《工业自动化基础原理》课件

工业自动化基础原理本课件将带你了解工业自动化基础原理，帮助你掌握自动化系统的基本概念、结构和应用。课程目标了解工业自动化基础掌握工业自动化基本原理和应用熟悉自动化系统组成掌握传感器、执行机构和控制器的基本原理学习典型自动化技术包括现场总线、PLC、DCS、机器人等自动化的定义和特点自动化的定义自动化是指将人工操作的生产过程，通过机器或系统自动完成，减少人工参与，提高生产效率和产品质量的过程。自动化的特点自动化具有以下特点：提高生产效率、改善产品质量、降低生产成本、提高安全性、减少劳动强度。自动化的发展历程早期机械化从简单机械开始，如水轮、风车等，实现部分生产流程的自动化。20世纪初的自动化随着电力技术的进步，自动化开始应用于工业生产，例如自动控制系统和装配线等。计算机控制的自动化电子计算机的出现，使自动化系统更加智能化，能够处理更复杂的任务。现代自动化随着互联网、人工智能等技术的快速发展，工业自动化正在向着智能化、数字化和网络化方向发展。自动化系统的组成1传感器传感器是自动化系统中的“眼睛”，用于收集来自工业过程的信息。2执行机构执行机构是自动化系统的“手”，用于根据控制信号执行操作。3控制器控制器是自动化系统的“大脑”，用于接收传感器信息并发出执行指令。4人机界面人机界面是自动化系统的“嘴巴”，用于人与系统之间进行交互。传感器的概述传感器是工业自动化系统的“眼睛”，它可以感知外部环境的变化，并将其转换为电信号。传感器在工业自动化系统中扮演着至关重要的角色，它可以感知温度、压力、流量、位移等物理量，并将这些信息传递给控制系统。控制系统根据这些信息做出判断，并发出指令，从而实现对生产过程的控制。传感器的工作原理是利用物理现象或化学反应，将被测物理量转换为电信号。例如，温度传感器可以利用金属的电阻随温度变化的特性来测量温度。传感器在工业自动化系统中发挥着重要的作用，可以提高生产效率、保证产品质量、降低生产成本，同时也可以提高生产的安全性和可靠性。常见传感器类型位置传感器用于测量物体的位置，例如编码器、电位计和霍尔传感器。速度传感器用于测量物体运动的速度，例如脉冲传感器、涡流传感器和多普勒传感器。加速度传感器用于测量物体的加速度，例如MEMS加速度计和压电加速度计。温度传感器用于测量温度，例如热电偶、热电阻和红外传感器。检测信号的数字化1模拟信号连续变化的信号2数字信号离散的数字信号3模数转换将模拟信号转换为数字信号工业自动化中，传感器通常产生模拟信号，需要将其转换为数字信号才能被计算机处理。模数转换(ADC)器件负责将模拟信号转换为数字信号。执行机构的作用接受指令执行机构接收来自控制系统的指令，并将其转化为相应的动作。驱动执行执行机构根据指令驱动机械部件或设备，完成相应的生产任务。反馈状态执行机构将执行状态信息反馈给控制系统，以便控制系统进行调整。常见执行机构类型液压执行机构液压执行机构具有功率大、响应速度快、承载能力强等优点，适用于重载、高速、高精度等应用场合。气动执行机构气动执行机构具有结构简单、维护方便、成本低廉等优点，适用于轻载、中速、低精度等应用场合。电动执行机构电动执行机构具有响应速度快、精度高、易于控制等优点，适用于需要精确控制、高速运行的场合。工业现场总线技术工业现场总线技术是现代工业自动化系统中重要的通信技术，它取代传统的点对点连接方式，实现设备之间的数据传输，并实现更高效的数据共享和控制。现场总线技术具有以下优势：提高生产效率降低成本增强系统可靠性简化系统设计和维护现场总线标准介绍FOUNDATIONFieldbus用于过程控制应用，支持多种通信协议和网络拓扑结构。PROFIBUS用于自动化和过程控制，提供高速度、高可靠性的通信。CANopen基于控制器局域网络(CAN)的开放式通信协议，广泛应用于自动化领域。编程控制器基本结构中央处理单元(CPU)负责执行程序，控制系统运行。输入/输出模块(I/O)连接传感器和执行机构，接收和发送控制信号。存储器存储程序、数据和系统参数。通信接口与其他设备进行数据交换。编程控制器工作原理1输入信号采集PLC接收来自传感器、开关等的输入信号，并将其转换为数字信号。2程序执行PLC根据用户编写的程序逻辑，对输入信号进行处理，并生成输出信号。3输出信号控制PLC将处理后的输出信号发送到执行机构，控制电机、阀门等设备。4循环扫描PLC不断重复上述三个步骤，形成一个闭环控制系统。编程控制器编程语言梯形图易于理解，类似于继电器控制电路指令表使用助记符指令，更接近于汇编语言功能块图采用图形化方式，便于程序流程的表达结构化文本类似于高级编程语言，支持变量和数据结构可编程序逻辑控制器1工业自动化核心可编程逻辑控制器（PLC）是现代工业自动化中不可或缺的一部分，用于控制和管理各种工业过程。2灵活可编程PLC可以根据不同的应用场景和需求进行编程，以实现各种自动化功能。3可靠性高PLC经过严格设计和测试，具有很高的可靠性和稳定性，能够在恶劣的工业环境中稳定运行。分布式控制系统分散控制将控制任务分配给多个子系统，每个子系统负责控制特定区域或设备。独立操作每个子系统能够独立运行，即使其他子系统出现故障，也不会影响整个系统的正常运行。数据共享子系统之间可以共享信息和数据，提高系统整体的协同性和效率。工业以太网技术工业以太网是近年来工业自动化领域快速发展的一种网络技术，它将以太网技术与工业控制应用相结合，为工业自动化系统提供了一种高带宽、高可靠性、低成本的通信解决方案。工业以太网技术具有以下优势：高带宽和低延迟开放式标准和互操作性易于安装和维护高可靠性和安全性工业机器人概述工业机器人是自动化生产线的重要组成部分，广泛应用于各种工业领域，以提高生产效率、改善工作环境、降低生产成本。它们能够执行各种任务，包括焊接、喷涂、装配、搬运、包装等。机器人基本结构和分类基本结构工业机器人通常包含机械臂、驱动系统、控制系统、传感器和执行器。机械臂负责完成具体的动作，驱动系统提供动力，控制系统负责控制机器人的动作，传感器提供反馈信息，执行器执行机器人的指令。分类根据机器人的运动方式和应用场景，可以将工业机器人分为关节型机器人、直角坐标机器人、SCARA机器人、并联机器人等。关节型机器人是应用最广泛的一种类型，它可以实现多自由度的运动。机器人工作坐标系X轴机器人手臂在水平方向上的运动。Y轴机器人手臂在垂直方向上的运动。Z轴机器人手臂在深度方向上的运动。机器人常见执行机构机械手用于抓取、搬运和操作物体，根据结构和功能可分为夹持式、吸附式、磁力式等类型。焊接枪用于进行焊接操作，根据焊接工艺可分为电弧焊、激光焊、等离子焊等类型。喷漆机用于进行喷漆操作，根据喷漆方式可分为静电喷漆、空气喷漆、无气喷漆等类型。机器人传感器技术位置传感器提供机器人关节角度或位置信息。速度传感器测量机器人关节或末端执行器的速度。力传感器感知机器人与环境的接触力。视觉传感器提供机器人周围环境的图像信息。机器人编程技术机器人编程语言，如示教编程、离线编程、图形化编程等，提供机器人控制和动作指令。编程软件，用于编写、调试、运行机器人程序，并与机器人控制器进行通信。机器人编程需要考虑作业路径、速度、精度、安全等因素，并进行参数设置和调试。机器人安全防护技术安全围栏将机器人工作区域与人员活动区域隔开，防止人员进入危险区域。紧急停止按钮在紧急情况下，能够迅速停止机器人运行，确保人员安全。安全传感器例如激光扫描仪、压力传感器等，能够检测到人员或物体进入危险区域，并发出警报或停止机器人运行。安全软件通过软件编程，设置安全参数和限制，例如速度限制、工作范围限制等，确保机器人运行安全。工业自动化系统集成1整体优化提高生产效率2互操作性不同设备和系统之间通信3功能扩展满足新的需求4可靠性确保系统稳定运行自动化系统的设计原则模块化设计将系统分解成独立的模块，便于开发、维护和升级。可扩展性系统能够适应未来的变化和扩展需求，避免重新设计。可靠性设计选择高可靠性的硬件和软件，并考虑冗余备份机制。安全性设计考虑安全防护措施，避免系统故障造成人员伤害或财产损失。自动化系统的维护管理定期保养定期检查和维护自动化系统设备，确保其正常运行。更换磨损部件，清理积尘，确保系统稳定性。故障排除及时发现并解决系统故障，避免生产停滞。记录故障原因，分析问题，制定预防措施，提升系统可靠性。软件更新及时更新系统软件，修复漏洞，提升安全性和性能。进行版本控制，确保更新过程顺利，避免数据丢失。自动化技术在行业中的应用制造业提高生产效率，降低成本，提高产品质量。电力行业提高发电效率，保障电力安全，提高电力系统运行效率。交通运输提高交通效率，保障交通安全，