控制回路

控制回路(control loop)是工业控制系统的基础组件。控制回路包括了所有为了自动调整过程变数(PV)接近目标值(SV)所需要的实体元件以及控制功能。控制回路包括了过程感测器、控制功能以及最终控制元件 (FCE),所有自动控制系统都需要这些功能及元件。

应用

 
单一工业控制回路的例子,制程流量的连调变控制

插图中是包括过程变数输入、控制机能及控制输出(control output)的控制回路,会调节最终控制元件(FCE)的动作来改变受控变数(manipulated variable,MV)的值。在此例中,是流量的控制回路,不过控制回路也可以控制温度、液面高度或是其他过程控制需要控制的物理量。其中的控制器类似PID控制器,可以产生在0-100%之间的输出信号,其输出不只是开关讯号而已 [1]

在此例中过程变数的值和受控变数的值相同,因为是在同一个管路上。不过若是利用阀门灌水到水槽中,控制器要控制水槽的水位,则过程变数是水槽的水位,受控变数是到水槽的水量。 控制功能可以是独立的控制器,也可能是电脑化控制系统(例如分散式控制系统或是可编程逻辑控制器)中的机能模块。不论哪一种情形,控制回路图都可以呈现控制机能以及和受控体之间交互作用,是方便且有用的工具。在实务上,在过程控制的层级,管路设备图英语Piping and instrumentation diagram的控制回路会以标准的符号进行缩写,而管路设备图是以过程流程图为基础,列出所有程序量测及控制的元件 [2]

若考虑更细节的层次,控制回路接线图会列出电气以及气压管路的接线方式。这对诊断和维修非常有帮助,因为单一控制机能的所有接线都会列在同一个图上。

回路及控制元件的名称

为了让系统中的设备有唯一不重复的命名,每一个控制回路以及其中的元件都会透过命名系统命名,每一个元件都有唯一不重复的识别字符[3]

依照ANSI/ISA英语Instrument Society of America S5.1及ISO 14617-6的标准,识别字符最多由五个英文字母组成。

其中的一个字母表示其量测的物理量,第二个字母是修饰用字母,第三个字母表示其被动/读值功能,第四个字母表示其主动/输出功能被动/读值……)是修饰用字母,第五个字母是功能白的修饰用字母。后面是回路号码,在系统中针对回路的唯一编码。

例如FIC045是045控制回路中的流量指示控制器(Flow Indicating Controller),这也称为现场设备的识别字符,一般会依设备的位置及功能命名,同一个控制回路中可能会有FT045,是同一个回路中的流量传感器。

针对工业系统中设备的参考命名,可以参考IEC 61346英语IEC 61346 (Industrial systems, installations and equipment and industrial products — Structuring principles and reference)。

参考资料

  1. ^ Cooper, Douglas. Control Guru. Control Guru terminology. [16 September 2017]. (原始内容存档于2020-12-04). 
  2. ^ Piping and instrumentation diagram P&ID. Process Flow Systems. [16 September 2017]. (原始内容存档于2020-07-20). 
  3. ^ Components of control loops and ISA symbology (PDF). Instrumentation and control - process control fundamentals. [16 September 2017]. (原始内容 (PDF)存档于2018-11-23).