自動化學科概論

1、1） 根據(jù)你目前的理解, 自動化科學與技術的核心是什么？自動化專業(yè)的特點是什么？答：核心：控制。特點：科學的：（1）數(shù)學屬性，嚴密的理論特征；（2) 對象特性，鮮明的改造世界的特征； （3)系統(tǒng)與社會屬性，系統(tǒng)的復雜性特征；（4）滲透與擴散特性，普遍適用特征技術的： 橋梁作用 自動化技術是信息與能量、物質之間的橋梁。 使能作用 一旦應用于具體對象（一臺設備、一個系統(tǒng)或一項工程），將使對象發(fā)生質的變化（ 穩(wěn)定可靠運行、大大提高效率、大大降低能耗成本等）的重要工程應用技術 系統(tǒng)集成作用 通過“綜合”與“集成”，大型復雜系統(tǒng)、過程或工程逐步能被人類有效地控制與管理。隨著系統(tǒng)、過程或工程的規(guī)模越來越大

2、、越來越復雜，自動化技術的系統(tǒng)集成作用將越來越凸現(xiàn)。 2） 開環(huán)控制和閉環(huán)控制的差異是什么？解釋閉環(huán)PID控制的作用?答：差異：開環(huán)控制的被控量不反饋至輸入端，閉環(huán)控制的被控量反饋至輸入端。PID控制的作用：保持系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。3） 計算機在直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）中充當什么角色？為什么要用A/D和D/A裝置與現(xiàn)場設備相連？與模擬控制系統(tǒng)相比，它有哪些特點？ 試舉一些它們應用的實例？ 并畫出系統(tǒng)的結構示意圖？闡述他們的工作原理。（1）.計算機在直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）中充當控制器的角色。（2）因為A/D是從模擬信號到數(shù)字信號的變換過程，而D/A是從數(shù)字信號到模擬信號的變換

3、過程。A/D和D/A構成了計算機與自動控制系統(tǒng)其他部分聯(lián)系的橋梁。（3）.特點：a.計算機控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律是通過計算機程序的形式實現(xiàn)的，修改一個控制規(guī)律，只需修改相應的程序，不需改變硬件電路，因此具有很大的靈活性和適應性。b.計算機控制系統(tǒng)具有豐富的指令系統(tǒng)，很強的運算能力和邏輯判斷功能，便于實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬電路或機電的形式只能實現(xiàn)較簡單的控制規(guī)律。c.傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)一般一個控制只能控制一個回路。而在計算機控制系統(tǒng)中，由于計算機高速的運算處理能力，可以采用分時控制等方式，同時控制多個回路，并可方便地實現(xiàn)各控制回路之間的協(xié)調和管理。(4)應用實例：VAV空

4、調系統(tǒng)中的自動控制水系統(tǒng)的自動控制如圖1所示，空調冷凍水系統(tǒng)循環(huán)泵，由初級泵和次級泵組成。初級泵為定頻泵，其流量只需滿足冷水機組的額定流量。次級泵采用變頻泵根據(jù)供回水之間的壓差P，控制水泵電機轉速從而改變水泵的供水量。控制過程如下圖所示控制過程：當空調負荷逐漸減小，空調機組送風溫度t達到設定值時，現(xiàn)場DDC控制器自動將空調機組的回水電動閥開度m減小，以減少機組水流量，此時系統(tǒng)供回水壓差P隨之增大。通過DDC控制器自動調節(jié)變頻器的輸出頻率使水泵轉速n下降，從而減小系統(tǒng)水流量。同理，當空調負荷增大時，相應的増大系統(tǒng)的水流量。當次級泵b1滿負荷運轉時，流量仍不能滿足空調系統(tǒng)需要時，DDC控制器自動開

5、啟次級泵b2。此時次級泵的流量大于初級泵的流量，系統(tǒng)回水通過旁通管回到次級泵進口，旁通的水量通過流量計q進行檢測。如果旁通的水量大于某一設定值時，說明一臺制冷機的制冷量不能滿足負荷的需要。同時系統(tǒng)自動啟動第二臺制冷機。反之，停止一臺制冷機。上述過程中電動閥、系統(tǒng)壓差均采用PID的調節(jié)方式?？刂葡到y(tǒng)中干擾量是空調負荷，檢測變送裝置是溫度傳感器、壓差傳感器，控制器是DDC執(zhí)行器是電動閥、變頻水泵。由于空調負荷的滯后性、每個房間空調負荷的不均勻性，使得末端空調機組電動閥不可能同時開大或同時關小，從而造成水系統(tǒng)壓差的不穩(wěn)定性。采用PID的調節(jié)方式可以實現(xiàn)超前調節(jié)、積分調節(jié)，使系統(tǒng)控制更加平穩(wěn)。水泵變頻

6、調速的節(jié)能原理空調末端變風量系統(tǒng)的自動控制變風量空調系統(tǒng)中的空調機組采用變頻風機，送入每個房間的風量由變風量末端裝置VAVbox控制，每個變風量末端裝置可根據(jù)房間的布局設置幾個送風口。如圖3所示，圖3 變風量系統(tǒng)流程圖室內(nèi)溫度通過末端裝置設在房間的溫控器進行設定，溫控器本身自帶溫度檢測裝置，當房間的空調負荷發(fā)生變化實際值偏離設定值時，VAVbox根據(jù)偏離程度通過系統(tǒng)計算，確定送入房間的風量。送入房間的實際風量可以通過VAVbox的檢測裝置進行檢測，如果實際送風量與系統(tǒng)計算的送風量有偏差，則VAVbox自動調整進風口風閥以調整送風量。例如夏季，當室內(nèi)溫度高于設定值時，VAVbox將開大風閥提高送

7、風量，此時主送風道的靜壓P將下降，并通過靜壓傳感器把實測值輸入到現(xiàn)場DDC控制器，控制器將實測值與設定值進行比較后，控制變頻風機提高送風量，以保持主送風道的靜壓。如果室內(nèi)溫度低于設定值時VAVbox將減小送風量。冬季和夏季的調節(jié)方式相同，但調節(jié)過程相反。具體控制過程如下圖所示上述控制過程中，控制對象為室內(nèi)溫度、主送風道靜壓P，檢測裝置為靜壓傳感器，調節(jié)裝置是現(xiàn)場DDC控制器，執(zhí)行器是變頻風機，干擾量是VAVbox風閥開度、空調負荷。另外，送風道的嚴密性也是不可避免的干擾量，但可以通過改善施工工藝使之減小到最小程度。由泵與風機的相似律可知，變頻風機和變頻水泵的節(jié)能原理是一樣的，這里就不在重復敘述

8、。由于變風量系統(tǒng)在調節(jié)風量的同時保持送風溫度不變，因此在實際運行過程中必須根據(jù)空調負荷合理的確定送風溫度。例如夏季，當送風溫度定的過高，空調機組冷量不能平衡室內(nèi)負荷時，空調機組可能大風量工頻運轉，此時起不到節(jié)能效果。空調機組的送風溫度可以通過現(xiàn)場DDC控制器進行設定，并且通過控制空調機組回水電動閥，對送風溫度進行有效的控制，控制過程如前所述。為了使變風量系統(tǒng)更加穩(wěn)定的工作、充分發(fā)揮節(jié)能效果，保持良好的室內(nèi)空氣品質?，F(xiàn)場DDC可以對空調機組進行起停控制，通過設定時間表，使機組按時工作按時停止。對于有幾十臺甚至上百臺空調機組的大廈來說，可以節(jié)省很多人工。DDC控制器通過監(jiān)測新風與回風的焓值，確定新

9、風與回風的混合比。在保持最小新風量的同時充分利用回風，以減少制冷機組能耗。DDC控制器還可以對空調機組過濾網(wǎng)前后的壓差進行監(jiān)測。當過濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞時會及時報警，以免長時間影響機組送風量。各個現(xiàn)場的DDC控制器通過網(wǎng)絡控制器NCU與中央控制室之間進行信息交互，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中控制?？照{系統(tǒng)的設計負荷，是考慮在最不利環(huán)境下的最大負荷。在實際運行的過程中，處于最大負荷運行狀態(tài)的比例很小，所以采用變風量空調系統(tǒng)可以取得良好的節(jié)能效果。4） “實體控制”類知識結構與體系的特點是什么？參照內(nèi)蒙古科技大學自動化專業(yè)教學計劃，你認為在基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課中，各有哪幾門課程是主要的？你準備如何學好這些課程

10、？（1）工程的特點。學習如何將自動化科學技術的原理與方法轉換為工程應用技術；同時學習如何自動化技術應用于具體對象，使其成為自動化設備、自動化系統(tǒng)或自動化工程。 （2）專門自動化的特點：針對不同的對象（行業(yè)），形成具有專門針對性的自動化，如商業(yè)自動化、化工自動化、交通自動化，建筑自動化、電力自動化等?；A課：高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率與隨機過程、復變函數(shù)與積分變換、大學物理、工程制圖等。專業(yè)基礎課：電路分析、模擬電子、數(shù)字電子、電機原理與拖動等。專業(yè)課：自動控制原理、電力電子技術、微型計算機原理及應用、過程控制儀表、PLC、計算機控制等。計劃:大一、大二要把基礎課學好，為將來的專業(yè)課做準備。大三把

11、基礎專業(yè)課學扎實，這樣才能更好的去學以后的專業(yè)課，有時間多去實驗室，理論聯(lián)系實際，遇到問題可以去找專業(yè)課老師或同學，也可以去圖書館查相關的資料。5）自動化專業(yè)人才需要哪5方面的知識？哪4方面的素質？哪4方面的能力？他們的相互關系？答：知識要求：工具性知識、人文社會科學基礎知識、自然科學基礎知識、工程技術基礎知識、自動化專業(yè)知識。素質要求：思想道德素質、科學素質、文化素質、身心素質。能力要求：獲取知識能力、應用知識能力、創(chuàng)造知識（科研創(chuàng)新）能力。相互關系：知識是基礎，是能力和素質的載體；能力是知識的綜合體現(xiàn)，是在獲取知識過程中，經(jīng)培養(yǎng)訓練和實踐鍛煉而形成的；素質是人在獲取知識、應用知識和創(chuàng)造知識

12、過程中，在社會化過程中形成的相對穩(wěn)定的各種品質的總和。知識和能力可以相得益彰，而高的素質可以推動知識和能力的擴展。6）自動化學科與專業(yè)在發(fā)展中形成了那些鮮明的特色？（1） 具有多學科交叉、內(nèi)涵豐富、外延寬廣的特點，因而利于培養(yǎng)寬口徑、多面手、綜合復合型人才；（2）突出的方法論特點，學生得益于具有方法論性質的科學方法、科學思想的熏陶，思想更開闊、也更有深度，非常利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才； （3）系統(tǒng)集成的特點，突出系統(tǒng)與集成的思想、方法，有利于培養(yǎng)“將才”與“帥才”。 7）列出自動化領域著名公司、研究院所、大學與重要學術期刊。答：著名公司：美國羅克韋爾自動化公司、美國霍尼韋爾公司、德國西門子自動化與驅動集團、瑞士ABB公司、日本三菱電機集團、日本歐姆龍公司、法國阿爾斯通公司。研究院所：中國科學院自動化研究所、北京機械工業(yè)自動化研究所、輕工業(yè)自動化研究所、上海工業(yè)自動化儀表研究所、國電自動化研究院與南瑞集團。大學：哈爾濱工業(yè)大學、東北大學、清華大學、北京理工大學、北京航天航空大學、天津大學、西安交通大學、浙江大學、華南理工大學、東南大學等。重要學術期