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行业常识 电气时代黄成君2007 01 基本概念 到 从 Learningandthinking 一起认识工业自动化 Everythingis possible 一 什么是自动化 二 什么是工业自动化 三 自动化与工业自动化相关技术有哪些 五 工业自动化市场概况 四 工业自动化系统和产品有哪些 六 工业自动化技术 资讯平台与ASE 目录 Contents 二 什么是工业自动化 一 什么是自动化 2 在无人或较少人的参与下 按照人的要求 对设备 系统或者某种过程进行控制和管理 以完成其承担的任务 吴澄 1 用机器代替人的体力劳动和部分脑力劳动 戴汝为 3 用机器 设备或系统 代替人或在人的操作下 完成某种作业任务 实现某种过程控制 运行 进行某种事物管理等 马正午 控制 管理 机器 设备 信息 资源 对象 物理变化 设备动作 系统联系 过程变化 企业所有生产相关信息等 过程 系统 信号的传递 变幻和处理 动作的执行 信息集成 共享 资源调度 优化和管理 管控一体化 基本认识1 自动化的核心是实现对各种设备和信息的自动控制 一般受控设备主要分为两类 机械设备和电气设备 由于自动化是工业社会的发展趋势和人们的奋斗理想 因此引出了自动化的两大类别 机械自动化和电气自动化 或称 机械工程及其自动化 和 电气工程及其自动化 而对信息的控制是目前最高新最热门的自动控制种类 即 信息化 关键词 机械 电气 信息 机械自动化 电气自动化 信息化 概念 一般而言 机械自动化 是指机床 机器人 机械传动装置 泵 阀门等以及各种专业成套机械设备的自动化 电气自动化 是指发电机 电动机 变压器 连接件 熔断器 断路器 开关柜以及起动器等各种电气产品在各个工作时间段的自动化 信息化 是指对信息的自动感知 转换 采集 传输 处理 调控等过程 机械自动化 机械化时代人们的梦想与追求 电气自动化 电气化时代人们的梦想与追求 信息自动化 信息化时代人们的梦想与追求 自动化是人们的美好梦想与追求 在任何时代 都有着无限生机 概念在延展 更新人类社会的进步和生产力的发展 促进了人类劳动和生活方式的不断改进 由人力劳动发展到机械化 工业化 然后又出现自动化 不同时期的 自动化 概念及其功能 均有可能发生变化 定义的修正 功能的扩充或概念的延伸 应用越来越广泛自动化技术已广泛应用于工业 农业 军事 交通运输 商业 医疗 金融 建筑 教育 服务业及家庭等方面 对机器 物理变化的控制 对各生产线 子系统的协同控制 对企业的综合管控 控制范围更广 控制精度更高 控制性能更好 很枯燥 不好理解 各行业自动化 军事自动化 办公自动化 家庭自动化楼宇自动化 加工制造自动化 电力 冶金 石化 交通 建筑 水等 人们使自己的生活 生产等过程更便捷 更顺畅的需求 自动化的范围 按涉及行业来分 农业生产自动化 工厂自动化 企业信息化 过程自动化 工业自动化 基础自动化 基本认识2 自动化是一个宽泛的概念 代表着人们的一种美好向往 涉及到很多技术 已经深入到现代社会的几乎所有行业 在国外工业化发达国家 自动化的概念及其相关技术已经非常广泛 在国内的很多工业领域 也正在得到越来越深入的应用 关键词 行业 工业 工业 工业自动化 行业 行业自动化 工业是指采取自然物质资源制造生产生活资料或对农产品 半成品进行加工的生产事业 国内一般指国民经济结构中相对于农业 服务业 公用事业而言的第二大产业 英文用 Industry 行业是对农业 工业 服务业 公用事业等所有产业的细分 英文中也用 Industry 表示 行业自动化 一般指的是除 家庭自动化 办公自动化 军事自动化 等之外的 加工制造自动化 以及非加工制造类的 楼宇 交通 电力 煤炭 供水及水处理 等各行业的自动化 目前在国内 说 工业自动化 一般指的是 加工制造业自动化 以区别于 家庭自动化 办公自动化 以及更细分的 楼宇自动化 交通自动化 电力自动化 供水及水处理自动化 等 概念确实有重叠 较模糊 没必要纠缠 知道几个大类和一些重点行业即可 概念 重点行业 1 社会需求量大 钢铁 铝材 电力 石油等 2 国民经济支柱 冶金 电力 石油 石化等 3 与民生紧密相关 电力 建筑 供水及水处理等 4 符合国家政策及长远发展 能源 环保等 过程 流程 流程工业 概念 过程 是指从开始到结束的某段时间里 某件事情的进展及其相关事项状态变化的延续 流程 是相对于 离散 而言的一个概念 流程工业 是指生产过程从开始到结束的时间里是连续的 不能间断或者一般不间断的工业类型 离散工业 是指生产过程可分成明确清晰的很多道工序 各工序之可以间断 可以分开进行的工业类型 一般来说 流程工业过程都包括比较复杂的物理和化学过程 企业生产过程从投料到产出一般不能间断 如发电 从投入煤炭到发出电力 炼油 从原油输入到各类成品油输出 再如化工 医药等 都是一个连续的作业过程 而离散工业过程主要是一些简单的物理变化 特点是生产过程多为加工装配型 可分为多道工序 例如机械加工 车 钳 铣 刨 磨 电气制造 元件生产 装配 检查 测试 再如汽车 家电等 每一个工序完成后 工件都可以在进行下道工序前先放一放 形成了间隔 概念还是有重叠 较模糊 没必要纠缠 自动控制案例 冶金自动化 钢铁行业的典型工艺流程 铁前部分 被控电气及电子设备 电动机 启动器 变频器 开关 传感器 电子秤等 被控机械设备 传送机 料闸 粉碎机 鼓风机 提升机 运载车 风机 阀门 锅炉 除尘器 造球机 焙烧机 贮矿槽 出铁口以及除尘 清洗 除渣设备等 被控物理量 电机转速 物位 气体的温度 湿度 压力 流量 此外还有粉尘 废气等 钢铁行业的典型工艺流程 轧钢部分 被控电气及电子设备 电动机 启动器 变频器 开关 传感器 电子秤等 被控机械设备 转炉 氧枪 鼓风机 连铸机 钢水罐 夹送辊 切割机 喷印辊 输送辊 结晶器 冷却器 中包 拉矫器 除尘器以及除尘 清洗 除渣设备等 被控物理量 电机转速 物位 气体的温度 湿度 压力 流量 此外还有粉尘 废气等 自动控制案例 冶金自动化 钢铁行业的典型工艺流程 控制系统图例 自动控制案例 冶金自动化 自动控制案例 冶金自动化 钢铁行业的典型工艺流程 自动化系统图例 基本认识3 自动控制涉及企业的很多层面 工业自动化是指工业企业中从最底层的元件控制 设备控制到信号获取 采集与转换 关键词 层面 管控一体化 现在我们来总结工业自动化 回答第二个问题 二 什么是工业自动化 二 什么是工业自动化 工业现场的温度 压力 流量 位移等信号的自动测控 工业生产过程中执行机构 机器或设备及其驱动元件的状态及动作控制 对整个工业生产过程的实时监控 优化调整及系统建模 工厂经营与企业运作流程的整体自动化 信息化 西门子 全集成自动化简图 过程层 控制层 设备层 信息层 ERP 监控层 MES 二 什么是工业自动化 工业现场的温度 压力 流量 位移等信号的自动测控 工业生产过程中执行机构 机器或设备及其驱动元件的状态及动作控制 对整个工业生产过程的实时监控 优化调整及系统建模 工厂经营与企业运作流程的整体自动化 信息化 罗克韦尔自动化 集成架构和电子化制造 信息层 ERP 监控层 MES 控制层 设备层 罗克韦尔自动化集成架构3层网络应用一例 广州自来水公司西洲水厂监控一体化 二 什么是工业自动化 工业现场的温度 压力 流量 位移等信号的自动测控 工业生产过程中执行机构 机器或设备及其驱动元件的状态及动作控制 对整个工业生产过程的实时监控 优化调整及系统建模 工厂经营与企业运作流程的整体自动化 信息化 华能电力 PineCon trol应用一例 信息层 ERP 监控层 MES 过程层 控制层 设备层 远程监控 基本认识4 自动控制涉及企业的很多层面 工业自动化是指工业企业中从最底层的元件控制 设备控制到信号获取 采集与转换 关键词 层面 管控一体化 有了大概认识 接着简要了解技术 工业自动化技术与产品有哪些 三 自动化理论 自动化技术有哪些 1788年英国机械师瓦特发明的蒸汽机上使用的离心调速器是最早的闭环自动控制系统 开创了自动化技术形成初期 各类自动控制装置 在工业生产中日益广泛的应用 推动了自动控制反馈思想的形成和对控制系统的分析与综合 1948年美国数学家维纳在 控制论 中 着重研究了系统的信息与控制过程 指出控制的本质特征就是信息的传递 变换和处理 这标志着自动控制学科的诞生 20世纪40 50年代 为解决火炮发射精度控制和飞机自动导航等问题而进行的研究 以及电子技术的发展 促进了经典控制理论的形成 单机自动化和装置过程自动化得到了广泛应用 三 自动化理论及其发展 20世纪50年代以后 自动控制理论及技术有了飞速的发展 1960年美国数学家卡尔曼提出了可观性和可控性两个基本概念 代表了现代控制理论的诞生 此后 在 现代控制理论 思想的指导下 一些新的自动控制技术相继出现 如为保证系统性能指标最优的设计方法 最优控制 在系统环境和信息不齐备情况下 如何改变自身性能 以获得良好控制品质的方法 自适应控制 分析和设计大系统的方法 大系统理论等 大大丰富了自动控制理论及自动化技术的内容 三 自动化理论及其发展 在60年代以后 控制理论和方法的发展 电子计算机的崛起 工业机器人的问世 以及柔性制造系统的出现等 使综合自动化得到了极大发展 自动化科学与技术的发展 推动了生产的发展和人类的进步 社会的进步 生产的需要又反过来促进了自动化的发展 自动化科学与技术的广泛应用 极大地提高了劳动生产率 对人类生产和生活方式产生了深刻的影响 起到十分关键的作用 现代社会离不开自动化 同时又对自动化提出了大量的要求 经过长年的积累与发展 自动化 已成为一门应用性的技术科学 从信息 能量与物质的角度来说 自动化 研究的是物质世界的信息运动规律和信息处理方法 以及能量与物质的有效利用等 它以控制论为基础 与系统论和信息论紧密相关 具有理论严紧 服务对象鲜明 系统复杂 应用普遍 适应性广等特点 自动化 一方面将自动化科学原理与方法转换为工程技术 使之应用于工程实际 转化为生产力 另一方面又将实际中的问题提炼 抽象成为科学问题 为 自动化 提供新的研究问题 到今天 形成了 反馈控制理论 线性和非线性系统理论 时变系统理论 分布参数系统理论 离散系统理论等 三 自动化理论及其发展 与其说自动化是一种技术 不如说是一个概念 我的歪理邪说 自动化是我们要实现的一个目标 包含很多具体的技术 而自动控制却是一门具体的学问和理论 是一门技术 早期 机械技术 概念 中国工程院院士 清华大学教授国内自动化权威专家 吴澄 涉及技术 很多 包括作为基础的检测与采集技术 信号转换与采集 作为核心的自动控制技术 和作为延展的通信技术 信息传递 计算机技术 信息处理 网络技术 以及更高端的仿真技术 机械传动等 水车 纺车 木牛流马 实现自动化的技术手段 技术是理论的实现手段 还是很枯燥 20世纪60年代前 电气技术 今天 信息技术 三 自动化与工业自动化技术 以电路 电子学 电磁学理论为基础 以电机传动与拖动 变流 调压等技术为核心 自动化系统 相互补充 基础作用 带动作用 工业化 电气化 基础 基础 机械化 基础 基础 今天 信息技术已经成为实现自动化的首要技术手段 自动化与信息技术已经密不可分 工业化 发展的方向和艰巨的任务 信息化 生物技术 信息技术 传感器等 通信技术 计算机技术 纳米技术 数据采集 数据传输 数据处理 数据采集技术 数据采集系统 变送器 信号转换 物理量 物理信号 自然界的物理变化 工厂的温度 压力 流量 位移等 信号检测 电信号换为标准数据 通信系统 计算机系统 物理信号转换为电信号 解构信息技术 以太网 现场总线 工业以太网 PC based PAC 现场仪表 组态软件 PLC DCS 1 检测 三 工业自动化技术与代表产品 技术 自动检测与测试技术 电子测量技术 数字显示技术等 产品 传感器 变送器 显示仪表 分析仪表 调节器 记录仪等仪器仪表 2 采集 技术 信号调理 模数转换 激励 触发 定时 外部通信等电子技术 产品 放大器 滤波器 ADC 触发 定时器 通信接口和相关软件等 特点 处在工业现场最底层 直接获取各种被控量 被控元素 被控设备的当前状态 接收 变换和产生最原始的工业数据 3 通信 4 处理 特点 处在工业现场中层 从传感器 变送器以及各种仪器仪表中采集现场数据 变换和产生成可以按照某种协议传输的的工业数据 产品 各种现场总线 工业以太网等 特点 企业信息集成的通路 纷繁复杂 没有国际标准 不同的国家 不同的工业场合适合使用标准不同的产品 不同公司支持不同的产品 产品 PLC DCS FCS PC based等主控系统 特点 信息存储 运算 处理 对系统中其他单元发布控制命令 使整个工厂其他相关环节按照生产需求和人们的要求和谐 流畅地进行 5 驱动 产品 电机 变频器以及各种专用驱动器 特点 与检测仪器仪表一起处于自动化最底层 用以驱动各种执行机构或各种机械 电气设备按照既定要求动作 PLC是从继电器逻辑控制基础上发展起来的 其优势在于它的扫描速度和对开关量的逻辑控制 在一些对时间精确度较高的场合较多 如数控机床 流水线等 联网能力和模拟量处理能力一般 DCS是从微处理器发展起来的自动化控制系统 它把所有的函数 各过程变量之间的关系都作成功能块 其优势在于联网能力 模拟量处理和回路控制 PLC首先应用于汽车制造行业 DCS首先应用于化工行业 由于性能特点 至今 DCS在过程控制领域是铁打的江山 而批量化的逻辑控制则几乎是PLC独霸天下 当然 控制技术发展到今天 DCS和PLC在性能上的差距已经逐渐缩小 有些大型的PLC甚至已经可以和DCS相媲美 一般情况下 在很多流程行业 大型 主要的系统和设备用DCS 小型 辅助的系统用PLC 如在发电厂 锅炉 汽轮机 发电机三大主机 炼钢厂的高炉控制都用无一例外用DCS 多少年来都是如此 而PLC主要用于一些辅助的系统 如电厂的水处理系统 如输煤 粉尘 污水处理等 冶金行业规模庞大 对自动化程度要求较高 对不同IO段的PLC的需求尤其是大中型PLC的需求大大超过其他行业应用 而纺织行业对小型PLC尤其是微型PLC 64IO 的应用遥遥领先于其他行业 汽车行业PLC的应用更不用说 食品饮料 电子制造 建筑材料 市政工程 造纸也有较多的应用 在电力 石油 化工行业中主要用于辅机控制 而对于DCS而言 火力发电是使用大户 化工和石油是重要应用领域和应用较早的行业 分别占市场总份额的34 9 20 3 13 6 在这些行业DCS的应用要比PLC多 PLC和DCS的区别 简言之 即 自动化 概念的具体化可定义为 在人的参与下 机器 设备或系统 通过仪表自动检测 各种参数信息处理 自动分析判断等 实现人们所预期的自动操作过程而构成的一个系统 为了达到将人从繁重 危险的劳动中解放出来的目的 让信号自动转换 传递和处理 让机器 设备自动运转 让系统自动运行 自动调整 通过另外一些机器 设备或系统 使信息可感 可变 可调 可测 可采 可控 可观 谓之自动化 自动化系统 ASEA办公室主任马正午 四 什么是自动化系统 1 专业技术涉及领域面广 应用层面更广 具有明显的跨行业特点 应用领域几乎渗透到国民经济及社会生活各个方面 包括工业自动化 农业自动化 办公自动化 军事自动化 家庭自动化等等 既包括生产自动化 又包括经营管理自动化 既包括各类 人造 系统的控制问题 又包括社会 经济 生态环境等非 人造 系统的控制问题 2 自动化系统 所包含的技术与方法 能够广泛吸取其它学科的先进技术 同时又为其它学科的发展和各行各业提供了有力的技术支持 尤其是当今微电子 计算机 现代通信技术的发展 不仅使自动化系统 如虎添翼 为建设各类自动化工程提供强有力手段 而且对自动化系统自身研究的内容 理论和方法产生重大影响 3 自动化系统 的性质和任务 已超越原有的 把人类从笨重 重复性的劳动中解放出来 用自动机代替人类劳动 的传统概念 它的思想 原理和技术手段适用于更为广泛的范围 自动化系统已从 人类手脚的延伸 扩展到 人类大脑的延伸 进一步扩展了人的创新功能 增强了人认识和改造世界的能力 自动化系统的特点 自动化系统本身并不直接创造效益 但它对企业生产过程起着明显的提升作用 1 提高生产过程的安全性 2 提高生产效率 3 提高产品质量 4 减少生产过程的原材料 能源损耗 据国际权威咨询机构统计 对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1 4至1 6之间 特别在资金密集型企业中 自动化系统占设备总投资10 以下 起到 四两拨千金 的作用 自动化系统的作用 可以了解下面的内容了 对于广告销售人员 我认为以下才是最最重要 最最需要整理出来的东西 五 工业自动化产品细分举例工业自动化市场概况 五 工业自动化产品及市场概况 如上所述 工业自动化涉及诸多领域 属专业性很强的综合学科产业 具备如下特点 1 产品技术含量高 种类繁多 相互渗透性强 无法形成统一确切的分类标准 2 产品应用广泛 遍及冶金 石油 化工 纺织 造纸 机械 机床 汽车 航空航天 楼宇 环境工程