自动控制系统

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和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解 决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场 设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统 之间的信息传递问题,从而实现高性能化、高可靠化、保
养简便化、节省配线(配线的共享)。
如下图。
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2.计算机监控系统
监视 计算机屏幕页面能显示现场设备状态及相关数据参数。 控制
点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联,支 持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要 指标。 组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信,向上
能与管理层通信,实现上位机与下位机的双向通信。
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(3)丰富的功能模块 提供丰富的控制功能库,满足用户的测控要求和现场 要求。利用各种功能模块,完成实时监控、产生功能报表、 显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能。
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模式,减少了二次连接电缆,也减少了控制室的面积, 降低了工程造价; (5)通过采用计算机网络技术,可以将生产信息远方传输 至调度中心,达到统一调度、优化系统运行效果。
3.软、硬件设备
3.1 计算机后台软件 组态软件,又称组态监控系统软件。数据采集与过程 控制的专用软件,处在自动控制系统监控层一级的软件平 台和开发环境,能以灵活多样的组态方式提供良好的用户 开发界面和简捷的使用方法。
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常用的组态软件有哪些? 国外:WINCC(西门子自动化与驱动集团)、 RSVIEW32 (AB 罗克韦尔)等
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国内:组态王(北京压控科技)、 三维力控 (北京 三维力控科技)等 3.2 计算机后台软件功能 (1)强大的界面显示组态功能
目前,工控组态软件大都运行于Windows环境下,充分
利用Windows的图形功能完善界面美观的特点,可视化的风 格界面、丰富的工具栏,操作人员可以直接进入开发状态, 节省时间。 丰富的图形控件和工况图库,既提供所需的组件,又
分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路,而
用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级 的控制 。 各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。 分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互 以及监控和管理等功能。 分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字
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控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的,是 生产过程的一种比较完善的控与管理系统。 在分布式控制系统中,按地区把微处理机安装在测量 装臵与控制执行机构附近,将控制功能尽可能分散,管理
优点:
1.能在人工无法作业的条件下工作运行,方便、安全; 2.科学、精确 3.高效率
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1.2 自动控制领域经历的五个发展过程
1、第一代过程控制体系:气动控制 2、第二代过程控制体系:模拟信号控制 3、第三代过程控制体系:集中控制
4、第三代过程控制体系:分布式数字控制
5、第三代过程控制体系:现场总线控制
培训资料
自动控制系统
2014-09
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1.自动控制介绍 2.计算机监控系统
3.软、硬件设备
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1.1 自动控制系统
自动控制系统(automatic control systems )是在无 人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定 程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要
手段,简称自控系统。
器的功能特点,可编程逻辑控制器定名为Programmable
Logic Controller(PLC)。
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20世纪70年代末期,可编程逻辑控制器进入实用化发 展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功 能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的 工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠
通过操作计算机相关控制页面,实现对现场设备按照
设定好的流程进行有规律的运行。
2.1计算机监控系统包括哪些设备
(1)计算机主机 (2)数据采集设备
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(3)流程控制设备 (4)数据通信交换设备 (5)其他
2.2 计算机监控系统网络结构
在很多行业和企业用户里,对网络都有实时性的要求,
他们的网络是不允许出现故障的,一旦出现故障, 那将带 来非常巨大的经济损失;但网络涉及到的环节非常多,比 如说线路、基带Modem、 电信的设备等,这些都有可能出 现问题,任何一个环节出现问题,都会导致整个网络传输 运行的停止。 所以应该给用户提供冗余的网络,作为重要 的网络设备―路由器,就是通过备份来实现网络的冗余,
使系统具有良好的人机界面,易于操作,系统既适用
于单机集中式控制、DCS分布式控制,也可以是带远程通信 能力的远程测控系统。 (4)强大的数据库 配有实时数据库,可存储各种数据,如模拟量、离散
量、字符型等,实现与外部设备的数据交换。
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(5)可编程的命令语言 有可编程的命令语言,使用户可根据自己的需要编写 程序,增强图形界面的显示功能。 (6)周密的系统安全防范
系统集成
在制造工业中存在大量的的开关量为主的开环的顺序
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控制,它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外 还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作 的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟 量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。
由于这些控制和监视的要求,使PLC发展成了取代继电
对不同的操作者,赋予不同的操作权限,保证整个系
统的安全可靠运行。 (7)仿真功能 提供强大的仿真功能使系统并行设计,从而缩短开发 周期。
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3.3 PLC(Programmable Logic Controller) 定义 可编程逻辑控制器,一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境应用而设计。采用一类可编程的寄存器,
现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通 讯为主的网络,也称现场网络。也就是将传感器、各种操 作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的
网络。
现场总线是安装在制造或过程区域的现场装臵与控制 室内的自动装臵之间的数字式、串行、多点通信的数据总 线。它是一种工业数据总线,是自动化领域中底层数据通 信网络。 简单说,现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA 模拟信号及普通开关量信号的传输,是连接智能现场设备
气动控制
气动简单来说,是通过压缩空气来带动气缸做直线或 旋转运动,气动控制就是通过电磁阀调压,通过传感器信 号控制位移量。
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模拟信号控制
模拟信号主要是与离散的数字信号相对的连续信号。 模拟信号分布于自然界的各个角落,如每天温度的变化。 而数字信号是人为抽象出来的在时间上的不连续信号。
集中控制
集中控制是指在组织中建立一个相对稳定的控制中心,
由控制中心对组织内外的各种信息进行统一的加工处理,
发现问题并提出问题的解决方案。 这种形式的特点是所有的信息 ( 包括内部、外部 ) 都流 入中心,由控制中心集中加工处理,且所有的控制指令也 全部由控制中心统一下达。
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分布式数字控制
由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路,同 时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系 统 。
在美国通用汽车自动配线上试用,获得成功。
这种新型的工业控制装臵及其简单易懂、操作方便、 可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点, 很快在美国其他工业领域推广使用。到1971年,已经成功 应用于食品、饮料、冶金等工业。
1971年,日本研制出第一台DCS-8。
1973年,德国西门子公司(SIEMENS)研制出欧洲第一
利用总线技术配备远程I/O从站的方法来得到想要的I/O数
量。
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PLC在实现各种数量的I/O控制的同时,还具备输出模 拟电压和数字脉冲的能力,使得它可以控制各种能接收这 些信号的电机,加上触摸屏的人机界面支持,PLC可以满足 过程控制中任何层次上的需求。
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3.4 PLC的基本结构 1、电源 2、CPU(中央处理器) 3、存储器
2、维修方便,采用模块化结构;
3、可靠性高于继电器控制装臵; 4、体积小于继电器控制装臵; 5、数据可直接送入管理计算机; 6、成本可与继电器控制装臵竞争;
7、输入可以是交流115V;
8、输出为交流115V、2A以上,能直接驱动电磁阀、接触器
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等; 9、在扩展时,原系统只要很小变更; 10、用户程序存储器至少能扩展到4K。 1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC,
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确保网络的畅通。
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控制网络 将多个分散在生产现场,具有数字通信能力的测量控 制仪表作为网络节点,采用公开、规范的通信协议,以现 场总线作为通信连接的纽带,将现场控制设备连接成可相
互传递信息,共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
2.3 计算机监控系统有哪些优点?
(1)减少了运行人员,提高了劳动生产率,降低生产运行 费用和经验成本,从而提高了生产经济效率; (2)提高了生产操作的安全性,并提高了事故处理能力; (3)由于自动化程度高,使控制操作简单,劳动强度降低; (4)由于使用了先进的通信技术,改变了传统的二次设备
是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具,可随心所
欲地绘制出各种工业界面,并可任意编辑,从而将开发人
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员从繁重的界面设计中解放出来,丰富的动画连接方式, 如隐含、闪烁、移动等等,使界面生动、直观。 (2)良好的开放性 社会化的大生产,使得系统构成的全部软硬件不可能
出自一家公司的产品,“异构”是当今控制系统的主要特
4、I/O模块
5、功能模块 6、通信模块 1、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要
的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正
功Leabharlann Baidu相对集中 。
这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性,不会由 于计算机的故障而使整个系统失去控制。当管理级发生故 障时,过程控制级(控制回路)仍具有独立控制能力,个 别控制回路发生故障时也不致影响全局。
与计算机多级控制系统相比 ,分布式控制系统在结构
上更加灵活、布局更为合理和成本更低。
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现场总线控制
定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初,可编程逻辑控制器在先进工业国家 中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益 增多,产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟 阶段。
20世纪80年代至90年代中期,是可编程逻辑控制器发
展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。在这时期,
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PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网 络能力得到大幅度提高,可编程逻辑控制器逐渐进入过程 控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治 地位的DCS系统。
20世纪末期,可编程逻辑控制器的发展特点是更加适
应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、 诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单 元、通信单元,使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备 的配套更加容易。
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台PLC,型号为SIMATIC S4; 1974年,中国研发出第一台PLC,1977年开始工业应用。 发展 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入
可编程逻辑控制器,使可编程逻辑控制器增加了运算、数
据传送及处理等功能。完成了真正具有计算机特征的工业 控制装臵。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器 常规控制概念相结合的产物。 个人计算机发展起来后,为了方便和反映可编程控制
用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、
计数与运算操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式 输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的 核心部分。 PLC的起源和发展
在60年代,汽车工业的自动控制系统基本上都是由继
电器控制装臵构成的。为了改变继电器系统更费时、费工、
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费料的缺点,美国通用汽车公司在1969年公开招标。要求 用新的控制装臵取代继电器控制装臵,并提出了十项招标 要求,即: 1、编程方便,现场可修改程序;
器线路和进行顺序控制为主的产品。 PLC厂家在原来CPU模板上提逐渐增加了各种通讯接口, 现场总线技术及以太网技术也同步发展,使PLC的应用范围 越来越广泛。
PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方
便、操作维护方便的优点,这是它能持久的占有市场的根
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本原因。 PLC控制器本身的硬件采用积木式结构,有母板,数字 I/O模板,模拟I/O模板,还有特殊的定位模板,条形码识 别模板等模块,用户可以根据需要采用在母板上扩展或者
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