自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

1、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)作為目前工業(yè)領(lǐng)域控制的核心， 已經(jīng)為大家所熟悉。 自動(dòng)控制系統(tǒng)是指在 無人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。 自動(dòng)控制 系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要手段， 其組建了整個(gè)系統(tǒng)的大腦及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 一般包括控制器，被控對(duì)象，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變送器四個(gè)環(huán)節(jié)組成。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)按控制原理主要分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。（一）開環(huán)控制系統(tǒng)在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。 開環(huán)控制系統(tǒng)中， 基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)； 由順序控制裝置、 檢測(cè)元

2、件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、 化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^程的控制 以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線。（二）閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的， 利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控 制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)按給定信號(hào)分類，可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。（三）恒值控制系統(tǒng)給定值不變， 要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。 如生產(chǎn)過程中的溫 度、壓力、流量、液位高度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。（四）隨動(dòng)控制系統(tǒng)給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化， 要求輸出跟隨給定值的變化。 如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線系

3、統(tǒng)。（五）程序控制系統(tǒng)給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化。如程控機(jī)床。在我們的工業(yè)領(lǐng)域中，因控制的工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)數(shù)多、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制嚴(yán)格， 所以 一般控制系統(tǒng)均為閉環(huán)控制系統(tǒng)。二、控制系統(tǒng)各部分的功能（一）控制器目前控制系統(tǒng)的控制器主要包括PLC、DCS 、FCS 等主控制系統(tǒng)。在底層應(yīng)用最多的就是 PLC 控制系統(tǒng)，一般大中型控制系統(tǒng)中要求分散控制、集中管理的場(chǎng)合就會(huì)采用 DCS控制系統(tǒng)，F(xiàn)CS系統(tǒng)主要應(yīng)用在大型系統(tǒng)中，它也是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)場(chǎng)總線控制系 統(tǒng)，與 PLC 和 DCS 之間有著千絲萬縷的聯(lián)系。控制器是現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備的核心控制器， 現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的執(zhí)行和反饋、 所有參數(shù)的采集 和

4、下達(dá)全部依賴于控制器的指令。（二）被控對(duì)象在自動(dòng)控制系統(tǒng)中被控對(duì)象一般指控制設(shè)備或過程 （工藝、流程等） 等。在自動(dòng)控制系 統(tǒng)中， 廣義的理解被控對(duì)象包括處理工藝、電機(jī)、 閥門等具體的設(shè)備； 狹義的理解可以是各 設(shè)備的輸入、輸出參數(shù)等。（三）執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是系統(tǒng)中的閥門執(zhí)行器， 根據(jù)不同的工藝及流程控制， 控制器通過輸出信號(hào)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生動(dòng)作之后信號(hào)反饋給控制器， 控制 器接收到反饋信號(hào)后判斷執(zhí)行器完成了指定動(dòng)作，一次控制完成。（四）變送器變送器是將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳感器的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為 0-10V 或 4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)的一種設(shè) 備。例如溫度、壓

5、力、流量、液位、電導(dǎo)率等非電量信號(hào)，經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換后才可以接到 PLC 等控制器接口，才能最終參與整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)采集和控制。不過近些年來， 大家也習(xí)慣的將這些非電量的變送器統(tǒng)稱為傳感器， 對(duì)變送器不再專門 進(jìn)行劃分。三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用污水處理廠工藝過程中要用到大量的閥門、泵、風(fēng)機(jī)及吸、刮泥機(jī)等機(jī)械設(shè)備，它們常 常要根據(jù)一定的程序、時(shí)間和邏輯關(guān)系定時(shí)開、停。例如，在采用氧化溝處理工藝的污水處 理廠，氧化溝中的轉(zhuǎn)刷要根據(jù)時(shí)間、溶解氧濃度等條件定時(shí)啟動(dòng)或停止，在采用 SBR 工藝 的污水處理廠，曝氣、攪拌、沉淀、潷水和排泥應(yīng)按照預(yù)定的時(shí)間程序周期運(yùn)行；在采用活 性污泥法的污水處理廠，初沉池的排泥

6、，消化池的進(jìn)、排泥也要根據(jù)一定的時(shí)間順序進(jìn)行。 另外，污水處理的工藝過程同其他工藝過程類似，也要在一定的溫度、壓力、流量、液位、 濃度等工藝條件下進(jìn)行。 但是， 由于種種原因，這些數(shù)值總會(huì)發(fā)生一些變化，與工藝設(shè)定值 發(fā)生偏差。 為了保持參數(shù)設(shè)定值， 就必須對(duì)工藝過程施加一個(gè)作用以消除這種偏差而使參數(shù) 回到設(shè)定值上來。 例如， 消化池內(nèi)的污泥溫度需要控制在一定的范圍內(nèi)， 鼓風(fēng)機(jī)的出口壓力 需要控制在一個(gè)定值，曝氣池內(nèi)的溶解氧濃度要根據(jù)工藝要求控制在一定的范圍內(nèi)等。（一）自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是對(duì)污水處理過程進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)， 使處 理后的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期要求。自動(dòng)控

7、制系統(tǒng)具有如下功能：（ 1）控制操作：在中心控制室能對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，如啟停某一設(shè)備，調(diào)節(jié)某些模擬量輸出的大小，在線設(shè)置 PLC 控制器的某些參數(shù)等；2）顯示功能：用圖形實(shí)時(shí)地顯示各現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的運(yùn)行工況，以及各現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)參數(shù)等；（3）數(shù)據(jù)管理：利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，可得出一些 有用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，有利于優(yōu)化處理過程和參數(shù)控制；（4）報(bào)警功能：當(dāng)某一模擬量（如電流、壓力、液位等）測(cè)量值超過給定范圍或某一 開關(guān)量 （如電機(jī)故障、閥門開關(guān)故障等） 發(fā)生變位時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的報(bào) 警； 警；（5）打印功能：可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表和圖形打印以及各種事件和報(bào)警實(shí)時(shí)打

8、印。打印方式可 以采用定時(shí)打印或事件觸發(fā)打?。唬?）通訊功能：中控室所有信息均可傳送公司并接收公司總調(diào)度室的指令；（7）建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器： 所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)均可通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（ Intranet） 或互聯(lián)網(wǎng) （ Internet） 查詢，各部門可共享生產(chǎn)運(yùn)行信息。（二）控制功能的實(shí)現(xiàn)（1）邏輯控制功能 邏輯控制一般指控制器的開關(guān)量控制， 對(duì)于自動(dòng)化控制來說邏輯控制是最基本也是最廣 泛的應(yīng)用， 在水處理現(xiàn)場(chǎng)不僅對(duì)于單臺(tái)設(shè)備， 而且對(duì)于多臺(tái)設(shè)備也同樣適用。 邏輯控制是作 為保護(hù)控制的最基本的組成部分。（2）模擬量控制功能 在工廠的自動(dòng)化控制中，有許多連續(xù)變化的量，例如溫度、壓力、流量、液位

9、或者速度 等都是在隨著工藝流程不斷變化的量， 我們稱之為模擬量。 但是要實(shí)現(xiàn)對(duì)這些模擬量的控制 就必須進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，即 A/D 轉(zhuǎn)換。當(dāng)需要對(duì)模擬量進(jìn)行控制時(shí)，我們有需 要進(jìn)行數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換， 即 D/A 轉(zhuǎn)換。所以， 控制器均配備了 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊， 可以方便的用于對(duì)系統(tǒng)模擬量的監(jiān)測(cè)及控制。（3）過程控制功能的實(shí)現(xiàn) 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量進(jìn)行的閉環(huán)控制。 對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)控制，控 制器能編制各種各樣的控制算法程序， 完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得 較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。（ 4）數(shù)據(jù)處理功能對(duì)于現(xiàn)代的 PLC 控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等 功能， 可以完成數(shù)據(jù)的采集、 分析及處理。 這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較， 完成一定的控制操作， 也可以利用通信功能傳送到別的 智能裝置， 或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?）通信及聯(lián)網(wǎng)功能PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。 隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，控制器的網(wǎng)絡(luò)通信也得到了迅猛的發(fā)展，目前有Modbus-RTU 、Profibus 總線、 TCP