中北大学
课程设计说明书
学生姓名：xxx 学号：
学院：中北大学
专业：自动化
题目：直流电机位置随动系统设计
（第六组）
姚舜才
指导教师：职称: 副教授 2013 年 12 月 9 日
中北大学信息商务学院课程设计任务书
2013-2014 学年第一学期
学院：xxx
专业：自动化
学生姓名：xxx 学号：
课程设计题目：直流电机位置随动系统设计
（第六组）
起迄日期：12月9 日～12月20日课程设计地点：德怀楼七层实验室
指导教师：姚舜才
下达任务书日期: 2013年 12月 9日
课程设计任务书
1．设计目的：
设计一个位置随动系统，使用工程设计方法，使其达到相应的技术指标要求。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
一、设计参数
第一组第二组第三组第四组第五组第六组
静阻力矩M H(N?m) 35 50 65 80 95 100
转动惯量J H(kg?m2) 60 90 100 110 120 110
最大跟踪速度Ωm(1/s) 1.4 1.6 1.5 1.4 1.5 1.6
最大跟踪加速度εm(1/s2) 1.75 1.75 1.75 1.75 1.65 1.6
静态位置误差e c(deg) 0.3 0.30.30.30.30.3
静态速度误差e r(deg) 0.5 0.50.50.50.50.5
最大跟踪误差e m (deg) 0.8 1.0 1.0 1.1 1.2 1.2
电流环超调δ≤(%) 5 55555
速度环超调δ≤(%) 10 1010101010
位置环超调δ≤(%) 30 3030303030
位置环过渡过程时间t s≤(s) 0.6 0.6 0.6 0.8 0.8 1.0
短期干扰力矩M T(N?m) 50 65 70 75 80 85 系统位置检测元件采用变压器式自整角机组合K bs=50V/rad，相敏整流器采用二极管环形整流器，K ph由计算确定，T ph=0.002s，功率放大器采用桥式PWM变换器，K s=20，Ts=0.0004s, 系统采用位置、速度、电流三环结构，电流反馈系数β=2V/A ，T oi=0.001s 速度反馈系数α=0.064V.s/rad,T on=0.001s。
二、供选择的直流电动机参数
P nom(W) V nom(V) I nom(A) n nom(r/min) J d(kg?m2)
Z2-21 400 110 5.59 1000 0.023
Z2-22 600 1107.69 10000.026
Z2-31 800 11010.02 10000.029
Z2-32 1000 11013.23 10000.032
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
三、设计要求
1、计算并选择电动机型号及调节器的结构参数；
2、画出系统的电气原理图（标明各环节参数，计算机制图，推荐使用Protell软件）；
3、画出系统的动态结构图（标明各环节参数）；
4、利用MATLAB软件对所设计的系统进行验证，给出仿真结果；
5、利用Bode图近似画法，绘制系统的对数频域渐近特性；
6、对比（4）、（5）的图形并说明其异同；
7、提交设计说明书。
课程设计任务书
4．主要参考文献：
要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：
1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985
5．设计成果形式及要求：
提交设计说明书，并给出计算过程以及各种电路图，仿真图结果。
6．工作计划及进度：
年月日~月日
月日~月日
月日~月日
月日~月日
月日~月日答辩或成绩考核
基层教学组织审查意见：
签字：
年月日
一、实验目的
设计一个位置随动系统，使用工程设计方法，使其达到相应的技术指标要求
二、实验设计要求
1、计算并选择电动机型号及调节器的结构参数；
2、画出系统的电气原理图（标明各环节参数，计算机制图，推荐使用Protell
软件）；
3、画出系统的动态结构图（标明各环节参数）；
4、利用MATLAB软件对所设计的系统进行验证，给出仿真结果；
5、利用Bode图近似画法，绘制系统的对数频域渐近特性；
6、对比（4）、（5）的图形并说明其异同；
7、提交设计说明书。
三、位置随动系统的概念
位置随动系统也称伺服系统，是输出量对于给定输入量的跟踪系统，它实现的是执行机构对于位置指令的准确跟踪。位置随动系统的被控量(输出量)是负载机械空间位置的线位移和角位移，当位置给定量(输入量)作任意变化时，该系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化，所以位置随动系统必定是一个反馈控制系统。
位置随动系统是应用非常广泛的一类工程控制系统。它属于自动控制系统中的一类反馈闭环控制系统。随着科学技术的发展，在实际中位置随动系统的应用领域非常广泛。例如，数控机床的定位控制和加工轨迹控制，船舵的自动操纵，火炮方位的自动跟踪，宇航设备的自动驾驶，机器人的动作控制等等。随着机电一体化技术的发展，位置随动系统已成为现代工业、国防和高科技领域中不可缺少的设备，是电力拖动自动控制系统的一个重要分支。
二．位置随动系统的基本组成
1.电位器式位置随动系统的组成
下面通过一个简单的例子说明位置随动系统的基本组成，其原理图如图1-1所示。这是一个电位器式的小功率位置随动系统，有以下五个部分组成：
图1-1 电位器式位置随动系统原理图
（1）位置传感器 由电位器1RP 和2RP 组成位置传感器。1RP 是给定位置传
感器,其转轴与操纵轮连接，发出转角给定信号*
m θ；2RP 是反馈位置传感器，其
转轴通过传动机构与负载的转轴相连，得到转角反馈信号m θ。两个电位器由同一个直流电源s U 供电，使电位器输出电压*U 和U ，直接将位置信号转换成电压
量。误差电压U U U -=?*反映了给定与反馈的转角误差m m θθθ-=?*，通过放
大器等环节拖动负载，最终消灭误差。
（2）电压比较放大器（A ） 两个电位器输出的电压信号*U 和U 在放大器A 中进行比较与放大，发出控制信号c U 。由于U ?是可正可负的，放大器必须具有鉴别电压极性的能力。输出的控制电压c U 也是可逆的。
(3)电力电子变换器（UPE ） 它主要起功率放大的作用（同时也放大了电压），而且必须是可逆的。在小功率直流随动系统中多用P-MOSFET 或IGBT 桥式PWM 变换器。对于大功率位置随动系统，会用到可逆的脉宽调制式PWM 变换器。
(4)伺服电机（SM ） 在小功率直流随动系统中多用永磁式直流伺服电机，在不同情况下也可采用其它直流或交流伺服电机。大功率随动系统中也可采用永磁式直流伺服电机，由伺服电机和电力电子变换器构成可逆拖动系统是位置随动系统的执行机构。
(5)减速器与负载 在一般情况下负载的转速是很低的，在电机与负载之间必须设有传动比为i 的减速器。在现代机器人、汽车电子机械等大功率设备中，
为了减少机械装置，倾向于采用低速电机直接传动，可以取消减速器。
以上五个部分是各种位置随动系统都有的，在不同情况下，由于具体条件和性能要求的不同，所采用的具体元件、装置和控制方案可能有较大的差异。 四、三环随动系统的基本组成
1.三环随动系统的基本组成：系统可分为以下八个部分：
1．位置环
我们只分析它的数学模型，不会把它作具体介绍。可以近似为一阶惯性环节，传递函数为
=
)(s W j 1
+s T K j j
2．位置传感器
模拟随动系统的位置传感器如前所述，大体可以分为两种，电位器和基于电磁感应原理的位置传感器。基于电磁感应原理的位置传感器有自整角机、旋转变压器、感应同步器等，是应用比较广泛的模拟式位置传感器，可靠性和精度都比较高。本次设计采用的位置传感器是自整角机。自整角机是角位移传感器，在随动系统中总是成对应用的。与指令轴相联的自整角机称为发送机，与执行轴相联的称作接收机。按用途不同，自整角机可分为力矩式自整角机和控制式自整角机两类。力矩式自整角机可以不经中间放大环节，直接传递转角信息，一般用于微功率同步旋转系统。对功率较大的负载，力矩式自整角机带动不了，可采用控制式自整角机，将自整角接收机接成变压器状态，其输出电压通过中间放大环节带动负载，组成自整角机随动系统。下面简单分析本次设计使用的控制式自整角机的工作原理和使用。
先看单相自整角机的结构和工作原理。它具有—个单相励磁绕组和一个三相整步绕组，单相励磁绕组安置在转子上，通过两个滑环引入交流励磁电流，励磁磁极通常做成隐极式。这样可使输入阻抗不随转子位置而变化。整步绕组是三相绕组，一般为分布绕组，安置在定子上，它们被此在空间相隔o 120，并接成Y 形。BST 为自整角发送机，BSR 为自整角接收机。本次模型中采用的自整角机的放大系数)(25.1o bs V K =。自整角机本身的检测误差o d e 5.0=。传递函数为式（4-2），
是简单的线性函数在数学模型将不会出现，但在计算稳态误差时将会用到自整角机的参数。自整角机还包括相敏整流器URP ，可以把它当作自整角机的一部分，相当于一个电压放大器，并反映m θ?的极性，放大系数=rp K 2，当然它在数学模型中也不会出现。
3．电压比较放大器（A ）
这是位置随动系统所必须有的装置。它的作用是发出控制信号c U ，由于U ?可正可负。放大器必须具有鉴别电压极性的能力，输出的控制的电压c U 也是可逆的。放大系数5=a K ，函数关系U K U a c ?=。这个简单的函数关系也不会在数学模型中出现。
4．电力电子变换器（UPE ）
起功率放大作用，而且是可逆的。PWM 变换器有可逆和不可逆两类，可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等。在本次大功率随动系统中选取双极式控制的桥式可逆PWM 变换器，因为是大功率系统变换器采用可关断晶闸管。
采用PWM 的调速系统发展越来越成熟，用途也很广，与单纯的晶闸管调速系统相比有很多优点
1）主电路线路简单，需用的功率器件少；
2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；
4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；
5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；
6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
桥式可逆PWM 变换器的原理图
本次设计采用的PWM 变换器的开关频率f =2500Hz ，即失控时间
s T =0.4ms ，失控时间已经非常小，大大提高了系统的快速性，所以时间常数这么小的滞后环节可以近似看成是一个一阶惯性环节（其中s T =1T ），传递函数为
1
)(11
1+=s T K s W 5．电流调节器（ACR ）
按工程设计法选择典型I 型系统，PI 调节器。传递函数为 s
T s T K s W i i pi ACR 1
)(+= 6．转速调节器（ASR ）
按工程设计法选择典型I 型系统，选用PI 调节器。传递函数为 s
T s T K s W n n pn ASR 1
)(+= 7．位置调节器（AWR ）
按工程设计法和位置系统的校正，典型II 型系统，选用PID 调节器。传递函
数为 1
1
)(21++=s T s T K s W w w pw AWR
8．伺服电机（SM ）
基于本次设计的大功率随动系统选择永磁式直流伺服电机，即直流他励电动机，型号为Z2-21，铭牌参数，W P n 400=，v U n 110=，A I n 59.5=，
min 1000r n N =。伺服电机可视为一个二阶系统，分为两个传递函数,，一部分
为电机电枢近似成一阶惯性环节，传递函数为
()1
2
2+=
s T K s K l 一部分为传动装置近似为积分环节，传递函数为 s
T K s K m 3
3)(=
9．负载
负载就不做具体介绍，它也是系统是整个系统的被控位置对象，我们主要研究它的数学模型。传递函数近似为积分环节
s
P s W i
602)(?=
随动系统功率大，采用低转速的直流伺服电机，所以本设计取消减速器。 五、三环随动系统的数学模型的建立
三环随动系统结构图
六、三环随动系统的稳态参数计算
已知直流他励电动机，型号为Z2-21，铭牌参数，W P n 400=，v U n 110=，
A I n 59.5=，min 1000r n N =。电力电子变换器的增益201==K K s ，电压放大器的增益5=a K ，相敏整流器的放大系数由计算决定。自整角机的放大系数
)(50o bs v K =。
计算过程如下： 电动机的额定效率为
65.059
.5110400
=?==N N N N I U P η 电动机的电枢电阻为 Ω=-?=-=
4.359
.5110
)65.01(5.0)1(21N N N a I U R η 电动机的电动势系数为
1min 091.01000
4
.359.5110-?=?-=-=
r v n R I U C N a N N e
电动机的转矩系数为
A m N C C e m ?=?==
87.0091.055.930
π
位置随动系统的静态结构框图（未考虑校正装置）
七、三环随动系统电流调节器的设计
1．电流环结构图的简化
在图4-4中，在一般情况下，系统的电磁时间常数a T 远小于机电时间常数m T ，因此转速的变化往往比电流变化慢的多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即0≈?E 。这样在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，也就是说，可以暂且把反电动势的作用去掉，得到电流环的近似结构框图，可以证明，忽略反电动势对电流作用的近似条件是 l
a ci T T 1
3
≥ω 式中ci ω——电流环开环频率特性的截止频率。
由于1T 比m T 小的多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其
时间常数为 1T T i =∑
电流环简化的近似条件为
s
ci T 1
31≤ω
2．电流调节器的结构选择
首先考虑应把电流环校正成哪一类典型系统。从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，可以看出，采用I 型就够了。再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选择典型I 型系统。
如图4-6所示,为电流环的动态结构框图。图4-6表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I 型系统，显然采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成
s
T s T K s W i i pi ACR )
1()(+=
为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择
a i T T =
电流环的动态结构框图
则电流环的动态结构框图便成典型形式，其中
R
T K K K K i i
pi I 1=
绘出了校正后的开环对数幅频特性。上述结果是在假定条件下得到的，现将用过的假定条件归纳如下，以便具体设计时校验。
电力电子变换器纯滞后近似处理 1
31
T ci ≤
ω 忽略反电动势变化的动态影响 l
a ci T T 1
3
≥ω 电流环的小惯性群的近似处理 s
ci T 1
31≤
ω 如果实际系统要求的跟随性能指标不同，参数当然应作相应的改变。 3．电流调节器的参数计算
可以看出，电流调节器的参数是pi K 和i T 其中i T 已选定，待定的只有比例系数可根据所要的动态性能指标选取。在三环随动系统中，已知有20=s K ，
s T l 07.0=，s T m 2.4=，4.3=R ,电流反馈系数2=β。希望电流超调量%5≤i σ，可以使动态响应更快。
所以电流调节器的参数为07.0==l i T τ
所以有
17.166003
.05
.05.0-∑===
s T K i I 于是，ACR 的比例系数为 015.12
204
.33.07.1661=???==i i I i K K R T K K 4．校验的近似条件
已知电流环的截止频率17.166-==s K I ci ω 电力电子变换器纯滞后近似条件为
ci s T ω?≈?=3.333001
.03131
忽略反电动势变化的动态影响的近似条件为 ci m l T T ω?=??=53.52
.407.01313
电流环的小惯性群的近似处理的条件为
235002
.0001.01
31131=?=oi s T T ci ω?
所以计算出的电流调节器的传递函数为 s
T s T K s W i i i A C R )1()(+=
=()s s 07.0107.0015.1+
但有两个校验条件不满足，可知系统的参数需要整定。我们可以看出计算得到的电流调节器的比例系数与给定的一致但时间常数不一致。我们要通过仿真分析出两个电流环的不同。
八、三环随动系统转速调节器的设计
1．电流环的等效闭环传递函数
电流环经简化后可视作转速环的一个环节，我们可以求出它的闭环传递函数 11
1)(2++=
∑I
I i ci K s K T s W
忽略高次项， 可降阶近似为 11
1)(+≈
s K s W I
ci
近似条件为
i
I
cn T K ∑≤
31ω 式中cn ω——转速环的开环频率特性的截止频率。
接入转速环内，电流环等效的输入量为)(*s U i ，因此电流环在转速环中应等效为
111)
()
()(*
+≈=s K K K s W s U s I I
i
i ci i d 这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有较小时间常数I K 1的一阶惯性环节，这就表明，电流的闭环控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环控制的一个重要功能。
转速环的动态结构图
2．转速调节器的选择
在第三章已经提到，同直流双闭环系统的调节器选择不同，在电流和转速两个环之外还有位置环，所以转速环也应设计成典型I 型系统，选择PI 调节器。其传递函数为
s
s K s W n n n
A S R ττ1
)(+= 3．转速调节器参数的计算
此时的转速环可以等效为所示的结构图。
同样选择%10%?σ，可满足系统的快速响应，006.021==∑K T i ，016.0=m T 。所以有转速环的时间常数为 016.0==m n T T ,s T on 01.0= 195800072
.069
.01-∑====s T K i cn ni ω 按设计要求，选用PI 调节器
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为 08.0016.05=?==∑i n hT τ 转速开环增益为
()()
1
2246821-∑=+=s T h h K n
N 所以转速环的比例系数为
()=+=
∑n
m
e n RT h T C h K αβ21131.7
4.检验近似条件
转速截止频率为44.3708.04681=?===n N N cn K K τωω 电流环传递函数简化条件
=
∑i
I
T K 315.78003.07.16631=cn ω? 转速环小时间常数近似处理条件
cn on I T K ω?==9.4201
.07.1663131 所以经工程计算法得到的转速调节器的模型为 s
s K s W n n n
A S R ττ1
)(+==s s 08.0108.07.131+
计算后得到的转速调节器与给定转速调节器相比比例系数一样，但是时间常数不一样，同时不满足电流环简化的近似条件，我们也会在仿真中两套参数下的系统做出比较。
九、三环位置随动系统的MATLAB 仿真
给定参数的三环随动系统的结构图如图5-9所示
电流环传递函数的伯德图与奈奎斯特图
仪器仪表及自动控制设备控制系统管理 第二十一条控制系统主要包括集散控制系统（DCS）、紧急停车系统（ESD）、可编程控制器（PLC）、工业控制计算机系统（IPC）以及在先进过程控制（APC）和优化过程控制（OPC）系统中使用的上位计算机等。 第二十二条过程控制计算机系统选型原则 1、过程控制计算机系统的选型应以技术先进、经济合理、系统可靠为原则，并优先在中石化股份公司推荐的主流机型中选择； 2、选型时应考虑到公司机型的相对集中，新老系统的过渡配合，系统联网，以及性能价格比诸因素，在多方询价，择优选择的基础上，组织有关专家评审确定并按规定报批； 第二十三条过程控制计算机系统更新改造原则 1、过程控制计算机系统需要更新改造时，应由各使用单位主管部门组织有关部门及专家进行评审，作出鉴定意见后，按规定程序报批。 2、过程控制计算机系统凡符合下列条件之一，可考虑更新改造。 3、实际使用年限超过十年，系统老化，硬件故障频繁，影响安全生产。
4、机型早已淘汰，备品配件无来源。 5、软件版本落后，且无法升级，功能开发受阻，不适应生产发展的需要。 6、工艺改造需要更新。 7、过程控制计算机系统的报废手续应在新系统正常运行半年后办理。 第二十四条对已投入使用的控制系统，如果需要改变控制方案，或增加仪表回路，应办理审批手续。 第二十五条控制系统的日常维护 （一）系统点检制度 1、仪表车间(仪表保运单位)应加强对系统的日常维护检查，根据系统的配置情况，制定系统点检标准，并设计相应的点检表格。 2、系统点检应包括以下主要内容： A、主机设备的运行状态。 B、外围设备（包括打印机、拷贝机等）的投用情况和完好状况。 C、各机柜的风扇（包括内部风扇）运转状况。 D、机房、操作室的温度、湿度。 3、点检记录要字迹清楚、书写工整，并定期回收，妥善保管。 （二）系统周检制度
1、为什么说转矩控制是运动控制的根本？试用负载特性曲线比较恒转矩、恒功率和风 机、泵类负载的区别。 2、简]述直流PWM 变换器-电动机系统（直流斩波器）原理（画图说明）？ 3、试述晶闸管触发整流器为何有失控时间？频率为50Hz 情况下，三相半波整流器的平 均失控时间是多少？ 4、对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范 围越大吗？ 1、某调速系统，min /1500max 0r n =，min /150min 0r n =，额定负载时的速降min /15r n N =?，若不同转速下额定速降不变，则系统能达到的调速范围是多少？系统允许的静差率是多少？ 2、某闭环系统开环放大倍数是15时，额定负载下的速降是8r/min ；如果开环放大倍数是30时，速降是多少？同样静差率下，调速范围扩大多少？ 3、有一V-M 系统，电动机参数：额定功率2.2kW ，额定电压220V ，额定电流12.5A ，额定转速为1500r/min ，电枢电阻1.2Ω，整流装置内阻1.5Ω，触发整流环节放大倍数为35，要求系统满足调速范围D=20，静差率小于10%。若采用转速负反馈闭环系统，若主电路电感L=50mH ，系统的转动惯量1.6N.m 2，整流采用三相半波，试判断系统是否稳定？如要稳定，闭环系统的开环放大系数应调整为多少？ 4、旋转编码器光栅数为1024，倍频系数为4，高频时钟脉冲频率1MHz ，旋转编码器输出脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M 法和T 法测速时间均为0/01s ，求转速为1500r/min 和150r/min 时的测速分辨率和误差率最大值。 一个转速、电流双闭环调速系统。 已知：1）电动机：kW P N 555=，V U N 750=，A I N 760=，min /375r n N =，电动势系数r V C e min/82.1?=； 2）主回路总电阻Ω=14.0R ，允许电流过载倍数5.1=λ，触发整流环节放大倍数75=S K ，整流装置为三相桥式； 3）电磁时间常数s T l 031.0=，机电时间常数s T m 112.0=，电流反馈滤波时间常数s T oi 002.0=，转速反馈滤波时间常数s T on 02.0=，
自动控制系统管理 控制系统主要包括DCS控制系统、PLC可编程控制器、闭路控制计算机系统、汽车装车站以及在先进过程控制中使用的上位计算机等。 一、电仪工段应加强对系统的日常维护检查，根据责任区划分进行点检和定期维护。 二、系统周检发现的问题，应及时填写缺陷记录，并立刻组织人员处理解决。 三、由电仪工段专业人员按照实际进行备品备件储备，并定期对软件进行备份。 四、岗位操作人员必须认真执行操作规程，爱护机器设备,严禁任何人运行与系统无关的软件，计算机必须专人操作，严禁串用或随意调整,操作人员和其他非电脑维护人员不得更换
电脑硬件和软件，严禁使用来历不明的软件、光盘和其它有可能带来病毒的工具，严禁使用系统电脑进行上网。 五、工艺参数、联锁设定值的修改，要由生产部门提出申请或办理联锁工作票后（申请和工作票要由生产部审批），由电仪专业人员或厂家人员进行修改并做好记录。 六、非工作人员未经批准严禁进入控制室，控制室人员应按规定着装。进入控制室作业人员必须采取静电释放措施，消除人身所带的静电 七、控制室内严禁吸烟，严禁带入易燃易爆和有毒物品，不得在控制室吃东西，机柜上下不得堆放杂物。 八、控制室内必须经常清扫，消防、安全设施要齐全，并定期进行检查。 九、系统供电及接地系统必须符合标准，UPS电源是过程控制计算机系统的专用电源，室内的维修用电、吸尘器、电风扇、空调机用电及其他临时性用电一律不得接入计算机电源系统。
十、非专业人员不得私自运行其他与生产无关的操作。操作人员和其他非电脑维护人员不得私自退出监控系统，未经许可，任何人不得随便支用电脑设备。 十一、工控电脑是我公司生产控制和管理的核心，凡因个人原因所造成的事故，要严格追究其责任事故。
目录 1引言 (3) 1.1编写目的 (3) 1.2背景 (3) 1.3技术简介 (4) https://www.doczj.com/doc/bc10148507.html,简介 (4) 1.3.2SQL Server2008简介 (5) 1.3.3Visual Studio2010简介 (5) 1.4参考资料 (6) 2总体设计 (8) 2.1需求规定 (8) 2.2运行环境 (8) 2.3数据库设计 (8) 2.3.1数据库的需求分析 (9) 2.3.2数据流图的设计 (9) 2.3.3数据库连接机制 (10) 2.4结构 (11) 2.5功能需求与程序的关系 (11) 3接口设计 (12) 3.1用户接口 (12) 3.2外部接口............................................................................................错误！未定义书签。 3.3内部接口............................................................................................错误！未定义书签。4运行设计.....................................错误！未定义书签。 4.1运行模块组合....................................................................................错误！未定义书签。 4.2运行控制............................................................................................错误！未定义书签。 4.3运行时间............................................................................................错误！未定义书签。5测试 (13)
仪器仪表自动控制系统及安全联锁系统的 安全生产管理制度（试行) 一、目的 为加强公司仪器仪表、自动控制系统、安全联锁系统（以下简称“仪表设备”）的管 理工作,提高仪表设备管理水平,保障仪表设备安全经济运行，确保生产平稳运行，依据国 家有关法律、法规和公司生产实际制定本制度。 二、范围: 1)、本制度适用于公司内部。 2）、本制度所称仪表设备是指在生产过程中所使用的各类检测仪表、自动控制监视仪表、执行器、过程控制计算机系统、分析仪器仪表、可燃（有毒)气体检测报警器及其辅助单元等. 3)、仪表设备管理的主要目标是对仪表设备从规划、设计、选型、购置、安装、使用、维护、修理、改造、更新直至报废的全过程进行科学的管理，使仪表设备处于良好的技术状态. 4)、本制度规定了安全联锁系统投运与摘除的具体要求. ５)、本制度规定了仪器仪表、自动控制系统及安全联锁系统的检修和维护保养的相关要求。 6)、本制度规定了仪器仪表、自动控制系统及安全联锁系统的管理和仪表部门日常维护的相关要求。 三、管理机构与职责范围 1)、仪表设备由制造部仪表负责归口管理。 2)、在线分析仪表由质量技术部负责归口管理。 3）、制造部仪表职责: (一)贯彻执行国家有关仪表设备管理工作的方针、政策和法规,以及公司有关的仪表设备管理工作的要求。 (二)组织制定和修订公司仪表设备管理制度、规程、标准和规定. (三)检查落实本部门执行仪表设备管理制度的情况. (四）参与新建装置、重大更新和技术改造等项目中仪表设备的规划、设计选型等前期管理工作． (五)负责审查仪表设备零购、更新、报废及检修计划。 （六)负责审核仪表设备的检修项目及方案,参与重要仪表项目验收工作. （七)负责组织仪表设备新产品、新材料、新技术的交流及先进管理经验的交流及推广应用。 （八）组织公司重大仪表设备事故调查与分析。
1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。
第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。
城市轨道交通列车自动控制系统简介 、前言 随着城市现代化的发展，城市规模的不断扩大，城市轨道交通的发展已成为解决现代城市交通拥挤的有效手段，其最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全正点。城市轨道交通列车自动控制系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。 二、列车自动控制系统的组成 列车自动控制（ATC系统由列车自动防护系统（ATP、列车自动驾驶系统（ATO和列车自动监控系统（ATS三个子系统组成。 一列车自动防护( ATP-Automatic Train Protection 系统 列车自动控制系统中的ATP的子系统通过列车检测、列车间 隔控制和联锁（联锁设备可以是独立的，有的生产厂商的系统也可以包含在ATP系统中）控制等实现对列车相撞、超速和其他危险行为的防护。 二列车自动驾驶系统 ( AT0?CAutomatic Train Operation 列车自动驾驶子系统（ATO与ATP系统相互配合，负责车 站之间的列车自动运行和自动停车，实现列车的自动牵引、制动 等功能。ATP轨旁设备负责列车间隔控制和报文生成；通过轨道
电路或者无线通信向列车传输速度控制信息。ATP与ATO车载系 统负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。 三）自动监控（ATS-Automatic Train Super -vision ）系统 列车自动监控子系统负责监督列车、自动调整列车运行以保证时刻表的准确，提供调整服务的数据以尽可能减小列车未正点运行造成的不便。自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥， 并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC 控制中心）内的设备实现。 三、列车自动控制系统原理 一）列车自动防护（ATP） ATP是整个ATC系统的基础。列车自动防护系统（ATP亦 称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定的运行速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。 ATP通过轨道电路或者无线GPS系统检测列车实际运行位 置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。防止列车超速和越过禁止信号机等功能。 按工作原理不同，ATP子系统可分为“车上实时计算允许速
自动控制系统 一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上(√)；反之标上(╳)。 1、抑制定理告诉我们：对于反馈环内的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。对于反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力( ) 2、如果两个控制系统的控制方程组完全相同，那么这两个控制系统的运行轨迹和转步信号就完全相同。( ) 3、在一个至少有6个偶数结点的联通域内，如果结点总数有9个，那么机器人就能不重复的走遍该联通域内的每一条支路。( ) 4、纯电压负反馈调速系统是一个自然稳定性系统。( ) 5、在Simulink仿真模型中，无论何种组合都应该有输出显示模块。( ) 6、在Simulink仿真模型中，改变示波器的采样时间可以控制实际用时的快慢。( ) 7、使用封装技术可以将子系统“包装”成有自己的图标和参数设置对话窗口的一个单独的模块。( ) 8、无静差调速系统的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。( ) 9、如果PWM变换器的电压输出波形只有一种极性，那么该PWM直流调速系统一定是由不可逆PWM变换器构成。( ) 10、可逆调速系统一定用于生产工艺要求电动机可逆运行的场合。 ( ) 11、对新购调速器需要先进行参数自动优化然后才能进行调速器的软件组态。 ( ) 12、自动控制系统中环的个数会受到状态变量的多少、生产工艺要求的限制。( ) 13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，控制系统的失控时间也就越短。( ) 14、反并联可逆转速、电流双闭环调速系统能解决最优时间起、制动的问题。 ( ) 15、带电压内环的三环调速系统性能与带电流微分负反馈的三环调速系统性能作用基本相同。( ) 16、在双闭环不可逆调速系统中，如果实现无转速超调只能采用增加转速微分负反馈的方案来解决。( ) 17、在不可逆调速系统中不会发生本桥逆变现象。( ) 18、如何准确、迅速的显示与控制系统的状态变量是HMI研究的主要问题。( )
污水处理厂自控系统工艺介绍 污水处理厂位于市区或市郊，出水排入河流，水质达到国家一级排放标准。 工程采用水解－AICS处理工艺。其具体流程为：污水首先分别经过粗格栅去除粗大杂物，接着污水进入泵房及集水井，经泵提升后流经细格栅和沉砂池，然后进入水解池，。水解池出水自流入AICS进行好氧处理，出水达标提升排入河流。AICS反应器为改进SBR的一种。其工艺流程如下图1所示：矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 污水处理厂自控系统设计的原则 从污水处理厂的工艺流程可以看出，主要工艺AICS反应器是改进SBR的一种，需要周期运行，AICS反应器的进水方向调整、厌氧好氧状态交替、沉淀反应状态轮换都有电动设备支持，大量的电动设备的开关都需要自控系统来完成，因此自控系统对整个周期的正确运行操作至关重要。而且好氧系统作为整个污水处理工艺能量消耗的大户，它的自控系统优化程度越高，整个污水处理工艺的运行费用也会越低，这也说明了自控系统在整个处理工艺中的重要性。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 为了保证污水厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时提高污水厂的现代化生产管理水平，在充分考虑本污水处理工艺特性的基础上，将建设现代化污水处理厂的理念融入到自控系统设计当中，本自控系统设计遵循以下原则：先进合理、安全可靠、经济实惠、开放灵活。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
自控系统的构建 污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号采集控制和人机界面（监控）设备三部分组成。自控系统的构建主要是指三部分系统形式和设备的选择。本执行机构主要是根据工艺的要求由工艺专业确定，预留自控系统的接口，仪表的选择将在后面的部分进行描述。信号采集控制部分主要包括基本控制系统的选择以及系统确定后控制设备和必须通讯网络的选择。人机界面主要是指中控室和现场值班室监视设备的选择。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1、基本系统的选择 目前用于污水处理厂自控系统的基本形式主要有三种DCS系统、现场总线系统和基于PC控制的系统。从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS系统和现场总线系统一般适用于控制点比较多而且厂区规模比较大的系统，基于PC的控制则用于小型而且控制点比较集中的控制系统。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 基于PC的控制系统属于高度集成的控制系统，其人机界面和信号采集控制可能都处于同一个机器内，受机器性能和容量的限制，本工程厂区比较大，控制点较多，因此采用基于PC的控制系统是不太合适的。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
神华宁煤集团煤炭化学工业分公司 自动化控制系统管理规定 第一章总则 第一条为了规范神华宁煤集团煤炭化学工业分公司（以下简称“公司”）自动化控制系统的管理，确保自动化控制系统安全经济运行，依据国家相关法律、法规和《神华集团公司煤制油化工仪表及自动化控制设备管理办法》，制定本规定。 第二条本规定明确了自动化控制系统的管理、维护、运行和安全注意事项、自动化控制系统备品备件及UPS的管理、自动化控制系统点检的内容以及外委检修、点检的批准。 第三条各单位应加强自动化控制系统的管理，保证自动化控制系统在安全平稳状态下运行。 第四条各单位应积极采用国内外先进的自动化控制系统管理方法和检维修技术，不断提高工业自动化控制系统管理水平。 第五条本规定适用于公司及所属各单位集散控制系统（DCS）、安全仪表系统（SIS、ESD）、可编程控制器（PLC）以及在先进过程控制（APC）和优化过程控制（OPC）系统中使用的上位计算机等的管理。 第二章管理职责 第六条公司机械动力部职责：
(一)对各单位自动化控制系统硬件、软件管理、自动化控制系统运行管理及点检工作的情况进行监督检查； (二)自动化控制系统外委检修、点检的审批，承包方选择 及点检、检修的组织工作。 第七条各单位职责： (一)自动化控制系统硬件管理及日常检查、维护、保养工作； (二)自动化控制系统软件程序、网络文件管理，软件及相关数据修定管理； (三)UPS电源及网络机房管理； (四)自动化控制系统运行管理； (五)自动化控制系统备品备件的管理； (六)自动化控制系统档案的管理； (七)自动化控制系统的点检管理。 第三章自动化控制系统的硬件管理 第八条各单位仪表维护单位应按装置建立自动化控制系统软、硬件设备档案及台帐，档案、台帐应实行微机管理。台帐应说明名称、型号、规格、数量、用途、制造厂、出厂日期等。档案对单台设备而言，其内容包括应用装置和投用时间、通讯速度、安装地点、运行情况、发生的故障、原因、处理和检修经过及结果等。 第九条各单位维护单位根据不同的自动化控制系统各自特点，做好自动化控制系统定期检查、维护、保养及紧急故障处理等
习题1自动控制系统 1.自动控制系统按其基本结构有可分为几类？其闭环控制系统中按其设定值的不同又可 分为几类？简述每种形式的基本含义。 2.自动控制系统主要有哪些环节组成？ 3.何为简单控制系统？试画出简单控制系统的方块图。 4.衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？ 5.图2-36所示，是某温度控制系统的记录以上画出的曲线图，试写出最大偏差衰减比余差 振荡周期，如果工艺上要求控制温度为（40±2）℃，那么该控制系统能否满足工艺要求? 解答： 1.自动控制系按其基本结构可分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统中按其设定值的不同又可分为： 1)定值控制系统 定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。其作用是克服扰动对被控变量的影响；使被控变量回到设定值附近。 2)随动控制系统 随动控制系统的设定值是不断不变的，其作用是使被控变量能够尽快地、准确到跟踪设定值的变化。 3)程序控制系统 程序控制系统的设定值也是不断不变的，但它是由一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。 2. 自动控制系统主要有被控对象、检测变送器、比较机构、控制器、执行器等组成。 3. 所谓简单控制系统是指只有一个被控对象，一个检测变送器，一个控制器，一个执行器
所构成的单闭环控制系统，它的典型方块图如下所示： 4. 衰减振荡过程的品质指标有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期等其各自的含义是： 最大偏差：指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。 衰减比：指过渡过程曲线上同方向第一个和第二个峰值之比。 余差：过渡过程终了时，稳态值与设定值之差。 过渡时间：是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳态回到新稳态所经历的最短时间。 振荡周期：过渡过程同向两波峰或波谷间的间隔时间。 5.从过渡曲线可以看出最大偏差A=45-40=5； 衰减比n=(45-41)/(42-41)=4 ：1； 余差C=41-40=1； 过渡时间：由题意被控变量进入新稳态值的±2%，就可以认为过渡过程结束，那么限制范围应是41*±2%=±0.82℃，由图可以看出过渡时间为23min. 振荡周期T=18-5=13min 该控制系统能满足控制温度为（40±2）℃的工艺要求。
1.1 自动控制系统的组成 自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。为对自动控制有一个更加清晰的了解，下面对人工操作与自动控制作一个对比与分析。 图1-1所示是一个液体贮槽，在生产中常 用来作为一般的中间容器或成品罐。从前一个 工序出来的物料连续不断地流入槽中，而槽中 的液体又送至下一工序进行加工或包装。当流 入量Q i(或流出量Q0) 波动，严重时会溢出或抽空。解决这个问题的 最简单办法，是以贮槽液位为操作指标，以改 变出口阀门开度为控制手段，如图1-1所示。 当液位上升时，将出口阀门开度开大，液位上 则关小出口阀门，液位下降越多，阀门关得越 小。为了使液位上升和下降都有足够的余地，选择玻璃管液位计指示值中间的某一点为正常工作时的液位高度，通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上，这样就不会出贮槽中液位过高而溢出槽外，或使贮槽内液位抽空而发生事故的现象。归纳起来，操作人员所进行的工作有以下三个方面。 ①检测用眼睛观察玻璃管液位计（测量元件）中液位的高低。 ②运算、命令大脑根据眼睛所看到的液位高度，与要求的液位值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令。 ③执行根据大脑发出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变出口流量Q0，从而使液位保持在所需要高度上。 眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算/决策和执行三个任务，来完成测量偏差、操纵阀门以纠正偏差的全过程。 若采用一套自动控制装置来取代上述人工操作，就称为液位自动控制。自动 下面结合图1-2的例子介绍几个常 用术语。 ①被控对象需要实现控制的 简称对象，如图1-2中的液体贮槽。 ②被控变量对象内要求保
宁煤集团煤炭化学工业分公司 自动化控制系统管理规定 第一章总则 第一条为了规宁煤集团煤炭化学工业分公司（以下简 称“公司”）自动化控制系统的管理，确保自动化控制系统安全经济运行，依据国家相关法律、法规和《集团公司煤制油化工仪表及自动化控制设备管理办法》，制定本规定。 第二条本规定明确了自动化控制系统的管理、维护、运行和安全注意事项、自动化控制系统备品备件及UPS的管理、自动化控制系统点检的容以及外委检修、点检的批准。 第三条各单位应加强自动化控制系统的管理，保证自动化控制系统在安全平稳状态下运行。 第四条各单位应积极采用国外先进的自动化控制系统管理 方法和检维修技术，不断提高工业自动化控制系统管理水平。 第五条本规定适用于公司及所属各单位集散控制系统（DCS）、安全仪表系统（SIS、ESD）、可编程控制器（PLC）以及在先进过程控制（APC）和优化过程控制（OPC）系统中使用的上位计算机等的管理。 第二章管理职责 第六条公司机械动力部职责：
(一)对各单位自动化控制系统硬件、软件管理、自动化控制系统运行管理及点检工作的情况进行监督检查； (二)自动化控制系统外委检修、点检的审批，承包方选择 及点检、检修的组织工作。 第七条各单位职责： (一)自动化控制系统硬件管理及日常检查、维护、保养工作； (二)自动化控制系统软件程序、网络文件管理，软件及相关数据修定管理； (三)UPS电源及网络机房管理； (四)自动化控制系统运行管理； (五)自动化控制系统备品备件的管理； (六)自动化控制系统档案的管理； (七)自动化控制系统的点检管理。 第三章自动化控制系统的硬件管理 第八条各单位仪表维护单位应按装置建立自动化控制系统软、硬件设备档案及台帐，档案、台帐应实行微机管理。台帐应说明名称、型号、规格、数量、用途、制造厂、出厂日期等。档案对单台设备而言，其容包括应用装置和投用时间、通讯速度、安装地点、运行情况、发生的故障、原因、处理和检修经过及结果等。 第九条各单位维护单位根据不同的自动化控制系统各自特点，做好自动化控制系统定期检查、维护、保养及紧急故障处理等
《自动控制原理》习题解答
第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大
门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动 机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。
自动控制系统简介 一、自动控制系统的组成 1、看以下框图 2、被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程成为对象，如下塔、主冷、空冷塔、粗氩冷凝器。 3、被控变量：对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控变量。如下塔液空液位、空冷塔液位、粗氩冷凝器液位。 4、控制变量（操作变量）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量。如由下塔进入上塔经过液空节流阀（LV1）的液空。 5、干扰：除控制变量外作用于对象并能引起被控变量变化的一切因素。比如进下塔空气量改变，影响液空产量，对下塔液空液位有影响。 6、给定值：工艺规定被控变量要保持的数值。 7、偏差：设定值与测量值之差。 8、控制器：对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差，并根据一定的规律进行运算（PID运算），并输出控制信号给执行器。 9、检测与变送装置：它测量被控变量，并将被控变量转换为特定的信号送给控制器的比较环节。 10、执行器：它根据控制器送来的信号相应地改变控制变量，以达到控制被控变量的目的。如LV1根据控制器送来的信号，可以改变进入上塔的液空量（操作变
量），从而控制了被控变量下塔液空液位。 11、正作用环节：输出信号随输入信号增加而增加的环节称为正作用，输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节。 12、执行器、变送器、被控对象三个环节组成广义对象，当广义对象为正作用时，控制器为反作用特性。 13、选择控制器的正反作用： 13.1判断被控对象的正反作用方向。当控制变量增加时，被控对象的输出（被控变量）也增加，控制变量减小时，被控对象的输出（被控变量）也减小，则被控对象为正作用方向。如果被控变量与控制变量的变化方向相反，则被控对象为反作用方向。 13.2确定执行器的正、反作用方向。气开阀为正作用，气闭阀为反作用。执行器气开、气闭是根据工艺安全角度考虑。 13.3确定广义对象的正、反作用，一般变送器为正作用，只需根据被控对象和执行器的作用方向判断广义对象的作用方向，这两个环节同向，则广义对象为正作用，反之为反作用。 13.4确定控制器的正反作用。若广义对象为正作用方向，则控制器为反作用方向，若广义对象为反作用方向，则控制器为正作用方向。 14、自动控制系统运行的基本要求：要实现自动控制，系统必须闭环。闭环控制系统的稳定运行最基本的必要条件是负反馈。系统要构成负反馈，则广义对象为正作用特性时，控制器为反作用特性；当广义对象为反作用特性时，则控制器为正作用特性。被控对象与执行器的特性由实际的现场工艺条件确定，所以应通过控制器的正反作用特性来满足系统的负反馈要求。 二、过程参数的检测 1、一个检测系统主要由被测对象、传感器、变送器和显示装置等部分组成。对某一个具体的检测系统而言，被测对象、检测元件和显示装置部分总是必需的。 2、传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、频率等。 3、变送器是把传感器的输出转换为4～20mA的标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字信号的检测仪表。
仪表自动控制系统安全管理制度 一、总则 1、为加强仪表及自控系统管理工作，保障仪表及自控系统安全运行，依据国家法律、法规及相关制度，特制定本制度。 2、本规定适用于煤制甲醇分公司仪器、仪表的管理。 3、仪表及自动控制系统是指在生产过程中所使用的各类检测仪表、控制监视仪表、计量仪表、过程控制计算机系统、过程控制系统、安全仪表系统、在线分析仪表、可燃气及有毒气体检测报警仪表、执行器、工业视频监视系统、火灾报警监测系统、化验分析仪器及其附属单元等。 二、管理职责 1、生产技术部和电仪车间依据其职责，全面管理公司仪表及自控系统工作，指导各工艺车间不断改进和加强仪表及自控系统管理工作，提高仪表及自控系统技术和管理水平。 2、仪表及自动控制系统管理职责 （1）负责贯彻上级部门仪表及自动控制系统管理的有关规定、制度，组织制定仪表及自动控制系统管理制度、发展规划和实施细则，并监督执行。 （2）负责编制和审批仪表及自动控制系统年度大修、更新及日常检修计划，并组织实施。 （3）负责组织仪表及自动控制系统故障分析和处理，制定
防范措施，提高仪表及自动控制系统保障能力。 （4）掌握仪表及自动控制系统的运行情况，每年定期组织对仪表及自动控制系统管理工作的检查及考核，保证装置仪表及自动控制系统的完好。 （5）组织基建、技改、技措、安措、环措等项目中仪表及自动控制系统选型、设计方案审查、签订技术协议和竣工验收工作。 三、基础管理 1、应建立如下仪表及自动控制系统管理制度： （1）仪表及自动控制系统管理安全岗位责任制度。 （2）仪表及自动控制系统管理岗位巡检制度。 （3）仪表及自动控制系统管理维护保养制度。 （4）仪表及自动控制系统管理岗位交接班制度。 （5）根据实际情况编制其他管理制度。 2、应建立仪表及自动控制系统管理档案，包括： （1）工程竣工资料（装置整套仪表及自动控制设计图纸等）。 （2）仪表及自动控制系统购置技术协议。 （3）仪表及自动控制系统供货商随机成套资料。 （4）装置仪表及自动控制系统台账和档案资料。 （5）仪表及自动控制系统检维修作业规程。 （6）仪表及自动控制系统及其附件检修校验单。
1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，和希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端和输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~ 4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7.自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标
衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值和设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量和输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量和输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量和输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性 滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性 11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。 绝对误差=X-X0=测量-标准 引用误差=（绝对误差/量程）*100% 最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A% 允许误差（允许最大引用误差） 灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入
XXXXXX有限公司供热管网自动控制系统方案 同方股份有限公司 2010年6月
目录 1 大滞后控制对象自动化系统要点分析 (2) 2 分时、分温、分区供暖自动控制模式 (2) 3 供暖节能自动控制系统的构成 (2) 3.1 供热自动控制系统总体架构 (2) 3.2 节能自控系统的组成 (3) 3.3 监控中心的主要功能 (5) 3.3.1 设备配置 (5) 3.3.2 监控管理软件 (5) 3.3.3 监控管理主机 (12) 3.3.4 系统组态功能 (13) 3.3.5 人机界面的特点 (14) 3.4 各换热站的设备功能 (14) 3.4.1 数据采集 (15) 3.4.2 DDC智能控制器 (15) 3.4.3 触摸式操作显示屏 (15) 3.4.4 GPRS无线数据传输器 (16) 3.5 供暖节能自动控制系统的设备配置 (16) 4 节能自动控制系统拟选设备简介 (18) 4.1 DDC智能控制器 (18) 4.2 一体化彩色液晶触摸屏（工控机） (19) 4.3 GPRS无线数据传输器 (19) 5 热网监控系统解决的问题和产生的效益 (20)
XXXXXX有限公司供热管网自动控制系统方案 供热节能主要包括热源厂节能、供热管网系统节能和用热系统节能三大部分，要做到合理供暖，杜绝浪费，首先要解决这三大部分的热能供需匹配问题。也就是说：保持能耗的动态跟踪，控制热能供需平衡，从而实现节省燃煤（或燃气），节省热能、电能，节省与此相关的人力、物力、场地和运输费用。因此，按需供暖、减少或杜绝热能浪费，是最有效的节能手段，这是首要问题。其次，在保证热源厂供热总量的前题下，解决如何提高热效，实现节能的问题。 本方案从供热管网系统和用热系统的能耗的动态跟踪与节能自动控制着手，本着投资少，见效快，收益大的原则，结合各换热站设施和供热用途等实际情况，充分利用换热站原有的温度、压力传感设备和控制设备，改装水泵电机变频器的控制线路，加装DDC智能控制单元，通过自动控制软件设定的节能程序，根据用热需求量的变化，控制供热管道阀门开度、控制水泵转速，变人工主观控制为节能自动控制，变全热全程供暖为分时分温按需供暖，并逐步实现全管网的智能化控制。节能自动控制系统方案按以下几个部分加以说明： ●大滞后控制对象自动化系统要点分析 ●分时、分温、分区供暖的自动控制模式 ●供暖节能自动控制系统的构成 ●节能效益分析 ●系统拟选设备简介