自动化概念核心技术.ppt

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1、A.1.1 课程任务v自动化高技能人才的职业属性与需求v自动化概念及自动化技术核心v信号概念及其在自动化技术中的作用v自动控制形式及系统构建v自动化设备及控制装置v控制策略v自动化技术应用领域v流程生产行业控制系统v学习自动化应用技术与技能的方法途径A.1.2 自动化技能人才的社会需求v自动化技术为二十世纪高新技术之一，普及、深入到各行业；v“用信息化带动制造业现代化，用高新技术改造制造业，以实现制造业跨越式发展” 。制造业生产技术与手段由“电气化”时代全面迈进“自动化”时代 ；v自动化技术改革了传统的的管理模式、生产模式、工艺过程、操作模式，需要自动化技术开发、设计的工程技术人才，也需要具有

2、自动化思想、掌握自动化技术知识与应用能力的高技能人才，从事自动化设备及系统安装、调试、运行、管理、维护及检修工作；A.2.1 自动化技能人才的就业前景v具备自动控制的原理和方法、自动化单元技术和系统集成技术及其在各领域生产过程中的应用；v具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业 ；v就业领域：各类制造业（过程、离散）、自动化科技公司、工程公司、轨道交通、港口物流、城市公用与智能楼宇等。 A.2.2 自动化技能人才的职业属性v自动化技术专业是以自动化设备、装置、系统为操作对象或工具。技术应用能力与职业技能体现在

3、对具体设备、装置及系统的安装调试、运行管理、维护检修活动之中；v职业活动主要涉及四个方面：1）应用与维护单体自动化设备、装置；2）组织相关设备、环节，构建与维护系统完成自动控制；3）实施与维护系统各环节间的信号传递、协调工作；4）调整控制策略、优化系统控制参数。 A.2.3 自动化技能人才的职业属性v宏观层面：v职业能力具有自动化核心思想，熟悉工业自动化技术、掌握自动化技术应用技能（主要针对工业生产设备、装置、过程的运行状态检测、控制等）；v工作领域主要服务于工业企业，为工厂自动化、自动化工程、自动化技术行业提供一线的技能支持与服务；A.2.3 自动化技能人才的职业属性v职业范围在生产、实验、

4、试验一线从事自动化设备及系统安装、运行调试、管理、维护及检修工作；v职业价值具体实施自动化技术规范、图纸、方案，维护自动化设备与系统正常工作，保障生产企业高效运行。自动化技能人才的职业价值不是从事理论研究，也不是从事开发设计，主要是通过所掌握的职业技能把现有的技术规范、操作规程、施工图纸和工程方案变为现实。A.2.3 自动化技能人才的职业属性v微观层面：v工作对象面向工业企业加工设备、生产装置、生产过程所用自动化设备及系统；v工作手段运用“系统”、“信号”、“控制”的自动化核心思想，以自动化技术知识为基础进行分析、判断，利用专业技能与职业能力实施技术服务；v工作地点工业企业生产支持部门、自动化

5、工程施工场地；v工作岗位自动化设备及系统安装、运行调试、管理、维护及检修职位。A.2.3 自动化技能人才的职业属性v自动化技术专业是以自动化设备、装置、系统为操作对象或工具。技术应用能力与职业技能体现在对具体设备、装置及系统的安装调试、运行管理、维护检修活动之中；v职业活动主要涉及四个方面：1）应用与维护单体自动化设备、装置；2）组织相关设备、环节，构建与维护系统完成自动控制；3）实施与维护系统各环节间的信号传递、协调工作；4）调整控制策略、优化系统控制参数。 A.2.3 自动化技能人才的职业属性v宏观层面：v职业能力具有自动化核心思想，熟悉工业自动化技术、掌握自动化技术应用技能（主要针对工业

6、生产设备、装置、过程的运行状态检测、控制等）；v工作领域主要服务于工业企业，为工厂自动化、自动化工程、自动化技术行业提供一线的技能支持与服务；A.2.3 自动化技能人才的职业属性v职业范围在生产、实验、试验一线从事自动化设备及系统安装、运行调试、管理、维护及检修工作；v职业价值具体实施自动化技术规范、图纸、方案，维护自动化设备与系统正常工作，保障生产企业高效运行。自动化技能人才的职业价值不是从事理论研究，也不是从事开发设计，主要是通过所掌握的职业技能把现有的技术规范、操作规程、施工图纸和工程方案变为现实。第一节 自动化及自动化技术v自动化实例v家居环境：洗衣机、空调、电梯、自动门、红外防盗、火

7、灾报警与消防联动；v工农业领域： 自动化生产线与生产流程、数控中心、机械手、机器人；自动化农业生产机械、自动灌溉系统、自动化种植大棚等；v交通物流领域：公路与轨道交通控制、自动化分拣、水电气控制等；v航空与国防领域：火炮与导弹控制、卫星与飞船控制等；v1.1.1 自动化v什么是自动化？自动化是如何实现的？自动化技术包含哪些内容？。v1946年、美国、D.S.Harder在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运自动化-(Automation) 。 v早期：机械的动作代替人力操作 ，以自动地完成特定的作业；v扩展：用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动、感觉器官，而且还代替或辅助脑力劳动

8、，以自动地完成特定的作业。 1.1.1 自动化v通过检测，利用反馈获取偏差去调节系统运行状态并保持运行稳定。v 偏 差 控 制（反馈控制、闭环控制）图1-1 室内空气温度调节系统1.1.1 自动化v严格按照设定程序一步一步、按部就班的自动完成全过程。v 程 序 控 制（开环控制）v多参数检测、逻辑与模糊判断“智能化”图1-2 全自动洗衣机（洗衣机、控制板）1.1.1 自动化v制造业自动化的丰富内涵：v形式方面：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，人机及整个系统的协调、管理、控制和优化；v范围方面，自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期全过程；v功能方面，自动化的功能目标不

9、仅对生产过程实施控制，也对整个生产运行实施监测与管理，实现“管理-监测-控制”一体化。 1.1.2 自动化技术v自动化技术可理解为是“为了自动地完成特定作业而实施的包括自动化装备、方法、手段、规则及相关信息资料的总和”。v自动化的研究内容主要有自动控制和信息处理两个方面，包括理论、方法、硬件和软件等，从应用观点来看，研究内容有过程自动化、机械制造自动化、管理自动化、家庭自动化等。 1.1.3 工业自动化技术v工业主体制造业v工业自动化主体工厂自动化在无人直接参与的情况下，通过自动化装置及系统构建对生产设备及生产过程实施的控制与管理。v工厂自动化类型连续生产过程自动化和断续生产过程自动化。v连续

10、生产过程自动化过程自动化，主要指石油、化工、冶金等连续物料的生产过程自动化。处理对象物态是流体、粉体，主要涉及温度、压力、流量、物位、成份量等变量；v断续生产过程自动化工业电气自动化，主要指机械制造过程中的离散物品加工、装配、包装、输送、储藏等机械作业自动化。处理对象物态是固体，主要涉及位置、形状、尺寸、姿势与角度等问题。1.1.3 工业自动化技术v工业自动化技术v是一种运用自动控制理论、电磁技术、信息技术、数理知识及其它相关技术，应用自动化设备及系统构建，通过电路逻辑、软件程序有目的的对工业生产装备及工艺过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等

11、的综合性技术。小结v自动化利用自动化设备、装置与系统代替人或帮助人自动地完成某个任务或实现某个过程v自动化技术“为了自动地完成特定作业而实施的包括自动化装备、方法、手段、规则及相关的信息资料的总和”v工业自动化技术运用自动控制理论、电磁技术、信息技术、数理知识及其它相关技术，应用自动化设备，通过系统构建、电路逻辑、软件程序有目的的对工业生产装备及工艺过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策的综合性技术。 第二节 自动化技术的发展v以蒸汽机为代表的“机械化”强调以大规模的机械装置代替人工体力劳动；v以电动设备为代表的“电气化”强调普遍应用电力来驱动生产机械工作；v以计算机、网络为代表的“信息化

12、”强调大规模的使用计算机、网络等现代技术工具高效地获取、处理、分析和利用信息；v而以自动化设备及系统为代表的“自动化”强调生产运行、管理方式的“自动”。v自动化设备/自动化理论/自动化系统1.2.1 自动化设备发展v自动化设备(装置)是实现自动化的工具。v自然界动力代替人力畜力 。 古代中国的指南车以及近代欧洲出现的钟表和风磨控制装置 v第一次工业革命-自动调节装置对付工业生产控制1788年英国机械师J.瓦特将离心式调速器(又称飞球调速器)，调节稳定蒸汽机转速 俄国人用浮子式阀门水位调节器调节稳定的蒸汽锅炉水位 1.2.1 自动化设备发展图1-3 瓦特蒸汽机转速控制系统1.2.1 自动化设备发

13、展v电的发明、磁的应用开始了电气化时代电动设备、电磁机构代替体力劳动，解放手脚；v1868年法国人发明了反馈调节器（叫伺服机构）自动调节器或装置代替大脑的部份工作，使一些物理量保持在设定值附近，继电装置实现逻辑控制；自力式（液压、气压）调节装置自动检测、调节稳定工艺参数。v自动化设备的第一次改革与创新微电子技术检测装置、控制装置、执行装置、显示装置等功能自动化仪表，以及电子组装控制装置、继电联锁装置1.2.1 自动化设备发展v计算机、数字与存储器技术自动化设备第二次飞跃多参数、自诊断、可编程等数字化设备（可编程序控制器（PLC）、智能化仪表、数控生产装置，机器人、自动机械手成为工业生产中重要的

14、劳动者。v信息技术自动化设备向数字化、网络化、人工智能化方向发展，DCS系统控制装置、FCS网络控制装置、集成制造系统（CIMS）等。J机械装置继电装置气动与电动仪表可编程仪表与设备网络型仪表与设备网络系统装置。随着传感技术、信息处理技术与人工智能研究与应用的进一步深入，自动化设备将有更新的发展及更为有效的应用。1.2.2 自动化系统发展v“系统”由若干相互依存和相互作用的子系统为达到某些特定目的组成的完整综合体。v若系统的构建目标为实现自动化功能任务，这样的系统就是自动化系统。v典型自动控制系统，它是为了实现各种控制任务，将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来所构成的一个有机的总体。1

15、.2.2 自动化系统发展v早期的自动化系统功能目标单一，生产设备间不存在关联或关联不强，主要是解决单一设备、单一过程、单一参数的检测与控制问题，被称为单机自动化。 图1-3 瓦特蒸汽机转速控制系统1.2.2 自动化系统发展v二战期间及后期任务主要局限于生产过程监测与控制，主要功能局限于稳定系统，实现定值控制，系统规模通常被限定在一个工段或一个车间，被称之为局部自动化。v系统控制装置一般都可以分装两个机柜：一个机柜（仪表屏）装各种PID调节器、显示记录仪表如图1-4所示的仪表控制系统；另一个机柜则装许多继电器和接触器，作起动、停止、联锁和保护之用。因而在结构上显得相当复杂,控制速度和控制精度都有

16、一定的局限性，可靠性也不是很理想的 1.2.2 自动化系统发展图1-4 锅炉控制系统与仪表控制屏1.2.3 自动化系统发展v现代控制理论系统性能扩展到自适应、最优化等先进控制策略综合自动化v功能：不局限于面向生产过程的控制，更是向管理自动化发展；v系统规模：不局限于单个车间，可能包括整个企业甚至整个制造集团。v50年代末出现了计算机控制的化工厂，60年代末出现了大型自动化生产线，70年代产生了专用机床组成的无人工厂，80年代初出现了柔性制造系统组成的无人工厂 。 1.2.2 自动化系统发展v现代控制理论使复杂的控制问题容易解决v传感检测技术能获取以前难以得到的信息v计算机技术使复杂信息处理更为简单迅速v网络技术促进了信息的传递与丰富自动化系统构建进入网络时代，在网络实现整个生产过程各环节的信息互通互联，面向生产过程的网络体系形成分散型控制系统（DCS）以及现场总线型控制系统（FCS）。1.2.2 自动化系统发展（a）DCS网络结构 （b）FCS网络结构图1-6 DCS控制系统及FCS控制系统1.2.2 自动化系统发展v计算机集成制造系统（CIMS）生产综合自动化与组织管理自动化相结合v