1、自動化專業(yè)課程選修課程體系,鄭 征,一、電氣工程自動化與自動化區(qū)別,電氣工程及其自動化專業(yè) 1）培養(yǎng)目標： 能夠從事與電氣工程有關的系統(tǒng)運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗分析、研制開發(fā)、經(jīng)濟管理以及電子與計算機技術應用等領域工作的寬口徑“復合型”高級工程技術人才。,2）電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)要求： 電氣工程及其自動化專業(yè)學生主要學習電工技術、電子技術、電氣控制、電力系統(tǒng)、繼電保護等方面較寬領域的工程技術基礎和一定的專業(yè)知識。 其主要特點是強弱電結(jié)合、電工技術與電子技術相結(jié)合、軟件與硬件結(jié)合、元件與系統(tǒng)結(jié)合，學生將受到電工電子、信息控制及計算機技術方面的基本訓練、具有解決電氣控制技

2、術問題及電力系統(tǒng)分析的基本能力。,一、電氣工程自動化與自動化區(qū)別,3）電氣工程及其自動化專業(yè)主要課程： 電路原理、電子技術基礎、電機學、電力電子技術、計算機技術(語言、軟件基礎、硬件基礎、單片機等)、自動控制理論、電力系統(tǒng)分析、電氣控制技術、繼電保護、廣場供電、檢測與轉(zhuǎn)換技術等。 電氣工程及其自動化也有兩個方向：電力工程和電氣工程，屬強電領域。可以就業(yè)于電廠、電業(yè)局等單位，待遇頗高，也比較辛苦。,一、電氣工程自動化與自動化區(qū)別,2.自動化專業(yè) 1)自動化專業(yè)業(yè)務培養(yǎng)目標： 自動化專業(yè)培養(yǎng)的學生應具備電工技術、電子技術、控制理論、自動檢測與儀表、信息處理、計算機技術與應用、系統(tǒng)工程、網(wǎng)絡技術等較

3、寬領域的工程技術基礎和一定的自動化專業(yè)知識，能在電力電子技術、運動控制、檢測與自動化儀表、工業(yè)過程控制、電子與計算機技術、信息處理、管理與決策等領域從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)運行、科技開發(fā)及研究等方面工作的高級工程技術人才。,一、電氣工程自動化與自動化區(qū)別,2)自動化專業(yè)業(yè)務培養(yǎng)要求： 較好地掌握電力電子技術與運動控制、自動化儀表與工業(yè)過程控制、信息處理等方面的知識，具有本專業(yè)領域的專業(yè)知識和技能，了解本專業(yè)學科前沿和發(fā)展趨勢； 獲得較好的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計及系統(tǒng)開發(fā)方面的工程實踐訓練； 在自動化專業(yè)領域內(nèi)具備一定的科學研究、科技開發(fā)和組織管理能力，具有較強的工作適應能力。,一、電氣工程自動

4、化與自動化區(qū)別,學生畢業(yè)后，可在各類工業(yè)、事業(yè)單位從事自動化專業(yè)方面的技術工作和管理工作，以及從事工業(yè)裝置、生產(chǎn)過程控制等領域的設計、研究、運行和技術改造工作，也可從事教學與科研方面的工作。,一、電氣工程自動化與自動化區(qū)別,自動化專業(yè)主要課程： 電路原理、電子技術基礎、計算機原理及應用、計算機軟件技術基礎 自動控制理論、電機與電力拖動基礎、電力電子技術、單片機原理與應用 運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng) 現(xiàn)代控制理論、信號與系統(tǒng)分析、檢測及轉(zhuǎn)換技術、計算機控制技術、控制系統(tǒng)仿真等。,一、電氣工程自動化與自動化區(qū)別,自動化專業(yè)有兩個方向：過程控制和運動控制，基本上是弱電領域。就業(yè)面比較廣，工礦企業(yè)車間

5、流水線都可以，也可以搞科研，比如機器人。,一、電氣工程自動化與自動化區(qū)別,自動控制的基本框圖,控制量,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,1）計算機控制技術： 以PC總線工業(yè)控制機、單片機為控制工具，系統(tǒng)地講述計算機控制系統(tǒng)的設計和工程實現(xiàn)方法。內(nèi)容包括：計算機控制系統(tǒng)的組成、特點及發(fā)展趨勢；輸入輸出接口與過程通道；數(shù)字程序控制技術；數(shù)字控制器設計方法；控制系統(tǒng)軟件設計方法；網(wǎng)絡控制系統(tǒng)；智能控制基礎；計算機控制系統(tǒng)工程設計與實現(xiàn)。,檢測與轉(zhuǎn)換技術：信號的檢測及方法，系統(tǒng)講解檢測技術基礎，介紹測量及測量誤差的基本概念，過程檢測系統(tǒng)的基礎知識。 主要講述了壓力、物位、流量、溫度、成分等工業(yè)

6、過程檢測儀表的工作原理、結(jié)構性能、基本技術參數(shù)及儀表的安裝使用和基本維護。通過對過程檢測系統(tǒng)的講述，明確工業(yè)過程檢測參數(shù)的顯示方式和顯示裝置的結(jié)構、使用特點等。,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,單片機原理及應用：單片機原理及應用以MCS51單片機為主線，闡述計算機的基礎知識；單片機的硬件結(jié)構與功能；Mcs5l單片機的指令系統(tǒng)和匯編語言程序設計方法；中斷和定時器計數(shù)器；串行通信。 MCS51單片機的擴展與接口技術，包括存儲器的擴展，可編程并行IO接口的擴展，鍵盤和顯示接口電路，數(shù)模、模數(shù)的轉(zhuǎn)換及接口設計 。,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,PLC原理及其應用：以在工業(yè)控制領域

7、中應用廣泛的S7-300系列PLC為樣本，加強了LC的模擬量處理功能的介紹。 西門子公司的S7系列PLC在工業(yè)控制領域中有著廣泛應用，在我國的PLC市場中占據(jù)很大份額，很多高校都開設了相關課程。以S7-300系列PLC為樣本，介紹其組成結(jié)構、指令系統(tǒng)、通信聯(lián)網(wǎng)及在過程控制領域中的應用等內(nèi)容。,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,主要包括以下幾個方面：S7-300系列PLC的硬件組成及工作原理；標準STEP7軟件包的使用方法、S7-300的指令系統(tǒng)及軟件調(diào)試方法；S7-300系列PLC的組織塊中斷管理及結(jié)構化編程方法；S7-300系列PLC的通信網(wǎng)絡及應用；S7-300系列PLC在過程控制

8、領域中的應用。,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫，價格高，體積相對較大，但功能豐富，可實現(xiàn)各種復雜的控制，運行可靠，可以適應各種惡劣的環(huán)境，目前廣泛代替了傳統(tǒng)的繼電器控制方式，在工業(yè)生產(chǎn)上應用廣泛。 單片機是單芯片電子計算機的簡稱，也可以實現(xiàn)自動控制，與PLC相比，它的特點是體積小、價格低（只要十幾塊甚至幾塊錢就能買到一片，而PLC動輒上千甚至更貴），但對運行環(huán)境的要求較高。目前主要用于家用電器等不太復雜的控制。,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,PLC實際上是一個模塊，控制電路、CPU等封裝在內(nèi)部。 主要用于電氣類產(chǎn)品中，比如數(shù)控機床、電梯

9、等,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,DSP原理及其應用： 數(shù)字信號處理器，也稱DSP芯片，是針對數(shù)字信號處理需要而設計的一種具有特殊結(jié)構的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術、計算機技術和信號處理技術相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著信息處理技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術已逐漸發(fā)展成為一門主流技術，它在電子信息、通信、軟件無線電、自動控制、儀器儀表、信息家電等高科技領域得到了越來越廣泛的應用。,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,數(shù)字信號處理器由于運算速度快，具有可編程特性和接口靈活的特點，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)與應用中，發(fā)揮著越來越重要的作用。采用DSP芯片來實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)更是當前的

10、發(fā)展趨勢。 近年來，DSP技術在我國也得到了迅速的發(fā)展，不論是在科學技術研究，還是在產(chǎn)品的開發(fā)等方面，其應用越來越廣泛，并取得了豐碩的成果。為了緊跟DSP技術的發(fā)展，越來越多的高校開設了有關DSP技術的課程和實驗。,二、主要選修課程及其在自動化專業(yè)中的應用,三、單片機、PLC、DSP的區(qū)別,1.單片機的特點： 所謂單片機就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。 單片機具有如下特點： 具有位處理能力，

11、強調(diào)控制和事務處理功能。價格低廉。如低檔單片機價格只有人民幣幾元錢。開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應用資料眾多。后備人才充足。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設了單片機課程和單片機實驗。,2.PLC器件的特點 PLC可以認為是“封裝”好了的單片機。PLC內(nèi)部也是具有和單片機功能相同的智能控制部分，對外來說，則是擴展了單片機輸入輸出口的驅(qū)動能力，相當與添加了三極管和繼電器。還有其他的比如抗干擾能力等都作了比較好的處理。 PLC經(jīng)常應用在工作環(huán)境比較惡劣的地方，比如礦山，高壓等地方。對于PLC來說，有一套不同于單片機的指令，這是各個廠家在開發(fā)生產(chǎn)時，把PLC 的指令對應成了內(nèi)部單片機可以識別的指令。,三、單片機、

12、PLC、DSP的區(qū)別,相對來說，PLC可以實現(xiàn)的功能更簡單，設計人員可以發(fā)揮的余地比較小。因為對于單片機來說，PLC可以使用的部分有對外連接，而沒有連接出來的部分則是不能用的?？梢哉f，PLC的內(nèi)核也是單片機，但是對外來說則是應用于專門場合的“單片機”PLC了。,三、單片機、PLC、DSP的區(qū)別,3.DSP器件的特點 與單片機相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標準異步串口。 有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。 DSP器件采用改進的哈佛結(jié)構，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取

13、程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運算能力。,三、單片機、PLC、DSP的區(qū)別,DSP器件比16位單片機單指令執(zhí)行時間快810倍，完成一次乘加運算快1630倍。 DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運算速度。此外， DSP器件提供JTAG接口，具有更先進的開發(fā)手段，批量生產(chǎn)測試更方便，開發(fā)工具可實現(xiàn)全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、C源碼調(diào)試器。,三、單片機、PLC、DSP的區(qū)別,什么是JTAG 呢？ JTAG(Joint Test Action Group)聯(lián)合測試行動小組)是一種

14、國際標準測試協(xié)議（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試。 現(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標準的JTAG接口是4線：TMS、 TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。,三、單片機、PLC、DSP的區(qū)別,目前國內(nèi)推廣應用最為廣泛的DSP器件是美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的TMS320系列。 DSP開發(fā)系統(tǒng)的國產(chǎn)化工作已經(jīng)完成，國產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)的價格至少比進口價格低一半，有的如TMS320C2XX開發(fā)系統(tǒng)只有進口開發(fā)系統(tǒng)價格的1/5，這大大刺激了DSP器件的應用。,三、單片機、PLC、DSP的區(qū)別,目前，已有不少高校建立DSP實驗室，TI公司和北京聞亭公司都已制訂了高校支持計劃，將帶動國內(nèi)DSP器件的應用和推廣(哈爾濱工程大學就是其中的一所，他們的實力非常強大).,三、單片機、PLC、DSP的區(qū)別,結(jié)論：DSP器件是一種具有高速運算能力的單片機。從應用角度看：DSP器件是運算密集型的，而單片機是事務密集型的，DSP器件可以取代單片機，單片機卻不能取代DSP。DSP器件價格大幅度下滑