自動化系統(PLC)原理及組成

現代工業自動化系統

原理及其組成2013年10月目錄一、概述二、系統組成三、常用器件四、實例分析五、結束語一、概述

自動化(Automation)，是指機器或裝置在無人干預的情況下按規定的程序或指令自動地進行操作或運行。

自動化裝置是指無需人的參與就可以自動進行工作，完成特定任務的機器。

工業自動化系統是運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，以達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全為目標的集成系統。

自動化技術發展是伴隨著人類各個領域的科技發展而發展起來的。人們在幾千年的生產過程中，為了多快好省地生產出自己需要的東西，發明了很多能夠替代人來工作的自動裝置。

古代人在河流上建造可以通過水的沖擊帶動輪子轉動，實現灌溉、碾米等工作的水車、磨坊。

近代人創造出的許多諸如鐘表、蒸汽機速度調節控制等等的自動裝置，到十八世紀末自動裝置的應用和研究使得自動化技術初具雛形。

直到上世紀四十年代末，美國數學家維納與墨西哥生物學家羅森布盧特合作，提出了自動化的理論基礎著作——控制論。標志著自動化技術的正式誕生。

自動化技術從誕生到現在，已取得了長足進步，逐步走向成熟。自動化技術為生產力的發展起著巨大的作用，實現了人們擺脫繁重勞動和駕馭復雜系統的愿望。同時,自動化技術也在應用中得到不斷發展和完善。人們在自動化技術應用中發展了各種理論以及設計了各種設備和自動化裝置，并在各個領域大顯身手，如飛機導航、交通運輸、導彈控制、智能樓宇、現代化工廠中到處都有自動化技術的應用。

隨著微電子技術、計算機技術、光電技術、信息技術以及現代控制方法與理論的發展，今天的自動化技術正以嶄新的面貌在各個領域中發揮著重要作用，以現代自動控制理論為基礎的現代工業化系統展現出其無限美好的發展前景。二、系統組成

一個自動化系統無論結構多么復雜都有下面幾個主要組成部分：檢測器：主要是獲得反饋信息，計算目標值與實際值之間的差值；控制器：相當于大腦在分析決策上的作用，適時地決定系統應該實施怎樣的調節控制；執行器：完成控制器下達的決定；對象：被控制的客觀實體。●自動化系統結構

一個簡單自動控制系統結構圖

控制器

執行器檢測器過程對象反饋信號輸入信號輸出信號控制信號自動控制是基于反饋的技術。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執行。測量關心的變量，與期望值相比較，用兩者之間的偏差來糾正調節系統的響應。因此，自動化技術的核心思想是反饋，通過反饋建立起輸入（原因）和輸出（結果）之間的聯系。使控制器可以根據輸入與輸出的實際情況來決定控制策略，以便達到預定的系統功能。系統構成前向通道和反饋通道兩個通道，前向通道是任務執行的功能主體。復雜自動化系統往往是多變量，多回路，多類型的系統。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－系統的大腦

自動控制系統中控制器在整個系統中起著重要的作用，扮演著系統管理和組織核心的角色。系統性能的優劣很大程度上取決于控制器的好壞。執行器－系統的手腳執行器在自動控制系統中的作用就是相當于人的四肢，它接受調節器的控制信號，改變操縱變量，使生產過程按預定要求正常運行。在生產現場，執行器直接控制工藝介質，若選型或使用不當，往往會給生產過程的自動控制帶來困難。因此執行器的選擇、使用和安裝調試是個重要的環節。傳感器－系統的耳目傳感器被用來測量各種物理量，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中得到被測量的原始信息，如果傳感器不穩定，那么對同樣的輸入信號，其輸出信號就不一樣，則傳感器會給出錯誤的輸出信號，也就失去了傳感器應有的作用。●傳統控制與現代控制PID控制——比例、積分、微分PID控制器作為最早實用化的控制器已有50多年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。現代控制——最優控制、自適應控制、預測控制、

自學習控制。。。

智能控制——模糊控制、專家系統、神經網絡●順序控制與回路控制順序控制開關邏輯控制

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。回路控制連續調節控制

如：FM458-1DP應用模塊專為自由組態的高性能閉環控制和技術應用（如運動控制）而設計。

現代工業自動化系統是在現代工業企業大型化、連續化、高速化、快節奏生產的必然產物。

基礎自動化L1（控制層）：現場設備控制系統

過程自動化L2（運行層）：生產過程監控系統

工廠自動化L3（管理層）：MES制造執行系統

企業自動化L4（經營層）：ERP企業資源規劃

工業自動化最新技術：工業計算機網絡控制系統

●現代工業自動化系統三、

常用器件組成工業自動化系統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、驅動器等；各類儀表：傳感器、熱工儀表、專用儀表等；各類計算機：可編程序控制器、工業計算機等。1、

控制器通用控制器——可編程控制器PLCPLC是將邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，以指令的形式存貯于可編程的存儲器中，并經過數字式或模擬式的輸入輸出部件，對生產設備和過程進行控制的數字運算操作電子裝置。PLC是基于計算機技術和自動控制理論發展而來的，它既不同于普通的計算機，又不同于一般的計算機控制系統，作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系統結構，硬件組成，軟件結構以及I/O通道，用戶界面諸多方面都有其特殊性。專用控制器——溫度調節器、速度調節器等。

2、執行器電動調節裝置——伺服閥——電磁閥——是用電磁控制的工業設備，用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥不但能夠應用在氣動系統中，在油壓的系統、水壓的系統中也能夠得到相同或者類似的應用.步進電機——作為執行元件，是機電一體化的關鍵產品之一,廣泛

應用在各種自動化控制系統中。

電磁換向閥電磁閥步進電機3、檢測儀表壓力儀表、溫度儀表、電壓電流檢測儀表、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、網絡設備交換器、集線器HUB、工業以太網交換機。四、實例分析

典型工業計算機網絡控制系統：L1+L2

機電系統+計算機系統+網絡拓撲→生產過程控制集成的三電一體化系統：

電氣設備、電子儀表、電子計算機+聯網通信系統配置：1、電氣驅動系統設備運行控制、電機調速控制、機械運動控制、流體介質控制。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系列驅動控制器、電機控制中心MCC等。2、儀表檢測系統過程參數傳感器、信號變換、采集、處理、傳輸。包括：板形儀、X射線測厚儀、激光測速儀、張力計、輥縫位置傳感器、軋輥壓力傳感器、線性絕對值編碼器，旋轉多圈絕對值編碼器，接近開關，溫度傳感器，壓力傳感器等。3、計算機控制系統控制模型、實時過程數據采集、狀況分析、決策指令、系統管理、生產管理。包括：硬件配置：L1基礎控制器AC800PEC，L2服務器/工作站/工程師站、PDA遠程數據采集機(IBAFOB-2i采集卡)；軟件配置：WindonsXP,WindowsServer2003、ControlIT基礎開發軟件、上位組態軟件自動化擴展系統800XA、IBA-PDA軟件包、數據庫管理軟件等。4、網絡通信系統總線拓撲、系統集成、通信協議、信息交換。包括：工業以太網+DP網、以太網交換器等。我們產品的自動化測量部分：傳感器我們設備上用的溫度變送器、壓力變送器、油位變送器、轉速變送器等模擬量儀表及無油流開關、振動開關等開關量儀表就是傳感器，同時是我們的自動化組成系統的測量部分傳感器照片我們設備上用的傳感器一般都帶有現場顯示，輸出4～20mA信號，收PLC接收，通過PLC轉換成溫度，與事先設置好的報警及連鎖值比較，確定后續動作比較部分比較部分也就是整個系統的控制核心，PLC是我們的控制系統的大腦執行部分執行器我們的執行器包括：閥門，加熱器，電機等。其中我們對制氮車的主加熱器及純度調節閥，