2.2工业自动化工业互联网

EMPOWERFORINDUSTRYGROWWITHPARTNERS工业自动化学习目标

能够认知常见工业机器人及数据采集方法能够认知常见数控机床及DNC系统能够了解智能搬运机器人的数据采集方法能够了解DCS系统结构数据采集方法

能够了解SCADA系统结构数据采集方法工业自动化1.工业机器人很多喜欢科幻电影的同学一定看过钢铁侠这个电影，别误会，这里不是讨论钢铁侠，而是组装钢铁战袍的“机械臂”。工业机器人最早诞生于1954年，由美国人GeorgeDevol提出的第一个工业机器人Unimate。可以说，工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能、替代人力、提高效率的一种机器。工业机器人1.工业机器人的诞生工业自动化1.工业机器人2.机器人的工作方式“示教再现”方式：它通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手如何动作，控制器将示教过程记忆下来，然后机器人就按照记忆周而复始地重复示教动作，如喷涂机器人。“可编程控制”方式：工作人员事先根据机器人的工作任务和运动轨迹编制控制程序，然后将控制程序输入给机器人的控制器，启动控制程序，机器人就按照程序所规定的动作一步一步地去完成，如果任务变更，只要修改或重新编写控制程序，非常灵活方便。“遥控”方式：由人用有线或无线遥控器控制机器人在人难以到达或危险的场所完成某项任务。如防爆排险机器人、军用机器人、在有核辐射和化学污染环境工作的机器人等。“自主控制”方式：是机器人控制中最高级、最复杂的控制方式，它要求机器人在复杂的非结构化环境中具有识别环境和自主决策能力，也就是要具有人的某些智能行为。注意：大多数工业机器人都是按照前两种方式工作的。工业自动化1.工业机器人3.机器人的构成部分——①机器人主体主体机械即机座和执行机构，包括大臂、小臂、腕部和手部，构成的多自由度的机械系统。有的机器人另有行走机构。工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通俗有1～3个活动自由度。在机械手臂还有末端执行器，又称之为工具，是安装在机器人手腕上的作业机构。现代工业机器人一般是多功能机器人，所谓的“焊接机器人”，“搬运机器人”，“装配机器人”等等都是取决于末端执行器的类型。例如，如果末端执行器是一把弧焊枪，那该机器人就是弧焊机器人。工业机器人主体工业自动化1.工业机器人3.机器人的构成部分——②工业机器人驱动系统工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压，气动和电动三大类。依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。或者通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。驱动系统有动力装置和传动机构，用以实行机构发生相应的动作，这三类根本驱动系统的各有特点，现在主流的是电动驱动系统。工业自动化1.工业机器人3.机器人的构成部分——③工业机器人控制系统机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功用和功能的主要要素。控制系统主要负责接收反馈信号，发送控制指令，通常由控制器、机器人操作系统、功能安全系统、示教器等软件和硬件组成。控制器是控制系统的大脑，承载着工业机器人的操作系统OS，接受各种各样的反馈信号，处理各种中断请求，实时地发送控制指令。控制器可用工业计算机IPC或可编程逻辑控制器PLC构成。机器人控制器工业自动化2.CNC1.CNC的定义按照惯例先谈定义，数控（英文名字：NumericalControl，简称：NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(ComputerNumericalControl)，简称CNC。立式加工中心数控机床工业自动化2.CNC2.数控机床的组成数控机床一般由机床基础件、传动系统、辅助功能系统和装置、特殊功能装置，以及数控系统组成。在数控机床的机械结构中，有许多电气驱动代替了传统机床机械传动结构，使得其结构相对简单。但是因为数控机床的高精度和高自动化要求，对机械部件的维护却显得更为重要。例如对于数控机床主轴部件来说，它必须满足出高精度、高刚度、小振动、小热变形等要求，以获得最佳的加工质量。对于数控机床的进给传动系统的重要传动部件滚珠丝杠螺母副，同样要保证它工作过程中平稳、高精度等。因此对数控机床本体的状态监控与数据采集显然十分重要。工业自动化2.CNC2.数控机床的组成（1）数控机床输入/输出接口数控机床现场操作人员通过机床操作面板以及机床上的开关、按钮等来控制数控机床。数控机床的输入/输出接口主要用来接收操作面板输入的信号指令，包括从软驱、USB接口、串口、键盘、开关、按钮等读入信号，以及通过标准通信接口输出数据，通过显示器、信号灯输出数据和信号等。（2）计算机数控装置数控系统的核心是计算机数控装置。目前的CNC装置不同于早期的数控装置，它采用数字计算机，主要由软件来实现数控功能，具有良好的可扩展性。目前市场上广泛出现的国产、进口的数控系统即是最好的例证。工业自动化2.CNC2.数控机床的组成（3）可编程逻辑控制器在数控系统中，可编程控制器接收计算机数控装置的数控指令，进行机床机电控制与检测装置的逻辑控制，同时为数控系统提供机床状态信号。两者共同配合完成对数控机床的控制。（4）驱动控制装置数控机床的驱动控制装置是数控机床本体和计算机数控装置之间不可缺少的环节，它用来控制各个轴的运动。工业自动化3.智能搬运机器人1.AGV的定义随着中国制造2025计划的推进，工厂自动化程度进一步提高，智能制造逐渐实现。由此带来了对智慧仓储的需求。无人化是智慧工厂发展的趋势所在，用机器人替代人力进行仓储管理会进一步提高制造的效率。于是，AGV应运而生并受到广泛关注。AGV是一种以电池为动力，装有非接触导引装置的无人驾驶车辆。它的主要功能表现为能在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能。单臂移动协作机器人工业自动化3.智能搬运机器人2.AGV的硬件组成AGV的硬件组成主要包括以下几部分。动力系统：车载电源、驱动装置（伺服电机、驱动器、车轮、制动装置、控制卡）；传感系统（包含安全系统、定位导航系统）：各种传感器、数据采集装置（采集卡）；通信系统：工业无线客户端（无线网卡）；控制系统：转向装置、车载计算机；车体支架：AGV的车体主要包括了机械结构，并预留部分空间用于电气控制；其他装置：另外还包含人机界面、操作面板、控制面板等辅助装置；单臂移动协作机器人工业自动化4.DCS1.DCS的定义DCS是分布式控制系统的英文缩写（DistributedControlSystem），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，DCS是一个集过程控制和过程监控为一体的计算机综合系统，在通信网络的不断带动下，DCS系统已经成为一个综合计算机，通信、显示和控制等4C技术的完整体系。其主要特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。工业自动化4.DCS2.DCS的基本结构三站一线：工程师站、操作员站、现场控制站、系统网络。工程师站对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点。主要功能：提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件，并在DCS在线运行时实时监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳工作状态之下。DCS基本结构工业自动化4.DCS2.DCS的基本结构（2）操作员站处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络节点。主要功能：为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等，并可通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效。

（3）场控制站现场控制站是DCS的核心，是对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC）功能的网络节点。系统主要的控制功能由它来完成，系统的性能、可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证。其设计、生产及安装都有很高的要求，是分散控制系统中的主要任务执行者。DCS基本结构工业自动化4.DCS2.DCS的基本结构（4）系统网络系统网络是连接系统各个站的桥梁。由于DCS是由各种不同功能的站组成的，这些站之间必须实现有效的数据传输，以实现系统总体的功能。系统网络的实时性、可靠性和数据通信能力关系到整个系统的性能，特别是网络的通信规约，关系到网络通信的效率和系统功能的实现。DCS基本结构工业自动化5.SCADA系统1.SCADA系统的定义SCADA是SupervisoryControIAndDataAcquiSitionSystem的缩写，即“数据采集与监视控制系统”是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。了解生产情况是实施科学生产的基础，如果生产过程分布很近，可以采用就近控制的办法，就地接线，就地监视，就地控制，对于复杂的过程生产采用DCS系统控制的比较多，也有采用PLC的或者专业控制器。而对于生产各个环节分布距离非常远的，比如几公里，几十公里，几百公里甚至几千公里的，如变电站，天然气管线，油田，自来水管网，随着技术的发展，人们慢慢发展出远程采集监视控制系统，称为SCADA系统。工业自动化5.SCADA系统2.SCADA系统的组成

（1）人机界面（或简称为HMI），HMI会连接到SCADA系统的数据库及软件，读取相关信息，以显示趋势、诊断数据及相关管理用的信息，如定期维护程序、物流信息、特定传感器或机器的细部线路图，或是可以协助故障排除的专家系统。（2）监控系统，监控系统可以采集数据，也可以提交命令监控程序的进行。（3）远程终端控制系统（RemoteTerminalUnit，简称RTU）可连接许多程序中用到的传感器，数据采集后将数字的数据传送给监控系统。远程终端控制系统（RTU）可连接到其他设备。SCADA系统组成工业自动化5.SCADA系统2.SCADA系统的组成（4）可编程逻辑控制器，SCADA是调度管理层，PLC是现场设备层。PLC系统适用于工业现场的测量控制。（5）通信网络，是提供监控系统及RTU（或PLC）之间传输数据的管道。传统的SCADA系统会使用广播、串行或是调制解调器来达到通信的机能，有些大型的SCADA系统（例如发电厂或铁路）也常会使用架构在同步光网络（SONET）或同步数字体系（SDH）上的以太网或网络协议。SCADA系统中的远程管理或监视机能常称为遥测。SCADA系统组成小结

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能、替代人