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            控制系統和控制回路:它們是什么以及何時使用它們

            來源: 作者: 發布日期:2021-05-06

             有些人可能會對“控制系統”一詞感到困惑。在Internet上進行快速搜索可以得出很多有關比例積分微分(PID)控制器和其他類似設備的信息。從某種意義上說,這是有意義的,因為它們是控制理論中使用非常廣泛的。  但是,PID是一種用于控制系統而不是系統本身的方法。

             
            什么是控制系統?
            控制系統是一組機械和/或電子設備,它們使用控制回路來調節,管理和命令其他設備或系統。
             
            如果您知道什么是控制回路,則此定義很有意義。但是不用擔心。我們在這里為您澄清所有內容,因此讓我們定義一個控制循環。
             
            控制回路
            控制回路由所有物理組件和控制功能組成,這些物理組件和控制功能需要將測量過程變量(PV)的值調整或保持為所需的值或設定值(SP)。為此,循環至少需要三個基本元素-輸入,控制器和輸出。
             
            控制回路有兩種類型:打開和關閉。
             
            開環系統
            作為非常簡單的控制回路類型,開環系統不會測量變量或將輸出值發送到控制器。
             
            以您的烤面包機為例。當您將一片面包放進烤面包機時,您需要設置一個數字,即您希望輸入的面包片加熱的時間。根據您選擇的數量,吐司(您的輸出)可能幾乎沒有變成棕色或非常松脆。請注意,這里沒有傳感器可以測量面包的顏色或面包的松脆程度,因此直到烤面包機完成之前,您都不知道切片的狀況。如果將數字設置得太高,烤面包就會燃燒。
             
            洗衣機是另一個比烤面包機更復雜的常見開環系統。當您設置洗滌模式并打開機器電源時,它會根據內部衣物的重量計算出運行時間。它還控制許多設備:用于使滾筒旋轉的電動機,用于添加水或清潔劑的泵或閥門等。但是,沒有什么措施可以衡量您的衣服被洗凈還是被弄濕。
             
            閉環系統
            現在我們知道了開環控制系統的工作原理,我們將繼續介紹閉環系統。兩種系統之間的主要區別是反饋。
             
            在閉環系統中,您有一個傳感器來不斷監視您的輸出。該傳感器將數據反饋給控制器。利用此數據,控制器會將輸出與您的設定值進行比較。如果此比較不匹配,則控制器使用一種控制方法來分析此錯誤。然后,它將信號發送給執行器,以更改您的過程值并使它更接近您的設定值。
             
            如果您開車,則說明您已經使用了該系統。想象一下,您想以法律允許的速度從A點到達B點。路線上的時速限制為60英里/小時,因此您希望將汽車的速度保持在60英里/小時。
             
            在這里,您的眼睛(傳感器)在速度計(輸出)上監視汽車的速度。如果尚未達到設定點,則大腦(控制器)會告訴您用腳(執行器)將油門踏板(非常終控制元件)進一步向下壓。當您達到60歲時,您將把腳放在保持該速度的位置。
             
            如果您沒有遇到任何干擾(例如山丘),那么一切都很好。如果您上山,除非更改腳的位置,否則速度會降低。
             
            一旦速度降低,您的大腦就會分析此錯誤并調整您的腳。但是,如果在不重新調整腳的情況下在山頂上攀爬,則可能會加快速度,這也是一個錯誤。然后,您監視自己的速度并再次進行調整。每當您的系統受到干擾時,此過程就會重復一次。
             
            過程控制系統
            即使我們在一開始就定義了一個控制系統,我們也只討論了循環而不是系統。在行業中,您會看到大多數是閉環控制系統,因為大多數過程都需要保持所需的值。
             
            閉環控制系統是過程背后的整套設備和邏輯,包括控制所有過程值所需的軟件和硬件:
             
            用于監視PV并將數據發送到控制器的現場儀器。
            連接系統所有輸入和輸出的控制器。
            進行編程和編碼以分析和存儲數據,然后將信號發送到非常終控制元件。
            人機界面(HMI),以人們可以理解的方式顯示現場數據。
            執行器,用于改變PV的設備,例如泵,閥門和加熱系統。
            現場通信,包括所有類型的接線和協議(控制器和現場設備進行通信的標準“語言”)。
             
            結論
            我們在像烤面包機這樣簡單的設備中或在與石油精煉廠一樣復雜的工業過程中都擁有控制系統。系統的復雜性將取決于您需要完成的任務。
             
            對于簡單的日常任務,有時開環控制系統就足夠了。對于更復雜的監視和自動化,您絕對應該使用閉環系統。

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