自动化技术的实现手段.pps
2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.1/37,自动化技术概论 第三单元,公共选修课,自动化技术的实现手段,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.2/37,第三单元：自动化技术实现手段,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.3/37,手动控制与自动控制,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.4/37,自 动 控 制 系 统,自动控制系统是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件（软硬件）的有机组合体。,一个自动化控制系统无论结构多么复杂都必须有下面几个部分：第一，传感器。检测比较装置。所起作用相当于人眼在上面例子中的作用，主要 是获得反馈，并计算要达到的目的与现在的实际情况之间的差值。第二，控制器。所起作用相当于大脑在上面例子中的作用，主要是用来决定应该 怎样做。第三，执行器。主要所起作用相当于人手在上面例子中的作用，完成控制器下达 的决定。第四，控制量。也就是所要达到的目的，控制量是我们自动化机器所要达到的最 终目的。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.5/37,自 动 化 系 统 的 分 类,逻辑控制技术与系统 运动控制技术与系统 过程控制技术与系统,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.6/37,逻辑控制技术与系统,传统上,将开关量控制归入逻辑控制,典型的逻辑控制如：,电动机的启动/停止电灯的开/关电动阀门的开通/关断按钮的接通/断开继电器的吸合/断开,电控,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.7/37,运动控制技术与系统,传统上,将电气传动控制归入运动控制,典型的运动控制如：,电动机的速度控制电灯的亮度控制电动阀门的开度控制位置控制,电传,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.8/37,过程控制技术与系统,传统上,将慢速连续量控制归入过程控制,典型的过程控制如：,温度控制压力控制流量控制液位控制,电仪,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.9/37,自 动 化 系 统 的 基 本 组 成,工业控制计算机 工业自动控制系统组件 工业控制软件 工业控制网络,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.10/37,工业控制计算机,工业控制计算机,经过特种设计用于工业环境，一般具有坚固、防震、防尘、防水、使用寿命长等特点。,简称工控机,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.11/37,（工 业 控 制）网 络,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.12/37,（工业自动化）控制软件,组态和编程,特殊监控软件,相关作业工具,用于生产过程的编程软件,品种多样功能强大紧密互琐,易使用全集成标准化,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.13/37,自 动 化 系 统 组 件,1、计算机控制系统配置 1)嵌入式计算机系统和单片机系统 2）工控机系统 3）专用计算机工业控制装置（工业自动化控制组件）2、外围器件新型、智能化器件模块传感器、变送器 IP传感器晶闸管智能控制模块A/D、D/A智能模块高集成度芯片,串行通信功能的模块具有 RS485 通信功能具有I2 C总线功能,大功率执行元件继电器-接触器等自动开关电力电子器件,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.14/37,第三单元：自动化技术实现手段,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.15/37,控制系统的硬件实现,1、计算机控制系统配置 1)嵌入式计算机系统和单片机系统 2）工控机系统 3）专用计算机工业控制装置（工业自动化控制组件）2、外围器件新型、智能化器件模块传感器、变送器 IP传感器晶闸管智能控制模块A/D、D/A智能模块高集成度芯片,串行通信功能的模块具有 RS485 通信功能具有I2 C总线功能,大功率执行元件继电器-接触器等自动开关电力电子器件,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.16/37,单 片 机 系 统,所谓单片机，就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口，由这一片芯片组成了一个微型计算机处理系统。如Intel公司的8051系列等。除了以上基本的计算机处理功能外，有的还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8096系列。概括起来说，单片机具有如下特点：具有位处理能力，强调控制和事务处理功能。价格低廉，如低档单片机价格只有人民币几元钱。开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。后备人才充足。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.17/37,嵌 入 式 计 算 机 系 统,嵌入式系统的组成包括硬件和软件两大部分 硬件基本结构 三层：处理器微处理器、外围电路、外部设备。软件结构体系 包括操作系统软件（OS）（要求实 时和多任务操作）和应用程序。分成四个层次：设备驱动DDI、实时操作系统RTOS、应用编程中间件（API）、应用系统。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.18/37,工 控 机 系 统,硬件采用模板结构，根据要求选择模板配置系统。（1）专用总线工控 以单片机为核心和各通道模板组成，适合于小型控制系统。如 FD-BASE 工控机。（2）STD总线工控机 70年代采用，1987 年批准为 IEEE961 标准可支持 16 位 和 32 位微处理器。（3）PCI总线工控机 通用计算机的 PCI 总线、各种通道模板、特殊用途的板卡。（4）工业单板电脑,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.19/37,工业控制计算机,工业控制计算机,经过特种设计用于工业环境，一般具有坚固、防震、防尘、防水、使用寿命长等特点。,简称工控机,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.20/37,传 感 器,传感器用来测量各种物理量。根据测量的物理量不同，传感器可以分成温度传感器、流量传感器、压力传感器等很多种类。但是所有传感器工作原理都是基于各种物理定律，如果出现了新的现象或在特定物质中，在某方面出现了奇异的效应，就可以利用这些现象和效应来研制传感器。经常被用来制作传感器的物理现象和效应有霍尔效应、多普勒效应、压阻效应、应变效应等。但是并不是所有研制出来的传感器都能够使用，因为传感器要满足可靠性的要求，如果传感器不稳定，那么对同样的输入信号，其输出信号就不一样，则传感器会给出错误的输出信号，使传感器的作用失灵。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.21/37,传 感 器,传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：,转换器件,敏感元件,转换电路,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.22/37,温 度 传 感 器,温度传感器按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式温度传感器比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。非接触式温度传感器是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.23/37,压 力 传 感 器,能够测量压力并提供远传电信号的装置统称为压力传感器。压力传感器是压力检测仪表的重要组成部分，其结构型式多种多样，常见的型式有应变式、压阻式、电容式、压电式、振频式压力传感器等。此外还有光电式、光纤式、超声式压力传感器等。采用压力传感器可以直接将被测压力变换成各种形式的电信号，便于满足自动化系统集中检测与控制的要求，因而在工业生产中得到广泛应用。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.24/37,光 电 传 感 器,光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在检测和控制领域内得到广泛应用。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.25/37,专用计算机工业控制装置,可编程序控制器 PLC 传动控制器（直流调速器）传动控制器（交流调速器）DCS、PCS 等 特种控制器等 工业机器人,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.26/37,可编程序控制器 PLC,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.27/37,传动控制器（直流调速器）,强 大 的 通 信 功 能扩 展 的 功 率更 高 的 性 能(处 理 能 力)简 便 的 调 试功 能 扩 充 选 件 的 通 用 性机 械 部 分 设 计 更 紧 凑,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.28/37,印 刷 机 主 传 动 起 重 及 相 关 行 业 的 行 走 及 提 升 机 构 控 制 电 梯 及 缆 车 橡 胶 工 业 的 搅 拌 机 钢 铁 行 业 轧 机 控 制 钢 铁 行 业 的 剪 切 设 备 造 纸 机 械 拉 膜、造 纸、制 线 行 业 的 卷 取 传 动 横 切 剪 仿 形 机 床 等,适 合 多 种 应 用，如：,直流调速器的应用,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.29/37,传动控制器（交流调速器）,工 程 型 产 品 所 有 传 动 应 用 场 合 满 足 特 殊 工 艺 要 求 高 动 态 性 能 大 功 率 传 动 特 点 多 种 控 制 方 式 各 种 标 准 工 艺 控 制 软 件 各 种 可 自 由 组 合 功 能 块 多 种 硬 件 选 件 各 种 电 压 等 级 及 功 率 范 围,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.30/37,DCS、PCS,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.31/37,特 种 控 制 器,具有满足特殊复杂工艺的控制功能,如：不锈钢薄板热轧工艺控制；精炼炉电加热控制等。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.32/37,机 器 人,每五年就推出一批机器人新机型，开辟一些新的应用领域。,世界机器人的数目每年都在增长。,当今机器人技术的发展：感觉功能 控制智能化移动功能的智能化系统应用集成化微型化,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.33/37,执 行 机 构,执行器是构成自动化系统不可缺少的重要部分。执行器在自动控制系统中的作用是执行控制器的命令，直接控制能量或物料等被测介质的输送量，是自动控制的终端主控元件。,执行器一般由执行机构和调节机构两部分所组成。执行机构是执行器的推动部分，它按照调节器所给信号的大小，产生推力或位移，或者利用电磁铁的吸合和释放来驱动调节机构；调节机构是执行器的调节部分，最常见的如调节阀（它接受执行机构的操纵，改变阀芯与阀座间的流通面积，控制工艺介质的流量或能量）。,执行器按使用的能量种类可分为气动执行器、电动执行器、液动执行器三种。,三种执行器除执行机构不同外，所用的调节机构（即调节阀）都是相同的。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.34/37,气 动 执 行 机 构,气动执行器又称气动调节阀，是指以压缩空气为动力的一种执行器。它接受气动调节器送来的气压信号，改变操作量（如液体、气体、蒸汽等）的大小，使生产过程按规定的要求自动进行，实现生产过程的自动控制。,气动执行器具有结构简单、动作可靠、性能稳定、安全价廉以及维修方便等特点。它可以经电/气转换器或电/气转换阀门定位器与电动调节器配套使用。,气动执行机构有活塞式和气动薄膜式两种。活塞式输出力大气，适用于高静压、高压差、大口径等场合；而薄膜式则主要用作一般的调节阀（包括蝶阀）。,气动执行器也是由执行机构和调节阀两部分组成的。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.35/37,电 动 执 行 机 构（1）,电动调节阀采用电动执行机构电动执行机构：直行程式,输出直线位移l,直行程式调节机构,输出角位移,角行程式调节机构,角行程式,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.36/37,电 动 执 行 机 构（2）,电动执行器中使用的最普通是电磁阀。,电磁阀是用电磁铁推动阀门的开启与关闭动作的电动执行器。其主要优点是体积小，动作可靠，维修方便，价格便宜，通常用于口径在100mm以下的两位式（双位）控制中，尤其多用于接通、切断或转换气路、液路等。,电磁阀的型号可根据工艺要求选择，其通径应与工艺管路直径相同。,2010年1月18日,自动化技术概论 制作者：张志杰 版本 3.2,No.37/37,液压传动的工作原理,液压传动是以油液作为工作介质，依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。,液压缸,液压泵,控制阀,
