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工礦自動(dòng)化論文范文第1篇

關(guān)鍵詞：電廠；節(jié)能減排；自動(dòng)化技術(shù)；火力發(fā)電；環(huán)境污染

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類(lèi)號(hào)：TM621文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0082-02

1概述

社會(huì)的發(fā)展越來(lái)越快，社會(huì)的經(jīng)濟(jì)水平也越來(lái)越高。在生活水平提高之后，越來(lái)越多的人們逐漸開(kāi)始重視其生活質(zhì)量的問(wèn)題。電能是人們生活、發(fā)展過(guò)程中必不可少的資源，電量的增多可以保障日常生活、工作的穩(wěn)定。然而我國(guó)的發(fā)電結(jié)構(gòu)還處于以火力發(fā)電為主的層面，而火力發(fā)電則會(huì)使用大量的煤炭資源。煤炭資源屬于不可再生資源的一種，長(zhǎng)期、大量的消耗最終會(huì)導(dǎo)致煤炭資源的稀缺，不利于我國(guó)的長(zhǎng)久發(fā)展。不僅如此，大量的燃燒煤炭也會(huì)造成空氣的污染。為此我國(guó)逐漸把可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題作為當(dāng)前的發(fā)展重點(diǎn)來(lái)看待，尤其是節(jié)能減排工作。節(jié)能減排不僅可以有效地節(jié)約資源，同時(shí)也可以減少因廢氣的排放而造成的環(huán)境污染。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電廠不僅僅依靠手工操作進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)而轉(zhuǎn)向了利用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。這也大大提高了電廠的工作效率，從而為節(jié)能減排起到了推動(dòng)作用。

2運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的相關(guān)理念

2.1運(yùn)用自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

為了逐步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，一些電廠開(kāi)始運(yùn)用自動(dòng)化產(chǎn)品作為輔助工具。如電廠利用微電腦系統(tǒng)進(jìn)行控制以及使用軟啟動(dòng)等技術(shù)，從而在一定程度上可以依靠自動(dòng)化產(chǎn)品使節(jié)能減排成為可能。一些自動(dòng)化產(chǎn)品的使用，使得電廠在控制方面的精準(zhǔn)度有所提升。在對(duì)電廠的運(yùn)行功率以及運(yùn)行負(fù)載進(jìn)行嚴(yán)格的控制之后，耗電量以及耗費(fèi)的能源逐漸減少，因此，使用自動(dòng)化產(chǎn)品可以有效地幫助電廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2.2運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排

除了運(yùn)用自動(dòng)化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排之外，也可以利用自動(dòng)化系統(tǒng)使節(jié)能減排成為可能，比如運(yùn)用調(diào)度自動(dòng)化以及管理自動(dòng)化等，在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也能有效地控制資源以及能源的投入量問(wèn)題。依靠節(jié)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠投入的控制，從而使電廠節(jié)約成本，并且節(jié)約各種資源，進(jìn)而促進(jìn)節(jié)能減排工作的順利實(shí)現(xiàn)。

3電廠節(jié)能減排中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的一體化進(jìn)程

目前，電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，即過(guò)程控制、制造執(zhí)行以及經(jīng)營(yíng)規(guī)劃三層。為了有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，除了運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備之外，還要利用先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)操作以及調(diào)度等方面的優(yōu)化。我國(guó)有六種耗能較多的工礦企業(yè)：有色、冶金、建材、電力、造紙以及化工。這些工礦企業(yè)不僅耗費(fèi)大量的能源、資源，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。為此，就需要對(duì)其重點(diǎn)的能耗設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制，減少能源的消耗，同時(shí)對(duì)其重點(diǎn)污染源進(jìn)行污染治理，因此，逐漸完善控制裝置并進(jìn)行系統(tǒng)的及時(shí)優(yōu)化勢(shì)在必行。通過(guò)各種系統(tǒng)和先進(jìn)設(shè)備的共同作用，對(duì)能源的除塵、脫硫等流程進(jìn)行嚴(yán)格控制。同時(shí)對(duì)各種易產(chǎn)生污染的環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化處理，從而使燃燒技術(shù)更為優(yōu)化，使能源消耗與污染物的排放降至最低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電廠的節(jié)能減排工作。

3.2節(jié)能自動(dòng)化產(chǎn)品的研制和技術(shù)的開(kāi)發(fā)

由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電廠也逐漸實(shí)現(xiàn)手工控制操作向自動(dòng)化控制的方向發(fā)展。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制之后，也使電能生產(chǎn)的方式更加優(yōu)化、合理，使得電能的生產(chǎn)效率也實(shí)現(xiàn)了逐步提升。目前，電廠的自動(dòng)化技術(shù)一般都是運(yùn)用變送器對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及大屏幕的監(jiān)視器、現(xiàn)場(chǎng)總線等進(jìn)行控制。雖然國(guó)家及電廠正在加大力度實(shí)現(xiàn)發(fā)電結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，但是在我國(guó)的電力規(guī)劃中指出，即使到2030年，我國(guó)電廠發(fā)電結(jié)構(gòu)依然是以火力發(fā)電為主。而預(yù)計(jì)4年后，我國(guó)的裝機(jī)容量便可多達(dá)14億千瓦，其中火力發(fā)電所占的比重就多達(dá)10億左右。因此，在以火力為主的發(fā)電結(jié)構(gòu)模式下，節(jié)能減排工作更是困難重重，要及時(shí)需找新的方法，加快節(jié)能自動(dòng)化產(chǎn)品和自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)。首先可以尋找新的自動(dòng)化節(jié)能方法，可以不斷引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，再與我國(guó)先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)調(diào)壓、穩(wěn)壓等；其次，采用移相控制技術(shù)以及電子安全保護(hù)技術(shù)等方法及時(shí)地對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)整和改變，加強(qiáng)微電腦對(duì)電廠的控制管理，不斷提高電機(jī)的工作效率，使能耗逐漸降低，從而達(dá)到節(jié)約資源的目的；最后，可以加快研制新的自動(dòng)化產(chǎn)品和自動(dòng)化技術(shù)，使可再生及不可再生資源的儲(chǔ)能效率及生產(chǎn)效率等都獲得較大程度的提高。

3.3結(jié)合信息管理進(jìn)行節(jié)能減排

在電廠使用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行控制的早期，一般都是單純地對(duì)控制系統(tǒng)方面的單輸出和單輸入情況進(jìn)行分析整理，之后再對(duì)其進(jìn)行人工繪圖。而這種操作方法一般都會(huì)存在很大的誤差，且工作效率低。由于電廠對(duì)于信息管理的重視不夠，導(dǎo)致自動(dòng)化技術(shù)與管理信息化程度嚴(yán)重不匹配。為了改變這一局面，就要重視二者的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而提高系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也使自動(dòng)控制的實(shí)用性更強(qiáng)，使操作更為簡(jiǎn)單、方便。

4成功運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排的表現(xiàn)

4.1變頻技術(shù)的應(yīng)用

電廠使用變頻技術(shù)能有效地控制節(jié)能減排。在電廠的運(yùn)行過(guò)程中，一般會(huì)利用煤、燃?xì)饣蚴怯偷荣Y源進(jìn)行發(fā)電，因此，就會(huì)有很多浪費(fèi)現(xiàn)象從中產(chǎn)生。煤、燃?xì)庖约坝偷荣Y源的消耗使我國(guó)能源的投入量大大提高。而在電廠實(shí)際發(fā)電的過(guò)程中，對(duì)于能源的消耗也很大，以致節(jié)能減排難以實(shí)現(xiàn)，使用變頻技術(shù)可以有效降低能源消耗。變頻調(diào)節(jié)器的使用也會(huì)在很大程度上降低燃料的消耗量，從而根據(jù)電廠的實(shí)際情況對(duì)能源投入進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。與此同時(shí)，變頻調(diào)節(jié)器的使用也可以?xún)?yōu)化鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，控制燃料在燃燒時(shí)的風(fēng)量。變頻技術(shù)的應(yīng)用可以幫助電廠解決能源消耗以及資源浪費(fèi)等問(wèn)題，逐漸實(shí)現(xiàn)電廠的節(jié)能減排、降低消耗，從而獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益。

4.2運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以幫助電廠順利實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電廠總線布置涉及的范圍也越來(lái)越廣?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)相比具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)：一是可以使硬件設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量有所降低。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一般采用的是計(jì)算機(jī)控制，同時(shí)利用PC，使得硬件設(shè)施的需求量大為減少，并且其控制站的面積也可以因此大大縮減；二是從安裝方面來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)總線操作起來(lái)更為簡(jiǎn)捷、方便。在現(xiàn)場(chǎng)總線的其中一條線路上可以進(jìn)行多個(gè)設(shè)備的接入，從而為電廠節(jié)約了更多的資金。同時(shí)，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也在一定程度上可以解放人力。由于其工作量小，相對(duì)的，電廠對(duì)于人力、物力方面的投入也會(huì)相對(duì)減少。

4.3碳素焙燒控制技術(shù)

利用碳素焙燒技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，焙燒可以影響生產(chǎn)的各個(gè)方面，如對(duì)環(huán)保產(chǎn)生影響、對(duì)能耗產(chǎn)生影響、對(duì)成品的品質(zhì)和成品的壽命造成影響等。然而碳素焙燒技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中具有多道工藝，因此，對(duì)于環(huán)境造成的影響也極其惡劣。但是由于長(zhǎng)時(shí)間缺乏控制，所以其相對(duì)的能耗也比較大且污染嚴(yán)重。目前，針對(duì)這一情況已經(jīng)研發(fā)出專(zhuān)門(mén)控制碳素焙燒的技術(shù)，在電廠的投入使用中，不僅為電廠節(jié)約了大量的能源，也減少了對(duì)于環(huán)境造成嚴(yán)重污染的污染物的排放，同時(shí)為電廠帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，使得節(jié)能減排工作逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

5電廠節(jié)能減排中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向

5.1走可持續(xù)發(fā)展之路

電廠在節(jié)能減排過(guò)程中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)可以促進(jìn)電廠實(shí)現(xiàn)高水平、高質(zhì)量的發(fā)展。在利用自動(dòng)化技術(shù)的同時(shí)，能夠有效實(shí)現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)使節(jié)能減排成為可能。在降低能源消耗、減少對(duì)環(huán)境的污染的同時(shí)，不僅為國(guó)家節(jié)約了大量資源、能源，也逐漸促使國(guó)家向環(huán)境友好型方向發(fā)展。

5.2促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的規(guī)模化發(fā)展

自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用是符合時(shí)展潮流的，而且在電廠的實(shí)際應(yīng)用中，不僅節(jié)約成本、降低消耗、保證環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)也增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。利用自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)利用小型系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模節(jié)能減排的效果，因此，要促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)向規(guī)?；较虬l(fā)展。擴(kuò)大自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范圍之后，可以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的節(jié)能減排目標(biāo)。在全國(guó)各個(gè)領(lǐng)域、各大工礦企業(yè)推廣自動(dòng)化技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)全方位的節(jié)能減排工作。

5.3深化自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

目前，自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用于電廠的節(jié)能減排工作上，所以要不斷深化自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，使自動(dòng)化技術(shù)在安全控制方面的應(yīng)用力度不斷加強(qiáng)，從而使節(jié)能減排工作水平的安全性能不斷提高。減少自動(dòng)化技術(shù)的安全隱患，從而提升其應(yīng)用效益，不斷滿(mǎn)足電廠在節(jié)能減排方面的需求。

6結(jié)語(yǔ)

我國(guó)電廠的發(fā)展為我國(guó)提供了大量生活必須的電能，有助于社會(huì)的安全與穩(wěn)定。然而在實(shí)際的生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中，電廠的正常運(yùn)行需投入大量的能源、資金，同時(shí)，能源、燃料的燃燒也給環(huán)境帶來(lái)了巨大的危害。由于煤等能源屬于不可再生資源，如果大量使用，子孫后代將無(wú)這種資源的福祉可享。為此，我國(guó)的發(fā)展不能只建立在眼前利益之上，而應(yīng)更多地考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的發(fā)展。與此同時(shí)對(duì)于環(huán)境的污染也成為世界各國(guó)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，因此一定要重視節(jié)能減排工作的落實(shí)。為此，電廠引進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，在一定程度上降低了能源的消耗和污染物的排放，也促進(jìn)了電力生產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]楊永明．自動(dòng)化技術(shù)在電廠節(jié)能減排中的應(yīng)用與研究[J]．中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011，（33）．

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[3]姚生魁，胡英軍．自動(dòng)化技術(shù)在電廠節(jié)能減排中的應(yīng)用與研究[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，（19）．

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工礦自動(dòng)化論文范文第2篇

【關(guān)鍵詞】礦井；皮帶堆煤；圖像處理；背景差分

1.前言

隨著我國(guó)煤炭生產(chǎn)的不斷發(fā)展，礦井運(yùn)輸已趨于皮帶化、高速化，大運(yùn)量的皮帶運(yùn)輸機(jī)已經(jīng)成為我國(guó)礦井運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。如何安全[1]、可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶堆煤事故的檢測(cè)，對(duì)于保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。

目前大多采用堆煤傳感器對(duì)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行保護(hù)，現(xiàn)有的堆煤傳感器[2][3]可大致分為3類(lèi)：

（1）基于行程開(kāi)關(guān)的堆煤傳感器；

（2）基于水銀開(kāi)關(guān)或煤油開(kāi)關(guān)的堆煤傳感器；

（3）基于電極式原理的堆煤傳感器。

由于以上三類(lèi)傳感器都是基于碰觸檢測(cè)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶堆煤檢測(cè)，當(dāng)有大的煤塊經(jīng)過(guò)，或是有工人誤碰觸時(shí)容易發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象?，F(xiàn)有的堆煤傳感器有以下不足之處：

（1）由于煤礦環(huán)境復(fù)雜，行程開(kāi)關(guān)的堆煤傳感器易受煤塵濕氣等外部環(huán)境影響常常不能及時(shí)準(zhǔn)確報(bào)警，其耐用性、靈敏度、可靠性都不十分理想；

（2）水銀開(kāi)關(guān)或煤油開(kāi)關(guān)的堆煤傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)全方位的高精度的測(cè)量，自身抗干擾能力較差；

（3）電極式堆煤傳感器需要定期清理電極座過(guò)多的煤，尤其是噴水后應(yīng)將煤塵和水擦干凈，維護(hù)頻率高，此外電極式傳感器的準(zhǔn)確率和誤報(bào)率還與煤的干濕度有很大關(guān)系；

（4）使用接觸式傳感器，存在機(jī)械磨損同時(shí)煤塊與傳感器摩擦容易產(chǎn)生火花，影響安全生產(chǎn)；

（5）監(jiān)測(cè)不具可視化，監(jiān)控者只能看到一些數(shù)字化指標(biāo)，檢測(cè)效果差。

為了有效果地解決以上幾個(gè)方面的問(wèn)題，本文提出采用非接觸式的視頻圖像處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)礦井皮帶堆煤狀態(tài)的檢測(cè)。

2.皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別原理

2.1 識(shí)別原理

本文嘗試將圖像識(shí)別技術(shù)引入到煤礦井下皮帶堆煤檢測(cè)裝置中。由于皮帶頭落煤點(diǎn)發(fā)生堆煤事故時(shí)，在皮帶頭落煤點(diǎn)會(huì)有大量的煤塊發(fā)生堆積，此時(shí)落煤點(diǎn)處圖像會(huì)發(fā)生顯著的變化。因此可在皮帶頭落煤處斜上方合適位置安裝礦用攝像機(jī)，利用皮帶頭堆煤事故發(fā)生前后的圖像特征變換進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)在預(yù)先設(shè)定區(qū)域內(nèi)原本穩(wěn)定無(wú)變化的圖像中出現(xiàn)了變化，即最新采集到的一幀圖像與背景圖像差分后發(fā)現(xiàn)有不同處，如出現(xiàn)了煤塊堆積影像，就可判定為皮帶頭落煤處發(fā)生堆煤事故。此時(shí)軟件系統(tǒng)會(huì)控制硬件做出相應(yīng)反應(yīng)，報(bào)警或直接將皮帶機(jī)斷電停機(jī)。

由于煤礦井下運(yùn)輸巷的環(huán)境較惡劣，光線較昏暗，礦用攝像機(jī)采用低照度長(zhǎng)壽命CCD攝像機(jī)，攝像機(jī)的安裝地點(diǎn)要兼顧實(shí)用性。基于以上2個(gè)原則，在皮帶頭落煤點(diǎn)上方合適位置安裝礦用攝像機(jī)。攝像機(jī)的安裝方式如圖1所示。將礦用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)皮帶頭落煤點(diǎn)處進(jìn)行拍攝，一旦有皮帶堆煤事故發(fā)生，在攝像機(jī)監(jiān)控圖像預(yù)先設(shè)定的區(qū)域內(nèi)就會(huì)得到與正常情況下不同的圖像。圖像傳到計(jì)算機(jī)以后，經(jīng)過(guò)圖像分析軟件的識(shí)別，發(fā)出皮帶堆煤警報(bào)。

圖1 皮帶堆煤檢測(cè)攝像機(jī)安裝方式

2.2 堆煤圖像識(shí)別算法研究

背景差分法是最為常用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和分割方法之一[4][5]，背景差分的基本原理就是利用兩幀圖像之間的差來(lái)判斷物體的出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)，背景差分法用序列中的每一幀與一個(gè)固定的靜止參考幀（不存在任何運(yùn)動(dòng)物體）做圖像差，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是位置精確速度快，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的要求，因?yàn)樗恍枰@取當(dāng)前的一幅圖像。背景差分方法檢測(cè)效果的好壞在很大程度上依賴(lài)于背景圖像的質(zhì)量。閾值的選擇相當(dāng)關(guān)鍵，選擇過(guò)低不足以抑制圖像中的噪聲，過(guò)高則忽略了圖像中有用的變化。對(duì)于比較大的、顏色一致的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，有可能在目標(biāo)內(nèi)部產(chǎn)生空洞，無(wú)法完整地提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

2.2.1 背景模型建立

背景模型建立[6]是背景差分方式的基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)。采用背景差分的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，首先要建立穩(wěn)定清晰的背景，再用攝像機(jī)獲取的當(dāng)前圖像和背景圖像進(jìn)行差分運(yùn)算。并對(duì)差分圖像進(jìn)行區(qū)域分割，提取出運(yùn)動(dòng)區(qū)域。

背景估計(jì)有很多方法，研究人員已提出了許多背景建模算法，但總的來(lái)講可以概括為非回歸遞推和回歸遞推兩類(lèi)。非回歸背景建模算法是動(dòng)態(tài)的利用從某一時(shí)刻開(kāi)始到當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)的新近觀測(cè)數(shù)據(jù)作為樣本來(lái)進(jìn)行背景建模。非回歸背景建模方法有最簡(jiǎn)單的幀間差分、中值濾波方法等?；貧w算法在背景估計(jì)中無(wú)需維持保存背景估計(jì)幀的緩沖區(qū)，它們是通過(guò)回歸的方式基于輸入的每一幀圖像來(lái)更新某個(gè)時(shí)刻的背景模型。這類(lèi)方法包括廣泛應(yīng)用的線性卡爾曼濾波法、Stauffe與Grimson提出的混合高斯模型等。本系統(tǒng)采用效果較好且效率相對(duì)較高的均值法，即任意像素點(diǎn)的背景信息由序列圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)顏色的均值來(lái)確定，如式（1）所示：

（1）

Ik（i，j）表示第k幀圖像，B（i，j）表示背景圖像。由于煤礦井下光照較為恒定，因此一般選取前一百幀靜態(tài)畫(huà)面的圖像，取平均后作為背景模型圖像。

2.2.2 運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊的提取

根據(jù)運(yùn)動(dòng)物體和場(chǎng)景中的靜止背景在亮度、色度上的不同，將圖像序列的每一幀圖像與背景圖像作差，然后二值化，就可以得到每一幀的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)團(tuán)：圖像中的一個(gè)像素，如果它與背景圖像對(duì)應(yīng)像素的距離大于一個(gè)閾值，則認(rèn)為它是前景，輸出1，否則為背景，輸出0。最后得到的二值圖像就是運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊圖像。

圖2 運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊提取流程圖

圖3 背景相差二值化結(jié)果圖

兩幀圖像的差是指兩幀中對(duì)應(yīng)像素矢量的距離。常用的矢量距離是歐氏距離和馬氏距離，本文采用歐氏距離運(yùn)動(dòng)團(tuán)塊提取的方法。

歐氏距離提取運(yùn)動(dòng)點(diǎn)團(tuán)的具體算法如下：

（1）設(shè)背景圖像是B（x，y）

（2）遍歷當(dāng)前幀的每一個(gè)像素（x，y）

如果：

（2）

則：輸出G（x，y）=1，否則：G（x，y）=0

（3）G（x，y）就是當(dāng)前幀的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)團(tuán)圖像。

2.2.3 閾值選取技術(shù)

對(duì)于不同光線背景下的差分圖像，用固定的閾值T去進(jìn)行二值化處理顯然不能對(duì)每一幀圖像都達(dá)到很好的效果。希望得到的閾值不僅可以將目標(biāo)從背景中分離出來(lái)，而且要能根據(jù)不同的圖像來(lái)智能地選取。在此我們采用Otus閾值化技術(shù)[7]，以簡(jiǎn)化閾值的選取OTS方法的基本思想是：選取的最佳閾值T應(yīng)該使得不同類(lèi)間的分離性最好。

對(duì)于灰度級(jí)為0～255，M×N的一幅圖像，記f（i，j）為圖像點(diǎn)（i，j）處的灰度值。

Otus法具步驟：

（1）計(jì)算圖像的直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到灰度值為k的頻率PHS（k）為：

（3）

（2）計(jì)算圖像的灰度均值為：

（4）

（3）計(jì)算機(jī)灰度類(lèi)均值和類(lèi)直方圖之和：

（5）

（6）

（4）計(jì)算類(lèi)分離指標(biāo)為：

（7）

最后，求出使達(dá)到最大的值S，則最佳閾值。

圖3所示為通過(guò)Otus法求得最佳閾值后背景相差后的結(jié)果。

2.3 基于虛擬檢測(cè)區(qū)域的皮帶堆煤檢測(cè)

在采集到的視頻圖像幀中，在皮帶落煤點(diǎn)處人為地設(shè)置一個(gè)虛擬矩形檢測(cè)區(qū)域。根據(jù)堆積的煤塊占矩形區(qū)域面積是否超過(guò)設(shè)定的閾值，判斷是否存在堆煤。矩形檢測(cè)區(qū)域的大小根據(jù)皮帶煤流大小及落煤點(diǎn)區(qū)域大小來(lái)設(shè)定。

圖4 檢測(cè)區(qū)域的設(shè)置

3.皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別程序設(shè)計(jì)

皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別程序開(kāi)發(fā)環(huán)境采用WINDOWS 7操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)工具為VS2010。

系統(tǒng)包含以下幾個(gè)部分：

（1）視頻圖像獲取。由礦用攝像機(jī)采取皮帶落煤點(diǎn)圖像，并通過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳送到地面PC機(jī)。

（2）設(shè)定虛擬檢測(cè)矩形區(qū)域。根據(jù)攝像機(jī)和皮帶落煤點(diǎn)距離以及與皮帶落煤點(diǎn)所成的角度，合理設(shè)置虛擬矩形區(qū)域的大小及在視頻圖像上的位置。

（3）皮帶落煤點(diǎn)煤流檢測(cè)。對(duì)獲取到的視頻圖像進(jìn)行建立背景模型、背景減除、二值化閾值和后處理，提取出落煤點(diǎn)堆積煤流信息。

（4）堆煤檢測(cè)。根據(jù)堆積煤塊圖像占矩形區(qū)域的比例是否超過(guò)設(shè)定閾值，來(lái)判斷是否發(fā)生堆煤。

系統(tǒng)流程圖如圖5所示：

圖5 系統(tǒng)流程圖

4.皮帶堆煤檢測(cè)圖像識(shí)別實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

本系統(tǒng)軟件在Windows 7操作系統(tǒng)VS2010編譯環(huán)境下調(diào)試，硬件配置為雙核CPU2.8GHz主頻，4G內(nèi)存。程序界面見(jiàn)圖6。

圖6 程序界面

試驗(yàn)中所得結(jié)果圖像如圖7所示：

圖7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)中，該系統(tǒng)選用了聲光報(bào)警器作為報(bào)警輸出設(shè)備，對(duì)皮帶堆煤檢測(cè)報(bào)警率不小于96%，從產(chǎn)生堆煤事故到報(bào)警發(fā)出的時(shí)間為0.6～1.5s，平均反應(yīng)時(shí)間約為1.1s。

5.結(jié)論

煤礦皮帶落煤點(diǎn)堆煤?jiǎn)栴}在國(guó)內(nèi)外普遍存在，到目前為止沒(méi)有一種可行的方法能夠有效的解決這個(gè)問(wèn)題。本文主要利用圖像處理技術(shù)，針對(duì)煤礦皮帶頭落煤點(diǎn)發(fā)生堆煤時(shí)，圖像特征發(fā)生變化進(jìn)行識(shí)別，分析皮帶頭落煤點(diǎn)圖像特點(diǎn)，通過(guò)視頻背景相差的方法來(lái)識(shí)別堆煤。得出如下結(jié)論：作為非接觸式皮帶堆煤檢測(cè)方法，基于圖像識(shí)別的堆煤檢測(cè)系統(tǒng)可以有效解決接觸式堆煤傳感器存在的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的提高和煤礦井下工業(yè)電視系統(tǒng)的普及，該檢測(cè)方法有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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工礦自動(dòng)化論文范文第3篇

關(guān)鍵詞：通信；Modbus協(xié)議；S7-226；直流電源

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)10-2395-04

Modbus Protocol Applied in the Communication of S7-226 and HSPY DC Power

LIU Shi-chao

(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Abstract: IN DC power control system of Dense Medium Separation ,based on the Modbus protocol,realized the communication between S7-200PLC and HSPY DC power. IN Modbus communication protocol,Siemens S7-226 PLC is master,HSPY DC power is slave, use communication to control the start of the DC power supply, stop, and the change in current. Instruced Modbus library in the Step 7 MicroWin Software of Siemens, and used the serial port debugging software to facilitate the writing and debugging of the program. Modbus simplify external wiring ,solve the interference and distortion in the transmission process of conventional switching of analog signals , the communication control method can easily read the information of the operation of the DC power ,monitoring the DCpower operation status .

Key words: communication; Modbus agreement; S7-226 ; DC power

某選煤廠為了在線調(diào)節(jié)控制三產(chǎn)品旋流器二段分選密度，外加螺線圈來(lái)用磁場(chǎng)影響磁鐵礦粉的分布。螺線圈是采用直流電源來(lái)供電，系統(tǒng)要求通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)控制螺線圈磁場(chǎng)，因此要控制直流電源的運(yùn)行狀態(tài)?？刂菩盘?hào)需要從集控室開(kāi)始需要傳輸五百米才能到達(dá)直流電源，從而控制直流電源動(dòng)作。在一般工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)于電源的控制大部分采用的是0-24mA或0-5V模擬量控制，很少總線控制方式。但經(jīng)過(guò)比較和實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線與模擬量控制相比有很多優(yōu)勢(shì)，最顯著的是具有很高的可靠性高，避免失真，并且交換的信息非常多樣化，因此越來(lái)越多的設(shè)備開(kāi)始支持串口通信協(xié)議，可以預(yù)見(jiàn)總線控制方式通信在工程上的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

MODBUS通信協(xié)議是MODICON公司提出的一種報(bào)文傳輸協(xié)議，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議[1]。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，并已經(jīng)成為一種通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MODBUS通信協(xié)議可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。不同廠商提供的控制設(shè)備可通過(guò)MODBUS協(xié)議連成通信網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)集中控制。已經(jīng)有很多通過(guò)MODBUS通信協(xié)議進(jìn)行PLC和變頻器的成功案例[2]。該文中采用MODBUS協(xié)議進(jìn)行S7-226和HSPY程控直流穩(wěn)壓電源的通訊，可以更好地控制電源，監(jiān)控電源運(yùn)行狀態(tài)，來(lái)解決信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸失真的問(wèn)題。

1PLC與HSPY程控直流穩(wěn)壓電源通信控制系統(tǒng)

在此系統(tǒng)方案中PLC采用西門(mén)子公司的SIMATIC S7－226CN，直流電源采用HSPY程控直流穩(wěn)壓電源。S7－226系列PLC的CPU內(nèi)部集成了2個(gè)通信端口，該通信口為標(biāo)準(zhǔn)的RS485串口，可以在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通信口方式。系統(tǒng)可以將一個(gè)通信端口設(shè)為PPI方式用于連接工控機(jī)也可將其設(shè)置為MPI方式以連接觸摸屏，做為人機(jī)信息交換[2]。而另一個(gè)通信端口設(shè)為自由通信口方式，自由通信口方式是S7－200的一個(gè)特色功能，是一種通信協(xié)議完全開(kāi)放的功能工作方式。在自由通信口方式下的通信口的協(xié)議由外設(shè)決定，PLC通過(guò)程序來(lái)適應(yīng)外設(shè)，從而使得S7－200系列的PLC可以與任何具備通信能力并且協(xié)議公開(kāi)的設(shè)備通信[3] [4]。系統(tǒng)中的HSPY程控直流穩(wěn)壓電源均內(nèi)置了Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線，相關(guān)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，PLC的Port0通訊端口和HSPY程控直流穩(wěn)壓電源構(gòu)成Modbus總線。通過(guò)S7－226CN控制多臺(tái)HSPY程控直流穩(wěn)壓電源，完成系統(tǒng)控制要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流穩(wěn)壓電源的輸出電流、電壓設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及數(shù)據(jù)交換等。

圖1直流電源控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)中PLC作為主站，直流穩(wěn)壓電源作為從站，主站向直流穩(wěn)壓電源發(fā)送運(yùn)行指令，同時(shí)接受直流穩(wěn)壓電源反饋的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警狀態(tài)的信號(hào)等。

2MODBUS通信協(xié)議在電源通信控制系統(tǒng)中的使用

西門(mén)子在Micro／Win V4.0 SP5中正式推出Modbus RTU主站命令庫(kù)，西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)指令通過(guò)調(diào)用該指令庫(kù)可以使S7－200CPU上的通信口設(shè)置在自由口模式下成為Modbus RTU的主站。在S7－200控制系統(tǒng)應(yīng)用中，要實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊，需要STEP7－Micro／Win32 V4.0 SP5以上版本，并且安裝Modbus指令庫(kù)，如圖2，STEP7－Micro／Win32指令庫(kù)包含有專(zhuān)門(mén)為Modbus通訊設(shè)計(jì)的預(yù)先定義的子程序和中斷服務(wù)程序，使得PLC與Modbus從站的通訊簡(jiǎn)單易行[5]。

圖2 Modbus命令庫(kù)

2.1 MODBUS RTU主站命令庫(kù)使用步驟

使用Modbus RTU主站命令庫(kù)，可以讀寫(xiě)MODBUS RTU從站的數(shù)字量、模擬量I/O、以及保持寄存器[2]。按照一下步驟使用MODBUS RTU主站命令庫(kù)：

1)安裝西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)MODBUS RTU指令庫(kù)。

2)調(diào)用MODBUS RTU主站初始化和控制子程序，使用SM0.0調(diào)用MBUS_CTRL完成主站的初始化，并啟動(dòng)其功能控制。

3)在CPU的V數(shù)據(jù)區(qū)中為MODBUS分配存儲(chǔ)區(qū)。

4)調(diào)用MODBUS RTU主站讀寫(xiě)子程序MBUS_MSG，發(fā)送MODBUS請(qǐng)求。

表1 MODBUS部分功能碼表

2.2 HSPY電源的Modbus通訊規(guī)約

HSPY系列電源支持MODBUS通信協(xié)議，主機(jī)（PLC、RTU、PC機(jī)、DCS等）利用通訊命令，可以任意讀寫(xiě)其數(shù)據(jù)寄存器。HSPY系列電源支持的MODBUS功能碼為03，10。

HSPY系列電源通訊方式為：

波特率：9600；起始位：1；數(shù)據(jù)位：8；校驗(yàn)位：無(wú)；停止位：1。

2.3 HSPY系列電源的參數(shù)通訊地址的轉(zhuǎn)換

通常MODBUS地址由5位數(shù)字組成，包括起始的數(shù)據(jù)類(lèi)型代號(hào)，以及后面的偏移地址。MODBUS Master協(xié)議庫(kù)把標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS地址映射為所謂MODBUS功能號(hào)，讀寫(xiě)從站的數(shù)據(jù)。MODBUS Master協(xié)議庫(kù)支持如下地址：

00001 - 09999：數(shù)字量輸出（線圈）

10001 - 19999：數(shù)字量輸入（觸點(diǎn)）

30001 - 39999：輸入數(shù)據(jù)寄存器（通常為模擬量輸入）

40001 - 49999：數(shù)據(jù)保持寄存器

HSPY系列電源的參數(shù)通訊地址是16進(jìn)制數(shù)，首先轉(zhuǎn)為10進(jìn)制，由于S7-200 PLC中最小地址為400001，而HSPY系列電源中最小地址為0，所以在寫(xiě)HSPY系列電源地址時(shí)必須要加1。例如，電源的電壓設(shè)定值參數(shù)通訊地址是1000H，轉(zhuǎn)為10進(jìn)制是4096，加1后是4097，寄存器地址欄要寫(xiě)44097.

3串口調(diào)試軟件進(jìn)行MODBUS通信調(diào)試

由于程序編寫(xiě)比較繁瑣，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤可能會(huì)損害HSPY電源，為了避免損害的發(fā)生，可以利用串口調(diào)試軟件進(jìn)行MODBUS通信調(diào)試，其優(yōu)點(diǎn)是不必連接HSPY電源，而是在工控機(jī)或PC機(jī)上用串口調(diào)試軟件查看S7－226CN輸出和讀取的數(shù)據(jù)，來(lái)判斷程序是否正確。

一般的工控機(jī)或PC機(jī)沒(méi)有RS485串口，可以將通過(guò)RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換模塊和PLC連接。RS485線選擇3號(hào)線和8號(hào)線,（其余均斷開(kāi)）3號(hào)線接T+，8號(hào)線接T-，將另一端9針插頭接到PLC的PORT0通信端口上。也可以通過(guò)USB轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器連接。將編寫(xiě)的通訊程序下載到PLC中。運(yùn)行程序，打開(kāi)串口調(diào)試軟件進(jìn)行監(jiān)控，從接收到的數(shù)據(jù)來(lái)看，和設(shè)置的HSPY電源動(dòng)作的數(shù)據(jù)一致，說(shuō)明MODBUS主站程序編寫(xiě)正確[2] [6]。不一致，則要修改MODBUS通信程序，使其一致。

圖3 PLC串口調(diào)試軟件監(jiān)控界面

4 PLC控制HSPY程控直流穩(wěn)壓電源的部分程序

使用SM0.0調(diào)用MBUS＿CTRL完成主站的初始化，并啟動(dòng)其功能控制，如圖4。

圖4 Modbus RTU主站初始化

圖5(a)上電初始化，將控制電源的數(shù)據(jù)存入S7－226CN的V存儲(chǔ)器。在分配存儲(chǔ)區(qū)時(shí)要注意，數(shù)據(jù)區(qū)不能和其他數(shù)據(jù)區(qū)重疊，否則不能正常通訊。圖5(b)向電源發(fā)送Modbus請(qǐng)求，把1寫(xiě)入電源寄存器1004，電源開(kāi)啟；圖5(c)把1寫(xiě)入電源寄存器1006，鎖定電源面板按鍵；圖5(d)把10寫(xiě)入電源寄存器1004，電源輸出電流10A；圖5(e)讀取從電源寄存器數(shù)據(jù):圖5(f)把0寫(xiě)入電源寄存器1004，電源關(guān)閉。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

圖5部分控制程序

5結(jié)論

該文以S7－200控制系統(tǒng)為例，敘述了利用Modbus RTU協(xié)議指令庫(kù)PLC與HSPY程控直流穩(wěn)壓電源通訊的實(shí)現(xiàn)。采用自由口通訊方式的Modbus RTU協(xié)議很好的解決了PLC與直流電源等智能設(shè)備的通訊問(wèn)題，不僅能有效解決信號(hào)傳輸過(guò)程中失真的問(wèn)題，而且在通信模式下PLC可以方便控制直流穩(wěn)壓電源的運(yùn)行和讀取直流穩(wěn)壓電源的運(yùn)行信息，對(duì)直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行有效監(jiān)控。

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工礦自動(dòng)化論文范文第4篇

關(guān)鍵詞：粉煤灰法；回轉(zhuǎn)窯；Smith預(yù)估；模糊控制；仿真研究；

中圖分類(lèi)號(hào)：TF341.6;TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-7059(2006)05-00

0前言

回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，具有大慣性，純滯后，非線性等特點(diǎn)，工藝過(guò)程復(fù)雜多變，難以得到精確的數(shù)學(xué)模型。目前，部分氧化鋁企業(yè)仍然借鑒現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)人工調(diào)節(jié)的方式以求適應(yīng)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝要求，這種傳統(tǒng)的控制策略不易獲得滿(mǎn)意的控制效果，生產(chǎn)效率低、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。本文提出一種基于智能Smith預(yù)估器的回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)溫度控制器，通過(guò)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的仿真研究，結(jié)果表明新的控制系統(tǒng)具有很好的快速性和很小的超調(diào)量，能夠滿(mǎn)足回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)的需要．

1智能Smith預(yù)估控制策略

1.1 Smith預(yù)估器改進(jìn)算法

Smith預(yù)估器最早是由O.J.M.Smith在1958年提出來(lái)的，它是一個(gè)時(shí)滯預(yù)估補(bǔ)償算法[1]。為克服Smith預(yù)估器對(duì)模型誤差敏感的缺點(diǎn)，由C.C.Hang等提出了改進(jìn)的Smith預(yù)估器[2]。當(dāng)改進(jìn)的預(yù)估器輸入存在誤差時(shí)，傳遞函數(shù)分母的最后多了一個(gè) 因子，調(diào)整濾波時(shí)間常數(shù) 可改變閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根，從而達(dá)到提高控制系統(tǒng)性能的目的。

1.2 濾波時(shí)間常數(shù) 對(duì)系統(tǒng)的影響

預(yù)估器中引入了一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)在運(yùn)行中發(fā)生變化時(shí)，原先設(shè)定的濾波時(shí)間常數(shù) 不一定能使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能達(dá)到最佳，只有根據(jù)變化情況相應(yīng)調(diào)整 ，才能使系統(tǒng)得到更好的控制效果。在仿真研究的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步采用模糊控制方法在線調(diào)整改進(jìn)Smith預(yù)估器的濾波時(shí)間常數(shù) ，最終構(gòu)成一個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)純滯后、時(shí)變系統(tǒng)的智能控制方案，如圖1所示。改進(jìn)的模糊Smith智能控制方法結(jié)合了模糊PID控制與自適應(yīng)Smith預(yù)估器，該方案對(duì)諸如電加熱溫控這樣的參數(shù)時(shí)變的大時(shí)滯過(guò)程，能夠改善系統(tǒng)的控制性能，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性。

圖 1 改進(jìn)的模糊Smith智能控制結(jié)構(gòu)圖 圖2 參數(shù)變化時(shí)控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線

2.3 的模糊自適應(yīng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上一節(jié)的分析，可以先根據(jù) 和 的值，確定是否需要引入一階慣性環(huán)節(jié)，如果不需要，則令 ；如果需要引入慣性環(huán)節(jié)來(lái)提高系統(tǒng)控制性能，則根據(jù) 和 的值對(duì)濾波時(shí)間常數(shù) 進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，本文的控制中采用如下調(diào)整公式

在調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)注意不能使 為負(fù)值，而且為增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，可以給設(shè)定一個(gè)最小值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取最小值為 。

的值可以采用模糊控制器對(duì) 和 進(jìn)行模糊推理得到， 和 即為模糊控制器的輸入，模糊化后為 與 ， 是模糊控制器的輸出。它們的模糊論域定義為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集定義為{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大}＝{NB，NS，ZO，PS，PB}。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)，可以確定 、 和 的基本論域，從而確定模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子，其控制規(guī)則如下：

當(dāng) 負(fù)大， 負(fù)大，應(yīng)增大 ，即 =PB，控制規(guī)則為：

If=NB and=NB then=PB

當(dāng) 正小， 為零，此時(shí)不宜引入慣性環(huán)節(jié)，即 =NS，控制規(guī)則為：

If=PS and=ZO then=NS

如此類(lèi)推，可得到25條控制規(guī)則，如表1所示如此類(lèi)推，可得到25條控制規(guī)則，如表1示：

表 1濾波時(shí)間常數(shù)整定規(guī)則

模糊推理采用Mamdani推理方法，反模糊化采用重心法。

3 粉煤灰法回轉(zhuǎn)窯燒成溫度控制器仿真研究

本文基于最小二乘法，利用MATLAB仿真軟件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)收集到從下料到窯況平穩(wěn)間的一些具有代表性、普遍性和一定密度的燃料用量與燒成帶溫?cái)?shù)據(jù)樣本，建立出燒成帶的溫度數(shù)學(xué)模型。

當(dāng)被控對(duì)象模型參數(shù)的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)同時(shí)增大40%時(shí)，圖2是模糊Smith智能控制算法的響應(yīng)曲線，從圖2可以看出，基于模糊Smith智能控制器控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線在超調(diào)量、上升時(shí)間、及調(diào)節(jié)時(shí)間均滿(mǎn)足工藝要求。

4 結(jié)論

本文提出的模糊Smith智能控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了模糊自整定PID算法動(dòng)態(tài)性能好、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)態(tài)精度較高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用了模糊推理的方法調(diào)整改進(jìn)型Smith預(yù)估器的濾波時(shí)間常數(shù) ，改善了Smith預(yù)估器對(duì)模型參數(shù)的過(guò)于依賴(lài)性，將使Smith預(yù)估器在實(shí)際工業(yè)過(guò)程控制中得以更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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工礦自動(dòng)化論文范文第5篇

【關(guān)鍵詞】室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)；ATXmega128A1；甲醛；苯；溫度；濕度

1.引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，居室裝修及家具更新越來(lái)越普遍，室內(nèi)裝修和大量使用各種合成板材制作的家具，使室內(nèi)空氣中以甲醛、苯等揮發(fā)性有機(jī)物為代表的化學(xué)性物質(zhì)的污染成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。室內(nèi)裝修、裝飾后造成的環(huán)境污染已經(jīng)影響到人們的身心健康，甚至嚴(yán)重地危害人類(lèi)的健康和生存[2]。因此，本論文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用，性能可靠的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀，對(duì)提醒人們及時(shí)改善居住環(huán)境條件、保護(hù)人們身體健康具有重要的意義。

2.ATXMEGA128A1簡(jiǎn)介

ATxmega128A1是ATMEL公司推出的強(qiáng)化性能的8位AVR微控制器。它采用第二代picoPower技術(shù)，是唯一真正使用1.6V工作電壓的閃存微控制器。該器件功耗超低，并擁有豐富的片上資源：2個(gè)16路12位的A/D轉(zhuǎn)換器、2個(gè)2路12位的D/A轉(zhuǎn)換器、4路模擬比較器、4通道DMA控制器、8通道事件系統(tǒng)、4個(gè)SPI接口、4個(gè)IIC接口、8個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、1個(gè)RTC和1個(gè)AES加密引擎，全部都無(wú)需占用CPU資源，能夠最大限度減少功耗和提高系統(tǒng)性能。ATxmega128A1微控制器的閃存容量為128KB，采用100引腳的貼片封裝，工作電壓為1.6～3.6V，32MHz頻率下處理性能可達(dá)到32MI/s[3]。

室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀采用ATxmega128A1作為核心微控制器，使得整個(gè)系統(tǒng)器件大大減少，在降低成本的同時(shí)又提高了系統(tǒng)安全性和可靠性。

3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀，要求一方面可用于檢測(cè)室內(nèi)空氣中的甲醛、苯等有害氣體，另一方面可用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度，并具有時(shí)鐘的功能。因此，室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。從圖1中可以看出，在室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)中，采用了甲醛傳感器模塊和苯傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)主要有害氣體的含量，并將檢測(cè)到的氣體濃度轉(zhuǎn)換為0～3.3V的電壓值，然后送給ATxmega128A1微控制器片上的12位AD進(jìn)行采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到相應(yīng)的氣體濃度值，接著根據(jù)國(guó)家對(duì)室內(nèi)氣體相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)決定檢測(cè)的氣體濃度是否超標(biāo)，如果超標(biāo)，發(fā)出報(bào)警，并顯示在液晶屏上，讓居住者防范于未然。溫、濕度傳感器模塊用來(lái)檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度，給居住者作為參考。

4.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路由ATxmega128A1最小系統(tǒng)、苯傳感器模塊電路、甲醛傳感器模塊電路、溫濕度傳感器模塊電路、鍵盤(pán)與顯示電路、聲光報(bào)警電路、SD卡模塊電路和系統(tǒng)電源模塊電路組成。下面僅對(duì)部分電路模塊進(jìn)行介紹。

4.1 苯傳感器模塊電路

測(cè)量空氣中苯的傳感器為MQ135傳感器，該傳感器使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的SnO2。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。電路如圖2所示，電阻R2用來(lái)調(diào)節(jié)輸出的靈敏度。

4.2 甲醛傳感器模塊電路

甲醛傳感器的模塊由HCHO傳感器（CH2O/S—10）[4]、場(chǎng)效應(yīng)管SST177和運(yùn)放OP296、OP90組成。電路如圖3所示，其功能為將室內(nèi)環(huán)境中HCHO氣體的濃度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的變化，并將該信號(hào)進(jìn)行放大輸出，從而將對(duì)HCHO氣體濃度的測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)電壓的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)變[5]。

4.3 溫、濕度傳感器模塊電路

溫、濕度傳感器的模塊電路采用DHT11溫、濕度傳感器和DS18B20溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保溫、濕度的顯示有對(duì)比性和精確性。DHT11的供電電壓為3V～5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源和地的引腳（VCC，GND）之間增加一個(gè)100nF的電容，用來(lái)退耦。電路如圖4所示。

4.4 鍵盤(pán)與顯示模塊、聲光報(bào)警電路

鍵盤(pán)與顯示模塊是用戶(hù)與環(huán)境檢測(cè)儀進(jìn)行信息交流的模塊，鍵盤(pán)電路由3個(gè)小按鍵組成，顯示電路采用Nokia5110液晶顯示模塊，聲光報(bào)警電路由高亮的發(fā)光二極管、三極管和蜂鳴器組成。

5.氣體傳感器的標(biāo)定

為使室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)，本文對(duì)HCHO傳感器和苯傳感器進(jìn)行了靜態(tài)標(biāo)定。原理是將已知濃度的被測(cè)氣體輸入待標(biāo)定的傳感器，用萬(wàn)用表測(cè)量傳感器變送模塊的輸出電壓。對(duì)所獲得的傳感器輸入量和輸出量進(jìn)行處理和比較，得到表征兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定曲線，找出它們關(guān)系方程并寫(xiě)入程序中。

6.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)主要包括按鍵掃描程序設(shè)計(jì)、Nokia5110顯示程序的設(shè)計(jì)、A/D程序的設(shè)計(jì)、SD卡的讀/寫(xiě)程序的設(shè)計(jì)以及溫、濕度傳感器的單總線程序的設(shè)計(jì)。下面僅給出系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總流程圖，如圖5所示[6—7]。

7.實(shí)驗(yàn)測(cè)試

表1、表2和表3分別給出了溫度、濕度和甲醛的測(cè)試數(shù)據(jù)，其中T為溫度，H為濕度，甲醛氣體濃度的單位為PPM。從表1、表2和表3的數(shù)據(jù)可知，該環(huán)境檢測(cè)儀的測(cè)量精度較高。

8.結(jié)論

環(huán)境監(jiān)測(cè)中的甲醛和苯測(cè)定主要方法是吸收與化學(xué)滴定，難以進(jìn)入民用領(lǐng)域。對(duì)于室內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)，該室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀操作簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器測(cè)量結(jié)果較精確，基本滿(mǎn)足環(huán)境參數(shù)檢測(cè)的要求。另外該檢測(cè)儀的微控制器還有空余通道，可加裝其它傳感器，如燃?xì)鈧鞲衅鞯?，以擴(kuò)大其使用功能。

參考文獻(xiàn)

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本文為桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院院內(nèi)科研項(xiàng)目：《智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的研究成果（項(xiàng)目號(hào)：桂電信科B201105）。

作者簡(jiǎn)介：

易藝（1983—），男，學(xué)士，實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)供職于桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院，主要研究方向：智能儀器系統(tǒng)。