控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會的各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)方面,對于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)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(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計(jì)算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數(shù)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(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動操作系統(tǒng)等。
控制系統(tǒng)其實(shí)從20世紀(jì)40年代就開始使用了,早期的現(xiàn)場基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)的前身。以PLC和DCS為代表,從70年****始應(yīng)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(xiàn)了現(xiàn)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(jìn)過程和發(fā)展方向。
70年代中期,由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多,而且條件苛刻,要求顯示操作集中等,使已經(jīng)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(nèi)廠商經(jīng)過市場調(diào)查,確定開發(fā)的DCS產(chǎn)品應(yīng)以模擬量反饋控制為主,輔以開關(guān)量的順序控制和模擬量開關(guān)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(shè)備配套,而后逐步擴(kuò)大到工藝裝置改造上,與此同時(shí),也分成大型DCS和中小型DCS兩類產(chǎn)品,使其性能價(jià)格比更具有競爭力。DCS產(chǎn)品雖然在原理上并沒有多少突破,但由于技術(shù)的進(jìn)步、外界環(huán)境變化和需求的改變,共出現(xiàn)了三代DCS產(chǎn)品。1975年至80年代前期為代產(chǎn)品,80年代中期至90年代前期為第二代產(chǎn)品,90年代中期至21世紀(jì)初為第三代產(chǎn)品。
DCS系統(tǒng)中,控制站作為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī),它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設(shè)備,以及過程輸入/輸出(PI/O),包括信號變換與信號調(diào)理,A/D、D/A轉(zhuǎn)換??刂普臼钦麄€(gè)DCS的基礎(chǔ),它的可靠性和安全性為重要,死機(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是不允許的,而且冗余、掉電保護(hù)、抗干擾、構(gòu)成防爆系統(tǒng)等方面都應(yīng)很有效而可靠,才能滿足用戶要求。
關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件,包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)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(hù)、系統(tǒng)通用(Utility)功能,還有系統(tǒng)配置、操作標(biāo)記、趨勢記錄、歷史數(shù)據(jù)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(shí)際的DCS操作站是典型的計(jì)算機(jī),它與控制站不同,有著豐富的外圍設(shè)備和人機(jī)界面。
4個(gè)動態(tài)信號的信號接口卡輸入和2個(gè)轉(zhuǎn)速表(速度)的輸入,為MPC4機(jī)械防護(hù)卡螺釘端子連接器(48個(gè)端子)輸入/輸出連接包含4個(gè)可歸屬的繼電器報(bào)警信號,由軟件控制32個(gè)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(hù)實(shí)時(shí)插卡和拔卡(熱插拔)可提供“標(biāo)準(zhǔn)”和“立電路”版本?轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)(例如選擇新的輸入信道),并表示網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定時(shí)間。結(jié)算延遲完成后跟蹤保持(T&H)放大器進(jìn)入跟蹤模式跟蹤間隔開始。通過支持云的功能增強(qiáng)了其 的 RobotStudio? 機(jī)器人編程和仿真軟件。
自動測試設(shè)備(ATE):模塊可用于構(gòu)建高度靈活和可擴(kuò)展的自動測試設(shè)備。它提供了多個(gè)通道的數(shù)字輸入和輸出功能,可以與其他測試儀器集成,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測試和測量任務(wù)。
數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng):該模塊適用于數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。
可編程邏輯控制器或 PLC 在當(dāng)今的各種流程和制造行業(yè)中無處不在。PLC 初旨在取代機(jī)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(shè)備快速下載,即可在幾秒鐘內(nèi)更改控制邏輯。PLC 是一種工業(yè)級數(shù)字計(jì)算機(jī),旨在執(zhí)行控制功能,尤其適用于工業(yè)應(yīng)用。
今天的大多數(shù) 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(jī)控制、串行通信和高速網(wǎng)絡(luò)。與繼電器組等較舊的技術(shù)相比,PLC 更易于故障排除和維護(hù)、更可靠、更具成本效益且用途更廣泛。Modicon 是“模塊化數(shù)字控制器”的縮寫,它既是1968 年發(fā)明的個(gè) PLC 產(chǎn)品的名稱,也是發(fā)明它的品牌,盡管現(xiàn)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(jì)算機(jī),但 PLC 的核心與大多數(shù)人在日常生活中使用的計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備中所見的技術(shù)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(diǎn)。在自動控制系統(tǒng)中,可作為大功率驅(qū)動器件,實(shí)現(xiàn)用小功率控件控制大功率設(shè)備。它在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)及隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。