工業(yè)自動化系統(tǒng)的基本組成.ppt

自動化基礎技能 工業(yè)自動化系統(tǒng)的基本組成 目錄 一 概述二 系統(tǒng)組成三 常用器件四 控制系統(tǒng)的發(fā)展五 實例分析 一 概述 自動化 Automation 是指機器或裝置在無人干預的情況下按規(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 對工業(yè)生產過程實現檢測 控制 優(yōu)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(tǒng) 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 的某一個物理量自動地按照預定的規(guī)律運行 控制系統(tǒng) 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 是研究自動控制共同規(guī)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(tài)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(yè)自動控制系統(tǒng)基本類型 順序控制系統(tǒng) 順序控制是按照預先規(guī)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 過程控制系統(tǒng) 對工業(yè)生產過程中的各物理量 如溫度 壓力 液位等 進行閉環(huán)控制 使其按照要求的規(guī)律變化 運動控制系統(tǒng) 控制運動物體的轉速或位置 使其按照要求的規(guī)律變化 如調速系統(tǒng) 位置隨動系統(tǒng)等 監(jiān)控系統(tǒng) 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(tǒng)組成 一個自動化系統(tǒng)無論結構多么復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 相當于大腦在分析決策上的作用 適時地決定系統(tǒng)應該實施怎樣的調節(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 自動化系統(tǒng)結構一個簡單自動控制系統(tǒng)結構圖 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(zhí)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(jié)系統(tǒng)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(lián)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(tǒng)功能 系統(tǒng)構成前向通道和反饋通道兩個通道 前向通道是任務執(zhí)行的功能主體 復雜自動化系統(tǒng)往往是多變量 多回路 多類型的系統(tǒng) 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)中的作用就是相當于人的四肢 它接受調節(jié)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(zhí)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(zhí)行器的選擇 使用和安裝調試是個重要的環(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有的作用 傳統(tǒng)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(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 因而成為應用最為廣泛的控制器 現代控制 最優(yōu)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(tǒng) 神經網絡 順序控制與回路控制 順序控制開關邏輯控制如 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)調節(jié)控制如 FM458 1DP應用模塊專為自由組態(tài)的高性能閉環(huán)控制和技術應用 如運動控制 而設計 現代工業(yè)自動化系統(tǒng)是在現代工業(yè)企業(yè)大型化 連續(xù)化 高速化 快節(jié)奏生產的必然產物 基礎自動化L1 控制層 現場設備控制系統(tǒng)過程自動化L2 運行層 生產過程監(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 經營層 ERP企業(yè)資源規(guī)劃工業(yè)自動化最新技術 工業(yè)計算機網絡控制系統(tǒng) 現代工業(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 計數和算術運算等操作 以指令的形式存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 PLC是基于計算機技術和自動控制理論發(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 專用控制器 溫度調節(jié)器 速度調節(jié)器等 2 執(zhí)行器 電動調節(jié)裝置 伺服閥 電磁閥 是用電磁控制的工業(yè)設備 用在工業(yè)控制系統(tǒng)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(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用 步進電機 作為執(zhí)行元件 是機電一體化的關鍵產品之一 廣泛應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 網絡設備 交換器 集線器HUB 工業(yè)以太網交換機 控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)實現方法 順序控制系統(tǒng) 繼電邏輯控制系統(tǒng) 過程控制系統(tǒng) 常規(guī)儀表控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng) 拖動控制系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng) 常規(guī)顯示 記錄或報警儀表 四 系統(tǒng)發(fā)展 計算機技術對工業(yè)控制技術的影響 實現計算機控制到幾種嘗試方案直接數字控制系統(tǒng) DDC 單片機控制 總線式工控機 可編程調節(jié)器 計算機控制的現狀及發(fā)展可編程控制器 PLC 集散控制系統(tǒng) DCS 現場總線控制系統(tǒng) FCS 工業(yè)以太網 計算機控制的設計原則可靠性與適應性 操作性與友好性 靈活性與擴展性 實時性 五 實例分析 鈦金板帶軋機二級自動化系統(tǒng)典型工業(yè)計算機網絡控制系統(tǒng) L1 L2機電系統(tǒng) 計算機系統(tǒng) 網絡拓撲 生產過程控制集成的三電一體化系統(tǒng) 電氣設備 電子儀表 電子計算機 聯(lián)網通信 電磁傳感器 鈦金板帶軋機二級自動化系統(tǒng)配置圖 系統(tǒng)配置 1 電氣驅動系統(tǒng)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 直整流逆變器 公共直流母線 可回饋逆變器 TDC控制 ACS800系列驅動控制器 電機控制中心MCC等 2 儀表檢測系統(tǒng)過程參數傳感器 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 旋轉多圈絕對值編碼器 接近開關 溫度傳感器 壓力傳感器等 3 計算機控制系統(tǒng)控制模型 實時過程數據采集 狀況分析 決策指令 系統(tǒng)管理 生產管理 包括 硬件配置 L1基礎控制器AC800PEC L2服務器 工作站 工程師站 PDA遠程數據采集機 IBAFOB 2i采集卡 軟件配置 WindonsXP WindowsServer2003 ControlIT基礎開發(fā)軟件 上位組態(tài)軟件自動化擴展系統(tǒng)800XA IBA PDA軟件包 數據庫管理軟件等 4 網絡通信系統(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 DP網 以太網交換器等 系統(tǒng)控制功能 輥縫和軋制力控制自動厚度控制凸度調整中間輥竄輥平直度控制軋機順序控制輔助系統(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 自學習的數學模型 輸入數據和預設值軋制表模型張力模型速度模型機座輥縫模型屈服應力