机电一体化系统的自动化控制与智能化研究

关于机电一体化自动控制系统的研究　

李青文　哈尔滨市万博电子有限公司　黑龙江哈尔滨１　５００３６　

【摘要】文章通过介绍电气综合自动化系统的功能，讨论了目前电气自动化控制系统的设计思想，展望了将来电气自动化控制系统的发展趋势。　智能化水平的提高使得对现场设备状况的精确掌握成为可能，通讯技术的发展则为大容量的数据传输提供了平台。在工业自动化领域，基于Ｐｃ的　控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的采纳。　【关键词】建筑钢结构设计工程造价控制　中图分类号：ＴＰ２７１文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—４０６７（２０１４）１０—７２—０ｌ　

近年来，电气自动化控制系统在生活中应用越加广泛，方便生活的　

同时也使得智能化水平不断提高，能够更加精准的控制仪器设备，并且　

大容量信息数据传输的实现，也可以依托在不断发展的通讯技术上。可　

见，电气自动化控制系统在生活中的巨大作用。在现代制造、航天飞行、　

医学研究以及交通等领域电气自动化控制系统都得到广泛应用，而随着　

新领域的开发，电气自动化不断地融合进新的因素，诸如智能化系统和　

大容量的信息输送系统。进一步提高我国在电气自动化领域的科技水平，　

影响巨大。　

一、电气自动化控制系统的功能　

根据单元机组的运行和电气控制的特点，发电机变压器厂用电源等　

电气系统的控制都纳入ＥＣＳ监控。其基本功能为：　

１、发变组出口断路器和隔离开关的控制及操作。发变组保护、厂高　

变保护控制，２２０ｋＶ／５００ｋＶ断路器、隔离开关的控制及操作。　

２、自动控制功能。高压电流开关设备一般都采用操作系统来控制分　

合闸，特别是对于开关自动切断电路，需要有完整的自动控制的电气操　

作设备，实现对对机电设备的发变组保护、厂高变保护、励磁变压器保　

护控制。　

３、发电机励磁系统。包括监视、投退、手动启动、灭磁操作，控制　

方式切换，增磁操作等。　

４、测量功能。灯光只能定性地表明设备的工作状态，如果想测定电　

气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，在设备操作与监视当　

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化工自动化仪表及控制系统智能化的研究

作者：周闯

来源：《科技风》2020年第10期

摘 要：在我国工业行业当中，化工生产非常的重要，其中对于化工仪表的使用效果能够决定化工生产的整体质量，因此一定要引起相关工作者的高度重视。而由于化工生产技术的提升，使得化工仪表实现了自动化。若想确保对其的使用效果，那么就要做好完善的控制工作。下面我们就来具体的讨论一下相关的话题。

关键词：化工生产;现代化工仪表;自动化控制

由于科技水平的提升，使得化工设备得到了完善。在进行化工生产期间采用化工仪表，主要的作用在于对化工生产做好测量和控制，这样就可以确保化工生产的准确度。而如果能够合理的应用自动化仪表，那么则能够提升化工生产自动化控制的效果，从而就能够提升化工生产的整体质量。

一、化工仪表及自动化系统的发展

传统的化工生产仪表数量并不多，使用起来也比较简便，大多是通过工作者的经验，以人为操控的方式来进行。在上世纪40年代的时候，研发出了基地式仪表和继电器控制方式的控制系统。而由于电学、自动化得到了很大幅度的提升，以及全新材料、处理器的出现，到了上世纪80年代以后，PLC、DCS等控制系统获得了普遍的使用。当前国内也正在采用全新的化工装备技术，并且测量控制仪表和DCS控制系统已经在我国获得了很好的推广效果。

由于化工生产经常会产生高温、高压的情况，并且化学反应以瞬间反应为主，所以极有可能出现生产意外。而在采用自动化仪表，并采取了相关的控制系统技术以后，则很好的改善了以上的问题。利用检测仪表能够得到工艺物料的操作工况特性参数，然后再采用相关处理器进行逻辑计算，最后在对控制阀门进行变频控制，就能够确保工艺装备里的工艺物理量达到规定的要求。

进入到新世纪以后，化工行业达到了综合化、产品精准化的效果。生产装置也得到了進一步的提升，不过如果出现事故那么所导致的后果也会非常的严重。大规模的装置具有非常多的控制点，工艺流程也非常繁琐、控制精度所能够达到的准确度是传统化工设备所无法比拟的。同时，DCS系统在功能、性能等方面也得到了完善，从刚开始只能进行工业控制，升级到了向下扩展到现场的智能化测量仪表、执行机构，从上扩充到了生产信息管理的企业全面解决方案。

燃机电厂控制系统一体化研究

重型燃气轮机联合循环电厂全厂控制系统由于包含燃机、汽机、余热锅炉等多个控制系统，结构比较复杂。本文对燃气轮机联合循环电厂控制系统的控制特点和现状进行了介绍，并对燃气轮机联合循环电厂控制系统的软硬件一体化优劣势进行了比较。为联合循环发电厂控制一体化的设计及实现提供了可借鉴的经验。

标签：燃气轮机联合循环电厂；控制系统；一体化

0 引言

燃气轮机联合循环电厂具有效率高、启动快等优点，并且是一种使用清洁能源的电厂。近年来，由于国家能源政策调整和对节能环保的进一步重视，重型燃气轮机必将在国内得到长足的发展。

联合循环电厂的核心是燃气—蒸汽联合循环发电机组，充分发挥联合循环发电机组的特性，迅速响应负荷变化，要求联合循环发电机组的控制系统具有较高的可靠性和适应性。联合循环电厂的控制系统可以比作电厂的大脑，对于电厂的高效、稳定运行起着至关重要的作用。本文将对燃气轮机联合循环电厂的控制系统的现状进行描述，并对控制系统的一体化和飞一体化的方案进行技术经济对比。

1 目前国内燃机市场概况及控制系统现状

国家“十五”期间，经过3次捆绑招标引进美国通用电气、德国西门子、日本三菱3种F级重型单轴燃气轮机54套，总装机超过20000MW。我国三大动力集团投入重要力量研制高科技含量的9F系列燃气轮机，哈尔滨动力集团与美国通用电气（GE）组成联合体生产109FA机型；东方电气集团和日本三菱组成联合体生产M701F机型；上海电气集团和德国西门子成联合体生产V94.3A机型。

燃机联合循环控制系统，各主机厂家均未对其核心技术进行转让。例如：GE公司F级燃机设备电站，燃机本体控制系统（TCS）均采用GE公司MARK VI。这是因为燃机控制系统（TCS）较为复杂，对控制系统的软件和硬件可靠性要求非常高，而国外燃机公司出于技术的保密性和商业运营的需要，未将其控制系统的核心技术转让给其他控制厂家。这意味着购买燃机必须配套采购其公司的对应的控制系统。

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2015年17期 179 机电一体化系统中关于机电控制的研究 刘文亮 龙 浩 特诺恩工业技术（北京）有限公司，北京 300459 摘要：机电一体化通俗上来讲即将电子技术应用于传播控制、信息生成与流通，能源组织等，从构成上来说即是将电子技术和机械相融合，让二者的优势共同促进共同发展，变成统一体。科技水平进一步提高以来，机电一体化作为一门新型的学科，其将各种自动控制技术、电力电子技术以及接口技术和机械技术等群体技术集于一体，使得系统工程技术高质、低耗、多用及可靠的特定价值得以实现。基于此，针对机电一体化系统中电机的控制与保护展开了讨论。 关键词：机电一体化；电机控制 中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）17-0180-01 1 硬件控制与相关工作原理分析 （1）机电一体化智能执行机构主要分为智能控制部分以及智能执行驱动部分两种，而我们通常所说的控制部分主要包括单片机、IPM逆变器、输入输出通道和整流模块以及报警电路等，而智能执行驱动部分主要是由三相伺报电机结构以及位置传感器结构二者共同构成。 （2）被检测逆变模块中的电压位置信号以及三相输出电流会被相关程序转换，并在此过程中传送相应单片机上。而单片机则是用过8255控制PWM波发生器的，通过其中的光电耦合被逆变模块IPM所应用，这样就在一定程度上实现了阀位控制工作以及电机变频调速工作等。需要注意的是，在逆变模块进行正常工作的过程中，380V电源调整模式会将其所需直流电压信号进行全桥整流。 （3）双环控制技术是进行机电一体化电机控制工作中的主要技术，其内环和外环分别为速度环和位置环。我们需要了解的是，速度环的主要工作任务是将基础速度与设定速度进行相互比较，之后通过对PWM波发生器的载波频率的变换实现机电一体化电机自动转速调节，此时的速度调节器是以模糊神经网络控制算法为主要计算手段的。而外环中的相应速度设定则主要是根据其当前所处位置来完成并在此基础上形成内环设定值的。因为流量阀减速和流量阀匀速以及流量阀加速是其机构运行中的三个主要运行阶段，此时每个阶段中的运行时间和运行加速度以及特定位置特定运行的频率也有所不同，速度给定发生器的主要工作原理就是当实际阀位与相关给定阀位不等时，其会以恒定加速度为主要加速手段，此时的减速点会根据相关阀位值和阀位给定值以及当前速度这三者的大小来进行计算并得出具体数值。 （4）阀门柔性开关以及阀位极限位置判定是我们在执行机构是所要考虑的两项主要技术因素，阀门柔性开关的主要功能是当阀门开关的过程中保证阀门不受损伤，正确的做法是，我们应该运用微处理器对变频器输出电压和变频器输出电流进行相对精准的计算，并在计算的过程中得出输出力矩，在得出力矩信息后自动调节速度以防止阀门撞击。阀门全开位置以及阀门全关位置就是阀门的极限位置，传统执行机构中阀位监测在监测的过程中容易出现阀门松动，我们应运用单片机将两次监测信号进行具体对比，并在确认已达到正确阀门极限位置的同时切断异步供电电源。 2 机电一体化中的电机控制与保护 电机控制与保护针对的是机电相关设施的维护和保养。它是机电事业强大的后盾和不能忽略的组成部分，它的开发使用是时代发展的需要也是各国政府大力提倡和推进的一项措施。它的节省能耗的优点使其在各个领域都能发挥作用，并成为经济发展必须考虑必须重视的重要环节，对它的倡导和规划符合国情和民生需要，也是我国事业国际化的一项推进因素。 2.1 电机控制保护装置存在的缺陷 其实现阶段在电机控制保护装置中，各种非期待的状况都有待处理。比如井下电机控制保护设备中，鼠笼式异步电机的故障率就比较高，占整个电机设备总故障率的一半以上，所以对于井下电机控制而言，可靠的控制保护装置是保证矿井安全生产的重要因素之一。电机设备研究人员希望通过长期的调查和试验找到保护电机保护技术前景何在，得到以下结论：第一，设计之初便要考虑日后的维护保护工作，提前做好计划安排，从头到尾进行统筹规划。第二，拓展设备养护问题胡思路，创新保护装置，使其发展规模发展思路更加多样。第三，转变管理观察方式方法，在设备运行过程中根据实际情况一切以更好更快为目标，及时将出现的问题处理完， 2.2 电机保护控制装置发展趋势及前景 电机控制保护现状是缺乏思路创新和科技创新，近几年针对这些问题提出一些新的理论方法，期望推进该事业的进一步发展。通过仿真计算和故障建模，并引入突破量、相位量、谐波份量、阻抗量、序份量等多种对电机故障敏感的检测量进行数据分析，并作相应判断和分析，把这些工作量提前做好的话，不但可以大大提高保护控制装置的精度和灵感度，还可以为以后的理论研究提供依据，为今后的突破进展提供依据。新技术的应用与开发（例如在线监测保护控制装置的应用等）也是电机控制保护装置的一个重要方面。利用新的技术产品（例如高频电磁波、位移、振动、红线、机械、电、热、光、声等）和理论对电机的运行进行实时监测，然后根据各种装置输出的信息通过计算机进行判断，把反射的数据进行分类，通过科学的分析和比对确定故障类型和严重程度，最后再采取相应的补救措施等，这样不仅能实现以上各种电机保护控制功能，更重要的是能在故障之前发出预警，达到提前防止故障发生，防患于未然。 3 结语 综上所诉，机电一体化中的电机控制是当下我们要亟待解决的问题，正确的做法是要根据机电一体化技术的技术发展现状和技术应用现状作为分析基础，之后进行对新型电动执行机构的相应合理方案进行较为科学的制定。本文针对执行机构发展的相关缺陷和不足，对如何采用机电一体化技术将阀门和控制器进行有机融合进行深度探究，希望为我国机电行业的发展贡献出一份力量。 参考文献 [1]对机电一体化中电机控制与保护的措施[J]. 魅力中国，2013（10）：105. [2]余小素. 机电一体化电机控制前景展望[J]. 中国机械，2013（7）：41-42. [3]白永高. 电机控制在机电一体化中的应用[J]. 机电一体化，2014（2）：99-100.