什么是控制系統(tǒng)？

控制系統(tǒng)是一組機(jī)械和/或電子設(shè)備，它們使用控制回路來調(diào)節(jié)，管理和命令其他設(shè)備或系統(tǒng)。

 

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(dān)心。我們在這里為您澄清所有內(nèi)容，因此讓我們定義一個(gè)控制循環(huán)。

 

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(diào)整或保持為所需的值或設(shè)定值（SP）。為此，循環(huán)至少需要三個(gè)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(guān)閉。

 

開環(huán)系統(tǒng)

作為非常簡單的控制回路類型，開環(huán)系統(tǒng)不會測量變量或?qū)⑤敵鲋蛋l(fā)送到控制器。

 

以您的烤面包機(jī)為例。當(dāng)您將一片面包放進(jìn)烤面包機(jī)時(shí)，您需要設(shè)置一個(gè)數(shù)字，即您希望輸入的面包片加熱的時(shí)間。根據(jù)您選擇的數(shù)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(jī)完成之前，您都不知道切片的狀況。如果將數(shù)字設(shè)置得太高，烤面包就會燃燒。

 

洗衣機(jī)是另一個(gè)比烤面包機(jī)更復(fù)雜的常見開環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)您設(shè)置洗滌模式并打開機(jī)器電源時(shí)，它會根據(jù)內(nèi)部衣物的重量計(jì)算出運(yùn)行時(shí)間。它還控制許多設(shè)備：用于使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，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(huán)系統(tǒng)

現(xiàn)在我們知道了開環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理，我們將繼續(xù)介紹閉環(huán)系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是反饋。

 

在閉環(huán)系統(tǒng)中，您有一個(gè)傳感器來不斷監(jiān)視您的輸出。該傳感器將數(shù)據(jù)反饋給控制器。利用此數(shù)據(jù)，控制器會將輸出與您的設(shè)定值進(jìn)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(cuò)誤。然后，它將信號發(fā)送給執(zhí)行器，以更改您的過程值并使它更接近您的設(shè)定值。

 

如果您開車，則說明您已經(jīng)使用了該系統(tǒng)。想象一下，您想以法律允許的速度從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)。路線上的時(shí)速限制為60英里/小時(shí)，因此您希望將汽車的速度保持在60英里/小時(shí)。

 

在這里，您的眼睛（傳感器）在速度計(jì)（輸出）上監(jiān)視汽車的速度。如果尚未達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，則大腦（控制器）會告訴您用腳（執(zhí)行器）將油門踏板（非常終控制元件）進(jìn)一步向下壓。當(dāng)您達(dá)到60歲時(shí)，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(cuò)誤并調(diào)整您的腳。但是，如果在不重新調(diào)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(gè)錯(cuò)誤。然后，您監(jiān)視自己的速度并再次進(jìn)行調(diào)整。每當(dāng)您的系統(tǒng)受到干擾時(shí)，此過程就會重復(fù)一次。

 

過程控制系統(tǒng)

即使我們在一開始就定義了一個(gè)控制系統(tǒng)，我們也只討論了循環(huán)而不是系統(tǒng)。在行業(yè)中，您會看到大多數(shù)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)過程都需要保持所需的值。

 

閉環(huán)控制系統(tǒng)是過程背后的整套設(shè)備和邏輯，包括控制所有過程值所需的軟件和硬件：

 

用于監(jiān)視PV并將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器的現(xiàn)場儀器。

連接系統(tǒng)所有輸入和輸出的控制器。

進(jìn)行編程和編碼以分析和存儲數(shù)據(jù)，然后將信號發(fā)送到非常終控制元件。

人機(jī)界面（HMI），以人們可以理解的方式顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

執(zhí)行器，用于改變PV的設(shè)備，例如泵，閥門和加熱系統(tǒng)。

現(xiàn)場通信，包括所有類型的接線和協(xié)議（控制器和現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信的標(biāo)準(zhǔn)“語言”）。

 

結(jié)論

我們在像烤面包機(jī)這樣簡單的設(shè)備中或在與石油精煉廠一樣復(fù)雜的工業(yè)過程中都擁有控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的復(fù)雜性將取決于您需要完成的任務(wù)。

 

對于簡單的日常任務(wù)，有時(shí)開環(huán)控制系統(tǒng)就足夠了。對于更復(fù)雜的監(jiān)視和自動(dòng)化，您絕對應(yīng)該使用閉環(huán)系統(tǒng)。