了解電氣自動化及工業(yè)自動化

1、了解電氣自動化主要介紹以下幾個內(nèi)容 電氣自動化的應用領(lǐng)域 電氣自動化所需的專業(yè)知識 工控、四次工業(yè)革命 強電、弱電 物聯(lián)網(wǎng) 中國制造2025、德國工業(yè)4.0 PLC基礎(chǔ)知識電氣自動化的應用領(lǐng)域 工業(yè)（電力、化工、鋼鐵、礦業(yè)、制造等） 交通（包括汽車、運輸、物流等） 建筑（建筑電氣、智能家居） 農(nóng)業(yè)（農(nóng)機、養(yǎng)殖） 醫(yī)療（醫(yī)療器械、保健美容） 軍事 環(huán)保（環(huán)境監(jiān)測，新能源） 服務業(yè)（餐飲、媒體） 家用電氣自動化所需的專業(yè)知識 計算機 通訊 電子技術(shù) 電工學、電路 電力電子 電機、傳動控制 傳感器 控制理論 信號與系統(tǒng) CAD、CAM 仿真技術(shù)線性代數(shù)、復變函線性代數(shù)、復變函數(shù)、概率論、系統(tǒng)數(shù)、概率

2、論、系統(tǒng)辨識、離散數(shù)學、辨識、離散數(shù)學、運籌學、經(jīng)典控制、運籌學、經(jīng)典控制、現(xiàn)代控制、智能控現(xiàn)代控制、智能控制制工控（工業(yè)控制，簡稱工控） 工控指的是工業(yè)自動化控制，主要利用電子電氣、機械、軟件組合實現(xiàn)。即是工業(yè)控制，或者是工廠自動化控制。主要是指使用計算機技術(shù)，微電子技術(shù)，電氣手段，使工廠的生產(chǎn)和制造過程更加自動化、效率化、精確化，并具有可控性及可視性。 PLC，變頻器，伺服電機，工控機，人機界面 工控技術(shù)的出現(xiàn)和推廣帶來了第三次工業(yè)革命，使工廠的生產(chǎn)速度和效率提高了300%以上。四次工業(yè)（科技）革命 第一次工業(yè)革命：標志：蒸汽機作為動力機被廣泛使用。發(fā)源地：英國。起源時間：18世紀60年代

3、-19世紀中期。人類從此進入蒸汽時代。代表發(fā)明家：瓦特，富爾頓，史蒂芬孫等。代表作品：改良蒸汽機，蒸汽輪船，蒸汽機車。 第二次工業(yè)革命：標志：電力和內(nèi)燃機的發(fā)明。發(fā)源地：美國。起源時間:19世紀70年代-20世紀初期。人類從此進入電氣時代。代表發(fā)明家：愛迪生，西門子，貝爾等。代表作品：電話，發(fā)電機，燈泡。 第三次科技革命：標志：原子能和計算機的發(fā)明。發(fā)源地：美國。起源時間：20世紀四五十年代至今。人類從此進入信息時代。代表發(fā)明家：愛因斯坦，馮諾伊曼。代表作品：電子計算機，原子彈，克隆技術(shù)，航天飛船，人造衛(wèi)星。 第四次科技革命（正在到來）：以互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化，工業(yè)智能化，工業(yè)一體化為代表，以人工智能

4、，清潔能源，無人控制技術(shù)，量子信息技術(shù)，虛擬現(xiàn)實以及生物技術(shù)為主的全新技術(shù)革命。發(fā)源地：美國，德國，中國等科技大國。強電、弱電 強電是用作一種動力能源，主要是傳遞能量，以及各種能量之間的轉(zhuǎn)化 弱電是作為一種信號電，主要是傳遞信息，各種信號之間的傳遞物聯(lián)網(wǎng)（IOT） 顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。5個核心關(guān)鍵技術(shù) RFID技術(shù) 傳感器技術(shù) 無線網(wǎng)絡技術(shù) 人工智能技術(shù) 云計算技術(shù)RFID技術(shù)云計算 分布式計算 并行計算

5、效用計算 網(wǎng)絡存儲 虛擬化 負載均衡 熱備冗余德國工業(yè)4.0、中國制造2025PLCPLC基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識一、一、 PLCPLC的產(chǎn)生與歷史的產(chǎn)生與歷史二、二、 可編程控制器的定義可編程控制器的定義三、三、 PLCPLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢四、四、PLCPLC的特點的特點五五 、PLCPLC的基本功能的基本功能l 用戶迫切用戶迫切需要需要一種先進的自動控制裝置一種先進的自動控制裝置繼電器控制系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)先進自動控制系統(tǒng)先進自動控制系統(tǒng)n 世界上第一臺世界上第一臺PLCPLC 19691969年由美國數(shù)字設備公司（年由美國數(shù)字設備公司（DECDEC）根據(jù)美國通用汽車公司（根據(jù)美

6、國通用汽車公司（G GE E）的要求研的要求研制成功制成功。 n 背景：背景： 19681968年美國通用汽車公司（年美國通用汽車公司（G GE E），），為了適應汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝為了適應汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。周期。 n 設計思想：設計思想： 吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點 繼

7、電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差，故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差，但簡單易懂、價格便宜；但簡單易懂、價格便宜； 計算機計算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；但編程困難； 采用采用面向控制過程、面向問題的面向控制過程、面向問題的“自然語言自然語言”進行編程，使不熟悉計算進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）n 定義：定義： 國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）

8、于于19871987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：草案中對可編程控制器定義如下： “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。制各

9、種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設備，都應按易于與可編程控制器及其有關(guān)外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。二、二、 可編程控制器的定義可編程控制器的定義三、三、 PLCPLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 n PLCPLC三大流派三大流派 歐洲：歐洲：德國的西門子德國的西門子(SIEMENS)(SIEMENS)、AEGAEG及法國的及法國的TITI公司公司 美國：美國：A-BA-B（Allen-BradlyAllen-Bradly）( (其產(chǎn)品約占美國其產(chǎn)品約占美國PLCPLC市場市場5050的

10、份額的份額、GEGE（General General ElectricElectric）、莫迪康、莫迪康(MODICON)(MODICON)公司、德州儀器公司、德州儀器(T1)(T1)公司、西屋公司公司、西屋公司 日本：日本：三菱電機（三菱電機（Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric）、）、 歐姆龍（歐姆龍（OMRONOMRON）、）、 FUJI FUJI （日本主要日本主要發(fā)展中小型發(fā)展中小型PLCPLC，在世界小型在世界小型PLCPLC市場上，市場上， 日本產(chǎn)品約占有日本產(chǎn)品約占有7070的份額。在中國，的份額。在中國，OMRONOMRON產(chǎn)品的銷量居

11、首位。）產(chǎn)品的銷量居首位。） PLCPLC的現(xiàn)狀及分類的現(xiàn)狀及分類可編程序控制器分類可編程序控制器分類1.1.按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類 整體式整體式PLCPLC：整體式是將整體式是將PLCPLC的的CPUCPU、存儲器、存儲器、I/OI/O單元、電源等安裝在同一機體單元、電源等安裝在同一機體內(nèi)，構(gòu)成主機，另外還有內(nèi)，構(gòu)成主機，另外還有I/OI/O擴展單元配合主機使用，用以擴展擴展單元配合主機使用，用以擴展I/OI/O點數(shù)。整體式點數(shù)。整體式PLCPLC的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便，但輸入輸出點數(shù)固定，靈活的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便，但輸入輸出點數(shù)固定，靈活性較

12、低，小型性較低，小型PLCPLC多采用這種結(jié)構(gòu)。多采用這種結(jié)構(gòu)。 組合式組合式PLCPLC：組合式組合式PLCPLC是由一些標準模塊單元組成，采用總線結(jié)構(gòu)，不同功能是由一些標準模塊單元組成，采用總線結(jié)構(gòu)，不同功能的模塊（如的模塊（如CPUCPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）通過總線連接起來。通過總線連接起來。 組合式組合式PLCPLC的特點是可以根據(jù)功能需要靈活配置，構(gòu)成具有不同功能和不同控制的特點是可以根據(jù)功能需要靈活配置，構(gòu)成具有不同功能和不同控制規(guī)模的規(guī)模的PLCPLC，多用于大型和中型，多用于大型和中型PLCPLC。組合式PLC電源模塊CP

13、U模塊IO模塊底 板模塊式模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 電源單元D IN導軌CPU單元2.2.按控制規(guī)模分類按控制規(guī)模分類輸入輸出的總路數(shù)，又稱為輸入輸出的總路數(shù)，又稱為I/OI/O點數(shù)，是表征點數(shù)，是表征PLCPLC控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)模對制規(guī)模對PLCPLC分類時，可分為：分類時，可分為：1.1.小型小型PLCPLC：I/OI/O點數(shù)較少，在點數(shù)較少，在256256點以下的點以下的PLCPLC。2.2.中型中型PLCPLC：I/OI/O點數(shù)較多，在點數(shù)較多，在256256點以上、點以上、20482048點以下的點以下的PLCPLC

14、。3.3.大型大型PLCPLC：I/OI/O點數(shù)較多，在點數(shù)較多，在20482048點以上的點以上的PLCPLC。但大中小型但大中小型PLCPLC的劃分并無嚴格的界限，的劃分并無嚴格的界限，PLCPLC的的I/OI/O點數(shù)可以依據(jù)需要靈活配置。點數(shù)可以依據(jù)需要靈活配置。 （1 1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展 （CPUCPU處理速度處理速度nSnS級；內(nèi)存級；內(nèi)存2 2M M字節(jié)）字節(jié)） （2 2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性 （超大型和超小型）（超大型和超小型） （3 3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼

15、容的（硬件、軟件兼容的PLCPLC） （4 4）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的I I0 0 （5 5）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力 （6 6）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)OMACOMAC（open Modular Architecture for open Modular Architecture for ControlControl）PLCPLC的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢 就全世界就全世界自動化市場的過去、現(xiàn)在和可以預見的未來而言，自動化市場的過去、現(xiàn)在和可以預見的未來而言，PLCPLC仍然處于一種核仍然處于一種核心地

16、位。心地位。在最近出現(xiàn)在美國、歐洲和國內(nèi)有關(guān)探討在最近出現(xiàn)在美國、歐洲和國內(nèi)有關(guān)探討PLCPLC發(fā)展的論文中，發(fā)展的論文中，這個結(jié)論是這個結(jié)論是眾口一詞的，盡管對眾口一詞的，盡管對PLCPLC的未來發(fā)展有著許多不同的意見。的未來發(fā)展有著許多不同的意見。 近年來近年來PLCPLC的市場銷售一直堅挺；的市場銷售一直堅挺；PCPC控制控制有了引人注目的進展，但畢竟只能對高有了引人注目的進展，但畢竟只能對高端的端的PLCPLC產(chǎn)品形成競爭；產(chǎn)品形成競爭；小型、超小型小型、超小型PLCPLC的發(fā)展勢頭令人刮目相看；的發(fā)展勢頭令人刮目相看；PLCPLC和和PCPC控制控制在今后可能在今后可能相互融合。相互

17、融合。 通用性強，使用方便通用性強，使用方便 功能強，適應面廣功能強，適應面廣 可靠性高，抗干擾能力強可靠性高，抗干擾能力強 控制程序可變具有很好的柔性控制程序可變具有很好的柔性 編程方法簡單，容易掌握編程方法簡單，容易掌握 PLC PLC控制系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試和維修工作少控制系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試和維修工作少. .極為方便?？刂瞥绦蜃兓綐O為方便?？刂瞥绦蜃兓奖惚? .具有很好的柔性。具有很好的柔性。 體積小、重量輕、功耗低體積小、重量輕、功耗低 四、四、PLCPLC的特點的特點 1. 1. 梯形圖編程語言梯形圖編程語言兩種梯形圖的繼電器符號圖對照兩種梯形圖的繼電器符號圖對照 梯形圖梯

18、形圖（Ladder diagram）編程語言編程語言是一種是一種圖形語言圖形語言 , ,類似于類似于繼電器控制線路圖繼電器控制線路圖的的一種一種編程語言編程語言，它，它面向面向控制過程，控制過程，直觀易懂直觀易懂，是，是PLCPLC編程語言中應用編程語言中應用最多的一種語言。最多的一種語言。 物理繼電器物理繼電器 PLC繼電器繼電器常開常開常閉常閉 觸觸 點點線線 圈圈五五 、PLCPLC的基本功能的基本功能(1)(1)名詞解釋名詞解釋軟繼電器軟繼電器 PLCPLC的繼電器的繼電器不是不是物理物理的的電器電器，它是，它是PLCPLC內(nèi)部的內(nèi)部的寄存器位寄存器位，因為它具有與物理繼，因為它具有與

19、物理繼電器電器相似的功能相似的功能，常稱之為，常稱之為“軟繼電器軟繼電器”。 P PL LC C每一個繼電器每一個繼電器都對應著內(nèi)部的都對應著內(nèi)部的一個寄存器位一個寄存器位，該位為，該位為“1”1”態(tài)態(tài)時，相當于時，相當于繼電器接通繼電器接通；為為“0”0”態(tài)時態(tài)時，則相當于，則相當于繼電器斷開。繼電器斷開。常閉觸點線圈常開觸點說明：說明：000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM繼電器繼電器 控控 制制SB1線圈線圈線圈線圈常開觸點常開觸點常開觸點常開觸點常閉觸點常閉觸點常閉觸點常閉觸點(2)(2)兩種控制的梯形圖比較兩種控制的梯形圖比較用用PLCPLC控制控制外部

20、接線不變，改變用戶程序。外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制用繼電器控制要改變控制電路的實際接線。要改變控制電路的實際接線。KMQFUKR M 3 SB1SB2KMKHKM 繼電器控制接線繼電器控制接線 PLCPLC控制外部接線控制外部接線輸入設備輸入設備PLCSB1SB2KRKM輸出設備輸出設備 欲改變控制功能：欲改變控制功能：主電路主電路 相同相同例如例如 PLCPLC采用采用“順序掃描、不斷循環(huán)順序掃描、不斷循環(huán)”工作方式，這個過程可分工作方式，這個過程可分輸入采樣，程序執(zhí)行、輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段輸出刷新三個階段，整個過程掃描整個過程掃描并并執(zhí)行一次所需執(zhí)行一次所需的的時間時間稱為稱為掃描周期。掃描周期。2.2. PLC PLC循環(huán)掃描工作方式循環(huán)掃描工作方式3. PLC3. PLC控制的原理控制的原理 等效電路圖等效電路