基于控制规律自动化装置探究

1、基于控制规律自动化装置探究摘 要： 通过对自动化装置技术沿革的分析，展示自动 化装置的概念。通过对基本控制规律的研究，推导出一系列 公式，阐述自动化装置的控制原理。关键词：开关控制；自动控制；模拟控制；数字控制; 一体化控制；集散系统中图分类号：f407文献标识码：a文章编号：1671 7597 (2012) 1110094-010引言自动化装置是自动控制系统中的核心控制装置，所有的 控制策略都要通过自动化装置来实现。早期自动化装置是通 过机械控制器对被控对象进行控制，随着集成电子和微电子 技术的发展，自动化装置向网络化，智能化发展，因此自动 控制也向分布式多层方向发展。1基本控制规律1. 1

2、基本开关型控制规律开关型控制规律在人们的日常生活中非常多，例如电熨 斗温度控制、电冰箱温度控制等。开关控制的控制规律可用 下列公式表达：u二umax (tvts), u=umin (t<ts)o理想开 关控制规律会造成控制阀频繁动作，因为温度偏离希望值一 点点，都会导致阀门动作。实际开关控制规律是一带有控制 误差带的开关控制规律，偏差上限为tsh,偏差下限为tsl, 该控制规律可用公式表示:u=umax (t<tsh), u=umin (t< tsl)1.2时间比例型开关控制规律这是一种改进型开关控制规律，将控制器输出划分为一 定长度的时间间隔t,在每个时间间隔内，开关输出接

3、通的 时间ton是不同的，开关占空比定义：“ton/t。开关占空 比最小为0,即在每个时间周期内开关都处在断开状态；开 关占空比最大为1,即在每个时间周期内开关都都处在接通 状态。时间比例开关型控制规律是这样一种控制规律，既控 制器输出占空比正比于被控参数偏离希望值的偏差大小。时 间比例控制规律有一个可调整控制器参数kp,这种控制规律 控制下的被控变量，其控制质量要比基本开关控制规律好。1.3比例控制规律比例控制规律是工业过程控制中使用最多的控制规律， 比例控制的英文为proportional control,所以比例控制 规律也叫做p控制规律。比例控制规律的表达式为：up= (xr-x) =

4、kpeo公式中u是控制器输出，kp是比例控制器的 比例放大倍数，xr是温度设定值，x是被控参数的测量值， e=xr-x是温度偏差。工程上常常采用比例度来表示比例放大 倍数，当控制器的输入/输出为标准信号时，公式为：5 = (x/u) 100%=100%/kpo比例控制规律是一个有余差控制规律，即用纯比例控制 器构成控制系统对被控参数进行控制时，系统受到扰动，被 控参数重新稳定之后，被控参数是不能回到原来的给定数值 上。1.4积分控制规律j积分控制的英文为integral control,所以积分控制 规律也叫做i控制规律。积分控制规律是一个与偏差存在时 间有关系的控制规律，积分控制其表达式为：

5、ui=/edt/tio 当t=0时刻系统受到一个阶跃扰动，产生一个阶跃偏差，积 分控制器的输出从t=0开始上升，其上升速度为1/t1,当 t=to时系统的偏差消失，积分控制器的输出保持恒定不变。实际应用当中，一般是形成比例积分控制器，即pi控 制规律。比例积分控制规律的输入/输出关系为： u=up+ui=kpe+ fedt/ti。1.5微分控制规律微分控制的英文为differential control,所以微分 控制规律也叫做d控制规律。下面是微分控制规律输入/输 出曲线图。微分控制规律是一个与偏差变化率有关系的控制 规律，尽管系统偏差数值比较小，但是如果其变化速度比较 快，微分输出也会有很

6、大变化。这对于某些生产过程是非常 有意义的。微分控制作用正好可以变量变化快的问题，可以 避免控制量有很大波动。实际应用当中，一般是形成比例微分控制器，即pd控制规律。比例微分控制规律的输入/输出 关系为：ud=td de/dto2自动控制器2. 1分类自动控制器大体上可分为两类，一类是单机控制器，这 一类可单独使用，接收12信号。另一类是虚拟控制器。 虚拟控制器是一段程序，是dcs、fcs、ipc等中虚拟控制器。 单机控制器包括模拟型控制器与智能化控制器。2.2模拟型控制器模拟型自动控制器技术上已经过时，但其结构简单，更 适合于自动控制器概念描述。比较典型的是一种采用运算放 大器的模拟型自动控

7、制器。ddz-iii型单元组合仪表中的 dtl-3100控制器是一种电动仪表，采用国际电工委员会 (iec)推荐的标准信号，即420madc或15vdc信号。其主要功能是接收来自变送器的测量信号,经过pid计送出信号到执行器。该型号控制器具有如下功能：采用运算放大器实现整机功能，输入对称性好，漂移小，稳定性高；具有手动、软手 动、自动功能；采用全刻度指示；可采用外给定和内给定方 式；具有无扰动切换功能；该型号控制器有三种工作方式， 即手动方式、软手动方式和自动方式。2.3智能化数字控制器现代自动化仪表的智能化是指采用大规模集成电路技 术、微处理器技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内 部操作

8、，使仪表具有智能化处理功能，并使其功能进一步增 强。可编程型调节器应具有用简易语言的程序，利用这些程 序可建立与仪表控制有关的运算功能。其应体现以下表征： 液晶显示画面、曲线、数据显示屏幕，不同工作模式有不同 的显示画面；故障灯仪表本身故障指示；报警灯过程参数报 警指示；c方式键用于串级控制；a方式键用于自动控制；m 方式键用于手动控制；sv设定键用于调整给定值；pf键用 户定义功能键；增速、shift键增速、换挡键；pv过程变量, 即来自测量变送单元的测量信号；mv为操纵信号，既控制器 输出。 2.4 一体化控制器控制器选择主要考虑输入输出信号，是否需要通讯，是 否有特殊控制算法要求，是否需

9、要编程功能。如果需要复杂 控制，则还需要考虑输入信号数量。一体化控制器都制定特 定的传感器，例如配接热电偶、热电阻等，可根据不同的需 要选择配接不同传感器的控制器。对于单元组合式控制器， 则要根据控制要求选择，例如自动控制的同时，需要向上位 计算机通讯，则需要选择带有通讯功能的控制器。3集散系统（dcs系统）集散控制系统是是集中分散式控制系统的简称，是专门 用于自动控制的计算机网络，一般由控制站、数据采集单元、 操作员站、工程师站、通讯系统五大部分硬件组成，配上相 应的软件就构成一个完整的控制系统。控制站也叫做现场控制站，其主要功能是完成变量的测 量与控制，将测量变量上传并接数据。有些dcs系

10、统厂家将 其称之为一个控制文件夹。各个厂家的不同型号的dsc系统 控制站的控制文件夹数量和每个控制文件夹内的过程i/o卡 数量各不相同。操作员站是对生产过程进行监视、操作的设备。操作员 站上crt的作用是向工艺操作人员显示过程信息，过程信息 显示包括动态工艺流程图（全图及局部图）、过程变量监控 数据表、过程变量分组显示画面、过程变量详细显示画面、 过程变量的趋势显示、过程变量各类报表、报警状态过程变 量表等内容。工程师站是系统维护工程师的一个人机界面。系统工程 师可在工程师站上可进行系统生成、系统组态、参数修改、 软件装入、数据卸出等操作。dcs系统的操作是按操作级别 来控制的，不同的操作级别有不同的操作密码，一般来说操 作工作站上的操作级别较低，工程师工作站上的操作级别较 高。通讯系统是数字控制系统的信息传送通道，由各种通讯 卡和电缆构成。通讯卡进行数据打包拆包以完成通讯。数据 打包拆包是按一定的方式进行的，这个方式即为通讯协议。 只有采用相同的通讯协议的设备之间才能进行数据通讯。4结语基于开关控制规律的，自动化装置的设计可惜清晰地分 为五大硬件部分。今后其发展方