计算机控制技术论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇计算机控制技术论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

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《计算机控制技术》这门课程在不同高校的课程设置有很大的不同。有的高校侧重于以计算机为主线，着重讨论直接数字控制系统、以及现场总线控制系统等计算机控制系统。有的高校侧重于硬件系统的设计和仿真，而对软件却是一带而过。有的高校针对的是计算机控制技术的数学描述及控制算法。应该说各个高校在教材的选取和教学环节的进行中都有自己的独到之处，但是对于针对本校学生的实际情况，这些是远远不够的。在经历了若干个环节的教学和实践中，我对计算机控制技术这门课程的教学改革的方法和实践有自己的一些认识。

2课程教学改革的方法和实践

2.1教学环节突出侧重点

针对本校学生的实际水平，在教学环节中突出侧重点。由于本课程的第一部分主要涉及计算机控制的基础知识、数学模型及控制原理和分析方法。这一部分内容在前期的自动控制原理、复变函数中都有所讲述，那么在本课程的学习中主要是针对课程内容进行复习和总结，而不作为重点内容进行讲授。而第二部分中，讲述的是计算机控制技术的算法和应用以及系统仿真的算法。该部分是众多学科实践与应用的理论支撑，包括了经典控制算法如PID控制算法及其改进等，复杂控制算法如最少拍控制及达林算法等以及数字滤波等数据处理方法，同时包括了系统仿真算法。这一部分作为重点内容讲授。而第三部分是控制系统的MATLAB仿真和SIMULINK仿真。该部分需要学生动手实践来完成，实际应用也很广泛，在讲授中同样以举例的方式让学生能亲身体会到软件方面的使用。

2.2教学与教材有机结合

针对《计算机控制技术》这门课程的特点，现有的高校教材可谓是形形，各有各的特点，那么如何使学生更好的学习课程内容而又不依赖于教材呢？或者说如何使学生更好的理解教材内容而更深入的学习课程知识呢？这就要求将教学与教材有机的结合起来。针对本校学生特点，不能拘泥于一本教材来学习本课程，因此，在教学过程中，第一部分内容也就是前期的计算机控制技术基础知识和数学模型等内容，主要针对学生现有教材以及自动控制原理等教材进行讲解，第二部分内容主要是计算机控制技术的算法和应用以及系统仿真的算法。该部分的内容想对比较难，计算量大，因此既应用现有教材，还参考于海生等编著的《计算机控制技术》以及汤楠等编著的《计算机控制技术》等教材，针对算法的部分，结合不同教材的例题，使学生更好的理解算法的来源。第三部分即控制系统的MATLAB仿真和SIMULINK仿真，该部分更多的需要学生自己动手操作，那么在上课的过程中针对例题给学生通过多媒体演示的方法，引入知识点来提高学生学习的积极性。

2.3有效利用实验环节

《计算机控制技术》这门课程不但有独立的理论和方法，而且有相当强的实践性和应用性。因此，要学好这门课程，必须有效的充分的利用实验环节。本门课程安排在第六学期开设，该课程的实验的设置充分结合课堂内容，考虑以实际应用为主，主要安排了数字滤波器、数字PID控制算法、最小拍控制、大林控制算法等等。并为了提高学生的学习兴趣以及拓展学生的知识面，还安排了选做的步进电机控制、温度控制系统等现实中广泛应用的实验环节。

2.4重视教学中的考核方式

考核是评价学生学习、了解教师教学效果的一个重要杠杆。而仅仅通过期末考试的方法来对学生进行考核的话，有可能使学生平时不注重学习，期末搞突击，考后知识还给老师。我们把考核分为了4种：

①课堂作业。每次作业计10分，按照作业次数折合成满分10分的平时成绩。

②课堂表现。针对学生的课堂状态以及回答问题的正确率和积极性，计10分平时成绩。

③实验环节。针对各个实验中学生的预习情况、实验过程中的参与情况，实验结果的准确度来评价，满分计10分。

④期末考试。期末考试成绩折合成70%，再加上以上3项的成绩即为学生的总体考核成绩。这样分配更加合理，也充分调动了学生的积极性。

3结语

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论文摘 要： 概括说明机械电子控制产业发展的情况，重点介绍计算机技术在机械电子控制产业领域以及工业生产制造和人们日常生活中的广泛应用。

0 引言

现代科学技术的发展极大地推动了机械工业领域的变革，同时给相关生产产业带来了巨大的影响，提高了生产水平和技术。随着各种技术之间相融合的发展，以计算机电子技术、机械技术为核心的机电控制领域将给工业及科研等领域带来更多的实际应用。

1 计算机技术与机电控制技术的发展概况

1.1 计算机控制理论的形成与技术的发展

忽略数字信号的量化效应，可以将计算机控制系统看成采样控制系统，在这一系统中，将其中连续的环节离散化，则整个系统又可看成由不同的离散系统构成。计算机控制理论的发展主要是将采样理论、差分方程、变换理论、状态空间理论和系统辨识自适应控制等理论综合应用到控制技术中，使计算机控制系统有了初步发展。对于结构复杂、时变的非线性系统，控制系统则融入了鲁棒控制、模糊控制、预测控制等多种新型理论，逐步形成了工业过程控制系统的一个新方向。

自世界第一台电子计算机问世后，计算机首先被用来自动检测化工生产过程的过程参量并进行相关的数据处理，同时也研究了计算机的开环控制。到二十世纪六十年代，出现了用于过程控制的计算机，实现了直接数字控制。后经集中式计算机控制系统发展到现在的以微处理器为核心的分层式控制系统控制，通过计算机对生产过程进行集中监视、操作和管理控制等。伴随着计算机处理器等技术的发展，计算机控制技术也随之发生相应的变革，最终应用到工业生产中并对其产生巨大影响。

1.2 机械和电子控制技术的发展和现状

在生产、科研等诸多领域里，有大量的物理量需要按某种变化规律进行控制。在二十世纪三十年代之前，工业生产多处于手工操作的状态。最初采用基地式仪表控制压力温度等在一恒定范围内，初步有了对工业生产的机械控制实践。随着电子技术的迅速发展和计算机控制系统的出现，直接实现了工业生产中各参量和过程的数字控制。计算机的微型化使控制技术更加智能化，同时将机械、电子、计算机技术和控制技术有机结合的机电一体化技术也得到迅猛发展，且越来越被广泛的应用到各生产领域。目前主要形成并应用的机电控制技术主要有PID控制，PID是经典控制理论的代表，它吸收了智能控制思想并利用计算机的优势，形成了自适应PID和非线性PID等更利于控制的变种PID控制器。另外还有模糊控制（FLC）、变结构控制等，均随着计算机领域的发展在不断地拓宽。

2 机电一体化的发展及在工业上的广泛应用

2.1 机电一体化的简介和生产应用

机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及计算机软件系统集合起来所构成的系统总称，综合运用机械技术、微电子技术、计算机技术、电力电子技术等对各生产领域的控制过程进行监督操作。它主要应用领域有数控机床，通过相应的数控技术，在工业操作上结构、功能、操作精度上都有明显的提高。采用多CPU和多主线的体系结构，丰富了数控功能，也提高了生产效率。

柔性制造系统的应用是计算机技术和制造系统在机电控制工业的应用，是计算机化的制造系统。它主要由计算机、数控机床、自动化仓库等组成。在工业上，它可以随机地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，更适用于多品种，小批量等的离散零件的批量生产。

交流传动技术的发展也是随着电子技术和计算机技术的发展在工业上有了重要的应用，尤其是在钢铁工业中，使复杂的矢量控制技术得以实现，无论是大容量电机还是小容量电机现均可使同步电机或者异步电机实现可逆滑调速。也使交流传动系统在轧钢生产中得到广泛的应用。

可编程控制器（PLC）是集计算机技术和自动控制化技术于一体的新型控制系统。这一系统解决了工业控制系统中大量开关控制的问题，逐渐取代了耗能多、故障率高的继电器控制系统。随着PLC技术的进步，其应用领域更是不断扩大，可采集存储数据，还可对控制系统进行监控。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。这种过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。此外，随着工厂网络自动化的发展，PLC可实现通信及联网功能，更有助于工业生产的控制过程的监控。如今，PLC技术已经被广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保以及文化娱乐等各行各业。

2.2 计算机在机械和电子控制产业的应用实例

计算机技术和机械电子控制技术一体化的有机结合，不断使相关的新技术应用到更多的领域中去，这些应用到的领域已经不再局限于工业的生产，更多技术是切身关系到我们日常的工作和生活。下面举几个具体实例来介绍计算机技术和机电控制相结合的实际应用。

PLC实现了机械手移动工件的控制过程。随着世界经济和技术的发展，人类活动的范围不断扩大，机器人的应用正迅速向社会生产和生活的各个领域扩展，并从制造领域转向非制造领域，各种各样的机器人产品随之出现。随着机器人的生产和大量应用，很多领域，许多单一、重复的机械工作由机器人（也称机械手）来完成。工业机器人是一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作机，广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本有重要意义。与计算机及网络技术相结合应用的工业机器人的广泛使用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

农业方面，机械作业过程中驾驶室内的仪表盘正迅速由电子监视仪表取代并逐步由单一参数显示方式向智能化信息显示终端过渡，以此来改善人机交互界面。这种智能化显示终端又被称为虚拟化仪器显示终端（Virtual Display Terminal），它代表了当代仪器与控制装置发展的主流方向。它可通过屏幕任意选择显示机组中不同部分的终端信息，在屏幕上按操作者的需求，调用数据库信息，显示数据、图形、语音等多媒体信息。另外，还可以将数据信息动态存入类似信用卡尺寸大小的高密度智能化数据存储卡，将农业作业过程的数据信息通过智能卡带回办公室，由计算机应用高级软件进行处理。也可以将管理者的决策和操作指令通过智能卡传送到拖拉机上的智能控制终端，实现自动控制农机的操作。

PLC在自动售货机中的应用。自动售货机通过顾客选择商品开关，投入的硬币值由PLC驱动数码管显示，经过光传感器识别，通过判断，进行下一步操作，经过PLC的系统控制和信号输出完成售卖过程。计算机技术和机电自动控制在自动售货机中的这项应用极大方便了人们的生活，也使PLC的应用更加广泛。

交通信号灯系统也是微机软件应用到电子控制系统中的典型实例。通过主要应用PLC技术控制十字路口的信号灯动作。准确无误的完成信号灯的变灯动作来控制时间，这项应用更是极大方便了人们日常生活工作的出行。

电脑横机中计算机技术的应用给机械编织行业带来了巨大的变革。现在的电脑横机是一种涉及到计算机、机械、电子、控制等诸多领域的复杂系统。电脑横机的编织是一个极其复杂的过程，最初的横机是手动横机，只能胜任比较简单的编织过程。随着计算机技术应用到电脑横机中，通过电脑的自动控制，设计人员可对编织花型进行数字化设计，通过计算机数字直接控制机械的退圈、垫沙、脱圈、弯沙等相应的机械编织动作，由计算机指令控制系统完成整个设计的编织，极大地提高了工业生产效率。

与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势。

3 总结

在机械生产领域，电子技术和计算机技术的融入发展，机电一体化的形成是机械工业中的重要变革。通过不断发展的计算机技术，使机电一体化相关的技术在诸多领域中得到了广泛的应用。

参考文献

[1]张东宝，工程机械与控制技术[M].筑路机械与施工机械化，2007.

[2]马增强等，数据采集系统的研究，微计算机信息，1998.

[3]王立新，浅谈数控技术的发展趋势[J].赤峰学院学报，2007.

[4]杨明等，机电一体化的研究现状及发展趋势，农机化研究，2006.

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论文关键词:计算机控制;汽车行业;汽车性能测试;汽车监控;汽车检测

论文摘要:一直以来汽车工业都是国家经济发展的支柱产业之一。随着社会的进步，经济的发展以及我国入世以后汽车行业的迅速发展，这就把汽车行业对科技水平需求提升到了一个新的高度。文章就计算机控制系统在汽车行业中的一些重点应用问题进行了综合论述。

我国入世以后汽车行业得到了迅猛发展，汽车已逐渐成为人们生产和生活中不可或缺的工具。目前，我国是全世界机动车保有量增长最快的国家（2007年末统计超过2300万辆）。这也就强烈的促进了汽车行业的发展。与此同时，现代计算机控制技术已渗透到汽车的各个组成部分，汽车的结构变得越来越复杂，自动化程度也越来越高。不过对于汽车行业来说，从宏观角度来看计算机控制系统表现最为突出的是在：汽车出厂前的性能测试、汽车出厂后的监控及汽车检测三大方面。下面我们首先来看一下：

1．计算机控制系统在汽车性能测试方面的应用

由于电子技术的飞速发展，测试技术日新月异。应用先进、成熟的测试技术，是成功开发性能优良、经济实用的汽车性能测试系统的基本原则。在汽车性能的测试方面，最常见的计算机控制系统包括：

1.1PLC控制系统

可编程序控制器PLC(ProgrammableLogiccontroller)控制系统:PLC是重要的机电一体化产品，其主要功能是开关量控制。起初主要用于替代继电器控制，目前已发展到具有模拟控制功能，因而应用范围也有所扩展，形成了以PLC为核心的控制系统模型。

1.2面向对象控制系统

面向对象的控制系统是利用典型基础控制产品，针对特定应用对象进行系统设计和二次开发，二次开发的重点是系统结构、专用系统或部件以及应用软件的开发。这种系统由于其针对性强，因而能够做到系统紧凑、价格低廉，并能实现EIC（电控、仪控、计算机）一体化。

1.3DCS控制系统

分布式控制系统DCS(Distributedcontrolofsystem)，DCS是当今汽车过程工业自动化的主控系统，特点是控制分散、操作显示集中、系统具有很高的可靠性和很强的功能。

1.4模块化控制系统

近年来控制模块和模块化控制系统得到发展。模块化控制系统是以模块为基础，组成高度可配置的、分布式采集控制系统，这种系统当I/O出现故障时，只需要调换故障的模块，而不需替换整个系统。模块化控制系统的持点是：结构简单、安装方便、组织灵活、可扩展性较好、可靠性高、维护方便。

2.计算机控制系统在汽车监控方面的应用

从上世纪末90年代，电子信息技术越来越多地进入交通运输部门，并逐渐形成一个崭新的工程领域，即智能交通系统ITS(IntelligentTransPortationSystem)。所谓智能交通系统，就是通过采用先进的电子技术、信息技术、通信技术等高新技术，对传统的交通运输系统及管理体制进行改造，从而形成一种信息化、智能化、社会化的新型现代交通系统。

2.1车载端计算机控制系统的职能归纳

车载端计算机控制系统的职能可归纳为：首先，精确定位:车载监控终端全天候24小时连续不断的接收GPS卫星信号，从而为系统提供车辆的位置和速度，定位精度可达10米。其次，记忆功能:车载监控终端具有存储车辆位置/模拟量/异常信息的功能，而且可存储长达两个月的车辆位置/模拟量信息。第三，控制功能:车载监控终端接收到监控中心的控制命令后，对车辆执行控制动作。第四，通信功能:在GSM网络覆盖范围内，车载监控终端可与监控中心进行数据交换。最后，防劫报警职能:在车辆遭受抢劫时，驾驶员触动一个隐蔽报警按钮，即可在自保的同时等待援助。

2.2监控端计算机控制系统的职能归纳

监控端计算机控制系统的职能可以归纳为：首先，数据预处理:通信服务器从Internet上接收到车辆的信息之后对信息进行初始的验证、校验、数据日志处理。并将待处理的信息分发给有处理能力的监控终端。其次，数据跟踪:将移动车辆的实时位置以列表的方式显示出来。第三，跟踪监控功能:服务器端可以实现对多终端的跟踪监控，系统实现采用TCP/IP协议，采用此协议是因为该协议可以保证信息传输的可靠性和实时性。第四，报警功能:终端设备报警分为预报警，实际报警，以及报警解除三级报警状态，这主要为了避免误报警情况发生，当服务器端收到终端设备预报警信息，则弹出报警对话框，并且在预报警车号列表框中列出发出预报警信息的车号，双击其车号可以使系统定位到该车上，预报警情况不会使系统自动定位该车号的终端。

3.计算机控制系统在汽车检测方面的应用

对于计算机控制系统在汽车检测方面的应用，我们需要从汽车管理检测和汽车故障检测两方面来进行分析。

3.1计算机控制系统在汽车管理检测方面的应用

其实也就是常说的“多站点汽车检测动态管理网络系统”主要是利用计算机信息技术实现道路运输管理部门对多个汽车检测站的检测数据进行实时传输与检测结果的自动判断，实现车辆二级维护备案，并实现对道路运输车辆技术状况的实时监控和道路运输车辆相关信息的自动化传输，该系统还可以对汽车维修企业的二级维护车辆的一次检验合格率进行监控，该系统可以应用于所有道路运输管理部门，以及其相应的检测站，利用网络技术实现车辆技术管理及信息传递的自动化，满通部4号令的要求。该系统采用分级分布式星型网络结构，网络各工作站点通过集线器相互连接构成检测系统局域网络，完成数据通信和信息传输;通过调制解调器能方便地与电话网连接，加入Internet国际互联网，实现局域网与局域的远程通信，从而构成广域网。其车辆检测、办理车辆技术等级评定和二级维护签章实行封闭式自动检测和流水作业办公。

3.2计算机控制系统在汽车故障检测方面的应用

经过多年的发展，目前国内的汽车故障检测维修行业已具相当规模。大部分汽车综合性能检测站均采用了计算机控制系统，汽车维修企业也应用维修信息管理系统，一定程度上实现了检测自动化和管理科学化。

3.2.1计算机控制系统可以为汽车故障检测提供技术支持

通过计算机控制系统完善汽车行业整体信息化之后，维修企业就可以通过一个公共的专家数据库查询需要的维修技巧并将自身的工作经验与同行共享；一个维修企业的配件储存是有限的，但如果将每个维修企业甚至供应商的配件仓储量、型号和规格等登入信息网，可以较好地解决企业配件短缺但一时难以购置的问题；为车主提供周到迅速的服务，应是每个维修企业追求的目标之一，车辆检测不合格需要进厂维修时，维修企业可以通过网络查询到该车辆的原始检测数据和汽车性能曲线，极大地提高维修效率和准确性。

3.2.2计算机远程故障控制系统对汽车行业的现实意义

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本论文系统详细的介绍了电网干扰监测系统的软件及硬件电路设计，该系统能自动监测电网电压质量，并对电网参数进行测量。本文首先论素了本课题的目的和意义，同时介绍了研究的总体思路，并对各部分电路进行方案论证，确定了总体方案。

软件部分主要包括主程序和子程序模块，本设计软件硬件的结合，使系统获得更高的精确度。

硬件部分是由平均值测量电路，正负峰值检测电路，干扰脉冲检测电路，频率检测电路，采样保持电路，A/D转换电路，LED显示及打印输出等部分组成。

本监测系统能够自动检测以上电压值并显示和打印，同时当中线对地电压峰值超过5V能自动报警。

其次对设计调试冲出现的问题加以论述，并把实验数据结果记录下来。

最后，对于部分模拟电路采用了另外的先进方法，并对其原理加以论述。

第一章 概述

当今社会是信息时代，随着电子技术的发展，电子设备大量采用半导体器件和集成电路，近年来已经广泛采用微型计算机控制技术。计算机和智能仪器等各种设备已经大量进入各个领域，然后热门花了大量的时间和很高的代价才认识到供电设备的供电威胁着信息设备，特别是电网供电对信息设备的影响。

工业电网的供电质量是一个棘手的问题，一方面现场电网的电压和频率的波动范围较大，波形不好以至频繁的停点；另一方面用电系统要求供电波形稳定性能好，而这些都设计到电网供电质量的检测。

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关键词:电厂安全生产;远程监控;自动控制;远程监控

中图分类号:TM764

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)19-0033-02

随着计算机技术、控制技术、通信技术、网络技术等的快速发展,逐渐形成了工业控制的数字化、智能化与网络化,使计算机控制系统逐步从集散控制系统(Distributed Control System,DCS)走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集当今计算机技术、网络通信技术和自动控制技术为一体的当代最先进的数字化网络计算机控制技术,是一种全分散、全数字、全开放的控制系统,是自动控制技术发展的焦点和热点,被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。

目前全国很多电厂都在实施生产系统的远程自动化控制改造,采用FCS技术构建环绕全电厂的安全生产远程监控系统是必然趋势,因此,本论文将主要针对电厂内安全生产远程监控系统的构建进行分析,以期和同行共同讨论。

一、基于CSS架构的远程监控系统设计

(一)系统的架构模式选择

按照系统终端情况的不同,可将该数据采集监控系统的开发模式总的分为B/S(浏览器/服务器)和C/S(客户端/服务器)两种结构模式。B/S结构的系统以服务器为核心,程序处理和数据存储基本上都在服务器端完成,用户使用IE浏览器就可以进行事务处理。C/S结构的系统以服务器作为数据处理和存储平台,用户在终端安装特定的程序来进行事务处理,然后再将数据传递到服务器端。

结合上述分析,本论文采用C/S/S模式结构。C/S/S模式也叫客户/应用服务器/数据库服务器结构Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是从C/S模式发展而来的。这种模式中的三层架构“分工”明确。客户端负责程序的应用和数据的读取、分析等前台操作,应用服务器存放并运行信息系统的业务逻辑,数据库服务器存放并管理信息系统的数据。由于在客户端和数据库服务器之间使用了应用服务器来处理业务逻辑,大大减轻了数据库服务器的压力,极大地提高了系统的并发处理能力;另外,由于用户的请求是发向应用服务器而不是数据库服务器,使得数据的安全性大大提高,数据库服务器的主要职责由应付客户端的数据请求,也为了实现数据的网络共享,故这种结构非常适合实时响应性、安全性、数据吞吐率等性能要求较高的系统,同时它也继承了C/S结构的优点,目前这种方式是最可靠、最能完美体现电厂大范围内的远程监控系统的控制特点及要求。

(二)系统层次结构设计

1.上位机系统层次分析。电厂安全生产远程监控系统采用三层C/S/S体系结构,使得用户只需要通过客户端即可轻松完成和实现丰富的信息管理等多种功能,整个上位机系统由客户端应用程序、应用程序服务器和数据库服务器三个层次构成,其中客户端应用程序主要完成对电厂远程监控系统的信息管理及控制等操作;应用程序服务器主要集成对全电厂安全生产管理系统的控制、管理程序;数据库服务器主要是用于存储电厂安全监控系统的生产、监测监控数据,以备查用。

2.下位机系统层次分析。既然要实现全电厂安全生产的远程监控,就必须要借助网络层实现对底层电厂生产设备、生产过程的远程监测监控,如对锅炉设备、水轮发电机组等生产设备的远程监测及监控,因此对于下位机系统的层次构成,主要是由传感采集设备(即传感器)完成对生产设备的特征数据的采集,通过数据采集卡加载网络通信模块完成数据的网络远程传输,传输到上位机系统的数据库服务器,并由用户通过客户端应用程序,通过调用应用程序服务器中的远程管理控制程序,实现对底层设备的远程监测与监控。

3.网络传输层分析。根据电厂生产设备分布式的特点,以及对电厂生产过程远程监控的要求,本论文采用现场总线技术,同时借鉴工业以太网的统一通信协议的特点,对面向全电厂布置的分布式安全生产系统实施远程监控。远程通信网络布置要合理,这是在网络传输层布置时必须遵守的。

(三)远程监控系统的控制实现方式

电厂的远程控制系统的控制方式采用远程控制与现场手动控制相结合的方式。首先要实现相关生产设备及生产过程的远程控制功能,这主要依赖于对底层设备的控制数据的组态而实现,通过上位机的客户端程序,实现对电厂安全生产的远程控制功能;其次,是要在相应的生产设备或生产过程现场配备手动控制开关,以满足不同的优先级控制需求,也有利于对相关生产设备的现场检修、维护和系统改造升级等。

二、电厂安全生产远程监控系统的实现

(一) 远程视频监视系统设计

1.视频信号传输方式。工业电视系统的信号传输有两种方式:电缆传输和光纤网络传输。这里选定光纤作为电厂远程视频监控系统的传输介质,结合目前现场总线发展的新技术,依靠最先进的工业以太网通信技术实现电视监控系统的联网传输。

2.系统设计。电厂生产远程视频监控系统主要由前端摄像设备、视频控制设备、光纤数据传输设备和视频输出设备等部分组成。(1)前端摄像设备。前端摄像设备即为安装在社区内的各个布点场所的摄像机。地面使用的摄像机由于监控范围较大,大部分使用的是云台摄像机,云台是一个能进行水平和垂直两个方面运动的装置,安装于其上的摄像头能够实现水平350°,垂直90°全方位摄像,因此选用彩色全方位摄像仪。(2)视频控制设备。视频控制设备是监控系统的心脏,可以分前向设备与后向设备,前向设备主要包括视频服务器,主要功能是实现视频信号的联网;后向设备主要由光发射机、光接收机、视频分配器、视频矩阵控制切换系统、处理器、云台控制器等组成,一般安装在总调度室,完成视频图像的接收与处理,遥控云台的全方位移动,调节镜头焦距的变化以及各种输出信号的控制。(3)光纤数据传输设备。数据传输设备主要采用光纤进行传输,同时需要为整个传输系统配备交换机及流媒体服务器等设备,实现视频信号的全数字化传输。采用光纤的最大优势就在于可以远距离而无失真的传输视频数据信号。(4)视频输出设备。视频输出设备主要包括监视器、DLP大屏幕和硬盘录像机,调度室的工作人员可以通过监视器、DLP大屏幕对控点进行24h监控,也可通过硬盘录像机将摄像机图像保存下来,为电厂安全生产提供必要的数据信息。

(二)远程数据传输通信协议设计

通信应用服务程序和监控终端间的通信方式是基于TCP/IP网络的Windows Socket通信,因为这种通信协议是目前现场总线中最为主流和应用最为广泛的通信协议之一,用来传送各种监控数据、信息和控制命令等,具体的通信协议如下:

帧组成字段的意义:

1.IP地址用来标识发送者的网络地址,用long表示。

2.类型表示通信类型,共分为2种,即:查询和应答,用byte表示,其中0x01表示查询,0x02表示应答。

3.时间指当前系统时间,表示帧发出时的本机系统时间,在中心服务器发向端局监控机的查询帧中用于校对监控机的系统时间,用time_t表示,即精确到秒级。

4.数据长度用来表示后跟数据的总长(字节,不包括长度本身及以前数据),用long表示。

5.数据是指具体的数据,其组成及解释随类型不同而变化。只要在需要实现远程监控的设备或机房内布置了采用该通信协议的现场总线,那么该生产设备或生产过程就可以被集成到全电厂安全生产监控系统的平台上,实现安全生产的远程监测与监控。

(三)远程监控系统的接口设计

接口是指通信服务器和底层的远程监控终端之间的通信接口。

通信服务器和监控终端之间的通信接口,采用基于TCP/IP网络的Windows Socket通信方式,包括以下部分:

1.系统对时:监控终端定时向通信服务器查询系统时间,把本机时间和通信服务器时间进行同步。

2.查询一个机房运行状态。

3.查询一个班组:当监控终端主机监控一个班组时,定时向通信服务器发查询本班组所有机房运行状态的命令。对获得的机房数据进行处理。

4.查询所有机房:当监控终端主机监控所有机房时,定时向通信服务器发查询所有机房运行状态的命令。对获得的机房数据进行处理。

5.查询通信状态:监控终端主机定时发送查询交换机当前通信是否正常的命令。

6.接收报警:监控终端主机接受通信服务器发送的报警信息并进行处理、显示。

三、结语

电厂是我国重要的电力能源输出基地,对于全国数千个电厂而言,实现生产过程的远程自动化控制,是提高我国工业生产自动化、智能化水平的重要要求,同时对于生产设备和生产过程的远程安全监控,也是不可缺少的。本论文对电厂安全生产远程监控系统进行了分析设计和讨论,给出了完整的远程控制方案和远程监控的实现手段,对于提高自动化水平和计算机自动控制在电厂安全生产远程监控系统中的应用具有一定的指导和推广意义。

参考文献

[1]刘桂芝.智能社区网络视频监控报警联动系统的设计[J].微计算机信息,2005,(28).

[2]倪海燕,马常旺,胡超.基于多线程技术的智能小区管理服务系统构建[J].宁波大学学报(理工版),2006,19(1).

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论文关键词：智能电网；电力特色教学模式；电力信息化和智能化

随着智能电网、绿色能源席卷全球，电力行业迎来了蓬勃发展的新时期，电力不但要信息化还要智能化，电力企业将需要大量高水平的既精通信息技术又有电力专业背景的人才，这给电力大学计算机专业人才培养带来机会和挑战。结合电力大学的大电力特色，为培养智能电网急需的高素质复合型人才，开展计算机专业电力特色教学模式的研究和实践具有重要的意义。为了培养智能电网急需的信息人才，需要开展计算机专业的电力特色教学，首先要开设“电力信息化”课程。

一、我国电力信息化现状及智能电网的目标

电力信息化是指计算机、通讯等信息技术在电力工业各个环节应用全过程的统称。我国当今电力信息化现状是实施电力工业生产过程各个环节的信息化，包括电力工业规划、设计、施工、发电生产、输电、变电、配电、用电、电网调度、供电营销、物资及管理等各个环节。由此可见，信息技术是电力信息化的基础，各类电力资源的开发和利用是电力信息化的核心。提高电力企业的经营决策水平和经济效益是电力信息化的宗旨。智能电网将使电力信息化从数字化向智能化发展。智能电网是电力信息化的延续和飞跃。智能电网是飞速发展的信息技术与新能源变革融合在一起的产物。中国的智能电网目标是分三个阶段推进：2009年至2010年为规划试点阶段，重点开展“坚强智能电网”发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制及各环节试点工作；2011年至2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术、装备实现重大突破和广泛应用并自主可控；2016年至2020年为引领提升阶段，全面建成统一的“坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。

通过分析我国电力信息化现状及智能电网的目标可见，各国探索智能电网建设的先行策略是信息技术应用。为实现智能电网的战略目标，电力企业将需要大量高水平的既精通信息技术又懂电力信息化业务的复合型人才，因此，对计算机专业学生开展电力特色教学是非常必要的。

二、电力大学计算机专业电力特色教学模式

面对电力行业信息化飞速发展的形势，特别是智能电网席卷全球，电力大学计算机专业的教学模式在保有原有优势的基础上创建特色，开展以计算机技术为主、电力专业背景为辅的特色教学模式。2010年学校设立了计算机专业电力特色教学模式研究和实践的教改项目，以实现计算机专业的电力特色及工程应用能力的培养。电力特色教学重点要放在计算机技术和电力专业交叉点上，电力特色教学的先行策略是由电力信息化这门课程承担此重任。2010年学校将电力信息化课程列入433门核心课程中。修改后的2008版教学大纲中电力信息化这门课程是计算机专业学生的必修课程，这不但要求电力信息化这门课程的内容不断优化，同时也要求对电力信息化课程的教学进行改革。

电力大学计算机专业电力特色教学模式的后行策略是在电力信息化这门课程改革和研究的基础上进行课程群建设，开设代表计算机技术和电力专业最新技术交叉点的“电力云平台”、“电力物联网技术”等课程，并将“电力信息化”、“电力云平台”及“电力物联网技术”三门课程纳入到一个课程群来建设。可见电力大学亟待探索并建立适合计算机专业的电力特色及工程应用能力的培养模式。

三、电力信息化课程特点与教学现状分析

1.电力信息化课程的特点

电力信息化这门课程具有如下特点：

（1）涉及面广。电力信息化这门课程内容涵盖电力工业生产发电、输电、变电、配电、用电、电网调度等全过程的信息化与智能化。课程内容包括发电企业的信息化与智能化、变电站的信息化与智能化、电力调度中心信息化与智能化、配用电生产管理信息化和智能化、电力信息安全技术及物联网在智能电网中的应用等。

（2）技术先进前沿。电力信息化这门课程内容涵盖当今信息和电力领域的前沿技术、热点技术。如在讲解变电站的信息化与智能化这部分内容时要详细分析电力领域的热点技术iec61850。在讲解电力调度中心信息化与智能化这部分内容时要详细分析信息领域的热点技术soa和电力领域的热点技术cim及其在电力调度的应用。在讲解物联网在智能电网中的应用这部分内容时要详细分析当今信息和电力领域的前沿技术物联网、智能电网及云平台。

（3）与电力行业实际工程紧密结合。在讲解课程的各部分内容时紧密结合实际工程。如在讲解发电企业的信息化与智能化这部分内容时紧密结合发电企业的实际工程，如水电站厂级监控系统、火电站的dcs系统、发电厂?sis系统、发电厂智能管理信息系统等。

（4）多学科的交叉。电力信息化课程是计算机技术、通讯技术、控制技术、电力系统背景知识的融合与交叉。在讲解课程的各部分内容时处处是多学科的交叉，如在水电站厂级监控系统中涉及计算机的网络通讯技术，涉及控制领域的plc技术和现场总线技术，涉及水力发电特性专业背景知识等。

（5）电力信息化课程的教学内容是动态的，是与时俱进的，随着电力信息化和智能化的发展而不断地补充新内容，没有现成的教材。当今世界电力信息化和智能化发展非常迅速，如国家电网公司已经开展广域全景分布式一体化的电网智能调度技术支持系统研制。在讲解电力调度中心信息化与智能化这部分内容时就必须补充这部分新技术。

2.电力信息化课程教学现状分析

（1）没有现成的教材，课程难度大，师资紧缺。从上述分析的电力信息化这门课程的特点可见，要求老师具备丰富的知识储备及电力工程经验。

（2）课程内容与电力实际紧密结合，学生没有现场工程概念，又是多学科的交叉，学生感觉课程难度大且抽象，学习兴趣不足。很多学生很想学好这门课，但他们中只了解信息技术，没有其他学科技术知识的积累。本课程开设在大三的第六学期，很多学生感觉困难后就放弃了，准备考研复习。

四、电力信息化教学改革的思想和方法

电力信息化这门课程是综合应用课程，教学思想和方法的改革是必要的，具体措施如下：

1.组建一支优秀的教学团队

通过引进发掘培养人才，组建一支优秀的教学团队。吸纳不同学科的拥有前沿的信息技术、丰富的电力背景和工程经验的老师进入团队，可以根据老师的特长安排讲解相应的章节。电力信息化这门课程可由若干老师共同完成。由于国内市场几乎没有相关专著和教材，已经组织讲课团队老师撰写并出版电力信息化教材。教材包含当今电力信息化和智能化最新技术并提供老师们的最新研究成果。该团队的老师需要及时了解电力行业的信息化和智能化最新动态的最新技术。除了合作项目途径外，老师要利用一切机会参加合作、进修和交流。通过团队的力量来解决没有现成的教材、课程难度大的问题。

2.补充课程中需要的其他学科知识

鉴于计算机专业学生的知识结构比较单一，在学习电力信息化课程时先为学生补充必需的计算机控制与通讯基础技术知识，包括计算机控制通道接口技术、plc技术、串行通讯技术、现场总线技术及工业以太网技术等。在学习电力信息化的具体相关内容时为学生铺垫必需的电力背景知识和工程背景内容，如讲解水电站厂级监控系统时要先补充水力发电厂相关内容。通过利用一定的学时补充课程中需要的其他学科知识来降低学生课程学习的难度，使学生能快速全面地了解并掌握电力信息化技术。

3.新技术、新理念的引入

由于没有现场工程概念，学生在学习电力信息化课程时会感觉抽象、难以理解，老师有必要与时俱进地将新的技术和理念引入课堂中。例如可以引入当今电力行业流行的先进仿真培训软件，比如三维变电站仿真培训软件，让学生在软件上仿真漫游变电站并模拟各种操作。通过仿真软件让学生模拟接触电力工业现场，建立对电力工业现场的感性认识，提高学生的学习兴趣。

为了加强学生课后巩固教学环节，帮助学生消化和应用所学知识，可以将新的理念引入课堂中。借鉴西方本科教学及我国研究生培养的经验，本课程课后作业巩固环节可以尝试不同于常规计算机专业课程的方法。本课程要求学生在课后查阅大量的文献资料。每章的作业是查阅与本章相关的文献资料并撰写提交小论文，期末每个学生制作ppt文件并开展讨论。

在学生课后巩固教学环节中老师起着重要的引导作用。指导本科学生查阅相关文献资料时，首先要教会学生如何在海量信息中查找到需要的优秀文献，如何充分利用校图书馆提供的优质库资源，然后指导学生如何读文献，如何写小论文。要求学生在每章节后阅读15篇以上相关文献资料并提交小论文。教师要认真批阅学生的小论文，总结学生容易出现的普遍性问题，在下次写小论文时提醒学生注意。

4.实施案例教学

新的电力信息化教学实施方案与国内外电力发展紧密结合，既具有理论性又有很强的实用性。此课程在教学方法上必须将理论与工程案例结合，实施案例教学。案例可以来源于实际经典案例，也可以来源于老师们的最新研究的相关成果。在案例教学的过程中要培养学生如何将工程应用问题转化为计算机问题的能力。如在讲解iec61850和cim技术时，要剖析iec61850和cim是如何利用计算机技术中的面向对象技术来建模的。

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关键词:水闸自动化 监控系统 关键设计

中图分类号:TV66 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0033-02

水闸自动化监控系统的实施不仅有利于对闸门、泵站等工程准确、可靠地进行监测和控制,继而将水情、闸门工况和运行状态等信息共享,建立实时和历史数据库供流域机构及有关部门监督和分析统计而且能够对防治水害、加强水资源统一管理、降低运行成本、保障水利持续发展具有十分深远的意义。因此,论文结合上海奉贤区水闸的自动化监控管理为例探讨这一领域的研究现状及关键技术。

1 水闸监控系统的发展概况

现有的水闸监控系统一般采取分布式控制系统(DCS)结构,在一定程度上提高了系统的自动化程度和设备的可靠性,但是由于水闸所处的工作环境普遍比较恶劣,其液压系统、传感设备装置等元器件老化较快,经常出现误动、拒动现象,信息一般没有数字化,更没有进行存储,因此,集控系统平台上缺乏设备及系统健康状态信息,从设备的检修维护方面看,现有的水闸监控系统基本上还是采取事后维修,或者定期检修这样较为传统的检修维护策略,而在技术管理领域基本上还处于空白阶段,没有进行系统的设计、规划、实施,因此,将控制、维护和技术管理集成系统应用于水利自动化系统,形成水利枢纽集成自动化系统,可以在很大程度上提高系统的可靠性和稳定性,保证控制命令的正确执行。为了提高水利工程效益和管理水平,精简管理人员,适应现代化水利的要求,必须利用先进的计算机技术、通信网络技术及自动化监控技术形成水利闸门控制、维护和技术管理综合集成自动化系统。通过对水利枢纽闸门系统的运行状态和健康状态实施实时监控,可以提高调度运行响应速度和能力,实现在线优化调度,充分发挥水利枢纽工程信息在国民经济建设和社会发展中的作用。

2 水闸自动化监控系统的组成

上海奉贤区水闸自动化控制系统可按以下方案设置:区水闸管理所作为远程控制的总站（区防汛办可作为总监视站）,金北水闸、白庙水闸、南横泾水闸、南竹港水闸、南沙港水闸、巨潮水闸、千步泾水闸、浦南运河西闸、南竹港出海闸、金南水闸、南门港水闸、水闸这12座水闸作为下设的12个站,每个分站可设中央控制室、中央控制室下又可设几个现场工作站。若小型节制闸可只设现场工作站,不设中央控制室。水闸管理调度自动化系统是先进的各种实时数据采集和监控系统,它是利用遥测遥控技术,各种媒体数据通讯技术、计算机技术和专业的系统软件编程来实现对水闸运行的监视和控制,能自动采集系统内各项参数,同时根据实时闸门运行状况和水情变化,按照水利工程调度运行方案,实时做出调度方案,并监控闸门予以执行,实行水闸调度与监控自动化。各分站的闸门监控管理自动化系统由二大部分组成:计算机监控系统和图像监控系统。

2.1 计算机监控系统

计算机监控系统又分为二部分:（1）中央控制室。通过网络接口和网络线由现场工作站的可编程序控制器PLC传输实时显示各种参数变化情况和设备运行状态。（2）现场工作站,由可编程序控制器和上位计算机及现场检测仪表以及机械设备故障报警器等组成。①可编程序控制器PLC主要负责现场闸门运行参数的采集和设备的控制。如电流、电压、闸前后的水位和闸门状态以及设备完好情况的检测和闸门开、关的控制等。②PLC上位计算机通过RS232或RS485串行口与PLC进行通信收集PLC最新采集的数据,包括电压、电流,闸前后的水位和油压,闸门开关状态以及设备完好情况等,并把以上的这些数据显示在计算机监示器上供工作人员控制时参考和决策。③机械设备故障报警。可以分钢丝绳松懈报警、闸门撑死报警、闸门冲顶报警、闸门上下限位超越报警、闸门关不到位报警、启闭机刹车失灵报警、搁门器位置不正常报警、电源缺相（欠压、过压）报警、闸门关闭过程中有船只报警、高水位或低水位报警、超高船只限制进闸报警等等。

2.2 图像监控系统

为了监视闸群内外的现场状况,便于及时掌握了解水闸闸室内外船只情况和闸门运行时的运行轨迹以及水闸区域内的各种实时情况,完成对闸区的覆盖式监控。各分站的图像监控系统由摄像机、监视器、视频切换器、汉字字符发生器、数字硬盘机、高速球摄像机、解码器等组成。具体分为中央控制室和前置摄像机二部份。中央控制室由控制设备（控制机和视频切换器组成）、记录设备（由一台数字硬盘录像机来完成,具数根据实际所需来布置）和显示设备（具体彩色监视器根据实际需要来选择多少台）组成。前置摄像机部份是由摄像机把摄入的图像变换成视频信号,把水面来往船只情况及时传送给中控室视频切换器,由视频切换器的输出通道传送至监视器图像监控系统,主控制器图像的视频信号通过汉字字符发生器把图像视频信号叠加了汉字,然后通过视频分配器传送给数字硬盘录像机。硬盘录像机根据功能大小可录制多路图像,可同时显示多路或单路实时图像,在回放图像的同时,可录制现场摄入的图像,只要输入日期就可显示历史图像资料,便于随时查询。通过网卡,可在网上传输图像。

3 水闸自动化监控系统关键设计