了解電氣自動化及工業(yè)自動化課件

1、了解電氣自動化了解電氣自動化主要介紹以下幾個內(nèi)容電氣自動化的應(yīng)用領(lǐng)域電氣自動化所需的專業(yè)知識工控、四次工業(yè)革命強電、弱電物聯(lián)網(wǎng)中國制造2025、德國工業(yè)4.0PLC基礎(chǔ)知識主要介紹以下幾個內(nèi)容電氣自動化的應(yīng)用領(lǐng)域電氣自動化的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)（電力、化工、鋼鐵、礦業(yè)、制造等）交通（包括汽車、運輸、物流等）建筑（建筑電氣、智能家居）農(nóng)業(yè)（農(nóng)機、養(yǎng)殖）醫(yī)療（醫(yī)療器械、保健美容）軍事環(huán)保（環(huán)境監(jiān)測，新能源）服務(wù)業(yè)（餐飲、媒體）家用電氣自動化的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)（電力、化工、鋼鐵、礦業(yè)、制造等）電氣自動化所需的專業(yè)知識計算機通訊電子技術(shù)電工學(xué)、電路電力電子電機、傳動控制傳感器控制理論信號與系統(tǒng)CAD、CAM仿真技

2、術(shù)線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、概率論、系統(tǒng)辨識、離散數(shù)學(xué)、運籌學(xué)、經(jīng)典控制、現(xiàn)代控制、智能控制電氣自動化所需的專業(yè)知識計算機控制理論線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、概工控（工業(yè)控制，簡稱工控）工控指的是工業(yè)自動化控制，主要利用電子電氣、機械、軟件組合實現(xiàn)。即是工業(yè)控制，或者是工廠自動化控制。主要是指使用計算機技術(shù)，微電子技術(shù)，電氣手段，使工廠的生產(chǎn)和制造過程更加自動化、效率化、精確化，并具有可控性及可視性。PLC，變頻器，伺服電機，工控機，人機界面工控技術(shù)的出現(xiàn)和推廣帶來了第三次工業(yè)革命，使工廠的生產(chǎn)速度和效率提高了300%以上。工控（工業(yè)控制，簡稱工控）工控指的是工業(yè)自動化控制，主要利用四次工業(yè)（科技）革命第一

3、次工業(yè)革命：標(biāo)志：蒸汽機作為動力機被廣泛使用。發(fā)源地：英國。起源時間：18世紀(jì)60年代-19世紀(jì)中期。人類從此進入蒸汽時代。代表發(fā)明家：瓦特，富爾頓，史蒂芬孫等。代表作品：改良蒸汽機，蒸汽輪船，蒸汽機車。第二次工業(yè)革命：標(biāo)志：電力和內(nèi)燃機的發(fā)明。發(fā)源地：美國。起源時間:19世紀(jì)70年代-20世紀(jì)初期。人類從此進入電氣時代。代表發(fā)明家：愛迪生，西門子，貝爾等。代表作品：電話，發(fā)電機，燈泡。第三次科技革命：標(biāo)志：原子能和計算機的發(fā)明。發(fā)源地：美國。起源時間：20世紀(jì)四五十年代至今。人類從此進入信息時代。代表發(fā)明家：愛因斯坦，馮諾伊曼。代表作品：電子計算機，原子彈，克隆技術(shù)，航天飛船，人造衛(wèi)星。第四

4、次科技革命（正在到來）：以互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化，工業(yè)智能化，工業(yè)一體化為代表，以人工智能，清潔能源，無人控制技術(shù)，量子信息技術(shù)，虛擬現(xiàn)實以及生物技術(shù)為主的全新技術(shù)革命。發(fā)源地：美國，德國，中國等科技大國。四次工業(yè)（科技）革命第一次工業(yè)革命：標(biāo)志：蒸汽機作為動力機被強電、弱電強電是用作一種動力能源，主要是傳遞能量，以及各種能量之間的轉(zhuǎn)化弱電是作為一種信號電，主要是傳遞信息，各種信號之間的傳遞強電、弱電強電是用作一種動力能源，主要是傳遞能量，以及各種能物聯(lián)網(wǎng)（ioT）顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端

5、延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)（ioT）顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩5個核心關(guān)鍵技術(shù)RFID技術(shù)傳感器技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工智能技術(shù)云計算技術(shù)5個核心關(guān)鍵技術(shù)RFID技術(shù)RFID技術(shù)RFID技術(shù)云計算分布式計算并行計算效用計算網(wǎng)絡(luò)存儲虛擬化負(fù)載均衡熱備冗余云計算分布式計算德國工業(yè)4.0、中國制造2025德國工業(yè)4.0、中國制造2025PLC基礎(chǔ)知識一、 PLC的產(chǎn)生與歷史二、 可編程控制器的定義三、 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢四、PLC的特點五 、PLC的基本功能PLC基礎(chǔ)知識一、 PLC的產(chǎn)生與歷史一、 PLC的產(chǎn)生與歷史用戶迫切需要一

6、種先進的自動控制裝置繼電器控制系統(tǒng)先進自動控制系統(tǒng)一、 PLC的產(chǎn)生與歷史用戶迫切需要一種先進的自動控制裝置繼世界上第一臺PLC 1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GE）的要求研制成功。 背景： 1968年美國通用汽車公司（GE），為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 世界上第一臺PLC 設(shè)計思想： 吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點 繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但

7、簡單易懂、價格便宜； 計算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難； 采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖） 設(shè)計思想：定義： 國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下： “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于

8、擴充其功能的原則設(shè)計”。二、 可編程控制器的定義定義：二、 可編程控制器的定義三、 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 PLC三大流派歐洲：德國的西門子(SIEMENS)、AEG及法國的TI公司美國：A-B（Allen-Bradly）(其產(chǎn)品約占美國PLC市場50的份額、GE（General Electric）、莫迪康(MODICON)公司、德州儀器(T1)公司、西屋公司 日本：三菱電機（Mitsubishi Electric）、 歐姆龍（OMRON）、 FUJI （日本主要發(fā)展中小型PLC，在世界小型PLC市場上， 日本產(chǎn)品約占有70的份額。在中國，OMRON產(chǎn)品的銷量居首位。） PLC的現(xiàn)狀及分類三、

9、 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 PLC三大流派PLC的可編程序控制器分類1.按結(jié)構(gòu)形式分類 整體式PLC：整體式是將PLC的CPU、存儲器、I/O單元、電源等安裝在同一機體內(nèi)，構(gòu)成主機，另外還有I/O擴展單元配合主機使用，用以擴展I/O點數(shù)。整體式PLC的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便，但輸入輸出點數(shù)固定，靈活性較低，小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。 可編程序控制器分類1.按結(jié)構(gòu)形式分類了解電氣自動化及工業(yè)自動化課件 組合式PLC：組合式PLC是由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元組成，采用總線結(jié)構(gòu)，不同功能的模塊（如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）通過總線連接起來。 組合式PLC的特點是可以根據(jù)功能

10、需要靈活配置，構(gòu)成具有不同功能和不同控制規(guī)模的PLC，多用于大型和中型PLC。 組合式PLC：組合式PLC是由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元組成，組合式PLC組合式PLC了解電氣自動化及工業(yè)自動化課件電源模塊CPU模塊IO模塊底 板模塊式電源模塊CPU模塊IO模塊底 板模塊式模塊式結(jié)構(gòu)PLC的結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)PLC的結(jié)構(gòu)2.按控制規(guī)模分類輸入輸出的總路數(shù)，又稱為I/O點數(shù)，是表征PLC控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)模對PLC分類時，可分為：1.小型PLC：I/O點數(shù)較少，在256點以下的PLC。2.中型PLC：I/O點數(shù)較多，在256點以上、2048點以下的PLC。3.大型PLC：I/O點數(shù)較多，在204

11、8點以上的PLC。但大中小型PLC的劃分并無嚴(yán)格的界限，PLC的I/O點數(shù)可以依據(jù)需要靈活配置。2.按控制規(guī)模分類 （1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展 （CPU處理速度nS級；內(nèi)存2M字節(jié)）（2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性 （超大型和超小型）（3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化（硬件、軟件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的I0（5）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力（6）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)OMAC（open Modular Architecture for Control）PLC的發(fā)展趨勢 （1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展PLC的發(fā)展趨勢 就全世界自動化市場的過去、現(xiàn)在和可以預(yù)見的未

12、來而言，PLC仍然處于一種核心地位。在最近出現(xiàn)在美國、歐洲和國內(nèi)有關(guān)探討PLC發(fā)展的論文中，這個結(jié)論是眾口一詞的，盡管對PLC的未來發(fā)展有著許多不同的意見。 近年來PLC的市場銷售一直堅挺；PC控制有了引人注目的進展，但畢竟只能對高端的PLC產(chǎn)品形成競爭；小型、超小型PLC的發(fā)展勢頭令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。 就全世界自動化市場的過去、現(xiàn)在和可以預(yù)見的未來而言，P 通用性強，使用方便 功能強，適應(yīng)面廣 可靠性高，抗干擾能力強 控制程序可變具有很好的柔性 編程方法簡單，容易掌握 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修工作少.極為方便?？刂瞥绦蜃兓奖?具有很好的柔性。 體

13、積小、重量輕、功耗低 四、PLC的特點 通用性強，使用方便 四、PLC的特點 1. 梯形圖編程語言兩種梯形圖的繼電器符號圖對照 梯形圖（Ladder diagram）編程語言是一種圖形語言 ,類似于繼電器控制線路圖的一種編程語言，它面向控制過程，直觀易懂，是PLC編程語言中應(yīng)用最多的一種語言。 物理繼電器 PLC繼電器常開常閉 觸 點線 圈五 、PLC的基本功能 1. 梯形圖編程語言兩種梯形圖的繼電器符號圖對照 梯形(1)名詞解釋軟繼電器 PLC的繼電器不是物理的電器，它是PLC內(nèi)部的寄存器位，因為它具有與物理繼電器相似的功能，常稱之為“軟繼電器”。 PLC每一個繼電器都對應(yīng)著內(nèi)部的一個寄存器

14、位，該位為“1”態(tài)時，相當(dāng)于繼電器接通；為“0”態(tài)時，則相當(dāng)于繼電器斷開。常閉觸點線圈常開觸點說明：(1)名詞解釋軟繼電器 PLC的繼電器不是物理的電器000000100001000PLC控制00001SB2KMKM繼電器 控 制SB1線圈線圈常開觸點常開觸點常閉觸點常閉觸點(2)兩種控制的梯形圖比較000000100001000PLC控制00001SB2KM用PLC控制外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制要改變控制電路的實際接線。KMQFUKR M 3 SB1SB2KMKHKM 繼電器控制接線 PLC控制外部接線輸入設(shè)備PLCSB1SB2KRKM輸出設(shè)備 欲改變控制功能：主電路 相同例如

15、用PLC控制外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制 PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”工作方式，這個過程可分輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新2. PLC循環(huán)掃描工作方式 PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”工作方式，這個過程可分3. PLC控制的原理 等效電路圖SB1SB2ST公共端公共端輸入部分輸出端子輸入端子用戶程序輸出部分主電路KMFUKH M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM3. PLC控制的原理 等效電路圖SB1SB2ST公共端公共KM線圈通電SB1閉合00000 閉合接點閉合KMFUKH M 3 QKM通電KM通電觸點閉合電動機轉(zhuǎn)觸點閉合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMKM線圈通電SB1閉合00000 閉合接點閉合K