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關鍵詞 中央空調(diào) 自動控制
中圖分類號:TU831.6 文獻標識碼:A
目前,越來越多的公共場所、私人住宅都安裝了中央空調(diào)系統(tǒng)。它是非常有發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)境控制系統(tǒng),具有維護簡單、適應性強、運行高效等眾多優(yōu)點。為了使中央空調(diào)系統(tǒng)能夠經(jīng)濟、穩(wěn)定、高效地運行,一般采用自動控制方式對其進行控制。由于中央空調(diào)具有高能耗的特點,加上能源短缺,所以如何能使其節(jié)能運行就成為人們不得不考慮的問題。
1自動控制系統(tǒng)的基本概念
自動控制系統(tǒng)是指在無人直接參與的情況下,被控裝置能自動按照預定的規(guī)律運行,無需人為直接操作。整個操作過程就是自動控制系統(tǒng)所要完成的任務。一般自動控制系統(tǒng)由5個基本環(huán)節(jié)組成,分別為測量變送元件、受控對象、執(zhí)行機構、控制器、調(diào)節(jié)機構。
2對中央空調(diào)系統(tǒng)的自動控制
(1)中央空調(diào)的啟??刂啤⑼?刂剖侵赣勺詣涌刂破靼l(fā)送啟動或停止命令,控制空調(diào)機組的運行。它將在新風機變頻器上取得的變頻器運行狀態(tài)信號發(fā)送給自動控制器,監(jiān)測自動控制中心的運行狀態(tài);設置空氣壓差開關來監(jiān)測風機的工作狀態(tài);同時還可利用過濾器前后段的壓差來判斷過濾器是否需要清洗、更換。風機的控制回路還要考慮與加熱調(diào)節(jié)閥、新風閥、出風閥的聯(lián)系互鎖。
(2)溫度控制。溫度控制是指按照服務對象的具體要求來對溫度進行自動控制。一般情況下,中央空調(diào)運行時熱源調(diào)節(jié)閥和冷水調(diào)節(jié)閥不會同時工作,蒸汽、熱水及電加熱器是中央空調(diào)用于制熱的主要熱源,由冷凍機組轉(zhuǎn)換的冷凍水是主要的冷源。在環(huán)境溫度高的情況下,使用冷源來降低控制對象的溫度,此時要將調(diào)節(jié)器設定為正作用,由露點溫度來控制空調(diào)機的冷水調(diào)節(jié)閥的開度。當露點溫度小于設定值時,將冷水調(diào)節(jié)閥關??;當露點溫度大于設定值的時候,將冷水調(diào)節(jié)閥開大。反之,在環(huán)境溫度低的情況下,應該使用熱源來提高控制對象的溫度,此時要將調(diào)節(jié)器設定為反作用??照{(diào)機的熱源調(diào)節(jié)閥的開度由溫度傳感器來控制,當溫度大于設定值的時候,將調(diào)節(jié)閥關?。划敎囟刃∮谠O定值時,將調(diào)節(jié)閥開大。
(3)濕度控制。要保持環(huán)境濕度的適中,中央空調(diào)配備了一套自動調(diào)節(jié)濕度的系統(tǒng),它是由設在檢測區(qū)內(nèi)的濕度傳感器、控制中央空調(diào)機的蒸汽加濕器來保證室內(nèi)相對濕度參數(shù)的,并將加濕調(diào)節(jié)閥、加濕電磁閥與新風機的狀態(tài)聯(lián)鎖,當新風機狀態(tài)為發(fā)出過濕命令時,加濕電磁閥、電動閥聯(lián)鎖關閉,加濕調(diào)節(jié)閥斷電會自動復位;當新風機狀態(tài)為發(fā)出干燥命令時,加濕電磁閥打開,加濕調(diào)節(jié)閥會根據(jù)檢測區(qū)內(nèi)的濕度傳感器來調(diào)節(jié)閥門的開度,從而使相對濕度穩(wěn)定在設定范圍內(nèi),保證中央空調(diào)覆蓋范圍內(nèi)具有適宜的空氣濕度。
3幾種中央空調(diào)系統(tǒng)的自動控制方案
(1)空調(diào)風機盤管的自動控制。對風機盤管的控制是通過調(diào)節(jié)風量和水量來進行的,可由三速開關控制風機盤管的風量,其應用十分廣泛。三速開關有高速、中速、低速、停4 檔,分別對應風機盤管風機的高速、中速、低速和停。空調(diào)風機盤管的水量調(diào)節(jié)由電動三通閥或電動二通閥實現(xiàn),通過調(diào)節(jié)閥門的開度來增加或減少冷凍和溫水的用量,從而調(diào)節(jié)房間溫度,并同送風機聯(lián)鎖動作,當送風機停止運行時,調(diào)節(jié)閥同時關閉;當送風機啟動時,調(diào)節(jié)閥開啟。
(2)熱交換器的自動控制。熱交換器的自動控制原理是:首先使用設在熱交換器熱水出口處的溫度傳感器檢測出水溫度,然后使用電子溫度控制器將測得的溫度與控制器的溫度設定值相比較,得出比較結(jié)果,并根據(jù)結(jié)果輸出相應的電信號,該電信號用于控制設在熱交換器蒸汽入口處的電動調(diào)節(jié)閥。通過調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)蒸汽的流量,以保證熱水出水溫度滿足給定值的要求。
(3)冷水機組和換熱機組的壓差旁通自動控制。為了保證冷水機組和換熱機組的正常運轉(zhuǎn),將一個電動二通閥的旁通管設置在冷水機組和換熱機組供回水管之間。同時,在兩者的供水管上分別設置壓力傳感器,將傳感器測得的壓力電信號傳送至壓差控制器,并將壓力差與給定值相比較,根據(jù)比較結(jié)果來調(diào)節(jié)旁通管上電動二通閥的開度,使供水和回水之間實現(xiàn)旁通,以保證所需壓力差。
4中央空調(diào)自控系統(tǒng)節(jié)能分析
眾所周知,中央空調(diào)系統(tǒng)需要消耗大量的能量,所以節(jié)能是中央空調(diào)必須面對的問題,如何能夠有效地節(jié)能也是現(xiàn)階段討論的熱點。當前出現(xiàn)了很多節(jié)能方法,比如:使用先進的控制策略,如變風量系統(tǒng)和變水量系統(tǒng);正確并合理利用室外的新風,回收排風口的能量等等。采用先進的控制策略來縮短調(diào)節(jié)時間是一個直接、有效的手段,采用智能化自動控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)方法無法比擬的優(yōu)越性,主要表現(xiàn)在以下2 個方面:
(1)智能控制與傳統(tǒng)控制理論不同的是,它突破了傳統(tǒng)控制方法需要基于精確的數(shù)學模型框架這一限制,是按實際效果來進行控制的,對于系統(tǒng)數(shù)學模型的建立是否精確和完整要求并不嚴格。中央空調(diào)系統(tǒng)是一個非線性、慣性大、具有滯后特點的系統(tǒng),最優(yōu)的啟動控制方法是,通過各種手段計算出需提前開啟空調(diào)機的最短時間,在這一最短時間內(nèi)需要確保滿足空調(diào)區(qū)域開始有人使用時的舒適感。以此確定開機時刻后,在使用時刻前開機。
(2)對于停機控制,則是在保證空調(diào)區(qū)域結(jié)束使用時仍然保證舒適環(huán)境的前提下,計算出可提前停止空調(diào)機的最長時間。
關鍵詞:自動控制原理;教學方法;教學實踐
作者簡介:任琦梅(1978-),女,河南平頂山人,河南城建學院電氣與電子工程系,講師。(河南 平頂山 467000)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)02-0106-02
“自動控制原理”是電氣工程類及相關專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程,它是后續(xù)“運動控制系統(tǒng)”、“過程控制系統(tǒng)”、“計算機控制系統(tǒng)”等專業(yè)課程的基礎,同時也是控制理論與控制工程專業(yè)考研的一門課程,在專業(yè)課程體系中占有重要的地位。
“自動控制原理”介紹的是控制系統(tǒng)分析和設計的基本理論和方法,不針對某一個或某一類具體的系統(tǒng),而是在工程實踐基礎上提升和抽象出來的內(nèi)容,理論性強、概念抽象、數(shù)學公式多、內(nèi)容豐富、涉及知識面廣。學生往往因為缺乏工程實踐知識,缺乏對實際系統(tǒng)的感性認識而感到學習內(nèi)容比較抽象、枯燥,因數(shù)學基礎不扎實而對大量的公式產(chǎn)生畏難情緒,從而影響學習效果,所以要不斷進行教學研究和教育改革以提高教學質(zhì)量。本文探討并總結(jié)了一些“自動控制原理”的教學方法,在教學實踐中取得了較好的教學效果。
一、“自動控制原理”教學方法
1.激發(fā)學生的學習興趣
興趣是學習最好的老師。有了濃厚的學習興趣,學生才會有學習的積極性。
(1)上好第一次課,調(diào)動學習興趣。講授課程內(nèi)容之前,首先要讓學生明確該課程在專業(yè)中所處的地位和作用,讓學生從思想上引起重視。第一次課,要給學生多舉一些實際系統(tǒng)的例子,特別是貼近生活、容易理解的實例,比如水箱控制系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)、直流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)等,分析系統(tǒng)的控制過程和運行原理,讓學生對控制系統(tǒng)有充分的感性認識,對開環(huán)控制和閉環(huán)控制的概念、控制系統(tǒng)的組成等有深刻的理解,為以后的學習打下堅實的基礎。最后,可以把控制系統(tǒng)的概念應用到教學活動中,和學生一起建立一個教與學的系統(tǒng)框圖,通過討論的方法,讓學生自己提出反饋的途徑(比如作業(yè)、提問、建議、復習等)和前饋的通道(如預習等),在這個過程中學生可以更好地理解基本概念,并極大地激發(fā)學生的學習興趣。構建的教與學系統(tǒng)框圖如圖1所示。
(2)自始至終保持學習興趣?!白詣涌刂圃怼笔且婚T理論性比較強的課程,即使在一開始學生學習勁頭十足,在課程學習過程中抽象的概念和理論、大量的數(shù)學公式也會使學生產(chǎn)生畏難情緒。在課程講了一半時還有學生以為該課程只是公式的推導,所以,如何在學習的過程中始終讓學生明確學習的目的和保持學習興趣,是一個值得思考的問題。在教學的過程中,可以以一個學生比較熟悉的工程實例貫穿始終,分別以時域分析法、根軌跡法和頻率特性法對這個控制系統(tǒng)進行多方面的分析,并對各種分析結(jié)果進行對比,然后用校正的知識對控制系統(tǒng)進行改造和設計。這樣,學生在整個的學習過程中都可以學以致用,并對各章知識融會貫通。
2.注重基本概念和物理意義
“自動控制原理”課程中有很多的公式推導,要用到高等數(shù)學或工程數(shù)學的知識,如果在講解時進行大量繁瑣的數(shù)學推導,容易讓學生有上數(shù)學課的感覺而找不到本課程重點,如果數(shù)學基礎不扎實,還容易產(chǎn)生畏難情緒。所以在講解時應該淡化公式推導重在結(jié)果分析。比如在講解典型二階系統(tǒng)的階躍響應時,求解不同阻尼比時的階躍響應表達式是很繁瑣的,需要用到拉氏反變換的計算,在講解時可以說明推導方法,即先求得的表達式,再進行拉氏反變換求取系統(tǒng)的響應,因為不同阻尼比時系統(tǒng)特征根的形式不同,用部分分式法對進行分解的情況不同,所以求得的響應表達式也就有不同的形式,而對具體的推導過程可以一帶而過,重點分析對比不同阻尼比下的階躍響應形式和系統(tǒng)的性能,使學生對阻尼比的概念和物理意義有更深刻的理解。
3.注重前后知識的內(nèi)在聯(lián)系
經(jīng)典控制理論中的時域分析法、根軌跡法和頻域分析法三大分析方法往往是被分成獨立的章節(jié)編寫,但在講授時要注意它們之間的內(nèi)在聯(lián)系,對各種分析方法進行對比,比如根軌跡上不同位置對應的時域響應形式的分析、勞斯判據(jù)和奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)的對比、奈奎斯特圖和伯德圖的對比、頻域指標和時域指標之間的聯(lián)系、用不同分析方法分析增大開環(huán)增益對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等等,這樣可以使學生既復習了原有知識又對新知識有更深入的理解,做到溫故而知新。
在講授到后續(xù)課程中要用到的內(nèi)容時,也可以對學生點明,比如在后續(xù)的運動控制系統(tǒng)課程中要用三頻段的知識對調(diào)速系統(tǒng)進行分析和設計,這樣可以引起學生的注意讓學生更認真學習。
4.靈活多樣的教學方法
(1)多媒體教學和傳統(tǒng)教學相結(jié)合。多媒體教學是傳統(tǒng)教學方式的有效輔助手段,在教學過程中,合理選擇和運用現(xiàn)代教學媒體,并與板書等傳統(tǒng)教學手段有機結(jié)合,共同參與教學全過程,將圖片、動畫、聲音等多種媒體信息作用于學生,可以調(diào)動學生的興趣和學習的積極主動性,提高課堂效率,達到更好的教學效果。比如水位控制系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)等可以做成動畫,使學生直觀地看到系統(tǒng)運行的過程,更好地理解系統(tǒng)各部分所起的作用和自動調(diào)節(jié)過程;講解根軌跡和頻率特性時以板書的形式演示作圖的過程,使學生更容易理解和掌握等等。在用多媒體課件進行教學時要注意講解和操作展示的同步性,避免整屏出現(xiàn)大量文字的問題,并且時刻注意發(fā)揮教師的主導作用。
(2)設置課堂討論,鼓勵學生自主學習。在教學中可以針對某些重點、難點問題進行課堂討論,提高學生學習的主動性,并且通過討論,可以使學生對相關知識有更深刻的理解。比如在各種分析方法都學完了之后,可以給出一個系統(tǒng)的結(jié)構圖,讓學生討論判斷該系統(tǒng)穩(wěn)定的方法有哪些,并對這些方法判斷的結(jié)果進行比較,使學生自己對以往的知識點有一個很好的總結(jié)并加深印象。再比如,講完系統(tǒng)的校正后,給出一個系統(tǒng)和要求的性能指標,讓學生討論有哪些校正的方法和途徑,該如何實現(xiàn),并對各種方案進行比較,可以使學生更牢固地理解和掌握各種校正方法,并且學以致用。
(3)MATLAB在教學中的應用。MATLAB仿真技術已經(jīng)廣泛地應用于控制系統(tǒng)的分析和設計中,在教學中利用MATLAB的圖形化和交互功能,能使抽象的理論變得生動形象,易于接受和理解,而且用MATLAB畫圖遠比手工畫圖準確。比如在講解典型二階系統(tǒng)的階躍響應時,可以利用MATLAB逐條畫出不同阻尼比時的單位階躍響應曲線,并把這些曲線以不同的顏色畫在一張圖上進行對比,給學生以直觀的印象使學生更容易理解阻尼比對二階系統(tǒng)性能的影響。
(4)充分利用網(wǎng)絡教學資源。網(wǎng)絡教學是課堂教學的延伸,可以對課堂教學起到很好的補充作用。建立網(wǎng)絡教學平臺,讓學生在課余時間也可以自主學習,加深對課堂教學知識的理解并擴寬知識面。學生也可以在網(wǎng)上和同學、老師一起討論問題,并尋求解決的辦法,進一步提高自己分析問題、解決問題的能力。
5.多層次的反饋鏈條
在教學過程中應該及時和學生進行溝通和交流,以便及時獲得學生的反饋信息。比如課堂教學時注意學生的反應,進行課堂提問和課堂討論,及時批講作業(yè),利用課間和課余時間與學生進行交流和答疑,聽取學生的意見和建議并改進等等。將“反饋”的概念很好地應用到教學活動中,建立多層次的反饋鏈條,才能達到更好地教學效果。
6.多模式的實驗教學
實驗是“自動控制原理”教學的重要組成部分,通過實驗可以使學生加深對理論知識的理解,并且初步將理論知識應用于工程實際。傳統(tǒng)的實驗教學模式比較單一,通常是給出系統(tǒng)的模擬電路圖,學生按照實驗指導書搭建電路、調(diào)節(jié)參數(shù),即可順利地得到實驗曲線和數(shù)據(jù)。如果在實驗教學中設置一些有一定設計性的實驗項目,并且把仿真實驗和物理實驗結(jié)合起來,可以充分調(diào)動學生的學習積極性,使學生真正做到理論聯(lián)系實際。
比如在做典型二階系統(tǒng)的階躍響應實驗時,只給出參考的電路圖和要求的阻尼比等參數(shù),預習時讓學生自己根據(jù)電路圖畫出系統(tǒng)的方框圖,并根據(jù)要求的阻尼比和無阻尼自然振蕩頻率確定電路中各部分的電阻電容值,實驗中利用實驗箱搭建電路求取階躍響應曲線,同時用Simulink仿真軟件搭建系統(tǒng)框圖進行仿真實驗,把理論分析、物理實驗和仿真實驗的結(jié)果進行對比和分析,一方面會加深學生對理論知識的理解,另一方面也讓學生學會從實驗中發(fā)現(xiàn)問題,同時進一步理解對工程實踐進行仿真的意義。
二、結(jié)論
在多年的“自動控制原理”教學過程中,經(jīng)過不斷摸索和實踐,上述教學方法取得了較好地教學效果??傊?,自動控制原理是一門理論性和應用性都較強的課程,教師只有在教學過程中不斷探索研究各種教學方法,善于總結(jié)經(jīng)驗,并在實踐中加以驗證和改進,才能切實提高教學質(zhì)量,培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才。
參考文獻:
[1]夏德鈐.自動控制理論[M].第3版.北京:機械工業(yè)出版社,2007.
[2]張文斌,尹福明,等.“自動控制原理”教學方法的應用研究[J].中國電力教育,2011,(19):66-67.
【關鍵詞】電力系統(tǒng);自動化控制技術
前言
自動控制就是人們采用信息技術與電子機械相結(jié)合,在沒有人直接操縱情況下的設備或生產(chǎn)管理過程,通過自動檢測、信息處理、分析判斷,自動地實現(xiàn)預期的操作或某種過程,也就是能完成人們預定的目標的一切技術的科學。
1 電力系統(tǒng)自動控制技術的可靠性
電力系統(tǒng)的設計首要考慮的便是控制與操作的高可靠性,采用自動化控制系統(tǒng)的供、變電站更要將計算機監(jiān)控系統(tǒng)縝密設計。通常用于高壓電力系統(tǒng)的供、變電站自動化產(chǎn)品都具有以下功能,以保證控制操作的高可靠性。應滿足多級多地點控制功能,自動化系統(tǒng)的控制操作方式有遠方遙控、站控、就地(后備)操作三種方式。遠方遙控,由調(diào)度人員在調(diào)度端發(fā)出下行控制命令。站控操作,運行人員在變電站層監(jiān)控主機發(fā)出操作命令,通過交互式對話過程,選擇操作對象、操作性質(zhì),完成對某一操作過程的全部要求。就地操作,作為后備控制方式,當監(jiān)控系統(tǒng)故障或網(wǎng)絡故障時,可在間隔層的測控單元的小開關手動控制或通過就地監(jiān)控單元裝置上的薄膜鍵盤進行就地控制。上述三種操作方式通過軟件或功能開關可相互切換,當切換到后備手動控制時,站控及遙控命令不被執(zhí)行;當切換到站控操作時,后備手動控制不產(chǎn)生任何作用,計算機對一臺設備同一時刻只能執(zhí)行一條控制命令,當同時收到一條以上命令或預操作命令不一致時,應拒絕執(zhí)行,并給出錯信息。每個被控對象只允許以一種方式進行控制。應做到操作過程中軟件的多次校驗,操作員權限設密,以杜絕誤操作及非法操作。目前成熟的監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件設備都具有良好的容錯能力,即便運行人員在操作過程中發(fā)生一般性錯誤,均不引起系統(tǒng)的任何功能喪失或影響系統(tǒng)的正常運行,對意外情況引起的故障,系統(tǒng)都具有恢復功能。操作員工作站發(fā)出的操作指令,都必須經(jīng)過選擇——校核——執(zhí)行等操作步驟,返校通過后再送至該點執(zhí)行下一步驟。當某一環(huán)節(jié)出錯,操作指令中斷,并告警提示。每次操作結(jié)束后,系統(tǒng)自動記錄操作過程并存盤。監(jiān)控系統(tǒng)的雙機配置 220 kV及以上電壓等級變電站自動化系統(tǒng)多作雙機雙網(wǎng)配置,作為人機接口的監(jiān)控主站冗余配置,熱備用工作方式,可保證任意設備故障時對控制功能無影響。時下的做法,監(jiān)控主站用以太網(wǎng)相聯(lián)并以HUB作為該以太網(wǎng)的管理。該網(wǎng)上任一裝置異常,可將熱備機切換為主機工作。監(jiān)控系統(tǒng)硬件的冗余配置,系統(tǒng)分層分布式結(jié)構,為變電站的控制與操作的可靠性提供了保證。
2 電力系統(tǒng)自動控制的實現(xiàn)方式
為保證供、變電站控制與操作系統(tǒng)的可靠性、準確性,供、變電站的防誤操作設計也是重要環(huán)節(jié)之一。因為是計算機監(jiān)控,供、變電站不再采用繁瑣的電氣聯(lián)鎖,可方便地實現(xiàn)多級聯(lián)鎖。對于分層分布式自動化系統(tǒng),其操作閉鎖方式也為分層分級式閉鎖而與該系統(tǒng)結(jié)構相適應。每個間隔的測控裝置,已引入該間隔的交流電流、電壓、斷路器位置及刀閘輔助接點作為遙測、遙信之用,這也為實現(xiàn)本間隔內(nèi)的斷路器及刀閘操作的防誤操作提供了必要條件。智能型裝置可很方便地利用上述信息進行編程,實現(xiàn)該間隔的操作閉鎖功能。對于全站涉及多個電氣間隔和多個電壓等級間的操作閉鎖,目前有三種不同的實現(xiàn)方式。其一,用軟件實現(xiàn),即將全站的防誤操作閉鎖用軟件編程置于監(jiān)控主機之內(nèi)。監(jiān)控主機可從通信網(wǎng)上獲得全站所有開關、刀閘的狀態(tài)信息及每個間隔控制終端的操作信息,引入設備操作規(guī)則,進行軟件編程即可實現(xiàn)全站的操作閉鎖功能。該方式應該說是最簡單經(jīng)濟可靠的方案之一。其二,硬件閉鎖,選取優(yōu)質(zhì)的硬件裝置實現(xiàn)間隔之間的操作閉鎖功能。其三,軟硬相結(jié)合的閉鎖方式,間隔之間的閉鎖采用硬件裝置實現(xiàn)閉鎖功能,監(jiān)控主機內(nèi)做一套全站的軟件操作閉鎖。軟硬兩級閉鎖,其可靠性高,監(jiān)控系統(tǒng)或網(wǎng)絡故障不影響全站的安全可靠操作,但該模式接線復雜,且價格昂貴。以軟件實現(xiàn)全站的操作閉鎖,對于一套成熟的供、變電站自動化系統(tǒng)來說,也應該是高可靠性的;既然整個供、變電站的監(jiān)控功能都由監(jiān)控主機實現(xiàn),那么操作閉鎖軟件功能做在監(jiān)控主機內(nèi)也應是安全可靠的。對于雙機系統(tǒng)冗余配置,閉鎖軟件也為雙套設置。對于220 kV及以下自動化系統(tǒng)實現(xiàn)的無人值班站采用這種模式可靠、安全、經(jīng)濟適用。對于一個半開關接線的500 kV變電站,系統(tǒng)每個斷路器及兩側(cè)刀閘的操作閉鎖由相應測控裝置實現(xiàn)以外,每串內(nèi)的斷路器及刀閘之間的閉鎖采用專門一套硬件閉鎖裝置以提高其可靠性。至于220 kV系統(tǒng)為簡化接線,節(jié)約資金,可不必配置用于間隔之間操作閉鎖的專用硬件裝置。上述三種模式都可高效可靠地實現(xiàn)變電站所有斷路器及刀閘的控制。而且都具有順控功能,例如:操作某條線路送/停電、旁母代/倒線路、母線切換等各種常規(guī)順序操作,只需在監(jiān)控主機的鍵盤上敲入相應指令,便可自動完成。常規(guī)站可能要花費幾個小時的操作,在這里幾分鐘便可完成。可見變電站自動化系統(tǒng)的防誤操作分層分級考慮,其可靠程度明顯優(yōu)于常規(guī)站的防誤設計。
3 電力系統(tǒng)自動化控制技術分析
分層分布式自動化系統(tǒng)從軟硬件上分層分級考慮了變電站的控制與防誤操作,提高了變電站的可控性及控制與操作的可靠性。綜合自動化站可采用遠方、當?shù)亍⒕偷?級控制,而常規(guī)站只能通過控制屏KK把手控制;常規(guī)站電氣聯(lián)鎖設計聯(lián)系復雜,在實際使用中,設備提供的接點有限且各電壓等級間的聯(lián)系很不方便,使得閉鎖回路的設計出現(xiàn)多余閉鎖及閉鎖不到的情況。綜合自動化站可方便地實現(xiàn)多級操作閉鎖,可靠性高。常規(guī)站,人是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心,人的感官對信息的接受不可避免地存在誤差,其結(jié)果就會導致錯誤的判斷和處理。人接受信息的速度有一定限制,對于變化快的信息,有時來不及反應,可能導致不正確的處理。而且個人的文化水平、工作經(jīng)驗、責任心等因素都會影響信息的處理,可以說常規(guī)站人處理信息的準確性和可靠性是不高的。運行的實踐證明,值班人員的誤判斷、誤處理常有發(fā)生。綜合自動化站的核心為系統(tǒng)監(jiān)控主機,用成熟可靠的計算機系統(tǒng)實現(xiàn)整個供、變電站的控制與操作、數(shù)據(jù)采集與處理、運行監(jiān)視、事件記錄等功能,可靠性高且功能齊全。供、變電站自動化系統(tǒng)簡化了變電站的運行操作,可方便地實現(xiàn)各種類型步驟復雜的順控操作,且操作安全快速,對于全控的變電站,線路的倒閘操作幾分鐘便可完成;而常規(guī)站實現(xiàn)同樣的操作往往需要幾個小時,且仍存在誤操作的隱患。常規(guī)變電站控制一般采用強電一對一的控制方式,信息及控制命令都是通過控制電纜傳輸。計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制命令的傳輸由模擬式變成數(shù)字指令,提高了信息傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性。特別是分層分布式自動化系統(tǒng),各保護小間與主控室之間采用光纜傳輸,提高了信息傳輸回路的抗電磁干擾能力。分散式布置,控制電纜長度大為縮減,在相同控制電纜截面時,斷路器控制回路的電壓降減少,有利于斷路器的準確動作。
關鍵詞:煤礦井下;排水系統(tǒng);自動控制;分析介紹
中圖分類號:TD744
煤炭作為我國主要能源之一,其在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著不可替代的重要作用,而煤礦作為輸出煤炭能源的唯一途徑,其安全生產(chǎn)不僅關乎到國民經(jīng)濟的發(fā)展,同時也關乎著社會的和諧和穩(wěn)定,排水系統(tǒng)作為決定煤礦安全生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)之一,一直以來都受到了業(yè)內(nèi)人士的普遍關注,提高排水系統(tǒng)運行的安全性和可靠性是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要保證,目前國內(nèi)使用的排水系統(tǒng)多半還是采用人工控制的方式,這種控制方式對于操作和控制人員的要求很高,水泵操作人員要依靠目測的方式來判斷水位的高低,從而決定水泵的停啟,但是這種控制方式在遇到水位劇烈變化時,操作復雜和應變能力低的問題就充分的暴露出來。另外水泵耗能不容小覷,據(jù)統(tǒng)計,我國每年的水泵耗用電能約占到電能總消耗量的20%左右,占到水費成本的60%以上,人工控制的方式不僅效率低,同時也存在著能源和資源浪費的問題。
近年來排水自動控制系統(tǒng)的使用收到了非常良好的控制效果,不僅水泵排水效率大大提高,同時在能源節(jié)約方面也取得了顯著的成效,自動控制系統(tǒng)以PLC作為控制核心,利用安裝在各排水管道中和水泵電機上的感應設備采集控制參數(shù),實現(xiàn)對于水泵運行狀態(tài)以及運行過程的自動化監(jiān)測和自動化控制。
1 自動化排水系統(tǒng)結(jié)構介紹
目前國內(nèi)普遍采用的煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)主要由隔爆型三相異步電動機、隔爆型PLC控制箱、礦用耐磨離心式水泵、真空傳感器、真空系統(tǒng)、流量傳感器以及壓力傳感器等部分組成。礦用耐磨離心水泵在排水工作之前要進行抽真空處理,目前國內(nèi)一般都采用射流、水環(huán)真空泵、管道余水抽真空、水箱抽真空以及管道余水射流等方式。
采用射流方式一般需要用到射流管道控制閥門、射流總成以及真空管道控制閥門等設備,在壓力噴嘴部位利用高壓水流所產(chǎn)生的高速度,將水泵腔體內(nèi)部的空氣帶走,從而形成內(nèi)部的真空環(huán)境。
水環(huán)方式需要用到管道控制閥門、水環(huán)式真空泵以及真空管道控制閥門等設備,這種方式在選用時要注意估算待抽取的真空體積,以便確定真空泵的選用型號。
采用管道余水的方式進行抽空要將管道內(nèi)的余水注入到水泵之內(nèi),等到水泵上有水流出的時候,證明水泵腔體內(nèi)部已經(jīng)注滿,然后將放水閥門關閉,開啟排水泵。
利用水箱抽真空的方式比較適用于自制水箱的煤礦,這種方式的抽真空方式類似于管道余水的抽真空方式,都是利用水泵的抽水作用將泵腔內(nèi)的水排干凈,從而形成真空的狀態(tài)。
管道余水射流的方式是將原排水管道中的余水進行高壓處理,使這部分余水具有較高的速度,從而具備較高的動能,在噴嘴部位能夠利用自身的動能將周圍的空氣帶走,這樣泵腔之內(nèi)就形成了真空的環(huán)境。
2 自動化排水系統(tǒng)功能分析
自動排水控制系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)采集功能、系統(tǒng)控制功能、節(jié)能功能、故障診斷功能以及實時多任務功能。
2.1 數(shù)據(jù)采集功能需要控制系統(tǒng)通過安裝在管道以及水泵上的傳感器采集開關量和模擬量。不同傳感器為控制系統(tǒng)提供不同的信號數(shù)據(jù),控制系統(tǒng)通過安裝在水泵電機上的開停傳感器傳輸開停信號,控制電動機的開停狀態(tài),通過安裝在水泵內(nèi)的壓力傳感器監(jiān)測水泵內(nèi)部的壓力情況,根據(jù)壓力監(jiān)測值控制水泵開停狀態(tài)。在水泵開啟之前要進行吸水管路的真空度,通過安裝在吸水管路內(nèi)的真空壓力感應器監(jiān)測管路內(nèi)部的真空度,控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測值控制電動機的開停狀態(tài)。液位傳感是控制系統(tǒng)通過液位感應器監(jiān)測水倉內(nèi)部的水位變化情況,根據(jù)水位高低決定水泵開停狀態(tài)。
2.2 信息管理功能。井下排水自動控制系統(tǒng)通過PLC的編程能夠?qū)崿F(xiàn)水位信號的自動收集和識別功能,根據(jù)實時收集的水位信號,通過既定的計算程序計算單位時間內(nèi)不同水位段的水位上升速率,并且通過各個部位傳感器采集的壓力、流量、溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù),綜合分析排水系統(tǒng)運行狀況,并對各類數(shù)據(jù)信息進行集中管理和處理,同時還會對整個排水系統(tǒng)中各設備的運行參數(shù)進行實時的記錄,供檢修或故障檢查時使用。
2.3 自動排水控制系統(tǒng)的控制功能可以分為遠控、手動以及集控三種方式,采用手動的方式是在水泵房的幾種控制平臺上,操作人員根據(jù)實際情況控制每個水泵的開停順序以及相關設備的工作情況。集控方式同樣也是在水泵房的操作平臺之上實現(xiàn)控制操作,但是控制系統(tǒng)會根據(jù)預先設定的開停水泵條件,決定水泵的開停狀態(tài)。遠控方式對于水泵及其關聯(lián)設備的開??刂苿t是在上位機水泵監(jiān)控界面上完成,系統(tǒng)可根據(jù)操作人員的配置設置控制權限。
2.4 故障診斷功能是自動控制系統(tǒng)通過各個感應器實現(xiàn)對于各個子系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測,查找運行故障。當系統(tǒng)根據(jù)水位監(jiān)測情況開啟水泵的時候,控制系統(tǒng)會在此之前提前啟動射流泵或者是真空泵,對管路內(nèi)的真空壓力進行檢測,當壓力值符合開啟要求時則開啟水泵電動機,同時將真空管路的閥門關閉。如果在水泵開啟之后的一段時間之內(nèi),排水管路壓力監(jiān)測情況不滿足測定值要求時,這時控制系統(tǒng)就會關閉排水泵,并發(fā)出故障報警信號。
2.5 報警保護功能實現(xiàn)了對于整個控制系統(tǒng)的故障保護,當系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障的時候,報警保護功能在發(fā)出警報的同時也會采取相應的措施保護系統(tǒng)設備。
(1)超溫保護。排水泵在運行一段時間之后會出現(xiàn)主軸承溫度升高的情況,當溫度升高到高于設計允許值的時候,系統(tǒng)就會發(fā)出故障警報,操作人員會及時采取措施,避免由于溫度升高而對控制模塊產(chǎn)生危害。
(2)流量保護。流量保護主要是通過對于涌水量的監(jiān)測來實現(xiàn)運行水泵的開啟數(shù)量,如果涌水量達到一定值,控制系統(tǒng)將對應的水泵臺數(shù)全數(shù)開啟,當水流量逐漸下降的時候,控制系統(tǒng)會根據(jù)實際的水流量和涌流部位決定控制該部位排水的水泵停止運行,從而避免水泵空轉(zhuǎn),既保護電機同時又降低不必要的能耗。
(3)電動機故障保護。電動機能否正常運轉(zhuǎn)是排水系統(tǒng)能否正常運轉(zhuǎn)的關鍵,對于電動機故障的監(jiān)測和保護將會對整個排水體統(tǒng)的正常運行起著至關重要的作用。提供PLC會通過安裝在水泵電動機上的感應器實時監(jiān)控電動機的運行狀態(tài),一旦電動機運行出現(xiàn)異常,系統(tǒng)PLC則會及時發(fā)出停止指令,并發(fā)出警報告知操作人員,操作人員會采取相應的措施及時進行處理,避免電動機帶病作業(yè),影響電動機正常使用壽命。
3 結(jié)束語
煤礦排水系統(tǒng)是決定煤礦安全生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)之一,對于排水系統(tǒng)的控制將會對整個煤礦的安全生產(chǎn)帶來十分現(xiàn)實的意義。而傳統(tǒng)的人工排水系統(tǒng)控制方法不僅操作繁瑣,并且對于操作人員的工作經(jīng)驗要求過高,同時也會給操作人員和控制人員的工作增加很多壓力。采用自動化的控制系統(tǒng)不僅有效的避免了這些問題,同時還大大的提高了控制效率,另外自動化的控制系統(tǒng)通過PLC以及各個設備上的感應器能夠?qū)崿F(xiàn)整個排水系統(tǒng)的監(jiān)測、檢查、數(shù)據(jù)收集和管理以及故障報警和保護等功能,降低了排水系統(tǒng)運行成本和工作人員的工作強度,提高了排水系統(tǒng)的運行效率,確保了煤礦安全生產(chǎn)工作。
參考文獻:
[1]劉春生,梁小明,萬豐.煤礦自動排水系統(tǒng)的控制策略[J].蘭州理工大學學報,2011(01).
關鍵詞:鍋爐微機控制;儀表控制方式等
中圖分類號:TK223.7 文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 01-0000-02
一、計算機與儀表控制的對比
鍋爐微機控制,是近年來開發(fā)的一項新技術,它是微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結(jié)合的產(chǎn)物,目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率,降低耗煤量,降低耗電量,用微機進行控制是一件具有深遠意義的工作。
工業(yè)鍋爐采用微機控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢:
1.直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數(shù)。
2.可以按需要隨時打印或定時打印,能對運行狀況進行準確地記錄,便于事故追查和分析,防止事故的瞞報漏報現(xiàn)象;
3.在運行中可以隨時方便的修改各種運行參數(shù)的控制值,并修改系統(tǒng)的控制參數(shù);
4.減少了顯示儀表。
5.提高鍋爐的熱效率。
6.作為鍋爐控制裝置,其主要任務是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行,減輕操作人員的勞動強度。
7.鍋爐是一個多輸入多數(shù)出、非線性動態(tài)對象,諸多調(diào)解量和被調(diào)量間存在著耦合通道。
8.鍋爐微機控制系統(tǒng)經(jīng)擴展后可構成分級控制系統(tǒng),可與工廠內(nèi)其他節(jié)點構成工業(yè)以太網(wǎng)。這是企業(yè)現(xiàn)代化管理不可缺少的;
綜合以上所述種種優(yōu)點可以預見采用計算機控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)的大勢所趨。
二、計算機控制工作原理
首先除氧水通過給水泵進入給水調(diào)節(jié)閥,通過給水調(diào)節(jié)閥進入省煤器,冷水在經(jīng)過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱,變成溫水進入汽包,在汽包內(nèi)加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽,為了保證有最大的蒸發(fā)面因此水位要保持在鍋爐上汽包的中線位置,蒸汽通過主蒸汽閥輸出??諝饨?jīng)過鼓風機進入空氣預熱器,在經(jīng)過空氣預熱器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱,變成熱空氣進入爐膛。燃料進入爐膛被前面的火點燃,在燃燒過程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水,同時產(chǎn)生熱煙氣。在引風機的抽吸作用下經(jīng)過省煤氣和空氣預熱器,把預熱傳導給進入鍋爐的水和空氣。通過這種方式使鍋爐的熱能得到節(jié)約。降溫后的煙氣經(jīng)過除塵器除塵,去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出。
鍋爐微機控制系統(tǒng),一般由以下幾部分組成,即由鍋爐本體、一次儀表、控制系統(tǒng)、上位機、手自動切換操作、執(zhí)行機構及閥、電機等部分組成,一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機??刂葡到y(tǒng)包括手動和自動操作部分,手動控制時由操作人員手動控制,用操作器控制變頻器、滑差電機及閥等,自動控制時對微機發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監(jiān)測、報警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運行,除此以外為保證鍋爐運行的安全,在進行微機系統(tǒng)設計時,對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應設置常規(guī)儀表及報警裝置,以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置,以免鍋爐發(fā)生重大事故。
三、計算機控制系統(tǒng)的功能
鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置,功能較好首推可編程序控制器PLC,適合于多臺大型鍋爐控制,由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護、自診斷等功能,所以抗干擾能力強,能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中,故障率低。PLC編程簡單,易于通信和聯(lián)網(wǎng),多臺PLC進行鏈接及與計算機進行鏈接,實現(xiàn)一臺計算機和若干臺PLC構成分布式控制網(wǎng)絡,另外使用PLC加上位機的控制系統(tǒng)具有很好的擴容性,如需要增加控制點或控制回路只需添加少量輸入輸出模塊即可,為以后的控制系統(tǒng)升級改造和其他功能的添加打下良好基礎,也為以后一機多爐控制系統(tǒng)等其他工廠級自動化網(wǎng)絡打下良好基礎。根據(jù)鍋爐系統(tǒng)的不同,PLC控制系統(tǒng)的選型也有很大不同。大型鍋爐控制系統(tǒng)的控制點數(shù)較多(1000點以上),控制要求較高,宜選用冗余控制系統(tǒng)。博思科技能提供以下幾種冗余系統(tǒng)解決方案:
四、控制系統(tǒng)分析
1.給水控制
在正常運行時,給水調(diào)節(jié)閥由蒸汽流量、汽包水位和給水流量的三沖量控制,汽包水位信號經(jīng)汽包壓力補償后作為主調(diào)的輸入,蒸汽流量信號經(jīng)溫度、壓力修正后與給水流量信號一起作為副調(diào)的反饋輸入。啟動時只有汽包水位的單沖量控制。單沖量控制和三沖量控制能相互無擾動切換。
汽包水位過高,會影響汽包內(nèi)汽水分離,飽和水蒸汽帶水過多,使過熱蒸汽溫度降低;水位過低,負荷增大時,水的汽化速度加快,汽包內(nèi)水量迅速減少,如不及時調(diào)整,會使汽包內(nèi)的水全部汽化,危及鍋爐安全。當負荷非常不穩(wěn)定時,給水流量的擾動,使汽包水位有較大延遲,蒸汽流量變化,會出現(xiàn)虛假水位,使得三沖量難以運行,因此先以單沖量投入運行,使工況穩(wěn)定后再投入三沖量,也要求單沖量和三沖量兩種控制方式能方便地進行無擾切換。
2.過熱蒸汽汽溫控制
鍋爐正常運行時不僅要求主汽壓力穩(wěn)定,而且要求主汽溫度穩(wěn)定。主汽溫度是反映機組運行情況的一個重要參數(shù)。如果主汽溫度偏高,過熱器及汽機將在更加惡劣的環(huán)境下運行,材料的使用壽命將會縮短。相反,如果主汽溫度偏低,則汽機達不到預定的運行效率。因此,機組正常運行時要求主汽溫度穩(wěn)定。循環(huán)流化床鍋爐主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用由主汽溫度、噴水減溫器出口溫度及主汽流量等參數(shù)組成的串級控制系統(tǒng)。主汽溫度測量值作為主調(diào)的反饋輸入值,與主汽溫度設定值進行PID運算后送入副調(diào),在副調(diào)中與減溫器出口汽溫進行控制運 算,其結(jié)果經(jīng)限幅后由手操器輸出至執(zhí)行機構,調(diào)節(jié)噴水減溫的控制閥。由于主汽流量變化時,噴水量應相應地發(fā)生變化,故在主汽溫度控制方案中把主汽流量信號以前饋形式引入控制系統(tǒng)中。
3.燃燒控制燃燒控制
維持汽壓穩(wěn)定,保證燃燒過程的經(jīng)濟性和爐膛負壓的穩(wěn)定,控制系統(tǒng)可分為三個回路:燃料量、送風和引風。燃料流量包括焦爐煤氣與高爐煤氣。
燃料與空氣采取比值控制方式和氧量校正方案,并用煙氣含氧量進行微調(diào),風/煤交叉聯(lián)鎖邏輯保證鍋爐在任何負荷時都處于安全燃燒的“富氧”工況。即控制任何燃燒工況下的鍋爐奉均大于燃料量。在靜態(tài)時,風量指令為鍋爐指令和鍋爐燃料總量的高選信號;而燃料指令為鍋爐指令與總風量的低選信號。在負荷變化時,則通過先加風,后加燃料;先減燃料,后減風來實現(xiàn)動態(tài)補償。
過??諝庀禂?shù)校正回路也保證了鍋爐在任何負荷時,都處于安全燃燒的“富氧”工況。在低負荷試,為了保證穩(wěn)定燃燒,過??諝庀禂?shù)較大。在高負荷時,為了獲得較高的燃燒經(jīng)濟性,必須維持較低的過??諝庀禂?shù)。
4.順序控制
對鍋爐的輔機及閥門等設備進行集中控制,實現(xiàn)輔機設備、閥門及其它輔助系統(tǒng)的順序啟停,從而提高機組運行的可靠性,降低運行人員的勞動強度。
根據(jù)現(xiàn)場運行情況,對鍋爐設備及其它輔助設備設計程序啟動、停止和手動,以滿足有關設備的起、停聯(lián)鎖邏輯。
順序控制部分的聯(lián)鎖的保護指令具有最高優(yōu)先級,手動控制指令的優(yōu)先級次之,自動控制指令的優(yōu)先級最低。對同一設備的開關指令之間設計成相互閉鎖,不允許同時發(fā)出。為防止運行人員的誤操作,重要的手操指令設有確認按鈕。
5爐膛安全監(jiān)控
執(zhí)行點火程序,并對供風系統(tǒng)、引風系統(tǒng)、爐膛壓力、汽包水位等進行監(jiān)視,對出現(xiàn)的危險情況進行報警、執(zhí)行相應的聯(lián)鎖程序,記錄事故前后的相關數(shù)據(jù)。
鍋爐起停和正常運行時,一旦檢測到危及系統(tǒng)安全的條件時,立即進行動作,切斷主燃料,指出首次跳閘原因,并給出聲光報警信號,進行有關的聯(lián)鎖和順控動作,以保證鍋爐的安全。當出現(xiàn)以下情況時,燃燒系統(tǒng)停止。
1)引風機故障或煙氣通道阻塞;
2) 燃燒用供風故障;
3)汽包水位低于下限;
4)爐膛壓力過高或過低;