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干貨│電氣自動化控制專業(yè)術(shù)語大全
I/O點(diǎn)
在討論控制系統(tǒng)的時候,I/O點(diǎn)是最經(jīng)常聽到的一個術(shù)語。它是指輸入/輸出點(diǎn),I代表INPUT,指輸入,O代表OUTPUT,指輸出。輸入/輸出都是針對控制系統(tǒng)而言,輸入指從儀表進(jìn)入控制系統(tǒng)的測量參數(shù),輸出指從控制系統(tǒng)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參量,一個參量叫做一個點(diǎn)。一個控制系統(tǒng)的規(guī)模有時按照它最大能夠控制的I/O點(diǎn)的數(shù)量來定的。
模擬量和開關(guān)量
在控制系統(tǒng)中,另一個常見的術(shù)語就是模擬量和開關(guān)量。不論輸入還是輸出,一個參數(shù)要么是模擬量,要么是開關(guān)量。模擬量指控制系統(tǒng)量的大小是一個在一定范圍內(nèi)變化的連續(xù)數(shù)值,比如溫度,從0-100度,壓力從0-10MPA,液位從1-5米,電動閥門的開度從0-100%,等等,這些量都是模擬量。而開關(guān)量指該物理量只有兩種狀態(tài),如開關(guān)的導(dǎo)通和斷開的狀態(tài),繼電器的閉合和打開,電磁閥的通和斷等等。
對控制系統(tǒng)來說,由于CPU是二進(jìn)制的,數(shù)據(jù)的每位有“0”和“1”兩種狀態(tài),因此,開關(guān)量只要用CPU內(nèi)部的一位即可表示,比如,用“0”表示開,用“1”表示關(guān)。而模擬量則根據(jù)精度,通常需要8位到16為才能表示一個模擬量。最常見的模擬量是12位的,即精度為2-12,最高精度約為萬分之二點(diǎn)五。當(dāng)然,在實際的控制系統(tǒng)中,模擬量的精度還要受模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和儀表的精度限制,通常不可能達(dá)到這么高。
控制回路
通常是針對模擬量的控制來說,一個控制器根據(jù)一個輸入量,按照一定的規(guī)則和算法來決定一個輸出量,這樣,輸入和輸出就形成一個控制回路??刂苹芈酚虚_環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別。開環(huán)控制回路,指輸出是根據(jù)一個參考量而定,輸入和輸出量沒有直接的關(guān)系。而閉環(huán)回路則將控制回路的輸出再反饋回來作為回路的輸入,與該量的設(shè)定值或應(yīng)該的輸出值作比較。閉環(huán)回路控制又叫反饋控制,是控制系統(tǒng)中最常見的控制方式。下面介紹幾種常規(guī)的反饋控制的模式。
二位控制
這是最簡單的反饋控制,有時也叫開關(guān)控制。這種控制是當(dāng)被測量達(dá)到最高值或最低值的時候,就給出一個開關(guān)的信號。雖然被測量可能是模擬量,但控制輸出是開關(guān)的,所以叫兩位控制。在工業(yè)現(xiàn)場,有許多溫控器和液位開關(guān)控制是采用這種方式的。
比例控制
控制器的輸出值與被控參數(shù)的測量值和設(shè)定值或某個參考點(diǎn)的偏差是一個比例關(guān)系。比例控制比二位控制要平滑一些,消除了二位控制時會產(chǎn)生的被控量上下振蕩的情形。比如,對一個反應(yīng)罐的液位,如果設(shè)定的液位值是2700毫米,當(dāng)液位降低時,進(jìn)料管道上的閥門就要增加開度,而液位偏高時,則要將開度減小。增加和減小的比例與液位和設(shè)定值的偏差大小成比例關(guān)系。
積分控制
在積分控制中,被控變量的值的變化與控制系統(tǒng)輸出控制到實際生效的時間有一個預(yù)先設(shè)定的關(guān)系。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出是漸漸地達(dá)到設(shè)定的值的。這種控制方式的產(chǎn)生是由于實際的控制元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)從給出輸出信號到使被控變量達(dá)到設(shè)定值往往需要一段時間。
最常見的例子是溫度控制,比如,假定我們知道到煤氣閥門的開度到60%的時候,熱水器的水溫能夠達(dá)到適宜洗澡的45度,但是,當(dāng)你把閥門一下子擰到60%的位置時,水依然是涼的,你必須等一下,水溫升到45度左右的時候,就會穩(wěn)定。如果控制系統(tǒng)不用積分控制,而只用比例控制,那么當(dāng)閥門輸出為60%時,這是輸入的溫度值可能依然只有20度,那么按照比例控制,既然偏差依然存在,則閥門的開度會繼續(xù)加大,這樣,當(dāng)水溫升到45度時,閥門的開度可能會達(dá)到了90%甚至更高,這時,雖然控制系統(tǒng)會通知閥門保持不動,但水溫會繼續(xù)升高,可能到了50甚至60度,這時,閥門的開度會減小,但在減小到60%之前,水溫都會繼續(xù)上升,當(dāng)閥門開度減到60%時,水溫依然可能70度,一直當(dāng)閥門的開度變成20%時,水溫才會變成45度,這時閥門運(yùn)動會停止,但水溫卻會繼續(xù)下降,直到變成涼水,如果這時是冬天,可能你的情形還要糟糕。這就是沒有積分控制的溫度控制器會發(fā)生的情況。如果你有小孩,當(dāng)孩子第一次操作熱水器的閥門的時候,發(fā)生的情形就很像這種情況。
微分控制
微分控制通常與比例和積分控制同時使用,由于積分控制有一個滯后,微分控制可以讓控制對偏差的反應(yīng)提前,以免控制系統(tǒng)的反應(yīng)過于遲鈍。微分控制與比例和積分控制同時使用,可以使被控狀態(tài)更迅速地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),而又不會出現(xiàn)上文出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象。
PID 控制
在實際的控制系統(tǒng)中,根據(jù)實際變量的情況,上述三種控制方式有時只有一種,有時是兩種,有時三種同時采用。比例控制用P表示,積分控制用I表示,微分控制用D表示,根據(jù)采用的方式,分別稱為P控制,PI控制,PID控制。其中,PID控制是控制系統(tǒng)最常見的控制模式。
延時控制
通常應(yīng)用在開關(guān)量控制的場合,當(dāng)一個開關(guān)狀態(tài)變化時(比如由開變關(guān)時),控制器的輸出動作要延時一段時間才會給出。比如,在生產(chǎn)線常用的接近開關(guān),當(dāng)工件就位時,接近開關(guān)給出信號,下一個滾筒由于和接近開關(guān)安裝的位置有一段距離,所以通常要延遲幾秒才開始滾動。
連鎖控制
指控制系統(tǒng)的輸出是通過電氣量或電子信號來進(jìn)行的,所控制的對象是電動執(zhí)行元件,比如繼電器、步進(jìn)開關(guān)、電磁閥、伺服驅(qū)動器和變頻器等等,絕大部分的自動控制多多少少都會有電動控制元件。
液壓控制
在機(jī)器與設(shè)備的操作中,許多控制是用液壓控制機(jī)構(gòu)來進(jìn)行的。在連續(xù)速度控制的場合,液壓控制通常比較方便和便宜,當(dāng)能量轉(zhuǎn)換效率較高的時候,液壓控制往往和電動控制中的伺服控制同時使用。這時,就形成了效率和精度較高的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
氣動控制
有三種情形用到氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu):
一,運(yùn)動的線路上有標(biāo)準(zhǔn)的單向氣動閥門組合來完成控制邏輯功能;
二,在氣體管道中采用一些沒有移動部件的元件,這些元件是依靠流過的氣體的特性而進(jìn)行開關(guān)動作的;
三,運(yùn)動的邏輯控制系統(tǒng),采用模塊化的內(nèi)置隔膜、繞線或套筒式。這三種氣動元件都是采用壓縮空氣作為傳輸信號或執(zhí)行機(jī)制的動力。在工廠中,由于壓縮空氣容易獲得,干凈、無污染,又安全,控制的功能和設(shè)計都十分簡單,因此,現(xiàn)在許多生產(chǎn)線上采用氣動工具。
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