现代工业自动化系统--原理及其组成

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1、现代工业自动化系统原理及其组成2009年11月彭一江目录一、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。自动化装置是指无需人的参与就可以自动进行工作，完成特定任务的机器。工业自动化系统是运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，以达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全为目标的集成系统。自动化技术发展是伴随着人类各个领域的科技发展而发展起来的。人们在几千年的生产过程中，为了

2、多快好省地生产出自己需要的东西，发明了很多能够替代人来工作的自动装置。古代人在河流上建造可以通过水的冲击带动轮子转动，实现灌溉、碾米等工作的水车、磨坊。近代人创造出的许多诸如钟表、蒸汽机速度调节控制等等的自动装置，到十八世纪末自动装置的应用和研究使得自动化技术初具雏形。直到上世纪四十年代末，美国数学家维纳与墨西哥生物学家罗森布卢特合作，提出了自动化的理论基础著作——控制论。标志着自动化技术的正式诞生。自动化技术从诞生到现在，已取得了长足进步，逐步走向成熟。自动化技术为生产力的发展起着巨大的作用，实现了人们摆脱繁重劳动和驾驭复杂系统的愿望。同时,自动

3、化技术也在应用中得到不断发展和完善。人们在自动化技术应用中发展了各种理论以及设计了各种设备和自动化装置，并在各个领域大显身手，如飞机导航、交通运输、导弹控制、智能楼宇、现代化工厂中到处都有自动化技术的应用。随着微电子技术、计算机技术、光电技术、信息技术以及现代控制方法与理论的发展，今天的自动化技术正以崭新的面貌在各个领域中发挥着重要作用，以现代自动控制理论为基础的现代工业化系统展现出其无限美好的发展前景。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

4、分析决策上的作用，适时地决定系统应该实施怎样的调节控制；执行器：完成控制器下达的决定；对象：被控制的客观实体。●自动化系统结构一个简单自动控制系统结构图控制器执行器检测器过程对象反馈信号输入信号输出信号控制信号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。系统构成前向通道和反馈通道两个通道，前向

5、通道是任务执行的功能主体。复杂自动化系统往往是多变量，多回路，多类型的系统。XYKFGX’Y’X={x0,x1,x2,…xn}Y={y0,y1,y2,…yn}●主要组成部分及其作用控制器－系统的大脑自动控制系统中控制器在整个系统中起着重要的作用，扮演着系统管理和组织核心的角色。系统性能的优劣很大程度上取决于控制器的好坏。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

6、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。●传统控制与现代控制PID控制——比例、积分、微分PID控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。现代控制——

7、最优控制、自适应控制、预测控制、自学习控制。。。智能控制——模糊控制、专家系统、神经网络●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：FM458-1DP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。基础自动化L1（控制层）：现场设备控制系统过程自动化L2（运行层）：生产过程监控系统工厂自动化L3（管理层）：MES制造执行系统企业自动化L4（经营层）：ERP企业资源规划工业自

8、动化最新技术：工业计算机网络控制系统●现代工业自动化系统三、 常用器件组成工业自动化系统的最基本的单元器件：各类电器：主令