自动化控制的基本知识

自动化控制的基本知识

自动化控制是现代农业、工业和制造业等众多生产领域中不可或缺的集成控制技术。它通过机械与电气的完美结合，极大地解放了人类双手，使人类得以摆脱危险与繁重的工作环境，从而显著提升了生产效率。本文将带你了解自动化控制的基本知识，包括自动化仪表的分类、控制系统的基础知识，以及DCS与PLC的核心技术。

自动化控制概述

自动化控制，涵盖了半自动与全自动化两种形式，是现代农业、工业和制造业等众多生产领域中不可或缺的集成控制技术。它通过机械与电气的完美结合，极大地解放了人类双手，使人类得以摆脱危险与繁重的工作环境，从而显著提升了生产效率。自动化控制已成为工业、农业、国防及科技现代化水平的重要衡量标志。因此，在深入学习自动化控制的基础知识的同时，我们还需要广泛了解自动化仪表的分类与基础知识，并掌握DCS与PLC的核心技术。

自动化仪表的分类

自动化控制的核心要素之一是自动化仪表，也常被称为检测与过程控制仪表。这些仪表可以根据不同的分类方式进行划分：

• 首先，按所使用的能源来分，仪表可分为气动、电动和液动三大类。
• 其次，根据是否配备微处理器，仪表又可分为智能和非智能两大类。
• 此外，仪表的信号形式也是分类的一个依据，主要分为模拟和数字两大类。
• 而最常用的分类方式则是根据仪表的作用来划分，包括检测仪表、显示仪表、调节仪表以及执行器等。

自动化控制的基础知识

自动化控制的基础知识包括以下常识性概念：

• 被控对象：这是指需要被控制的机器设备、生产流程或其他相关对象。
• 被控变量：这是指工艺参数，其数值需要保持在一个设定的范围内，以确保生产过程的稳定。
• 设定值：这是被控变量的预定目标值，用于指导生产过程。
• 偏差：这是指被控变量的实际测量值与设定值之间的差异，是调节系统的重要参数。
• 系统的过渡过程：当系统受到干扰时，调节器会进行调整以恢复稳定状态，这个过程被称为系统的过渡过程。
• 调节器：它是自动化控制系统中的核心组件，根据偏差的大小和方向，按照一定的运算规则产生输出信号，以实现对被控对象的精确控制。
• 积分作用（I）：它主要用于消除系统误差，确保在受到干扰后系统能够准确返回设定值。
• 微分作用（D）：它主要用于补偿系统容量的滞后现象，从而提高系统的稳定性并加快响应速度。

控制系统的类型

在自动化基础知识中，我们介绍了三种不同类型的控制系统：

• 单回路控制系统：这是一种基本的控制系统，它由被控对象、检测元件、调节器和执行器共同构成一个闭环回路。
• 闭环回路系统：则更加复杂，它不仅具备输出控制，还引入了回路反馈信号，这样被控制量的输出会反送回来，对控制器的输出产生影响，从而形成一个或多个闭环。
• 开环回路系统：则只有输出控制，没有回路反馈。

分散、集散控制系统（DCS）

这种系统巧妙地融合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，其核心原理包括分散控制、集中操作和分级管理。DCS系统是多级计算机系统，涵盖了过程控制和过程监控的多个方面。其硬件组件主要包含控制站、操作站、工程师站以及过程控制网。而系统结构则主要包括分散的过程控制装置、集中的操作管理装置以及数字通信网络。DCS系统的特点在于其集中管理的模式、分散的控制架构、快速响应速度、先进的算法，以及便捷的监控和操作维护。

可编程逻辑控制器（PLC）

这是一种专为数字运算操作而设计的控制系统。它采用可编程的存储器来存储执行运算、计时、计数等操作的指令，并通过输入和输出功能来控制机械设备或生产过程。PLC编程语言是当前应用最广泛的，其编程简便、可靠性出色以及抗干扰能力强等特点，使其成为机电一体化领域的理想选择。