《自动化控制系统设计与应用》课件

自动化控制系统设计与应用课将讨计应践本程深入探自动化控制系统的核心概念、设原理和用实，帮助础识关术问题您掌握自动化控制系统的基知，并能够运用相技解决实际自动化控制系统概述定义目的术计术论产产产质证产自动化控制系统是指利用电子技、算机技和控制理，实提高生效率、降低生成本、提升品量、保生安全现对产过进工业生程、设备和系统行自动控制的系统自动化控制系统的组成传感器执行器产过数驱产过采集生程中的各种参信息根据控制器的指令，动生压阀，如温度、力、流量等程中的各种设备，如电机、门热、加器等控制器传计给执根据感器采集的信息，算出控制指令，并发送行器传感器技术1测传为2传术根据量原理，感器可分感器技是自动化控制系统传压础多种类型，如温度感器、的基，其性能直接影响控制传传力感器、流量感器、位移系统的精度和可靠性传感器等3进传术断现随着科技的步，感器技不发展，出了更加智能化、集成化传传传的感器，如MEMS感器、智能感器等执行器技术概述分类执将转换对对执压执执行器是控制器的指令成被控象的实际控制动作的装常用的行器包括电动机、液行机构、气动行机构、步进置电机、伺服电机等控制器技术12编逻3术趋势控制器是自动化控制系统的核心，常用的控制器类型包括可程控制器技的发展是朝着智能传计辑单络它根据感器采集的信息，算出控制器（PLC）、片机、工业化、网化、集成化的方向发展给执计控制指令，并发送行器算机等信号采集与处理信号采集传转换数进感器采集的模拟信号需要成字信号，以便控制器行处理信号处理对数进滤换控制器字信号行波、放大、变等处理，以提取有效信息信号输出将给执驱对控制器处理后的信号输出行器，动被控象数字信号处理采样与量化将转换数模拟信号成离散的字信号数字滤波去除信号中的噪声和干扰数字变换将数进频谱时字信号行分析、域分析等处理工业总线通信技术串行通信1协议常用的串行通信包括RS-

232、RS-

485、CAN等现场总线2专现场络用于工业的通信网，如Profibus、DeviceNet、CANopen等工业以太网3将术应领以太网技用于工业控制域，如Profinet、Ethernet/IP等无线通信4线络进数传蓝利用无网行据输，如Wi-Fi、牙等控制算法PID积分控制2积控制输出与偏差的分值成正比比例控制1控制输出与偏差成正比微分控制3控制输出与偏差的变化率成正比自适应控制算法参数辨识1线计对数在估控制象的模型参控制律设计2识结调数根据辨果，整控制律参闭环控制3对根据控制律，控制被控象模糊控制算法模糊化1将数转换为语精确的值信息模糊言描述模糊推理2规则进逻辑根据模糊，行模糊推理反模糊化3将结转换模糊推理果成精确的控制输出神经网络控制算法1学习络过习数神经网通学大量样本据，建立控制模型2控制络计神经网根据控制模型，算出控制指令预测控制算法预测优化控制预测来时内对计来时内将计应对未一段间被控象的输出值算出能够使未一段间的输出值算出的控制指令用于被控象最优的控制指令工业现场总线介绍Profibus DeviceNetCANopen应过领应领应领广泛用于程自动化、机器自动化等主要用于机器自动化、设备控制等域用于运动控制、机器人等域域总线技术Profibus特点扩高可靠性、高速度、易于展、成本低廉应用过数程控制、机器控制、运动控制、据采集等总线技术DeviceNet1线专为2络结基于CAN总，自动化设支持多种网拓扑构，便于计扩备设系统展3应过领用于机器自动化、设备控制、程控制等域总线技术CANopen概述1线应层协议基于CAN总，支持多种用特点2时扩实性高、可靠性强、灵活可展应用3楼领运动控制、机器人、宇自动化等域通信协议Modbus特点简单应易用、跨平台、用广泛应用楼领工业自动化、宇自动化、能源管理等域工业以太网技术Ethernet/IP2罗美国克韦尔自动化公司推出的工业以协议太网Profinet1协议西门子公司推出的一种工业以太网Modbus/TCP3协议协议基于TCP的Modbus通信工业无线通信技术蓝牙Wi-Fi ZigBee应线络数传线连线术广泛用于无网接入、据输等主要用于短距离无通信，如设备接低功耗、低成本、短距离无通信技领数域、据采集等集中式控制系统概述优点结简单维所有控制功能都集中在一个中央系统构、易于护、成本对较控制器上相低缺点较扩较规可靠性低，展性差，不适合大模系统分布式控制系统12扩控制功能分散在多个控制器上提高了系统的可靠性、展性负责，每个控制器控制一部分和灵活性过设备或程3杂领适用于大型复系统，如化工、电力等域层次式控制系统基础层1负责现场传执控制设备，如感器、行器等过程层2负责产过压控制生程，如温度、力、流量等管理层3负责产产计调生管理，如生划、度等一体化控制系统概述将现多个控制系统集成到一个系统中，实统一的控制和管理优点扩提高了系统效率、可靠性和可展性应用适用于需要集成多种控制功能的系统，如智能工厂、智能交通等组态软件的应用概述优点应用组态软软简计开维过应楼件是一种可视化的件工具，用于化了系统设、发和护程，提高广泛用于工业自动化、宇自动化、能领快速配置和构建自动化控制系统了工作效率源管理等域人机界面设计原则内容扩状态过数报易用性、安全性、可靠性、可展性设备、程参、警信息、控制指令等运行监控与诊断实时监控数据记录1时监测状态过数记录数诊断2实设备运行和程参系统运行据，以便分析和故障诊断4报警管理3时员分析系统故障原因，并提供解决方案及提醒操作人异常情况故障检测与诊断故障检测过传检测通感器、控制器等装置，系统故障故障诊断分析故障原因，并提供解决方案故障处理采取措施，修复故障，恢复系统正常运行控制系统安全性计虑控制系统安全是指控制系统在控制系统安全设需要考多软各种情况下都能安全可靠地运种因素，如硬件安全、件安对环络员行，不会人身安全和境造全、网安全、人安全等成危害认证对进评认证控制系统安全是指控制系统的安全性能行估和，确保系标规统符合安全准和范现场总线安全性安全机制1数认证访问包括据加密、身份、控制等安全标准2如IEC

61508、IEC61784等安全认证3对现场线进评认证总系统的安全性能行估和自动化系统集成概述目标方法将扩标协议数换多个自动化系统集成到一个统一的系提高系统效率、可靠性、灵活性、可使用准、据交平台、系统集现术统中，实系统互联互通展性成技等自动化系统改造目的应术应提高系统效率、降低成本、提升安全性、适新技用步骤评计调试验系统估、方案设、系统实施、收控制系统优化设计目标提高控制性能、降低成本、提高效率、增强可靠性方法进数进结采用先的控制算法、优化控制参、改系统构等控制系统建模与分析12控制系统建模是指建立控制系控制系统分析是指利用模型分数标稳统的学模型析控制系统的性能指，如应定性、响速度等3常用的控制系统建模工具有MATLAB、Simulink等控制系统仿真技术概述1计验证利用算机模拟控制系统，控制系统性能和可靠性步骤2数结建立模型、设定参、运行仿真、分析果应用3计调试验证控制系统设、、优化、等工艺自动化应用概述目标将术应产过现产产证产质自动化技用于生程，实自动控制提高生效率、降低生成本、保品量、提升安全性能制药工业自动化应用技术应过产线质原料配比、反程控制、包装生控制、量控制等PLC、DCS、MES、LIMS等食品工业自动化1过2虑原料处理、加工程控制、包食品安全是首要考因素，需产线质检测严产过环装生控制、量等要格控制生程和境3级传执采用食品感器、行器、控制器等设备化工工业自动化分离过程控制2馏过滤过控制蒸、萃取、等分离程反应过程控制1应压数控制反温度、力、流量等参安全控制3产防止事故发生，保障生安全电力工业自动化发电控制组压频数控制发电机的出力、电、率等参输电控制线压数控制输电路的电、电流、功率等参配电控制络压数控制配电网的电、电流、功率等参矿冶工业自动化矿山开采自动化1矿开控制采设备，提高采效率，降低成本冶炼过程自动化2压数控制冶炼温度、力、流量等参，提高冶炼效率，降低成本矿产品加工自动化3矿选矿过产质控制破碎、磨、等加工程，提高品量石油化工自动化油气开采自动化产压数控制油气井的量、力等参炼油过程自动化过压数控制炼油程的温度、力、流量等参化工产品生产自动化产产过产质控制化工品的生程，提高品量机械工业自动化加工过程自动化装配过程自动化现现控制机床、机器人等设备，实控制机器人等设备，实自动装自动加工配物流过程自动化现控制AGV等设备，实自动物流运输航天航空自动化1态轨导2数3航天器姿控制、道控制、航飞行控制系统、地面控制系统、高可靠性、高精度、高安全性是航控制等据处理系统等天航空自动化的主要特点国内外自动化发展趋势工业互联网人工智能云计算将数连来现将术应将现资工业设备、系统和据接起，实人工智能技用于自动化控制系统，自动化控制系统迁移到云平台，实产现协智能化生实智能化控制源共享、服务同自动化系统发展展望智能化网络化集成化将将络现将现自动化控制系统更加智能化，能够自自动化控制系统更加网化，实设自动化控制系统更加集成化，实多习应环数协主学、适境、优化控制策略备互联、据共享、信息同种控制功能的集成实例分享与交流课将应进讨本程分享一些自动化控制系统的用案例，并与大家行交流，探自趋势应动化控制系统的最新发展和用前景。