自动控制技术在工业生产中的应用研究

摘要：本文系统地研究了自动控制技术在工业生产中的应用情况，详细阐述了其在流程工业、离散制造业等不同工业场景中的具体应用形式，分析了应用过程中面临的挑战，并对未来发展趋势进行了展望。为工业企业进一步优化生产过程、提高竞争力提供了理论依据和实践指导。​

关键词：自动控制；工业生产；应用

引言​

工业生产是国民经济的重要支柱，其发展水平直接影响着国家的综合实力。在当今全球化竞争日益激烈的背景下，工业企业面临着提高生产效率、降低成本、提升产品质量以及满足环保和安全要求等多重挑战。自动控制技术作为现代工业的核心技术之一，能够实现对生产过程的精确控制、自动化操作以及智能化管理，为工业企业应对这些挑战提供了有效的解决方案。

一、自动控制技术概述​

（一）自动控制的基本原理​

自动控制基于反馈控制原理，其核心思想是通过检测系统的输出并与期望的输入（设定值）进行比较，根据两者之间的偏差来调整系统的输入，以使系统输出尽可能接近设定值。一个典型的自动控制系统由控制器、执行器、被控对象和传感器组成。传感器负责测量被控对象的输出信号，并将其反馈给控制器。控制器根据反馈信号与设定值的偏差，按照特定的控制算法计算出控制信号，然后通过执行器作用于被控对象，改变其输入，从而实现对被控对象输出的控制。例如，在一个温度控制系统中，传感器测量被控对象（如加热炉）的温度，将温度信号反馈给控制器。控制器将实际温度与设定温度进行比较，若实际温度低于设定温度，控制器则输出一个控制信号，使执行器（如加热元件）加大加热功率，从而提高被控对象的温度；反之，若实际温度高于设定温度，控制器则减小加热功率。通过这种不断的反馈和调整，系统能够保持被控对象的温度稳定在设定值附近。​

（二）自动控制技术的分类​

经典控制理论主要研究单输入单输出（SISO）线性定常系统的控制问题，以传递函数为数学模型，采用频率响应法、根轨迹法等方法进行系统分析和设计。经典控制理论具有物理概念清晰、设计方法简单直观等优点，在工业生产中的许多常规控制系统设计中得到广泛应用，如简单的温度控制、压力控制等系统。​

现代控制理论主要研究多输入多输出（MIMO）系统、时变系统和非线性系统的控制问题，以状态空间法为数学模型，采用最优控制、自适应控制、鲁棒控制等先进控制策略。现代控制理论能够处理复杂的系统控制问题，对于提高工业生产过程的控制精度和性能具有重要意义，在大型工业生产装置、机器人控制等领域有广泛应用。​

智能控制是近年来发展迅速的控制技术，它融合了人工智能、神经网络、模糊逻辑、遗传算法等多种学科知识，能够处理具有不确定性、非线性和复杂性的系统控制问题。智能控制不需要精确的数学模型，能够根据系统的运行状态和环境变化自动调整控制策略，具有自学习、自适应和自组织的能力。在工业生产中，智能控制在复杂生产过程优化、故障诊断与预测等方面发挥着越来越重要的作用。​

二、自动控制技术在工业生产中的应用​

（一）流程工业中的应用​

在化工生产中，自动控制技术广泛应用于反应过程、精馏过程、传热过程等各个环节。例如，在化工反应过程中，通过控制反应温度、压力、流量等参数，确保反应在最佳条件下进行，提高产品收率和质量。以乙烯生产为例，在裂解炉控制中，采用先进的燃烧控制算法，根据原料性质和生产负荷实时调整燃料和空气的流量，保证裂解炉内温度均匀稳定，提高乙烯的产量和质量，同时降低能耗。在精馏过程中，利用自动控制系统精确控制塔板温度、回流比等参数，实现对混合物的高效分离。通过实时监测塔顶和塔底产品的成分，自动调整控制参数，确保产品质量符合标准要求。​

电力系统是一个庞大而复杂的系统，自动控制技术在电力系统的发电、输电、变电、配电和用电各个环节都起着至关重要的作用。在发电环节，通过自动控制系统实现对发电机组的启停控制、功率调节和故障保护。例如，在火电机组中，利用协调控制系统（CCS）对锅炉和汽轮机进行协同控制，根据电网负荷需求快速调整机组的输出功率，同时保证机组的安全稳定运行。在输电环节，采用自动电压控制（AVC）和自动功率控制（APC）技术，实时监测电网电压和功率分布，通过调节变压器分接头、投切电容器等方式，维持电网电压稳定和功率平衡，提高输电效率和可靠性。​

石油炼制过程涉及多个复杂的工艺流程，如原油蒸馏、催化裂化、加氢精制等。自动控制技术在石油炼制过程中用于优化生产操作、提高产品质量和降低生产成本。在原油蒸馏过程中，通过自动控制系统精确控制蒸馏塔的温度、压力、液位等参数，实现原油的高效分离。利用先进的控制算法，根据原油性质和产品需求动态调整操作参数，提高轻质油收率。在催化裂化过程中，对反应温度、催化剂循环量等关键参数进行精确控制，保证反应的稳定性和产品质量。通过在线分析仪表实时监测产品质量，自动调整控制参数，确保产品符合质量标准。​

（二）离散制造业中的应用​

在离散制造业中，自动化生产线是提高生产效率和产品质量的重要手段。自动控制技术用于控制生产线中各种设备的运行，实现物料的自动输送、加工和装配。例如，在汽车制造行业，自动化生产线通过可编程逻辑控制器（PLC）控制机器人、机床、输送设备等各种设备的协同工作。PLC 根据预设的程序，精确控制机器人的运动轨迹，实现汽车零部件的搬运、焊接、装配等操作。同时，通过传感器实时监测设备的运行状态和产品质量，当出现故障或质量问题时，自动控制系统能够及时发出警报并采取相应的措施，保证生产线的正常运行。​

数控机床是离散制造业中的关键设备，自动控制技术是数控机床实现高精度加工的核心。数控机床通过数控系统控制机床的坐标轴运动，实现对工件的精确加工。数控系统根据零件的加工图纸和工艺要求，生成数控加工程序，控制机床的主轴转速、进给速度、刀具位置等参数。例如，在加工复杂的机械零件时，数控系统能够根据零件的几何形状和加工工艺，精确控制刀具的运动轨迹，实现高精度的铣削、钻孔、镗孔等加工操作。同时，利用自动换刀系统，实现刀具的快速更换，提高加工效率。​

在离散制造业的仓储物流环节，自动控制技术用于实现货物的自动化存储、检索和运输。自动化立体仓库通过自动控制系统控制堆垛机、输送机、穿梭车等设备的运行，实现货物的自动入库、出库和存储管理。例如，当有货物需要入库时，自动控制系统根据仓库的存储情况，规划堆垛机的运行路径，将货物准确地存入指定的货位。在货物出库时，自动控制系统根据订单信息，快速检索出货物所在的货位，并控制堆垛机将货物取出，通过输送机输送到发货区。通过自动化仓储物流系统的应用，提高了仓储空间利用率，降低了人工成本，提高了物流效率。​

​结论​

自动控制技术在工业生产中的应用极大地推动了工业现代化进程，提高了工业生产的效率、质量和安全性，降低了生产成本和能源消耗。未来，随着人工智能、物联网、大数据等新兴技术与自动控制技术的深度融合，自动控制技术在工业生产中的应用将更加广泛和深入，为工业生产的智能化、绿色化、可持续发展提供更加强有力的支持。

参考文献

[1]郭向荣.机械自动化在工业生产中的应用[J].科技资讯，2020，18（02）：69+71.

[2]张程.机械自动化技术在工业生产中的应用[J].轻纺工业与技术，2019，48（09）：139-140.