張顯倫

（甕福集團(tuán)，貴州福泉 550501）

淺談我國(guó)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與展望

張顯倫

（甕福集團(tuán)，貴州福泉 550501）

伴隨我國(guó)科技的日新月異，為數(shù)不少的科研人員及技術(shù)操作人員均對(duì)自動(dòng)控制常識(shí)有了深入的理解和把握，這便為今后電氣自動(dòng)化的技術(shù)進(jìn)步提供了必要的先決條件。伴隨電氣自動(dòng)化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，能為人們供應(yīng)了各類(lèi)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的有效辦法，極大地增強(qiáng)了產(chǎn)品的性能，削減了生產(chǎn)成本，提升了勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)，也讓人們從機(jī)械化的體力勞動(dòng)中得以解脫。本文首先介紹開(kāi)閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)用，接著結(jié)合電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)用現(xiàn)況，提出該系統(tǒng)的運(yùn)用前景。

電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；應(yīng)用；展望；閉環(huán)控制

現(xiàn)如今，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)伴隨人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而持續(xù)進(jìn)步。在現(xiàn)實(shí)生活中，自動(dòng)化控制技術(shù)更是隨處可見(jiàn)，例如，熱水壺的自動(dòng)警報(bào)器，當(dāng)水壺達(dá)到沸騰的氣溫時(shí)，警報(bào)器便隨即釋放出響聲，并自行啟動(dòng)安全孔，這便是一類(lèi)簡(jiǎn)易化的自動(dòng)控制技術(shù)成果。人類(lèi)自身的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)也同樣是自動(dòng)控制的過(guò)程，當(dāng)身體接觸到冷環(huán)境時(shí)，毛孔會(huì)收縮，腎上腺素的分泌量增加；當(dāng)處于熱環(huán)境時(shí)，毛孔擴(kuò)張，汗腺運(yùn)動(dòng)過(guò)頻，以此維持身體溫度的大致恒定。本文通過(guò)介紹電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)用情況，展望該控制系統(tǒng)的發(fā)展前景。

1 開(kāi)環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)及閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)

一般情況下，如若開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的輸入端及輸出端之間不構(gòu)成反饋回路，則控制時(shí)不會(huì)受到來(lái)自系統(tǒng)輸出量的影響，無(wú)需充分顧及到誤差的數(shù)據(jù)信號(hào)。在控制系統(tǒng)中，把輸出量經(jīng)恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)設(shè)備返回至輸入端，并將其同輸入量加以對(duì)比。在該類(lèi)系統(tǒng)中，從輸出側(cè)到輸入側(cè)的反饋通路是不具備的，所以，該系統(tǒng)又被稱(chēng)作“無(wú)反饋式控制系統(tǒng)”，通常由被控對(duì)象及控制儀器構(gòu)成，控制儀器具備功率放大的基本功能，相較于閉環(huán)控制系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)在組成上相對(duì)簡(jiǎn)易，響應(yīng)時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，運(yùn)行投入相對(duì)低廉，適用于增強(qiáng)型系統(tǒng)。例如，自來(lái)水企業(yè)的凈化系統(tǒng)便是較典型的案例，水的存儲(chǔ)、凝聚、消毒、過(guò)濾、沉降以及除臭等，均依據(jù)事先設(shè)置完成的流程有序開(kāi)展，無(wú)需再對(duì)凈化完畢的自來(lái)水加以質(zhì)量監(jiān)控，自來(lái)水最終借助于相應(yīng)的管道輸送給用戶。另外，較為原始的數(shù)控機(jī)床，其進(jìn)給系統(tǒng)屬開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，把指令傳送到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)，牽引步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生移動(dòng)，出現(xiàn)位移輸出的狀況。事實(shí)上，電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度取決于檔位，無(wú)法依據(jù)外界環(huán)境的氣溫自行調(diào)節(jié)，也被視為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。

1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)一般是由反饋通路及正向信號(hào)通路組合而成，也被稱(chēng)作反饋式控制系統(tǒng)。作為一類(lèi)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，該類(lèi)系統(tǒng)的功率相對(duì)較高，使輸出變量的值響應(yīng)輸入變量值。當(dāng)數(shù)控設(shè)備釋放指令脈沖之后，當(dāng)指令值送到方位對(duì)比電路時(shí)，假若工作臺(tái)絲毫未發(fā)生位移，也就是缺乏反饋信號(hào)的具體方位，那么指令值便會(huì)使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)，借助于齒輪等傳動(dòng)配件牽引機(jī)床工作臺(tái)發(fā)生位移。安裝在機(jī)床工作臺(tái)上部的用于測(cè)定方位的配件，當(dāng)測(cè)得工作臺(tái)位移量之后，第一時(shí)間反饋至數(shù)控設(shè)備的比較器內(nèi)，將其同指令信號(hào)開(kāi)展對(duì)比，并利用對(duì)比后的差值予以控制。假若兩者有相應(yīng)的差值，經(jīng)放大后，再使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)，一直到誤差值減小到零，工作臺(tái)方能終止位移。

相較于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢(shì)特征，在該系統(tǒng)內(nèi)，不論是外部干擾或系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不確定改變，只要被控制量同標(biāo)準(zhǔn)相背離，那么便會(huì)在第一時(shí)間發(fā)揮控制作用，直至消除誤差。所以說(shuō)，閉環(huán)控制系統(tǒng)的抗干擾性能較強(qiáng)，對(duì)配件特征的改變反應(yīng)不靈敏，并可不斷地改善系統(tǒng)內(nèi)的響應(yīng)特征?！伴]環(huán)”的內(nèi)涵在于借助于反饋功能緩解直至消除系統(tǒng)誤差。然而，通過(guò)引進(jìn)反饋回路，系統(tǒng)在一定程度上變得較為繁雜，當(dāng)選擇增益不合適時(shí)，系統(tǒng)的平穩(wěn)性能便會(huì)大打折扣。為有效地提升控制精度，在測(cè)量擾動(dòng)變量時(shí)，也會(huì)經(jīng)常性的運(yùn)用前饋控制，以此補(bǔ)充反饋控制，進(jìn)而組合成復(fù)合型控制系統(tǒng)。在日常生活中，閉環(huán)控制系統(tǒng)依然有著廣闊的應(yīng)用空間，例如自動(dòng)調(diào)節(jié)氣溫的空調(diào)機(jī)，當(dāng)環(huán)境氣溫＞設(shè)置氣溫時(shí)，空調(diào)機(jī)的制冷系統(tǒng)會(huì)自行啟動(dòng)，并接著將室內(nèi)氣溫調(diào)節(jié)到所設(shè)定的值；高壓鍋的安全閥、熱水器、導(dǎo)彈制導(dǎo)、冷凍器材、機(jī)器人等技術(shù)項(xiàng)目均是閉環(huán)控制的反映。

2 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐現(xiàn)狀

2.1 自動(dòng)控制技術(shù)的工程實(shí)踐

自動(dòng)控制技術(shù)在生活中會(huì)輕易看到，所運(yùn)用的范圍相對(duì)廣泛。例如，汽車(chē)制造時(shí)，會(huì)依靠較高效的生產(chǎn)線，無(wú)需人為操作，僅要確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)作即可，汽車(chē)引擎等若干配件均能在自動(dòng)化生產(chǎn)線上開(kāi)展快捷高效率的生產(chǎn)。另外，自動(dòng)控制系統(tǒng)依然能運(yùn)用在車(chē)身等大配件的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，通常而言，自動(dòng)控制技術(shù)更多地運(yùn)用在生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜、人工機(jī)械化作業(yè)量較大的項(xiàng)目中。在運(yùn)用時(shí)，自動(dòng)控制技術(shù)經(jīng)固定的流程，對(duì)所需操作的對(duì)象及過(guò)程開(kāi)展全方位的管理與處置，借助于反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使每項(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加高效、合理，顯著地減少了人為勞動(dòng)量，增強(qiáng)了勞動(dòng)生產(chǎn)率。近些年來(lái)，閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)用日趨廣泛，更帶動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)的飛躍，例如，在企業(yè)倉(cāng)庫(kù)管理中，已廣泛運(yùn)用自動(dòng)庫(kù)存系統(tǒng)；在養(yǎng)殖業(yè)中，廣泛運(yùn)用自動(dòng)化飼料儲(chǔ)藏室；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，采用自動(dòng)化耕田機(jī)可大幅提升生產(chǎn)效率。在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，自動(dòng)控制系統(tǒng)也被運(yùn)用到相對(duì)繁瑣的科研任務(wù)中，凡是技術(shù)人員不易精確操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，機(jī)器人技術(shù)便能派上用場(chǎng)，這在很大意義上成為國(guó)家實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化戰(zhàn)略的重要推動(dòng)力。

2.2 汽輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)

發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)繁瑣，而且每個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)目均難以精確管控。伴隨以電子計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)的跨越式發(fā)展，為發(fā)電企業(yè)推行動(dòng)態(tài)化控制創(chuàng)造了良好平臺(tái)，不但能推動(dòng)企業(yè)的快速發(fā)展，更能增強(qiáng)自身實(shí)力。系統(tǒng)在控制時(shí)的操作流程如下：首先運(yùn)用恰當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備測(cè)量發(fā)電全過(guò)程的含氧量、發(fā)電量和氣溫，接著把剛剛測(cè)得的數(shù)據(jù)同系統(tǒng)所設(shè)定的數(shù)值加以對(duì)比，釋放控制信息，促使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可自動(dòng)地控制氣溫、安全閥及加水量等，便完成發(fā)電自動(dòng)化調(diào)節(jié)控制的任務(wù)。該系統(tǒng)可極大地削減生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)效益，避免重復(fù)性的人力勞動(dòng)，發(fā)電的整個(gè)環(huán)節(jié)均依靠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)。

2.3 雙氧水生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)

在雙氧水的生產(chǎn)線上運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，工藝人員可依照生產(chǎn)工藝的有效規(guī)定，對(duì)生產(chǎn)線上參數(shù)測(cè)量及調(diào)節(jié)進(jìn)行若干次的改造及補(bǔ)救，生產(chǎn)線上每一反應(yīng)階段的壓力、氣溫、液位等參數(shù)，在測(cè)量上幾乎不具備單一化，相應(yīng)的測(cè)量數(shù)值會(huì)在同一控制界面上顯現(xiàn)。此外，在雙氧水生產(chǎn)線的每個(gè)任務(wù)段均有相應(yīng)的自動(dòng)控制及報(bào)警響應(yīng)，例如，在氫化、氧化、萃取及后處置等任務(wù)段上，自動(dòng)控制系統(tǒng)均有測(cè)量警報(bào)功能。整個(gè)生產(chǎn)線由超過(guò)四十套的控制系統(tǒng)及八十余個(gè)報(bào)警點(diǎn)位構(gòu)成，企業(yè)雙氧水的生產(chǎn)共分兩條生產(chǎn)線，生產(chǎn)線上的每個(gè)任務(wù)段均設(shè)有工藝操控界面，操作員工可減少界面的來(lái)回切換，輕松完成對(duì)生產(chǎn)階段的管控。在異常重要的參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)對(duì)此有所顯示，這樣便避免了因單獨(dú)的設(shè)備監(jiān)控而給生產(chǎn)帶來(lái)的不利影響，最大程度地確保雙氧水生產(chǎn)的全方位安全調(diào)節(jié)和監(jiān)控。

2.4 DCS控制系統(tǒng)

DCS控制系統(tǒng)又叫做分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于微處理器，是一類(lèi)儀表電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)時(shí)遵循分散控制功能、顯現(xiàn)操作密集、推進(jìn)綜合協(xié)調(diào)的基本策略原則。在應(yīng)用時(shí)，DCS控制系統(tǒng)具有可靠性較高的優(yōu)勢(shì)，各子系統(tǒng)均能勝任單獨(dú)控制的任務(wù)；另外，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)科學(xué)，控制功能較分散，對(duì)微型機(jī)的基本要求也適當(dāng)下降。

3 我國(guó)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的前景展望

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)將會(huì)朝著柔性及自主性的方向邁進(jìn)，使系統(tǒng)精確及時(shí)地抵達(dá)目標(biāo)。伴隨當(dāng)代自動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，機(jī)器人已擁有較高的自主性，能在事先編寫(xiě)完成的程序下穩(wěn)步運(yùn)行，無(wú)需任何人工調(diào)節(jié)，然而，傳感技術(shù)及芯片的發(fā)展未能走向并軌，機(jī)器人的柔性發(fā)展條件缺乏，尚無(wú)法完全依照外界環(huán)境要素的改變而進(jìn)行必要的調(diào)整。傳感技術(shù)的跨越式前進(jìn)，機(jī)器人必定會(huì)極大地增強(qiáng)適應(yīng)外部環(huán)境的能力，積極穩(wěn)妥地處置各類(lèi)變化，在人工智能技術(shù)的輔助下，機(jī)器人系統(tǒng)必定能變得日趨合理。

另外，高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)和普及，更為機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的助推力，通常所運(yùn)用的自動(dòng)控制系統(tǒng)也會(huì)邁進(jìn)自主化運(yùn)行的階段，減少人工干預(yù)，提高操作效率，更加拓寬其在日常生產(chǎn)生活中的用途。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，伴隨電氣自動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)必定能在實(shí)際運(yùn)用中不斷改進(jìn)技術(shù)要領(lǐng)，完成對(duì)每類(lèi)機(jī)器及工業(yè)生產(chǎn)中的全過(guò)程控制，為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展做貢獻(xiàn)。

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1003-5168(2014)04-0106-02