《工業(yè)自動化基礎(chǔ)原理》課件

工業(yè)自動化基礎(chǔ)原理本課件將帶你了解工業(yè)自動化基礎(chǔ)原理，幫助你掌握自動化系統(tǒng)的基本概念、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。課程目標(biāo)了解工業(yè)自動化基礎(chǔ)掌握工業(yè)自動化基本原理和應(yīng)用熟悉自動化系統(tǒng)組成掌握傳感器、執(zhí)行機構(gòu)和控制器的基本原理學(xué)習(xí)典型自動化技術(shù)包括現(xiàn)場總線、PLC、DCS、機器人等自動化的定義和特點自動化的定義自動化是指將人工操作的生產(chǎn)過程，通過機器或系統(tǒng)自動完成，減少人工參與，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的過程。自動化的特點自動化具有以下特點：提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高安全性、減少勞動強度。自動化的發(fā)展歷程早期機械化從簡單機械開始，如水輪、風(fēng)車等，實現(xiàn)部分生產(chǎn)流程的自動化。20世紀(jì)初的自動化隨著電力技術(shù)的進步，自動化開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，例如自動控制系統(tǒng)和裝配線等。計算機控制的自動化電子計算機的出現(xiàn)，使自動化系統(tǒng)更加智能化，能夠處理更復(fù)雜的任務(wù)?，F(xiàn)代自動化隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動化正在向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。自動化系統(tǒng)的組成1傳感器傳感器是自動化系統(tǒng)中的“眼睛”，用于收集來自工業(yè)過程的信息。2執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)是自動化系統(tǒng)的“手”，用于根據(jù)控制信號執(zhí)行操作。3控制器控制器是自動化系統(tǒng)的“大腦”，用于接收傳感器信息并發(fā)出執(zhí)行指令。4人機界面人機界面是自動化系統(tǒng)的“嘴巴”，用于人與系統(tǒng)之間進行交互。傳感器的概述傳感器是工業(yè)自動化系統(tǒng)的“眼睛”，它可以感知外部環(huán)境的變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。傳感器在工業(yè)自動化系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它可以感知溫度、壓力、流量、位移等物理量，并將這些信息傳遞給控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息做出判斷，并發(fā)出指令，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。傳感器的工作原理是利用物理現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)，將被測物理量轉(zhuǎn)換為電信號。例如，溫度傳感器可以利用金屬的電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。傳感器在工業(yè)自動化系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，可以提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，同時也可以提高生產(chǎn)的安全性和可靠性。常見傳感器類型位置傳感器用于測量物體的位置，例如編碼器、電位計和霍爾傳感器。速度傳感器用于測量物體運動的速度，例如脈沖傳感器、渦流傳感器和多普勒傳感器。加速度傳感器用于測量物體的加速度，例如MEMS加速度計和壓電加速度計。溫度傳感器用于測量溫度，例如熱電偶、熱電阻和紅外傳感器。檢測信號的數(shù)字化1模擬信號連續(xù)變化的信號2數(shù)字信號離散的數(shù)字信號3模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號工業(yè)自動化中，傳感器通常產(chǎn)生模擬信號，需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號才能被計算機處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)器件負(fù)責(zé)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。執(zhí)行機構(gòu)的作用接受指令執(zhí)行機構(gòu)接收來自控制系統(tǒng)的指令，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的動作。驅(qū)動執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)指令驅(qū)動機械部件或設(shè)備，完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。反饋狀態(tài)執(zhí)行機構(gòu)將執(zhí)行狀態(tài)信息反饋給控制系統(tǒng)，以便控制系統(tǒng)進行調(diào)整。常見執(zhí)行機構(gòu)類型液壓執(zhí)行機構(gòu)液壓執(zhí)行機構(gòu)具有功率大、響應(yīng)速度快、承載能力強等優(yōu)點，適用于重載、高速、高精度等應(yīng)用場合。氣動執(zhí)行機構(gòu)氣動執(zhí)行機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、成本低廉等優(yōu)點，適用于輕載、中速、低精度等應(yīng)用場合。電動執(zhí)行機構(gòu)電動執(zhí)行機構(gòu)具有響應(yīng)速度快、精度高、易于控制等優(yōu)點，適用于需要精確控制、高速運行的場合。工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中重要的通信技術(shù)，它取代傳統(tǒng)的點對點連接方式，實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，并實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)共享和控制?，F(xiàn)場總線技術(shù)具有以下優(yōu)勢：提高生產(chǎn)效率降低成本增強系統(tǒng)可靠性簡化系統(tǒng)設(shè)計和維護現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)介紹FOUNDATIONFieldbus用于過程控制應(yīng)用，支持多種通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PROFIBUS用于自動化和過程控制，提供高速度、高可靠性的通信。CANopen基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)的開放式通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于自動化領(lǐng)域。編程控制器基本結(jié)構(gòu)中央處理單元(CPU)負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，控制系統(tǒng)運行。輸入/輸出模塊(I/O)連接傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，接收和發(fā)送控制信號。存儲器存儲程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)。通信接口與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。編程控制器工作原理1輸入信號采集PLC接收來自傳感器、開關(guān)等的輸入信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。2程序執(zhí)行PLC根據(jù)用戶編寫的程序邏輯，對輸入信號進行處理，并生成輸出信號。3輸出信號控制PLC將處理后的輸出信號發(fā)送到執(zhí)行機構(gòu)，控制電機、閥門等設(shè)備。4循環(huán)掃描PLC不斷重復(fù)上述三個步驟，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。編程控制器編程語言梯形圖易于理解，類似于繼電器控制電路指令表使用助記符指令，更接近于匯編語言功能塊圖采用圖形化方式，便于程序流程的表達(dá)結(jié)構(gòu)化文本類似于高級編程語言，支持變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可編程序邏輯控制器1工業(yè)自動化核心可編程邏輯控制器（PLC）是現(xiàn)代工業(yè)自動化中不可或缺的一部分，用于控制和管理各種工業(yè)過程。2靈活可編程PLC可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和需求進行編程，以實現(xiàn)各種自動化功能。3可靠性高PLC經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計和測試，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運行。分布式控制系統(tǒng)分散控制將控制任務(wù)分配給多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制特定區(qū)域或設(shè)備。獨立操作每個子系統(tǒng)能夠獨立運行，即使其他子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會影響整個系統(tǒng)的正常運行。數(shù)據(jù)共享子系統(tǒng)之間可以共享信息和數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)整體的協(xié)同性和效率。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)是近年來工業(yè)自動化領(lǐng)域快速發(fā)展的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它將以太網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)控制應(yīng)用相結(jié)合，為工業(yè)自動化系統(tǒng)提供了一種高帶寬、高可靠性、低成本的通信解決方案。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)具有以下優(yōu)勢：高帶寬和低延遲開放式標(biāo)準(zhǔn)和互操作性易于安裝和維護高可靠性和安全性工業(yè)機器人概述工業(yè)機器人是自動化生產(chǎn)線的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，以提高生產(chǎn)效率、改善工作環(huán)境、降低生產(chǎn)成本。它們能夠執(zhí)行各種任務(wù)，包括焊接、噴涂、裝配、搬運、包裝等。機器人基本結(jié)構(gòu)和分類基本結(jié)構(gòu)工業(yè)機器人通常包含機械臂、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器和執(zhí)行器。機械臂負(fù)責(zé)完成具體的動作，驅(qū)動系統(tǒng)提供動力，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制機器人的動作，傳感器提供反饋信息，執(zhí)行器執(zhí)行機器人的指令。分類根據(jù)機器人的運動方式和應(yīng)用場景，可以將工業(yè)機器人分為關(guān)節(jié)型機器人、直角坐標(biāo)機器人、SCARA機器人、并聯(lián)機器人等。關(guān)節(jié)型機器人是應(yīng)用最廣泛的一種類型，它可以實現(xiàn)多自由度的運動。機器人工作坐標(biāo)系X軸機器人手臂在水平方向上的運動。Y軸機器人手臂在垂直方向上的運動。Z軸機器人手臂在深度方向上的運動。機器人常見執(zhí)行機構(gòu)機械手用于抓取、搬運和操作物體，根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能可分為夾持式、吸附式、磁力式等類型。焊接槍用于進行焊接操作，根據(jù)焊接工藝可分為電弧焊、激光焊、等離子焊等類型。噴漆機用于進行噴漆操作，根據(jù)噴漆方式可分為靜電噴漆、空氣噴漆、無氣噴漆等類型。機器人傳感器技術(shù)位置傳感器提供機器人關(guān)節(jié)角度或位置信息。速度傳感器測量機器人關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器的速度。力傳感器感知機器人與環(huán)境的接觸力。視覺傳感器提供機器人周圍環(huán)境的圖像信息。機器人編程技術(shù)機器人編程語言，如示教編程、離線編程、圖形化編程等，提供機器人控制和動作指令。編程軟件，用于編寫、調(diào)試、運行機器人程序，并與機器人控制器進行通信。機器人編程需要考慮作業(yè)路徑、速度、精度、安全等因素，并進行參數(shù)設(shè)置和調(diào)試。機器人安全防護技術(shù)安全圍欄將機器人工作區(qū)域與人員活動區(qū)域隔開，防止人員進入危險區(qū)域。緊急停止按鈕在緊急情況下，能夠迅速停止機器人運行，確保人員安全。安全傳感器例如激光掃描儀、壓力傳感器等，能夠檢測到人員或物體進入危險區(qū)域，并發(fā)出警報或停止機器人運行。安全軟件通過軟件編程，設(shè)置安全參數(shù)和限制，例如速度限制、工作范圍限制等，確保機器人運行安全。工業(yè)自動化系統(tǒng)集成1整體優(yōu)化提高生產(chǎn)效率2互操作性不同設(shè)備和系統(tǒng)之間通信3功能擴展?jié)M足新的需求4可靠性確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則模塊化設(shè)計將系統(tǒng)分解成獨立的模塊，便于開發(fā)、維護和升級?？蓴U展性系統(tǒng)能夠適應(yīng)未來的變化和擴展需求，避免重新設(shè)計?？煽啃栽O(shè)計選擇高可靠性的硬件和軟件，并考慮冗余備份機制。安全性設(shè)計考慮安全防護措施，避免系統(tǒng)故障造成人員傷害或財產(chǎn)損失。自動化系統(tǒng)的維護管理定期保養(yǎng)定期檢查和維護自動化系統(tǒng)設(shè)備，確保其正常運行。更換磨損部件，清理積塵，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。故障排除及時發(fā)現(xiàn)并解決系統(tǒng)故障，避免生產(chǎn)停滯。記錄故障原因，分析問題，制定預(yù)防措施，提升系統(tǒng)可靠性。軟件更新及時更新系統(tǒng)軟件，修復(fù)漏洞，提升安全性和性能。進行版本控制，確保更新過程順利，避免數(shù)據(jù)丟失。自動化技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用制造業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。電力行業(yè)提高發(fā)電效率，保障電力安全，提高電力系統(tǒng)運行效率。交通運輸提高交通效率，保障交通安全，