自動化學(xué)科概論

1、1） 根據(jù)你目前的理解, 自動化科學(xué)與技術(shù)的核心是什么？自動化專業(yè)的特點(diǎn)是什么？答：核心：控制。特點(diǎn)：科學(xué)的：（1）數(shù)學(xué)屬性，嚴(yán)密的理論特征；（2) 對象特性，鮮明的改造世界的特征； （3)系統(tǒng)與社會屬性，系統(tǒng)的復(fù)雜性特征；（4）滲透與擴(kuò)散特性，普遍適用特征技術(shù)的： 橋梁作用 自動化技術(shù)是信息與能量、物質(zhì)之間的橋梁。 使能作用 一旦應(yīng)用于具體對象（一臺設(shè)備、一個系統(tǒng)或一項(xiàng)工程），將使對象發(fā)生質(zhì)的變化（ 穩(wěn)定可靠運(yùn)行、大大提高效率、大大降低能耗成本等）的重要工程應(yīng)用技術(shù) 系統(tǒng)集成作用 通過“綜合”與“集成”，大型復(fù)雜系統(tǒng)、過程或工程逐步能被人類有效地控制與管理。隨著系統(tǒng)、過程或工程的規(guī)模越來越大

2、、越來越復(fù)雜，自動化技術(shù)的系統(tǒng)集成作用將越來越凸現(xiàn)。 2） 開環(huán)控制和閉環(huán)控制的差異是什么？解釋閉環(huán)PID控制的作用?答：差異：開環(huán)控制的被控量不反饋至輸入端，閉環(huán)控制的被控量反饋至輸入端。PID控制的作用：保持系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。3） 計(jì)算機(jī)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）中充當(dāng)什么角色？為什么要用A/D和D/A裝置與現(xiàn)場設(shè)備相連？與模擬控制系統(tǒng)相比，它有哪些特點(diǎn)？ 試舉一些它們應(yīng)用的實(shí)例？ 并畫出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖？闡述他們的工作原理。（1）.計(jì)算機(jī)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）中充當(dāng)控制器的角色。（2）因?yàn)锳/D是從模擬信號到數(shù)字信號的變換過程，而D/A是從數(shù)字信號到模擬信號的變換

3、過程。A/D和D/A構(gòu)成了計(jì)算機(jī)與自動控制系統(tǒng)其他部分聯(lián)系的橋梁。（3）.特點(diǎn)：a.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律是通過計(jì)算機(jī)程序的形式實(shí)現(xiàn)的，修改一個控制規(guī)律，只需修改相應(yīng)的程序，不需改變硬件電路，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。b.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有豐富的指令系統(tǒng)，很強(qiáng)的運(yùn)算能力和邏輯判斷功能，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬電路或機(jī)電的形式只能實(shí)現(xiàn)較簡單的控制規(guī)律。c.傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)一般一個控制只能控制一個回路。而在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)高速的運(yùn)算處理能力，可以采用分時控制等方式，同時控制多個回路，并可方便地實(shí)現(xiàn)各控制回路之間的協(xié)調(diào)和管理。(4)應(yīng)用實(shí)例：VAV空

4、調(diào)系統(tǒng)中的自動控制水系統(tǒng)的自動控制如圖1所示，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)循環(huán)泵，由初級泵和次級泵組成。初級泵為定頻泵，其流量只需滿足冷水機(jī)組的額定流量。次級泵采用變頻泵根據(jù)供回水之間的壓差P，控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變水泵的供水量?？刂七^程如下圖所示控制過程：當(dāng)空調(diào)負(fù)荷逐漸減小，空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度t達(dá)到設(shè)定值時，現(xiàn)場DDC控制器自動將空調(diào)機(jī)組的回水電動閥開度m減小，以減少機(jī)組水流量，此時系統(tǒng)供回水壓差P隨之增大。通過DDC控制器自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率使水泵轉(zhuǎn)速n下降，從而減小系統(tǒng)水流量。同理，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷增大時，相應(yīng)的増大系統(tǒng)的水流量。當(dāng)次級泵b1滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，流量仍不能滿足空調(diào)系統(tǒng)需要時，DDC控制器自動開

5、啟次級泵b2。此時次級泵的流量大于初級泵的流量，系統(tǒng)回水通過旁通管回到次級泵進(jìn)口，旁通的水量通過流量計(jì)q進(jìn)行檢測。如果旁通的水量大于某一設(shè)定值時，說明一臺制冷機(jī)的制冷量不能滿足負(fù)荷的需要。同時系統(tǒng)自動啟動第二臺制冷機(jī)。反之，停止一臺制冷機(jī)。上述過程中電動閥、系統(tǒng)壓差均采用PID的調(diào)節(jié)方式?？刂葡到y(tǒng)中干擾量是空調(diào)負(fù)荷，檢測變送裝置是溫度傳感器、壓差傳感器，控制器是DDC執(zhí)行器是電動閥、變頻水泵。由于空調(diào)負(fù)荷的滯后性、每個房間空調(diào)負(fù)荷的不均勻性，使得末端空調(diào)機(jī)組電動閥不可能同時開大或同時關(guān)小，從而造成水系統(tǒng)壓差的不穩(wěn)定性。采用PID的調(diào)節(jié)方式可以實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)控制更加平穩(wěn)。水泵變頻

6、調(diào)速的節(jié)能原理空調(diào)末端變風(fēng)量系統(tǒng)的自動控制變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中的空調(diào)機(jī)組采用變頻風(fēng)機(jī)，送入每個房間的風(fēng)量由變風(fēng)量末端裝置VAVbox控制，每個變風(fēng)量末端裝置可根據(jù)房間的布局設(shè)置幾個送風(fēng)口。如圖3所示，圖3 變風(fēng)量系統(tǒng)流程圖室內(nèi)溫度通過末端裝置設(shè)在房間的溫控器進(jìn)行設(shè)定，溫控器本身自帶溫度檢測裝置，當(dāng)房間的空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化實(shí)際值偏離設(shè)定值時，VAVbox根據(jù)偏離程度通過系統(tǒng)計(jì)算，確定送入房間的風(fēng)量。送入房間的實(shí)際風(fēng)量可以通過VAVbox的檢測裝置進(jìn)行檢測，如果實(shí)際送風(fēng)量與系統(tǒng)計(jì)算的送風(fēng)量有偏差，則VAVbox自動調(diào)整進(jìn)風(fēng)口風(fēng)閥以調(diào)整送風(fēng)量。例如夏季，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時，VAVbox將開大風(fēng)閥提高送

7、風(fēng)量，此時主送風(fēng)道的靜壓P將下降，并通過靜壓傳感器把實(shí)測值輸入到現(xiàn)場DDC控制器，控制器將實(shí)測值與設(shè)定值進(jìn)行比較后，控制變頻風(fēng)機(jī)提高送風(fēng)量，以保持主送風(fēng)道的靜壓。如果室內(nèi)溫度低于設(shè)定值時VAVbox將減小送風(fēng)量。冬季和夏季的調(diào)節(jié)方式相同，但調(diào)節(jié)過程相反。具體控制過程如下圖所示上述控制過程中，控制對象為室內(nèi)溫度、主送風(fēng)道靜壓P，檢測裝置為靜壓傳感器，調(diào)節(jié)裝置是現(xiàn)場DDC控制器，執(zhí)行器是變頻風(fēng)機(jī)，干擾量是VAVbox風(fēng)閥開度、空調(diào)負(fù)荷。另外，送風(fēng)道的嚴(yán)密性也是不可避免的干擾量，但可以通過改善施工工藝使之減小到最小程度。由泵與風(fēng)機(jī)的相似律可知，變頻風(fēng)機(jī)和變頻水泵的節(jié)能原理是一樣的，這里就不在重復(fù)敘述

8、。由于變風(fēng)量系統(tǒng)在調(diào)節(jié)風(fēng)量的同時保持送風(fēng)溫度不變，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中必須根據(jù)空調(diào)負(fù)荷合理的確定送風(fēng)溫度。例如夏季，當(dāng)送風(fēng)溫度定的過高，空調(diào)機(jī)組冷量不能平衡室內(nèi)負(fù)荷時，空調(diào)機(jī)組可能大風(fēng)量工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，此時起不到節(jié)能效果。空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)溫度可以通過現(xiàn)場DDC控制器進(jìn)行設(shè)定，并且通過控制空調(diào)機(jī)組回水電動閥，對送風(fēng)溫度進(jìn)行有效的控制，控制過程如前所述。為了使變風(fēng)量系統(tǒng)更加穩(wěn)定的工作、充分發(fā)揮節(jié)能效果，保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)?，F(xiàn)場DDC可以對空調(diào)機(jī)組進(jìn)行起?？刂?，通過設(shè)定時間表，使機(jī)組按時工作按時停止。對于有幾十臺甚至上百臺空調(diào)機(jī)組的大廈來說，可以節(jié)省很多人工。DDC控制器通過監(jiān)測新風(fēng)與回風(fēng)的焓值，確定新

9、風(fēng)與回風(fēng)的混合比。在保持最小新風(fēng)量的同時充分利用回風(fēng)，以減少制冷機(jī)組能耗。DDC控制器還可以對空調(diào)機(jī)組過濾網(wǎng)前后的壓差進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)過濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞時會及時報(bào)警，以免長時間影響機(jī)組送風(fēng)量。各個現(xiàn)場的DDC控制器通過網(wǎng)絡(luò)控制器NCU與中央控制室之間進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中控制?？照{(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)荷，是考慮在最不利環(huán)境下的最大負(fù)荷。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，處于最大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的比例很小，所以采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)可以取得良好的節(jié)能效果。4） “實(shí)體控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系的特點(diǎn)是什么？參照內(nèi)蒙古科技大學(xué)自動化專業(yè)教學(xué)計(jì)劃，你認(rèn)為在基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中，各有哪幾門課程是主要的？你準(zhǔn)備如何學(xué)好這些課程

10、？（1）工程的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)如何將自動化科學(xué)技術(shù)的原理與方法轉(zhuǎn)換為工程應(yīng)用技術(shù)；同時學(xué)習(xí)如何自動化技術(shù)應(yīng)用于具體對象，使其成為自動化設(shè)備、自動化系統(tǒng)或自動化工程。 （2）專門自動化的特點(diǎn)：針對不同的對象（行業(yè)），形成具有專門針對性的自動化，如商業(yè)自動化、化工自動化、交通自動化，建筑自動化、電力自動化等?；A(chǔ)課：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率與隨機(jī)過程、復(fù)變函數(shù)與積分變換、大學(xué)物理、工程制圖等。專業(yè)基礎(chǔ)課：電路分析、模擬電子、數(shù)字電子、電機(jī)原理與拖動等。專業(yè)課：自動控制原理、電力電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用、過程控制儀表、PLC、計(jì)算機(jī)控制等。計(jì)劃:大一、大二要把基礎(chǔ)課學(xué)好，為將來的專業(yè)課做準(zhǔn)備。大三把

11、基礎(chǔ)專業(yè)課學(xué)扎實(shí)，這樣才能更好的去學(xué)以后的專業(yè)課，有時間多去實(shí)驗(yàn)室，理論聯(lián)系實(shí)際，遇到問題可以去找專業(yè)課老師或同學(xué)，也可以去圖書館查相關(guān)的資料。5）自動化專業(yè)人才需要哪5方面的知識？哪4方面的素質(zhì)？哪4方面的能力？他們的相互關(guān)系？答：知識要求：工具性知識、人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識、自然科學(xué)基礎(chǔ)知識、工程技術(shù)基礎(chǔ)知識、自動化專業(yè)知識。素質(zhì)要求：思想道德素質(zhì)、科學(xué)素質(zhì)、文化素質(zhì)、身心素質(zhì)。能力要求：獲取知識能力、應(yīng)用知識能力、創(chuàng)造知識（科研創(chuàng)新）能力。相互關(guān)系：知識是基礎(chǔ)，是能力和素質(zhì)的載體；能力是知識的綜合體現(xiàn)，是在獲取知識過程中，經(jīng)培養(yǎng)訓(xùn)練和實(shí)踐鍛煉而形成的；素質(zhì)是人在獲取知識、應(yīng)用知識和創(chuàng)造知識

12、過程中，在社會化過程中形成的相對穩(wěn)定的各種品質(zhì)的總和。知識和能力可以相得益彰，而高的素質(zhì)可以推動知識和能力的擴(kuò)展。6）自動化學(xué)科與專業(yè)在發(fā)展中形成了那些鮮明的特色？（1） 具有多學(xué)科交叉、內(nèi)涵豐富、外延寬廣的特點(diǎn)，因而利于培養(yǎng)寬口徑、多面手、綜合復(fù)合型人才；（2）突出的方法論特點(diǎn)，學(xué)生得益于具有方法論性質(zhì)的科學(xué)方法、科學(xué)思想的熏陶，思想更開闊、也更有深度，非常利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才； （3）系統(tǒng)集成的特點(diǎn)，突出系統(tǒng)與集成的思想、方法，有利于培養(yǎng)“將才”與“帥才”。 7）列出自動化領(lǐng)域著名公司、研究院所、大學(xué)與重要學(xué)術(shù)期刊。答：著名公司：美國羅克韋爾自動化公司、美國霍尼韋爾公司、德國西門子自動化與驅(qū)動集團(tuán)、瑞士ABB公司、日本三菱電機(jī)集團(tuán)、日本歐姆龍公司、法國阿爾斯通公司。研究院所：中國科學(xué)院自動化研究所、北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所、輕工業(yè)自動化研究所、上海工業(yè)自動化儀表研究所、國電自動化研究院與南瑞集團(tuán)。大學(xué)：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航天航空大學(xué)、天津大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)、東南大學(xué)等。重要學(xué)術(shù)期