了解电气自动化及工业自动化-.pptx

了解电气自动化1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4.0PLC基础知识2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3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、复性代数、复变函函数、概率数、概率论、系、系统辨辨识、离散数学、离散数学、运筹学、运筹学、经典控制、典控制、现代控制、智能控代控制、智能控制制4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。5四次工业（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。6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7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。85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9RFID技术10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11德国工业4.0、中国制造202512PLCPLC基基础知知识一、一、PLCPLC的的产生与生与历史史二、二、可可编程控制器的定程控制器的定义三、三、PLCPLC的的现状及状及发展展趋势四、四、PLCPLC的特点的特点五五 、PLCPLC的基本功能的基本功能一、一、一、一、PLCPLCPLCPLC的的的的产产生与生与生与生与历历史史史史l用用户迫切迫切需要需要一种先一种先进的自的自动控制装置控制装置继电器控制系器控制系统先先进自自动控制系控制系统n世界上第一台世界上第一台PLCPLC 19691969年由美国数字年由美国数字设备公司（公司（DECDEC）根据美国通用汽根据美国通用汽车公司（公司（G GE E）的要求的要求研制成功研制成功。n背景：背景：19681968年美国通用汽年美国通用汽车公司（公司（G GE E），），为了适了适应汽汽车型号的不断更新，生型号的不断更新，生产工工艺不断不断变化的需要，化的需要，实现小批量、多品种生小批量、多品种生产，希望能有一种新型工，希望能有一种新型工业控制器，控制器，它能做到尽可能减少重新它能做到尽可能减少重新设计和更和更换电器控制系器控制系统及接及接线，以降低成本，以降低成本，缩短周短周期。期。n 设计思想：思想：吸取吸取继电器和器和计算机两者的算机两者的优点点 继电器控制系器控制系统体体积大、可靠性低、接大、可靠性低、接线复复杂、不易更改、不易更改、查找和排除故找和排除故障困障困难，对生生产工工艺变化的适化的适应性差，性差，但但简单易懂、价格便宜；易懂、价格便宜；计算机算机功能功能强大、灵活（可大、灵活（可编程）、通用性好程）、通用性好，但但编程困程困难；采用采用面向控制面向控制过程、面向程、面向问题的的“自然自然语言言”进行行编程，使不熟悉程，使不熟悉计算机算机的人也能很快掌握使用。（梯形的人也能很快掌握使用。（梯形图）n定定义：国国际电工委工委员会（会（IECIEC）于于19871987年年颁布了可布了可编程控制器程控制器标准草案第三稿。在准草案第三稿。在草案中草案中对可可编程控制器定程控制器定义如下：如下：“可可编程控制器是一种数字运算操作的程控制器是一种数字运算操作的电子系子系统，专为在工在工业环境下境下应用而用而设计。它采用可。它采用可编程序的存程序的存储器，用来在其内部存器，用来在其内部存储执行行逻辑运算、运算、顺序控制、定序控制、定时、计数和算数和算术运算等操作的指令，并通运算等操作的指令，并通过数字式和模数字式和模拟式的式的输入和入和输出，控制出，控制各种各种类型的机械或生型的机械或生产过程。程。可可编程控制器及其有关外程控制器及其有关外围设备，都，都应按易于与工按易于与工业系系统联成一个整体，易于成一个整体，易于扩充其功能的原充其功能的原则设计”。二、二、可可编程控制器的定程控制器的定义三、三、PLCPLC的的现状及状及发展展趋势 nPLCPLC三大流派三大流派欧洲：欧洲：德国的西德国的西门子子(SIEMENS)(SIEMENS)、AEGAEG及法国的及法国的TITI公司公司美国：美国：A-BA-B（Allen-BradlyAllen-Bradly）(其其产品品约占美国占美国PLCPLC市市场5050的份的份额、GEGE（General General ElectricElectric）、莫迪康、莫迪康(MODICON)(MODICON)公司、德州公司、德州仪器器(T1)(T1)公司、西屋公司公司、西屋公司 日本：日本：三菱三菱电机（机（Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric）、）、欧姆欧姆龙（OMRONOMRON）、）、FUJI FUJI （日本主要日本主要发展中小型展中小型PLCPLC，在世界小型在世界小型PLCPLC市市场上，上，日本日本产品品约占有占有7070的份的份额。在中国，。在中国，OMRONOMRON产品的品的销量居首位。）量居首位。）PLCPLC的的现状及分状及分类可可编程序控制器分程序控制器分类1.1.按按结构形式分构形式分类 整体式整体式PLCPLC：整体式是将整体式是将PLCPLC的的CPUCPU、存、存储器、器、I/OI/O单元、元、电源等安装在同一机体源等安装在同一机体内，构成主机，另外内，构成主机，另外还有有I/OI/O扩展展单元配合主机使用，用以元配合主机使用，用以扩展展I/OI/O点数。整体式点数。整体式PLCPLC的特点是的特点是结构构紧凑、体凑、体积小、成本低、安装方便，但小、成本低、安装方便，但输入入输出点数固定，灵活出点数固定，灵活性性较低，小型低，小型PLCPLC多采用多采用这种种结构。构。组合式合式PLCPLC：组合式合式PLCPLC是由一些是由一些标准模准模块单元元组成，采用成，采用总线结构，不同功能构，不同功能的模的模块（如（如CPUCPU模模块、输入模入模块、输出模出模块、电源模源模块等）等）通通过总线连接起来。接起来。组合式合式PLCPLC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模的PLCPLC，多用于大型和中型，多用于大型和中型PLCPLC。组合式PLC电源模块CPU模块IO模块底 板模块式模模块式式结构构PLCPLC的的结构构2.2.按控制按控制规模分模分类输入入输出的出的总路数，又称路数，又称为I/OI/O点数，是表征点数，是表征PLCPLC控制控制规模的重要参数。因此，按控模的重要参数。因此，按控制制规模模对PLCPLC分分类时，可分，可分为：1.1.小型小型PLCPLC：I/OI/O点数点数较少，在少，在256256点以下的点以下的PLCPLC。2.2.中型中型PLCPLC：I/OI/O点数点数较多，在多，在256256点以上、点以上、20482048点以下的点以下的PLCPLC。3.3.大型大型PLCPLC：I/OI/O点数点数较多，在多，在20482048点以上的点以上的PLCPLC。但大中小型但大中小型PLCPLC的划分并无的划分并无严格的界限，格的界限，PLCPLC的的I/OI/O点数可以依据需要灵活配置。点数可以依据需要灵活配置。（1 1）向高速度、大存）向高速度、大存储容量方向容量方向发展展 （CPUCPU处理速度理速度nSnS级；内存；内存2 2M M字字节）（2 2）向多品种方向）向多品种方向发展和提高可靠性展和提高可靠性 （超大型和超小型）（超大型和超小型）（3 3）产品更加品更加规范化、范化、标准化准化（硬件、（硬件、软件兼容的件兼容的PLCPLC）（4 4）分散型、智能型、与）分散型、智能型、与现场总线兼容的兼容的I I0 0（5 5）加）加强联网和通信的能力网和通信的能力（6 6）控制的开放和模）控制的开放和模块化的体系化的体系结构构OMACOMAC（open Modular Architecture for open Modular Architecture for ControlControl）PLCPLC的的发展展趋势 就全世界就全世界自自动化市化市场的的过去、去、现在和可以在和可以预见的未来而言，的未来而言，PLCPLC仍然仍然处于一种核于一种核心地位。心地位。在最近出在最近出现在美国、欧洲和国内有关探在美国、欧洲和国内有关探讨PLCPLC发展的展的论文中，文中，这个个结论是是众口一众口一词的，尽管的，尽管对PLCPLC的未来的未来发展有着展有着许多不同的意多不同的意见。近年来近年来PLCPLC的市的市场销售一直售一直坚挺；挺；PCPC控制控制有了引人注目的有了引人注目的进展，但展，但毕竟只能竟只能对高高端的端的PLCPLC产品形成品形成竞争；争；小型、超小型小型、超小型PLCPLC的的发展展势头令人刮目相看；令人刮目相看；PLCPLC和和PCPC控制控制在今后可能在今后可能相互融合。相互融合。通用性通用性强，使用方便，使用方便 功能功能强，适，适应面广面广 可靠性高，抗干可靠性高，抗干扰能力能力强 控制程序可控制程序可变具有很好的柔性具有很好的柔性 编程方法程方法简单，容易掌握，容易掌握 PLC PLC控制系控制系统的的设计、安装、安装、调试和和维修工作少修工作少.极极为方便。控制程序方便。控制程序变化方化方便便.具有很好的柔性。具有很好的柔性。体体积小、重量小、重量轻、功耗低、功耗低 四、四、PLCPLC的特点的特点 1.1.梯形梯形图编程程语言言两种梯形两种梯形图的的继电器符号器符号图对照照 梯形梯形图（Ladder diagram）编程程语言言是一种是一种图形形语言言 ,类似于似于继电器控制器控制线路路图的的一种一种编程程语言言，它，它面向面向控制控制过程，程，直直观易懂易懂，是，是PLCPLC编程程语言中言中应用用最多的一种最多的一种语言。言。物理物理继电器器 PLC继电器器常开常开常常闭 触触 点点线 圈圈五五 、PLCPLC的基本功能的基本功能(1)(1)名名词解解释软继电器器 PLCPLC的的继电器器不是不是物理物理的的电器器，它是，它是PLCPLC内部的内部的寄存器位寄存器位，因，因为它具有与物理它具有与物理继电器器相似的功能相似的功能，常称之，常称之为“软继电器器”。P PL LC C每一个每一个继电器器都都对应着内部的着内部的一个寄存器位一个寄存器位，该位位为“1”1”态时，相当于，相当于继电器接通器接通；为“0”0”态时，则相当于相当于继电器断开。器断开。常闭触点线圈常开触点说明：明：000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM继电器器 控控 制制SB1线圈圈线圈圈常开触点常开触点常开触点常开触点常常闭触点触点常常闭触点触点(2)(2)两种控制的梯形两种控制的梯形图比比较用用PLCPLC控制控制外部接外部接线不不变，改，改变用用户程序。程序。用用继电器控制器控制要改要改变控制控制电路的路的实际接接线。KMQFUKR M 3 SB1SB2KMKHKM 继电器控制接器控制接线 PLCPLC控制外部接控制外部接线输入入设备PLCSB1SB2KRKM输出出设备 欲改欲改变控制功能：控制功能：主主电路路 相同相同例例如如 PLCPLC采用采用“顺序序扫描、不断循描、不断循环”工作方式，工作方式，这个个过程可分程可分输入采入采样，程序，程序执行、行、输出刷新三个出刷新三个阶段段，整个整个过程程扫描描并并执行一次所需行一次所需的的时间称称为扫描周期。描周期。输输入入入入端端端端子子子子输输入入入入锁锁存存存存器器器器输输入入入入状状状状态态寄寄寄寄存存存存器器器器输输出出出出锁锁存存存存器器器器输输出出出出状状状状态态寄寄寄寄存存存存器器器器输输出出出出端端端端子子子子程程程程序序序序执执行行行行读读读读写写写写输输入采入采入采入采样样程序程序程序程序执执行行行行输输出刷新出刷新出刷新出刷新2.2.PLC PLC循循环扫描工作方式描工作方式3.PLC3.PLC控制的原理控制的原理 等效等效电路路图SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端输入部分入部分输出端子出端子输入端子入端子用用户程序程序输出部分出部分主主电路路KMFUKH M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMKM线圈通圈通电SB1闭合合00000 闭合合接点接点闭合合KMFUKH M 3 QKM通通电KM通通电触点触点闭合合电动机机转触点触点闭合合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMKM线圈断圈断电00001 断开断开接点断开接点断开KMFUKH M 3 QKM通通电KM断断电触点断开触点断开电动停停转触点断开触点断开PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合合