《电气自动化与PLC技术》课件

电气自动化与技术PLC欢迎来到《电气自动化与技术》课程！本课程旨在全面介绍电气自动PLC化系统的核心概念、关键技术与实际应用通过本课程的学习，您将掌握编程、变频器、触摸屏、伺服系统等核心技术，并了解智能制造的发PLC展趋势本课程内容丰富、案例翔实，理论与实践相结合，旨在培养具备电气自动化系统设计、调试、维护能力的专业人才课程简介课程内容课程特色电气自动化系统概述理论与实践结合••原理与编程案例分析•PLC•变频器技术小组项目••触摸屏技术实验操作••伺服系统技术•智能制造技术•本课程将系统地介绍电气自动化与技术的基本原理、核心技术以及应用案例内容涵盖电气自动化系统的组成、的硬件PLC PLC结构与编程方式、变频器、触摸屏、伺服系统等关键技术通过理论讲解、案例分析、实验操作等多种教学方式，使学生能够掌握相关知识与技能，并具备解决实际问题的能力课程目标知识目标能力目标12掌握电气自动化系统的基本概念、组具备电气自动化系统的设计、调试、成、工作原理维护能力熟悉PLC的硬件结构、编程方式、指能够使用PLC进行逻辑控制、运动控令系统制、过程控制了解变频器、触摸屏、伺服系统等关能够应用变频器、触摸屏、伺服系统键技术等技术解决实际问题素质目标3培养严谨的科学态度和良好的工程素养提升团队协作、沟通表达能力树立终身学习的意识本课程旨在培养学生在电气自动化与PLC技术领域的专业知识和实践能力通过学习，学生能够掌握电气自动化系统的基本原理和设计方法，熟悉PLC的硬件结构和编程技术，了解变频器、触摸屏、伺服系统等关键技术，并具备解决实际问题的能力同时，培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养，提升团队协作和沟通表达能力，树立终身学习的意识电气自动化系统概述定义应用优势电气自动化系统是利广泛应用于电力、冶提高生产效率、降低用电力电子技术、计金、化工、机械、交劳动强度、保证产品算机技术、控制理论通等领域，提高生产质量、改善工作环境、等，实现对电气设备效率、降低成本、改增强安全性和生产过程的自动控善产品质量制电气自动化系统是指利用电力电子技术、计算机技术、控制理论等，实现对电气设备和生产过程的自动控制的系统它广泛应用于电力、冶金、化工、机械、交通等领域，可以提高生产效率、降低成本、改善产品质量电气自动化系统能够提高生产效率、降低劳动强度、保证产品质量、改善工作环境、增强安全性，是现代工业生产的重要组成部分自动化系统的组成检测元件传感器、变送器等，用于采集系统状态信息控制装置PLC、DCS等，用于处理信息、发出控制指令执行机构电机、阀门等，用于执行控制指令控制对象被控制的设备或生产过程自动化系统通常由检测元件、控制装置、执行机构和控制对象组成检测元件负责采集系统状态信息，如温度、压力、流量等；控制装置，如PLC或DCS，对采集的信息进行处理，并发出控制指令；执行机构，如电机或阀门，根据控制指令执行动作；控制对象是被控制的设备或生产过程各个部分协同工作，实现自动化控制自动化系统设计原则安全性可靠性1保障人身和设备安全保证系统长期稳定运行2可维护性4经济性3便于系统维护和故障排除降低系统成本、提高效益自动化系统设计需要遵循安全性、可靠性、经济性和可维护性等原则安全性是首要原则，必须保障人身和设备安全；可靠性是保证系统长期稳定运行的关键；经济性要求降低系统成本、提高效益；可维护性则便于系统维护和故障排除在设计过程中，需要综合考虑这些原则，以实现最佳的自动化控制效果概述PLC定义特点可编程逻辑控制器可靠性高Programmable•，是一种数字运Logic Controller抗干扰能力强•算操作的电子系统，专为在工业环编程简单•境下应用而设计易于维护•应用广泛应用于工业控制领域，如逻辑控制、运动控制、过程控制等（可编程逻辑控制器）是一种专门为工业环境设计的数字运算操作电子系统PLC它具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、易于维护等特点，因此被广泛应用于工业控制领域，如逻辑控制、运动控制、过程控制等通过编程实现对工PLC业设备的自动控制，是现代工业自动化的核心设备之一的硬件结构PLC组成功能中央处理器进行逻辑运算、数据处理•CPU•CPU存储器存储器存储程序和数据••输入输出模块模块连接现场设备•/I/O•I/O电源模块电源模块提供电源••编程器编程器用于编程和调试••的硬件结构主要由中央处理器（）、存储器、输入输出（）模块、电源模块和编程器组成负责进行逻辑运算PLC CPU/I/O CPU和数据处理；存储器用于存储程序和数据；模块用于连接现场设备；电源模块为提供电源；编程器用于编程和调试这些I/O PLC组件协同工作，实现的控制功能PLC的输入输出系统PLC/输入模块输出模块12接收来自现场设备的信号，如将的控制信号输出到现场PLC传感器、按钮等设备，如电机、阀门等将现场信号转换为可识别将的数字信号转换为现场PLC PLC的数字信号设备可识别的信号类型3数字量、模拟量、特殊功能模块I/O I/O的输入输出系统是与现场设备进行信息交互的桥梁输入模块接收来PLC/PLC自现场设备的信号，如传感器、按钮等，并将现场信号转换为可识别的数字PLC信号；输出模块将的控制信号输出到现场设备，如电机、阀门等，并将PLC PLC的数字信号转换为现场设备可识别的信号根据信号类型，模块可分为数字I/O量、模拟量和特殊功能模块I/O I/O的中央处理器PLC功能性能组成是的核心，负责的性能直接影响运算器、控制器、寄PLC CPU程序执行、逻辑运算、的运行速度和控存器、时序电路等PLC数据处理、控制管理制能力等的中央处理器（）是的核心，负责程序执行、逻辑运算、数PLC CPU PLC据处理、控制管理等的性能直接影响的运行速度和控制能力CPUPLC由运算器、控制器、寄存器、时序电路等组成，各个部分协同工作，CPU实现的控制功能PLC的存储器PLC系统存储器存储系统程序、监控程序等用户存储器存储用户程序、数据等类型、、、等RAM ROMEPROM EEPROM的存储器用于存储程序和数据，分为系统存储器和用户存储器系统存储器PLC用于存储系统程序、监控程序等；用户存储器用于存储用户程序、数据等根据存储特性，存储器可分为、、、等不同类型的存RAM ROMEPROM EEPROM储器具有不同的特点，适用于不同的应用场景的编程方式PLC梯形图指令表1最常用的编程方式，直观易懂类似于汇编语言，灵活性高2顺序功能图4功能块图3适合描述顺序控制系统模块化编程，便于程序管理的编程方式有多种，包括梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图等梯形图是最常用的编程方式，直观易懂；指令表类似PLC于汇编语言，灵活性高；功能块图采用模块化编程，便于程序管理；顺序功能图适合描述顺序控制系统根据不同的控制需求和编程习惯，可以选择不同的编程方式梯形图程序设计基本元件编程规则线圈、触点、功能块等从左到右、自上而下编程技巧模块化、结构化编程梯形图是编程中最常用的编程语言，它采用类似于继电器电路图的形PLC式，直观易懂梯形图的基本元件包括线圈、触点、功能块等梯形图的编程规则是从左到右、自上而下为了提高程序的可读性和可维护性，建议采用模块化、结构化编程逻辑运算指令与或非AND OR NOT所有条件都满足，结果才为真只要有一个条件满足，结果就为真条件为真，结果为假；条件为假，结果为真逻辑运算指令是编程中最基本的指令之一，包括与（）、或（）、非（）等与指令要求所有条件都满足，结果PLC ANDORNOT才为真；或指令只要有一个条件满足，结果就为真；非指令则对条件进行取反通过组合这些逻辑运算指令，可以实现复杂的逻辑控制功能定时与计数指令定时器1用于延时控制，如延时启动、延时停止等类型、、等TON TOF TP计数器2用于计数控制，如产品计数、脉冲计数等类型、等CTU CTD定时与计数指令是编程中常用的指令，用于实现延时控制和计数控制PLC定时器用于延时控制，如延时启动、延时停止等，常见的类型有、TON、等；计数器用于计数控制，如产品计数、脉冲计数等，常见的类TOFTP型有、等通过设置定时器和计数器的参数，可以实现精确的延CTU CTD时和计数控制移位及位操作指令移位指令位操作指令将数据按位移动，如左移、右移等对数据的某一位进行操作，如置位、复位、取反等移位及位操作指令是编程中用于处理数据的指令，移位指令将数据按PLC位移动，如左移、右移等；位操作指令对数据的某一位进行操作，如置位、复位、取反等通过这些指令，可以实现对数据的精确控制和处理，满足各种复杂的控制需求数据传输指令传送MOV将数据从一个地址传送到另一个地址块传送BLKMOV将一块数据从一个地址传送到另一个地址数据传输指令是编程中用于传送数据的指令，包括传送（）和块PLC MOV传送（）等传送指令将数据从一个地址传送到另一个地址；块BLKMOV传送指令将一块数据从一个地址传送到另一个地址通过这些指令，可以实现数据的灵活传输和处理，满足各种复杂的控制需求程序流程控制指令跳转条件跳转JMP CJMP1无条件跳转到指定地址满足条件时跳转到指定地址2子程序返回RET4子程序调用CALL3从子程序返回调用子程序程序流程控制指令是编程中用于控制程序执行流程的指令，包括跳转（）、条件跳转（）、子程序调用（）PLC JMPCJMP CALL和子程序返回（）等跳转指令无条件跳转到指定地址；条件跳转指令满足条件时跳转到指定地址；子程序调用指令调用子RET程序；子程序返回指令从子程序返回通过这些指令，可以实现程序的灵活控制和管理，满足各种复杂的控制需求模拟量处理指令转换转换A/D D/A将模拟信号转换为数字信号将数字信号转换为模拟信号比例运算对模拟量进行比例运算模拟量处理指令是编程中用于处理模拟信号的指令，包括转换、PLC A/D转换和比例运算等转换将模拟信号转换为数字信号；转换将D/A A/D D/A数字信号转换为模拟信号；比例运算对模拟量进行比例运算通过这些指令，可以实现对模拟信号的精确控制和处理，满足各种复杂的控制需求串行通信指令发送接收协议SEND RECVMODBUS通过串行接口发送数据通过串行接口接收数据常用的通信协议串行通信指令是编程中用于实现串行通信的指令，包括发送（）和接收（）等发送指令通过串行接口发送数据；PLC SENDRECV接收指令通过串行接口接收数据协议是一种常用的通信协议，可以用于与其他设备之间的通信通过这些指令和MODBUS PLC协议，可以实现与其他设备之间的数据交换和控制，满足各种复杂的控制需求PLC应用案例分析PLC案例一自动送料系统案例二温度控制系统12使用控制电机、传感器使用控制加热器、冷却PLC PLC等，实现自动送料器等，实现温度控制案例三液位控制系统3使用控制泵、阀门等，实现液位控制PLC本节将通过几个典型的应用案例，分析在实际工业控制中的应用PLC PLC案例包括自动送料系统、温度控制系统和液位控制系统等通过分析这些案例，可以更深入地理解的编程和应用，掌握在实际工业控制中PLC PLC的设计和调试方法变频器技术概述定义功能应用变频器是一种改变电机工作电源频率的电力调速、节能、保护电机广泛应用于风机、水泵、起重机等设备控制设备，用于控制交流电动机的转速变频器是一种改变电机工作电源频率的电力控制设备，主要用于控制交流电动机的转速变频器具有调速、节能、保护电机等功能，因此被广泛应用于风机、水泵、起重机等设备通过变频器，可以实现电机的无级调速，提高生产效率、降低能耗、延长电机寿命变频器的工作原理整流滤波逆变将交流电转换为直流电滤除直流电中的杂波将直流电转换为可调频率的交流电变频器的工作原理主要包括整流、滤波和逆变三个阶段首先，整流器将交流电转换为直流电；然后，滤波器滤除直流电中的杂波；最后，逆变器将直流电转换为可调频率的交流电通过改变逆变器的输出频率，可以实现对电机转速的控制变频器的主要功能调速节能1调节电机转速降低电机能耗2软启动4保护3降低启动电流，减小对电网的冲击保护电机免受过载、过压等损害变频器的主要功能包括调速、节能、保护和软启动等调速功能可以调节电机转速，以适应不同的工作需求；节能功能可以降低电机能耗，节约能源；保护功能可以保护电机免受过载、过压等损害，延长电机寿命；软启动功能可以降低启动电流，减小对电网的冲击变频器的控制方式控制矢量控制直接转矩控制V/F电压频率比恒定控制，简单易用控制精度高，性能好响应速度快，控制性能优异/变频器的控制方式主要有控制、矢量控制和直接转矩控制等控制是一种电压频率比恒定控制方式，简单易用；矢量控制V/F V/F/是一种控制精度高、性能好的控制方式；直接转矩控制是一种响应速度快、控制性能优异的控制方式根据不同的应用需求，可以选择不同的控制方式变频器应用案例分析案例一风机调速案例二水泵恒压供水12使用变频器控制风机转速，使用变频器控制水泵转速，实现节能运行实现恒压供水案例三起重机调速3使用变频器控制起重机升降速度，提高运行效率本节将通过几个典型的变频器应用案例，分析变频器在实际工业控制中的应用案例包括风机调速、水泵恒压供水和起重机调速等通过分析这些案例，可以更深入地理解变频器的原理和应用，掌握变频器在实际工业控制中的设计和调试方法触摸屏技术概述定义功能应用触摸屏是一种可以接收触头等输入讯号人机交互界面广泛应用于工业控制、智能家居等领域的感应式液晶显示装置触摸屏是一种可以接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，是一种简单、方便、自然的人机交互方式触摸屏具有坚固耐用、响应速度快、操作简单等特点，因此被广泛应用于工业控制、智能家居等领域，作为人机交互界面触摸屏的工作原理电阻式通过压力改变电阻值电容式通过触摸改变电容值红外式通过红外线检测触摸位置触摸屏的工作原理主要有电阻式、电容式和红外式等电阻式触摸屏通过压力改变电阻值来检测触摸位置；电容式触摸屏通过触摸改变电容值来检测触摸位置；红外式触摸屏通过红外线检测触摸位置不同类型的触摸屏具有不同的特点，适用于不同的应用场景触摸屏的主要功能显示输入1显示设备状态、参数等信息输入控制指令、参数等2数据存储4报警3存储历史数据显示报警信息触摸屏的主要功能包括显示、输入、报警和数据存储等显示功能可以显示设备状态、参数等信息；输入功能可以输入控制指令、参数等；报警功能可以显示报警信息；数据存储功能可以存储历史数据通过这些功能，可以实现对设备的全面监控和控制触摸屏的应用领域工业控制智能家居设备监控、参数设置、生产控家电控制、安防监控等制等商业领域自助服务终端、机等POS触摸屏的应用领域非常广泛，包括工业控制、智能家居和商业领域等在工业控制领域，触摸屏可以用于设备监控、参数设置、生产控制等；在智能家居领域，触摸屏可以用于家电控制、安防监控等；在商业领域，触摸屏可以用于自助服务终端、机等POS触摸屏应用案例分析案例一控制系统案例二智能家居系统PLC12使用触摸屏作为人机界面，使用触摸屏控制家电、照明、实现对控制系统的监控安防等设备PLC和控制案例三自助售货机3使用触摸屏实现商品选择、支付等功能本节将通过几个典型的触摸屏应用案例，分析触摸屏在实际应用中的作用案例包括控制系统、智能家居系统和自助售货机等通过分析这些案PLC例，可以更深入地理解触摸屏的原理和应用，掌握触摸屏在实际应用中的设计和开发方法伺服系统技术概述定义功能应用伺服系统是一种能够精确控制位置、速精确控制位置、速度和转矩广泛应用于机器人、数控机床等领域度和转矩的自动化控制系统伺服系统是一种能够精确控制位置、速度和转矩的自动化控制系统，具有响应速度快、控制精度高、运行平稳等特点伺服系统广泛应用于机器人、数控机床等领域，是实现高精度运动控制的关键技术伺服系统的组成伺服电机伺服驱动器编码器控制器执行机构，用于产生转矩和运动控制电机转速、位置和转矩检测电机的位置和速度发出控制指令伺服系统主要由伺服电机、伺服驱动器、编码器和控制器组成伺服电机是执行机构，用于产生转矩和运动；伺服驱动器控制电机转速、位置和转矩；编码器检测电机的位置和速度，并将信息反馈给控制器；控制器发出控制指令，实现闭环控制伺服电机的工作原理直流伺服电机交流伺服电机通过改变电枢电压或磁场强度来控制转速和转矩通过改变定子电流的频率和幅值来控制转速和转矩伺服电机是伺服系统的核心部件，其工作原理主要分为直流伺服电机和交流伺服电机两种直流伺服电机通过改变电枢电压或磁场强度来控制转速和转矩；交流伺服电机通过改变定子电流的频率和幅值来控制转速和转矩不同类型的伺服电机具有不同的特点，适用于不同的应用场景伺服系统的控制方式速度控制2精确控制电机的转速位置控制1精确控制电机的位置转矩控制精确控制电机的转矩3伺服系统的控制方式主要有位置控制、速度控制和转矩控制等位置控制用于精确控制电机的位置；速度控制用于精确控制电机的转速；转矩控制用于精确控制电机的转矩根据不同的控制需求，可以选择不同的控制方式伺服系统应用案例分析案例一机器人案例二数控机床12使用伺服系统控制机器人的使用伺服系统控制机床的进关节运动，实现精确的动作给运动，实现高精度的加工控制案例三印刷设备3使用伺服系统控制印刷辊的转动，实现精确的套印本节将通过几个典型的伺服系统应用案例，分析伺服系统在实际应用中的作用案例包括机器人、数控机床和印刷设备等通过分析这些案例，可以更深入地理解伺服系统的原理和应用，掌握伺服系统在实际应用中的设计和调试方法智能制造技术概述定义关键技术目标智能制造是基于新一物联网、大数据、云实现生产过程的智能代信息技术与先进制计算、人工智能等化、自动化、高效化造技术深度融合的制造业新模式智能制造是基于新一代信息技术与先进制造技术深度融合的制造业新模式，是制造业发展的重要趋势智能制造的关键技术包括物联网、大数据、云计算、人工智能等智能制造的目标是实现生产过程的智能化、自动化、高效化，提高生产效率、降低成本、改善产品质量智能制造的发展趋势数字化生产过程的数字化建模和仿真网络化设备、系统之间的互联互通智能化生产过程的自感知、自学习、自决策智能制造的发展趋势主要体现在数字化、网络化和智能化三个方面数字化是指生产过程的数字化建模和仿真；网络化是指设备、系统之间的互联互通；智能化是指生产过程的自感知、自学习、自决策通过实现数字化、网络化和智能化，可以大幅提高生产效率、降低成本、改善产品质量工业互联网技术应用设备互联数据分析实现设备之间的互联互通，采对设备数据进行分析，优化生集设备数据产过程远程运维实现对设备的远程监控和维护工业互联网是实现智能制造的关键基础设施，它通过设备互联、数据分析和远程运维等技术，实现生产过程的智能化和优化设备互联可以实现设备之间的互联互通，采集设备数据；数据分析可以对设备数据进行分析，优化生产过程；远程运维可以实现对设备的远程监控和维护通过工业互联网，可以大幅提高生产效率、降低成本、改善产品质量工业机器人技术应用自动化生产线智能仓储危险环境作业使用机器人代替人工进行重复性劳动使用机器人进行货物搬运和存储使用机器人代替人工进行危险环境作业工业机器人是智能制造的重要组成部分，它可以通过自动化生产线、智能仓储和危险环境作业等方式，实现生产过程的自动化和智能化在自动化生产线中，机器人可以代替人工进行重复性劳动；在智能仓储中，机器人可以进行货物搬运和存储；在危险环境作业中，机器人可以代替人工进行危险环境作业通过工业机器人，可以大幅提高生产效率、降低成本、改善工作环境总结与展望总结1本课程全面介绍了电气自动化与技术的核心概念、关键技术与实际PLC应用展望2随着智能制造的不断发展，电气自动化与技术将发挥更加重要的作PLC用未来的发展方向包括智能化、网络化、集成化本课程全面介绍了电气自动化与技术的核心概念、关键技术与实际应用，包PLC括电气自动化系统的组成、的硬件结构与编程方式、变频器、触摸屏、伺服PLC系统等关键技术，以及智能制造的发展趋势随着智能制造的不断发展，电气自动化与技术将发挥更加重要的作用，未来的发展方向包括智能化、网络化、PLC集成化希望通过本课程的学习，大家能够掌握相关知识与技能，为中国智能制造的发展做出贡献。