自动化技术的实现手段

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,0年,1,月,1,8日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本,3,.,2,No.,*,/37,第三单元 自动化技术实现手段,自动化技术概论,第三单元,自动化技术的实现手段,第三单元：,自动化技术实现手段,基本组成,自动化系统的基本组成,小 结,自动化系统的软件,自动化系统的硬件,自动化系统的网络,手动控制,与,自动控制,自 动 控 制 系 统,自动控制系统,是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件（软硬件）的有机组合体。,一个,自动化控制系统,无论结构多么复杂都必须有下面几个部分：,第一，,传感器,。检测比较装置。所起作用相当于人眼在上面例子中的作用，主要,是获得反馈，并计算要达到的目的与现在的实际情况之间的差值。,第二，,控制器,。所起作用相当于大脑在上面例子中的作用，主要是用来决定应该,怎样做,。,第三，,执行器,。主要所起作用相当于人手在上面例子中的作用，完成控制器下达,的决定。,第四，,控制量,。也就是所要达到的目的，控制量是我们自动化机器所要达到的最,终目的。,自 动 化 系 统,的,分 类,逻辑控制技术与系统,运动控制技术与系统,过程控制技术与系统,Engineering Tools,逻辑控制技术与系统,传统上,将开关量控制,归入逻辑控制,典型的逻辑控制如：,电动机的启动,/,停止,电灯的开,/,关,电动阀门的开通,/,关断,按钮的接通,/,断开,继电器的吸合,/,断开,电控,运动控制技术与系统,传统上,将电气传动控制,归入运动控制,典型的运动控制如：,电动机的速度控制,电灯的亮度控制,电动阀门的开度控制,位置控制,电传,过程控制技术与系统,传统上,将慢速连续量控制,归入过程控制,典型的过程控制如：,温度控制,压力控制,流量控制,液位控制,电仪,自 动 化 系 统,的,基 本 组 成,工业控制计算机,工业,自动控制系统,组件,工业,控制软件,工业控制,网络,工业控制计算机,工业控制计算机,显示屏1,显示屏2,显示屏3,显示屏4,经过特种设计用于工业环境，一般具有坚固、防震、防尘、防水、使用寿命长等特点。,简称工控机,（工 业 控 制）,网 络,（工业自动化）,控制软件,组态和编程,特殊监控软件,相关作业工具,用于生产过程的编程软件,Engineering Tools,HumanMachineInterface,RuntimeSoftware,STEP 7,自动化控制软件,品种多样,功能强大,紧密互琐,易使用,全集成,标准化,自 动 化 系 统 组 件,1,、,计算机控制系统配置,1),嵌入式计算机系统和单片机系统,2,）,工控机系统,3,）,专用计算机工业控制装置（工业自动化控制组件）,2,、,外围器件,新型、智能化器件模块,传感器、变送器,IP,传感器,晶闸管智能控制模块,A/D,、,D/A,智能模块,高集成度芯片,串行通信功能的模块,具有,RS485,通信功能,具有,I,2,C,总线功能,大功率执行元件,继电器,-,接触器等自动开关,电力电子器件,第三单元：,自动化技术实现手段,系统硬件,自动化系统的基本组成,小 结,自动化系统的软件,自动化系统的硬件,自动化系统的网络,控制系统,的,硬件实现,1,、,计算机控制系统配置,1),嵌入式计算机系统和单片机系统,2,）,工控机系统,3,）,专用计算机工业控制装置（工业自动化控制组件）,2,、,外围器件,新型、智能化器件模块,传感器、变送器,IP,传感器,晶闸管智能控制模块,A/D,、,D/A,智能模块,高集成度芯片,串行通信功能的模块,具有,RS485,通信功能,具有,I,2,C,总线功能,大功率执行元件,继电器,-,接触器等自动开关,电力电子器件,单 片 机 系 统,所谓,单片机,，就是在一块芯片上集成,了,CPU,、,RAM,、,ROM(EPROM,或,EEPROM),、时钟、定时,/,计数器、多种功能的串行和并行,I/O,口，由这一片芯片组成了一个,微型计算机处理系统,。如,Intel,公司的,8051,系列等。除了以上基本的计算机处理功能外，有的还集成有,A/D,、,D/A,，如,Intel,公司的,8096,系列。概括起来说，,单片机,具有,如下特点：具有位处理能力，强调控制和事务处理功能。价格低廉，如低档,单片机,价格只有人民币几元钱。开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。后备人才充足。,嵌 入 式 计 算 机 系 统,嵌入式系统的组成包括硬件和软件两大部分,硬件基本结构,三层：处理器微处理器、外围电路、,外部设备。,软件结构体系,包括操作系统软件（,OS,）（要求实,时和多任务操作）和应用程序。,分成四个层次：,设备驱动,DDI,、实时操作系统,RTOS,、应用编程中间件,（,API,）、应用系统。,工 控 机 系 统,硬件采用模板结构，根据要求选择模板配置系统。,（,1,）,专用总线工控,以单片机为核心和各通道模板组成，适合于小型控制系统。,如,FD-BASE,工控机。,（,2,）,STD,总线工控机,70,年代采用，,1987,年批准为,IEEE961,标准可支持,16,位,和,32,位微处理器。,（,3,）,PCI,总线工控机,通用计算机的,PCI,总线、各种通道模板、特殊用途的板卡。,（,4,）,工业单板电脑,工业控制计算机,工业控制计算机,显示屏1,显示屏2,显示屏3,显示屏4,经过特种设计用于工业环境，一般具有坚固、防震、防尘、防水、使用寿命长等特点。,简称工控机,传 感 器,传感器,用来测量各种物理量。根据测量的物理量不同，,传感器,可以分成,温度传感器,、,流量传感器,、,压力传感器,等很多种类。但是所有,传感器,工作原理都是基于各种物理定律，如果出现了新的现象或在特定物质中，在某方面出现了奇异的效应，就可以利用这些现象和效应来研制,传感器,。经常被用来制作,传感器,的物理现象和效应有霍尔效应、多普勒效应、压阻效应、应变效应等。但是并不是所有研制出来的,传感器,都能够使用，因为,传感器,要满足可靠性的要求，如果,传感器,不稳定，那么对同样的输入信号，其输出信号就不一样，则,传感器,会给出错误的输出信号，使,传感器,的作用失灵。,传 感 器,传感器,是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：,非电物理量,转换器件,敏感元件,转换电路,电学量,温 度 传 感 器,温度,传感器,按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说,接触式,温度,传感器,比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交,换,，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。,非接触式,温度,传感器,是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。,压 力 传 感 器,能够测量压力并提供远传电信号的装置统称为,压力传感器,。,压力传感器,是压力检测仪表的重要组成部分，其结构型式多种多样，常见的型式有应变式、压阻式、电容式、压电式、振频式压力传感器等。此外还有光电式、光纤式、超声式压力传感器等。采用,压力传感器,可以直接将被测压力变换成各种形式的电信号，便于满足自动化系统集中检测与控制的要求，因而在工业生产中得到广泛应用。,光 电 传 感 器,光电传感器,是采用光电元件做为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。,光电传感器,一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在检测和控制领域内得到广泛应用。,专用计算机工业控制装置,可编程序控制器,PLC,传动控制器（直流调速器）,传动控制器（交流调速器）,DCS,、,PCS,等,特种控制器等,工业机器人,可编程序控制器,PLC,快速、高可靠性和强大通讯功能的大型,PLC,具有广泛功能的模块化小型,PLC,小巧灵活的微型,PLC,满足全范围应用的,PLC,系列,可编程序控制器,传动控制器,（直流调速器）,强 大 的 通 信 功 能,扩 展 的 功 率,更 高 的 性 能,(,处 理 能 力,),简 便 的 调 试,功 能 扩 充 选 件 的 通 用 性,机 械 部 分 设 计 更 紧 凑,印 刷 机 主 传 动,起 重 及 相 关 行 业 的 行 走 及 提 升 机 构 控 制,电 梯 及 缆 车,橡 胶 工 业 的 搅 拌 机,钢 铁 行 业 轧 机 控 制,钢 铁 行 业 的 剪 切 设 备,造 纸 机 械,拉 膜、造 纸、制 线 行 业 的 卷 取 传 动,横 切 剪,仿 形 机 床 等,适 合 多 种 应 用,，如：,直流调速器的应用,传动控制器,（交流调速器）,工 程 型 产 品,所 有 传 动 应 用 场 合,满 足 特 殊 工 艺 要 求,高 动 态 性 能,大 功 率 传 动,特 点,多 种 控 制 方 式,各 种 标 准 工 艺 控 制 软 件,各 种 可 自 由 组 合 功 能 块,多 种 硬 件 选 件,各 种 电 压 等 级 及 功 率 范 围,从单用户小型系统,到多用户大系统,DCS,、,PCS,F,系统之间的横向与纵向数据交换日益增加,制造厂商的产品日益开放,通过,OPC/ODBC,等技术使得不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现,F,全集成、一体化的解决方案受到用户的欢迎,F,F,现场总线的应用越来越广泛,特 种 控 制 器,具有满足特殊复杂工艺的,控制,功能,如：,不锈钢薄板热轧工艺控制；,精炼炉电加热控制等。,机 器 人,每五年就推出一批机器人新机型，开辟一些新的应用领域。,世界机器人的数目每年都在增长。,当今机器人技术的发展：,感觉功能,控制智能化,移动功能的智能化,系统应用集成化,微型化,执 行 机 构,执行器是构成自动化系统不可缺少的重要部分。执行器在自动控制系统中的,作用,是,执行控制器的命令,，直接控制能量或物料等被测介质的输送量，是自动控制的终端主控元件。,执行器一般由执行机构和调节机构两部分所组成。,执行机构,是执行器的推动部分，它按照调节器所给信号的大小，产生推力或位移，或者利用电磁铁的吸合和释放来驱动调节机构；,调节机构,是执行器的调节部分，最常见的如调节阀（它接受执行机构的操纵，改变阀芯与阀座间的流通面积，控制工艺介质的流量或能量）。,执行器按使用的能量种类可分为气动执行器、电动执行器、液动执行器三种。,三种执行器除执行机构不同外，所用的调节机构（即调节阀）都是,相同,的。,气 动 执 行 机 构,气动执行器,又称,气动调节阀,，是指以压缩空气为动力的一种执行器。它接受气动调节器送来的气压信号，改变操作量（如液体、气体、蒸汽等）的大小，使生产过程按规定的要求自动进行，实现生产过程的自动控制。,气动执行器具,有结构简单、动作可靠、性能稳定、安全价廉以及维修方便等特点。它可以经电,/,气转换器或电,/,气转换阀门定位器与电动调节器配套使用。,气动执行机构,有,活塞式,和气动,薄膜式,两种。活塞式输出力大气，适用于高静压、高压差、大口径等场合；而薄膜式则主要用作一般的调节阀（包括蝶阀）。,气动执行器,也是由执行机构和调节阀两部分组成的。,电 动 执 行 机 构,（,1,）,电动调节阀采用电动执行机构,电动执行机构：,直行程式,输出直线位移,l,直行程式调节机构,输出角位移,角行程式调节机构,角行程式,电 动 执 行 机 构,（,2,）,电动执行器,中使用的最普通是,电磁阀,。,电磁阀,是用电磁铁推动阀