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中文译文自动化的介绍(一)-自动化毕业论文

2013-06-22 01:01 附录A 中文译文
自动化的介绍
 自动化是在没有人直接参与的情况下完成其工艺流程的一种技术。它是通过操作程序驱动控制系统来实现操作的。对完成一个工艺流程来讲，驱动系统本身和操作程序、控制系统，能源是必不可少的。尽管自动化被应用于广泛的领域，但它与工业生产自动化联系最紧密。自动化是贯穿生产的整个工艺流程的，早在1946年福特汽车公司的一名技术主管就将自动化与工业生产联系起来来描述自动转换器件和进料设备的种类，而这些器件和设备早已在福特工厂投入使用了。自动化技术的几乎所有的最新应用都是由计算机来控制的，而在1946年，这是不可能的。
1 自动化系统的基本组成
 自动化系统由三个基本部分组成：（1）完成操作和程序的能源（2）操作程序，和（3）激活命令的控制系统。所有的自动化系统都以一种或另一种形式包含这三个基本组成部分。
1.1自动化系统的能源
 自动化系统是用来完成某个工艺的，而对驱动生产和控制来讲，能源是必不可少的。电是最基本的能源。在许多自动化或非自动化生产中电能有许多优点，如下：
 1）电能被广泛应用，它是工业下部构造中很重要的一部分。
 2）电能可以被转化成其它非常规的能量形式：机械能，热能，光能，声能，液压能和气压能。
 3）强度低的电能能够完成诸如信号传播，信息处理，数据储存和通讯等功能。
 4）在电能的外部能源不容易得到的地方，电能能够被长期储存在电池组中以备用。
 非常规的能源包括化石燃料，太阳能，水和风。但是，在自动化系统中，他们的饿独特用途是很少的。在许多情况下，非常规能源用来驱动工艺流程本身，而电能用作自动化操作的控制，例如，铸造或者热处理，炉子是用化石燃料来加热的，而调整温度环和时间环的控制系统确是用电的。在其它情况下, 非常规能源的能量能够被转化成电能. 当太阳能作为自动化系统的能源时, 它大体上是用这种方式转化的.
1.2 操作程序
 由自动化工艺流程操作的行为被定义为操作程序. 工业生产包括低,中或高生产, 在生产中, 每一部分或生产形式需要一个或多个步骤, 而这些步骤在一个工作环中操作. 一个新的作用在每个工作环中被完成.
 工作环的特殊操作步骤在一个工作环程序中是规定了的.在数字控制中，工作环程序被称作子程序. 其它操作控制的应用对于这种类型的程序有不同的名字.
 工作环程序. 在最简单的自动化操作中, 工作环基本上就一步, 这一步是以一明确的水准来支持一个单一的操作输入，例如, 维持熔炉炉温为一指定值在热处理环的持续时间.再这种情况下, 编程简单包括熔炉上的温度设置。 程序员可通过改变程序来简单的改变温度设置. 这种简单程序的延伸也就是用多个操作输入来定义单步操作, 例如, 熔炉在温度和环境两个方面被控制.
 在更加复杂的系统中, 程序是一个由多个步骤反复执行的工作环. 生产运行中最重要的部分就属于这种. 一个典型的步骤次序是: (1) 将程序下载到生产机械, (2) 执行程序, (3) 将程序卸载 . 在每一步当中, 有一个或多个动作, 这些动作包含了一种或多种程序输入的变化, 例如, 熔炉温度设置要在温度系统, 液体流动系统阀门的开关和电机的启动停止中调节坐标值. 程序输入与程序变量不同, 程序变量是系统的输出; 例如, 熔炉的温度真值, 坐标轴上的真值, 管道中液体的真实流速, 和电机的转速.
 很多生产操作都是由很多步骤组成, 有的比我们转述的例子还要复杂. 这些操作例子包括自动螺旋机械, 金属压片操作, 朔料成型和刚体铸件. 这些生产工艺的每一种都使用好几十年了. 这些操作比较早的形式是工作环有硬件控制, 诸如限位开关, 计时器, 凸轮,和机电中继设备. 事实上, 硬件和他们的排列起到操作说明作用. 尽管这些元件能够充分实现他们的顺序功能, 但他们有如下缺点: (1) 他们常常要花费大量时间来设计制造,而只能使生产机械适用于一批生产; (2) 在操作中很难做微小变化并且很费时; (3) 操作是实体的形式,他与计算机数据程序和通讯是不相容的.
 自动化系统中现在使用的控制器是以数字计算机为基础的. 取代了凸轮,计时器,中继设备和其他硬件的计算机控制程序可存储于磁带,磁盘,光盘,计算机内存和其他现代的存储技术. 事实上, 实现上述生产操作的所有新的设备都被设计成某种类型的计算机控制来实现各自的工艺. 数字计算机控制可以改进, 就像增加最初没有预见的功能.这种控制的变化对于先前硬件元件来讲是很难的.
 工作环可能一部分工作由人完成, 其余的由自动化系统去完成. 一个普通的例子就是程序员下载和卸载子程序来实现切割操作. 程序员在下载完子程序后, 还有触发启动按纽才能实现切割操作.
 随时调整特性. 以前的自动化工作环有两大特征 (1) 步骤数量及次序 (2) 在每一步中步骤输入的变化. 每一工作环步骤相同,并且相互之间没有输入变化. 命令程序在每一个工作环重复执行。事实上，许多自动化生产操作都要根据输入的变化随时调整程序。很多情况都是输入变化是规则的，并且有相应的子程序来处理这些变化。情况包括：
 （1）程序员作用。 尽管指令程序可以自动执行，但为实现某功能，程序员可以人工输入数据。例如，在自动雕刻中，程序员就必须人为输入数据来确定雕刻性质。一旦性质确定了，系统可自动完成雕刻。
 （2）计算机处理不同的部分或样式。 即自动化系统要对不同部分或样式的工作环进行编程。例如，在生产汽车的最后一个装配车间里，工人机器人要在车体上进行一系列的点焊操作。这些车间通常要在相同的自动化装配线上设计成制造不同的车体式样，比如两门和四门轿车。当一个轿车进入焊接生产时，要先用感应器辨别他的式样，然后机器人再执行相应的操作。
 （3）启动工作单元的变化。在许多生产操作中启动工作单元是不一致的。 生产沙体铸件就是一个很好的例子。生铸维数的变化有时必须用额外的机械来测定确切数值。额外机械的切入是有子程序来完成的。在所有这些例子当中，规则的工作环能提供规则的变化。对于感应器或程序员输入可由相应的子程序来完成。其它情况下工作环的变化全是不规则的。他们是不希望出现的。这些情况下，就要有相应程序来处理。
1.3 控制系统
  自动化系统的控制部分执行命令程序。控制系统的程序执行实现了生产操作的确切功能。
 控制系统可以是开环，也可以是闭环。闭环控制系统也叫做反馈控制系统，他是将输出与输入相比较，并且由其差值来调整，使得输出与输入一致。一个闭环控制系统包括六个基本组成部分：（1）输入（2）程序（3）输出（4）反馈（5）控制器（6）执行器。输入常是固定的，表示输出的期望值。在室内温度控制系统中，设定值就是期望的恒温值。程序是被控制的操作或功能。尤其是输出被控制。目前，程序的作用通常是一个生产操作，输出的变化是某个程序的变化，也许是程序的紧急措施，就像温度、力、流速。感应器是用来测量输出的变化，将输出送至输入。在闭还控制系统中感应器实现的是反馈功能。控制器比较输出与输入，并且在程序中做相应的调整以减少彼此的差异。调整由一个或多个执行器来完成，执行器是机械的执行控制动作的一种硬件元气件，就像电动机、流量阀