了解电气自动化及工业自动化

了解电气自动化主要介绍以下几个内容▪电气自动化的应用领域▪电气自动化所需的专业知识▪工控、四次工业革命▪强电、弱电▪物联网▪中国制造2025、德国工业4.0▪PLC基础知识电气自动化的应用领域▪工业（电力、化工、钢铁、矿业、制造等）▪交通（包括汽车、运输、物流等）▪建筑（建筑电气、智能家居）▪农业（农机、养殖）▪医疗（医疗器械、保健美容）▪军事▪环保（环境监测，新能源）▪服务业（餐饮、媒体）▪家用电气自动化所需的专业知识▪计算机▪通讯▪电子技术▪电工学、电路▪电力电子▪电机、传动控制▪传感器▪控制理论▪信号与系统▪CAD、CAM▪仿真技术线性代数、复变函数、概率论、系统辨识、离散数学、运筹学、经典控制、现代控制、智能控制工控（工业控制，简称工控）▪工控指的是工业自动化控制，主要利用电子电气、机械、软件组合实现。即是工业控制，或者是工厂自动化控制。主要是指使用计算机技术，微电子技术，电气手段，使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性及可视性。▪PLC，变频器，伺服电机，工控机，人机界面▪工控技术的出现和推广带来了第三次工业革命，使工厂的生产速度和效率提高了300%以上。四次工业（科技）革命▪第一次工业革命：标志：蒸汽机作为动力机被广泛使用。发源地：英国。起源时间：18世纪60年代----19世纪中期。人类从此进入蒸汽时代。代表发明家：瓦特，富尔顿，史蒂芬孙等。代表作品：改良蒸汽机，蒸汽轮船，蒸汽机车。▪第二次工业革命：标志：电力和内燃机的发明。发源地：美国。起源时间:19世纪70年代----20世纪初期。人类从此进入电气时代。代表发明家：爱迪生，西门子，贝尔等。代表作品：电话，发电机，灯泡。▪第三次科技革命：标志：原子能和计算机的发明。发源地：美国。起源时间：20世纪四五十年代至今。人类从此进入信息时代。代表发明家：爱因斯坦，冯·诺伊曼。代表作品：电子计算机，原子弹，克隆技术，航天飞船，人造卫星。▪第四次科技革命（正在到来）：以互联网产业化，工业智能化，工业一体化为代表，以人工智能，清洁能源，无人控制技术，量子信息技术，虚拟现实以及生物技术为主的全新技术革命。发源地：美国，德国，中国等科技大国。强电、弱电▪强电是用作一种动力能源，主要是传递能量，以及各种能量之间的转化▪弱电是作为一种信号电，主要是传递信息，各种信号之间的传递物联网（IOT）▪顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。5个核心关键技术▪RFID技术▪传感器技术▪无线网络技术▪人工智能技术▪云计算技术RFID技术云计算▪分布式计算▪并行计算▪效用计算▪网络存储▪虚拟化▪负载均衡▪热备冗余德国工业4.0、中国制造2025PLC基础知识一、PLC的产生与历史二、可编程控制器的定义三、PLC的现状及发展趋势四、PLC的特点五、PLC的基本功能一、PLC的产生与历史用户迫切需要一种先进的自动控制装置继电器控制系统先进自动控制系统世界上第一台PLC1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GE）的要求研制成功。背景：1968年美国通用汽车公司（GE），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点☆继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；☆计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；☆采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）定义：国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。二、可编程控制器的定义三、PLC的现状及发展趋势PLC三大流派•欧洲：德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的TI公司•美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国PLC市场50％的份额、GE（GeneralElectric）、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(T1)公司、西屋公司•日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。）PLC的现状及分类可编程序控制器分类1.按结构形式分类整体式PLC：整体式是将PLC的CPU、存储器、I/O单元、电源等安装在同一机体内，构成主机，另外还有I/O扩展单元配合主机使用，用以扩展I/O点数。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，灵活性较低，小型PLC多采用这种结构。组合式PLC：组合式PLC是由一些标准模块单元组成，采用总线结构，不同功能的模块（如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等）通过总线连接起来。组合式PLC的特点是可以根据功能需要灵活配置，构成具有不同功能和不同控制规模的PLC，多用于大型和中型PLC。组合式PLC电源模块CPU模块IO模块底板模块式模块式结构PLC的结构电源单元DIN导轨CPU单元2.按控制规模分类输入输出的总路数，又称为I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此，按控制规模对PLC分类时，可分为：1.小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。2.中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048点以下的PLC。3.大型PLC：I/O点数较多，在2048点以上的PLC。但大中小型PLC的划分并无严格的界限，PLC的I/O点数可以依据需要灵活配置。•（1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度nS级；内存2M字节）•（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）•（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）•（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0•（5）加强联网和通信的能力•（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（openModularArchitectureforControl）PLC的发展趋势就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。近年来PLC的市场销售一直坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。•通用性强，使用方便•功能强，适应面广•可靠性高，抗干扰能力强•控制程序可变具有很好的柔性•编程方法简单，容易掌握•PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便。控制程序变化方便.具有很好的柔性。•体积小、重量轻、功耗低四、PLC的特点1.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照梯形图（Ladderdiagram）编程语言是一种图形语言,类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈五、PLC的基本功能(1)名词解释——软继电器PLC的继电器不是物理的电器，它是PLC内部的寄存器位，因为它具有与物理继电器相似的功能，常称之为“软继电器”。PLC每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位，该位为“1”态时，相当于继电器接通；为“0”态时，则相当于继电器断开。常闭触点线圈常开触点说明：000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点(2)两种控制的梯形图比较用PLC控制——外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。KMQFUKRM3~SB1SB2KMKHKM继电器控制接线PLC控制外部接线输入设备PLC~SB1SB2KRKM输出设备欲改变控制功能：主电路相同例如PLC采用“顺序扫描、不断循环”工作方式，这个过程可分输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样程序执行输出刷新2.PLC循环扫描工作方式3.PLC控制的原理等效电路图SB1SB2ST公共端公共端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUKHM3~Q~KM01000PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM0000100002PLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM~KM线圈通电SB1闭合00000闭合接点闭合KMFUKHM3~QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM~KM线圈断电00001断开接点断开KMFUKHM3~QKM通电KM断电触点断开电动停转触点断开PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合