1自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)

劉艷艷

1a1自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)

劉艷艷

1a2主要內(nèi)容1、自動(dòng)控制2、計(jì)算機(jī)3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4、可編程控制器（plc)2a2主要內(nèi)容1、自動(dòng)控制2a一、什么是自動(dòng)化1、自動(dòng)化定義

自動(dòng)化是指在無(wú)人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過(guò)程。研究?jī)?nèi)容：自動(dòng)化是一門(mén)涉及學(xué)科較多﹑應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)等是該學(xué)科的重要基礎(chǔ)它的研究?jī)?nèi)容主要有自動(dòng)控制和信息處理兩個(gè)方面﹐包括理論﹑方法﹑硬件和軟件等。3a一、什么是自動(dòng)化1、自動(dòng)化定義3a2、什么是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)是指綜合運(yùn)用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和相關(guān)工藝技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、節(jié)省能耗、降低消耗、減少污染、確保安全等目的的一種綜合性技術(shù)。4a2、什么是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)4a53、自動(dòng)控制概念

所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱(chēng)控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱(chēng)被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)：

實(shí)現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。5a53、自動(dòng)控制概念5a

4、自動(dòng)控制技術(shù)的內(nèi)容自動(dòng)控制技術(shù)包含了自動(dòng)控制系統(tǒng)中所有元器件的構(gòu)造原理和性能，以及控制對(duì)象或被控過(guò)程的特性等方面的知識(shí)；自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與綜合；控制用計(jì)算機(jī)(能作數(shù)字運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的控制機(jī))的構(gòu)造原理和實(shí)現(xiàn)方法。6a4、自動(dòng)控制技術(shù)的內(nèi)容自動(dòng)控制技術(shù)包含了自動(dòng)控制系統(tǒng)中所有5、自動(dòng)控制技術(shù)的原理和方法自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化單元技術(shù)和集成技術(shù)及其在各類(lèi)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。它以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，以電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)為主要工具，面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制及各行業(yè)、各部門(mén)的自動(dòng)化。它具有“控(制)管(理)結(jié)合，強(qiáng)(電)弱(電)并重，軟(件)硬(件)兼施”等鮮明的特點(diǎn)，7a5、自動(dòng)控制技術(shù)的原理和方法自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化單元技術(shù)和二、自動(dòng)化系統(tǒng)分類(lèi)1、從應(yīng)用角度分a、過(guò)程自動(dòng)化

石油煉制和化工等工業(yè)中流體或粉體的化學(xué)處理自動(dòng)化。一般采用由檢測(cè)儀表﹑調(diào)節(jié)器和計(jì)算器等組成的過(guò)程控制系統(tǒng)﹐對(duì)加熱爐﹑蒸餾塔等設(shè)備或整個(gè)工廠進(jìn)行最優(yōu)控制。8a二、自動(dòng)化系統(tǒng)分類(lèi)1、從應(yīng)用角度分8ab、機(jī)械制造自動(dòng)化

這是機(jī)械化﹑電氣化與自動(dòng)控制相結(jié)合的結(jié)果﹐處理的對(duì)象是離散工件。c、管理自動(dòng)化

工廠或事業(yè)單位的人﹑財(cái)﹑物﹑生產(chǎn)﹑辦公等業(yè)務(wù)管理自動(dòng)化﹐是以信息處理為核心的綜合性技術(shù)﹐涉及電子計(jì)算器﹑通信﹑系統(tǒng)與控制等學(xué)科。d、其它：實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化9ab、機(jī)械制造自動(dòng)化9a2、按測(cè)控形式分a、SCADA（SupervisorControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)的監(jiān)視，并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)。

SCADA系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集、本地和遠(yuǎn)程控制、多種通訊介質(zhì)聯(lián)接、易于重新配置及本地和遠(yuǎn)程診斷。10a2、按測(cè)控形式分10ab、DCS（DistributedControlSystem）系統(tǒng)

DCS是一種分布式控制系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱(chēng)之為集散控制系統(tǒng)。

DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個(gè)控制器（過(guò)程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。11ab、DCS（DistributedControlSyst

DCS系統(tǒng)的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、綜合協(xié)調(diào)的原則，將測(cè)控系統(tǒng)分為分散過(guò)程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)和綜合信息管理級(jí)，構(gòu)成一分級(jí)分布式控制系統(tǒng)。

因此，DCS的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。12aDCS系統(tǒng)的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制c、直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)d、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（簡(jiǎn)稱(chēng)SCC）系統(tǒng)e、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)FCS）系統(tǒng)13ac、直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)13a三、自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成1、SCADA系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)主要應(yīng)用于水利、石油、供電等行業(yè)中，用于地理環(huán)境惡劣無(wú)人值守的環(huán)境下進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。它的主要結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)程控制單元RTU（RemoteTerminalUnit）、通訊網(wǎng)絡(luò)及中心站。14a三、自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成1、SCADA系統(tǒng)14a1)遠(yuǎn)程終端RTU

RTU主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及本地控制，進(jìn)行本地控制時(shí)作為系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的工作站，這時(shí)RTU可以獨(dú)立的完成連鎖控制、前饋控制、反饋控制、PID(比例、微分、積分）控制等工業(yè)上常用的控制調(diào)節(jié)功能；進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)作為一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊單元，完成或響應(yīng)本站與中心站或其它站的通訊和遙控任務(wù)。15a1)遠(yuǎn)程終端RTU15a2)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)

主要用于RTU與中心站通訊及與其它RTU通訊。通訊鏈路種類(lèi)有無(wú)線、有線、微波、光纖。RTU可支持的通訊方式有中心站觸發(fā)的通訊方式和RTU觸發(fā)的通訊方式。16a2)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)

主要用于RTU與中心站通訊及中心站觸發(fā)的通訊方式包括：

?

輪詢方式由系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)時(shí)間周期，每隔一個(gè)時(shí)間段系統(tǒng)進(jìn)行一次查詢，接收中心站所需要的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

?廣播方式由中心站向所有RTU或某分組內(nèi)的RTU下發(fā)命令。

?控制命令下發(fā)方式如下發(fā)開(kāi)、關(guān)控制命令，修改報(bào)警及控制權(quán)限。

RTU觸發(fā)的通訊方式：RTU可以在程序中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置條件，以便在非常情況下向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。17a中心站觸發(fā)的通訊方式包括：

?輪詢方式由3）中心站

它可包含多個(gè)工作站和支持網(wǎng)絡(luò)功能的設(shè)備，以完成不同的工作。它通過(guò)中心站軟件管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)工作站通過(guò)組態(tài)畫(huà)面監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)，下發(fā)控制命令進(jìn)行控制，并完成工況圖、統(tǒng)計(jì)曲線、報(bào)表等功能。

18a3）中心站

它可包含多個(gè)工作站和支持網(wǎng)絡(luò)功能的設(shè)備，2、DCS系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過(guò)程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)。1）過(guò)程級(jí)主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。2）操作級(jí)包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。3）管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），它是DCS更高層次的應(yīng)用。19a2、DCS系統(tǒng)19aDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20aDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20a四、自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理1、系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)1）現(xiàn)在作一個(gè)游戲，讓張三和李四分別去拿放在一張桌子上的杯子，張三把自己的雙眼蒙上，而李四卻不用蒙上雙眼?？纯此麄冋l(shuí)能順利地拿到杯子？2）人打算拿桌子上的杯子時(shí)，首先要看一下杯子的位置與自己手的距離有多少，然后人的大腦會(huì)指揮自己的手做出動(dòng)作，向減少這個(gè)距離的方向移動(dòng)，同時(shí)不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運(yùn)動(dòng)，杯子也就拿到了。這個(gè)過(guò)程可以用下邊的圖來(lái)表示。

由于沒(méi)有了眼睛所以圖中的反饋就無(wú)法形成人這個(gè)“機(jī)器”也就工作不正常了21a四、自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理1、系統(tǒng)工作原理自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的關(guān)鍵就在于反饋系統(tǒng)的存在，正是有了反饋的存在，才使自動(dòng)化成為可能。反饋：反饋控制是這樣一種控制過(guò)程，它能夠在存在擾動(dòng)的情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱(chēng)參據(jù)量）（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，而且其工作正是基于這一偏差基礎(chǔ)之上的。反饋控制系統(tǒng)是一種能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間的既定關(guān)系的系統(tǒng)，它利用輸出量與輸入量的偏差來(lái)進(jìn)行控制。22a自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的關(guān)鍵就在于反饋系統(tǒng)的存在，正是有了反饋的存1、自動(dòng)化系統(tǒng)組成：檢測(cè)比較裝置所起作用相當(dāng)于人眼在上面例子中的作用，主要是獲得反饋，并且計(jì)算我們要達(dá)到的目的與現(xiàn)在的實(shí)際情況之間的差值

控制器所起作用相當(dāng)于大腦在上面例子中的作用，主要是用來(lái)決定應(yīng)該怎樣做

執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要所起作用相當(dāng)于人手在上面例子中的作用，完成控制器下達(dá)的決定

控制量也就是所要達(dá)到的目的，相當(dāng)于手和杯子之間的距離?？刂屏渴俏覀冏詣?dòng)化機(jī)器所要達(dá)到的最終目的23a1、自動(dòng)化系統(tǒng)組成：23a2、自動(dòng)化各構(gòu)成部分的作用及實(shí)現(xiàn)1）檢測(cè)（測(cè)量）裝置

檢測(cè)（測(cè)量）裝置主要是傳感器。傳感器是一種能把物理量﹑化學(xué)量﹑生物量等轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。輸出的電信號(hào)有不同形式，如電壓﹑電流﹑頻率﹑脈沖等，能滿足信息傳輸﹑處理﹑記錄﹑顯示﹑控制的要求。24a2、自動(dòng)化各構(gòu)成部分的作用及實(shí)現(xiàn)24a通常傳感器由感應(yīng)組件和轉(zhuǎn)換組件組成。感應(yīng)組件(SensingElement)能直接感受被測(cè)量的的量;

轉(zhuǎn)換組件(TransductionElement)則將感應(yīng)組件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)。25a通常傳感器由感應(yīng)組件和轉(zhuǎn)換組件組成。25a與人類(lèi)五大感覺(jué)器官相比對(duì)應(yīng)的傳感器眼睛（視覺(jué)）光傳感器﹑影像傳感器等耳朵（聽(tīng)覺(jué)）壓力傳感器﹑電容麥克風(fēng)等皮膚（觸覺(jué)）力學(xué)傳感器﹑溫度傳感器﹑濕度傳感器等﹔舌頭（味覺(jué)）等離子傳感器﹑化學(xué)傳感器等﹔鼻子（嗅覺(jué)）半導(dǎo)體氣體傳感器﹑燃燒式氣體傳感器等除了以上和五感相比擬的傳感器外還有紅外線傳感器、接近傳感器速度和加速度傳感器、磁性傳感器等26a與人類(lèi)五大感覺(jué)器官相比對(duì)應(yīng)的傳感器除了以上和五感相比擬的傳感一般測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量類(lèi)型(根據(jù)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后接入控制器的種類(lèi)劃分）：被測(cè)量轉(zhuǎn)換量舉例圖例模擬量（連續(xù)、不間斷的量）0~5V，1~5V；0~20mA，4~20mA；電阻壓力、液位，流量，溫度脈沖量2~36V方波；油、氣、水流量，開(kāi)關(guān)量0~24V開(kāi)關(guān)信號(hào)水位（點(diǎn)），閥位27a一般測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量類(lèi)型(根據(jù)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后接入控制器的種2）控制器

控制器（一般是RTU、PLC等設(shè)備）的主要作用是進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、處理、發(fā)送及本地控制。28a2）控制器28a由傳感器測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)量被轉(zhuǎn)換為與其成比例的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后輸入到控制器，控制器將接收到的電流信號(hào)按相同的比例反算回被測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值，同時(shí)將該數(shù)據(jù)應(yīng)用到其他相關(guān)的計(jì)算、控制過(guò)程并按需要將數(shù)據(jù)傳送至其他位置（如監(jiān)控機(jī)）。29a由傳感器測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)量被轉(zhuǎn)換為與其成比例的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后輸入3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是按控制器輸出的指令驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，從而達(dá)到控制被控設(shè)備的目的的裝置。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以電為動(dòng)力源的儀表，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為動(dòng)力源的儀表。30a3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）30a自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用煉鋼、化工、石油、電力、造紙、紡織、食品等工業(yè)航空、航海、汽車(chē)、鐵路運(yùn)輸和國(guó)防工業(yè)。圖書(shū)資料的管理、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、原子能、空氣動(dòng)力等領(lǐng)域。31a自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用31a

自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑軍事﹑科學(xué)研究﹑交通運(yùn)輸﹑商業(yè)﹑醫(yī)療﹑服務(wù)和家庭等方面

采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)﹑部分腦力勞動(dòng)以及惡劣﹑危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)﹐而且能擴(kuò)展人的器官功能﹐極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率﹐增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此﹐自動(dòng)化是工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。32a自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑軍事﹑科學(xué)研究﹑交通運(yùn)輸﹑33

計(jì)算機(jī)概念系統(tǒng)用途分類(lèi)發(fā)展33a33計(jì)算機(jī)33a34概念

（ElectronicDigitalComputer

）計(jì)算機(jī)是一種能夠按照程序運(yùn)行，自動(dòng)、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)由硬件和軟件組成計(jì)算機(jī)是完成信息處理的工具

計(jì)算機(jī)通過(guò)預(yù)先編好的存儲(chǔ)程序來(lái)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的加工處理計(jì)算機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是非常明顯它人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物34a34概念

（ElectronicDigital35硬件系統(tǒng)（Hardware）組成計(jì)算機(jī)的任何機(jī)械的、電子的、磁性的部件整個(gè)計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)基本功能：運(yùn)行由預(yù)先設(shè)計(jì)好的指令編制的各種程序計(jì)算機(jī)的主機(jī)(由運(yùn)算器、控制器和存儲(chǔ)器組成)、顯示器、打印機(jī)、通訊設(shè)備等系統(tǒng)組成35a35系統(tǒng)組成35a36軟件系統(tǒng)（Software）計(jì)算機(jī)軟件是指為了更好地發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件的效能和方便用戶使用計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的各種程序和數(shù)據(jù)的總和。系統(tǒng)軟件（SystemSoftware）用于管理機(jī)器各種資源的程序及協(xié)調(diào)各裝置工作的程序和為用戶編制程序服務(wù)的程序如操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等應(yīng)用軟件（ApplicationSoftware）與用戶具體用途關(guān)系密切,應(yīng)用針對(duì)性強(qiáng)的軟件單項(xiàng)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng),如學(xué)籍管理和師資管理、文件檔案管理、財(cái)會(huì)統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理等功能較強(qiáng)的系統(tǒng),如庫(kù)存管理系統(tǒng),綜合情報(bào)檢索系統(tǒng),會(huì)計(jì)信息系統(tǒng)等系統(tǒng)36a36系統(tǒng)36a37硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的關(guān)系軟硬件之間的界面不是固定不變的軟硬件在功能上具有等效性，軟硬件能提供同樣的邏輯運(yùn)算能力硬件實(shí)現(xiàn)成本高,但速度快軟件實(shí)現(xiàn)成本低,但速度慢

系統(tǒng)37a37系統(tǒng)37a38數(shù)值計(jì)算科學(xué)計(jì)算，應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理科學(xué)研究和工程技術(shù)中所遇到的數(shù)學(xué)計(jì)算如衛(wèi)星運(yùn)行軌跡,水壩應(yīng)力,氣象預(yù)報(bào),油田布局,潮汐規(guī)律等等信息處理

信息處理是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、分類(lèi)、選擇、存儲(chǔ)、制表、檢索、輸出等的加工過(guò)程如自動(dòng)閱卷、圖書(shū)檢索、財(cái)務(wù)管理、生產(chǎn)管理、醫(yī)療診斷、編輯排版、情報(bào)分析等等實(shí)時(shí)控制

及時(shí)搜集檢測(cè)數(shù)據(jù),按最佳值對(duì)事物進(jìn)程的調(diào)節(jié)控制如工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)控制用途38a38用途38a39輔助設(shè)計(jì)

利用計(jì)算機(jī)的制圖功能,實(shí)現(xiàn)各種工程的設(shè)計(jì)工作如橋梁設(shè)計(jì)、船舶設(shè)計(jì)、飛機(jī)設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)等等智能模擬

人工智能，利用計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)智力活動(dòng),以替代人類(lèi)部分腦力勞動(dòng)具有一定“學(xué)習(xí)、推理和聯(lián)想”能力的機(jī)器人用途39a39用途39a40按功能和用途通用計(jì)算機(jī)解決諸如科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制、輔助設(shè)計(jì)等多方面問(wèn)題功能多,用途廣,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因而價(jià)格也偏高

專(zhuān)用計(jì)算機(jī)解決專(zhuān)門(mén)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī),如用于彈道控制、地震監(jiān)測(cè)等方面的計(jì)算機(jī)功能專(zhuān)一,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格較低

按計(jì)算機(jī)硬、軟件的配套規(guī)模及功能大小等綜合指標(biāo)巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)因存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度的不同而用途各異分類(lèi)40a40分類(lèi)40a41

第一代1946-1958第二代1958-1965第三代1965-1971第四代1971-代表機(jī)型ENIAC(1946.2)IBM-701(1953.4)IBM-650(1954.11)IBM-7090(1959.11)IBM-7094(1962.9)IBM(中型機(jī))IBM-370(大機(jī)型)PDP-11(小型機(jī))ILL-IACIV(巨型機(jī))PEPE(巨型機(jī))INTEL-3000(微型機(jī))硬件電子管晶體管中小型規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路磁鼓磁芯磁芯,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器軟件符號(hào)語(yǔ)言匯編語(yǔ)言批處理操作系統(tǒng)FORTRAN、COBOL、ALGOL60等程序語(yǔ)言分時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)話式語(yǔ)言(如BASIC)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件軟件系統(tǒng)工程化、理論化;可擴(kuò)充語(yǔ)言,數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)算速度(定點(diǎn)加法)每秒數(shù)千次每秒數(shù)萬(wàn)-數(shù)十萬(wàn)次每秒數(shù)十萬(wàn)-數(shù)百萬(wàn)次每秒數(shù)百萬(wàn)-數(shù)億次應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能模擬巨型機(jī)用于尖端科學(xué)和軍事,微型機(jī)進(jìn)入日常工作和生活發(fā)展41a41第一代第二代第三代第四代代表機(jī)型ENIAC(1946.242計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念功能分類(lèi)協(xié)議和模型42a42計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)42a43概念

定義：把分布在不同地點(diǎn)且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)通信設(shè)備和線路連接起來(lái)，在功能完善的軟件和協(xié)議的管理下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享的系統(tǒng)。地理位置上分布的計(jì)算機(jī)的集合用傳輸介質(zhì)互聯(lián)起來(lái)遵守共同的協(xié)議相互通信使用戶隨時(shí)隨地能共享信息資源和交換信息43a43概念43a由定義可知：(1)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是“通信技術(shù)”與“計(jì)算機(jī)技術(shù)”的結(jié)合產(chǎn)物(2)以數(shù)據(jù)交換為基礎(chǔ)，以共享資源為目的

主機(jī)

終端

終端主機(jī)

終端

主機(jī)主機(jī)通信設(shè)備通信線路通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)44a由定義可知：主機(jī)終端終端主機(jī)終45功能信息交換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最基本的功能完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的系統(tǒng)通信傳送電子郵件、發(fā)布新聞消息、進(jìn)行電子購(gòu)物、電子貿(mào)易、遠(yuǎn)程電子教育等資源共享

資源是指構(gòu)成系統(tǒng)的所有要素,包括軟、硬件資源增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)的處理能力,提高了計(jì)算機(jī)軟硬件的利用率分布式處理

一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)可以劃分成許多部分45a45功能45a46分類(lèi)按地理范圍分類(lèi)局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）按傳輸速率分類(lèi)高速網(wǎng)、低速網(wǎng)按傳輸介質(zhì)分類(lèi)有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)46a46分類(lèi)46a47拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線節(jié)點(diǎn)47a47拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線節(jié)點(diǎn)47a48拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)48a48拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)48a49協(xié)議和模型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中要做到有條不紊的交換數(shù)據(jù)，各計(jì)算機(jī)之間就必須遵守事先約定好的規(guī)則，這些規(guī)則、約定在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一系列的通信規(guī)則49a49協(xié)議和模型49a計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常采用高度民主結(jié)構(gòu)化的分層設(shè)計(jì)方法，將網(wǎng)絡(luò)劃分為一組功能分明、相對(duì)獨(dú)立和易于操作的層次，依靠各層次之間的功能組合提供網(wǎng)絡(luò)的通信服務(wù)。如數(shù)據(jù)的格式是怎樣的,以什么樣的控制信號(hào)聯(lián)絡(luò),具體傳送方式是什么,發(fā)送方怎樣保證數(shù)據(jù)的完整性、正確性,接收方如何應(yīng)答等等常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有IPX/SPX,TCP/IP等目前Internet使用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是TCP/IP模型，包括網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。50a計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常采用高度民主結(jié)構(gòu)化的分層設(shè)計(jì)方法，將網(wǎng)絡(luò)劃51協(xié)議和模型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)模型（OSI）不是一個(gè)實(shí)際的物理模型,而是一個(gè)將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范化了的邏輯參考模型OSI七層模型應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)51a51協(xié)議和模型51a52協(xié)議和模型通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)的范疇：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層資源子網(wǎng)的范疇：會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層傳輸層起著承上啟下的作用52a52協(xié)議和模型52a53

可編程控制器(plc)53a53可編程控制器(plc)53a54

PLC基礎(chǔ)知識(shí)

一、PLC的產(chǎn)生與歷史二、可編程控制器的定義三、PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)四、PLC的特點(diǎn)五、PLC的基本功能六、PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較54a54PLC基礎(chǔ)知識(shí)一、P55一、PLC的產(chǎn)生與歷史世界上第一臺(tái)PLC1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司（GE）的要求研制成功。

背景：

1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司（GE），為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

55a55一、PLC的產(chǎn)生與歷史世界上第一臺(tái)PLC55a56設(shè)計(jì)思想：吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜；

☆計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；

☆采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用.（梯形圖）56a56設(shè)計(jì)思想：56a57◆70年代初期：僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱(chēng)為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）◆70年代中期：微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能◆80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。57a5757a58近年來(lái)PLC發(fā)展

PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價(jià)格比高、高可靠性的特點(diǎn)，已成為自動(dòng)化工程的核心設(shè)備。

PLC成為具備計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。

PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。58a58近年來(lái)PLC發(fā)展58a59二、可編程控制器的定義定義：

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對(duì)可編程控制器定義如下：

“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。59a59二、可編程控制器的定義定義：59a60三、PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1969年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制了第一臺(tái)PLC，從此PLC發(fā)展迅猛。

我國(guó)改革開(kāi)放后，美國(guó)AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德國(guó)西門(mén)子等廠家的產(chǎn)品不斷進(jìn)入我國(guó)，并在各行各業(yè)的工控系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。60a60三、PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

PLC三大流派歐洲：德國(guó)的西門(mén)子(SIEMENS)、AEG及法國(guó)的TI公司美國(guó)：A-B（Allen-Bradly）(其產(chǎn)品約占美國(guó)PLC市場(chǎng)50％的份額。)、GE（GeneralElectric）、莫迪康(MODICON)公司、德州儀器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）FUJI（日本主要發(fā)展中小型PLC，在世界小型PLC市場(chǎng)上，日本產(chǎn)品約占有70％的份額。在中國(guó)，OMRON產(chǎn)品的銷(xiāo)量居首位）目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還有韓國(guó)、臺(tái)灣等PLC產(chǎn)品；現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了系列化的國(guó)產(chǎn)PLC，其價(jià)格相對(duì)低廉，性價(jià)比較高。61aPLC三大流派61a西門(mén)子PLC外形圖S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC62a西門(mén)子PLC外形圖S7-200系列PLCS歐姆龍PLC外形圖C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC63a歐姆龍PLC外形圖C200H系列P

PLC的國(guó)內(nèi)外狀況1974年我國(guó)開(kāi)始仿制美國(guó)的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問(wèn)題等原因未能推廣。直到1977年，我國(guó)才研制出第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的PLC，并開(kāi)始批量生產(chǎn)和應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程的控制。主要廠家有：北京和利時(shí)，科迪納，張前蘇。洛陽(yáng)易達(dá)，無(wú)錫信捷，南京嘉華，蘭州全志，廣州科賽恩，中山智達(dá)，恒日等。64aPLC的國(guó)內(nèi)外狀況1974年我國(guó)開(kāi)始仿65a65a

PLC的發(fā)展趨勢(shì)（1）向高速度、大存儲(chǔ)容量方向發(fā)展（CPU處理速度nS級(jí)；內(nèi)存2M字節(jié)）（2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性（超大型和超小型)

（3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化（硬件、軟件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、與現(xiàn)場(chǎng)總線兼容的I／0（5）加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信的能力（6）控制的開(kāi)放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)OMAC（openModularArchitectureforControl）66aPLC的發(fā)展趨勢(shì)（1）向高速度、大存儲(chǔ)

四、PLC的特點(diǎn)

可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣通用性強(qiáng)，使用方便

編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握

安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試和維修方便。67a四、PLC的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾能

五、PLC的基本功能1邏輯控制功能2定時(shí)控制功能3計(jì)數(shù)控制功能4步進(jìn)控制功能5數(shù)據(jù)處理功能6回路控制功能7通訊聯(lián)網(wǎng)功能8監(jiān)控功能9停電記憶功能10故障診斷功能68a五、PLC的基本功能1邏輯控制功能6

1邏輯控制功能

邏輯控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機(jī)控制、多機(jī)群控和自動(dòng)生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例。例如：機(jī)床電氣控制、起重機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)和包裝機(jī)械的控制、注塑機(jī)控制、電梯控制、飲料灌裝生產(chǎn)線、家用電器(電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)等)自動(dòng)裝配線控制、汽車(chē)、化工、造紙、軋鋼自動(dòng)生產(chǎn)線控制等。69a1邏輯控制功能邏輯控制功能是PLC

2定時(shí)控制功能定時(shí)控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的定時(shí)器，功能類(lèi)似于繼電器線路中的時(shí)間繼電器。定時(shí)器的設(shè)定值(定時(shí)時(shí)間)可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。同時(shí)PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，用于準(zhǔn)確實(shí)時(shí)控制。70a2定時(shí)控制功能定時(shí)控制功能是PLC的

3計(jì)數(shù)控制功能計(jì)數(shù)控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC為用戶提供許多計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某一數(shù)值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)(計(jì)數(shù)值到)，利用該狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改。71a3計(jì)數(shù)控制功能計(jì)數(shù)控制功能是PLC的最4

數(shù)據(jù)處理功能PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開(kāi)方、PID運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等操作，還可以和CRT、打印機(jī)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印。72a4數(shù)據(jù)處理功能PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理5

監(jiān)控功能PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可以對(duì)PLC有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。利用編程器，可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)整和維護(hù)提供了極大的方便。73a5監(jiān)控功能PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控

6

停電記憶功能PLC內(nèi)部的部分存儲(chǔ)器所使用的RAM設(shè)置了停電保持器件（備用電池等），以保證斷電后這部分存儲(chǔ)器中的信息能夠長(zhǎng)期保存。利用某些記憶指令，可以對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行記憶，以保持PLC斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。PLC電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。74a6停電記憶功能PLC內(nèi)部的部分存儲(chǔ)7

故障診斷功能PLC可以對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類(lèi)型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)中止運(yùn)行。PLC的故障自診斷功能，大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全和可維護(hù)性。75a7故障診斷功能PLC可以對(duì)系統(tǒng)六、PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較

PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較繼電器控制采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的功能。PLC控制只要改變程序并改動(dòng)少量的接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。從適應(yīng)性、可靠性及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等各方面進(jìn)行比較。傳統(tǒng)的繼電器控制大多數(shù)將被PLC所取代。

與工業(yè)計(jì)算機(jī)比較工業(yè)控制機(jī)控制要求開(kāi)發(fā)人員具有較高的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和微機(jī)軟件編程的能力。PLC采用了采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用，便于推廣應(yīng)用。PLC是專(zhuān)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有更高的可靠性。在模型復(fù)雜、計(jì)算量大且較難、實(shí)時(shí)性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機(jī)則更能發(fā)揮其專(zhuān)長(zhǎng)。76a六、PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較PLC與繼電器控制

PLC基本原理1PLC內(nèi)部硬件框圖及各部分作用2PLC工作過(guò)程特點(diǎn)及主要性能指標(biāo)3PLC分類(lèi)77aPLC基本原理1PLC內(nèi)部硬件框

1PLC內(nèi)部硬件框圖及各部分作用1.1PLC的組成可編程控制器（PLC）主要由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器、人機(jī)界面等幾組成

78a1PLC內(nèi)部硬件框圖及各部分作用1.1PLC的PLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類(lèi)似：是一種以微處理器為核心的、用于控制的特殊計(jì)算機(jī)PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分PLC的硬件：中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、通信接口、電源等PLC的軟件：系統(tǒng)程序和用戶程序79aPLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類(lèi)似：是一種以微處理器為核心

1.2PLC內(nèi)部主要部件功能1.PLC中的CPU作用及分類(lèi)CPU的作用：按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作。歸納起來(lái)主要有以下五個(gè)方面：1）接收并存儲(chǔ)編程器或其它外設(shè)輸入的用戶程序或數(shù)據(jù)2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等3）接收并存儲(chǔ)從輸入單元（接口）得到現(xiàn)場(chǎng)輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)80a1.2PLC內(nèi)部主要部件功能1.PLC中的4）逐條讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)器中的用戶程序，將運(yùn)算結(jié)果存入存儲(chǔ)器

5）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位和輸出內(nèi)容，通過(guò)輸出接口實(shí)現(xiàn)控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能81a4）逐條讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)器中的用戶程序，將運(yùn)PLC中常采用的CPU有三類(lèi)：1)通用微處理器（如Z80、8086、80286等）2)單片微處理器（如8031、8096等）3)位片式微處理器(如AMD29W等)小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；

大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位）；

小型PLC為單CPU系統(tǒng)；中、大型PLC則大多為雙CPU或多CPU系統(tǒng)；對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，一個(gè)為字處理器，一般采用8位、16位或32位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專(zhuān)用芯片。82aPLC中常采用的CPU有三類(lèi)：82a2.系統(tǒng)程序存貯器存儲(chǔ)器的作用：PLC中，存儲(chǔ)器主要用于系統(tǒng)程序、用戶程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的類(lèi)型：①可讀/寫(xiě)操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM②只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM、E2PROM83a2.系統(tǒng)程序存貯器存儲(chǔ)器的作用：83a

輸入/輸出接口（I/O模塊）輸入/輸出接口通常也稱(chēng)I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接通道。PLC輸入接口-----用戶設(shè)備需輸入PLC的各種控制信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量(要通過(guò)模數(shù)變換進(jìn)入機(jī)內(nèi))等，通過(guò)輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理單元能夠接收和處理的信號(hào)，用這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。PLC輸出接口-----將中央處理單元送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，用來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。84a輸入/輸出接口（I/O模塊）輸入/輸出接口通常I/O接口的作用：電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力，通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。I/O接口的類(lèi)型：開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口模擬量輸入/輸出接口85aI/O接口的作用：85a輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)：PLC的I/O點(diǎn)數(shù)是指PLC的I/O接口所能接受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)的總和。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過(guò)PLC的I/O擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。86a輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)：86aPLC中的電源及作用PLC配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，以提供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。因此，對(duì)于電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。87aPLC中的電源及作用PLC配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，以提供內(nèi)部電路◆PLC配有各種通信接口與外部設(shè)備連接

與打印機(jī)連接，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印與監(jiān)視器連接，可將控制過(guò)程圖像顯示出來(lái)與PLC連接，組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂婆c計(jì)算機(jī)連接，組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，控制與管理相結(jié)合與人機(jī)界面（觸摸屏）連接與智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。PLC的智能接口模塊種類(lèi)很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。與編程器連接88a◆PLC配有各種通信接口與外部設(shè)備連接88a

PLC編程器及作用編程器的作用：編程器可以編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、檢測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀態(tài)。89aPLC編程器及作用編程器的作用：編程器可編程器是PLC最常用的外設(shè)，也是PLC中唯一不需要通過(guò)功能模塊而直接與總線相聯(lián)接的外設(shè)。它通過(guò)主機(jī)上的編程器接口直接與主機(jī)相連。編程器上有一個(gè)方式選擇開(kāi)關(guān)，用于控制PLC主機(jī)的工作方式。90a編程器是PLC最常用的外設(shè)，也是PLC中唯一不需要通過(guò)功能模掌上電腦編程器可編程終端91a掌上電腦編程器可編程終端91a高檔可編程終端92a高檔可編程終端92a其它功能模塊模擬量輸入模塊（即A/D模塊）模擬量→數(shù)字量模擬量輸出模塊（即D/A模塊）數(shù)字量→模擬量動(dòng)態(tài)輸入/輸出模塊自帶動(dòng)態(tài)掃描功能溫度傳感器模塊溫度→模擬量→數(shù)字量高速計(jì)數(shù)模塊高頻脈沖信號(hào)遠(yuǎn)程I/O模塊擴(kuò)展I/O點(diǎn)的距離通訊模塊與其它PLC、微機(jī)、互連網(wǎng)通訊93a其它功能模塊模擬量輸入

PLC的軟件系統(tǒng)1系統(tǒng)程序；2用戶程序；3編程語(yǔ)言系統(tǒng)程序:

系統(tǒng)程序，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能。系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家編寫(xiě)的，在PLC使用過(guò)程中不會(huì)變動(dòng)，它和PLC的硬件組成有關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。系統(tǒng)程序由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問(wèn)和修改。94aPLC的軟件系統(tǒng)1系統(tǒng)程序；2用戶程序:用戶程序是用戶根據(jù)控制對(duì)象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應(yīng)用程序。它是根據(jù)PLC控制對(duì)象的要求而定的。為便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過(guò)運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器。95a用戶程序:95aPLC的編程語(yǔ)言在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。程序的表達(dá)方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級(jí)語(yǔ)言。梯形圖是當(dāng)前使用最廣泛的一種編程方法。除了梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（BASIC、C語(yǔ)言等）等。多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。96aPLC的編程語(yǔ)言在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程

梯形圖編程語(yǔ)言梯形圖（Ladderdiagram）編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言,類(lèi)似于繼電器控制線路圖的一種編程語(yǔ)言，它面向控制過(guò)程，直觀易懂，是PLC編程語(yǔ)言中應(yīng)用最多的一種語(yǔ)言。

物理繼電器PLC繼電器常開(kāi)常閉觸點(diǎn)線圈兩種梯形圖的繼電器符號(hào)圖對(duì)照97a梯形圖編程語(yǔ)言名詞解釋——軟繼電器

PLC的繼電器不是物理的電器，它是PC內(nèi)部的寄存器位，因?yàn)樗哂信c物理繼電器相似的功能，常稱(chēng)之為“軟繼電器”。常閉觸點(diǎn)線圈常開(kāi)觸點(diǎn)說(shuō)明：

PLC每一個(gè)繼電器都對(duì)應(yīng)著內(nèi)部的一個(gè)寄存器位，該位為“1”態(tài)時(shí)，相當(dāng)于繼電器接通；為“0”態(tài)時(shí)，則相當(dāng)于繼電器斷開(kāi)。98a名詞解釋——軟繼電器

PLC的繼電器不是物理的電器，它是PC

可編程序控制器分類(lèi)1.按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)整體式PLC：整體式是將PLC的CPU、存儲(chǔ)器、I/O單元、電源等安裝在同一機(jī)體內(nèi)，構(gòu)成主機(jī)，另外還有I/O擴(kuò)展單元配合主機(jī)使用，用以擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。整體式PLC的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便，但輸入輸出點(diǎn)數(shù)固定，靈活性較低，小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)99a可編程序控制器分類(lèi)1.按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)99組合式PLC：組合式PLC是由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元組成，采用總線結(jié)構(gòu)，不同功能的模塊（如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）通過(guò)總線連接起來(lái)。組合式PLC的特點(diǎn)是可以根據(jù)功能需要靈活配置，構(gòu)成具有不同功能和不同控制規(guī)模的PLC，多用于大型和中型PLC。100a組合式PLC：組合式PLC是由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元組成，采用總線組合式PLC101a組合式PLC101a電源模塊底板CPU模塊IO模塊模塊式102a電源模塊底板CPU模塊IO模塊模塊式102a模塊式結(jié)構(gòu)PLC的結(jié)構(gòu)103a模塊式結(jié)構(gòu)PLC的結(jié)構(gòu)103a3）疊裝式PLC

還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。

104a3）疊裝式PLC104a2.按控制規(guī)模分類(lèi)輸入輸出的總路數(shù)，又稱(chēng)為I/O點(diǎn)數(shù)，是表征PLC控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)模對(duì)PLC分類(lèi)時(shí)，可分為：1.小型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)較少，在256點(diǎn)以下的PLC。2.中型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)較多，在256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的PLC。3.大型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)較多，在2048點(diǎn)以上的PLC。但大中小型PLC的劃分并無(wú)嚴(yán)格的界限，PLC的I/O點(diǎn)數(shù)可以依據(jù)需要靈活配置。105a2.按控制規(guī)模分類(lèi)105a1）微型機(jī)OMRON公司的SP系列106a1）微型機(jī)OMRON公司的SP系列106a2）小型機(jī)OMRON公司的CPM1A、CQM系列松下公司的FP1系列107a2）小型機(jī)OMRON公司的松下公司的FP1系列107a3）中型機(jī)西門(mén)子公司的S7-300OMRON公司的C200H108a3）中型機(jī)西門(mén)子公司的S7-300OMRON公司的C200H4）大型機(jī)OMRON公司的C1000HCOMRON公司的2000H松下公司的FP3109a4）大型機(jī)OMRON公司的C1000HCOMRON公司的205）超大型機(jī)美國(guó)GE公司的90—70機(jī)，其點(diǎn)數(shù)可達(dá)24000點(diǎn)，另外還有8000路的模擬量。110a5）超大型機(jī)美國(guó)GE公司的90—70機(jī)，其點(diǎn)數(shù)可達(dá)23、按功能分類(lèi)1）低檔PLC

具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)系統(tǒng)

2）中檔PLC

具有低檔PLC功能外，具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能

3）高檔PLC

具有中檔機(jī)功能外，增加帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。

111a3、按功能分類(lèi)1）低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移112PLC工作原理

112a112PLC工作原理112a113PLC工作原理輸入采樣階段PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)用戶程序執(zhí)行階段按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令輸出刷新階段CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)113a113PLC工作原理輸入采樣階段113a114I/O尋址方式

把I/O模塊端子的物理位置和處理器內(nèi)存中的位置相對(duì)應(yīng)固定的I/O尋址方式這種I/O尋址方式是由PLC制造廠家在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)PLC時(shí)確定的，它的每一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)都有一個(gè)明確的固定不變的地址。一般來(lái)說(shuō)，單元式的PLC采用這種I/O尋址方式開(kāi)關(guān)設(shè)定的I/O尋址方式這種I/O尋址方式是由用戶通過(guò)對(duì)機(jī)架和模塊上的開(kāi)關(guān)位置的設(shè)定來(lái)確定的用軟件來(lái)設(shè)定的I/O尋址方式這種I/O尋址方式是有用戶通過(guò)軟件來(lái)編制I/O地址分配表來(lái)確定的114a114I/O尋址方式把I/O模塊端子的物理位置和處理器內(nèi)存115操作周期

115a115操作周期115a116操作周期采用循環(huán)掃描的工作方式，即每一次狀態(tài)變化需一個(gè)掃描周期輸入掃描：控制器掃描和讀入所有輸入數(shù)據(jù)所需時(shí)間；通常在毫秒內(nèi)完成程序掃描：處理器執(zhí)行程序中指令所需的時(shí)間，程序掃描時(shí)間根據(jù)使用的指令和掃描時(shí)的狀態(tài)而不同。注意：邏輯程序內(nèi)的子程序和中斷指令可能引起操作周期序列變化而帶來(lái)偏差輸出掃描：控制器掃描和輸出所有輸出數(shù)據(jù)所需時(shí)間；通常在毫秒內(nèi)完成服務(wù)通信：操作周期中和其它設(shè)備，諸如HMI或PC通信所占用的部分時(shí)間內(nèi)務(wù)和輔助操作：存儲(chǔ)器管理和刷新定時(shí)器及內(nèi)部寄存器所需時(shí)間116a116操作周期采用循環(huán)掃描的工作方式，即每一次狀態(tài)變化需一個(gè)117輸入電路工作原理

輸入濾波濾除因觸電抖動(dòng)或電氣干擾而產(chǎn)生的錯(cuò)誤信號(hào)光電隔離將邏輯電路與輸入信號(hào)隔離，以保護(hù)輸入電路和背板電路邏輯電路處理信號(hào)用輸入指示燈LED的亮或不亮，指示輸入設(shè)備的狀態(tài)117a117輸入電路工作原理輸入濾波濾除因觸電抖動(dòng)或電氣干擾而產(chǎn)118輸出電路工作原理

邏輯電路決定輸出狀態(tài)輸出指示燈LED指示輸出信號(hào)狀態(tài)光電隔離將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與輸出邏輯電路、背板電路隔離輸出驅(qū)動(dòng)器使相應(yīng)的輸出設(shè)備接通或斷開(kāi)118a118輸出電路工作原理邏輯電路決定輸出狀態(tài)118a119PLC通信及網(wǎng)絡(luò)通信方式PLC之間PLC與上位計(jì)算機(jī)之間PLC與智能設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)119a119PLC通信及網(wǎng)絡(luò)通信方式119a120謝謝大家?。?！120a120謝謝大家?。。?20a121自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)

劉艷艷

121a1自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)

劉艷艷

1a122主要內(nèi)容1、自動(dòng)控制2、計(jì)算機(jī)3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4、可編程控制器（plc)122a2主要內(nèi)容1、自動(dòng)控制2a一、什么是自動(dòng)化1、自動(dòng)化定義

自動(dòng)化是指在無(wú)人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過(guò)程。研究?jī)?nèi)容：自動(dòng)化是一門(mén)涉及學(xué)科較多﹑應(yīng)用廣泛的綜合性科學(xué)技術(shù)。數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)等是該學(xué)科的重要基礎(chǔ)它的研究?jī)?nèi)容主要有自動(dòng)控制和信息處理兩個(gè)方面﹐包括理論﹑方法﹑硬件和軟件等。123a一、什么是自動(dòng)化1、自動(dòng)化定義3a2、什么是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)是指綜合運(yùn)用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和相關(guān)工藝技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、節(jié)省能耗、降低消耗、減少污染、確保安全等目的的一種綜合性技術(shù)。124a2、什么是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)4a1253、自動(dòng)控制概念

所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱(chēng)控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱(chēng)被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)：

實(shí)現(xiàn)上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體。125a53、自動(dòng)控制概念5a

4、自動(dòng)控制技術(shù)的內(nèi)容自動(dòng)控制技術(shù)包含了自動(dòng)控制系統(tǒng)中所有元器件的構(gòu)造原理和性能，以及控制對(duì)象或被控過(guò)程的特性等方面的知識(shí)；自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與綜合；控制用計(jì)算機(jī)(能作數(shù)字運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的控制機(jī))的構(gòu)造原理和實(shí)現(xiàn)方法。126a4、自動(dòng)控制技術(shù)的內(nèi)容自動(dòng)控制技術(shù)包含了自動(dòng)控制系統(tǒng)中所有5、自動(dòng)控制技術(shù)的原理和方法自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化單元技術(shù)和集成技術(shù)及其在各類(lèi)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。它以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，以電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)為主要工具，面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制及各行業(yè)、各部門(mén)的自動(dòng)化。它具有“控(制)管(理)結(jié)合，強(qiáng)(電)弱(電)并重，軟(件)硬(件)兼施”等鮮明的特點(diǎn)，127a5、自動(dòng)控制技術(shù)的原理和方法自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化單元技術(shù)和二、自動(dòng)化系統(tǒng)分類(lèi)1、從應(yīng)用角度分a、過(guò)程自動(dòng)化

石油煉制和化工等工業(yè)中流體或粉體的化學(xué)處理自動(dòng)化。一般采用由檢測(cè)儀表﹑調(diào)節(jié)器和計(jì)算器等組成的過(guò)程控制系統(tǒng)﹐對(duì)加熱爐﹑蒸餾塔等設(shè)備或整個(gè)工廠進(jìn)行最優(yōu)控制。128a二、自動(dòng)化系統(tǒng)分類(lèi)1、從應(yīng)用角度分8ab、機(jī)械制造自動(dòng)化

這是機(jī)械化﹑電氣化與自動(dòng)控制相結(jié)合的結(jié)果﹐處理的對(duì)象是離散工件。c、管理自動(dòng)化

工廠或事業(yè)單位的人﹑財(cái)﹑物﹑生產(chǎn)﹑辦公等業(yè)務(wù)管理自動(dòng)化﹐是以信息處理為核心的綜合性技術(shù)﹐涉及電子計(jì)算器﹑通信﹑系統(tǒng)與控制等學(xué)科。d、其它：實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化129ab、機(jī)械制造自動(dòng)化9a2、按測(cè)控形式分a、SCADA（SupervisorControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)的監(jiān)視，并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)。

SCADA系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集、本地和遠(yuǎn)程控制、多種通訊介質(zhì)聯(lián)接、易于重新配置及本地和遠(yuǎn)程診斷。130a2、按測(cè)控形式分10ab、DCS（DistributedControlSystem）系統(tǒng)

DCS是一種分布式控制系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱(chēng)之為集散控制系統(tǒng)。

DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個(gè)控制器（過(guò)程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。131ab、DCS（DistributedControlSyst

DCS系統(tǒng)的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、綜合協(xié)調(diào)的原則，將測(cè)控系統(tǒng)分為分散過(guò)程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)和綜合信息管理級(jí)，構(gòu)成一分級(jí)分布式控制系統(tǒng)。

因此，DCS的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。132aDCS系統(tǒng)的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制c、直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)d、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（簡(jiǎn)稱(chēng)SCC）系統(tǒng)e、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)FCS）系統(tǒng)133ac、直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)13a三、自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成1、SCADA系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)主要應(yīng)用于水利、石油、供電等行業(yè)中，用于地理環(huán)境惡劣無(wú)人值守的環(huán)境下進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。它的主要結(jié)構(gòu)包括遠(yuǎn)程控制單元RTU（RemoteTerminalUnit）、通訊網(wǎng)絡(luò)及中心站。134a三、自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成1、SCADA系統(tǒng)14a1)遠(yuǎn)程終端RTU

RTU主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及本地控制，進(jìn)行本地控制時(shí)作為系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的工作站，這時(shí)RTU可以獨(dú)立的完成連鎖控制、前饋控制、反饋控制、PID(比例、微分、積分）控制等工業(yè)上常用的控制調(diào)節(jié)功能；進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)作為一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊單元，完成或響應(yīng)本站與中心站或其它站的通訊和遙控任務(wù)。135a1)遠(yuǎn)程終端RTU15a2)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)

主要用于RTU與中心站通訊及與其它RTU通訊。通訊鏈路種類(lèi)有無(wú)線、有線、微波、光纖。RTU可支持的通訊方式有中心站觸發(fā)的通訊方式和RTU觸發(fā)的通訊方式。136a2)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)

主要用于RTU與中心站通訊及中心站觸發(fā)的通訊方式包括：

?

輪詢方式由系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)時(shí)間周期，每隔一個(gè)時(shí)間段系統(tǒng)進(jìn)行一次查詢，接收中心站所需要的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

?廣播方式由中心站向所有RTU或某分組內(nèi)的RTU下發(fā)命令。

?控制命令下發(fā)方式如下發(fā)開(kāi)、關(guān)控制命令，修改報(bào)警及控制權(quán)限。

RTU觸發(fā)的通訊方式：RTU可以在程序中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置條件，以便在非常情況下向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)。137a中心站觸發(fā)的通訊方式包括：

?輪詢方式由3）中心站

它可包含多個(gè)工作站和支持網(wǎng)絡(luò)功能的設(shè)備，以完成不同的工作。它通過(guò)中心站軟件管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)工作站通過(guò)組態(tài)畫(huà)面監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)，下發(fā)控制命令進(jìn)行控制，并完成工況圖、統(tǒng)計(jì)曲線、報(bào)表等功能。

138a3）中心站

它可包含多個(gè)工作站和支持網(wǎng)絡(luò)功能的設(shè)備，2、DCS系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過(guò)程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)。1）過(guò)程級(jí)主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。2）操作級(jí)包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。3）管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），它是DCS更高層次的應(yīng)用。139a2、DCS系統(tǒng)19aDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖140aDCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20a四、自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理1、系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)1）現(xiàn)在作一個(gè)游戲，讓張三和李四分別去拿放在一張桌子上的杯子，張三把自己的雙眼蒙上，而李四卻不用蒙上雙眼?？纯此麄冋l(shuí)能順利地拿到杯子？2）人打算拿桌子上的杯子時(shí)，首先要看一下杯子的位置與自己手的距離有多少，然后人的大腦會(huì)指揮自己的手做出動(dòng)作，向減少這個(gè)距離的方向移動(dòng)，同時(shí)不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運(yùn)動(dòng)，杯子也就拿到了。這個(gè)過(guò)程可以用下邊的圖來(lái)表示。

由于沒(méi)有了眼睛所以圖中的反饋就無(wú)法形成人這個(gè)“機(jī)器”也就工作不正常了141a四、自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理1、系統(tǒng)工作原理自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的關(guān)鍵就在于反饋系統(tǒng)的存在，正是有了反饋的存在，才使自動(dòng)化成為可能。反饋：反饋控制是這樣一種控制過(guò)程，它能夠在存在擾動(dòng)的情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱(chēng)參據(jù)量）（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，而且其工作正是基于這一偏差基礎(chǔ)之上的。反饋控制系統(tǒng)是一種能對(duì)輸出量與參考輸入量進(jìn)行比較，并力圖保持兩者之間的既定關(guān)系的系統(tǒng)，它利用輸出量與輸入量的偏差來(lái)進(jìn)行控制。142a自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的關(guān)鍵就在于反饋系統(tǒng)的存在，正是有了反饋的存1、自動(dòng)化系統(tǒng)組成：檢測(cè)比較裝置所起作用相當(dāng)于人眼在上面例子中的作用，主要是獲得反饋，并且計(jì)算我們要達(dá)到的目的與現(xiàn)在的實(shí)際情況之間的差值

控制器所起作用相當(dāng)于大腦在上面例子中的作用，主要是用來(lái)決定應(yīng)該怎樣做

執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要所起作用相當(dāng)于人手在上面例子中的作用，完成控制器下達(dá)的決定

控制量也就是所要達(dá)到的目的，相當(dāng)于手和杯子之間的距離?？刂屏渴俏覀冏詣?dòng)化機(jī)器所要達(dá)到的最終目的143a1、自動(dòng)化系統(tǒng)組成：23a2、自動(dòng)化各構(gòu)成部分的作用及實(shí)現(xiàn)1）檢測(cè)（測(cè)量）裝置

檢測(cè)（測(cè)量）裝置主要是傳感器。傳感器是一種能把物理量﹑化學(xué)量﹑生物量等轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。輸出的電信號(hào)有不同形式，如電壓﹑電流﹑頻率﹑脈沖等，能滿足信息傳輸﹑處理﹑記錄﹑顯示﹑控制的要求。144a2、自動(dòng)化各構(gòu)成部分的作用及實(shí)現(xiàn)24a通常傳感器由感應(yīng)組件和轉(zhuǎn)換組件組成。感應(yīng)組件(SensingElement)能直接感受被測(cè)量的的量;

轉(zhuǎn)換組件(TransductionElement)則將感應(yīng)組件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)。145a通常傳感器由感應(yīng)組件和轉(zhuǎn)換組件組成。25a與人類(lèi)五大感覺(jué)器官相比對(duì)應(yīng)的傳感器眼睛（視覺(jué)）光傳感器﹑影像傳感器等耳朵（聽(tīng)覺(jué)）壓力傳感器﹑電容麥克風(fēng)等皮膚（觸覺(jué)）力學(xué)傳感器﹑溫度傳感器﹑濕度傳感器等﹔舌頭（味覺(jué)）等離子傳感器﹑化學(xué)傳感器等﹔鼻子（嗅覺(jué)）半導(dǎo)體氣體傳感器﹑燃燒式氣體傳感器等除了以上和五感相比擬的傳感器外還有紅外線傳感器、接近傳感器速度和加速度傳感器、磁性傳感器等146a與人類(lèi)五大感覺(jué)器官相比對(duì)應(yīng)的傳感器除了以上和五感相比擬的傳感一般測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量類(lèi)型(根據(jù)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后接入控制器的種類(lèi)劃分）：被測(cè)量轉(zhuǎn)換量舉例圖例模擬量（連續(xù)、不間斷的量）0~5V，1~5V；0~20mA，4~20mA；電阻壓力、液位，流量，溫度脈沖量2~36V方波；油、氣、水流量，開(kāi)關(guān)量0~24V開(kāi)關(guān)信號(hào)水位（點(diǎn)），閥位147a一般測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量類(lèi)型(根據(jù)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后接入控制器的種2）控制器

控制器（一般是RTU、PLC等設(shè)備）的主要作用是進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、處理、發(fā)送及本地控制。148a2）控制器28a由傳感器測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)量被轉(zhuǎn)換為與其成比例的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后輸入到控制器，控制器將接收到的電流信號(hào)按相同的比例反算回被測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值，同時(shí)將該數(shù)據(jù)應(yīng)用到其他相關(guān)的計(jì)算、控制過(guò)程并按需要將數(shù)據(jù)傳送至其他位置（如監(jiān)控機(jī)）。149a由傳感器測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)量被轉(zhuǎn)換為與其成比例的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后輸入3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是按控制器輸出的指令驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，從而達(dá)到控制被控設(shè)備的目的的裝置。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以電為動(dòng)力源的儀表，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以壓縮空氣為動(dòng)力源的儀表。150a3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）30a自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用煉鋼、化工、石油、電力、造紙、紡織、食品等工業(yè)航空、航海、汽車(chē)、鐵路運(yùn)輸和國(guó)防工業(yè)。圖書(shū)資料的管理、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星、原子能、空氣動(dòng)力等領(lǐng)域。151a自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用31a

自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑軍事﹑科學(xué)研究﹑交通運(yùn)輸﹑商業(yè)﹑醫(yī)療﹑服務(wù)和家庭等方面

采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)﹑部分腦力勞動(dòng)以及惡劣﹑危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)﹐而且能擴(kuò)展人的器官功能﹐極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率﹐增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此﹐自動(dòng)化是工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。152a自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑軍事﹑科學(xué)研究﹑交通運(yùn)輸﹑153

計(jì)算機(jī)概念系統(tǒng)用途分類(lèi)發(fā)展153a33計(jì)算機(jī)33a154概念

（ElectronicDigitalComputer

）計(jì)算機(jī)是一種能夠按照程序運(yùn)行，自動(dòng)、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。計(jì)算機(jī)由硬件和軟件組成計(jì)算機(jī)是完成信息處理的工具

計(jì)算機(jī)通過(guò)預(yù)先編好的存儲(chǔ)程序來(lái)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的加工處理計(jì)算機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是非常明顯它人類(lèi)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物154a34概念

（ElectronicDigital155硬件系統(tǒng)（Hardware）組成計(jì)算機(jī)的任何機(jī)械的、電子的、磁性的部件整個(gè)計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)基本功能：運(yùn)行由預(yù)先設(shè)計(jì)好的指令編制的各種程序計(jì)算機(jī)的主機(jī)(由運(yùn)算器、控制器和存儲(chǔ)器組成)、顯示器、打印機(jī)、通訊設(shè)備等系統(tǒng)組成155a35系統(tǒng)組成35a156軟件系統(tǒng)（Software）計(jì)算機(jī)軟件是指為了更好地發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件的效能和方便用戶使用計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的各種程序和數(shù)據(jù)的總和。系統(tǒng)軟件（SystemSoftware）用于管理機(jī)器各種資源的程序及協(xié)調(diào)各裝置工作的程序和為用戶編制程序服務(wù)的程序如操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等應(yīng)用軟件（ApplicationSoftware）與用戶具體用途關(guān)系密切,應(yīng)用針對(duì)性強(qiáng)的軟件單項(xiàng)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng),如學(xué)籍管理和師資管理、文件檔案管理、財(cái)會(huì)統(tǒng)計(jì)報(bào)表管