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工礦自動化論文范文第1篇

關鍵詞：電廠；節能減排；自動化技術；火力發電；環境污染

文獻標識碼：A中圖分類號：TM621文章編號：1009-2374（2016）09-0082-02

1概述

社會的發展越來越快，社會的經濟水平也越來越高。在生活水平提高之后，越來越多的人們逐漸開始重視其生活質量的問題。電能是人們生活、發展過程中必不可少的資源，電量的增多可以保障日常生活、工作的穩定。然而我國的發電結構還處于以火力發電為主的層面，而火力發電則會使用大量的煤炭資源。煤炭資源屬于不可再生資源的一種，長期、大量的消耗最終會導致煤炭資源的稀缺，不利于我國的長久發展。不僅如此，大量的燃燒煤炭也會造成空氣的污染。為此我國逐漸把可持續發展問題作為當前的發展重點來看待，尤其是節能減排工作。節能減排不僅可以有效地節約資源，同時也可以減少因廢氣的排放而造成的環境污染。隨著科學技術的不斷發展，電廠不僅僅依靠手工操作進行生產，進而轉向了利用自動化技術進行生產。這也大大提高了電廠的工作效率，從而為節能減排起到了推動作用。

2運用自動化技術實現節能減排的相關理念

2.1運用自動化產品實現節能減排

為了逐步實現節能減排的目標，一些電廠開始運用自動化產品作為輔助工具。如電廠利用微電腦系統進行控制以及使用軟啟動等技術，從而在一定程度上可以依靠自動化產品使節能減排成為可能。一些自動化產品的使用，使得電廠在控制方面的精準度有所提升。在對電廠的運行功率以及運行負載進行嚴格的控制之后，耗電量以及耗費的能源逐漸減少，因此，使用自動化產品可以有效地幫助電廠實現節能減排。

2.2運用自動化系統實現節能減排

除了運用自動化產品實現節能減排之外，也可以利用自動化系統使節能減排成為可能，比如運用調度自動化以及管理自動化等，在提高企業經濟效益的同時，也能有效地控制資源以及能源的投入量問題。依靠節能系統實現對電廠投入的控制，從而使電廠節約成本，并且節約各種資源，進而促進節能減排工作的順利實現。

3電廠節能減排中自動化技術的應用

3.1實現自動化系統的一體化進程

目前，電廠的自動化系統由三層結構構成，即過程控制、制造執行以及經營規劃三層。為了有效地實現節能減排，除了運用先進的技術、設備之外，還要利用先進的自動化系統。通過系統的控制，進而實現操作以及調度等方面的優化。我國有六種耗能較多的工礦企業：有色、冶金、建材、電力、造紙以及化工。這些工礦企業不僅耗費大量的能源、資源，也會對環境造成嚴重的污染。為此，就需要對其重點的能耗設備進行節能控制，減少能源的消耗，同時對其重點污染源進行污染治理，因此，逐漸完善控制裝置并進行系統的及時優化勢在必行。通過各種系統和先進設備的共同作用，對能源的除塵、脫硫等流程進行嚴格控制。同時對各種易產生污染的環節進行優化處理，從而使燃燒技術更為優化，使能源消耗與污染物的排放降至最低，進而實現電廠的節能減排工作。

3.2節能自動化產品的研制和技術的開發

由于科學技術的不斷進步，電廠也逐漸實現手工控制操作向自動化控制的方向發展。同時，實現了自動化控制之后，也使電能生產的方式更加優化、合理，使得電能的生產效率也實現了逐步提升。目前，電廠的自動化技術一般都是運用變送器對計算機系統以及大屏幕的監視器、現場總線等進行控制。雖然國家及電廠正在加大力度實現發電結構的轉型，但是在我國的電力規劃中指出，即使到2030年，我國電廠發電結構依然是以火力發電為主。而預計4年后，我國的裝機容量便可多達14億千瓦，其中火力發電所占的比重就多達10億左右。因此，在以火力為主的發電結構模式下，節能減排工作更是困難重重，要及時需找新的方法，加快節能自動化產品和自動化技術的研發。首先可以尋找新的自動化節能方法，可以不斷引進外國先進的節能技術，再與我國先進的技術相結合，實現無觸點調壓、穩壓等；其次，采用移相控制技術以及電子安全保護技術等方法及時地對發電機的輸出功率進行調整和改變，加強微電腦對電廠的控制管理，不斷提高電機的工作效率，使能耗逐漸降低，從而達到節約資源的目的；最后，可以加快研制新的自動化產品和自動化技術，使可再生及不可再生資源的儲能效率及生產效率等都獲得較大程度的提高。

3.3結合信息管理進行節能減排

在電廠使用自動化技術進行控制的早期，一般都是單純地對控制系統方面的單輸出和單輸入情況進行分析整理，之后再對其進行人工繪圖。而這種操作方法一般都會存在很大的誤差，且工作效率低。由于電廠對于信息管理的重視不夠，導致自動化技術與管理信息化程度嚴重不匹配。為了改變這一局面，就要重視二者的協調發展，從而提高系統統計數據的準確性，也使自動控制的實用性更強，使操作更為簡單、方便。

4成功運用自動化技術進行節能減排的表現

4.1變頻技術的應用

電廠使用變頻技術能有效地控制節能減排。在電廠的運行過程中，一般會利用煤、燃氣或是油等資源進行發電，因此，就會有很多浪費現象從中產生。煤、燃氣以及油等資源的消耗使我國能源的投入量大大提高。而在電廠實際發電的過程中，對于能源的消耗也很大，以致節能減排難以實現，使用變頻技術可以有效降低能源消耗。變頻調節器的使用也會在很大程度上降低燃料的消耗量，從而根據電廠的實際情況對能源投入進行調節和控制。與此同時，變頻調節器的使用也可以優化鍋爐的運行狀態，控制燃料在燃燒時的風量。變頻技術的應用可以幫助電廠解決能源消耗以及資源浪費等問題，逐漸實現電廠的節能減排、降低消耗，從而獲得更多的經濟收益。

4.2運用現場總線技術

運用現場總線技術可以幫助電廠順利實現節能減排。隨著經濟的不斷發展，電廠總線布置涉及的范圍也越來越廣。現場總線技術與傳統的技術相比具有比較明顯的優勢：一是可以使硬件設備的應用數量有所降低。現場總線技術一般采用的是計算機控制，同時利用PC，使得硬件設施的需求量大為減少，并且其控制站的面積也可以因此大大縮減；二是從安裝方面來講，現場總線操作起來更為簡捷、方便。在現場總線的其中一條線路上可以進行多個設備的接入，從而為電廠節約了更多的資金。同時，應用現場總線技術也在一定程度上可以解放人力。由于其工作量小，相對的，電廠對于人力、物力方面的投入也會相對減少。

4.3碳素焙燒控制技術

利用碳素焙燒技術進行生產時，焙燒可以影響生產的各個方面，如對環保產生影響、對能耗產生影響、對成品的品質和成品的壽命造成影響等。然而碳素焙燒技術在生產過程中具有多道工藝，因此，對于環境造成的影響也極其惡劣。但是由于長時間缺乏控制，所以其相對的能耗也比較大且污染嚴重。目前，針對這一情況已經研發出專門控制碳素焙燒的技術，在電廠的投入使用中，不僅為電廠節約了大量的能源，也減少了對于環境造成嚴重污染的污染物的排放，同時為電廠帶來了巨大的經濟效益，使得節能減排工作逐漸成為現實。

5電廠節能減排中自動化技術的發展方向

5.1走可持續發展之路

電廠在節能減排過程中運用自動化技術可以促進電廠實現高水平、高質量的發展。在利用自動化技術的同時，能夠有效實現電廠的可持續發展。自動化技術使節能減排成為可能。在降低能源消耗、減少對環境的污染的同時，不僅為國家節約了大量資源、能源，也逐漸促使國家向環境友好型方向發展。

5.2促進自動化技術的規模化發展

自動化技術的運用是符合時展潮流的，而且在電廠的實際應用中，不僅節約成本、降低消耗、保證環境質量，同時也增加了企業的經濟效益。利用自動化技術，可以實現利用小型系統就可以實現大規模節能減排的效果，因此，要促進自動化技術向規模化方向發展。擴大自動化技術的應用范圍之后，可以實現更大規模的節能減排目標。在全國各個領域、各大工礦企業推廣自動化技術，從而實現全方位的節能減排工作。

5.3深化自動化技術的應用

目前，自動化技術主要應用于電廠的節能減排工作上，所以要不斷深化自動化技術的應用，使自動化技術在安全控制方面的應用力度不斷加強，從而使節能減排工作水平的安全性能不斷提高。減少自動化技術的安全隱患，從而提升其應用效益，不斷滿足電廠在節能減排方面的需求。

6結語

我國電廠的發展為我國提供了大量生活必須的電能，有助于社會的安全與穩定。然而在實際的生產發展過程中，電廠的正常運行需投入大量的能源、資金，同時，能源、燃料的燃燒也給環境帶來了巨大的危害。由于煤等能源屬于不可再生資源，如果大量使用，子孫后代將無這種資源的福祉可享。為此，我國的發展不能只建立在眼前利益之上，而應更多地考慮長遠利益的發展。與此同時對于環境的污染也成為世界各國廣泛關注的焦點，因此一定要重視節能減排工作的落實。為此，電廠引進先進的自動化技術，在一定程度上降低了能源的消耗和污染物的排放，也促進了電力生產事業的發展。

參考文獻

[1]楊永明．自動化技術在電廠節能減排中的應用與研究[J]．中國高新技術企業，2011，（33）．

[2]方劍．節能減排理念下的電廠自動化技術淺析[J]．山東工業技術，2015，（7）．

[3]姚生魁，胡英軍．自動化技術在電廠節能減排中的應用與研究[J]．中國新技術新產品，2015，（19）．

[4]任繼德．自動化技術在電廠節能減排中的應用研究[J]．中國科技信息，2014，（17）．

工礦自動化論文范文第2篇

【關鍵詞】礦井；皮帶堆煤；圖像處理；背景差分

1.前言

隨著我國煤炭生產的不斷發展，礦井運輸已趨于皮帶化、高速化，大運量的皮帶運輸機已經成為我國礦井運輸的主要工具。如何安全[1]、可靠地實現對皮帶堆煤事故的檢測，對于保障煤礦安全生產具有重要的意義。

目前大多采用堆煤傳感器對膠帶輸送機進行保護，現有的堆煤傳感器[2][3]可大致分為3類：

（1）基于行程開關的堆煤傳感器；

（2）基于水銀開關或煤油開關的堆煤傳感器；

（3）基于電極式原理的堆煤傳感器。

由于以上三類傳感器都是基于碰觸檢測方式來實現皮帶堆煤檢測，當有大的煤塊經過，或是有工人誤碰觸時容易發生誤報警現象。現有的堆煤傳感器有以下不足之處：

（1）由于煤礦環境復雜，行程開關的堆煤傳感器易受煤塵濕氣等外部環境影響常常不能及時準確報警，其耐用性、靈敏度、可靠性都不十分理想；

（2）水銀開關或煤油開關的堆煤傳感器無法實現全方位的高精度的測量，自身抗干擾能力較差；

（3）電極式堆煤傳感器需要定期清理電極座過多的煤，尤其是噴水后應將煤塵和水擦干凈，維護頻率高，此外電極式傳感器的準確率和誤報率還與煤的干濕度有很大關系；

（4）使用接觸式傳感器，存在機械磨損同時煤塊與傳感器摩擦容易產生火花，影響安全生產；

（5）監測不具可視化，監控者只能看到一些數字化指標，檢測效果差。

為了有效果地解決以上幾個方面的問題，本文提出采用非接觸式的視頻圖像處理方法來實現礦井皮帶堆煤狀態的檢測。

2.皮帶堆煤檢測圖像識別原理

2.1 識別原理

本文嘗試將圖像識別技術引入到煤礦井下皮帶堆煤檢測裝置中。由于皮帶頭落煤點發生堆煤事故時，在皮帶頭落煤點會有大量的煤塊發生堆積，此時落煤點處圖像會發生顯著的變化。因此可在皮帶頭落煤處斜上方合適位置安裝礦用攝像機，利用皮帶頭堆煤事故發生前后的圖像特征變換進行實時監控。當在預先設定區域內原本穩定無變化的圖像中出現了變化，即最新采集到的一幀圖像與背景圖像差分后發現有不同處，如出現了煤塊堆積影像，就可判定為皮帶頭落煤處發生堆煤事故。此時軟件系統會控制硬件做出相應反應，報警或直接將皮帶機斷電停機。

由于煤礦井下運輸巷的環境較惡劣，光線較昏暗，礦用攝像機采用低照度長壽命CCD攝像機，攝像機的安裝地點要兼顧實用性。基于以上2個原則，在皮帶頭落煤點上方合適位置安裝礦用攝像機。攝像機的安裝方式如圖1所示。將礦用攝像機對準皮帶頭落煤點處進行拍攝，一旦有皮帶堆煤事故發生，在攝像機監控圖像預先設定的區域內就會得到與正常情況下不同的圖像。圖像傳到計算機以后，經過圖像分析軟件的識別，發出皮帶堆煤警報。

圖1 皮帶堆煤檢測攝像機安裝方式

2.2 堆煤圖像識別算法研究

背景差分法是最為常用的運動目標檢測和分割方法之一[4][5]，背景差分的基本原理就是利用兩幀圖像之間的差來判斷物體的出現和運動，背景差分法用序列中的每一幀與一個固定的靜止參考幀（不存在任何運動物體）做圖像差，這種方法的優點是位置精確速度快，滿足實時處理的要求，因為它只需要獲取當前的一幅圖像。背景差分方法檢測效果的好壞在很大程度上依賴于背景圖像的質量。閾值的選擇相當關鍵，選擇過低不足以抑制圖像中的噪聲，過高則忽略了圖像中有用的變化。對于比較大的、顏色一致的運動目標，有可能在目標內部產生空洞，無法完整地提取運動目標。

2.2.1 背景模型建立

背景模型建立[6]是背景差分方式的基礎和核心環節。采用背景差分的方法對運動目標進行檢測，首先要建立穩定清晰的背景，再用攝像機獲取的當前圖像和背景圖像進行差分運算。并對差分圖像進行區域分割，提取出運動區域。

背景估計有很多方法，研究人員已提出了許多背景建模算法，但總的來講可以概括為非回歸遞推和回歸遞推兩類。非回歸背景建模算法是動態的利用從某一時刻開始到當前一段時間內存儲的新近觀測數據作為樣本來進行背景建模。非回歸背景建模方法有最簡單的幀間差分、中值濾波方法等。回歸算法在背景估計中無需維持保存背景估計幀的緩沖區，它們是通過回歸的方式基于輸入的每一幀圖像來更新某個時刻的背景模型。這類方法包括廣泛應用的線性卡爾曼濾波法、Stauffe與Grimson提出的混合高斯模型等。本系統采用效果較好且效率相對較高的均值法，即任意像素點的背景信息由序列圖像中對應像素點顏色的均值來確定，如式（1）所示：

（1）

Ik（i，j）表示第k幀圖像，B（i，j）表示背景圖像。由于煤礦井下光照較為恒定，因此一般選取前一百幀靜態畫面的圖像，取平均后作為背景模型圖像。

2.2.2 運動團塊的提取

根據運動物體和場景中的靜止背景在亮度、色度上的不同，將圖像序列的每一幀圖像與背景圖像作差，然后二值化，就可以得到每一幀的運動點團：圖像中的一個像素，如果它與背景圖像對應像素的距離大于一個閾值，則認為它是前景，輸出1，否則為背景，輸出0。最后得到的二值圖像就是運動團塊圖像。

圖2 運動團塊提取流程圖

圖3 背景相差二值化結果圖

兩幀圖像的差是指兩幀中對應像素矢量的距離。常用的矢量距離是歐氏距離和馬氏距離，本文采用歐氏距離運動團塊提取的方法。

歐氏距離提取運動點團的具體算法如下：

（1）設背景圖像是B（x，y）

（2）遍歷當前幀的每一個像素（x，y）

如果：

（2）

則：輸出G（x，y）=1，否則：G（x，y）=0

（3）G（x，y）就是當前幀的運動點團圖像。

2.2.3 閾值選取技術

對于不同光線背景下的差分圖像，用固定的閾值T去進行二值化處理顯然不能對每一幀圖像都達到很好的效果。希望得到的閾值不僅可以將目標從背景中分離出來，而且要能根據不同的圖像來智能地選取。在此我們采用Otus閾值化技術[7]，以簡化閾值的選取OTS方法的基本思想是：選取的最佳閾值T應該使得不同類間的分離性最好。

對于灰度級為0～255，M×N的一幅圖像，記f（i，j）為圖像點（i，j）處的灰度值。

Otus法具步驟：

（1）計算圖像的直方圖統計結果，得到灰度值為k的頻率PHS（k）為：

（3）

（2）計算圖像的灰度均值為：

（4）

（3）計算機灰度類均值和類直方圖之和：

（5）

（6）

（4）計算類分離指標為：

（7）

最后，求出使達到最大的值S，則最佳閾值。

圖3所示為通過Otus法求得最佳閾值后背景相差后的結果。

2.3 基于虛擬檢測區域的皮帶堆煤檢測

在采集到的視頻圖像幀中，在皮帶落煤點處人為地設置一個虛擬矩形檢測區域。根據堆積的煤塊占矩形區域面積是否超過設定的閾值，判斷是否存在堆煤。矩形檢測區域的大小根據皮帶煤流大小及落煤點區域大小來設定。

圖4 檢測區域的設置

3.皮帶堆煤檢測圖像識別程序設計

皮帶堆煤檢測圖像識別程序開發環境采用WINDOWS 7操作系統，開發工具為VS2010。

系統包含以下幾個部分：

（1）視頻圖像獲取。由礦用攝像機采取皮帶落煤點圖像，并通過井下工業環網傳送到地面PC機。

（2）設定虛擬檢測矩形區域。根據攝像機和皮帶落煤點距離以及與皮帶落煤點所成的角度，合理設置虛擬矩形區域的大小及在視頻圖像上的位置。

（3）皮帶落煤點煤流檢測。對獲取到的視頻圖像進行建立背景模型、背景減除、二值化閾值和后處理，提取出落煤點堆積煤流信息。

（4）堆煤檢測。根據堆積煤塊圖像占矩形區域的比例是否超過設定閾值，來判斷是否發生堆煤。

系統流程圖如圖5所示：

圖5 系統流程圖

4.皮帶堆煤檢測圖像識別實驗及結果

本系統軟件在Windows 7操作系統VS2010編譯環境下調試，硬件配置為雙核CPU2.8GHz主頻，4G內存。程序界面見圖6。

圖6 程序界面

試驗中所得結果圖像如圖7所示：

圖7 實驗結果

在試驗中，該系統選用了聲光報警器作為報警輸出設備，對皮帶堆煤檢測報警率不小于96%，從產生堆煤事故到報警發出的時間為0.6～1.5s，平均反應時間約為1.1s。

5.結論

煤礦皮帶落煤點堆煤問題在國內外普遍存在，到目前為止沒有一種可行的方法能夠有效的解決這個問題。本文主要利用圖像處理技術，針對煤礦皮帶頭落煤點發生堆煤時，圖像特征發生變化進行識別，分析皮帶頭落煤點圖像特點，通過視頻背景相差的方法來識別堆煤。得出如下結論：作為非接觸式皮帶堆煤檢測方法，基于圖像識別的堆煤檢測系統可以有效解決接觸式堆煤傳感器存在的問題。隨著計算機運算能力的提高和煤礦井下工業電視系統的普及，該檢測方法有廣闊的應用前景。

參考文獻

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[2]蔣志龍，張大女.基于ADXL335的堆煤傳感器的設計[J].工礦自動化，2012（08）：87-89.

[3]孫君，崔凱.基于水銀開關的礦用本安型堆煤傳感器的設計[J].工礦自動化，2011（05）：74-75.

[4]江擁輝.淺談智能視頻分析系統[J].科技信息，2010（4）.

[5]秦莉娟.基于內容的自動視頻監控研究[D].浙江大學計算機科學與技術專業博士論文，2006.

[6]劉鑫，劉輝，強振平，耿續濤.混合高斯模型和幀間差分相融合的自適應背景模型[J].中國圖象圖形學報，2008.

[7]張圣強，王建軍，丁蕾.選煤廠智能視頻監控中的運動人體目標檢測方法[J].工礦自動化，2011.

工礦自動化論文范文第3篇

關鍵詞：通信；Modbus協議；S7-226；直流電源

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)10-2395-04

Modbus Protocol Applied in the Communication of S7-226 and HSPY DC Power

LIU Shi-chao

(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Abstract: IN DC power control system of Dense Medium Separation ,based on the Modbus protocol,realized the communication between S7-200PLC and HSPY DC power. IN Modbus communication protocol,Siemens S7-226 PLC is master,HSPY DC power is slave, use communication to control the start of the DC power supply, stop, and the change in current. Instruced Modbus library in the Step 7 MicroWin Software of Siemens, and used the serial port debugging software to facilitate the writing and debugging of the program. Modbus simplify external wiring ,solve the interference and distortion in the transmission process of conventional switching of analog signals , the communication control method can easily read the information of the operation of the DC power ,monitoring the DCpower operation status .

Key words: communication; Modbus agreement; S7-226 ; DC power

某選煤廠為了在線調節控制三產品旋流器二段分選密度，外加螺線圈來用磁場影響磁鐵礦粉的分布。螺線圈是采用直流電源來供電，系統要求通過調節電流來控制螺線圈磁場，因此要控制直流電源的運行狀態。控制信號需要從集控室開始需要傳輸五百米才能到達直流電源，從而控制直流電源動作。在一般工業應用中，對于電源的控制大部分采用的是0-24mA或0-5V模擬量控制，很少總線控制方式。但經過比較和實際使用發現，現場總線與模擬量控制相比有很多優勢，最顯著的是具有很高的可靠性高，避免失真，并且交換的信息非常多樣化，因此越來越多的設備開始支持串口通信協議，可以預見總線控制方式通信在工程上的應用將越來越廣泛。

MODBUS通信協議是MODICON公司提出的一種報文傳輸協議，是全球第一個真正用于工業現場的總線協議[1]。它廣泛應用于工業控制領域，并已經成為一種通用的行業標準。MODBUS通信協議可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。不同廠商提供的控制設備可通過MODBUS協議連成通信網絡，從而實現集中控制。已經有很多通過MODBUS通信協議進行PLC和變頻器的成功案例[2]。該文中采用MODBUS協議進行S7-226和HSPY程控直流穩壓電源的通訊，可以更好地控制電源，監控電源運行狀態，來解決信號遠距離傳輸失真的問題。

1PLC與HSPY程控直流穩壓電源通信控制系統

在此系統方案中PLC采用西門子公司的SIMATIC S7－226CN，直流電源采用HSPY程控直流穩壓電源。S7－226系列PLC的CPU內部集成了2個通信端口，該通信口為標準的RS485串口，可以在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通信口方式。系統可以將一個通信端口設為PPI方式用于連接工控機也可將其設置為MPI方式以連接觸摸屏，做為人機信息交換[2]。而另一個通信端口設為自由通信口方式，自由通信口方式是S7－200的一個特色功能，是一種通信協議完全開放的功能工作方式。在自由通信口方式下的通信口的協議由外設決定，PLC通過程序來適應外設，從而使得S7－200系列的PLC可以與任何具備通信能力并且協議公開的設備通信[3] [4]。系統中的HSPY程控直流穩壓電源均內置了Modbus現場總線，相關系統構成如圖1所示，PLC的Port0通訊端口和HSPY程控直流穩壓電源構成Modbus總線。通過S7－226CN控制多臺HSPY程控直流穩壓電源，完成系統控制要求，實現對直流穩壓電源的輸出電流、電壓設定，運行狀態監控及數據交換等。

圖1直流電源控制系統

本系統中PLC作為主站，直流穩壓電源作為從站，主站向直流穩壓電源發送運行指令，同時接受直流穩壓電源反饋的運行狀態及故障報警狀態的信號等。

2MODBUS通信協議在電源通信控制系統中的使用

西門子在Micro／Win V4.0 SP5中正式推出Modbus RTU主站命令庫，西門子標準庫指令通過調用該指令庫可以使S7－200CPU上的通信口設置在自由口模式下成為Modbus RTU的主站。在S7－200控制系統應用中，要實現Modbus RTU通訊，需要STEP7－Micro／Win32 V4.0 SP5以上版本，并且安裝Modbus指令庫，如圖2，STEP7－Micro／Win32指令庫包含有專門為Modbus通訊設計的預先定義的子程序和中斷服務程序，使得PLC與Modbus從站的通訊簡單易行[5]。

圖2 Modbus命令庫

2.1 MODBUS RTU主站命令庫使用步驟

使用Modbus RTU主站命令庫，可以讀寫MODBUS RTU從站的數字量、模擬量I/O、以及保持寄存器[2]。按照一下步驟使用MODBUS RTU主站命令庫：

1)安裝西門子標準MODBUS RTU指令庫。

2)調用MODBUS RTU主站初始化和控制子程序，使用SM0.0調用MBUS_CTRL完成主站的初始化，并啟動其功能控制。

3)在CPU的V數據區中為MODBUS分配存儲區。

4)調用MODBUS RTU主站讀寫子程序MBUS_MSG，發送MODBUS請求。

表1 MODBUS部分功能碼表

2.2 HSPY電源的Modbus通訊規約

HSPY系列電源支持MODBUS通信協議，主機（PLC、RTU、PC機、DCS等）利用通訊命令，可以任意讀寫其數據寄存器。HSPY系列電源支持的MODBUS功能碼為03，10。

HSPY系列電源通訊方式為：

波特率：9600；起始位：1；數據位：8；校驗位：無；停止位：1。

2.3 HSPY系列電源的參數通訊地址的轉換

通常MODBUS地址由5位數字組成，包括起始的數據類型代號，以及后面的偏移地址。MODBUS Master協議庫把標準的MODBUS地址映射為所謂MODBUS功能號，讀寫從站的數據。MODBUS Master協議庫支持如下地址：

00001 - 09999：數字量輸出（線圈）

10001 - 19999：數字量輸入（觸點）

30001 - 39999：輸入數據寄存器（通常為模擬量輸入）

40001 - 49999：數據保持寄存器

HSPY系列電源的參數通訊地址是16進制數，首先轉為10進制，由于S7-200 PLC中最小地址為400001，而HSPY系列電源中最小地址為0，所以在寫HSPY系列電源地址時必須要加1。例如，電源的電壓設定值參數通訊地址是1000H，轉為10進制是4096，加1后是4097，寄存器地址欄要寫44097.

3串口調試軟件進行MODBUS通信調試

由于程序編寫比較繁瑣，一旦出現錯誤可能會損害HSPY電源，為了避免損害的發生，可以利用串口調試軟件進行MODBUS通信調試，其優點是不必連接HSPY電源，而是在工控機或PC機上用串口調試軟件查看S7－226CN輸出和讀取的數據，來判斷程序是否正確。

一般的工控機或PC機沒有RS485串口，可以將通過RS232轉RS485轉換模塊和PLC連接。RS485線選擇3號線和8號線,（其余均斷開）3號線接T+，8號線接T-，將另一端9針插頭接到PLC的PORT0通信端口上。也可以通過USB轉RS485轉換器連接。將編寫的通訊程序下載到PLC中。運行程序，打開串口調試軟件進行監控，從接收到的數據來看，和設置的HSPY電源動作的數據一致，說明MODBUS主站程序編寫正確[2] [6]。不一致，則要修改MODBUS通信程序，使其一致。

圖3 PLC串口調試軟件監控界面

4 PLC控制HSPY程控直流穩壓電源的部分程序

使用SM0.0調用MBUS＿CTRL完成主站的初始化，并啟動其功能控制，如圖4。

圖4 Modbus RTU主站初始化

圖5(a)上電初始化，將控制電源的數據存入S7－226CN的V存儲器。在分配存儲區時要注意，數據區不能和其他數據區重疊，否則不能正常通訊。圖5(b)向電源發送Modbus請求，把1寫入電源寄存器1004，電源開啟；圖5(c)把1寫入電源寄存器1006，鎖定電源面板按鍵；圖5(d)把10寫入電源寄存器1004，電源輸出電流10A；圖5(e)讀取從電源寄存器數據:圖5(f)把0寫入電源寄存器1004，電源關閉。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

圖5部分控制程序

5結論

該文以S7－200控制系統為例，敘述了利用Modbus RTU協議指令庫PLC與HSPY程控直流穩壓電源通訊的實現。采用自由口通訊方式的Modbus RTU協議很好的解決了PLC與直流電源等智能設備的通訊問題，不僅能有效解決信號傳輸過程中失真的問題，而且在通信模式下PLC可以方便控制直流穩壓電源的運行和讀取直流穩壓電源的運行信息，對直流穩壓電源進行有效監控。

參考文獻：

[1]西門子(中國)有限公司自動化與驅動集團.深入淺出西門子S7-200PLC [M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[2]廖常初. PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2005.

[3]龔俊,黃銳,戴濤.ACS 550與S7-226PLC自由口通訊[J/OL].[2010-04-17].中國科技論文在線(paper.省略).

[4]張士聰,王波,王然風.成莊礦選煤廠重介密度監控系統的改造實踐[J].工礦自動化,2011(5):12-14.

工礦自動化論文范文第4篇

關鍵詞：粉煤灰法；回轉窯；Smith預估；模糊控制；仿真研究；

中圖分類號：TF341.6;TP273文獻標識碼：A文章編號：1000-7059(2006)05-00

0前言

回轉窯的生產過程是一個復雜的物理化學反應過程，具有大慣性，純滯后，非線性等特點，工藝過程復雜多變，難以得到精確的數學模型。目前，部分氧化鋁企業仍然借鑒現場操作人員的工作經驗，通過人工調節的方式以求適應回轉窯生產工藝要求，這種傳統的控制策略不易獲得滿意的控制效果，生產效率低、能耗高、產品質量不穩定。本文提出一種基于智能Smith預估器的回轉窯燒結溫度控制器，通過對整個控制系統的仿真研究，結果表明新的控制系統具有很好的快速性和很小的超調量，能夠滿足回轉窯工藝生產的需要．

1智能Smith預估控制策略

1.1 Smith預估器改進算法

Smith預估器最早是由O.J.M.Smith在1958年提出來的，它是一個時滯預估補償算法[1]。為克服Smith預估器對模型誤差敏感的缺點，由C.C.Hang等提出了改進的Smith預估器[2]。當改進的預估器輸入存在誤差時，傳遞函數分母的最后多了一個 因子，調整濾波時間常數 可改變閉環系統特征方程的根，從而達到提高控制系統性能的目的。

1.2 濾波時間常數 對系統的影響

預估器中引入了一個一階慣性環節，當系統參數在運行中發生變化時，原先設定的濾波時間常數 不一定能使系統的動態性能達到最佳，只有根據變化情況相應調整 ，才能使系統得到更好的控制效果。在仿真研究的基礎上，本文進一步采用模糊控制方法在線調整改進Smith預估器的濾波時間常數 ，最終構成一個專門針對純滯后、時變系統的智能控制方案，如圖1所示。改進的模糊Smith智能控制方法結合了模糊PID控制與自適應Smith預估器，該方案對諸如電加熱溫控這樣的參數時變的大時滯過程，能夠改善系統的控制性能，使系統具有更強的魯棒性。

圖 1 改進的模糊Smith智能控制結構圖 圖2 參數變化時控制系統的響應曲線

2.3 的模糊自適應設計

根據上一節的分析，可以先根據 和 的值，確定是否需要引入一階慣性環節，如果不需要，則令 ；如果需要引入慣性環節來提高系統控制性能，則根據 和 的值對濾波時間常數 進行實時調整，本文的控制中采用如下調整公式

在調整過程中，應注意不能使 為負值，而且為增強系統的魯棒性，可以給設定一個最小值，根據經驗，一般取最小值為 。

的值可以采用模糊控制器對 和 進行模糊推理得到， 和 即為模糊控制器的輸入，模糊化后為 與 ， 是模糊控制器的輸出。它們的模糊論域定義為{-6，-5，-4，-3，-2，-1，，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集定義為{負大，負小，零，正小，正大}＝{NB，NS，ZO，PS，PB}。對于一個實際的系統，可以確定 、 和 的基本論域，從而確定模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子，其控制規則如下：

當 負大， 負大，應增大 ，即 =PB，控制規則為：

If=NB and=NB then=PB

當 正小， 為零，此時不宜引入慣性環節，即 =NS，控制規則為：

If=PS and=ZO then=NS

如此類推，可得到25條控制規則，如表1所示如此類推，可得到25條控制規則，如表1示：

表 1濾波時間常數整定規則

模糊推理采用Mamdani推理方法，反模糊化采用重心法。

3 粉煤灰法回轉窯燒成溫度控制器仿真研究

本文基于最小二乘法，利用MATLAB仿真軟件，通過現場收集到從下料到窯況平穩間的一些具有代表性、普遍性和一定密度的燃料用量與燒成帶溫數據樣本，建立出燒成帶的溫度數學模型。

當被控對象模型參數的放大系數、時間常數同時增大40%時，圖2是模糊Smith智能控制算法的響應曲線，從圖2可以看出，基于模糊Smith智能控制器控制系統的響應曲線在超調量、上升時間、及調節時間均滿足工藝要求。

4 結論

本文提出的模糊Smith智能控制系統，充分發揮了模糊自整定PID算法動態性能好、抗干擾能力強、穩態精度較高的優點，同時采用了模糊推理的方法調整改進型Smith預估器的濾波時間常數 ，改善了Smith預估器對模型參數的過于依賴性，將使Smith預估器在實際工業過程控制中得以更廣泛的應用。

參考文獻：

1 單 王鵬 杜鋼. Smith-Fuzzy控制器在回轉窯溫控系統中的應用[J]. 材料與冶金學報.2003

2 鄒志軍．基于模糊控制的Smith預估器的改進研究和設計[D]．合肥工業大學碩士學位論文，2005．

3 馬中華. 基于穩態工作點的回轉窯智能操作應用研究[D]，濟南大學，2008.

工礦自動化論文范文第5篇

【關鍵詞】室內環境檢測；ATXmega128A1；甲醛；苯；溫度；濕度

1.引言

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，居室裝修及家具更新越來越普遍，室內裝修和大量使用各種合成板材制作的家具，使室內空氣中以甲醛、苯等揮發性有機物為代表的化學性物質的污染成為人們關注的焦點[1]。室內裝修、裝飾后造成的環境污染已經影響到人們的身心健康，甚至嚴重地危害人類的健康和生存[2]。因此，本論文設計和實現了一種簡單實用，性能可靠的室內環境檢測儀，對提醒人們及時改善居住環境條件、保護人們身體健康具有重要的意義。

2.ATXMEGA128A1簡介

ATxmega128A1是ATMEL公司推出的強化性能的8位AVR微控制器。它采用第二代picoPower技術，是唯一真正使用1.6V工作電壓的閃存微控制器。該器件功耗超低，并擁有豐富的片上資源：2個16路12位的A/D轉換器、2個2路12位的D/A轉換器、4路模擬比較器、4通道DMA控制器、8通道事件系統、4個SPI接口、4個IIC接口、8個16位定時/計數器、1個RTC和1個AES加密引擎，全部都無需占用CPU資源，能夠最大限度減少功耗和提高系統性能。ATxmega128A1微控制器的閃存容量為128KB，采用100引腳的貼片封裝，工作電壓為1.6～3.6V，32MHz頻率下處理性能可達到32MI/s[3]。

室內環境檢測儀采用ATxmega128A1作為核心微控制器，使得整個系統器件大大減少，在降低成本的同時又提高了系統安全性和可靠性。

3.系統總體設計

本文所設計的室內環境檢測儀，要求一方面可用于檢測室內空氣中的甲醛、苯等有害氣體，另一方面可用于測量室內環境的溫度和濕度，并具有時鐘的功能。因此，室內環境檢測儀的系統總體設計框圖如圖1所示。從圖1中可以看出，在室內環境檢測系統中，采用了甲醛傳感器模塊和苯傳感器模塊實時監測室內主要有害氣體的含量，并將檢測到的氣體濃度轉換為0～3.3V的電壓值，然后送給ATxmega128A1微控制器片上的12位AD進行采集，并進行數據處理，得到相應的氣體濃度值，接著根據國家對室內氣體相關標準，來決定檢測的氣體濃度是否超標，如果超標，發出報警，并顯示在液晶屏上，讓居住者防范于未然。溫、濕度傳感器模塊用來檢測室內環境的溫度和濕度，給居住者作為參考。

4.系統硬件電路設計

系統硬件電路由ATxmega128A1最小系統、苯傳感器模塊電路、甲醛傳感器模塊電路、溫濕度傳感器模塊電路、鍵盤與顯示電路、聲光報警電路、SD卡模塊電路和系統電源模塊電路組成。下面僅對部分電路模塊進行介紹。

4.1 苯傳感器模塊電路

測量空氣中苯的傳感器為MQ135傳感器，該傳感器使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的SnO2。當傳感器所處環境中存在污染氣體時，傳感器的電導率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。電路如圖2所示，電阻R2用來調節輸出的靈敏度。

4.2 甲醛傳感器模塊電路

甲醛傳感器的模塊由HCHO傳感器（CH2O/S—10）[4]、場效應管SST177和運放OP296、OP90組成。電路如圖3所示，其功能為將室內環境中HCHO氣體的濃度變化轉變為電壓信號的變化，并將該信號進行放大輸出，從而將對HCHO氣體濃度的測量轉變為對電壓的測量，實現非電量到電量的轉變[5]。

4.3 溫、濕度傳感器模塊電路

溫、濕度傳感器的模塊電路采用DHT11溫、濕度傳感器和DS18B20溫度傳感器來實現，確保溫、濕度的顯示有對比性和精確性。DHT11的供電電壓為3V～5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩定狀態，在此期間無需發送任何指令。電源和地的引腳（VCC，GND）之間增加一個100nF的電容，用來退耦。電路如圖4所示。

4.4 鍵盤與顯示模塊、聲光報警電路

鍵盤與顯示模塊是用戶與環境檢測儀進行信息交流的模塊，鍵盤電路由3個小按鍵組成，顯示電路采用Nokia5110液晶顯示模塊，聲光報警電路由高亮的發光二極管、三極管和蜂鳴器組成。

5.氣體傳感器的標定

為使室內環境檢測儀達到預期的性能指標，本文對HCHO傳感器和苯傳感器進行了靜態標定。原理是將已知濃度的被測氣體輸入待標定的傳感器，用萬用表測量傳感器變送模塊的輸出電壓。對所獲得的傳感器輸入量和輸出量進行處理和比較，得到表征兩者對應關系的標定曲線，找出它們關系方程并寫入程序中。

6.系統軟件設計

室內環境檢測儀軟件設計主要包括按鍵掃描程序設計、Nokia5110顯示程序的設計、A/D程序的設計、SD卡的讀/寫程序的設計以及溫、濕度傳感器的單總線程序的設計。下面僅給出系統軟件設計總流程圖，如圖5所示[6—7]。

7.實驗測試

表1、表2和表3分別給出了溫度、濕度和甲醛的測試數據，其中T為溫度，H為濕度，甲醛氣體濃度的單位為PPM。從表1、表2和表3的數據可知，該環境檢測儀的測量精度較高。

8.結論

環境監測中的甲醛和苯測定主要方法是吸收與化學滴定，難以進入民用領域。對于室內的環境監測，該室內環境檢測儀操作簡單，方便實用。實驗結果表明，該儀器測量結果較精確，基本滿足環境參數檢測的要求。另外該檢測儀的微控制器還有空余通道，可加裝其它傳感器，如燃氣傳感器等，以擴大其使用功能。

參考文獻

[1]陳宇煉，沙春霞，張靜等.室內空氣中主要揮發性有機物污染狀況調查[J].中國衛生監督雜志，2002，9（2）：84.

[2]譚和平，馬天，方正等.室內揮發性有害有機物限量標準研究[J].中國測試技術，2006，32（5）：8—10.

[3]8—bit Atmel XMEGA AU Microcontroller XMEGA AU MANUAL.pdf.http：//.

[4]葛化敏，葉小嶺.基于MSP430F449的甲醛檢測儀設計[J].工業儀表與自動化裝置，2009，03：97—99.

[5]徐湘元，王萍，田慧欣編著.傳感器及其信號調理技術[M]，北京：機械工業出版社，2012.

[6]王顥，王芳群，吳琴，王宜用.基于XMEGA的便攜式電解質分析儀的設計[J].電子設計工程，2010，18（6）：167—169.

[7]蔡冬霞.基于單片機的環境檢測儀設計[J].工礦自動化，2012，03：84—85.

本文為桂林電子科技大學信息科技學院院內科研項目：《智能家居系統設計》的研究成果（項目號：桂電信科B201105）。

作者簡介：

易藝（1983—），男，學士，實驗師，現供職于桂林電子科技大學信息科技學院，主要研究方向：智能儀器系統。