自动化概论.ppt

1、2020年7月25日,自動化概論,德霖技術學院 機械工程系 林憲陽,自動化意義 自動化範圍 為何實施自動化 範例,內容大綱,自動化,自動化的意義是：在生產過程中，完全依照程序控制，採自動處理、自動操作的方式，達成系統整合system mechatronics的目的。 但有些人認為自動化廣義的定義為：不用人力包括腦力與體力，而利用動物以外的能源，來替代人類從事操縱、控制及監視設備或程序。 自動化的現代定義：以今日的觀點來說，工業生產中無須人類介入，而能利用機械、電子、通信、光電、電腦等各種能源與設備，配合適當系統軟體加以控制，使其能夠相互支援而自動執行工作便稱為自動化。,自動化範圍,生產自動化p

2、roduction automation 設計自動化design automation 辦公室自動化office automation 程序自動化process automation 家庭自動化home automation 服務自動化service automation 而今日由於網路的發達 造就了電子商務electron commerence 也就是商業自動化。,為何實施自動化,自動化的理由是 提高生產力 改進產品品質 減少勞工成本 減少在製品的存貨 縮短製造的前置時間 增加勞工安全性 解決勞工短缺問題 降低原料的損耗 使我們有更多時間從事有意於身心健康的活動,簡易實驗,我們現在作一個遊戲

3、，讓張三和李四分別去拿放在一張桌子上的杯子，張三把自己的雙眼蒙上，而李四卻不用蒙上雙眼。看看他們誰能順利地拿到杯子？ 人打算拿桌子上的杯子時，首先要看一下杯子的位置與自己手的距離有多少，然後人的大腦會命令自己的手做出動作，向減少這個距離的方向移動，同時不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運動，杯子也就拿到了。這個過程可以用下邊的圖來表示。,由於沒有了眼睛所以 圖中的反饋就無法形 成人這個“機器”也就 工作不正常了,自動化系統組成,自動化設備和機器的關鍵就在於回饋系統的存在，正是有了回饋的存在，才使自動化成為可能。 一個自動化系統無論結構多麼複雜都是由下面幾部

4、分組成 檢測比較裝置所起作用相當於人眼在上面例子中的作用，主要是獲得反饋，並且計算我們要達到的目的與現在的實際情況之間的差值 控制器所起作用相當於大腦在上面例子中的作用，主要是用來決定應該怎樣做 執行機構主要所起作用相當於人手在上面例子中的作用，完成控制器下達的決定 控制量也就是所要達到的目的，相當於手和杯子之間的距離。控制量是我們自動化機器所要達到的最終目的,自動化元件（感測器）,感測器的功能可與人類五大感覺器官相比擬 眼睛（視覺）光感測器影像感測器等 耳朵（聽覺）壓力感測器電容麥克風等 皮膚（觸覺）力學感測器溫度感測器濕度感測器等 舌頭（味覺）等離子感測器化學感測器等 鼻子（嗅覺）半導體氣

5、體感測器燃燒式氣體感測器等,除了以上和五感相比擬的感測器外 還有紅外線感測器、近接感測器 速度和加速度感測器、磁性感測器等,感測器定義,感測器是一種能把物理量化學量生物量等轉變成便於利用的電訊號的器件。輸出的電訊號有不同形式，如電壓電流頻率脈衝等，能滿足訊息傳輸處理記錄顯示控制的要求。 國際電工委員會(International Electrotechnical Committee， IEC) 的定義為:感測器是測量系統中的一種前置部件它將輸入變量轉換成可供測量的訊號 輸出的電訊號有不同形式，如電壓電流頻率脈衝等，能滿足訊息傳輸處理記錄顯示控制的要求 通常感測器由感應元件和轉換元件組成。其中感

6、應元件(Sensing Element)是指能直接感受被測量的部份; 轉換元件(Transduction Element)是指感測器中能將感應元件輸出量轉換為適於傳輸和測量的電訊號部份,感測器類型,按照感知對象分為壓力感測器力敏感測器位置感測器液面感測器能量消耗感測器速度感測器熱敏感測器加速度感測器射線輻射感測器振動感測器 濕敏感測器磁敏感測器氣敏感測器真空度感測器等。 按感測器輸出訊號類型分為模擬感測器數字感測器開關感測器等。 按材料的物理性質分為導體絕緣體半導體磁性材料無機材料有機材料等離子材料生物材料感測器。 按照其製造工藝分為集成感測器薄膜感測器厚膜感測器。 從工作原理分為電容感測器電

7、感感測器(Inductance type transducer)霍耳感測器(Hall type pressure transducer)電壓感測器超聲波感測器熱電感測器光電感測器等。,感測器技術指標,為了鑒別感測器性能高低通常的技術指標如下 線性度 靈敏度 抗干擾能力 可調節性 精度 可靠性 遲滯性 耐用性 可重複性 響應速率 可選擇性 安全性 互換性 成本 測量範圍 尺寸重量和強度 工作溫度範圍,光感測器,光感測器是利用光敏元件將光訊號轉換為電訊號的感測器 現在常用光敏元件的感應波長在可見光波長附近，如紅外線波長和紫外線波長 光感測器不只是應用於光的測量更常用於作為探測元件，組成其它類型的感

8、測器，對非電量（如溫度等）進行檢測，只要將這些非電量轉換為光訊號的變化便可實現對非電量的檢測。 目前典型的光感測器有紅外線感測器紫外線感測器光纖感測器色彩感測器CCD圖像感測器等,光感測器常見應用,反射式光感測器,後反射式光感測器,光感測器的品種和類別是目前感測器中最多的一種，因此它的應用也是最為廣泛的。從電影放映機、燈光的自動控制安全監控人心率測定條碼掃描等到工業生產到處可見光感測器的應用,光纖感測器,FU-12區域檢測光纖元件,直接使用光纖傳送感測信號，有傳輸頻寬大、損耗低和不受外界電磁干擾等優點。 因此，結合光纖感測技術與光纖傳輸技術 建立全光纖感測網路已是一種最新趨 勢,近接開關亦稱近

9、接感測器，為電器或電子式感測器 ，它主要是根據不同之材料或材料存在與否出現感 應，此種感應係用來啟動繼電器或開關，用以從事 自動化機器裝置的功能，主要是利用物體接近近接 開關時，改變近接開關內部之磁阻式或電容式元件 的物理量，經電子電路放大，整流及比較後，輸出 物體接近之信號之工業用元件。故常用來取代過去 機械式的感測器，如微動開關、限制開關。 電容性接近感測器不但適用於金屬也適用於非金屬的感知。但感應距離與被測物件的材料尺寸密切相關。對於金屬物件而言接地金屬與非接地金屬的響應距離有較大的差別非接地金屬的響應距離要比接地金屬的小許多。,近接感測器,近接開關對各金屬之感測距離,電感式近接感測器,

10、RGB感測器,因為不會受瓶子顏色變化的影響而能夠進行 穩定的檢測。當兩只感測頭相互安裝在附近 時，防止干擾功能可確保檢測成功。,檢測位置不正確的標籤,紅外線感測器,每一個具有溫度的物體都會放射出紅外線的熱幅射。 此幅射量乃是由物體的溫度所控制決定。溫度高的 物體所幅射出的紅外線能量就會較溫度低的物體所 幅射出的為高。 當物體溫度增加時，在每一個熱幅射波長的能量都會 增加。由於人體的眼睛並無法感測出紅外線的存在， 因此我們需要一個輔助性的儀器來幫助我們遙測一個 物體的溫度。這個輔助性的工具便是紅外線感測器。 一般說來，紅外線感測器主要可分為兩大類：一為熱 型感測器，另一為光型感測器。 熱型感測器主要又可分為三種：熱電堆（thermopile) 、焦電元件(pyroelectric)與熱敏元件(bolometer)。 其主要的差異在於元件所偵測的物理量特性。,熱電堆感測器,熱電堆是由許多組熱電偶串聯所組成，熱電偶一般來說是由兩種不同材質的導體所組成。當電偶的兩端有一溫度差產生時，此一熱電偶便會產生出一電壓訊號，其大小正比於電偶兩端的溫度差。,熱電堆晶粒的主要構造包含了一薄膜浮板層、紅外線吸收層與數十對串聯在一起的熱電偶。其中薄膜浮板是由一層極薄的材料所構成的一