1、自動化基礎技能自動化基礎技能工業自動化系統的基本組成目 錄一、概述二、系統組成三、常用器件四、控制系統的發展五、實例分析一、概述 自動化自動化(Automation)，是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序或指令自動地進行操作或運行。 自動化裝置自動化裝置是指無需人的參與就可以自動進行工作，完成特定任務的機器。 工業自動化系統工業自動化系統是運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，以達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全為目標的集成系統。 自動控制：自動控制：指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象（機器、設備）的某

2、一個物理量自動地按照預定的規律運行. 控制系統：控制系統：為實現某一控制目標所需要的物理部件（及軟件）的有機組合，通常由控制器和被控對象組成。 自動控制理論：自動控制理論：是研究自動控制共同規律的科學，它包括以反饋控制理論為基礎的古典控制理論（單輸入、單輸出），以狀態空間為基礎的現代控制理論（多輸入、多輸出）以及以模糊控制和神經網絡為代表的智能控制（不需精確數學模型）。工業自動控制系統基本類型：工業自動控制系統基本類型：l順序控制系統：順序控制系統：順序控制是按照預先規定的時間順序（或邏輯關系），逐步對各設備或對象進行控制到方法。如電梯等。l過程控制系統：過程控制系統：對工業生產過程中的各物理

3、量（如溫度、壓力、液位等）進行閉環控制，使其按照要求的規律變化。l運動控制系統：運動控制系統：控制運動物體的轉速或位置，使其按照要求的規律變化。如調速系統，位置隨動系統等。l監控系統：監控系統：對生產過程中的大量運行參數進行采集、顯示、記錄或報警。二、系統組成二、系統組成 一個自動化系統無論結構多么復雜都有下面幾個主要組成部分：一個自動化系統無論結構多么復雜都有下面幾個主要組成部分：l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；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；l控制器：相當于大腦在分析決策上的作用，適時地決定系統應該實施控制器：相當于大腦在分析決策上的作

4、用，適時地決定系統應該實施怎樣的調節控制；怎樣的調節控制；l執行器：完成控制器下達的決定；執行器：完成控制器下達的決定；l對象：對象： 被控制的客觀實體。被控制的客觀實體。l 自動化系統結構自動化系統結構一個簡單自動控制系統結構圖一個簡單自動控制系統結構圖 控制器 執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l自動控制是基于反饋的技術。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和自動控制是基于反饋的技術。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執行。測量關心的變量，與期望值相比較，用兩者之間的偏差來糾正調節系執行。測量關心的變量，與期望值相比較，用兩者之間的偏差來糾正調節系統的響應。因此，

5、自動化技術的核心思想是反饋，通過反饋建立起輸入（原統的響應。因此，自動化技術的核心思想是反饋，通過反饋建立起輸入（原因）和輸出（結果）之間的聯系。使控制器可以根據輸入與輸出的實際情況因）和輸出（結果）之間的聯系。使控制器可以根據輸入與輸出的實際情況來決定控制策略，以便達到預定的系統功能。來決定控制策略，以便達到預定的系統功能。l系統構成前向通道和反饋通道兩個通道，前向通道是任務執行的功能主體。系統構成前向通道和反饋通道兩個通道，前向通道是任務執行的功能主體。復雜自動化系統往往是多變量，多回路，多類型的系統。X XY YK KF FG GXXY YX = x0,x1,x2,xn Y = y0,y

6、1,y2,yn 主要組成部分及其作用主要組成部分及其作用l控制器系統的大腦控制器系統的大腦 自動控制系統中控制器在整個系統中起著重要的作用，扮演著系統管理和組織核心的角色。系統性能的優劣很大程度上取決于控制器的好壞。l執行器系統的手腳執行器系統的手腳 執行器在自動控制系統中的作用就是相當于人的四肢，它接受調節器的控制信號，改變操縱變量，使生產過程按預定要求正常運行。在生產現場，執行器直接控制工藝介質，若選型或使用不當，往往會給生產過程的自動控制帶來困難。因此執行器的選擇、使用和安裝調試是個重要的環節。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

7、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有的作用。傳統控制與現代控制傳統控制與現代控制 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，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。 現代控制最優控制、自適應控制、預測控制、 自學習控制。 智能控制模糊控制、專家系統、神經網絡順序控制與回路控制順序控制與回路控制l順序控制開關邏輯控制順序控制開關邏輯控制 如：繼電器矩陣控制、

8、可編程序控制器 I/O模塊輸入輸出控制。l回路控制連續調節控制回路控制連續調節控制 如： FM 458-1 DP 應用模塊專為自由組態的高性能閉環控制和技術應用（如運動控制）而設計。 現代工業自動化系統是在現代工業企業大型化、連續化、高速化、快節奏生產的必現代工業自動化系統是在現代工業企業大型化、連續化、高速化、快節奏生產的必然產物。然產物。 基礎自動化基礎自動化L1（控制層）：現場設備控制系統（控制層）：現場設備控制系統 過程自動化過程自動化L2（運行層）：生產過程監控系統（運行層）：生產過程監控系統 工廠自動化工廠自動化L3（管理層）：（管理層）：MES制造執行系統制造執行系統 企業自動化

9、企業自動化L4（經營層）：（經營層）：ERP企業資源規劃企業資源規劃 工業自動化最新技術：工業計算機網絡控制系統工業自動化最新技術：工業計算機網絡控制系統 現代工業自動化系統現代工業自動化系統三、常用器件三、常用器件組成工業自動化系統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、工業計算機等。1、 控制器l通用控制器通用控制器可編程控制器可編程控制器PLC PLC是將邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，以指令的形式存是將邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，以指令的形式存貯于可

10、編程的存儲器中，并經過數字式或模擬式的輸入輸出部件，對生產設備和貯于可編程的存儲器中，并經過數字式或模擬式的輸入輸出部件，對生產設備和過程進行控制的數字運算操作電子裝置。過程進行控制的數字運算操作電子裝置。 PLC是基于計算機技術和自動控制理論發展而來的，它既不同于普通的計算機，是基于計算機技術和自動控制理論發展而來的，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，作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系又不同于一般的計算機控制系統，作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系統結構，硬件組成，軟件結構以及統結構，硬件組成，軟件結構以及I/O通道，用戶界面諸多方面都有其特殊性。通道，用戶界

11、面諸多方面都有其特殊性。l專用控制器專用控制器 溫度調節器、速度調節器等。溫度調節器、速度調節器等。 2、 執行器l電動調節裝置電動調節裝置l伺服閥伺服閥l電磁閥電磁閥是用電磁控制的工業設備，用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、是用電磁控制的工業設備，用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥不但能夠應用在氣動系統中，在油壓的系統、水壓的系速度和其他的參數。電磁閥不但能夠應用在氣動系統中，在油壓的系統、水壓的系統中也能夠得到相同或者類似的應用統中也能夠得到相同或者類似的應用.l步進電機步進電機作為執行元件，是機電一體化的關鍵產品之一作為執行元件，是機電一體化的關鍵產品

12、之一, 廣泛廣泛 應用在各種自動化控制系統中。應用在各種自動化控制系統中。 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。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、 網絡設備l交換器、集線器交換器、集線器HUB、工業以太網交換機。、工業以太網交換機。控制系統的傳統實現方法：控制系統的傳統實現方法：l順序控制系統：順序控制系統：繼電邏輯控制系統。l過程控制系統：過程控制系統：常規儀表控制系統。l運動控制系統：運動控制系統：拖動控制系

13、統。l監控系統：監控系統：常規顯示、記錄或報警儀表。四、系統發展四、系統發展計算機技術對工業控制技術的影響計算機技術對工業控制技術的影響實現計算機控制到幾種嘗試方案實現計算機控制到幾種嘗試方案l直接數字控制系統（直接數字控制系統（DDC)。l單片機控制。單片機控制。l總線式工控機總線式工控機。l可編程調節器。可編程調節器。計算機控制的現狀及發展計算機控制的現狀及發展l可編程控制器可編程控制器(PLC)。l集散控制系統集散控制系統(DCS)。l現場總線控制系統現場總線控制系統(FCS)。l工業以太網。工業以太網。計算機控制的設計原則計算機控制的設計原則l可靠性與適應性。可靠性與適應性。l操作性與

14、友好性操作性與友好性。l靈活性與擴展性。靈活性與擴展性。l實時性。實時性。五、實例分析五、實例分析 鈦金板帶軋機二級自動化系統鈦金板帶軋機二級自動化系統l典型工業計算機網絡控制系統：典型工業計算機網絡控制系統：L1+L2 機電系統機電系統 + 計算機系統計算機系統 + 網絡拓撲網絡拓撲 生產過程控制生產過程控制l集成的三電一體化系統：集成的三電一體化系統： 電氣設備、電子儀表、電子計算機電氣設備、電子儀表、電子計算機 + 聯網通信聯網通信電磁傳感器 鈦金板帶軋機二級自動化系統配置圖鈦金板帶軋機二級自動化系統配置圖系統配置：系統配置：l1、電氣驅動系統、電氣驅動系統 設備運行控制、電機調速控制、

15、機械運動控制、流體介質控制。包括：設備運行控制、電機調速控制、機械運動控制、流體介質控制。包括： 可回饋交可回饋交/直整流逆變器直整流逆變器+公共直流母線公共直流母線+可回饋逆變器（可回饋逆變器（TDC控制）、控制）、ACS800系列驅動控制器系列驅動控制器 、電機、電機控制中心控制中心MCC等。等。l2、儀表檢測系統、儀表檢測系統 過程參數傳感器、信號變換、采集、處理、傳輸。包括：過程參數傳感器、信號變換、采集、處理、傳輸。包括： 板形儀、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

16、性絕對值編碼器，旋轉多圈絕對值編碼器，接近開關，溫度傳感器，壓力傳感器等。器，旋轉多圈絕對值編碼器，接近開關，溫度傳感器，壓力傳感器等。 l3、計算機控制系統、計算機控制系統 控制模型、實時過程數據采集、狀況分析、決策指令、系統管理、生產管理。包括：控制模型、實時過程數據采集、狀況分析、決策指令、系統管理、生產管理。包括： 硬件配置：硬件配置：L1基礎控制器基礎控制器 AC800 PEC，L2服務器服務器/工作站工作站/工程師站、工程師站、PDA遠程數據采集機遠程數據采集機(IBA FOB-2i采集卡采集卡)； 軟件配置：軟件配置：Windons XP, Windows Server2003、Control IT基礎開發軟件、上位組態軟件自動化擴基礎開發軟件、上位組態軟件自動化擴展系統展系統800XA、IBA-PDA軟件包、數據庫管理軟件等軟件包、數據庫管理軟件等 。l4、網絡通信系統、網絡通信系統 總線拓撲、系統集成、通信協議、信息交換。包括：總線拓撲、系統集成、通信協議、信息交換。包括： 工業以太網工業以太網+DP網、以太網交換器等。網、以太網交換器等。系統控制功能：系統控制功能：l輥縫和軋制力控制l自動厚度控制l凸度調整l中間輥竄輥l平直度控制l軋機順序控制l輔助系統順序控制 l診