自动控制

无需人直接干预其运行的控制。

  自动控制(automaticcontrol)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。

  简介

  自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响,以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看,它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。基础的结论是由诺伯特·维纳,鲁道夫·卡尔曼提出的。

  基本原理

  在现代科学技术的众多领域中,自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器),使机器,设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控制量)自动地按照预定的规律运行。

  自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期,是以反馈理论为基础的自动调节原理,主要用于工业控制,二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪,火炮定位系统,雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备,进一步促进并完善了自动控制理论的发展。

  到战后,以形成完整的自动控制理论体系,这就是以传递函数为基础的经典控制理论,它主要研究单输入-单输出,线形定常数系统的分析和设计题。

  发展过程

  150多年前第一代过程控制体系是基于5-13psi的气动信号标准(气动控制系统PCS,PneumaticControlSystem)。简单的就地操作模式,控制理论初步形成,尚未有控制室的概念。

  第二代过程控制体系(模拟式或ACS,AnalogControlSystem)是基于0-10mA或4-20mA的电流模拟信号,这一明显的进步,在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。它标志了电气自动控制时代的到来。控制理论有了重大发展,三大控制论的确立奠定了现代控制的基础;控制室的设立,控制功能分离的模式一直沿用至今。

  第三代过程控制体系(CCS,ComputerControlSystem).70年代开始了数字计算机的应用,产生了巨大的技术优势,人们在测量,模拟和逻辑控制领域率先使用,从而产生了第三代过程控制体系(CCS,ComputerControlSystem)。这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命,它充分发挥了计算机的特长,于是人们普遍认为计算机能做好一切事情,自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统,需要指出的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4-20mA的模拟信号,但是时隔不久人们发现,随着控制的集中和可靠性方面的问题,失控的危险也集中了,稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以它很快被发展成分布式控制系统(DCS)。

  第四代过程控制体系(DCS,DistributedControlSystem分布式控制系统):随着半导体制造技术的飞速发展,微处理器的普遍使用,计算机技术可靠性的大幅度增加,目前普遍使用的是第四代过程控制体系(DCS,或分布式数字控制系统),它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机,而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制系统。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一个重要的发展是它们之间的信号传递也不仅仅依赖于4-20mA的模拟信号,而逐渐地以数字信号来取代模拟信号。

  第五代过程控制体系(FCS,FieldbusControlSystem现场总线控制系统):FCS是从DCS发展而来,就象DCS从CCS发展过来一样,有了质的飞跃。“分散控制”发展到“现场控制”;数据的传输采用“总线”方式。但是FCS与DCS的真正的区别在于FCS有更广阔的发展空间。由于传统的DCS的技术水平虽然在不断提高,但通信网络最低端只达到现场控制站一级,现场控制站与现场检测仪表、执行器之间的联系仍采用一对一传输的4-20mA模拟信号,成本高,效率低,维护困难,无法发挥现场仪表智能化的潜力,实现对

  自动控制

  现场设备工作状态的全面监控和深层次管理。所谓现场总线就是连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信链路。简单地说传统的控制是一条回路,而FCS技术是各个模块如控制器、执行器、检测器等挂在一条总线上来实现通信,当然传输的也就是数字信号。主要的总线有Profibus,LonWorks等。