黑灯科技现代化工厂自动化应用分析研究

黑灯科技现代化工厂自动化应用分析研究

0引言

文中通过对工厂自动化的介绍，分析了工厂自动化与过程控制的发展过程，重点研究了工厂自动化必不可少的一些技术，对于进一步实现工厂自动化具有现实意义。致力于实现厂区的完全自动化，涉及产品的设计、材料的加工、企业管理等各个方面。

1工厂自动化的概念

工厂自动化体系构成如图1所示。

信息技术与计算机技术的产生与发展在很大程度上改变了人们的生产和生活方式，这些技术又一次解放了人们的双手。这种解放不仅是劳动工具的改变，更重要的是生产方式与管理模式的改变。工厂自动化（Factory Automation），也称车间自动化，是指自动完成全部或部分产品制造加工过程。致力于实现厂区的完全自动化，涉及产品的设计、材料的加工、企业管理等各个方面。工厂自动化技术的应用前景十分广泛，相关方面的研究近几年正在加大，逐渐成为热门的研究领域。其实现依赖于计算机技术、通信技术与控制工程技术等，其工作机制是将各种生产设备智能的连接起来，使其按照一定的生产线进行流水作业，最后在总体控制系统的作用下形成一定程度的自动化与智能化。

2工厂自动化的發展

我国工业开始蓬勃发展的早期使用分散式测量仪表和控制装置，进行单独的参数自动调节。在一定程度上取代了传统的手工操作，开启了人们向自动化方向发展的第一页。后来为了减少类似于产品的检测等重复性工作，人们开始把检测与控制仪表集中在中央控制室，对车间进行统一控制管理，部分工厂初步实现了检测仪表化和局部自动化。近代新型科学技术成果不断投放于生产制造行业，使得工厂在一定程度上有了自动化趋势。在仪表研究方面，为了得到高质量及监测精度更高的仪表，组装仪表逐渐进入人们的视野，而且其功能不断的被完善，工作性能更加稳定，应用范围更加广泛。在计算机控制方面，计算的高效性与准确性成为人关注的重点，计算的处理性能要求不断提高，计算机的体积逐渐缩小，网络制式不断的更新。随着科学技术的不断发展，工厂自动化的局部自动化不断完善，多个局部自动化不断的整合成总体自动化，以便进一步提高工作效率，保证质量与安全，节约能源和原材料。

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3过程控制的发展与应用

起初阶段的过程控制系统大部分是以单一的输入与输出为主，这种单一的控制方式在很大程度上做到控制准确的效果，能使参数比较稳定，避免了不需要的变动干扰，但在利用率上需要多个系统进行工作，成本较高。过程控制系统采用的方法是经典控制理论中的频率法和轨迹法，主要解决了单一输入与输出对参数的控制问题，使系统能够比较稳定的工作。后来随着控制技术研究的不断深入与现代制造要求的不断提高，单一变量由单一系统进行控制已经难以在低成本中实现，多变量的单一系统控制和多变量的复杂系统控制逐渐取代了经典控制理论，发展成为现代控制理论（2]。尤其是计算机的微型化、计算速度的高速化和编辑程序的简单化，使得利用空间充足，控制方式多样，自动化技术呈现出一派欣欣向荣的新景象。

4厂自动化关键技术设备

工厂自动化致力于实现提高企业产品质量、生产能力、实现企业信息化、提高企业综合竞争力。工厂：实现自动化的关键技术设备主要有以下十个部分组成：

4.1控制器

工厂自动化的核心模块便是控制技术。控制器指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向运行的主令装置。目前典型的控制器是可编程逻辑控制器（PLC）和工控机，前者储存器具有可编程的特点，可以简单的实现顺序控制，编程简单、操作方便。工控机（IPC）主要是对总线生产过程中的机械设备进行检测与控制[3]。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬内存、外设及接口，并具有操作系统、控制网络和协议、计算能力。工控机一般是为其他行业提供嵌入式、智能化的行业计算机，属于中间产品。

4.2机器人

它是工厂自动化的执行者，一般是由电源模块、驱动装置、检测装置、控制装置等结构组成。它接收指挥者的指令，完成一定的工作，在一定程度上代替了人力操作。主要用于人类难以完成的任务或者存在危险的工作，以及简单的重复性工作。

4.3伺服电机

伺服电机指利用控制系统使机械元件运转的驱动设备，为所有需要机械运动的系统提供驱动力，分为直流和交流两大类。作为执行元件，其转子的转动速度受到自动控制系统的控制，且具有机电时间常数小、低速力矩大、运行稳定的特点，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

4.4传感器

是自动化工厂感知信息的重要部分，可以将物理位置、压力、光、电、温度、湿度、气压等等信息转化成电信号或其他形式的信号传输给处理器，来完成信息的传递与整理。在现代工业生产中，尤其是自动化生产过程中，需要用到各式各样的传感器来监视控制生产过程中的各个参数变化，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

4.5变频器

它是利用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电机的电力控制设备。在工厂“自动化中主要将电源输出的总电量进行合理的配比与供给。

4.6电磁阀

在工厂自动化中主要用来控制流体的运动，可在液压与气动环境中使用，调整介质的方向、流速、和其他参数。

4.7工业相机

是工厂自动化的眼睛，属于机器视觉中的关键组件，其工作原理是将光信号转变成有序的电信号，选择合适的相机也是机器视觉系统设备的重要环节。工业相机一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标并转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而通过用判别的结果和预设结果做出对比来控制现场设备动作。

4.8仪器仪表

工厂自动化中需要应用各种仪器仪表，比如测量压力液位、流量、温度等一些控制过程所需要的参数值，所需要相关的仪器仪表。

4.9自动化软件

自动化软件在工业系统中起着重要作用，主要是对生产过程进行调度，由于工业控制系统的管控一体化趋势，使得工业控制系统与传统IT管理系统以及互联网相连通，内部也越来越多地采用了通用软件、通用硬件和通用协议。

4.10控制柜

控制柜是按电气接线要求将开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备等组装在封闭或半封闭金属柜中或屏幅上，其布置应满足电力系统正常运行的要求，便于检修，不危及人身及周围设备的安全4]。在工厂自动化中应用广泛，主要用于高层建筑无塔供水或者电力系统，消防深井泵，恒压供水等根据实时用水工况需要闭环调节水泵转速的场合。

5结束语

随着科技的发展和生产需求的提高，生产中的机械设备逐渐趋向于自动化和智能化，工厂自动化也在逐渐的发展，并取得了一定的成绩。文中通过对工厂自动化的介绍，分析了工厂自动化与过程控制的发展过程，重点研究了工厂自动化必不可少的一些技术，对于进一步实现工厂自动化具有现实意义。