《自动化控制系统基础》课件

自动化控制系统基础本课程介绍自动化控制系统基础知识，涵盖定义、特点、组成、分类、原理、应用等方面。自动化控制系统的定义和特点定义自动化控制系统是利用自动装置代替人工操作，实现对生产过程的自动控制。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、减轻劳动强度。自动化控制系统的组成1传感器感知被控对象的物理量，并将其转化为电信号。2控制器接收传感器信号，根据设定值进行计算，输出控制信号。3执行机构接收控制信号，对被控对象进行控制，实现设定值。4被控对象需要被控制的设备或生产过程。自动化控制系统的分类按控制方式分类开环控制系统、闭环控制系统。按控制对象分类过程控制系统、运动控制系统。按控制功能分类温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统。按系统结构分类集中式控制系统、分散式控制系统。自动化控制系统的基本原理1目标设定2传感器测量3控制器计算4执行机构控制5被控对象反馈反馈控制系统的组成和工作原理传感器测量被控对象的状态。控制器比较实际值与设定值，发出控制信号。执行机构根据控制信号改变被控对象的运行状态。被控对象需要被控制的设备或生产过程。开环控制系统和闭环控制系统开环控制系统没有反馈信号，控制精度低，但结构简单。闭环控制系统有反馈信号，控制精度高，但结构复杂。常见的控制模式1比例控制控制输出与偏差成比例。2积分控制控制输出与偏差积分值成比例。3微分控制控制输出与偏差变化率成比例。比例控制、积分控制和微分控制比例控制快速响应，但存在静差。积分控制消除静差，但响应速度慢。微分控制抑制震荡，但对噪声敏感。PID控制器的结构和工作原理1比例环节放大偏差信号。2积分环节累积偏差信号。3微分环节预测偏差变化趋势。自动化仪表的分类和特点1测量仪表测量被控对象的物理量。2控制仪表实现对被控对象的控制。3执行仪表执行控制信号，改变被控对象的运行状态。4辅助仪表辅助测量和控制功能。常用的传感器和变送器温度传感器测量温度。压力传感器测量压力。流量传感器测量流量。最终控制元件的分类和特点执行机构的工作原理气动执行机构利用压缩空气作为动力。液压执行机构利用液压油作为动力。电动执行机构利用电机作为动力。液压和气动执行机构液压执行机构力量大，响应速度快，但结构复杂，维护成本高。气动执行机构结构简单，成本低，但力量小，响应速度慢。电气执行机构1步进电机精度高，但速度慢，转矩小。2伺服电机响应速度快，转矩大，但成本高。3直流电机结构简单，成本低，但控制精度低。计算机在自动化控制系统中的应用数据采集收集传感器信号。控制算法根据设定值进行计算。控制信号输出控制执行机构。人机交互提供操作界面。分布式控制系统的特点和优势特点将控制任务分散到多个控制器上。优势可扩展性强，可靠性高，维护方便。现场总线技术及其应用1现场总线2提高信息传递效率3降低系统成本4扩展性强工业以太网的特点和应用1特点传输速率快，可靠性高，可扩展性强。2应用数据采集、控制信号传输、设备管理。工业通信总线标准1PROFIBUS德国西门子公司主导的工业总线标准。2CANopen基于CAN总线，应用于运动控制系统。3Modbus广泛应用于工业自动化领域的通信协议。自动化控制系统的安全性和可靠性安全规范遵守相关安全标准和规范。安全测试定期进行安全测试和评估。安全监控实时监控系统运行状态。自动化系统的维护和诊断维护定期检查，更换零部件，确保系统正常运行。诊断分析故障原因，进行维修或更换。自动化控制系统的设计方法1需求分析确定控制目标和技术指标。2系统设计选择控制方案，确定系统架构。3软件编程编写控制程序。4仿真调试模拟实际运行环境进行测试。5验收测试确保系统满足设计要求。集成化自动化系统的建设系统集成将不同子系统整合为一个整体。数据共享实现数据互通。统一管理提高系统效率。自动化系统的软件编程技术PLC编程用于工业控制应用。DCS编程用于过程控制应用。SCADA编程用于数据采集和监控。自动化系统的仿真与调试仿真模拟实际运行环境进行测试。调试解决系统问题，确保正常运行。自动化系统的验收和交接验收测试确保系统满足设计要求。系统交接完成系统移交，进行技术培训。自动化控制系统的发展趋势智能化人工智能技术应用于自动