电器控制与PLC技术-0-绪论(2012.).ppt

电子信息与电气工程系 李建兴 E-mail:,电器控制与PLC技术,0 绪论,0.1 几个基本概念 0.2 自动化技术的发展概况 0.3 机遇与挑战 0.4 本课程的内容与要求,0 绪论 0.1 几个基本概念,自动化（Automation） 自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。 自动化主要研究的是人造系统的控制问题。,0 绪论 0.1 几个基本概念,自动控制（Automatic Control） 自动控制是关于受控系统分析、设计和运行的理论和技术 自动控制则除了对人造系统的控制问题研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域的。 不过，人们提到自动控制通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。,0 绪论 0.1 几个基本概念,自动控制系统（自动化系统）的基本组成,0 绪论 0.1 几个基本概念,电气控制（运动控制或电力拖动自动控制）：是以电动机为控制对象） 过程控制：指连续生产过程的自动控制，以生产过程的有关参数，如温度、压力等为控制对象）,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.1电气控制的发展概况 电力拖动方式的变化 19世纪末电动机逐渐代替了蒸汽机，出现了电力拖动 集中拖动（20世纪初）：以一台电动机拖动多台设备，或使一台设备的多个动作由同一台电动机拖动。机械传动系统复杂，电气控制线路比较简单。 单独拖动（20世纪20年代）：以一台电动机拖动一台设备 分别拖动（20世纪30年代）：多电机拖动，各个运动机构分别由不同电动机拖动。简化了机械传动机构，电气控制线路复杂。,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.1电气控制的发展概况 控制方式的变化 在控制方法上：手动控制自动控制； 在控制功能上：简单复杂 在操作上：笨重轻巧； 从控制原理上：硬件控制系统软件控制系统,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.1电气控制的发展概况 控制手段的变化 继电器-接触器控制系统（断续控制） 电机放大机、磁放大器、晶闸管购成的反馈控制系统（连续控制） 顺序控制器（20世纪60年代） 数控机床（20世纪50年代） 可编程序控制器（PLC）（20世纪70年代）。近年提出PAC的概念 数控技术、变频技术,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.1电气控制的发展概况 上述各种先进控制设备的应用，促进了电气控制技术的发展。 计算机通信与网络技术的发展：单机自动化综合自动化,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.2 过程控制的发展概况 19世纪40年代前后（手工阶段） 手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低,(a) 手动控制 (b) 自动控制 水温的手动控制和自动控制的示意图,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.2 过程控制的发展概况 19世纪5060年代（仪表化与局部自动化阶段） （一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化） 检测和控制仪表-采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)； 过程控制系统结构-单输入、单输出系统； 被控参数-温度、压力、流量和液位参数； 控制目的-保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动； 理论-频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.2 过程控制的发展概况 19世纪6070年代（集中自动化阶段） （工厂企业实现车间或大型装置的集中控制） 检测和控制仪表-采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)； 过程控制系统结构-多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统； 控制目的-提高控制质量或实现特殊要求； 理论-除经典控制理论，现代控制理论开始应用,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.2 过程控制的发展概况 19世纪70年代以来（集散自动化阶段） （现代过程控制的新阶段） 检测和控制仪表-新型仪表、智能化仪表、PLC、微型计算机； 过程控制系统结构-由单多变量系统，由PID控制规律特殊控制规律，由定值控制最优控制、自适应控制，由仪表控制系统智能化计算机分布式控制系统； 理论-现代控制理论（如状态空间分析、系统辨识与状态估计、最优滤波与预报） 、智能控制理论（如模糊控制、神经网络、专家系统、遗传算法等）。,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.3 自动化技术的发展趋势 分布式控制系统（Distributed Control System） 分布式控制系统（DCS）也称集散控制系统 DCS是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。 系统在结构上是“集中管理、分散控制” 优点：使系统的危险分散，提高了系统的可靠性，能方便灵活地实现各种新型的控制规律与算法，实现最佳管理。,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.3 自动化技术的发展趋势 现场总线控制系统（Fieldbus Control System）,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.3 自动化技术的发展趋势 现场总线控制系统（Fieldbus Control System） 现场总线是一种计算机的网络通信总线，是位于现场的多个总线仪表与远端监视计算机装置的通信系统 现场总线技术的特点：开放性、智能化、互操作性、环境适应性 现场总线把控制功能彻底分散到现场总线仪表，真正实现分散控制的功能。 目前多种现场总线标准共存，无法真正体现网络控制系统的优点，如开放性、互换性和互操作性等。,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.3 自动化技术的发展趋势 工业以太网,上位机,工业以太网,设备1,智能控制器2,设备2,智能控制器3,设备3,智能控制器n,设备n,智能控制器1,服务器,数据库,浏览器,Internet,远程监控,浏览器,浏览器,网 关,以太网作为目前应用最为广泛的局域网技术，在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。,0 绪论 0.2 自动化技术的发展概况,0.2.3 自动化技术的发展趋势 先进过程控制（Advanced Process Control, APC）成为发展主流 过程优化受到过程工业界的关注。过程优化主要是寻找最佳工艺操作参数，使生产过程获得最大的经济效益。 综合自动化是当代工业自动化的主要潮流 开放系统和标准化 目前，自动化技术正向智能化、网络化和集成化方向发展,0 绪论 0.3 机遇与挑战,自动化是人类文明进步和现代化的标志。 我国在这些方面的研制水平与世界上先进国家尚存在较大差距，许多方面还是以引进国外技术和产品为主。 十七大提出 “五化并举”，即工业化、信息化、城镇化、市场化、国际化。以信息化带动工业化、发展现代产业体系、大力推进信息化与工业化融合、促进工 业由大变强、振兴装备制造业、淘汰落后生产能力。,0 绪论 0.3 机遇与挑战,工业化和信息化融合是今后一个历史时期我国信息化战略重点之所在。 我国工业与信息化部的成立，标志着信息与信息化开始融合，融合发展是工业化的生命力所在，也是信息化的本质要求。 自动化是工业化与信息化的主要手段 近年来，人力资源的短缺也在不断促进自动化技术应用与普及。,0 绪论 0.4 课程内容与学习要求,0 绪论 0.4 课程内容与学习要求,0.4.1 课程性质 本课程本科电气工程及其自动化专业的主要专业课之一； 本课程实践性强，与生产实际联系紧密； 知识的覆盖面较宽，是强电、弱电的结合，机、电、液(气)的结合。,0 绪论 0.4 课程内容与学习要求,0.4.2 教学目标 熟悉PLC常用输入输出设备（低压电器）的原理、规格及选用； 熟悉传统继电器控制系统的基本原理； 掌握PLC的基本原理、指令及应用、程序设计方法； 掌握PLC应用系统的设计方法； 具有电气控制系统的安装、调试与维修的能力； 具有设计、改造设备PLC控制系统的能力,0 绪论 0.4 课程内容与学习要求,0.4.3 教材及参考资料 教材 可编程序控制器应用技术（普通高等教育规划教材） 李建兴主编 机械工业出版社 2004.7出版 参考书 工厂电气控制技术方承远主编 机械工业出版社 2000.8出版 可编程序控制器的编程方法与工程应用廖常初主编 重庆大学出版社2001. 2 可编程序控制器技术与应用系统设计陈在平、赵相宾主编 机械工业出版社2002.7出版,0 绪论 0.4 课程内容与学习要求,0.4.4 网络资源 本课程2005年被评为“福建省精品课程” 课程网站：/PLC/ 相关自动化网站： 如：中国工控网http:/ 中国自动化网http:/www.CA800.com/ 三菱电机自动化 西门子/ 充分利用校图书馆资源,0.4.5 课程内容及时间安排 （共56学时、3.5学分，其中授课38学时、实验18学时） 0 绪论（1-2学时） 1 常用输入输出电器（6-7学时） 2 电器控制原理及系统分析（12学时，其中实验4学时） 3 PLC入门知识（ 6学时） 4 小型PLC及指令系统（10学时，其中实验2学时） 5 PLC程序设计（10学时，其中实验6学时） 6 PLC控制系统设计（8学时，其中实验4学时） 7 PLC网络与通信（2学时） （实验考试2学时）,0 绪论 0.4 课程内容与学习要求,0.4.6 实验内容及时间安排 实验指导书： 参考教材（第八章 可编程序控制器应用实践） 补充实验指导书、统一实验报告格式 实验安排： 共18学时，实验均为设计性、综合性实验 典型电器控制系统分析与故障排除实验（4学时） PLC认识与基本实验（2学时） PLC程序设计与调试实验（6学时） PLC综合应用实验（4学时） 实验考试（2学时）,0 绪论 0.4 课程内容与学习要求,0.4.7 与本课程相关的主要实践环节安排 电气控制系统安