什么是工业自动化？ 类型、级别、优势

在这篇文章中，我们将看到工业自动化的概述，工业自动化的优缺点是什么，不同类型的自动化系统，典型工业自动化应用中的不同级别等等。 大纲 介绍什么是工业自动化？ 理解示例工业自动化工业自动化的动机工业自动化过程的级别主管级控制级现场级工业自动化系统的类型固定自动化系统可编程自动化系统柔性自动化系统集成自动化系统工业自动化的优点和缺点优点缺点介绍自英国工业革命时期以来，一直致力于开发复杂的技术帮助人们完成不同的生产任务。工业生产过程由一系列机器组成，原材料的组合通过这些机器通过并转化为最终产品。 在这里，术语“机器”可以是任何东西，如电机、钻头、传送带等。 属于机电设备或化学机械，如烤箱、干燥机、化学燃烧系统等。今天，工业自动化已经接管了工业的生产过程，很难想象没有自动化系统的生产线。 有几个因素导致工业生产中自动化系统的实施，例如对高质量产品的要求，对产品可靠性的高期望，大批量生产等。什么是工业自动化？工业自动化是操作机器和其他的过程工业设备借助数字逻辑编程，借助机械化设备减少决策和人工指挥过程中的人工干预。 上面的定义绝对不是一个简单的理解，而是让我们尝试了解工业自动化是什么一个小例子的帮助。了解工业自动化的例子考虑一个手动工业生产过程，操作员正在观察烤箱的温度。 假设任务是达到某个温度并保持该温度约 30 分钟。因此，操作员必须首先通过控制阀门将温度升高到所需量来调节进入烤箱的燃料量。 一旦达到必要的温度，就必须通过不断调整阀门来维持它，即 在接下来的 30 分钟内根据温度增加或减少燃料。现在，通过工业自动化，整个过程无需操作员帮助即可完成。 首先，在烤箱附近放置一个温度传感器，将温度报告给计算机。现在，有电动阀，也由计算机控制，用于向烤箱供应燃料。 根据传感器的温度读数，计算机将在开始时打开阀门以允许更多燃料。 一旦达到所需温度，阀门就会关闭。但计算机可以根据温度读数打开或关闭阀门，甚至允许最少量的燃料流动。 计算机中的计时器将指示一次 30 分钟，计算机可以完全关闭系统。上面的示例可能看起来很模糊，但它有助于理解如何实现典型的工业自动化系统。 在上面的例子中，绝对零人工干预，整个任务完全由自动化系统执行。 工业自动化的动机自动化一词是由福特汽车公司的工程师创造的，他是工业自动化和制造装配线的先驱. 起初，工业生产过程以工人的眼睛、手和大脑为基础，与现代传感器、执行器和计算机不同。最初，生产过程中自动化的实施重点是用独立的机器。 最初，这些独立的机器必须由人工监督员协调才能顺利进行生产过程。但是随着模拟和数字控制系统、微处理器和 PLC（可编程逻辑控制器）以及各种传感器的技术发展，同步多个机器变得非常容易。独立机器和流程，实现真正的工业自动化。随着工业经济的兴起，工业自动化的商业战略也随着时间的推移而发生变化。 如今，实施工业自动化的根本动机是： 增加生产 降低成本，尤其是与人力相关的成本 提高产品质量 原材料的有效利用 降低能源消耗 增加企业利润 在工业生产过程中使用自动化有几个次要动机如为操作者提供一个安全的环境，减少环境污染等。 工业自动化过程的层次典型的工业自动化应用。主管级位于层次结构的顶部，主管级通常由工业 PC 组成，通常可用作台式 PC 或面板 PC 或机架式 PC。 这些 PC 在标准操作系统上运行，带有特殊软件，通常由供应商提供用于工业过程控制。该软件的主要目的是过程可视化和参数化。 一个特殊的工业以太网用于通信，可以是千兆局域网或任何无线拓扑（WLAN）。控制层控制层是层次结构中的中间层，这是执行所有自动化相关程序的层。 为此，通常使用可编程逻辑控制器或 PLC，它们提供实时计算能力。 PLC 通常使用 16 位或 32 位微控制器来实现，并在专有操作系统上运行以满足实时要求。 PLC 还能够与多个 I/O 设备接口，并可以通过各种通信协议（如 CAN）进行通信。 现场级传感器和执行器等终端设备在层次结构中分为现场级。 温度、光学、压力等传感器。 和执行器，如电机、阀门、开关等。 通过现场总线与PLC接口，现场级设备与其对应的PLC之间的通信通常是基于点对点的连接。有线和无线网络都用于通信，利用这种通信，PLC可以还对各种组件进行诊断和参数化。此外，工业自动化过程系统还需要两个主要系统。 它们是：工业电源安全和保护层次结构中不同级别的不同系统的电源要求可能有很大差异。 例如，PLC 通常在 24V DC 上运行，而重型电机在 1 相或 3 相 AC 上运行。因此，为了实现无故障运行，需要各种适当的输入电源。 此外，用于控制 PLC 的软件应该具有安全性，因为它很容易被修改或损坏。考虑到所有上述级别及其相应的组件，典型的工业自动化系统将具有以下结构。类型工业自动化系统现在我们已经了解了典型工业自动化系统的布局，让我们继续讨论不同类型的工业自动化系统。 工业自动化系统通常分为四种类型。 固定自动化系统可编程自动化系统柔性自动化系统集成自动化系统固定自动化系统在固定自动化系统中，生产设备固定有一组固定的操作或任务，这些操作很少有任何变化。 固定自动化系统通常用于输送机和批量生产系统等连续流过程。可编程自动化系统在可编程自动化系统中，操作顺序以及机械配置可以使用电子控制进行更改。 该系统需要大量的时间和精力来对机器重新编程，通常用于批处理生产。灵活的自动化系统灵活的自动化系统通常总是由计算机控制，并且经常在产品频繁变化的地方实施。 CNC 机床是该系统的最佳示例。 操作员给计算机的代码对于特定的工作是唯一的，机器根据代码获得生产所需的工具和设备。 集成自动化系统集成自动化系统是一组独立的机器、流程和数据，全部在单一控制系统的指挥下同步工作，实现生产过程的自动化系统。 CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、计算机控制的工具和机器、机器人、起重机和输送机都使用复杂的调度和生产控制进行集成。 工业自动化的优缺点优势人工操作员执行的任务涉及繁琐的物理工作可以轻松更换。 人工操作员可以避免在极端温度、污染、有毒元素或放射性物质的危险生产环境中工作。对于典型的人工操作员来说很难完成的任务可以轻松完成。 这些任务包括提升重物和大负载、处理极小的物体等。生产总是更快，产品成本显着降低（与手动操作生产的相同产品相比）。可以进行多项质量控制检查集成到生产过程中以提供一致性和统一性。可以显着提高行业的经济性，这对生活水平有直接影响。缺点是失业。 由于大部分工作是由机器完成的，因此对手工劳动的要求非常少。使用当前的技术无法自动完成所有所需的任务。 例如，形状和尺寸不规则的产品最好留给手工组装。 （这种趋势似乎随着先进的计算机和算法而改变。对某些过程使用自动化是可行的，即

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