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智能控制器范文1
摘 要：為了提高自行開發智能控制器的可行性和可靠性，文章陳述一種開發控制器的方案，講述控制器開發的5個步驟，即構建模型、系統辨識、控制設計、仿真驗證和系統調試，從應用方面介紹LabVIEW控制設計與仿真模塊的使用方法，以及為設計者提供在LabVIEW環境下開發控制器的途徑。
關鍵詞：智能控制器；LabVIEW；控制設計與仿真；DLL(動態鏈接庫)
中圖分類號： TP311 文獻標識碼：A
The Intelligent Controller Based on LabVIEW Simulation
LU Chao, PENG Yuning, QI Xiaokun, HE Xin，MENG Fanyu
(School of Electrical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)
Abstract:In order to improve the feasibility and reliability of the own developed intelligent controller, the article states a kind of development controller scheme, which is about five steps of controller developing, namely constructing model, system identification, control design, the simulation validation and system commissioning. It not only gives a brief introduction to the using method of LabVIEW Control Design and the Imitative Model, but alsooffers the way of Developing controller for the designers under LabVIEW from an application perspective.
Key words:intelligent controller;labVIEW;control design and simulation;DLL（DynamicLink Library）
1 引 言
LabVIEW（實驗室虛擬儀器工作平臺）是美國國家儀器（NI）公司研制開發的，從1986年發展至今已經成為應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件開發環境［1］，在工業界、學術界和研究實驗室被視為標準的數據采集和儀器控制軟件。
LabVIEW迅速發展起來并被廣大程序開發者所接受，因為它是一種用圖標代替文本創建應用程序的圖形化編程語言，圖標形象、易于被程序開發者理解，學習容易入門，編程可視化，容易做到圖像界面美觀、人性化；不但如此，LabVIEW還集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能，同時它還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX 等軟件標準的庫函數［2］，具備強大的軟、硬件通訊功能，易于完成數據在硬件設備和軟件之間的傳輸交換。
2 控制器設計的實現過程
控制器的一般實現過程如圖1所示：
控制器實現過程的5個步驟在實施過程中都是不可缺的，而仿真驗證更是控制系統實現的前提，是論證這個控制器的可信度和可靠性的依據，控制器仿真驗證是控制器處于完全理想的環境中得出的結論，使系統達到某種預期的目標，為控制器的可行性提供理論依據，若在控制器仿真時都無法達到預期的目標，在現實環境有干擾下更不可能達到該種目標。由此可見，仿真驗證步驟在完成控制器設計過程中所起到的重要作用。
控制器的仿真驗證可以大大提高系統實現效率，縮短開發周期，降低系統開發成本，同時也在一定程度上大大提高了設備安全和人身安全。
3 LabVIEW控制設計與仿真模塊
美國NI公司為設計者提供了系統辨識、控制設計、仿真及控制器執行的整套工具。設計者可利用這些工具自定義控制算法，對系統進行分析、開發與仿真，實現與硬件的集成和系統可視化操作及快速控制。
通過控制設計與仿真模塊，設計者能方便快捷地分析系統開環模型行為、設計閉環控制器、模擬在線和離線系統并實現物理設計；還能使用傳遞函數、狀態空間或零點―極點―增益模型，依照最初的原則創建控制系統模型；通過時間和頻率分析工具（如：階躍響應、乃奎斯特圖或伯德圖），設計者能交互式地分析開環和閉環對象的特性，利用單輸入單輸出（SISO）系統和多輸入多輸出（MIMO）系統中的內置工具及其仿真功能，驗證線性和非線性系統的動態特性；還可利用內置工具，通過轉化，使MathWorks、 MATLAB／Simulink軟件中開發而成的模型能與LabVIEW配合使用，較好地解決了在LabVIEW環境下編輯的復雜、先進控制算法不易的問題，彌補了LabVIEW的缺陷，更豐富了LabVIEW的強大功能［3］。
控制設計與仿真模塊為用戶的設計提供了諸多優勢與便利。該模塊包含6個部分，具體功能如下表1：
由上述功能表可知，設計者可以通過使用LabVIEW控制設計與仿真模塊實現自主完成設計復雜、先進控制系統的前4個步驟（構建模型、系統辨識、控制設計、仿真驗證）。通過反復仿真實驗，快速地分析出自行設計的控制系統存在的不足，并加以改進。再經過反復改進和驗證，使得仿真控制系統達到理想的穩定狀態和控制效果，之后便可投入實際控制系統中。然后，再根據實際工況和控制系統的運行狀況進行適當的修改與調整，以滿足實際工程提出的控制品質指標要求。
4 利用工具包完成控制算法設計
41 智能控制算法編程方法
4.1.1 直接法
直接法分為兩種――使用LabVIEW編程法和直接調用LabVIEW設計的控制工具模塊法。
使用LabVIEW編程法――直接在LabVIEW的程序框圖面板中編寫程序實現控制算法，不需要其他第三方編輯語言嵌入支持算法的實現。該方法是最直接的、最顯而易見的實現方法，但是，這樣實現的算法一般情況下都比較復雜，而且編程量大，需耗費設計者大量的精力。
直接調用LabVIEW設計的控制工具模塊法――直接使用NI公司設計好的工具包中的控制算法，如PID工具模塊、模糊邏輯工具模塊等。使用該方法的好處是不需要耗費精力自行設計算法，但由于在LabVIEW控制工具模塊中的先進控制算法和智能控制算法的類型有限，用戶所需的算法不一定能在其中找到，而且，該工具模塊需要花費資金購買，價格較貴，這無疑增加了開發成本。
4.1.2 在LabVIEW中調用DLL實現法
在LabVIEW中，設計者可以利用CLF（Call Library Function Node）節點調用DLL（Dynamic Link Library，動態鏈接庫）來實現控制算法［4］，即設計者可以通過在其他編程軟件（如VC++、VB、MATLAB／Simulink等）中編輯的算法程序生成DLL文件提供給LabVIEW調用。使用這種方法的優點：（1） DLL可以被應用程序訪問，而應用程序并不知道實現的細節，即可隱去編程細節；（2） DLL與語言無關，因此可以創建一個DLL讓LabVIEW或者任何支持動態鏈接庫的語言調用［5］，即當開發軟件不是使用LabVIEW時，控制算法也不需要重新編輯。
4.1.3 在LabVIEW中使用Matlab Script Node節點實現法
設計者可以在“MATLAB Script Node”節點中編輯MATLAB 程序或者直接調用已經存在的MATLAB程序，根據需要添加輸入量和輸出量［6］，在編程中要特別注意的是兩者之間的數據類型要匹配，只有兩者間的數據匹配才能進行數據傳輸。調用MATLAB軟件執行腳本還需要一定的條件。由于腳本節點程序通過調用MATLAB軟件腳本服務器執行，必須安裝具有許可證的MATLAB 6.5或更高版本才能使用MATLAB腳本節點。LabVIEW使用ActiveX技術執行MATLAB腳本節點程序，因此，該腳本節點僅可用于Windows平臺。42 智能控制算法的仿真控制
使用LabVIEW控制設計與仿真模塊對被控系統進行仿真控制，驗證智能控制算法的可行性與可信度，將預先編輯好的智能控制算法（例如模糊PID自整定參數控制算法、單神經元控制算法、專家控制算法等）設計成為子VI，以便在后面加入到整個程序中進行系統仿真控制。為了探索用上述方法開發智能控制器，我們對一個二階過程（其傳遞函數為：G（s）=1000s2+1040s+1）進行了控制，多次改變被控過程的模型特性，并進行系統仿真控制，觀察系統輸出響應的變化趨勢，分析系統是否滿足一定的控制指標要求。圖2為我們所設計的智能
控制器程序，圖3則為相應控制系統的階躍輸出響應曲線。
從圖3中可見，我們自行設計的智能控制器能使系統快速準確地跟蹤設定值的變化。在每次更改圖2中傳遞函數G(s)的參數后，均可得到類似于圖3的系統輸出響應曲線，這說明系統對被控過程特性的改變有較好的魯棒性和自適應能力，論證了我們所設計的智能控制器的可行性和實用性。5 總 結
仿真控制是系統實現的前提，通過仿真控制提高了控制系統的可信度。LabVIEW控制設計與仿真模塊使得智能控制系統開發時間大大減少，成本也大大降低，該模塊可以輕松模擬不同的控制算法，而且不需要配置任何硬件設備就能進行仿真驗證，同時還支持多種控制算法的編程方法。既發揮了LabVIEW自身的強大功能，又兼容了其他編程軟件的優點。在獲得滿意的仿真結果后，還能夠設計出形象、美觀、人性化的人機界面，并能簡單、方便、快捷地將系統由仿真切入至實時控制。
參考文獻
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［3］ 利用LabVIEW軟件進行控制設計和仿真入門［EB/OL］.
智能控制器范文2
關鍵詞：智能控制器；泵站；自動化系統
中圖分類號：F407文獻標識碼： A
一、泵站自動化系統功能要求
泵站自動化系統在設計上首先要滿足實用性、可靠性的需求。其基本功能應包含數據采集與處理、繼電保護、泵組控制、閘門控制、自動調節和視頻安全預防。在滿足基本功能的基礎上，根據泵站具體情況，可增加設備管理、報表、遠程管理等功能。
二、系統主控級的主要功能
數據采集與處理：主控級自動采集和處理泵站設備的運行參數；安全運行監視：全站運行實時監視及參數在線修改、狀態監視、越限檢查、過程監視、趨勢分析和監控系統異常監視；對監控對象進行如水泵的啟停、定值和限值的設定、報警復歸等控制與調節、自動功率因數控制、按照電力系統的要求，自動投切電容器；全站所有監控對象的操作、報警事件等的監控和事件記錄；記錄在事故發生前5s和后20s時間里重要實時參數的變化情況；正常操作指導和事故處理操作指導；通過一路載波通道，一路光纜通道，與水調部門進行數據通信，也可與MIS系統、工業電視系統等接口通信，從而實現與現場各控制單元問的相互通信；屏幕顯示：包括各種系統圖、棒形圖、曲線、表格、提示語句等：積累泵站運行數據，為提高泵站運行、維護水平提供依據；對各工作站計算機及設備、通訊接口、通道等的運行情況進行在線和離線診斷，故障點能診斷到模塊；軟件運行時，若遇故障能自動給出故障性質及部位，并提供相應的軟件診斷工具。
三、泵站綜合自動化系統的特點
高度的可靠性。系統采用成熟的全開放式分層、分布式系統結構，上下控制層采用現場總線通訊模式，大大提高了系統設備間的數據交換速度和系統通訊工作的穩定性；高度的實時性。系統能適應泵站現場環境的要求，實時眭好，抗干擾能力強；良好的開放性和擴充性。專用現場總線通訊網絡結構的采用使系統設備可方便靈活的進行擴充。所有的硬件均為模塊化，構成一個通用、開放的結構體系；應用軟件采用OPC技術，使得系統應用軟件構成一個開放式的接口環境；完備的安全性。系統對每一功能操作提供檢查和校核，操作有誤時，被禁止并報警；在人機通信中設置操作口令，按控制層次實現操作閉鎖；系統采用冗余和模塊化技術，使系統的局部故障不影響系統整體的正常運行；完備操作性。針對國內運行人員設計，系統采用全漢化界面，使運行人員可方便直觀的進行遠方實時控制和操作；可維護性。系統采用模塊化結構模式，設備的模塊化使技術人員方便的對必要的設備進行更換和維修，保證系統可靠運行；良好的友善性。采用全漢化界面，操作方便，人機接口功能強，符合泵站運行人員的操作習慣。
四、基于智能控制器的泵站自動化系統解決方案
1、系統構成
自動化系統的控制器與常規電氣柜融為一體，不需設置單獨的自動化控制柜，節省占地和接線。系統以控制器為核心，設計了進線柜、泵控制柜、無功補償柜、站用配電柜、安全預防系統等，組成了完善的泵站智能系統。其中，進線啟動柜完成總進線電源接入、進線繼電保護、泵站智能控制、泵站信息采集與對外數據交互、無功補償控制、運行狀態及參數指示等功能;泵控制柜完成泵就地自動/手動啟停、電動機的繼電保護、運行狀態及參數指示等功能；站用配電柜完成泵站的配電功能;安全預防系統完成泵站的安全預防功能。
2、站級智能控制器
安裝于進線柜的泵站智能控制器完成全站的智能控制、無功補償控制、全站的信息采集以及對進線的繼電保護功能，并負責與通信工作站完成相關信息的交互功能，是智能控制系統的核心。
泵站智能控制器設有三種泵開機方式:一鍵開機、水位自動開機、遠方遙控開機。一鍵開機功能基于水利系統傳統的運行習慣而設計，方便維護人員現場操作，簡單易用。水位自動開機功能，使得泵站即使在無人值班的情況下，也能自動根據水位情況進行泵開機操作。不同水位高程需啟動的泵組可以通過出口編程來整定，通過靈活的設計最大程度滿足用戶現場的實際需求。遠方遙控開機指主站對泵站智能控制器發出遙控開機的命令，便于用戶遠程控制泵的運行；泵站智能控制器定時將泵站運行的實時信息及報警信息送入主站，便于用戶及時掌握現場運行情況。裝置在開機過程中，進行控制進水閘門打開、進水閘門全開判別、控制出水閘門打開、出水閘門全開判別、控制泵開機等操作。開機過程中如果閘門操作失敗，裝置發出告警信號，報出“閘門操作失敗動作”的事件記錄;閘門操作失敗時，如果需要繼續開機，必須將告警信號復歸才能繼續執行泵開機命令。
3、泵智能保護控制器
安裝于泵控制柜的泵機組智能保護控制器完成泵的就地自動控制以及電動機的繼電保護功能，是智能控制系統的執行單元。
裝置在自動狀態下，接受就地開機和主站遙控開機命令;在備用狀態下，僅接受主站備用開機命令。裝置在開機過程中，順序進行判斷開機條件、完成閘閥控制(可投退)、判斷閘閥位置(可投退)、完成降壓啟動(以變壓器降壓啟動為例)、實現全壓運行等操作。在開機過程中，如果開機受阻，裝置發出告警信號，同時發出全停命令。
可以通過就地停車和主站遙控停車兩種方式完成人為停機操作。在開機過程中出現泵故障信號，也會進行停機操作。保護動作時，發出停車命令，不會進行關閘閥操作，如果需要在保護動作停車的同時關閘閥，可以通過出口編程實現。
4、系統特點
泵站智能控制器與泵機組保護控制器之間采用串行通信，泵站智能控制器作為主站，最多連接16臺泵機組保護控制器，完成泵組的一鍵開機、水位開機、遠方開機等功能。
泵站智能系統采用了基于系統參數整合的泵站專家控制系統技術。泵站專家控制系統技術根據環境變量、泵機組運行狀態、泵效率參數等信息，優化了泵組投退組合與無功補償等，節能降耗，延長了設備壽命，提高了泵站運行可靠性和經濟性。
泵站智能系統采用了基于泵站場景特殊事件智能機器識別的泵站安全預防技術。機器視覺系統智能識別泵站場景，并對出現的特殊情況進行判斷。在開機前自動檢測安全管理區域并自動判別區域內的安全，當出現非安全狀態時，自動閉鎖泵組啟動并預警，保證人員生命安全。在無人值班期間，能夠自動判別區域安全狀態，實現泵站的防盜、防破壞，減少財產損失，降低社會成本。
泵站自動化系統的操作采用與常規控制系統相同的按鈕，泵站原有操作人員完全可以完成高度智能化的泵站智能系統的操作。
泵站智能系統采用了基于實時嵌入式平臺的泵站熱點數據無線定制點播和推送技術。系統采用控制器的實時嵌入式平臺，將站內通信網絡接入專用或公共信息網，各級管理和運行維護人員可以通過移動終端對泵站熱點數據進行定制和點播，實現與智能泵站的交互管理;同時系統支持未來水利信息化等云計算系統，提高了管理效率和水平，降低了差錯率，節約了管理成本。
五、實例分析
基于智能控制器的泵站自動化系統已于2011年3月在某省某泵站成功投運。泵站2臺800kV?A主變分別接至兩段0.4kV母線，每段母線接2臺250kW電動機泵組。
系統除具有保護、控制功能外，還可根據無功功率進行電容器自動投切。系統具有信息化接口，可通過3G網絡傳輸站內運行參數和安防畫面。PAS651泵站智能控制器可實現水位采集并根據水位自動開停機，系統操作界面簡潔，原有運行人員經簡單培訓即可掌握系統的所有操作功能。系統投運兩年來，運行安全可靠，提高了泵站的運行管理水平。
結束語
本文提出了一種基于智能控制器的泵站運行管理環境自動化系統模式，系統采用常規的人機界面，可實現簡易操作。在實現泵站自動化、信息化建設的同時，還可解決泵站無人值班時的設備安全問題。
參考文獻
［1］第一次全國水利普查公報［R］．2013．
智能控制器范文3
關鍵詞：礦井；CAN總線；智能控制；單片機
TD67 文獻標識碼： A
0. 引言
RS485總線在抑制共模干擾和靈敏度上表現出很好的特性[1][2]，在煤礦井下得到了廣泛的應用，但是RS485是一種主從式結構的現場總線，這種結構決定了它通信的時候只能采用主站輪流詢問的方法進行，制約了系統的總線利用率和數據的及時有效。同時它的傳輸距離有限。RS485在這種分布范圍大卻管理集中的項目上的表現不盡人意 [3]。德國BOSCH公司開發的通信協議CAN總線，錯誤檢測能力良好，可靠性高[4]；多主工作方式和仲裁技術提高了數據的時效性；傳輸距離最大可以達到；錯誤檢測和處理機制提高了系統的容錯能力[5]，提高了系統的通信有效性；錯誤節點可以自動關閉，不會對整個網絡造成影響，降低了后期維護的成本。本文設計了一種基于STC89C52單片機和CAN總線的智能控制器，并設計了干擾的濾波電路。這種控制器對提高煤礦測量的及時有效、監控成本和安全生產的保障上有一定的作用。
1. 控制器組成及工作原理
微控制器是整個控制器的核心，CAN控制器的工作方式是通過微控制器編程來完成的，工作狀態和報文的收發也是由微控制器控制。CAN控制器為微控制器的數據傳輸提供了接口，相當于協議中的數據鏈路層。CAN控制器一方面將控制器發送的信號變為符合CAN物理層的信號并放大傳輸，另一方面將收到的總線上的信號變成控制器能夠接收的信號，實現了物理層的功能。CAN收發器為控制器和物理總線提供了連接，同時增加了系統通信距離。濾波電路使用有源的帶阻濾波器消除了有線傳輸中的常見干擾?？刂破鞯慕Y構框圖如圖1所示。
2. 控制器硬件設計
2.1 微控制器
微控制器選用STC89C52單片機。STC89C52是一種增強型51單片機，兼容以前的51單片機，又有自己的特性：寬電壓（3.3v～5.5v）、8KB的Flash存儲器、的EEPROM、寬工作頻率（0～40MHz）、512KB RAM。本設計中使用單片機的外部中斷0控制CAN控制器中斷，進而實現其他功能。
2.2 CAN控制器
控制器選用SJA1000。該控制器為獨立控制器，有兩種工作模式，第二種工作模式PeliCAN支持有很多新特性的CAN2.0B協議。SJA1000兼容性好，兩種模式的切換可以通過時鐘分頻器完成[6]。該控制器的采用實現了單片機的數據通信。
單片機和控制器SJA1000的連接電路如圖2所示。在P2.0低電平時，單片機片外存儲器可選中控制器，對控制器進行讀/寫操作。單片機通過INT0口控制 SJA1000中斷。單片機通過P2.3口完成控制器的復位。
2.2 CTM8250T介紹
CTM8250T是一款適用范圍廣的收發器，而且具有隔離功能，提高了系統的整體抗干擾能力。該芯片內部包含了普通收發器和隔離電路，可實現隔離、收發等功能。該芯片接口簡單，使用方便，并且帶有瞬態電壓抑制器（TVS），具有CAN-bus總線過電壓保護作用，適合控制器的設計。SJA1000和CTM8250T的連接電路如圖3所示。
處于網絡端點時，上述電路必須要接電阻120Ω。沒有該電阻，數據傳輸會受到很大影響，甚至不能傳輸。
1.3 抗電磁干擾設計
對于本控制器的通信而言，物理傳輸線都是屏蔽的，所以不會受到輻射干擾的影響，但是會受到傳導耦合干擾的影響。在井下，這些干擾主要來自各種強電傳輸線產生的50Hz基波以及各級諧波[7]。為此，本文設計了濾波電路以保證控制器數據的有效性。由于干擾主要是50Hz這一波段，所以設計的時候選用消除特定波段的帶阻濾波器，它的設計如圖4所示。
該濾波器阻帶寬度為1Hz，左邊電路是消除50Hz基波，右邊電路是消除100Hz二次諧波。左邊電路的中心截止頻率f0的計算公式為：
■
■，取■，可計算出■。阻帶帶寬的計算公式為：
■
阻帶帶寬bW=1Hz，則品質因數Q=50。Q的計算公式為：
■
則通帶放大倍數■或者■，這里我們取前者1.99。其中
■
則■，取■，則■。
另外芯片的電源和接地都接了的電容，通過地線釋放信號線上的干擾。
3. 控制器軟件設計
軟件設計主要有三部分：控制器初始化、發送和接收報文。主程序流程如圖5所示：
控制器化初始化主要是對單片機和控制器的使用到的寄存器進行配置和給變量賦值?？刂破鞒跏蓟鞒倘鐖D6所示。
2.2 數據的發送程序
在數據發送過程中，控制器根據要發送的報文配置正確的報文標識符寄存器和長度信息，根據待發送的數據配置相應的寄存器，發送報文。
…
do
{
Judge=SR；
LED_RED=0；
}
while（Judge&0x10）；
do
{
Judge=SR；
LED_RED=0；
}
while（?。↗udge&0x08））；
do
{
Judge=SR；
LED_RED=0；
}
while（！（Judge&0x04））；
…
2.3 數據的接收程序
數據是由SJA1000完成接收的?？刂破鞲鶕刂破髦械臓顟B，確定接收緩沖器中有可讀取的報文，然后讀取報文并釋放接受緩沖器，還要讀取錯誤代碼捕捉寄存器和仲裁丟失捕捉寄存器，讓他們再次激活 [8]。
...
if（Judge&0x01）
{
CanDataLength=RBSR&0X0F；
P=&RBSR；
for（i=1；i
{
RX_buffer[i]=*p++；
}
RXD_flag=1；
CMR=0X04；
Judge=ALC；
Judge=ECC；
}
...
4. 結語
控制器作為煤礦監測點和監控計算機之間的通信橋梁，要滿足井下安全生產要求，能夠適應井下惡劣的工作環境；同時要有良好的兼容性和實時性?？刂破鞯脑O計在能夠實現基本功能外，還要考慮可靠性、兼容性和抗干擾性，提高控制器的整體性能，對煤礦的安全生產提供應有的保障。其可靠性還降低了煤礦安全生產的投入成本，提高煤礦的經濟效益。
5. 參考文獻
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智能控制器范文4
關鍵詞：智能控制裝置；太陽能熱水器；應用要點
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.058
1 我國太陽能熱水器發展現狀
現階段我國太陽能熱水器技術發展迅速，已經成為全球最大的太陽能熱水器生產國家。但行業中缺乏統一的標準規范，各個太陽能熱水器控制器生產廠家各有一套生產標準，控制器研發處于起步階段。隨著市場規模的逐漸擴大，市場上出現越來越多的太陽能熱水器控制器，大部分控制器不夠完善，存在一些問題，這些問題主要表現為：系統可靠性不足、控制精度誤差較大、系統抗干擾能力差、系統運行時間長極易出現亂碼、功能設計不完善、存在嚴重浪費等。
隨著傳統能源逐漸顯露出枯竭的趨勢，人們愈來愈青睞清潔能源。太陽能利用技術最成熟的產品就是太陽能熱水器，其市場份額逐漸擴大，發展前景廣闊。但現階段生產行業較為混亂，投資力度不足，研發力量薄弱。大量企業涌入到行業中，卻沒有實現預期收益。加上部分企業規模較小，投資額度不滿足規模經濟的基本要求。
2 太陽能熱水器原理概述
本部分筆者主要介紹太陽能熱水器工作原理，為后期論述做好鋪墊。
2.1 工作原理
現階段我國市場上太陽能熱水器種類較多，本文中筆者主要分析平板強制式太陽能熱水器的工作原理，一般該種類型的太陽能熱水器選擇電加熱或空氣源熱泵為輔助熱源，其結構原理如圖1所示。
如上圖所示，太陽能熱水器系統構成相對簡單，主要包括水箱、控制器與平板集熱器。平板集熱器用戶選擇型號時依據自身情況進行。傳統太陽能熱水器通常選擇直接加熱的形式，集熱器中被水箱注入冷水，加熱完成后通過虹吸作用返回水箱。但集熱器內溫度會達到80℃，直接加熱的方式會造成集熱器內部出現結垢問題，影響集熱器的正常使用與壽命。
本設計中采用間接換熱方式，也就是集熱器內部裝滿一種不易導熱的具有較高熱傳導率的介質。集熱器吸收太陽能熱能后，介質不斷流過水箱，將熱量傳導給水箱內的冷水，完成換熱，實現提高溫度的目的。這樣不但不會產生結垢，還可以保證水質的清潔。
集熱器加熱過程中，介質循環道路與水箱都是一個密閉空間，一旦溫度升高，回路與水箱內部的壓力慢慢增大，為避免壓力過大出現循環回路與水箱爆炸，將膨脹罐安裝在循環回路上，當壓力超過一定范圍后會直接頂開膨脹罐的壓力閥，將壓力保持在合適的范圍；當水箱內部壓力過大超過安全閥的最大壓力，直接頂開安全閥，降低內部壓力，避免水箱被破壞。
2.2 太陽能熱水器控制裝置的作用
現階段社會經濟不斷發展，人們物質生活水平不斷提高，對家用電器提出更高的要求，其中最主要的就是智能化要求。太陽能熱水器作為典型的綠色環保家用電器，憑借能源利用、結構簡單及操作方便的特點得到用戶的廣泛認可。而本設計方案中本課題從家用太陽能的基本構造和功能特性出發，設計改造出一款新型的太陽能熱水器來提高對太陽能這種可再生能源的利用率，降低像煤炭、天然氣等這種非再生能源的使用。由于地球自轉，同一地點的太陽高度角每時每刻都在變化，若太陽能角度固定，則會導致太陽能的利用率降低。為了解決這個問題，設計出像向日葵那樣能隨太陽角度變化而變化的太陽能熱水器，提高太陽能熱水器對太陽能的利用率。
3 智能控制裝置在太陽能熱水器中的應用
通過對太陽能熱水器的設計，能夠讓太陽能熱水器隨著太陽高度角的變化而變化，始終能讓太陽能熱水管接受到最大化的太陽輻射，提高太陽能的利用率。在同樣的時間內，更加迅速的提高水溫。特別是在冬天，能夠更加穩定的提供人們家庭生活用水。利用我們所設計的新型高效太陽能熱水器可以更好地的達到人們的日常需求，減少人們電、天然氣、煤炭等能源的消耗，節約能源。從目前來看，還沒有任何一家國內外公司設計出一款能夠像向日葵那樣隨太陽角度變換而變化的太陽能熱水器，從而提高太陽能利用率。在太陽能設計人員和國家面積如此龐大的情況下，如果能夠提高太陽能的利用率，實現經濟化原則，將對人民生活產生巨大影響。具體研究方案如下所示。
3.1 技術路線
通過實驗和數據整理分析和揭示高效太陽能熱水器的可行性。采用現場調研、理論分析、室內試驗、數值模擬計算等相結合的綜合方法，在日常生活中，太陽高角度每時每刻都在發生著變化，由于早晨和晚上的太陽高度角小，光熱分散，熱水器集熱管獲得太陽輻射能量少，會使太陽能的利用率降低。如果當熱水器的集熱管像向日葵那樣根據太陽位置自動調節角度，始終讓太陽高度角為90度，則光熱集中，同面積下的熱水器集熱管獲得的太陽輻射能量多，提高熱水器的熱效率，提高了再生能源的利用率。
3.2 具體措施
為解決以上問題，我們在原式太陽能的基礎上加以改進，以提高能源利用率和經濟轉化為原則改進原式太陽能熱水器，如圖3：
本裝置的主要器件有：太陽能儲水器、熱水器集熱管、太陽能電池板、測光器、蓄電池、齒輪電動機、齒輪導軌、移動固定點
測光器（即光電器件）對電動機產生控制信號，就可實現裝置對太陽光的自動跟蹤。自動跟蹤的另一種方法則是利用簡單的時鐘控制技術，即當時鐘控制器走至某預定的時刻就使電動機的電源接通而將整個太陽能熱水器裝置旋轉一個角度，然后斷開電動機電源；到下一預定時刻又重復上述過程，這兩種方法都可實現熱水器的旋轉，保證熱水器集熱管能夠獲得最多的太陽輻射能量。
整個裝置的轉動是靠齒輪電動機和齒輪導軌的嚙合來完成的，齒輪導軌是一個360度的整圓，可全方位的調整太陽能熱水器的角度，以保證太陽高度角成90度。
齒輪電動機的轉動是靠蓄電池的電量來維持的，而蓄電池的電量則是由太陽能電池板把太陽能轉換為電能來獲得的。這樣整個裝置的熱能、電能、動能全部來自太陽能，一來提高了太陽能的利用率，二來實現清潔生產。
4 結語
總而言之，隨著人民經濟水平和生活質量的提高，人們對生活用品的要求也越來越高，現在是任何形式的居民用房，都會安裝太陽能熱水器。傳統的太陽能熱水器，由于角度固定，接受太陽輻射的能量會隨時間的變化而變化，降低了太陽能的利用率。本文中筆者以太陽能熱水器應用現狀為切入點，通過分析太陽能熱水器工作原理，給出如何控制太陽能熱水器旋轉的方法，希望為行業技術水平提高貢獻一份力量。
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1.1控制方案
以CAM智能控制系統為平臺，創建神經網絡模型，開發出脫硝控制模塊，從而實現脫硝裝置的自動化智能控制。此系統的核心技術是以神經網絡為內核的多變量模型預測技術、反饋校正技術和滾動優化技術。在現有DCS系統的基礎上，增加這套CAM智能控制系統，通過對DCS上傳數據的分析、優化，把最佳決策反饋給DCS系統，對被控裝置進行智能化、全自動化操作。
1.2網絡架構
CAM智能控制系統是在DCS控制系統基礎上增加一臺上位機用作CAM服務器。DCS系統都有配套的OPCserver軟件，在與CAM服務器建立連接前需啟用OPCserver服務并配置DCOM，作為OPC數據服務端使用；CAM服務器作為OPC客戶端也需要配置DCOM。兩者配置完成后即可通過OPC通訊進行數據交流。
1.3神經網絡建模
神經網絡（NeuralNetworks,NN）是由大量的、簡單的處理單元（稱為神經元）廣泛地互相連接而形成的復雜網絡系統，具有大規模并行、分布式存儲和處理、自組織、自適應和自學能力，特別適合處理需要同時考慮許多因素和條件的、不精確和模糊的信息處理問題[4]。神經網絡是一種運算模型，由大量的節點（或稱神經元）之間相互聯接構成。每個節點代表一種特定的輸出函數，稱為激勵函數（activationfunction）。每兩個節點間的連接都代表一個對于通過該連接信號的加權值，稱之為權重，這相當于人工神經網絡的記憶。網絡的輸出則依網絡的連接方式，權重值和激勵函數的不同而不同。一個典型的神經網絡結構包含輸入層、隱含層（用戶看不見這些層，所以叫隱含層）和輸出層，其中隱含層可以是多層的結構。外部數據由輸入層引入神經網絡系統，經過隱含層的分析處理后，計算結果通過輸出層給外界。
2脫硝裝置自動控制的實施
2.1數據收集與處理
脫硝裝置自動化智能控制的預測模型需要采集一段時間的數據用于回歸模型參數，一般不少于3個月。為保證模型有較寬的適用范圍，數據的覆蓋面必須較寬。直接導出DCS歷史數據是比較方便的數據采集方法，若DCS歷史數據缺失則需要在CAM服務器上通過OPC通訊采集到足夠多的數據。有些信號數據需要進行降噪處理，一階濾波是可適用的最簡單的一種降噪處理方法，可以提高數據有效性，縮短數據采集時間。主要采集數據包括：氮氧化物濃度、含氧量、氨濃度、一級筒出口氮氧化物濃度、一級筒出口含氧量、氨水泵頻率、氨水壓力、氨水流量等。
2.2模型建立
為實現為氮氧化物濃度的自動控制，降低氮氧化物濃度波動，控制器引入了多個變量做前饋或約束變量，提高神經網絡模型預測準確度及安全性。氨水泵頻率是控制器的操作變量（MV），若使用的是工頻泵，操作變量可換為閥門開度等其他可調節氨水流量的變量。在實際運行中，各種變量信號引入控制器后，通過神經網絡模型計算出氨水泵頻率需要改變的值ΔMV，將氨水泵頻率現在時刻的設定值（SP）與ΔMV相加后得出新的設定值輸送到DCS中，從而改變氨水泵工作頻率，實現自動調節氮氧化物濃度。一級筒出口氮氧化物濃度是控制器的干擾變量（DV），因其距離脫硝裝置噴氨模塊更近，控制器引入該干擾變量可以有效消除脫硝系統的長時滯不良影響，提高控制穩定性。若一級筒出口測量儀表損壞，可使用煙囪出口氮氧化物濃度折算值的變化率替代該干擾變量。如果水泥窯協同處理生活垃圾，垃圾喂料量是一個很強的干擾變量，必須加入控制器中。在江蘇某水泥廠投用CAM智能控制系統時發現，因垃圾喂料量在不斷地波動，氮氧化物濃度很難控制穩定。在將垃圾喂料量作為干擾變量引入控制器并重新訓練神經網絡模型，新控制器投用后氮氧化物濃度穩定性顯著提高。喂煤量、爐窯溫度及其他窯況變化等也會對氮氧化物濃度產生一定的影響，雖然這些影響可以依靠氮氧化物濃度反饋值消除，但在神經網絡模型中引入這些變量可以大大提高神經網絡模型的魯棒性，對提高不同工況下氮氧化物濃度穩定性有較大的幫助。
3案例介紹
脫硝裝置CAM智能控制系統在安徽省某水泥廠5800t/d生產線進行了應用，脫硝控制器投用前(APCOFF)，氮氧化物濃度波動大，平均值316.2mg/m3，標準偏差34.6mg/m3；脫硝控制器投用后(APCON)，氮氧化物濃度控制穩定，平均值378.8mg/m3，標準偏差11.6mg/m3。在排放達標的前提下適當提高氮氧化物濃度控制目標值，可以節省氨水用量，預計該廠每年可節省氨水用量10%以上。
4結論
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關鍵詞：人工智能;電氣;自動化
人工智能是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法 技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支 它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器．該領域的研究包括機器人．語言識別、圖像識別 自然語言處理和專家系統等。電氣自動化是研究與電氣工程有關的系統運行、自動控制，電力電子技術、信息處理、試驗分析 研制開發以及電子與計算機應用等領域的一門學科。實現機械的自動化，讓機械部份脫離人類的直接控制和操作自動實現某些過程是電氣自動化和人工智能研究的交匯點。積極運用人工智能的新成果無疑有利于電氣自動化學科特別是自動控制領域的發展．也有利于提高電氣設各運行的智能化水平．對改造電氣設備系統，增強控制系統穩定性．加快生產效率都有重大意義。
1、人工智能應用理論分析
人工智能(Artificial Intelligence)，英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬，延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質．并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器 該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別 自然語言處理和專家系統等。自從1956年“人工智能 一詞在Dartmouth學會上提出以后，人工智能研究飛速發展，成為以計算機為主．涉及信息論．控制論， 自動化、仿生學、生物學、心理學、數理邏輯、語言學、醫學和哲學的一門學科。人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜的工作。
當今社會，計算機技術已經滲透到生產生活的方方面面．計算機編程技術的日新月異催生自動化生產，運輸 傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，編程也不過是簡單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋．所以模仿模擬人腦的機能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產．流通、交換、分配等關鍵一環．實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。
2、人工智能控制器的優勢
不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去討論。但Al控制器例如：神經、模糊、模糊神經以及遺傳算法都可看成一類非線性函數近似器。這樣的分類就能得到較好的總體理解．也有利于控制策略的統一開發。這些Al函數近似器比常規的函數估計器具有更多的優勢．這些優勢如下：
(1)它們的設計不需要控制對象的模型(在許多場合，很難得到實際控制對象的精確動態方程，實際控制對象的模型在控制器設計時往往有很多不確實性因素，例如：參數變化，非線性時，往往不知道)。
(2)通過適當調整(根據響應時間 下降時間、魯棒性能等)它們能提高性能。例如模糊邏輯控制器的上升時間比最優PID控制器快1.5倍 ，下降時間快3.5倍， 過沖更小。
(3)它們比古典控制器的調節容易。
(4)在沒有必須專家知識時．通過響應數據也能設計它們。
(5)運用語言和響應信息可能設計它們。
總而言之，當采用自適應模糊神經控制器、規則庫和隸屬函數在模糊化和反模糊化過程中能夠自動地實時確定。有很多方法來實現這個過程，但主要的目標是使用系統技術實現穩定的解，并且找到最簡單的拓樸結構配置．自學習迅速，收斂快速。
3、人工智能的應用現狀
隨著人工智能技術的發展，許多高等院校及科研機構就人工智能在電氣設備的應用方面展開了研究工作，如將人工智能用于電氣產品優化設計，故障預測及診斷、控制與保護等領域。
3.1 優化設計
電氣設備的設計是一項復雜的工作 它不僅要應用電路、電磁場、電機電器等學科的知識，還要大量運用設計中的經驗性知識。傳統的產品設計是采用簡單的實驗手段和根據經驗用手工的方式進行的．因此很難獲得最優方案。隨著計算機技術的發展，電氣產品的設計從手工逐漸轉向計算機輔助設計(CAD)，大大縮短了產品開發周期。人工智能的引進．使傳統的CAD技術如虎添翼．產品設計的效率及質量得到全面提高。用于優化設計的人工智能技術主要有遺傳算法和專家系統。遺傳算法是一種比較先進的優化算法，非常適合于產品優化設計。因此電氣產品人工智能優化設計大部分采用此種方法或其改進方法。
3.2 故障診斷
電氣設備的故障與其征兆之間的關系錯綜復雜，具有不確定性及非線性．用人工智能方法恰好能發揮其優勢。已用于電氣設備故障診斷的人工智能技術有：模糊邏輯、專家系統、神經網絡。
變壓器由于在電力系統中的特殊地位而備受關注，有關方面的研究論文較多。目前對變壓器進行故障診斷最常用的方法是對變壓器油中分解的氣體進行分析．從而判斷變壓器的故障程度。人工智能故障診斷技術在發電機及電動機方面的研究工作也較為活躍。
3.3 智能控制
人工智能控制技術在自動控制領域的研究與應用已廣泛展開．但在電氣設備控制領域所見報道不多?？捎糜诳刂频娜斯ぶ悄芊椒ㄖ饕?種：模糊控制、神經網絡控制、專家系統控制。由于模糊控制是其中最為簡單、最具實際意義的方法．因而它的應用實例最多。
