現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)

原理及其組成2013年10月目錄一、概述二、系統(tǒng)組成三、常用器件四、實例分析五、結(jié)束語一、概述

自動化(Automation)，是指機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動地進行操作或運行。

自動化裝置是指無需人的參與就可以自動進行工作，完成特定任務(wù)的機器。

工業(yè)自動化系統(tǒng)是運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，以達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全為目標的集成系統(tǒng)。

自動化技術(shù)發(fā)展是伴隨著人類各個領(lǐng)域的科技發(fā)展而發(fā)展起來的。人們在幾千年的生產(chǎn)過程中，為了多快好省地生產(chǎn)出自己需要的東西，發(fā)明了很多能夠替代人來工作的自動裝置。

古代人在河流上建造可以通過水的沖擊帶動輪子轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)灌溉、碾米等工作的水車、磨坊。

近代人創(chuàng)造出的許多諸如鐘表、蒸汽機速度調(diào)節(jié)控制等等的自動裝置，到十八世紀末自動裝置的應(yīng)用和研究使得自動化技術(shù)初具雛形。

直到上世紀四十年代末，美國數(shù)學(xué)家維納與墨西哥生物學(xué)家羅森布盧特合作，提出了自動化的理論基礎(chǔ)著作——控制論。標志著自動化技術(shù)的正式誕生。

自動化技術(shù)從誕生到現(xiàn)在，已取得了長足進步，逐步走向成熟。自動化技術(shù)為生產(chǎn)力的發(fā)展起著巨大的作用，實現(xiàn)了人們擺脫繁重勞動和駕馭復(fù)雜系統(tǒng)的愿望。同時,自動化技術(shù)也在應(yīng)用中得到不斷發(fā)展和完善。人們在自動化技術(shù)應(yīng)用中發(fā)展了各種理論以及設(shè)計了各種設(shè)備和自動化裝置，并在各個領(lǐng)域大顯身手，如飛機導(dǎo)航、交通運輸、導(dǎo)彈控制、智能樓宇、現(xiàn)代化工廠中到處都有自動化技術(shù)的應(yīng)用。

隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、光電技術(shù)、信息技術(shù)以及現(xiàn)代控制方法與理論的發(fā)展，今天的自動化技術(shù)正以嶄新的面貌在各個領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，以現(xiàn)代自動控制理論為基礎(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)化系統(tǒng)展現(xiàn)出其無限美好的發(fā)展前景。二、系統(tǒng)組成

一個自動化系統(tǒng)無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都有下面幾個主要組成部分：檢測器：主要是獲得反饋信息，計算目標值與實際值之間的差值；控制器：相當(dāng)于大腦在分析決策上的作用，適時地決定系統(tǒng)應(yīng)該實施怎樣的調(diào)節(jié)控制；執(zhí)行器：完成控制器下達的決定；對象：被控制的客觀實體?！褡詣踊到y(tǒng)結(jié)構(gòu)

一個簡單自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

控制器

執(zhí)行器檢測器過程對象反饋信號輸入信號輸出信號控制信號自動控制是基于反饋的技術(shù)。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用兩者之間的偏差來糾正調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)。因此，自動化技術(shù)的核心思想是反饋，通過反饋建立起輸入（原因）和輸出（結(jié)果）之間的聯(lián)系。使控制器可以根據(jù)輸入與輸出的實際情況來決定控制策略，以便達到預(yù)定的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)構(gòu)成前向通道和反饋通道兩個通道，前向通道是任務(wù)執(zhí)行的功能主體。復(fù)雜自動化系統(tǒng)往往是多變量，多回路，多類型的系統(tǒng)。XYKFGX’Y’X={x0,x1,x2,…xn}Y={y0,y1,y2,…yn}●主要組成部分及其作用控制器－系統(tǒng)的大腦

自動控制系統(tǒng)中控制器在整個系統(tǒng)中起著重要的作用，扮演著系統(tǒng)管理和組織核心的角色。系統(tǒng)性能的優(yōu)劣很大程度上取決于控制器的好壞。執(zhí)行器－系統(tǒng)的手腳執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用就是相當(dāng)于人的四肢，它接受調(diào)節(jié)器的控制信號，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常運行。在生產(chǎn)現(xiàn)場，執(zhí)行器直接控制工藝介質(zhì)，若選型或使用不當(dāng)，往往會給生產(chǎn)過程的自動控制帶來困難。因此執(zhí)行器的選擇、使用和安裝調(diào)試是個重要的環(huán)節(jié)。傳感器－系統(tǒng)的耳目傳感器被用來測量各種物理量，種類有溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器等等。傳感器要滿足可靠性的要求，從傳感器的輸出信號中得到被測量的原始信息，如果傳感器不穩(wěn)定，那么對同樣的輸入信號，其輸出信號就不一樣，則傳感器會給出錯誤的輸出信號，也就失去了傳感器應(yīng)有的作用。●傳統(tǒng)控制與現(xiàn)代控制PID控制——比例、積分、微分PID控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器?，F(xiàn)代控制——最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、

自學(xué)習(xí)控制。。。

智能控制——模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)●順序控制與回路控制順序控制開關(guān)邏輯控制

如：繼電器矩陣控制、可編程序控制器I/O模塊輸入輸出控制?；芈房刂七B續(xù)調(diào)節(jié)控制

如：FM458-1DP應(yīng)用模塊專為自由組態(tài)的高性能閉環(huán)控制和技術(shù)應(yīng)用（如運動控制）而設(shè)計。

現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)是在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)大型化、連續(xù)化、高速化、快節(jié)奏生產(chǎn)的必然產(chǎn)物。

基礎(chǔ)自動化L1（控制層）：現(xiàn)場設(shè)備控制系統(tǒng)

過程自動化L2（運行層）：生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)

工廠自動化L3（管理層）：MES制造執(zhí)行系統(tǒng)

企業(yè)自動化L4（經(jīng)營層）：ERP企業(yè)資源規(guī)劃

工業(yè)自動化最新技術(shù)：工業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

●現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)三、

常用器件組成工業(yè)自動化系統(tǒng)的最基本的單元器件：各類電器：主令器、斷路器、接觸器、繼電器、驅(qū)動器等；各類儀表：傳感器、熱工儀表、專用儀表等；各類計算機：可編程序控制器、工業(yè)計算機等。1、

控制器通用控制器——可編程控制器PLCPLC是將邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，以指令的形式存貯于可編程的存儲器中，并經(jīng)過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備和過程進行控制的數(shù)字運算操作電子裝置。PLC是基于計算機技術(shù)和自動控制理論發(fā)展而來的，它既不同于普通的計算機，又不同于一般的計算機控制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件組成，軟件結(jié)構(gòu)以及I/O通道，用戶界面諸多方面都有其特殊性。專用控制器——溫度調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器等。

2、執(zhí)行器電動調(diào)節(jié)裝置——伺服閥——電磁閥——是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥不但能夠應(yīng)用在氣動系統(tǒng)中，在油壓的系統(tǒng)、水壓的系統(tǒng)中也能夠得到相同或者類似的應(yīng)用.步進電機——作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛

應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。

電磁換向閥電磁閥步進電機3、檢測儀表壓力儀表、溫度儀表、電壓電流檢測儀表、各類傳感器、各種特殊儀表。電磁傳感器

溫度傳感器

超聲波傳感器

壓力傳感器

光纖傳感器

顯示儀表編碼器

4、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交換器、集線器HUB、工業(yè)以太網(wǎng)交換機。四、實例分析

典型工業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：L1+L2

機電系統(tǒng)+計算機系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)拓撲→生產(chǎn)過程控制集成的三電一體化系統(tǒng)：

電氣設(shè)備、電子儀表、電子計算機+聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)配置：1、電氣驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備運行控制、電機調(diào)速控制、機械運動控制、流體介質(zhì)控制。包括：可回饋交/直整流逆變器+公共直流母線+可回饋逆變器（TDC控制）、ACS800系列驅(qū)動控制器、電機控制中心MCC等。2、儀表檢測系統(tǒng)過程參數(shù)傳感器、信號變換、采集、處理、傳輸。包括：板形儀、X射線測厚儀、激光測速儀、張力計、輥縫位置傳感器、軋輥壓力傳感器、線性絕對值編碼器，旋轉(zhuǎn)多圈絕對值編碼器，接近開關(guān)，溫度傳感器，壓力傳感器等。3、計算機控制系統(tǒng)控制模型、實時過程數(shù)據(jù)采集、狀況分析、決策指令、系統(tǒng)管理、生產(chǎn)管理。包括：硬件配置：L1基礎(chǔ)控制器AC800PEC，L2服務(wù)器/工作站/工程師站、PDA遠程數(shù)據(jù)采集機(IBAFOB-2i采集卡)；軟件配置：WindonsXP,WindowsServer2003、ControlIT基礎(chǔ)開發(fā)軟件、上位組態(tài)軟件自動化擴展系統(tǒng)800XA、IBA-PDA軟件包、數(shù)據(jù)庫管理軟件等。4、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)總線拓撲、系統(tǒng)集成、通信協(xié)議、信息交換。包括：工業(yè)以太網(wǎng)+DP網(wǎng)、以太網(wǎng)交換器等。我們產(chǎn)品的自動化測量部分：傳感器我們設(shè)備上用的溫度變送器、壓力變送器、油位變送器、轉(zhuǎn)速變送器等模擬量儀表及無油流開關(guān)、振動開關(guān)等開關(guān)量儀表就是傳感器，同時是我們的自動化組成系統(tǒng)的測量部分傳感器照片我們設(shè)備上用的傳感器一般都帶有現(xiàn)場顯示，輸出4～20mA信號，收PLC接收，通過PLC轉(zhuǎn)換成溫度，與事先設(shè)置好的報警及連鎖值比較，確定后續(xù)動作比較部分比較部分也就是整個系統(tǒng)的控制核心，PLC是我們的控制系統(tǒng)的大腦執(zhí)行部分執(zhí)行器我們的執(zhí)行器包括：閥門，加熱器，電機等。其中我們對制氮車的主加熱器及純度調(diào)節(jié)閥，