可编程控制器的发展历史和未来改革方向

2018-11-12  来自: 长沙机械公司001 浏览次数:122

     可编程操控器自动化与工业控制系统通常被简称为ICS(Industrial Control Systems),是一个用来描绘工业设施与自动化体系的专用词汇。在ISA-99/IEC 62443规范中,工业控制系统指的是“一个包含人员、硬件以及软件,可以对工业进程的安全性、可靠性造成影响的集合”,通常具有以下四个功能:
  1.丈量——获取传感器数据并将其作为下一步处理的输入或直接作为输出;
  2.比较——将获取的传感器数据与预先设定的数据进行比较;
  3.核算——核算历史差错、当前差错与后续差错;
  4.矫正——根据丈量、比较及核算的结果对自动化进程进行调整。
  上述四个功能通常由工业控制系统中的五个部件完结:
  传感器——用于丈量方针的物理参数;
  转换器——将丈量所得的电学/非电学丈量值转换为可用的电信号;
  发*射*器——负责操控体系中的电信号的发送;
  操控器——为整个操控体系供给操控逻辑与输入输出接口;执行器——用于改动操控进程。
  在现代工业控制系统中,这些基本部件并不必定是各自独立的。它们通常以子体系的形式进行组合,完结各种杂乱的操控任务。比如,现代工业控制系统中常见的传感模块就由传感器、转换器与发*射*器(甚至可能会有小型的操控器用于前端数据处理)组成;数据收集与监控体系作为操控体系中的要害子体系,通常又由很多的传感模块、发*射*器及操控器组成;而可编程逻辑操控器,通常集成了发*射*器与操控器,用于具体工业进程的操控。现代工业控制系统就是由各种传感器、操控器、执行器以及各种具有具体功能的子体系构成的具有杂乱结构的操控网络。就像罗马并不是一天建成的,现代工业控制系统也阅历了启蒙时代、古典主义时期才完结现代化的蜕变。
历经三个重要历史时期
  启蒙时代:1935年之前
  工业控制系统作为工厂流程的一部分出现在世人面前大约是在十八世纪中期,但事实上,古代的希腊人与阿拉伯人就已经开端在诸如水钟、油灯这样的装置中运用起浮阀门进行自动操控了。世界上第*一台有记载的自动操控设备是公元前二百五十年左右埃及人所运用的水钟。这台水钟以水作为动力进行计时与矫正,将世界精确计时工具的头衔坚持了将近两千年,直到摆钟被创造。
  1745年,安装在风车中操控磨盘间的空隙,已经开端由自动装置进行操控。这种操控机构是真实用于工业的操控体系之一,而且终究导致了由蒸汽引擎引发的第*一次工业革命。
  之后的一个多世纪,绝大部分的工业控制系统所关注的重*点是对蒸汽体系中的温度、压力、液面以及机器转速的操控。但随着工业革命的深化,十八世纪中期至二十世纪初,工业控制系统开端了有史以来第*一次全面开展:
  帆海:因为大型船舶的运用,舵面转向因流体动力学的改动变得愈加杂乱。与此一起,操作机构与舵面之间传动机构的增多及增大导致动作响应时间愈加缓慢。1873年,让?约瑟夫?莱昂?法尔,一名法国企业家兼工程师,创造了被其称为“动力辅助器”的装置来处理上述问题。今日,经后人改进,他的创造有了新的名字:伺服机构。
  制造业:这一时期,继电器开端在工厂中很多运用。经过继电器构筑的逻辑(如“开/关”和“是/否”)替代了之前运用人工的制造业操控方式。今日广泛用于工业控制系统的可编程逻辑操控器(Programmable Logic Controller: PLC)就是继电器逻辑开展的产物。
  电力:新兴的电力行业也在这一时期投入很多资金进行工业控制系统的构建。比如设计并创造了用于操控电压或者电流使其坚持恒定的电力监测与操控体系。到1920年,尽管绝大多数操控手段只是简略的“开/关”,中心操控室已经成为大型工厂和电站的规范装备。中心操控室中的记录器可以对体系运转状况进行绘制或者运用五颜六色灯泡反映体系状态,操作员则以此为依据对某些开关进行操作,完结对体系的操控。用于现代电厂的工业控制系统已现雏形。
  交通:工业控制系统在交通范畴的开展得益于用于操控平衡以及自动驾驶的陀螺仪的首次运用。这一时期,埃尔默 斯佩里创造了前期的自动式平衡装置。到1930年,许多航空公司在远距离飞翔中都运用他创造的自动驾驶仪。
  研讨:1932年,“负反应”的概念被纳入到操控理论中并用于新型操控体系的设计,并完结操控范畴中“规范闭环分析”方法的树立。
  这一时期,工业控制系统所面对的大多数问题是如何保证工业控制系统的可靠性及物理安全性。因为经典操控理论其时并未树立,相当多的操控体系具有很高的失功率。其时的工程师常常碰到这样的问题,相同一个操控体系在不同操控环境中的可靠性相差极大,而他们可以做的只要极为有限的定性分析。富有经验的工程师可以在必定程度上经过安全操作规范的形式处理工业控制系统的物理安全问题以及一线工人的人身安全问题。
  1935年,工业控制系统的启蒙时期随着“通讯大昌盛”的开端而完毕。远距离有线及无线通讯技能的使用,标志着工业控制系统古典时期正式开端。
古典主义时期:1935年-1950年
  因为奠定了现代工业操控理论及相关规范的基础,1935年至1950年被很多学者称为工业操控范畴的古典主义时期。这一时期的工业操控工业和相关规范由四个美国组织所树立:
  美国电话电报公司:专注于通讯体系的带宽拓展。
  建设者铸铁公司艾德 史密斯带领的进程工程师与物理学家团队:对自己所运用的工业控制系统进行深化研讨,并开端体系性地研讨操控理论。他们一致了操控范畴的很多术语,游说美国机械工程师协会(ASME)将其编制成正式文件,而且于1936年成立了监管委员会。
  福克斯波罗公司:设计了一款现代工业操控中常用的反应回路操控部件,比例积分操控器。
  麻省理工学院伺服机构实验室:引入了操控体系“框图”的概念,开端对工业控制系统进行模仿。
  有了经典操控理论作为基础,工业控制系统的可靠性大大添加,同期的“通讯大昌盛”使工业操控范畴的安全焦点从物理安全保障搬运为通讯安全保障,即避免工业控制系统在信号传输进程中被搅扰或破坏。
  战役是这一时期工业控制系统理论与技能蓬勃开展的重要原因。第二次世界大战期间,各国都将操控范畴的专家聚集起来,处理许多军事上的操控问题:移动平台稳定性问题、方针盯梢问题以及移动方针射击问题。而这些研讨成果,在战后都很快地转换为民用技能。有了战时技能与理论的积累,工业控制系统在百废待兴的战后时期进行了大规模的更新换代:执行机构愈加耐用、愈加精细;数据收集体系功率更高、更具实时性;中心操控机构的操作愈加直观、愈加简略。一切的发电厂、汽车制造厂、炼油厂都全速运转,完全不知道下一个腾跃即将来临。
  新疆域:1950年至今
  1950年,斯佩里-兰德公司造出了第*一台商业数据处理机UNIVAC,工业控制系统正式全面与通讯体系及电子核算机结合,开启了工业控制系统数字化的新疆域。
  数年后,全*球*第*一个数字化工业控制系统建设完结。这个体系运用单一核算机操控整个工业控制系统,被称为直接数字操控(Direct Digital Control:DDC),也就是第*一代工业控制系统:核算机集中操控体系。一起,现代工业控制系统的结构也逐渐明晰起来,其核心组件开端形成:


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