自動化控制系統(tǒng)常用種類及組成
2022-08-29 10:09
一、工業(yè)自動化控制系統(tǒng)有那幾個(gè)環(huán)節(jié)組成
開環(huán)控制系統(tǒng)
在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動線。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。
按給定信號分類，自動控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。
恒值控制系統(tǒng)
給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。如生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位高度、電動機(jī)轉(zhuǎn)速等自動控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。
隨動控制系統(tǒng)
給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng)。
程序控制系統(tǒng)
給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化。如程控機(jī)床。
控制器：可按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動機(jī)的啟動、調(diào)速、制動和反向的主令裝置。
被控對象：一般指被控制的設(shè)備或過程為對象，如反應(yīng)器、精餾設(shè)備的控制，或傳熱過程、燃燒過程的控制等。從定量分析和設(shè)計(jì)角度，控制對象只是被控設(shè)備或過程中影響對象輸入、輸出參數(shù)的部分因素，并不是設(shè)備的全部。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)：使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機(jī)、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用。
變送器：作用是檢測工藝參數(shù)并將測量值以特定的信號形式傳送出去，以便進(jìn)行顯示、調(diào)節(jié)。在自動檢測和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用是將各種工藝參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量變換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，再傳送到調(diào)節(jié)器和指示記錄儀中，進(jìn)行調(diào)節(jié)、指示和記錄。
自動控制系統(tǒng)的三大發(fā)展方向
1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是連接現(xiàn)場智能設(shè)備和自動化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)。它也被稱為現(xiàn)場底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。
目前，以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等�？梢源_定的是，結(jié)合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)的FCS將具有強(qiáng)大的生命力。
2、工業(yè)PC控制系統(tǒng)
由于PC機(jī)的開放性，具有豐富的硬件資源、軟件資源和人力資源，并且具有成本低的特點(diǎn)，基于PC（包括嵌入式PC）的工業(yè)控制系統(tǒng)，正以每年20%以上的速率增長，基于PC的工業(yè)控制技術(shù)成為本世紀(jì)初的主流技術(shù)之一。
3、智能管控一體化系統(tǒng)集成
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。對諸如圖像、語音信號等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊�，催生了�?dāng)前在商業(yè)領(lǐng)域風(fēng)靡的以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。
這股工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無線技術(shù)等多種當(dāng)今流行技術(shù)融合進(jìn)來，從而拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機(jī)遇。
參考資料來源：百度百科-自動控制系統(tǒng)
三、一個(gè)自動控制系統(tǒng)有哪幾部分組成？
1、分類
自動控制系統(tǒng)按其控制對象的不同分為兩大類。一類具有運(yùn)動性質(zhì)，需由電動機(jī)拖動來實(shí)現(xiàn)，稱為運(yùn)動控制系統(tǒng)（或稱傳動控制系統(tǒng)），而將運(yùn)動控制系統(tǒng)的工作過程稱為運(yùn)動控制；另一類的控制對象是如溫度、壓力、流量、物料、成分、液位和酸堿度等工業(yè)生產(chǎn)過程中的量，比如精餾塔中化工產(chǎn)品的生產(chǎn)控制、鍋爐中的蒸汽溫度的控制等，控制這類對象的自動控制系統(tǒng)稱為過程控制系統(tǒng)，而將過程控制系統(tǒng)的工作過程稱為過程控制。一般，過程控制中常常伴有物體的流動和能量的流動，控制好物量流和能量流的大小，可以達(dá)到過程控制目標(biāo)的要求。運(yùn)動控制的執(zhí)行元件是電動機(jī)，過程控制的執(zhí)行元件是調(diào)節(jié)閥。無論是運(yùn)動控制還是過程控制，它們均適用于相同的自動控制理論。
但是，由于被控對象不相同的特點(diǎn)，兩類控制系統(tǒng)在響應(yīng)特性上也呈現(xiàn)出不同的特征。例如，運(yùn)動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間短、響應(yīng)速度快；而過程控制系統(tǒng)中常常含有大慣性環(huán)節(jié)、大延時(shí)環(huán)節(jié)等，調(diào)節(jié)時(shí)間長，響應(yīng)速度慢。在應(yīng)用控制理論解決具體控制問題時(shí)，會存在一定的差異。在這兩大類控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制對象的具體要求、輸入信號的特征、信號傳輸過程是否連續(xù)、參數(shù)是否時(shí)變、系統(tǒng)中是否含有非線性元件等，還可將控制系統(tǒng)作進(jìn)一步的分類。
2、組成
為了描述自動控制系統(tǒng)的組成，常將系統(tǒng)中完成不同功能的部分用所謂的“環(huán)節(jié)”一詞來描述。一般的控制系統(tǒng)包括的環(huán)節(jié)如圖4-14所示。
1）給定環(huán)節(jié)
給定輸入量通過給定環(huán)節(jié)作用于系統(tǒng)。例如，有的控制系統(tǒng)用給定電位器將電壓信號作用于控制系統(tǒng)，為了減小給定電位器在開關(guān)閉合瞬間將一個(gè)恒值的電壓信號突然作用于控制系統(tǒng)而對控制系統(tǒng)造成較大的沖擊，有時(shí)給定環(huán)節(jié)還利用積分器逐漸增加作用信號。
2）比較環(huán)節(jié)
比較環(huán)節(jié)完成將給定量與反饋量相比較的功能。完成給定量減反饋量運(yùn)算的，須將反饋量與給定量接成相反的極性，使反饋量的作用削弱給定量，稱為負(fù)反饋比較。反之，若完成給定量加反饋量運(yùn)算的，反饋量的極性須與給定量的極性相同，即反饋量的作用增大了給定量，則是正反饋比較。在多閉環(huán)控制系統(tǒng)中，為了得到好的響應(yīng)性能，有時(shí)將某個(gè)內(nèi)環(huán)接成正反饋，而外環(huán)則都接成負(fù)反饋。
3）放大環(huán)節(jié)
閉環(huán)控制系統(tǒng)是靠給定量與反饋量的差值信號實(shí)現(xiàn)對輸出量控制的。由于差值信號很�。o差系統(tǒng)為0），直接加在控制設(shè)備上不足以使系統(tǒng)工作，須經(jīng)放大環(huán)節(jié)將信號放大。
4）執(zhí)行環(huán)節(jié)
執(zhí)行環(huán)節(jié)又稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由它的動作使被控量得到控制，是控制系統(tǒng)的末端環(huán)節(jié)。運(yùn)動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件常常是各類電動機(jī)，由電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動來拖動負(fù)載，過程控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般是調(diào)節(jié)閥，自動調(diào)節(jié)閥門的開度能夠控制管道中流體的流量或壓力，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。
5）控制環(huán)節(jié)
控制環(huán)節(jié)有時(shí)又稱校正環(huán)節(jié)或控制器、調(diào)節(jié)器等，是人為設(shè)置的環(huán)節(jié)。設(shè)置該環(huán)節(jié)的目的是為了取得好的控制效果。好的控制效果是指輸出量跟隨輸入量變化得更快、更穩(wěn)、更精確。
6）被控對象
被控對象也稱控制對象，是指受系統(tǒng)控制的物理量。被控對象常被選為輸出量。例如，速度控制系統(tǒng)的被控對象應(yīng)選為電動機(jī)的運(yùn)行速度，溫度控制系統(tǒng)的控制對象應(yīng)選為被控制的溫度。
7）反饋環(huán)節(jié)
反饋環(huán)節(jié)將檢測到的被控量反饋傳輸?shù)捷斎攵�，與給定量進(jìn)行比較以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。有的系統(tǒng)將被測量直接接入比較環(huán)節(jié)，稱為單位反饋。
8）擾動環(huán)節(jié)
自動控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，不可避免會受到環(huán)境、設(shè)備自身等各種因素的影響、擾動。
