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1 工厂综合自动化系统 1.1 综合自动化系统的概述综合自动化系统的概述 1.1.1 综合自动化系统综合自动化系统的的基本基本概念概念 生产线（生产线（productionline）配置操作工人或工业机器人的机械系统，按顺序完成设定的生产流程的作业线。节拍节拍（CycleTime）是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间 瓶颈瓶颈（Bottleneck）而通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”空闲时间空闲时间（idletime）空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间，可以指设备或人的时间。当一个流程中各个工序的节拍不一致时，瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。工艺平衡的定义工艺平衡的定义 即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近。是生产流程设计与作业标准化必须考虑的最重要的问题。动力系统动力系统 动力装置中为主、辅机服务的辅助机械设备、管路及附件的总称。电力系统和动力部分的总和。供电系统供电系统 由电源系统和输配电系统组成的产生电能并供应和输送给用电设备的系统。配电系统配电系统 配电系统是由多种配电设备（或元件）和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网络系统。配电系统可划分为高压配电系统、中压配电系统和低压配电系统三部分。由于配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户，它的完善与否直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量。配电系统的电压等级，根据城市电网规划设计导则的规定，220kV 及其以上电压为输变电系统，35、63、110kV 为高压配电系统，10、6kV 为中压配电系统，380、220V 为低压配电系统。电气控制系统电气控制系统 电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，不同的设备有不同的控制回路，而且高压电气设备与低压电气设备的控制方式也不相同。主要功能 为了保证一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项控制功能的若干个电器组件的组合，称为控制回路或二次回路。这些设备要有以下功能：(1)自动控制功能。高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。(2)保护功能。电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流(或电压)会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整(断开、切换等)的保护设备。(3)监视功能。电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对一次设备进行电气监视。(4)测量功能。灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态(有电或断电)，如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成。(1)电源供电回路。供电回路的供电电源有 AC380V 和 220V 等多种。(2)保护回路。保护(辅助)回路的工作电源有单相 220、36V 或直流 220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。(3)信号回路。能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。(4)自动与手动回路。电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。(5)制动停车回路。切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。(6)自锁及闭锁同路。启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。仪表控制系统（过程控制系统）仪表控制系统（过程控制系统）过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。过程控制的主要功能：1、集中监视、操作和控制。2、过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。3、过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。计算机控制系统计算机控制系统 计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。计算机控制系统的应用类型计算机控制系统的应用类型 数据采集系统数据采集系统 在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。监监督督计算机控制系统计算机控制系统 这个系统根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给直接数字控制系统执行。监督计算机系统承担着高级控制与管理任务，要求数据处理功能强，存储容量大等，一般采用较高档微机。集散控制系统（集散控制系统（Distributedcontrolsystem）集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称 DCS 系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS 系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。集散控制系统一般有以下四部分组成：现场控制级现场控制级 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供 CRT 操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是 DCS 的基础。在 DCS 系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行 DCS 信号的传递。过程控制级过程控制级 又称现场控制单元或基本控制器，是 DCS 系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。过程管理级 DCS 的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩 CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况。这个级别是操作人员跟 DCS 交换信息的平台。是 DCS 的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。DCS 可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值，调整控制信号、操纵现场设备，以实现对生产过程的控制。经经营管理级营管理级 又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级，所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。它的权限很大，可以监视各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。集散控制系统的特点集散控制系统的特点 DCS 控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点。1、系统构成灵活。从总体上看，DCS 就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。2、操作管理便捷。DCS 的人机反馈都是通过 CRT 跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS 系统中，并且权限够大，你就能了解到你要的任何参数。5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。DCS 系统算是很方便了。6、安全可靠性高。DCS 系统的硬件结构系统的硬件结构 DCS 的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。现场控制站现场控制站 现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式 DCS 直接与生产过程进行信息交互的 I/O 处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。操作站操作站 运行在 PC 硬件平台、NT 操作系统下的通用操作站的出现，给 DCS 用户带来了许多方便。由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费，维护费用也比较少。为了实现监视和管理等功能，操作站必须配置以下设备：1、操作台，也就是高档电脑桌；2、微处理机系统，就是高档电脑；3、外部存储设备，简单说就是大容量硬盘；4、图形显示设备，就是电脑显示器；5、操作键盘跟鼠标；6 打印输出设备。DCS 控制系统与控制系统与 PLC 控制区别控制区别 PLC 控制和 DCS 控制系统不是一个逻辑层次上的概念，从名称上就能看出：PLC 是以功能命名，DCS 是以体系结构命名。从原理上看 PLC 就可以组成 DCS。当然两者性能差异还是存在的，要具体看产品和需要。从应用角度来说，简单地以 PLC，DCS 来区分，往往会走人误区。DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC(可编程控制器)只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调，PLC 装置只实现本单元所具备的功能。DCS 网络是整个系统的中枢神经，DCS 系统通常采用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好。而 PLC 因为基本上都为单个小系统工作，在与别的 PLC 或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上 PLC 没有很好的保护措施。DCS 整体考虑方案，操作员站都具备工程师站功能，站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制，协调控制；而单用 PLC 互相连接构成的系统，其站与站(PLC 与PLC)之间的联系则是一种松散连接方式，做不出协调控制的功能。DCS 在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC 所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。为保证 DCS 控制的设备的安全可靠，DCS 采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC 所搭接的系统则需要配置双 PLC 实现冗余。对各种工艺控制方案更新是 DCS 的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站长将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺对象的控制精度提高。而对于 PLC 构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个 PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器(读写器)一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中(500 点以上)，基本不采用全部由 PLC 所连接而成的系统的原因 DCS 系统所有 I/O 模块都带有 CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电拔，随机更换。而 PLC 模块只是简单电气转换元件，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。信息系统信息系统 信息系统是由计算机硬件、网络和通讯设备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章制度组成的以处理信息流为目的的人机一体化系统。信息系统的五个基本功能：输入、存储、处理、输出和控制。输入功能：信息系统的输入功能决定于系统所要达到的目的及系统的能力和信息环境的许可。存储功能：存储功能指的是系统存储各种信息资料和数据的能力。处理功能：基于数据仓库技术的联机分析处理(OLAP)和数据挖掘(DM)技术。输出功能：信息系统的各种功能都是为了保证最终实现最佳的输出功能。控制功能：对构成系统的各种信息处理设备进行控制和管理，对整个信息加工、处理、传输、输出等环节通过各种程序进行控制。信息系统的类型 从信息系统的发展和系统特点来看，可分为数据处理系统(Data Processing System,简称 DPS)、管理信息系统(Management Information System,简称 MIS)、决策支持系统(Decision Sustainment System,简称 DSS)、专家系统（人工智能(AI)的一个子集）和虚拟办公室(Office Automation,简称 OA)五种类型。由管理的层次性可将经理信息系统、营销信息系统、制造信息系统、财务信息系统、人力资源信息系统、信息资源信息系统分为两个层次。这是一种逻辑的MIS 而不是物理的 MIS，也叫组织信息系统。信息系统的开发 信息系统的开发涉及到计算机技术基础与运行环境：包括计算机硬件技术、计算机软件技术、计算机网络技术和数据库技术。一、计算机硬件技术 二、计算机软件技术 软件分为系统软件和应用软件：系统软件是指为管理、控制和维护计算机及外设，以及提供计算机与用户界面的软件。各种语言和它们的汇编或解释、编译程序、计算机的监控管理程序(Monitor)、调试程序(Debug)、故障检查和诊断程序、程序库、数据库管理程序、操作系统(OS)。三、计算机网络技术 计算机网络是用通讯介质把分布在不同的地理位置的计算机、计算机系统和其他网络设备连接起来，以功能完善的网络软件实现信息互通和网络资源共享的系统。计算机网络包括网络介质、协议、节点、链路。计算机网络拓扑结构：网络的链路和节点在地理上所形成的几何结构，并用以表示网络的整体结构外貌，同时也反映各个模块之间的结构关系。按照通信系统的传输方式，计算机网络的拓扑结构可分为点对点传输结构和广播传输结构两大类。计算机网络根据通信距离可分为局域网和广域网两种。四、数据库技术 数据库系统包括数据集合、硬件、软件和用户 层次模型(Hierarchical Model)、网状模型(Network Model)数据库系统、关系型(Relation Model)数据库系统。实体联系模型(E-R 模型)是对现实世界的一种抽象，它抽取了客观事物中人们所关心的信息，忽略了非本质的细节，并对这些信息进行了精确的描述。数据库设计的步骤包括用户需求分析、数据库逻辑设计、数据库物理设计、数据库的实施和维护四个阶段。关系的规范化理论是数据库设计过程中的有力工具。范式，是指关系满足一定的条件。电磁站电磁站 没有变压器的小配电室就叫电磁站 区域区域 物理、地理或逻辑分组确定的地点，其包括过程单元、生产单元和生产线。物料清单物料清单 所有组件、零件或用于产品制造的物料列表，包括用于产品制造的每一种材料需求量。资源清单资源清单 所有在产品生产过程中需要的人力、物力列表，既是产品制造过程中需要的关键资源列表。资源清单通常用于预测资源供应变化对生产计划排产的影响。设备分类设备分类 用来描述以方便调度和规划为目的，将具有类似特点的设备进行分组的一种手段。成品：成品：成品是指所有加工生产工序都完成后的最终产物。成品可能不再受生产制造领域和控制领域的管辖。材料分类材料分类 用来描述以方便调度和规划为目的，将具有类似特点的材料进行分组的一种手段。材料批号材料批号 一批材料的唯一识别码。材料批号主要描述了材料的实际数量或者可用数量，当前状态以及具体属性值。材料定义材料定义 材料属性和物质特性的定义。材料子批号材料子批号 材料批号中一个独特的可识别的子集，包括数量和产地。可能是一个单独的条目。人员分类人员分类 用来描述以调度和计划为目的，把具有类似特点的人员进行分组的一种手段。生产能力生产能力 a)通过用现有的产品结构、原材料、劳动力、厂房及设备进行生产，可以达到的最高生产率；b)人员、设备、材料和过程段能力的集合。c)当前承诺的，可用的，并且无法实现的生产设施的总能力。生产控制生产控制 用于管理一个厂或者区域内所有产品的功能集合。生产规则生产规则 用于指导如何生产产品的信息。生产单元生产单元 一整套的生产设备，这些设备将一种或多种原料通过物理化学变化转换为半成品或成品。产品段产品段 用于特定生产的资源规划和生产规则之间的共享信息。这是用于实现生产环节的人力资源、设备资源和材料规格的一个逻辑分组。资源资源 用于生产的人员、设备和（或者）材料的集合。工作单元工作单元 工作单元是指不同机器的组合，这些机器用于生产具有类似制造要求的系列组件。PLC 系统系统 1.1.2 综合自动化系统的基本构成综合自动化系统的基本构成 了解一个综合自动化系统必须从以下几个层次对综合自动化系统分析：（1）生产线、工艺平衡、物料平衡和物料跟踪；（2）工艺设备、过程段和基本生产单元；（3）电气控制、公辅控制和其他控制系统；（4）过程控制系统；（5）计算机控制系统。若从控制层次分级分析：（1）基础自动化级（L1）主要完成设备的顺序控制，联锁控制，位置控制，速度控制，参数调节，故障检测与报警，现场数据采集等任务，它是保证工艺设备正常运行的关键。（2）过程计算机级（L2）主要完成物流跟踪，过程数据收集及处理，数学模型计算及设定，操作指导，报表编制及打印，数据通信等任务，它是保证产品质量，取得生产效益的关键。（3）制造执行计算机系统 MES（L3）主要完成生产计划管理、生产协调及调度、生产指令产生及下达、全线物料跟踪、质量信息管理、原材料管理、设备管理、生产报表编制及打印，数据通信等任务，它是保证全线稳定、协调、高效、高质量生产的关键。（一）生产线 工程项目工艺流程概述的几个要点：介绍产品生产过程所经过的路线（以最小单元生产为节点），即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。狭义的生产线是按对象原则组织起来的，原材料、辅助材料、成品和半成品（阶段性产品或中间产品）等相关概念定义。1、绘制工艺流程图、绘制工艺流程图 2、工艺说明（重点说明物料流程、主要工艺设备）、工艺说明（重点说明物料流程、主要工艺设备）按照下面流程方式用文字描述工艺流程按照下面流程方式用文字描述工艺流程 工艺设备1工艺设备2工艺设备n辅助设备2辅助设备1辅助设备m工艺要求工艺要求工艺要求工艺要求工艺要求工艺要求主原料辅助原料 3、提出工艺控制难点及一般采用的控制、提出工艺控制难点及一般采用的控制方法方法（二）工艺设备 工艺过程按照设备划分原则：过程段1过程段2过程段n生产单元1生产单元2生产单元n工艺设备1工艺设备2工艺设备n电、水、除尘（环境）、油、气公辅设备 产量的生产规模工艺设备列表（案例）或建立附表 工艺过程段工艺过程段 1 1 序号 主要工艺设备名称 数量 设备型号 说明（作用）1 2 3 4 工艺过程段工艺过程段 2 2 序号 主要工艺设备名称 数量 设备型号 说明（作用）1 2 3 4 产量的生产规模工艺设备列表（案例）工艺过程段工艺过程段 1 1 序号 主要工艺设备名称 数量 设备型号 说明（作用）1 2 3 4 不同案例的差异性说明不同案例的差异性说明（三）主要电气设备（对应工艺设备）对应工艺设备定义、分类电气设备 产量的生产规模工艺设备列表（案例）或建立附表 工艺过程段工艺过程段 1 1 序号 主要电气设备名称 数量 设备型号 说明（归属那个工艺设备及作用）1 2 3 4 不同案例的差异性说明不同案例的差异性说明 1.1.3 综合自动化系统的任务综合自动化系统的任务 综合工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括自动化软件、硬件和系统三大部分。自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用：（1）提高生产过程的安全性；（2）提高生产效率；（3）提高产品质量；（4）减少生产过程的原材料、能源损耗。综合自动化系统控制和管理范围综合自动化系统控制和管理范围 自动化系统的控制和管理范围包括与工艺相关的自动化控制系统、低压供配电、电气传动及控制、检测仪器及仪表，对从原料开始到成品运输为止的生产过程进行控制和管理。综合自动化系统分级综合自动化系统分级 为有效地控制整个生产过程，根据生产工艺的连贯性、分布位置及控制要求，对控制系统分区域、分级进行配置，采用网络技术，构成生产工艺对象自动化控制系统的 5 级结构：企业管理级、生产管理级、过程控制级、设备控制级和检测驱动级。前两级管理级涉及的高新技术主要是计算机技术、软件技术、网络技术和信息技术；过程控制级涉及的高新技术主要是智能控制技术和工程方法；设备控制级和检测驱动级涉及的高新技术主要是三电一体化技术、现场总线技术和新器件交流数字调速技术。企业下达生产任务企业下达生产任务（ERP）MES产量产量计划计划调度调度实际实际质量质量合格合格率率成本成本单位单位产品产品的价的价格格组织组织综合综合性指性指标标能耗能耗综合综合性指性指标标环境环境标准标准安全安全综合综合性指性指标标效率效率设备设备能力能力人设人设备单备单位时位时间产间产能能功能模块功能模块1功能模块功能模块2功能模块功能模块n信信息息自自动动化化系系统统操作员操作员设备自动化设备自动化过程自动化过程自动化工艺生产线工艺生产线工艺生产线工艺生产线办办公公OA 过程控制层（过程控制层（PCS）按费希尔 罗斯蒙特控管一体化的策略，过程管理能力的过程控制概念，即工厂网络。更明白地说，过程管理=过程控制+设备管理是开放式结构，是基于FF 现场总线的工厂网络，“Web”概念就连接了设备系统和软件的网络。凡是 FF现场总线产品的供应商的设备、系统和软件均可纳入过程控制概念结构里。PCS基础自动化过程自动化采集数据自动控制物料平衡分析实时监控先进控制（1）过程控制 过程控制系统不仅能有效和可靠地完成各种控制任务，覆盖常规 DCS/PLC的所有功能以外，它还能实现“任意地点的控制”，即用户能够把控制功能下装到现场设备或系统中执行。任意地点的控制是工厂网络结构与 FF 现场总线技术相结合的产物。对于一些基本的控制回路来说，把控制功能下装到现场变送器或阀门中执行，既能加快回路信号响应，改善调节品质，又能减轻控制系统负担，使其完成较复杂的优化控制等任务，同时，增加了系统的分散度，提高了系统可靠性。（2）设备管理 工厂网络另一项重要功能是 AMS 设备管理能力。AMS 的主要功能是对过程中，运行的现场设备进行在线的监测和诊断。它不仅包括变送器、阀门、分析仪器和其它现场仪表，还包括一些旋转设备，如泵和电机。经过管理软件的处理，HART 或 FF 现场总线设备中的大量信息，如标定日期和步骤，组成材质、状态诊断等，能够被用来对设备进行组态和标定；自动存档；及时诊断和预测潜在的故障。所有这些任务都不需到环境恶劣或危险的现场，只需在控制室，维护车间或网络的任意节点上即可轻松完成。（3）集成的模块软件 在工厂网络结构中，集成的模块软件把过程和设备自身的大量信息转化为有用的知识和判断对运行和维护人员来说，不必陷入到繁杂的数据之中，而是得到直观、高效的分析，提示和判断。这一点在 AMS 设备管理软件中体现得优为明显，从而极大地提高工作效率。软件的模块化结构同时意味着用户可以根据需要灵活、方便地应用软件。而且这些软件都是基于 Windows 的，具有相同设备的外观和感受，减少了很多使用和掌握所需的时间和费用。（4）业务管理和执行 对一个企业而言，仅仅具备过程控制和设备管理仍然是不够的，还必须对企业的各个环节，从定单处到生产计划及财务审查进行全方位的管理。这些都是业务管理的内容。在过程管理和业务管理的信息集成方面，通过遍及企业内部的工业标准数字通讯网络及 OPC 服务器，其网络结构涵盖了从设备层到工厂和业务系统的各个层次，包括过程的优化、维护管理、资源分配和其它企业管理任务。工厂网络运行着智能化、模块化软件，用户通过它可定义过程、设备和商业上的信息，包括了过程的测量，设备的运行和管理，即在系统运行状态下，对全厂的智能现场仪表和设备进行组态、监测、运行诊断和维护记录，从而能更平衡地操作，减少了停工维修的时间，也减少了施工、安装、维护和设备保养的支出。（5）智能化现场设备 包括智能压力、温度、流量等及多参数变送器、智能分析仪，以及具有预测性维护和诊断能力的阀门等。1.1.4 综合自动化系统的评价指标综合自动化系统的评价指标 评价一个综合自动化系统优劣主要有以下几个方面：（1）在满足工艺控制基本要求条件下，自动化控制程度如何；（2）联锁控制，位置控制，速度控制，参数调节，故障检测与报警，现场数据采集等任务是否完善；（3）电气设备和检测仪表的定义是否规范，并符合 88 标准；（4）过程控制是否具有高级优化算法，能够提高生产过程的质量、降低生产成本、节约能源消耗和达到环保要求；（5）在 MES 层，实现生产计划管理、生产协调及调度、生产指令产生及下达、全线物料跟踪、质量信息管理、原材料管理、设备管理和能源管理等相关管理功能。1.1.5 工厂综合自动化系统建立的原则工厂综合自动化系统建立的原则 六大核心竞争力在工厂综合自动化系统的体现 分解各个系统的构建的原则 1.以我们的能力技术应用为主，产品链为辅 2.系统的概念 3.标准化（如何让系统之间层层间不打架，融合 88，95 标准）4.通讯网络数据的概念（两条线是公共的，一是通讯网络服务器等，二是安全等信息自动化系统是一个基础平台包括操作系统，基础平台软件等）5.智能性先进性（智能：具备智能的基础-怎么做-软件-应用）6.站在使用者的角度，来构建这样一个系统 7.给客户带来了哪些增值 8.以生产为主线 综合指标 9.与生产监控有效的衔接 10.图文并茂 11.以效率价值 1.1.6 工厂综合自动化系统产品给客户提供的服务工厂综合自动化系统产品给客户提供的服务 帮助客户分析问题和构建需求 给了客户一个自动化的概念，知道哪些地方不足，需要改进 给工厂一个综合自动化的模板，在这种模板下系统如何搭建平台，指导分块业务 给厂长解决问题，分析问题，给了一个统一规划，看见底下人都做了什么。从各个专业角度上分析 KPI，让各个岗位厂长站在一个共同的平台上思考问题。给了客户一个整体考虑生产组织的效率问题 不同时期，不同阶段的升级改造，不会形成孤岛，搭建了平台，可以持续改进 在管理方面 随时评价各方面的运行指标 可以按不同的指标或综合指标组织优化生产 在最短的时间内让工厂快速响应，快速决策 把人和设备有效统一，构建优化工厂的流程模式，岗位设置的科学性问题。提高了决策平台 减少管理层次 生产线提高了效率 减轻劳动强度 降低成本，风险 流程岗位，生产线上的设备重新梳理组织，对效率成本，解放管理者各自为政，短期生产，长期生产问题，产量和设备的问题，产量与成本的问题 解决信息不对称 在技术方面 规范化标准化作业 生产处于健康状态运行 数据真实性 技术、生产指标评估判断正确 人员水平不齐带来的生产波动 找到生产过程中长期积累问题的根源 生产组织实施过程的底线问题，生产过程中的瓶颈问题（人，材料，设备，素质等）1.2 基础自动化级（基础自动化级（L1）电气控制部分要求：1、按照工艺顺序和设备类型分类；2、统计并标准定义 I/O 点表（88 标准）；3、描述功能；4、给出联锁、启停顺序（程序流程图，包含生产线层面、过程控制单元层面和生产单元层面）；5、监控画面的设计 6、标准程序打包。1.3 过程计算机级（过程计算机级（L2）控制单元原理分析，控制目标要求和控制难点 现有的控制方式分析和设计方案（缺点和优势）；设计参数的经验值 优化控制方案（需要具备的条件、原理和具体设计方法）；优化控制程序设计（打包）厘清生产过程中重要的监控环节（监控数据）；统计物料平衡跟踪相关数据点表 统计生产线瓶颈、生产能力分析等要求的相关数据点表 设备监控相关数据点表 95 标准中的模型定义要求的数据点表统计 1.4 制造执行系统制造执行系统 MES（L3）（还需进一步添加一些内容）第第 2 章章 常用低压电器常用低压电器及及选型选型 电器指能够按外界施加的信号或要求，手动或自动地接通或断开电路，断续或连续地改变电路参数，对电路或非电对象进行切换、控制、保护、检测和调节的电气器件或设备。低压电器则通常指工作在额定交流电压 1200V 以下或直流电压 1500V 以下电路中的电器。1.低压电气按用途分类（1）控制电器：用于控制电路和控制系统，如接触器、继电器等；（2）配电电器：用于电能的输送和分配，如高压断路器、隔离开关；（3）主令电器：用于控制系统中发送动作指令，如按钮、转换开关；（4）保护电器：用于电路及电器设备的保护，如熔断器、热继电器；（5）执行电器：用于完成某种动作或传送功能，如电磁铁。2.按操作方式分为自动电器与手动电器 3.按工作原理分为电磁式电器与非电量控制电器 4.按有无触点分为有触点电器、无触点电器与混合式电器 5.按电器配置分为单个电器与成套电器 6.按使用场合分为一般工业用电器、化工电器、矿用电器、牵引电器、航空电器、船用电器等。2.1 接触器接触器 2.1.1 接触器的用途接触器的用途 接触器是一种自动电磁式电器，适用于远距离频繁接通或断开交直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。广泛地应用于交、直流电动机、电热设备等的控制，也可用于控制其他负载，如电焊机、电容器、电阻炉等。它不仅能实现远距离自动操作和欠电压释放保护及零电压保护功能，而且具有控制容量大、工作可靠、操作频率高、使用寿命长等优点。它不同于低压断路器，虽有一定的过载能力，但它不能切断短路电流，也不具备过载保护功能。2.1.2 接触器的分类接触器的分类 2.1.2.1 按主触点连接回路的形式按主触点连接回路的形式 直流接触器：一般用于控制直流电器设备，线圈中通以直流电，直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。交流接触器：主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。常用的是 CJ10、CJ12、CJ12B 等系列。2.1.2.2 按灭弧介质按灭弧介质 空气电磁式接触器 真空接触器：接点系统采用真空消磁室的接触器。油浸式接触器 2.1.2.3 按操作机构按操作机构 电磁式接触器：电磁接触器(英文:Magnetic Contactor)主要由接点系统、电磁操动系统、支架、辅助接点和外壳(或底架)组成。永磁式接触器 2.1.2.4 按驱动方式分按驱动方式分 液压式接触器 气动式接触器 电磁式接触器 2.1.2.5 按动作方式分按动作方式分 直动式接触器：一般来说，直动式交流接触器为立体布置，主触头为起动直动式双断点。上部为主触头、辅助触头和灭弧罩，下部为电磁系统：动、静铁心和吸引线圈。触头采用银或银合金，没有吹弧线圈，灭弧罩一般都采用栅片灭弧结构。转动式接触器：转动式交流接触器为平面布置，主触头为转动式单断点。一般主触头居中，辅助触头居左，电磁系统居右。采用铜触头或银合金触头，带吹弧线圈，灭弧罩为纵缝结构。2.1.3 接触器结构和工作原理接触器结构和工作原理 接触器结构图如图 2-1，接触器由电磁系统（动铁心，静铁心，电磁线圈）、触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。图 2-1 接触器结构示意图 2.1.3.1 电磁机构电磁机构,电磁机构包括动铁心（衔 xian 铁）、静铁心和电磁线圈三部分,在电磁线圈通以电流，产生电磁吸力带动触头动作。2.1.3.2 触点触点 触点的结构形式很多，按控制的电路可分为:主触点 辅助触点 触点按其原始状态分:常开触点 常闭触点 触点按其结构形式分:桥形触点 指形触点 触头按其接触形式分:点接触 线接触 面接触 2.1.3.3 灭弧装置灭弧装置 电弧:当接触器触点切断电路时，如电路中电压超过 1012V 和电流超过80100mA，在拉开的两个触点之间将出现强烈火花，这是一种气体放电的现象，称之为电弧”。熄灭电弧:降低电弧温度、电场强度 常用的灭弧装置:灭弧罩(耐弧陶土、石棉水泥、耐弧塑料)灭弧栅(耐弧栅片镀铜薄钢片)磁吹灭弧装置(触头电路中串一灭弧线圈)2.1.4 接触器的主要技术参数接触器的主要技术参数 表示符号表示符号 型号型号 2.1.4.1 接触器的主要技术参数接触器的主要技术参数 1.额定电压。它是指在规定条件下保证主触点正常工作的电压值。略负载的额定电压。常用的额定电压等级：交流有 110V、220V、380V、500V、660V 等。直流有 110V、220V、440V、660V 等。2.额定电流。它是指主触点允许长期通过的最大电流值。常用额定电流等级有：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A 等。3.电磁线圈的额定电压。电磁线圈的额定电压控制回路的电源电压。常用的额定电压等级：交流有 110V、220V、380V 等。直流有 24V、48V、110V、220V、440V 等。4.接通和分断能力。接触器在规定条件下，能在给定电压下接通和分断的预期电流值。在此电流值下，接通和分断时，不应该发生熔焊、飞弧和过分磨损等。5.机械寿命和电气寿