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發(fā)布時(shí)間: | 2023-12-20 07:26 |
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佛山騰鳴自動(dòng)化控制設(shè)備有限公司一直致力于工控產(chǎn)品維修,機(jī)電一體化設(shè)備維護(hù),系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造。具有一批專(zhuān)業(yè)知識(shí)扎實(shí),實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富,畢業(yè)于華南理工大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)
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就像羅馬并不是一天建成的,現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了啟蒙時(shí)代、古典主義時(shí)期才完成現(xiàn)代化的蛻變。當(dāng)下,工業(yè)控制系統(tǒng)的變革仍在繼續(xù),有以下三個(gè)主要發(fā)展方向:新型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、基于PC的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及管控一體化系統(tǒng)集成技術(shù)。
自動(dòng)化與工業(yè)控制系統(tǒng)通常被簡(jiǎn)稱(chēng)為ICS,是一個(gè)用來(lái)描述工業(yè)設(shè)施與自動(dòng)化系統(tǒng)的專(zhuān)用詞匯。
在ISA-99/IEC62443標(biāo)準(zhǔn)中,工業(yè)控制系統(tǒng)指的是“一個(gè)包括人員、硬件以及軟件,能夠?qū)I(yè)過(guò)程的安全性、可靠性造成影響的集合”,通常具有以下四個(gè)功能:
1.測(cè)量——獲取傳感器數(shù)據(jù)并將其作為下一步處理的輸入或直接作為輸出;
2.比較——將獲取的傳感器數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較;
3.計(jì)算——計(jì)算歷史誤差、當(dāng)前誤差與后續(xù)誤差;
4.矯正——基于測(cè)量、比較及計(jì)算的結(jié)果對(duì)自動(dòng)化過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。
上述四個(gè)功能通常由工業(yè)控制系統(tǒng)中的五個(gè)部件完成:傳感器——用于測(cè)量目標(biāo)的物理參數(shù);轉(zhuǎn)換器——將測(cè)量所得的電學(xué)/非電學(xué)測(cè)量值轉(zhuǎn)換為可用的電信號(hào);發(fā)射器——負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)中的電信號(hào)的發(fā)送;控制器——為整個(gè)控制系統(tǒng)提供控制邏輯與輸入輸出接口;執(zhí)行器——用于改變控制過(guò)程。
在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中,這些基本部件并不一定是各自獨(dú)立的。它們通常以子系統(tǒng)的形式進(jìn)行組合,完成各種復(fù)雜的控制任務(wù)。比如,現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的傳感模塊就由傳感器、轉(zhuǎn)換器與發(fā)射器(甚至可能會(huì)有小型的控制器用于前端數(shù)據(jù)處理)組成;數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵子系統(tǒng),通常又由大量的傳感模塊、發(fā)射器及控制器組成;而可編程邏輯控制器,通常集成了發(fā)射器與控制器,用于具體工業(yè)過(guò)程的控制。現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)就是由各種傳感器、控制器、執(zhí)行器以及各種具有具體功能的子系統(tǒng)構(gòu)成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)。
就像羅馬并不是一天建成的,現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了啟蒙時(shí)代、古典主義時(shí)期才完成現(xiàn)代化的蛻變。
歷經(jīng)三個(gè)重要?dú)v史時(shí)期
啟蒙時(shí)代:1935年之前
工業(yè)控制系統(tǒng)作為工廠流程的一部分出現(xiàn)在世人面前大約是在十八世紀(jì)中期,但事實(shí)上,古代的希臘人與阿拉伯人就已經(jīng)開(kāi)始在諸如水鐘、油燈這樣的裝置中使用浮動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行自動(dòng)控制了。世界上第一臺(tái)有記載的自動(dòng)控制設(shè)備是公元前二百五十年左右埃及人所使用的水鐘。這臺(tái)水鐘以水作為動(dòng)力進(jìn)行計(jì)時(shí)與矯正,將世界最準(zhǔn)確計(jì)時(shí)工具的頭銜保持了將近兩千年,直到擺鐘被發(fā)明。1745年,安裝在風(fēng)車(chē)中控制磨盤(pán)間的間隙,已經(jīng)開(kāi)始由自動(dòng)裝置進(jìn)行控制。這種控制機(jī)構(gòu)是最早真正用于工業(yè)的控制系統(tǒng)之一,并且最終導(dǎo)致了由蒸汽引擎引發(fā)的第一次工業(yè)革命。
之后的一個(gè)多世紀(jì),絕大部分的工業(yè)控制系統(tǒng)所關(guān)注的重點(diǎn)是對(duì)蒸汽系統(tǒng)中的溫度、壓力、液面以及機(jī)器轉(zhuǎn)速的控制。但隨著工業(yè)革命的深入,十八世紀(jì)中期至二十世紀(jì)初,工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始了有史以來(lái)第一次全面發(fā)展:
航海:由于大型船只的使用,舵面轉(zhuǎn)向因流體動(dòng)力學(xué)的改變變得更加復(fù)雜。與此同時(shí),操作機(jī)構(gòu)與舵面之間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的增多及增大導(dǎo)致動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間更加緩慢。1873年,讓?zhuān)考s瑟夫?萊昂?法爾,一名法國(guó)企業(yè)家兼工程師,發(fā)明了被其稱(chēng)為“動(dòng)力輔助器”的裝置來(lái)解決上述問(wèn)題。今天,經(jīng)后人改進(jìn),他的發(fā)明有了新的名字:伺服機(jī)構(gòu)。
制造業(yè):這一時(shí)期,繼電器開(kāi)始在工廠中大量使用。通過(guò)繼電器構(gòu)筑的邏輯(如“開(kāi)/關(guān)”和“是/否”)代替了之前使用人工的制造業(yè)控制方式。今天廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller:PLC)就是繼電器邏輯發(fā)展的產(chǎn)物。
電力:新興的電力行業(yè)也在這一時(shí)期投入大量資金進(jìn)行工業(yè)控制系統(tǒng)的構(gòu)建。比如設(shè)計(jì)并發(fā)明了用于控制電壓或者電流使其保持恒定的電力監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。到1920年,雖然絕大多數(shù)控制手段只是簡(jiǎn)單的“開(kāi)/關(guān)”,中央控制室已經(jīng)成為大型工廠和電站的標(biāo)準(zhǔn)配置。中央控制室中的記錄器能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行繪制或者使用彩色燈泡反映系統(tǒng)狀態(tài),操作員則以此為依據(jù)對(duì)某些開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作,完成對(duì)系統(tǒng)的控制。用于現(xiàn)代電廠的工業(yè)控制系統(tǒng)已現(xiàn)雛形。
交通:工業(yè)控制系統(tǒng)在交通領(lǐng)域的發(fā)展得益于用于控制平衡以及自動(dòng)駕駛的陀螺儀的首次使用。這一時(shí)期,埃爾默?斯佩里發(fā)明了早期的主動(dòng)式平衡裝置。到1930年,許多航空公司在遠(yuǎn)距離飛行中都使用他發(fā)明的自動(dòng)駕駛儀。
研究:1932年,“負(fù)反饋”的概念被納入到控制理論中并用于新型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并完成控制領(lǐng)域中“標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)分析”方法的建立。
這一時(shí)期,工業(yè)控制系統(tǒng)所面臨的大多數(shù)問(wèn)題是如何保證工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性及物理安全性。由于經(jīng)典控制理論當(dāng)時(shí)并未建立,相當(dāng)多的控制系統(tǒng)具有很高的失效率。當(dāng)時(shí)的工程師常常碰到這樣的問(wèn)題,同樣一個(gè)控制系統(tǒng)在不同控制環(huán)境中的可靠性相差極大,而他們能夠做的只有極為有限的定性分析。富有經(jīng)驗(yàn)的工程師能夠在一定程度上通過(guò)安全操作規(guī)范的形式解決工業(yè)控制系統(tǒng)的物理安全問(wèn)題以及一線工人的人身安全問(wèn)題。