自动化课件安排

自动控制理论的经典著作
控制系统的一种自然模型
控制器(计算机) 大脑 控制理论 思想、智能 传感器 感觉器官 执行器 肌肉 能量 食物
更好的执行器 提供更好的体能
更好的传感器 提供更好的视觉
更好的控制 使传感器和执行器的组合以更智能的方式提供更灵巧 的作用
自然模型
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
机械化（应用机器系统） 电气化（加入电机、网络） 自动化（加入自动控制器） 数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化（系统、管理） 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
工业化 信息化 知识化
社 会 总 发 展
嫦娥一号 中国自主研制、发射的第一个月球探测器
北京现代汽车车身车间焊接机器人
清华大学提出的电力系统的混成控制
离散逻辑控制指令～连续动态
底层（动态电力系统） 电厂、变电站&FACTS设备
电力 系统 混成 控制
中间处理与操作层 Processing & Operating
最高决策与指挥层 Decision–making & Commanding
小结
自动化是一个发展充分、工程概念强、内容丰富、应用领域广泛的技术学科，是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是信息化的必然，是智能化的基础，是人类体能和智力扩展的关键技术，是从信息社会迈向知识社会的必经之路。 自动化专业培育高素质的控制、管理、决策人才，要求：理论与实践（抽象思维与动手，数学方程与物理概念）、硬件与软件、强电与弱电并重
中间层信息
控制指令 (事件驱动)
Data
底层设备的反馈控制
操作命令
底层信息

近年来，各地相继利用外资建设了一批城 市污水处理厂，将先进的工艺及设备引进 国内，在提高工艺设备技术水平的同时， 控制系统和管理水平也有了很大的提高。 结束了以往污水处理全部用人工或简单的 电器控制的落后局面。 发达国家在二级 处理普及以后投入大量资金和科研力量加 强污水处理设施的监测、运行和管理，实 现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录 。
（5） 20世纪50年代末起至今是综合自动化时期， 这一时期空间技术迅速发展﹐迫切需要解决多变量 系统的最优控制问题。于是诞生了现代控制理论。 现代控制理论的形成和发展为综合自动化奠定了理 论基础。
（6） 今天，自动化已远远突破了上述传统的概 念，具有更加宽广和深刻的内涵。 自动化的
广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自 动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替 或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统 的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自动化 代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目 标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的， 已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不 仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周 期所有过程。
自动化发展概况
（1）1946年，美国福特公司的机械工程 师D.S.哈德最先提出“自动化”一词，并 用来描述发动机汽缸的自动传送和加工 的过程。50年代，自动调节器和经典控 制理论的发展，使自动化进入以单变量 自动调节系统为主的局部自动化阶段。 自动化
60年代，随现代控制理论的出现和电子 计算机的推广应用，自动控制与信息处 理结合起来，使自动化进入到生产过程Biblioteka 的最优控制与管理的综合自动化阶段。
自动化的效益
本厂所采用的污水处理自动化控制系统 借鉴了国内外先进的计算机软、硬件技 术，控制理论及算法，实现了污水处理 全过程自动智能控制，节省了人力资源， 能够及时、准确地反映工艺过程中各个 工艺参数的变化情况，并通过声光报警， 数据溢出时自动暂停设备等方式提醒工 作人员根据参数变化及时做出调整对策， 保证整套处理过程长期稳定、高效地运 行。

发展
自动化学科起源于工业革命，经历了机械自动化、电气自动化、计算机控制和智能化的发展 阶段。
Hale Waihona Puke 关键里程碑关键里程碑包括第一台可编程数字计算机、第一个工业机器人等。
自动化学科的主要内容
控制理论
研究控制系统的设计、分析 和优化方法。
传感器与执行器
研究感知和执行装置的设计 和应用。
自动化系统
研究自动化系统的建模、仿 真和调控。
3 认识自动化学科的
重要性和应用范围
探索自动化学科的未来 发展趋势和挑战
课程概述
本课程旨在介绍自动化学科的基本概念和理论，并深入探讨其在工业、交通、医疗等领域中的应用。通 过学习本课程，您将获得对自动化技术与系统的全面了解。
自动化学科的定义和发展
定义
自动化学科是研究如何使用机械、电子和计算机等技术，实现工业和日常生活中的智能化、 自动化过程的学科。
3
未来发展
自动化学科将继续与其他领域交叉，推动技术的进一步创新和应用。
结论和总结
通过学习《自动化学科概论》，您将拥有对自动化学科原理和应用的全面认 识，为未来的学习和研究打下坚实的基础。
自动化学科的应用领域
工业自动化 交通自动化 医疗自动化 家庭自动化
汽车生产、电子制造等 交通信号控制、智能交通系统等 手术机器人、医疗设备等 智能家居、智能家电等
自动化学科的前景和挑战
1
前景
自动化技术的不断发展将推动工业生产效率的提升，改善生活质量。
2
挑战
面临的挑战包括人工智能、数据安全和人机协作等方面的问题。
《自动化学科概论》PPT 课件
欢迎来到《自动化学科概论》PPT课件。在这个课程中，我们将介绍自动化 学科的基本概念、发展历程，以及它在各个应用领域中的重要性和前景。

为：①安装工件；②夹紧夹具；③起动；④监视；⑤停止；⑥准
备起动；⑦复位；⑧打开夹具；⑨取下。如图所示：车床在加工
外圆面到规定长度时不能自行停止，因此加工过程中需要人的监
视，一般手工进行停止。这样，一个人只能管理一台机器。为实
现一人多机操作，可按如下步骤进行改进：
B部加工 A部加工
C部加工
A部加工时间 B部加工时间 C部加工时间
等级； ④ 机器完成一个循环并机器取下工件后停止，属于C等级； ⑤ 机器完成一个循环、机器取下工件、安装工件、启动后
停止，属于B等级； ⑥ 机器完成一个循环、机器取下工件、安装工件、启动机
器并可以投料、搬运，属于A等级，实现全自动操作。
8
Company name
7.2 人机分离
①人将机器停在恰当的位置 不能分离
指示灯牌亮
如果完成必要数量或作业，设备 自动停止
如果发现不正常情况， 设备自动停止
自働化=如果发现偏差，设备自动停止
6
Company name
7.1自働化概述
自働化作用：
在实际应用中它主要包括两方面作用：提高效率和异常管理， 即通过人机分离来提高效率，通过异常管理实现人机分离和保证品 质。
7
Company name
⑥
⑥
准
准
备
备
④需要监视⑤停止的操作取消
第二步：机器完成1个循环后停车
⑦⑧ ⑨ 复打 取 位开 下
夹
具
取消操作人员以下操作：②夹紧夹具； ⑥准备起动；⑦复位；⑧ 打开夹具，这种自働化为D等级。
A部加工时间 B部加工时间 C部加工时间
机器
⑨①③ 取安起 下装动
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Company name

“Present Developments in Control Applications”， 德国
课程基本情况
学时：27 作业：（无） 成绩评定：
平时（考勤）30% 期末考查（开卷笔试）70%
专业的前身
工业企业电气化及自动化专业 （简称工企专业 ）
工业电气自动化专业 工业自动化专业
生产过程自动化 仪表自动化
自动化概论
本课程的主要内容
1.自动化的概念和发展简史 2.自动控制系统的类型和组成 3.基本的控制方法 4.控制和自动化的应用范畴 5.控制和自动化的展望 6.自动化专业概览
教材与参考书
[1] 西安交大万百五主编《自动化（专业）概论》（第二版），武 汉理工大学出版社，2005年。
[2] 电子书《信息爆炸时代的控制》——关于控制、动力学和系统 未来方向的专家小组报告，2003年。
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
自动化与工业化、信息化、知识化的关系社 会来自机械化（应用机器系统）
电气化（加入电机、网络）
工业化
自动化（加入自动控制器）
总
数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络）
信息化
发 先进自动化（系统、管理）
展 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
先进自动化（综合集成了系统、管理）
实现先进自动化，就完成（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志
（国内总体，数字化、网络化已有一定规模）
（基础）自动化（核心是控制） 是工业化完成与否的标志
自动化技术是工业化的核心技术
先进自动化（核心是信息、控制、系统） 是信息化完成与否的标志
先进自动化技术是信息化的核心技术

薪资水平
自动化专业人才在就业市 场上具有较高的竞争力， 薪资水平相对较高。
主要就业方向介绍
工业控制方向
从事工业生产过程中的 自动化控制、工艺流程 设计、设备维护等工作
。
智能家居方向
从事智能家居系统设计 、开发、调试和维护等
工作。
机器人方向
从事机器人研发、设计 、应用和推广等工作。
电力系统方向
从事电力系统自动化、 继电保护、电气传动等
控制系统的设计方法
03
包括PID控制、模糊控制等。
03
自动化专业核心课程
自动控制原理
1 2
自动控制系统的基本概念
介绍自动控制系统的组成、工作原理、性能指标 等。
线性控制系统分析
讲解线性控制系统的时域分析、频域分析方法。
3
控制系统设计
介绍控制系统设计的基本原则、方法，以及优化 控制策略。
现代控制工程
工作。
职业规划与发展建议
明确职业目标
根据自己的兴趣和特长，选择适合自己的职业方 向，并制定相应的职业目标。
积累实践经验
积极参加实践活动和项目经验，积累实践经验和 项目经验，为未来的职业发展打下基础。
ABCD
提升技能水平
不断学习和掌握新技术、新方法，提高自己的技 能水平和综合素质。
加强团队协作
在工作中注重团队协作和沟通，与同事保持良好 的合作关系，共同推动项目的进展和成果。
随着人们对智能家居的需求增加，家 居自动化市场将逐渐扩大，相关的自 动化专业人才需求也将增加。
技术挑战与创新方向
人工智能技术
人工智能技术将在自动化领域发挥越来越重要的作用，如何将人工智能技术与自动化专业 相结合，将是未来的一个重要研究方向。

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7.3 异常管理
指示灯牌亮
如果完成必要数量或作业，设备 自动停止
如果发现不正常情况， 设备自动停止
自働化=如果发现偏差，设备自动停止
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7.1自働化概述
自働化作用：
在实际应用中它主要包括两方面作用：提高效率和异常管理， 即通过人机分离来提高效率，通过异常管理实现人机分离和保证品 质。
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Company name
为：①安装工件；②夹紧夹具；③起动；④监视；⑤停止；⑥准
备起动；⑦复位；⑧打开夹具；⑨取下。如图所示：车床在加工
外圆面到规定长度时不能自行停止，因此加工过程中需要人的监
视，一般手工进行停止。这样，一个人只能管理一台机器。为实
现一人多机操作，可按如下步骤进行改进：
B部加工 A部加工
C部加工
A部加工时间 B部加工时间 C部加工时间
第三步：机器取下工件
进一步改进，将取件工作机械化，人的工作只剩下：①安装工件； ③起动，进一步节省人力及工时，达到C等级：
A部加工时间 B部加工时间 C部加工时间
D等级 机器
⑨①③ 取安起 下装动
C等级 机器
A部加工时间 B部加工时间 C部加工时间
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7.2 人机分离
第四步：机器安装工件、起动
若机器可以自动安装工件并起动，操作者只是投入工件到物 料箱，可以在加工过程中同时投放多个工件，只要保持物料不中 断即可，这样操作者的自由度将会更大，达到B等级的自働化。
第五步：机器投料、搬运
在B等级基础上改进，使机器自动地投料、搬运，这样操作 者完全独立出来，只是更换刀具和质量检查等工作，达到A等级， 实现人与机器的完全分离，节省了人力和工时，效率大大提升。

品质量。
电商物流行业
物流系统通过自动化仓储、智 能配送等技术，提高了电商物 流的运作效率和准确性。
食品加工行业
自动化生产线在食品加工中的 应用，如自动包装、检测等环 节，确保了食品的安全和卫生 。
医药行业
物流系统在医药流通领域的应 用，通过药品追溯、智能配送 等技术，确保了药品的安全和
有效性。
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设计原则
根据建筑物的使用功能、设备配置、环境条件等因素，进行 系统设计，确保系统的可靠性、稳定性和扩展性。
实施步骤
包括系统规划、方案设计、设备选型、安装调试、系统测试 等步骤，需要专业的技术团队进行全程跟踪和服务。同时， 在系统实施过程中，还需要注意与建筑物其他系统的协调配 合，确保整体效果最佳。
THANK YOU
感谢聆听
传感器融合
系统融合多种传感器信息 ，如视觉、力觉、触觉等 ，提高机器人的感知能力 和自适应能力。
路径规划
根据任务需求，系统自动 规划机器人的运动路径， 确保机器人能够高效、准 确地完成任务。
05
自动化生产线与物流系统
自动化生产线的组成与特点
组成
自动化生产线由传送系统、控制 系统、执行系统、检测系统等组 成。
稳定性
系统受到扰动后，能够恢复到原来平衡状态的能 力。稳的误差大小。准确性高 的系统能够减小误差，提高控制精度。
快速性
系统对输入信号响应的快慢程度。快速性好的系 统能够迅速响应输入信号的变化。
鲁棒性
系统对参数摄动和外部扰动的敏感程度。鲁棒性 强的系统能够在一定程度上抵抗参数摄动和外部 扰动的影响。
控制系统的分析与设计
01
控制系统分析
通过建立控制系统的数学模型，分析系统的稳定性、快速性、准确性和

工厂或事业单位的人﹑财﹑物﹑生产﹑办公等业务 管理自动化﹐是以信息处理为核心的综合性技术 ﹐涉及电子计算器﹑通信﹑系统与控制等学科。
d、其它：实验室自动化、家庭自动化、商业自动 化
2、按测控形式分
a、SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）系统
监测控制和数据采集系统。它可以实时采集现 场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制 ，对工艺流程进行全面、实时的监视，并为生产 、调度和管理提供必要的数据。
自动化基础知识
刘艳艳
1
主要内容
1、自 动 控 制 2、计 算 机 3、计 算 机 网 络 4、可编程控制器（plc)
2
一、什么是自动化
1、自动化定义 自动化是指在无人干预的情况下按规定的程序或指 令自动进行操作或控制的过程。
研究内容： 自动化是一门涉及学科较多﹑应用广泛的综合性科 学技术。数学、物理学、力学、电子学、生物学 等是该学科的重要基础 它的研究内容主要有自动控制和信息处理两个方面 ﹐包括理论﹑方法﹑硬件和软件等。
2、什么是工业自动化技术
工业自动化技术是指综合运用控制理论、电子装备 、仪器仪表、计算机和相关工艺技术，对工业生 产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决 策，达到增加产量、提高质量、节省能耗、降低 消耗、减少污染、确保安全等目的的一种综合性 技术。
3、自动控制
概念 所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用 外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、 设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参 数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。
SCADA系统的主要功能包括数据采集、本地和 远程控制、多种通讯介质联接、易于重新配置及 本地和远程诊断。

04
自动化技术的发展趋 势
人工智能与自动化
人工智能技术为自动化系统提供更高效、智能的决策支持，实现更精准的控制和优 化。
人工智能算法应用于自动化系统，可提高数据处理速度和准确性，降低人工干预需 求。
人工智能技术有助于自动化系统更好地适应复杂环境和不确定性因素，提高系统的 鲁棒性和自适应性。
机器学习与自动化
根据系统设计，使用合适的编程语言和工具 进行编码实现。
单元测试
对每个模块进行单元测试，确保每个模块的 功能正常。
集成测试
将所有模块集成在一起进行测试，确保模块 之间的协调工作正常。
系统测试
模拟实际运行环境，对整个系统进行全面测 试，确保满足需求。
06
自动化系统的应用实 例
工业自动化生产线
自动化生产线概述
执行机构可以是电动机、气动或液压系统等，根据控制装置 的输出信号，驱动设备或机器进行工作。
检测装置
检测装置用于检测被控对象的各种参 数，如温度、压力、流量等，并将检 测结果转换为电信号或数字信号传送 给控制装置。
检测装置包括各种传感器、变送器和 测量仪表等。
控制系统
控制系统是自动化系统的组成部分，它由控制装置、执行 机构、检测装置等组成，通过信号传输和数据处理实现自 动化控制。
机器学习技术为自动化系统提 供强大的数据处理和分析能力 ，实现数据驱动的决策和控制 。
通过机器学习算法，自动化系 统能够自我学习和优化，不断 提高自身的性能和效率。
机器学习技术有助于自动化系 统更好地应对各种复杂和动态 的任务需求，提高系统的灵活 性和适应性。
物联网与自动化
物联网技术为自动化系统提供更 广泛的信息感知和交互能力，实 现设备间的互联互通和协同工作