發(fā)布時(shí)間：2023-03-28 15:00:36
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的自動(dòng)控制論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
早在上個(gè)世紀(jì)80年代，傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)就在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。而到了90年代中期，PLC型的DCS控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制領(lǐng)域內(nèi)處于主導(dǎo)地位。本文以水泥生產(chǎn)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)作為研究對(duì)象，其中，該生產(chǎn)線(xiàn)以西門(mén)子S7-400系列控制單元作為主控系統(tǒng)的核心，現(xiàn)場(chǎng)通訊總線(xiàn)為PROFIBUSDP，并選取ET200M型號(hào)的分布式IO接口模塊和S7-300型號(hào)的信號(hào)模塊來(lái)組成控制系統(tǒng)的收集部分。在此基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)論述了面向自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的電子控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并分析了程序邏輯控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以期為相關(guān)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供一定的建議。
2面向自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的電子控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案
本次設(shè)計(jì)以水泥工藝生產(chǎn)中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為研究對(duì)象，該現(xiàn)場(chǎng)單元使用了相對(duì)領(lǐng)先的DCS控制系統(tǒng)，以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和數(shù)據(jù)實(shí)行監(jiān)視管理作為主要功能。具體而言：在該控制系統(tǒng)的中控室部分，由工程師站、操作員站硬件以及相關(guān)軟件組成。電子控制控制柜內(nèi)部包括模擬量隔離器、各種卡件、起始量的輸出、輸入繼電器、各種信號(hào)處理設(shè)備等。集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）是由通訊總線(xiàn)、控制單元、隔離設(shè)備以及通訊模塊等組成。該廠設(shè)備中存在一個(gè)中央控制室（CCS），收集石灰石破碎、熟料燒結(jié)、水泥包裝、生料調(diào)配及運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，對(duì)參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行控制，并對(duì)物理設(shè)備的運(yùn)行和系統(tǒng)回路進(jìn)行自動(dòng)控制。在中央控制室內(nèi)，相關(guān)人員都能夠車(chē)間工藝參數(shù)實(shí)施操作和管理。中央控制室內(nèi)部還包括工程師站、操作員站、報(bào)警打印機(jī)以及報(bào)告打印機(jī)等部分。其中，工程師站主要任務(wù)是對(duì)邏輯程序進(jìn)行修改，完成系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視控制以及維護(hù)的需要。通訊網(wǎng)絡(luò)是為了保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全，尤其是信號(hào)傳輸?shù)目煽浚ㄓ嵔橘|(zhì)一般以光纖為主。在現(xiàn)場(chǎng)控制站（FCS）方面：依據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐的情況，該控制區(qū)域可以劃分為六個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，分別是原料粉磨站、石灰石破碎遠(yuǎn)程站、燒成窯頭控制站，窯尾控制站，水泥粉磨站、水泥包裝控制站等。在現(xiàn)場(chǎng)控制站中，一般在低壓配電室內(nèi)安裝各個(gè)自動(dòng)控制模塊，這樣有助于DCS控制系統(tǒng)的統(tǒng)一性和完整性。
3程序邏輯控制的實(shí)現(xiàn)
3.1功能說(shuō)明（1）在對(duì)機(jī)組電機(jī)的開(kāi)啟順序設(shè)定上主要根據(jù)機(jī)組的步狀態(tài)字，保證電機(jī)在啟動(dòng)功能上符合設(shè)定的時(shí)間間隔。依據(jù)機(jī)組狀態(tài)字上的命名規(guī)定，能夠比較容易的借助機(jī)組號(hào)來(lái)匹配到對(duì)應(yīng)的步狀態(tài)字，還能夠運(yùn)用步狀態(tài)字來(lái)對(duì)應(yīng)的機(jī)組號(hào)進(jìn)行查詢(xún)。（2）在電機(jī)控制功能模塊對(duì)內(nèi)部邏輯完成相應(yīng)的執(zhí)行后，可以在DR管腳上輸出相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果，而且能夠直接停止控制電機(jī)。（3）依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電機(jī)開(kāi)啟時(shí)間通常不會(huì)超過(guò)1秒，這個(gè)啟動(dòng)時(shí)間比較符合于大部分電機(jī)。對(duì)于部分對(duì)啟動(dòng)時(shí)間延遲具有較長(zhǎng)要求的電機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)可以借助于延遲程序。（4）在電機(jī)聯(lián)鎖上，該電子控制系統(tǒng)存在三種聯(lián)鎖信號(hào)：分別是設(shè)備聯(lián)鎖、啟動(dòng)聯(lián)鎖以及運(yùn)行聯(lián)鎖。用“1”來(lái)表示連鎖滿(mǎn)足的含義，也就設(shè)計(jì)可以啟動(dòng)；“0”則意味著不滿(mǎn)足，也即不可以啟動(dòng)。對(duì)于啟動(dòng)聯(lián)鎖，通常大型設(shè)備都只會(huì)輸出一個(gè)允許啟動(dòng)的指令，把信號(hào)接入到功能模塊。在運(yùn)行連鎖上，依據(jù)工藝程序，該設(shè)備前的全部主要設(shè)備都可以常規(guī)啟動(dòng)，那么該設(shè)備才可以獲得啟動(dòng)指令。（5）電機(jī)控制字。可以把每一個(gè)控制位共同組合為一個(gè)字節(jié)，直接傳輸給功能模塊，從而更加高效、快捷。電機(jī)狀態(tài)字在編號(hào)上依據(jù)同一個(gè)規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一編排。（6）電機(jī)的下位調(diào)試。通常該電子控制系統(tǒng)內(nèi)，下位調(diào)試就是對(duì)STEP7編程進(jìn)行直接調(diào)試。
3.2計(jì)算機(jī)監(jiān)控組件實(shí)現(xiàn)在整個(gè)電子控制系統(tǒng)內(nèi)，邏輯程序控制系統(tǒng)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控組件，二者作為各自自主運(yùn)行的控制單元。不過(guò)，由于二者都應(yīng)用SIMATIC的通訊協(xié)議與總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)后，這兩個(gè)控制單元了一定的整體性。工業(yè)以太網(wǎng)為主的通訊中介不僅可以服務(wù)于控制站與控制站間的通信，還可以作為操作站與控制站之間的穩(wěn)定介質(zhì)，有助于以上不但站點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸。在控制站點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)模塊間，該系統(tǒng)主要借助于分布式IO來(lái)完成通訊需要，借助于穩(wěn)定安全的通訊總線(xiàn)能夠把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)及時(shí)發(fā)送給相應(yīng)的控制單元。對(duì)于該DCS的控制核大腦，主要包括了計(jì)算機(jī)監(jiān)控組件、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)以及邏輯程序控制系統(tǒng)等三個(gè)構(gòu)成部分。這意味著現(xiàn)場(chǎng)必須配備有必有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備，在此基礎(chǔ)上DCS控制系統(tǒng)可以高效、及時(shí)、精確地完成自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的控制任務(wù)。
4結(jié)語(yǔ)
計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)兩個(gè)大部分構(gòu)成，通過(guò)計(jì)算機(jī)將被控端的相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行采樣分析，通過(guò)輸入通道將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行數(shù)字化的控制，并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成控制、運(yùn)算、判斷、比較等各項(xiàng)功能，計(jì)算機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行實(shí)時(shí)決策和控制，適時(shí)的向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。通過(guò)上述過(guò)程的不斷重復(fù)執(zhí)行，使整個(gè)系統(tǒng)按照靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指令進(jìn)行控制和執(zhí)行。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括被控對(duì)象和計(jì)算機(jī)兩大部分構(gòu)成，其中硬件包括控制主計(jì)算機(jī)、設(shè)備和接口電路等構(gòu)成，通過(guò)各傳感器將信號(hào)采集，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行反饋控制，軟件系統(tǒng)包括通用軟件和開(kāi)發(fā)軟件，開(kāi)發(fā)軟件具有各種數(shù)字語(yǔ)言處理程序、編輯程序、仿真程序等。自動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)控制對(duì)象的不同，所采用的控制系統(tǒng)也不同。應(yīng)用最多的是操作指導(dǎo)控制，它的特點(diǎn)是可以將生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和加工處理，操作者根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行必要的操作和控制，這個(gè)系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠，常用于數(shù)據(jù)檢測(cè)和數(shù)字模型的處理和新程序的調(diào)試等。另一類(lèi)分級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也是比較多的，它是由幾臺(tái)大中小型的計(jì)算機(jī)組成，分別執(zhí)行各種功能，分為指揮計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和控制級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以根據(jù)管理的范圍和企業(yè)規(guī)模的大小分為公司級(jí)、工廠級(jí)和車(chē)間級(jí)等。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)的應(yīng)用也是非常廣泛的，單片機(jī)具有可靠性高、功能強(qiáng)、體積小的優(yōu)勢(shì)，具有擴(kuò)展性強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)和分布式控制。
二、職校教學(xué)中單片機(jī)控制的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用分析
在職校教學(xué)中，單片機(jī)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)過(guò)程有別于一般的電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，除了硬件設(shè)計(jì)的合理和接線(xiàn)準(zhǔn)確外，還要進(jìn)行軟件的編輯，要考慮軟件和硬件的兼容性。對(duì)于單片機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)一般是要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能確定總體的設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行硬件和軟件開(kāi)發(fā)、在設(shè)備上開(kāi)展仿真測(cè)試和實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行設(shè)備的安裝和調(diào)試、最后是產(chǎn)品化的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。硬件的開(kāi)發(fā)要在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的框架下完成，軟件的開(kāi)發(fā)具有實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性的特點(diǎn)，采用模塊化開(kāi)發(fā)的方法，進(jìn)行主程序開(kāi)發(fā)、子程序開(kāi)發(fā)、中斷服務(wù)程序的開(kāi)發(fā)等，在各個(gè)模塊內(nèi)還可以細(xì)化順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)等。在安裝調(diào)試時(shí)要確認(rèn)軟件和硬件的設(shè)計(jì)合理和準(zhǔn)確，符合要求后再進(jìn)行正式的安裝和調(diào)試，根據(jù)控制的效果和要求對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)和要求。
三、結(jié)語(yǔ)
1.1電氣工程自動(dòng)化工程體系優(yōu)缺點(diǎn)同時(shí)存在
現(xiàn)在我國(guó)運(yùn)行的電氣工程自動(dòng)化工程采取的控制系統(tǒng)一般有集中監(jiān)控、DCS（分布式控制）兩種。首先集中控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，它將全部功能都安置在一個(gè)處理器中，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)以及運(yùn)行等方面都比較簡(jiǎn)單。其劣勢(shì)在于處理器承擔(dān)的任務(wù)量較大；在此控制體系中，隔離器件閉鎖和斷路器聯(lián)鎖是運(yùn)用硬接線(xiàn)進(jìn)行連接，在設(shè)備擴(kuò)容等方面比較困難，其操作難度也比較大。其次DCS系統(tǒng)是在集中控制系統(tǒng)的前提下設(shè)計(jì)并發(fā)展起來(lái)的，在現(xiàn)代電氣工程自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)中獲得較為廣泛的應(yīng)用。其劣勢(shì)在于使用和傳統(tǒng)儀表相似的模擬儀表，減少系統(tǒng)安全可靠性，在維修環(huán)節(jié)也比較困難，各個(gè)設(shè)計(jì)廠家沒(méi)有規(guī)范而統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，加重維修的成本，并且其價(jià)格比較高。
1.2電氣工程自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)還不具備標(biāo)準(zhǔn)化端口
電氣工程自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)接口到目前為止還沒(méi)有統(tǒng)一、完善的標(biāo)準(zhǔn)，這種情況提升工程造價(jià)，阻礙數(shù)據(jù)資源共享的實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化體系設(shè)計(jì)方案很重要，然而很多企業(yè)沒(méi)有規(guī)范的方案，各個(gè)廠家和企業(yè)間硬件和軟件交換數(shù)據(jù)有差異，導(dǎo)致企業(yè)間難以深入的交流和信息交換。同時(shí)電氣工程自動(dòng)化工程控制沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化，難以根據(jù)客戶(hù)要求設(shè)計(jì)、建立規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的電氣工程自動(dòng)化工程控制體系。
1.3電氣工程自動(dòng)化工程控制沒(méi)有實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化
在電氣工程自動(dòng)化工程控制設(shè)計(jì)、安裝以及操作等環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)比較薄弱，需要進(jìn)一步提高。此外我國(guó)電氣工程自動(dòng)化工程控制習(xí)題創(chuàng)新能力不足，一般產(chǎn)品屬于中低檔，需要提高其創(chuàng)新能力。
2構(gòu)建電氣工程自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)策
2.1建立一體化的電氣工程自動(dòng)化工程控制體系
要從各個(gè)環(huán)節(jié)建立起具有一體化的電氣工程自動(dòng)化工程控制體系。首先國(guó)家要按照電氣工程自動(dòng)化工程控制體系具有技術(shù)水平和技術(shù)特點(diǎn)，制定統(tǒng)一的產(chǎn)品規(guī)范。其次廠家和企業(yè)要加強(qiáng)交流，從設(shè)備精簡(jiǎn)、調(diào)試與維修以及技術(shù)合理性等多方面向規(guī)范化的方向進(jìn)行制造和生產(chǎn)，讓控制體系更科學(xué)。最后要研發(fā)出新型、操控更方便的一體化控制系統(tǒng)，可以運(yùn)用社會(huì)性質(zhì)和分工外包間的協(xié)作，讓零部件的生產(chǎn)走商業(yè)化生產(chǎn)的路線(xiàn)，促進(jìn)電子工程自動(dòng)化工程控制體系的一體化。
2.2運(yùn)用國(guó)際化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)
IEC61850是現(xiàn)在控制系統(tǒng)廠家所認(rèn)可的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可以參照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)控制體系進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。另外可以運(yùn)用微軟公司所制定的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，由于企業(yè)策劃電氣工程自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)時(shí)，PC系統(tǒng)是連接管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的中間系統(tǒng)，其接口具有標(biāo)注化，能夠保證廠家和企業(yè)間實(shí)施軟件和硬件的數(shù)據(jù)交換，妥善的解決由于通訊而產(chǎn)生的問(wèn)題。
2.3引進(jìn)和培養(yǎng)電氣工程自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)人才
隨著電氣工程自動(dòng)化工程控制逐漸集成化和高智能化，對(duì)其制造人員、維修人員和安裝人員都具有很高的要求，所以要引進(jìn)和培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)較強(qiáng)的人員。首先企業(yè)要培養(yǎng)具有實(shí)際操作能力的人才，他們要了解和掌握軟件和硬件系統(tǒng)的操作。其次對(duì)安裝人員記性專(zhuān)業(yè)技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)，使之懂得安裝的流程和技術(shù)。最后要更新技術(shù)人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)，可以引進(jìn)人才，通過(guò)引進(jìn)人才的“傳幫帶”，培養(yǎng)新人，促進(jìn)他們?cè)诰S修和系統(tǒng)保養(yǎng)等方面的學(xué)習(xí)，提高工程系統(tǒng)安全可靠性。
3結(jié)語(yǔ)
1.1電氣工程自動(dòng)化模型得到了簡(jiǎn)化。
通常而言，在電氣工程自動(dòng)化控制達(dá)到智能化目的之前往往需要建立相應(yīng)的模型，除此之外，在模型建立的時(shí)候還需要綜合考慮到很多會(huì)直接或者間接影響模型的參數(shù)。鑒于此，通過(guò)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制歸納的說(shuō)就是通過(guò)相關(guān)的動(dòng)態(tài)方程來(lái)控制和反饋數(shù)據(jù)的，但是通過(guò)這種方式是無(wú)法保證在數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠陂g不出現(xiàn)意外狀況來(lái)影響數(shù)據(jù)的傳輸以及反饋，這樣一來(lái)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性就無(wú)法得到保證了，使得理論結(jié)果與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐之間出現(xiàn)偏差也就不足為奇了，這會(huì)導(dǎo)致電氣工程自動(dòng)化控制的工作效率大大的降低。然而我們通過(guò)實(shí)踐得出，引入智能化技術(shù)能夠非常有效的跳過(guò)設(shè)計(jì)與建立模型這一環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的自動(dòng)化，從根本上降低了出現(xiàn)上述情況的可能性和風(fēng)險(xiǎn)，在很大程度上避免了那些不可控制的客觀因素發(fā)生，提高了控制器的精確度和自動(dòng)化的控制效率。
1.2確保電氣工程自動(dòng)化控制的統(tǒng)一。
傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制器一般地說(shuō)都是就某個(gè)模型對(duì)象來(lái)加以控制的，事實(shí)證明，這種方式對(duì)于單個(gè)的模型控制效果良好，但是無(wú)法統(tǒng)一而全面的控制電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，這樣一來(lái)就極易造成不同的模型之間各不相同。然而智能化電氣工程的自動(dòng)化控制就可以有效避免模型設(shè)計(jì)的這一環(huán)節(jié)，因此無(wú)法控制模型的復(fù)雜性這一問(wèn)題就不復(fù)存在了，這不管是對(duì)于指定的對(duì)象或者非指定對(duì)象都能夠保證控制上的一致性，從根本上確保了電氣工程自動(dòng)化控制的統(tǒng)一，這樣一來(lái)不僅大大提高了自動(dòng)化控制器的工作效率，工作質(zhì)量也得到了質(zhì)的提高。
1.3有效控制了電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)。
前面已經(jīng)講到，智能化技術(shù)能夠控制和反饋對(duì)電氣工程中所有設(shè)備的數(shù)據(jù)，與此同時(shí)還能夠有效根據(jù)響應(yīng)時(shí)間、下降時(shí)間和魯棒性變化等參數(shù)來(lái)對(duì)電氣工程自動(dòng)化的控制程度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣一來(lái)就可以節(jié)省了重新建立模型的時(shí)間，另外還可以在第一時(shí)間來(lái)處理因客觀因素以及預(yù)警自動(dòng)化控制過(guò)程中所造成的錯(cuò)誤。這樣及時(shí)的處理和高效的警惕大大降低了風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了很多的人力物力財(cái)力的消耗，從而更好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)的有效控制。
2、智能化技術(shù)的有效應(yīng)用
就目前而言，智能化技術(shù)在電氣工程中主要應(yīng)用表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。
2.1模糊邏輯與控制。
一般地說(shuō)，電氣工程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中都會(huì)含有一定數(shù)量的模糊控制器，它能很好的代替PID控制器。就目前而言，模糊邏輯的控制主要有M型與S型兩種應(yīng)用類(lèi)型，但是有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)的是，這兩種控制器都有各自的規(guī)則庫(kù)，又可以叫做ifthem的模糊規(guī)則集。其中S型控制器的規(guī)則為if。X是G，y是H，則W=f(X,Y)，這里所說(shuō)的G與H指的都是模糊集，下面分別對(duì)這兩種應(yīng)用類(lèi)型進(jìn)行介紹。M型控制器主要由模糊化、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)與反模糊化這四大部分所共同構(gòu)成，主要用于實(shí)現(xiàn)變量的測(cè)量、量化、模糊化的目的，其隸屬函數(shù)的形式也是多種多樣的；知識(shí)庫(kù)主要是由語(yǔ)言控制的數(shù)據(jù)庫(kù)與規(guī)則庫(kù)兩個(gè)部分，其開(kāi)發(fā)方式是將專(zhuān)家知識(shí)與經(jīng)歷置于控制及應(yīng)用目標(biāo)上。值得注意的是，在建模的過(guò)程中，一定要使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理機(jī)與模糊控制器對(duì)其加以操作；推理機(jī)同樣也是模糊控制器中不可或缺的重要組成部分，它能夠很好地模仿人類(lèi)決策與推理模糊控制行為；反模糊化主要用來(lái)量化與反模糊化，它包括的技術(shù)種類(lèi)也比較多，其中應(yīng)用得最為廣泛的當(dāng)屬中間平均技術(shù)與最大化的反模糊化這兩種了。
2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)與診斷故障。
在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，設(shè)計(jì)產(chǎn)品通常都是依靠實(shí)驗(yàn)或者傳統(tǒng)手工檢驗(yàn)來(lái)完成，通過(guò)這種方式所得方案往往不是最優(yōu)方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的電氣工程產(chǎn)品開(kāi)始更多的選擇使用CAD來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣大大減短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，如果在這個(gè)過(guò)程中很好地滲透智能化技術(shù)，可謂是如虎添翼，使其設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率得到大大的提升，專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是一個(gè)典型案例。不僅如此，智能化技術(shù)在優(yōu)化設(shè)計(jì)還體現(xiàn)在遺傳算法方面。眾所周知，遺傳算法是當(dāng)前全世界范圍內(nèi)比較先進(jìn)的計(jì)算法，其最大的優(yōu)勢(shì)之處在于計(jì)算精度高，因此在電氣工程中得到了親睞，而且在其中也起到了極其重要的作用。除此之外，故障和它的預(yù)兆在電氣工程中的關(guān)系是錯(cuò)綜復(fù)雜的，具有不確定與非線(xiàn)性的特點(diǎn)，這給我們的判斷帶來(lái)很大的困擾。
3、總結(jié)語(yǔ)
是國(guó)家果茶良種場(chǎng)XX省優(yōu)質(zhì)果茶良種繁育場(chǎng)，是國(guó)家“九五”種子工程在湖南實(shí)施的重點(diǎn)項(xiàng)目，建于1998年8月，1999年三月由農(nóng)業(yè)部授名為“國(guó)家（湖南）果茶良種場(chǎng)”。
廠址位于XX市西郊雷鋒大道7公里處，占地面積620畝。為加速實(shí)施全省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，先后從美國(guó)﹑法國(guó)﹑埃及﹑日本及國(guó)內(nèi)10多個(gè)省市科研育種單位引進(jìn)優(yōu)質(zhì)果茶品種資源158個(gè)，優(yōu)質(zhì)果茶種苗40多萬(wàn)株，建成果茶母本園150畝。每年可向社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)果茶苗木200多萬(wàn)株，果茶母（接）穗1萬(wàn)公斤以上，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品1000噸以上。
果茶場(chǎng)也是省城第一座以品茶、園藝、垂釣為主題的農(nóng)業(yè)觀光園。這里空氣清新，景色怡人。春有草莓、櫻桃、“明前”茶；夏有枇杷、蘋(píng)果、葡萄、桃、李、楊梅、無(wú)花果與瓜類(lèi)；秋有板栗、柿、棗、梨、獼猴桃；冬有柑桔、橙類(lèi)等。一年四季。百果飄香，是個(gè)名副其實(shí)的“百果園”。
該廠第二期工程將于2003年完成，面積將擴(kuò)至1000多畝。年生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果茶苗木將達(dá)到1000萬(wàn)株，優(yōu)質(zhì)果茶產(chǎn)品產(chǎn)量也將成倍增加，更多的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)將落戶(hù)該場(chǎng)。果茶苗木和產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢測(cè)、采后處理、加工和多種農(nóng)業(yè)觀光設(shè)施將全部完善和配置。屆時(shí)，一個(gè)全新的高科技生態(tài)農(nóng)業(yè)示范、觀光園將會(huì)展現(xiàn)在你的面前。
百果園是農(nóng)業(yè)高科技的結(jié)晶，而滴灌系統(tǒng)是其中的重中之重。百果園現(xiàn)建成的620畝果園，全部由從以色列引進(jìn)的先進(jìn)滴噴灌系統(tǒng)控制，該園地勢(shì)起伏較大，最高處海拔達(dá)86.60m，最低處64.72m，傳統(tǒng)灌水方式很難進(jìn)行，而先進(jìn)的滴灌系統(tǒng)由于對(duì)地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，而且特別適應(yīng)山地丘陵地區(qū)，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫(kù)中取水，經(jīng)過(guò)過(guò)濾加壓，然后由遍布全園的各種管道把帶有肥料、除蟲(chóng)劑的水準(zhǔn)確地送到每片需水地園中，保證果樹(shù)的正常需水。不過(guò)其系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，全園僅能使用微機(jī)控制電磁閥的開(kāi)啟，不能精確實(shí)現(xiàn)作物的輪灌、對(duì)灌水時(shí)間和灌水量還不能實(shí)現(xiàn)有效的控制，有望進(jìn)一步提高。
2滴灌系統(tǒng)
滴灌就是滴水灌溉技術(shù)，它是利用低壓管道系統(tǒng)，使滴灌水成點(diǎn)滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤(rùn)作物根系最發(fā)達(dá)的區(qū)域，使作物主要根系活動(dòng)區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)。滴灌不同于傳統(tǒng)的地面灌溉濕潤(rùn)全面積土壤，因此滴灌有節(jié)約灌溉用水量、促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量的作用，是一種很有發(fā)展前途的局部灌水技術(shù)。
百果園主要種植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果樹(shù)，如果采用其它灌水方法，不僅浪費(fèi)水資源，而且很難保證滿(mǎn)足果樹(shù)的需水量，而滴灌具有省水節(jié)能、省工省地省肥、操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、對(duì)土壤地形適應(yīng)性強(qiáng)、保護(hù)和保持生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，所以滴灌成為了百果園地首選。
2.1百果園滴灌系統(tǒng)的組成
百果園滴灌系統(tǒng)主要由水源、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)和尾部設(shè)備灌水器以及流量、壓力控制部件和測(cè)量?jī)x表等組成，如圖所示。全園滴灌系統(tǒng)組成示意圖：
1.水源2．水泵3.供水管4.蓄水池5.逆止閥6.施肥開(kāi)關(guān)7.灌水總開(kāi)關(guān)8.壓力表
9.主過(guò)濾器10.水表11.支管12.微噴頭13.滴頭14.毛管(滴灌帶、滲灌管)
15.滴灌支管16.尾部開(kāi)關(guān)(電磁閥)17.沖洗閥18.肥料罐19.肥量調(diào)節(jié)閥20.施肥器21.干管
2.1.1水源
江河、湖泊、水庫(kù)、井、渠、泉等水質(zhì)符合微灌要求的均可作為水源，百果園采用從園中的水庫(kù)中取水。
2.1.2首部樞紐
百果園的首部樞紐包括泵組、動(dòng)力機(jī)、肥料罐、過(guò)濾設(shè)備、控制閥、進(jìn)排氣閥、壓力表、流量計(jì)等。其作用是從水庫(kù)中取水增壓并將其處理成符合微灌要求的水流送到系統(tǒng)中去。百果園中采用五級(jí)加壓式離心泵，在水庫(kù)中取水，現(xiàn)取現(xiàn)用，計(jì)劃建一水塔蓄水。
2.1.3輸配水管網(wǎng)
輸配水管網(wǎng)的作用是將首部樞紐處理過(guò)的水按照要求輸送分配到每個(gè)灌水單元和灌水器。包括干、支管和毛管三級(jí)管道，毛管是微灌系統(tǒng)末級(jí)管道，其上安裝或連接灌水器。微灌系統(tǒng)中直徑小于或等于63毫米的管道常用聚乙烯(PE)管材，大于63毫米的常用聚氯乙烯（PVC）管材。百果園中干、支管采用PVC管和UPVC管，毛管采用PE管。
2.1.4尾部設(shè)備
尾部設(shè)備是微灌系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，包括微管和與之相聯(lián)的灌水器(小微管、滴頭、微噴頭、滴灌帶、滲灌頭、滲灌管等)插桿等。灌水器將微灌系統(tǒng)上游所來(lái)的壓力水消能后將水成滴狀、霧狀等施于所需灌溉的作物根部或葉面。
2.2百果園滴灌灌溉系統(tǒng)
灌溉系統(tǒng)的第一期工程是由以色列的普拉斯托公司負(fù)責(zé)承建，全園采用先進(jìn)的滴、噴灌相結(jié)合的微灌節(jié)水技術(shù)，是我國(guó)南方發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的典范，其具體情況見(jiàn)下：
2.2.1設(shè)計(jì)原則
滴灌灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了滿(mǎn)足節(jié)水、節(jié)能、省力等之外，通常應(yīng)遵循以下主要原則：
①必須滿(mǎn)足果園果樹(shù)生長(zhǎng)對(duì)水分的要求；
②灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合耕作實(shí)際，便于操作；
③應(yīng)使所選擇的灌水方法既能滿(mǎn)足作物的灌溉要求，又不因灌溉而造成病害、蟲(chóng)害的發(fā)生；
④在盡可能的情況下，灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮施肥及噴藥裝置；
⑤在盡可能的情況下，應(yīng)使灌溉系統(tǒng)在滿(mǎn)足灌溉要求的同時(shí)，工程建設(shè)的綜合造價(jià)最小。
2.2.2設(shè)計(jì)步驟
2.2.2.1資料的收集在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須掌握以下資料：
①地形資料：根據(jù)實(shí)際情況測(cè)繪大比例尺地形圖，其中包括果園的平面布置、道路、水源位置、高差等。
②土壤資料：主要是土壤理化性質(zhì)、地下水埋藏深度和土層厚度等。土壤理化性質(zhì)主要包括土壤類(lèi)別、干容重、含鹽情況、土壤田間持水率等。
③氣象資料：區(qū)域年均降雨量及季節(jié)分布、平均氣溫、極端氣溫（包括最高、最低氣溫）、最大凍土層深度、無(wú)霜期、蒸騰蒸發(fā)資料等。
④水源資料：水源屬性（個(gè)人或集體）、種類(lèi)、水源位置、水質(zhì)、含沙情況、水位、供水能力、利用和配套情況等。若水源為機(jī)井時(shí)，還應(yīng)調(diào)查機(jī)井的靜水位和動(dòng)水位，當(dāng)?shù)叵滤惠^淺時(shí)，一定要調(diào)查清楚地下水位及其周年變化規(guī)律。若水源為渠水時(shí)，應(yīng)調(diào)查清楚水源的含泥沙種類(lèi)、含沙量、水位、供水時(shí)間、可能的配水時(shí)間等。同時(shí)，還應(yīng)特別注意水源的保證率問(wèn)題，不論是只用于果園的水源還是與周?chē)筇锘煊玫乃矗紤?yīng)考慮這個(gè)問(wèn)題。
⑤百果園作物種植資料：其中包括作物的種類(lèi)、種植密度（其中最主要的是行距和株距）等。
⑥百果園的環(huán)境資料：包括百果園周?chē)牡匦巍⒔煌ê凸╇姷取?/p>
2.2.2.2灌水方法的選擇灌水方法選擇適當(dāng)與否，除了影響工程投資外，還直接影響著灌溉系統(tǒng)的效益發(fā)揮和灌溉保證率。因此，應(yīng)根據(jù)作物種類(lèi)、作物的種植制度、種植季節(jié)、水源情況、果園設(shè)施情況、工程區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況等，合理地選擇相對(duì)投資較省、灌溉保證率較高且有利于果園果樹(shù)生長(zhǎng)的灌水方法。百果園灌溉系統(tǒng)的灌水方法采用以滴灌為主，滴噴灌相結(jié)合的方式。
2.2.2.3滴灌系統(tǒng)布置，百果園滴灌系統(tǒng)的管道分干管、支管和毛管等三級(jí)，布置時(shí)干、支、毛三級(jí)管道要求盡量相互垂直，以使管道長(zhǎng)度和水頭損失最小。通常情況下，園內(nèi)一般出水毛管平行于種植方向，支管垂直于種植方向。
2.2.2.4滴灌灌溉制度的擬定
①灌水定額：是指作為滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單位面積上的一次灌水量，如果用灌水深度表示，可用式（4-8）計(jì)算，即
H——計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（米），一般蔬菜0.20-0.30米深根蔬菜或果樹(shù)0.3-1.0米；
p——土壤濕潤(rùn)比，70%-90%。
②設(shè)計(jì)灌水周期：滴灌設(shè)計(jì)灌水周期是指按一定的灌水定額灌水后，在作物適宜土壤含水率的條件下，保障作物正常生長(zhǎng)的可能延續(xù)時(shí)間T，用式（4－9）計(jì)算，即
③一次灌水延續(xù)時(shí)間：一次灌水延續(xù)時(shí)間是指把設(shè)計(jì)灌水定額水量，在不產(chǎn)生徑流的條件下，均勻分布于果園田間所用的灌水時(shí)間，用式（4－10）計(jì)算，即
i.輪灌區(qū)數(shù)目的確定：（a）對(duì)于固定式滴灌系統(tǒng)，輪灌區(qū)數(shù)目可按式（4-11）計(jì)算：（b）對(duì)于移動(dòng)式滴灌系統(tǒng)，則有：
ii.一條毛管的控制灌溉面積：（a）對(duì)于固定式滴灌系統(tǒng)，毛管固定在一個(gè)位置上灌水，控制面積為
f=SeL(4-13)
式中f——每條毛管控制的灌溉面積（平方米）
L——毛管長(zhǎng)度（米），移動(dòng)式滴灌系統(tǒng)中為出流毛管長(zhǎng)度。
（b）對(duì)于移動(dòng)式滴灌系統(tǒng)，一條毛管控制的灌溉面積為
2.2.2.5滴灌系統(tǒng)控制灌溉面積大小的計(jì)算在灌溉水源能夠得到充分保證的條件下，滴灌面積的大小取決于管道的輸水能力。對(duì)于水源流量不能滿(mǎn)足整個(gè)區(qū)域需要時(shí)，滴灌面積為
2.2.2.6管網(wǎng)水力計(jì)算滴灌系統(tǒng)各級(jí)管道布置好以后，即可從最末端或最不利毛管位置開(kāi)始，逐級(jí)推算各級(jí)管道的水頭損失（包括沿程水頭損失和局部水頭損失）。在設(shè)計(jì)中，同一條支管上的第一條毛管最前端出水孔處水頭與最末一條毛管最末端出水孔處水頭之間的差值，不超過(guò)滴頭設(shè)計(jì)工作壓力的20％，流量差值不超過(guò)10％；對(duì)于采用壓力補(bǔ)償式滴水器時(shí)，僅要求區(qū)域內(nèi)滴頭流量差值不超過(guò)10％，并據(jù)此確定支、毛管的最大設(shè)計(jì)長(zhǎng)度；在滴灌中，由于管網(wǎng)中水流壓力通常小于0．3兆帕，所以多選用PVC塑料管道。管道中水流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的壓力損失通常包括沿程阻力損失和局部阻力損失。工程設(shè)計(jì)中塑料管道的沿程阻力損失常選用式（4－16）、（4－17）計(jì)算，局部阻力損失常用式（4－18）計(jì)算。①沿程阻力損失hf
當(dāng)管道有多個(gè)出水口時(shí)，管道的沿程阻力應(yīng)考慮多口出流對(duì)沿程阻力的折減問(wèn)題，多口出流折減系數(shù)k，對(duì)應(yīng)計(jì)算公式
②局部阻力hj
工程設(shè)計(jì)中為了計(jì)算方便，局部阻力損失也常按沿程阻力損失hf的10％估算。
2.2.2.7管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括各級(jí)管道的管材與管徑的選擇、各級(jí)固定管道的縱剖面設(shè)計(jì)、管道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
①管材的選擇：可用于灌溉的管道種類(lèi)很多，應(yīng)該根據(jù)滴灌區(qū)的具體情況，如地質(zhì)、地形、氣候、運(yùn)輸、供應(yīng)以及使用環(huán)境和工作壓力等條件，結(jié)合各種管材的特性及適用條件進(jìn)行選擇。一般情況下，對(duì)于地理固定管道，可選用鋼筋混凝土管、鋼絲網(wǎng)水泥管、石棉水泥管、鑄鐵管和硬塑料管。鋼管易銹蝕和腐蝕，最好不要選用。隨著材料工業(yè)的發(fā)展，地埋管道多選用塑料管。選用塑料管時(shí)一定要注意，不同材質(zhì)的塑料管在幾何尺寸相同的情況下可承受的工作壓力相差甚遠(yuǎn)，特別是在使用低密度聚乙烯管（PE管）時(shí)，一定要注意管壁的厚度是否達(dá)到了能承受系統(tǒng)所要求壓力的厚度，若沒(méi)有達(dá)到，千萬(wàn)不能使用，否則將會(huì)埋下隱患，造成運(yùn)行時(shí)管道發(fā)生爆破，甚至導(dǎo)致整個(gè)管道系統(tǒng)癱瘓。用于滴灌地埋管道的塑料管，最好選用硬聚氯乙烯管（UPVC管）。對(duì)于口徑150毫米以上的地埋管道，硬聚氯乙烯管在性能價(jià)格比上的優(yōu)勢(shì)下降，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析選擇合適的管材。塑料管經(jīng)常暴露在陽(yáng)光下使用，易老化，縮短使用壽命。因此，地面移動(dòng)管最好不采用塑料管。
②管徑的選擇：當(dāng)輪灌編組和輪灌順序確定之后，各級(jí)管道在每一輪灌組所通過(guò)的流量即可知道。通常選用同一級(jí)管道在各輪灌組中可能通過(guò)的最大流量，作為本級(jí)管道的設(shè)計(jì)流量，依據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)流量來(lái)確定管道的管徑。若某一級(jí)管道，其最大流量通過(guò)的時(shí)間占管道總過(guò)水時(shí)間的比例甚小，也可選取一個(gè)出現(xiàn)次數(shù)較多的次大流量，作為管道的設(shè)計(jì)流量來(lái)確定管徑。同一級(jí)管道的不同管段通過(guò)的最大流量不同時(shí)，可分段確定設(shè)計(jì)流量。（a）支管管徑的確定：支管是指直接安裝豎管和滴頭的那一級(jí)管道。支管管徑的選擇主要依據(jù)灌溉均勻的原則。管徑選得越大，支管運(yùn)行時(shí)的水頭損失就越小，同一支管上各滴頭的實(shí)際工作壓力和灌水量就越接近，灌溉均勻度就越接近設(shè)計(jì)狀況。但這樣增大了支管的投資，對(duì)移動(dòng)支管來(lái)說(shuō)還增加了拆裝、搬移的勞動(dòng)強(qiáng)度。管徑選得小，支管投資減少，移動(dòng)作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度降低，但由于運(yùn)行時(shí)支管內(nèi)水頭損失增大，同一支管上各滴頭的實(shí)際工作壓力和灌水量差別增大，結(jié)果造成果園各處受水量不一致，影響滴灌質(zhì)量。為了保證同一支管上各滴頭實(shí)際出水量的相對(duì)偏差不大于20％，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBJ85-85規(guī)定：同一支管上任意兩個(gè)滴頭之間的工作壓力差應(yīng)在滴頭設(shè)計(jì)工作壓力的20％以?xún)?nèi)。顯然，支管若在平坦的地面上鋪設(shè)，其首末兩端滴頭間的工作壓力差應(yīng)最大。若支管鋪設(shè)在地形起伏的地面上，則其最大的工作壓力差并不見(jiàn)得發(fā)生在首末滴頭之間。考慮地形高差Z的影響時(shí)上述規(guī)定可表示為
許的水頭損失即為從式（4－20）
可以看出：逆坡鋪設(shè)支管時(shí)，允許的hw的值小，即選用的支管管徑應(yīng)大些；順坡鋪設(shè)支管時(shí)，因Z的值本身為負(fù)值，其允許的hw的值可以比0.2hp大些，也就是說(shuō)因支管順坡鋪設(shè)時(shí)，因地形坡降彌補(bǔ)了支管內(nèi)的部分水力坡降，選用的支管管徑可適當(dāng)?shù)男⌒．?dāng)一條支管選用同管徑的管子時(shí)，從支管首端到朱端，由于沿程出流，支管內(nèi)的流速水頭逐次減小，抵消了局部水頭損失，所以計(jì)算支管內(nèi)水頭損失時(shí)，可直接用沿程水頭損失來(lái)代替其總水頭損失，即h''''f=hw，式（4－20）可改寫(xiě)為
滴頭選定后，滿(mǎn)頭的設(shè)計(jì)工作壓力可從滴頭性能表中查得。兩滴頭進(jìn)水口高程差（實(shí)際上就是兩滴頭所在地的地面高差）可以從系統(tǒng)平面布置圖中查取。則h''''f即可求出。利用公式h''''f=FfLQm／db，在其他參數(shù)已知的情況下反求管徑d，d就是該支管可選用的最小管徑的計(jì)算值。因管材的管徑已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。因此，還需按管材的標(biāo)準(zhǔn)管徑將計(jì)算出的管徑規(guī)范取整。對(duì)滴灌系統(tǒng)的支管，考慮到運(yùn)行與管理的方便，最大的管徑一般不超過(guò)100毫米，并且應(yīng)盡量使各支管取相同的管徑，至少也需在一個(gè)作業(yè)區(qū)中統(tǒng)一。對(duì)于固定管道式滴灌系統(tǒng)，地理支管的管徑可以不同，但規(guī)格不宜太多，同一條支管一般最多變徑兩次。（b）支管以上各級(jí)管道管徑的確定：一般情況下，這些管道的管徑是在滿(mǎn)足下一級(jí)管道流量和壓力的前提下按費(fèi)用最小的原則選擇的。管道的費(fèi)用常用年費(fèi)用來(lái)表示。隨著管徑的增大，管道的投資造價(jià)（常用折舊費(fèi)表示）將隨之增高，而管道的年運(yùn)行費(fèi)隨之降低。因此，客觀上必定有一種管徑，會(huì)使上述兩種費(fèi)用之和為最低，這種管徑就是我們要選擇的管徑，稱(chēng)之為經(jīng)濟(jì)管徑。經(jīng)濟(jì)管徑中對(duì)應(yīng)的流速稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)流速。圖4-7就是用最小年費(fèi)用法計(jì)算經(jīng)濟(jì)管徑的原理示意圖。用這種方法確定管徑概念清楚，但計(jì)算相當(dāng)繁瑣，往往需要分別計(jì)算出多種管徑的年投資和年運(yùn)行費(fèi)，比較后再確定。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，許多優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，如微分法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法等已在管道灌溉管網(wǎng)的設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，具體方法可參閱有關(guān)書(shū)籍。對(duì)于規(guī)模不太大的滴灌工程，也可用式（4－22）、式（4－23）的經(jīng)驗(yàn)公式估算管道的直徑：
應(yīng)該指出的是，由于管道系統(tǒng)年工作小時(shí)數(shù)少，而所占投資比例又大。因此，一般在灌溉系統(tǒng)壓力能得到滿(mǎn)足的情況下，選用盡可能小的管徑是經(jīng)濟(jì)的，但管中流速應(yīng)控制在2.5～3米／秒以下。
③管道縱剖面設(shè)計(jì)：管道縱剖面設(shè)計(jì)應(yīng)在系統(tǒng)平面市置圖繪制后進(jìn)行，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是確定各級(jí)固定管道在平面上的位置及各種管道附件的位置。管道的縱剖面應(yīng)力求平順，減少折點(diǎn)，有起伏時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生負(fù)壓。
ⅰ埋深及坡度：地埋管的埋深指管徑距地面的垂直距離，埋深應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地面荷載和機(jī)耕要求確定。一般管道在公路下埋深應(yīng)為0.7～1.2米；在農(nóng)村機(jī)耕道下埋深為0．5～0．9米。地埋管的坡度主要視地形條件而定，同時(shí)也應(yīng)考慮地基好壞及管徑大小。一般在地形條件許可的情況下，管徑小、基礎(chǔ)穩(wěn)定性好的管道坡度可陡一點(diǎn)；反之應(yīng)緩些。總的來(lái)說(shuō)，管道坡度不得超過(guò)1:1，通常控制在1:1.5～1:3以下。
ⅱ管道連接及附件：地埋管道的連接多采用承插或黏接的形式，轉(zhuǎn)向處用彎頭，分水處用三通或四通接頭，管徑改變處采用異徑接頭，管道末端用堵頭。為方便施工和安裝，同類(lèi)管件應(yīng)考慮其規(guī)格盡量統(tǒng)一。
為了按計(jì)劃進(jìn)行輸水、配水、管道系統(tǒng)上應(yīng)裝置必要的控制閥。白果園中為了實(shí)現(xiàn)灌水的有效控制,設(shè)置了30多個(gè)電子閥.而且各級(jí)管道的首端還設(shè)了進(jìn)水閥或水分閥；當(dāng)管道過(guò)長(zhǎng)或壓力變化過(guò)大時(shí)，設(shè)置節(jié)制閥。為保證管道的安全運(yùn)行，還安裝一些附設(shè)裝置。自壓系統(tǒng)的進(jìn)水口和各類(lèi)水泵吸水管的底端應(yīng)分別設(shè)置攔污棚和濾網(wǎng)，管道起伏的高處應(yīng)設(shè)排氣裝置，自壓系統(tǒng)進(jìn)水閥后的干管上設(shè)高度高出水源水面高程的通氣管，管道起伏的低處及管道末端設(shè)泄水裝置，管道可能發(fā)生最大水錘壓力處設(shè)置安全閥。
2.3評(píng)價(jià)
從整體上來(lái)看,XX白果園的滴灌系統(tǒng)是建設(shè)的比較完善的一套滴水灌溉系統(tǒng),設(shè)計(jì)施工都符合現(xiàn)代滴灌的要求,是一套先進(jìn)的現(xiàn)代化滴水灌溉系統(tǒng)，而且產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效果。不過(guò)當(dāng)時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)條件的限制，其毛管采用了單行直線(xiàn)布置，灌水均勻度不高，鑒于對(duì)多種毛管布置形式的比較分析，筆者認(rèn)為百果園應(yīng)改進(jìn)為雙行毛管平行布置；而且其控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，全園僅能使用微機(jī)控制電磁閥的開(kāi)啟，不能精確實(shí)現(xiàn)作物的輪灌、對(duì)灌水時(shí)間和灌水量都不能實(shí)現(xiàn)有效的控制，故需進(jìn)一步對(duì)其控制系統(tǒng)加以設(shè)計(jì)改進(jìn)。正在建設(shè)的二期工程應(yīng)該吸收一期工程中的好的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)一期工程中的不足，特別是應(yīng)該實(shí)現(xiàn)灌水的全自動(dòng)控制。
3灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)
灌溉中的滴灌系統(tǒng)，能很方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，灌水的自動(dòng)化控制能有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，也是農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的要求。對(duì)微灌的自動(dòng)化控制，根據(jù)控制系統(tǒng)運(yùn)行的方式不同，一般可分為手動(dòng)控制、半自動(dòng)控制和全自動(dòng)控制三類(lèi)：
①手動(dòng)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)的所有操作均由人工完成，如水泵、閥門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉，灌溉時(shí)間的長(zhǎng)短，何時(shí)灌溉等等。這類(lèi)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，控制部分技術(shù)含量不高，便于使用和維護(hù)，很適合在我國(guó)廣大農(nóng)村推廣。不足之處是使用的方便性較差，不適宜控制大面積的灌溉。
②全自動(dòng)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)不要人直接參與，通過(guò)預(yù)先編制好的控制程序和根據(jù)反映作物需水的某些參數(shù)可以長(zhǎng)時(shí)間地自動(dòng)啟閉水泵和自動(dòng)按一定的輪灌順序進(jìn)行灌溉。人的作用只是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。這種系統(tǒng)中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機(jī)外，還包括中央控制器、自動(dòng)閥、傳感器（土壤水分傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器和雨量傳感器等）及電線(xiàn)等。
③半自動(dòng)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)中在灌溉區(qū)域沒(méi)有安裝傳感器，灌水時(shí)間、灌水量和灌溉周期等均是根據(jù)預(yù)先編制的程序，而不是根據(jù)作物和土壤水分及氣象資料的反饋信息來(lái)控制的。這類(lèi)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度不等，有的一部分實(shí)行自動(dòng)控制，有的是幾部分進(jìn)行自動(dòng)控制。
為了對(duì)先進(jìn)的滴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)有具體認(rèn)識(shí)和了解，下面我們將對(duì)滴灌的自動(dòng)化控制作詳細(xì)介紹：
3.1滴灌首部控制樞紐
滴灌自動(dòng)化系統(tǒng)的基本控制方法有：時(shí)間控制、水量控制和反饋控制三種。時(shí)間控制系統(tǒng)是按預(yù)定好的時(shí)間放水或關(guān)水；水量控制系統(tǒng)是按照設(shè)計(jì)的配水量放水或關(guān)水；反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)濕度感受器的反應(yīng)，然后將信號(hào)傳送到首部控制樞紐部分來(lái)關(guān)水或放水。滴灌系統(tǒng)更便于完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這在地多人少、勞力緊張的邊遠(yuǎn)地區(qū)，沙漠地帶的防護(hù)林區(qū)，鐵路路基沿線(xiàn)，經(jīng)濟(jì)力量雄厚的城郊蔬菜種植區(qū)顯得特別重要。目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在滴灌區(qū)普遍使用了計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，并通過(guò)專(zhuān)用的滴灌系統(tǒng)軟件來(lái)控制和檢測(cè)作物生長(zhǎng)、土壤狀況和氣象趨勢(shì)，取得了良好的效果。大大提高了現(xiàn)代化的土壤水分、作物生長(zhǎng)測(cè)定技術(shù)的可能性和實(shí)用性，具有農(nóng)藝上的綜合性，為人們充分利用現(xiàn)代化儀器設(shè)備在滴灌系統(tǒng)中應(yīng)用提供了巨大的潛力。滴灌系統(tǒng)軟件根據(jù)作物對(duì)水分的需求和土壤墑情制定出合理的灌溉計(jì)劃和作物管理計(jì)劃。
3.2作物生產(chǎn)管理計(jì)劃制定
控制軟件系統(tǒng)應(yīng)能提供一套科學(xué)的管理系統(tǒng)，它通過(guò)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及減少用水量來(lái)提高水分利用效率，能給農(nóng)民及有關(guān)用戶(hù)提供一套針對(duì)灌溉方案制定作物生產(chǎn)管理的先進(jìn)、完善的管理系統(tǒng)，用戶(hù)能夠使用它獲得他們的每一塊農(nóng)田的土壤水分狀況圖，方便的數(shù)據(jù)資料存取能夠得到每一塊農(nóng)田的準(zhǔn)確土壤水分含量，還能夠確定準(zhǔn)確的日水分利用量，能夠給每塊農(nóng)田制定出合理的灌溉管理決策，能夠根據(jù)每一塊農(nóng)田各自的灌水量需求對(duì)不同農(nóng)田進(jìn)行灌溉優(yōu)先排序，以便制定優(yōu)化灌溉計(jì)劃使農(nóng)場(chǎng)或用戶(hù)獲得整體最高產(chǎn)量。
控制軟件系統(tǒng)應(yīng)能允許灌溉管理者根據(jù)作物水分需求和作物對(duì)灌溉的反應(yīng)制定合理的灌溉計(jì)劃，作為一個(gè)完整的灌溉計(jì)劃和作物生產(chǎn)管理軟件包，它能夠?qū)喔葲Q策的制定和作物管理進(jìn)行數(shù)據(jù)資料存儲(chǔ)、運(yùn)算處理、顯示輸出。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)資料主要由中子探測(cè)儀、石膏電阻塊和張力計(jì)測(cè)定獲得。天氣數(shù)據(jù)資料由自動(dòng)氣象站獲得，作物生長(zhǎng)資料如籽粒大小（直徑）、株高和葉片硝酸鹽含量等可直接田間測(cè)定，根據(jù)相應(yīng)的作物響應(yīng)，作物生長(zhǎng)資料結(jié)合土壤水分資料能夠制定出合理的灌溉計(jì)劃，通過(guò)實(shí)際調(diào)查能夠提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的管理技術(shù)能夠詳細(xì)地驗(yàn)證作物生長(zhǎng)、土壤水分和氣候之間的關(guān)系，因此能很好地解決一些灌溉管理和作物生長(zhǎng)問(wèn)題，其中包括過(guò)量灌溉導(dǎo)致的灌溉水排滲問(wèn)題、肥料向根部以下淋溶損失問(wèn)題以及為了達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標(biāo)的籽粒重和穗粒數(shù)或結(jié)果率的控制管理問(wèn)題。
3.3滴灌系統(tǒng)灌溉計(jì)劃制定
滴灌系統(tǒng)灌溉計(jì)劃一般是指確定何時(shí)進(jìn)行灌溉及應(yīng)該的灌溉量，灌溉計(jì)劃的應(yīng)用可消除代價(jià)巨大的不可預(yù)測(cè)的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，如在作物生長(zhǎng)臨界期由于土壤類(lèi)型和作物自身生長(zhǎng)能力，不同的農(nóng)田具有不同的土壤水分虧缺量和日水分利用量，因此不同的農(nóng)田需要不同的灌溉計(jì)劃。農(nóng)民通過(guò)土壤水分測(cè)定技術(shù)利用軟件處理和顯示不同層次土壤水分特征，能加深對(duì)發(fā)生于土壤內(nèi)的各種過(guò)程的理解，以便進(jìn)行更精細(xì)的灌溉計(jì)劃和灌溉管理決策的制定，以確保土壤水分總是保持作物生長(zhǎng)所需的最佳含水量。
當(dāng)土壤水分和被作物利用的水分的準(zhǔn)確數(shù)量被測(cè)定后，通過(guò)軟件可以計(jì)算下一次滴灌的日期和準(zhǔn)確的灌水量，它將考慮當(dāng)前每天水分利用狀況、天氣變化和歷史資料來(lái)幫助管理者制定以后的灌水計(jì)劃。它把農(nóng)田從最干到最濕分為不同等級(jí)。了解需要灌溉補(bǔ)充的水量有助于協(xié)調(diào)不同用戶(hù)之間和同一用戶(hù)內(nèi)部的水分供給，充分了解雨后何時(shí)開(kāi)始灌溉能使農(nóng)民最大限度地利用自然降水，而把灌水過(guò)多和灌水不及造成地危險(xiǎn)減到最小。
3.4土壤水分時(shí)間圖和深度圖的應(yīng)用
3.4.1時(shí)間圖時(shí)間顯示某一指定土壤容積含水量、根區(qū)土壤含水量或作物響應(yīng)隨時(shí)間的變化。時(shí)間圖的基本顯示：直線(xiàn)表示根區(qū)土壤含水量的飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)；供給的和有效的灌溉和降雨情況；箭頭指示預(yù)測(cè)的灌溉日期；關(guān)于水分飽和點(diǎn)、需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)、當(dāng)前和過(guò)去的土壤水分測(cè)定值及計(jì)劃安排的灌水日期和灌水量的總結(jié)表；作物生長(zhǎng)及其對(duì)灌溉管理技術(shù)措施的響應(yīng)；該軟件所做的時(shí)間圖可進(jìn)行大小調(diào)整，通過(guò)調(diào)整縱坐標(biāo)軸上的最大值和最小值及橫坐標(biāo)上的日期范圍能夠把圖形中用戶(hù)想要的區(qū)域或作物生長(zhǎng)期內(nèi)的某特定階段的圖形放大。圖形能夠進(jìn)行疊加來(lái)同時(shí)比較不同地點(diǎn)的田塊或不同年份的數(shù)據(jù)。當(dāng)季和前季的作物的生長(zhǎng)，土壤水分和天氣資料的疊加圖形比較灌溉管理達(dá)到高度的協(xié)調(diào)一致。用戶(hù)可以選擇任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)建立相互作用關(guān)系圖。
3.4.2深度圖深度圖顯示土壤容積含水量沿土壤剖面隨深度的變化而變化的情況，通過(guò)該軟件和現(xiàn)代化儀器結(jié)合能夠迅速直接測(cè)定和分析土壤水的剖面分布情況。根區(qū)吸收水分模式可以在深度圖中看到，對(duì)深度圖分析能使農(nóng)民確定每一種農(nóng)作物包括塊根作物在土壤剖面中被研究的土壤體積范圍和土壤剖面的每一深度層的作物利用的水分?jǐn)?shù)量、土壤緊實(shí)度、土壤質(zhì)地變化、高石灰?guī)r含量、地下水位和鹽分等問(wèn)題能夠通過(guò)對(duì)根部活動(dòng)的仔細(xì)分析而發(fā)現(xiàn)。深度圖也可以用來(lái)確定滲入和排出土壤剖面的水分的運(yùn)動(dòng)狀況及深度和數(shù)量，從中能夠給定灌溉飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)值。灌溉或降水后從土壤的根區(qū)排出的水分?jǐn)?shù)量能夠通過(guò)深度圖準(zhǔn)確測(cè)定，根據(jù)可以調(diào)節(jié)灌溉所用時(shí)間以避免水分從土壤剖面排出而損失，控制土壤剖面排出水的數(shù)量將防止地下水水位地升高和土壤養(yǎng)分的淋溶損失，同時(shí)也將降低灌水及滴灌水及抽水的成本。深度圖是一個(gè)非常有用的工具，能夠解決在不同類(lèi)型土壤中灌溉水的水平和垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)分別繪制灌溉前和灌溉后距滴管不同距離的各個(gè)點(diǎn)的土壤水分含量圖可比較灌溉水的運(yùn)動(dòng)狀況，用戶(hù)能夠利用研究所得的結(jié)果來(lái)減少水分和肥料排滲，同時(shí)確保作物根系能夠一直得到適量的水分。
3.5軟件的程序特點(diǎn)
3.5.1程序結(jié)構(gòu)滴管軟件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，這使得制定灌溉方案是查詢(xún)數(shù)據(jù)資料非常方便。管理人員可能負(fù)責(zé)管理幾個(gè)農(nóng)場(chǎng)或幾塊農(nóng)田，每個(gè)農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)田可能有許多檢測(cè)點(diǎn)，每一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都有一套不同時(shí)間收集的實(shí)際測(cè)定的讀數(shù)記錄。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件處理，能顯示有關(guān)每一單個(gè)田塊的詳細(xì)資料，還能夠向農(nóng)民分別顯示每一年的作物種植的詳細(xì)資料。能夠顯示農(nóng)場(chǎng)的每個(gè)監(jiān)測(cè)田塊或某一年份的每一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況，指明灌溉飽和點(diǎn)和需灌溉補(bǔ)充點(diǎn)，當(dāng)前作物日水分使用情況，土壤水分平衡和預(yù)測(cè)出的三次灌溉的日期，土壤水分含量和作物日用水量的測(cè)定值，對(duì)未來(lái)作物在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的長(zhǎng)期的用水量作出估算。顯示某一具體的時(shí)期的每一深度層的土壤水分含量的讀數(shù)記錄和根區(qū)的總水分含量，同時(shí)顯示土壤水分需要量，中子儀測(cè)定并估算的日水分使用量。利用滴灌軟件可進(jìn)行數(shù)據(jù)資料綜合分析，從中總結(jié)重要的信息形成報(bào)告，以幫助制定每日的管理決策方案。同時(shí)也可以編輯出前幾個(gè)生長(zhǎng)季的作物生長(zhǎng)、水分管理。土壤等數(shù)據(jù)資料，并進(jìn)行綜合分析，為以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該軟件程序的所以結(jié)構(gòu)層次能為所選擇的農(nóng)場(chǎng)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和某一日期建立報(bào)告。報(bào)告分為五種：深度圖、時(shí)間圖、記錄讀數(shù)報(bào)告。監(jiān)測(cè)點(diǎn)報(bào)告和灌溉計(jì)劃報(bào)告。用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要已及自己微機(jī)系統(tǒng)對(duì)程序進(jìn)行修改編譯，選擇公制和英制計(jì)量單位進(jìn)行數(shù)據(jù)資料綜合分析，將田間測(cè)定得到的數(shù)據(jù)讀數(shù)記錄自動(dòng)粘貼到?jīng)]一個(gè)具體的農(nóng)場(chǎng)欄、監(jiān)測(cè)點(diǎn)欄和日期欄。每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)定日期，時(shí)間及估計(jì)的水分日利用量能夠在粘貼之前輸入。
3.5.2數(shù)據(jù)輸入在讀數(shù)記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實(shí)際收集的數(shù)據(jù)，如土壤水分張力計(jì)的讀數(shù)、作物籽粒大小。有關(guān)作物的數(shù)據(jù)可以測(cè)定得到，作物生長(zhǎng)參數(shù)與土壤水分含量相關(guān)聯(lián)可以確定作物生長(zhǎng)期的水分需求量。氣候數(shù)據(jù)資料可以人工輸入或由氣象站自動(dòng)裝載。天氣數(shù)據(jù)參數(shù)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，它可以與任一個(gè)作物生長(zhǎng)測(cè)定值和任一水平的土壤水分含量相關(guān)聯(lián)制作相互作用關(guān)系圖。從氣象數(shù)據(jù)資料中可以得到蒸發(fā)損失的總水分量的數(shù)據(jù)并且把它與測(cè)定的日水分使用量相比較來(lái)調(diào)整該地區(qū)的作物灌溉計(jì)劃。
3.5.3軟件的數(shù)據(jù)處理利用滴管軟件可以計(jì)算使土壤剖面達(dá)到灌溉飽和點(diǎn)所需的準(zhǔn)確時(shí)間數(shù)。同時(shí)計(jì)算自從播種或其他生長(zhǎng)時(shí)期（如發(fā)芽、開(kāi)花等）以來(lái)的天數(shù)，使土壤水分能夠與過(guò)去多年的作物生長(zhǎng)資料數(shù)據(jù)參數(shù)同步分析，以確定作物水分利用效率。使用作物累積日水分方程。能夠很好地評(píng)估作物總產(chǎn)量，尤其是對(duì)于玉米、小麥和棉花。可以通過(guò)作物－水分方程和氣象資料估算理論產(chǎn)量。通過(guò)速率方程，計(jì)算作物生長(zhǎng)速率。計(jì)算作物當(dāng)前日水分利用量占整個(gè)生長(zhǎng)季日水分利用量地比例。同時(shí)也可計(jì)算不同水分含量地土壤水分變化速率，這些速率地變化表明土壤緊實(shí)問(wèn)題和土壤干旱地程度。滴灌軟件可以分析某一作物在生長(zhǎng)季內(nèi)日水分利用狀況地資料。結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)地土壤水分測(cè)定儀器使用，該軟件能夠指導(dǎo)我們最有效地利用有限的水資源獲得最大農(nóng)業(yè)效益。例如能夠確定每次灌溉的準(zhǔn)確時(shí)間和灌水量。同時(shí)減小過(guò)量灌溉和水分不足對(duì)產(chǎn)量的影響。建立各種不同作物之間水分利用及水分利用效率的差異；建立如不同品種、土壤緊實(shí)情況、不同的耕作史等不同條件下水分利用及水分利用效率的差異；建立現(xiàn)代耕作技術(shù)和傳統(tǒng)耕作技術(shù)條件下的水分利用效率的關(guān)系。確定灌溉和降水的利用效率，用以觀察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和鹽化問(wèn)題，能夠減少土壤養(yǎng)分的淋溶損失問(wèn)題。建立土壤水分含量、作物長(zhǎng)勢(shì)及天氣狀況的數(shù)據(jù)庫(kù)以使作物產(chǎn)量和質(zhì)量獲得持續(xù)穩(wěn)定的提高，使高效農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
3.6灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)
要實(shí)現(xiàn)灌水的自動(dòng)化，必須有自動(dòng)灌溉控制器，該裝置由土壤濕度傳感器、控制器和電磁閥組成，能夠按土壤墑情和作物需水特性實(shí)施自動(dòng)灌溉（溝灌、噴灌、滴灌、滲灌），達(dá)到高產(chǎn)、高效、和節(jié)水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農(nóng)地。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，庭院花圃、苗圃水分的自動(dòng)灌溉倍受歡迎。它能省水省事，使花木生長(zhǎng)更好。一畝庭院花圃、苗圃地投資1.0－1.5萬(wàn)元，可以建立自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)。自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)灌溉，節(jié)能、省水，使菜地和農(nóng)地產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。智能化，精準(zhǔn)化灌溉技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、傳感器制造技術(shù)、塑料工業(yè)技術(shù)的提高而逐步實(shí)現(xiàn)的
自動(dòng)化計(jì)算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)大約在80年代初由雨鳥(niǎo)公司、摩托羅拉等幾家公司開(kāi)發(fā)、研制成功，并投入使用。由于技術(shù)復(fù)雜、應(yīng)用難度大，價(jià)格高昂，這種控制設(shè)備最早應(yīng)用于高爾夫球場(chǎng)灌溉系統(tǒng)的控制上。90年代，計(jì)算機(jī)工業(yè)的硬件、軟件飛速發(fā)展，使得灌溉系統(tǒng)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作難度越來(lái)越小，功能越來(lái)越豐富，價(jià)格也逐漸降了下來(lái)。這種系統(tǒng)在園林綠化上用得也越來(lái)越多了起來(lái)，雨鳥(niǎo)公司針對(duì)不同用途，研制、開(kāi)發(fā)出了中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：Maxicom
智能化灌溉中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有如下功能：
①動(dòng)采集各種氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算并記錄蒸發(fā)蒸騰量ET；
②根據(jù)前一天的ET值自動(dòng)編制當(dāng)天灌溉程序并實(shí)施灌溉；
③可由連接的土壤濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動(dòng)、關(guān)閉、暫停灌溉系統(tǒng)；
④連接流量傳感器可自動(dòng)監(jiān)測(cè)、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障；最大限度利用管網(wǎng)輸水能力；
⑤運(yùn)行程序而不起動(dòng)灌溉系統(tǒng)（干運(yùn)行），測(cè)試程序合理性，不合理時(shí)預(yù)先修改；
⑥自動(dòng)記錄、顯示、儲(chǔ)存各灌溉站的運(yùn)行時(shí)間；自動(dòng)記錄、顯示、儲(chǔ)存?zhèn)鞲衅鞣答仈?shù)據(jù)，以積累資料，修改程序，修改系統(tǒng)等。
⑦頻繁灌溉功能：可將設(shè)計(jì)好的灌水延續(xù)時(shí)間分成若干時(shí)段，以便提供足夠的土壤入滲時(shí)間，減少坡地或粘性土地地面徑流損失。
⑧一套中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可控制無(wú)數(shù)臺(tái)田間控制系統(tǒng)（稱(chēng)為衛(wèi)星站），一套中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可控制小到一個(gè)公園，大到上百個(gè)公園，甚至全城的所有灌溉系統(tǒng)。
⑨儲(chǔ)存數(shù)百套灌溉程序；一臺(tái)田間控制器（衛(wèi)星站）可使4個(gè)輪灌區(qū)獨(dú)立灌溉或同時(shí)灌溉。
⑩手動(dòng)干涉灌溉系統(tǒng)：可在閥門(mén)上手動(dòng)啟、閉系統(tǒng)，可在田間衛(wèi)星站上手動(dòng)控制系統(tǒng)，也可在計(jì)算機(jī)上手動(dòng)啟、閉任何一站，任何一個(gè)電磁閥。可控制灌溉系統(tǒng)以外的其它設(shè)備，如：道路或公共場(chǎng)所燈光，大門(mén)、噴泉、水泵等
自動(dòng)化中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由中央計(jì)算機(jī)，集群控制器(CCU)，田間控制器（衛(wèi)星站），電磁閥構(gòu)成。中央計(jì)算機(jī)可裝置在任何一個(gè)地方。比如：一套中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制50個(gè)公園的灌溉系統(tǒng)。中央計(jì)算機(jī)可安裝在市園林局認(rèn)為合適的位置。CCU安裝在各個(gè)公園內(nèi)。中央計(jì)算機(jī)與CCU之間的通訊，可采用有線(xiàn)連接（近距離），無(wú)線(xiàn)連接，電話(huà)線(xiàn)連接或移動(dòng)通訊方法連接。一臺(tái)CCU最多可連接28個(gè)田間控制器。CCU與田間控制器之間同樣可選上述數(shù)種通訊方式。由中央計(jì)算機(jī)到終端電磁閥的工作過(guò)程為：中央計(jì)算機(jī)編程，并將程序下達(dá)到CCU。CCU將各輪灌區(qū)灌溉控制程序再發(fā)到相關(guān)田間控制器。田間控制器依中央計(jì)算機(jī)制作的程序啟閉各輪灌區(qū)電磁閥。如下圖所示：
中央計(jì)算機(jī)上的初始程序由控制人員編制，之后，計(jì)算機(jī)每日自動(dòng)收集由氣象站采集的氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算ET值，并不斷對(duì)原有程序自動(dòng)修改。如遇傳感器傳來(lái)異常信息（如降雨，過(guò)分干燥，系統(tǒng)漏水...），自動(dòng)中斷或暫停程序，待異常情況排除后，繼續(xù)恢復(fù)程序運(yùn)行。
如果將智能泵站連接到中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上，則效果會(huì)更好。這樣從水泵到電磁閥之間復(fù)雜的系統(tǒng)將由一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)管理起來(lái)，可做到最大限度地節(jié)水、節(jié)能，最大限度地保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行，避免灌溉系統(tǒng)常發(fā)生的下列幾種問(wèn)題：
①過(guò)量灌溉或灌水不足，浪費(fèi)水資源或不能滿(mǎn)足植物需水；
②管網(wǎng)破裂，漏失水；
③系統(tǒng)運(yùn)行壓力不合理；
④水泵運(yùn)行效率低下；
⑤地形起伏不平時(shí)或土壤入滲率低產(chǎn)生地面徑流，浪費(fèi)寶貴的水資源；
⑥降雨時(shí)，灌溉系統(tǒng)照常灌溉；
⑦管理、維護(hù)成本高。
3.7百果園灌溉的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)
百果園一期工程灌水基本實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開(kāi)啟。我們可在其基礎(chǔ)上加以改進(jìn)與提高，使其實(shí)現(xiàn)灌水的全自動(dòng)化，具體見(jiàn)下：
3.7.1控制原理
自動(dòng)化控制采用電子技術(shù)對(duì)田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行采集，輸入計(jì)算機(jī)，按最優(yōu)方案，控制各個(gè)閥門(mén)的開(kāi)啟及水泵的運(yùn)行狀態(tài)，科學(xué)有效地控制灌水時(shí)間、灌水量、灌水均勻度，為項(xiàng)目區(qū)作物提供一個(gè)良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。同時(shí)進(jìn)行控制軟件及優(yōu)化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專(zhuān)家決策系統(tǒng)。另外，通過(guò)變頻器控制改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動(dòng)化提供依據(jù)。具體包括以下幾個(gè)方面：
①田間土壤含水量、鹽分、地溫、空氣溫度、濕度、降水、風(fēng)速、管道壓力等參數(shù)的自動(dòng)化采集
②自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)安裝
③監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
④變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)改變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動(dòng)化提供依據(jù)
⑤系統(tǒng)運(yùn)行管理模式評(píng)價(jià)，包括系統(tǒng)評(píng)價(jià)、灌水指標(biāo)、灌溉制度等
3.7.2控制系統(tǒng)的組成
欲實(shí)現(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)控制，需要控制田間參數(shù)及對(duì)象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速、管道壓力、閥門(mén)開(kāi)啟、水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)等，都要送入控制器。考慮到要控制的對(duì)象較多，又要滿(mǎn)足良好的人機(jī)界面要求，可以采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，來(lái)協(xié)調(diào)各部分的工作。
系統(tǒng)的組成如下圖所示,整個(gè)系統(tǒng)的工作主要工控機(jī)和變頻器兩部分來(lái)控制，其中變頻器主要用于控制水泵電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，工控機(jī)主要用來(lái)采集田間土壤及氣象指標(biāo)，按照設(shè)定的程序，控制各地塊中電磁閥的開(kāi)啟，并通過(guò)變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。
3.7.3監(jiān)控軟件監(jiān)控軟件是工控機(jī)能夠完成控制功能的重要基礎(chǔ)，監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。根據(jù)項(xiàng)目要求及滴灌的特點(diǎn)，筆者建議百果園采用雨鳥(niǎo)公司的“Maxicom”中央控制系統(tǒng)，該軟件只需用戶(hù)輸入各地塊種植作物種類(lèi)及種植日期，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前作物所處生育期，確定出各自要求的土壤狀況及氣象信號(hào)，控制水泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及閥門(mén)的開(kāi)啟，自動(dòng)完成整個(gè)灌水過(guò)程，完全不需要人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。
該控制軟件在此所完成的主要功能及特點(diǎn)如下：
①自動(dòng)采集田間數(shù)據(jù)：系統(tǒng)根據(jù)軟件中所預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，自動(dòng)地采集土壤濕度、溫度風(fēng)速、雨量等參數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理后，實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。
②作物生育期的判斷：當(dāng)管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統(tǒng)便根據(jù)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘自動(dòng)計(jì)算出各種作物已種植的天數(shù)，判斷出作物所處的生育期，自動(dòng)查找資料庫(kù)中所存的原始資料，確定出當(dāng)前作物最適宜的土壤含水量及灌水定額。
③滴灌的全自動(dòng)控制：系統(tǒng)采集田間及氣象數(shù)據(jù)后，將當(dāng)前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實(shí)際含水量小于作物要求下限值，便自動(dòng)開(kāi)啟該地塊的第一個(gè)電磁閥。進(jìn)行灌溉。達(dá)到所需灌水定額后，自動(dòng)關(guān)閉第一個(gè)電磁閥，同時(shí)開(kāi)啟下一個(gè)電磁閥，直到完成整個(gè)地塊的灌溉任務(wù)。灌溉過(guò)程中，若出現(xiàn)溫度過(guò)低、風(fēng)速過(guò)大以及降雨過(guò)程等天氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)暫停當(dāng)前的灌溉任務(wù)，并保存當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)氣象條件滿(mǎn)足時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行未完成的任務(wù)。
④形式多樣的控制方式：全自動(dòng)控制外，系統(tǒng)還允許管理人員采用半自動(dòng)、手動(dòng)等控制方式。全自動(dòng)方式只需運(yùn)行人員輸入各地塊的作物信息，系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)作物、土壤、氣象等條件自動(dòng)完成灌溉的全過(guò)程，無(wú)需人工干預(yù)。所謂半自動(dòng)方式，是指系統(tǒng)允許用戶(hù)根據(jù)實(shí)際情況控制開(kāi)停機(jī)。用戶(hù)可人為啟動(dòng)某個(gè)閥門(mén)，或某個(gè)地塊，甚至是所有地塊均輪灌一次。當(dāng)然這些操作全部都是通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)來(lái)完成的，而且在工控機(jī)屏幕上均有明顯的提示。所謂手動(dòng)方式是指人工去開(kāi)啟各個(gè)電磁閥，筆者建議百果園選用美國(guó)雨鳥(niǎo)公司生產(chǎn)的電磁閥：手動(dòng)、電動(dòng)兩用閥門(mén)，既可手動(dòng)，又可電動(dòng)，使用非常方便。當(dāng)手動(dòng)打開(kāi)某個(gè)電磁閥時(shí)，噴頭出水，主干管道壓力開(kāi)始下降，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過(guò)變頻器升高水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持管道壓力的恒定，直到完成灌溉任務(wù)。
⑤豐富的辦公自動(dòng)化功能：系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，可自動(dòng)生成各種定時(shí)、日、月、年報(bào)表，并通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)。其內(nèi)容包括各種氣象及土壤參數(shù)，可從各報(bào)表中得到土壤濕度變化曲線(xiàn)、日最高風(fēng)速、月平均氣溫、全年總降水量等原始資料，為用戶(hù)研究當(dāng)?shù)氐臍庀蠹巴寥雷兓闆r提供翔實(shí)的依據(jù)。
⑥良好的可維持性：可維護(hù)性是衡量軟件質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，在編寫(xiě)本系統(tǒng)時(shí)我們也充分考慮了這一點(diǎn)，例如用戶(hù)在種植一類(lèi)新作物時(shí)，可能系統(tǒng)的資料庫(kù)中并沒(méi)有該作物，便無(wú)法確定其適宜土壤含水量和灌水定額。此時(shí)，用戶(hù)可按自定義按鈕，通過(guò)鼠標(biāo)各鍵盤(pán)輸出這些參數(shù)，系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)用戶(hù)所定義的數(shù)值運(yùn)行。另外，用戶(hù)還可很方便地修改灌水定額、管道壓力等參數(shù)，滿(mǎn)足實(shí)際情況的需要。
⑥友好的人機(jī)界面：系統(tǒng)中大部分界面均為示意圖形，實(shí)時(shí)顯示各傳感器送來(lái)的數(shù)值及系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，一目了然。需要用戶(hù)操作的部分全部為中文界面，工作人員無(wú)需學(xué)習(xí)便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用戶(hù)都可以通過(guò)按幫助按鈕得到相應(yīng)的提示，指導(dǎo)用戶(hù)完成相應(yīng)的功能。
3.7.4效果
百果園通過(guò)增加自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，灌水時(shí)間、灌水量和灌溉周期等完全根據(jù)果樹(shù)某些需水參數(shù)自動(dòng)啟閉水泵和自動(dòng)灌溉，人的作用僅僅是調(diào)整控制程序和檢修控制設(shè)備。既提高了水的有效利用率，又節(jié)省了人力，同時(shí)也提高了果樹(shù)的產(chǎn)量，可以產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效果。
3.8第二期工程的設(shè)想
正在建設(shè)第二期工程計(jì)劃今年完工，第二期工程的滴灌系統(tǒng)我建議基本上參照第一期工程建設(shè)，也采用滴噴灌相結(jié)合的方式，其水源計(jì)劃應(yīng)采用水塔蓄水，用以緩解枯水期水庫(kù)少水的矛盾，該可以區(qū)采用先進(jìn)的電腦全自動(dòng)控制方式，實(shí)行精確灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移動(dòng)式（毛管）的有機(jī)結(jié)合。二期工程應(yīng)該吸收一期工程中的好的經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)一期工程中毛管布置形式的不足，還特別是應(yīng)該增加灌水的全自動(dòng)控制部分，實(shí)現(xiàn)灌水的全自動(dòng)化，精確控制作物的有效灌水。
4存在的問(wèn)題及建議
通過(guò)對(duì)滴灌系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與認(rèn)識(shí)，筆者系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了滴灌這種先進(jìn)的果園節(jié)水灌溉方法，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上深化了理論，并對(duì)滴灌和滴灌系統(tǒng)有一些不成熟的認(rèn)識(shí)與建議。
4.1滴灌的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1.1百果園滴灌的優(yōu)點(diǎn)
4.1.1.1水的有效利用率高，在滴灌條件下，灌溉水濕潤(rùn)部分土壤表面，可有效減少土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)。同時(shí)，由于滴灌僅濕潤(rùn)作物根部附近土壤，其他區(qū)域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草的生長(zhǎng)。滴灌系統(tǒng)不產(chǎn)生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，節(jié)水效果達(dá)50%-90%。
4.1.1.2環(huán)境濕度低，滴灌灌水后，土壤根系通透條件良好，通過(guò)注入水中的肥料，可以提供足夠的水分和養(yǎng)分，使土壤水分處于能滿(mǎn)足作物要求的穩(wěn)定和較低吸力狀態(tài)，灌水區(qū)域地面蒸發(fā)量也小，這樣可以有效控制保護(hù)地內(nèi)的濕度，使果園中作物的病蟲(chóng)害的發(fā)生頻率大大降低，也降低了農(nóng)藥的施用量。
4.1.1.3提高作物產(chǎn)品品質(zhì)，由于滴灌能夠及時(shí)適量供水、供肥，它可以在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，提高和改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，使果園的農(nóng)產(chǎn)品商品率大大提高，經(jīng)濟(jì)效益高。
4.1.1.4滴灌對(duì)地形和土壤的適應(yīng)能力較強(qiáng)，由于滴頭能夠在較大的工作壓力范圍內(nèi)工作，且滴頭的出流均勻，所以滴灌適宜于地形有起伏的地塊和不同種類(lèi)的土壤。同時(shí)，滴灌還可減少中耕除草，也不會(huì)造成地面土壤板結(jié)。
4.1.2百果園滴灌的缺點(diǎn)
4.1.2.1滴灌的滴頭很容易堵塞和磨損，產(chǎn)生灌水的不均，嚴(yán)重影響節(jié)水效果。
4.1.2.2滴灌的各管道的壓力有所差異，會(huì)產(chǎn)生局部壓力過(guò)高而使管道容易損壞，滴頭的壓力不均甚至?xí)a(chǎn)生霧化，損壞滴頭，浪費(fèi)水資源。
4.1.2.3滴灌一般僅潤(rùn)濕作物根系區(qū)土體的一部分，所以作物根系的發(fā)展可能限制在圍繞每一滴頭的濕潤(rùn)區(qū)，這樣容易產(chǎn)生作物根系的腐爛，進(jìn)而引起作物倒伏。
4.1.2.4滴灌的管道布置要充分利用當(dāng)?shù)氐貏?shì)與地形，在原則的基礎(chǔ)上加以靈活運(yùn)用，如干管的布置、毛管的布置，取水方式等。
4.2滴灌的建議
4.2.1百果園應(yīng)加強(qiáng)灌水的自動(dòng)化控制，保證各種果樹(shù)的精準(zhǔn)灌水，實(shí)現(xiàn)精確的節(jié)水灌溉
4.2.2滴灌的水量應(yīng)該有保證，應(yīng)該建一水塔蓄水，確保枯水期各種果樹(shù)的需水要求
4.2.3滴灌的毛管布置應(yīng)采用單行帶環(huán)形狀態(tài)管布置和雙行平行布置相結(jié)合，確保果樹(shù)灌水均勻度。
4.2.4滴灌技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該和其他節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合，互相補(bǔ)給，更好的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
4.2.5國(guó)家應(yīng)鼓勵(lì)進(jìn)行滴灌技術(shù)的研究，加大科研推廣投入的力度，研制開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的滴灌管材，解決滴頭易堵塞的難題等，滴水灌溉技術(shù)應(yīng)該在政府的規(guī)劃安排下，由政府投資和農(nóng)民出資相結(jié)的優(yōu)惠政策下在全國(guó)范圍鼓勵(lì)推廣發(fā)展。
關(guān)鍵詞：本機(jī)振蕩器直接數(shù)字頻率合成自動(dòng)頻率控制脈內(nèi)測(cè)頻
雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)其工作頻率一般分為米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)，其接收機(jī)通常是超外差形式的。分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)由于其工作頻率較高，一般都有自動(dòng)頻率控制（AFC）系統(tǒng)，控制本振頻率自動(dòng)跟蹤發(fā)射頻率的變化，或者控制發(fā)射頻率自動(dòng)穩(wěn)定在本振頻率對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)上，保證雷達(dá)接收機(jī)的中頻頻率穩(wěn)定。但是傳統(tǒng)的模擬式單環(huán)路或雙環(huán)路AFC系統(tǒng)由于受模擬電路本身的局限，使得AFC的跟蹤速度慢、跟蹤頻率范圍窄、精度低，甚至有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤跟蹤的情況；此外，控制本振的自頻控雷達(dá)由于在本機(jī)振蕩器上加裝了頻率調(diào)整裝置，影響了本振的頻率穩(wěn)定度，這對(duì)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)而言是難以接受的。米波雷達(dá)由于其工作頻率較低，基本上沒(méi)有自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)，但是米波雷達(dá)的發(fā)射機(jī)工作頻率和接收機(jī)本機(jī)振蕩頻率由于環(huán)境溫度、電源電壓和負(fù)載變化而發(fā)生一定的變化，其變化范圍從幾十千赫茲到數(shù)百千赫茲，通常在500～600kHz之間。雖然由此造成的中頻頻率變化量的絕對(duì)值不會(huì)超出中頻放大器的通頻帶范圍（中頻放大器的通頻帶通常≤1MHz），但是數(shù)百千赫茲的變化量使回波信號(hào)不能得到最有效的放大，造成雷達(dá)接收機(jī)技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能降低，此時(shí)即使加裝DSU（DigitalStableUnit）設(shè)備，也由于中頻頻率漂移的影響，使DSU的性能無(wú)法得到最有效的發(fā)揮。
應(yīng)用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)方案，這種方案的應(yīng)用解決了非相參雷達(dá)的自動(dòng)頻率跟蹤與本振頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，但是鎖相環(huán)固有的大慣性、大步進(jìn)間隔和非線(xiàn)性誤差卻嚴(yán)重地限制著鎖相環(huán)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)的性能，使其無(wú)法滿(mǎn)足高速、高頻率分辨率、大帶寬的要求。
DDS技術(shù)是近幾年來(lái)迅速發(fā)展的頻率合成技術(shù)，它采用全數(shù)字化的技術(shù)，具有集成度高、體積小、相對(duì)帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時(shí)間短、相位連續(xù)性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，并能直接與單片機(jī)接口構(gòu)成智能化的頻率源。基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)是新一代的自動(dòng)頻率控制（AFC）系統(tǒng)，它以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）為基礎(chǔ)，以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)高速高精度脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊對(duì)雷達(dá)發(fā)射頻率進(jìn)行精確測(cè)量，然后由單片機(jī)控制DDS，對(duì)發(fā)射頻率進(jìn)行搜索和跟蹤。因此它是一種易于實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式智能化自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)。
圖2DDS頻率合成模塊結(jié)構(gòu)圖
1系統(tǒng)組成及工作原理
基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)主要由高速脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊、DDS頻率合成模塊、單片機(jī)和包括頻率顯示、控制鍵盤(pán)的人機(jī)接口模塊組成，如圖1所示。
系統(tǒng)采用高速高精度實(shí)時(shí)脈內(nèi)頻率測(cè)量技術(shù)，利用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的高穩(wěn)恒溫時(shí)標(biāo)對(duì)頻率進(jìn)行倒計(jì)數(shù)法測(cè)量，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析處理，并控制DDS頻率合成模塊，完成對(duì)發(fā)射頻率的搜索和跟蹤。系統(tǒng)中除了DDS輸出后的濾波、放大電路采用模擬電路外，其它全部采用高速數(shù)字電路，并結(jié)合了單片機(jī)具有的可編程能力，使系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)模擬式AFC的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的控制。
雷達(dá)開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)首先工作于搜索模式：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制DDS頻率合成模塊輸出本振頻率的最低值，與從發(fā)射機(jī)耦合過(guò)來(lái)并經(jīng)過(guò)衰減后的發(fā)射脈沖頻率混頻，取出下變頻后的中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)頻率測(cè)量模塊測(cè)量后將結(jié)果送入單片機(jī)，單片機(jī)若判斷頻率測(cè)量結(jié)果不是規(guī)定的中頻頻率值，則控制DDS頻率合成模塊將輸出的本振頻率按規(guī)定的步長(zhǎng)（通常是頻率測(cè)量系統(tǒng)的頻率分辨率）調(diào)高，重復(fù)此過(guò)程，直到頻率測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量得到的頻率值為規(guī)定的中頻頻率值為止。若搜索過(guò)程中本振頻率達(dá)到上限時(shí)仍未搜索到規(guī)定的中頻頻率值，則返回到本振頻率最低值，重新開(kāi)始新一輪的搜索。系統(tǒng)一旦搜索到規(guī)定的中頻頻率值就進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。
在跟蹤狀態(tài)，頻率測(cè)量模塊對(duì)每一個(gè)發(fā)射脈沖頻率與本振頻率下變頻得到的中頻脈沖頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量，在發(fā)射脈沖結(jié)束時(shí)將測(cè)量結(jié)果送入單片機(jī)。單片機(jī)立即根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出響應(yīng)的本振頻率調(diào)整量，并控制DDS頻率合成模塊調(diào)整輸出頻率，保證在目標(biāo)回波信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)，本振信號(hào)已經(jīng)調(diào)整到與該發(fā)射脈沖頻率對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)上，使目標(biāo)回波信號(hào)下變頻后的頻率值為準(zhǔn)確的中頻頻率值，從而保證目標(biāo)回波信號(hào)能夠得到最有效的放大。
跟蹤模式實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自適應(yīng)的控制過(guò)程：某一發(fā)射脈沖的頻率比前一發(fā)射脈沖的頻率升高（降低）在本振頻率不變的條件下，中頻頻率升高（降低）頻率測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果升高（降低）單片機(jī)得到測(cè)量結(jié)果后控制DDS頻率合成模塊，使之輸出的本振頻率相應(yīng)升高（降低）中頻頻率降低（升高）到規(guī)定值。
2硬件結(jié)構(gòu)
2．1DDS頻率合成模塊
DDS頻率合成模塊以DDS芯片AD9854為核心，包括濾波電路、放大電路和與單片機(jī)的接口電路，圖2是其組成框圖。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的內(nèi)部時(shí)鐘，4～20倍的內(nèi)部可編程倍頻器使外部輸入的時(shí)鐘信號(hào)頻率可以從15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口總線(xiàn)，內(nèi)置正交雙通道DAC輸出，具有多種編程工作方式，能產(chǎn)生線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)和非線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)等復(fù)雜信號(hào)。
AD9854采用CMOS結(jié)構(gòu)，工作電壓為3．3V，而單片機(jī)AT89C51工作在5V電壓下，其總線(xiàn)電平是5V的TTL電平，為保證AD9854的正常工作，必須經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后再與AD9854接口，AD9854的時(shí)鐘信號(hào)也必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后送到AD9854的時(shí)鐘引腳。AD9854有正交雙通道DAC輸出，每一個(gè)通道都是反相的互補(bǔ)輸出，經(jīng)MAX436放大后濾波，然后再經(jīng)MAX436放大到雷達(dá)要求的本振電平。兩路輸出中的一路用于和發(fā)射脈沖混頻，將下變頻后的中頻信號(hào)送到頻率測(cè)量模塊進(jìn)行頻率測(cè)量，系統(tǒng)已經(jīng)知道DDS頻率合成模塊輸出的本振頻率，測(cè)量出發(fā)射脈沖的中頻頻率就能計(jì)算出發(fā)射頻率；另一路作為接收機(jī)的本振信號(hào)。
根據(jù)奈奎斯特采樣定律，當(dāng)DDS系統(tǒng)的時(shí)鐘為300MHz時(shí)，其輸出頻率的上限是150MHz，在工程應(yīng)用中通常只使用到時(shí)鐘頻率的40％，即120MHz。某型米波雷達(dá)的本振頻率上限略高于120MHz，經(jīng)查閱AD9854的數(shù)據(jù)手冊(cè)，其輸出頻率能夠達(dá)到理論的150MHz；同時(shí)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AD9854能夠在雷達(dá)本振頻率上限值處穩(wěn)定工作，且輸出信號(hào)質(zhì)量完全可以滿(mǎn)足雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)本振的要求。
2．2高速高精度脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊
高速高精度脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊采用倒計(jì)數(shù)法進(jìn)行頻率測(cè)量，主要由下變頻混頻器、濾波整形電路、計(jì)數(shù)器T0、計(jì)數(shù)器T1和時(shí)序控制電路組成。圖3是其結(jié)構(gòu)的組成框圖，圖4是倒計(jì)數(shù)法頻率測(cè)量的時(shí)序圖。
倒計(jì)數(shù)法測(cè)頻是用被測(cè)信號(hào)的N個(gè)周期形成一個(gè)計(jì)數(shù)門(mén)時(shí)間T＝N·Tx，在T時(shí)間內(nèi)由時(shí)標(biāo)F0計(jì)數(shù)，這樣一來(lái)測(cè)頻就相當(dāng)于測(cè)量門(mén)寬T，T的最大量化誤差是T0，Tx的最大量化誤差是T0/N。
某型雷達(dá)的發(fā)射脈沖的寬度是13μs，考慮到其發(fā)射機(jī)是單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)，每個(gè)脈沖在起振和停振的過(guò)程中振蕩不穩(wěn)定，因此取中間的10μs作為測(cè)頻區(qū)間。該型雷達(dá)的第一中頻頻率為30MHz，在正常工作時(shí)，發(fā)射脈沖與本振信號(hào)下變頻的輸出頻率應(yīng)該是準(zhǔn)確的30MHz，在10μs的測(cè)頻時(shí)間內(nèi)應(yīng)有300個(gè)脈沖，即可取N＝300；高穩(wěn)定的時(shí)標(biāo)的頻率是100MHz，T0＝10ns，相應(yīng)的Tx的最大誤差是T0／300＝1／30ns，據(jù)此可計(jì)算出測(cè)頻的分辨率是30kHz，相對(duì)于雷達(dá)中頻放大器接近1MHz的帶寬而言，此指標(biāo)完全能夠滿(mǎn)足雷達(dá)系統(tǒng)的要求。用頻譜分析儀實(shí)際測(cè)得的系統(tǒng)跟蹤誤差如表1所示。
表1實(shí)際測(cè)得的系統(tǒng)跟蹤誤差表
發(fā)射頻率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振輸出頻率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟蹤誤差/kHz-1-5+8-8-10-7
發(fā)射頻率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振輸出頻率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟蹤誤差/kHz-5-10-10+10+50
模塊的工作過(guò)程是：當(dāng)雷達(dá)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，時(shí)序控制電路打開(kāi)計(jì)數(shù)器T，發(fā)射脈沖隨后到來(lái)，經(jīng)下變頻、濾波、整形后轉(zhuǎn)換成TTL方波作為計(jì)數(shù)器T的時(shí)鐘。當(dāng)計(jì)數(shù)器T計(jì)到第32個(gè)脈沖時(shí)，時(shí)序控制電路打開(kāi)計(jì)數(shù)器T0，T0開(kāi)始對(duì)高穩(wěn)定時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器T計(jì)到第332個(gè)脈沖時(shí)，時(shí)序控制電路關(guān)閉計(jì)數(shù)器T和T0，并通知單片機(jī)已經(jīng)完成一次頻率測(cè)量，單片機(jī)取走測(cè)量結(jié)果，并對(duì)硬件電路復(fù)位，準(zhǔn)備下一個(gè)周期的測(cè)量。
2．3高穩(wěn)定度恒溫時(shí)鐘模塊
本機(jī)振蕩器的頻率穩(wěn)定度是影響雷達(dá)接收機(jī)性能的關(guān)鍵性指標(biāo)。由于DDS頻率合成方法的輸出頻率穩(wěn)定度僅僅取決于其時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定度，因此選用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的恒溫晶體振蕩器作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘。恒溫晶體振蕩器輸出的100MHz高穩(wěn)正弦波經(jīng)放大后整形為標(biāo)準(zhǔn)的TTL方波，一路作為頻率測(cè)量模塊的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，另一路經(jīng)F161分頻為25MHz的TTL方波，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后作為AD9854的外部時(shí)鐘信號(hào)，利用AD9854內(nèi)部的可編程倍頻器倍頻12倍使AD9854工作在300MHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率下。高穩(wěn)定度恒溫時(shí)鐘模塊組成框圖如圖5所示。
3軟件結(jié)構(gòu)
單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，可以充分利用軟件可編程控制的優(yōu)勢(shì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靈活有效的控制。圖6是單片機(jī)的軟件框圖。
通電以后單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，然后設(shè)置DDS模塊的工作模式等參數(shù)，再進(jìn)行時(shí)序控制電路的復(fù)位并對(duì)所有計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零操作。隨后單片機(jī)不斷查詢(xún)測(cè)量完成信號(hào)。當(dāng)時(shí)序控制電路在雷達(dá)觸發(fā)脈沖的作用下完成一次測(cè)量時(shí)?熏就通過(guò)該信號(hào)通知單片機(jī)，單片機(jī)一旦查詢(xún)到測(cè)量完成便立即讀入測(cè)量結(jié)果。然后進(jìn)行分析，是標(biāo)準(zhǔn)中頻頻率時(shí)不進(jìn)行本振頻率的調(diào)整，直接準(zhǔn)備下一脈沖周期的測(cè)量，若不是則計(jì)算所需的頻率調(diào)整量，控制DDS頻率合成模塊進(jìn)行頻率調(diào)整，然后再準(zhǔn)備下一脈沖周期的測(cè)量。
搜索和跟蹤過(guò)程的區(qū)別主要在于計(jì)算頻率調(diào)整量的方法不同，其它流程基本一致。
關(guān)鍵詞：污水處理廠自動(dòng)化控制設(shè)備改造
1.污水處理可能對(duì)三峽庫(kù)來(lái)說(shuō)還算是一個(gè)新星的行業(yè)，在三峽庫(kù)區(qū)新建的污水處理廠中，大部分設(shè)置了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，力求對(duì)整個(gè)污水處理過(guò)程實(shí)行全面監(jiān)控。但由于這項(xiàng)工作尚處在實(shí)踐摸索階段，與國(guó)外水平相比存在較大差距，主要問(wèn)題是：
（l）主要控制設(shè)備功能不穩(wěn)定，特別是在線(xiàn)儀表的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性來(lái)看，不能完全達(dá)到由計(jì)算機(jī)控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自動(dòng)控制還有很大差距。
(3)運(yùn)行條件變化范圍大，某些工藝環(huán)節(jié)尚在不斷調(diào)整。
(4)運(yùn)行操作人員尚不能對(duì)工藝進(jìn)行全方位控制操作。
由于以上條件限制，大多數(shù)污水處理廠的自控系統(tǒng)只能發(fā)揮監(jiān)視和對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的功能。長(zhǎng)壽污水處理廠針對(duì)以上問(wèn)題，自2003年5月試運(yùn)行到現(xiàn)在來(lái)看，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行,并通過(guò)對(duì)部分設(shè)備的改造和完善，加之對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行操作人員的技術(shù)培訓(xùn)，使中控室具有集中控制、監(jiān)視、現(xiàn)場(chǎng)故障報(bào)警等功能。操作人員可在中控室進(jìn)行操作，為安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。
2.長(zhǎng)壽排水公司自控概況
長(zhǎng)壽污水處理廠處理長(zhǎng)壽區(qū)20萬(wàn)人生活污水及工業(yè)廢水，我廠監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)集中控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括1個(gè)監(jiān)控中心（中控室）、6個(gè)現(xiàn)場(chǎng)PLC站（模擬屏PLC0、配電間站PLC1加藥間站PLC2、脫水間PLC3、PLC4站和紫外光PLC5站）。配電間站主要控制提升泵站、格柵井、沉砂池、氧化溝、二沉池、回流泵站、剩余泵站、貯泥池的自動(dòng)運(yùn)行；模擬屏站主要對(duì)模擬屏的數(shù)據(jù)處理控制；加藥間站主要是對(duì)加藥間的自動(dòng)控制；脫水間2個(gè)站分別對(duì)1號(hào)和2號(hào)脫水機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，紫外光站是對(duì)紫外光消毒系統(tǒng)進(jìn)行控制。中控室則對(duì)全廠設(shè)備的控制操作及監(jiān)視。現(xiàn)場(chǎng)分站采用的PLC可編程控制系統(tǒng)是美國(guó)AB公司以太網(wǎng)系統(tǒng)。
3.對(duì)設(shè)備的改造與完善
長(zhǎng)壽污水處理廠從試運(yùn)行以來(lái)，由于現(xiàn)場(chǎng)電氣及機(jī)械設(shè)備存在一些問(wèn)題，直接影響了自控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況及工藝要求，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備進(jìn)行了部分技術(shù)改造。
3.1對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一些設(shè)備進(jìn)行改造
由于我廠增加了一臺(tái)脫水機(jī)和PLC柜，為了把新增的這臺(tái)脫水機(jī)PLC柜的運(yùn)行信號(hào)聯(lián)到中控室，避免重新進(jìn)行布線(xiàn)。使用交換機(jī)聯(lián)接兩臺(tái)脫水間PLC柜，通過(guò)一根信號(hào)線(xiàn)接到中控室交換機(jī)。改造現(xiàn)場(chǎng)和配電機(jī)曝氣機(jī)的二次控制回路，解決了中控室不能控制曝氣機(jī)啟停的問(wèn)題。
1號(hào)2號(hào)氧化溝的變頻曝氣機(jī)由于控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處在開(kāi)關(guān)柜
控制和機(jī)旁控制方式時(shí)，變頻器模擬量4～20mA電流輸入電路斷開(kāi)，使得不能輸入變頻器運(yùn)行頻率，變頻器控制失效，不能運(yùn)行。經(jīng)考慮，短接模擬量電流輸入的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制回路。
變頻器頻率信號(hào)（模擬量）、運(yùn)行信號(hào)（開(kāi)關(guān)量）沒(méi)有輸出給
PLC，使得上位機(jī)無(wú)法判斷曝氣機(jī)是否運(yùn)行。過(guò)后經(jīng)自動(dòng)化人員改進(jìn)后，只給出變頻器頻率信號(hào)（模擬量），運(yùn)行信號(hào)可有可無(wú)（開(kāi)關(guān)量）。
3.2對(duì)PLC源程序的修改、優(yōu)化
試運(yùn)行中，我廠由于采用的是巡檢制度，將各分散值班點(diǎn)集中到中心控制室值班操作。所以必須對(duì)比較重要的報(bào)警參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況做進(jìn)一步的修改。通過(guò)對(duì)PLC可編程控制器的源程序進(jìn)行修改、編譯，主要是啟停液位、報(bào)警液位、邏輯控制、出水流量、加藥間液位、提升泵站液位差等。不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備按工藝流程運(yùn)行的要求，而且機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性、安全性有了很大提高，電氣故障大為減少。故障點(diǎn)檢查也很方便，大大降低了電氣設(shè)備的故障率，使現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。更主要的是為自動(dòng)化控制的順利實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。
另外對(duì)高壓配電系統(tǒng)和一套獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)，如出現(xiàn)任何故障不僅有指示燈光報(bào)警，而且還配有語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，使值班人員一目了然，可清楚地判斷故障發(fā)生的部位并做及時(shí)處理，避免事故的發(fā)生。
3．4安裝視頻監(jiān)視系統(tǒng)的
為了讓操作人員真正在中控室控制全廠、監(jiān)視全廠、管理全廠，長(zhǎng)壽污水處理廠于2002安裝了BAXALL系列攝像機(jī)視頻監(jiān)視系統(tǒng)。它配合原有的自控儀表，對(duì)進(jìn)水粗格柵、細(xì)格柵、提升泵、排砂泵、攪拌機(jī)、砂水分離機(jī)、氧化溝曝氣機(jī)、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脫水間、辦公室等10多個(gè)場(chǎng)所的現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行24小時(shí)全天候監(jiān)視。
這套視頻監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行可靠。在中控室里，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)的遙控。可以監(jiān)視全廠20多個(gè)部位工藝設(shè)備的運(yùn)行情況。如果按工藝流程在現(xiàn)場(chǎng)巡查一遍，需要30分鐘左右，而通過(guò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，幾分鐘就可以對(duì)全廠工況瀏覽一遍，大大提高了工作效率。
3.5提升泵站和格柵井的控制
污水提升泵站安裝兩臺(tái)潛水泵一用一備，在上位機(jī)設(shè)定常用/備用，按如下原理進(jìn)行控制：
當(dāng)泵站內(nèi)水位達(dá)到1.70m時(shí)，一臺(tái)泵啟動(dòng)；
當(dāng)水位降至0.80m時(shí)，水泵停機(jī)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
粗、細(xì)格柵分別有時(shí)間控制/液位差控制，2種控制方法，我廠現(xiàn)在用的是時(shí)間控制。
格柵井安裝粗、細(xì)格柵機(jī)兩臺(tái)，運(yùn)行依據(jù)其前、后超聲波液位差計(jì)測(cè)得的水位差進(jìn)行控制。
當(dāng)粗格柵機(jī)前，后超聲波液位差計(jì)測(cè)得的水位差超過(guò)20cm，粗格柵機(jī)、皮帶輪輸送機(jī)自動(dòng)開(kāi)機(jī)。
當(dāng)粗格柵機(jī)前，后超聲波液位差計(jì)測(cè)得的水位差降至10cm，粗格柵機(jī)、皮帶輪輸送機(jī)自動(dòng)停機(jī)。
當(dāng)細(xì)格柵機(jī)前，后超聲波液位差計(jì)測(cè)得的水位差超過(guò)30cm，細(xì)格柵機(jī)、螺旋輸送機(jī)，壓榨機(jī)自動(dòng)開(kāi)機(jī)。
當(dāng)細(xì)格柵機(jī)前，后超聲波液位差計(jì)測(cè)得的水位差降至20cm，細(xì)格柵機(jī)、螺旋輸送機(jī)，壓榨機(jī)自動(dòng)停機(jī)。
粗格柵、細(xì)格柵還可以通過(guò)在上位機(jī)設(shè)定運(yùn)行、停止間隔時(shí)間的方式定時(shí)開(kāi)啟停止。當(dāng)格柵每運(yùn)行15分鐘后停15分鐘。皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)與格柵聯(lián)動(dòng)，及格柵運(yùn)行時(shí)，同時(shí)運(yùn)行。
兩組渦流沉砂池，每組渦流沉砂池內(nèi)安裝一臺(tái)攪拌機(jī)和排砂泵，攪拌機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分離器。排砂泵每運(yùn)行10分鐘后停20分鐘，時(shí)用，砂水分離器與排砂泵同時(shí)工作，以上設(shè)備均可在中心控制室監(jiān)控。
3.6氧化溝的自動(dòng)控制
本工程氧化溝設(shè)兩組，日處理污水能力40000m3/d，每組氧化溝設(shè)計(jì)日處理能力2萬(wàn)m3/d。每組氧化溝PDSL-325（C）型倒傘型表面曝氣機(jī)三臺(tái)，其中1#，3#機(jī)組為恒速，逆時(shí)鐘方向運(yùn)轉(zhuǎn)，單臺(tái)機(jī)組充氧量為119kgO2/h；2#機(jī)組為變頻調(diào)速，順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)轉(zhuǎn)，單臺(tái)機(jī)組充氧量為23～119kgO2/h，電機(jī)功率均為55KW；每組氧化溝安裝兩臺(tái)溶解氧檢測(cè)儀（DO儀）和一臺(tái)污泥濃度檢測(cè)儀（MLSS儀），一臺(tái)DO儀和MLSS儀安裝在接近出水口處，另一臺(tái)DO儀安裝在缺氧區(qū)。另一組氧化溝設(shè)備與該組氧化溝對(duì)稱(chēng)，倒傘型表面曝氣機(jī)的運(yùn)行按照氧化溝內(nèi)溶解氧值（DO值）進(jìn)行自動(dòng)控制，其DO值以接近出水口處的DO儀的測(cè)定值為準(zhǔn)。
當(dāng)DO值在0.2mg/L<DO值<1.2mg/L范圍內(nèi)時(shí)三臺(tái)電機(jī)都開(kāi)啟；當(dāng)DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范圍內(nèi)時(shí)開(kāi)一臺(tái)恒速機(jī)和一臺(tái)變頻調(diào)速機(jī)；其中變頻調(diào)速機(jī)的調(diào)速頻率分為五段（頻率隨著DO值減小而增大）；當(dāng)DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范圍內(nèi)時(shí)只開(kāi)一臺(tái)恒速機(jī)。如果DO值不在以上范圍內(nèi)那么開(kāi)一臺(tái)恒速機(jī)和一臺(tái)變頻調(diào)速機(jī)（頻率固定）。
氧化溝內(nèi)設(shè)一臺(tái)污泥濃度（MLSS）測(cè)定儀，將MLSS測(cè)定儀測(cè)定值傳送至中控室，用于調(diào)節(jié)活性污泥回流泵站及電動(dòng)套筒閥的運(yùn)行。
氧化溝內(nèi)安裝的各檢測(cè)儀器（如DO儀、MLSS儀）的數(shù)據(jù)，由PLC1進(jìn)行采集。然后PLC1將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)控制層網(wǎng)絡(luò)送至中控室用于控制相關(guān)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.7回流泵站的自動(dòng)控制
污泥回流泵站安裝潛水軸流泵兩臺(tái)，按如下原理進(jìn)行控制：
在泵站出水側(cè)及吸水側(cè)（套筒閥井處）各設(shè)一臺(tái)超聲波水位計(jì)，出水側(cè)設(shè)兩個(gè)水位，一個(gè)正常水位7.8m，一個(gè)報(bào)警水位8.4m,吸水側(cè)設(shè)四個(gè)水位，一個(gè)正常水位5.30m，一個(gè)啟動(dòng)水位5.00m，一個(gè)高限報(bào)警水位5.80m，一個(gè)低限報(bào)警水位4.40m；
當(dāng)兩個(gè)氧化溝的污泥濃度同時(shí)高于3000mg/L時(shí)，開(kāi)啟1臺(tái)污泥回流泵，如果其中任何一個(gè)氧化溝的污泥濃度低于3000mg/L時(shí)只開(kāi)啟2臺(tái)污泥回流泵。
本控制程序能使兩泵交替工作（統(tǒng)計(jì)工作時(shí)間），負(fù)荷均等，從而延長(zhǎng)二泵工作壽命。
3.8剩余泵站和貯泥池的自動(dòng)控制
本泵站安裝100QW70-7-3型潛水排污泵一臺(tái)，其工作原理如下：
當(dāng)貯泥池液位低于2.0m時(shí),剩余污泥泵自動(dòng)開(kāi)啟。當(dāng)貯泥池液位高于4.5m時(shí)，剩余污泥泵站剩余污泥泵根據(jù)液位計(jì)信號(hào)自動(dòng)停止運(yùn)行，貯泥池液位在中心控制室顯示及報(bào)警。另外，當(dāng)貯泥池水位計(jì)超過(guò)貯泥池設(shè)定的最高水位或最低0.5m時(shí)，水泵亦由中控室控制自動(dòng)切斷水泵電源，泵站停止工作。
貯泥池安裝超聲波液位計(jì)，當(dāng)液位為1.5m時(shí)，向脫水間PLC發(fā)出污泥泵停泵停止運(yùn)行信號(hào)。
3.9加藥間的自動(dòng)控制
溶解、溶液池為兩組，每組2m；每組內(nèi)安一臺(tái)攪拌機(jī)，和超聲波液位計(jì)一套，工況一用一備；
溶解池加料加水后，攪拌機(jī)工作15分鐘，攪拌機(jī)停車(chē)，溶液池的液位預(yù)報(bào)警（液位現(xiàn)場(chǎng)確定）；
當(dāng)一格溶解池最低液位時(shí)（液位現(xiàn)場(chǎng)確定），自動(dòng)關(guān)停藥液輸出電磁閥同時(shí)開(kāi)啟另一溶液池的電磁閥；
FeCl3液按照出水流量計(jì)信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，手動(dòng)調(diào)節(jié)沖程控制投加量，使其出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
3.10紫外光的自動(dòng)控制
紫外光消毒采用的是德國(guó)威得高系統(tǒng)，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)行動(dòng)，使液位始終保持在1.7m，紫外光燈啟動(dòng)±5%左右。
3.11脫水間的自動(dòng)控制
脫水間加藥池設(shè)有一液位探頭，當(dāng)液位低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，脫水機(jī)停止。
脫水機(jī)的控制主要還是以人工控制為主，操作人員在PLC柜在啟停各個(gè)設(shè)備。
3.12現(xiàn)場(chǎng)儀表的控制
我廠的主要儀表有：液位計(jì)、進(jìn)水PH值、溶解氧、污泥濃度、COD在線(xiàn)儀、濁度儀、出水流量計(jì)（其中大部分的在線(xiàn)儀表都自帶得有溫度計(jì)）。顯示的具體形式以具體數(shù)值顯示為主，操作人員可直觀地讀取各種數(shù)據(jù)。
3.13高壓配電系統(tǒng)監(jiān)視功能
此功能主要是對(duì)高壓配電及供電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)是合是斷，通過(guò)在上住機(jī)（CRT）顯示來(lái)提示有關(guān)人員。具體顯示以示意圖的形式實(shí)現(xiàn)。
3.14時(shí)間累計(jì)、故障次數(shù)和報(bào)警功能
主要功能是對(duì)所有設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。報(bào)警功能是對(duì)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)的故障都有燈光和聲音提示，準(zhǔn)確及時(shí)地提示操作人員哪臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)了故障。故障出現(xiàn)時(shí)，運(yùn)行設(shè)備立即停止運(yùn)行。此部分功能的實(shí)現(xiàn)，為有關(guān)人員確定設(shè)備大修時(shí)間及日常保養(yǎng)次數(shù)提供了依據(jù)。
4.自控系統(tǒng)的使用效果
4.1快速準(zhǔn)確地反映運(yùn)行異常情況
當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)出任何的異常情況，可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)一目了然的看出問(wèn)題。有設(shè)備出現(xiàn)故障、上位機(jī)同時(shí)報(bào)警并停止該設(shè)備的運(yùn)行，相應(yīng)地計(jì)算機(jī)作故障情況記錄，方便設(shè)備故障排除、管理、維護(hù)等。
4.2促進(jìn)了職工技求素質(zhì)的提高
實(shí)行自控，運(yùn)行人員合并值班操作，對(duì)職工素質(zhì)的要求也相應(yīng)地變?yōu)閺?fù)合型，這就進(jìn)一步激發(fā)了職工特別是青年職工學(xué)文化、學(xué)技術(shù)的積極性。
4.3為降低運(yùn)行成本創(chuàng)造了條件
關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)
水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了機(jī)械液壓式調(diào)速器、模擬式電液調(diào)速器和數(shù)字式電液調(diào)速器幾個(gè)發(fā)展階段，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是，隨著大容量機(jī)組和大型互聯(lián)電力系統(tǒng)的出現(xiàn)及其對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)控制要求的提高，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“調(diào)速系統(tǒng)”)提出了更高的要求，出現(xiàn)了許多需要解決的新問(wèn)題。如自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)自動(dòng)控制機(jī)組有功功率時(shí)調(diào)節(jié)品質(zhì)問(wèn)題，發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的作用問(wèn)題等[1]。
1、水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題
(1)機(jī)械液壓式調(diào)速器和模擬式電液調(diào)速器，一般都沒(méi)有有功功率反饋，機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)由運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)速器的頻率給定的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于運(yùn)行人員的智慧和經(jīng)驗(yàn)，有功功率的手動(dòng)調(diào)節(jié)是穩(wěn)定的。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)水平的提高，AGC進(jìn)人了實(shí)用化階段，要求機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)能夠根據(jù)AGC給出的有功功率值自動(dòng)控制機(jī)組的有功功率.為了適應(yīng)這種要求，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)組有功功率控制裝置。這種裝置接受AGC給出的應(yīng)發(fā)有功功率指令，作用于機(jī)組調(diào)速器。由于調(diào)速器固有特性和控制策略方面的問(wèn)題，有功功率控制裝置自動(dòng)控制機(jī)組有功功率時(shí)，或表現(xiàn)為超調(diào)量大、擺動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，或表現(xiàn)為調(diào)節(jié)“遲鈍”。一時(shí)間，機(jī)組有功功率自動(dòng)控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)成了水電站自動(dòng)化領(lǐng)域里的一個(gè)突出問(wèn)題。盡管通過(guò)控制策略的改進(jìn)，使問(wèn)題得到了一定程度的改善，但仍沒(méi)有達(dá)到理想水平。有的研究者將機(jī)組有功功率反饋引人了調(diào)速器，根據(jù)AGC給定的功率和實(shí)發(fā)有功功率的偏差來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組有功功率，但“調(diào)節(jié)信號(hào)繞過(guò)了PID，繞過(guò)了軟反饋”，因此這種控制模式也很難使調(diào)節(jié)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
(2)控制策略較落后，不能實(shí)現(xiàn)功率控制、開(kāi)度控制、頻率控制的要求和合理切換，不能實(shí)現(xiàn)頻率故障、開(kāi)度故障等容錯(cuò)控制策略。
(3)不能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的一次調(diào)頻功能，不能達(dá)到一次調(diào)頻對(duì)頻率死區(qū)、永態(tài)轉(zhuǎn)差率、響應(yīng)滯后時(shí)間等動(dòng)作參數(shù)的要求。
(4)原調(diào)速器在試驗(yàn)時(shí)需外接多個(gè)試驗(yàn)器材，試驗(yàn)程序和方法較繁瑣，數(shù)據(jù)記錄不方便。
2、缺少對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的作用的考慮
2.1機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)欠完善
目前，電力系統(tǒng)中運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)，除了前面分析的頻率反饋不完善。沒(méi)有有功功率反饋以外，沒(méi)有發(fā)電機(jī)功角反饋參與是機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不能對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定起作用的重要原因之一。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)功角變化是反映機(jī)組轉(zhuǎn)速和有功功率變化最敏感的參數(shù)。另外，發(fā)電機(jī)端電壓和無(wú)功功率變化也影響機(jī)組轉(zhuǎn)速和有功功率。因此，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)具有發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速(而不是發(fā)電機(jī)端電壓的頻率)、有功功率、功角、端電壓和無(wú)功功率參與控制的發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。初步理論分析已經(jīng)證明這種調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于抑制機(jī)組頻率和有功功率搖擺、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有明顯作用。
2.2調(diào)速器存在死區(qū)
電液調(diào)速器的機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在機(jī)械反饋(包括杠桿式反饋和直連式反饋)導(dǎo)致調(diào)速器存在死區(qū)。死區(qū)的存在直接影響了機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，使其難以對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)揮作用。因此，簡(jiǎn)化電液調(diào)速器機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，去掉機(jī)械反饋參與調(diào)速控制，根除調(diào)速器的死區(qū)，應(yīng)該成為調(diào)速器研究的主要問(wèn)題之一。如果做到這一點(diǎn)，就為調(diào)速器在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中發(fā)揮更大的作用奠定了基礎(chǔ)。
3、完善水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)的對(duì)策
3.1協(xié)聯(lián)關(guān)系運(yùn)行提高了機(jī)組運(yùn)行效率
電站較早時(shí)不能準(zhǔn)確采集機(jī)組水位信號(hào)，且當(dāng)時(shí)的控制器模擬量通道受限制未接入水位信號(hào)。改造后調(diào)速器接入水位信號(hào)并設(shè)置導(dǎo)葉與槳葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)，按協(xié)聯(lián)關(guān)系減少了水輪機(jī)的綜合耗水率，提高了水輪機(jī)的運(yùn)行效率。
3.2協(xié)聯(lián)關(guān)系運(yùn)行減輕了機(jī)組振動(dòng)擺動(dòng)
水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)擺度過(guò)大不但會(huì)影響機(jī)組的正常安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)饳C(jī)組和廠房的損壞，造成嚴(yán)重后果。電站曾采取一些措施來(lái)減輕振動(dòng)，未能取得良好的效果，主要原因是機(jī)組未按協(xié)聯(lián)關(guān)系運(yùn)行，機(jī)組上導(dǎo)、推力、上機(jī)架等多個(gè)部位的振動(dòng)擺動(dòng)值較大。改造后導(dǎo)葉、槳葉在協(xié)聯(lián)關(guān)系下運(yùn)行，在試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)手測(cè)與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀察機(jī)組各部的振動(dòng)擺動(dòng)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，提高了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行程度，提高了水輪發(fā)電機(jī)組壽命[2]。
3.3改變控制結(jié)構(gòu)，提高了控制調(diào)節(jié)性能
原調(diào)速器位移反饋信號(hào)取自中間接力器，液壓隨動(dòng)由多級(jí)放大組成，機(jī)械液壓部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件較多，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性較差，接力器不動(dòng)時(shí)間、甩負(fù)荷動(dòng)作時(shí)間等數(shù)據(jù)不能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。通過(guò)改變調(diào)速器的反饋結(jié)構(gòu)和方式，在導(dǎo)葉、槳葉的接力器和引導(dǎo)閥處安裝不同類(lèi)型的位移傳感器，與原中間接力器共同形成多個(gè)閉環(huán)反饋回路，不改變調(diào)速器的機(jī)械液壓部分，利用控制系統(tǒng)的軟、硬件多閉環(huán)反饋提高了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度、速動(dòng)性和穩(wěn)定性。
3.4監(jiān)控系統(tǒng)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能完善
通過(guò)PCC的模擬量輸出模塊和雙路配電器分別將導(dǎo)葉開(kāi)度、槳葉開(kāi)度信號(hào)送往機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在正常運(yùn)行及事故情況下便于對(duì)事件進(jìn)行分析，完善了監(jiān)控系統(tǒng)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能。
4、結(jié)論
改善水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)中頻率和功率反饋;增加功角、機(jī)端電壓和無(wú)功功率反饋參與機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制;開(kāi)發(fā)合理控制方式;簡(jiǎn)化電液調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根除調(diào)速器死區(qū);應(yīng)該成為水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器研究的主要問(wèn)題。如果這樣做了，就可以提高機(jī)組調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，更充分地發(fā)揮調(diào)速器的作用。這不僅對(duì)提高電力系統(tǒng)頻率的質(zhì)量有益.而且也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制起更大作用。
參考文獻(xiàn)：
