系统设置自动化|自动化系统定义

1. 自动化系统定义

　　自动化控制系统按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。　　开环控制系统　　在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。　　闭环控制系统　　闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。　　按给定信号分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。　　恒值控制系统　　给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。　　随动控制系统　　给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。　　程序控制系统　　给定值按一定时间函数变化。如程控机床。

2. 常见的自动化系统

自动化控制中有八大常见控制系统，分别是：反馈控制、前馈控制、顺序控制、比值控制系统、串级控制系统、超驰控制系统、程序控制系统以及批量控制系统。

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1、反馈控制（Feedback Control）

反馈控制也称闭环（closed－loop）控制。如同流量及压力控制一样，操作端控制信号的变化经由系统后作为传感器的测量值从检测端返回，这种控制系统称为反馈控制。在自动控制中，反馈控制使用得最广泛，抗外部干扰的能力强，能实现稳定控制。反馈控制中通常会选用傻瓜式PID调节器或能适应各种复杂工况的人工智能调节器。

2、前馈控制（Feedforword Control）

用于热过程或传送装置等过程响应时间长、外部干扰大的情况。前馈控制与上面提到的反馈控制结合使用，在温度发生变化之前检测外部干扰（此时为水的流量变化），在反馈控制前修正控制信号，所以也称为超前动作。前馈控制通常由单回路调节器和加减法数学运算器构成，选择适合的调节器、整定最佳PID参数和数学运算器系数对提升前馈控制系统控制效果很重要。

3、顺序控制（Sequence Control）

要在水槽中获得温水，将热水进水阀打开一段时间后关闭，再将冷水进水阀打开一段时间后关闭，虽然温度不那么精确。也可以获得温水。像这样将一系列的ON／OFF操作进行自动化控制称为顺序控制，即“按照事先确定的顺序进行的控制”。该控制既没有目标值也没有修正动作，不受外部干扰。

4、比值控制系统

将多种流体按比例混合时，使用比值控制系统（Ratio Control）。比值运算的例子请参照流量的比值运算示例。

5、串级控制系统

利用主调节器和从动调节器将过程变量不同的回路进行组合，将主调节器的输出连接到从动调节器的设定上，这种控制系统称为串级控制系统。串级（Cascade）有一连串过程的意思。作为基本条件，从动调节回路的系统响应比主调节回路快。对于燃料压力的变化等从属端的外部干扰，可以尽早修正。

6、超驰控制系统

超驰控制系统（Override Control）是自动选择多个调节器的输出信号，进而对过程进行控制的方式。如图所示，在确保燃烧器燃料压力最低的同时，在进行流量控制的回路中，自动选择压力调节器和流量调节器中控制输出较大的一个，对调节阀进行控制。该控制回路也称为自动选择（AUTO－selector）控制。

7、程序控制系统

程序控制系统（Program Control）是按照事先确定好的时间计划来改变设定值的控制系统。使用程序设定器或者具有设定变更功能的程序调节器，主要适用于煅烧炉等设备中。

8、批量控制系统

批量控制系统（Batch Control）主要用于装填设备，如将汽油或煤油等装载到油罐车中的装车设备，主要功能是当装填量达到设定值后，自动停止。高性能批处理调节器具备初始速度设定、预先定量设定等功能。批量控制系统通常由带批量控制的流量积算仪完成，相关信息在流量积算仪产品页面详细讲解：

①初始速度设定是指开始注入时为了避免喷嘴尖端因静电而产生火花，在喷嘴尖端接触液体前，进行小流量注入功能的设定。

②预先定量设定是指在达到一定量的累积值时，减少充填流量，以防止过度注入的功能的设定。

3. 自动化定义

自动化生设备，指的是完全不用人工在操作台（岗）上操作，充分发挥科学技术就是生产力的作用。

首先是将各工序的操作方法、步骤等编入计算机程序、由人在计算机系统控制台、点击所需完成所生产的产品指令，由机器人来代替人工操作，最后生产出毫无误差的产品。

4. 自动化系统的定义

自动控制理论里的一型系统和二型系统是系统开环传递函数的极点在坐标原点处的个数即为系统的型，一型系统和二型系统分别有一个和两个。1、一型系统和二型系统开环传递函数可表示为：G(s)H(s)= (t1S+1)(t2S+1)....；----------------------；S*(t1S+1)(t2S+1).... ；或者G(s)H(s)= (t1S+1)(t2S+1)....；----------------------；S*S*(t1S+1)(t2S+1)....；2、目前普通高等院校“自动控制理论(原理)”教学学时大致有三种，48学时、64学时和80学时。自动控制理论（原理）涉及专业比较多，教学内容以经典控制理论为主，控制对象依据专业而不同。3、本书主要适用专业为：电气工程及其自动化，机械设计及其自动化，电子信息工程。部分内容(例如控制对象方面的例题)稍加修改，也可以适应其他如建筑环境与能源应用工程专业等。4、本教材是与上述的教学学时和专业相配套的教学参考书(80学时及以上的还需要略微补充一点内容)，同时也可作为学生自学教材。

5. 自动化控制系统定义

计算机所具有的自动控制能力是依靠存储在内存中的程序实现的。

计算机所具有的自动控制能力是依靠存储在内存中的“程序”实现的。程序是一组计算机能识别和执行的指令，运行于电子计算机上，满足人们某种需求的信息化工具。

计算机自动控制，即计算机控制的一种，是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以使控制过程自动化的控制方式。

6. 自动化系统功能

配电自动化（DA）是一项集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，其目的是提高供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻运行人员的劳动强度。

知识点延伸：

配电自动化的发展大致分为三个阶段：

1、第一阶段是基于自动化开关设备相互配合的配电自动化阶段，主要设备为重合器和分段器等，不需要建设通信网络和计算机系统。其主要功能是在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电。这一阶段的配电自动化系统局限在自动重合器和备用电源自动投入装置。自动化程度较低，这些系统目前仍大量应用。

2、第二阶段的配电自动化系统是基于通信网络、馈线终端单元和后台计算机网络的配电自动化系统，在配电网正常运行时也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能及时察觉。并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。

3、随着计算机技术的发展，产生了第三阶段的配电自动化系统。它在第二阶段的配电自动化系统的基础上增加了自动控制功能。形成了集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理(DSM)、调度员仿真调度、故障呼叫服务系统和工作管理等一体化的综合自动化系统，形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统(DMS)，功能多达140余种。现阶段的配电自动化以此为目标建设和完善。

7. 自动化系统的构成

在我国有关标准中，FMS（Flexible Manufacturing System）被定义为：柔性制造系统是由数控加工设备、物流储运装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。

它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务完成或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种，中、小批量生产。国外有关专家对FMS进行了更为直观的定义：柔性制造系统是至少由两台机床、一套物流储运系统（从装卸到卸载具有自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造系统，它通过简单地改变软件的方法便能制造出多种零件中的任何一种零件。FMS一般由加工系统、物流系统、信息流系统和辅助系统组成。

8. 自动化系统构成

自动化包含的范围很广，目前行业划分也很细，就我个人来说，我是做自动化输送设备和物流自动化的，概括的将自动化就是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。

自动化技术广泛用于工业﹑农业﹑军事﹑科学研究﹑交通运输﹑商业﹑医疗﹑服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动﹑部分脑力劳动以及恶劣﹑危险的工作环境中解放出来﹐而且能扩展人的器官功能﹐极大地提高劳动生产率﹐增强人类认识世界和改造世界的能力。因此﹐自动化是工业﹑农业﹑国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

自动化的发展简况

　　美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先在1946年提出“自动化”一词﹐并用来描述发动机汽缸的自动传送和加工的过程(见自动化技术史)。50年代﹐自动调节器和经典控制理论的发展﹐使自动化进入到以单变量自动调节系统为主的局部自动化阶段。60年代﹐随着现代控制理论的出现和电子计算机的推广应用﹐自动控制与信息处理结合起来﹐使自动化进入到生产过程的最优控制与管理的综合自动化阶段。70年代﹐自动化的对象变为大规模﹑复杂的工程和非工程系统﹐涉及许多用现代控制理论难以解决的问题。这些问题的研究﹐促进自动化的理论﹑方法和手段的革新﹐于是出现了大系统的系统控制和复杂系统的智能控制﹐出现了综合利用计算机﹑通信技术﹑系统工程和人工智能等成果的高级自动化系统﹐如柔性制造系统﹑办公自动化﹑智能机器人﹑专家系统﹑决策支持系统﹑计算机集成制造系统等。

　　自动化是一门涉及学科较多﹑应用广泛的综合性科学技术。主要有过程自动化﹑机械制造自动化﹑管理自动化﹑实验室自动化和家庭自动化等。

1.过程自动化

　　石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理自动化。一般采用由检测仪表﹑调节器和计算机等组成的过程控制系统﹐对加热炉﹑精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制(见化工自动化)。采用的主要控制方式有反馈控制﹑前馈控制和最优控制等。

2.机械制造自动化

　　这是机械化﹑电气化与自动控制相结合的结果﹐处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后﹐由于电子计算机的应用﹐出现了数控机床﹑加工中心﹑机器人﹑计算机辅助设计﹑计算机辅助制造﹑自动化仓库等。研制出适应多品种﹑小批量生产型式的柔性制造系统 (FMS)。以柔性制造系统为基础的自动化车间﹐加上信息管理﹑生产管理自动化﹐出现了采用计算机集成制造系统(CIMS)的工厂自动化。

3.管理自动化

　　工厂或事业单位的人﹑财﹑物﹑生产﹑办公等业务管理自动化﹐是以信息处理为核心的综合性技术﹐涉及电子计算机﹑通信﹑系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统(DSS)﹐为高层管理人员决策提供备选的方案。

社会影响

　　自动化是新的技术革命的一个重要方面。自动化技术的研究﹑应用和推广﹐对人类的生产﹑生活等方式将产生深远影响。生产过程自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率﹐节约能源和原材料消耗﹐保证产品质量﹐改善劳动条件﹐改进生产工艺和管理体制﹐加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。

发展趋势

　　现代生产和科学技术的发展﹐对自动化技术提出越来越高的要求﹐同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以来﹐自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展﹐并广泛地应用到国防﹑科学研究和经济等各个领域﹐实现更大规模的自动化﹐例如大型企业的综合自动化系统﹑全国铁路自动调度系统﹑国家电力网自动调度系统﹑空中交通管制系统﹑城市交通控制系统﹑自动化指挥系统﹑国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展﹐如医疗自动化﹑人口控制﹑经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能﹐机器人已在工业生产﹑海洋开发和宇宙探测等领域得到应用﹐专家系统在医疗诊断﹑地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化﹑办公自动化﹑家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容﹐并得到迅速发展。