控制系統(tǒng)已被廣泛應用于人類社會的各個領域。在工業(yè)方面,對于冶金、化工、機械制造等生產過程中遇到的各種物理量,包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等,都有相應的控制系統(tǒng)。在此基礎上通過采用數字計算機還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數字控制系統(tǒng),以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。在農業(yè)方面的應用包括水位自動控制系統(tǒng)、農業(yè)機械的自動操作系統(tǒng)等。
控制系統(tǒng)其實從20世紀40年代就開始使用了,早期的現場基地式儀表和后期的繼電器構成了控制系統(tǒng)的前身。以PLC和DCS為代表,從70年****始應用以來,在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。從90年****始,陸續(xù)出現了現場總線控制系統(tǒng)、基于PC的控制系統(tǒng)等,將簡要介紹各種常見的控制系統(tǒng),并分析控制系統(tǒng)的演進過程和發(fā)展方向。
70年代中期,由于設備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數增多,而且條件苛刻,要求顯示操作集中等,使已經普及的電動單元組合儀表不能完全滿足要求。在此情況下,業(yè)內廠商經過市場調查,確定開發(fā)的DCS產品應以模擬量反饋控制為主,輔以開關量的順序控制和模擬量開關量混合型的批量控制,它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。
在以后的近30年間,DCS先與成套設備配套,而后逐步擴大到工藝裝置改造上,與此同時,也分成大型DCS和中小型DCS兩類產品,使其性能價格比更具有競爭力。DCS產品雖然在原理上并沒有多少突破,但由于技術的進步、外界環(huán)境變化和需求的改變,共出現了三代DCS產品。1975年至80年代前期為代產品,80年代中期至90年代前期為第二代產品,90年代中期至21世紀初為第三代產品。
DCS系統(tǒng)中,控制站作為一個完整的計算機,它的主要I/O設備為現場的輸入、輸出處理設備,以及過程輸入/輸出(PI/O),包括信號變換與信號調理,A/D、D/A轉換。控制站是整個DCS的基礎,它的可靠性和安全性為重要,死機和控制失靈的現象是不允許的,而且冗余、掉電保護、抗干擾、構成防爆系統(tǒng)等方面都應很有效而可靠,才能滿足用戶要求。
關于DCS控制站的系統(tǒng)軟件,包括實時操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數據庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等,只是完善程度不同而已。第二代DCS控制站開始有面向過程語言和語言;第三代DCS控制站的系統(tǒng)軟件可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。為了完成控制策略,對于順序控制和批量控制組態(tài)編程,各種DCS控制站采用不同的方法。
DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和語言功能等,其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)通用(Utility)功能,還有系統(tǒng)配置、操作標記、趨勢記錄、歷史數據管理、總貌畫面組態(tài)、控制站組態(tài)、工藝單元或區(qū)域組態(tài)等。
實際的DCS操作站是典型的計算機,它與控制站不同,有著豐富的外圍設備和人機界面。
4個動態(tài)信號的信號接口卡輸入和2個轉速表(速度)的輸入,為MPC4機械防護卡螺釘端子連接器(48個端子)輸入/輸出連接包含4個可歸屬的繼電器報警信號,由軟件控制32個完全可編程的開路集電極輸出(跳線可選)到IRC4和RLC16繼電器卡片緩沖“原始”傳感器信號和模擬輸出振動信號(電壓或電流)渠道所有輸入和輸出的EMI保護實時插卡和拔卡(熱插拔)可提供“標準”和“立電路”版本?轉換器的程序控制由基本握手序列組成。穩(wěn)定延遲直接發(fā)生在模擬網絡(例如選擇新的輸入信道),并表示網絡的穩(wěn)定時間。結算延遲完成后跟蹤保持(T&H)放大器進入跟蹤模式跟蹤間隔開始。通過支持云的功能增強了其 的 RobotStudio? 機器人編程和仿真軟件。
自動測試設備(ATE):模塊可用于構建高度靈活和可擴展的自動測試設備。它提供了多個通道的數字輸入和輸出功能,可以與其他測試儀器集成,實現復雜的測試和測量任務。
數據采集和控制系統(tǒng):該模塊適用于數據采集和實時控制應用。
可編程邏輯控制器或 PLC 在當今的各種流程和制造行業(yè)中無處不在。PLC 初旨在取代機電繼電器系統(tǒng),以便為修改控制系統(tǒng)的操作提供更簡單的解決方案。無需重新連接大量繼電器,只需從 PC 或編程設備快速下載,即可在幾秒鐘內更改控制邏輯。PLC 是一種工業(yè)級數字計算機,旨在執(zhí)行控制功能,尤其適用于工業(yè)應用。
今天的大多數 PLC 都是模塊化的,允許用戶添加各種功能,包括離散和模擬輸入和輸出、PID 控制、位置控制、電機控制、串行通信和高速網絡。與繼電器組等較舊的技術相比,PLC 更易于故障排除和維護、更可靠、更具成本效益且用途更廣泛。Modicon 是“模塊化數字控制器”的縮寫,它既是1968 年發(fā)明的個 PLC 產品的名稱,也是發(fā)明它的品牌,盡管現在歸施耐德電氣所有。雖然它可能看起來不像典型的家用計算機,但 PLC 的核心與大多數人在日常生活中使用的計算機和智能設備中所見的技術完全相同。
可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 簡稱SCR,是一種大功率電器元件,也稱晶閘管。它具有體積小、、壽命長等優(yōu)點。在自動控制系統(tǒng)中,可作為大功率驅動器件,實現用小功率控件控制大功率設備。它在交直流電機調速系統(tǒng)、調功系統(tǒng)及隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。