第4章 现代自动化系统

4.1 现代自动化系统—实例与特点

自动化——以人造系统的自动控制为基本目标，一个或多个实际过程（装置）、系统、设备能够在没有人参与或尽量少人参与的情况下实现预期控制目标（运行过程或状态）

现代自动化——基于计算机软硬件系统 实时控制、驱动、检测、信息处理、人机交互管理和实时通信等环节、功能和技术 在技术领域中远超传统自动控制的范围

其复杂性和特点体现在以下几方面：

系统结构的复杂性

系统任务的高要求

环境与对象的多样化

信息交互连接的数字化和标准化

自动化设备的产业化与系统集成化

信息管理与综合自动化

4.2 现代自动化系统—设备与部件

4.2.1 信息获取——传感器/感知装置

4.2.2 信息传输——信号转换与传输网络

传输形式和内容的多样性

不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输。最基本的信息以数据形式传输。

基础自动化系统信息传输

变送器：将传感器信号转换成标准信号(如4-20mA/DC电信号)，再传送。

自动化系统中的信息、通信与网络传输

数字功能单元或子系统  基于复杂通信协议的数字信号传输

4.2.3 信息处理——处理器与控制器

控制器

可视为特定的信息处理器，它通过对被控系统的输入信息(给定信号、测量信号、扰动信号等) 的处理，得出对被控制对象的控制信号。

4.2.4 信息应用——执行器

根据控制器输出的控制信号，对被控对象实施控制作用的设备。

4.2.5 信息功能扩展——人机交互单元

4.3 现代自动化系统—集成与优化

4.3.1 计算机集散控制系统DCS

集散控制系统——分散控制与集中管理

典型DCS系统结构图

4.3.2 现场总线控制系统FCS

FCS全数字分散控制

4.3.3 集成自动化系统

面向工厂车间级的高层次自动化系统。通过现场设备总线、控制总线及管理网络以及甚至物联网等实现互联，引入控制与信息化综合管理技术，实现平稳操作、优化控制与管理功能。

代表性的集成自动化系统有

面向机电制造业的：计算机集成制造系统 --- CIMS

面向流程工业的：计算机集成过程(生产)系统 --- CIPS

4.3.4 先进控制系统

主要的先进控制方法和系统：

1）智能控制系统 -- 应用拟人化的思维方式和决策方法实现被控对象有效控制的技术，如模糊控制、ANN控制、专家控制等

2）自适应控制系统 -- 使控制器自动适应环境和对象的变化

3）鲁棒控制系统 -- 针对被控对象不确定性的一种控制方法

4）容错控制系统 -- 系统出现故障时，实施必要的决策和控制，使系统仍然保持稳定运行，并具有可以接受的性能指标

4.4 大系统

4.4.1 大系统及其控制

大系统是指规模宏大、结构复杂、变量数目多的系统。

大系统（LSS）特征：由一些子系统组成，规模庞大；子系统间纵横交错，关系复杂； 整个系统目标多样，功能综合；系统与环境有物质、能量、信息的交换，且往往数量较大；具有非线性特性和繁殖、扩展能力；往往是有人参与的系统，人为因素影响大。

大系统（LSS）的控制

解决的思路就是：“化大为小，化整为零”

三种类型大系统结构和控制方式：集中控制、分散控制

分解—协调

1）分级递阶控制

2）分层控制

3）分段控制

4.4.2 系统工程及其应用系统工程的应用

如以下领域：工程系统工程、软件工程、军事系统工程、社会系统工程 、环境系统工程、交通系统工程