现代工业自动化系统--原理及其组成教学内容

古代人在河流上建造可以通过水的冲击带动轮子转动，实现灌溉、碾米 等工作的水车、磨坊。
近代人创造出的许多诸如钟表、蒸汽机速度调节控制等等的自动装置， 到十八世纪末自动装置的应用和研究使得自动化技术初具雏形。
直到上世纪四十年代末，美国数学家维纳与墨西哥生物学家罗森布卢 特合作，提出了自动化的理论基础著作——控制论。标志着自动化技术的正 式诞生。
1、 控制器
通用控制器——可编程控制器PLC PLC是将逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作， 以指令的形式存贮于可编程的存储器中，并经过数字式或模拟式 的输入输出部件，对生产设备和过程进行控制的数字运算操作电 子装置。 PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的，它既不同于 普通的计算机，又不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊 形式的计算机控制装置，它在系统结构，硬件组成，软件结构以 及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性。
自动化技术从诞生到现在，已取得了长足进步，逐步走向成熟。自动 化技术为生产力的发展起着巨大的作用，实现了人们摆脱繁重劳动和驾驭复 杂系统的愿望。同时,自动化技术也在应用中得到不断发展和完善。人们在 自动化技术应用中发展了各种理论以及设计了各种设备和自动化装置，并在 各个领域大显身手，如飞机导航、交通运输、导弹控制、智能楼宇、现代化 工厂中到处都有自动化技术的应用。
●传统控制与现代控制
PID控制——比例、积分、微分 PID控制器作为最早实用化的控制器已有50多 年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先 决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
现代控制——最优控制、自适应控制、预测控制、 自学习控制。。。
智能控制——模糊控制、专家系统、神经网络
基础自动化L1（控制层）：现场设备控制系统 过程自动化L2（运行层）：生产过程监控系统 工厂自动化L3（管理层）：MES制造执行系统 企业自动化L4（经营层）：ERP企业资源规划
工业自动化最新技术：工业计算机网络控制系统
三、 常用器件
组成工业自动化系统的最基本的单元器件： 各类电器：主令器、断路器、接触器、继电器、驱动器等； 各类仪表： 传感器、热工仪表、专用仪表等； 各类计算机：可编程序控制器、工业计算机等。
工业自动化系统是运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术， 对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，以达到增加产 量、提高质量、降低消耗、确保安全为目标的集成系统。
自动化技术发展是伴随着人类各个领域的科技发展而发展起来的。人们 在几千年的生产过程中，为了多快好省地生产出自己需要的东西，发明了很 多能够替代人来工作的自动装置。
●顺序控制与回路控制
顺序控制开关逻辑控制 如：继电器矩阵控制、可编程序控制器 I/O模块输入输出控
制。 回路控制连续调节控制
如： FM 458-1 DP 应用模块专为自由组态的高性能闭环控制 和技术应用（如运动控制）而设计。
●现代工业自动化系统
现代工业自动化系统是在现代工业企业大型化、连续化、高速化、 快节奏生产的必然产物。
反馈信号
检测器
自动控制是基于反馈的技术。反馈理论的要素包括三个部分：测量、 比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用两者之间的偏 差来纠正调节系统的响应。因此，自动化技术的核心思想是反馈， 通过反馈建立起输入（原因）和输出（结果）之间的联系。使控制 器可以根据输入与输出的实际情况来决定控制策略，以便达到预定 的系统功能。
专用控制器—— 温度调节器、速度调节器等。
2、 执行器
电动调节装置—— 伺服阀—— 电磁阀——是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介
质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀不但能够应用在气动 系统中，在油压的系统、水压的系统中也能够得到相同或者类似的 应用. 步进电机——作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛 应用在各种自动化控制系统中。
现代工业自动化系统
原理及其组成
彭一江 2009年11月
目录
一、概述 二、系统组成 三、常用器件 四、实例分析 五、结束语
一、概述
自动化(Automation)，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程 序 或指令自动地进行操作或运行。
自动化装置是指无需人的参与就可以自动进行工作，完成特定任务的机 器。
随着微电子技术、计算机技术、光电技术、信息技术以及现代控制方法 与理论的发展，今天的自动化技术正以崭新的面貌在各个领域中发挥着重要 作用，以现代自动控制理论为基础的现代工业化系统展现出其无限美好的发 展前景。
●自动化系统结构
一个简单自动控制系统结构图
输入信号
控制信号
控制器
执行器
输出信号 过程对象
电磁阀
电磁换向阀
源自文库
步进电机
3、 检测仪表
压力仪表、温度仪表、电压电流检测仪表、各类传感器、各种特殊仪表。
电磁传感器
压力传感器
温度传感器
执行器－系统的手脚 执行器在自动控制系统中的作用就是相当于人的四 肢，它接受调节器的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正 常运行。在生产现场，执行器直接控制工艺介质，若选型或使用不当，往 往会给生产过程的自动控制带来困难。因此执行器的选择、使用和安装调 试是个重要的环节。
传感器－系统的耳目 传感器被用来测量各种物理量，种类有温度传感器、 流量传感器、压力传感器等等。传感器要满足可靠性的要求，从传感器的 输出信号中得到被测量的原始信息，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，也就失 去了传感器应有的作用。
系统构成前向通道和反馈通道两个通道，前向通道是任务执行的功 能主体。
复杂自动化系统往往是多变量，多回路，多类型的系统。
X
X’
Y
K
G
Y’
F
X = { x0,x1,x2,…xn } Y = { y0,y1,y2,…yn }
●主要组成部分及其作用
控制器－系统的大脑 自动控制系统中控制器在整个系统中起着重要的作 用，扮演着系统管理和组织核心的角色。系统性能的优劣很大程度上取决 于控制器的好坏。