工業控制系(xi)統
作爲工廠(chǎng)流程的一部(bù)分出現在世(shì)人面前大約(yuē)是🏃♀️在十八世(shi)紀🔅中期,但事(shi)實上,古代的(de)希臘人與阿(ā)拉❓伯人就已(yǐ)經開🈲始在諸(zhū)如水鍾、油燈(deng)這樣的裝置(zhi)中使用浮🛀🏻動(dong)閥門🚩進行自(zi)動控制了。世(shi)界上*台有記(jì)載的自動控(kong)制設備是♌公(gong)元前二❓百五(wu)十年㊙️左右埃(āi)及♉人所使用(yong)的水鍾。這台(tai)水🎯鍾以水作(zuo)爲動力進行(hang)計🏃時與矯正(zhèng),将世💚界zui準确(què)計時工🌏具的(de)頭銜保持了(le)将近兩千年(nian),直到擺鍾被(bei)發明。
1745年(nian),安裝在風車(chē)中控制磨盤(pán)間的間隙,已(yi)經開始由自(zì)動裝置進行(hang)控制。這種控(kòng)制機構是zui早(zao)真正用于工(gōng)業的控制系(xi)統之一,并🔆且(qiě)zui終導緻了由(you)蒸汽引擎引(yin)發的*次工業(yè)革命。
之(zhi)後的一個多(duō)世紀,絕大部(bù)分的工業控(kòng)制系統所關(guan)注的🐇重👌點是(shi)對蒸汽系統(tǒng)中的溫度、壓(yā)力、液面以🌈及(jí)機器轉速的(de)控制。但随着(zhe)工業革命的(de)深入,十八世(shì)紀中❓期至二(èr)🌍十世紀初,工(gōng)業🔴控制系統(tong)開始了有史(shi)以來*次全面(miàn)發展:
航(hang)海:由于大型(xing)船隻的使用(yòng),舵面轉向因(yīn)流體動力學(xué)的⚽改💋變☎️變得(dé)更加複雜。與(yu)此同時,操作(zuò)機構與舵面(miàn)之間傳💜動機(jī)構的增多及(jí)增大導緻動(dòng)作響應時間(jian)更加緩慢。
1873年,讓
.約瑟夫
.萊昂
.法(fǎ)爾,一名法國(guó)企業家兼工(gong)程師,發明了(le)被其稱爲“動(dong)⁉️力輔助⛱️器”的(de)裝置來解決(jué)上述問題。今(jin)天,經後人改(gai)進,他的發明(míng)有了新的㊙️名(ming)字:伺服機構(gou)。
制造業(yè):這一時期,繼(jì)電器開始在(zai)工廠中大量(liang)使用。通過✉️繼(jì)電器構築的(de)邏輯(如“開
/關”和“是
/否”)代替了(le)之前使用人(rén)工的制造業(ye)控制方式。今(jin)天廣🚶♀️泛用😘于(yu)工業控制系(xì)統的可編程(chéng)邏輯控制器(qì)(
ProgrammableLogicController:
PLC)就(jiu)是繼電器邏(luo)輯發展的産(chǎn)物。
電力(lì):新興的電力(lì)行業也在這(zhè)一時期投入(rù)大量資金進(jìn)行工業♊控制(zhì)系統的構建(jian)。比如設計并(bìng)發明了用于(yú)控制電壓或(huo)者📞電流使其(qi)保持恒定的(de)電力監‼️測與(yu)控💋制系統。到(dào)
1920年,雖然(ran)絕大多數控(kòng)制手段隻是(shi)簡單的“開
/關”,*控制室(shi)已經成爲大(dà)型工廠和電(diàn)站的标準配(pei)置。*控制室中(zhōng)的記錄器能(neng)夠對系統運(yun)行狀況進行(hang)繪制或者使(shǐ)用彩色燈泡(pao)反映系統狀(zhuàng)态,操作員則(ze)以此爲依據(jù)對某些開關(guan)進行操作,完(wan)成對系統的(de)控制。用于現(xian)代電廠的工(gong)業控制系統(tong)已現雛形。
交通:工業(ye)控制系統在(zài)交通領域的(de)發展得益于(yu)用于控制平(ping)🐇衡以及自動(dòng)駕駛的陀螺(luó)儀的使用。這(zhe)一時期,埃爾(ěr)默?斯🍉佩裏發(fā)明🌂了早期的(de)主動式平衡(heng)裝置。到
1930年,許多航空(kong)公司在遠距(jù)離飛行中都(dou)使用他發明(ming)🐕的😍自🈲動駕駛(shi)儀。
研究(jiu):
1932年,“負反(fan)饋”的概念被(bèi)納入到控制(zhì)理論中并用(yong)于新型控制(zhì)系統的設計(ji),并完成控制(zhì)領域中“标準(zhun)閉環分析”方(fāng)法的建立。
這一時期(qī),工業控制系(xì)統所面臨的(de)大多數問題(ti)是如何保證(zhèng)工業控制系(xì)統的可靠性(xing)及物理安全(quán)性。由于經典(diǎn)控制理論當(dāng)時并未建立(li),相當多的控(kong)制系統具有(yǒu)很高的失效(xiào)率。當時的工(gong)程師常常碰(peng)到這樣的問(wèn)題,同樣一個(gè)控制系統在(zai)不同控制環(huan)境中的可靠(kào)性✂️相差極大(dà),而他們能夠(gòu)做🔴的隻有極(jí)爲有限的定(dìng)性分析。富有(yǒu)經驗的工程(cheng)師能夠在一(yi)定程度上通(tong)過安全操作(zuo)規範的形式(shi)⭐解決工業控(kòng)制系統的物(wu)理安全問題(tí)以及一線工(gōng)人的人身安(an)全問題。
1935年,工業控制(zhì)系統的啓蒙(meng)時期随着“通(tong)信大繁榮”的(de)💃🏻開始❄️而✏️結⭐束(shu)📧。遠距離有線(xian)及無線通信(xin)技術的應用(yong),标志着工業(yè)控🐉制系統古(gu)典時期正式(shì)開始。
古(gǔ)典主義時期(qi):
1935
年-1950
年
由于(yu)奠定了現代(dai)工業控制理(lǐ)論及相關标(biāo)準的基礎,
1935年至
1950年被很多學(xue)者稱爲工業(ye)控制領域的(de)古典主義時(shí)期。這🔞一時期(qi)的工業控制(zhi)産業和相關(guān)标準由四個(gè)美國組織所(suo)建立:
美(mei)國電報公司(si):專注于通信(xìn)系統的帶寬(kuan)拓寬。
建(jian)設者鑄鐵公(gong)司艾德
.史密斯帶領(ling)的過程工程(chéng)師與物理學(xue)家團隊:對自(zì)己㊙️所使🏃♂️用的(de)工業控制系(xi)統進行深入(ru)研究,并開始(shi)☂️系統性地研(yán)究控制理論(lùn)。他們統一了(le)控制領域的(de)大量術語,遊(yóu)說美國機械(xiè)工程㊙️師協會(huì)(
ASME)将其編(biān)制成正式文(wén)件,并且于
1936年成立了(le)監管委員會(hui)。
福克斯(sī)波羅公司:設(shè)計了*款現代(dài)工業控制中(zhōng)zui常用的反🚩饋(kui)回路控制部(bu)件,比例積分(fen)控制器。
麻省理工學(xué)院伺服機構(gou)實驗室:引入(rù)了控制系統(tong)“框圖”的概念(niàn),開始對工業(yè)控制系統進(jin)行模拟。
有了經典控(kòng)制理論作爲(wei)基礎,工業控(kong)制系統的可(ke)靠性大大👈增(zeng)加,同期的“通(tōng)信大繁榮”使(shi)工業控制領(ling)域的安全焦(jiāo)點從物理安(an)全保障轉移(yi)爲通信安全(quan)保障,即防止(zhǐ)工業控制系(xi)統在🐕信号傳(chuán)輸過程中被(bèi)幹擾或破壞(huài)。
戰争是(shì)這一時期工(gong)業控制系統(tǒng)理論與技術(shu)蓬勃發🌈展🔅的(de)重要原因。第(dì)二次世界大(da)戰期間,各國(guo)都将✉️控制☁️領(ling)域的專🏃家彙(huì)集起來,解決(jue)諸多軍事上(shang)的控制問題(ti):移動平台穩(wen)定🏃🏻性問題、目(mu)标跟蹤問題(tí)以及㊙️移動目(mu)标射擊問題(tí)。而這些研⛷️究(jiu)成果,在戰後(hou)都很快地轉(zhuǎn)換爲民用技(ji)術。有🧡了戰時(shi)技術與理論(lun)的積👣累,工業(ye)控制系統在(zài)百廢待興⛷️的(de)戰後時期進(jìn)行了大規模(mó)的更新換代(dài):執行機構更(geng)加耐用、更加(jia)精密;數據采(cǎi)集系統效率(lü)更高、更具實(shí)時性;*控制機(ji)構的操作更(geng)加🐕直觀、更加(jia)簡單。所有的(de)發電廠、汽車(chē)制造㊙️廠、煉油(yóu)廠都全速💚運(yùn)行,*不❤️知道下(xia)一個飛躍即(jí)将來臨。