自动控制系统组成

自动控制系统的组成及功能实现
自动控制系统作为目前工业领域控制的核心，已经为大家所熟悉。

自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。

自动控制系统是实现自动化的主要手段，其组建了整个系统的大脑及神经网络。

自动控制系统的组成一般包括控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。

一、自动控制系统的分类
自动控制系统按控制原理主要分为开环控制系统和闭环控制系统。

（一）开环控制系统
在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。

开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。

主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。

（二）闭环控制系统
闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。

闭环控制系统又称反馈控制系统。

自动控制系统按给定信号分类，可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

（三）恒值控制系统
给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。

如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。

（四）随动控制系统
给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。

如跟随卫星的雷达天线系统。

（五）程序控制系统
给定值按一定时间函数变化。

如程控机床。

在我们的工业领域中，因控制的工艺流程复杂、生产数多、对产品质量控制严格，所以一般控制系统均为闭环控制系统。

二、控制系统各部分的功能
（一）控制器
目前控制系统的控制器主要包括PLC、DCS、FCS等主控制系统。

在底层应用最多的就是PLC控制系统，一般大中型控制系统中要求分散控制、集中管理的场合就会采用DCS 控制系统，FCS系统主要应用在大型系统中,它也是21世纪最具发展潜力的现场总线控制系
统，与PLC和DCS之间有着千丝万缕的联系。

控制器是现场自动化设备的核心控制器，现场所有设备的执行和反馈、所有参数的采集和下达全部依赖于控制器的指令。

（二）被控对象
在自动控制系统中被控对象一般指控制设备或过程（工艺、流程等）等。

在自动控制系统中，广义的理解被控对象包括处理工艺、电机、阀门等具体的设备；狭义的理解可以是各设备的输入、输出参数等。

（三）执行机构
在自动控制系统中，执行机构主要是系统中的阀门执行器，根据不同的工艺及流程控制，控制器通过输出信号对执行机构进行控制，执行机构发生动作之后信号反馈给控制器，控制器接收到反馈信号后判断执行器完成了指定动作，一次控制完成。

（四）变送器
变送器是将现场设备传感器的非电量信号转换为0-10V或4-20mA标准电信号的一种设备。

例如温度、压力、流量、液位、电导率等非电量信号，经过变送器转换后才可以接到PLC等控制器接口，才能最终参与整个系统的参数采集和控制。

不过近些年来，大家也习惯的将这些非电量的变送器统称为传感器，对变送器不再专门进行划分。

三、自动控制系统的应用
污水处理厂工艺过程中要用到大量的阀门、泵、风机及吸、刮泥机等机械设备，它们常常要根据一定的程序、时间和逻辑关系定时开、停。

例如，在采用氧化沟处理工艺的污水处理厂，氧化沟中的转刷要根据时间、溶解氧浓度等条件定时启动或停止，在采用SBR工艺的污水处理厂，曝气、搅拌、沉淀、滗水和排泥应按照预定的时间程序周期运行；在采用活性污泥法的污水处理厂，初沉池的排泥，消化池的进、排泥也要根据一定的时间顺序进行。

另外，污水处理的工艺过程同其他工艺过程类似，也要在一定的温度、压力、流量、液位、浓度等工艺条件下进行。

但是，由于种种原因，这些数值总会发生一些变化，与工艺设定值发生偏差。

为了保持参数设定值，就必须对工艺过程施加一个作用以消除这种偏差而使参数回到设定值上来。

例如，消化池内的污泥温度需要控制在一定的范围内，鼓风机的出口压力需要控制在一个定值，曝气池内的溶解氧浓度要根据工艺要求控制在一定的范围内等。

（一）自动控制系统的功能
污水处理厂的自动控制系统主要是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到预期要求。

自动控制系统具有如下功能：
（1）控制操作：在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟量输出的大小，在线设置PLC控制器的某些参数等；
（2）显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数等；
（3）数据管理：利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，可得出一些有用的经验参数，有利于优化处理过程和参数控制；
（4）报警功能：当某一模拟量（如电流、压力、液位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机故障、阀门开关故障等）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警；
（5）打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。

打印方式可以采用定时打印或事件触发打印；
（6）通讯功能：中控室所有信息均可传送公司并接收公司总调度室的指令；
（7）建立网络服务器：所有实时数据和统计分析数据均可通过企业内部网( Intranet) 或互联网( Internet)查询，各部门可共享生产运行信息。

（二）控制功能的实现
（1）逻辑控制功能
逻辑控制一般指控制器的开关量控制，对于自动化控制来说逻辑控制是最基本也是最广泛的应用，在水处理现场不仅对于单台设备，而且对于多台设备也同样适用。

逻辑控制是作为保护控制的最基本的组成部分。

（2）模拟量控制功能
在工厂的自动化控制中，有许多连续变化的量，例如温度、压力、流量、液位或者速度等都是在随着工艺流程不断变化的量，我们称之为模拟量。

但是要实现对这些模拟量的控制就必须进行模拟量与数字量的转换，即A/D转换。

当需要对模拟量进行控制时，我们有需要进行数字量与模拟量的转换，即D/A转换。

所以，控制器均配备了A/D和D/A转换模块，可以方便的用于对系统模拟量的监测及控制。

（3）过程控制功能的实现
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量进行的闭环控制。

对于复杂的系统控制，控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID 处理一般是运行专用的PID子程序。

（4）数据处理功能
对于现代的PLC控制器具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

（5）通信及联网功能
PLC 通信含PLC 间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，
控制器的网络通信也得到了迅猛的发展，目前有Modbus-RTU、Profibus总线、TCP/IP等多种网络通信方式，并且接口灵活，因此自动控制系统在网络组建方面变得灵活方便。

（三）专业化的程序模块
随着PLC等控制器的发展越来越成熟，嵌入专门化工艺程序的模块控制器会使用户在使用的过程中变得十分便利，缩短用户的程序开发时间和成本，同事可以提高控制器生产厂家在控制器市场上的竞争力和专业地位。