工业自动化现状及其发展

二、控制方法—自动化控制技术 续
• 预测控制 广义预测控制---预估几步结果、按算法求出控
制作用，举例下棋、依赖预估准确性 • PID控制 系统鲁棒性指标，解决建模不太准确问题 实施简单、适用于大多工业过程 应用选择：PI、PID、参数选择 ➢发展：变参数PID，自适应PID、智能PID
二、控制方法—自动化控制技术 续
8
SR、SU、SG系列
KOYO
四、现状---各系列PLC规模划分
Schneider AB Siemens GE
小型系统： Micro 中小型系统：Momentum 中型系统： Momentum
Micrologix SLC500 PLC-5
S7-200 VersaMAX S7-300 90-30 S7-400 90-70
Genius协议支持冗余
共可支持28个 Genius远程I/O站
Rx7i双机热备系统特点 •CPU、电源、机架、总 线均为热备冗余 •切换时间为毫秒级 •完全无扰动切换 •2.1G冗余同步总线速率 •每个扫描周期同步两次 •同步总线支持冗余热备
工业以太网 光纤、双绞线
支持冗余以太网
光纤同步总线， 可支持冗余 Switch
*处理器冗余本地 I/O *扩展本地I/O模块 *ControlNet I/O *DeviceNet I/O *通用远程 I/O
12800
*本地I/O模块 *ControlNet I/O *DeviceNet I/O *通用远程 I/O
通信形式
DeviceNet/DH+/R S-232/Ethernet/通 用远程I/O
DeviceNet/DH+/R S-232/Ethernet/通 用远程I/O
存储区
64-100K 字
160K-2M
现状---分布式系统类型
• 对象分散、联系不多，宜用多CPU分散系统。数据交换MSG指令 • 对象分散、联系较多，宜用单CPU分布系统。扩展本地/远程I/O • 对象分散、种类较多，宜用灵活组网结构。ControlNet、MB+、
90-30双机热备系统特点 •CPU、电源、机架、总 线均为热备冗余 •切换时间为毫秒级 •完全无扰动切换 •同步总线支持冗余热备
工业以太网 光纤、双绞线
支持冗余以太网
Genius同步总线 可支持冗余
Switch
每个远程I/O 站可带7个扩 展机架
以太网远程I/O 站扩展机架，
共可支持28个 Genius远程I/O站
自动化研究所
TS-300、TS-400 ZHS-PC01、ZHS-PC02
自动化仪表研究所 机床研究所
SPC-2、CF-40MR
起重电器
DTK-S84
自动化仪表厂
PC-700、PC-900
调节器厂
TCM-400
大华
BM-PZC
电子仪表
NK-40 PC-80
南洋电器 骊山电子
三、PLC 发展历史 续
Genius、DeviceNet以及智能采集模块等组成系统。 • 根据系统规模选用相应系列PLC，初投资规模：Schneider>AB>
Siemens > GE >其它，但可靠性及使用方便性则同样有以上关系 。
现状---PLC系统结构（一）
• 单CPU简单系统
一个CPU，I/O点较少（不足100个左右），一排机架就够，不需 I/O 扩展。注意一排最多可带I/O 模块数以及核对电源等容量，有 条件的话，对新配置，通过在编程软件实际配一下来核对。
I/O模块
156
固定I/O+8个本地
I/O模块
84-9604096
*固定I/O+2个本地 I/O模块 *30个本地I/O模块 *ControlNet I/O *DeviceNet I/O *通用远程 I/O
通信形式
存储区
DeviceNet/DH485/RS-232
DeviceNet/DH485/RS-232/MB从
一、自动化基本概念 续
• 自动化行业相关产品分类 设 定：操作台和现场控制箱、触摸屏、 计算机和组态软件 控制器：控制方式、方法及载体（PLC、 DCS等） 执行器：继电器、接触器、电机、阀、 变频、软器等 检测机构：各类仪表 控制对象：各行业工业过程（控制语言抽象时 重点，做自动化作行业意义所在）
SLC500、PLC-5、ControlLogix
4
VersaMax Nano/Micro微型、90-30、
GE
5
90-70、VersaMax
5
F、K、A系列
三菱（MITSUBISHI）
6
SYSMAC C、CPM1、CQM1、CQH1等系列 欧姆龙（OMRON）
7
TI、PM系列
TXAX INSTUMENTS
中大型系统：Qunentum ControlLogix S7-400 PAC
现状--- AB PLC控制系统概貌一
控制系统
MicroLogix1000 MicroLogix1200 MicroLogix1500 SLC
最大 I/O形式
I/O
10/16/25/ 固定I/O 32
88
固定I/O+6个本地
可靠性要求高的场合，热备和冗余的概念、区别，热 备中浮主/固定主概念、可带电热插拔的概念（GE Versamax I/O就可以）。
GE FANUC授权分销商
Rx7i的双机热备系统
• Rx7i双机热备系统－Genius总线I/O站 • Rx7i双机热备系统－以太网总线I/O站
支持冗余以太网
光纤同步总线， 可支持冗余
• 模糊控制 模糊数学理论---光头概念 洗衣机控制 • 现代控制理论（多变量控制系统） 多变量系统 矩阵理论 多个水龙头控制
二、控制方法—自动化控制技术 续
• 自适应控制 模型参数变化概念---导弹控制 控制算法特点 • 非线性控制理论 结构、参数都变的系统 控制理论处于正在研究之中
三、PLC 发展历史
内置双口交换机
共可支持10个以 太网远程I/O站
三、PLC 发展历史 续
• 当时PLC的基本设计思想是：1、控制器硬件是标准的 、通用的，因而不需要每次另行设计；2、根据实际应 用对象，将控制内容作成软件写入控制器的程序存储 器内。写入时采用了最便于表示顺序控制程序的形式 ；3、控制器和被控对象连接方便。 随着半导体技 术尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到七十 年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处 理器，输入输出组件和外围电路也都采用了中 、大规 模甚至超大规模的集成电路，这时的“PLC”已不再是 仅有逻辑 （Logic）判断功能了，同时具有数据处理 、PID调节和数据通讯功能。
• 单CPU较多点数且分散的系统
一个CPU，I/O点较多 （100-300个左右），位置较为 分散，需要采用PLC远程扩展方式， GE(IC693BEM331 / IC200GBI001、 IC697BEM731/IC200GBI001) ，远程扩展具有方便、有 一定成本的特点，但最大距离较远。
• 双CPU热备系统
三、PLC 发展历史 续
输入输出（简称I/O）是可编程序控制器的“手”和“ 脚”或者叫作系统的“眼睛”和“视觉”。输入信号 包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感器、 热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信 号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和 交流设备。 编程器（Programmer）：在正常情况 下，编程器用于系统初始状态的配置，控制逻辑程序 编制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制 程序的调试和控制系统故障时作为检查故障的有效工 具。
可编程序控制器的规模划分并无严格的界限，目前微
、小型的机器也具有以前中、大型机Байду номын сангаас功能。
序号 ）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13
三、PLC 发展历史 续
可编程序控制器型号表（国内）
可编程序控制器型号 ACMY-S256
备注（生产厂 上海香岛
UNICON S-40M
上海台岛
MPC-10、MPC-20
三、PLC 发展历史 续
• 可编程序控制器规模分类
类型
I/O点数
存储器容量
微型PLC
64点以下
1-2KB（字节）
小型PLC
64-128点
2-4KB（字节）
中型PLC
128-512点
4-16KB（字节）
大型PLC
512-8192点
16-64KB（字节）
超大型PLC
大于8192点 64-128KB（字节）
一、自动化基本概念 续
• 重点讲解内容： 组态软件、控制方法、PLC、自动化系统 规划、设计等，具体安排如下：
• 我重点讲解内容： 控制方法和PLC发展历史、现状和展望
二、控制方法—自动化控制技术
• 反馈控制技术 自动控制理论有时也叫反馈控制理论 偏差、控制质量、正反馈、负反馈 超调、一阶系统、多阶系统、模型、稳定 • 前馈控制 大滞后 • 系统辨识及仿真技术 系统数学模型 数学在控制理论研究中的作用
三、PLC 发展历史 续
• 工作过程
外部信号入 输入缓冲区
用户程序
输出缓冲区 到输出模块
三、PLC 发展历史 续
• 可编程序控制器硬件的基本构成 中央处理器（ Central Processor Unit 简称CPU）：它是可编程序 控制器的心脏部分。CPU由微处理器（Microprocessor）存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、 变量的数据储器构成。 电源 （Power Supply）： 给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件（ Inputs）：输入组件的功能是将操作开关和现场信号 送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或 针对某一特定目的使用的特殊变量。 输出组件（ Outputs）：输出组件接收CPU的控制信号，并把它转 换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后， 传送控制命令给现场设备的执行器。
• 单CPU较多点数系统
一个CPU，I/O点较多（100-300个左右），一排机架不够了，需进行 本地I/O 扩展。GE(IC200ERM002/IC200CBL600、 IC200ETM001/ERM001)，本地扩展具有方便、便宜的特点，但与 扩展机架间最大距离较小。
现状---PLC系统结构（二）
DeviceNet/DH485/RS-232/MB从
DeviceNet/DH+/RS -232/DH485/Ethernet/通用 远程I/O
1K 字 6K 字 7.65K 字 1-64K 字
现状--- AB PLC控制系统概貌二
控制系统
PLC-5
ControlLogix
最大 I/O形式
I/O
512-3072
可编程序控制器型号表（国外）
序号
可编程序控制器型号
备注
1
S5、 S7-200、300、400系列 西门子SIEMENS
2
Quantum、Micro、Premium、
Compact、Momentum、984
MODICON
3
）
MicroLogix1000、1200、1500、 ALLEN BRADLLEY （AB
每个远程I/O 站可带7个扩 展机架 以太网远程I/O 站扩展机架，
内置双口交换机
共可支持10个以太 网远程I/O站
GE FANUC授权分销商
90-30的双机热备系统
• 90-30双机热备系统－Genius总线I/O站 • 90-30双机热备系统－以太网总线I/O 站
支持冗余以太网 Genius协议支持冗余
• 二十世纪四十年代，计算机技术发展起 来后，科学计算，在工业领域应用（二 十世纪六十年代的事）。
• 解决：干扰、接口方便、编程简单问题 • 国内八十年代初开始使用，进口设备带
的，国内改造的，二汽83年开始使用
三、PLC 发展历史 续
• 可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现 的，当时叫PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执 行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，由 此日本称它为顺序控制器（Sequence Controller)。 提出PLC 概念的是美国通 用汽车公司。当时，根据汽车制造业生产线的 需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器 控制盘，以减少汽车改型时，重新设计制造继 电器控制盘的成本和时间。
工业自动化现状及其发 展
2020年7月14日星期二
一、自动化基本概念
• 目的：共享体会、统一概念、在大范围之内界 定本次讨论范围。
• 对自动化的理解：无处不在，由浅入深举例。 人用手去拿桌上的东西 航天飞机上天
总结：完整的自动化控制系统应包括：反映控 制目的的设定；确定控制方法的控制器；执行 控制程序的执行器；获取控制效果的检测机构 ； 还有控制对象和辅助材料。