現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)--原理及其組成PPT課件

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng),原理及其組成,2009年11月,彭一江,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(jī)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(jìn)行操作或運(yùn)行。,自動化裝置是指無需人的參與就可以自動進(jìn)行工作，完成特定任務(wù)的機(jī),器。,工業(yè)自動化系統(tǒng)是運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)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(dá)到增加產(chǎn),量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全為目標(biāo)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(jī)速度調(diào)節(jié)控制等等的自動裝置，,到十八世紀(jì)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(jì)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(biāo)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(jìn)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(jī)導(dǎo)航、交通運(yùn)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(jī)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(biāo)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(dá)的決定；,對象：被控制的客觀實體。,自動化系統(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(dá)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)。,X,Y,K,F,G,X,Y,X=x,0,x,1,x,2,x,n,Y=y,0,y,1,y,2,y,n,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(yùn)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。,現(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。,回路控制連續(xù)調(diào)節(jié)控制,如：FM 458-1 DP 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(yùn)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(yùn)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(jī)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(jī)：可編程序控制器、工業(yè)計算機(jī)等。,1、控制器,通用控制器可編程控制器PLC,PLC是將邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jìn)行控制的數(shù)字運(yùn)算操作電子裝置。,PLC是基于計算機(jī)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(jī)，又不同于一般的計算機(jī)控制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計算機(jī)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(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)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(jìn)電機(jī),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(jī)。,四、實例分析,鈦金板帶軋機(jī)二級自動化系統(tǒng),典型工業(yè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：L1+L2,機(jī)電系統(tǒng)+計算機(jī)系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?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(jī)+聯(lián)網(wǎng)通信,電磁傳感器,鈦金板帶軋機(jī)二級自動化系統(tǒng)配置圖,系統(tǒng)配置：,1、電氣驅(qū)動系統(tǒng),設(shè)備運(yùn)行控制、電機(jī)調(diào)速控制、機(jī)械運(yùn)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(jī)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(jī)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 AC800 PEC，L2服務(wù)器/工作站/工程師站、PDA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集機(jī)(IBA FOB-2i采集卡)；,軟件配置：Windons XP,Windows Server2003、Control IT基礎(chǔ)開發(fā)軟件、上位組態(tài)軟件自動化擴(kuò)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?fù)?、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。,系統(tǒng)控制功能：,輥縫和軋制力控制,自動厚度控制,凸度調(diào)整,中間輥竄輥,平直度控制,軋機(jī)順序控制,輔助系統(tǒng)順序控制,診斷系統(tǒng)具有在線診斷、故障報警、報警分析、事故記錄,自學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)模型：,輸入數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)值,軋制表模型,張力模型,速度模型,機(jī)座輥縫模型,屈服應(yīng)力模型,摩擦模型,平直度模型,位置模型,軋制線模型,反饋參數(shù)模型,自適應(yīng)模型,五、結(jié)束語,現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用為我們創(chuàng)建一流的現(xiàn)代化企業(yè)、生產(chǎn)一流的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品提供了有力的保證，是我們促進(jìn)產(chǎn)品市場開拓、推動企業(yè)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的有效途徑。,自動化技術(shù)方興未艾，不少新的技術(shù)有待我們?nèi)ラ_拓應(yīng)用。愿每個有志于從事自動化技術(shù)工作的工程技術(shù)人員不斷掌握本領(lǐng)域一流的最新技術(shù)。,謝謝大家!,再 見,