现代工业自动化系统原理及组成共26页
现代工业自动化系统--原理及其组成
目录
一、概述 二、系统组成 三、常用器件 四、实例分析 五、结束语
二、系统组成
一个自动化系统无论结构多么复杂都有下面几个主要组成部分： 检测器：主要是获得反馈信息，计算目标值与实际值之间的差值； 控制器：相当于大脑在分析决策上的作用，适时地决定系统应该实施
电磁阀
电磁换向阀
步进电机
3、 检测仪表
压力仪表、温度仪表、电压电流检测仪表、各类传感器、各种特殊仪表。
电磁传感器
压力传感器
温度传感器
光纤传感器
超声波传感器
显示仪表
编码器
4、 网络设备
交换器、集线器HUB、工业以太网交换机。
四、实例分析
钛金板带轧机二级自动化系统
典型工业计算机网络控制系统：L1+L2 机电系统 + 计算机系统 + 网络拓扑 → 生产过程控制
专用控制器—— 温度调节器、速度调节器等。
2、 执行器
电动调节装置—— 伺服阀—— 电磁阀——是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介
质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀不但能够应用在气动 系统中，在油压的系统、水压的系统中也能够得到相同或者类似的 应用. 步进电机——作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛 应用在各种自动化控制系统中。
●顺序控制与回路控制
顺序控制开关逻辑控制 如：继电器矩阵控制、可编程序控制器 I/O模块输入输出控
制。 回路控制连续调节控制
如： FM 458-1 DP 应用模块专为自由组态的高性能闭环控制 和技术应用（如运动控制）而设计。
●现代工业自动化系统
现代工业自动化系统是在现代工业企业大型化、连续化、高速化、 快节奏生产的必然产物。
工业自动化系统的架构与组成要素
监控与调度中心
数据采集与监控系统（SCADA）
监控调度中心是工业自动化系统的“大脑”，负责整个系统的监控、调度和管理。数据 采集与监控系统负责对各环节的数据进行采集、处理和显示，以及对整个系统的运行状
态进行监控。
数据库与管理软件
监控调度中心还需要建立数据库以存储大量的实时数据和历史数据，并配备相应的管理 软件对数据库进行管理，以便对生产过程进行分析和优化。
改善工作环境
自动化系统可以减轻工人的劳 动强度，改善工作环境，提高
工作效率。
工业自动化系统的历史与发展
历史回顾
工业自动化系统的历史可以追溯 到20世纪50年代，当时出现了第 一代工业机器人和自动生产线。
发展趋势
随着技术的不断进步，工业自动 化系统正朝着智能化、网络化、 集成化的方向发展。
技术创新
未来工业自动化系统将不断涌现 新的技术创新，如物联网、云计 算、大数据等技术的应用将进一 步推动工业自动化的发展。
06
工业自动化系统的案例分析
案例一：智能制造工厂的自动化系统架构
总结词
智能制造工厂的自动化系统架构是一个复杂且高度集 成的系统，它通过各种传感器、控制器和执行器实现 生产过程的自动化和智能化。
详细描述
智能制造工厂的自动化系统架构通常包括传感器、控制 器、执行器、人机界面和通信网络等组成部分。传感器 用于检测各种物理量，如温度、压力、流量等，并将这 些信息传输到控制器。控制器根据接收到的信息进行计 算和控制，然后通过执行器驱动相应的设备或机构进行 操作。人机界面可以让操作员监控和控制整个系统，而 通信网络则负责将各个组件连接在一起，实现信息的共 享和交互。
边缘计算在工业自动化中的应用
数据处理与分析
工业自动化控制系统的设计原理
工业自动化控制系统的设计原理工业自动化控制系统是一种通过计算机控制系统、传感器和执行器等设备来实现工业生产过程全自动化的技术手段。
随着科技的不断发展和进步，工业自动化控制系统已经广泛应用于化工、机械、电子、石油、冶金、电力等领域，大大提高了生产效率、降低了人工成本。
本文将介绍工业自动化控制系统的设计原理。
一、控制系统的结构工业自动化控制系统的结构一般由传感器、执行器、控制器、执行机构和计算机等部分组成。
其中，传感器主要用于采集物理量，如温度、压力、流量等。
执行器则是根据控制器所发出的指令，使系统产生相应的动作，如阀门的开闭、电机的启停等。
控制器则是利用传感器所采集到的数据以及程序逻辑进行计算，根据所设定的控制策略输出控制信号，并将其送入执行器。
执行机构则是执行器所驱动的机构，根据执行器的指令产生具体的运动。
二、思考过程在设计工业自动化控制系统时，需要经过以下三个步骤：确定控制目标、分析控制对象和确定控制策略。
1. 确定控制目标自动化控制系统的设计目的是为了实现生产、产品的下线，为此需要先明确控制目标。
即需要明确生产过程中的哪些物理量需要进行监测控制以及需要实现什么样的控制效果。
2. 分析控制对象确定控制目标之后，需要对控制对象进行详细分析。
需要了解控制对象的运动特性、传递函数等信息。
根据所获取到的对象信息，可以制定出更为合理的控制策略。
3. 确定控制策略在对控制对象进行分析之后，需要根据所确定的目标和对控制对象的分析，制定出合理的控制策略。
控制策略一般包括三部分：控制方式、控制器种类和控制器参数。
控制方式分为开环控制和闭环控制两种，根据物理模型选择相应的控制方式。
控制器种类主要有PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
根据具体需要选择控制器种类。
控制器参数则是指PID参数等，根据控制对象分析出的传递函数进行调节。
三、实现过程在确定控制方案之后，需要将其实现在控制系统中。
控制系统的实现过程包括以下几个步骤：采集数据、控制计算、控制信号输出以及界面显示。
现代工业自动化系统--原理及其组成教学内容
2、 执行器
电动调节装置—— 伺服阀—— 电磁阀——是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介
质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀不但能够应用在气动 系统中，在油压的系统、水压的系统中也能够得到相同或者类似的 应用. 步进电机——作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛 应用在各种自动化控制系统中。
执行器－系统的手脚 执行器在自动控制系统中的作用就是相当于人的四 肢，它接受调节器的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正 常运行。在生产现场，执行器直接控制工艺介质，若选型或使用不当，往 往会给生产过程的自动控制带来困难。因此执行器的选择、使用和安装调 试是个重要的环节。
传感器－系统的耳目 传感器被用来测量各种物理量，种类有温度传感器、 流量传感器、压力传感器等等。传感器要满足可靠性的要求，从传感器的 输出信号中得到被测量的原始信息，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，也就失 去了传感器应有的作用。
反馈信号
检测器
自动控制是基于反馈的技术。反馈理论的要素包括三个部分：测量、 比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用两者之间的偏 差来纠正调节系统的响应。因此，自动化技术的核心思想是反馈， 通过反馈建立起输入（原因）和输出（结果）之间的联系。使控制 器可以根据输入与输出的实际情况来决定控制策略，以便达到预定 的系统功能。
现代工业自动化系统
原理及其组成
彭一江 2009年11月
目录
一、概述 二、系统组成 三、常用器件 四、实例分析 五、结束语
一、概述
自动化(Automation)，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程 序 或指令自动地进行操作或运行。
工业自动化系统组成
工业自动化系统组成工业自动化系统是指利用计算机、传感器、执行器等技术手段，对工业生产过程进行控制和监测的一种系统。
它可以实现生产线的自动化、信息化和智能化，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。
工业自动化系统由多个组成部分构成，包括传感器、执行器、控制器、通信网络、人机界面等。
1. 传感器：传感器是工业自动化系统中的重要组成部分，用于感知和采集各种工艺参数和环境信息。
例如，温度传感器可以测量温度变化，压力传感器可以测量压力变化，光电传感器可以检测物体的存在和位置等。
传感器将采集到的信息转化为电信号，传输给控制器进行处理和决策。
2. 执行器：执行器是工业自动化系统中的另一个重要组成部分，用于根据控制器的指令执行相应的动作。
例如，电动阀门可以根据控制器的信号开关，电机可以根据控制器的指令启动和停止等。
执行器将控制器的输出信号转化为物理动作，实现对生产过程的控制。
3. 控制器：控制器是工业自动化系统的核心部分，用于对传感器采集到的信息进行处理和决策，并生成相应的控制信号。
控制器可以是基于硬件的可编程逻辑控制器（PLC）、基于软件的工控机或嵌入式系统等。
控制器根据预设的控制算法和逻辑，实时监测和调节生产过程，确保生产过程的稳定性和优化。
4. 通信网络：通信网络是连接工业自动化系统各个组成部分的关键环节，用于传输控制信号和数据信息。
通信网络可以采用有线或无线的方式进行数据传输，例如以太网、现场总线、工业无线网络等。
通过通信网络，各个组成部分可以实现实时的数据共享和远程监控，提高系统的灵活性和可靠性。
5. 人机界面：人机界面是工业自动化系统与人进行交互的接口，用于显示和操作系统的状态和参数。
人机界面可以是触摸屏、显示器、键盘等，通过直观的图形界面和操作方式，使操作人员能够方便地监测和控制生产过程。
人机界面还可以提供报警和故障诊断功能，帮助操作人员及时发现和解决问题。
以上是工业自动化系统的基本组成部分，不同的工业自动化系统在具体应用中可能会有所差异。
工业自动化工作原理解析
工业自动化工作原理解析工业自动化是指利用计算机、机械、电子等技术手段，对工业生产过程中的各种操作和控制进行自动化处理的一种技术。
它可以提高生产效率、降低成本、提高产品质量，并且减少人工操作对于生产环境的依赖。
本文将对工业自动化的工作原理进行详细解析。
一、传感器与执行器工业自动化的核心是传感器和执行器的应用。
传感器可以感知环境中的各种参数，如温度、压力、湿度、速度等，将这些参数转化为电信号传输给控制系统。
而执行器则根据控制系统的指令，对工业设备进行动作控制，如开关、启动、停止等。
传感器和执行器的配合使用，实现了对生产过程的实时监测和控制。
二、控制系统控制系统是工业自动化的核心部分，它负责接收传感器传来的信号，并根据预设的逻辑和算法进行处理。
控制系统一般分为硬件和软件两个部分。
硬件包括控制器、PLC（可编程逻辑控制器）、传感器、执行器等。
软件则是通过编程实现对控制系统的逻辑控制。
控制系统的设计需要根据具体的生产过程和要求进行定制，以实现精确的控制和监测。
三、通信技术工业自动化中的各个设备之间需要进行数据的传输和交互，这就需要借助通信技术。
常见的通信技术包括以太网、Modbus、Profibus等。
通过建立可靠的通信网络，不同设备之间可以实现数据的共享和交互，从而实现整个生产过程的协调和优化。
四、监控与优化工业自动化的另一个重要功能是对生产过程进行监控和优化。
通过对传感器数据的实时监测和分析，可以及时发现生产过程中的异常情况，并采取相应的措施进行调整。
同时，通过对生产数据的统计和分析，可以找出生产过程中的瓶颈和问题，并进行优化改进，提高生产效率和产品质量。
五、安全性与可靠性工业自动化在实际应用中需要考虑安全性和可靠性的问题。
安全性是指在自动化过程中保障工作人员和设备的安全。
可靠性是指自动化系统在长时间运行中的稳定性和可靠性。
为了确保安全性和可靠性，工业自动化系统需要进行严格的设计和测试，以及定期的维护和检修。
工业自动化控制系统的工作原理
工业自动化控制系统的工作原理工业自动化控制系统是由软件和硬件组成的，通过程序控制和各种传感器、执行器等设备进行联动操作，达到对工业生产过程实现全面、准确、高效的自动化控制，是现代工业生产中必不可少的一环。
本篇文章将详细介绍工业自动化控制系统的原理。
1. 工业自动化控制系统的基本组成（1）控制器：控制器是工业自动化控制系统的核心，其主要功能是接收来自传感器、执行器以及人机界面等设备的信息，进行处理，并向执行器发送指令控制现场设备的运行。
（2）人机界面：人机界面是工业自动化控制系统的外围设备，其主要功能是向操作者提供控制界面，方便操作者在控制器的指导下对设备进行控制、监测和操作。
（3）传感器：传感器是通过采集信号将现场实际参数转换为电信号，并将其发送给控制器，反馈实时的工艺过程物理量。
（4）执行器：执行器是通过接收控制器的控制信号，来控制生产线上各个部位的设备和机器的运行，包括电动阀门、电动机、气缸等。
2. 工业自动化控制系统的实现过程对于工业自动化控制系统，其实现过程主要包括以下几个方面：输入、处理和输出。
在控制输入的过程中，传感器将现场实际参数转换为电信号，而这些参数随着工艺过程的不同而不同，如温度、压力、流量、转速等。
在处理的过程中，控制器会将输入的数据进行处理分析，以便制定出合理的控制策略，并根据设备的运转情况进行不断调整，使工艺参数实现更高效的控制。
在控制输入输出过程中，执行器会再根据控制器的指令，对现场设备进行控制，从而实现输出控制。
3. 工业自动化控制系统的控制策略（1）开环控制：开环控制是根据预先设定的参数来控制设备运行，不考虑实时反馈的数据。
在这种控制模式下，控制器无法进行实际度量和修正，因此容易出现控制误差。
（2）闭环控制：闭环控制是通过反馈的实时数据对设备的运行进行监测和控制，根据实际反馈数据对设备运行过程进行修正和调整，从而更加精确地控制生产过程。
（3）前馈控制：前馈控制是在预压和预判的基础上，提前给定正确的控制量，快速、准确地控制设备的运行，但这种控制策略受到参数不准确、设备负载不一致、噪声等外界干扰因素的影响比较大，需要进行实时反馈修正。
工业自动化的系统架构与组成
执行层
执行层是工业自动化系统的关 键部分，负责根据控制层的指 令执行相应的动作或操作。
Hale Waihona Puke 执行层包括各种传感器、驱动 器、马达、阀门等设备，通过 与控制层的通信，实现生产过 程的自动化控制。
执行层需要具备高可靠性和高 稳定性，以确保生产过程的连 续性和安全性。
感知层
感知层是工业自动化系统的重要组成部分，负 责采集和监测生产过程中的各种数据和信息。
无线网络
在某些场景下，工业自动 化系统需要采用无线网络 进行数据传输，如WiFi、 ZigBee等。
03
工业自动化系统组成
控制层
控制层是工业自动化系统的核心，负责协调和监控整个生产过程。
控制层的主要功能是接收感知层的数据，根据预设的算法和逻辑进行计算和控制，输出相应的指令给执 行层。
控制层通常由可编程逻辑控制器（PLC）、工业计算机（IPC）等设备组成，通过工业总线或网络实现设 备间的通信和数据交换。
工业自动化的系统架构与组 成
• 工业自动化概述 • 工业自动化系统架构 • 工业自动化系统组成 • 工业自动化关键技术 • 工业自动化面临的挑战与解决方案 • 工业自动化案例研究
01
工业自动化概述
定义与特点
定义
工业自动化是指利用各种技术和设备 ，实现生产过程中的自动化控制和操 作，从而提高生产效率、降低成本、 保证产品质量的一种技术手段。
解决方案
建立完善的培训机制，定期对员工进行技能培训和知识更新，加强与高校和研究机构的合作，引进高素质人才， 提高员工的整体素质和能力。
06
工业自动化案例研究
案例一：智能制造系统的应用
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智能制造系统概述
智能制造系统是一种集成了自动化、信息化和智 能化技术的制造系统，旨在提高生产效率、降低 成本并优化资源配置。