工業(yè)控制與人工智能(基礎(chǔ)篇)

1、工業(yè)控制與人工智能目錄一、常見的工控產(chǎn)品品牌、種類二、常見的工控產(chǎn)品規(guī)格、型號三、傳感器、儀表等現(xiàn)場設(shè)備的種類四、工控機的基本組成和選型五、 PLC的基本構(gòu)成和選型六、現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)類型七、變頻器的介紹工業(yè)控制與人工智能工業(yè)控制與人工智能工控產(chǎn)品舉例（一） 工廠車間級工廠車間級工廠管理級工廠管理級工業(yè)以太網(wǎng) 工廠現(xiàn)場級工廠現(xiàn)場級 視頻監(jiān)視 智能儀表 伺服電機 溫濕度采集 電磁閥門 限位開關(guān)工控產(chǎn)品舉例（二） 筆記本電腦PROFIBUS以太網(wǎng)以太網(wǎng)MPIS7-300S7-400S7-400S7-400管理計算機S7-300筆記本筆記本S7-200 變頻器變頻器控制器傳感器分析儀工控產(chǎn)品概述機器

2、能做的事就讓機器去做 人類應(yīng)當從事富有創(chuàng)造性的活動 現(xiàn)代的工業(yè)控制產(chǎn)品的發(fā)展 與大規(guī)模集成電路的發(fā)展密切相連 工控產(chǎn)品是科技水平的見證 是軟件與硬件的完美結(jié)合 傳感器、變送器、監(jiān)視器、分析儀 PLC、變頻器、軟啟動器、工控機 等硬件通過現(xiàn)場總線，依靠軟件 的支持連成一體形成網(wǎng)絡(luò) 工控產(chǎn)品概述原則1：德國PLC性價比好，適用于大、中型系統(tǒng)原則2：日本PLC集成度高，適用于小型系統(tǒng) 原則3：美國PLC可靠性高，適用于重要系統(tǒng) 原則4：工控機方面研華比西門子的價格低20 左右，但質(zhì)量不如西門子。原則5：研華模塊在模擬量方面性價比優(yōu)于PLC 原則6：研華板卡適用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 原則7：任何工控產(chǎn)品

3、的最終用途是提高生產(chǎn) 率，解放人力，使人工作得更輕松 工控產(chǎn)品概述 工控產(chǎn)品常見主要品牌包括：施耐 德、研華、西門子、GE、歐姆龍、三菱、昆侖通態(tài)、亞控科技 。 應(yīng)用領(lǐng)域：冶金、石油化工、電力、礦業(yè)、交通、環(huán)保、水處理、醫(yī)藥制造、食品加工、電子、半導體、包裝、印刷、電梯、機床、汽車制造、造紙、煙草、紡織、塑料。 工控產(chǎn)品概述工控產(chǎn)品種類包括以下幾方面：傳感器、變送器 可編程控制器（PLC） 分布式I/O RTU（遠程終端裝置） 嵌入式設(shè)備 工業(yè)控制計算機 （工控機） 觸摸屏組態(tài)軟件工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、通訊設(shè)備 工業(yè)系統(tǒng)（DCS、FCS、PCS、透明工廠等） 現(xiàn)場儀器儀表 工控產(chǎn)品發(fā)展史1958 年9 月

4、12 日在羅伯特諾斯(Intel 公司創(chuàng)始人)的領(lǐng)導下，集成電路誕生 1975 年比爾蓋茨創(chuàng)辦Microsoft 公司 1978 年6 月8 日Intel 發(fā)布其16 位微處理器8086，該處理器的時鐘頻率為10MHz，大約有300 條指令，集成了29000 個晶體管。 1981年蘋果電腦公司開發(fā)出圖形用戶界面、圖標、菜單和定位設(shè)備(如鼠標) 1981 IBM 公司推出了IBM-PC的個人計算機1981年IBM和微軟聯(lián)合開發(fā)DOS系統(tǒng)，由IBM銷售的叫PC-DOS，由Microsoft 銷售的叫MS-DOS，直到DOS7.0止。 工控產(chǎn)品發(fā)展史1982年基于TCP/IP 協(xié)議的Internet

5、 初具規(guī)模 1982年80286 發(fā)布，時鐘頻率20MHz 、16MB 內(nèi)存、270 萬條指令、集成了13.4 萬個晶體管 1984年底Compaq 開始開發(fā)IDE 接口，能以更快的速度傳輸數(shù)據(jù) 1985年P(guān)hilips 和SONY推出CD-ROM 驅(qū)動器 1985年80386 DX 推出 。時鐘頻率達到33MHz 、600萬條指令、集成了27.5萬 個晶體管 1985年11月Microsoft Windows 發(fā)布 1987年Microsoft Windows 2.0 發(fā)布 1989年歐洲物理粒子研究所的Tim Berners-Lee 創(chuàng)立World Wide Web 雛形 工控產(chǎn)品發(fā)展史1

6、989年80486 DX 發(fā)布。最高時鐘頻率100MHz、集成了120 萬個晶體管1989年11月Sound Blaster Card(聲卡)發(fā)布 1990年5月22日:微軟發(fā)布Windows 3.0，兼容MS-DOS 模式 1990年第一代MPC(多媒體個人電腦標準)發(fā)布 1991年ISA 標準發(fā)布 1992年Windows NT 發(fā)布 1993年2日Pentium 發(fā)布，該處理器集成了300 多萬個晶體管、早期版本的核心頻率為66MHz 、每秒鐘執(zhí)行1 億條指令 1993年Internet 開始商業(yè)化運行 工控產(chǎn)品發(fā)展史1995年8月23日純32 位的多任務(wù)操作系統(tǒng)Windows 95 發(fā)

7、布 1997年Intel 發(fā)布Pentium MMX CPU，處理器的游戲和多媒體功能得到增強 1998年2月Intel 發(fā)布333MHz Pentium 處理器 1998年6月25日Microsoft 發(fā)布Windows 98 1999年7月Pentium 發(fā)布，時鐘頻率在450MHz 以上，2800萬個晶體管 2000年Microsoft 發(fā)布Windows 2000 2001年8月Intel 發(fā)布主頻高達2GHz 的P4 處理器 現(xiàn)在流行的操作系統(tǒng)是Windows xp，主流CPU芯片是主頻高達2.8GHz 的P4 處理器 工控產(chǎn)品名詞解釋 DCS：是分散控制系統(tǒng)（Distributed

8、 Control System），國內(nèi)一般習慣成為集散控制系統(tǒng)，它是由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示CRT）、控制（Control）等4C技術(shù)； 基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。 工控產(chǎn)品名詞解釋OPC：用于過程控制領(lǐng)域的OLE（對象連接和嵌入）是硬件、軟件供應(yīng)商間建立的完整規(guī)則Ethernet：工業(yè)以太網(wǎng) RS232：標準串口串行通訊協(xié)議FCS：基于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System） 工控產(chǎn)品名詞解釋現(xiàn)場設(shè)備：指現(xiàn)場級檢測

9、及執(zhí)行設(shè)備，如傳感器、變送器、開關(guān)設(shè)備、驅(qū)動器、執(zhí)行機構(gòu)、指示及顯示設(shè)備、人機操作接口等。 通信協(xié)議：在數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、糾錯方式以及控制字符等方面通信雙方的約定。TCP/IP：Transmission Control Protocol/Internet Protocol 傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議 工控產(chǎn)品名詞解釋基于PLC的控制系統(tǒng)：指以PLC、遠程I/O及PLC網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)。 控制器：現(xiàn)場總線中的一個主站節(jié)點。至少具備總線通信與管理、邏輯執(zhí)行等功能。 EIB ：全集成自動化與樓宇自動化的網(wǎng)關(guān) 工控產(chǎn)品名詞解釋As-I ：As-interface的簡寫，專為傳感器執(zhí)行級開

10、發(fā)的現(xiàn)場總線，保持“即插即用”功能 。 ERP ：企業(yè)資源規(guī)劃 MES ：制造執(zhí)行系統(tǒng) 電氣網(wǎng)絡(luò) ：由工業(yè)級屏蔽雙絞線（RS485）或?qū)Ｓ糜诜辣ｋU區(qū)的雙絞線（符合IEC1158-2）與現(xiàn)場設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò) 。 工控產(chǎn)品名詞解釋FTP ：開放的標準，多客戶服務(wù)器，集成在所有Web中，主要用于傳送文件，基于TCP/IP，客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。 SDK：Software Development Kit，開放的編程接口和軟件開發(fā)工具包工控機構(gòu)成CPUCPU 是計算機的運算和控制中心，其作用類似人的大腦。不同的CPU 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完全相同，一個典型的CPU 由運算器、寄存器和控制器組成。3 個部分相互協(xié)調(diào)便

11、可以進行分析、判斷和計算，并控制計算機各部分協(xié)調(diào)工作。 工控產(chǎn)品簡介PLC工控產(chǎn)品簡介PLCS7-400工控產(chǎn)品簡介PLC工控產(chǎn)品簡介PLC可編程控制器 PLC (Programmable Logic Controller)與CAD、機器人技術(shù)一起被譽為當代工業(yè)自動化的三大支柱. PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的，它采用一種可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控化子各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 可編程控制器及其有關(guān)的外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的

12、原則設(shè)計。 工控產(chǎn)品簡介PLC按構(gòu)成形式分為：整體式、模塊式、疊裝式按輸入/輸出的容量分為：小型（256點以下）、 中型（2561024點）、大型（1024點以上）PLC的IO點實際上是說PLC的輸入輸出端子的數(shù)量，輸入端用IN表示，輸出端用OUT表示，合在一起就是IO，IO點數(shù)是PLC的一個重要參數(shù)。工控產(chǎn)品簡介PLC按功能強弱分為：低檔機：具有邏輯運算、順序控制、計時、計數(shù)等功能， 有一定的算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送的功能；中檔機：除低檔機功能外，還具有較強的模擬量輸入輸 出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能；高檔機：除中檔機功能外，還具有帶符號運算、矩陣運算 功能，具有模擬量調(diào)節(jié)、強大的聯(lián)網(wǎng)通訊功能

13、， 能進行智能控制、遠程控制、大規(guī)?？刂?，可構(gòu) 成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化管理 工控產(chǎn)品簡介PLC邏輯控制：取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，如機床電氣控 制、 各種電機控制；運動控制：使用專用運動控制模塊，可對直線運動或圓周 運動的位置、速度和加速度進行控制，實現(xiàn)單 軸、雙軸和多軸位置控制，如金屬切削機床、 金屬成型機械、電梯等；工控產(chǎn)品簡介PLC閉環(huán)控制：標準控制結(jié)構(gòu)具有P（比例）、PI（比例、積 分）、PD（比例、微分）及PID（比例、積 分、 微分）等控制功能，可對溫度、壓力、流 量等連續(xù)變化的模擬量進行控制；數(shù)據(jù)處理：通過數(shù)據(jù)采集、分析和處理等操作，將結(jié)果與 儲存在存儲器中的參考值進行

14、比較，也可通過 通訊傳送到智能裝置。用于造紙、冶金、食品 加工中的一些大型控制系統(tǒng)。 梯形圖： 傳統(tǒng)的電器控制系統(tǒng)電路圖的基礎(chǔ)上演變而來，在形式上類似于電器控制電路，由觸點、線圈和用方框 表示的功能塊組成。是PLC的主要編程語言，有時也稱作電路或程序。 如圖1-1所示觸點1、2接通時，有一個假想的“概念電流”或“能流”(PowerFlow)從左向右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。能流只能從左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖1中存在的能流有(1,2)、(1，5，4)、(3，4)和(3，5，2)，為此可以將圖1轉(zhuǎn)化為圖2。 繼電器控制 20

15、世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸 器及其觸點按照一定的邏輯關(guān)系連接在一起組成控制系 統(tǒng)，控制各種機械設(shè)備，這是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。 缺點： 可靠性差、排除故障困難；靈活性差，總體成本較高 在美國的汽車行業(yè)，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，車型更新周期要求越來越短，而繼電器控制裝置需要重新設(shè)計、布線，嚴重阻礙了更新周期。美國通用公司1969年公開招標，要求用新的控制裝置代替繼電器控制裝置，提出10條指標。繼電器控制 20世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸 器及其觸點按照一定的邏輯關(guān)系連接在一起組成控制系 統(tǒng)，控制各種機械設(shè)備，這是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。 缺點： 可靠性差、排除故障困難

16、；靈活性差，總體成本較高 在美國的汽車行業(yè)，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，車型更新周期要求越來越短，而繼電器控制裝置需要重新設(shè)計、布線，嚴重阻礙了更新周期。美國通用公司1969年公開招標，要求用新的控制裝置代替繼電器控制裝置，提出10條指標。PLC基本功能PLC的基本功能 1、多種控制功能 2、數(shù)據(jù)采集、存儲和處理功能 3、通信聯(lián)網(wǎng)功能 4、輸入/輸出接口調(diào)理功能 5、人機界面功能 6、編程、調(diào)試功能 PLC簡介控制功能1、邏輯控制：能代替繼電器進行開關(guān)量的控制 2、定時控制：提供若干個電子定時器，用戶 可自行設(shè)定為接通延時、關(guān)斷延時河定時 脈沖等方式。 3、計數(shù)控制：用脈沖控制可實現(xiàn)加、減計數(shù)模 式，可連

17、接碼盤進行位置檢測。 4、順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下 一道工序，使PLC做為多部步進控制器使用 PLC簡介數(shù)據(jù)功能1、基本算術(shù)：加、減、乘、除 2、擴展運算：平方根、三角函數(shù)、浮點運算 3、比較：大于、小于和等于 4、數(shù)據(jù)處理：選擇、組織、規(guī)格化和先入先出 5、模擬數(shù)據(jù)處理：PID、積分和濾波 PLC簡介通信功能1、遠程I/O控制 2、多臺PLC間彼此聯(lián)網(wǎng)、通訊 3、PLC與外部器件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換 4、計算機與PLC實現(xiàn)分布式通訊控制 西門子公司的PROFIBUS；AB公司的DeviceNet；摩托羅拉公司的LonWorks；Intel公司的CANopen；羅斯蒙特公司的HART；以

18、及CC-Link、 Modbus、Ethernet TCP/IP、 AS-interface、 INTERBUS等通訊協(xié)議列舉： PLC簡介接口功能1、具有A/D轉(zhuǎn)換功能 2、具有D/A轉(zhuǎn)換功能 3、具有溫度測量接口 4、稱重模塊 5、步進電機定位模塊 6、閉環(huán)控制模塊 PLC簡介人機界面功能1、操作界面的文字顯示2、單機的CRT顯示和鍵盤操作 3、使用通訊處理器、工業(yè)計算機的集中操作 和監(jiān)視系統(tǒng) 4、工業(yè)系統(tǒng)運行中的重要信息顯示 5、上層管理崗位的監(jiān)控DCS系統(tǒng) PLC簡介編程功能1、通過手持編程器編程 2、通過計算機串口編程 3、通過計算機上專用通訊卡編程4、通過存儲卡下載編程 5、可實現(xiàn)

19、在線調(diào)試、模擬調(diào)試 6、可將調(diào)試結(jié)果和程序打印出來 工控產(chǎn)品簡介網(wǎng)絡(luò) 7 應(yīng)用層（Application Layer） 6 表示層（Presentation Layer） 5 會話層（Session Layer） 4 運輸層（Transport Layer） 3 網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer） 2 數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer） 1 物理層（Physical Layer） 國際標準化組織（ISO）提供開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI），共分七層接口物理特性兩系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)開辟路徑協(xié)議兩系統(tǒng)間物理連接通訊特性系統(tǒng)間移動信息協(xié)調(diào)系統(tǒng)間信息交換始終數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工控產(chǎn)品簡介網(wǎng)絡(luò) 工業(yè)局域網(wǎng)

20、一般有3種網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系（網(wǎng)絡(luò)中各個模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系）： 星形網(wǎng)絡(luò) 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)工控產(chǎn)品簡介網(wǎng)絡(luò) 工業(yè)局域網(wǎng)一般有3種網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系（網(wǎng)絡(luò)中各個模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系）： 總線形網(wǎng)絡(luò)總線形結(jié)構(gòu)簡單、易于擴充、設(shè)備安裝、修改費用低、可靠性高、靈活性好、可連接多種類型的結(jié)點、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快，特別適用于工業(yè)。 工控產(chǎn)品簡介網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議： 在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為確保數(shù)據(jù)通信雙方能夠正確而自動地進行通訊，針對通信過程中的問題（數(shù)字設(shè)備型號、通信線路類型、連接方式、同步方式、通信方式等不同）制定了一整套約定工控產(chǎn)品簡介網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線：連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù) 字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信 網(wǎng)絡(luò)。 基于現(xiàn)場總線的

21、系統(tǒng)是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，用總線相連，實現(xiàn)信息的相互交換，使得不同網(wǎng)絡(luò)、不同現(xiàn)場設(shè)備之間實現(xiàn)信息共享。 工控產(chǎn)品簡介網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)：同軸電纜、雙絞線、光纖、無線媒體MODBUS協(xié)議的特點：1、是一種主從網(wǎng)絡(luò)，允許一個主機和一個或多個 從機通訊，以完成編程、數(shù)據(jù)傳送、程序上/下傳，及其主機操作。工控產(chǎn)品簡介網(wǎng)絡(luò)2、采用命令/應(yīng)當方式，每一種命令報文都對應(yīng)著一種應(yīng)答報文，命令報文由主站發(fā)出，從站發(fā) 出應(yīng)答報文，每個從站都有唯一的地址。3、采用ASCII（美國標準信息交換碼）和RTU （遠程終端裝置）這兩種傳輸模式。RTU的格 式是8個數(shù)據(jù)位、1個停止位，沒有奇

22、偶校驗位工控產(chǎn)品簡介研華模塊 插入式數(shù)據(jù)采集與控制卡 信 號 調(diào)理 模塊ADAM-3000 遠 程 I /O 模 塊ADAM-4000 分布式 I/O 模塊ADAM-5000 基于Web的智能I/O模塊ADAM-6000 PC-104模塊 通用網(wǎng)絡(luò)控制器UNO-2000 基于PC的工業(yè)控制器MIC-2000工控產(chǎn)品簡介變頻器 交流變頻調(diào)速是集電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。 它是將標準的交流電轉(zhuǎn)換為電壓和頻率都可變化的交流電，來實現(xiàn)對交流感應(yīng)電機的變速驅(qū)動。 工控產(chǎn)品簡介變頻器變頻器實際就是可變速度驅(qū)動器（VSD）EMC： 即是“電磁兼容性”，在電磁環(huán)境中裝置良好的工作能

23、力，且本身不能產(chǎn)生在此工作環(huán)境中工作的其他裝置所不能接受的電磁干擾。 工控產(chǎn)品簡介變頻器電動機非直接啟動的需要： 鼠籠電機直接啟動電流倍數(shù)為額定電流的47倍，啟動周期內(nèi)影響整個系統(tǒng)負荷的正常供電，導致啟動延遲或失敗。工控產(chǎn)品簡介變頻器傳統(tǒng)直接起動方式：星三角；一次側(cè)串 電阻；自耦降壓星三角： 起動電流峰值限制在1.82.6 ln，過程不可控，輸出功率低，不能拖動重載一次側(cè)串電阻：起動電流峰值為4.5ln，過程不可控，適用于各種負載，但設(shè)備笨重。工控產(chǎn)品簡介變頻器星三角： 啟動時先將電機繞組接成星形，使每相繞組上的供電電壓為相電壓，待電機轉(zhuǎn)速升高到一定值后，再將電機繞組的接線方式改為三角形，使每相繞組的供電電壓為線電壓，完成電機啟動。從而減小啟動時的電流，減少對電網(wǎng)的沖擊。工控產(chǎn)品簡介變頻器星三角： 啟動時先將電機繞組接成星形，使每相繞組上的供電電壓為相電壓，待電機轉(zhuǎn)速升高到一定