什麼是工業自動化？ 類型、級別、優勢

在這篇文章中，我們將看到工業自動化的概述，工業自動化的優缺點是什麼，不同類型的自動化系統，典型工業自動化應用中的不同級別等等。 大綱 介紹什麼是工業自動化？ 理解示例工業自動化工業自動化的動機工業自動化過程的級別主管級控制級現場級工業自動化系統的類型固定自動化系統可編程自動化系統柔性自動化系統集成自動化系統工業自動化的優點和缺點優點缺點介紹自英國工業革命時期以來，一直致力於開發複雜的技術幫助人們完成不同的生產任務。工業生產過程由一系列機器組成，原材料的組合通過這些機器通過並轉化為最終產品。 在這裡，術語“機器”可以是任何東西，如電機、鑽頭、傳送帶等。 屬於機電設備或化學機械，如烤箱、乾燥機、化學燃燒系統等。今天，工業自動化已經接管了工業的生產過程，很難想像沒有自動化系統的生產線。 有幾個因素導致工業生產中自動化系統的實施，例如對高質量產品的要求，對產品可靠性的高期望，大批量生產等。什麼是工業自動化？工業自動化是操作機器和其他的過程工業設備借助數字邏輯編程，借助機械化設備減少決策和人工指揮過程中的人工干預。 上面的定義絕對不是一個簡單的理解，而是讓我們嘗試了解工業自動化是什麼一個小例子的幫助。了解工業自動化的例子考慮一個手動工業生產過程，操作員正在觀察烤箱的溫度。 假設任務是達到某個溫度並保持該溫度約 30 分鐘。因此，操作員必須首先通過控制閥門將溫度升高到所需量來調節進入烤箱的燃料量。 一旦達到必要的溫度，就必須通過不斷調整閥門來維持它，即 在接下來的 30 分鐘內根據溫度增加或減少燃料。現在，通過工業自動化，整個過程無需操作員幫助即可完成。 首先，在烤箱附近放置一個溫度傳感器，將溫度報告給計算機。現在，有電動閥，也由計算機控制，用於向烤箱供應燃料。 根據傳感器的溫度讀數，計算機將在開始時打開閥門以允許更多燃料。 一旦達到所需溫度，閥門就會關閉。但計算機可以根據溫度讀數打開或關閉閥門，甚至允許最少量的燃料流動。 計算機中的計時器將指示一次 30 分鐘，計算機可以完全關閉系統。上面的示例可能看起來很模糊，但它有助於理解如何實現典型的工業自動化系統。 在上面的例子中，絕對零人工干預，整個任務完全由自動化系統執行。 工業自動化的動機自動化一詞是由福特汽車公司的工程師創造的，他是工業自動化和製造裝配線的先驅. 起初，工業生產過程以工人的眼睛、手和大腦為基礎，與現代傳感器、執行器和計算機不同。最初，生產過程中自動化的實施重點是用獨立的機器。 最初，這些獨立的機器必須由人工監督員協調才能使生產過程順利進行。但是隨著模擬和數字控制系統、微處理器和 PLC（可編程邏輯控制器）以及各種傳感器的技術發展，同步多個機器變得非常容易。獨立機器和流程，實現真正的工業自動化。隨著工業經濟的興起，工業自動化的商業戰略也隨著時間的推移而發生變化。 如今，實施工業自動化的根本動機是： 增加生產 降低成本，尤其是與人力相關的成本 提高產品質量 原材料的有效利用 降低能源消耗 增加企業利潤 在工業生產過程中使用自動化有幾個次要動機如為操作者提供一個安全的環境，減少環境污染等。 工業自動化過程的層次典型的工業自動化應用。主管級位於層次結構的頂部，主管級通常由工業 PC 組成，通常可用作台式 PC 或面板 PC 或機架式 PC。 這些 PC 在標準操作系統上運行，帶有特殊軟件，通常由供應商提供用於工業過程控制。該軟件的主要目的是過程可視化和參數化。 使用特殊的工業以太網進行通信，可以是千兆局域網或任何無線拓撲 (WLAN)。控制級別控制級別是層次結構中的中間級別，這是執行所有自動化相關程序的級別。 為此，通常使用可編程邏輯控制器或 PLC，它們提供實時計算能力。 PLC 通常使用 16 位或 32 位微控制器實現，並在專有操作系統上運行以滿足實時要求。 PLC 還能夠與多個 I/O 設備接口，並可以通過各種通信協議（如 CAN）進行通信。 現場級傳感器和執行器等終端設備在層次結構中分為現場級。 溫度、光學、壓力等傳感器。 和執行器，如電機、閥門、開關等。 通過現場總線與PLC接口，現場級設備與其對應的PLC之間的通信通常是基於點對點的連接。有線和無線網絡都用於通信，利用這種通信，PLC可以還對各種組件進行診斷和參數化。此外，工業自動化過程系統還需要兩個主要係統。 它們是：工業電源安全和保護層次結構中不同級別的不同系統的電源要求可能有很大差異。 例如，PLC 通常在 24V DC 上運行，而重型電機在 1 相或 3 相 AC 上運行。因此，為了實現無故障運行，需要各種適當的輸入電源。 此外，用於控制 PLC 的軟件應該具有安全性，因為它很容易被修改或損壞。考慮到所有上述級別及其相應的組件，典型的工業自動化系統將具有以下結構。類型工業自動化系統現在我們已經了解了典型工業自動化系統的佈局，讓我們繼續討論不同類型的工業自動化系統。 工業自動化系統通常分為四種類型。 固定自動化系統可編程自動化系統柔性自動化系統集成自動化系統固定自動化系統在固定自動化系統中，生產設備固定有一組固定的操作或任務，這些操作很少有任何變化。 固定自動化系統通常用於輸送機和批量生產系統等連續流動過程中。可編程自動化系統在可編程自動化系統中，可以使用電子控制更改操作順序和機械配置。 該系統需要大量的時間和精力來對機器重新編程，通常用於批處理生產。靈活的自動化系統靈活的自動化系統通常總是由計算機控制，並且經常在產品頻繁變化的地方實施。 CNC 機床是該系統的最佳示例。 操作員給計算機的代碼對於特定的工作是唯一的，機器根據代碼獲得生產所需的工具和設備。 集成自動化系統集成自動化系統是一組獨立的機器、流程和數據，全部在單一控制系統的指揮下同步工作，實現生產過程的自動化系統。 CAD（計算機輔助設計）、CAM（計算機輔助製造）、計算機控制的工具和機器、機器人、起重機和輸送​​機都使用複雜的調度和生產控制進行集成。 工業自動化的優缺點優勢人工操作員執行的任務涉及繁瑣的物理工作可以輕鬆更換。 人工操作員可以避免在極端溫度、污染、有毒元素或放射性物質的危險生產環境中工作。對於典型的人工操作員來說很難完成的任務可以輕鬆完成。 這些任務包括提升重物和大負載、處理極小的物體等。生產總是更快，產品成本顯著降低（與手動操作生產的相同產品相比）。可以進行多項質量控制檢查集成到生產過程中以提供一致性和統一性。可以顯著提高行業的經濟性，這對生活水平有直接影響。缺點是失業。 由於大部分工作是由機器完成的，因此對手工勞動的要求非常少。使用當前技術無法實現所有所需任務的自動化。 例如，形狀和尺寸不規則的產品最好留給手工組裝。 （這種趨勢似乎隨著先進的計算機和算法而改變。對某些過程使用自動化是可行的，即

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