了解电气自动化及工业自动化

1、了解电气自动化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4.0 PLC基础知识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、复变函线性代数、复变函数、概率论、系统数、概率

2、论、系统辨识、离散数学、辨识、离散数学、运筹学、经典控制、运筹学、经典控制、现代控制、智能控现代控制、智能控制制工控（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。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

3、-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

4、，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。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。5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RFID技术云计算 分布式计算 并行计算

5、效用计算 网络存储 虚拟化 负载均衡 热备冗余德国工业4.0、中国制造2025PLCPLC基础知识基础知识一、一、 PLCPLC的产生与历史的产生与历史二、二、 可编程控制器的定义可编程控制器的定义三、三、 PLCPLC的现状及发展趋势的现状及发展趋势四、四、PLCPLC的特点的特点五五 、PLCPLC的基本功能的基本功能l 用户迫切用户迫切需要需要一种先进的自动控制装置一种先进的自动控制装置继电器控制系统继电器控制系统先进自动控制系统先进自动控制系统n 世界上第一台世界上第一台PLCPLC 19691969年由美国数字设备公司（年由美国数字设备公司（DECDEC）根据美国通用汽车公司（根据美

6、国通用汽车公司（G GE E）的要求研的要求研制成功制成功。 n 背景：背景： 19681968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（G GE E），），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。周期。 n 设计思想：设计思想： 吸取继电器和计算机两者的优点吸取继电器和计算机两者的优点 继

7、电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；但简单易懂、价格便宜； 计算机计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；但编程困难； 采用采用面向控制过程、面向问题的面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行编程，使不熟悉计算进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）机的人也能很快掌握使用。（梯形图）n 定义：定义： 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）

8、于于19871987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：草案中对可编程控制器定义如下： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。制各

9、种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。二、二、 可编程控制器的定义可编程控制器的定义三、三、 PLCPLC的现状及发展趋势的现状及发展趋势 n PLCPLC三大流派三大流派 欧洲：欧洲：德国的西门子德国的西门子(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）( (其产品约占美国其产品约占美国PLCPLC市场市场5050的

10、份额的份额、GEGE（General General ElectricElectric）、莫迪康、莫迪康(MODICON)(MODICON)公司、德州仪器公司、德州仪器(T1)(T1)公司、西屋公司公司、西屋公司 日本：日本：三菱电机（三菱电机（Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric）、）、 欧姆龙（欧姆龙（OMRONOMRON）、）、 FUJI FUJI （日本主要日本主要发展中小型发展中小型PLCPLC，在世界小型在世界小型PLCPLC市场上，市场上， 日本产品约占有日本产品约占有7070的份额。在中国，的份额。在中国，OMRONOMRON产品的销量居

11、首位。）产品的销量居首位。） PLCPLC的现状及分类的现状及分类可编程序控制器分类可编程序控制器分类1.1.按结构形式分类按结构形式分类 整体式整体式PLCPLC：整体式是将整体式是将PLCPLC的的CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O单元、电源等安装在同一机体单元、电源等安装在同一机体内，构成主机，另外还有内，构成主机，另外还有I/OI/O扩展单元配合主机使用，用以扩展扩展单元配合主机使用，用以扩展I/OI/O点数。整体式点数。整体式PLCPLC的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，灵活的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，灵活性较

12、低，小型性较低，小型PLCPLC多采用这种结构。多采用这种结构。 组合式组合式PLCPLC：组合式组合式PLCPLC是由一些标准模块单元组成，采用总线结构，不同功能是由一些标准模块单元组成，采用总线结构，不同功能的模块（如的模块（如CPUCPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等）模块、输入模块、输出模块、电源模块等）通过总线连接起来。通过总线连接起来。 组合式组合式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规模的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CP

13、U模块IO模块底 板模块式模块式结构模块式结构PLCPLC的结构的结构 电源单元D IN导轨CPU单元2.2.按控制规模分类按控制规模分类输入输出的总路数，又称为输入输出的总路数，又称为I/OI/O点数，是表征点数，是表征PLCPLC控制规模的重要参数。因此，按控控制规模的重要参数。因此，按控制规模对制规模对PLCPLC分类时，可分为：分类时，可分为：1.1.小型小型PLCPLC：I/OI/O点数较少，在点数较少，在256256点以下的点以下的PLCPLC。2.2.中型中型PLCPLC：I/OI/O点数较多，在点数较多，在256256点以上、点以上、20482048点以下的点以下的PLCPLC

14、。3.3.大型大型PLCPLC：I/OI/O点数较多，在点数较多，在20482048点以上的点以上的PLCPLC。但大中小型但大中小型PLCPLC的划分并无严格的界限，的划分并无严格的界限，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、大存储容量方向发展）向高速度、大存储容量方向发展 （CPUCPU处理速度处理速度nSnS级；内存级；内存2 2M M字节）字节） （2 2）向多品种方向发展和提高可靠性）向多品种方向发展和提高可靠性 （超大型和超小型）（超大型和超小型） （3 3）产品更加规范化、标准化）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼

15、容的（硬件、软件兼容的PLCPLC） （4 4）分散型、智能型、与现场总线兼容的）分散型、智能型、与现场总线兼容的I I0 0 （5 5）加强联网和通信的能力）加强联网和通信的能力 （6 6）控制的开放和模块化的体系结构）控制的开放和模块化的体系结构OMACOMAC（open Modular Architecture for open Modular Architecture for ControlControl）PLCPLC的发展趋势的发展趋势 就全世界就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLCPLC仍然处于一种核仍然处于一种核心地

16、位。心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLCPLC发展的论文中，发展的论文中，这个结论是这个结论是众口一词的，尽管对众口一词的，尽管对PLCPLC的未来发展有着许多不同的意见。的未来发展有着许多不同的意见。 近年来近年来PLCPLC的市场销售一直坚挺；的市场销售一直坚挺；PCPC控制控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的端的PLCPLC产品形成竞争；产品形成竞争；小型、超小型小型、超小型PLCPLC的发展势头令人刮目相看；的发展势头令人刮目相看；PLCPLC和和PCPC控制控制在今后可能在今后可能相互融合。相互

17、融合。 通用性强，使用方便通用性强，使用方便 功能强，适应面广功能强，适应面广 可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强 控制程序可变具有很好的柔性控制程序可变具有很好的柔性 编程方法简单，容易掌握编程方法简单，容易掌握 PLC PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少控制系统的设计、安装、调试和维修工作少. .极为方便。控制程序变化方极为方便。控制程序变化方便便. .具有很好的柔性。具有很好的柔性。 体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低 四、四、PLCPLC的特点的特点 1. 1. 梯形图编程语言梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照两种梯形图的继电器符号图对照 梯形图梯

18、形图（Ladder diagram）编程语言编程语言是一种是一种图形语言图形语言 , ,类似于类似于继电器控制线路图继电器控制线路图的的一种一种编程语言编程语言，它，它面向面向控制过程，控制过程，直观易懂直观易懂，是，是PLCPLC编程语言中应用编程语言中应用最多的一种语言。最多的一种语言。 物理继电器物理继电器 PLC继电器继电器常开常开常闭常闭 触触 点点线线 圈圈五五 、PLCPLC的基本功能的基本功能(1)(1)名词解释名词解释软继电器软继电器 PLCPLC的继电器的继电器不是不是物理物理的的电器电器，它是，它是PLCPLC内部的内部的寄存器位寄存器位，因为它具有与物理继，因为它具有与

19、物理继电器电器相似的功能相似的功能，常称之为，常称之为“软继电器软继电器”。 P PL LC C每一个继电器每一个继电器都对应着内部的都对应着内部的一个寄存器位一个寄存器位，该位为，该位为“1”1”态态时，相当于时，相当于继电器接通继电器接通；为为“0”0”态时态时，则相当于，则相当于继电器断开。继电器断开。常闭触点线圈常开触点说明：说明：000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM继电器继电器 控控 制制SB1线圈线圈线圈线圈常开触点常开触点常开触点常开触点常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点(2)(2)两种控制的梯形图比较两种控制的梯形图比较用用PLCPLC控制控制外部

20、接线不变，改变用户程序。外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制用继电器控制要改变控制电路的实际接线。要改变控制电路的实际接线。KMQFUKR M 3 SB1SB2KMKHKM 继电器控制接线继电器控制接线 PLCPLC控制外部接线控制外部接线输入设备输入设备PLCSB1SB2KRKM输出设备输出设备 欲改变控制功能：欲改变控制功能：主电路主电路 相同相同例如例如 PLCPLC采用采用“顺序扫描、不断循环顺序扫描、不断循环”工作方式，这个过程可分工作方式，这个过程可分输入采样，程序执行、输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段输出刷新三个阶段，整个过程扫描整个过程扫描并并执行一次所需执行一次所需的的时间时间称为称为扫描周期。扫描周期。2.2. PLC PLC循环扫描工作方式循环扫描工作方式3. PLC3. PLC控制的原理控制的原理 等效电路图等效电路