自控基础知识

自控基础知识一、《自控基础知识》文章大纲介绍自动控制系统的定义、组成和功能，包括控制器、被控对象、执行机构、传感器等组成部分的基本概念和特点。同时阐述系统的输入、输出和干扰信号等因素对系统的影响。详细解释自动控制系统的基本原理，包括开环控制系统和闭环控制系统的区别和特点。同时介绍控制系统中的控制规律，如比例控制、积分控制、微分控制等。介绍如何实现系统控制的目标，包括稳定性、准确性、快速性等。介绍自控系统的设计和应用过程，包括系统设计的原则、设计步骤和注意事项等。同时结合实际案例，介绍自控系统在各个领域的应用，如工业控制、航空航天、交通运输等。详细介绍自控系统中的关键技术，如PLC控制技术、嵌入式系统技术、传感器技术等。分析这些技术的特点和应用范围，以及它们在提高系统性能和控制精度方面的作用。讨论当前自控系统面临的挑战，如复杂系统控制、智能化发展等。同时介绍自控系统的发展趋势和未来发展方向，包括物联网技术、人工智能等在自控系统中的应用前景。总结本文的主要内容，强调自控技术的重要性和发展趋势，鼓励读者继续深入学习和实践自控技术。一、概述自控基础知识是自动化技术的重要组成部分，涵盖了众多领域和学科，是现代工业、科技和社会发展不可或缺的一环。自控基础知识主要涉及到如何对物质、能量或系统状态进行自动控制和调节的理论和实践。这一领域的知识体系涵盖了控制理论、控制系统、控制算法、传感器技术、执行器等多个方面。在现代社会中，自控基础知识的应用非常广泛，涉及到制造业、能源管理、环境保护、航空航天、智能家居等众多领域。无论是在工业生产线的自动化控制，还是在智能家居的照明、空调、门窗控制中，都离不开自控技术的应用。掌握自控基础知识对于提高生产效率、改善生活质量以及推动科技进步具有重要意义。自控基础知识也是培养高素质技术人才的重要课程之一。随着自动化技术的不断发展，对于掌握自控技术的人才需求也越来越高。学习自控基础知识不仅有助于个人职业发展，也有助于推动国家科技进步和产业升级。通过学习和掌握自控基础知识，人们可以更好地理解和应用自动化技术，为现代社会的发展和进步做出贡献。1.自控技术的定义与发展概述随着科技的飞速发展，自动控制技术已成为现代工业、农业、国防以及日常生活中不可或缺的重要组成部分。简而言之，是一种能够自动调整系统状态或参数，使系统按照预设目标运行的技术。其发展历程经历了多个阶段，从最初的简单机械控制，发展到现在的智能自动化控制，这一技术的不断进步和革新极大地推动了人类社会的进步。自动控制技术是一种应用控制理论和技术手段，通过控制器对系统输出量进行自动调整和控制的技术。它通过对系统输入信号与预设目标进行比较、分析、计算和决策，自动调整系统的参数或状态，使得输出信号能够按照预定的目标变化。这一过程可以广泛应用于各种系统和设备中，包括机械系统、电力系统、化工系统以及日常生活设备等等。自动控制技术的发展可以追溯到上个世纪初期。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，自动控制技术也得到了极大的推动。从最初的简单机械控制，到现在的智能自动化控制，经历了多次技术革新和飞跃。特别是在数字化和信息化时代背景下，自动控制技术已经成为许多领域不可或缺的关键技术。现代自控技术已经广泛应用于工业、农业、交通、国防等领域。在工业领域，自动控制技术可以实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和质量；在农业领域，自动控制技术可以实现精准农业和智能农业，提高农业生产效益；在交通领域，自动控制技术可以实现智能交通和自动驾驶，提高交通效率和安全性；在国防领域，自动控制技术更是发挥着举足轻重的作用。自动控制技术的不断发展和进步，为人类社会的发展和进步提供了强有力的支撑和保障。未来随着科技的不断发展，自动控制技术也将会迎来更加广阔的发展空间和更加广泛的应用领域。2.自控技术在各个领域的应用及其重要性随着科技的飞速发展，自动控制技术已经渗透到我们生活的方方面面，其应用领域不断扩大，且在各个领域中发挥着重要作用。在工业制造领域，自控技术主要应用于自动化生产线上，如机器人、智能设备和生产线管理等。这些系统的自动化使得生产流程更为精确、高效和安全。无论是在汽车制造、化工、电子还是食品工业等领域，自动控制技术的应用都在很大程度上提高了生产效率，降低了人力成本和物料浪费。在能源领域，自控技术主要应用于智能电网、风力发电、太阳能发电和石油天然气开采等方面。这些技术的应用能够实现对能源设备的实时监控和控制，提高能源利用效率，减少能源浪费，为可持续发展提供了强大的技术支持。在交通领域，自动控制技术广泛应用于智能交通系统、自动驾驶汽车和铁路交通控制等方面。这些系统的应用使得交通更为安全、高效和便捷。自动控制技术还能够实现交通流量的实时监测和调控，有效缓解城市交通拥堵问题。在医疗领域，自动控制技术为医疗设备提供了强大的技术支持，如自动诊断系统、药物输送系统和远程医疗等。这些技术的应用不仅提高了医疗服务的效率和质量，还为患者带来了更为便捷和个性化的医疗服务。在农业领域，自动控制技术主要应用于精准农业和智能农业。通过自动监控和调控农田环境，实现对农作物的精细化管理，提高农作物产量和质量。自控技术还能够实现农业机械的自动化操作，降低农业劳动力成本。自控技术在各个领域的应用及其重要性不言而喻。随着科技的进步和社会的发展，自动控制技术将在更多领域得到广泛应用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。二、自控系统基础知识控制器是自控系统的中枢，负责接收传感器采集的信号，根据设定的目标值和处理逻辑发出控制指令。控制器可依据模拟信号或数字信号进行运算和处理，常见的控制器类型包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）等。被控对象是自控系统中需要控制的设备或过程，如温度、压力、流量、液位等工艺参数。被控对象的特性直接影响到自控系统的设计和性能。执行机构是自控系统中接收控制器指令并执行操作的部件，如阀门、电机等。执行机构的精确性和响应速度对控制效果至关重要。传感器负责采集被控对象的实时数据，将其转换为控制器能识别的信号。变送器则负责将传感器的信号转换为标准信号，以供控制器使用。常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器等。反馈环节是自控系统中非常重要的环节，它将执行机构的输出信号反馈至控制器，使控制器能够根据反馈信号调整控制指令，实现被控对象的精确控制。闭环控制系统就是基于反馈环节实现的。自控系统还可以根据控制方式的不同分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统简单易懂，控制精度相对较低；而闭环控制系统则通过反馈环节实时调整控制参数，具有更高的控制精度和适应性。在实际应用中，自控系统的设计和选择需要根据被控对象的特性和控制要求来决定。自控系统基础知识涵盖了控制器、被控对象、执行机构、传感器与变送器以及反馈环节等多个方面，这些组成部分共同协作，实现了设备的自动运行和控制。掌握这些基础知识对于理解和应用自动控制系统至关重要。1.自控系统的定义与组成在自动化技术不断发展和深入应用的背景下，自控系统（自动控制系统）扮演着至关重要的角色。自控系统是一种能够自动调整、控制或校正某个过程或设备，使其输出值跟随输入目标值变化，并尽可能减小偏差，以达到预期性能指标的体系。它能够帮助我们实现对某一过程或设备的自动化管理和控制。输入信号：系统的输入部分，通常反映了被控制对象的状态信息或者期望达到的目标值。控制器：系统的核心部分，负责接收输入信号并产生相应的控制信号。控制器内部包含了特定的控制算法，用于处理输入信号并决定如何调整被控对象以达到预期目标。被控对象：指需要被控制的设备或过程，可以是机械、电子设备或其他任何具有特定功能的系统。输出信号：控制器产生的控制信号作用于被控对象后产生的结果，反映了系统的实际响应情况。反馈环节：将输出信号反馈到系统中，与输入信号进行比较，形成偏差信号。这个偏差信号将被用于调整控制器的输出，以减小偏差，提高系统的控制精度。这些组成部分协同工作，使得自控系统能够自动地调整和管理被控对象的状态，确保系统的性能达到最佳状态。通过对这些基础组件的合理组合和设计，我们可以构建出复杂而高效的自动控制系统，广泛应用于工业生产、交通运输、航空航天、家庭生活等领域。2.自控系统的基本原理第二章，自控系统的基本原理，是自动控制理论的核心组成部分。简而言之，是一种能够自动调整其输出以响应特定输入的系统。其基本原理主要包括三个部分：输入、处理和输出。输入是自控系统所接收的信息或信号，处理是系统根据内部逻辑或算法对输入进行解析和决策的过程，而输出则是系统基于处理结果产生的响应动作。在这个过程中，系统的核心任务是维持一种平衡状态，即当外部干扰导致系统状态偏离设定值时，系统能够自动调整并回到预设的工作点。这种自动调节功能依赖于系统的反馈机制。反馈是将系统的输出信号转换并返回到系统输入端的过程，通过比较实际输出与期望输出之间的差异，系统可以识别误差并调整其控制信号以减少误差。自控系统的基本原理还包括控制策略的选择，如开环控制和闭环控制。开环控制主要依赖于预先设定的程序或参考值，而闭环控制则根据系统的实际运行状态进行调整。通过这些基本原理的应用，自控系统能够实现各种复杂的自动控制任务，包括过程控制、运动控制和位置控制等。三、自控系统中的关键元件与技术在自控系统中，存在着多个关键元件和技术，这些元件和技术的性能和运用直接影响着整个系统的稳定性和性能。传感器、控制器、执行器和反馈机制是最为核心的组成部分。传感器：传感器是自控系统的“感觉器官”，负责捕获并转化物理量（如温度、压力、速度等）为电信号。其精确度和稳定性直接决定了系统对外部环境的感知能力。新型的智能传感器具有自我校准和信号数字化处理的能力，大大提高了系统的响应速度和准确性。控制器：控制器作为“大脑”进行信息处理和决策，根据接收到的信号和预设的目标进行比较计算，发出控制指令。现代控制理论如模糊控制、神经网络控制等广泛应用于控制器中，使其具有更强的适应性和鲁棒性。执行器：执行器根据控制器的指令执行动作，改变系统的运行状态。它的响应速度、精确度和可靠性直接关系到系统性能的好坏。新型的电机驱动技术、气动技术和液压技术等在执行器领域有着广泛应用。反馈机制：反馈机制是自控系统中的闭环控制环节，通过监测系统的输出，将其反馈给控制器进行比较，调整控制指令以保证系统达到预期的性能目标。反馈机制的有效性对系统的稳定性和性能至关重要。随着科技的发展，一些新兴技术如物联网、大数据分析和人工智能等也在自控系统中得到应用。这些技术使得自控系统具有更强的智能化和自适应性，能够更好地应对复杂多变的环境和挑战。自控系统中的关键元件与技术共同协作，保证了系统的稳定运行和性能优化。1.传感器与检测技术传感器与检测技术是自动控制系统中不可或缺的一环。传感器作为系统的“感知器官”，负责捕捉和测量各种物理量，如温度、压力、流量、光照、位置等，将这些物理量转换成电信号，以供系统分析和处理。检测技术的精确度和灵敏度直接影响着整个系统的性能。在现代自动控制系统中，传感器技术正朝着高精度、高可靠性、智能化和多功能化的方向发展。不同类型的传感器，如热电阻、热电偶、光电传感器、超声波传感器等，都有各自独特的应用领域和优势。而与之配套的检测技术，则需要结合具体的工程实践，不断优化和完善，以提高系统的抗干扰能力和响应速度，确保系统的稳定运行。深入理解传感器与检测技术的原理及应用，对于掌握自动控制系统的基础知识和实践技能至关重要。2.执行器与驱动技术在执行器与驱动技术中，执行器作为控制系统的重要组成部分，负责接收控制信号并产生相应的机械动作。它是连接控制系统与物理世界的桥梁，将控制算法产生的数字信号转换为实际环境中的物理动作。执行器的种类多样，包括电动执行器、气动执行器以及液压执行器等。电动执行器最为常见，它利用电动机来驱动机械运动。气动执行器和液压执行器则通过压缩空气或液体来产生动力。不同的执行器适用于不同的应用场景，具有不同的性能特点和使用要求。驱动技术是执行器实现控制动作的关键。随着技术的发展，驱动技术也在不断革新。传统的模拟驱动技术逐渐被数字驱动技术所取代。数字驱动技术具有更高的精度和可靠性，能够实现更复杂的控制算法。智能驱动技术也得到了广泛应用，结合了传感器、微处理器等先进技术，能够实现实时的状态监测、故障诊断以及自适应控制等功能。在执行器和驱动技术的选择过程中，需要考虑系统的需求、工作环境、成本以及可靠性等因素。正确的选择和执行器与驱动技术的合理配置对于控制系统的性能和稳定性至关重要。随着工业自动化和智能制造的快速发展，执行器和驱动技术将面临更多的挑战和机遇。更高效、智能、可靠的技术将不断出现，为工业自动化领域的发展提供更强的动力和支持。3.控制器与算法技术在自动控制系统中，控制器是核心组件之一，负责接收传感器采集的数据，根据预设的目标和算法，对系统进行调整和控制。控制器的性能直接影响到系统的稳定性和响应速度。随着科技的发展，现代控制器已经采用了各种先进的算法技术。这些算法技术不仅提高了控制精度，还使得系统能够适应更复杂多变的环境。PID（比例积分微分）控制算法，它是一种常见的控制策略，通过调整比例、积分和微分项的参数，实现对系统的精确控制。模糊控制、神经网络控制、自适应控制等高级算法技术也被广泛应用于现代控制器中。模糊控制能够处理不确定性和不精确性，适用于一些难以建立精确数学模型的系统。神经网络控制则能够学习和适应系统的动态变化，具有强大的自适应能力。自适应控制则能够根据系统的运行状态，自动调整控制参数，以达到最优的控制效果。现代控制器还结合了数字化和智能化技术，能够实现远程监控、故障诊断、优化调整等功能。这些功能不仅提高了系统的可靠性，还使得控制系统的操作更加便捷和高效。控制器与算法技术是自动控制系统的重要组成部分。选用合适的控制器和算法技术，对于实现系统的稳定、精确和高效运行至关重要。四、自控系统的设计与实施自控系统的设计与实施是确保系统性能、稳定性和效率的关键环节。在这一阶段，我们需要进行详尽的规划、精确的设计以及严格的实施过程。设计阶段：我们需要明确系统的目标，包括控制的对象、控制精度、响应速度等。进行系统的需求分析，确定系统的规模和复杂性。设计过程中，我们需要选择合适的控制器、传感器、执行器等硬件设备，并确定它们之间的连接方式。软件设计也是关键的一环，包括控制算法的选择和优化，以及人机界面的设计。实施阶段：在设计完成后，进入系统的实施阶段。这一阶段主要包括硬件的安装和调试，软件的编程和测试。安装过程中需要注意设备的安全性和稳定性，确保所有设备能够正常工作。软件编程需要基于设计阶段的软件设计进行，实现控制策略和优化算法。测试阶段是确保系统性能的重要环节，需要对系统进行全面的测试和验证，确保系统能够按照设计要求正常运行。优化与调整：在系统的实施过程中，可能会遇到一些实际问题和挑战，需要进行优化和调整。这可能包括硬件的改进、软件的优化以及控制策略的调整。优化过程需要根据实际情况进行，确保系统的性能和稳定性达到最佳状态。维护与保养：一旦系统投入运行，定期的维护和保养是必不可少的。这包括定期检查设备的运行状态，及时更新软件，处理可能出现的故障等。通过有效的维护和保养，可以确保系统的长期稳定运行。在自控系统的设计与实施过程中，需要充分考虑系统的实际需求和环境因素，确保系统的性能、稳定性和效率。还需要注重团队协作和沟通，确保各个阶段的顺利进行。1.系统设计要求与步骤自控系统是现代工程领域中不可或缺的技术组成部分，其设计过程涉及多方面的要求和步骤。在系统设计之初，明确系统的目的和功能至关重要。这要求设计者深入了解系统的应用场景、所需完成的任务以及预期达成的目标。在此基础上，设计者需进行全面的需求分析，包括确定系统的规模、性能参数以及与其他系统的接口要求。系统设计的步骤需要遵循一定的逻辑和顺序。设计过程始于对系统整体架构的规划，包括确定主要组成部分及其相互关联。随后是对各子系统或组件的详细设计，这包括选型、参数设定、功能实现等。在初步设计完成后，设计者需进行详细的功能仿真和性能测试，确保系统能够满足设计要求。在这一阶段，可能会涉及到迭代和优化设计的过程。系统设计的可靠性和稳定性也是不可忽视的因素，需要在设计过程中进行充分的评估和验证。这不仅包括硬件层面的可靠性分析，还包括软件算法的稳定性和容错能力。在设计完成后，还需制定详细的操作和维护手册，确保系统的正常运行和后期的维护管理。自控系统的设计要求与步骤是一个综合性的过程，需要设计者具备扎实的理论基础和实践经验，以确保系统的性能、可靠性和稳定性达到预定目标。在这个过程中，不断的学习和创新也是必不可少的，以适应不断变化的市场需求和工程实践。2.系统调试与性能评估在自控系统中，系统调试与性能评估是确保系统正常运行和达到预期效果的关键环节。系统调试是对自控系统的硬件、软件以及它们之间的连接进行全面检查与测试的过程，以确保系统的稳定性和可靠性。这一过程包括对各种传感器、控制器、执行器以及相应的数据处理单元进行功能测试和校准。系统调试还包括对系统的集成和整体性能的验证，确保各个部分协同工作，实现预定的控制目标。性能评估则是衡量自控系统在实际运行中表现如何的重要指标。通过对系统的输入、输出以及运行状态进行实时监测和数据分析，可以评估系统的响应速度、稳定性、精确度等关键性能指标。这不仅有助于判断系统是否满足设计要求，还可以发现潜在的问题，进而对系统进行优化。在实际工程项目中，性能评估通常包括设定参照标准、收集数据、分析数据、得出结论以及提出改进建议等多个步骤。通过这些步骤，可以确保自控系统的性能始终保持在最佳状态，从而满足生产或工程的需求。系统调试与性能评估是自控项目中不可或缺的重要环节，它们为系统的稳定运行和持续优化提供了坚实的基础。在实际应用中，应重视这两个环节的工作，确保系统的可靠性、稳定性和高效性。3.系统维护与升级策略系统维护和升级对于保持自控系统的性能至关重要。随着技术进步和应用需求的变化，自控系统必须定期更新以适应新的挑战。在这个过程中，制定明确的系统维护与升级策略至关重要。系统维护的主要内容包括软件更新、硬件检查以及故障诊断与修复。软件更新能确保系统的功能和性能达到最佳状态，而硬件检查则可以预防潜在的设备故障。定期的故障诊断和修复是确保系统稳定运行的关键步骤。在进行系统升级时，需要考虑系统的兼容性、可扩展性以及安全性等因素。升级策略的制定应基于系统的实际需求和应用场景，确保升级过程顺利进行，同时避免对现有系统的运行造成干扰。通过有效的系统维护与升级策略，可以确保自控系统的长期稳定运行，提高生产效率并降低运营成本。在实际应用中，制定和实施科学合理的维护与升级策略是保障自控系统性能的重要环节。五、自控系统的应用领域工业自动化：在工业领域，自控系统广泛应用于生产线控制、机器设备自动化、工艺流程监控等。通过传感器、执行器、PLC等设备，实现对生产过程的自动化监控和控制，提高生产效率，降低生产成本。能源管理：在能源领域，自控系统被广泛应用于电力、石油、天然气等能源的生产、传输和分配过程中。智能电网、智能油田、智能燃气等领域都需要依靠自控系统来实现能源的高效管理和利用。交通运输：在交通运输领域，自控系统用于控制铁路、公路交通信号、交通流量管理以及智能交通系统的构建。这些系统的应用可以确保交通的安全、高效运行，减少交通拥堵和事故风险。建筑与家居智能化：在现代建筑和家居领域，自控系统被广泛应用于楼宇自动化、智能家居等方面。通过智能控制系统，实现对建筑环境、照明、安全系统等设备的自动化控制，提高居住的舒适度和便捷性。环境保护与治理：在环境保护领域，自控系统被广泛应用于污水处理、空气净化、环境监测等方面。这些系统可以实现对环境参数的实时监测和控制，确保环境的质量和安全。医疗与健康产业：在医疗领域，自控系统被应用于医疗设备、药品生产等过程中，确保医疗设备的安全性和药品的质量。智能家居中的健康监测功能也需要依靠自控系统来实现。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，自控系统的应用范围还将继续扩大，为现代社会的发展和进步提供强有力的支持。1.工业自动化领域的应用实例分析（如生产线控制、机器人控制等）在工业自动化的广泛领域中，自动控制技术的实际应用已经渗透到了众多生产线和工艺过程之中。生产线控制是其中的典型案例之一。现代制造业的许多生产线采用了自动化控制系统来管理整个生产过程，包括但不限于材料输送、组装、加工等环节。这些系统通过传感器、执行器以及控制器等核心组件，实现了生产过程的精确监控与控制。传感器能够实时采集生产过程中的各种数据，如温度、压力、速度等，并将这些数据反馈给控制器。控制器根据预设的参数或算法，对这些数据进行分析处理，然后发出相应的控制指令给执行器，执行器则负责驱动生产线上的设备或机械进行精确的操作。整个过程中，自控技术确保了生产线的稳定运行和高效产出。另一个重要的应用实例是机器人控制。随着工业机器人技术的飞速发展，自动控制技术在机器人控制中发挥着越来越重要的作用。机器人通过内部的控制系统，能够按照预设的程序或外部的控制指令进行精确的动作操作。在制造业、物流业、医疗业等领域，机器人已经被广泛应用于各种环境和任务中。在制造业中的装配、搬运、检测等环节，机器人能够通过精确的控制完成复杂的操作任务，大大提高生产效率和质量。在物流业中，自动控制的机器人在仓库管理、货物分拣和运输等方面发挥着重要作用，大大提高了物流效率和准确性。2.智能家居领域的应用实例分析（如智能家电控制、环境监控等）随着物联网技术的不断进步，自动控制技术已经广泛应用到家居领域，赋予了现代生活更高程度的智能化便利和舒适度。其中智能家电控制与环境监控作为典型应用实例，彰显了自控知识的巨大潜力。智能家电控制方面，传统的家电设备如空调、照明、电视等通过加入智能控制模块，实现了远程控制、定时开关、语音控制等功能。用户通过手机应用或智能语音助手就能轻松操控家电，不再受距离和位置的限制。在外出途中通过智能手机提前开启空调，确保回家时家中温度适宜；或是在夜晚通过语音命令打开灯光，无需繁琐的开关操作。这些功能的实现依赖于自动控制技术中的传感器技术、通信技术和数据处理技术，将传统的电器转变为智能化的家电。在环境监控方面，自控系统负责收集并处理来自家中的温湿度传感器、烟雾传感器、有害气体传感器的数据。当室内温湿度超出预设范围，或者检测到烟雾浓度超标等情况时，自控系统会立即启动相应的控制措施，如开启空调调节温度、启动空气净化器净化空气等。用户也能通过智能手机或其他终端设备收到实时警报信息，确保居家安全与健康。这一应用体现了自动控制技术在环境监控中的重要作用，为用户创造了一个安全舒适的居住环境。智能家居领域的智能家电控制与环境监控应用实例展示了自动控制技术的重要性和实用性。随着技术的不断进步和普及，未来将有更多基于自动控制技术的智能家居产品涌现，为人们的生活带来更多便利和乐趣。3.其他领域的应用（如航空航天、交通运输等）在现代科技和工业领域，自动控制技术的应用已经渗透到许多方面，其中航空航天和交通运输是两个重要的领域。在航空航天领域，自动控制技术发挥着至关重要的作用。飞机的飞行控制系统、卫星的姿态调整等都需要精确的自动控制技术来实现。这些系统需要处理复杂的数据，进行精确的运算，以实现精确的控制。自动控制技术也在发动机控制、燃油管理等方面发挥着重要作用，为航空器的安全和效率提供了保障。在交通运输领域，自动控制技术也得到了广泛应用。现代汽车的发动机控制系统、制动系统、悬挂系统等都需要精确的自动控制技术来实现。智能交通系统、自动驾驶技术、智能交通信号控制等都是自动控制技术在交通运输领域的重要应用。这些技术的应用大大提高了交通的效率和安全性，为人们的出行提供了更加便捷和舒适的体验。自动控制技术在航空航天和交通运输等领域的应用，不仅提高了系统的性能和效率，也推动了这些领域的技术进步和发展。这也表明了自动控制技术在现代科技和工业领域的重要性。参考资料：楼宇自控是指楼宇中电力设备，如电梯、水泵、风机、空调等，其主要工作性质是强电驱动。通常这些设备是开放性的工作状态，也就是说没有形成一个闭环回路。只要接通电源，设备就在工作，至于工作状态、进程、能耗等，无法在线及时得到数据，更谈不上合理使用和节约能源。现在楼宇自控是将上述的电器设备进行在线监控，通过设置相应的传感器、行程开关、光电控制等，对设备的工作状态进行检测，并通过线路返回控制机房的中心电脑，由电脑得出分析结果，再返回到设备终端进行调解。智能建筑(IntelligentBuildings)是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会与经济国际化的需要。智能建筑主要有楼宇自动化控制系统(BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。智能建筑往往是从楼宇自动化控制系统开始。智能建筑内部有大量的电气设备，如：环境舒适所需要的空调设备、照明设备及给排水系统的设备等，这些设备多而散：多，即数量多被控制、监视、测量的对象多，多达上百到上万点；散，即这些设备分散在各层和角落。如果采用分散管理，监视和测量难以想象。为了合理利用设备，节省人力，确保设备的安全运行，自然提出了如何加强设备的管理问题。在二十一世纪的今天，随着计算机技术和信息技术突飞猛进的发展。对大楼内的各种设备的状态监视和测量不再是随线式，而是采用扫描测量。系统控制的方式由过去的中央集中监控，转而由高处理能力的现场控制器所取代的集—散型控制系统，中央机以提供报表和应变处理为主，现场控制器以相关参数自动控制相关设备，来达到控制目的。对建筑设备用计算机管理系统来代替操作人员，或作其补充措施，是一种自然发展。自动控制技术经过简单的机械控制器控制、常规仪表控制，进入一个崭新的阶段——计算机控制。近年来国内高层建筑不断兴建，它的特点是高度高、层数多、体量大。面积可达几万平方米到几十万平方米。这些建筑都是一个个庞然大物，高高的耸立在地面上，这是它的外观，而随之带来的内部的建筑设备也是大量的。为了提高设备利用率，合理地使用能源，加强对建筑设备状态的监视等，自然地就提出了楼宇自动化控制系统。楼宇自动化控制系统能够自动控制建筑物内的机电设备。系统地管理相互关联的设备，发挥设备整体的优势和潜力，提高设备利用率，优化设备的运行状态和时间(但并不影响设备的工效)，从而可延长设备的服役寿命，降低能源消耗，减低维护人员的劳动强度和工时数量。降低了设备的运行成本。自动控制、监视、测量是建筑设备管理的三大要素，其目的是正确掌握建筑设备的运转状态、事故状态、能耗、负荷的变动等。尤其在使用电子计算机之后既可大力节省人力，又可节省能源。一般认为可节约能源25%。根据日本电气学会技术报告说：使用电子计算机的管理系统的效果与不使用的效果相比，维修保养人员可减少约30%。这里讲的节能是在必要能源的最高利用率上所采用的节能方法。此运转控制所采用的方法主要有：机械的有效运转；变更室内温湿度的条件；控制照度；把设备运转时间控制在最小限度；减少室外空气的取入量等。在一幢大楼内电气的消耗率占整个能源消耗的70%~90%，所以节能首先应从电气方面着手，降低电能的消耗。l)电气设备：管理电气设备主要监视机械的动作状态、测量点及保护装置。管理的主要对象是对各配电系统的断路器、变压器、接触器、保险丝，电容器等的状态监视。测量主要是对电力系统的电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数的测量。2)空调设备：管理空调设备要监视冷冻机、空调器、水泵等的状态；温湿度的测量，以及对空调系统所需的冷热源的温度、流量的调节。大楼的建筑设备自动控制是以空调控制为中心的。空调系统的自动控制是属于一般热力学过程的自动调节a)对生产性建筑可提高温湿度的控制精度，提高产品质量；对居住和商业性建筑主要是提高人的舒适感。b)可以根据被调量变动的情况，给系统增减能量(热或冷)，因此可以降低能耗，节省能源。控制系统采用DDC控制，装设在回风管内的温度传感器所检测的温度送往DDC控制器与设定点温度相比较，用比例积分加微分控制，输出相应的电压信号，控制装在回水管上的电动调节阀的动作，使回风温度保持在所需要的范围。装设在送风管内的湿度传感器所检测的湿度送往DDC控制器与设定点湿度比较，用比例积分控制，输出相应的电压信号，控制电动蒸汽阀的动作，使送风湿度保持在所需要的范围。装设在回风管及新风管的温度及湿度传感器所检测的温/湿度送往DDC控制器进行回风及新风焓值计算，按回风及新风焓值的比例，输出相应的电压信号，控制回风风门及新风风门的比例开度，使系统节能。2）通过DDC控制器内预先编写的逻辑程序，系统可执行下列连锁功能。—装设在新风入口处的风门与风机连锁。当风机停止后，新风风门全关。—电动调节阀与风机启动连锁。当风机停止后，电动调节阀亦同时关闭。—风机启停状态是用差压开关检测的。当风机启动后，风机两侧的差压超过其设定值时，差压开关内的常开触点闭合，信号送往DDC控制器，系统的控制程序立即投入运行。3)通过手提检测器可现场提取及修改DDC数字控制器内的任何数据，如4)通过DDC上串行接口与网络控制器连接，成为中央监控系统的最基本监控单元。由装于冷冻机房内的网络控制器及数字式控制器，DDC分站按内部预先编写的软件程序来控制冷水机组台数的启停及各设备的连锁启停。(c)当其中一台冷冻水泵/冷却水泵出现故障时，备用水泵会自动投入工作。—测量冷冻水系统供回水总管的压差控制其旁通阀的开度，使维持压差。由中央控制系统进行监视供/回水温度。按程序启/停冷水机组。根据系统的供/回水温度通过就地控制器(DDC)对温度重新设定及负荷的限制等。以WindowsNT为操作平台，采用工业标准的应用软件、集散控制系统、二级网络结构，全中文化的图形化操作界面监视整系统的运行状态，提供现场图片、工艺流程图（如空调控制系统图）、实时曲线图、监控点表、绘制平面布置图，以形象直观的动态图形方式显示设备的运行情况。绘制平面图或流程图并嵌以动态数据，显示图中各监控点状态，提供修改参数或发出指令的操作指示。可提供多种途径查看设备状态，如通过平面图或流程图，通过下拉式菜单或功能键进行常用功能操纵，以单击鼠标的方式可逐及细化地查看设备状态及有关参数。能在中央站上通过对图形的操作即可对现场设备进行手动控制，如设备的ON/OFF控制；通过选择操作可进行运行方式的设定，如选择现场手动方式或自动运行方式；通过交换式菜单可方便地修改工艺参数。对系统的操作权限有严格的管理，以保障系统的操作安全。对操作人员以通行字的方式进行身份的鉴别和管制。操作人员的根据不同的身份可分为从低到高5—10个安全管理级别。当系统出现故障或现场的设备出现故障及监控的参数越限时，均产生报警信号，报警信号始终出现在显示屏最下端，为声光报警，操作员必须进行确认报警信号才能解除，但所有报警多将记录到报警汇总表中，供操作人员查看。报警共分4个优先级别。对有研究与分析价值、应长期进行保存的数据，建立历史文件数据库：采用流行的通用标准关系型数据库软件包和硬盘作为大容量存储器建立数据库，并形成曲线图等显示或打印功能。提供汇总报告，作为系统运行状态监视、管理水平评估、运行参数进一步优化及作为设备管理自动化的依据，如能量使用汇总报告，记录每天、每周、每月各种能量消耗及其积算值，为节约使用能源提供依据;又如设备运行运行时间、起停次数汇总报告（区别各设备分别列出），为设备管理和维护提供依据。可提供图表式的时间程序计划，可按日历定计划，制订楼宇设备运行的时间表。可提供按星期、按区域及按月历及节假日的计划安排。传感器是自控系统中的首要设备，它直接与被测对象发生联系。它的作用使感受被测参数的变化，并发出与之相适应的信号。在选择传感器时一般有三个要求：高准确性、高稳定性、高灵敏度。楼宇工程中应用的主要接触式温度传感器，如热电阻、热电偶、PTC硅感应器等，由于测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，测量常伴有时间上的滞后。如Pt1000其在0℃时电阻为1000Ω，随着温度的升高电阻减小，灵敏度一般在3~4Ω/K，响应速度一般在15~30秒。压力传感器：常用的有电气式压力传感器，将被测压力的变化转换为电阻、电感等各种电气量的变化，从而实现压力的间接测量。常用的有压差开关、表压传感器、静压传感器等。流量传感器：常用的是电磁流量计，由法拉第电磁感应定律知，在磁场中运动并切割磁力线的导体中会有感应电动势产生，此感应电动势与流体的体积流量呈线性关系。如果是改造还可以采用超声波流量计，方便安装和维护。在自动控制系统中，它接受控制器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现过程参数的自动控制。风阀执行器：用于控制安装于新风、回风口的风阀，既可进行开关控制，也可进行开度控制。执行器设有万能夹具，可直接夹持在风阀的驱动轴上，设有手动复位钮，在故障时可手动调节。根据风管横截面的大小可选择不同钮矩的执行器。水管阀门执行器：与阀门配套使用，有开关式和调节式两种，开关式一般口径大，在冷热站中用于控制各系统工艺管道的开启和关闭、各种工况间的切换等；调节式主要用于控制流量，在空调机组中，根据控制器的温湿度设定值控制回水流量和蒸汽加湿的流量，使温湿度维持在设定值。现场控制器又称DDC，是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器，它是一个完整的控制器，有应有的软硬件，能完成独立运行，不受到网络或其它控制器故障的影响。根据不同类型的监控点数提供符合控制要求和数量的控制器。每处DDC具有10-15%点数的扩充或余量。E)DDC有在模板LED显示每个数字输入，输出点的实时变化状态。当外电断电时，DDC的后备电池可保证RAM中数据在60天不掉失。F)当外电重新供应时，在无需人工干预的情况下，DDC能自动恢复正常工作。G)当DDC存储的数据非正常丢失时，用户可通过现场标准串行数据接口和通过网络操作将数据重新写入DDC控制器。I)DDC程序的编写，修改既可在中央站上进行，也可通过便携机进行。中央管理工作站系统由PC主机、彩色大屏幕显示器及打印机组成，是BAS系统的核心，它直接可以和以太网相连。整个大厦内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，内装工作软件提供给操作人员下拉式菜单、人机对话、动态显示图形，为用户提供一个非常好的、简单易学的界面，操作者无需任何先验软件知识，即可通过鼠标和键盘操作管理整个控制系统。未来的楼宇被人们认为将会是充满了各种各样的智能设备。楼宇控制网络中的传感器、执行器、阀门等都是智能的，楼宇的基础设施能无缝隙的将数据网和控制网连接起来，形成整体的楼宇网络。整体的楼宇网络将成为未来楼宇控制的典范。在九十年代中，人们逐渐对楼宇自控中信息的传递形成了新的概念：智能设备-传感器、执行器形成能自主的控制环境即智能的温度传感器、电灯开关、窗帘、电梯按钮、读卡机等能混如一体的工作。网络-新一代的智能设备能无缝隙的将各种网络如国际互联网、企业网或楼宇的广域网、局域网等连接起来。全球联网-随着网络、设备和系统的发展,用户能在世界上任何地方,任何时间对智能楼宇网络上任何一点进行远程访问。整体的楼宇网络概念已不再是一个对将来的期望,今天它正在发生中。提供智能设备、子系统和系统的厂家正在如指数般的成长。这种推动力主要来自于业主们,他们对楼宇物业集成度的要求越提越高,这也是合理的。因为在今天,楼宇自控子系统如门禁、闭路电视、电梯、空调暖通、保安和消防中的智能产品都已问世了。虽然这许许多多的智能产品正在导致楼宇子系统的逐渐更新,但真正的整体的楼宇网络系统仍然少见。生产厂商们一方面表示他们全面向开放性系统靠拢,但另一方面又限制互操作性产品的发展,因为他们惧怕一个标准网络通信协议和真正的开放性结构所带来的市场变化。大公司愿意维持现状是因为他们是既得利益者。许多大厂商们在他们的底层设备申采用了L0NWORKS技术,是因为他们发现使用L0NWORKS平台这一经济有效的技术可以实现他们的封闭系统中的设备互通信息,但他们也只愿意做到这个地步而已。在六十年代和七十年代,计算机行业中,的巨人们如：IBM，Burroughs，ControlData，Sperry，NCR，Honeywell垄断了计算机市场，他们的设备又大又封闭,价钱也非常昂贵。在七十和八十年代，出来了一批新的计算机公司如：DEC，DataGeheral，Tande和王安电脑,这些公司的电脑产品是比较分布的但他们仍然是昂贵的封闭式的主从系统。在九十年代另一批计算机公司取代了行业的领导地位,他们是：Compaq，Dell，Gateway和惠普。这些新公司能有如此成绩是因为他们的产品是全开放性的,性能价格比高,灵活性大。随着销路的增加,厂家更能消减成本扩大市场从而获得更多的利润。走向开发性今天的楼宇自控行业与昨日的计算机行业有许多的相同之处。传统的楼宇控制系统也是封闭式的,通常从一家公司购买并由他们安装。由于这种系统是主从式的控制结构,安装和维修成本都较高且将来的增减、改造和维修都有一定的局限性。任何在子系统层上的集成都需要有昂贵的网关硬件和专业人员专用的编辑程序来完成。不幸的是不少的控制系统生产商并不愿意提供真正的开放平台。最终用户们要的是对等式的开放系统，不含那些昂贵的、独家的、封闭式的模板和中央控制器及相应的复杂布线、控制程序和维护。今天的控制设备厂商们希望用他们的昂贵的网关来做集成(达到互操作性),虽然这些网关可以使子系统达到某一程度的互操作性,但网关限制了终端设备之间的通讯,并使整个系统复杂化了。智能化的路由器可以解决上述弊病。路由器使通道之间透明，可从任何地方访问某通道上的某个终端设备。路由器提高了系统的可靠性,为升级、改变和更换提供了足够的灵活性。这种路由器的工作方式只是在网络中进行逻辑的隔离而非物理隔离。当我们这个控制行业采纳了真正的开放性系统时,业主和物业管理人员们才能享受到从不同厂家产品中集成出一个楼宇管理系统的真正好处:自由选择最高性能价格比的产品、技术和服务;成本也可以在产品的真正生命期中摊销完毕。开发、安装开放性的控制网络相关公司提供了开放性LONWORKS控制网络的系统级基本组成模块,这些系统模块主要是面向OEM厂家的。产品是：开发工具、LonTalk(通信协议)、神经元芯片、收发器、网络接口、网络操作系统、网络管理软件，这些系列产品可以使OEM厂商直接获得LONWORKS网络的利益而无需重新开发开放性控制网络的技术核心,他们可以将他们宝贵的人力物力资源集中在开发控制设备和系统上,提高他们产品的附加值从而减低开发和生产的成本。提供给系统集成商的产品在完成一项高度分布、互操作性的控制方案时,系统集成商起了关键性的作用。为此,Eche公司相应的对系统集成商们提供了一套LonPoint系统产品。这些产品使系统集成商们可以将不同生产商提供的L0NMARK产品集成在一起,完成一个完整的控制解决方案。这种解决方案可以取代上面所说的中央控制器,将控制算法直接分布到I/O设备上。Echelon的LonPoint接口模块不但可以取代这些中央控制器，系统集成商们也可以用LonPoint将不具备神经元芯片和收发器的传统老设备连接到LonWorks网络上。LonPoint模块中的神经元芯片可对传感器、执行器的信号进行直接处理。这些安装容易、编程简单的LonPoint模块与复杂的中央控制器相比起来，无论在价格上或是接线工作和维修过程中都有很大的价格优势。Echelon的预见相关公司在楼宇自控领域的总之就是将市场推向基于LONMARK互才做性，开放式的全分布网络控制系统。要做到这一步,就要求生产商们取缔那些独家性的中央控制器和网关,降低设备、安装及生命周期的成本从而降低系统成本。有不少的生产商对“开放系统"仍抱着怀疑态度。他们关心开放后,市场是否真能快速成长。其实,他们多虑了。控制领域开放后,市场肯定会迅速扩张，那时生产者们才能真正达到薄利多销的程度。LONWORK互操作协会和他的240多名成员们正致力于推广真正开放的楼宇自控市场。协会的成员们来自生产商、集成商和业主及最终用户们。协会的工作包括制定互操作性标准,对产品进行认证，同时对市场做宣传和推广工作。企业的全面连网在建筑业中,随着企业的数据网和国际互联网的迅速发展,把企业的控制网连接上TCP/IP已越来越迫切了。用路由器取代网关而将不同的通道连接起来,这种“隧道”路由器的工作原理将L0NWORKS信息打包在TCP/IP信息包内,送上TCP/IP网络。由于此类结构的系统是一个集成的网络,所有的点都是透明连接的,使系统在安装、监测、诊断、维修都非常方便。也就是说:一个网络工具可以在网上任何地点对网上的其他节点进行工作。新一代的路由器可将四NW0RKS网络上的通道透明的、无缝隙的连接到以太网主干线的网络上,也可直接连到有以太网插卡的计算机上。其结果是一个强有力而连贯如一的LONWORKS的楼宇自控系统，将楼宇物业管理软件系统与所有的智能节点连接起来。这种一体的网络结构大大减低系统生命周期成本,更可以完成许多现在认为不可能的解决方案。为了实现这种IP(因特网协议)相连方式的应用,相关公司正与CISCO公司紧密合作着,开发并推出适应这类市场需要的产品。现在新一代的楼宇自控产品已经问市了，SIEMENS、Honeywell、Johnson、Hysine等公司也是在不断寻求技术的创新和突破。楼宇系统是真正开放的,需要业主、设计师、集成商们共同向厂家们要求真正的开放又带互操作性的新产品。如果没有这种推动力的话,生产控制器的厂家们仍然会继续提供老产品。行业需要树立新的规范,制定LONMARK互操作性,设计对等式平面的系统结构,使用不含网关和基于LNS平台的网络工具。随着建筑技术、计算机技术、控制技术、通信技术等技术的发展，产生了新兴的交叉领域学科——智能建筑技术。目前该技术得到了越来越深入的研究，以及越来越广泛的应用。超高层建筑由于内部结构复杂，建筑设备数量众多，所以对技术有较高的要求，成为了智能建筑应用领域的一个难点。而楼宇自控系统又是建筑智能化系统中的关键部分，结合实际工程对超高层建筑智能化系统中的楼宇自控系统进行设计是当下的重要工作。该系统为提升大厦的建筑价值作出贡献，主要体现在：提升大厦的商业形象和经济效益，提高商业管理、物业管理的效率，增加能源的有效利用率，加强大厦的使用安全，改善室内的舒适度等。焊接是一种通过加热或加压两种或两种以上的金属接头，使之达到原子间的结合，形成永久性连接的工艺方法。它广泛应用于机械、电子、航空、航天、建筑、化工等领域。焊接的基本原理主要是基于金属的原子结构。金属是由原子构成的，原子之间的相互作用力称为键合。在焊接过程中，通过加热或加压，使两个金属表面的原子间距缩小，当达到足够接近的距离时，原子之间的吸引力大于排斥力，形成新的键合，从而将两个金属永久性地连接在一起。准备