典型工业控制系统的分析资料
运动控制案例分析
图1 整体流程框图运动控制案例分析大作业所在学院：自动化学院学生姓名：袁博楠所在班级： 2011211402 学生学号: 2011211729 指导教师：叶平2014 年 5 月 25 日一、作业内容：工业机器人关节运动控制系统设计与仿真工业机器人关节是由直流伺服电机驱动，采用双闭环可逆直流脉宽调速系统控制伺服电机来达到对工业机器人关节进行运动控制的目的，从而控制工业机器人的运动。
工业机器人关节的相关参数如下：（1）直流伺服电机参数：P N = 150W, U N = 48V, I N = 4A, n N = 400rpm，反电势系数：C e = 0.12V/rpm，允许过载倍数λ = 2（2）系统主电路总电阻：R = 4Ω（3）电磁时间常数：T1= 0.012s（4）机电时间常数：T m = 0.2s（5）PWM整流装置：放大系数K s = 20, 失控时间T s= 0.15ms（6）电流反馈系数1.25V/A，转速反馈系数0.025V/rpm（7）电流反馈滤波时间常数：T oi = 0.001s，转速率波时间常数：T on = 0.014s（8）额定转速时的给定电压：U nm =10V（9）调节器饱和输出电压：10V（10）工业机器人关节减速比：10工业机器人关节运动控制系统的技术指标：（1）该调速系统能进行平滑的速度调节，具有较宽的调速范围（40rpm ~ 2rpm），系统在工作范围内能稳定工作；（2）系统静特性良好，无静差；（3）动态性能指标：转速超调量小于10%，电流超调量小于5%，动态速降小于85%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）小于0.1s。
设计要求：（1）分析工业机器人关节闭环调速系统的组成，并画出系统框图；（2）依据系统的动静态指标要求，计算调速系统的参数。
确定转速调节器与电流调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求；（3）利用Matlab对所设计的双闭环调速系统进行仿真实验；（4）整理设计数据资料，撰写相关报告。
工业机器人典型控制系统及结构
工业机器人典型控制系统及结构摘要：工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
关键词:工业机器人控制系统结构体系（一）工业机器人控制系统所要达到的功能机器人控制系统是机器人的重要组成部分,用于对操作机的控制,以完成特定的工作任务,其基本功能如下:（1）记忆功能:存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息.（2）示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。
在线示教包括示教盒和导引示教两种.(3）与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。
（4）坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
（5)人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。
（6）传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。
（7）位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
（8）故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断.(二)、工业机器人控制系统的组成(图1）(1）控制计算机：控制系统的调度指挥机构。
一般为微型机、微处理器有32位、64位等,如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。
（2）示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
（3）操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作.（4）硬盘和软盘存储存:储机器人工作程序的外围存储器。
（5）数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。
（6）打印机接口:记录需要输出的各种信息。
（7）传感器接口：用于信息的自动检测,实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器.（8)轴控制器:完成机器人各关节位置、速度和加速度控制.（9）辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制,如手爪变位器等。
AE2000过程控制装置典型控制系统简析
AE2000过程控制装置典型控制系统简析随着信息化、自动化、智能化的控制系统发展，不断推动工业的快速发展。
通常工业控制系统包括上位机和下位机系统，AE2000过程控制装置集成了输入输出模块、智能仪表、PLC可编程控制器可构成现代典型工业控制系统，现对其构成及功能进行简述，着重对上位机的软件设置及功能、下位机的设置进行详细叙述。
并通过实际案例分析该控制系统的使用效果，验证工业控制系统具有实用性、可靠性等特点。
标签：组态MCGS软件；PLC可编程控制器；过程控制引言随着科学技术的发展，工业控制系统在实际应用中也越来越广泛，极大的促进了工业自动化的进程。
基于组态MCGS软件、智能调节仪表、PLC可编程控制器等构成的工业控制系统在实际应用中具有价格低廉、实用性强等特点，因此对该系统的研究也很有必要。
AE2000装置集成了各种典型的控制方案，该系统有诸多优势特点，为行业所推广，下面对系统的构成及功能进行简述。
1 系统硬件组成及功能西门子PLC S7-200自带RS485通信接口，主要用于对设备开关量的输入和输出，S7-200还配有多种输入模块，如热电阻温度采集模块、热电偶温度采集模块、标准模拟信号采集模块；也有模拟输出模块，用于控制模拟执行器。
两台智能仪表均带RS-485通信功能，输入信号为1～5V模拟信号，用于对压力、温度、液位及流量等过程量的控制；二台数据采集模块分别为I-7017、I-7024两者都具备RS-485通信功能，I-7017可采集现场8路模拟信号通过RS-485送上位机，可以对现场设备的物理参数进行监视；I-7024可将上位机通过RS-485送来的信号转换成4路模拟输出送往执行器，对控制对象进行控制。
西门子变频器6SE420，自带RS-485通信口，上位机可通过RS-485控制其工作模式、输出频率，在AE2000中用于控制泵的转速从而控制管道流量，受地址数量限制，上位机与下位机连接在一条RS-485时总数一般不超过32个。
一款工业控制系统是由哪些部分组成的呢？
计算机控制系统是现代工业生产中不可或缺的关键设备，它通过采集、处理和控制数据，对整个系统进行监测和控制，确保系统的稳定运行和高效性能；其中，稳压控制系统、传感控制系统、电气控制系统及控制软件系统等是构成计算机控制系统的重要组成部分。
稳压控制系统是为了确保电压稳定而设计的，它通过实时监测电压波动，并根据设定的范围进行调整，以保持电压在可接受的范围内，这种系统通常应用于电力系统、工厂生产线等需要稳定电压供应的场所。
传感控制系统是通过传感器来采集环境信息，并通过控制器对环境进行控制。
例如，温度传感器可以实时监测环境温度，并根据设定的温度范围来控制加热或制冷设备，这种系统广泛应用于空调、冰箱等需要温度控制的设备中。
电气控制系统主要负责对电气设备进行控制和保护，例如，电气控制系统可以监测电流、电压、频率等参数，并在异常情况下及时切断电源，以确保设备和人员的安全，这种系统在电力系统、工业自动化等领域得到广泛应用。
控制软件系统则是通过计算机程序来实现对整个系统的控制和管理。
它可以收集和处理各个子系统的数据，并根据预设的算法和逻辑进行决策和控制。
例如，工厂生产线的控制软件系统可以根据订单需求和设备状态实时调整生产计划和生产速度，以提高生产效率和产品质量。
测控系统作为计算机控制系统的重要组成部分，负责对所有子系统进行监测和控制。
它通过与各个子系统进行通信，发送控制命令和获取数据采集信息，实现对整个系统的实时监控和控制。
测控系统通过各种传感器和仪器设备来获取各个子系统的状态和性能参数，并将其转化为计算机可读的数据，以便后续的处理和控制。
综上所述，计算机控制系统是整个系统数据的采集、处理及控制的中心，主要包括稳压控制系统、传感控制系统、电气控制系统及控制软件系统等是构成计算机控制系统的重要组成部分，而测控系统负责对各个子系统进行监测和控制，确保系统的稳定运行和高效性能。
这些系统的协同工作使得现代工业生产更加自动化、智能化，并提高了生产效率和产品质量。
控制系统的基本组成和工作过程
控制系统的基本组成和工作过程1. 引言控制系统在现代工业中起着重要的作用，它能够自动化地监测和调节设备、过程和系统的运行，以实现预定的目标。
本文将介绍控制系统的基本组成和工作过程，以帮助读者更好地理解控制系统的原理和应用。
2. 控制系统的基本组成一个典型的控制系统通常由以下几个基本组成部分组成：2.1 传感器传感器是控制系统的重要组成部分，它能够将物理量转化为电信号。
传感器可以测量温度、压力、流量、速度等各种物理量，并将其转化为电压、电流或数字信号，用于测量和监测设备、过程或系统的状态。
2.2 执行器执行器接收控制系统的输出信号，并将其转化为机械动作。
执行器包括电动机、阀门、泵等各种机械装置，它们能够根据控制系统的指令执行特定的动作，如开关、调节、运动等。
2.3 控制器控制器是控制系统的核心部分，它接收传感器的信号，并根据设定的控制策略和逻辑，生成相应的控制信号。
控制器可以是一个简单的电路板，也可以是一个复杂的计算机系统，它能够实时地处理传感器信号，并根据预定的控制算法进行计算和决策。
2.4 反馈环路反馈环路是控制系统的重要组成部分，它能够监测和调节系统的运行状态。
通过将执行器的反馈信号与控制器的输出信号进行比较，控制系统可以实现闭环控制，即根据实际运行状态来调节控制器的输出。
反馈环路能够提高系统的稳定性、精度和鲁棒性，在现代控制系统中得到广泛应用。
3. 控制系统的工作过程控制系统的工作过程通常可分为以下几个步骤：3.1 传感器测量控制系统首先通过传感器测量设备、过程或系统的状态。
传感器能够将物理量转化为电信号，并将其传输到控制器。
3.2 控制器计算控制器接收传感器的信号，并根据预定的控制策略和逻辑进行计算和决策。
控制器可以根据传感器的反馈信息和设定的目标，计算出相应的控制信号，并将其发送到执行器。
3.3 执行器执行执行器接收控制器的控制信号，并将其转化为机械动作。
执行器根据控制信号的指令，执行相应的动作，如开关、调节、运动等。
DCS控制系统及其应用资料PPT课件
甲醇装置DCS系统结构设计
(2) 计算机分布设计
在该项目中要求计算机放机柜室，键盘、鼠标、显示器放操 作室。
选用：视频音频长线驱动器LD-8B(40~100米)56套 USB延长器UE-1(50米)112套。
优势：采用普通以太网线充当延长线，取材方便，接口通用 将显示器、鼠标、键盘分别用3根不同的延长线有利
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工程师站功能
对DCS进行应用组态，定义具体系统完成什么样的控制，控制的输入/输出量 是什么控制回路的算法如何，在控制计算中选取什么样的参数，在系统中设 置哪些人机界面来实现人对系统的管理与监控，还有诸如报警、报表及历史 数据记录等各个方面功能的定义。
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DCS网络
第42页/共87页
甲醇装置DCS系统工程控制实
施
（3）空分分子筛时序控制
分子筛切换(纯化)系统：有两个分子筛
吸附器，交互通过空气和污氮，通过空气的
分 空
子 气
筛 中
处 的
于 杂
工质C作，O2
状 除
于故障分散 相比三线合一的延长线，故障更低，抗干扰性更好。
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甲醇装置DCS系统结构设计
(3) 历史站服务器选择设计
选用带SAS硬盘的服务器记录趋势，需配置双 硬盘：一块装操作系统，另一块装趋势文件
服务器的网卡全选用千兆网卡，同时服务器配 备4网卡。两个用于操作员通信，另两个用于控 制站通信。
（8）热电联产
提供全装置所需蒸汽。
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甲醇装置DCS系统结构设计
1.甲醇装置系统特点 2.DCS系统的网络规划设计 3.DCS系统的控制机柜设计 4.DCS系统的硬件结构设计 5.DCS系统的通信功能设计
工业过程控制系统
工业过程控制系统工业过程控制系统（DCS）是一种用于监控和控制工业过程的综合性系统。
它通过采集和处理各种传感器和执行器的数据，实现对工业过程的自动控制和优化。
DCS通常由硬件设备和软件系统组成，包括传感器、执行器、控制器、计算机、通信网络等。
DCS提供了一种集中管理和控制工业过程的有效方式，包括制造业、电力、化工、石油和石化等行业。
它能够实时监测过程参数，如温度、压力、流量等，通过将这些数据传输给控制器，实现对过程的控制和调整。
此外，DCS还可以记录和存储过程数据，用于数据分析和故障诊断。
DCS的设计和实施需要考虑以下几个关键因素。
首先，系统需要具有高可靠性，以确保生产过程的稳定运行。
其次，数据传输和处理需要具有实时性，以确保对过程的快速响应。
此外，系统还需要具备开放性，以便与其他系统进行接口连接和数据交换。
DCS的硬件设备包括传感器和执行器。
传感器用于采集过程参数数据，如温度、压力、流量等。
执行器用于控制和调节过程中的各种操作，如阀门、泵等。
通过与传感器和执行器的连接，DCS可以实时获取和控制过程数据。
DCS的软件系统包括控制器和监控系统。
控制器是DCS的核心部分，用于实时计算和控制过程参数。
它可以根据设定的控制策略，对过程参数进行调整和优化。
监控系统用于显示和记录过程参数数据，以便操作人员进行监控和数据分析。
DCS的通信网络是实现各个硬件设备和软件系统之间数据传输的关键。
它通常采用现代网络技术，如以太网、无线网络等。
通过通信网络，DCS可以实现硬件设备之间的连接和数据交换，实现对过程的控制和监控。
DCS的优势主要体现在以下几个方面。
首先，它能够实现对工业过程的自动控制，提高生产效率和产品质量。
其次，DCS能够减少人工干预，降低操作和维护成本。
此外，DCS还可以记录和存储过程数据，用于数据分析和故障诊断，提高生产过程的稳定性和可靠性。
总之，DCS是一种重要的工业过程控制系统，它通过采集和处理传感器和执行器的数据，实现对工业过程的自动控制和优化。
工业控制计算机(IPC)
(2)ISA总线已被绝大多数工业PC机人员所接受和掌握，这 是其发展的人才来源。
(3)ISA总线性能基本能够满足多数工业控制领域的需求。 (4)ISA总线产品价格便宜，这容易被大多数工控系统设计 人员所接受。 (5)在要求速度高的外设使用中，可采用PCI总线，一般总 线底板具有4-5个PCI插槽。 因此，在工业PC机市场事实上还是以ISA(AT)、PCI总线为 主
引脚数
86(P1) 96
60(P2)
插 板 尺 寸 ／ 304×171 233×220
mm×mm
VM E 总线
IEEE P1014 8／32 4G 5-20M
多主部件
68000 80286 16032
128
160X100 160×233
STD 总线 IBMPC 总线
Q 总线
PC AT M CA
1EEE 961
第二种途径是：由专利总线的倡始人提出建议，将其总线 由专家小组给予评价和 修改，生成新的规程，进而纳入国家或 国际标准。例如HP的 GHIB，S-l00总线和Intel的Multibus均经 历了上述过程；
第三种 途径是：由专家小组在标准化组织的主持下从事 开发和制定总线 标准的工作，标准推出后即可由厂家和用户使 用。例如CAMAC、 Fast Bus和Future Bus均来自于这种途径。
计算机是由主机 、基本输入输出设备和外部磁盘机等组 成 ；过程输入输出（I/O）通道由各种开关量、模拟量等特殊 模板组成。
计算机完成系统的控制作用；过程输入输出（I/O）通道完 成工业生产过程的检测数据送入计算机进行处理以及完成将计 算机要行使对生产过程控制的命令 、信息转换成工业控制对象 的控制变量的信号 ，再送往工业控制对象的控制器去。继而由 控制器行使对生产设备运行控制。
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相关知识
一、数据传送指令
例4-1：如图4-2所示的控制电路图，有8盏指示灯L1L7，要求当SB1接通时，全部点亮；当SB2接通时，奇数 灯亮；当SB3接通时，偶数灯点；当SB4接通时，全部灯 灭。试用数据传送指令编写程序。
AC220V DC24V L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7
1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3
ENO OUT
BMD IN IN, OUT, N OUT
BMW IN
IN,OUT OUT, N
BMB
N
N 梯形图指令 STL指令
N
指令表 含 义
BMB IN, OUT, N
梯形图指令
STL指令 梯形图指令
S
BMW IN, OUT, N
BMD IN, OUT, N
使能输入EN有效时，将输入数据IN开始的N个字节（字或双字）传送 到OUT开始的N个字节（字或双字）中。
第四单元: 典型工业控制系统分析
学习要点：
1. 掌握S7-200传送类指令和算术运算指令； 2. 掌握S7-200中断指令和子程序指令； 3. 掌握S7-200高速计数器与高速脉冲输出指令； 4. 能够应用S7-200功能指令设计或开发典型工业 控制系统。
第四单元: 典型工业控制系统分析
在工业控制系统中常常需要控制机械手执行一些搬运动 作，采集设备的运行信息如（温度、压力等），通过变频器
Q0.1 1 0 1 0
Q0.0 1 1 0 0
全亮 奇数亮 偶数亮 全灭
16#FF 16#55 16#AA 16#00
相关知识
一、数据传送指令 ---举例1
网络1 LD MOVB 按下SB1按钮灯全亮 I0.0 16#FF, QB0
网络2
按下SB2按钮奇数灯亮
LD I0.1 MOVB 16#55, QB0
相关知识
一、数据传送指令
2、块传送指令 块传送指令可以用来一次传送多个数据，最多可 将255个数据组成一个数据块，按传送数据的类型 分为：字节块传送、字块传送、双字块传送。
项 目 字节块传送
BLKMOV_D
字块传送
BLKMOV_W EN ENO
双字块传送
BLKMOV_B EN ENO
梯形图
EN IN
网络3 LD
按下SB3按钮偶数灯亮 I0.2
MOVB 16#AA, QB0
网络4
按下SB4按钮全灭
LD I0.3 MOVB 16#0, QB0
数据传送 指令不仅可以 给变量赋值， 而且也可以实 行批量输出。 对于PLC输出 口输出位较多 且有一定规律 的输出，采用 数据传送指令 要比基本逻辑 控制指令编程 方便得多。
根据控制电路图可知，灯亮灯灭分别表示了PLC 该位输出口电平的高低，因此可以用十六进制数据来 表示输出继电器字节QB0的状态。
输出继电器位
控制要求 输出继电器 字节QB0
Q0.7 1 0 1 0
Q0.6 1 1 0 0
Q0.5 1 0 1 0
Q0.4 1 1 0 0
Q0.3 1 0 1 0
Q0.2 1 1 0 0
2L Q0.4 Q0.5 Q0.6
3L Q0.7Q1.0Q1.1
PE
N
L1
S7-224CN
1M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 2M I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5
M L+
SB2 SB3 SB1 SB4
相关知识
一、数据传送指令 ---举例1
课题1:机械手控制系统分析
课题分析
左移 右移 上行 参考点 下行 夹紧 松开
A
移位
B
机械手的初始位 置是在参考点原位， 按下启动按钮后，机 械手将依次完成：下 行→夹紧→上行→右 移→下行→放松→上 行→左移八个动作， 实现一个周期的自动 循环工作。
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一、数据传送指令
1、单一数据传送指令 单一数据传送指令每次传送一个数据，按传送数据的 类型分为：字节传送、字传送、双字传送和实数传送。
相关知识
一、数据传送指令 ---举例2
例4-2：利用字节块、字块和双字块传送指令，将 VB100开始的存储单元内容传送到VB200开始的存储单 元中。每个传送指令仅用一次，每次传送2个单元（字 节块、字块、双字块）。
驱动电动机无级变速运动或驱动步进电机执行进给运动等等，
这些工业控制系统一般可通过PLC的功能指令来实现。 西门子S7-200除了具有丰富的逻辑指令，还有丰富的功
能指令。功能指令通常是PLC厂家为满足用户不断提出的一
些特殊控制要求而开发的一些指令。功能指令的主要作用是： 完成更为复杂的控制程序的设计，完成特殊工业控制环节的 任务者是使用程序设计更加优化和方便。
STL指令 MOVD IN, OUT 梯形图指令
STL指令 STL指令 梯形图指令 MOVW IN, OUT MOVB IN, OUT 梯形图指令
使能输入EN有效时，将输入数据IN送入存储单元OUT中。
相关知识
对数据传送指令说明
1）数据传送指令的梯形图使用指令盒表示：传送指 令由操作码MOV，数据类型（B/W/DW/R），使能输入端 EN，使能输出端ENO，输入操作数IN和输出操作数OUT 构成。指令盒的输出操作数OUT不能为常数。 2）ENO可作为下一个指令盒EN的输入，即几个指令 盒可以串联在一行，只有前一个指令盒被正确执行时，后 一个指令才能执行。 3）数据传送指令的原理：当EN=1时，执行数据传送 指令。其功能是把输入操作数IN传送到输出操作数OUT中。 数据传送指令执行后，输入操作数的数据不变，输出操作 数的数据被刷新，
第四单元: 典型工业控制系统分析
课题1:机械手控制系统分析
课题2:冷藏保鲜柜控制系统分析
课题3: PLC改造传统刨床控制系统分析
课题1:机械手控制系统分析
课题目标
课题分析
课题实施
知识扩展
课题1:机械手控制系统分析
课题目标
1）掌握S7-200数据传送指令的功能； 2）掌握S7-200数据移位指令的功能； 3）能使用数据传送指令和数据移位实现机械 手的控制。
项 目 实数传送
MOV_R
双字传送
MOV_DW
字传送
MOV_W
字节传送
MOV_B
梯形图
EN IN
ENO OUT
EN ENO EN ENO EN ENO IN, OUT IN, OUT MOVW MOVR IN, OUT MOVD M
IN
OUT
IN
OUT
IN
OUT
指令表 含 义
MOVR IN, OUT 梯形图指令