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篇1

關(guān)鍵詞： 太陽能熱水器； 模糊控制算法； 輸出功率； DS18B20

中圖分類號(hào)： TN95?34； TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0124?03

0 引 言

由于太陽能強(qiáng)弱隨天氣和季節(jié)變化，因而太陽能熱水器需要輔助加熱裝置才能保證一年四季或全天候使用到熱水。目前大多數(shù)產(chǎn)品的電輔助加熱方式采用開關(guān)式或PID控制，但由于太陽能本身是一個(gè)時(shí)變的復(fù)雜非線性變量，太陽能熱水器的集熱和輔助加熱過程無法精確地用數(shù)學(xué)模型描述，采用傳統(tǒng)控制方式有時(shí)難以達(dá)到滿意的效果。近年來發(fā)展起來的模糊控制是一種智能的非線性控制方法，在家用電器和其他嵌入式控制系統(tǒng)中取得了很好的控制效果。本文結(jié)合太陽能熱水器的具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的模糊智能控制器。

1 主要硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52RC為控制器，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器測(cè)量水溫，以DS12C887為系統(tǒng)提供高精度時(shí)鐘，通過模糊控制算法得到控制量，通過PWM波控制過零繼電器方法來控制加熱棒的功率，從而控制水溫。

1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用8051內(nèi)核的STC89C52RC單片機(jī)作為智能控制器。由于系統(tǒng)運(yùn)算量不大，沒有太多的中間數(shù)據(jù)需要處理、保存，因此不必外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，僅使用STC89C52RC內(nèi)部RAM和E2PROM完全能夠滿足要求。STC89C52RC最小系統(tǒng)電路如圖1所示。

1.2 溫度控制執(zhí)行器設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的水溫控制執(zhí)行部分是一個(gè)過零固態(tài)繼電器和加熱棒，繼電器輸入控制端為DC 3～32 V，輸出端為AC 5 A/380 V/50～60 Hz，加熱棒功率為500～1 000 W。通過控制單片機(jī)產(chǎn)生PWM波的占空比控制交流過零繼電器的通斷頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱棒的功率控制。

1.3 溫度測(cè)量部分設(shè)計(jì)

采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，其抗干擾能力強(qiáng)，并且不必要溫度標(biāo)定，使用單片機(jī)分時(shí)復(fù)用原理與傳感器的單總線接口方式即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。DS18B20的硬件電路如圖2所示。

1.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)熱水器24 h供應(yīng)熱水的目的，控制器必須有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘來為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)時(shí)間。本系統(tǒng)中采用DS12C887時(shí)鐘芯片，該芯片采用CMOS技術(shù)，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和電池以及相關(guān)的電路集成到芯片內(nèi)部，具有微功耗、接口簡(jiǎn)單、精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。電路圖如圖3所示。

2 模糊控制器設(shè)計(jì)

2.1 模糊控制原理

模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。模糊控制器的輸入、輸出量都是精確的數(shù)值，而模糊控制器采用模糊語言變量和模糊邏輯推理，因此必須將輸入變量變換成模糊語言變量，這個(gè)過程稱為精確量的模糊化；然后進(jìn)行模糊推理，形成控制策略；最后將控制策略轉(zhuǎn)換為一個(gè)精確的控制變量值，即去模糊化，并對(duì)輸出控制變量進(jìn)行控制。

2.2 模糊控制器實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用二維模糊控制器，以溫度誤差和誤差的變化率作為模糊控制器的輸入信號(hào)，模糊控制器輸出控制量[U，]單片機(jī)再根據(jù)[U]值確定輸出PWM波的占空比；時(shí)間設(shè)置值也作為控制器的輸入信號(hào)，用于對(duì)占空比進(jìn)行時(shí)間上的優(yōu)化。

將模糊控制器的輸入、輸出變量的實(shí)際變化范圍稱為這些變量的基本論域。本系統(tǒng)中的誤差[e、]誤差的變化率[ec、]控制量[u]的基本論域分別為：[-2，+2]，[-0.2，+0.2]和[0，100%]。

3 結(jié) 語

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，本文所設(shè)計(jì)的控制算法和硬件電路能夠滿足設(shè)計(jì)要求，所構(gòu)建的系統(tǒng)具有穩(wěn)態(tài)誤差小、過渡時(shí)間短、成本低、智能化程度高等特點(diǎn)，可作為太陽能熱水器生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參考。本系統(tǒng)溫度靜態(tài)誤差：[T≤]0.1 ℃；溫度超調(diào)量：[T≤]0.3 ℃。

參考文獻(xiàn)

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篇2

Abstract： With the continuous development of artificial intelligence technology， the expert system， fuzzy theory， artificial neural network and many other latest intelligent control achievements start to enter the field of motor control， and they provide a brand-new way for the further improvement of the brushless direct current motor controlling. This paper combines the research status of the controlling system of both domestic and foreign brushless direct current motor， explores optimization， which is the most cutting-edge modern computer applications， the intelligent control and traditional PID controller in combination. It is difficult for traditional PID controller to achieve satisfactory results when aiming at the controlled objects or processes with complicated nonlinear features. The research makes use of the optimization algorithm to optimize intelligent PID control， such as fuzzy-PID， BP-PID， adaptive-PID control， expert-PID and PID controller based on genetic algorithm setting）， to perfect the application of the intelligent control method in BLDCM controlling system.

關(guān)鍵詞： BLDCM；最優(yōu)化；智能控制

Key words： BLDCM；optimization；intelligent control

中圖分類號(hào)：F276.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）12-0036-02

0 引言

無刷直流電機(jī)（BLDCM）控制系統(tǒng)是集電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一身的機(jī)電一體化系統(tǒng)。在傳統(tǒng)直流電機(jī)優(yōu)越的調(diào)速性能保持上，無刷直流電機(jī)在一定程度上克服了由機(jī)械換向和電刷引起的一系列問題，在現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域均有較好的應(yīng)用[1]。隨著新型稀土永磁材料的進(jìn)一步開發(fā)與利用，出現(xiàn)新一輪的無刷直流電機(jī)的研究熱潮，隨著研究熱潮的不斷深入，無刷直流電機(jī)的使用范圍不斷擴(kuò)大、應(yīng)用前景將更加廣闊。在工業(yè)控制系統(tǒng)方面，為了更好地解決無刷直流電機(jī)中存在的若干問題，無刷直流電機(jī)的研究工作主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

當(dāng)前，無刷直流電機(jī)存在轉(zhuǎn)速低、精度高、調(diào)速范圍大等一系列復(fù)雜問題，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)直接影響著無刷直流電機(jī)速度控制性能。因此，無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)成為當(dāng)前情況下亟待解決的問題。對(duì)于無刷直流電機(jī)的脈動(dòng)性能在一些視聽設(shè)備等比較精密的儀器設(shè)備中要求比較高，因此在提高無刷直流電機(jī)性能方面抑制或消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)至關(guān)重要。目前針對(duì)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因分析，研究人員正在努力尋找抑制或消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的各種方法和途徑。

分析無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的主要原因有：①由齒槽效應(yīng)和渦流效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，同其他電機(jī)一樣，無刷直流電機(jī)也同樣不能完全將齒槽效應(yīng)和渦流效應(yīng)避免。②無刷直流電機(jī)通常使用電子換相控制，電機(jī)繞組電感使電機(jī)相電流不可能為理想的方形電流。這就給系統(tǒng)帶來換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。③由轉(zhuǎn)矩諧波引起的脈動(dòng)。

為了提高無刷直流電機(jī)的性能，對(duì)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)研究不斷深入，針對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的不同原因，提出了抑制或削弱轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的不同觀點(diǎn)和建議，這些解決措施因?yàn)檠芯織l件的局限性只是在原有結(jié)構(gòu)上或者控制方案上進(jìn)行了一些修補(bǔ)和強(qiáng)化，沒有從根本上解決轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，因此對(duì)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的研究還有待于進(jìn)一步深入。

根據(jù)定子電流諧波的最優(yōu)權(quán)重的設(shè)計(jì)方法，美國(guó)的J.Y.Hung博士等人通過利用電流調(diào)節(jié)器等裝置，有效降低了由電磁轉(zhuǎn)矩及齒槽引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。此外，還有英國(guó)的Y.S.Cen、Z.O.Zhu和David.Hower博士試制成功的無齒槽的無刷直流電機(jī)，其主要作用也是通過減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高電機(jī)效率[2]。

2 無位置傳感器

在電機(jī)控制中如果無位置傳感器，如果想獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。在實(shí)際工作過程中必須對(duì)與電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算，研究人員提出采用智能控制理論，順利實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行的檢測(cè)和計(jì)算。這種控制方法通過智能方式來建立被測(cè)電壓、電流和轉(zhuǎn)子位置的相互關(guān)系。人工智能控制不要求控制電機(jī)有精確的數(shù)學(xué)模型，解決了電機(jī)運(yùn)行過程中的非線性和參數(shù)的不確定性，而且實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)控制的精度高、運(yùn)行穩(wěn)。對(duì)無位置傳感器臺(tái)灣的HG Chen、C.M.Lian博士通過智能換向調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)了有效控制，其主要原理是：檢測(cè)電機(jī)端電壓，通過開關(guān)信號(hào)發(fā)生器對(duì)換向位置進(jìn)行粗略估計(jì)，然后給出最佳轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生特性通過智能自調(diào)系統(tǒng)對(duì)換向瞬間進(jìn)行微調(diào)[3]。但是，由于人工智能控制應(yīng)用于無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中的研究尚在起步階段，大部分研究只進(jìn)行到仿真階段。

3 速度調(diào)節(jié)

BLDCM本身具有平穩(wěn)的調(diào)速性能，同時(shí)還克服了有刷直流電機(jī)機(jī)械換向帶來的一系列缺點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[4]。針對(duì)BLDCM本身具有時(shí)變性、非線性、強(qiáng)耦合等特征，無刷直流電機(jī)調(diào)速控制成為一個(gè)重要的研究方向。

在自動(dòng)控制領(lǐng)域，最常用的并且行之有效的控制方法就是PID控制，但是隨著工作環(huán)境改變，控制對(duì)象變得的越來越復(fù)雜，從而對(duì)控制技術(shù)要求變得越來越高。在實(shí)際工作過程中對(duì)電機(jī)控制的精度和性能的要求不斷提高，同時(shí)由于無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)本身具有的復(fù)雜非線性的特性，采用常規(guī)PID控制策略對(duì)無刷直流電機(jī)進(jìn)行控制難以達(dá)到滿意的效果。近年來通過對(duì)無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)研究中，現(xiàn)代的自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等控制方法也應(yīng)用于在這一領(lǐng)域，這些方法經(jīng)過研究人員研究實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論現(xiàn)代控制理論中的智能控制比較適合電機(jī)控制，可以很好的提高系統(tǒng)的性能。本項(xiàng)目正是出這一角度出發(fā)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用中最前沿的最優(yōu)化與智能控制與傳統(tǒng)的PID控制器結(jié)合在一起解決實(shí)際問題。

模糊PID控制策略就是將模糊控制引入傳統(tǒng)的PID控制器，組合成Fuzzy一PID復(fù)合控制器，并通過模糊控制規(guī)則尋找符合智能控制器控制方法，再利用最優(yōu)化算法對(duì)復(fù)合模糊PID控制器控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)的速度控制，并且使無刷直流電機(jī)控制參數(shù)達(dá)到指定要求。

專家-PID復(fù)合控制器（ExpertControl），同樣也是將專家控制原理（即基于受控對(duì)象和控制規(guī)律的各種知識(shí)，并以智能的方式）與傳統(tǒng)PID控制結(jié)合在一起，利用專家經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)PID參數(shù)便構(gòu)成了專家PID控制。同樣利用專家經(jīng)驗(yàn)控制傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)事項(xiàng)對(duì)無刷直流電機(jī)的的速度控制，使各項(xiàng)控制參數(shù)達(dá)到指定要求。

遺傳-PID復(fù)合控制器（GeneticAlgorithms），是通過遺傳算法把“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的生物進(jìn)化原理，引入待優(yōu)化參數(shù)進(jìn)而形成的編碼串群體中，按照一定的適配值函數(shù)和一系列遺傳操作對(duì)各個(gè)個(gè)體進(jìn)行選擇，從而使適配值高的個(gè)體被保存下來，組成新的群體。新的群體中包含了上一代的大量信息，并且引入了新的、優(yōu)于上一代的個(gè)體。通過周而復(fù)始的不斷循環(huán)，不斷提高群體中各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，直至最后滿足一定的極限條件。這樣就達(dá)到了優(yōu)化遺傳的目的）與傳統(tǒng)的PID控制器結(jié)合起來。通過遺傳算法來找到適合無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)要求的PID控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流帶等級(jí)速度的控制，使系統(tǒng)的控制參數(shù)達(dá)到制定要求[5]。

復(fù)合智能PID控制器。復(fù)合智能控制器是將多種智能控制發(fā)發(fā)結(jié)合起來，取長(zhǎng)補(bǔ)短，解決現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中單一的一種控制理論無法解決的控制難題。

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制兩種控制方法結(jié)合在一起，針對(duì)模糊控制系統(tǒng)中模糊規(guī)則不好指定的弊端，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性擬合能力，可映射任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，而且學(xué)習(xí)規(guī)則簡(jiǎn)單，便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。具有很強(qiáng)的魯棒性、記憶能力、非線性映射能力以及強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)能力，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更好的摸索和制定模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)工業(yè)系統(tǒng)的控制。

遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，同樣的道理遺傳算法以生物進(jìn)化為原型，具有很好的收斂性，在計(jì)算精度要求時(shí)，計(jì)算時(shí)間少，魯棒性高等都是它的優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)在的工作中，遺傳算法（1972年提出）已經(jīng)不能很好的解決大規(guī)模計(jì)算量問題，它很容易陷入“早熟”。常用混合遺傳算法，合作型協(xié)同進(jìn)化算法等來替代，即本項(xiàng)目中提到的遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。

相對(duì)于復(fù)合智能控制器而言，通過把復(fù)合智能控制與傳統(tǒng)的PID控制器進(jìn)行結(jié)合組成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器和遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，通過智能控制器更好地解決PID控制器控制參數(shù)問題，快速有效的尋找到工業(yè)控制系統(tǒng)中PID控制器Kp、Ki、Kd參數(shù)的最優(yōu)解，使控制系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

針對(duì)復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)優(yōu)化智能控制器參數(shù)是目前控制理論發(fā)展的最新方向，通過追隨當(dāng)前狀態(tài)的最優(yōu)參數(shù)值在參數(shù)空間搜索通過一系列迭代找到最優(yōu)解。本項(xiàng)目研究的粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化復(fù)合智能控制器參數(shù)是通過模擬生物群體的行為來解決尋找控制器參數(shù)最優(yōu)點(diǎn)的問題，這種方法已經(jīng)成為智能控制領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，粒子群優(yōu)化算法（Particle Swarm optimization，PSO）又翻譯為粒子群算法、微粒群算法、或微粒群優(yōu)化算法。該算法是通過模擬鳥群覓食行為而發(fā)展起來的一種基于群體協(xié)作的隨機(jī)搜索算法。通常認(rèn)為它是群集智能（Swarm intelligence，SI） 的一種。它可以被納入多主體優(yōu)化系統(tǒng)（Multiagent Optimization System，MAOS）。粒子群優(yōu)化算法是由Eberhart博士和kennedy博士發(fā)明。研究證明，優(yōu)化智能控制應(yīng)用在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中使無刷直流電機(jī)性能得到了顯著提高，也是當(dāng)前無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向，主要體現(xiàn)在將與其他智能控制方法和優(yōu)化算法相結(jié)合，通過PSO用于電機(jī)參數(shù)的在線辨識(shí)，并對(duì)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，在電機(jī)控制系統(tǒng)中起優(yōu)化智能PID控制器控制參數(shù)。如PSO優(yōu)化PID控制參數(shù)（Proportion Integration、differential）與神經(jīng)網(wǎng)路，模糊控制，遺傳算法換等相融合中，為其提供非參數(shù)化的對(duì)象模型、優(yōu)化參數(shù)、推理模型及故障診斷等。利用粒子群優(yōu)化算法的并行處理、自學(xué)習(xí)、逼近任意非線性函數(shù)的特性，可以找到最優(yōu)的KP、KI、KD參數(shù)。隨著研究的不斷深入，智能控制在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。[6]

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篇3

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；電力開關(guān)柜；智能控制器；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1 電力開關(guān)柜的智能控制器簡(jiǎn)述

電力開關(guān)柜的智能控制器，是采用智能化技術(shù)，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子（通訊）技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等對(duì)電力開關(guān)柜的控制器進(jìn)行改進(jìn)，從而優(yōu)化控制器的性能，使其達(dá)到自動(dòng)化、智能化調(diào)控的目的，同時(shí)提高控制器運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性。

通常，電力開關(guān)柜的智能控制器主要是由中心檢測(cè)處理模塊、LED 顯示模塊、保護(hù)模塊、功能模塊等部分組成。它通過對(duì)電力系統(tǒng)中電流、電壓等信號(hào)的監(jiān)測(cè)以及對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)的處理、傳遞等，達(dá)到系統(tǒng)自動(dòng)化調(diào)控、故障保護(hù)等目的。對(duì)比傳統(tǒng)的電力開關(guān)柜控制器，它具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，電力開關(guān)柜的智能控制器內(nèi)部電路以集成電路為主，并將計(jì)量、保護(hù)、控制、記錄等功能集于一體，并通過數(shù)字信號(hào)將通訊信息傳遞，實(shí)現(xiàn)功能集成化、數(shù)字化；（2）技術(shù)人員事先編制好相關(guān)調(diào)控程序，并通過計(jì)算機(jī)等相關(guān)軟件的智能化功能，設(shè)置智能化功能單元進(jìn)行過電流的保護(hù)，并與環(huán)網(wǎng)中保護(hù)模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)配合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的智能化調(diào)控，從而達(dá)到在發(fā)生故障時(shí)起到應(yīng)急調(diào)控與保護(hù)作用的目的；（3）電力開關(guān)柜的智能控制器的體積大幅度減小，在保證智能化功能的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)小型化體積模式，同時(shí)，控制器的結(jié)構(gòu)以模塊為表現(xiàn)形式，所以其功能（監(jiān)測(cè)、保護(hù)、自檢等）的發(fā)揮更加可靠、安全，促使電力開關(guān)柜的智能控制器的形式向著標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)向著網(wǎng)絡(luò)化、分散化等方向發(fā)展，促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的提升。

2 電力開關(guān)柜的智能控制器的設(shè)計(jì)原理

電力開關(guān)柜的智能控制器是電力系統(tǒng)斷路器上的保護(hù)裝置，也是核心的控制裝置，所以，技術(shù)人員需要全面考慮電力開關(guān)柜的智能控制器的智能化調(diào)控、保護(hù)等功能，對(duì)以上兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)電力開關(guān)柜的智能控制器的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能操作、主動(dòng)保護(hù)等功能。

1）對(duì)電力開關(guān)柜的智能控制器自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能的設(shè)計(jì)，需要利用傳感器的靈敏性，對(duì)系統(tǒng)的電流、電壓等信號(hào)參數(shù)的變化進(jìn)行有效感應(yīng)，并通過設(shè)定好的程序，在以上信號(hào)參數(shù)的變化超出標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)候，尤其是對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的特征信號(hào)，進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與反饋，正確判定自身系統(tǒng)是否在安全性、可靠性狀態(tài)下運(yùn)行。圖1 是自動(dòng)監(jiān)測(cè)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理。

2）對(duì)電力開關(guān)柜的智能控制器智能操作功能的設(shè)計(jì)是依托計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，主要通過相關(guān)軟件對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行接收與處理，從而有目的地選擇相關(guān)操作過程，促使電力開關(guān)柜的智能控制器對(duì)自身運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能化判斷，并作出相應(yīng)的操作。圖2 是智能操作單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理。

3 電力開關(guān)柜的智能控制器應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著技術(shù)人員對(duì)電力開關(guān)柜的智能控制器研究的不斷深入，其在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也越來越明顯，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展起到重要的促進(jìn)作用。在此，筆者將針對(duì)電力開關(guān)柜的智能控制器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行探討。

3. 1 電力開關(guān)柜的智能控制器自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能的發(fā)揮

自動(dòng)監(jiān)測(cè)是電力開關(guān)柜的智能控制器的主要功能，它主要監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)以下幾個(gè)方面：

1）電路器作為電力系統(tǒng)的重要元件，一旦其內(nèi)部構(gòu)件出現(xiàn)故障，將在不同程度上影響電力系統(tǒng)供電的質(zhì)量與效率。因此，在短路器上加裝電力開關(guān)柜的智能控制器，可以對(duì)斷路器的觸頭磨損量、磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、流經(jīng)電流大小、開關(guān)次數(shù)等進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，從而通過對(duì)以上數(shù)據(jù)信息的處理與分析，判斷斷路器的運(yùn)行狀態(tài)與使用壽命，為斷路器與電力系統(tǒng)安全有效運(yùn)行提供助力。

2）除了電壓、電流之外，電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要參數(shù)還有電容，電容出現(xiàn)不穩(wěn)定變化，也將導(dǎo)致斷路器的異常運(yùn)行，影響電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。因此，運(yùn)用電力開關(guān)柜的智能控制器可以對(duì)分閘電容與合閘電容進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并實(shí)施相應(yīng)應(yīng)急操作，以保證斷路器電容的有效性。

3） 電力開關(guān)柜的智能控制器還能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行自我監(jiān)測(cè)，即是在控制器某一構(gòu)件出現(xiàn)異常情況的時(shí)候，控制器的智能自檢模塊將發(fā)揮作用，對(duì)相應(yīng)芯片與通信回路進(jìn)行有效檢測(cè)，從而找到故障點(diǎn)，為技術(shù)人員的檢修提供條件。

3. 2 電力開關(guān)柜的智能控制器智能操作功能的發(fā)揮

控制器的職能操作功能主要是通過操作模塊與自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能模塊相配合來實(shí)現(xiàn)的，自動(dòng)監(jiān)測(cè)中對(duì)電力系統(tǒng)中斷路電路、合閘電壓、電容水平等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。在發(fā)現(xiàn)異常情況后，將發(fā)出警報(bào)，控制器的中心檢測(cè)處理模塊將發(fā)出對(duì)應(yīng)的操作指令，進(jìn)行智能化的操作，如，調(diào)整斷路器的同步關(guān)合次數(shù)，盡量保證同步性與準(zhǔn)確性，降低系統(tǒng)空載概率，保護(hù)斷路器與電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，保證電力系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備元件的使用性能，延長(zhǎng)使用壽命。

4 電力開關(guān)柜的智能控制器的發(fā)展方向

在國(guó)外，電力開關(guān)柜的控制器初步進(jìn)入智能化階段是在上個(gè)世紀(jì)80 年代。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、抗干擾技術(shù)、傳感技術(shù)等的發(fā)展，電力開關(guān)柜的智能控制器也得到空前發(fā)展。我國(guó)技術(shù)人員對(duì)電力開關(guān)柜的智能控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究還處于初級(jí)發(fā)展階段，但是相信，在技術(shù)人員不斷創(chuàng)新研究思想、提高技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，必將促進(jìn)電力開關(guān)柜的智能控制器進(jìn)一步發(fā)展。具體說，未來，我國(guó)技術(shù)人員將著重在以下領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，以促進(jìn)電力開關(guān)柜的智能控制器性能的優(yōu)化與充分發(fā)揮，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。

1） 目前，我國(guó)電力開關(guān)柜的智能控制器依然采用通用CPU、單片機(jī)等元件，這種控制器的成本高，而且電路復(fù)雜，不利于控制器性能的優(yōu)化。因此，為了更好地提高電力開關(guān)柜的智能控制器的性能，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重研究開發(fā)專用集成電路，并注重控制器抗干擾性能的提高，以使其運(yùn)行安全性、可靠性、適應(yīng)性都得到大幅度的提高，從而降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2）電力開關(guān)柜的智能控制器的主要技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，因此，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制軟件的開發(fā)也是極其重要的，必須在提高控制器硬件質(zhì)量的同時(shí)，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)控制軟件的開發(fā)力度，以優(yōu)化人際接口環(huán)節(jié)。

3）在電力系統(tǒng)中，除了電力開關(guān)柜控制器之外，還有很多其他功能元件，因此，實(shí)現(xiàn)電力開關(guān)柜控制器的智能化發(fā)展，還應(yīng)該注重對(duì)其相關(guān)配套元件的研究，以使其能夠配合智能化控制器的運(yùn)轉(zhuǎn)，完善系統(tǒng)，簡(jiǎn)化操作，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

篇4

【關(guān)鍵詞】智能；自啟動(dòng)；延時(shí)

1.設(shè)計(jì)背景及目的

電力的生產(chǎn)、輸送、分配和使用需要大量的各種類型的電氣設(shè)備，為了使主系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、連續(xù)、可靠地向用戶提供充足的、合格的電能，就必須盡可能地排除電力系統(tǒng)在運(yùn)行中的一切故障，以保證電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。其中設(shè)備過度發(fā)熱，是破壞電力系統(tǒng)安全的主要因素，甚至?xí)＜暗缴?cái)產(chǎn)安全。因此，使整個(gè)電力系統(tǒng)處在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的低溫環(huán)境十分關(guān)鍵。空調(diào)能提供一個(gè)相對(duì)低溫和恒溫的環(huán)境，但普通空調(diào)一般不具備來電自啟動(dòng)功能，即市電停電后，空調(diào)即停機(jī)；市電來電后，空調(diào)不能自行啟動(dòng)，除非人工干預(yù)才能開機(jī)，而人工畢竟受到工作時(shí)間的限制，不可能24小時(shí)來監(jiān)視空調(diào)的工作情況，那么智能空調(diào)來電自啟動(dòng)控制器正好解決這個(gè)問題，最大限度地減少電力設(shè)備過度發(fā)熱的時(shí)間，盡快地使設(shè)備的溫度環(huán)境恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2.國(guó)內(nèi)研究概況

目前空調(diào)斷電來電自啟動(dòng)器的研究在國(guó)內(nèi)尚屬空白，懂空調(diào)制冷的人都知道商用分體空調(diào)根據(jù)部件可分為：室外機(jī)（壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)）、室內(nèi)機(jī)（蒸發(fā)風(fēng)機(jī)）、空調(diào)控制板。空調(diào)控制板協(xié)調(diào)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)工作：1、不制冷時(shí)只有室內(nèi)風(fēng)機(jī)工作；2、制冷時(shí)室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)同時(shí)工作；3、除濕時(shí)室內(nèi)風(fēng)機(jī)停機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)工作。

空調(diào)斷電來電自啟動(dòng)的目的：維持空調(diào)原來開機(jī)、制冷狀態(tài)、保障環(huán)境溫度穩(wěn)定，提高商用空調(diào)智能化，實(shí)現(xiàn)無人值守。分體商用空調(diào)要實(shí)現(xiàn)來電自啟動(dòng)有兩種方法：

（1）空調(diào)斷電再次來電時(shí)給空調(diào)紅外接收器一個(gè)開機(jī)信號(hào)，類似于自動(dòng)按一下遙控器開關(guān)鍵。

（2）把原來空調(diào)控制系統(tǒng)換成類似機(jī)房專用空調(diào)控制器，由控制器自身記錄空調(diào)狀態(tài)，來電時(shí)自動(dòng)恢復(fù)原來狀態(tài)。

現(xiàn)在我們比較一下兩種來電自啟動(dòng)控制器的優(yōu)缺點(diǎn)：

首先我們來看射頻空調(diào)自啟動(dòng)工作原理：

（1）在每臺(tái)空調(diào)周圍的墻上或其他地方安裝一個(gè)紅外發(fā)射頭對(duì)準(zhǔn)原來空調(diào)紅外接收處。

（2）空調(diào)運(yùn)行控制邏輯由原來控制板完成?。

（3）當(dāng)空調(diào)斷電再次來電時(shí)接有發(fā)射頭的空調(diào)自啟動(dòng)器給空調(diào)發(fā)射一個(gè)開機(jī)信號(hào)，空調(diào)重新初始化自身控制程序、根據(jù)空調(diào)檢測(cè)到的溫度及空調(diào)原來設(shè)置的工作模式來決定是否開室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)還是其他動(dòng)作。

射頻信號(hào)來電自啟動(dòng)器缺點(diǎn)：

（1）經(jīng)常出現(xiàn)開機(jī)不成功

原因：a.自啟動(dòng)控制器不穩(wěn)定（由于這些控制器都是少量生產(chǎn)，基本沒有經(jīng)過嚴(yán)格全面的性能測(cè)試）；b.頻本身缺陷，信號(hào)中間不能有障礙、發(fā)射頭（接收頭）不能有灰塵——固定不動(dòng)的發(fā)射頭經(jīng)常被灰塵覆蓋。

（2）容易損壞壓縮機(jī)

原因：a.射頻來電自啟動(dòng)控制器無法識(shí)別空調(diào)壓縮機(jī)狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)保護(hù)。頻繁斷電的情況下，射頻自啟動(dòng)控制器頻繁的向空調(diào)發(fā)送開機(jī)指令，造成空調(diào)壓縮機(jī)頻繁開關(guān)，容易引起壓縮機(jī)損壞。b.有些射頻自啟動(dòng)器設(shè)計(jì)了連續(xù)開機(jī)幾次的功能，也是造成空調(diào)頻繁開關(guān)機(jī)的原因——如射頻啟動(dòng)器發(fā)出開指令由于灰塵或障礙物干擾，射頻自啟動(dòng)器認(rèn)為沒有開機(jī)成功，復(fù)位再次發(fā)出開機(jī)指令，使得壓縮機(jī)頻繁開關(guān)。

3.主要技術(shù)內(nèi)容

3.1 預(yù)期目標(biāo)

空調(diào)來電自啟動(dòng)控制器是專門針對(duì)企業(yè)機(jī)房而設(shè)計(jì)的。這里所謂機(jī)房的特征是：需要長(zhǎng)時(shí)間使用一般的民用空調(diào)機(jī)來調(diào)節(jié)空氣溫度，通常情況下無人值守。一旦遇到斷電情況，空調(diào)機(jī)即停止工作，即使外界電網(wǎng)恢復(fù)供電，一般的普通空調(diào)機(jī)都不會(huì)自動(dòng)檢測(cè)來電并自動(dòng)啟動(dòng)。本產(chǎn)品就是用來解決這個(gè)問題的。

3.2 應(yīng)用領(lǐng)域

空調(diào)來電自啟動(dòng)控制器適用在需要空調(diào)24小時(shí)開機(jī)的場(chǎng)所，比如：電腦機(jī)房、自動(dòng)銀行換鈔間、移動(dòng)聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商戶外基站、電力系統(tǒng)變電站、戶外箱站、溫室、倉庫、生物制藥廠、無菌室、潔凈廠房、學(xué)校圖書館、檔案館、文物館、倉儲(chǔ)中心、醫(yī)院血站、疾病防控中心、環(huán)保監(jiān)測(cè)部門的冷庫、智能樓宇等需要溫度監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所和領(lǐng)域。

3.3 創(chuàng)新點(diǎn)及特色

智能控制器來電自啟動(dòng)工作原理：當(dāng)空調(diào)斷電再次來電時(shí)，智能控制系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)斷電前運(yùn)行狀態(tài)。采用專業(yè)空調(diào)智能控制器優(yōu)點(diǎn)：采用單片工控專用芯片和低頻率信號(hào)線路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最精簡(jiǎn)的硬件電路方案，能夠有效抵抗各種電氣干擾，減少了元器件數(shù)量，降低了故障率，延長(zhǎng)了使用壽命；同時(shí)也控制了功耗、體積；并且開機(jī)成功率非常高，有效地保護(hù)空調(diào)壓縮機(jī)等核心部件。

3.4 電路原理圖

圖1

3.5 電路簡(jiǎn)介

本控制器圖1由變壓器、橋式整流器、延時(shí)電容、穩(wěn)壓芯片、電壓比較器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、開關(guān)三極管及常開繼電器構(gòu)成。

變壓器T1初級(jí)通過保險(xiǎn)器F1接220V市電，實(shí)現(xiàn)電壓220V轉(zhuǎn)換為12V，變壓器T1次級(jí)跨接橋式整流器D的輸入端，橋式整流器D跨接于穩(wěn)壓芯片IC1的輸入端及地端間，穩(wěn)壓芯片IC1輸入端、輸出端分別接有第一濾波電容C1及第二濾波電容C2，第一電阻R1與延時(shí)電容C3串聯(lián)支路跨接于穩(wěn)壓芯片IC1輸出端及地端間，構(gòu)成RC延時(shí)電路，中間接點(diǎn)接電壓比較器IC2電壓負(fù)端輸入端腳2。第一電阻R1是延時(shí)微調(diào)電阻，用以調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間。第二電阻R2、第三電阻R3串聯(lián)支路跨接于穩(wěn)壓芯片IC1輸出端及地端間和電壓比較器IC2腳8及腳4間，中間接點(diǎn)接電壓比較器IC2電壓正端輸入端腳3，電壓比較器IC2輸出端串接第四電阻R4后接三極管Q1基極，開關(guān)三極管Q1發(fā)射極接常開繼電器K1，第五二極管D5跨接于三極管Q1發(fā)射極與地端間。常開繼電器輸出應(yīng)接空調(diào)面板的啟動(dòng)開關(guān)。

本設(shè)計(jì)穩(wěn)壓芯片IC1采用7809穩(wěn)壓芯片，R1是延時(shí)微調(diào)電阻（3296精密電位器）；R4是限流偏置電阻；第五二極管D5是保護(hù)二極管（1N4007）

本設(shè)計(jì)可以在自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)的同時(shí)，不需要人工干預(yù)，控制器中僅采用常用電子元件，且設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作安全可靠。

3.6 電路原理

220V市電經(jīng)過一變壓器降壓、整流器整流、穩(wěn)壓、濾波后輸入到電壓比較器，電路通電一段時(shí)間后電壓比較器的同相輸入端電壓大于反向輸入端電壓，電壓比較器輸出高電平，使一常開繼電器吸合，使空調(diào)自動(dòng)啟動(dòng)，空調(diào)啟動(dòng)后繼電器釋放并復(fù)位。

3.7 工作原理

220V市電經(jīng)過220V/12V電源變壓器（T1）后輸出12V交流電。經(jīng)過（D1—D4）橋式整流器后輸出脈動(dòng)直流電，再經(jīng)過第一濾波電容（C1）濾波，再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片輸出+9V。穩(wěn)壓芯片再經(jīng)過第二濾波電容（C2）濾波，此電源輸出為直流+9V。

電路接入+9V電源后，當(dāng)電路通電時(shí)，第二電阻R2、第三電阻R3組成串聯(lián)分壓電路使電壓比較器IC2的同相輸入基準(zhǔn)電壓為4.5V；由R1和C3構(gòu)成RC延時(shí)電路，T= R1 C3，R1是延時(shí)微調(diào)電阻，控制電壓比較器的反向輸入基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電壓比較器同相輸入端電壓高于反向輸入端電壓時(shí)，電壓比較器輸出高電平使開關(guān)三極管S8050導(dǎo)通，繼電器線圈得電吸合。（當(dāng)繼電器線圈沒通電時(shí)動(dòng)觸點(diǎn)1和靜觸點(diǎn)3處于常開狀態(tài)；當(dāng)繼電器線圈通電時(shí)動(dòng)觸點(diǎn)1和靜觸點(diǎn)3之間由常開狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)。）當(dāng)R1給C3充電過程中，此過程中電壓比較器的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓慢慢升高，當(dāng)電容C1兩端電壓充電至4.5V以上時(shí)，此時(shí)電壓比較器同相輸入端電壓小于反相輸入端電壓，電壓比較器輸出低電平，從而繼電器線圈失電釋放。

本設(shè)計(jì)可以調(diào)節(jié)R1的大小可改變繼電器閉合時(shí)間。（R1阻值增大延時(shí)時(shí)間增長(zhǎng)。一般空調(diào)通電時(shí)內(nèi)部電路復(fù)位時(shí)需0.3S）。

4.重要技術(shù)難點(diǎn)

4.1主控板信號(hào)完整性設(shè)計(jì)

信號(hào)在傳輸路徑上的質(zhì)量，傳輸路徑可以是普通的金屬線，可以是光學(xué)器件，也可以是其他媒質(zhì)。信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性是指具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。差的信號(hào)完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的，而是板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的，所以信號(hào)完整性設(shè)計(jì)是電路板可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

4.2主控板的抗干擾設(shè)計(jì)

干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。敏感器件，指容易擾的對(duì)象。

抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。

5.結(jié)束語

本設(shè)計(jì)可以在自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)的同時(shí)，不需要人工干預(yù)，控制器中僅采用常用電子元件，且設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

篇5

所謂智能控制系統(tǒng)是指在應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化控制、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，無需人工操作的前提下，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)的固定模式控制，不僅處理突況能力強(qiáng)，而且能夠模擬人腦思維，隨著智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前的部分智能控制系統(tǒng)已經(jīng)具有人腦思維中的一些功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)事件進(jìn)行高效的信息處理和自動(dòng)調(diào)節(jié)，具有十分先進(jìn)的控制能力。與傳統(tǒng)自動(dòng)化控制相比，首先，智能控制具有較強(qiáng)的處理能力，特別是控制系統(tǒng)脫離數(shù)學(xué)模型限制后，結(jié)合被控制對(duì)象的實(shí)際情況和數(shù)學(xué)理論，采用定性、定量的方式全面分析控制對(duì)象的參數(shù)，降低了傳統(tǒng)控制方式中對(duì)數(shù)學(xué)模型的依賴；其次，智能控制更加智能、靈活、高度模擬人腦思維，在具體工作中，表現(xiàn)為能夠按照人的思維方式和意愿實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制，控制方式更加規(guī)范、合理；再次，具有改變控制結(jié)構(gòu)和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，在對(duì)控制結(jié)構(gòu)的參數(shù)變化情況進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，對(duì)于一些控制結(jié)構(gòu)的參數(shù)發(fā)生偏差時(shí)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)；最后，智能控制系統(tǒng)具備信息分析、處理功能，反應(yīng)速度靈敏，工作效率高，在對(duì)被控對(duì)象的信息進(jìn)行判斷后，能夠做出正確的選擇。

2智能控制系統(tǒng)常見的控制方式

2.1模糊控制

作為典型的智能控制方法，模糊控制是在模糊數(shù)學(xué)相關(guān)理論和基本思想的基礎(chǔ)上，利用模糊集合來處理內(nèi)含更加豐富，信息容量更大的模糊性控制問題。對(duì)于變量過多、過程過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)具較強(qiáng)的控制力，更能真實(shí)地模仿專家和熟練操作人員的控制方法與經(jīng)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)控制對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)的控制。在具體應(yīng)用中，其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用方式較為方便，輸入輸出形式比較簡(jiǎn)單，并且可以大幅度節(jié)省人力的投入，若在模糊控制器中使用積分效應(yīng)，其功效與PID控制器相當(dāng)。

2.2單神經(jīng)元控制

現(xiàn)實(shí)生活中，系統(tǒng)控制中常常會(huì)面臨許多不確定、非線性的復(fù)雜問題，若采用傳統(tǒng)的控制方法不僅需要大量的人力、物力和財(cái)力，而且在具體解決問題中難以產(chǎn)生預(yù)料的結(jié)果。隨著智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，單神經(jīng)元控制技術(shù)不斷成熟，不僅適應(yīng)外界環(huán)境能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快，而且具有自動(dòng)學(xué)習(xí)能力，能夠有效解決現(xiàn)實(shí)控制中條件不精確、模糊信息的處理問題。但是，目前單神經(jīng)元控制的方式普遍缺乏計(jì)算機(jī)硬件的支持，這一問題的存在嚴(yán)重制約著單神經(jīng)元控制方式的應(yīng)用。然而，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)智能控制中應(yīng)用單神經(jīng)元控制方式，不僅可以提高系統(tǒng)的控制效率，而且能夠及時(shí)地對(duì)系統(tǒng)加以控制，在具體應(yīng)用中得到了良好的效果。

3電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用智能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.1能夠提高系統(tǒng)的性能

通常情況下，由于控制對(duì)象的不同，其智能控制的方法也有所不同。智能控制系統(tǒng)屬于非線性控制技術(shù)，其中的遺傳算法、模糊控制方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法等這些方法十分適合在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用，不僅能夠有效突破傳統(tǒng)函數(shù)估算器對(duì)控制對(duì)象的局限性，而且縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，有利于自身控制系統(tǒng)性能的提高。以智能控制系統(tǒng)中采用模糊邏輯控制器為例，與傳統(tǒng)最優(yōu)控制器相比，無論是上升時(shí)間、還是下降時(shí)間均得到了大幅度的提升。

3.2有利于系統(tǒng)自身的調(diào)整

自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和試探法、監(jiān)督學(xué)習(xí)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器是人工智能控制器的兩種方法。但是，在系統(tǒng)自身的調(diào)整過程中，常規(guī)的監(jiān)督學(xué)習(xí)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不利于系統(tǒng)的調(diào)整，其主要原因是常規(guī)模糊控制器學(xué)習(xí)算法已基本定型、并且采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通常情況下采用既定“a-priori”型信息進(jìn)行處理。但是該種類型不能讓常規(guī)模糊控制器處于正常工作狀態(tài)，而自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器通過優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置和學(xué)習(xí)算法，有效解決了上述困難，使整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。

4電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制的策略

在國(guó)內(nèi)外，關(guān)于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制產(chǎn)生了意見上的分歧，一部分學(xué)者、專家認(rèn)為利用智能控制可以提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和控制性能，而另一部分學(xué)者和專家認(rèn)為未能產(chǎn)生相應(yīng)的效果。結(jié)合國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)和多年的工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為隨著技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生改變，電機(jī)參數(shù)也會(huì)隨著工況等外部因素的變化而發(fā)生變化，而在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用智能控制后，變參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制的影響等眾多問題都能得到有效的解決。因此，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中運(yùn)用智能控制具有重要的價(jià)值。

4.1智能控制系統(tǒng)中模糊控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

模糊控制的基本原理是利用數(shù)學(xué)模型的模糊原理，在具體控制過程中，控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息越詳細(xì)、越具體，則智能控制系統(tǒng)的精確度越高，越能達(dá)到精確控制的目的。在現(xiàn)實(shí)生活中，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是一項(xiàng)變量較多、非常復(fù)雜的過程，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)施智能控制其實(shí)質(zhì)是對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等電機(jī)電器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。為了最大限度地實(shí)現(xiàn)模糊控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的精確控制，務(wù)必對(duì)模糊控制系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。首先對(duì)各種變量進(jìn)行定義，在初始化過程中，務(wù)必注重輸入變量在輸出過程中的誤差變化率，對(duì)初始化變量進(jìn)行控制，確保下一個(gè)變量能夠輸入；其次，模糊化，將數(shù)字濾波輸入的值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度或者數(shù)值，利用口語化變量有效實(shí)現(xiàn)測(cè)量脈沖數(shù)的轉(zhuǎn)化；再次，將系統(tǒng)變量轉(zhuǎn)化為語言控制描述的規(guī)則庫和供系統(tǒng)處理模糊數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫；次之，進(jìn)行系統(tǒng)邏輯判斷，在模糊控制概念的基礎(chǔ)上，按照人的大腦思維方式進(jìn)行邏輯判斷，從而在模糊控制器的作用下對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行判斷，在所有架構(gòu)中該部分是模糊控制器的精髓；最后，進(jìn)行模糊控制器的反模糊化，實(shí)現(xiàn)數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換，從而得到更加明確的的控制信號(hào)，再將得到的控制信息作為系統(tǒng)的輸入值輸入到系統(tǒng)中，從而達(dá)到控制的作用。

4.2智能控制系統(tǒng)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

作為智能控制系統(tǒng)中的重要組成部分，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制原理主要是在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，結(jié)合人工智能控制學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)等眾多學(xué)科，通過模擬人類大腦思維模式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的有效控制，并且調(diào)節(jié)能力、環(huán)境變化適應(yīng)性等方面較強(qiáng)。例如，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方法對(duì)于電機(jī)調(diào)速無法進(jìn)行檢測(cè)和控制，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以對(duì)系統(tǒng)中的電機(jī)速度進(jìn)行計(jì)算和自動(dòng)判斷，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到控制的目的。所以，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制適用于電氣傳統(tǒng)系統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速。同時(shí)，相比基于專家控制的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各類故障進(jìn)行診斷，顯示出故障結(jié)果，并且在一定程度上，可以對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析并能夠及時(shí)地將結(jié)果儲(chǔ)存到知識(shí)庫中。但是，專家控制也具有綜合定量知識(shí)能力不強(qiáng)等一些不足之處，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制處理精度高、計(jì)算精確，在一定程度上，可以完全符合整個(gè)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求。此外，值得一提的是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制也有許多缺陷。例如，如果在離線學(xué)習(xí)之后再次進(jìn)行在線學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)偏差數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)和報(bào)告分析時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的效果較低。而專家控制無論是在線學(xué)習(xí)，還是離線學(xué)習(xí)，均可以發(fā)生作用，其原因在于專家控制有效減少電氣傳動(dòng)系統(tǒng)斷電事故的發(fā)生，通過在線學(xué)習(xí)提高了電氣傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5結(jié)束語

篇6

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 水溫器 智能控制

中圖分類號(hào)：TK515 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）06-0005-02

1 引言

家庭中的熱水器儲(chǔ)水箱的水溫控制，要突顯智能控制方向，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單容易操作，體積小[1，2]。本文在系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)選取了AT89S52芯片作為該控制系統(tǒng)的核心，溫度信號(hào)由DS18B20提供，溫度用4位八段數(shù)碼管顯示，有太陽能板，蜂鳴器，LED燈和馬達(dá)實(shí)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的動(dòng)作，程序選擇基于keilc51下c語言的編寫[3，4]。主要實(shí)現(xiàn)18B20的測(cè)溫，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度和上下限溫度，超溫報(bào)警動(dòng)作，還有鍵位控制調(diào)溫功能。超溫報(bào)警動(dòng)作主要是低溫加熱，高溫馬達(dá)正反轉(zhuǎn)蜂鳴器啟動(dòng)。在 編程方面要突顯智能控制方向，對(duì)溫度的控制不是簡(jiǎn)單的超溫報(bào)警，而是控制溫度在適用范圍內(nèi)。

2 硬件系統(tǒng)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4 系統(tǒng)調(diào)試

5 測(cè)試結(jié)果分析

本次系統(tǒng)完成基于52單片機(jī)太陽能熱水器儲(chǔ)水箱水溫智能控制控制設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中和調(diào)試中仍有誤差，但基本不大?；緷M足了系統(tǒng)的要求。雖然對(duì)單片機(jī)軟件的編程，溫度傳感器的使用和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制做了相應(yīng)的研究。

參考文獻(xiàn)

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篇7

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；人工智能；優(yōu)點(diǎn)

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷改革與發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)逐步實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，這對(duì)產(chǎn)品的效率和質(zhì)量也提出了更高的要求。電氣自動(dòng)化控制作為一門學(xué)科，有其重要的價(jià)值。對(duì)于社會(huì)和國(guó)家而言，電氣自動(dòng)化控制是發(fā)電廠、工業(yè)建筑等重要領(lǐng)域中不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)，對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。通過分析人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)用可以發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)極大促進(jìn)了電氣自動(dòng)化控制在智能控制方面的發(fā)展，提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的智能化水平以及相關(guān)的生產(chǎn)效率。促使電氣自動(dòng)化控制向著更智能的方向發(fā)展，是對(duì)其生產(chǎn)技術(shù)的一次重大改革。因此，不斷提高電氣自動(dòng)化控制中的人工智能技術(shù)水平非常重要[1]。

1人工智能技術(shù)的定義

人工智能技術(shù)是伴隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的一門新興科學(xué)。簡(jiǎn)單的說，人工智能技術(shù)就是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)人類的活動(dòng)進(jìn)行模擬，并作出一定的指令安排，目的是為了通過機(jī)械來完成復(fù)雜的、危險(xiǎn)的工作。這樣高科技的技術(shù)可以通過計(jì)算機(jī)在一定程度上實(shí)現(xiàn)人腦思考的效果，甚至比人腦更具有優(yōu)勢(shì)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)效率，降低人力勞動(dòng)，節(jié)約成本。更重要的是，它可以避免人處于危險(xiǎn)的環(huán)境中，減少人身危害，這對(duì)電氣自動(dòng)化控制的發(fā)展非常有利。

2人工智能控制器的優(yōu)點(diǎn)

人工智能是現(xiàn)代科技的新興產(chǎn)物。跟上時(shí)展的步伐，人工智能控制器相對(duì)于一般控制技術(shù)而言，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。2.1設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的控制器一般需要根據(jù)不同的操作對(duì)象進(jìn)行特定的設(shè)計(jì)，且在對(duì)實(shí)際模型進(jìn)行建造時(shí)，需要考慮很多不確定因素的影響，包括參數(shù)的改變、使用環(huán)境的影響等，增加了設(shè)計(jì)難度。但是，如果采用人工智能技術(shù)就可以很好地解決這一問題。人工智能控制設(shè)計(jì)時(shí)不需要針對(duì)具體的對(duì)象模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此可以大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。可見，人工智能設(shè)計(jì)思路的簡(jiǎn)單對(duì)于電氣自動(dòng)化控制方面具有很大優(yōu)勢(shì)[2]。2.2操作方便人工智能控制器比傳統(tǒng)控制器更加容易操作。人工智能控制器有很強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和對(duì)新信息的適應(yīng)能力，可以在短時(shí)間內(nèi)處理大量信息，這樣操作者就可以在較短時(shí)間內(nèi)掌握操作技巧，大大簡(jiǎn)化了操作工作。2.3準(zhǔn)確性高對(duì)于人工智能操作系統(tǒng)而言，大部分工作是通過計(jì)算機(jī)程序自主運(yùn)行，不需要工作人員過多的參與。一般情況下，只要硬件不出現(xiàn)問題，操作過程就不會(huì)出現(xiàn)太大的誤差，從而極大地保證了準(zhǔn)確率。

3電氣自動(dòng)化控制中的人工智能技術(shù)應(yīng)用

在電氣行業(yè)的正常運(yùn)行過程中，電氣控制發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了保證電氣工程可以正常安全地進(jìn)行，需要具備專業(yè)知識(shí)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的工作人員進(jìn)行操作。所以，怎樣保持電氣自動(dòng)化高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，一直被認(rèn)為是比較復(fù)雜的問題。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)的應(yīng)用很大程度上解決了這一問題。人工智能控制技術(shù)主要依靠計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序來進(jìn)行控制，其控制系統(tǒng)會(huì)依據(jù)不同環(huán)節(jié)需要來調(diào)用不同程序?qū)ιa(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)控制。這在很大程度上減少了誤差。此外，通過幾年的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，人工智能控制在電氣自動(dòng)化控制方面取得了諸多成就，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了事故發(fā)生率和勞動(dòng)成本，給企業(yè)和國(guó)家?guī)砜捎^的利益。下面就簡(jiǎn)單分析一下人工智能在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用[3]。3.1節(jié)省人力資源人工智能控制技術(shù)與傳統(tǒng)的人工控制技術(shù)相比，最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以代替枯燥乏味的手工勞動(dòng)，極大地解放了勞動(dòng)力。電氣控制是一個(gè)比較龐大和復(fù)雜的工程，電氣的操控設(shè)備多、線路復(fù)雜，且是一個(gè)比較危險(xiǎn)的工程。因此，需要投入大量的專業(yè)人員進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真的操控。但是，人工智能技術(shù)截然不同。人工智能技術(shù)依靠的是電子計(jì)算機(jī)，可以利用計(jì)算機(jī)代替人工處理一些數(shù)據(jù)的收集、分析，并且可以通過智能機(jī)械代替人工解決枯燥乏味的工作，將人類從復(fù)雜的勞動(dòng)中解放出來。這樣人工智能技術(shù)就可以極大節(jié)省人力資源，降低人力成本[4]。3.2縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期電器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與實(shí)踐投入生產(chǎn)過程有一個(gè)試用周期。如果按照之前傳統(tǒng)的方法進(jìn)行試驗(yàn)，這個(gè)過程比較漫長(zhǎng)。需要通過歸納總結(jié)，得出經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手工設(shè)計(jì)，且最后的效果還不太滿意。但是，如果使用人工智能系統(tǒng)，就可以利用計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，直接進(jìn)行生產(chǎn)，且生產(chǎn)出來的產(chǎn)品合格率較高。因此，人工智能系統(tǒng)的使用可以大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高生產(chǎn)率。3.3預(yù)防故障事故發(fā)生任何生產(chǎn)過程都會(huì)出現(xiàn)事故與故障，尤其對(duì)于電氣自動(dòng)化控制過程，故障與事故的發(fā)生更是不可忽略。人工智能技術(shù)對(duì)事故及故障進(jìn)行預(yù)防及處理具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是在處理發(fā)動(dòng)機(jī)、變壓器故障方面。人工智能技術(shù)主要通過計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)，對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)的問題提前給出解決方案，并且可以在故障發(fā)生的第一時(shí)間快速判斷問題部位。較傳統(tǒng)方法，人工智能技術(shù)發(fā)現(xiàn)問題快，解決問題快，且準(zhǔn)確率高，同時(shí)還可以對(duì)經(jīng)常發(fā)生故障的地方提前進(jìn)行檢修與預(yù)防[5]。3.4提高可靠性人工智能技術(shù)是結(jié)合計(jì)算機(jī)運(yùn)用的高端智能技術(shù)。通過計(jì)算機(jī)的控制，可以減少人工操作的參與，減少人工誤差，提高可靠性。同時(shí)，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，可提高可靠度，降低誤差。因?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)可以更好地保障生產(chǎn)效率，提高可靠度，降低誤差，所以對(duì)于企業(yè)和國(guó)家是非常有價(jià)值的。因此，對(duì)于電氣自動(dòng)化控制中人工智能技術(shù)的探究具有重要的研究?jī)r(jià)值。

4結(jié)束語

人工智能技術(shù)是人類智慧的結(jié)晶，是科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，是對(duì)人類智力技術(shù)的發(fā)展。在當(dāng)前信息自動(dòng)化飛速發(fā)展的時(shí)代，人工智能技術(shù)有很好的發(fā)展市場(chǎng)，在電氣自動(dòng)化控制方向也有其無可替代的優(yōu)勢(shì)。所以，隨著電氣自動(dòng)化控制工程技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，人工智能技術(shù)也應(yīng)該不斷改革和創(chuàng)新，更好地與電氣自動(dòng)化控制相結(jié)合，提高電子設(shè)備的生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，更好地服務(wù)人民、服務(wù)社會(huì)[6]。

參考文獻(xiàn)

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篇8

摘要：焦?fàn)t集氣管系統(tǒng)是焦?fàn)t系統(tǒng)的重要組成部分，針對(duì)目前我國(guó)焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)波動(dòng)大及自動(dòng)化低下的現(xiàn)狀，開發(fā)了焦?fàn)t集氣管壓力智能控制系統(tǒng)。通過采用Honeywell集散控制系統(tǒng)和VC軟件編程，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t集氣管壓力的可視化調(diào)節(jié)，將集氣管壓力穩(wěn)定在給定的工藝波動(dòng)范圍內(nèi)。該系統(tǒng)在漣源鋼鐵有限公司進(jìn)行了試驗(yàn)和使用，效果良好。

關(guān)鍵詞：智能控制; Honeywell集散控制系統(tǒng); 自動(dòng)化

Abstract：The collector pressure system of coke-oven is important part of oke-oven system. Based on the collector pressure system of coke-oven which has changed value between large scope and lower automatization， the gas collector pressure intelligent control system for coke-oven is developed. Through adopting Honeywell DCS and VC programme， the system implements the visualization regulation of the collector pressure system of coke-oven， and stable the pressure in in the technics area. The system is tested and used in Lianyuan iron and steel Ltd and acquires better effect.

Keyword：Intelligent control; Honeywell DCS， Automation

1 引言

焦?fàn)t集氣管系統(tǒng)是焦?fàn)t系統(tǒng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)收集焦?fàn)t生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣，對(duì)其進(jìn)行氣液分離，冷卻，洗滌等凈化操作，提供給民用供氣，鍋爐或高爐加熱等進(jìn)一步使用[1~4]。在焦?fàn)t工業(yè)中焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定是焦?fàn)t正常生產(chǎn)的重要保證。生產(chǎn)中受到多種因素的影響，如出焦，裝煤，爐底換向，煤氣量發(fā)生變化，工藝設(shè)備及管道阻力變化都會(huì)引起集氣管壓力大幅度波動(dòng)。當(dāng)壓力過低時(shí)，空氣就會(huì)進(jìn)入爐體，導(dǎo)致焦碳燃燒，灰份增加，焦碳質(zhì)量下降，加重冷卻系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)并縮短爐體使用壽命，當(dāng)壓力過高時(shí)，荒煤氣將會(huì)冒出，造成跑煙冒火，降低了荒煤氣的回收率并造成環(huán)境污染。目前我國(guó)很多鋼鐵企業(yè)集氣管壓力波動(dòng)范圍達(dá)，自動(dòng)化程度較低，因此，研制焦?fàn)t集氣管壓力控制系統(tǒng)以及成功應(yīng)用，對(duì)于改善環(huán)境，提高煤氣回收量和質(zhì)量，提高焦?fàn)t輔助產(chǎn)品和質(zhì)量，具有重要意義[5，6]。

2 工藝現(xiàn)狀

漣源鋼鐵有限公司焦化廠目前有1#、2#、新2#三座焦?fàn)t，其中1#、2#焦?fàn)t焦炭產(chǎn)量相對(duì)新2#焦?fàn)t（簡(jiǎn)稱N2#）要小，相應(yīng)其荒煤氣的產(chǎn)量和集氣管氣壓也要小些。1#、2#焦?fàn)t相距很近，其集氣管壓力耦合嚴(yán)重，其中任一集氣管壓力的變化都會(huì)引起另一集氣管氣壓的波動(dòng)。兩座老焦?fàn)t集氣管壓力原先設(shè)定值為80~120Pa，現(xiàn)因爐體老化，其值設(shè)定在40~80Pa之間才能防止焦?fàn)t出現(xiàn)跑煙、冒火的現(xiàn)象，在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)甚至設(shè)定在20Pa。1#、2#焦?fàn)t荒煤氣匯合后，經(jīng)一段長(zhǎng)為600m左右的輸氣管傳輸后與N2#焦?fàn)t的荒煤氣匯合。N2#焦?fàn)t與鼓風(fēng)機(jī)相距較近，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化對(duì)N2#焦?fàn)t影響顯著，對(duì)1#、2#焦?fàn)t影響較小。因?yàn)?#、2#焦?fàn)t集氣管與N2#焦?fàn)t集氣管相距較遠(yuǎn)，輸氣管長(zhǎng)且阻尼大，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)吸力氣壓遠(yuǎn)大于集氣管所能產(chǎn)生的最大負(fù)氣壓，所以1#、2#焦?fàn)t與N2#焦?fàn)t之間耦合相對(duì)較小。

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)選用Honeywell公司生產(chǎn)的Honeywell PlantScape集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)開放性好，使用方便，功能強(qiáng)大，能滿足集成和分散控制的各種要求。

集氣管壓力控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)為冗余結(jié)構(gòu)，每一個(gè)主機(jī)架都由電源模塊TK-FPCXX2，網(wǎng)絡(luò)接口模塊TC-CCR013，中央處理模塊TC-PRS021，冗余模塊TK-PRR021構(gòu)成。從機(jī)架由電源模塊TK-FPCXX2，網(wǎng)絡(luò)接口模塊TC-CCR013，數(shù)字量輸入模塊TK-IDD321，數(shù)字量輸出模塊TK-ODK161，模擬量輸入模塊TC-FIAH81，模擬量輸出模塊TK-OAV081，熱電阻模塊TB-IXR061構(gòu)成。操作員控制與監(jiān)視（人機(jī)界面）采用戴爾工控機(jī)，配置以太網(wǎng)卡和1784-PCIC卡，以太網(wǎng)卡用于服務(wù)器與各工作站的通信。1784-PCIC卡用于和DCS系統(tǒng)的CONTROLNET網(wǎng)連接。系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集選用Honeywell公司的PlantScape，提供操作員監(jiān)視，操作，系統(tǒng)報(bào)警及報(bào)表生成功能。另外，在鼓風(fēng)機(jī)房配置了兩臺(tái)工作站，通過光纜和中控室服務(wù)器相連，用于監(jiān)控鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行和集氣管壓力狀況。

三座焦?fàn)t因投產(chǎn)時(shí)間和設(shè)計(jì)的原因，使用的調(diào)節(jié)閥各不相同，其中1#焦?fàn)t使用的是西貝公司的SCHIEBEL調(diào)節(jié)閥，2#焦?fàn)t使用的是ROTORK調(diào)節(jié)閥，3#焦?fàn)t使用的是川儀的調(diào)節(jié)閥，均為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，動(dòng)作力矩大，缺點(diǎn)是不能頻繁的調(diào)節(jié)，容易引起電機(jī)發(fā)熱，安裝位置在集氣管的末端，從運(yùn)行的情況看，因集氣管內(nèi)焦油的逐漸增多，引起閥門動(dòng)作力矩增大。

圖1 集氣管壓力控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

4 智能控制方案

在Honeywell系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了集氣管協(xié)調(diào)專家控制器、1#、2#智能解耦控制器、N2#專家模糊控制器和協(xié)調(diào)控制器。其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從圖2中可以看出，集氣管壓力智能解耦控制系統(tǒng)的工作原理如下：三座焦?fàn)t的集氣管壓力設(shè)定值以及外送壓力、鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和蝶閥閥位的檢測(cè)值輸入到集氣管協(xié)調(diào)專家控制器，由專家控制器根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，處理有關(guān)的設(shè)定值和檢測(cè)值，并把處理的數(shù)據(jù)傳給1#、2#智能解耦控制器和N2#專家模糊控制器。

N2#焦?fàn)t主要采用專家模糊控制器對(duì)其進(jìn)行控制，它根據(jù)專家控制器，選擇不同的模糊控制器進(jìn)行計(jì)算，得到N2#焦?fàn)t蝶閥的目標(biāo)設(shè)定值；然后由協(xié)調(diào)控制器根據(jù)N2#蝶閥的特性，對(duì)目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償修正，得到N2#蝶閥目標(biāo)執(zhí)行值（當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、外送壓力發(fā)生突變時(shí)，采用N2#前饋補(bǔ)償控制器對(duì)目標(biāo)執(zhí)行值進(jìn)行補(bǔ)償修正），下發(fā)給Honeywell集散控制系統(tǒng)，進(jìn)行控制。

1#、2#智能解耦控制器通過模糊運(yùn)算或PID運(yùn)算，根據(jù)補(bǔ)償解耦規(guī)則，得到1#蝶閥和2#蝶閥的目標(biāo)設(shè)定值；然后由協(xié)調(diào)控制器根據(jù)蝶閥的特性，對(duì)目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償修正，得到1#蝶閥和2#蝶閥的目標(biāo)執(zhí)行值，下發(fā)給Honeywell集散控制系統(tǒng)，進(jìn)行控制。

由于智能解耦控制系統(tǒng)要進(jìn)行大量的計(jì)算，要求很高的實(shí)時(shí)性，同時(shí)要便于調(diào)試，并且要有一定的界面，故采用C/C++等高級(jí)語言來進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)用了OPC技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

圖2 集氣管網(wǎng)控制系統(tǒng)圖

5 系統(tǒng)運(yùn)行情況

由兩臺(tái)工業(yè)控制機(jī)和Honeywell控制器組成兩級(jí)系統(tǒng)，共同完成集氣管壓的智能解耦控制、工藝過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視和綜合信息管理。系統(tǒng)于2004年11月投入漣源鋼鐵有限公司焦化廠運(yùn)行，從自動(dòng)控制效果來看，控制算法是有效的，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況和控制效果對(duì)模糊專家智能解耦控制器做了參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化，達(dá)到項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求。對(duì)控制界面也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單，界面清晰明了。

圖3 控制系統(tǒng)軟件運(yùn)行畫面

焦?fàn)t集氣管壓力解耦控制系統(tǒng)軟件運(yùn)行畫面如圖3所示。該系統(tǒng)工作可靠、性能穩(wěn)定、功能齊全、操作方便，壓力控制精度達(dá)到了要求。當(dāng)負(fù)荷變化、集氣管壓力波動(dòng)、外送壓力波動(dòng)、上升蓋打開或關(guān)閉等外界干擾出現(xiàn)，使得三座焦?fàn)t出現(xiàn)高壓或低壓時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)通過對(duì)三座焦?fàn)t集氣管蝶閥調(diào)節(jié)使集氣管壓力動(dòng)態(tài)調(diào)整為正常范圍。以N2#焦?fàn)t為例，對(duì)其進(jìn)行智能控制后，對(duì)其采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：當(dāng)其設(shè)定值為110Pa時(shí)，壓力波動(dòng)范圍在±10 Pa占全部采樣的45%，壓力波動(dòng)范圍在±20 Pa占全部采樣的30%，壓力波動(dòng)范圍在±30 Pa占全部采樣的25%；而原系統(tǒng)壓力波動(dòng)范圍在±50 Pa占全部采樣的20%，壓力波動(dòng)范圍在±250 Pa占全部采樣的80%；當(dāng)外界因素引起集氣管壓力波動(dòng)時(shí)，該系統(tǒng)能迅速調(diào)節(jié)N2#蝶閥開度使壓力在30 s內(nèi)能達(dá)到穩(wěn)定，保證壓力穩(wěn)定在工藝要求波動(dòng)范圍內(nèi)。

該系統(tǒng)在某鋼鐵有限公司的具體使用過程中取得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t集氣管壓力的自動(dòng)化監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效能。

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篇9

[關(guān)鍵詞]LF爐 智能電極控制器 節(jié)能降耗

中圖分類號(hào)：TN383.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）07-0317-01

1. 前言

60噸LF爐原有電極調(diào)節(jié)器是基于靜態(tài)的PID調(diào)節(jié)，由于在鋼水精煉過程中，受鋼水面渣層厚度、底吹氬流量、大包耐火層、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、液壓伺服系統(tǒng)及控制調(diào)節(jié)比例閥放大板的精度與零漂變化等因素影響，致使LF爐進(jìn)行冶煉時(shí)出現(xiàn)三相電流、電壓不平衡以及過負(fù)荷等不良狀態(tài)，造成生產(chǎn)不穩(wěn)定、設(shè)備損耗大以及電耗高的局面?；谝陨喜蛔悖搹S對(duì)60噸LF爐進(jìn)行智能電極控制的改造，通過調(diào)研與研究，鋼廠LF爐智能電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用北科冶金器材公司研發(fā)的ZCMELT AC電極升降調(diào)節(jié)器，替換原有精煉站上電極控制調(diào)節(jié)器。

2. ZCMELT AC智能電極控制

2.1 主要功能特點(diǎn)

三個(gè)獨(dú)立的阻抗控制器和疊加的過電流控制器：可以自動(dòng)適應(yīng)電爐的實(shí)際冶煉階段/實(shí)際控制回路。阻抗實(shí)際值由經(jīng)過平滑處理的弧壓弧流采樣值計(jì)算得到，通過使用帶有死區(qū)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)器控制液壓驅(qū)動(dòng)電極，達(dá)到了更高的控制精度，調(diào)節(jié)器的參數(shù)根據(jù)冶煉狀況自適應(yīng)。

智能短路響應(yīng)：如果阻抗實(shí)際值低于最小極限值，并延時(shí)超過設(shè)定，這才被認(rèn)為是短路，并疊加一個(gè)控制量來提升電極。

自動(dòng)啟動(dòng)冶煉功能：使用功率圓圖來設(shè)定工作點(diǎn)，達(dá)到電爐變壓器合理有效的向電爐內(nèi)輸入有效功率P，另外，通過模擬過程值，電極控制可以離線測(cè)試，而不需要任何的特殊設(shè)備。通過功率圓圖，選取電爐的工作設(shè)定點(diǎn)，即阻抗設(shè)定點(diǎn)，有效的發(fā)揮變壓器的有效功率，縮短冶煉時(shí)間5-20分鐘，降低電耗。

過電流保護(hù)：通過三個(gè)積分器，過電流值過的越大，電極速度提得越快，糾正過電流狀態(tài)，以避免電爐變壓器和電極的過載。圖1為過電流保持布置柜圖

成熟的防電極折斷功能：ZCMELT對(duì)偏差進(jìn)行監(jiān)控，如某一個(gè)電極支撐軸發(fā)生故障等。最后，ZCMELT 通過非導(dǎo)體檢測(cè)，把電極的折斷率降低到最小。

2.2 硬件系統(tǒng)

智能電極調(diào)節(jié)器ZCMELT AC主要由控制系統(tǒng)、二次電流（ 弧流） 檢測(cè)回路、 二次電壓（ 弧壓） 檢測(cè) 回路、液壓閥驅(qū)動(dòng)回路、人機(jī)接口系統(tǒng)（ HMI ） 和通訊接口等組成。控制系統(tǒng)是ZCMELT AC調(diào)節(jié)器的核心， 由S7 PLC和其他輔助設(shè)備組成。

2.3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 信號(hào)采集

電弧電流：電弧電流檢測(cè)由安裝在變壓器二次側(cè)的3只羅氏線圈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冶煉時(shí)電弧電流、將監(jiān)測(cè)的電流信號(hào)通過積分器和特殊屏蔽電纜傳送到控制器進(jìn)行處理。

電弧弧壓：電弧電壓信號(hào)從變壓器二次短網(wǎng)取出經(jīng)電壓檢測(cè)箱獲得 ，并通過特殊電纜與系統(tǒng)連接。檢測(cè)箱配有互感器、 浪涌吸收回路、 熔斷器和濾波器，以防護(hù)過電壓沖擊、保證信號(hào)質(zhì)量。

液壓回路壓力：液壓回路壓力信號(hào)直接取自壓力回路，經(jīng)過濾波、A/D轉(zhuǎn)換及放大處理后送到控制器，通過和電流信號(hào)的平衡比較調(diào)節(jié)電極升降，防止電極折斷。

2.3.2 信號(hào)處理及電極驅(qū)動(dòng)

系統(tǒng)先對(duì)采集的弧壓、弧流信號(hào)的實(shí)際值進(jìn)行濾波，計(jì)算出阻抗的實(shí)際值，再與阻抗設(shè)定值相比較。兩值的偏差（ 輸出值 ） 經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換和放大板放大，通過調(diào)節(jié)液壓閥開度使電極升降。

系統(tǒng)通過比較弧流的實(shí)際值與設(shè)定極限值算出偏差，通過P I 調(diào)節(jié)器進(jìn)行積分，積分器對(duì)正負(fù)控制值具有不同時(shí)間常數(shù)，輸出信號(hào)經(jīng)過限幅，疊加到阻抗控制回路，控制電極使冶煉電流不超過設(shè)定的極限值。

為防止電極在下降過程因接觸非導(dǎo)電爐料而折斷，系統(tǒng)通過控制器采集液壓回路壓力信號(hào)。當(dāng)信號(hào)達(dá)到設(shè)定值而電極電流又很小時(shí)，該電極自動(dòng)抬起再重新落下。若電極連續(xù)三次未起弧，則發(fā)出報(bào)警通知爐前人員處理。液壓閥的正、負(fù)開度與正、負(fù)驅(qū)動(dòng)電流或電壓的關(guān)系一般設(shè)計(jì)為線性，但在接近零點(diǎn)的區(qū)域存在死區(qū)。為獲得更好的控制特性，系統(tǒng)對(duì)死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。如果阻抗實(shí)際值在給定的時(shí)間內(nèi)小于設(shè)定的極限值，則認(rèn)為該相電極短路，然后被快速提升。

為減少對(duì)變壓器調(diào)壓開關(guān)觸頭的燒損，當(dāng)切換抽頭調(diào)整二次電壓時(shí)，ZCMELT AC自動(dòng)調(diào)節(jié)阻抗以降低冶煉電流。

2.3.3 LF爐本體參數(shù)選擇

變壓器檔位選擇：我廠變壓器共9各檔位，其中第1檔至的3檔為恒功率檔，第3檔至第9檔為恒電流檔，則第3檔是變壓器的額定檔，因此我廠選擇變壓器第3檔煉鋼。

弧長(zhǎng)選擇：選擇變壓器第3檔的情況下，我廠盡量使用長(zhǎng)弧煉鋼，其次根據(jù)鋼水的溫度、生產(chǎn)的匹配等使用中弧和短弧

2.4 實(shí)施效果

第鋼廠LF爐電極智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用以來，節(jié)能效果明顯，精煉噸鋼電耗下降10Kwh/t，采用新系統(tǒng)后，電極調(diào)節(jié)明顯平穩(wěn)，電流由原來的±10%波動(dòng)改善到±3%，弧光熱輻射極大減少，電熱效率增加。因電極控制平穩(wěn)，三項(xiàng)電流平衡，將減少電極斷裂故障并降低電極消耗，能有效減少鋼包耐材消耗。滿足了第鋼廠生產(chǎn)的需要，改善了系統(tǒng)運(yùn)行品質(zhì)。

3 .結(jié)束語

在實(shí)際應(yīng)用中，由于精煉爐三相之間存在耦合，單獨(dú)的PID調(diào)節(jié)沒有考慮三相之間的耦合因素，無法更加合理、靈敏的控制電極的升降，ZCMELT AC電極升降調(diào)節(jié)器綜合考慮包括三相間的耦合等因素，使控制更靈敏，更合理，在應(yīng)用中充分發(fā)揮了其神經(jīng)元控制的優(yōu)勢(shì)，改善了三相不平衡，大大減少了偏差，實(shí)現(xiàn)更加精確的控制，達(dá)到系統(tǒng)的更加穩(wěn)定，減低設(shè)備損耗及節(jié)能降耗的目的。

參考文獻(xiàn)

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篇10

【關(guān)鍵詞】 生活質(zhì)量智能化控制系統(tǒng)Zigbee技術(shù)

1 引言

近年來,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也越來越高。各種先進(jìn)的家用電器充斥著人們的生活空間,給人們帶來便利的同時(shí),繁雜的操控成為人們必須面對(duì)的一個(gè)問題。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)家電智能遠(yuǎn)程控制提供了條件。但很多普通家電產(chǎn)品并不具備智能遠(yuǎn)程控制功能,若每一款家電產(chǎn)品產(chǎn)品都單獨(dú)實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程控制成本太高,這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)中間設(shè)備－智能家電控制器。針對(duì)這一問題,本文提出一種智能家電控制器的設(shè)計(jì)思路。利用智能家電控制器,用戶通過一條短信就可以隨時(shí)隨地的控制家電的運(yùn)行狀態(tài);家電的運(yùn)行狀態(tài)也可以實(shí)時(shí)反饋到用戶,以便于用戶發(fā)出下一步指令;而且通過智能家電控制器內(nèi)部預(yù)設(shè)的程序,還可以實(shí)現(xiàn)家電的定時(shí)開關(guān)功能。這種智能家電控制器,不僅可以應(yīng)用于普通的居住小區(qū),還可以進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用到高檔別墅區(qū)的智能家電控制系統(tǒng)中,對(duì)于提升人們的生活質(zhì)量具有非常重要的意義。

2 智能家電控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及功能

智能家電控制系統(tǒng)包括智能家電控制器、遠(yuǎn)程通訊控制系統(tǒng)以及無線遙感控制系統(tǒng)。其中核心模塊就是智能家電控制器,它與遠(yuǎn)程通訊控制系統(tǒng)相連,然后通過有線或者無線遙感控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)各種家電的控制。智能家電控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能,基本上是由智能家電控制器實(shí)現(xiàn)的。

智能家電控制系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能主要有:

家庭安防:在智能家電控制系統(tǒng)中,連接有多種傳感器,包括紅外探測(cè)傳感器、煙感探測(cè)頭、門磁報(bào)警器、燃?xì)馓綔y(cè)頭等。這些傳感器可以實(shí)時(shí)采集信息然后傳送到智能家電控制器。智能家電控制器再根據(jù)預(yù)設(shè)的程序?qū)魉蛠淼男畔⑦M(jìn)行分析,以實(shí)現(xiàn)防盜、防火等功能,而且還具有主人身份識(shí)別功能,一旦有陌生人非法入侵,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。

家電控制:不論用戶在什么地方,都可以通過發(fā)送短信的方式,控制家用電器的開啟或關(guān)閉。比如,用戶在下班回家的途中即可以通過智能家電控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)空調(diào)的預(yù)熱,照明系統(tǒng)的提前打開等。

信息服務(wù):通過智能家電控制系統(tǒng),用戶還可以更為方便的享受到各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù),比如網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上購物以及遠(yuǎn)程教育等。

所有這些功能都是可以通過智能家電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的,但是本文只對(duì)智能家電控制系統(tǒng)的核心模塊,智能家電控制器做深入的探討。

3 智能家電控制器的設(shè)計(jì)

3.1 家電控制器的工作過程

在智能家電控制器中,含有一個(gè)SIM卡,利用這個(gè)SIM卡,便可以對(duì)接收到的手機(jī)控制信息進(jìn)行用戶權(quán)限的認(rèn)證。認(rèn)證完成后,如果不符合操作權(quán)限,智能家電控制器便反饋一個(gè)提示信息給用戶。如果符合操作權(quán)限,那么智能家電控制器便根據(jù)用戶的控制指令,對(duì)家電進(jìn)行控制,同時(shí)將家電的運(yùn)行狀態(tài)反饋給用戶。

3.2 家電控制器的原理框圖

構(gòu)成智能家電控制器的硬件電路如圖1所示。

鍵盤控制模塊。通過鍵盤控制模塊,可以實(shí)現(xiàn)家電的預(yù)設(shè)置,比如控制電視的定時(shí)開關(guān),定時(shí)開啟或關(guān)閉步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)窗簾的定時(shí)開閉。

無線接收模塊。用戶通過手機(jī)短信對(duì)家電進(jìn)行控制時(shí),智能家電控制器通過無線接收模塊來接收用戶的控制指令。

Zigbee通信模塊。在接收到用戶的控制指令后,智能家電控制器通過Zigbee通信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制。

信息采集模塊。根據(jù)用戶的控制指令對(duì)家電進(jìn)行控制以后,智能家電控制器利用信息采集模塊采集各個(gè)家電的運(yùn)行狀態(tài),并將采集到的信息反饋給用戶。比如根據(jù)用戶的指令開啟空調(diào)一段時(shí)間后將室內(nèi)溫度反饋給用戶。

3.3 智能家電控制器的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括:控制界面的miniGUI編程、無線通信程序設(shè)計(jì)、家電運(yùn)行控制程序設(shè)計(jì)以及嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植。控制界面的編程基于miniGUI1.3.3版本的圖形界面編程,這種編程操作非常有利于進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植,需要做的就是啟動(dòng)代碼vivi的移植、內(nèi)核的剪裁與移植以及制作文件系統(tǒng)。由于Linux 源代碼開源,可以根據(jù)硬件設(shè)計(jì)的需求進(jìn)行量身制定內(nèi)核,可以實(shí)現(xiàn)在很小的存儲(chǔ)空間上運(yùn)行圖形界面的操作系統(tǒng)。

4 智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 接口與標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)家用電器根據(jù)生產(chǎn)廠家的不同,其接口標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同,這給設(shè)備的集中控制帶來了難題。在進(jìn)行智能家電控制器設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)每一個(gè)家用電器都配備一個(gè)終端控制器。終端控制器可以與主控制器相連然后形成微微網(wǎng),這樣便相當(dāng)于統(tǒng)一了各個(gè)家用電器的接口標(biāo)準(zhǔn),從而實(shí)現(xiàn)智能控制。

4.2 Zigbee技術(shù)

Zigbee技術(shù)具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力,可以組成蜂窩狀網(wǎng)絡(luò),通信可靠性極強(qiáng)。通過Zigbee技術(shù)將嵌入式Zigbee模塊終端控制器和家電控制器連接在一起,同時(shí)又利用具有路由功能的Zigbee家庭網(wǎng)關(guān)和外部網(wǎng)絡(luò)相連,組建成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)。使得住宅中各種家用電器通過無線家庭網(wǎng)關(guān)連接成一個(gè)智能化系統(tǒng),進(jìn)行集中的或遠(yuǎn)程的監(jiān)視、控制和管理。

4.3 擴(kuò)展SIP技術(shù)

針對(duì)智能家居控制系統(tǒng),目前已經(jīng)可以通過一些協(xié)議來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)

圖1 智能家電控制器原理框圖

程控制,但是網(wǎng)絡(luò)用具的中間域通信的處理還沒有非常好的解決方案。采用SIP擴(kuò)展技術(shù),能夠較好的解決網(wǎng)絡(luò)用具交互能力問題。本智能家電控制器設(shè)計(jì)中,恰當(dāng)擴(kuò)展初始化協(xié)議SIP,實(shí)現(xiàn)對(duì)家電遠(yuǎn)程控制的同時(shí),及時(shí)獲取家電的運(yùn)行狀態(tài)。在智能家居控制系統(tǒng)中,采用SIP擴(kuò)展SUBSCRIBE、NOTIFY 和DO方法來實(shí)現(xiàn)。通過 SUBSCRIBE方法來獲取家用電器狀態(tài),擴(kuò)展DO方法對(duì)家用電器進(jìn)行操作,終端控制設(shè)備使用NOTIFY方法及時(shí)將家用電器的狀態(tài)改變通知用戶。

4.4 開放式家庭服務(wù)網(wǎng)關(guān)

嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)符合OSGi規(guī)范,即開放式家庭服務(wù)網(wǎng)關(guān),包括服務(wù)網(wǎng)關(guān)、廣域網(wǎng)以及局域網(wǎng)連接設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)智能家電控制系統(tǒng)的低成本、高可可靠性,采用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。將用戶的對(duì)家電的控制劃分為實(shí)時(shí)性控制和非實(shí)時(shí)性控制。嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)不僅符合廣域網(wǎng)連接通訊標(biāo)準(zhǔn)而且還符合局域網(wǎng)連接通訊標(biāo)準(zhǔn)以及與服務(wù)傳輸相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),從而使得系統(tǒng)的軟硬件升級(jí)問題得以解決,產(chǎn)品的通用性更強(qiáng)。

5 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展,各種智能化電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。智能家電控制系統(tǒng)在人們的生活中發(fā)揮的作用會(huì)越來越大,智能家居公司的服務(wù)對(duì)象也會(huì)逐漸從豪宅、高檔別墅區(qū)等轉(zhuǎn)移到普通居住小區(qū)。成本低、功能強(qiáng)大、可靠性好的智能家電控制器的應(yīng)運(yùn)而生,其市場(chǎng)前景是非常廣闊的。相信隨著時(shí)間的推移,智能家電控制器會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),進(jìn)入到普通人們的生活中。

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