自動(dòng)化概念核心技術(shù)PPT

1、,電子與信息技術(shù)系 田鳳霞,A.1.1 課程任務(wù),自動(dòng)化高技能人才的職業(yè)屬性與需求 自動(dòng)化概念及自動(dòng)化技術(shù)核心 信號(hào)概念及其在自動(dòng)化技術(shù)中的作用 自動(dòng)控制形式及系統(tǒng)構(gòu)建 自動(dòng)化設(shè)備及控制裝置 控制策略 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 流程生產(chǎn)行業(yè)控制系統(tǒng) 學(xué)習(xí)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)與技能的方法途徑,A.1.2 自動(dòng)化技能人才的社會(huì)需求,自動(dòng)化技術(shù)為二十世紀(jì)高新技術(shù)之一，普及、深入到各行業(yè)； “用信息化帶動(dòng)制造業(yè)現(xiàn)代化，用高新技術(shù)改造制造業(yè)，以實(shí)現(xiàn)制造業(yè)跨越式發(fā)展” 。制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與手段由“電氣化”時(shí)代全面邁進(jìn)“自動(dòng)化”時(shí)代 ； 自動(dòng)化技術(shù)改革了傳統(tǒng)的的管理模式、生產(chǎn)模式、工藝過程、操作模式，需要自動(dòng)化技術(shù)開發(fā)、

2、設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人才，也需要具有自動(dòng)化思想、掌握自動(dòng)化技術(shù)知識(shí)與應(yīng)用能力的高技能人才，從事自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)安裝、調(diào)試、運(yùn)行、管理、維護(hù)及檢修工作；,A.2.1 自動(dòng)化技能人才的就業(yè)前景,具備自動(dòng)控制的原理和方法、自動(dòng)化單元技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)及其在各領(lǐng)域生產(chǎn)過程中的應(yīng)用； 具有“控（制）管（理）結(jié)合，強(qiáng)（電）弱（電）并重，軟（件）硬（件）兼施”鮮明的特點(diǎn)，是理、工、文、管多學(xué)科交叉的寬口徑工科專業(yè) ； 就業(yè)領(lǐng)域：各類制造業(yè)（過程、離散）、自動(dòng)化科技公司、工程公司、軌道交通、港口物流、城市公用與智能樓宇等。,A.2.2 自動(dòng)化技能人才的職業(yè)屬性,自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)是以自動(dòng)化設(shè)備、裝置、系統(tǒng)為操作對(duì)象或工

3、具。技術(shù)應(yīng)用能力與職業(yè)技能體現(xiàn)在對(duì)具體設(shè)備、裝置及系統(tǒng)的安裝調(diào)試、運(yùn)行管理、維護(hù)檢修活動(dòng)之中； 職業(yè)活動(dòng)主要涉及四個(gè)方面：1）應(yīng)用與維護(hù)單體自動(dòng)化設(shè)備、裝置；2）組織相關(guān)設(shè)備、環(huán)節(jié)，構(gòu)建與維護(hù)系統(tǒng)完成自動(dòng)控制；3）實(shí)施與維護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號(hào)傳遞、協(xié)調(diào)工作；4）調(diào)整控制策略、優(yōu)化系統(tǒng)控制參數(shù)。,A.2.3 自動(dòng)化技能人才的職業(yè)屬性,宏觀層面： 職業(yè)能力具有自動(dòng)化核心思想，熟悉工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、掌握自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用技能（主要針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、裝置、過程的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、控制等）； 工作領(lǐng)域主要服務(wù)于工業(yè)企業(yè)，為工廠自動(dòng)化、自動(dòng)化工程、自動(dòng)化技術(shù)行業(yè)提供一線的技能支持與服務(wù)；,A.2.3 自動(dòng)化技能人才

4、的職業(yè)屬性,職業(yè)范圍在生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)一線從事自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)安裝、運(yùn)行調(diào)試、管理、維護(hù)及檢修工作； 職業(yè)價(jià)值具體實(shí)施自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范、圖紙、方案，維護(hù)自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)正常工作，保障生產(chǎn)企業(yè)高效運(yùn)行。自動(dòng)化技能人才的職業(yè)價(jià)值不是從事理論研究，也不是從事開發(fā)設(shè)計(jì)，主要是通過所掌握的職業(yè)技能把現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范、操作規(guī)程、施工圖紙和工程方案變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。,A.2.3 自動(dòng)化技能人才的職業(yè)屬性,微觀層面： 工作對(duì)象面向工業(yè)企業(yè)加工設(shè)備、生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)過程所用自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)； 工作手段運(yùn)用“系統(tǒng)”、“信號(hào)”、“控制”的自動(dòng)化核心思想，以自動(dòng)化技術(shù)知識(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析、判斷，利用專業(yè)技能與職業(yè)能力實(shí)施技術(shù)服務(wù)；

5、工作地點(diǎn)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)支持部門、自動(dòng)化工程施工場地； 工作崗位自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)安裝、運(yùn)行調(diào)試、管理、維護(hù)及檢修職位。,A.2.3 自動(dòng)化技能人才的職業(yè)屬性,自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)是以自動(dòng)化設(shè)備、裝置、系統(tǒng)為操作對(duì)象或工具。技術(shù)應(yīng)用能力與職業(yè)技能體現(xiàn)在對(duì)具體設(shè)備、裝置及系統(tǒng)的安裝調(diào)試、運(yùn)行管理、維護(hù)檢修活動(dòng)之中； 職業(yè)活動(dòng)主要涉及四個(gè)方面：1）應(yīng)用與維護(hù)單體自動(dòng)化設(shè)備、裝置；2）組織相關(guān)設(shè)備、環(huán)節(jié)，構(gòu)建與維護(hù)系統(tǒng)完成自動(dòng)控制；3）實(shí)施與維護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號(hào)傳遞、協(xié)調(diào)工作；4）調(diào)整控制策略、優(yōu)化系統(tǒng)控制參數(shù)。,A.2.3 自動(dòng)化技能人才的職業(yè)屬性,宏觀層面： 職業(yè)能力具有自動(dòng)化核心思想，熟悉工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

6、、掌握自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用技能（主要針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、裝置、過程的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、控制等）； 工作領(lǐng)域主要服務(wù)于工業(yè)企業(yè)，為工廠自動(dòng)化、自動(dòng)化工程、自動(dòng)化技術(shù)行業(yè)提供一線的技能支持與服務(wù)；,A.2.3 自動(dòng)化技能人才的職業(yè)屬性,職業(yè)范圍在生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)一線從事自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)安裝、運(yùn)行調(diào)試、管理、維護(hù)及檢修工作； 職業(yè)價(jià)值具體實(shí)施自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范、圖紙、方案，維護(hù)自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)正常工作，保障生產(chǎn)企業(yè)高效運(yùn)行。自動(dòng)化技能人才的職業(yè)價(jià)值不是從事理論研究，也不是從事開發(fā)設(shè)計(jì)，主要是通過所掌握的職業(yè)技能把現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范、操作規(guī)程、施工圖紙和工程方案變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。,第一節(jié) 自動(dòng)化及自動(dòng)化技術(shù),自動(dòng)化實(shí)例 家居環(huán)境

7、：洗衣機(jī)、空調(diào)、電梯、自動(dòng)門、紅外防盜、火災(zāi)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)； 工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域： 自動(dòng)化生產(chǎn)線與生產(chǎn)流程、數(shù)控中心、機(jī)械手、機(jī)器人；自動(dòng)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械、自動(dòng)灌溉系統(tǒng)、自動(dòng)化種植大棚等； 交通物流領(lǐng)域：公路與軌道交通控制、自動(dòng)化分揀、水電氣控制等； 航空與國防領(lǐng)域：火炮與導(dǎo)彈控制、衛(wèi)星與飛船控制等； ,1.1.1 自動(dòng)化,什么是自動(dòng)化？自動(dòng)化是如何實(shí)現(xiàn)的？自動(dòng)化技術(shù)包含哪些內(nèi)容？。 1946年、美國、D.S.Harder在一個(gè)生產(chǎn)過程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)自動(dòng)化-(Automation) 。 早期：機(jī)械的動(dòng)作代替人力操作 ，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)； 擴(kuò)展：用機(jī)器(包括計(jì)算機(jī))不僅代替人的體

8、力勞動(dòng)、感覺器官，而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。,1.1.1 自動(dòng)化,通過檢測(cè)，利用反饋獲取偏差去調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并保持運(yùn)行穩(wěn)定。 偏差控制（反饋控制、閉環(huán)控制）,圖1-1 室內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),1.1.1 自動(dòng)化,嚴(yán)格按照設(shè)定程序一步一步、按部就班的自動(dòng)完成全過程。 程序控制（開環(huán)控制） 多參數(shù)檢測(cè)、邏輯與模糊判斷“智能化”,圖1-2 全自動(dòng)洗衣機(jī)（洗衣機(jī)、控制板）,1.1.1 自動(dòng)化,制造業(yè)自動(dòng)化的豐富內(nèi)涵： 形式方面：代替人的體力勞動(dòng)，代替或輔助人的腦力勞動(dòng)，人機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化； 范圍方面，自動(dòng)化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期全過

9、程； 功能方面，自動(dòng)化的功能目標(biāo)不僅對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施控制，也對(duì)整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)現(xiàn)“管理-監(jiān)測(cè)-控制”一體化。,1.1.2 自動(dòng)化技術(shù),自動(dòng)化技術(shù)可理解為是“為了自動(dòng)地完成特定作業(yè)而實(shí)施的包括自動(dòng)化裝備、方法、手段、規(guī)則及相關(guān)信息資料的總和”。 自動(dòng)化的研究內(nèi)容主要有自動(dòng)控制和信息處理兩個(gè)方面，包括理論、方法、硬件和軟件等，從應(yīng)用觀點(diǎn)來看，研究內(nèi)容有過程自動(dòng)化、機(jī)械制造自動(dòng)化、管理自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等。,1.1.3 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù),工業(yè)主體制造業(yè) 工業(yè)自動(dòng)化主體工廠自動(dòng)化在無人直接參與的情況下，通過自動(dòng)化裝置及系統(tǒng)構(gòu)建對(duì)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過程實(shí)施的控制與管理。 工廠自動(dòng)化類型連續(xù)生產(chǎn)過程

10、自動(dòng)化和斷續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。 連續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)化過程自動(dòng)化，主要指石油、化工、冶金等連續(xù)物料的生產(chǎn)過程自動(dòng)化。處理對(duì)象物態(tài)是流體、粉體，主要涉及溫度、壓力、流量、物位、成份量等變量； 斷續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)化工業(yè)電氣自動(dòng)化，主要指機(jī)械制造過程中的離散物品加工、裝配、包裝、輸送、儲(chǔ)藏等機(jī)械作業(yè)自動(dòng)化。處理對(duì)象物態(tài)是固體，主要涉及位置、形狀、尺寸、姿勢(shì)與角度等問題。,1.1.3 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù),工業(yè)自動(dòng)化技術(shù) 是一種運(yùn)用自動(dòng)控制理論、電磁技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)理知識(shí)及其它相關(guān)技術(shù)，應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)構(gòu)建，通過電路邏輯、軟件程序有目的的對(duì)工業(yè)生產(chǎn)裝備及工藝過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加

11、產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等的綜合性技術(shù)。,小結(jié),自動(dòng)化利用自動(dòng)化設(shè)備、裝置與系統(tǒng)代替人或幫助人自動(dòng)地完成某個(gè)任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)過程 自動(dòng)化技術(shù)“為了自動(dòng)地完成特定作業(yè)而實(shí)施的包括自動(dòng)化裝備、方法、手段、規(guī)則及相關(guān)的信息資料的總和” 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用自動(dòng)控制理論、電磁技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)理知識(shí)及其它相關(guān)技術(shù)，應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備，通過系統(tǒng)構(gòu)建、電路邏輯、軟件程序有目的的對(duì)工業(yè)生產(chǎn)裝備及工藝過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策的綜合性技術(shù)。,第二節(jié) 自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,以蒸汽機(jī)為代表的“機(jī)械化”強(qiáng)調(diào)以大規(guī)模的機(jī)械裝置代替人工體力勞動(dòng)； 以電動(dòng)設(shè)備為代表的“電氣化”強(qiáng)調(diào)普遍應(yīng)用電力來驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械

12、工作； 以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)為代表的“信息化”強(qiáng)調(diào)大規(guī)模的使用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代技術(shù)工具高效地獲取、處理、分析和利用信息； 而以自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)為代表的“自動(dòng)化”強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)運(yùn)行、管理方式的“自動(dòng)”。 自動(dòng)化設(shè)備/自動(dòng)化理論/自動(dòng)化系統(tǒng),1.2.1 自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展,自動(dòng)化設(shè)備(裝置)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工具。 自然界動(dòng)力代替人力畜力 。 古代中國的指南車以及近代歐洲出現(xiàn)的鐘表和風(fēng)磨控制裝置 第一次工業(yè)革命-自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置對(duì)付工業(yè)生產(chǎn)控制 1788年英國機(jī)械師J.瓦特將離心式調(diào)速器(又稱飛球調(diào)速器)，調(diào)節(jié)穩(wěn)定蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速 俄國人用浮子式閥門水位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)穩(wěn)定的蒸汽鍋爐水位,1.2.1 自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展,圖1-3 瓦特

13、蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),1.2.1 自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展,電的發(fā)明、磁的應(yīng)用開始了電氣化時(shí)代電動(dòng)設(shè)備、電磁機(jī)構(gòu)代替體力勞動(dòng)，解放手腳； 1868年法國人發(fā)明了反饋調(diào)節(jié)器（叫伺服機(jī)構(gòu)） 自動(dòng)調(diào)節(jié)器或裝置代替大腦的部份工作，使一些物理量保持在設(shè)定值附近，繼電裝置實(shí)現(xiàn)邏輯控制；自力式（液壓、氣壓）調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)節(jié)穩(wěn)定工藝參數(shù)。 自動(dòng)化設(shè)備的第一次改革與創(chuàng)新微電子技術(shù)檢測(cè)裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置、顯示裝置等功能自動(dòng)化儀表，以及電子組裝控制裝置、繼電聯(lián)鎖裝置,1.2.1 自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展,計(jì)算機(jī)、數(shù)字與存儲(chǔ)器技術(shù)自動(dòng)化設(shè)備第二次飛躍 多參數(shù)、自診斷、可編程等數(shù)字化設(shè)備（可編程序控制器（PLC）、智能化儀表、數(shù)

14、控生產(chǎn)裝置，機(jī)器人、自動(dòng)機(jī)械手成為工業(yè)生產(chǎn)中重要的勞動(dòng)者。 信息技術(shù)自動(dòng)化設(shè)備向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、人工智能化方向發(fā)展，DCS系統(tǒng)控制裝置、FCS網(wǎng)絡(luò)控制裝置、集成制造系統(tǒng)（CIMS）等。 機(jī)械裝置繼電裝置氣動(dòng)與電動(dòng)儀表可編程儀表與設(shè)備網(wǎng)絡(luò)型儀表與設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)裝置。 隨著傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)與人工智能研究與應(yīng)用的進(jìn)一步深入，自動(dòng)化設(shè)備將有更新的發(fā)展及更為有效的應(yīng)用。,1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,“系統(tǒng)”由若干相互依存和相互作用的子系統(tǒng)為達(dá)到某些特定目的組成的完整綜合體。 若系統(tǒng)的構(gòu)建目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能任務(wù)，這樣的系統(tǒng)就是自動(dòng)化系統(tǒng)。 典型自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是為了實(shí)現(xiàn)各種控制任務(wù)，將被控制對(duì)象和控

15、制裝置按照一定的方式連接起來所構(gòu)成的一個(gè)有機(jī)的總體。,1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,早期的自動(dòng)化系統(tǒng)功能目標(biāo)單一，生產(chǎn)設(shè)備間不存在關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)不強(qiáng)，主要是解決單一設(shè)備、單一過程、單一參數(shù)的檢測(cè)與控制問題，被稱為單機(jī)自動(dòng)化。,圖1-3 瓦特蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,二戰(zhàn)期間及后期任務(wù)主要局限于生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)與控制，主要功能局限于穩(wěn)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定值控制，系統(tǒng)規(guī)模通常被限定在一個(gè)工段或一個(gè)車間，被稱之為局部自動(dòng)化。 系統(tǒng)控制裝置一般都可以分裝兩個(gè)機(jī)柜：一個(gè)機(jī)柜（儀表屏）裝各種PID調(diào)節(jié)器、顯示記錄儀表如圖1-4所示的儀表控制系統(tǒng)；另一個(gè)機(jī)柜則裝許多繼電器和接觸器，作起動(dòng)、停止、聯(lián)鎖和

16、保護(hù)之用。因而在結(jié)構(gòu)上顯得相當(dāng)復(fù)雜,控制速度和控制精度都有一定的局限性，可靠性也不是很理想的,1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,圖1-4 鍋爐控制系統(tǒng)與儀表控制屏,1.2.3 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,現(xiàn)代控制理論系統(tǒng)性能擴(kuò)展到自適應(yīng)、最優(yōu)化等先進(jìn)控制策略綜合自動(dòng)化 功能：不局限于面向生產(chǎn)過程的控制，更是向管理自動(dòng)化發(fā)展； 系統(tǒng)規(guī)模：不局限于單個(gè)車間，可能包括整個(gè)企業(yè)甚至整個(gè)制造集團(tuán)。 50年代末出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制的化工廠，60年代末出現(xiàn)了大型自動(dòng)化生產(chǎn)線，70年代產(chǎn)生了專用機(jī)床組成的無人工廠，80年代初出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)組成的無人工廠 。,1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,現(xiàn)代控制理論使復(fù)雜的控制問題容易解決 傳感

17、檢測(cè)技術(shù)能獲取以前難以得到的信息 計(jì)算機(jī)技術(shù)使復(fù)雜信息處理更為簡單迅速 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促進(jìn)了信息的傳遞與豐富 自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的信息互通互聯(lián)，面向生產(chǎn)過程的網(wǎng)絡(luò)體系形成 分散型控制系統(tǒng)（DCS）以及現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)（FCS）。,1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,（a）DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) （b）FCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖1-6 DCS控制系統(tǒng)及FCS控制系統(tǒng),1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）生產(chǎn)綜合自動(dòng)化與組織管理自動(dòng)化相結(jié)合 設(shè)想利用計(jì)算機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)單元生產(chǎn)柔性自動(dòng)化，并把制造過程（產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、生產(chǎn)過程等）集成為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng) 通過多層次

18、網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理、生產(chǎn)組織、生產(chǎn)過程控制一體化，同時(shí)引入人工智能，構(gòu)建自動(dòng)識(shí)別、評(píng)估、決策能力，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行加以優(yōu)化。 管-監(jiān)-控”一體化自動(dòng)化系統(tǒng),1.2.2 自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展,1.2.3 自動(dòng)化的發(fā)展特性,實(shí)踐性發(fā)展和社會(huì)重大需求聯(lián)系。離心調(diào)速器與蒸汽機(jī)的蒸汽閥門連接穩(wěn)定轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定研究穩(wěn)定性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)控制理論的研究。 時(shí)代性最先進(jìn)技術(shù)作自動(dòng)化技術(shù)主要內(nèi)容。初期，反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，用于工業(yè)控制；二戰(zhàn)期間解決軍事設(shè)施控制；二戰(zhàn)后解決迅速發(fā)展的工業(yè)控制問題，再后來主要為解空間技術(shù)問題。 系統(tǒng)性從“系統(tǒng)”的角度來分析、研究和實(shí)現(xiàn)各種目標(biāo)。自動(dòng)控制理論從初期到現(xiàn)在

19、的整個(gè)發(fā)展過程都是基于最基本反饋概念的閉環(huán)控制系統(tǒng)來研究的。 交叉性涉及信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電氣技術(shù)、數(shù)學(xué)及生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)的機(jī)械、工藝領(lǐng)域知識(shí)，需要與更多學(xué)科交叉、融合。,第三節(jié) 自動(dòng)化技術(shù)核心,自動(dòng)化最基本的功能目標(biāo)或任務(wù) 用自動(dòng)化設(shè)備、裝置與系統(tǒng)構(gòu)建代替或幫助人，使生產(chǎn)設(shè)備、工藝過程按預(yù)定模式、狀態(tài)運(yùn)行，自動(dòng)地完成特定的任務(wù)。 用自動(dòng)化設(shè)備及構(gòu)建的系統(tǒng)來約束、限定生產(chǎn)設(shè)備、工藝過程的運(yùn)行模式、狀態(tài)參數(shù)，或者說實(shí)施控制。,1.3.1 自動(dòng)化本質(zhì)自動(dòng)控制,“控制”就是掌握住對(duì)象不使任意活動(dòng)或超出范圍；或使其在控制者的管理、影響下活動(dòng)。 “自動(dòng)控制”是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置及

20、系統(tǒng)構(gòu)建，使生產(chǎn)機(jī)器、設(shè)備或工藝過程的運(yùn)行狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 自動(dòng)化與自動(dòng)控制概念自動(dòng)化的本質(zhì)是自動(dòng)控制,1.3.1 自動(dòng)化本質(zhì)自動(dòng)控制,自動(dòng)控制VS手動(dòng)控制,眼睛變送器,大腦控制器,手操作閥門自動(dòng)閥門,1.3.1 自動(dòng)化本質(zhì)自動(dòng)控制,不同的控制形式對(duì)應(yīng)著不同的系統(tǒng)構(gòu)建模式，產(chǎn)生不同的控制效果。,閉環(huán)控制 反饋控制 偏差控制,圖1-9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)速控制,不同的控制策略產(chǎn)生不同的控制效果。 全自動(dòng)化洗衣機(jī)，多種洗衣模式對(duì)應(yīng)于多種控制策略。,開環(huán)控制,1.3.1 自動(dòng)化本質(zhì)自動(dòng)控制,控制論：“控制”的最基本問題是如何對(duì)系統(tǒng)施加控制作用使其表現(xiàn)出預(yù)定的行為。 自動(dòng)控制涉及兩個(gè)

21、基本內(nèi)容： 采用何種手段（途徑）對(duì)生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)過程施加控制作用， 控制者的意愿是如何表達(dá)的。 這分別對(duì)應(yīng)著控制形式（硬件系統(tǒng)構(gòu)建）與控制策略（軟件系統(tǒng)構(gòu)建）。,1.3.2 自動(dòng)化思想觀系統(tǒng)分析,系統(tǒng)（System）是指由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互影響、具有某種功能的部分組成的有機(jī)整體。 系統(tǒng)以外的部分稱為系統(tǒng)環(huán)境，系統(tǒng)環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用稱為系統(tǒng)的輸入，系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)環(huán)境的作用稱為系統(tǒng)的輸出。 傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)即機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)電本體、動(dòng)力部分、檢測(cè)傳感部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)部分、控制及信號(hào)處理單元等硬件元素，在軟件程序和電路邏輯的目的信息流引導(dǎo)下，相互協(xié)調(diào)、有機(jī)融合和集成，形成物質(zhì)和能量的有序規(guī)則運(yùn)

22、動(dòng)，從而組成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。,1.3.3 自動(dòng)化信息載體信號(hào),控制論：為了“改善”某個(gè)或某些受控對(duì)象的功能或性能，需要獲得并使用信息，以這種信息為基礎(chǔ)而選出的、施于該對(duì)象上的作用，就叫作控制。 控制的基礎(chǔ)是信息，一切信息傳遞都是為了控制，而任何控制又都依賴于信息來實(shí)現(xiàn)。,圖1-10 電加熱爐溫度控制系統(tǒng),1.3.3 自動(dòng)化信息載體信號(hào),構(gòu)建自動(dòng)化系統(tǒng)的各組成環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)動(dòng)作、必須依靠相互間的信息傳遞與聯(lián)絡(luò)。 信息獲取與轉(zhuǎn)換、傳遞、各種操作與控制指令的表達(dá)與傳遞、應(yīng)用等均依賴于信號(hào)； 信號(hào)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)間信息傳遞與聯(lián)絡(luò)的載體。是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的信息載體。,1.3 自動(dòng)化技術(shù)核心,工業(yè)自動(dòng)化技能人才

23、的技術(shù)核心是實(shí)施“系統(tǒng)”分析、“信號(hào)”關(guān)聯(lián)、“控制”措施，保障、維護(hù)“環(huán)節(jié)”與“系統(tǒng)”的協(xié)調(diào)運(yùn)行。其中，“信號(hào)”在自動(dòng)化技術(shù)中具有重要的作用。 “反饋”是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的最典型、最重要的技術(shù)手段，也是一種基本結(jié)構(gòu)形式。,2.1.1 信息,從圖中你能感悟出什么？,自然事物圖例,為什么會(huì)有如此感覺呢？,圖像傳遞出某種？,第一節(jié) 信息與信息技術(shù),通過電話你了解到什么？,電波？ 聲音？,語言表達(dá)的意思？,信息！,信息論創(chuàng)始人（美國,C.仙農(nóng),19162001）: 客觀世界的三大要素是物質(zhì)、能量和信息。體現(xiàn)了信息在現(xiàn)代社會(huì)中的重要作用. 1. 信息客觀存在的一切事物通過載體所發(fā)生的消息、情報(bào)、指令、數(shù)據(jù)、

24、信號(hào)和所包括的一切可傳遞和交換的知識(shí)內(nèi)容 2. 認(rèn)識(shí)事物的關(guān)鍵事物的特征 各種特征將通過一定的物質(zhì)形式傳遞； 通過不同特征區(qū)別不同事物； 3. 知識(shí)是一種特定的人類信息 有區(qū)別、有選擇，對(duì)自然、對(duì)社會(huì)、對(duì)思維的認(rèn)識(shí)與掌握。,信息技術(shù)（IT）用于管理、處理信息所采用的各種技術(shù)的總和。 收集、識(shí)別、提取、存貯、傳遞、處理、檢索、檢測(cè)、分析、利用主要包括下列四大技術(shù): 傳感技術(shù)-擴(kuò)展人獲取信息的感覺器官功能。它包括信息識(shí)別、信息提取、信息檢測(cè)等技術(shù)。 通訊技術(shù)-實(shí)現(xiàn)信息快速、可靠、安全的轉(zhuǎn)移。 計(jì)算機(jī)技術(shù)-對(duì)信息的編碼、壓縮、加密以及再生（更深層次的決策信息 ） 控制技術(shù)-應(yīng)用信息為人類生活、生產(chǎn)服

25、務(wù)的技術(shù)問題，主要包括控制技術(shù)、顯示技術(shù)。,2.1.2 信息技術(shù),2.1.3 信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)關(guān)系,從技術(shù)要素層次上看，四大技術(shù)相互包含、相互交叉、相互融合的。傳感、通信、計(jì)算機(jī)都離不開控制；傳感、計(jì)算機(jī)、控制也都離不開通信；傳感、通信、控制更是離不開計(jì)算機(jī)。 在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過程中，必須真實(shí)、準(zhǔn)確、快速地獲取設(shè)備、過程的運(yùn)行信息，對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行判斷、運(yùn)算、決策，并能準(zhǔn)確地傳遞指令與控制信息，正確地執(zhí)行指令，施加控制作用，以使生產(chǎn)可靠地、穩(wěn)定地運(yùn)行。 控制論:控制的基礎(chǔ)依據(jù)是信息，一切信息傳遞都為了控制，任何控制又都有賴于信息來實(shí)現(xiàn)。,從信息技術(shù)體系角度看，自動(dòng)化技術(shù)包括信息獲取-傳遞-

26、決策-應(yīng)用：控制與自動(dòng)化技術(shù)的核心問題仍然是信息問題。 獲取設(shè)備、過程運(yùn)行狀態(tài)傳感獲取信息； 匹配各環(huán)節(jié)間信號(hào)及傳遞信息傳遞； 控制策略與信號(hào)運(yùn)算計(jì)算與處理信息； 指令與控制信號(hào)的輸出、執(zhí)行信息的應(yīng)用 信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)兩者關(guān)系： 自動(dòng)化技術(shù)以基礎(chǔ)地位支撐信息技術(shù)。 信息技術(shù)發(fā)展推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)步；,第二節(jié) 信號(hào)信息載體,2.2.1 信號(hào) 1、信號(hào) C.仙農(nóng)認(rèn)為：對(duì)客觀事物的物理特征進(jìn)行抽象后的最低級(jí)表達(dá)層次信號(hào)。 茫茫宇宙，存在無數(shù)的信號(hào)含義是？ 人為的/自然的；有效的/無效的；已知/末知； “信息”是傳遞與交換的具體內(nèi)容（包括知識(shí)、意識(shí)），那么“信號(hào)”就是信息的一種表現(xiàn)形式。 信號(hào)（也稱

27、為訊號(hào)）是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。 工程上，信號(hào)就是一種通過媒介傳遞的、含有某種信息的實(shí)際物理量。,2、信號(hào)的兩個(gè)要素 人類通過對(duì)光、聲、電信號(hào)進(jìn)行信息傳遞-接收，表達(dá)-確認(rèn)信息。 信號(hào)應(yīng)有一種載體媒介。如“聲波”、“電脈沖”、“電磁波”、“光脈沖”等。 信號(hào)媒介的一種特性或多種特性組合應(yīng)含有要反映的“信息”。 比如“聲波”、“電脈沖”、“電磁波”、“光脈沖”等能量的強(qiáng)弱、變化快慢及規(guī)律等應(yīng)能反映要描述的信息，或者說信息被信號(hào)的能量強(qiáng)弱、變化快慢及變化規(guī)律等特征所表達(dá)。 另外，含有信息的“信號(hào)”必須要能被人類所接收、描述、應(yīng)用才有實(shí)際意義。,2.2.2 信號(hào)的描述 1數(shù)學(xué)描述描述為一個(gè)或

28、若干個(gè)自變量的函數(shù)或序列的形式。,2波形描述按照函數(shù)隨自變量的變化關(guān)系，以曲線、圖形方式表示出來。,2.2.3 信號(hào)的種類 1.按信號(hào)的描述形式劃分 確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)； 要點(diǎn)：給定的自變量是否對(duì)應(yīng)唯一確定的信號(hào)取值。 對(duì)于確定信號(hào)，每一個(gè)信號(hào)值均有一個(gè)確定的信息，因此確定信號(hào)最簡單、最容易利用的信號(hào)， 時(shí)間連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)； 要點(diǎn)：自變量的定義域是否是整個(gè)連續(xù)區(qū)間。, 模擬與數(shù)字信號(hào)。要點(diǎn)：信號(hào)值域是否均連續(xù). 注：模擬信號(hào)有時(shí)間連續(xù)、時(shí)間離散之分，主要在于數(shù)值為無限個(gè)，連續(xù)變化。 注：數(shù)字信號(hào)在于數(shù)值為有限個(gè)，不連續(xù) 能量信號(hào)和功率信號(hào)；要點(diǎn)：信號(hào)能量是否有限。 實(shí)信號(hào)與復(fù)信號(hào)；要點(diǎn)：信

29、號(hào)取值是否為實(shí)數(shù)。,B.按信號(hào)的物理形式劃分 電信號(hào)（電壓、電流、脈沖、頻率等）：此種信號(hào)因傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、使用方便而廣泛應(yīng)用。 光信號(hào)（強(qiáng)度、脈沖、頻率等形式）：此種信號(hào)可通過光纖傳輸，容量大；抗電磁干擾能力強(qiáng)；信號(hào)轉(zhuǎn)換方便。是一種很具優(yōu)越性的信號(hào)。 電磁信號(hào)：此種信號(hào)無需敷設(shè)專門傳輸線路，在通訊行業(yè)廣泛應(yīng)用。電磁信號(hào)容易受電磁干擾，需要考慮抗干擾及濾波問題。 氣信號(hào)（氣壓、氣脈沖等）：通常利用壓縮空氣的壓力信號(hào)來表示某種信息。氣信號(hào)具有“本安”特性、不存在電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，但氣信號(hào)的傳輸距離有限、滯后大、損失大等不足，在對(duì)安全要求很高具距離較近的場合使用。 注：氣信號(hào)在傳輸信息同時(shí)，也可同

30、時(shí)傳輸能量。,2.3.1 信號(hào)拾取要求 設(shè)備、過程運(yùn)行中應(yīng)有一種或多種形式的性質(zhì)或特征物理現(xiàn)象表現(xiàn)出來。 設(shè)備、過程運(yùn)行中的性質(zhì)、特征物理現(xiàn)象能被某種物質(zhì)感知并能轉(zhuǎn)化為其它裝置接受與處理的信號(hào)。,第三節(jié) 信息拾取與傳感器,2.3.2 傳感器 要確知所得信息的真實(shí)性，對(duì)信號(hào)的形式、種類、強(qiáng)弱、特性關(guān)系等有著特定的要求，這就要依靠傳感器來感知信息并輸出相應(yīng)的信號(hào)。 廣義地說，傳感器是指能感知某一物理量、化學(xué)量或生物量等信息，并能將其轉(zhuǎn)化為可加以利用的信號(hào)的裝置。 狹義地講，感受被測(cè)物理信息（也稱之為被測(cè)量）并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種性質(zhì)的輸出信號(hào)的裝置。 由于電信號(hào)優(yōu)越性，傳感器的輸出信號(hào)一

31、般是電信號(hào)（如電流、電壓、電阻、電感、電容、電頻率等）,傳感器的示例,傳感器應(yīng)滿足的條件 傳感器能感知設(shè)備、過程的操作與運(yùn)行狀態(tài)信息并轉(zhuǎn)化為信號(hào)，需要滿足必要的條件： 傳感器中具有一種特殊材料（敏感元件），對(duì)所要檢測(cè)的物理信息具有很高的敏感性。 敏感元件獲得的信號(hào)與所表現(xiàn)的信息之間具有確定的關(guān)系，且能直接應(yīng)用或再轉(zhuǎn)化應(yīng)用。 也就是說傳感器本身具有將物理信息賦予到輸出信號(hào)特征量上的能力。 地位 傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的首要環(huán)節(jié),2.3.3 傳感器分類 1.按被測(cè)量（傳感器的用途）分類 如壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、顏色傳感器等。相應(yīng)傳感器一般按被測(cè)量命名，便于根

32、據(jù)被測(cè)對(duì)象選擇。 2.按工作原理分類 傳感器的工作原理主要是基于電磁原理和固體物理學(xué)理論。 主要分為電阻式、電感式、電容式、電渦流式、熱電式、壓電式、光電式（紅外、光纖等）、超聲式、同位素式、微波式等。有利于從原理方面進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)應(yīng)用,3.按輸出信號(hào)類型分類 傳感器輸出信號(hào)可分為模擬式與數(shù)字式兩大類。 模擬式輸出模擬信號(hào)，具有直觀性，與數(shù)字設(shè)備相連需要引入模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)； 數(shù)字式一般將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成脈沖、頻率或二進(jìn)制數(shù)碼輸出，抗干擾能力強(qiáng). 注：自動(dòng)化儀表領(lǐng)域，常被稱為變送器；在一般電氣裝置領(lǐng)域，習(xí)慣稱為傳感器。 一般而言，傳感器廣義的，變送器是特指的。兩者之間存在著一定的區(qū)別。,第四節(jié) 信號(hào)轉(zhuǎn)

33、換放大與干擾消減,2.4.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大 1.信號(hào)轉(zhuǎn)換 傳感器的輸出信號(hào)形式取決于傳感器本身，為了傳輸?shù)男枰?、為了接收設(shè)備對(duì)信號(hào)形式、種類及大小、變化特性需要等，信號(hào)在傳輸、使用中可能進(jìn)行一次或多次的轉(zhuǎn)換。 比如電阻式傳感器，其信號(hào)形式為阻值，不便于傳輸，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)； 模擬信號(hào)要與數(shù)字設(shè)備相連，要考慮模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換； 數(shù)字信號(hào)要驅(qū)動(dòng)模擬設(shè)備，則需轉(zhuǎn)換為模擬量; 電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過光纖傳輸?shù)取?2、信號(hào)放大 通常傳感器輸出信號(hào)很小，不宜傳輸、不便使用，有些器件、設(shè)備對(duì)信號(hào)有閾值要求，特別是對(duì)于數(shù)字設(shè)備及邏輯設(shè)備而言，存在高電平與低電平的定義，所以信號(hào)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，否則可

34、能造成邏輯上的錯(cuò)誤。 信號(hào)傳遞、轉(zhuǎn)換或使用前、過程中需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，放大后的信?hào)應(yīng)具有原信號(hào)的全部信息特征。,2.4.2 干擾與消減 根據(jù)信號(hào)的種類，對(duì)于信號(hào)的傳輸有不同技術(shù)要求與傳輸方式。 工程應(yīng)用中的信號(hào)大多數(shù)為電信號(hào)，信號(hào)的傳輸則是以傳輸導(dǎo)線為主。,1信號(hào)管線的阻抗特性影響 電信號(hào)沿導(dǎo)線傳輸，電荷會(huì)受到導(dǎo)體的電阻作用，導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與器件間存在著電容，即存在著對(duì)能量的儲(chǔ)存，同時(shí)傳輸導(dǎo)線上也存在著感抗，對(duì)于信號(hào)的變化也會(huì)產(chǎn)生抑制作用； 氣壓信號(hào)沿管線傳輸時(shí)，也會(huì)受到管線的阻力作用，信號(hào)路線也存在著容量。 這些阻礙作用、容量儲(chǔ)存等因素將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)能量的損失，信號(hào)數(shù)值降低；原始信號(hào)的變化

35、不及時(shí)得到反映，時(shí)間上造成滯后。,2周圍環(huán)境的電磁、靜電干擾 環(huán)境中存在的電磁場將在信號(hào)傳輸導(dǎo)線中產(chǎn)生電磁感應(yīng)，導(dǎo)線中會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電勢(shì)迭加在原始信號(hào)中，特別嚴(yán)重時(shí)會(huì)淹沒原始信號(hào)。 靜電感應(yīng)也是一種干擾源，在傳輸導(dǎo)線各處，靜電感應(yīng)強(qiáng)度不一，沿信號(hào)線各處靜電電位不等，同樣產(chǎn)生附加的電勢(shì)。 除此以外，電源波動(dòng)、雷電、溫度、濕度的變化及接觸點(diǎn)等均可能在傳輸線上產(chǎn)生附加電勢(shì)。,3干擾的消減與濾除 干擾無處不在，信號(hào)中或多或少都存在擾動(dòng)，需要去設(shè)法消減、濾除干擾，保證信息的真實(shí)性。 （1）在信號(hào)傳輸中，要考慮信號(hào)的電磁屏蔽、防雷防靜電、接地問題，以及導(dǎo)線的特性阻抗匹配等技術(shù)問題； （2）同時(shí)考慮對(duì)信號(hào)種類的

36、選擇，不同類型的信號(hào)自身抗干擾的能力不同，因此選擇一種適合的、可行的信號(hào)類型進(jìn)行傳輸。 （3）信號(hào)接收中一般可借助濾波去除干擾。 濾波的方法有多種，考慮信號(hào)的特征頻率、頻譜等特性，通過高通、低通、帶通與帶阻、采樣頻率等手段盡可能地去除干擾，獲得真實(shí)的信號(hào)。,第五節(jié) 信號(hào)制式與傳輸規(guī)則,一個(gè)信息源點(diǎn)（信息產(chǎn)生者）被傳遞到信息終點(diǎn)（消費(fèi)者）獲得應(yīng)用按系統(tǒng)圖示實(shí)施： 當(dāng)信號(hào)從信源點(diǎn)裝載信息經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞到目的系統(tǒng)后，應(yīng)能被準(zhǔn)確的接收，并正確分離出其中的信息。需要發(fā)送方與接收方都能理解并共同遵守的信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)、約定或規(guī)則。 在自動(dòng)化領(lǐng)域中，要從信號(hào)中得出操作指令、數(shù)據(jù)信息，必須清楚指令、數(shù)據(jù)信息是以

37、什么格式、組織關(guān)系被賦予到信號(hào)的什么特征上的，也就是說必須首先找出操作指令、數(shù)據(jù)與信號(hào)特征間的關(guān)系信號(hào)制式或協(xié)議,2.5.1 信號(hào)制式 在現(xiàn)代信息傳遞網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)之前，信息主要是在兩個(gè)硬件間單向的、一對(duì)一交換，信息功能主要在于兩硬件間連接、控制。信息較單一、容量小、格式簡單，信息載體主要是模擬量或簡單脈沖量信號(hào)，信息傳輸依靠單回路結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)，信息傳遞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。 信號(hào)制在這種簡單的信息傳輸系統(tǒng)中，采用的兩硬件間實(shí)現(xiàn)傳遞與接收、相互理解、共同遵守的信息傳遞規(guī)則。,功能： 主要是規(guī)定了建立、維持及斷開物理通道所需的機(jī)械的、電氣的、功能性的和規(guī)程性的特性。其作用是確保信號(hào)能在物理通道上傳輸； 約定了

38、信息的一種簡單表達(dá)形式，如用電流的大小來表示一個(gè)溫度信息的大小，或者控制作用的強(qiáng)弱。其作用是描述信息加載部位。 1、模擬信號(hào)制式 用于模擬量設(shè)備之間進(jìn)行信息的傳遞。 電動(dòng)類早期：0-10mA.DC與0-2V.DC信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)， 現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)：4-20mA.DC與1-5V.DC。 氣動(dòng)類：主要采用20-100KPa氣壓信號(hào)制式。,（2）脈沖（開關(guān)）信號(hào)制式 脈沖是指在很短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電壓或電流信號(hào)。 脈沖具有較多的特征參數(shù)，加上脈沖信號(hào)通常具有突變性、短促性，可以承載更多的信息，除常規(guī)數(shù)據(jù)信息以外，還用于承載操作指令。在自動(dòng)控制、數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通訊及多種電器裝置等方面得到廣泛的應(yīng)用。 脈沖承載信息

39、所用的特征主要集中于脈沖寬度、作用時(shí)刻（上升或下降）、脈沖高低電平（幅度）、脈沖周期、脈沖頻率、脈沖個(gè)數(shù)等。,在數(shù)字邏輯系統(tǒng)中，脈沖“高、低”電平表示數(shù)字“0、1”（圖2-16所示）、邏輯“真、假”等； 脈沖作用時(shí)刻可用于描述某種作用動(dòng)作時(shí)刻并觸發(fā)該動(dòng)作；脈沖寬度可用于描述并維持某種作用或動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間；脈沖頻率或個(gè)數(shù)可用于表示某種信息的程度或數(shù)據(jù)大小； 轉(zhuǎn)速測(cè)量中使用脈沖編碼器來表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向；在邏輯控制裝置中應(yīng)用脈沖來實(shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算等。定時(shí)器內(nèi)使用秒脈沖來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)與定時(shí)（圖2-17所示）,2.5.2 通訊協(xié)議 現(xiàn)代傳輸是在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)體（硬件、軟件）間多對(duì)多、雙向、數(shù)字化方式進(jìn)行信息交

40、換，信息復(fù)雜、海量。需要一整套傳輸規(guī)則來約束、控制實(shí)體間的信息交換，保證信息傳遞與交換正常進(jìn)行。 通訊協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中兩實(shí)體間相互理解、共同遵守的控制信息傳遞與交換的規(guī)則集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素：語義、語法和時(shí)序規(guī)則三部分。語義：規(guī)定通信雙方彼此“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型，如規(guī)定通信雙方要發(fā)出什么控制信息，執(zhí)行的動(dòng)作和返回的應(yīng)答； 語法：規(guī)定通信雙方彼此“如何講”，即確定協(xié)議元素的格式，如數(shù)據(jù)和控制信息的格式； 時(shí)序：規(guī)定了信息交換的次序。,第三節(jié) 自動(dòng)化系統(tǒng)分類,按系統(tǒng)的功能任務(wù)與系統(tǒng)構(gòu)建差異，分為三類：自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。 3.3.1、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 以

41、獲取設(shè)備、過程的操作與運(yùn)行狀態(tài)，并以指針、數(shù)字、數(shù)據(jù)表格或圖形及其它形式顯示出來為目的，同時(shí)配合參數(shù)警戒值設(shè)定，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控與報(bào)警。 通過獲取并顯示出來的運(yùn)行狀態(tài)，指導(dǎo)操作、控制、管理人員掌握設(shè)備、過程及生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，通過分析、判斷、作出相關(guān)生產(chǎn)組織、調(diào)度、操作等決策。,隨著通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用深入，自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)正向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)。 如：廠級(jí)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SIS）、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、樓宇監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、危險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。,圖3-13 廠級(jí)設(shè)備集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SIS）,分析自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的任務(wù)過程，它主要涉及信息獲取、信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳輸以及

42、信息處理三個(gè)過程。也就是說自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主體是：傳感檢測(cè)環(huán)節(jié)、信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳輸環(huán)節(jié)、信息處理與顯示環(huán)節(jié)。 在系統(tǒng)中，傳遞的信息是現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)類數(shù)據(jù)信息，信號(hào)是單向傳遞的：由現(xiàn)場經(jīng)傳輸轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)到監(jiān)控室或集中監(jiān)控點(diǎn)。,3.3.2、自動(dòng)控制系統(tǒng) 1、按控制方式分類 分為兩類，一是開環(huán)控制系統(tǒng)，也可稱為自動(dòng)操作系統(tǒng)，一是閉環(huán)控制系統(tǒng)，也可稱之為反饋控制系統(tǒng)。 1）自動(dòng)操縱（操作）系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng) 自動(dòng)操作系統(tǒng)的主要目的是實(shí)現(xiàn)在無人干預(yù)的情況下，操作裝置按預(yù)先設(shè)定的步驟、程序?qū)υO(shè)備或過程自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)的操作。 比如，手動(dòng)遙控操作航空器、全自動(dòng)洗衣機(jī)、數(shù)控車床步進(jìn)電機(jī)開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)等以及基于時(shí)基工作的控制系

43、統(tǒng)，均屬于自動(dòng)操作類系統(tǒng),自動(dòng)操縱（操作）系統(tǒng)存在的問題是“做”之后的效果怎樣？是否實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)？這類有關(guān)結(jié)果的問題不屬系統(tǒng)考慮的范疇。（操作效果不能送回自動(dòng)修正操作方式）。 自動(dòng)操作系統(tǒng)的任務(wù)過程，主要涉及操作指令的產(chǎn)生、操作指令的轉(zhuǎn)換與傳輸、操作指令的實(shí)施三個(gè)過程。也就是說自動(dòng)操作系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)是：指令產(chǎn)生環(huán)節(jié)(控制裝置)、指令轉(zhuǎn)換與傳輸環(huán)節(jié)、指令執(zhí)行環(huán)節(jié)。 在系統(tǒng)中，產(chǎn)生與傳遞的信息是操作指令信息，信號(hào)傳遞也是單向的：由集中控制室或控制裝置經(jīng)傳輸轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)到現(xiàn)場。,2）反饋控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 反饋控制系統(tǒng)的功能是自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、過程的運(yùn)行狀態(tài)，與設(shè)定狀態(tài)進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差情況，按一定的方

44、式或規(guī)律產(chǎn)生控制信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備、過程的運(yùn)行狀態(tài)，克服干擾影響，最終達(dá)到設(shè)定運(yùn)行狀態(tài)。自動(dòng)操作系統(tǒng)的主要目的是實(shí)現(xiàn)在無人干預(yù)的情況下，操作裝置按預(yù)先設(shè)定的步驟、程序?qū)υO(shè)備或過程自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)的操作。,反饋控制系統(tǒng)結(jié)合了“看”、“做”、同時(shí)還具有“想”比較、判斷、運(yùn)算、決策能力。根據(jù)傳感檢測(cè)“看”的情況，進(jìn)行比較、判斷、運(yùn)算、決策“想”，調(diào)整執(zhí)行與操作行為“做”，使“做”的效果與設(shè)定目標(biāo)一致。反饋控制系統(tǒng)有一關(guān)鍵環(huán)節(jié)：反饋，即根據(jù)控制結(jié)果傳感檢測(cè)送來的數(shù)據(jù)修正控制行為，也正因?yàn)榉答伒囊?，形成了閉環(huán)結(jié)構(gòu)閉環(huán)控制系統(tǒng)。,分析反饋控制系統(tǒng)的任務(wù)過程：它涉及現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)信息的獲取與傳輸、對(duì)現(xiàn)場運(yùn)行信息

45、的分析、判斷與決策并產(chǎn)生控制信號(hào)、控制信號(hào)的傳輸及執(zhí)行三大過程。也就是說反饋控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)為：現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行信息獲取與傳輸環(huán)節(jié)傳感檢測(cè)、信息處理環(huán)節(jié)控制裝置與網(wǎng)絡(luò)、控制信息的傳輸與執(zhí)行環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行。 在系統(tǒng)中，存在兩類信息：一類是由現(xiàn)場傳遞到控制裝置的反映現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息，另一類是由控制裝置產(chǎn)生的傳遞到現(xiàn)場需要被執(zhí)行的指令類信息。 從系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)比較，反饋控制系統(tǒng)通過控制裝置與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)操作系統(tǒng)的聯(lián)接。,2、按設(shè)定值特點(diǎn)分類 按設(shè)定值情況又可分為定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)等主要類型。 1）定值控制系統(tǒng) 設(shè)備、過程的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定值為恒定不變的自動(dòng)控制系統(tǒng)。,工藝過程：物料通過加熱爐內(nèi)管道，吸收加熱爐爐膛熱量后，溫度升高到設(shè)定溫度后，由出口管送出。加熱爐爐膛熱量由燃料氣在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生。 干擾因素：冷物料進(jìn)料量變化，冷物料溫度、壓力變化，烯料氣流量、壓力變化， 控制過程：傳感檢測(cè)裝置感知熱料出口溫度，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，與設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的電信號(hào)比較，兩者不等時(shí)，控制器便會(huì)根據(jù)差值的大小與極性產(chǎn)生相應(yīng)變化的控制信號(hào)，開大或關(guān)小控制閥，改變?nèi)剂蠚饬康拇笮?，調(diào)節(jié)爐膛熱量（溫度），達(dá)到控制熱料出口溫