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《大话自动化-从蒸汽机到人工智能》-加拿大·晨枫之一发布日期：2021-10-22 浏览次数：1330
《大话自动化-从蒸汽机到人工智能》-加拿大·晨枫 之一
前言
一、自动化是很有意思的事情，而且正在成为越来越有意思的事情，自动化也不再是高高在上的东西，而是深入寻常百姓家的东西。
上下楼坐电梯，上下班坐地铁，甚至电热壶烧水泡茶、电冰箱冰镇西瓜，都离不开自动化。
二、自动化是一个好东西，从电饭煲到核电站，从汽车到航天飞机，自蒸汽机到人工智能，自动化贯穿了科技与生活的各个层面，自动化的世界充满了故事，在造福人类的同时还富有趣味，这是数学、计算机、电子、机械、化工及其他领域的融汇。
三、现代意义的自动化控制，开始于瓦特的蒸汽机发明。
1、托马斯·纽考门发明的蒸汽机的原理并不复杂，用煤炭的火力把锅炉的水烧开，产生高压蒸汽推动活塞往复运动，通过曲轴转化为转轴的旋转运动，就可以带动各种机械了。
2、詹姆士·瓦特在蒸汽机的转轴上，安装了一根小棍，小棍的一端与转轴相连，另一端是一个小重锤。
其一，转轴转动时，重锤在离心力的作用下扬起升高，带动小棍挥起。
其二，小棍通过连杆、提环和杠杆系统来控制蒸汽阀门的开度，自动调节进入气缸的蒸汽流量。
其三，重锤、小棍、阀门都处于在一个平衡的位置，转速保持在要求的数值，通过联动调节，蒸汽机不需要人的照看，就可以自动保持稳定的转速，既保证安全，又方便使用，一个闭环的自动化控制系统就形成了，把英国真正推入第一次工业革命的时代。
上篇、自动化控制的故事
一、走路要看路
1、自动化控制的第一个重要概念：反馈（feedback）。
其一，设定目标。
其二，测量状态。
其三，上述两个参数结果的比较。
其四，调整行动。
其五，实际执行。
2、稳定性。
3、开关控制。
二、可爱的微积分
1、热水器淋雨的学问：
经典的比例控制规律：
控制量=比例控制×控制偏差
2、PID整定：
比例、积分、微分的组合控制，是工业上最常用的控制方式，根据英文名称缩写，简称为：PID控制。
3、关于稳定性。
4、非常规PID。
5、复杂结构PID：
其一，串极控制。
其二，前馈控制。
其三，分程控制。
其四，推断控制。
其五，阀位控制。
其六，选择性控制和比例控制。
三、理论是彩色的
1、线性控制。
2、最优控制。
3、离散控制。
4、模型与辨识。
5、自适应控制。
6、模型预计控制。
中篇、计算机与控制
一、0和1的故事
1、从石器时代到机器时代。
2、冯·诺依曼来了：
他发明了二进制计算机的概念，成功地打破了连续变量和离散变量的界限。
3、DCS还是PLC：
其一，DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。
分散控制系统是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统
它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。
其二，PLC（Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器，是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成。
4、现场总线还是无线：
现场总线（Fieldbus）是电气工程及其自动化领域发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
5、控制软件。
6、人机界面。
7、中央控制室的设计。
二、走出自动化
1、仿真技术
是应用仿真硬件和仿真软件通过仿真实验，借助某些数值计算和问题求解，反映系统行为或过程的仿真模型技术。
2、RTO实时优化：
（Real Time Optimization，实时优化）控制方法是一种解决复杂流程工业过程优化与控制的有效手段。
实时优化控制方法，是将回路控制与过程运行优化相结合，采用两层结构，上层通过计划调度优化经济性能指标，产生底层控制回路的设定值；底层通过控制器使被控变量跟踪设定值，从而尽可能使过程运行在经济优化状态。
从定义可以看出，RTO优化和控制的好坏，归根结底还是依赖基础层控制品质的。也就是PID单回路都控制不稳定的话，实时优化也无从谈起。一切的根本都指向了底层的基础控制。
3、人工智能：
人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
4、复杂连续过程的自动化：
其一，现代工业在很大程度上以连续过程为特征，化工、石油石化、造纸、钢铁等行业更是典型的连续生产控制过程。
其二，连续过程的产能大、效率高、自动化程度也高，但是有一个回避不了的问题：启动、停止很复杂冗长的过程，不仅步骤多，而且条件因素也多，容易出错。
5、警报与异常管理：
其一，警报有两大类：参数报警、状态报警。
其二，系统分析报警目的的设计过程，称为警报因果分析AOA（Alarm Objective Analysis）。
6、故障诊断和容错系统：
其一，故障的两种方式：参数偏离正常值、对整个过程进行辨识。
其二，容错系统的两个层面：
第一个是控制系统的硬件冗余，第二个是软件冗余。
7、数据融合技术：
是指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。
8、工业4.0：
工业1.0是瓦特发明蒸汽机，工业2.0是爱迪生发明电力，工业3.0是诺·依曼发明了计算机，人类进入数字时代，工业4.0人类将进入自动化控制的人工智能时代。
9、自动化与IT：
其一，在仪表控制时代，没有IT。
其二，在DCS时代，DSC之上已经有层次IT架构，产生了专业的控制系统的IT行业。
其三，工业4.0、物联网时代，随着大数据、人工智能等渗入实时环境，控制系统IT的发展将迎来飞跃。
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