控制系統(tǒng)其實(shí)從20世紀(jì)40年代就開(kāi)始使用了，早期的現(xiàn)場(chǎng)基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)的前身。以
PLC和
DCS為代表，從70年****始應(yīng)用以來(lái)，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過(guò)程控制中獲得迅猛的發(fā)展。從90年****始，陸續(xù)出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、基于PC的控制系統(tǒng)等，將簡(jiǎn)要介紹各種常見(jiàn)的控制系統(tǒng)，并分析控制系統(tǒng)的演進(jìn)過(guò)程和發(fā)展方向。
70年代中期，由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動(dòng)單元組合儀表不能完全滿足要求。在此情況下，業(yè)內(nèi)廠商經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，確定開(kāi)發(fā)的
DCS產(chǎn)品應(yīng)以模擬量反饋控制為主，輔以開(kāi)關(guān)量的順序控制和模擬量開(kāi)關(guān)量混合型的批量控制，它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。
1975年前后，在原來(lái)采用中小規(guī)模集成電路而形成的
直接數(shù)字控制器（
DDC）的自控和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了以集中顯示操作、分散控制為特征的
集散控制系統(tǒng)（DCS）。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)并不普及，所以開(kāi)發(fā)DCS應(yīng)強(qiáng)調(diào)用戶可以不懂計(jì)算機(jī)就能使用DCS;同時(shí)，開(kāi)發(fā)DCS還應(yīng)強(qiáng)調(diào)向用戶提供整個(gè)系統(tǒng)。此外，開(kāi)發(fā)的DCS應(yīng)做到與中控室的常規(guī)儀表具有相同的技術(shù)條件，以保證可靠性、安全性。
在以后的近30年間，DCS先與成套設(shè)備配套，而后逐步擴(kuò)大到工藝裝置改造上，與此同時(shí)，也分成大型DCS和中小型DCS兩類產(chǎn)品，使其性能價(jià)格比更具有競(jìng)爭(zhēng)力。DCS產(chǎn)品雖然在原理上并沒(méi)有多少突破，但由于技術(shù)的進(jìn)步、外界環(huán)境變化和需求的改變，共出現(xiàn)了三代DCS產(chǎn)品。1975年至80年代前期為代產(chǎn)品，80年代中期至90年代前期為第二代產(chǎn)品，90年代中期至21世紀(jì)初為第三代產(chǎn)品。
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費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)料無(wú)論是水還是電，點(diǎn)位大多數(shù)還是在墻壁的中下部。這意味著，如果水電在頂部，我們需要在墻壁上開(kāi)一道長(zhǎng)長(zhǎng)地槽，將水電管道引下來(lái)。這樣一來(lái)，路程長(zhǎng)了、工程量大了、耗時(shí)長(zhǎng)了、用料多了——錢，花的也就多了。開(kāi)槽問(wèn)題地面布線時(shí)，由于地上有一層不小于50mm的抹灰層，所以我們可以任意開(kāi)槽——甚至可以不開(kāi)槽，將來(lái)利用地板進(jìn)行遮擋。但是天花板走管，你想怎么隱蔽管線？開(kāi)槽肯定是不行的，天花板上沒(méi)有抹灰層，開(kāi)槽就會(huì)傷害樓板。
控制原理相似，給定指令信號(hào)加到AC伺服系統(tǒng)的輸入端，電動(dòng)機(jī)軸上位置反饋信號(hào)與給定位置相比較，根據(jù)比較結(jié)果控制伺服的運(yùn)動(dòng)，直至達(dá)到所要求的位置為止。PM、SM和BLDCM二類伺服系統(tǒng)構(gòu)成的基本思路是一致的。
兩種永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)比較而言，方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易等優(yōu)點(diǎn)。但是方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理上存在固有缺陷，因電樞中電流和電樞磁勢(shì)移動(dòng)的不連續(xù)性而存在電磁脈動(dòng)，而這種脈動(dòng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生噪聲，在中低速又是平穩(wěn)的力矩驅(qū)動(dòng)的主要障礙。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)又使得電機(jī)速度控制特性惡化，從而限制了由其構(gòu)成的方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合下的應(yīng)用（尤其是在低速直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合）。因此，對(duì)于一般性能的電伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，選用方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的控制方式。而PM、SM伺服系統(tǒng)要求定子輸入三相正弦波電流，可以獲得更好的平穩(wěn)性，具有更優(yōu)越的低速伺服性能。因而廣泛用于數(shù)控機(jī)床，
工業(yè)機(jī)器人等高性能高精度的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。
3.2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程
伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過(guò)程，電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型分為直流（DC）伺服系統(tǒng)和交流（AC）伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型又可分為永磁同步（SM型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。
由于
直流伺服電動(dòng)機(jī)存在電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修工作量大例如電機(jī)的電刷、換向器等則成為直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術(shù)、大功率
電力電子技術(shù)的成熟和交流永磁電機(jī)材料的發(fā)展和應(yīng)用，電機(jī)效率的提高和制造成本的降低，交流伺服系統(tǒng)得到長(zhǎng)足發(fā)展并將逐步取代直流伺服系統(tǒng)。
1990年以前，由于技術(shù)、成本等原因，國(guó)內(nèi)
伺服電機(jī)以直流無(wú)槽、直流永磁有刷電機(jī)和
步進(jìn)電機(jī)為主，而且主要集中在機(jī)床和國(guó)防軍工行業(yè)。1990年以后，進(jìn)口永磁交流伺服電機(jī)系統(tǒng)逐步進(jìn)入，此期間得益于
稀土永磁材料的發(fā)展、電力電子及微電子技術(shù)日新月異的進(jìn)步，交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也很快從模擬式過(guò)渡到全數(shù)字式。由于交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置采用了先進(jìn)全數(shù)字式驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便，產(chǎn)品生產(chǎn)的一致性可靠性增加，同時(shí)可集成復(fù)雜的電機(jī)控制算法和智能化控制功能，如增益自動(dòng)調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)通訊功能等，大大拓展了交流伺服電機(jī)的適用領(lǐng)域；另外隨著各行業(yè)，如機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、
自動(dòng)化生產(chǎn)線等，對(duì)工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求不斷提高，這些領(lǐng)域?qū)涣魉欧姍C(jī)的需求將迅猛增長(zhǎng)，交流伺服將逐步替代原有直流有刷伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。
正弦波交流伺服系統(tǒng)綜合了伺服電動(dòng)機(jī)、角速度和
角位移傳感器的成就，與采用新型電力電子器件、
專用集成電路和專用控制算法的交流伺服驅(qū)動(dòng)器相匹配，組成新型高性能機(jī)電一體化產(chǎn)品。使原有的直流伺服系統(tǒng)面臨淘汰的危機(jī)，成為當(dāng)今世界伺服驅(qū)動(dòng)的主流及發(fā)展方向。正弦波交流伺服廣泛使用于、航天、兵器、船舶、電子及核工業(yè)等領(lǐng)域，如自行火炮、衛(wèi)星姿態(tài)控制、雷達(dá)驅(qū)動(dòng)、機(jī)載吊艙定位系統(tǒng)、戰(zhàn)車火控及火力系統(tǒng)、水下滅雷機(jī)器人等。
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變頻器接線要求1)變頻器和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對(duì)地電容，減少干擾的發(fā)射源。2)電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線，其距離為500mm。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按90度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號(hào)線與主回路線分開(kāi)走線，即使在控制柜中也要如此。3)模擬量控制線選用屏蔽線，屏蔽一端接變頻器控制電路的公共端(COM)，不要接變頻器地端或大地，另一端懸空;動(dòng)力電纜選用屏蔽或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏蔽，或遵從變頻器的用戶手冊(cè)。
長(zhǎng)期以來(lái)，制造與生產(chǎn)企業(yè)所采用控制系統(tǒng)大多是專用的、封閉的體系結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成系統(tǒng)的硬件是按照各自的標(biāo)準(zhǔn)度身定制的。無(wú)論是DCS，PLC還是FCS，雖然它們具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、產(chǎn)品批量大等優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)日新月異的生產(chǎn)要求，也越來(lái)越暴露出其固有的缺點(diǎn)。在許多情況下,當(dāng)用戶要想進(jìn)行功能上的擴(kuò)展或變化時(shí)，都必須求助于系統(tǒng)的提供商，如想把特殊要求融入到控制系統(tǒng)中去時(shí)，都是比較困難的。這無(wú)形中不僅提高了制造企業(yè)的成本，也成為控制系統(tǒng)升級(jí)換代的“瓶頸”。
由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越劇烈，從而要求制造商具有較強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)能力，這一趨勢(shì)促成了一個(gè)新概念的產(chǎn)生，即模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的軟硬件系統(tǒng)，這就是開(kāi)放式控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)為制造廠提供了將其技術(shù)與任何第三方的技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行集成的可能性。
2、控制系統(tǒng)制造商的開(kāi)放路線
據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)美國(guó)自動(dòng)化市場(chǎng)研究公司
ARC（Automation Research Corp.）調(diào)查預(yù)計(jì)，在亞洲，基于PC的控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的I/O模件等開(kāi)放式系統(tǒng)的銷售額預(yù)計(jì)近兩年的增幅達(dá)到145%，所以，可見(jiàn)在控制系統(tǒng)市場(chǎng)中，開(kāi)放系統(tǒng)的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
幾乎所有的制造商都已認(rèn)識(shí)到了開(kāi)放系統(tǒng)必將是自動(dòng)化系統(tǒng)的未來(lái)。在任何一家控制系統(tǒng)制造商的新產(chǎn)品樣本中，都可以看到“開(kāi)放性”的字樣。但是，他們的開(kāi)放性通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口實(shí)現(xiàn)局部的互連和通信，并非真正意義上的開(kāi)放。不要說(shuō)控制器的底層，就是在
操作站這一層，他們?cè)趯?shí)現(xiàn)與外界通信方面存在著重重困難。這種狀況的產(chǎn)生并不是由于他們無(wú)法開(kāi)發(fā)出全開(kāi)放的系統(tǒng)，而是出于其產(chǎn)品戰(zhàn)略考慮不愿也不能這樣做。盡管開(kāi)放式控制系統(tǒng)的市場(chǎng)增長(zhǎng)率較高，但由于值還不大，制造商不愿放棄已經(jīng)現(xiàn)成的數(shù)十倍的市場(chǎng)。
但這些公司對(duì)于
開(kāi)放式系統(tǒng)市場(chǎng)并非采取坐視不理、惟我獨(dú)尊的態(tài)度。各個(gè)公司均在考慮用現(xiàn)有的產(chǎn)品組合出形式上的“開(kāi)放式”系統(tǒng)。如西門子的PCS7和 WinAC，實(shí)際上就是用
工控機(jī)下掛S7的PLC而組成的概念性的系統(tǒng)，典型地表示了其一方面不想在開(kāi)放式系統(tǒng)領(lǐng)域落后于他人，同時(shí)又不想失去老用戶的復(fù)雜情結(jié)。類似的還有Rockwell-AB的ControlLogic，F(xiàn)isher-rosemount的Delta-V等等，都是將原有的專用系統(tǒng)加上“開(kāi)放”的標(biāo)簽。他們的目的都是相同的，那就是既不錯(cuò)過(guò)
開(kāi)放式系統(tǒng)這班航船，又可以將原有的系統(tǒng)盡量多地銷售出去。全力致力于真正開(kāi)放式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的反而是一些新興的相對(duì)較小的公司如美國(guó)的Opto22，SoftPLC，Controlsoft以及英國(guó)的Transmitton等等。這些公司沒(méi)有過(guò)去的包袱，所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品的市場(chǎng)目標(biāo)也不存在搶自己飯碗的問(wèn)題，所以他們可以沒(méi)有后顧之憂地宣傳。由于他們的產(chǎn)品是充分考慮了開(kāi)放性的，今后將成為開(kāi)放性控制系統(tǒng)的新的生力軍。
