自动化行业工作必须了解的最基本术语【恢复】

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从事自动化行业必须了解的基本术语



控制系统的第一代产生于1930年到1940年，主要代表是以基地式仪表为代表的机械控制技术。第二代产生于1950年，主要是电气控制技术为主的继电器控制技术和调节器为代表的模拟控制技术。目前所称的控制系统是第三代控制系统，诞生于二十世纪七十年代，主要技术代表是用于流程工业的集散控制系统（DCS）和用于离散工业的可编程控制器（PLC）。 



现在，自动化控制系统正在向第四代控制系统发展，第四代控制系统有两个趋势，一是系统的开放性，一是流程工业控制和离散控制的融合，体现在DCS和PLC功能的融合。目前，PC-BASED控制系统、嵌入式控制系统、现场总线控制系统都希望能成为第四代控制系统的主流系统，但是，由于这些系统都有各自的缺点，因此，大家普遍认为第四代控制系统还是会由以目前第三代控制系统的特点，加上开放和融合性的特点组成的柔性控制系统----TCS。

为了正确理解控制系统的意义，有一些关于控制的术语是必须要了解的，在这里介绍一下。





I/O点：

在讨论控制系统的时候，I/O点是我们最经常听到的一个术语。它是指输入/输出点，I代表INPUT，指输入；O代表OUTPUT，指输出。输入/输出都是针对控制系统而言，输入指从仪表进入控制系统的测量参数，输出指从控制系统输出到执行机构的参量，一个参量叫做一个点。一个控制系统的规模是按照它最大能够控制的I/O点的数量来定的。





模拟量和开关量：

在控制系统中，另一个常见的术语就是模拟量和开关量。不论输入还是输出，一个参数要么是模拟量，要么是开关量。模拟量指控制系统量的大小是一个在一定范围内变化的连续数值，比如温度，从0-100度，压力从0-10MPA，液位从1-5米，电动阀门的开度从0-100%等等，这些量都是模拟量。而开关量指该物理量只有两种状态，如开关的导通和断开的状态，继电器的闭合和打开，电磁阀的通和断等等。对控制系统来说，由于CPU是二进制的，数据的每位有“0”和“1”两种状态，因此，开关量只要用CPU内部的一位即可表示，比如，用“0”表示开，用“1”表示关。而模拟量则根据精度，通常需要8位到16为才能表示一个模拟量。最常见的模拟量是12位的，即精度为2-12，最高精度约为万分之二点五。当然，在实际的控制系统中，模拟量的精度还要受模拟/数字转换器和仪表的精度限制，通常不可能达到这么高。





控制回路：

通常是针对模拟量的控制来说，一个控制器根据一个输入量，按照一定的规则和算法来决定一个输出量，这样，输入和输出就形成一个控制回路。控制回路有开环和闭环的区别。开环控制回路，指输出是根据一个参考量而定，输入和输出量没有直接的关系。而闭环回路则将控制回路的输出再反馈回来作为回路的输入，与该量的设定值或应该的输出值作比较。闭环回路控制又叫反馈控制，是控制系统中最常见的控制方式。下面介绍几种常规的反馈控制的模式。

二位控制：

这是最简单的反馈控制，有时也叫开关控制。这种控制是当被测量达到最高值或最低值的时候，就给出一个开关的信号。虽然被测量可能是模拟量，但控制输出是开关的，所以叫两位控制。在工业现场，有许多温控器和液位开关控制是采用这种方式的。





比例控制：

控制器的输出值与被控参数的测量值和设定值或某个参考点的偏差是一个比例关系。比例控制比二位控制要平滑一些，消除了二位控制时会产生的被控量上下振荡的情形。比如，对一个反应罐的液位，如果设定的液位值是2700毫米，当液位降低时，进料管道上的阀门就要增加开度，而液位偏高时，则要将开度减小。增加和减小的比例与液位和设定值的偏差大小成比例关系。





积分控制：

在积分控制中，被控变量的值的变化与控制系统输出控制到实际生效的时间有一个预先设定的关系。执行机构的输出是渐渐地达到设定的值的。这种控制方式的产生是由于实际的控制元件和执行机构从给出输出信号到使被控变量达到设定值往往需要一段时间。



最常见的例子是温度控制，比如，假定我们知道到煤气阀门的开度到60%的时候，热水器的水温能够达到适宜洗澡的45°，但是，当你把阀门一下子拧到60%的位置时，水依然是凉的，你必须等一下，水温升到45°左右的时候，就会稳定。如果控制系统不用积分控制，而只用比例控制，那么当阀门输出为60%时，这是输入的温度值可能依然只有20°，那么按照比例控制，既然偏差依然存在，则阀门的开度会继续加大，这样，当水温升到45°时，阀门的开度可能会达到了90%甚至更高，这时，虽然控制系统会通知阀门保持不动，但水温会继续升高，可能到了50°甚至60°，这时，阀门的开度会减小，但在减小到60%之前，水温都会继续上升，当阀门开度减到60%时，水温依然可能70°，一直当阀门的开度变成20%时，水温才会变成45°，这时阀门运动会停止，但水温却会继续下降，直到变成凉水，如果这时是冬天，可能你的情形还要糟糕。这就是没有积分控制的温度控制器会发生的情况。如果你有小孩，当孩子第一次操作热水器的阀门的时候，发生的情形就很像这种情况。





微分控制：

微分控制通常与比例和积分控制同时使用，由于积分控制有一个滞后，微分控制可以让控制对偏差的反应提前，以免控制系统的反应过于迟钝。微分控制与比例和积分控制同时使用，可以使被控状态更迅速地达到稳定状态，而又不会出现上文出现的振荡现象。





PID控制：

在实际的控制系统中，根据实际变量的情况，上述三种控制方式有时只有一种，有时是两种，有时三种同时采用。比例控制用P表示，积分控制用I表示，微分控制用D表示，根据采用的方式，分别称为P控制，PI控制，PID控制。其中，PID控制是控制系统最常见的控制模式。



延时控制：

通常应用在开关量控制的场合，当一个开关状态变化时（比如由“开”变“关”时），控制器的输出动作要延时一段时间才会给出。比如，在生产线常用的接近开关，当工件就位时，接近开关给出信号，下一个滚筒由于和接近开关安装的位置有一段距离，所以通常要延迟几秒才开始滚动。





连锁控制：

也是常用于开关控制的场合，比如有三个开关，A、B和C，C开关必须在A和B同时打开的时候，才能够打开；或者当A打开时，C必须打开；这种关系就是连锁控制。在工业现场中，尤其是在涉及安全控制的场合，连锁控制方式是很常见的。比如反应釜中的放散阀，当压力达到一定值时，压力开关的信号发生变化，则放散阀门必须立刻打开。





电动控制：

指控制系统的输出是通过电气量或电子信号来进行的，所控制的对象是电动执行元件,比如继电器、步进开关、电磁阀、伺服驱动器和变频器等等，绝大部分的自动控制多多少少都会有电动控制元件。





液压控制：

在机器与设备的操作中，许多控制是用液压控制机构来进行的。在连续速度控制的场合，液压控制通常比较方便和便宜，当能量转换效率较高的时候，液压控制往往和电动控制中的伺服控制同时使用。这时，就形成了效率和精度较高的电液执行机构。





气动控制：

有以下三种情形用到气动执行机构；

一、        运动的线路上有标准的单向气动阀门组合来完成控制逻辑功能；

二、        在气体管道中采用一些没有移动部件的元件，这些元件是依靠流过的气体的特性而进行开关动作的；

三、        运动的逻辑控制系统，采用模块化的内置隔膜、绕线或套筒式。这三种气动元件都是采用压缩空气作为传输信号或执行机制的动力。

在工厂中，由于压缩空气容易获得，干净、无污染，又安全，控制的功能和设计都十分简单，因此，现在许多生产线上大量采用了气动工具。





以上是一些在讨论控制系统时常见的术语。对于非自动化专业毕业的技术人员，想从事自动化行业的话，了解这些术语的意义是非常有必要弄清楚的。

ssyniuej

写的不错，但是我想再解释一下这里面的PID，感觉不大对头，说的不对请下面高手帮忙。

以下所有控制中均是以偏差做为变量来控制的，控制系统根据测量回来的数据与给定值比较产生输出，以下就以控制洗澡水温度来讲解

一、设定值：由用热水人设定热水出口温度为40度

二、反馈量：由热水出口处的测温元件测量温度并转换成系统可以识别的信号，就是实际温度

三、控制对象：冷热水混水阀，开度设置可在0－100％改变



偏差：设定值减去反馈值的数据

    P：就是比例控制  控制系统会不断测量实际温度，得到偏差后，乘上一个系数，这个系数就是比例系数（以前有用比例带来设置的，其实就是比例系数的倒数，按百分数表示），这种情况下，假设实际温度20度，偏差20,如果比例系数是1,那么输出就是20％，可能在这种情况下温度就一直是20度了，就进入一种稳定状态，所以比例调整是一种有差调整，不可能调整到无偏差状态的。因为如果无偏差了，那么输出也会变成0！这里可能会有人说增加比例系数就可以，其实，如果比例系数加大了会出现另外一个问题，就可能振荡！因为控制对象是有惯性的。

    I：积分控制   是偏差对于时间的一种累积，上面说了，比例调节总会有偏差，比例无法消除这个问题，那么就由积分来处理，积分将这个偏差累积，在偏差基础上输出，有点象人一样，不是温度不到吗？我就慢慢开阀门，随时间加长阀门开的就大点，水温自然就上来了，在这里会出现波动，这好想，等到我们感觉到温度到了的时候，往往阀门已经稍微开过了，所以积分后面就要慢慢向后调，这样就成了一个周期性波动了。但是至少温度到了是吧？这也是积分的一个作用，消除偏差！

    D：微分控制   大家也许觉得有了上面两个已经可以控制好了，其实也是，大部分控制就是PI控制，不用微分。微分的主要作用是超前调节，就因为这个如果控制不好会导致整个控制系统控制失败，所以不是非常必要的时候就不用这个。所谓微分控制，其实是以偏差变化量来做参考的，而不是以偏差做参考。还举例，象我们人如果调节这个水温，我想大部分人会在开始的时候把阀门稍微开过点，这样就能够缩短温度达到要求的速度，对于控制系统时间也是有要求的。这个其实最大的作用就在于设定值改变，能够让控制对象快速产生反应。例如原来设定温度20,现在改成60,如果采取了微分，控制系统会先突然开大阀门（这时候微分占了很大成分）然后很快恢复，这样缩短了达到设定值的时间。由于这个用的不多，所以也不多说了。

基本控制就是这样的，请高手发言，谢谢。

vincent.r

行文流畅，易懂。

jofe

學習~~

banyan_city

PID

cxm008

哈哈，谢谢楼主，终于明白了PID。

wf20035436

好东东哦。好像控制的分类有一点点混哦

gaj8

mark

aaron96031

好东东

cndongj

谢谢

huchengxtu

呵呵 学的专业好像是叫自动化的

huchengxtu

记号 学习

lixinpeng1007

除了处理模拟量，开关量，还有脉冲量，数字量要处理吧

lyping1987

make!

imjacob

写的很好

jinxiang1981

学习啦

charlie2008

mark!

nmwsgqy

我就是学自动化的，基本上都学过了吧！不过还是感谢楼主，大家相互学习！

imjacob

mark

ccmj4708

mark

H007

温度控制的例子让我又一步领会了刚学习的自控知识

fk2011

转专业了

huchengjunme

明白PID控制了!感谢!

lpgyf

mark

youl

请问自动控制的研究领域方向主要都有哪些？

Felix257

MARK下

fzxt

mark

txlgll

mark 谢谢楼主

781905891

amrk

lanxing18

mark

52171314

标记

ab1212144

自动化专业
MARK

wy2000

学习，温故

wuyuexue

回复【13楼】lixinpeng1007 乐高
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数字量，脉冲量可以看做是开关量

xtia

mark

sircfw

了解了！感谢楼主！

ele2011

good!

huibaofeng

不错，赞一个，很有帮助的

BrightWang

标记，自动化行业工作必须了解的最基本术语

wuwei520

都听说过！~

hz_fujian

还有模拟量测量时常用到的二线制和四线制传感器。

甲骨文

楼主深入浅出地讲解，学习了～

jack_yu

谢谢樓主、二楼。长知识了。

Canbus007

路过，备用！

和记电子

学习了， 谢谢楼主