控制与自动化技术的应用范畴课件

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1、5控制与自动化技术的应用范畴5.2机械制造自动化5.3过程工业自动化5.4电力系统自动化5.5飞行器控制5.6智能建筑5.7智能交通系统5.8生物控制5.9生态与环境控制5.10社会经济控制5.11大系统控制与系统工程5.1引言控制与自动化是不断发展的高、新科学技术，对人类生产、生活和科学研究有着非常重要的影响。控制与自动化技术发展至今，可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。控制与自动化技术时时在为人类“谋”福利，可谓无所不在、无处没有。5.2机械制造自动化机械制造是现代工业重要的组成部分，对国民经济建

2、设有非常巨大的影响。机械制造自动化技术从20世纪50年代至今，经历了单机自动化、刚性生产线，数控机床、加工中心和柔性生产线、柔性制造三个阶段，正向计算机集成制造(CIM)发展。5.2.1数控技术和数控系统在产品加工中，大批量生产的零件并不很多。据统计，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上。对这些多品种、加工批量小、零件形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自动生产线就显得很不合适。因为在市场经济的大潮中，必须经常开发新产品，频繁地更新换代。图5.1计算机数控系统结构图数字控制（简称数

3、控）——灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化制造技术一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产技术——数字控制（简称数控）技术在这种情况下应运而生。简单地说，数控技术是一门以数字的形式实现控制的技术。计算机数字控制系统是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程序控制器(PC)、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成，如图5.l所示。5.2.2柔性制造系统(FMS)柔性制造系统（简称FMS）是在计算机直接数控(DNC)基础上发展起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，

4、包括数控机床、材料和工具自动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在—定范围内完成不同工件的加工任务。柔性制造系统一般包括以下要素：(1)标准的数控机床或制造单元。（制造单元是指具有自动上下料功能或具有多个工位的加工型及装配型的数控机床）；(2)在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传送系统；(3)发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的监控系统；(4)中央刀具库及其管理系统；(5)自动化仓库及其管理系统。由统一的控制系统和输送系统连接起来的一组加工设备，包括数控机床、材料和工具

5、自动运输设备、产品零件自动传输设备、自动检测和试验设备等，不仅能进行自动化生产，而且还能在—定范围内完成不同工件的加工任务。柔性制造系统由加工系统、物流系统、中央管理系统组成。自动输送车中央管理和控制计算机物流控制装置夹具站自动化仓库工厂主计算机信息传输网库具CNC机床机器人附属工作站CNC机床机器人附属工作站……制造单元刀图5.2柔性制造系统结构图5.2.3计算机集成制造系统(CIMS)计算机集成制造系统是在自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动（设计、制造及经营管理，包括市

6、场调研、生产决策、生产计划、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造以及销售经营等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化管理，构成一个优化的完整的生产系统。图5.3计算机集成制造系统组成框图5.3过程工业自动化在连续型工业中，主要对系统的温度，压力、流量、液位（料位）、成分和物性等六大参数进行控制的工业，称之为过程工业。过程工业包括电力、石油化工、化工、造纸、冶金、制药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业。5.3.1过程工业自动化的研究内容及特点工业生产过程的自动控制称为过程控制，它是过程工业自动化的核心内

7、容。过程控制研究过程工业生产过程的描述、模拟、仿真、设计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化生产过程，加强生产管理，最终显著地增加经济效益。早期的过程控制系统主要采用基地式仪表、气动单元组合式仪表、电动单元组合式仪表等传统技术工具。但随着微处理器和工业计算机技术的发展，目前广泛采用可编程单回路、多回路调节器以及分布式计算机控制系统(DistributedComputerControlSystem，简称DCS)。近年来迅速发展起来的现场总线网络控制系统(FCS)，更是控制技术和计算机技术高度结合的产物。

8、5.3.2基于计算机技术的过程控制系统生产过程数字计算机A/D转换D/A转换操作台扰动控制变量输出变量……控制台控制台过程控制计算机控制单元控制单元多路采集器可编程逻辑控制器数据通道工程师/操作员控制台其他系统图5.5分布式计算机控制系统图5.4直接数字控制系统图5.6计算机集成生产系统