自動(dòng)化系統(tǒng)(PLC)原理及組成

現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)

原理及其組成2013年10月目錄一、概述二、系統(tǒng)組成三、常用器件四、實(shí)例分析五、結(jié)束語一、概述

自動(dòng)化(Automation)，是指機(jī)器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)地進(jìn)行操作或運(yùn)行。

自動(dòng)化裝置是指無需人的參與就可以自動(dòng)進(jìn)行工作，完成特定任務(wù)的機(jī)器。

工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)是運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，以達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全為目標(biāo)的集成系統(tǒng)。

自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展是伴隨著人類各個(gè)領(lǐng)域的科技發(fā)展而發(fā)展起來的。人們?cè)趲浊甑纳a(chǎn)過程中，為了多快好省地生產(chǎn)出自己需要的東西，發(fā)明了很多能夠替代人來工作的自動(dòng)裝置。

古代人在河流上建造可以通過水的沖擊帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)灌溉、碾米等工作的水車、磨坊。

近代人創(chuàng)造出的許多諸如鐘表、蒸汽機(jī)速度調(diào)節(jié)控制等等的自動(dòng)裝置，到十八世紀(jì)末自動(dòng)裝置的應(yīng)用和研究使得自動(dòng)化技術(shù)初具雛形。

直到上世紀(jì)四十年代末，美國數(shù)學(xué)家維納與墨西哥生物學(xué)家羅森布盧特合作，提出了自動(dòng)化的理論基礎(chǔ)著作——控制論。標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)的正式誕生。

自動(dòng)化技術(shù)從誕生到現(xiàn)在，已取得了長足進(jìn)步，逐步走向成熟。自動(dòng)化技術(shù)為生產(chǎn)力的發(fā)展起著巨大的作用，實(shí)現(xiàn)了人們擺脫繁重勞動(dòng)和駕馭復(fù)雜系統(tǒng)的愿望。同時(shí),自動(dòng)化技術(shù)也在應(yīng)用中得到不斷發(fā)展和完善。人們?cè)谧詣?dòng)化技術(shù)應(yīng)用中發(fā)展了各種理論以及設(shè)計(jì)了各種設(shè)備和自動(dòng)化裝置，并在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手，如飛機(jī)導(dǎo)航、交通運(yùn)輸、導(dǎo)彈控制、智能樓宇、現(xiàn)代化工廠中到處都有自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。

隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)、信息技術(shù)以及現(xiàn)代控制方法與理論的發(fā)展，今天的自動(dòng)化技術(shù)正以嶄新的面貌在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，以現(xiàn)代自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)化系統(tǒng)展現(xiàn)出其無限美好的發(fā)展前景。二、系統(tǒng)組成

一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)無論結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜都有下面幾個(gè)主要組成部分：檢測(cè)器：主要是獲得反饋信息，計(jì)算目標(biāo)值與實(shí)際值之間的差值；控制器：相當(dāng)于大腦在分析決策上的作用，適時(shí)地決定系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)施怎樣的調(diào)節(jié)控制；執(zhí)行器：完成控制器下達(dá)的決定；對(duì)象：被控制的客觀實(shí)體?！褡詣?dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一個(gè)簡(jiǎn)單自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

控制器

執(zhí)行器檢測(cè)器過程對(duì)象反饋信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)控制信號(hào)自動(dòng)控制是基于反饋的技術(shù)。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用兩者之間的偏差來糾正調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)。因此，自動(dòng)化技術(shù)的核心思想是反饋，通過反饋建立起輸入（原因）和輸出（結(jié)果）之間的聯(lián)系。使控制器可以根據(jù)輸入與輸出的實(shí)際情況來決定控制策略，以便達(dá)到預(yù)定的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)構(gòu)成前向通道和反饋通道兩個(gè)通道，前向通道是任務(wù)執(zhí)行的功能主體。復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)往往是多變量，多回路，多類型的系統(tǒng)。XYKFGX’Y’X={x0,x1,x2,…xn}Y={y0,y1,y2,…yn}●主要組成部分及其作用控制器－系統(tǒng)的大腦

自動(dòng)控制系統(tǒng)中控制器在整個(gè)系統(tǒng)中起著重要的作用，扮演著系統(tǒng)管理和組織核心的角色。系統(tǒng)性能的優(yōu)劣很大程度上取決于控制器的好壞。執(zhí)行器－系統(tǒng)的手腳執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用就是相當(dāng)于人的四肢，它接受調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常運(yùn)行。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，執(zhí)行器直接控制工藝介質(zhì)，若選型或使用不當(dāng)，往往會(huì)給生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制帶來困難。因此執(zhí)行器的選擇、使用和安裝調(diào)試是個(gè)重要的環(huán)節(jié)。傳感器－系統(tǒng)的耳目傳感器被用來測(cè)量各種物理量，種類有溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器等等。傳感器要滿足可靠性的要求，從傳感器的輸出信號(hào)中得到被測(cè)量的原始信息，如果傳感器不穩(wěn)定，那么對(duì)同樣的輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)就不一樣，則傳感器會(huì)給出錯(cuò)誤的輸出信號(hào)，也就失去了傳感器應(yīng)有的作用?！駛鹘y(tǒng)控制與現(xiàn)代控制PID控制——比例、積分、微分PID控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器?，F(xiàn)代控制——最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、

自學(xué)習(xí)控制。。。

智能控制——模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)●順序控制與回路控制順序控制開關(guān)邏輯控制

如：繼電器矩陣控制、可編程序控制器I/O模塊輸入輸出控制?；芈房刂七B續(xù)調(diào)節(jié)控制

如：FM458-1DP應(yīng)用模塊專為自由組態(tài)的高性能閉環(huán)控制和技術(shù)應(yīng)用（如運(yùn)動(dòng)控制）而設(shè)計(jì)。

現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)是在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)大型化、連續(xù)化、高速化、快節(jié)奏生產(chǎn)的必然產(chǎn)物。

基礎(chǔ)自動(dòng)化L1（控制層）：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)

過程自動(dòng)化L2（運(yùn)行層）：生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)

工廠自動(dòng)化L3（管理層）：MES制造執(zhí)行系統(tǒng)

企業(yè)自動(dòng)化L4（經(jīng)營層）：ERP企業(yè)資源規(guī)劃

工業(yè)自動(dòng)化最新技術(shù)：工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

●現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)三、

常用器件組成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的最基本的單元器件：各類電器：主令器、斷路器、接觸器、繼電器、驅(qū)動(dòng)器等；各類儀表：傳感器、熱工儀表、專用儀表等；各類計(jì)算機(jī)：可編程序控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)等。1、

控制器通用控制器——可編程控制器PLCPLC是將邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，以指令的形式存貯于可編程的存儲(chǔ)器中，并經(jīng)過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和過程進(jìn)行控制的數(shù)字運(yùn)算操作電子裝置。PLC是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論發(fā)展而來的，它既不同于普通的計(jì)算機(jī)，又不同于一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件組成，軟件結(jié)構(gòu)以及I/O通道，用戶界面諸多方面都有其特殊性。專用控制器——溫度調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器等。

2、執(zhí)行器電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置——伺服閥——電磁閥——是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥不但能夠應(yīng)用在氣動(dòng)系統(tǒng)中，在油壓的系統(tǒng)、水壓的系統(tǒng)中也能夠得到相同或者類似的應(yīng)用.步進(jìn)電機(jī)——作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛

應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。

電磁換向閥電磁閥步進(jìn)電機(jī)3、檢測(cè)儀表壓力儀表、溫度儀表、電壓電流檢測(cè)儀表、各類傳感器、各種特殊儀表。電磁傳感器

溫度傳感器

超聲波傳感器

壓力傳感器

光纖傳感器

顯示儀表編碼器

4、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交換器、集線器HUB、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。四、實(shí)例分析

典型工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：L1+L2

機(jī)電系統(tǒng)+計(jì)算機(jī)系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹a(chǎn)過程控制集成的三電一體化系統(tǒng)：

電氣設(shè)備、電子儀表、電子計(jì)算機(jī)+聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)配置：1、電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行控制、電機(jī)調(diào)速控制、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制、流體介質(zhì)控制。包括：可回饋交/直整流逆變器+公共直流母線+可回饋逆變器（TDC控制）、ACS800系列驅(qū)動(dòng)控制器、電機(jī)控制中心MCC等。2、儀表檢測(cè)系統(tǒng)過程參數(shù)傳感器、信號(hào)變換、采集、處理、傳輸。包括：板形儀、X射線測(cè)厚儀、激光測(cè)速儀、張力計(jì)、輥縫位置傳感器、軋輥壓力傳感器、線性絕對(duì)值編碼器，旋轉(zhuǎn)多圈絕對(duì)值編碼器，接近開關(guān)，溫度傳感器，壓力傳感器等。3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制模型、實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)采集、狀況分析、決策指令、系統(tǒng)管理、生產(chǎn)管理。包括：硬件配置：L1基礎(chǔ)控制器AC800PEC，L2服務(wù)器/工作站/工程師站、PDA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集機(jī)(IBAFOB-2i采集卡)；軟件配置：WindonsXP,WindowsServer2003、ControlIT基礎(chǔ)開發(fā)軟件、上位組態(tài)軟件自動(dòng)化擴(kuò)展系統(tǒng)800XA、IBA-PDA軟件包、數(shù)據(jù)庫管理軟件等。4、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)總線拓?fù)洹⑾到y(tǒng)集成、通信協(xié)議、信息交換。包括：工業(yè)以太網(wǎng)+DP網(wǎng)、以太網(wǎng)交換器等。我們產(chǎn)品的自動(dòng)化測(cè)量部分：傳感器我們?cè)O(shè)備上用的溫度變送器、壓力變送器、油位變送器、轉(zhuǎn)速變送器等模擬量儀表及無油流開關(guān)、振動(dòng)開關(guān)等開關(guān)量儀表就是傳感器，同時(shí)是我們的自動(dòng)化組成系統(tǒng)的測(cè)量部分傳感器照片我們?cè)O(shè)備上用的傳感器一般都帶有現(xiàn)場(chǎng)顯示，輸出4～20mA信號(hào)，收PLC接收，通過PLC轉(zhuǎn)換成溫度，與事先設(shè)置好的報(bào)警及連鎖值比較，確定后續(xù)動(dòng)作比較部分比較部分也就是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，PLC是我們的控制系統(tǒng)的大腦執(zhí)行部分執(zhí)行器我們的執(zhí)行器包括：閥門，加熱器，電機(jī)等。其中我們對(duì)制氮車的主加熱器及純度調(diào)節(jié)閥，