導(dǎo)語：如何才能寫好一篇控制系統(tǒng)設(shè)計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：火災(zāi)自動報警消防聯(lián)動控制系統(tǒng)電氣設(shè)計

現(xiàn)代化的建筑規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)高、人員密集、設(shè)備眾多，對防火要求極為嚴格。為此，除對建筑物平面布置、建筑和裝修材料的選用、機電設(shè)備的選型與配置有許多限制條件外，還需要設(shè)置現(xiàn)代化的消防設(shè)施。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，各種高層建筑、大中型商業(yè)建筑、廠房不斷涌現(xiàn)，對自動消防報警系統(tǒng)提出了更高更嚴的要求。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護人身和財產(chǎn)安全，保衛(wèi)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，在現(xiàn)代化的工業(yè)民用建筑、賓館、圖書館、科研和商業(yè)部門，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)已成為必不可少的設(shè)施。電氣工程設(shè)計、安裝和使用是否正確不僅直接影響到建筑的消防安全而且也直接關(guān)系到各種消防設(shè)施能否真正發(fā)揮作用。因此，自動報警及消防聯(lián)動的設(shè)計及設(shè)備選型顯得尤為重要。

一、系統(tǒng)的組成

火災(zāi)自動報警與消防聯(lián)動控制系統(tǒng)是建筑物防火綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由火災(zāi)報警系統(tǒng)和消防聯(lián)動控制系統(tǒng)組成。在實際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)的組成是多種多樣的，設(shè)備量的多少、設(shè)備種類都會有很大的不同。但是，決定系統(tǒng)特征的是火災(zāi)自動報警和消防聯(lián)動控制這兩個系統(tǒng)的實現(xiàn)方式。

（一）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的組成

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)一般由探測器、信號線路和自動報警裝置三部分組成。

1、火災(zāi)探測器和手動報警按鈕

火災(zāi)探測器是整個報警系統(tǒng)的檢測元件。它的工作穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等技術(shù)指標(biāo)直接影響著整個消防系統(tǒng)的運行。

1）探測器的種類

火災(zāi)探測器的種類很多，大致有如下幾種：

（1）離子感煙探測器。

（2）光電感煙探測器。

（3）感溫探測器（包括定溫式和差溫式）。

（4）氣體式探測器。

（5）紅外線式探測器。

（6）紫外線式探測器。

2）常用的火災(zāi)探測器基本原理

（1）感煙火災(zāi)探測器

火災(zāi)發(fā)展過程大致可以分為初期階段、發(fā)展階段和衰減熄滅階段。感煙火災(zāi)探測器的功能在于：在初燃生煙階段，能自動發(fā)出火災(zāi)報警信號，以期將火撲滅在未成災(zāi)害之前。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，感煙探測器可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。

①離子感煙探測器

離子式感煙探測器是由兩個內(nèi)含Am241放射源的串聯(lián)室、場效應(yīng)管及開關(guān)電路組成的。內(nèi)電離室即補償室，是密封的，煙不易進入；外電離室即檢測室，是開孔的，煙能夠順利進入。在串聯(lián)兩個電離室的兩端直接接入24V直流電源。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，煙霧進入檢測電離室，Am241產(chǎn)生的α射線被阻擋，使其電離能力降低，因而電離電流減少，檢測電離室空氣的等效阻抗增加，而補償電離室因無煙進入，電離室的阻抗保持不變，因此，引起施加在兩個電離室兩端分壓比的變化，在檢測電離室兩端的電壓增加量達到一定值時，開關(guān)電路動作、發(fā)出報警信號。

②光電感煙探測器

光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關(guān)組成。利用光散射原理對火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進行探測，并及時發(fā)出報警信號。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。

a、一般光電式感煙探測器根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點可分為遮光型和散射型兩種。

遮光型光電感煙探測器由一個光源（燈泡或發(fā)光二極管）和一個光電元件對應(yīng)裝在小暗室內(nèi)構(gòu)成。在無煙情況下，光源發(fā)出的光通過透鏡聚成光束，照射到光電元件上，并將其轉(zhuǎn)換成電信號，使整個電路維持在正常狀態(tài)，不發(fā)出報警。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生有煙霧進入探測器，使光的傳播特性改變，光強明顯減弱，電路正常狀態(tài)被破壞，則發(fā)出報警信號。

散射光電式感煙探測器的發(fā)光二極管和光電元件設(shè)置的位置不是對應(yīng)的。光電元件設(shè)置在多孔的小暗室里。無煙霧時，光不能射到光電元件上，電路維持正常狀態(tài)。而發(fā)生火災(zāi)時，有煙霧進入探測器，光通過煙霧粒子的反射或散射到達光電元件上，則光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大電路放大后，驅(qū)動自動報警裝置發(fā)出報警信號。

b、激光式感煙探測器。由激光發(fā)射機（包括脈沖電源和激光發(fā)生器）和激光接收器（包括光電接收器、脈沖放大及報警）組成。它利用激光方向性強、亮度高及單色性和相干性好的特點。在無煙情況下，脈沖激光束射到光電接收器上，轉(zhuǎn)換成電信號，報警器不發(fā)出報警。一旦激光束在發(fā)射過程中有煙霧遮擋而減弱到一定程度，使光電接收器信號顯著減弱，探測器發(fā)出報警信號。在種類繁多的激光光源中，半導(dǎo)體激光器由于具有所需激發(fā)電壓低、效率高、脈沖功率大、器件體積小、耐震、壽命長和價格低廉等優(yōu)點而受到重視。

c、紫外光和紅外光感煙探測器。它們具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、可靠、探測方位準(zhǔn)確等優(yōu)點，因而得到普遍重視，并成為目前火災(zāi)探測器的重要設(shè)備和發(fā)展方向。

光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實現(xiàn)早期火災(zāi)報警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險性較大的場所，如計算機房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。

（2）感溫火災(zāi)探測器

感溫探測器按結(jié)構(gòu)原理不同有雙金屬片型、膜盒型、熱敏電子元件型等三種。

①雙金屬片型是應(yīng)用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片作為敏感元件的，一般制成差溫和定溫兩種形式，定溫式是當(dāng)環(huán)境溫度上升達到設(shè)定溫度時，定溫部件立即動作，發(fā)出報警信號；差溫式是當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升，其溫升速率（℃/min）達到或超過探測器規(guī)定的動作溫升速率時，差溫部件立即動作，發(fā)出報警信號。

②膜盒型探測器由波紋板組成一個氣室，室內(nèi)空氣只能通過氣塞螺釘?shù)男】着c大氣相通。一般情況下（指環(huán)境溫升速率不大于1℃/min），氣室受熱，室內(nèi)膨脹的氣體可以通過氣塞螺釘小孔泄漏到大氣中去。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，溫升速率急劇增加，氣室內(nèi)的氣壓增大，波紋板向上鼓起，推動彈性接觸片，接通電接點，發(fā)出報警信號。

③電子感溫探測器由兩個阻值和溫度特性相同的熱敏電阻和電子開關(guān)線路組成，兩個熱敏電阻中一個可直接感受環(huán)境溫度的變化，而另一個則封閉在一定熱容量的小球內(nèi)。當(dāng)外界溫度變化緩慢時，兩個熱敏電阻的阻值隨溫度變化基本相接近，開關(guān)電路不動作?；馂?zāi)發(fā)生時，環(huán)境溫度劇烈上升，兩個熱敏電阻阻值變化不一樣，原來的穩(wěn)定狀態(tài)破壞，開關(guān)電路打開，發(fā)出報警信號。

3）火災(zāi)探測器的選擇

（1）根據(jù)火災(zāi)的特點選擇探測器

①火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量熱，很小或沒有火焰輻射，應(yīng)選用感煙探測器。

②火災(zāi)發(fā)展迅速，產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射，可選用感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器或其組合。

③火災(zāi)發(fā)展迅速、有強烈的火焰輻射和少量煙和熱、應(yīng)選用火焰探測器。

④火災(zāi)形成特點不可預(yù)料，可進行模擬試驗，根據(jù)試驗結(jié)果選擇探測器。

（2）根據(jù)安裝場所環(huán)境特征選擇探測器

①相對濕度長期大于95%，氣流速度大于5m/s，有大量粉塵、水霧滯留，可能產(chǎn)生腐蝕性氣體，在正常情況下有煙滯留，產(chǎn)生醇類、醚類、酮類等有機物質(zhì)的場所，不宜選用離子感煙探測器。

②可能產(chǎn)生陰燃或者發(fā)生火災(zāi)不及早報警將造成重大損失的場所，不宜選用感溫探測器；溫度在0℃以下的場所，不宜選用定溫探測器；正常情況下溫度變化大的場所，不宜選用差溫探測器。

③有下列情形的場所，不宜選用火焰探測器：

a、可能發(fā)生無焰火災(zāi)；

b、在火焰出現(xiàn)前有濃煙擴散；

c、探測器的鏡頭易被污染；

d、探測器的‘視線’易被遮擋；

e、探測器易被陽光或其他光源直接或間接照射；

f、在正常情況下，有明火作業(yè)以及X射線、弧光等影響。

高層民用建筑及探測器的靈敏度選擇，應(yīng)據(jù)探測器的性能及使用場所，正常情況下（無火警時）系統(tǒng)沒有誤報警為準(zhǔn)進行選擇。目前，國內(nèi)高層建筑中，大部分使用光電感煙測器，只有在個別場所、廚房、發(fā)電機房、車庫及有氣體滅火裝置的場所才用感溫探測器。只用一種探測器，在聯(lián)動的系統(tǒng)里易產(chǎn)生誤動作，這將造成不必要的損失，無聯(lián)動的系統(tǒng)里易誤報。故應(yīng)選用兩種或兩種以上種類探測器。他們是“與”的邏輯關(guān)系，當(dāng)兩種或兩種以上探測器同時報警，聯(lián)動裝置才動作，這樣才能確保不必要的損失

總之，探測器選擇應(yīng)根據(jù)實際環(huán)境情況選擇合適的探測器，以達到及時、準(zhǔn)確報警的目的。

4）手動報警按鈕

報警區(qū)域內(nèi)每個防火分區(qū)應(yīng)至少設(shè)置一個手動火災(zāi)報警按鈕，且從一個防火分區(qū)里的任何位置至最近一個手動火災(zāi)報警按鈕的距離不應(yīng)大于30m，并應(yīng)設(shè)置在明顯和便于操作的位置。手動報警按鈕距地面1.5m。

2、自動報警裝置

我國火災(zāi)自動報警裝置的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用雖然起步較晚，但發(fā)展非?？欤貏e是最近幾年，隨著我國四化建設(shè)的迅速發(fā)展和消防工作的不斷加強，火災(zāi)自動報警裝置的生產(chǎn)和應(yīng)用都有了較大的發(fā)展，生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品種類和產(chǎn)量及應(yīng)用單位都不斷地增加。我國目前生產(chǎn)的火災(zāi)自動報警裝置是包括報警顯示、故障顯示和發(fā)出控制指令的自動化成套裝置。當(dāng)接收到火災(zāi)探測器、手動報警按鈕或其他觸發(fā)器件發(fā)送來的火災(zāi)信號時，能發(fā)出聲光報警信號，記錄時間、自動打印火災(zāi)發(fā)生的時間、地點、并輸出控制其他消防設(shè)備的指令信號，組成自動滅火系統(tǒng)。目前，生產(chǎn)、使用的自動報警裝置，多采用多線制，分為區(qū)域報警控制器、集中報警控制器和智能型火災(zāi)報警控制器。

（1）區(qū)域報警控制器

區(qū)域報警器是一種由電子電路組成的自動報警和監(jiān)視裝置。它聯(lián)結(jié)一個區(qū)域內(nèi)的所有火災(zāi)探測器，準(zhǔn)確、及時的進行火災(zāi)自動報警。因此，每臺區(qū)域報警器和所管轄區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)探測器經(jīng)正確連接后，就能構(gòu)成完整、獨立的自動火災(zāi)報警裝置。

區(qū)域報警器的基本原理如下：

①接收探測器或手動報警按鈕發(fā)出的火災(zāi)信號，以聲光的形式進行報警；

②電子鐘可以記憶首次發(fā)生火災(zāi)的時間；

③可以帶動若干對繼電器觸點給出適當(dāng)外接功能；可

④以配置備用直流電源，當(dāng)市電斷電時，直流備用電便自動投入；

⑤具有自檢功能，當(dāng)區(qū)域報警器與探測器之間有接觸不良或斷線時，報警器發(fā)出開路或短路的故障聲、光報警信號并自動顯示故障部位；

⑥具有“火警優(yōu)先”功能，各類報警信號至區(qū)域報警器，經(jīng)信號選擇電路處理后，進行火災(zāi)、短路、開路判斷，報警器首先發(fā)出火災(zāi)報警信號，指示具體著火部位，發(fā)出火警音響，記憶火警信號、開路、短路故障信號；

⑦通過通訊接口電路將三類信號送至集中報警控制器。區(qū)域報警控制器將接收到的探測器火警信號進行“與”“或”邏輯組合，控制繼電器動用聯(lián)動外部設(shè)備，如排煙閥、送風(fēng)閥、防火門等。

目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的區(qū)域報警器的容量即監(jiān)控部位多少不同。不同型號的區(qū)域報警器需與不同型號的探測器相連接。以西安262廠生產(chǎn)的JB-QB-2700/088A系列區(qū)域報警器為例，它有壁掛式、柜式兩種，最大容量為256路，一路是一個部位號，一個探測器占一個部位號。

在工程設(shè)計中，選擇區(qū)域報警控制器的容量應(yīng)大于該區(qū)域的探測器數(shù)。如一建筑物以一層為一個區(qū)，共24個房間，每個房間一個探測器，共24個，則應(yīng)選擇30路區(qū)域報警控制器。若48個房間，則應(yīng)選擇50回路區(qū)域報警控制器。

（2）集中報警控制器

集中報警控制器的基本原理如下：

①把若干個區(qū)域報警器連接起來，組成一個系統(tǒng)，集中管理；

②可以巡回檢測相連接的各區(qū)域報警器有無火災(zāi)信號或故障信號，并能及時指示火災(zāi)區(qū)部位和故障區(qū)域，同時發(fā)出聲、光報警信號；

③其他功能、原理同區(qū)域報警控制器。

在系統(tǒng)中如只有探測器和集中報警器是不能工作的。因為集中報警器的巡檢功能、火災(zāi)報警功能、自檢功能等都是與區(qū)域報警器構(gòu)成系統(tǒng)后才具備的。所以，只有區(qū)域報警器與集中報警器配合使用，才能構(gòu)成自動火災(zāi)報警系統(tǒng)。

集中報警系統(tǒng)適用于大型、復(fù)雜工程。集中報警器最大容量可接40臺區(qū)域報警器。

（3）智能型火災(zāi)報警控制器

智能型火災(zāi)報警控制器的基本原理如下：

①采用模擬量探測器，能對外界非火災(zāi)因素，諸如溫度、濕度和灰塵等影響實施自動補償，從而在各種不同使用條件下為解決無災(zāi)誤報和準(zhǔn)確報警奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；

②報警控制器采用全總線計算機通信技術(shù)，實現(xiàn)總線報警和總線聯(lián)動控制，減少了控制輸出與執(zhí)行機構(gòu)之間的長距離管線；

③采用大容量的控制矩陣和交叉查尋程序軟件包，以軟件編程代替硬件組合，提高了消防聯(lián)動的靈活性和可修改性。

262廠生產(chǎn)的NA1000系列火災(zāi)報警控制器就屬此類形式。

（4）自動報警裝置的選擇

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中，所選用的火災(zāi)報警裝置應(yīng)具有以下基本功能：

①能為火災(zāi)探測器供電；

②能接收來自火災(zāi)探測器或手動報警按鈕的報警信號；

③能檢測并發(fā)出系統(tǒng)本身的故障信號；

④能檢查火災(zāi)報警器的報警功能；

⑤具有電源轉(zhuǎn)換功能。

火災(zāi)報警控制器的選擇，一般考慮下列因素：

①火災(zāi)探測器、火災(zāi)報警器宜選用同一廠家的配套產(chǎn)品；

②報警系統(tǒng)所需回路數(shù)量；

③是否需要自動消防聯(lián)動控制功能；

④安裝位置和安裝方式等。

（二）消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的組成

消防聯(lián)動控制范圍很廣，據(jù)實際工程的大小、等級高低的不同各異。聯(lián)動控制設(shè)備有消火栓、水滅火、氣體滅火、防火門、防火卷簾、排風(fēng)機、空調(diào)設(shè)施、防火閥、排煙閥、電梯、誘導(dǎo)燈、事故燈、警鈴、切斷工作電源等。

二、系統(tǒng)選擇

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的保護對象是建筑物或建筑物的一部分。不同的建筑物，其使用性質(zhì)、重要程度、火災(zāi)危險性、建筑結(jié)構(gòu)形式、耐火等級、分布狀況、環(huán)境條件以及管理形式等各不相同。在設(shè)計中應(yīng)仔細研究這些情況，根據(jù)不同的情況選擇不同的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

（一）系統(tǒng)確定

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是觸發(fā)器件、火災(zāi)報警裝置、火災(zāi)警報裝置以及具有其他輔助功能的裝置組成的火災(zāi)報警系統(tǒng)，是人們?yōu)榱嗽缙诎l(fā)現(xiàn)通報火災(zāi)、并及時采取有效措施，控制和撲滅火災(zāi)而設(shè)置在建筑中或其他場所的一種自動消防設(shè)施，是人們同火災(zāi)作斗爭的有力工具。

報警系統(tǒng)的確定一般是整個系統(tǒng)中報警部位總點數(shù)，包括探測器數(shù)量、手動報警按鈕數(shù)量及消火栓、自動門、自動閥、行程開關(guān)等總數(shù)量來確定。也就是說與建筑物大小、等級、使用功能有關(guān)?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的組成形式多種多樣，特別是近年來，科研、設(shè)計單位與制造廠家聯(lián)合開發(fā)了一些新型的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，如智能型、全總線型等，但在工程應(yīng)用中，采用最廣泛的是如下三種基本形式：區(qū)域報警系統(tǒng)、集中報警系統(tǒng)、控制中心報警系統(tǒng)。

1、區(qū)域報警系統(tǒng)

該系統(tǒng)一個報警區(qū)域宜設(shè)置一臺區(qū)域報警控制器，系統(tǒng)中區(qū)域報警控制器不應(yīng)超過3臺，區(qū)域報警控制器宜設(shè)于有人值班的房間、場所。

系統(tǒng)的組成見下圖。

2、集中報警系統(tǒng)

報警區(qū)域較多、區(qū)域報警控制器超過3臺時，采用集中報警系統(tǒng)。集中報警系統(tǒng)至少有一臺集中報警控制器和兩臺以上區(qū)域報警控制器集中報警控制器應(yīng)設(shè)置有人值班的專用房間或消防班室內(nèi)。

系統(tǒng)的組成見下圖。

3、控制中心報警系統(tǒng)

工程建筑規(guī)模大、保護對象重要、設(shè)有消防控制設(shè)備和專用消防控制室時，采用控制中心報警系統(tǒng)。

系統(tǒng)的組成見下圖。

以上各系統(tǒng)布線方式與探測器、報警器種類有關(guān)。采用二線制（即區(qū)域報警器到每一個探頭為二線）。區(qū)域報警器單獨使用為N+1式，到集中報警器為N+N/8+1+3+1式，設(shè)計、施工比較方便，而且降低造價。

除以上系統(tǒng)外，國內(nèi)各廠家又相繼推出總線制報警器。不同廠家總線制系統(tǒng)各異，但共同點都是總線制、地址編碼形式。

（1）二總線制集中報警系統(tǒng)。區(qū)域報警器到探測器的線路傳輸只需二條總線，每一部位的控制器都有自己的編號，即一個部位一個編址單元。如JB-QB-50-2700/076型為例，它采用了先進的單片機技術(shù)，CPU主機將不斷地向各編址單元發(fā)碼。當(dāng)編址單元接收到主機發(fā)來的信號后，加以判斷：如果編址單元的碼與主機的發(fā)碼相同，該編址單元響應(yīng)。主機接收到編址單元返回的地址及狀態(tài)、信號，進行判斷處理：如果編址單元正常，主機將繼續(xù)向下巡檢；經(jīng)判斷如果是故障信號，將發(fā)出故障區(qū)域聲、光報警信號。發(fā)生火災(zāi)時，經(jīng)主機確認后，火警信號被記憶，同時發(fā)出火災(zāi)區(qū)域聲、光報警信號。

在實際工程應(yīng)用中，如果用一臺區(qū)域報警器控制一層樓，在二總線上可接50個編址單元；控制二層，每層二總線上可接35個編址單元；控制三層，每層二總線上可接25個編址單元。076型區(qū)域報警器的擴展型最多可設(shè)置200個編址單元。

（2）三總線制集中報警系統(tǒng)。該報警器是由單片機8031為中央控制單元，計算機管理的三線制報警器。三總線制系統(tǒng)通過三總線與被控的各區(qū)域報警器相聯(lián)。三總線制在工程應(yīng)用中有兩種形式：樓層復(fù)示器——集中報警器系統(tǒng)、區(qū)域報警器——集中報警器系統(tǒng)。

①樓層復(fù)示器——集中報警器系統(tǒng)

樓層復(fù)示器可以對編址探測器發(fā)碼、收碼，顯示本層的報警部位，具有斷線故障自動報警功能。該系統(tǒng)適用于每層不超過32個報警部位，樓層無值班點，首層設(shè)有消防總值班室的建筑。

②區(qū)域報警器——集中報警器系統(tǒng)

由區(qū)域報警器和標(biāo)準(zhǔn)集中報警器組成的兩級管理總線制火災(zāi)報警系統(tǒng)，適用于每層報警部位多少不一，并設(shè)有樓層服務(wù)臺的中型賓館等建筑物。

采用總線制報警系統(tǒng)布線簡單，設(shè)計、施工方便，與其他報警系統(tǒng)相比多一些接口元件。

（二）消防聯(lián)動控制系統(tǒng)

消防聯(lián)動控制系統(tǒng)有無聯(lián)動、現(xiàn)場聯(lián)動、集中聯(lián)動等幾種形式。

在實際工程中，報警系統(tǒng)與消防聯(lián)動系統(tǒng)的配合有以下幾種形式：

1、區(qū)域——集中報警、橫向聯(lián)動控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)每層有一個復(fù)合區(qū)域報警控制器，他具有火災(zāi)自動報警功能，能接收一些設(shè)備的報警信號，如手動報警按鈕、水流指示器、防火閥等，聯(lián)動控制一些消防設(shè)備，如防火門、卷簾門、排煙閥等，并向集中報警器發(fā)送報警信號及聯(lián)動設(shè)備動作的回授信號。此系統(tǒng)主要適用于高級賓館建筑，每層或每區(qū)有服務(wù)人員值班，全樓有一個消防控制中心，有專門消防人員值班。

2、區(qū)域——集中報警、縱向聯(lián)動控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)主要適用于高層“火柴盒”式賓館建筑。這類建筑物標(biāo)準(zhǔn)層多，報警區(qū)域劃分比較規(guī)則，每層有服務(wù)人員值班，整個建筑物設(shè)置一個消防控制中心。

3、大區(qū)域報警、縱向聯(lián)動控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)主要適用于沒有標(biāo)準(zhǔn)層的辦公大樓，如情報中心、圖書館、檔案館等。這類建筑物的每層沒有服務(wù)人員值班，不宜設(shè)區(qū)域報警器，而在消防中心設(shè)置大區(qū)域報警器，有專門消防人員值班。

4、區(qū)域——集中報警、分散控制系統(tǒng)。

此系統(tǒng)在聯(lián)動設(shè)備的現(xiàn)場安裝有“控制盒”，以實現(xiàn)設(shè)備的就地控制，而設(shè)備動作的回授信號送到消防中心。消防中心的值班人員也可以手動操作聯(lián)動設(shè)備。此系統(tǒng)主要適用于中、小型高層建筑及房間面積大的場所。

此外，還有自動報警和消防控制于一體的滅火裝置系統(tǒng)，如FJ-2714自動滅火裝置。此系統(tǒng)主要適用于計算機房、發(fā)電機房、貴重物品倉庫、檔案庫、書庫等場所的火災(zāi)自動報警及自動滅火。氣體滅火、藥劑滅火具有能力強、效率高、對金屬腐蝕性小、不導(dǎo)電、長期存儲不變質(zhì)、不污損滅火對象等優(yōu)點，但造價高。

篇2

在溫度控制過程中，單一的定值開關(guān)控制方式會產(chǎn)生較大的溫度遲滯現(xiàn)象，對于加熱箱等干燥設(shè)備的干燥效果差、干燥品質(zhì)低;但是在普通的干燥設(shè)備中，單純采用PID控制方式會使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，對于硬件的要求程度高，在持續(xù)高溫環(huán)境下精度也隨之降低，故障率高。為了解決這一問題，本文設(shè)計一種單片機溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用兩種功率大小不同的加熱方式。加熱元件使用紅外加熱管，功率大的加熱管起主要的加熱作用，正常工作時處于啟動狀態(tài)。功率較小的加熱管起輔助加熱作用，在測量溫度高于目標(biāo)溫度時立即停止加熱，當(dāng)溫度低于目標(biāo)溫度時開啟加熱;但當(dāng)溫度高于目標(biāo)溫度上限一定值時，主加熱管也停止工作，同時引風(fēng)機開啟，輔助降溫。對于一般的電加熱干燥設(shè)備而言，此方案能夠滿足實際生產(chǎn)的需要，并且溫度延遲效果低，節(jié)能效果顯著。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2．1系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)設(shè)計

該溫度控制系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度動態(tài)控制系統(tǒng)、報警模塊和按鍵控制系統(tǒng)組成。

2．2單片機主控系統(tǒng)

作為溫度控制系統(tǒng)的核心部分，單片機承載著對溫度信息的處理、按鍵的掃描識別、溫度動態(tài)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、輸出顯示溫度和報警的任務(wù)。本文采用的AT89C52單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機。其內(nèi)部有8k字節(jié)可重擦寫Flash閃存，成本低廉，兼容MCS－51系列的所有指令，程序語言豐富;與AT89C51相比，存儲空間更大，中斷源更多，方便后期其他模塊的添加;技術(shù)成熟，因此在自動控制等領(lǐng)域被廣泛采用。AT89C52單片機主控制系統(tǒng)與其他模塊連接原理圖如圖2所示。P1．0～P1．4口為鍵盤輸入端口，通過對應(yīng)按鍵對目標(biāo)溫度的上下限進行設(shè)定。數(shù)字溫度傳感器總線與單片機的P1．7口相接，經(jīng)過單片機處理之后，測得的溫度輸出至P0口，通過LCD1602顯示出來。溫度動態(tài)控制信號通過單片機P2．4～P2．6口傳輸。加熱管和散熱風(fēng)扇采用的是220V的交流電，溫度控制口接相應(yīng)控制電路的繼電器，通過繼電器控制加熱、散熱部分的工作。

2．3溫度采集模塊

DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，它通過單總線協(xié)議依靠一個單線端口進行通訊。其僅占用一個單片機的I/O口，無需其他任何外部件，把環(huán)境溫度直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，以數(shù)字碼方式串行輸出，從而簡化了傳感器和微處理器之間的接口。該傳感器可以單個于單片機連接實現(xiàn)溫度采集功能，在需要采集多點溫度數(shù)據(jù)時，只需將多片DS18B20同時掛在一條總線上，由軟件對每個溫度傳感器的ROM編碼進行識別即可，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、供電方式多樣、方便擴展和可靠性高等優(yōu)點。

2．4溫度動態(tài)控制系統(tǒng)

溫度動態(tài)控制系統(tǒng)主要由加熱管、引風(fēng)機、繼電器等構(gòu)成。單片機的P2．4口接主加熱管的控制繼電器，通過輸出高低電平來實現(xiàn)主加熱管的啟動和停止;單片機的P2．5口與控制調(diào)溫加熱管的繼電器相連;降溫風(fēng)機控制繼電器控制端和高溫報警電路，與單片機的P2．6口相連。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3．1主程序流程圖

系統(tǒng)開機啟動后，通過溫度控制按鍵設(shè)定干燥溫度范圍;由傳感器DS18B20采集實時溫度，通過控制系統(tǒng)的對比給出控制信號，同時定時對按鍵進行掃描，以隨時調(diào)整目標(biāo)溫度范圍。

3．2溫度數(shù)據(jù)讀寫子程序設(shè)計

由于DS18B20單總線通訊方式的特殊性，傳感器讀寫溫度數(shù)據(jù)具有嚴格的時序要求。工作時序包括初始化、讀時序和寫時序。單片機的命令和溫度數(shù)據(jù)的傳輸都從執(zhí)行單片機寫時序的指令時開始，對于單片機需要DS18B20送回數(shù)據(jù)，要在寫時序命令執(zhí)行之后再啟動寫時序指令才能完成對數(shù)據(jù)的接收?？偩€通訊方式使得硬件電路的連接變得簡單，但也使得程序部分變得復(fù)雜。本文采用的是一個傳感器，因此在串口通訊時不需要識別傳感器的序列號，程序中寫入跳過讀ROM序列號步驟。

3．3按鍵掃描子程序

由于不同的加熱干燥對象對溫度的要求不同，加熱的溫度控制部分要能夠方便、快捷地設(shè)置溫度上、下限。在干燥物的不同階段，干燥的溫度有所不同，在干燥過程中溫度的范圍需要做出調(diào)整。這就要求溫度的上、下限設(shè)置在干燥的過程中也能夠執(zhí)行。因此，單片機在執(zhí)行溫度采集、顯示和控制的同時，也要時刻監(jiān)視按鍵是否被按下，對溫度設(shè)定進行調(diào)整。針對這一問題，在程序中加入一個按鍵掃描子程序，定期執(zhí)行按鍵的掃描功能，同時也要有中斷子程序保持設(shè)定完溫度之后單片機可以繼續(xù)剛才未完成的工作。因此，按鍵掃描程序設(shè)計的思路是:在開機啟動階段，通過按鍵對控制溫度范圍進行初設(shè)定;在工作過程中，單片機定期對按鍵進行掃描，判斷是否有按鍵被按下，如果有按鍵被按下，則加入一個外部中斷，單片機轉(zhuǎn)而執(zhí)行干燥溫度范圍調(diào)整指令;待任務(wù)完成之后，繼續(xù)返回執(zhí)行溫度控制命令。

4proteus仿真結(jié)果

溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計部分在proteus軟件上完成，當(dāng)C語言程序在keil軟件上編譯調(diào)試成功之后，導(dǎo)入單片機進行系統(tǒng)總調(diào)試。溫度采集模塊:DS18B20的溫度實時數(shù)據(jù)能夠有效地顯示出來;鍵盤控制模塊，相應(yīng)按鍵按下之后，程序立即響應(yīng)指定的動作指令;溫度控制模塊:采集的溫度低于設(shè)定低溫下限時加熱管工作，高于溫度上限時停止加熱并且風(fēng)扇開啟降溫;報警模塊同樣工作正常。調(diào)試后的溫度顯示結(jié)果如圖4所示。LT、HT分別表示設(shè)定的溫度下限與上限，1602的第2行顯示實時溫度。

5結(jié)論

1)功率不同的加熱管承擔(dān)不同的功能，大功率紅外加熱管起主要加熱功能，小功率加熱管控溫，使得溫度滯后幅度變小，減少能源浪費，節(jié)電效果顯著。

篇3

關(guān)鍵詞：傳感器；AD轉(zhuǎn)換；控制器；硬件電路

引言

隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，單片機控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，為了使學(xué)生對單片機控制的智能型控制器有較深的了解。經(jīng)過綜合分析選擇了由單片機控制的智能型液位控制器作為研究項目，通過訓(xùn)練充分激發(fā)學(xué)生分析問題、解決問題和綜合應(yīng)用所學(xué)知識的潛能。另外，液位控制在高層小區(qū)水塔水位控制，污水處理設(shè)備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應(yīng)用。通過對模型的設(shè)計可很好的延伸到具體應(yīng)用案例中。

一、系統(tǒng)設(shè)計方案比較說明

對于液位進行控制的方式有很多，而應(yīng)用較多的主要有2種，一種是簡單的機械式控制裝置控制，一種是復(fù)雜的控制器控制方式。兩種方式的實現(xiàn)如下：

(1)簡單的機械式控制方式。其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。存在問題是精度不高，不能進行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動作，且只能單獨控制，與計算機進行通信較難實現(xiàn)。

(2)復(fù)雜控制器控制方式。這種控制方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號的模擬信號，經(jīng)過前置放大、多路切換、AD變換成數(shù)字信號傳送到單片機，經(jīng)單片機運算和給定參量的比較，進行PID運算，得出調(diào)節(jié)參量；經(jīng)由DA變換給調(diào)壓變頻調(diào)速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以達到控制水箱液位的目的。

針對上述2種控制方式，以及設(shè)計需達到的性能要求，這里選擇第二種控制方式，同時考慮到成本需要把PID控制去掉。最終形成的方案是，利用單片機為控制核心，設(shè)計一個對供水箱水位進行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對象的特征，要求實時檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機控制固態(tài)繼電器的開斷進行液位的調(diào)整，最終達到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值時，要求報警，斷開繼電器，控制水泵停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，要求報警，開啟繼電器，控制水泵開始上水?，F(xiàn)場實時顯示測量值，從而實現(xiàn)對水箱液位的監(jiān)控。

二、工作原理

基于單片機實現(xiàn)的液位控制器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤、數(shù)碼顯示、AD轉(zhuǎn)換、傳感器，電源和控制部分等組成。

工作過程如下：水箱(水塔)液位發(fā)生變化時，引起連接在水箱(水塔)底部的軟管管內(nèi)的空氣氣壓變化，氣壓傳感器在接收到軟管內(nèi)的空氣氣壓信號后，即把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號；該信號經(jīng)過運算放大電路放大后變成幅度為0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號，送入AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號變成數(shù)字信號量，由單片機進行實時數(shù)據(jù)采集，并進行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時數(shù)碼管顯示液位高度。通過鍵盤設(shè)置液位高、低和限定值以及強制報警值。該系統(tǒng)控制器特點是直觀地顯示水位高度，可任意控制水位高度。

三、硬件設(shè)計

液位控制器的硬件主要包括由單片機、傳感器(帶變送器)、鍵盤電路、數(shù)碼顯示電路、AD轉(zhuǎn)換器和輸出控制電路等。

3.1單片機

單片機采用由Atmel公司生產(chǎn)的雙列40腳AT89C51芯片。

3.2傳感器

傳感器使用SY一9411L—D型變送器，它內(nèi)部含有1個壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。壓力傳感器是美國SM公司生產(chǎn)的555—2型OEM壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補償及標(biāo)定(O～70℃)，傳感器經(jīng)過特殊加工處理，用堅固的耐高溫塑料外殼封裝。在水箱底部安裝1根直徑為5mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發(fā)生變化時，引起軟管內(nèi)氣壓變化，然后傳感器把氣壓轉(zhuǎn)換成電壓信號，輸送到AD轉(zhuǎn)換器。

3.3鍵盤電路

P1口作為鍵盤接口，連接一個4×4鍵盤。

3.4液位顯示電路

液位顯示采用數(shù)碼管動態(tài)顯示，范圍從0～999(單位可自定)，選擇的數(shù)碼管是7段共陰極連接，型號是LDSl8820。在這里使用到了74LS373，它是一個8位的D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中經(jīng)常使用，可以作地址數(shù)據(jù)總線擴展的鎖存器，也可以作為普通的LED的驅(qū)動器件，由于單獨使用HEF4511B七段譯碼驅(qū)動顯示器來完成數(shù)碼管的驅(qū)動顯示，因此74LS373在這里只用作擴展的緩沖。

3.5AD轉(zhuǎn)換電路及控制輸出

AD轉(zhuǎn)換電路在控制器中起主導(dǎo)作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機能處理的數(shù)字量。該控制器采用CMOS工藝制造的逐步逼近式8位AD轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809。在使用時可選擇中斷、查詢和延時等待3種方式編制AD轉(zhuǎn)換程序。控制輸出主要有上下限狀態(tài)顯示、超限報警。另外在設(shè)計過程中預(yù)留了串行口，供進一步開發(fā)使用。

四、軟件設(shè)計

4.1鍵盤程序

由于鍵盤采用的是4×4結(jié)構(gòu)，因此可使用的鍵有16個，根據(jù)需要分別定義各鍵，0～9號為數(shù)字鍵，10～15號分別是確定鍵、修改鍵、移位鍵、加減鍵、取消鍵和復(fù)位鍵。

值得注意的是，在用匯編語言編寫控制器程序時，相對會比較麻煩，如果用C語言編寫程序會簡單很多，這里就不再做具體說明。

五、結(jié)束語

基于單片機實現(xiàn)液位控制器模型設(shè)計的關(guān)鍵在于硬件電路的正確構(gòu)建，只有在電路準(zhǔn)確的前提下再進行軟件編程才能取得成功。

參考文獻：

[1]黃智偉.傳感器技術(shù).2002，21（9）：31～33

篇4

1電梯控制系統(tǒng)設(shè)計的基本情況

國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展直接催生了房地產(chǎn)開發(fā)的熱潮，因此電梯行業(yè)也從中受益。面臨巨大的市場機遇，如何在已趨成熟的電梯行業(yè)里獨樹一幟獲得更多的消費者，使公司更好更快的發(fā)展。在電梯自動控制系統(tǒng)研究方面應(yīng)該主抓三個方面：

（1）了解電梯自動系統(tǒng)的控制要求，在研制初期首先要明確該電梯的使用環(huán)境、容積、載重等基本情況。

（2）電梯自動控制系統(tǒng)的配置。根據(jù)配置的不同在控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該有相應(yīng)的區(qū)別，配置是整個控制系統(tǒng)的核心部件，確保電梯能夠正常的工作。

（3）軟件的設(shè)計。在要求和配置都明確之后就是要對該系統(tǒng)的軟件開發(fā)以及研制，軟件程序的開發(fā)主要有三個內(nèi)容：圖紙設(shè)計、核心程序的設(shè)計、電梯運行靈活性的設(shè)計等，該軟件所要考慮的問題趨于全面，應(yīng)能解決在使用過程中遇到的問題。

2電梯運行原理

在電梯的設(shè)計中最底層和最高層均會有信號傳遞按鈕，在中間樓層內(nèi)均由兩個信號傳遞按鈕，這四個按鈕在電梯正常運行時是有明確分工的，最高層的信號傳遞按鈕在接到信號時將信號向下傳遞，而當(dāng)電梯在最底層時若高層或者中間層有信號輸入時，那么底層的信號按鈕把信號向上傳遞，而當(dāng)電梯位于中間樓層時，有信號輸入后，兩個信號傳遞按鈕會一個向下傳遞信號，一個向上傳遞信號。當(dāng)乘客進入轎廂之后通過內(nèi)選信號來選擇樓層，在通過指定或者轎廂內(nèi)部的關(guān)閉按鈕將廂門關(guān)閉，在即將達到目標(biāo)樓層時減速裝置開始啟動，在電梯運行過程中接受到正向的呼叫信心時則會在相應(yīng)的樓層時開門等待，若接收到反向的呼叫時，電梯仍按照目前的運行方向繼續(xù)工作直至此項任務(wù)完成之后再去響應(yīng)呼叫指令。

3電梯控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

可編程控制器（簡稱PLC），它的特點是運用起來很靈活，同時數(shù)字語言也比較清晰，因此廣泛應(yīng)用于電梯自動控制系統(tǒng)。電梯的運行指令主要是由兩個控制程序來實現(xiàn)，其一是自身內(nèi)部運行控制程序，其二是外部呼叫信號，外部呼叫信號具有隨機性，因此在控制的過程中不能單純的依靠順序或者邏輯控制方法，應(yīng)該由邏輯和隨機相結(jié)合的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。

3.1系統(tǒng)的控制要求

電梯自動控制模擬系統(tǒng)由機械裝置和PLC控制系統(tǒng)組成，對于電梯的基本運行采用順序邏輯控制模式進行，電梯的運行控制是根據(jù)電梯目前的運行狀態(tài)和隨機信號狀態(tài)進行控制的。在電梯的運行控制中，每一個樓層都要設(shè)置一個接近開關(guān)其目的是檢測當(dāng)前轎廂的準(zhǔn)確位置，還有就是能明確知道轎廂的運行方向。電梯運行的狀態(tài)、承載的情況、所到達的樓層均通過LED顯示屏顯示出來。另外還要設(shè)置電梯運行方向的互鎖功能以及電梯的安全保障措施，確保電梯在運行過程中安全穩(wěn)定可靠。

3.2PLC與系統(tǒng)的配置

在進行硬件配置時我們選用了FXIN型可編程控制器，主要是考慮其具有幾個獨特的優(yōu)點：（1）FXIN的控制器非常靈活，除過主機單元還可以進行擴展，比如A/D模塊、D/A模塊、I/0模塊，這些模塊的都具有一些特殊功能。在I/0模塊中需要設(shè)計30個點，分別是14個輸入點和16個輸出點，主機方面一般采用FX1N-40MR等小型的基本單元即可。（2）FX1N型號的控制器指令方面的功能相對較多，包括有27個基本指令附加有89條功能性指令，在指令的執(zhí)行速度方面也較快。（3）FX1N型號的控制器內(nèi)部設(shè)有狀態(tài)繼電保護器、輔助繼電保護器、寄存器、定時器和計數(shù)器，直接能夠滿足電梯控制系統(tǒng)的需要。（4）該種控制器的編程可以使用第三方編程軟件，在編程的過程中可以使用相關(guān)指令或者梯形圖語言來進行。

3.3軟件設(shè)計的主要特點

（1）在進行軟件的設(shè)計時在同方向運行應(yīng)優(yōu)先考慮就近原則，這個原則在設(shè)計的過程中依據(jù)的電梯的運行方向以及具體的位置，若轎廂的運行方向是向上，但是在轎廂目前位置上方有外部呼叫信息，那么呼叫樓層所對應(yīng)的繼電保護器此時的狀態(tài)顯示為開，直到電梯到達所呼叫的樓層，繼電保護裝置隨之關(guān)閉，就這樣反復(fù)操作的過程中，繼電器保護裝置和呼叫開關(guān)相互合作可以完成電梯運行的所有操作。

（2）隨機+邏輯控制方式。如果電梯在想某一個樓層運行時，那么所要達到的樓層有檢測系統(tǒng)的開關(guān)，它的作用就是準(zhǔn)確無誤的對這一樓層實施判斷，判斷的主要內(nèi)容包括該樓層的之前的呼叫信號，如果檢測有呼叫信號，那么應(yīng)該減速運轉(zhuǎn)停止運行，如果沒有檢測到呼叫信號，那么轎廂將繼續(xù)沿著原先的目標(biāo)樓層運行。

（3）軟件顯示技術(shù)。通過軟件顯示技術(shù)可以清楚的判斷轎廂的運行樓層載重情況，并將這些情況轉(zhuǎn)化成SCD碼然后實行數(shù)據(jù)輸出，再通過硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)將具體的數(shù)字顯示在LED顯示屏上。如果電梯在運行過程中發(fā)生故障，那么可編程控制器能夠?qū)﹄姍C實施有效的控制，將所有指令瞬時終止。

4結(jié)束語

篇5

控制增穩(wěn)的控制律設(shè)計,首先要滿足穩(wěn)定性要求。設(shè)計實踐經(jīng)驗表明,在線性設(shè)計階段,應(yīng)力求留出足夠的幅值穩(wěn)定裕量和相位裕量;從而使非線性設(shè)計和實際系統(tǒng)交付時,得以滿足6分貝幅值裕量和45°相位裕量的指標(biāo)要求。具體設(shè)計指標(biāo)如下。滾轉(zhuǎn)軸操縱具備滾轉(zhuǎn)角速度控制/傾斜角姿態(tài)保持響應(yīng)類型,并具有自動轉(zhuǎn)彎協(xié)調(diào)能力。偏航角操縱具備常規(guī)的側(cè)滑角控制響應(yīng)類型,而由側(cè)滑引起的滾轉(zhuǎn)趨勢可以通過副翼調(diào)節(jié)自動防御。荷蘭滾阻尼比大于0.5,滾轉(zhuǎn)角速度響應(yīng)零點和荷蘭滾極點盡量對消,以提高乘坐品質(zhì)。滾轉(zhuǎn)模態(tài)半衰期足夠小。

1.1基于滾轉(zhuǎn)角速率反饋副翼的控制方案

滾轉(zhuǎn)角速率反饋的主要目的是減少飛機滾轉(zhuǎn)性能隨飛行條件的變化。可以在提高動穩(wěn)定性的同時,改善以致消除滾轉(zhuǎn)角速率振蕩引起的傾斜角振蕩,并在全包線內(nèi)獲得良好的橫航向控制增穩(wěn)能。

1.2基于側(cè)向過載或側(cè)滑角反饋控制方案

引入側(cè)向過載或側(cè)滑角反饋有利于提高荷蘭滾模態(tài)頻率。同時引入偏航角速率和側(cè)向過載反饋不僅可以補償航向靜安定度,而且有助于減小滾轉(zhuǎn)機動和側(cè)向擾動時的側(cè)向過載和側(cè)滑角。因此,在偏航通道和滾轉(zhuǎn)通道中分別引入滾轉(zhuǎn)角速率反饋和偏航角速率反饋可以增加相應(yīng)通道的阻尼比,引入側(cè)滑角或側(cè)向過載反饋則可以增加系統(tǒng)靜穩(wěn)定性,但同樣會減小系統(tǒng)阻尼。以上三種反饋控制方案的優(yōu)、缺點總結(jié)于表1中。對于橫側(cè)向增穩(wěn)來說,單獨引入角速率反饋、側(cè)向過載或側(cè)滑角反饋不會使系統(tǒng)有較理想的特性。由于滾轉(zhuǎn)和偏航運動的耦合關(guān)系,通常采用在副翼通道中引入滾轉(zhuǎn)角速率、側(cè)滑角、側(cè)向過載反饋、在方向舵通道中引入偏航角速率、側(cè)向過載、側(cè)滑角反饋的綜合增穩(wěn)控制方案,如圖1所示。

(1)在滾轉(zhuǎn)通道中引入滾轉(zhuǎn)角速率反饋可以提高飛機的滾轉(zhuǎn)阻尼;在偏航通道中引入偏航角速率的負反饋,增大了荷蘭滾的阻尼比,實現(xiàn)了偏航阻尼的功能,從而改善了高空飛行時的航向阻尼和荷蘭滾阻尼特性。

(2)引入與副翼偏轉(zhuǎn)同極性的正反饋比例信號,可以減小側(cè)滑角,以實現(xiàn)自動協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎。

(3)在偏航通道中引入側(cè)滑角的負反饋,可以增大航向運動的固有頻率,起到偏航增穩(wěn)系統(tǒng)的功能。

(4)在副翼通道引入側(cè)滑角或側(cè)向過載信號,使副翼產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩以減小飛機過大的橫向靜穩(wěn)定性導(dǎo)數(shù),來改善飛機的滾擺比。

2民用飛機橫航向增穩(wěn)系統(tǒng)設(shè)計與分析

對自然飛機的穩(wěn)定性仿真可知,原系統(tǒng)滾轉(zhuǎn)阻尼、荷蘭滾阻尼、航向靜穩(wěn)定性都不夠,荷蘭滾模態(tài)與滾轉(zhuǎn)模態(tài)之間存在嚴重耦合,造成系統(tǒng)響應(yīng)振蕩劇烈,因此,為使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)特性和穩(wěn)定性,需要進行增穩(wěn)控制。除了在航向通道中沒有引入與副翼偏轉(zhuǎn)同極性的正反饋比例信號,本文采用了圖1所示的增穩(wěn)系統(tǒng)架構(gòu)來進行控制律設(shè)計。常規(guī)控制律設(shè)計方法主要采用經(jīng)典單回路頻域或根軌跡方法設(shè)計。當(dāng)隨著民用飛機結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜,各運動模態(tài)之間的耦合更加密切,控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜,經(jīng)常為多輸入多輸出系統(tǒng),這些都使得常規(guī)的單回路設(shè)計方法難以完成相應(yīng)的飛行控制設(shè)計。因此現(xiàn)代設(shè)計方法逐漸被應(yīng)用到飛行控制系統(tǒng)設(shè)計中,如最優(yōu)二次型設(shè)計方法、LQG/LTR方法、特征結(jié)構(gòu)配置方法、非線性系統(tǒng)動態(tài)逆設(shè)計方法等。本文采用最優(yōu)二次型設(shè)計方法對橫航向增穩(wěn)控制律進行設(shè)計,該方法主要優(yōu)點在于為了使性能代價函數(shù)最小化,所有控制增益能同時獲得。

3結(jié)語

篇6

1.1遠程監(jiān)控需求分析

1）具有遠程控制休眠、喚醒地震儀功能。地震儀在放炮之前喚醒，在停止施工期間休眠，地震儀可有選擇的進行采集工作，這樣大大節(jié)省了數(shù)據(jù)存儲空間，降低了采集系統(tǒng)的功耗，延長了儀器的待機時間。

2）可查詢?nèi)鏑F卡剩余空間，內(nèi)置電池電量，位置經(jīng)緯度，采集站狀態(tài)等信息。對剩余空間、電池電量不足，采集站狀態(tài)錯誤且不能遠程修復(fù)的采集站及時安排工作人員更換。提高野外勘探作業(yè)的工作效率和靈活性，增強采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性。對讀取回來的地震儀經(jīng)緯度信息在上位機端進一步處理，可用于研發(fā)地震儀排列位置監(jiān)測及遠程防盜系統(tǒng)，保障野外勘探儀器的安全性。

3）遠程控制地震儀自檢功能，并能回收自檢數(shù)據(jù)。地震儀系統(tǒng)自檢內(nèi)容包括檢波器內(nèi)阻、噪聲、隔離度測試等，一次完整的自檢過程通常需要2-5分鐘，因此無纜存儲式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般只在開機時自檢一次，之后則無自檢過程，因此采集站的部分工作狀態(tài)，如檢波器連接狀態(tài)等僅僅反映了系統(tǒng)開機時的狀態(tài)，不能作為現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)。法國UNITE系統(tǒng)由于沒有遠程監(jiān)控功能，在自存儲模式下通常是定時自檢，自檢時間為5分鐘，在系統(tǒng)自檢期間，地震儀停止其它一切工作，這樣就減弱了地震儀野外勘探作業(yè)工作的靈活性。

4）有一定的遠程修復(fù)及設(shè)置功能。如配置系統(tǒng)采樣率、增益，系統(tǒng)復(fù)位等，出工前對地震儀的工作參數(shù)進行統(tǒng)一配置，布設(shè)到野外后，根據(jù)自檢結(jié)果對有問題的地震儀進行參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)復(fù)位等操作，遠程修復(fù)和解決問題，節(jié)省人力物力，提高無纜地震儀智能化控制程度。

1.2無線通信技術(shù)的選擇

目前成熟的無線通信技術(shù)較多，如Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth、GPRS、3G等，這些通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用到生活及工業(yè)生產(chǎn)中，北斗短報文是近幾年才發(fā)展起來的一種遠距離通信技術(shù)，表1列出了應(yīng)用以上幾種通信技術(shù)典型模塊的最大數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離、通信頻帶的參數(shù)值。

1.2.1Wi-Fi

Wi-Fi是IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)稱，其傳輸速率快、安全性高，可集成到已有的寬帶網(wǎng)絡(luò)中，配合路由器組建有線、無線混合網(wǎng)絡(luò)快捷方便。地震勘探儀器中Wi-Fi常用的組網(wǎng)模式有兩種，即AP（無線訪問接入點）模式和AdHoc（點對點）模式，在野外我們可以用架設(shè)AP基站的方式來拓撲無線局域網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積[3]，而AP之間可以通過網(wǎng)橋設(shè)備連接，從而完成更大面積的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，然而在實際勘探應(yīng)用中AP基站和網(wǎng)橋設(shè)備架設(shè)困難，尤其應(yīng)用于大道距的二維或者三維勘探工作中，需要更多的基站與網(wǎng)橋，較大的影響了施工進度。AdHoc是一種無中心、自組織、多跳移動通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)點間通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和分布式算法相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的自動組織和數(shù)據(jù)的相互交換，這種模式下地震儀可將其采集數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)信息接力式的傳輸回控制中心，美國WirelessSeismic公司的RT2無線遙測系統(tǒng)就是應(yīng)用了這種多跳的數(shù)據(jù)傳輸方式，兩個節(jié)點間通信距離的范圍約為25~70m，然而這種工作模式會導(dǎo)致越靠近中央記錄系統(tǒng)的節(jié)點積累的數(shù)據(jù)量越大，且在線性的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性受通信距離與地形環(huán)境影響較大，數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量和速率難以得到有效的保證。

1.2.2GPRS、3G移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)成為人們工作生活中不可或缺的重要組成部分。該技術(shù)具有抗干擾能力強、傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、接入時間短、建設(shè)成本低等特點[10]，在地震勘探中可被應(yīng)用于移動網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋范圍內(nèi)的地震臺網(wǎng)遠程監(jiān)控，它提高了遠程儀器維護的工作效率[11]。然而在地震勘探大道距（道距大于1km）地震深反射、折射探測作業(yè)中，由于其基站的信號覆蓋范圍有限，對于遠程監(jiān)控地震采集站工作存在一定的局限性。

1.2.3北斗短報文通信技術(shù)

北斗衛(wèi)星作為北斗通信技術(shù)的中繼，轉(zhuǎn)發(fā)來自地面用戶端的定位及通信請求，地面中心站控制端接收到請求后，解析消息后將解算出的位置信息傳回用戶端或?qū)⒔邮盏降慕邮招畔⑼ㄟ^北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至另一地面用戶端，達到衛(wèi)星定位及通信的目的。北斗短報文通信技術(shù)在應(yīng)用時具有信號覆蓋范圍廣、安全、可靠性高和控制簡單等特點，用戶一次最大可以傳送120個漢字的報文信息，而民用信息發(fā)送的頻度通常為30-60s，接收信息則沒有頻度的要求，對于地震儀基本的控制命令收發(fā)及狀態(tài)信息的傳送，北斗短報文通信技術(shù)可以滿足無纜地震儀基本狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送的要求。

1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于北斗的無纜存儲式地震儀遠程監(jiān)控系統(tǒng)工作，系統(tǒng)由主控中心、北斗衛(wèi)星、采集單元三部分組成，主控中心通過北斗指揮機完成對采集單元遠程的控制及狀態(tài)數(shù)據(jù)的回收工作，并對接收到的數(shù)據(jù)進行管理和存儲。采集單元完成地震數(shù)據(jù)采集的同時，通過北斗通信模塊可接收來自主控中心端的控制命令，并反饋執(zhí)行結(jié)果信息。北斗衛(wèi)星是控制命令及反饋信息傳遞的媒介。

2采集站單元設(shè)計

2.1硬件設(shè)計

地震檢波器將地面振動信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號傳輸?shù)紽PGA數(shù)據(jù)采集單元，由FPGA完成數(shù)據(jù)的采集、緩存，并提供必要的測試、控制功能。AT91RM9200作為中央處理器，讀取FPGA中存儲的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)存到CF存儲卡中；通過SPI接口與Wi-Fi模塊連接，實現(xiàn)近距離的無線數(shù)據(jù)傳輸功能；通過UART與GPS、北斗模塊連接，為采集站提供高精度的授時、定位、遠程通信功能，完成數(shù)據(jù)同步采集、位置信息獲取、工作質(zhì)量遠程監(jiān)控。采集站也可通過以太網(wǎng)接口與電腦終端連接，完成數(shù)據(jù)的回收及參數(shù)設(shè)置、檢查工作。采集站在野外應(yīng)用時采用太陽能和內(nèi)置鋰電池兩種供電模式，電源智能管理系統(tǒng)會根據(jù)采集站當(dāng)前工作的天氣條件轉(zhuǎn)換供電模式，保證儀器可靠、穩(wěn)定的工作[12]。

2.2軟件設(shè)計

采集單元的主控制器ARM9運行嵌入式Linux內(nèi)核版本為2.6.31的操作系統(tǒng)，北斗通信進程完成對北斗模塊接收信息的解析與執(zhí)行，及執(zhí)行結(jié)果的反饋。北斗短報文通信系統(tǒng)包括指揮機與用戶機，指揮機是北斗短報文通信系統(tǒng)的中央控制器，它相當(dāng)于一個服務(wù)器，負責(zé)接收來自多個用戶機的報文，并可以控制多臺用戶機來完成相應(yīng)的指令。用戶機是北斗短報文通信系統(tǒng)的子節(jié)點，相當(dāng)于一個客戶端，負責(zé)將節(jié)點工作信息上傳到指揮機，和接收來自指揮機的命令。北斗用戶機在接收到指揮機傳來的信息時，用戶機會通過UART將信息內(nèi)容上傳給下位機系統(tǒng)，下位機會根據(jù)其數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷綄⑿畔⑦M行解析，并根據(jù)信息包含的指令內(nèi)容來執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。

3上位機服務(wù)器軟件設(shè)計及測試

主控中心由上位機、打印機、存儲器、發(fā)電設(shè)備、北斗指揮機組成。上位機與北斗指揮機完成命令的選擇與打包發(fā)送，及對采集站反饋信息的接收、顯示、存儲和打印處理。發(fā)電設(shè)備輸出220V的交流電壓，為上位機及其外設(shè)供電。此外上位機服務(wù)器軟件通過對GoogleEarthAPI接口的調(diào)用，實現(xiàn)了對野外采集站排列位置的遠程監(jiān)測，為微動勘探實驗中按兩個嵌套式三角形方式排列的采集站傳回的GPS位置信息在GoogleEarth中的顯示。操作人員可根據(jù)地圖顯示軟件中采集站的排列位置了解施工進度，獲取采集站排列班報，完成布站人員調(diào)度等工作。為了了解遠程監(jiān)控系統(tǒng)的性能及數(shù)據(jù)傳輸丟包、誤碼情況，設(shè)計如下測試實驗：將7臺內(nèi)置有北斗通信模塊的采集站接好檢波器放置在室外采集，由主控中心完成與各個采集站間的數(shù)據(jù)包收發(fā)，采用60s一次通訊頻度，數(shù)據(jù)包長度為200字節(jié)，從500個樣本數(shù)據(jù)中任選7個，分別用于七個站的通訊測試，主控中心將樣本數(shù)據(jù)依次發(fā)給各個子站，并重復(fù)500次，子站收到數(shù)據(jù)包后向主控中心返回相同的樣本數(shù)據(jù)。主控中心計算從開始發(fā)包到收包完成的時間間隔作為通信的延時，主控中心與采集站分別記錄通信時丟包數(shù)，并根據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣本數(shù)據(jù)對比的結(jié)果記錄錯包數(shù)。

4結(jié)論

篇7

關(guān)鍵詞：PID控制；流量；PM2.5；編碼；解碼；

中圖分類號：S611 文獻標(biāo)識碼： A

The design of the winter indoor temperature control system PID control theory and the stepping motor based on

HanLiang

（Heilongjiang province atmospheric detection securitycenter， Harbin， 150030）

Abstract： In the north of China， winter heating technology usually adopts the centralized heating and users can not control temperature by themselves. As a result， indoor temperature is too high which results in a serious waste of resources. The design adopts PID control technology and uses a step motor as the actuator. The design can change the flow of hot water or gas in pipes by controlling valves according to the real-time measurement of the indoor temperature. In this way， indoor temperature can be controlled. People will live in a more comfortable environment. At the same time， energy is saved.

key words：PID control； flow； PM2.5； encoding； decoding；

引言

我國北方屬于典型的溫帶大陸性氣候，冬季寒冷干燥。目前為了改善室內(nèi)溫度環(huán)境，我國北方城市普遍采用集中供暖[1]。各市均建有大規(guī)模的地下暖氣管道網(wǎng)，由政府指定的供暖公司負責(zé)運營。集中供暖有著較為明顯的好處：資源利用率高，平均成本較低，供暖效果好。但是，也存在不少缺點：一是無論白天還是黑夜，不管用戶是否需要，暖氣始終全天供熱；二是用戶沒有辦法自主調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的高低，造成室內(nèi)溫度過高，空氣流通不好。居民非常容易出現(xiàn)皮膚發(fā)緊，口唇干燥、咽部發(fā)癢、咳嗽、流鼻血等“暖氣病”。用戶為了降低溫度，只能打開窗戶散熱，使寶貴的能源白白浪費了。近年來，我國北方地區(qū)冬季霧霾頻發(fā)，pm2.5頻頻爆表，燃燒煤炭作為集中供暖的主要手段，成為罪魁禍?zhǔn)?，成為眾矢之的。如何才能在不降低冬季室?nèi)生活的舒適度的前提下，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的呢？

本設(shè)計采用步進電動機來控制閥門的開度，進而調(diào)節(jié)暖氣管道內(nèi)水或氣的流量，實現(xiàn)了控制室內(nèi)溫度的目的，從而增強了居民室內(nèi)生活的舒適度，為節(jié)能降耗做出了巨大貢獻。

一、系統(tǒng)設(shè)計方案

本系統(tǒng)由兩個模塊組成，一個是溫度設(shè)置及測量模塊，一個是驅(qū)動模塊，兩個模塊在物理上相互分立，使用時可以將溫度和測量模塊放到遠離暖氣片的地方，保證溫度測量的準(zhǔn)確性。驅(qū)動模塊直接到暖氣管道上控制暖氣的流量。兩個模塊之間通過紅外遙控發(fā)射/接收芯片PT2262/2272傳遞控制信息。溫度設(shè)置及測量模塊又分為鍵盤輸入、溫度測量、溫度顯示三個單元。人們可以通過鍵盤設(shè)定自己需要的溫度，溫度的測量采用數(shù)字溫度傳感器18B20，18B20將采集到的溫度信號以串行數(shù)據(jù)的形式傳遞給單片機AT89C51，經(jīng)過處理后，在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前測量的溫度。同時，AT89C51把實時測量的溫度和用戶預(yù)先設(shè)定的溫度比較和分析，得出調(diào)整指令。通過紅外遙控發(fā)射/接收芯片PT2262/2272將調(diào)整指令傳遞給驅(qū)動模塊的單片機，由驅(qū)動模塊單片機控制步進電動機完成閥門開度的調(diào)整，實現(xiàn)改變暖氣管道內(nèi)熱水流量的目的。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

二、溫度傳感器18B20

18B20是美國Dallas 半導(dǎo)體公司創(chuàng)造的數(shù)字化溫度傳感器。該溫度傳感器外形如一只三極管，溫度感應(yīng)元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個芯片上。現(xiàn)場溫度直接轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字表示的溫度，存儲在18B20內(nèi)的存儲器里，18B20和單片機之間僅需要一條數(shù)據(jù)線連接，單片機可以通過數(shù)據(jù)線向18B20寫入或讀取數(shù)據(jù)，而且可以通過數(shù)據(jù)線提供18B20正常工作所需要的電源。每個18B20都有不同的序列號，所以多個18B20可以使用同一根總線和單片機相連接，單片機通過序列號識別不同的18B20并發(fā)起讀寫動作。這一特點使用戶組建溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)變得十分容易。通過程序設(shè)定，DS18B20 可以達到9～12 個二進制位的分辨率。測量溫度的范圍為-55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內(nèi)，測量精度可以達到±0.5°C[2]。由于DS18B20 具有體積小、測溫精度高、適用電壓范圍寬、采用一線式總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實踐中的得到了廣泛的應(yīng)用。

三、紅外遙控發(fā)射/接收芯片PT2262/2272

PT2262/2272采用CMOS工藝制造，分別具有編碼和解碼的功能，其中PT2262是編碼電路，PT2272是解碼電路，PT2262/2272必須配對使用，可用于無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。PT2262/2272分別擁有18個管腳，最多可以設(shè)置12位地址端管腳和6位數(shù)據(jù)管腳。地址管腳可以設(shè)置成“0”、“1”、“懸空”三種狀態(tài)，但是必須保證PT2262和PT2272的地址管腳設(shè)置相同，否則PT2272不能解碼。在實際應(yīng)用中，我們一般采用4位數(shù)據(jù)碼和8位地址碼的方式。

編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號稱為碼字，一個完整的碼字包含地址碼、數(shù)據(jù)碼和同步碼三部分。解碼芯片PT2272在接收到PT2262發(fā)來的信號后，首先分離出地址碼，并對地址碼進行比較，只有當(dāng)接收到的碼字的地址碼和2272的地址碼相同時，2272的VT管腳才能輸出高電平，表示解碼成功。單片機在檢測到VT腳高電平的信號后，開始讀取PT2272接收到的數(shù)據(jù)。

四、步進電動機

步進電動機也稱為脈沖電動機，它可以將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移，每輸入一個電脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)動一定的角度，由于該電動機的轉(zhuǎn)動方式是步進的，所以把它叫做步進電動機。步進電動機具有以下優(yōu)點：一是步進電動機轉(zhuǎn)動的角度和輸入電脈沖的個數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度由輸入電脈沖的頻率決定，頻率越高，速度越快。而且在不超出步進電動機負載能力的情況下，以上關(guān)系不受負載大小、電壓高低等因素的影響；二是步進電動機在不失步的情況下，每轉(zhuǎn)動一圈的步數(shù)是固定的，所以電動機的步距誤差不會積累；三是步進電動機具有良好的控制性能，在開環(huán)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速具有很寬的調(diào)節(jié)范圍，而且能夠快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。正是由于步進電動機具有以上優(yōu)點，所以在數(shù)字控制系統(tǒng)中經(jīng)常被用作執(zhí)行元件。

五、軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩大部分，分別對應(yīng)系統(tǒng)硬件的兩個模塊。其中驅(qū)動模塊的程序設(shè)計包括控制量的讀取和步進電動機的控制。溫度測量模塊包括溫度采集子程序（讀取18B20測得的溫度數(shù)據(jù)）、顯示子程序、鍵盤輸入子程序（用戶設(shè)置室內(nèi)溫度）、PID溫度控制子程序（計算控制量）。前面幾個程序都比較簡單，這里不再贅述，下面我們詳細介紹一下PID溫度控制子程序的設(shè)計原理。單片機首先讀取18B20測量的實時溫度數(shù)據(jù)，然后把測量溫度和設(shè)定溫度進行比較得到溫度誤差，把溫度誤差作為PID控制系統(tǒng)的輸入信號，由PID算法計算得出控制量。PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)的控制規(guī)律可以用u（k）= u（k）+u（k-1）和u（k）=Kp[e（k）- e（k-1）]+Ki e（k） +Kd[e（k）- 2e（k-1）+ e（k-2）]兩個算式表示[3]。其中u（k）表示每個測量周期閥門的變化量，Kp表示PID控制系統(tǒng)的比例系數(shù)， Ki表示PID控制系統(tǒng)的積分系數(shù)、 Kd表示PID控制系統(tǒng)的微分系數(shù)，e（k）表示k時刻的溫度誤差。由于室內(nèi)溫度是一個相對緩慢的變化過程，所以我們在該溫度控制系統(tǒng)中采用了周期性的控制方式，即在一個溫度采樣周期內(nèi)保持控制量u（k）恒定不變[1]。

結(jié)語

為了驗證系統(tǒng)對室內(nèi)溫度控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，我們做了多次試驗，下表為實驗記錄的測量數(shù)據(jù)，分析記錄數(shù)據(jù)可知，本設(shè)計控制溫度準(zhǔn)確性高，達到了預(yù)期目標(biāo)。

本系統(tǒng)采用PID控制理論，以AT89C51單片機為系統(tǒng)的控制單元，以紅外遙控發(fā)射/接收芯片PT2262/2272為數(shù)據(jù)傳輸?shù)募~帶，選用步進電動機作為系統(tǒng)最終的執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)室內(nèi)溫度和設(shè)定溫度的誤差來改變閥門的開度，較好的實現(xiàn)了室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。實驗表明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、控制精度高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，具有一定的實用價值。

參考文獻：

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篇8

關(guān)鍵詞 鍋爐控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計；解決方法

中圖分類號TK22 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）110-0120-02

鍋爐控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)的一系列過程中發(fā)揮著重要的作用，其以提供充分的高效熱能來保障工業(yè)的正常生產(chǎn)，進而保障工廠生產(chǎn)的高效益、高利潤。伴隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的提高，工業(yè)生產(chǎn)的需要，新型的鍋爐控制系統(tǒng)被研制出來，并投入到工業(yè)生產(chǎn)運營當(dāng)中。

1鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計原理

從設(shè)計原理上看，構(gòu)成鍋爐控制系統(tǒng)的最為重要的兩部分是計算機控制系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)。其中的計算機控制系統(tǒng)是完成自動控制的核心部分，主要由工業(yè)控制器、電腦顯示器、打印機以及報警裝置所組成。由計算機自動控制鍋爐的給水、鼓風(fēng)、引風(fēng)，可以使鍋爐的出水和回水的溫度都保持在規(guī)定值范圍內(nèi)，包括鍋爐的水位也符合規(guī)定指標(biāo)。處于運行狀態(tài)的鍋爐，各個運行參數(shù)都會在計算機顯示器上以模擬圖的形式呈現(xiàn)出來并配有數(shù)據(jù)。一旦運行鍋爐壓力、水溫以及水位超過了規(guī)定范圍，鍋爐控制系統(tǒng)就會發(fā)出報警信號。

2 鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

鍋爐在實際運行中，要確保高效運營狀態(tài)，就要采用先進的控制系統(tǒng)設(shè)計，在對鍋爐自動控制的同時，還要實施必要的監(jiān)視，以完善鍋爐的操作和管理工作。鍋爐控制系統(tǒng)的各項參數(shù)，包括鍋爐出入口的水溫和水壓，空氣預(yù)熱器的入口負壓和引風(fēng)機負壓以及除塵器入出口負壓等等，都要隨時觀察，并將數(shù)據(jù)傳送到控制操作臺上，在顯示器上顯示出來。

2.1鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計

鍋爐控制系統(tǒng)是由各項功能系統(tǒng)所構(gòu)成的復(fù)雜的控制系統(tǒng)。各項參數(shù)都會根據(jù)系統(tǒng)的實際工作情況有所調(diào)節(jié)，并且相互之間會產(chǎn)生影響。為了能夠?qū)τ阱仩t控制系統(tǒng)設(shè)計以詳細說明，可以將該控制系統(tǒng)分解為給煤控制系統(tǒng)、送風(fēng)控制系統(tǒng)、爐膛負壓控制回路、汽包液位控制、過熱蒸汽出口溫度控制。

給煤控制系統(tǒng)所承擔(dān)的是鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)功能。燃料經(jīng)過燃燒后所釋放出的熱量，能夠滿足蒸汽的負荷，而且還確保了鍋爐安全運營。

送風(fēng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是通過符合規(guī)則調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)的，其與給煤控制系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。當(dāng)增加負荷的時候，可以先加風(fēng)，然后加煤；當(dāng)減少負荷的時候，就要先減煤，再減風(fēng)。將風(fēng)煤的比例控制在合理的范圍內(nèi)，可以使燃燒處于最佳狀態(tài)。

爐膛負壓控制回路是確保鍋爐在運行當(dāng)中，微負壓在送風(fēng)量平衡狀態(tài)下趨于穩(wěn)定，以確保鍋爐安全運行。

鍋爐給水自動調(diào)節(jié)，是為了確保汽包液位維持在工藝允許的范圍內(nèi)，給水量要與鍋爐的蒸發(fā)量保持平衡。液位控制主要包括單沖量控制、雙沖量控制和三沖量控制。單沖量控制，即為單回路控制系統(tǒng)，其作為單參數(shù)是以水位作為調(diào)節(jié)信號的；雙沖量控制，即為雙參數(shù)控制系統(tǒng)，其是通過蒸汽流量對于信號進行補充的；三沖量控制，即為三參數(shù)控制系統(tǒng)，其對于信號的補充是通過給水流量、主蒸汽流量來完成的。

過蒸汽出口溫度控制是通過蒸汽過熱系統(tǒng)來完成調(diào)節(jié)任務(wù)的。其對于過熱器具有保護作用，確保過熱蒸汽在出口處的溫度被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。此外，過熱管壁也不可以超過控制溫度范圍。

2.2鍋爐的自動保護系統(tǒng)

鍋爐自動保護系統(tǒng)包括超壓報警裝置、水位報警裝置、超溫報警裝置、熄火保護裝置。

2.2.1 超壓報警裝置

超壓報警裝置的作用在于，一旦鍋爐出現(xiàn)超壓問題，控制系統(tǒng)就會發(fā)出聲色報警，并啟動控制燃燒的報警裝置。那么在裝置的設(shè)計上，除了壓力測量儀器之外，還安裝有燈光音響設(shè)備以及報警信號部件。當(dāng)報警信號出現(xiàn)的時候，保護系統(tǒng)會自動停止通風(fēng)，不再供應(yīng)燃燒。

2.2.2水位報警裝置

當(dāng)鍋爐的水位出現(xiàn)不正常狀態(tài)的時候，自動報警裝置就會發(fā)出信號。水位報警裝置安裝有高、低水位報警器，當(dāng)水位超出了規(guī)定的安全范圍內(nèi)，保護裝置就會自動啟動。為了提高保護裝置的靈敏度，要定期地對裝置調(diào)試、檢修，以保證可靠運行，防止缺水事故發(fā)生。

浮球式水位報警器的組成上除了報警器之外，還設(shè)置有高水位和低水位浮球、針型閥和連桿。當(dāng)水位處于正常狀態(tài)時，兩個針型閥處于關(guān)閉狀態(tài)，連桿平衡，高水位浮球在蒸汽空間內(nèi)懸浮，而低水位浮球則浸在水中。當(dāng)這種平衡遭到破壞的時候，針型閥就會自控啟動報警裝置。

磁鐵式水位報警器的組成上除了浮球之外，還包括用永磁鋼組、調(diào)整箱以及三組水鐵開關(guān)。當(dāng)水位發(fā)生變化的時候，在浮球的帶動下永磁鋼組會升降，其所連接的報警系統(tǒng)就會發(fā)出報警信號。

電極式水位報警器處于高低水位電極的末端鍋爐的安全水位處。當(dāng)鍋爐中的水位超出了安全范圍，就電極就會與鍋爐中的水脫離開來，切斷接觸回路而發(fā)出報警。連鎖裝置被啟動后，鍋爐停止燃燒。

2.2.3超溫報警裝置

如果鍋爐的溫度超出了允許范圍內(nèi)，鍋爐控制系統(tǒng)就會自動啟動報警裝置。報警器被安裝在溫度測量儀表盤上，一旦有故障出現(xiàn)，比如溫度超過了安全范圍等等，就會出現(xiàn)自動報警。

2.2.4熄滅保護裝置

熄滅保護裝置被安裝在連鎖保護裝置當(dāng)中，當(dāng)鍋爐發(fā)生熄火情況的時候，自動控制的正常機能就會被切斷，燃料自動停止供應(yīng)。

3 監(jiān)控中心報警監(jiān)管

當(dāng)監(jiān)控中心接到鍋爐故障報警信號之后，就要實施安全操作。報警系統(tǒng)具有檔案管理功能，對于鍋爐運行狀況都存有歷史記錄。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)鍋爐運行故障之后，操作人員可以參考歷史記錄采取必要的應(yīng)急處理措施。此外，報警軟件還對于報警信息實施過濾功能，報警的級別也會自動顯示出來。對于級別較高的故障報警，操作人員可以優(yōu)先處理，其他的報警信息會依次向優(yōu)先級過度，以便于操作人員對于鍋爐故障井然有序地處理。

4結(jié)論

綜上所述，伴隨工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計不斷地實現(xiàn)創(chuàng)新，提高了其在工業(yè)生產(chǎn)中的安全性以及高強度可靠性。各種高端科技成果滲入到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，特別是自動化控制系統(tǒng)的運用，實現(xiàn)鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的智能化、科技化。本論文分析了與鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的問題，為鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

參考文獻

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[2]王玉哲.工業(yè)燃煤鍋爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].內(nèi)蒙古大學(xué)，2007.

篇9

論文關(guān)鍵詞：云南古寺,古建筑,現(xiàn)代消防設(shè)計理念

1．前言

云南某千年古寺為國家重點文物保護單位，歷史上曾兩度遭遇火毀。2009年的地震導(dǎo)致古寺大部分建筑受損，現(xiàn)正進行統(tǒng)一修復(fù)，而消防系統(tǒng)設(shè)計與實施便是其中一項重要任務(wù)。

2．火災(zāi)危險性分析

1）火災(zāi)荷載大，耐火等級低

寺院以木材作為主要的建筑材料，以木構(gòu)架為主要的結(jié)構(gòu)形式，火災(zāi)危險性極大，而建筑構(gòu)件的耐火等級很低，并且由于寺院是建在山上，發(fā)生火災(zāi)后火勢能夠迅速蔓延，極易形成立體燃燒。

2）建筑之間無防火間距，容易出現(xiàn)“火燒連營”

寺院以各式各樣的單體建筑為基礎(chǔ)，組成各種庭院。在庭院布局中，基本采用“四合院”和“廊院”的形式。這兩種布局形式都缺少防火分隔和安全空間，如果其中一處起火，一時得不到有效控制，就會形成“火燒連營”的局面。

3．消防系統(tǒng)設(shè)計

由于寺院存在上述火災(zāi)隱患，而對其實施保護又具有極其重要的意義，因此，必須加強消防安全對策。古建筑消防安全不僅要以撲滅火災(zāi)為第一目標(biāo)，而且還要最大限度的保護古建筑的整體結(jié)構(gòu)及形式。因此，火災(zāi)探測技術(shù)及消防安全措施的選擇就顯得尤為重要，必須能夠因地制宜的達到早期探測和早期滅火。整個工程中消防系統(tǒng)包括消防電氣系統(tǒng)及消防滅火系統(tǒng)。

1）消防電氣系統(tǒng)設(shè)計

消防電氣系統(tǒng)包括火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、消防廣播系統(tǒng)、消防電話系統(tǒng)、應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。

（1）根據(jù)本工程對火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的要求，經(jīng)過認真細致的研究和論證，為該工程提供以下配置方案如下表1所示。

（2）根據(jù)《古建筑消防管理規(guī)則》及《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，并參照故宮等國內(nèi)古建筑領(lǐng)域的常用探測保護方式，在本次設(shè)計中采用了點型感煙探測、點型感溫探測、極早期吸氣式探測以及視頻火災(zāi)探測。

其中，視頻火災(zāi)探測系統(tǒng)是現(xiàn)代消防的最先進技術(shù)。本工程在大雄寶殿設(shè)置一套8路視頻火災(zāi)探測系統(tǒng)，大雄寶殿空間高大，點式探測器不能滿足規(guī)范的設(shè)置要求，其他探測方式對古建筑的美觀及使用會有一定的影響，綜合以上因素，設(shè)置了視頻火災(zāi)探測系統(tǒng)。它的特點是：

2）消防滅火系統(tǒng)設(shè)計

寺院屬于國家級文物保護單位，為保持寺內(nèi)建筑的原貌，建筑內(nèi)不便安裝傳統(tǒng)的室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動噴水系統(tǒng)，又由于寺院建筑比較集中，道路陡峭狹窄，消防車難以到達現(xiàn)場，鑒于本工程特點，在建筑內(nèi)部設(shè)置滅火器，建筑外部設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)，設(shè)置在室外的消火栓采用“室外用室內(nèi)型消火栓”，在火災(zāi)初期，可使用滅火器將火災(zāi)撲滅；當(dāng)火災(zāi)較大時，可直接使用消火栓系統(tǒng)進行滅火，無需消防車加壓或供水。

（1）消防蓄水池設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘查報告，蓄水池設(shè)計選址在寺院西側(cè)一百米左右地方，水池長約8米，寬約10米，蓄水池內(nèi)有效水深3米，蓄水量約為240立方米，以滿足寺院消防用水的需求。

序號

保護區(qū)域名稱

保護措施

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

聯(lián)動控制系統(tǒng)

消防廣播系統(tǒng)

消防電話系統(tǒng)

應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

1

鼓樓

2

鐘樓

3

藏經(jīng)閣

4

禪房

5

客堂

6

大雄寶殿

7

地藏殿

8

方丈室

9

圓通殿

10

后軒北院

11

齋堂

12

消防控制室

篇10

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；控制方式；自動控制；太陽能；熱水工程

中圖分類號：TP13 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）05-1149-02

太陽能是典型的綠色可再生能源，研究、開發(fā)與應(yīng)用太陽能資源具有全球性的戰(zhàn)略意義。在太陽能資源的應(yīng)用中，太陽能熱水項目是目前技術(shù)比較成熟、經(jīng)濟效益較高、環(huán)保效益與社會效益較好的項目。隨著太陽能熱水的廣泛使用，市場對太陽能熱水的系統(tǒng)特別是控制系統(tǒng)提出了越來越高的要求。該文以太陽能熱水工程的控制系統(tǒng)作為研究對象，根據(jù)北方高寒地區(qū)氣候特點和多年的工程設(shè)計、施工、維護經(jīng)驗，切合市場反應(yīng)及用戶需求研究、設(shè)計了太陽能熱水工程控制系統(tǒng)。

1 太陽能熱水工程概述

太陽能熱水工程是利用太陽能集熱器收集太陽能量，通過循環(huán)系統(tǒng)，將太陽能集熱器的熱量傳遞給水，將水加熱后根據(jù)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)設(shè)定收集存儲于儲熱單元中，為用戶提供所需要的熱水。當(dāng)天氣條件影響或其他原因使得系統(tǒng)儲存熱水不能滿足供熱指標(biāo)時，可以通過輔助熱源系統(tǒng)加熱使水溫提高供用戶使用。為了減少管路熱損失，防止惡劣天氣條件管路凍堵，改善熱效，北方高寒地區(qū)還要有相應(yīng)的保溫防凍系統(tǒng)。太陽能熱水工程主要由控制系統(tǒng)、集熱系統(tǒng)、儲熱水箱、循環(huán)系統(tǒng)、輔助熱源、保溫防凍系統(tǒng)等部分組成，見圖1。集熱系統(tǒng)是太陽能系統(tǒng)的能量積累轉(zhuǎn)換中心，其接收太陽輻射的能量，并將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)化為水的熱能。儲熱水箱將太陽能所產(chǎn)熱水集中存儲，并通過管路供應(yīng)至用水單元。循環(huán)系統(tǒng)是集熱器至儲熱水箱及輔助熱源至儲熱水箱的循環(huán)管道以及相關(guān)的水泵、電磁閥門等。輔助熱源主要是在太陽能產(chǎn)熱水能力供不應(yīng)求時輔助加熱。北方高寒地區(qū)太陽能還需要有保溫防凍系統(tǒng)和，以減少管路熱量損失，防止低溫凍堵，保證系統(tǒng)在高寒條件下正常運行。

圖1 太陽能熱水工程系統(tǒng)組成

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1控制系統(tǒng)功能與組成

控制系統(tǒng)是太陽能熱水工程的中樞系統(tǒng)，其通過電氣控制的方式，提供智能的人機交互界面、實時采集顯示相關(guān)水溫、水位信號，實時監(jiān)測相關(guān)運行信息，自動控制集熱器進行能量交換、自動控制循環(huán)系統(tǒng)的泵閥工作、自動控制輔助熱源按需加熱，確保系統(tǒng)正常運行?？刂葡到y(tǒng)能夠根據(jù)用戶現(xiàn)場設(shè)定數(shù)據(jù)及實時監(jiān)測到的水壓、水位、水溫等參數(shù)自動控制加水泵閥、伴熱防凍、循環(huán)泵閥、輔助熱源、排空泵閥、供水泵及變頻器等設(shè)備的啟停，滿足用戶熱水需求。因此控制系統(tǒng)需有水位水溫監(jiān)測顯示、數(shù)據(jù)輸入、運行信息指示、上水控制、集熱控制、供水控制、防凍控制、輔熱控制、排空控制等功能，見圖2。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

2.2控制信號分析

控制系統(tǒng)根據(jù)用戶指令和輸入信號進行判斷、分析，從而輸出信號驅(qū)動相應(yīng)的泵閥、熱水設(shè)備進行工作。據(jù)圖2所示系統(tǒng)，輸入信號有集熱器水溫[T1]、管道水溫[T2] 、儲熱水箱水溫[T3]、供水水溫[T4]、水位信號[H1]、水壓信號[P]等，輸出信號有上水泵閥控制信號、循環(huán)泵閥控制信號、輔助熱源控制信號、供水泵閥控制信號、防凍伴熱控制信號、排空泵閥控制信號、變頻供水控制信號等。

2.3控制方式分析

在太陽能熱水工程的控制系統(tǒng)中，根據(jù)運行原理和適用場合的不同，常用的有手動控制、溫差控制、定時控制、定溫控制等四種控制模式。

1）手動控制是最為基礎(chǔ)的控制方式，也是比較受大家認可的一種由操作人員根據(jù)實際需要手動控制上水、集熱循環(huán)、供水、防凍加熱、輔助加熱、排空等控制方式。在緊急情況或特殊情況時可以啟用手工模式進行控制。

2）溫差控制即系統(tǒng)適時監(jiān)測集熱器水溫（[T1]）和儲熱水箱水溫（[T3]），并且將二者送到控制系統(tǒng)進行分析，當(dāng)溫差（[ΔT=T1-T3]）大于設(shè)定值（[Δt0]）時（5～20℃），控制核心輸出信號啟動循環(huán)供水泵將集熱系統(tǒng)的熱量傳輸?shù)絻崴洌划?dāng)溫差（[ΔT=T1-T3]）小于設(shè)定值（[Δt0]）時（2～10℃），控制核心不再輸出信號循環(huán)泵停止工作。同時當(dāng)溫差（[ΔT=T1-T3]）等于設(shè)定值（[Δt0]）時（50～60℃），控制核心輸出信號停止循環(huán)供水泵以保護低溫水進入集熱器造成集熱管炸裂；當(dāng)溫差（[ΔT=T1-T3]）小于設(shè)定值（[Δt0]）時（20～30℃），控制核心再次輸出信號啟動循環(huán)泵開始工作。

3）定溫控制模式是系統(tǒng)適時監(jiān)測集熱器水溫（[T1]），并且將其送到控制系統(tǒng)進行分析比較，當(dāng)集熱器水溫（[T1]）大于等于設(shè)定值（[t1]）時，控制核心輸出信號啟動控制電磁閥或循環(huán)水泵，冷水進入集熱器將熱水壓入儲熱水箱；當(dāng)集熱器水溫（[T1]）小于設(shè)定值（[t1]）時，控制核心不再輸出信號，控制電磁閥或循環(huán)水泵停止工作。

4）定時控制是效率較低的一種控制模式，操作人員根據(jù)實際需要，預(yù)先設(shè)定系統(tǒng)啟停、運行時間或排空時間，系統(tǒng)在設(shè)定時間啟動泵閥或停止循環(huán)泵。

2.4控制系統(tǒng)構(gòu)建

據(jù)以上分析，結(jié)合北方地區(qū)氣候特點及用戶需求構(gòu)建了以凱盈電子有限公司的KING-C型太陽能集熱工程控制器為核心，輔以SA136型數(shù)碼溫差控制器進行超溫保護、SB252型數(shù)碼定時器做定時排空控制、SC393電子探極式液位繼電器做液位雙重保護、水溫水位傳感器等器件的適合北方地區(qū)應(yīng)用的太陽能熱水工程控制系統(tǒng)，見圖3所示。該系統(tǒng)綜合手動、溫差、定溫、定時四種控制方式，具有水位監(jiān)測顯示、水溫監(jiān)測顯示、數(shù)據(jù)輸入、運行信息顯示、自動與手動運行控制、上水控制、集熱循環(huán)控制、供水控制、防凍控制、輔助燃氣鍋爐或電加熱控制、恒溫控制、排空控制、自動保護等功能，適合北方高寒地區(qū)使用。

圖3 太陽能熱水工程控制系統(tǒng)簡圖

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)應(yīng)用于實際工程，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試、運行及參數(shù)測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、智能化程度高、保護措施完善，通過對數(shù)據(jù)的分析計算得到系統(tǒng)產(chǎn)熱量穩(wěn)定、經(jīng)濟效益與環(huán)保效益較高，適合在北方高寒地區(qū)使用。

參考文獻：

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