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工业自动化技术 全有文档 工业自动控制技术的发展概况 一、工业自动控制的基本概念 自动控制：指在无人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器、设备）的某一个物理量自动地按照预定的规律运行， 控制系统：为实现某一控制目标所需要的物理部件（及软件）的有机组合，通常由控制器和被控对象组成。 自动控制理论：是研究自动控制共同规律的科学，它包括以反馈控制理论为基础的古典控制理论（单输入、单输出），以状态空间为基础的现代控制理论（多输入、多输出）以及以模糊控制和神经网络为代表的智能控制（不需精确数学模型）。 二、工业自动控制系统基本类型： 顺序控制系统：顺序控制是按照预先规定的时间顺序（或逻辑关系），逐步对各设备或对象进行控制到方法。如电梯等。 过程控制系统：对工业生产过程中的各物理量（如温度、压力、液位等）进行闭环控制，使其按照要求的规律变化。 运动控制系统：控制运动物体的转速或位置，使其按照要求的规律变化。如调速系统，位置随动系统等。 监控系统：对生产过程中的大量运行参数进行采集、显示、记录或报警。 三、控制系统的传统实现方法： 顺序控制系统：继电逻辑控制系统。 过程控制系统：常规仪表控制系统。 运动控制系统：拖动控制系统。 监控系统：常规显示、记录或报警仪表。 四、计算机技术对工业控制技术的影响 五、实现计算机控制到几种尝试方案 直接数字控制系统（DDC)。 单片机控制。 总线式工控机。 可编程调节器。 六、计算机控制的现状及发展 可编程控制器(PLC)。 集散控制系统(DCS)。 现场总线控制系统(FCS)。 工业以太网。 七、计算机控制的设计原则 可靠性与适应性。 操作性与友好性。 灵活性与扩展性。 实时性。 分布式控制系统的体系结构 一、分布式控制系统体系结构的形成： 集中型计算机控制系统：采用专用计算机来处理工业控制问题(如进行数据采集，数据处理，过程监视等)。 多级计算机控制系统：为了计算机的处理速度和自身的可靠性问题和在计算机微型化的推动下，出现了多级计算机控制系统。 集散型计算机控制系统：将与现场设备打交道和需要进行实时处理的功能分散到前端计算机上，而中央计算机只充当后继到系统管理方面的工作，实现集中管理，分散控制，提高整个系统的可靠性。 计算机集成综合系统：将中央计算机与工厂办公室自动化系统连接起来，使工厂制造与办公室、实验室、仓库等商业和事务管理等系统构成了一体化。 二、分布式控制系统 分层结构中各层的功能 三、分布式控制系统系统的基本结构 现场控制器：通常带有I/O部件，与生产过程相联接，实现数据采集和控制执行。 人机接口：让操作员了解生产能够过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程。主要由操作站、工程师站和历史站。 通信系统：在分散过程控制装置与操作管理装置之间完成数据交换和传递。 四、现场控制器 回路控制器：能完成以PID为基础的回路控制的数字仪表，多路数据采集器以及无纸记录仪等一系列数字仪表，在面板上仍保留棒图和手/自动切换，用数字显示代替指针显示，这些数字仪表统称为回路控制器。回路控制器内部的算法预先用程序作成功能块的形式，存在ROM中。可以按照所要求的控制策略，进行组态。 可编程控制器(PLC)：PLC是由摸仿继电器控制原理发展起来的，以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。现代的也增加有一些控制回路用的算法。 运动控制器：用于控制运动部件的速度或位置，通常包括变频器和伺服系统。 现场总线：全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置；用分散的虚拟控制站取代集中的控制站；改变传统的信号标准、通信标准。 控制系统的硬件体系结构 确定性实时和非确定性实时的对比 实时性：典型任务的响应时间要求 主控制器应用设计：工艺过程划分 AI信号的输入处理过程 双积分型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 变压器隔离型放大器 电容隔离型放大器 线性光偶隔离型放大器 三种模拟信号隔离放大器比较 模拟量输出 开关量输入（DI：Digital Input) 开关量输出（DO：Digital Output) 控制系统的控制算法 常见计算机控制算法、 PID控制算法：形成一个闭环的控制回路，对被控变量产生的一切扰动都进行响应。 选择性控制系统：对两个或多个控制器的输出端的信号进行选择。 前馈控制：按扰控量进行补偿的开环控制，即当影响系统的扰动出现是（被控变量还未显示变化以前），按扰动量大小直接产生校正作用，以抵消扰动的影响。 顺序控制：顺序控制是按照预先规定的顺序（逻辑关系），逐步对各阶段进行信息处理的控制方法. 计算机优化控制 控制作用： 比例控制：比例控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是