工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)指南

工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)指南TOC\o"1-2"\h\u3613第1章工業(yè)自動(dòng)化概述 4161321.1自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程 461571.1.1機(jī)械自動(dòng)化 4275001.1.2電氣自動(dòng)化 4124971.1.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 4208111.2工業(yè)自動(dòng)化的基本概念與分類 4205581.2.1基本概念 4232001.2.2分類 4275351.3工業(yè)自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì) 559521.3.1優(yōu)勢(shì) 5281921.3.2發(fā)展趨勢(shì) 515190第2章自動(dòng)化控制系統(tǒng)基礎(chǔ) 5325522.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理 537132.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 6308412.3控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)與評(píng)價(jià) 614649第3章傳感器與執(zhí)行器 6263473.1傳感器的類型與原理 626103.1.1電阻傳感器 7262973.1.2電容傳感器 7234873.1.3電感傳感器 79663.1.4壓電傳感器 7167903.1.5磁電傳感器 7176413.2常用傳感器及其應(yīng)用 7105883.2.1溫度傳感器 76873.2.2壓力傳感器 7114883.2.3流量傳感器 7279683.2.4位置傳感器 728063.2.5液位傳感器 85783.3執(zhí)行器的類型與原理 892863.3.1電動(dòng)執(zhí)行器 8314683.3.2氣動(dòng)執(zhí)行器 89203.3.3液壓執(zhí)行器 8152763.3.4電磁執(zhí)行器 8300403.4常用執(zhí)行器及其應(yīng)用 8230553.4.1電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 842023.4.2氣缸 8129993.4.3液壓缸 8252323.4.4電磁閥 864073.4.5伺服電機(jī) 917633第4章控制器及其設(shè)計(jì)方法 9126784.1控制器的類型與原理 9166824.1.1比例積分微分（PID）控制器 9243064.1.2線性二次型最優(yōu)控制器（LQR） 9305154.1.3模糊控制器 947564.1.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器 9105494.2模擬控制器的設(shè)計(jì)方法 9111214.2.1脈沖響應(yīng)法 943664.2.2頻率響應(yīng)法 979924.2.3根軌跡法 10276274.3數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法 10173254.3.1數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì) 10226654.3.2狀態(tài)空間法 1011484.3.3模型預(yù)測(cè)控制（MPC） 10174704.4控制器參數(shù)整定與優(yōu)化 10288244.4.1經(jīng)驗(yàn)法 10177554.4.2閉環(huán)優(yōu)化法 1091024.4.3開環(huán)優(yōu)化法 10301314.4.4自適應(yīng)控制 1129302第5章現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng) 11138985.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述 11167425.2常用現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用 11198275.2.1Profibus 11198675.2.2Modbus 1168875.2.3CAN 11229535.2.4FoundationFieldbus 11147525.3工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用 12216225.3.1工業(yè)以太網(wǎng)的物理層技術(shù) 12259775.3.2工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議與應(yīng)用 1263505.4現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的融合與發(fā)展 12273655.4.1現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的融合 1248145.4.2現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展 1222839第6章分布式控制系統(tǒng)（DCS） 13167676.1DCS的組成與原理 13133936.1.1組成 13323326.1.2原理 1322346.2DCS的關(guān)鍵技術(shù) 133226.2.1控制算法 1375256.2.2通信技術(shù) 1441546.2.3網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù) 1463216.2.4故障診斷與容錯(cuò)技術(shù) 14308086.3DCS的應(yīng)用案例 14231476.3.1石化行業(yè) 14114026.3.2電力行業(yè) 1468716.3.3鋼鐵行業(yè) 14309496.4DCS的發(fā)展趨勢(shì) 1479466.4.1集成化 14312586.4.2標(biāo)準(zhǔn)化與開放性 1454106.4.3面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 14167226.4.4安全性 1532536第7章可編程邏輯控制器（PLC） 1541507.1PLC的組成與原理 1523657.1.1PLC的基本組成 15138087.1.2PLC的工作原理 15209117.2PLC編程語言與編程方法 1575197.2.1PLC編程語言 1541537.2.2PLC編程方法 15240307.3PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16190757.3.1PLC選型 16274667.3.2PLC程序設(shè)計(jì) 16241927.4PLC的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 16100287.4.1PLC通信協(xié)議 16157307.4.2PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1625644第8章機(jī)器視覺與技術(shù) 17174188.1機(jī)器視覺系統(tǒng)組成與原理 17138888.2機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用 17164778.3工業(yè)技術(shù)概述 17320538.4工業(yè)的應(yīng)用與未來發(fā)展 1831955第9章數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 18175299.1數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)概述 1879919.2數(shù)據(jù)采集技術(shù)及其應(yīng)用 18108429.3數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù) 19259969.4監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1921011第10章工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全與維護(hù) 202210710.1工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)策 201621610.1.1安全風(fēng)險(xiǎn)分析 202676810.1.2安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策 201210710.2安全控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì) 20182710.2.1安全控制系統(tǒng)的基本原理 202507810.2.2安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 201410710.2.3安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 20838710.3工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的維護(hù)與故障診斷 20683810.3.1系統(tǒng)維護(hù)策略 202906610.3.2故障診斷方法 21888610.3.3故障診斷與維護(hù)實(shí)施 21899910.4工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)與提升策略 21182510.4.1可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo) 21198210.4.2可靠性提升策略 211099810.4.3可靠性工程管理 21第1章工業(yè)自動(dòng)化概述1.1自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展可追溯至20世紀(jì)初期，經(jīng)歷了多個(gè)階段的發(fā)展與演變。從最初的機(jī)械自動(dòng)化，到后來的電氣自動(dòng)化，再到現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著日益重要的作用。1.1.1機(jī)械自動(dòng)化20世紀(jì)初，為了提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，機(jī)械自動(dòng)化開始出現(xiàn)。這一階段的自動(dòng)化主要體現(xiàn)在使用機(jī)械裝置替代人力進(jìn)行重復(fù)性勞動(dòng)，如福特汽車公司采用流水線生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)了汽車制造的自動(dòng)化。1.1.2電氣自動(dòng)化20世紀(jì)50年代，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化逐漸興起。這一階段的自動(dòng)化主要采用電氣控制系統(tǒng)，通過編程實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制，如可編程邏輯控制器（PLC）的應(yīng)用。1.1.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)20世紀(jì)70年代以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的出現(xiàn)。這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造、管理、信息等各個(gè)方面的集成，為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。1.2工業(yè)自動(dòng)化的基本概念與分類1.2.1基本概念工業(yè)自動(dòng)化是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中，利用自動(dòng)化設(shè)備、儀器、儀表、控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)管理的一種技術(shù)。1.2.2分類根據(jù)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范圍和層次，工業(yè)自動(dòng)化可分為以下幾類：（1）過程自動(dòng)化：主要應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)過程，如石油、化工、電力等行業(yè)。（2）制造自動(dòng)化：主要應(yīng)用于離散制造行業(yè)，如機(jī)械制造、電子制造、汽車制造等。（3）管理自動(dòng)化：主要應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)管理、物流管理、質(zhì)量管理等方面。（4）自動(dòng)化：主要應(yīng)用于搬運(yùn)、焊接、裝配、檢測(cè)等工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。1.3工業(yè)自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)1.3.1優(yōu)勢(shì)（1）提高生產(chǎn)效率：自動(dòng)化技術(shù)可以替代人工完成重復(fù)性、高強(qiáng)度的工作，提高生產(chǎn)效率。（2）降低生產(chǎn)成本：自動(dòng)化技術(shù)可以減少人力成本、降低不良品率，從而降低生產(chǎn)成本。（3）提高產(chǎn)品質(zhì)量：自動(dòng)化技術(shù)具有高精度、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。（4）減少生產(chǎn)：自動(dòng)化技術(shù)可以降低人為操作失誤，提高生產(chǎn)安全性。1.3.2發(fā)展趨勢(shì)（1）智能化：人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化將向智能化方向發(fā)展。（2）網(wǎng)絡(luò)化：工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)設(shè)備、生產(chǎn)線、企業(yè)之間的信息互聯(lián)互通，提高生產(chǎn)協(xié)同效率。（3）綠色化：工業(yè)自動(dòng)化將更加注重節(jié)能環(huán)保，推動(dòng)綠色制造發(fā)展。（4）柔性化：工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)將具備更強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，滿足多樣化、個(gè)性化的生產(chǎn)需求。第2章自動(dòng)化控制系統(tǒng)基礎(chǔ)2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理自動(dòng)控制系統(tǒng)是由控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋元件等組成的閉環(huán)系統(tǒng)。其基本原理是通過比較被控對(duì)象的實(shí)際輸出與期望輸出之間的偏差，由控制器產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)整，從而使被控對(duì)象的輸出逐漸接近期望輸出。自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理可概括為以下三個(gè)步驟：（1）檢測(cè)：通過傳感器等檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被控對(duì)象的輸出，獲取系統(tǒng)狀態(tài)信息。（2）比較：將檢測(cè)到的被控對(duì)象輸出與期望輸出進(jìn)行比較，得到偏差。（3）控制：根據(jù)偏差，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)整，減小偏差。2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為了對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，需要建立數(shù)學(xué)模型。自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要包括線性模型和非線性模型兩大類。（1）線性模型：線性模型是指系統(tǒng)的輸入與輸出之間存在線性關(guān)系的模型。線性模型主要包括差分方程、狀態(tài)空間方程和傳遞函數(shù)等。（2）非線性模型：非線性模型是指系統(tǒng)的輸入與輸出之間存在非線性關(guān)系的模型。非線性模型的分析和設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，常用的方法有描述函數(shù)法、相平面法和李雅普諾夫方法等。2.3控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)與評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的功能指標(biāo)是衡量系統(tǒng)功能的重要依據(jù)，主要包括穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性和抗干擾性等。（1）穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外部擾動(dòng)和初始條件影響后，能夠恢復(fù)到期望狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，常用的穩(wěn)定性分析方法有勞斯赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)、奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)和李雅普諾夫穩(wěn)定性理論等。（2）快速性：快速性是指系統(tǒng)在受到外部擾動(dòng)或設(shè)定值變化時(shí)，迅速恢復(fù)到期望狀態(tài)的能力。快速性通常與系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、上升時(shí)間和調(diào)整時(shí)間等參數(shù)相關(guān)。（3）準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確性是指系統(tǒng)輸出與期望輸出之間的偏差大小。準(zhǔn)確性越高，系統(tǒng)功能越好。（4）抗干擾性：抗干擾性是指系統(tǒng)在受到外部干擾時(shí)，能夠保持期望輸出的能力。抗干擾功能好的系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。通過以上功能指標(biāo)，可以對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。第3章傳感器與執(zhí)行器3.1傳感器的類型與原理傳感器作為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其主要功能是將各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，以便控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。根據(jù)不同的測(cè)量原理，傳感器可分為以下幾類：3.1.1電阻傳感器電阻傳感器利用材料的電阻隨被測(cè)物理量變化的特性來實(shí)現(xiàn)測(cè)量。其原理主要包括熱電阻、光敏電阻、壓敏電阻等。3.1.2電容傳感器電容傳感器通過改變電容量來實(shí)現(xiàn)被測(cè)物理量的測(cè)量。其主要原理有變面積型、變間距型、變介電常數(shù)型等。3.1.3電感傳感器電感傳感器利用電感量的變化來檢測(cè)被測(cè)物理量。其原理包括自感式、互感式、差動(dòng)式等。3.1.4壓電傳感器壓電傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)物理量的測(cè)量。3.1.5磁電傳感器磁電傳感器利用磁電效應(yīng)，將磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。主要包括霍爾效應(yīng)傳感器、磁阻傳感器等。3.2常用傳感器及其應(yīng)用在實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，以下幾種傳感器應(yīng)用廣泛：3.2.1溫度傳感器溫度傳感器包括熱電阻、熱電偶等，廣泛應(yīng)用于各種熱處理、加熱、冷卻等過程控制。3.2.2壓力傳感器壓力傳感器主要用于檢測(cè)氣體、液體和蒸汽的壓力，應(yīng)用于石油、化工、電力等領(lǐng)域。3.2.3流量傳感器流量傳感器用于測(cè)量流體流量，包括電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)等，應(yīng)用于給排水、石油、化工等行業(yè)。3.2.4位置傳感器位置傳感器用于檢測(cè)物體的位置，包括電位器式、光柵式、磁柵式等，應(yīng)用于機(jī)械制造、等領(lǐng)域。3.2.5液位傳感器液位傳感器用于檢測(cè)液體的高度，包括浮子式、壓力式、電容式等，應(yīng)用于化工、食品、水利等行業(yè)。3.3執(zhí)行器的類型與原理執(zhí)行器是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的執(zhí)行部件，其作用是根據(jù)控制信號(hào)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行操作。根據(jù)工作原理，執(zhí)行器可分為以下幾類：3.3.1電動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)或調(diào)節(jié)。主要包括電動(dòng)閥門、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。3.3.2氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器利用壓縮空氣作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或調(diào)節(jié)。包括氣缸、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。3.3.3液壓執(zhí)行器液壓執(zhí)行器以液體為動(dòng)力源，通過液壓泵、液壓缸等實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)或調(diào)節(jié)。3.3.4電磁執(zhí)行器電磁執(zhí)行器利用電磁力驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象，如電磁閥、電磁鐵等。3.4常用執(zhí)行器及其應(yīng)用在實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，以下幾種執(zhí)行器應(yīng)用廣泛：3.4.1電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力等行業(yè)的管道系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)流體的調(diào)節(jié)和控制。3.4.2氣缸氣缸在自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用廣泛，如機(jī)械手、生產(chǎn)線等，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)和夾持功能。3.4.3液壓缸液壓缸在重型機(jī)械、冶金、船舶等行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)重物提升、推移等功能。3.4.4電磁閥電磁閥在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體、氣體等的快速開關(guān)控制。3.4.5伺服電機(jī)伺服電機(jī)在精密控制場(chǎng)合，如、數(shù)控機(jī)床等，實(shí)現(xiàn)高精度位置和速度控制。第4章控制器及其設(shè)計(jì)方法4.1控制器的類型與原理控制器是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的核心部件，其功能是根據(jù)給定的設(shè)定值和實(shí)際輸出值之間的偏差，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制量，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定在設(shè)定值或跟蹤某個(gè)給定軌跡。根據(jù)控制原理和實(shí)現(xiàn)方式的不同，控制器主要分為以下幾種類型：4.1.1比例積分微分（PID）控制器PID控制器是最常用的控制器類型，其基本原理是利用比例（P）、積分（I）和微分（D）三個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)偏差進(jìn)行控制。PID控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)易于調(diào)整、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。4.1.2線性二次型最優(yōu)控制器（LQR）LQR控制器是基于狀態(tài)空間方法的一種最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)方法，其目標(biāo)是最小化系統(tǒng)功能指標(biāo)，通常表現(xiàn)為系統(tǒng)狀態(tài)和控制能量的加權(quán)積分。LQR控制器具有較高的控制功能，但計(jì)算復(fù)雜度較高。4.1.3模糊控制器模糊控制器是一種基于模糊邏輯的控制器，適用于處理具有不確定性和不精確性的系統(tǒng)。模糊控制器通過模糊推理，將輸入模糊量映射為輸出控制量，具有較好的魯棒性。4.1.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器是基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的控制器，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性和學(xué)習(xí)能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器可以逼近非線性系統(tǒng)，適用于難以建立數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)。4.2模擬控制器的設(shè)計(jì)方法模擬控制器的設(shè)計(jì)方法主要包括以下幾種：4.2.1脈沖響應(yīng)法脈沖響應(yīng)法是一種基于系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的控制器設(shè)計(jì)方法。通過測(cè)量系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)，可以得到控制器的傳遞函數(shù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出滿足功能要求的控制器。4.2.2頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法是一種基于系統(tǒng)頻率響應(yīng)的控制器設(shè)計(jì)方法。通過分析系統(tǒng)的波特圖或尼科爾斯圖，可以得到控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)控制器的設(shè)計(jì)。4.2.3根軌跡法根軌跡法是一種基于系統(tǒng)開環(huán)極點(diǎn)的控制器設(shè)計(jì)方法。通過分析系統(tǒng)根軌跡的變化規(guī)律，可以得到控制器參數(shù)的調(diào)整方向，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的優(yōu)化。4.3數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法主要包括以下幾種：4.3.1數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)數(shù)字PID控制器是模擬PID控制器在數(shù)字域的表示。其設(shè)計(jì)方法主要包括兩種：一種是基于模擬PID控制器的離散化方法，另一種是基于數(shù)字濾波器的數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)方法。4.3.2狀態(tài)空間法狀態(tài)空間法是一種基于系統(tǒng)狀態(tài)方程和輸出方程的控制器設(shè)計(jì)方法。通過求解系統(tǒng)狀態(tài)反饋矩陣和輸出反饋矩陣，可以得到數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)。4.3.3模型預(yù)測(cè)控制（MPC）模型預(yù)測(cè)控制是一種基于系統(tǒng)模型的先進(jìn)控制策略。通過對(duì)系統(tǒng)未來輸出進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合優(yōu)化算法，求解控制輸入序列，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。4.4控制器參數(shù)整定與優(yōu)化控制器參數(shù)整定與優(yōu)化是保證控制系統(tǒng)功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以下是一些常見的參數(shù)整定與優(yōu)化方法：4.4.1經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法是依據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和控制理論，通過不斷調(diào)整控制器參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到滿意的功能。這種方法簡(jiǎn)單易行，但需要豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。4.4.2閉環(huán)優(yōu)化法閉環(huán)優(yōu)化法是在閉環(huán)系統(tǒng)中，通過優(yōu)化算法（如梯度下降法、粒子群優(yōu)化等）對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)功能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。4.4.3開環(huán)優(yōu)化法開環(huán)優(yōu)化法是在開環(huán)系統(tǒng)中，通過對(duì)控制器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)在特定工況下達(dá)到最佳功能。這種方法適用于系統(tǒng)模型較為準(zhǔn)確的情況。4.4.4自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制是一種根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整控制器參數(shù)的方法。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，自適應(yīng)控制器能夠在線調(diào)整參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)變化。這種方法具有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性。第5章現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)5.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中一種重要的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，主要用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間的信息交換。它具有高度分散性、實(shí)時(shí)性和可靠性，能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供了更為靈活、高效的信息傳輸方式，對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。5.2常用現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用目前國內(nèi)外存在多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，如Profibus、Modbus、CAN、FoundationFieldbus等。這些現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。5.2.1ProfibusProfibus是一種國際性的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、過程控制和自動(dòng)化領(lǐng)域。Profibus具有高速傳輸、高可靠性、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，適用于各種類型的數(shù)據(jù)通信。5.2.2ModbusModbus是一種簡(jiǎn)單、可靠的通信協(xié)議，主要用于電子設(shè)備之間的通信。它具有傳輸速度快、誤碼率低、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。5.2.3CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork，CAN）是一種高可靠性的網(wǎng)絡(luò)總線標(biāo)準(zhǔn)，主要用于汽車和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。CAN總線具有實(shí)時(shí)性、靈活性和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于分布式控制系統(tǒng)。5.2.4FoundationFieldbusFoundationFieldbus是一種專為過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，具有高度集成、模塊化、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。它支持多種傳輸介質(zhì)，如雙絞線、光纖等，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力等行業(yè)。5.3工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的一種通信技術(shù)，具有傳輸速度快、組網(wǎng)靈活、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，已成為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間數(shù)據(jù)通信的重要手段。5.3.1工業(yè)以太網(wǎng)的物理層技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)的物理層技術(shù)主要包括以太網(wǎng)交換機(jī)、光纖通信、工業(yè)電纜等。這些技術(shù)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供了高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。5.3.2工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議與應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議主要包括IEEE802.3、TCP/IP、EtherCAT等。這些協(xié)議在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、分布式控制系統(tǒng)等。5.4現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的融合與發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的融合已成為一種趨勢(shì)。這種融合不僅提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和兼容性，還有助于降低系統(tǒng)成本。5.4.1現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的融合現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的融合主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）技術(shù)融合：采用統(tǒng)一的通信協(xié)議和傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間的無縫連接。（2）網(wǎng)絡(luò)融合：構(gòu)建統(tǒng)一的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同現(xiàn)場(chǎng)總線之間的數(shù)據(jù)傳輸和共享。（3）應(yīng)用融合：將現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供更高效、靈活的解決方案。5.4.2現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)如下：（1）傳輸速率不斷提高：以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳輸速率不斷提高，為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)提供更快的數(shù)據(jù)傳輸通道。（2）實(shí)時(shí)性增強(qiáng)：通過優(yōu)化協(xié)議和硬件設(shè)計(jì)，提高工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性，滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性的需求。（3）安全性提升：采用加密、認(rèn)證等技術(shù)，提高現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的通信安全性。（4）兼容性增強(qiáng)：不斷優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議，提高不同廠商設(shè)備的兼容性。（5）應(yīng)用領(lǐng)域拓展：現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)逐漸應(yīng)用于更多領(lǐng)域，如物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等。第6章分布式控制系統(tǒng)（DCS）6.1DCS的組成與原理6.1.1組成分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，簡(jiǎn)稱DCS）是一種綜合性的控制系統(tǒng)，主要由以下幾部分組成：（1）控制器：作為DCS的核心單元，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)控制算法、數(shù)據(jù)處理和通信等功能。（2）操作站：用于操作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、操作和故障診斷。（3）通信網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)控制器、操作站和其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。（4）現(xiàn)場(chǎng)儀表：負(fù)責(zé)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如溫度、壓力、流量等，并將數(shù)據(jù)傳輸至控制器。6.1.2原理DCS采用分布式結(jié)構(gòu)，各控制器相互獨(dú)立，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作。其主要原理如下：（1）分散控制：將整個(gè)控制任務(wù)分散到多個(gè)控制器上，降低單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)可靠性。（2）集中管理：通過操作站對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、報(bào)警處理和操作記錄等功能。（3）模塊化設(shè)計(jì)：控制器、操作站等設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)展和維護(hù)。6.2DCS的關(guān)鍵技術(shù)6.2.1控制算法DCS采用的控制算法包括PID控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等，以滿足不同工業(yè)過程的控制需求。6.2.2通信技術(shù)DCS中的通信技術(shù)包括有線通信和無線通信，有線通信采用以太網(wǎng)、串行通信等技術(shù)；無線通信采用WiFi、藍(lán)牙等無線技術(shù)。6.2.3網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)為保證DCS的安全運(yùn)行，采用加密、認(rèn)證、防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，防止外部攻擊和內(nèi)部數(shù)據(jù)泄露。6.2.4故障診斷與容錯(cuò)技術(shù)DCS具備故障自診斷功能，通過冗余設(shè)計(jì)、在線切換等技術(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。6.3DCS的應(yīng)用案例6.3.1石化行業(yè)DCS在石化行業(yè)中的應(yīng)用包括煉油、化工、化肥等，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、優(yōu)化控制和故障診斷。6.3.2電力行業(yè)DCS在火電、水電、核電等電力領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控、保護(hù)和控制，提高發(fā)電效率，降低能源消耗。6.3.3鋼鐵行業(yè)DCS在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用涉及煉鐵、煉鋼、軋鋼等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化和綠色化。6.4DCS的發(fā)展趨勢(shì)6.4.1集成化DCS將與其他控制系統(tǒng)（如PLC、FCS等）和企業(yè)管理系統(tǒng)（如MES、ERP等）進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息化和智能化。6.4.2標(biāo)準(zhǔn)化與開放性DCS的發(fā)展將趨向標(biāo)準(zhǔn)化和開放性，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)，便于不同廠商設(shè)備的互操作。6.4.3面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，DCS將實(shí)現(xiàn)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的融合，為工業(yè)生產(chǎn)提供更智能的解決方案。6.4.4安全性DCS將加強(qiáng)對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的防護(hù)，提高系統(tǒng)安全性，防止因網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致的設(shè)備故障和生產(chǎn)。第7章可編程邏輯控制器（PLC）7.1PLC的組成與原理7.1.1PLC的基本組成可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的數(shù)字運(yùn)算控制器。它主要由處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口（I/O）、通信接口和電源等部分組成。7.1.2PLC的工作原理PLC的工作原理主要包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。在輸入采樣階段，PLC讀取外部輸入信號(hào)，將其存儲(chǔ)在輸入映像寄存器中；在程序執(zhí)行階段，CPU根據(jù)用戶編寫的程序?qū)斎胗诚窦拇嫫髦械男盘?hào)進(jìn)行處理，并將結(jié)果存儲(chǔ)在輸出映像寄存器中；在輸出刷新階段，PLC將輸出映像寄存器中的信號(hào)發(fā)送給外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。7.2PLC編程語言與編程方法7.2.1PLC編程語言PLC編程語言主要包括以下幾種：（1）梯形圖（LadderDiagram，LD）：梯形圖是PLC編程中最常用的圖形化編程語言，具有直觀、易于理解和掌握的特點(diǎn)。（2）指令表（InstructionList，IL）：指令表是一種類似于匯編語言的文本編程語言，具有較高的靈活性和編程效率。（3）功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）：功能塊圖通過模塊化的方式表示程序邏輯，便于編程和模塊化設(shè)計(jì)。（4）結(jié)構(gòu)化文本（StructuredText，ST）：結(jié)構(gòu)化文本是一種基于高級(jí)編程語言的文本編程方式，適用于編寫復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯處理程序。7.2.2PLC編程方法PLC編程方法主要包括以下幾種：（1）順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）：順序功能圖是一種流程圖式的編程方法，適用于描述具有明顯順序關(guān)系的控制邏輯。（2）邏輯順序法：邏輯順序法按照程序執(zhí)行邏輯順序進(jìn)行編程，適用于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。（3）模塊化編程：模塊化編程將整個(gè)程序劃分為多個(gè)獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)特定的功能，便于編程和維護(hù)。7.3PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.3.1PLC選型PLC選型需要考慮以下因素：（1）控制系統(tǒng)的需求：根據(jù)控制對(duì)象的類型、數(shù)量和功能要求選擇合適的PLC型號(hào)。（2）I/O點(diǎn)數(shù)和類型：根據(jù)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)數(shù)量和類型選擇合適的I/O模塊。（3）通信接口：根據(jù)控制系統(tǒng)與其他設(shè)備或系統(tǒng)的通信需求選擇合適的通信接口。7.3.2PLC程序設(shè)計(jì)PLC程序設(shè)計(jì)包括以下步驟：（1）分析控制需求，明確控制目標(biāo)和功能。（2）選擇合適的編程語言和編程方法。（3）編寫程序，并進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。（4）完成程序后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試和驗(yàn)證。7.4PLC的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)7.4.1PLC通信協(xié)議PLC通信協(xié)議主要包括以下幾種：（1）串行通信協(xié)議：如RS232、RS485等。（2）現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議：如Profibus、Modbus、CAN等。（3）工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議：如TCP/IP、EtherCAT等。7.4.2PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括以下幾種：（1）星型結(jié)構(gòu)：各PLC通過通信線與設(shè)備連接，適用于小型控制系統(tǒng)。（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)：PLC按順序連接成環(huán)，適用于中大型控制系統(tǒng)。（3）總線型結(jié)構(gòu)：各PLC通過總線連接，適用于大型分布式控制系統(tǒng)。（4）樹狀結(jié)構(gòu)：PLC按層次關(guān)系連接，適用于具有層次結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。第8章機(jī)器視覺與技術(shù)8.1機(jī)器視覺系統(tǒng)組成與原理機(jī)器視覺系統(tǒng)作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，其基本目標(biāo)是使機(jī)器具備人類視覺功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體形狀、大小、顏色、紋理等特征的識(shí)別與檢測(cè)。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：（1）圖像采集單元：包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、傳感器等，負(fù)責(zé)將目標(biāo)物體表面的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。（2）圖像處理與分析單元：對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、模式識(shí)別等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的識(shí)別與檢測(cè)。（3）控制執(zhí)行單元：根據(jù)圖像處理與分析結(jié)果，對(duì)機(jī)器執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。機(jī)器視覺原理主要基于光學(xué)、圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)，通過對(duì)圖像的采集、處理、分析和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知和理解。8.2機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)：對(duì)生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品進(jìn)行在線檢測(cè)，包括尺寸、形狀、顏色等，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。（2）裝配引導(dǎo)：在自動(dòng)化裝配過程中，利用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行定位和引導(dǎo)，提高裝配精度和效率。（3）導(dǎo)航與定位：通過機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航與定位，使能夠在復(fù)雜環(huán)境中完成特定任務(wù)。（4）智能識(shí)別與分揀：對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別和分類，如快遞分揀、垃圾分類等，提高自動(dòng)化程度。8.3工業(yè)技術(shù)概述工業(yè)是一種具有自主編程、多軸聯(lián)動(dòng)、多傳感器集成等功能的自動(dòng)化設(shè)備，能夠在生產(chǎn)過程中完成多種任務(wù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)：工業(yè)通常具有多個(gè)自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的精確控制。（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：采用伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)高速、高精度運(yùn)動(dòng)。（3）控制系統(tǒng)：采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整。（4）傳感器集成：集成力傳感器、視覺傳感器等，使具備對(duì)外界環(huán)境的感知能力。8.4工業(yè)的應(yīng)用與未來發(fā)展工業(yè)在制造業(yè)、物流、醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要包括以下方面：（1）焊接、噴涂、裝配等傳統(tǒng)制造領(lǐng)域：提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。（2）物流與倉儲(chǔ)：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化搬運(yùn)、分揀、打包等功能，提高物流效率。（3）醫(yī)療與服務(wù)：輔術(shù)、康復(fù)護(hù)理、家庭服務(wù)等，提高生活質(zhì)量。未來工業(yè)技術(shù)將繼續(xù)向以下方向發(fā)展：（1）智能化：提高的自主決策、學(xué)習(xí)與適應(yīng)能力。（2）協(xié)同作業(yè)：實(shí)現(xiàn)多協(xié)同完成復(fù)雜任務(wù)。（3）人機(jī)交互：增強(qiáng)與人類的交互能力，提高人機(jī)協(xié)作效率。（4）輕量化和模塊化：降低成本，提高系統(tǒng)靈活性。第9章數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控9.1數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)作為工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的核心組成部分，其作用在于實(shí)時(shí)獲取工業(yè)生產(chǎn)過程中的各類數(shù)據(jù)，并進(jìn)行有效監(jiān)控，以保證生產(chǎn)