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電氣人必須了解的幾個(gè)專業(yè)術(shù)語

字體:[ ] 瀏覽次數(shù):1005次 發(fā)布時(shí)間:2016-04-20 關(guān)閉

 

控制


系統(tǒng)的第一代產(chǎn)生于1930年到1940年,主要代表是以基地式儀表為代表的機(jī)械控制技術(shù)。第二代產(chǎn)生于1950年,主要是電氣控制技術(shù)為主的繼電器控制技術(shù)和調(diào)節(jié)器為代表的模擬控制技術(shù)。目前所稱的控制系統(tǒng)是第三代控制系統(tǒng),誕生于二十世紀(jì)七十年代,主要技術(shù)代表是用于流程工業(yè)的集散控制系統(tǒng)(DCS)和用于離散工業(yè)的可編程控制器(PLC)。

現(xiàn)在,自動(dòng)化控制系統(tǒng)正在向第四代控制系統(tǒng)發(fā)展,第四代控制系統(tǒng)有兩個(gè)趨勢(shì),一是系統(tǒng)的開放性,一是流程工業(yè)控制和離散控制的融合,體現(xiàn)在DCS和PLC功能的融合。目前,PC-BASED控制系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)都希望能成為第四代控制系統(tǒng)的主流系統(tǒng),但是,由于這些系統(tǒng)都有各自的缺點(diǎn),因此,大家普遍認(rèn)為第四代控制系統(tǒng)還是會(huì)由以目前第三代控制系統(tǒng)的特點(diǎn),加上開放和融合性的特點(diǎn)組成的柔性控制系統(tǒng)----TCS。

為了正確理解控制系統(tǒng)的意義,有一些關(guān)于控制的術(shù)語是必須要了解的,在這里介紹一下。


I/O點(diǎn):


在討論控制系統(tǒng)的時(shí)候,I/O點(diǎn)是最經(jīng)常聽到的一個(gè)術(shù)語。它是指輸入/輸出點(diǎn),I代表INPUT,指輸入,O代表OUTPUT,指輸出。輸入/輸出都是針對(duì)控制系統(tǒng)而言,輸入指從儀表進(jìn)入控制系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù),輸出指從控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參量,一個(gè)參量叫做一個(gè)點(diǎn)。一個(gè)控制系統(tǒng)的規(guī)模有時(shí)按照它最大能夠控制的I/O點(diǎn)的數(shù)量來定的。


模擬量和開關(guān)量:


在控制系統(tǒng)中,另一個(gè)常見的術(shù)語就是模擬量和開關(guān)量。不論輸入還是輸出,一個(gè)參數(shù)要么是模擬量,要么是開關(guān)量。模擬量指控制系統(tǒng)量的大小是一個(gè)在一定范圍內(nèi)變化的連續(xù)數(shù)值,比如溫度,從0-100度,壓力從0-10MPA,液位從1-5米,電動(dòng)閥門的開度從0-100%,等等,這些量都是模擬量。而開關(guān)量指該物理量只有兩種狀態(tài),如開關(guān)的導(dǎo)通和斷開的狀態(tài),繼電器的閉合和打開,電磁閥的通和斷,等等。對(duì)控制系統(tǒng)來說,由于CPU是二進(jìn)制的,數(shù)據(jù)的每位有“0”和“1”兩種狀態(tài),因此,開關(guān)量只要用CPU內(nèi)部的一位即可表示,比如,用“0”表示開,用“1”表示關(guān)。而模擬量則根據(jù)精度,通常需要8位到16為才能表示一個(gè)模擬量。最常見的模擬量是12位的,即精度為2-12,最高精度約為萬分之二點(diǎn)五。當(dāng)然,在實(shí)際的控制系統(tǒng)中,模擬量的精度還要受模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和儀表的精度限制,通常不可能達(dá)到這么高。


控制回路:



 通常是針對(duì)模擬量的控制來說,一個(gè)控制器根據(jù)一個(gè)輸入量,按照一定的規(guī)則和算法來決定一個(gè)輸出量,這樣,輸入和輸出就形成一個(gè)控制回路??刂苹芈酚虚_環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別。開環(huán)控制回路,指輸出是根據(jù)一個(gè)參考量而定,輸入和輸出量沒有直接的關(guān)系。而閉環(huán)回路則將控制回路的輸出再反饋回來作為回路的輸入,與該量的設(shè)定值或應(yīng)該的輸出值作比較。閉環(huán)回路控制又叫反饋控制,是控制系統(tǒng)中最常見的控制方式。下面介紹幾種常規(guī)的反饋控制的模式。


二位控制:


這是最簡單的反饋控制,有時(shí)也叫開關(guān)控制。這種控制是當(dāng)被測(cè)量達(dá)到最高值或最低值的時(shí)候,就給出一個(gè)開關(guān)的信號(hào)。雖然被測(cè)量可能是模擬量,但控制輸出是開關(guān)的,所以叫兩位控制。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),有許多溫控器和液位開關(guān)控制是采用這種方式的。


比例控制:


控制器的輸出值與被控參數(shù)的測(cè)量值和設(shè)定值或某個(gè)參考點(diǎn)的偏差是一個(gè)比例關(guān)系。比例控制比二位控制要平滑一些,消除了二位控制時(shí)會(huì)產(chǎn)生的被控量上下振蕩的情形。比如,對(duì)一個(gè)反應(yīng)罐的液位,如果設(shè)定的液位值是2700毫米,當(dāng)液位降低時(shí),進(jìn)料管道上的閥門就要增加開度,而液位偏高時(shí),則要將開度減小。增加和減小的比例與液位和設(shè)定值的偏差大小成比例關(guān)系。


積分控制:


在積分控制中,被控變量的值的變化與控制系統(tǒng)輸出控制到實(shí)際生效的時(shí)間有一個(gè)預(yù)先設(shè)定的關(guān)系。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出是漸漸地達(dá)到設(shè)定的值的。這種控制方式的產(chǎn)生是由于實(shí)際的控制元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)從給出輸出信號(hào)到使被控變量達(dá)到設(shè)定值往往需要一段時(shí)間。最常見的例子是溫度控制,比如,假定我們知道到煤氣閥門的開度到60%的時(shí)候,熱水器的水溫能夠達(dá)到適宜洗澡的45度,但是,當(dāng)你把閥門一下子擰到60%的位置時(shí),水依然是涼的,你必須等一下,水溫升到45度左右的時(shí)候,就會(huì)穩(wěn)定。如果控制系統(tǒng)不用積分控制,而只用比例控制,那么當(dāng)閥門輸出為60%時(shí),這是輸入的溫度值可能依然只有20度,那么按照比例控制,既然偏差依然存在,則閥門的開度會(huì)繼續(xù)加大,這樣,當(dāng)水溫升到45度時(shí),閥門的開度可能會(huì)達(dá)到了90%甚至更高,這時(shí),雖然控制系統(tǒng)會(huì)通知閥門保持不動(dòng),但水溫會(huì)繼續(xù)升高,可能到了50甚至60度,這時(shí),閥門的開度會(huì)減小,但在減小到60%之前,水溫都會(huì)繼續(xù)上升,當(dāng)閥門開度減到60%時(shí),水溫依然可能70度,一直當(dāng)閥門的開度變成20%時(shí),水溫才會(huì)變成45度,這時(shí)閥門運(yùn)動(dòng)會(huì)停止,但水溫卻會(huì)繼續(xù)下降,直到變成涼水,如果這時(shí)是冬天,可能你的情形還要糟糕。這就是沒有積分控制的溫度控制器會(huì)發(fā)生的情況。如果你有小孩,當(dāng)孩子第一次操作熱水器的閥門的時(shí)候,發(fā)生的情形就很像這種情況。

微分控制:


微分控制通常與比例和積分控制同時(shí)使用,由于積分控制有一個(gè)滯后,微分控制可以讓控制對(duì)偏差的反應(yīng)提前,以免控制系統(tǒng)的反應(yīng)過于遲鈍。微分控制與比例和積分控制同時(shí)使用,可以使被控狀態(tài)更迅速地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),而又不會(huì)出現(xiàn)上文出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象。

PID控制:


在實(shí)際的控制系統(tǒng)中,根據(jù)實(shí)際變量的情況,上述三種控制方式有時(shí)只有一種,有時(shí)是兩種,有時(shí)三種同時(shí)采用。比例控制用P表示,積分控制用I表示,微分控制用D表示,根據(jù)采用的方式,分別稱為P控制,PI控制,PID控制。其中,PID控制是控制系統(tǒng)最常見的控制模式。


延時(shí)控制:


通常應(yīng)用在開關(guān)量控制的場(chǎng)合,當(dāng)一個(gè)開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)(比如由“開”變“關(guān)”時(shí)),控制器的輸出動(dòng)作要延時(shí)一段時(shí)間才會(huì)給出。比如,在生產(chǎn)線常用的接近開關(guān),當(dāng)工件就位時(shí),接近開關(guān)給出信號(hào),下一個(gè)滾筒由于和接近開關(guān)安裝的位置有一段距離,所以通常要延遲幾秒才開始滾動(dòng)。

連鎖控制:


也是常用于開關(guān)控制的場(chǎng)合,比如有三個(gè)開關(guān),A、B和C,C開關(guān)必須在A和B同時(shí)打開的時(shí)候,才能夠打開;或者當(dāng)A打開時(shí),C必須打開;這種關(guān)系就是連鎖控制。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中,尤其是在涉及安全控制的場(chǎng)合,連鎖控制方式是很常見的。比如反應(yīng)釜中的放散閥,當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí),壓力開關(guān)的信號(hào)發(fā)生變化,則放散閥門必須立刻打開。

電動(dòng)控制:


指控制系統(tǒng)的輸出是通過電氣量或電子信號(hào)來進(jìn)行的,所控制的對(duì)象是電動(dòng)執(zhí)行元件,比如繼電器、步進(jìn)開關(guān)、電磁閥、伺服驅(qū)動(dòng)器和變頻器等等,絕大部分的自動(dòng)控制多多少少都會(huì)有電動(dòng)控制元件。

液壓控制:


在機(jī)器與設(shè)備的操作中,許多控制是用液壓控制機(jī)構(gòu)來進(jìn)行的。在連續(xù)速度控制的場(chǎng)合,液壓控制通常比較方便和便宜,當(dāng)能量轉(zhuǎn)換效率較高的時(shí)候,液壓控制往往和電動(dòng)控制中的伺服控制同時(shí)使用。這時(shí),就形成了效率和精度較高的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

氣動(dòng)控制:


有三種情形用到氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),
一,運(yùn)動(dòng)的線路上有標(biāo)準(zhǔn)的單向氣動(dòng)閥門組合來完成控制邏輯功能;

二,在氣體管道中采用一些沒有移動(dòng)部件的元件,這些元件是依靠流過的氣體的特性而進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的;

三,運(yùn)動(dòng)的邏輯控制系統(tǒng),采用模塊化的內(nèi)置隔膜、繞線或套筒式。這三種氣動(dòng)元件都是采用壓縮空氣作為傳輸信號(hào)或執(zhí)行機(jī)制的動(dòng)力。在工廠中,由于壓縮空氣容易獲得,干凈、無污染,又安全,控制的功能和設(shè)計(jì)都十分簡單,因此,現(xiàn)在許多生產(chǎn)線上采用氣動(dòng)工具。


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