6个区域进行监视, 其中在1和4区放置照度检测模块, 分别检侧靠门侧3个区和靠窗侧3个区的照度。系统总体框图如图2。
单片机首先读回靠门侧照度检测模块的检测值, 判断房间内照度是否低于室内最低照度 (阈值) 要求, 若是便控制0区, 1区, 2区的人体检测模块开始工作, 单片机读回人员分布信息后作出判断, 控制有人的区域开灯, 无人区关灯。同理, 若靠窗侧照度也达到阈值, 则启动其他3个区域工作。
2. 照明智能控制单元模块设计
2.1 单片机小系统设计
单片机小系统如图3所示, 通过编程完成房间层的数据处理及智能控制。
2.2 照度检测电路
采用光敏电阻对室内光强进行检测[1], 如图4所示, 由R22与RW7的分压值确定光照强度的阈值, 送入比较器LM339同相输入端, 将光敏电阻的分压值接入LM339的反相输入端, 当光照强度逐渐减弱时, 光敏电阻阻值增大, 输入比较器反相端的电压随之增加, 若超过所设阈值则比较器输出低电平通知单片机。
2.3 人体检测电路
当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时, 电路中的传感器将输出电压信号, 然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器, 该滤波器的上限截止频率约为16Hz, 下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱 (通常仅为几毫伏) , 而且是一个变化的信号, 同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式 (脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定, 通常为0.1~10Hz左右) , 所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用通用集成运算放大器LM741进行两级放大, 如图5所示, 第一级放大增益为AV=1+R5/R4=101, 输出信号有微弱的工频干扰[2], 经R6, R7, C3, C4组成的带通滤波器后送入第二级放大器, 第二级放大器增益可由R W 2调节, 最大为3 1。
当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大和加法器调整后送入窗口比较器, 若信号幅度超过窗口比较器的上下限, 系统将输出高电平信号通知单片机检测到人。
2.4 继电器触发电路
继电器触发电路如图6所示, 其中RQ1为直流电磁继电器, 最小触发电流约55m A, 故图中用NPN三极管接成共射放大电路, 起到扩流作用。为安全起见, 单片机控制信号输出采用4N25光电耦合器件进行光电隔离。J1的1, 2可接入220V市电, 用做照明灯具开关, 也可用做传感器检测模块启动开关。
2.5 步进电机驱动电路
步进电机驱动电路采用12V的额定电压对L298N供电, 利用单片机P1.4~P1.7四个口进行控制, E N A B L E A和ENABLE B接至P2.7, 方便控制电机工作。为保护单片机, 端口输出接二极管。
2.6 数码显示电路
房间号的显示需用4位数码管显示, 一位楼号, 一位楼层, 两位房间号。
3 软件系统的设计
本系统程序主要分为主程序、步进电机控制子程序、显示子程序等。
3.1 房间层主程序设计
房间层程序设计[3]流程图如图7所示, 程序开始后首先对房间号进行初始化, 即让数码管显示本房间号, P 2口清零, 让P2.7电机使能端为低电平, 处于无效状态, P2.0~P2.5控制照明灯具处于关闭状态。然后开始照度检测, 先对靠门侧进行查询, P1.0为“0”则启动0~2区传感器, 并调用电机控制子程序, 控制热释电红外传感器检测0~2区情况, 据此控制相应区域的照明开关, 再查询P1.1, 若出现低电平就启动3~5区传感器检测, 开始控制整个房间的照明开关。在此过程中时时将房间人员分布情况信息存入工作寄存器0组的R6, 供栋层控制中心读取该房间人员分布的情况, 用做该栋楼的整体协调依据, 同时通过读取R7中调整房间的楼层号和房间号 (十六进制代码) , 执行栋层整体协调命令, 调用十六进制—BCD码转转换换程程序序, , 再再调调用用显显示示子子程程序序显显示示出出来来。。
3.2 步进电机控制子程序的设计
步进电机控制子程序要实现步进电机先正转8步再反转8步, 进入子程序先将P2.7置“1”, 使L298N开始工作, 再按照时序表依次送正转时序到P1.4~P1.7, 使电机正转8步, 在送反转时序, 反转8步后P2.7清零, 使L298N停止工作。
3.3 显示子程序的设计
AT89S51只有一个串口, 已做无线通信用, 故以P0.6和P0.7模拟串口实现数码显示。为不影响主程序工作, 选用工作寄存器3组来执行显示子程序, 并将累加器A压栈, 显示完成后回到工作寄存器0组, 并将累加器A出栈。
4 总结
本文针对我校教学区用电情况, 设计了以89S51为控制中心的智能控制系统, 能对照度进行判断, 做到照度低于室内最低照度要求时, 自动启动照明装置, 并根据室内分区的情况控制各个分区的照明灯具, 同时向上层系统汇报房间内人员分布情况并执行上层关于开关灯的命令, 从一定程度上实现了节约用电。
摘要：该设计以AT89S51为控制中心, 采用光敏电阻对室内照度进行检测, 当照度低于室内最低照度要求时, 启动步进电机配合热释电红外传感器检测室内人员分布情况, 通过继电器控制相应区域的照明灯具, 同时向上一级主机汇报室内情况, 并在收到上一级整体协调信息时, 强行关闭本房间所有照明灯具, 用4位LED显示出开灯的房间号, 让本房间人员集中到所指定的房间, 尽量让开灯数量最少, 最终到达节约用电的目的。
关键词：单片机,热释电红外传感器,步进电机,继电器
参考文献
[1]丁元杰.单片机原理及应用 (第2版) [M].北京:机械工业出版社, 1998.8
[2]方严军, 孙健.智能仪器技术及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2001.1
智能手机作文 智能手机作文 篇5
我睁开了惺忪的睡眼，迷迷糊糊中看了一下表，才三点半，离起床的时间还很早，我又睡了起来
我掉进了一个实验室，哦!好大的一个实验室!一个博士在哪忙碌着，我瞄了一下日历哇!20xx年!太惊人了!我怎么会到这儿呢?先不管这么多了，看看再说。我看见一大帮人正在研究一部手机。博士告诉我，这部手机的名字叫傻妞傻妞!这不是一部魔幻手机吗?我在电视上见过的.!是一个可以时空穿梭的手机，手机功能可多了，可以视频通讯，还有隐身功能，功能转移能见到这部手机，太好了!
博士们研究完了，正在找一个能控制傻妞的人，所有人的目光都转向了我，我有些意外，我说：我别开玩笑了，我可不行，可大家一致推举我，都说我有这个能力，最后我就同意了。我居然拥有了一部魔幻手机!
我把手机开了机，傻妞说：请输入开机密码我说：我爱你!秘密输入正确，请进入模式选项，真人模式和手机模式真人模式，乖手机开启，忽然傻妞说：警报警报，2环出现一场这祸，功能转移，我便飞到了车祸现场，现场有三个人受了重伤，我连忙说：医疗功能可傻妞却提出了外科手术傻妞无法完成的警告，我只好带着病人飞去了医院进行抢救。从那以后人们就把我叫飞人，只要有险情发生，我就会出现。一天，傻妞又发出：警报警报，两个大人抢了一位老人的钱，是否启动社会维序功能?是!我火速赶到了现场，把两位大人抓住交给了警方，警方给了他们相应的处罚。我和傻妞一天比一天快乐。
不知道过了多长时间，有一天，我忽然想起了妈妈，我很想他们，决定带着傻妞回家去看他们。在时空隧道中，却发生了傻妞能量不足的危险情形，本次服务到此结速倒数10、9、8、7、6、5、4、3、2、1傻妞在提示我，我们在往下沉，快速在往下沉，我急得大喊：傻妞!救我!
智能控制器 篇6
Smart-WAR的理论基础是电力混成控制论。将整个电力大系统控制得如同一台智能机器人，是一异常宏伟的目标。由于电力系统是一个需要采用强非线性的高维微分方程组来描述的具有分块和多层动态特征的大系统，这样复杂的问题不能指望用纯数学的方法来解决，需要的是创新的思路。解决这一问题的新途径就是电力混成控制论，其主导思想是：将一切不满足要求和不满意的状态都分类地定义为事件，通过控制使得系统回归至无事件运行状态，则系统的各项指标(电能质量、稳定性和经济性)一定是足够满意的。这就是说，该方法所得的效果在工程上是足够满意的，可以在实践上解决大电网的多重目标趋优控制问题。
电力混成控制论使得“将整个电力大系统控制得如同一台智能机器人”成为了可能。但要真正实现Smart-WAR，在一些关键技术上还需有较大突破，主要包括：
1）智能电网基础量测设施与动态SCADA系统建立
实际运行中的电力系统是一个连续的动态系统，系统的状态每时每刻都在发生变化。但由于SCADA等数据采集工具的限制，目前的技术只能做到每隔4～8s获得一次RTU等设备的动态数据，我们称之为系统断面；而PMU等量测设施虽然可以做到0.02s获得一次系统动态数据，但其目前安装数量较少，且其获得的信息与SCADA系统所获得信息分属于两个不同的系统，两者难以融合，使得难于获得系统可信的全状态。要实现Smart-WAR，需要研发新型智能电网基础量测设施，并在此基础上建立动态SCADA系统，以快速获得系统可信的全状态。
2）新型状态估计系统
传统的状态估计系统的算法，大多建立在残差概念基础上，但是，使测点残差最小，并不等同于使测点误差最小，其残差最小只能说明该测点估计值与量测值较为接近，并不能说明该测点估计值与真值较为接近。因而，以测点残差加权平方和最小作为状态估计的准则，或基于残差分布某些规律来对不良数据进行识别，未必是最恰当的。针对这一问题，需要提出新型状态估计理论，解决系统真值未知情况下状态估计结果评价问题，这是以往研究中空白点，也是进行状态估计研究首先而且必须要解决的问题。在此基础上，方可提出可使状态估计结果评价指标达到最高、且收敛性好、维护简单的新型状态估计方法。
3）标准化建模与接口
智能调度中心的控制对象是现代电力系统，其结构和组成非常复杂；同时电力设备来自于不同的厂商，在分布式发电和用户参与的情况下就更为复杂；另外Smart-WAR本身也是一个极为复杂的系统，其实施有赖于不同软硬件厂商的有效合作。因此，Smart-WAR建设必须采用标准化的模型和接口，这样可尽量减少不同厂商与开发者之间的沟通成本，提高运行效率，保证不同设备之间、调度中心和电力设备之间、不同应用之间、电网和发电设备以及用户之间的无缝连接。要达到这一点，可采用目前国际上已有的一些标准如IEC61850、IEC61968、IEC61970、IEC62056、IEEE1547等，尚有一些标准仍在草稿阶段或尚未制定，在智能调度中心设计和开发阶段也必需考虑到这些情况，并采用灵活的方式加以处理，以便在相应国际标准编制完成之后可方便的支持该标准。
4）电力系统运行评估指标体系
随着电力系统规模的不断扩大和市场化改革的不断深入，电力系统运行情况也愈加复杂。对于电网运行和管理人员来讲，需要随时直观了解所负责管理的电力系统运行状况，并进行相应的调整和控制。由于电力系统运行时所产生的数据量极为巨大，加重了调度人员了解电力系统整体运行情况的困难程度。至今调度人员在对电网进行控制时依然是通过一些孤立的指标（如电网频率、关键节点电压等）对电网运行情况进行判断，至于这些指标之间的内在联系尚未得到应有的关注。电力系统是一个统一的整体，对于其运行和控制需要考虑到频率、电压等诸多方面，因此，上述看似孤立的各项指标之间不可避免的存在着内在联系。也就是说，孤立和单一的指标难于反映电力系统运行的整体情况，有必要建立起一整套能反映电力系统运行总体及各个方面情况的运行指标体系。这一指标体系应是一个多维度、能够反映系统实时及未来一段时间内运行趋势的综合指标体系，可用于对电力系统运行情况进行评估，辨识系统运行的薄弱环节和区域，以达到预警的目的。
5）机器智能与人的智能结合
多功能温度智能控制器 篇7
温度是一个基本的物理量, 它是工农业生产过程中最普遍、最重要的工艺参数之一。随着工农业的不断发展, 对温度测量的要求越来越高, 而且测量范围也越来越广。因此, 对温度检测技术的要求也越来越高。尤其是在温室控制过程中, 温度更是一个重要的参数, 合理的温度范围和准确的温度测量对提高产品质量、产量, 降低消耗, 实现农业自动化, 均有积极作用。测量温室温度的环境复杂多样, 要求精度高, 实时性强, 但又不能太过昂贵, 要结合国民实际情况来设计。
1 温度传感器
温度的检测有许多种方法, 但考虑到实际应用于温室的环境, 还有考虑价格和精度等因素, 还考虑到方便添加检测点的情况。DALLAS公司的DS18B20单总线数字温度传感器, 具有独特的单接口方式, 结构简单, 价格便宜, 测温范围广, 准确度高, 已经在冷库、粮仓、温室、储罐等多个方面有了广泛应用[1]。其采用一线总线接口, 只需要一根数据线就可以实现供电和数据传输功能。用户可以根据需要, 自由设置临界报警点, 并通过编程实现9到12位分辨率, 可分辨温度达到0.0625℃[2]。
2 主控系统
多功能温度智能控制器采用STC89S52单片机, 其整个系统包括时钟电路、串口下载电路、电平转换电路、复位电路和主芯片[3]。STC89S52单片机集成了ISP在线编程功能, 可以进行串口调试下载, 其工作频率和工作电压范围较其他单片机更宽, 综合性价比更高。
3 多功能温度计的硬件设计
设计采用模块化的方法, 把各个模块分出来, 使其可以独立运行, 也可独立使用。整个仪器除感温器件和红外感应器件外, 主要由单片机, 数码管显示电路, LED指示报警电路, 继电器控制电路, 时钟电路, 红外控制电路, 数码管亮度控制电路, 稳压电路。单片机控制温度传感器检测转换温度, 并把检测到的温度值通过总线发送给单片机, 单片机通过BCD转换后驱动数码管显示。若超过预设警示值, 则进行报警显示。红外接收头接收到红外控制信号后直接给单片机, 单片机翻译后执行相应动作。
总电路的设计在Protel99SE中进行, 系统总电路图, 见图2:
4 结论
本文设计了一个基于STC89S52单片机和DS18B20的多功能温度智能控制器, 其结构简单, 成本低廉, 实用性强。在系统的设计过程中, 充分考虑了功能的可扩展性, 可以灵活增加功能。既可用于农业温室大棚的温度测量, 也可用于工业厂矿的工作温度监控。
参考文献
[1]唐耀庚.热敏电阻器在多点温度测量中的应用[J].传感器技术, 2002, 5 (02) :50-52.
[2]Y.Zhang, N.Wei.Application of DS18B20 to measurement temperature system[J].Journal of Huaiyin Institute of Technology, 2002, 11 (05) :57-59.
智能控制器 篇8
五点控制器是将九点控制器中的K1和K3简化分配到K2和K4中，从而将平面划分成5个区域，每个区域代表1个工况，由于我们研究的系统都是在一定的误差允许范围内，不妨假设误差的允许范围为+e0和-e0，偏差变化率为-e1和+e1。根据偏差和偏差变化率的大小可以将各自划分为5种不同的情况，控制器就是根据不同的工况来采取相应的控制策略。
根据泛布尔代数，它们对应的5种情况分别为:
x1={x01, x11, x21, x31, x41}
x2={x02, x12, x22, x32, x42}
其中：x1表示e的5种情况;x2表示e的5种情况, 见表1。表中有25种情况，每种情况根据系统运动的趋势决定采用不同的控制策略。我们使用以下的基本逻辑控制法则作为五点控制器控制策略：规定e正大(x10)且e1非负大(x24)对应于K1的作用力，e1正大(x20)且e非正大(x10)对应于的K4作用力，其他类同。
Ki分别对应范围：
K0={-e0≤e≤+e0and-e1≤e1+e1}
K1={-e0>e0ande1≤+e1}
K2={e≤+e0ande1≤-e1}
K3={e≤-e0ande1>e1-e1}
K4={e>-e0ande1>+e1}
根据这些偏差———偏差变化率的组合形成5种工况，采取相应的控制策略(指令)，及时向被控对象进行能量补充和消耗，从而达到控制目的和跟踪性能要求。且每一时刻仅对应一种控制策略。由于系统的偏差及其偏差变化率实时变化，控制器是根据偏差和偏差变化的泛布尔逻辑关系，不断地在5种策略中来回切换，直至系统被控制在预定的状态下。
2 五点控制器分析工具
考察的系统如图1所示，是一个单回路控制系统，五点控制器作用于闭环系统，但表现为一种主动系统，不妨定义主动系统为采用开关逻辑方式、并按照分区段控制策略以达到控制目的的系统。Ki的作用可以对应于响应的不同时刻，如图2所示。
3 五点控制器参数分析
首先，必须确定误差和误差变化率零带的上下限，这两个基本参数我们称之为两个边界条件。而对应的5个工况的控制作用力我们用Ki (i=0, 1, 2, 3, 4)来表示。控制器的控制效果取决于这两个边界条件和5个控制参数的大小，因此分析这些参数的作用区域以及对系统动静态响应的影响，是将5点控制器推向实际应用的关键。下面的两个图分别是五点控制器相平面示意图，见图3与响应曲线图，见图4，是分析控制作用力的基础。
根据系统运动的特点，按上述规则将相平面图划分为5个区域，称之为尽可能理想地逼近给定的运动曲线。各个作用力对应的单位响应曲线的分布可以由图5来表示出(此图只考虑图3的情况，图3描述了系统在相平面上运动的轨迹)。
下面采用实例分析作用力，我们采用二阶系统为例，初始参数为：e0=0.01, e觶=0.01。其中Ki的取值分别为K0=0.5;K1=15;K2=-280;K3=-5;K4=575。仿真的单位响应曲线图形见图6，同时跟未加控制器的作比较。
3.1 K0控制作用
相平面作用区域：终值e0和e觶所围成区域
阶跃响应作用区域：响应最终至设定值允许范围
作用力分析：在指定区域内运动的改变与施加的致动力成比例。具体地说：
(1)系统能量供给与消耗在设定值处平衡，终值趋向于给定值，及K0=0.5;
(2)系统能量供给小于消耗，终值小于给定值，但大于误差允许的下边界，见图7。
(3)系统能量供给大于消耗，终值大于给定值，但小于误差允许的上边界;见图8
(4)在Ki满足运行条件时，允许误差范围的上下两条边界线构成K0控制作用的边界线。
K0值的确定：对于系统模型已经确定的参数而言，K0值的确定十分方便。由经典控制理论中的终值定理令传递函数G (s)中s=0 (t=∞)的倒数，即为K0。
分析：在系统运动进入稳态后，K0是此时系统的作用力。此处K0相当于系统运动的给定值，使系统在经历动态过程后在稳态值稳定运行，达到稳态。因此，利用终值定理结合系统本身的模型，我们可以确定系统的终值。
3.2 K1控制作用
相平面作用区段：初始上升区oa, hj两段
响应作用区段：oa, hj两段
图9, K1的oa响应曲线
图10, K1的oa相平面
性能指标：
(1)很明显，K1在oa段作用区域是系统运动的快速上升区，使系统运动尽快到达给定值。因此，我们定义K1在oa段作用区域的时间为上升时间tr。上升时间tr是从开始到达首次误差+e0处的时间，它是系统运动的一个很重要指标;K1的改变对上升时间的影响非常显著。加大K1作用力，可以使上升时间tr减小;反之，减小K1作用力可以使上升时间tr变大。
(2) K1在oa段对上升时间的影响直接决定了其对最大正超调量+δ的影响;对于存在超调的系统，系统在获取快速的上升过程中必然带来较大的超调，这是系统的惯性使然;在K2一定的条件下，加大K1会使超调变大;反之超调减少。
(3) K1在oa段的大小同e0的选取有很大的关系，这说明在精度要求愈高的系统中，K1的作用力就愈小，能量消耗就愈少。
(4) K1在hj段可以有效地抑制负超调，使系统尽快地进入K0区域。
3.3 K2控制作用
相平面作用区段：超调上升ac段;
跃阶响应作用区段:ac段
作用力分析：K2的增加，可使最大正超调量δ减少;同时可从图3中看到K2的作用的区域较小，对应作用的时间也应该较小，给系统带来振荡相对而言也较小。
性能指标：这里我们定义超调为振荡系统中振荡首次超出允许误差的部分;而最大超调量δ则为超调的峰值与谷值和给定值的差值。每一振荡过程中的波峰与给定值的差值称为正超调+δ，波谷与给定值的差值称为负超调-δ。K2作用力对最大正超调量有直接影响;决定最大超调大小的还有K3作用力的大小，K2作用力加大，超调量变小，反之增大;而一旦K3确定，K2作用力的大小是决定超调量+δ的主要因素。在实际系统中，K2的大小往往通过给出的最大正超调量+δ来决定。若K2的值过大时，就会出现直接到达K0作用的区域，而不经过K3, K4的作用，从而理论上可以达到超调δ为零的可能，超调量δ的减小是以K2的增加为代价的。
3.4 K3控制作用
相平面作用区段:ce段
阶跃响应作用区段:ce段
作用力分析：加大K3可使正超调+δ减小，但如果K3取得过大就会使系统振荡加大，表现为负超调-δ增大。
取值范围：从稳定的条件可知，一般而言K3作用力的上限为K4，下限为K0的值。K2控制作用与K3控制作用共同决定了最大正超调量+δ的大小;加大K2的作用会使正超调减少，同时加大K3的作用会使正超调量减少。当然取合适K2，系统就没有经过K3，此时最大正超调量的大小只有K2决定。
3.5 K4控制作用
相平面作用区段：超调下降eh段
跃阶响应作用区段：eh段
作用力分析：K4可以抑制负超调，使系统仅可能快速地向偏差为零处运动。K4的增加可以使负超调-δ减小。
取值范围：从稳定的条件出发，K4的下限为K3，同时K4应小于K2, K4过大会使负超调减小，但使系统振荡加剧，不利于系统快速稳定。K4控制作用与K1控制作用共同决定了最大负超调量的大小;加大K4的作用会使负超调变大，此时加大K1的作用会使负超调量减少。但由于K1的改变会导致上升时间和正超调相应改变，所以负超调一般由K4来决定。
4 结束语
从设计中可以得出两个结论，(1) K4控制作用与K1控制作用共同决定了最大负超调量的大小;(2) K2控制作用与K3控制作用共同决定了最大正超调量的大小。提出两个可以实现地方向：对于大延时系统，如温度控制，可以将K1即上升区间进行细分，划分Ki (i=1，…n)，调节上升时间以适应控制的要求，达到最优控制;对于e0和e觶的小方块取值可以视控制精度要求的改变而改变，从而来改变Ki的作用力大小。对于高于二阶以上的系统，仍达不到满意的控制效果。
摘要：五点控制器是根据偏差和偏差的变化将相平面划分为5个区域, 分别作用不同的控制以达到快速、稳定、超调小的控制策略。以二阶过阻尼系统为例, 详细解释5个不同作用力的分析。
关键词：五点控制器,相平面,稳态性能
参考文献
[1]孙晓明, 张南纶.基本逻辑型控制器[M].北京:北京邮电大学出版社, 中国人工智能学会第五届年会, 2001.
[2]张南纶.泛布尔代数在开关电路中的应用.电子学报, 1986 (4) .
智能控制器 篇9
在包括炉外精炼的钢铁生产过程中, 由于受钢水面渣层厚度、底吹氩流量、大包耐火层、电网电压波动、液压伺服系统及控制调节比例阀放大板的精度与零漂变化等因素影响, 对象难以用数学模型描述, 故此, 近年来国内大力采用智能控制技术来解决, 但电极调节系统具有高度的非线性、时变性和相当的复杂性, 单靠一种智能控制方式已无法满足控制要求, 因此迫切需要设计某种综合的、集成的智能控制策略来解决复杂的控制问题。本文提出了基于复合智能控制策略的集成系统控制方案, 较好地解决了精炼炉电极升降控制问题。
1 复合控制系统方案
精炼炉的冶炼一般采用一个控制模型。本文分析了精炼炉电极升降过程中不同弧长对控制的精度和灵敏度要求不同, 采用电流平衡控制, 确定升降过程中不同状态的最佳电流目标值, 再根据需要选取不同的控制方法, 以提高电极升降控制的精度及灵敏度。
在电极下降初期, 此时偏差量较大, 电极与钢液面之间未产生电弧, 为了提高起弧速度, 电极可快速下降。起弧后, 如吹氩导致钢液面波动较大时, 负偏差量较大, 电极如不能快速响应时, 则容易产生短路, 此时要求控制灵敏度较高, 对控制精度相对较低, 采用快速最优 (Bang-Bang) 控制, 可实现无超调快速调整。电极弧长与目标弧长偏差量中等时, 吹氩扰动相对较小, 希望兼顾快速性和精度, 采用模糊控制。白渣精炼时, 炉况相对平稳, 要求控制精度更高, 采用PID控制。图1为电极升降智能复合控制系统框图。
2 控制器设计
2.1 快速最优 (Bang-Bang) 控制
电极调节系统是一个位置控制系统, 设以时间最短为目标, 以功率最大作为约束条件, 以电极调节阀允许最大速度输出达到快速调节的目的设计调节器, 称为Bang-Bang控制, 在电极运动速度受到约束的条件下, 电极运动相迹图和开关线如图2所示。
由图2可知, 对于任一初态, 只要判断弧长偏差量x1 (t) =ei=Ls-Lp是否达到L或-L, 便可以确定开关时刻实现快速控制。设电极平衡位置为零, 系统初态t=0时弧长偏差量为x1 (0) , 电极初速度为x2 (0) , 则电极运动方程为
x1 (t) =x2 (t)
x2 (t) =α (t)
式中:x1 (t) 为电极位移量, 即弧长偏差量;x2 (t) 为电极移动速度;α (t) 为电极移动加速度。
|α (t) |≤αM (1)
式 (1) 表示电极运动加速度受限制。
由图2可知, AO段相迹方程为
BO段的相迹方程为
则开关线相迹方程为
事实上, 由于电极运动速度受限制, 当电极加速到限制速度时即可作如下方程。
由式 (5) 可得:
同理在[R_]区有
则控制律为
这里采用电弧电流Ih与弧长关系在线测取Lp。设取电弧炉炼钢过程一相电极的等效电路如图3所示。
图3中, U1为相电压, XL为感抗, R为电阻, Uh为电弧电压 (简称弧压) , Ih为电弧电流 (简称弧流) 。
而弧压与弧长关系为
Uh=βLp+α (10)
式中:α为阴极和阳极区电压降和, V;β为电弧系数, 即弧柱电压梯度, V/mm。
由式 (9) 和式 (10) 有
根据以上结论, 可以编制快速最优 (Bang-Bang) 控制子程序流程图如图4所示。
2.2 模糊控制
通常的二维模糊控制器都是以偏差e (t) 和偏差变化率ec (t) 作为输入, 而在电极调节系统的过渡过程中, 不同时域所要求的性能指标的重点是不同的, 因此将时间t作为控制策略的一个重要的参考因子是非常必要的。因而以时间t替代ec (t) 作为输入, 构成新的二维Fuzzy 控制器。
1) 时间t和偏差e (t) 的模糊化。
首先取时间t的模糊子集t= {负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大}, 设定其相应的语言变量T的模糊子集为T={NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}, 取偏差|e (t) |的模糊子集为|e (t) |= (很大, 大, 中, 小) , 设定其相应的语言变量E的模糊子集E={VB, B, M, S}。
T和E的语言变量值最终是通过三角形隶属函数来描述。由于它的形状仅与直线斜率有关, 因此适合于有隶属函数在线调整的模糊控制。
2) Kp控制器。
PD控制器中, 比例增益Kp增大, 可以加快电极调节系统的响应, 减少系统稳态误差, 提高控制精度, 但是Kp过大会使系统产生超调, 甚至导致系统不稳定;反之减小Kp, 能使系统稳定裕度增大, 减少超调量, 却降低了系统精度, 使过渡过程时间延长。因此, 实现Kp自调整将可以随时改变系统的静态和动态性能, Kp参数的控制作用原理图如图5所示。
图5中, Vd为被控制量V的给定值, Up为Kp控制作用的输出。模糊逻辑控制器 (fuzzy logic controller, FLC) 的输出量为Kp的增量ΔKp, 其模糊子集为{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB }。
3) 模糊控制规则的建立。
根据专家的控制经验和直觉推理, 经过整理、加工和提炼后构成模糊控制规则 (亦叫经验归纳法) 。对于二维模糊控制器, 采用Mandani控制规则, 得表1所示的模糊控制规则表。
表1给出的控制规则Rz具有如下关系:
式中:Ai为偏差的语言变量模糊子集;Bj为时间的语言变量模糊子集;Ck为ΔKp的语言变量模糊子集。
定义模糊关系为
RE=A×C RKP=B×C
则 UPZ=E·RE∧T·RKP
其控制输出Up为
从而实现了参数ΔKp的在线调整。
4) 模糊推理。
模糊规则确定后, 接着进行模糊推理 (亦称为似然推理) , 其一般形式为
if E=VB and T=NB then ΔKp= NB
if E=B and T=NB then ΔKp=
当给定的前提为模糊集时, 可以采用似然推理方法进行推理, 假设有如下2条推理:
R1:if E=A1 and T=B1 then ΔKp=C1
R2:if E=A2 and T=B2 then=C2
已知E=e0, T=t0 则根据它们的隶属函数μAi (e0) , μBi (e0) (i=1, 2 是相邻2个模糊子集的序号) , 可以求出合成度为
ω=μAi (e0) ∧μBi (t0) (14)
则对于序号为i的规则其推理结果为
μCi (ΔKpi) =ω∧μCi (ΔKpi) (15)
实际上, 式 (16) 已获得推理的结果, 表示模糊控制的规则推理功能已经完成。但是, 至此所得结果仍是1个模糊值, 不能直接用来作控制量, 还必须作1次转换, 求得明确的控制量输出, 即为解模糊。
5) 解模糊。
解模糊通常使用中心法来实现, 中心法使用max的方法, 将推理求和后算出, 其中心 (比例增益的增量ΔKpo) 为
2.3 PID控制
PID 控制采用下列增量式经典方程
其离散化方程为
由式 (19) 不难编制出PID控制程序。
3 智能复合控制问题
根据弧长偏差量ei组成简单规则集来实现智能复合控制, 主要规则有
1) IF ei≥X1 THEN Ue=-Um, Bang-Bang控制, 电极快速上升;
2) IF ei≤-X1 THEN Uc=+Um, Bang-Bang控制, 电极快速下降;
3) IF X2<|ei|≤X1 THEN Uc=模糊控制算法输出;
4) IF X3<|ei|≤X2 THEN Uc=PID控制算法输出;
5) IF |ei|≤X3 THEN Uc=0。
上述规则集符合二次满映射条件, 因此这种规则控制的系统是完全可控的。
对于规则集还可以根据给定弧流及实际弧流进行模糊推理得到不同控制算法的切换点, 即上述的X1, X2, X3。
4 仿真结果及现场运行效果
电极升降控制系统按图1进行仿真, 系统数据源于某厂实际运行的70 t LF炉。系统在单位阶跃输入下智能复合控制和PID控制的输出过渡过程波形如图6所示。智能复合控制系统在方波输入下的输出波形如图7所示。
从实验结果可看出, LF炉电极升降系统采用智能复合控制, 吸取了Bang-Bang控制、模糊控制、PID控制各自的长处, 克服其不足, 在同一条件下, 提高了系统的控制精度和跟踪能力。智能复合控制的响应速度比一般PID控制快5倍;智能复合控制静差为 PID控制的20%。
该控制方案进行了长时间调试及实验, 取得了良好的控制效果和大量实际数据, 达到了预期的设计目的, 为今后的电极调节提供了一种新的方法。
参考文献
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[2]梁正敏.高阻抗电弧炉[J].工业加热, 2001, 30 (3) , 21-24.
智能控制器 篇10
单片机是一种特殊的微型计算机, 由于单片机的集成度高, 功能强, 通用性好, 特别是它的体积小, 重量轻, 能耗低价格便宜, 可靠性高, 抗干扰能力强和使用方便等独特优点[1], 目前已成为测量控制应用系统中的优选机种。基于蓝牙的手机控制技术在这十年中也得到了迅猛的发展, 尤其是在家电领域如彩电、VCD、空调等地方, 在其它电子领域也得到了广泛应用。随着人们生活水平的提高, 对新产品的追求是方便且智能化, 基于蓝牙的手机控制技术正是这一重点的开发向。本系统采用手机蓝牙串口精灵软件发送信息, 单片机外接蓝牙模块接收信息, 并由MSP430单片机处理信息, 最后控制红外发射器发射红外编码信号, 从而达到控制空调的目的。
1系统总体设计
1.1系统研究背景
21世纪是信息时代, 各种电信技术推动了人类文明的发展。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展和提高, 促使了家庭实现了生活现代化, 居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到了人们生活的方方面面, 改变了人们的生活习惯, 提高了人们的生活质量, 智能空调控制系统也是在这种情况下应运而生。智能空调控制系统的功能主要包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展, 无线通信技术越来越成熟, 单片机的功能也越来越强大[3], 各种器件都已经标准化、模块化, 这给智能空调控制系统的设计提供了极大的方便。基于蓝牙的手机控制作为一种较新的课题与常规手动控制相比, 显出一定的优越性, 不需要专门的布线, 只需要轻松动一下手机便可控制空调、电视等。
1.2系统设计思路
本设计利用MSP430单片机进行总体控制, 接收和处理系统设计的几个模块的遥控器信息并与PC机进行通信;利用蓝牙模块与单片机的串口相连, 并接受手机上蓝牙串口精灵软件传输过来的信息, 用C语言编程完成这些操作和处理的软件部分。使遥控完成空调器空调模式运用、在自动情况下, 如果室内温度小于所设的下限值, 空调关。如果室内温度大于所设上限值, 强制开空调[2]。
1.3系统实现架构
该系统采用手机蓝牙串口精灵软件发送信息, 单片机外接蓝牙模块接收信息, 并由MSP430单片机处理信息, 最后控制红外发射器[4]发射红外编码信号, 从而实现控制空调的目的。
2系统关键技术及实现
2.1基于蓝牙的手机控制原理[8]
蓝牙是一种低功耗的无线技术, 具有很强的移动性, 可应用于多种通信场合[7]。蓝牙无线传输是通过RF (2.4GHZ) 载波进行, 功耗很低, 传输速度快, 可同时连接多个系统, 采用蓝牙技术无需任何设置, 只要两个蓝牙设备互相进入无线电平所允许的连接范围10米 (如加大功率后可达100米) , 蓝牙协议就会自动扫描检测, 实现连接, 进行信息交换。本系统所采用的蓝牙设备分别是微雪电子公司的“Bluetooth Slave UART Board”蓝牙“从模块”和手机蓝牙串口软件, 其中蓝牙从模块采用3.4V电源供电, 两者连接后, 在一定距离内手机可以通过蓝牙串口软件向蓝牙从模块发射信号, 再通过单片机解析, 进而达到控制空调的目的。
2.1.1蓝牙“从模块”
该产品特性如下:
1、核心模块使用HC-06从模块, 引出接口包括VCC, GND, TXD, RXD, STATE, EN, 其中STATE为LED状态引出脚, 单片机可通过STATE引脚状态判断蓝牙是否已经连接, EN为使能脚, 悬空或接高时使能, 使能就是当被外部拉低时关闭模块电源以节省电能 (关闭模式下电流消耗<20u A!)
2、led指示蓝牙连接状态, 闪烁表示没有蓝牙连接, 常亮表示蓝牙已连接并打开了端口
3、底板设置防电源反接电路, 接反电源时不通电, 输入电压3.6~6V, 未配对时电流约30m A, 配对后约10m A, 输入电压禁止超过7V!
4、接口电平3V~5V, 可以直接连接各种单片机 (51, AVR, PIC, ARM, MSP430等) , 5V单片机也可直接连接, 无需MAX232也不能经过MAX232!
5、空旷地有效距离10米 (功率等级为CLASS 2) , 超过10米也是可能的, 但不对此距离的连接质量做保证
6、配对以后当全双工串口使用, 无需了解任何蓝牙协议, 但仅支持8位数据位、1位停止位、无奇偶校验的通信格式, 这也是最常用的通信格式, 不支持其他格式。
7、在未建立蓝牙连接时支持通过AT指令设置波特率、名称、配对密码, 设置的参数掉电保存。蓝牙连接以后自动切换到透传模式
8、该链接为从机, 从机能与各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、大部分带蓝牙的手机、PDA、PSP等智能终端配对, 从机之间不能配对。
我们将该“从模块”与手机连接, 实现通过手机上的蓝牙串口软件发射信息给该“从模块”, 由单片机解析, 进而控制红外发射来控制空调[6]。该模块与单片机连接引脚如图3所示。
2.1.2主要代码
2.2红外遥控信号编码及发射原理[9]
通常, 红外遥控器是将遥控信号 (二进制脉冲码) 调制在38KHz的载波上[5], 经缓冲放大后送至红外发光二极管, 转化为红外信号发射出去的。二进制脉冲码的形式有多种, 其中最为常用的是PWM码 (脉冲宽度调制码) 和PPM码 (脉冲位置调制码) 。前者以宽脉冲表示1, 窄脉冲表示0, 如图2-4所示。后者脉冲宽度一样, 但是码位的宽度不一样, 码位宽的代表1, 码位窄的代表0。如图4和图5所示。
遥控编码脉冲信号 (以PPM码为例) 通常由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成, 如图3-4所示。引导码也叫起始码, 由宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成 (不同的遥控系统在高低电平的宽度上有一定区别) , 用来标志遥控编码脉冲信号的开始。系统码也叫识别码, 它用来指示遥控系统的种类, 以区别其它遥控系统, 防止各遥控系统的误动作。功能码也叫指令码, 它代表了相应的控制功能, 接收机中的微控制器可根据功能码的数值去完成各种功能操作。系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码, 反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中是否产生差错。为了提高抗干扰性能和降低电源消耗, 将上述的遥控编码脉冲对频率为38KHz (周期为26.3us) 的载波信号进行脉幅调制 (PAM) , 再经缓冲放大后送到红外发光管, 将遥控信号发射出去。
本系统采用的空调是美的空调, 我们需要对美的遥控器进行解码, 由美的遥控器发射红外信号, 由红外接受头接收信号, 传给单片机处理并解析, 最终美的遥控器的解析出来的编码如图7所示。
2.4关键代码如下:
3系统的调试与结果
本装置的调试主要分为硬件调试、软件调试两大部分。
3.1硬件单元电路调试
3.1.1调试前的准备
电路安装完毕, 我们又做了认真的检查。
(1) 检查电路连线是否正确,
(2) 元器件安装情况
(3) 电源是否正常供电
经过上述检查, 电路确认没有错误, 下面转入调试。
3.1.2调试过程
调试包括测试和调整两个方面。把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象, 如果出现异常, 应立即切断电源, 待排除故障后才能再通电。本系统使用单5V稳压电源供电, 要求交流成分小。经过示波器测量5V稳压电源输出端, 其交流部分电压的峰-峰值为6m V, 符合本装置的电源要求, 稳压电源调试完毕。
3.2软件程序调试
单片机要实现其功能必须把程序烧录进去, 烧录之前还要对程序进行调试, 调试通过后才能生成计算机源代码并下载到单片机中。这次软件调试我们采取的是自下到上的调试方法, 即单独调试好每一个模块, 然后再连接成一个完整的系统调试。
3.3系统调试
3.3.1蓝牙模块接收手机命令的调试
蓝牙模块使用3.4V的电源供电, 手机打开蓝牙后和蓝牙模块配对, 然后通过手机预先装好的蓝牙串口软件向蓝牙模块发送命令, 如“开”、“关”、“自动”、“+”“—”等, 如果能正常发送, 则表明蓝牙模块可以正常接收命令, 工作状态正常, 否则, 蓝牙模块工作状态异常, 需要重新调试蓝牙模块。
3.3.2红外模块的调试
蓝牙接受模块向单片机传送手机发送的信息, 由CPU处理, 并控制红外发射头发射红外编码信号, 如果空调按照对应的编码信息运转, 表明结果正确, 调试成功, 否则继续调试程序代码。
3.3.3整体调试
我们在手机的蓝牙串口软件上发送“开”命令, 如果空调正常启动, 则继续下一步:发送“+” (或“—”、“自动”等) , 如果空调能执行这些命令, 则表明系统运转正常, 否则需要重新调试。经过测试系统可以正常工作。
4结语
红外传输和蓝牙通讯技术由于其技术成熟、稳定性好、私密性强、且成本相对低廉, 在智能家居控制系统中得到广泛的应用。虽然它存在着一些技术瓶颈及缺陷, 如传输距离短、通讯角度小, 但目前其它无线通讯技术还未达到尽善尽美的程度, 所以在接下来很长的一段时间内, 红外传输技术依然会在智能家居控制系统占据一席之地, 与RF射频、Wifi、Zigbee等无线技术共存, 为大众家居生活质量的提高做出贡献。另外, 将红外传输技术与蓝牙技术和单片机技术结合在一起更是极具应用前景, 单片机在控制方面的功能十分强大, 可以在本系统的基础上加上机器人和语音系统甚至其他家居的控制, 便可构成一个语音控制的智能家居控制系统, 这在将来的应用前景应该是十分广阔的。
参考文献
[1]沈建华, MSP430超低功耗单片机原理与应用, 北京:清华大学出版社, 2013:.60-67.J H Shen, MSP430 Ultra-Low Power Microcontroller Theory and Applications, Beijing:Qinghua University Press, 2013:60-67.
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智能制造不等于“智能+制造”！ 篇11
智能设备及企业内高效的信息支持体系等“内生”而来。
以往我们习以为常的制造业全球产业转移，正出现截然不同的趋势。
从制造业的历史看，以前出现过从英国向美国的产业转移，后来又出现过向“亚洲四小龙”的产业转移，到中国崛起的时期，则更是承接了这种产业转移。但是，现在这个趋势正在改变——产业转移开始向发达地区回流。
制造业“回流”，碾压传统制造
以世界上最先进的电动汽车特斯拉为例，它居然是在美国最贵的地方之一硅谷生产。而特斯拉之所以负担得起高生产成本，一个重要原因是采用了智能制造的方式，表现之一就是汽车生产线上大批量使用的机器人。
中国制造业面临的重大挑战，就是智能制造很快会使生产中的人力成本大幅下降，而生产的敏捷性和生产系统优化的效率将大幅提升。从而导致全球制造业转移的趋势，不再是简单的从人力成本高的地区向人力成本低的地区单向转移，而是开始出现“回流”趋势。而且越是“油水”足的制造领域，“回流”的力道越是强劲。
而促使这种历史性“回流”的关键，就是智能制造。中国制造未来的命脉，也在于能不能拿下智能制造这块高地。
“变态”的市场需求催生智能制造
值得一提的是，智能制造之所以是个历史机遇，还不仅仅因为前面所说的可以将成本变得比人工更便宜，因为智能制造本质上并不是个成本导向的生产“性价比”问题，而是一种跟随着市场趋势而诞生的生产方式变革。
这种市场趋势的变化，就是企业要生存，就得适应产品生命周期越来越短，而且消费者需求越来越个性化的趋势。
未来能够生存的企业，要能以批量生产的时间和成本，去生产出具有个性化的产品。唯有顺应智能制造的产业趋势，才能够真正解决产业升级问题。
再说直白一些，市场需要的是最短的交货期、最优的品质、最低的价格和最好的服务！这样“变态”的市场需求，会让只适应规模化生产的企业必死，除非你能转到敏捷化、数据化的智能制造轨道上来。
智能制造绝非凌空“跨越”
智能制造看起来高大上（一般可以表述为设备自动化、生产透明化、物流智能化、管理移动化、决策数据化），但有个笑话说得好：阿尔法狗再厉害，也经不住农民给电线上来一锄头。
也就是说，智能制造虽然本质上是一种生产方式的跨越，但在实操层面，可千万不能一“跨越”了之。反而要抛弃跨越思维，让智能制造从企业以前的管理基础上“内生”出来。
因为智能制造不是简单“移植”而来，它是从“敏捷的软件”——企业管理水平、员工素质、培训体系等，和“柔软的硬件”——智能设备及企业内高效的信息支持体系等“内生”而来。
无论是企业让生产分散化，与全球合作伙伴进行高效率“融合”，还是内部生产的定制化、敏捷化，都离不开原有的管理基础。
也就是说，智能制造的水平，依然是由企业的管理水平所决定的。但是，为适应这种变革趋势，原有的管理基础现在必须改造升级。
特斯拉智能制造的背后
以特斯拉为例。有特斯拉员工这样描述他们在公司内的工作状态。
“全公司仅有一个人享有Principal Engineer（首席工程师）这个最高的头衔，但是工程师团队内的‘阶级’基本不存在，所有人都在一个完全开放的工作环境中工作。可以将特斯拉理解成在足球场上放置多个办公桌子、椅子的公司。”
“我可以拿着手提电脑直接放到Principal Engineer的桌上，对他说我找到了一个bug（漏洞），也可以说这个地方的设计我觉得不合理，让他解释一下这部分的架构和设计理念。Elon（埃隆·马斯克）和公司的CTO就坐在公司的一角，离我的直线距离不到20米。马斯克的桌子就是完全开放的，这种工作环境的设定也是马斯克的决定，他觉得这样开放的工作环境更有利于信息的交流，打破公司内‘阶级’的存在，员工之间的交谈变得更加直接、便捷。Elon也很鼓励员工和他直接对话，让员工讲述对公司的想法。”
当人们看到特斯拉工厂大批量机器人炫酷般运行，并为之感慨的同时，应该意识到这些只是智能制造的“冰山一角”，后面更多的是特斯拉公司内生的信息支持水平和敏捷性管理的细节。
“横空出世”不属于智能制造
其实智能制造概念虽有横空出世的效果，但它本身，并不是个横空出世的生产方式，而是制造业内在发展逻辑的一个结果。
“智能制造”的内生逻辑的根本，是市场倒逼的作用。随着市场个性化和成本压力的趋势性变化，它集成了技术创新、模式创新和组织方式创新而诞生的新生产模式。
而这种生产模式，如果企业不能从以前的管理基础上“生出”，打好智能制造的“对接基础”，想要“跨越”得越远时，跟头反而可能摔得越惨。
任何一种生产方式的革命，必然带来企业组织结构、管理模式、经营模式等的深层改变。对于中国传统制造企业来说，就是要寻找和过去不同的成长方式以及新的竞争能力。
在此情况下，智能制造的对接基础，不在那些酷炫的机器人和所谓高大上的管理概念上，而在对身边管理环境和技术条件的重新审视和策略性升级上。
智能控制器在风机及水泵中的应用 篇12
关键词：BA设备监控系统,消防,风机,水泵,智能控制器
0 引言
风机、水泵是一种通用类机械, 广泛应用于工业、农业及生活等各个领域, 同时各类设计规范对于风机、水泵在建筑领域不同场合下的控制保护也有相应的具体要求。随着建筑行业快速发展, 楼宇自动监控系统 ( BAS, Build Automatic Monitor System) 也普遍应用于楼宇和大型公共建筑项目中。
1 智能控制器
智能控制器采用Freescale公司推出的32 位Cold Fire V1 内核MCF51 EM256 处理器作为控制核心, 4 路16 位SAR型ADC, 3 个SPI、3 个SCI和1 个I2 C接口, 3 个定时模块硬件, 独立的RTC时钟和两个安全FLASH内存, 丰富的GPIO口和CPU片山资源保证了模块的可靠性和先进性。
控制器集测量、保护、控制及总线通讯为一体, 取代了原有用分列元件配置的各种保护继电器、电测仪表、转换开关、按钮及信号指示灯, 集成了直接启动、星三角启动等多种启动方式。同时提供操作次数、运行时间、跳闸事件等重要管理信息的记录, 总线通信功能可以同管理系统进行数据交换和远程控制, 提高了楼宇智能化水平, 简化了传统的控制柜设计。
1. 1 控制器的结构
控制器主要由显示控制主体和互感器组成。显示控制主体由控制面板、人机交互界面、信号处理电路、4 ~ 20m A模拟量 ( 水位) 信号、互感器信号采集、开关状态采集、蜂鸣器报警电路及继电器执行输出机构组成。互感器采用三位一体组合式结构, 5P10 保护型。
1. 2 控制器的功能特点
1) 电参量计量: 电流、电压、功率、功率因数及电能等。
2) 丰富的保护功能: 过压/ 欠压、相序、启动超时、断相、不平衡、过载、欠载 ( 干转) 、短路、堵转/阻塞、接地/漏电、外部故障保护等。
3) 丰富的诊断数据: 早期报警信息 ( 用于设备的早期维护) 、带时间戳的故障记录、回检故障 ( 如发出启动控制命令后, 主回路中没有电流) 等。
4) 多种信号检测: 浮球式液位传感器、干簧式液位传感器、4 ~ 20m A液位变送器、压力、温度等信号。
5) 手动/ 自动模式: 压力、温度、水位手动/自动交替互备运行, 支持中水位一台水泵运行, 高水位两台水泵同时运行。
6) 集成RS485 通讯接口, Modbus_ RTU通讯协议, 可以实现设备的组网运行、后台监控等功能。
7) 集成2 个独立的定时器, 具有定时启泵功能。
8) AC / DC电源供给。
2 风机控制方案
国家标准设计图集 《常用电机控制电路》 ( 10D303-2) 收集了建筑中常用风机的控制电路, 罗列了排烟风机、两用单速风机、排风兼排烟两用双速风机等几种方案, 方便电气设计人员进行设计, 提高了工作效率。但随着建筑节能要求和建筑设备监控系统技术规范的推出, 采用原来图集分立元件方式的控制方案已无法满足设备升级的要求和监控系统对设备监控内容的需求。
2. 1 普通风机控制原理
标准对普通风机与电动风阀的联动要求为:“所有交流电动机均应装设相间短路、接地故障保护, 并根据具体情况分别装设过载、断相及低电压保护”。风机启动时, 风阀开启; 返回手动/自动模式信号至DDC, 自动模式下接收DDC控制信号; 运行过程中出现短路、过负荷故障时进行保护, 指示灯报警, 且将风机故障信号返回至控制中心。 图1 为普通风机控制电路图。
2. 2 排风兼排烟两用风机控制原理
《民用建筑电气设计规范》 ( JGJ/T 16-2008) 7. 6. 4 条 “对于突然断电比过负荷造成的损失更大的线路, 该线路的过负荷保护应作用于信号而不应切断电路。”过负荷保护的对象有两个: 一个是消防设备, 即电动机; 另一个是为这些消防设备配电的线路。控制要求包括: 1) 当接收到 ( 常闭) 主令信号后, 允许通过控制面板、现场就地箱或DDC控制中心对风机启/停控制。2) 三地控制权限由控制面板选择决定。3) 平时运行时, 如果出现过载、断相等故障, 则保护动作。4) 当有消防应急信号或消防中心信号后, 风机必须启动, 运行过程中出现故障时只报警不脱扣, 且将报警信号返回至控制中心。5) 排烟280°防火阀与排烟风机联动控制, 排烟防火阀常开, 关闭时联锁排烟风机关闭, 将排烟防火阀关闭信号输出至监控中心。图2 为排风兼排烟两用风机控制电路图。
排风和消防合用系统中广泛采用双速电机。平时排风换气时, 风机低速运行, 当发生火灾时, 风机立即转为高速运行, 作为排烟风机使用, 控制原理类同于两用风机。双速风机是通风和消防系统的重要设备, 其运行和控制质量直接关系到相关系统运行的可靠性, 一般在人防工程中均采用此类设计。
3 水泵控制方案
《全国民用建筑工程设计技术措施》对排水泵的控制要求: 公共建筑内应以每个生活排水、集水池为单元设置一台备用泵, 平时宜交替运行。地下室、设备机房、车库冲洗地面的排水, 若有两台及两台以上排水泵时可不设置备用泵。对于集水池应设置水位指示装置, 必要时应设置超警戒水位报警装置, 并将信号引至物业管理中心。同时对于下列四类建筑物应采取消防排水措施:消防水泵房、设有消防给水系统的地下室、消防电梯的井底、仓库。
3. 1 排水 ( 污) 泵一用一备控制
图3 为排水 ( 污) 泵一用一备控制电路图, 面板手动控制、液位自动控制、液位高度指示、工作状态指示、手/自动模式上传监控中心、自动模式两泵交替运行。如工作在消防排水模式, 仅需通过菜单选择一主二备工作模式, 将二号备用泵切换到报警即可满足设计要求, 简化了电气设计。
3. 2 热水循环泵一用一备控制
图4 为热水循环泵一用一备控制电路图, 智能控制器通过检测外部的温度信号来启/停水泵, 在远控模式下, 接收DDC楼宇控制命令, 实现热系统的高效控制。
3. 3 消火栓和喷淋稳压泵控制
图5 为消火栓和喷淋稳压泵一主二备直接启动控制电路图, 智能控制器通过检测外部的压力信号来启/停水泵, 当主泵出现过载断相故障时, 备用泵投入运行, 备用泵过载只报警不脱扣。当接收到消防应急控制信号或消防联动控制信号时, 相应水泵必须启动, 即使水泵已出现故障, 运行时出现 ( 过载等) 故障则控制器报警。
4 结束语
本文就建筑中风机、水泵设备监控的设计应用, 从设计依据、控制原理、保护依据等诸多方面进行分析探讨, 讨论了ARD智能控制器的功能特点和具体用法, 并列举了某工程项目采用智能控制器实现的电气接线图, 有利于建筑设备监控系统的设计, 为建筑电气设计提供参考依据。
参考文献
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