張秋潔

（武漢東湖學院，湖北 武漢 430212）

1 開環(huán)和閉環(huán)（反饋）控制

在機械自動化中主要有兩種智能控制回路：開環(huán)控制和閉環(huán)（反饋）控制。在開環(huán)控制中，來自控制器的控制動作獨立于“過程輸出”（或“受控過程變量”）。一個很好的例子就是一個集中供熱鍋爐，只有定時器才能控制，因此不管建筑物的溫度如何，熱量都會持續(xù)一段時間。（控制動作是鍋爐的開啟/關閉，過程輸出是建筑物溫度）。在閉環(huán)控制中，來自控制器的控制動作取決于過程輸出。在鍋爐類比的情況下，這將包括用于監(jiān)測建筑物溫度的恒溫器，并由此反饋信號以確?？刂破鲗⒔ㄖ锞S持在恒溫器上設定的溫度。閉環(huán)控制器因此具有反饋回路，該回路確保控制器施加控制動作以給出與“參考輸入”或“設定點”相同的過程輸出。為此，閉環(huán)控制器也被稱為反饋控制器。

2 順序控制和邏輯順序或系統(tǒng)狀態(tài)控制

順序控制可以是固定順序，也可以是邏輯順序，根據不同的系統(tǒng)狀態(tài)執(zhí)行不同的操作。狀態(tài)指的是系統(tǒng)使用或順序情景中可能出現(xiàn)的各種情況。一個例子是電梯，它根據系統(tǒng)狀態(tài)使用邏輯來響應其狀態(tài)和操作員輸入來執(zhí)行某些操作。例如，如果操作員按下地板n按鈕，則系統(tǒng)將根據電梯是停止還是移動、上升或下降，或者門是打開還是關閉以及其他情況而作出響應。順序控制的早期發(fā)展是繼電器邏輯，通過該繼電器邏輯，電氣繼電器接合啟動或中斷設備電源的電氣觸點。繼電器在開發(fā)用于控制其他設備之前首先用于電報網絡，例如在啟動和停止工業(yè)級電動機或開關電磁閥時。使用繼電器進行控制可以實現(xiàn)事件驅動的控制，即響應外部事件，可以按順序觸發(fā)操作。這些響應比剛性單序列凸輪定時器更靈活。更復雜的例子涉及維護安全順序的設備，如擺動橋控制裝置，其中需要在橋可移動之前釋放鎖栓，并且在安全門已經關閉之前不能釋放鎖栓。在一些工廠中，繼電器、凸輪計時器和鼓音序器的總數可以達到數百甚至數千。需要早期的編程技術和語言來使這種系統(tǒng)易于管理，其中第一個是梯形邏輯，其中互連繼電器的圖表與梯子的梯級相似。稱為可編程邏輯控制器的特殊計算機后來被設計成用單個更容易重新編程的單元代替這些硬件集合。在典型的硬接線電動機啟動和停止電路（稱為控制電路）中，通過按動啟動一對繼電器的“啟動”或“運行”按鈕來啟動電動機?！版i定”繼電器鎖定觸點，使按鈕釋放時控制電路保持通電。（啟動按鈕是一個常開觸點，停止按鈕是常閉觸點。）另一個繼電器激勵一個開關，該開關為主電源電路中引發(fā)電機啟動開關的設備供電（三組工作電源觸點）。大型電機使用高電壓，使得速度在制造和斷開接觸方面非常重要。啟動電路中的“鎖定”觸點和電機的主電源觸點通過其各自的電磁鐵保持接合，直到按下“停止”或“關閉”按鈕，從而斷開繼電器中的鎖定。通?；ユi被添加到控制電路。定時器，限位開關和電眼是控制電路中的其他常見元素。電磁閥廣泛用于壓縮空氣或液壓流體，用于驅動機械部件上的執(zhí)行器。雖然電機用于提供連續(xù)的旋轉運動，但是對于間歇性地為機械部件創(chuàng)建有限范圍的運動（例如移動各種機械臂、打開或關閉閥門、提升重壓輥、向壓力機施加壓力），致動器通常是更好的選擇。

3 計算機控制

計算機可以執(zhí)行順序控制和反饋控制，通常單臺計算機都可以在工業(yè)應用中使用?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）是一種專用微處理器，它取代了許多硬件組件，如繼電器邏輯類型系統(tǒng)中使用的定時器和鼓定序器。通用過程控制計算機已經越來越多地取代了獨立控制器，而單臺計算機能夠執(zhí)行數百個控制器的操作。

過程控制計算機可以處理來自PLC，儀表和控制器網絡的數據，以實現(xiàn)許多單個變量的典型（如PID）控制，或者在某些情況下，可以使用多個輸入和數學操作實現(xiàn)復雜的控制算法。

自動柜員機（ATM）的控制是交互過程的一個例子，其中計算機將基于從聯(lián)網數據庫中檢索的信息對用戶選擇執(zhí)行邏輯推導的響應。ATM過程與其他在線交易過程相似。不同的邏輯回應稱為情景。這些過程通常是借助用例和流程圖來設計的，這些用例和流程圖指導了軟件代碼的編寫。

4 智能化工具

工程師現(xiàn)在可以對自動化設備進行智能化控制。其結果是應用程序和人類活動的范圍正在迅速擴大。計算機輔助技術（或CAx）現(xiàn)在成為用于創(chuàng)建復雜系統(tǒng)的數學和組織工具的基礎。CAx的著名例子包括計算機輔助設計（CAD軟件）和計算機輔助制造（CAM軟件）。由CAx實現(xiàn)的產品改進設計、分析和制造對于工業(yè)是有益的。信息技術與工業(yè)機械和工藝一起可以幫助設計，實施和監(jiān)控控制系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)的一個例子是可編程邏輯控制器（PLC）。PLC是經過專門加固的計算機，經常用于同步來自（物理）傳感器和事件的輸入流與執(zhí)行器和事件的輸出流。人機界面（HMI）或計算機人機界面（CHI），以前稱為人機界面，通常用于與PLC和其他計算機通信。通過HMI進行監(jiān)視和控制的服務人員可以通過不同的名稱進行調用。在工業(yè)過程和制造環(huán)境中，它們被稱為操作員或類似的東西。在鍋爐房和中央公用事業(yè)部門，他們被稱為固定工程師。存在不同類型的智能化工具：ANN-人工神經網絡；DCS-分布式控制系統(tǒng)；HMI-人機界面；SCADA-監(jiān)督控制和數據采集；PLC-可編程邏輯控制器；儀表；運動控制；機器人。在工廠自動化方面，主機仿真軟件（HSS）是一種常用的測試工具，用于測試設備軟件。HSS用于根據工廠自動化標準（超時，響應時間，處理時間）測試設備性能。

5 自動化限制

目前的技術無法使所有期望的任務自動化。許多使用自動化的操作具有大量的投資資本并產生大量的產品，使得故障成本極高且潛在危險。因此，需要一些人員來確保整個系統(tǒng)正常運行，并保證安全和產品質量。目前工業(yè)過程中人類的許多角色已經超出了自動化的范圍。人類模式識別、語言理解和語言生產能力遠遠超出了現(xiàn)代機械和計算機系統(tǒng)的能力。需要主觀評估或合成復雜感官數據（如氣味和聲音）以及戰(zhàn)略規(guī)劃等高級任務的任務目前需要人類專業(yè)知識。在許多情況下，甚至在可能實現(xiàn)工業(yè)任務自動化的情況下，使用人類比機械方法更具成本效益。克服這些障礙是后稀缺經濟學的理論化途徑。

6 結語

智能化生產可以有效提高生產的效率和質量，同時還能減少對人力的需求，降低生產成本。但應用智能化技術是機遇與風險并存的選擇。在使用智能化技術的同時，應明確其技術缺陷，根據實際需要，進行技術的合理選擇與應用。

[1]朱澄.探究智能化技術在機械工程自動化中的應用[J].科技經濟導刊，2017（15）：91-92.