自动化学科概论.docx
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自动化学科概论
1)根据你目前的理解,自动化科学与技术的核心是什么?
自动化专业的特点是什么?
答:
核心:
控制。
特点:
科学的:
(1)数学属性,严密的理论特征;
(2)对象特性,鲜明的改造世界的特征;
(3)系统与社会属性,系统的复杂性特征;
(4)渗透与扩散特性,普遍适用特征
技术的:
⑴桥梁作用
自动化技术是信息与能量、物质之间的桥梁。
⑵使能作用
一旦应用于具体对象(一台设备、一个系统或一项工程),将使对象发生质的变化(稳定可靠运行、大大提高效率、大大降低能耗成本等)的重要工程应用技术
⑶系统集成作用
通过“综合”与“集成”,大型复杂系统、过程或工程逐步能被人类有效地控制与管理。
随着系统、过程或工程的规模越来越大、越来越复杂,自动化技术的系统集成作用将越来越凸现。
2)开环控制和闭环控制的差异是什么?
解释闭环PID控制的作用?
答:
差异:
开环控制的被控量不反馈至输入端,闭环控制的被控量反馈至输入端。
PID控制的作用:
保持系统具有良好的静态特性和动态特性。
3)计算机在直接数字控制系统(DDC)中充当什么角色?
为什么要用A/D和D/A装置与现场设备相连?
与模拟控制系统相比,它有哪些特点?
试举一些它们应用的实例?
并画出系统的结构示意图?
阐述他们的工作原理。
(1).计算机在直接数字控制系统(DDC)中充当控制器的角色。
(2)因为A/D是从模拟信号到数字信号的变换过程,而D/A是从数字信号到模拟信号的变换过程。
A/D和D/A构成了计算机与自动控制系统其他部分联系的桥梁。
(3).特点:
a.计算机控制系统中,控制器的控制规律是通过计算机程序的形式实现的,修改一个控制规律,只需修改相应的程序,不需改变硬件电路,因此具有很大的灵活性和适应性。
b.计算机控制系统具有丰富的指令系统,很强的运算能力和逻辑判断功能,便于实现复杂的控制规律,而传统的控制系统采用模拟电路或机—电的形式只能实现较简单的控制规律。
c.传统的控制系统一般一个控制只能控制一个回路。
而在计算机控制系统中,由于计算机高速的运算处理能力,可以采用分时控制等方式,同时控制多个回路,并可方便地实现各控制回路之间的协调和管理。
(4)应用实例:
VAV空调系统中的自动控制
水系统的自动控制
如图1所示,空调冷冻水系统循环泵,由初级泵和次级泵组成。
初级泵为定频泵,其流量只需满足冷水机组的额定流量。
次级泵采用变频泵根据供回水之间的压差ΔP,控制水泵电机转速从而改变水泵的供水量。
控制过程如下图所示
控制过程:
当空调负荷逐渐减小,空调机组送风温度t达到设定值时,现场DDC控制器自动将空调机组的回水电动阀开度m减小,以减少机组水流量,此时系统供回水压差ΔP随之增大。
通过DDC控制器自动调节变频器的输出频率使水泵转速n下降,从而减小系统水流量。
同理,当空调负荷增大时,相应的増大系统的水流量。
当次级泵b1满负荷运转时,流量仍不能满足空调系统需要时,DDC控制器自动开启次级泵b2。
此时次级泵的流量大于初级泵的流量,系统回水通过旁通管回到次级泵进口,旁通的水量通过流量计q进行检测。
如果旁通的水量大于某一设定值时,说明一台制冷机的制冷量不能满足负荷的需要。
同时系统自动启动第二台制冷机。
反之,停止一台制冷机。
上述过程中电动阀、系统压差均采用PID的调节方式。
控制系统中干扰量是空调负荷,检测变送装置是温度传感器、压差传感器,控制器是DDC执行器是电动阀、变频水泵。
由于空调负荷的滞后性、每个房间空调负荷的不均匀性,使得末端空调机组电动阀不可能同时开大或同时关小,从而造成水系统压差的不稳定性。
采用PID的调节方式可以实现超前调节、积分调节,使系统控制更加平稳。
水泵变频调速的节能原理
空调末端变风量系统的自动控制
变风量空调系统中的空调机组采用变频风机,送入每个房间的风量由变风量末端装置VAVbox控制,每个变风量末端装置可根据房间的布局设置几个送风口。
如图3所示,
图3变风量系统流程图
室内温度通过末端装置设在房间的温控器进行设定,温控器本身自带温度检测装置,当房间的空调负荷发生变化实际值偏离设定值时,VAVbox根据偏离程度通过系统计算,确定送入房间的风量。
送入房间的实际风量可以通过VAVbox的检测装置进行检测,如果实际送风量与系统计算的送风量有偏差,则VAVbox自动调整进风口风阀以调整送风量。
例如夏季,当室内温度高于设定值时,VAVbox将开大风阀提高送风量,此时主送风道的静压P将下降,并通过静压传感器把实测值输入到现场DDC控制器,控制器将实测值与设定值进行比较后,控制变频风机提高送风量,以保持主送风道的静压。
如果室内温度低于设定值时VAVbox将减小送风量。
冬季和夏季的调节方式相同,但调节过程相反。
具体控制过程如下图所示
上述控制过程中,控制对象为室内温度、主送风道静压P,检测装置为静压传感器,调节装置是现场DDC控制器,执行器是变频风机,干扰量是VAVbox风阀开度、空调负荷。
另外,送风道的严密性也是不可避免的干扰量,但可以通过改善施工工艺使之减小到最小程度。
由泵与风机的相似律可知,变频风机和变频水泵的节能原理是一样的,这里就不在重复叙述。
由于变风量系统在调节风量的同时保持送风温度不变,因此在实际运行过程中必须根据空调负荷合理的确定送风温度。
例如夏季,当送风温度定的过高,空调机组冷量不能平衡室内负荷时,空调机组可能大风量工频运转,此时起不到节能效果。
空调机组的送风温度可以通过现场DDC控制器进行设定,并且通过控制空调机组回水电动阀,对送风温度进行有效的控制,控制过程如前所述。
为了使变风量系统更加稳定的工作、充分发挥节能效果,保持良好的室内空气品质。
现场DDC可以对空调机组进行起停控制,通过设定时间表,使机组按时工作按时停止。
对于有几十台甚至上百台空调机组的大厦来说,可以节省很多人工。
DDC控制器通过监测新风与回风的焓值,确定新风与回风的混合比。
在保持最小新风量的同时充分利用回风,以减少制冷机组能耗。
DDC控制器还可以对空调机组过滤网前后的压差进行监测。
当过滤网出现堵塞时会及时报警,以免长时间影响机组送风量。
各个现场的DDC控制器通过网络控制器NCU与中央控制室之间进行信息交互,实现整个系统的集中控制。
空调系统的设计负荷,是考虑在最不利环境下的最大负荷。
在实际运行的过程中,处于最大负荷运行状态的比例很小,所以采用变风量空调系统可以取得良好的节能效果。
4)“实体控制”类知识结构与体系的特点是什么?
参照内蒙古科技大学自动化专业教学计划,你认为在基础课、专业基础课和专业课中,各有哪几门课程是主要的?
你准备如何学好这些课程?
(1)工程的特点。
学习如何将自动化科学技术的原理与方法转换为工程应用技术;同时学习如何自动化技术应用于具体对象,使其成为自动化设备、自动化系统或自动化工程。
(2)专门自动化的特点:
针对不同的对象(行业),形成具有专门针对性的自动化,如商业自动化、化工自动化、交通自动化,建筑自动化、电力自动化等。
基础课:
高等数学、线性代数、概率与随机过程、复变函数与积分变换、大学物理、工程制图等。
专业基础课:
电路分析、模拟电子、数字电子、电机原理与拖动等。
专业课:
自动控制原理、电力电子技术、微型计算机原理及应用、过程控制仪表、PLC、计算机控制等。
计划:
大一、大二要把基础课学好,为将来的专业课做准备。
大三把基础专业课学扎实,这样才能更好的去学以后的专业课,有时间多去实验室,理论联系实际,遇到问题可以去找专业课老师或同学,也可以去图书馆查相关的资料。
5)自动化专业人才需要哪5方面的知识?
哪4方面的素质?
哪4方面的能力?
他们的相互关系?
答:
知识要求:
工具性知识、人文社会科学基础知识、自然科学基础知识、工程技术基础知识、自动化专业知识。
素质要求:
思想道德素质、科学素质、文化素质、身心素质。
能力要求:
获取知识能力、应用知识能力、创造知识(科研创新)能力。
相互关系:
知识是基础,是能力和素质的载体;能力是知识的综合体现,是在获取知识过程中,经培养训练和实践锻炼而形成的;素质是人在获取知识、应用知识和创造知识过程中,在社会化过程中形成的相对稳定的各种品质的总和。
知识和能力可以相得益彰,而高的素质可以推动知识和能力的扩展。
6)自动化学科与专业在发展中形成了那些鲜明的特色?
(1)具有多学科交叉、内涵丰富、外延宽广的特点,因而利于培养宽口径、多面手、综合复合型人才;
(2)突出的方法论特点,学生得益于具有方法论性质的科学方法、科学思想的熏陶,思想更开阔、也更有深度,非常利于培养具有创新能力的人才;
(3)系统集成的特点,突出系统与集成的思想、方法,有利于培养“将才”与“帅才”。
7)列出自动化领域著名公司、研究院所、大学与重要学术期刊。
答:
著名公司:
美国罗克韦尔自动化公司、美国霍尼韦尔公司、德国西门子自动化与驱动集团、瑞士ABB公司、日本三菱电机集团、日本欧姆龙公司、法国阿尔斯通公司。
研究院所:
中国科学院自动化研究所、北京机械工业自动化研究所、轻工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所、国电自动化研究院与南瑞集团。
大学:
哈尔滨工业大学、东北大学、清华大学、北京理工大学、北京航天航空大学、天津大学、西安交通大学、浙江大学、华南理工大学、东南大学等。
重要学术期刊:
Automatica,IEEETransactionsonAutomaticContral,IEEETransactionsonRobotics,InternationalJournalofRoboticsResearch.
自动化学科概论
结课作业
学院:
信息功能工程学院
班级:
09自动化
(1)班
学号:
0967106142
姓名:
胡月琴