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浅谈控制技术发展简史

2020-06-29李晓明张哲

大众科学·上旬 2020年7期
关键词:日新月异简史控制技术

李晓明 张哲

摘 要:伴随着经济和科技的发展,在世界各主要经济体中越来越多的控制技术被应用到各行各业,技术的应用一方面可以减轻工人的工作量和劳动强度;另一方面可以满足企业对实现更高难度或更加复杂产品设计和生产的需要。控制技术的发展日新月异,各国之间竞争激烈,你追我赶。

关键词:控制技术;日新月异;简史

近两年国家大力强调和支持制造业的发展,对制造业的支持提高到一个新的高度,越来越多的政策红利和资金力量注入到制造业的各个企业中,一方面刺激了行业的快速发展,另一方面有效稳定就业和提高公民的福利。制造业的由大变强最终取决于人才的力量和控制技术的水平。经过近100余年的發展,控制技术的进步已经脱胎换骨。

一、控制技术的发展历程

人类一出现,对征服自然的外在渴望充满了幻想,“控制”这一概念本身恰恰反映了这一思想。控制理论与技术自然而然地在人们认识自然与改造自然的历史中萌芽并发展。控制思想与技术实质上已存在了数千年。

从埃及古墓出土的实物可以看到,古巴比伦和埃及在公元前1500年以前就已经开始使用水钟。在我国,据《周礼》记载,约公元前 500年,军队中即已用漏壶作为计时的装置。约公元120年,科学家张衡已经提出了如何解决随水头降低计时不准确问题的巧妙方法。在他构思制作的“漏水转浑天仪”中,我们可以看到不仅有浮子,漏箭,还有虹吸管和至少一个补偿壶。

进入工业革命以来,控制技术发展速度大大加快。随着数学及物理学的发展,人类的控制技术不再仅仅是原材料的巧妙构思,伴随着一大批新式元器件的出现,令新控制思想的实现成为可能,为后来控制技术的发展奠定了坚实的基础。

总体来看,控制技术可以大致分为两大类,一类是手动控制技术,一类是自动控制技术。人类已经进入了一个自动控制技术占绝对优势的控制时代,而且我们在这条道路上会越走越远。

二、几种主要的控制技术

1.单片机控制技术

生活水平越来越高,人们对于电子产品的需求数量越来越多,品味越来越高。一大批新式的电子产品应用而生,大到汽车、冰箱、洗衣机,小到手机、手环、耳机等。可以说,有些熟悉的产品通过控制技术获得重生,有些未有的产品应运而生。这其中的控制技术主要是单片机控制技术。

单片机(Microcontrollers)是一种芯片,普遍采用超大规模集成电路把具有数据处理能力的中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、各种I/O口和中断系统、多种定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个微型计算机系统,在工业控制、家电、智能穿戴等领域广泛应用。从上世纪八十年代开始,已经由当时的4位/8位单片机,发展到现在的300M高速单片机。

单片机系统结构简单,使用方便,已实现模块化;可靠性高,可工作到10^6 ~10^7小时无故障;低电压,低功耗,环境适应能力强。

2.可编程控制技术(PLC)

在工业领域中,由于设备的体积、使用场合和复杂程度不同,需要一种接口多、功能完善、适用范围广、高可靠性的控制技术,可编程控制技术(PLC)应用而生。目前做的比较好的厂家有德国的Siemens,日本的Mitsubishi 、法国的Schneider、美国的AB等。

可编程控制技术(PLC)是一种专门针对在工业环境下应用而设计的利用数字运算操作的电子装置。它一般采用可编制程序的存储器,在其内部存储、执行逻辑运算、顺序运算、计时/计数等操作的指令,并能通过数字/模拟输入和输出,控制各种类型的生产过程。

3.分布式控制技术(DCS)

对于化工和发电等企业,设备数量多,而且生产工序都是层层递进的,这时候就需要一种系统性的控制技术,分布式控制技术(DCS)很好地解决了这个问题,操作人员只要在控制室就可以实现所有设备的运行和监控,大大降低了劳动强度,提高了劳动效率。

分布式控制技术(DCS)是一个由过程控制和过程监控组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机、通信、接口和控制等多种技术,其基本特点是集中操作、分散控制、配置灵活、分级管理及组态方便等。

DCS自上世纪七十年代问世以来,已经经历了四十余年的发展历程。在这四十余年中,DCS虽然在系统结构上没有发生重大改变,但是经过不断的完善和技术更新,其功能和性能都得到了巨大的提高。

三、控制技术的未来发展

1.智能化

智能化是控制技术发展的高级阶段,主要表现在控制功能多样化、用途多样化及交叉性,是制造业未来发展的主要方向。随着科技的不断进步,车间生产的发展方向逐步向人工智能与自动控制技术相结合过渡。人工智能理论向控制技术领域的渗透,不论理论上还是实践上都有新的发展途径,为智能化控制技术提供了新的思想和方法。  人工智能与控制技术相结合,能够有效根据生产过程中的变化情况,对系统采取更加合理的控制。

2.网络化

从控制技术的发展历程来看,控制技术在比较长的时期内还将主要应用在工业生产和消费品领域。控制技术的快速发展为工业生产所需的各种机械设备提供了性价比非常高的控制系统。我们深知各领域之间都不可能是独立发展的,相互借鉴、相互促进甚至相互结合将成为新的发展趋势。网络化将会是控制技术发展的必然趋势,网络技术在现代生产中具有越来越重要的作用,尤其对信息数据(大数据)传递及分析会起到至关重要的作用。

3.综合化

截止目前,我们已经在综合控制技术领域中建立了专家系统、智能控制及模糊控制等控制技术。这些新型的控制技术无一例外地均以自动控制技术理论为基础,结合外部需求对整个设备或流程进行综合优化及控制。控制技术与相关领域技术相融合已然成为了一个新的发展方向,而且有效地提高现有自动控制技术的可靠性、精确性与高效性。

四、结论

随着摩尔定律的失效、计算机技术天花板效应的出现,新的控制技术出现的概率比较低。现有控制技术和相关领域技术的融合将会是一个主要的发展方向,控制技术的发展将会演变成一个系统工程。控制技术的应用范围会扩展到人类生活的方方面面,我们也会从一名简单的科技使用者转变成为了解者和研究者。

参考文献:

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[5]于创宇.浅析智能化技术在电气工程自动控制系统中的应用[J].民营科技,2018(11):10-11.

[6]孙震,文保宁.浅谈基于PLC技术的脱水机自动控制系统[J].数字通信世界,2018(10):91.

作者简介:李晓明(1985-),男,山东寿光人,山东科技职业学院机电系教师,硕士,助教,主要研究方向:控制系统。

张哲(1987-),男,山东临沂人,山东科技职业学院机电系教师,硕士,主要研究方向:机械电子。

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