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揭秘工業控(kòng)制系統的“三生三世”
  • 發布日期(qī):2017-10-14      浏覽次數:2335
    • 工業控制系統(tǒng) 作爲工(gōng)廠流程的一(yī)部分出現在世人面(miàn)前大約是在十八世紀中期,但事實上,古代的(de)希臘人與阿拉伯人就已經開始在(zài)諸如水鍾、油燈這樣的裝置中(zhōng)使用浮動閥門進行自動控制了。世界(jiè)上*台有記(jì)載的自動控(kòng)制設備是公元(yuán)前二百五(wǔ)十年(nián)左右埃及人所使用的(de)水鍾。這台水鍾以水作爲動力進行計(jì)時與矯正,将(jiāng)世界zui準确計時工(gōng)具的頭銜保持了将近兩千年(nián),直到擺鍾被發明。

      1745年(nián),安裝在風車中控制磨盤間的間隙,已經開始由自動裝置進行控制(zhì)。這種控(kòng)制機構是zui早真正用(yòng)于工業的控制系統之一,并且(qiě)zui終導緻了由(yóu)蒸汽引擎引(yǐn)發的(de)*次工業革命。

      之後的一個多世紀,絕大部分的工業控制系統所關(guān)注的(de)重點是對蒸汽系統(tǒng)中的溫度、壓力、液面以及機(jī)器轉速的控制。但随着(zhe)工業革命的深入,十八世紀中期至二十世(shì)紀初,工業控制系統開始了有史以來*次全面發展:

      航(háng)海:由于大型船隻的使用(yòng),舵面轉向因流體動力學的(de)改變變得更加複雜。與此同時,操作機構與舵面之間傳(chuán)動機構的增多(duō)及增大導緻(zhì)動作響應時間更加緩(huǎn)慢。 1873年,讓 .約瑟夫 .萊昂 .法爾,一名法國(guó)企業家兼工程師,發明(míng)了被其稱(chēng)爲“動力輔助(zhù)器”的(de)裝置來解決(jué)上述問題。今天,經後人改進,他的發明有了新的名(míng)字:伺服機構。

      制造業(yè):這一(yī)時期,繼電器開始在工廠中大(dà)量使用。通過繼電器構築的邏輯(如“開 /關”和“是 /否”)代替了之(zhī)前使用人工的制造業控制方式。今天廣泛(fàn)用于工業(yè)控制系統的可編程邏輯控制器( ProgrammableLogicControllerPLC)就是繼(jì)電器(qì)邏輯發展的(de)産(chǎn)物。

      電力:新興的(de)電力行業也在這一時期投入大量(liàng)資金進行工業控(kòng)制(zhì)系統的構建。比(bǐ)如設計并發明(míng)了用于控制電壓或(huò)者電流使其保持恒定的電力(lì)監測與控制系統。到 1920年,雖然絕大多數控制(zhì)手段隻是簡單的(de)“開 /關(guān)”,*控制室已經成(chéng)爲大(dà)型工廠和(hé)電站(zhàn)的标準配(pèi)置。*控(kòng)制室中的記錄器能夠對系統運行狀況進行繪制或者(zhě)使用彩色燈泡反映系統狀态(tài),操作員則以此爲依據對某些開關進行操作,完成對系統的控制。用于現代電廠的工(gōng)業控制系統已現雛形。

      交通:工業控制(zhì)系統在交通領域(yù)的發展得益于用于控制平(píng)衡以及自動駕駛的陀螺儀的使用。這一時(shí)期,埃爾默?斯佩裏發明了早期的主動式(shì)平衡裝(zhuāng)置。到 1930年,許多航空(kōng)公司在遠距離飛行中都使用他發(fā)明的自動駕駛(shǐ)儀(yí)。

      研究: 1932年,“負反饋”的概念被納(nà)入到控制理論中并(bìng)用于新型(xíng)控制系統(tǒng)的設計,并完成控(kòng)制(zhì)領域中“标準閉環分(fèn)析”方(fāng)法的建立。

      這一時期,工業控制系統所面臨的(de)大多數問題是如何(hé)保證(zhèng)工業控制系統的可靠性及物理安全性。由于經典控制理論當(dāng)時(shí)并未建立(lì),相當多的控制系統具有很高的失效率。當時的工程師常常碰到(dào)這樣的(de)問題,同(tóng)樣一個控制系統在不同控制環境中的可靠性相差極大,而他們能夠做的(de)隻有極爲有限的定性分析。富有經驗的工程(chéng)師能夠在一定程度上通過安全操(cāo)作規範的形式解決工業控制系統(tǒng)的物理安全問(wèn)題以(yǐ)及一線工人的人身安全問題。

      1935年,工業控制系(xì)統的啓蒙(méng)時期随着“通信大繁榮”的(de)開始而結束。遠距離(lí)有線(xiàn)及無線通信技術的應用,标(biāo)志着工業控制系(xì)統古典時(shí)期正式(shì)開始。

      古典主義時期: 1935 -1950

      由于奠定了現代工業(yè)控制理(lǐ)論及相關标準的基礎, 1935年至 1950年被很多學者稱(chēng)爲工業控制領域的古典主義時(shí)期。這一時期的工業控制産業和(hé)相關标(biāo)準由四(sì)個(gè)美國組織所建立:

      美國電報(bào)公司:專注于通信(xìn)系統的帶寬拓寬。

      建設者鑄(zhù)鐵公司艾德 .史密斯帶領(lǐng)的過程(chéng)工程師與(yǔ)物理學家團隊:對(duì)自(zì)己所使用的工業控(kòng)制系統進行深入研究(jiū),并開始系統性地研究控制理論(lùn)。他們統一了控制領域的大量術語(yǔ),遊說美國機械工程師協會( ASME)将其編(biān)制成正(zhèng)式文件,并且于 1936年成立了監管委員會(huì)。

      福(fú)克斯波(bō)羅公司:設計了*款現(xiàn)代工業控(kòng)制中zui常用的反(fǎn)饋回路控制部件,比(bǐ)例積分控制器。

      麻省理工學院伺服(fú)機構實驗室:引(yǐn)入了控制系統“框圖”的概念,開始對工業控制系統進行模拟。

      有了經典控制理論作爲(wèi)基礎,工業控制系統的可(kě)靠性(xìng)大大增加,同期的“通信大繁(fán)榮”使工業(yè)控制領域的安全焦點從物理安(ān)全保(bǎo)障轉移(yí)爲通信安全保障,即防止工業控制系統在信(xìn)号傳輸過程中被(bèi)幹擾或破壞。

      戰争是這一時期工業控制系統(tǒng)理論與技術蓬勃發展的重要原因。第(dì)二次世界大戰期間,各國都将控制領域的專家彙集起來,解決諸多軍事上的控制問題(tí):移動平台(tái)穩定性問題、目标跟蹤問題以及移動目标射(shè)擊問題。而(ér)這些(xiē)研究成果,在戰(zhàn)後(hòu)都很快地轉換爲(wèi)民用技術。有了(le)戰時(shí)技術與理論的積累(lèi),工業控制系(xì)統在百廢待興的戰後時期進行了大規模(mó)的更(gèng)新換代:執行機構更加耐用、更加精密;數(shù)據采集系統效率(lǜ)更(gèng)高、更具實時性(xìng);*控制機構的(de)操作更加直觀、更加(jiā)簡單。所有的(de)發電廠、汽車制造廠、煉油廠都全速運行,*不知道下一個飛躍即将來臨(lín)。

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