工业自动化作业.doc

主要技术在工业自动化中的应用及发展系别： 机电工程系 专业班级： 13级机械一专业三班 学生学号： 2013071301 学生姓名： 常新 2014年10月25日哈尔滨工程大学主要技术在工业自动化中的发展和应用 常新 签名： （哈尔滨工程大学机电工程学院，机械工程专业，2013071301摘要：通过多年发展，我国目前已渐渐由农业化走向工业化，随着科学技术的进步和新设备的引进研发，我国的工业自动化水平不断得到提升，在诸多工业领域自动化都取得了辉煌的成果，但是和西方发达工业国家相比，我国无论是工业化水平还是工业化的进度上，都存在着很大的差距，因此，从我国的实际情况出发，提高我国工业自动化的水平，对提升我国综合国力和国际竞争力，有着至关重要的作用。本文将从我国的工业自动化现状出发，找出我国工业自动化发展存在的问题，研究我国工业自动化的发展趋势，并对我国的工业自动化发展提出建议。关键词：工业自动化；技术发展；PLC；电子技术Development and application of main industrial automation technologyChang XinAbstract: Through many years development, our country at present already gradually by farming industrial, with the development of scientific technology and the introduction of new technology, new equipment research and development, Chinas industrial automation level get promoted continuously, in many industrial field have reached the pinnacle of achievement, but and western developed country, compared to our country industrialization level or whether the progress of industrialization, there are a large gap, therefore, from Chinas actual conditions, enhance sour country industrial automation level, our country to promote the comprehensive national strength and international competitiveness, and has an important role. This paper is in Chinas industrial automation present situation, find out the industrial automation development in our country, the problems of Chinas industrial automation, the development trend of our country and the industrial automation development put forward some Suggestions.Keywords: industrial automation; technology development; PLC; electronic technology7随着我国现代科学技术的繁荣发展，炼油、化工，冶金、电力、生物、制药等行业的投资生产的规模越来越呈现多层次化，复合化，施工难度更加复杂化，随着对新设备的引进和新的操控技术的掌握，各种可以一部分代替操作人员的手工操作，有力的保证了施工标准的执行，规范了操作程序，降低了工作人员的生命财产风险，提高了生产管理的效率，降低了生产管理的成本，为整个工业化的发展奠定了良好的基础。工业自动化综合运用控制理论、电子装备、仪器仪表、计算机和相关工艺技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、节省能耗、降低消耗、减少污染、确保安全等目的的一种综合惟技术，使生产在不同程度上自动地进行，并达到预定的目标，这种用自动化装置来管理生产过程的办法，称为生产过程自动化。一、 我国工业自动化的发展现状 我国的经济发展近年来已经取得了辉煌的成果，工业化的水平不断得到提升，工业中的自动化程度也日益加深。但是从我国的整体工业化发展状况来看，我国的传统产业存在着技术装备陈旧落后，能源消耗率高，资源浪费多，产品质量难以得到保障，对工业化自动化的管理水平较低，这些方面与西方发达工业国家相比，有着巨大的差距，我国自改革开放来，虽然加大了对设备技术等方面的引进和研发，但在核心技术上的突破艰难，设备技术自动化水平远远落后于西方发达工业化国家。面对着激烈的世界竞争，我国必须将现代电子技术，现代信息技术运用到我国的传统工业技术的实施上来，不断提高我国工业化水平和自动化水平，这是提高企业素质，提高整体效益最有效的方法之一。 二、 我国工业自动化的发展方向工业自动化技术是当今微电子技术和电 力电子技术领域中高技术的综合应用技术，这 也是工业自动化技术的特点之一。工业自动化 是工业技术改造和进步的主要手段，它综合应 用系统科学、认知科学、信息科学、控制科学 与工程等理论，形成相应的自动化软硬件及系 统，实施检测、控制、优化、调度、管理与决 策，达到增加产量、提高质量、降低成本、减 少资源消耗、环境污染和确保安全的目的。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。工业自动化企业关系到民用甚至军工行业的制造水平，政府要加大对工业自动化企业的引导和扶持。政府部门要引导自动化企业转变观念、稳定心态，提高产品质量以及服务质量，引导优秀的国产品牌进入重要领域，为民族企业的发展提供空间。企业加大对自动化核心技术的研究，加大投入力度。对以生产产品为主或者专门进行系统开发的企业特长推出主打产品能，才能取得进一步发展。务必要在应用上展现自己的专业化，在系统平台方面则可以考虑开放化和标准化。未来的技术开发靠某个企业单打独斗可能性较低，企业应考虑资产重组或者进行联合开发，企业只有拿出自己的核心技术，整合资源，才能不断增强本企业的核心竞争力。三、 核心技术的应用 1.工业自动化控制技术的应用 1.1 智能控制 智能控制作为人工智能的一个研究与应用 方面，与自动控制、运筹学、系统论、信息论 等学科的结合，已形成一个新兴的交叉学科系 统，在实际应用中已产生了许多类型的智能控 制系统，如多级递阶智能控制、基于知识的专 家系统、基于模糊逻辑的智能模糊控制、 基于神经网络的智能神经控制、基于规则 的仿人控制、基于模式识别的智能控制、多模 变结构智能控制、学习控制与自学习控制、基 于混沌理论的智能混沌控制等类型。与其 它行业一样，智能控制作为一项关键技术，在 钢铁工业中也得到了较多的应用。在各个生产 工序中，用于设定与控制、生产计划的安排与 调整，以及设备诊断、监测、学习等方面。智 能控制能在钢铁工业中得到较多应用，是与它 的特点分不开的，它适合于那些含有复杂性、 不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知 算法的非数字过程，并以知识进行推理，以启 发引导求解过程；也可以对具有以知识表示的 非数学广义模型和以数学模型表示的过程进行 混合控制。智能控制的发展，将会使工业自动 化的过程控制有更大进展。1.2 以PLC为基础的分布式控制系统 PLC作为专为工业环境应用而设计的数字 运算电子系统，实现了单机、车间、工厂的自 动化控制。它表现出了诸多的优点，具有抗干 扰能力强、维修方便等特点，由于PLC对现场 进行实时监控具有很高的可靠性，且编程简 单、灵活，因此得到广泛的应用。随着科技的 进步，它的控制功能将会演变成更加复杂的过 程控制和连续控制，这也为将来成为未来的支 柱性技术产业而奠定坚实的基础。1.2.1 模拟量控制 根据控制对象特征，PLC通过组合功能模 块组装能成功地控制系统，来灵活实现系统 控制。PLC有主机模块、I/O模块、高速计数模 块、位置控制模块、模拟量控制模块、通信模 块等。PLC的模拟量控制能大大地提高过程控 制系统的精度，它可以对热处理的升温、降 温、保温等过程进行严格的控制，给热处理过 程的控制设计和维护带来了极大的方便，这是 以往的仪表控制系统很难实现的。1.2.2 开关量控制 作为继电器控制的替代品，PLC的自动开 关量控制提高了控制的可靠性，它用中间继电 器控制系统动作，根据顺序控制器的公式进行 设计，画出顺序控制器控制部分梯形图，并根 据模拟仿真进行检查，保证设计的规范化。 1.2.3 位置控制 在工业自动化控制中，位置控制占有很重 要的地位。工业生产中，机床刀具串刀补偿控 制、主轴精确分度控制、搬运定位控制都是位 置控制的方式。PLC可通过控制步进电机，给 步进电机绕组发出脉冲，能精确地确定步进电 机位移，来达到位置控制的目的。 1.2.4 系统集中控制 PLC不仅可以实现自动化控制，而且也适 用于系统本身的控制，如控制系统故障检测和 显示等。控制系统的原理是根据时限故障检测 和逻辑错误检测的原则进行系统监控。由于机 床设备在工作循环中的各工步运动在执行时都 需要一定的时间，在检测工步动作时可启动定 时器，并将定时器的输出信号作为自动停机信 号或启动报警信号。 1.3三电一体化和嵌入式系统 任何工业自动化系统都是由检测仪表或 传感器(电测)，自动控制装置(电控)和以电力 传动为主的执行机构(电力传动)构成的三电一 体化系统。没有符合检测精度要求的电测仪表 或传感器和满足动静态技术指标要求的电力传 动执行机构，自动化控制装置是不能发挥作用 或难以达到要求的控制精度。虽然三电系统的 各种装置是由各个厂家的产品集成，但是只有 全面地掌握三电综合技术才能承担和完成自动 化工程项目，特别是大中型工业自动化工程项 目。计算机技术、通信技术和控制技术在工业 自动化控制领域有机结合的产物和产品升级， 实现控制系统更高一级高精度、高性能、高可 靠、高适应性，多功能、低消耗等功能成为现 场总线技术发展最新趋势。而促进系统组态傻 瓜化是现场总线在应用上又一新发展趋势。针 对总线传输速度而言，应继续发展和完善低速 现场总线技术，同时注重高速现场总线技术的 研发。综合自动化系统是为实现企业综合自动 化而提出，相应的ERP/MES/PCS三层结构体系 是当今世界工业自动化技术的另一发展趋势。 2.工业自动化控制系统的发展展望 随着IT和控制技术的融合的不断深入，工 业自动化控制技术正在向智能化、网络化和集 成化方向发展，自动控制的三大构成系统也将 有新的突破。 PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性 方向发展。在基于PLC自动化的早期，PLC体积 大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC已 经出现，价格只有几十到几百欧元不等。随着软PLC（Soft PLC)控制组态软件的进一步完善 和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控 制的市场份额将逐步得到增长。当前，过程控 制领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术 的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供 应商开始提供Ethernet接口。可以相信，PLC 将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基 于工业PC的控制系统。DCS将向信息管理系统和计算机网络控制 扩展，将过程控制和信息管理系统紧密结合起 来，构成计算机集成过程系统(CJPS)。CIPS除 了要完成传统DCS过程控制的功能外，还要实 现运行支持和决策支持的功能，包括质量控 制、过程管理、在线优化、经营管理、决策分 析等。网络是当今工厂自动化的核心，是计算 机集成过程系统的基础，而工厂自动化的每一 层都有适用于自己的网络。计算机集成技术和 现场总线的发展，将对DCS的结构产生重大影 响。目前DCS的结构将受到上下肢解，上层工 作站将与CIPS紧密结合，DCS将演变成CIPS的 低层部分；在现场级，现场总线的应用将使传 统的DCS输人输出结构彻底改变。现场总线将 对自控领域带来深刻影响，工业控制系统的体 系结构将以统一的现场总线为纽带构成，现场 控制系统(FCS)代称将是新世纪的开放控制系 统。工业计算机，从软交换机到即插即用的通 信服务器，将成为一个与信息网络融为一体、 以人为中心的随时随地地服务平台。各种各样 的工业计算机技术将无处不在，它们将通过多 样化网络通信方式，无缝地集成在一个信息网 络里，随时随地为人们提供所需要的丰富多彩 的服务，而又不为人所察觉。新的工业计算机 体系结构有更强的交互和互操作性，同时也是 多种信息系统的融合平台。3、机器人技术的发展与应用机器人行业是一个不断创新 , 迅速发展的市场 , 并已经取得了巨 大的技术进步。 工业机器人目前已 经成为用户获得高产品质量的不可 或缺的技术手段 。 随着机器人技术 领域的进步 , 这种通用 自动化设备 的应用领域也在不断扩展 。 当前来看 , 汽车行业仍然是工业机器人技 术最重要 、 最传统的应用行业 , 然 而 , 在汽车之外的其他一些新的行 业 , 如食品和塑料工业里面 , 机器 人技术也在迅速获得越来越多的关 注。 此外 , 工业机器人技术对于代 替在危险工作区和恶劣环境下 主 要指一些高温条件、 低温如冷冻食 品工业 、 化工品或者枯燥乏味的工 作条件 工作的工人 , 具有相当重 要的作用。 技术的发展过程同样显示了 机器人在新应用领域的巨大潜力 。 目前 , 在提高机器人安全性方面 , 一些创新的安全概念和技术得到了长足的发展 , 如传感器技术、 软件和视觉技 术 。 随着安全 性的提高 , 机 器人将更容易 成为工人的得 力 生 产助 手 , 在提高生产力 方面发挥作用 。 作为工业 自动 化水平的象征 , 机器人技术现 在已经不再受限于安全问题的制 约 , 从而可以应用到更广泛的领 城。 在一个机器人单元内, 通过多 台机器人同步操作来进行生产也 代表了一个创新性的应用方向 , 值 得关注 。 从 下表 可 以 看出, 世界实际装 备工业机器人数里 从 卯 年的 万台 发展到火扣阵年底的 近 万台, 而且预 计这一增长趋势还 将持续下去 。 对高 工资国家 , 自动化 成为降低单位劳动力成本的惟一有 效的重要手段 , 这一点对于企业底 得国际竞争力和持续发展能力来说 无疑是一个重要的前提。 当然 , 我们 也要看到 , 自动化并不意味着就业 机会的减少 , 事实上在很多地方自 动化被证明有助于降低工作强度 , 并有助于创造新的工作岗位。 另一 方面 , 在低工资水平国家 , 企业要达 到国际上的高产品质量标准要求 , 自动化技术同样不可缺少。 因而 , 我 们可以明显地看到 , 机器人市场的 增长不仅来自于机器人在新的应用 领域的扩展 , 同样也来自上述地区 性工业水平发展的因素.4、装配自动化制造企 业 正 在通 过 技术创 新 , 提供高质 产品和具有吸引 力的产品价格等方式加强 自身的 竟争力 。 在实现这些 目标的过程 中 , 装配过程作为生产流程的最 后一步将扮演重要的角色 通过 适当的装配策略 , 企业可以提高 生产力 , 削减更多的成本并提高 产品质 。 在装配 自动化方面 , 目 前最热门的讨论话题莫过于 “ 混 合装配系统” 、 “ 单件流生产 、 “ 棋 块化设计 ” 等。 当今的市场变化很快 , 如产 品型号在经常发生改变 , 新产品 要求层出不穷 , 产品生命周期越 来越短 , 这些都要求更加灵活的 , 具有高度 自适应性的装配系统 。 对于工厂来说 , 现在越来越难事 先确定需要生产的单元数 。 面 对这样的市场 , 解决方案只能是 建立一个高度模块化的系统 。 在 系统中 所有机械的、 电气的和控 制接 口都必须实现标准化 , 然后 都建立在 “ 工作模块 ” 中 , 从而实 现可重用性 , 在许多不同产品的 生产中都能发挥它们的作用 。 与模块化的方式相反 , 还有一 种方式经常被用于高产能和高装 配速率的应用中。 这种方式在一个 小空间内集成了机械组件、 电子组 件和 组件 , 实现了一个高性能的 机电一体化装配系统。 这种方式可以满足用户对生产周期短 、 质 高 、 精度高等目标的要求 。 所有生产过程的完全的智能 化 同步作为精 益 生 产概 念 的核 心 , 其 目标是避免任何形式的缓 冲区或中间库存 。 在装配应用中 , 精益生产一般要求将常用的手工 装配步骤排列成 形 , 而工人在整 个 形装配单元内 , 沿着工件的装 配 顺 序一 个工 位一个工 位地移 动 , 从而保证 了物流的流程距离 最短 。 采用这种方式的最主要的 好处在于其内在的柔性 即装配 单元内的工人数量可以根据当前 生产需求每天进行调整 。 随着传感器和软件的大量应 用 , 装配 自动化的优势正在逐步 体现 由于计算能力有了大幅度 的提升 , 机械的 “ 智能化 ” 成本已 经变得越来越低 机器视觉技术 的应用可 以帮助确定正确的工件 方位 , 进行精确的运动控制和完 成在线质量检测 机 电式抓取手 保证对工件的抓取力度适中 , 不 会 因 为 抓 取 而 损 坏 工 件 而 技术则是远程诊断的基 础 , 允许操作员在世界的任何角 落监控生产过程 。5、机器视觉我们的很多能力都要依赖于 视觉能力 , 包括辨别物体和估计物 体距离。 尽管人类的视觉能力让人惊讶 , 但是我们还 是必须承认 , 今天 的生产技术对视 觉能力的要求 已 经 越来越超出了 人类 自身的能力 。 生产 的速度可能 快得让我们的眼 睛都无法处理和 识别 , 如纸机生产纸张的速度就相 当惊人 。 因此 , 依靠人眼进行在线 视觉检测是不可行的。 还有其他像 微芯片等大批量生产的产品 , 尺寸 非常小 , 当需要检测的芯片结构达 到微米级的时候 , 人眼是无法跟上 的。 另外还有一些对安全要求非常 严格的产品 如安全气囊 检测中 , 在每一百万件产品中都不允许出 现一个缺陷。 为了应对这些挑战 , 工程师们找到了一个令人振奋的 解决方案 让机械设备本身获得视 觉能力 , 即机器视觉技术。 机器视觉这一使能技术 已经 成为竟争制造、 创新过程和新产品 的同义词 , 从而最终极盖了所有工 业领域和现代生活的方方面面。 作 为“ 机械设备的眼睛” , 它赋予机器 和设备视觉感知的能力 通过镜头 产生物体图像 包括汽车车身、 医 用注射器 、 平板显示设备等 , 并进一步从图像中获得信息 。 所获得的 这些信息 。 可以用于完成过程验 证 、 诊断任务和帮助进行自动化的 智能决策 , 让决策过程不但可靠而 且效率很高。 机器视觉技术的自动 化检测应用很广 , 例如检测汽车钢 边的焊缝有无缺陷或安全危险 纺 织品上的花纹是否正确 , 所有的巧 克力是否都装进了盒子以及是否 处于正确的位里等等。 尽管该技术 已经在制造业和非制造行业扮演 了主要的角色 , 但据估计目前只有 巧 州 口 的市场应用得到了实现 。 因此 , 还有更多的应用存在选择机 器视觉技术的可能。6、过搜行业自动化技术的发展道势, （1）通信服务将日益需要根据调查问卷 , 当设备制造 商被问到 , 他们的设备中具备智 能诊断系统、 通讯服务 、 现场质量 控制和总线 工业以太网技术的设 备占多大比重的时候 , 有 家企 业都表示 比重会越来越大 , 在今 后几年所有这些技术肯定都会起 到重要作用 。 到 年的时候 , 总 线技术将成为一种通用技术 , 而 工 业 通 讯 技术 的增 长会 最 大 , 年将有超过半数的出货产品 具备通讯功能 , 而今天只有大约 的出厂产品具备该功能。 这个变化 结 果 是 由 用 户 需 求 所 决 定 的 , 并在问 卷 过 程 中 得 到 了 众 多 被 调 查 者的肯定。 诊 断 系 统 和 现 场质量控制也正变得重要起来 , 不过还不及总线技术和通讯技术 那样变化显著 如图 。 对 位 教授的调查更多地关注他们对未 来发展趋势的看法 , 不过他们对 通讯服务技术的看法是类似的 如图 。 将丧失在现场通讯中 的惟一垄断地位 现在很多生产商都倾向于采用 总线和以太网技术。 其中一共有肠 家企业回答了关于他们正在使用的 通讯系统的问题 , 其中用得最多的 还是 旧 朋 如表 。 工业以太网 目前也有广泛的应用 , 不过这些被 调查的企业并没有专门