1、智能制造基础与应用 2 智能制造基础与应用 第四章 智能控制基础第一节智能控制概述第二节传感技术第三节 可编程控制技术第四节变频调速控制技术第五节工业人机界面第六节组态监控技术智能控制概述1 1 第一节 4 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础一、智能控制的提出智能控制是一门交叉学科，是人工智能和自动控制相结合的新技术。传统控制方法在实际应用中遇到很多难以解决问题主要表现在以下几点实际系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，无法获得准确的数学模型。针对实际系统往往需要进行一些比较苛刻的线性化假设，而这些假设往往与实际系统不符合。某些复杂的和包含不确定性的控制过程无法用传动的
2、数学模型来描述既无法解决建模的问题。实际控制任务复杂而传统的控制任务要求低，对于复杂的控制任务如智能机器人的控制等无能为力。智能控制研究对象具备以下特点：不确定性的模型、高度非线性、复杂的任务要求。 5 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础二、智能控制的发展过程1965年，著名学者美籍华人K.S.Fu（傅京逊）教授把人工智能的启发式推理规则用于学习系统,为控制技术迈向智能化揭开了崭新的一页。1966年，Mendel提出了“人工智能控制”的新概念。1967年,Leondes和Mendel首次使用了“智能控制(Intelligent Control)”一词,并把记忆、目标分解等技术应用于学习控制
3、系统。1971年K.S.Fu（傅京逊）从发展学习控制的角度首次提出智能控制这一新兴学科，归纳了三种类型的智能控制系统：人作为控制器的控制系统、人机结合作为控制器的控制系统、无人参与的自主控制系统。1977年Saridis出版了随机系统的自组织控制，引入了运筹学提出了三元论的智能控制概念1985年8月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术讨论会 6 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 7 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础二、智能控制的发展过程1965年，著名学者美籍华人K.S.Fu（傅京逊）教授把人工智能的启发式推理规则用于学习系统,为控制技术迈向智能化揭开了崭新的一页。1966
4、年，Mendel提出了“人工智能控制”的新概念。1967年,Leondes和Mendel首次使用了“智能控制(Intelligent Control)”一词,并把记忆、目标分解等技术应用于学习控制系统。1971年K.S.Fu（傅京逊）从发展学习控制的角度首次提出智能控制这一新兴学科，归纳了三种类型的智能控制系统：人作为控制器的控制系统、人机结合作为控制器的控制系统、无人参与的自主控制系统。1977年Saridis出版了随机系统的自组织控制，引入了运筹学提出了三元论的智能控制概念1985年8月，IEEE在美国纽约召开了第一届智能控制学术讨论会 8 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础三、智能控
5、制的主要方法1.专家系统和专家控制一般的专家控制系统由三部分组成：（1）控制机制，它决定控制过程的策略，即控制哪一个规则被激活、什么时候被激活等。（2）推理机制，它实现知识之间的逻辑推理以及与知识库的匹配。（3）知识库，包括事实、判断、规则、经验以及数学模型.2.模糊控制 模糊控制主要是模仿人的控制经验而不是依赖控制对象模型，因此模糊控制器实现了人的某些智能。模糊控制的三个基本组成部分：模糊化、模糊决策、精确化计算。 9 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3.神经元网络控制神经元控制是模拟人脑神经中枢系统智能活动的一种控制方式,从本质上看，神经网络是一种不依赖模型的自适应函数估计器。神经元
6、网络在控制系统中所起的作用可大致分为四大类（1）在基于模型的各种控制结构中充当对象的模型；（2充当控制器；（3）在控制系统中起优化计算的作用；（4）与其它智能控制如专家系统、模糊控制相结合为其提供非参数化对象模型、推理模型等 10 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4.学习控制它通过重复各种输入信号，并从外部校正该系统，从而使系统对特定输入具有特定响应。学习控制根据系统工作对象的不同可分为两大类（1）对具有可重复性的被控对象利用控制系统的先前经验，寻求一个理想的控制输入。而这个寻求的过程就是对被控对象反复训练的过程。这种学习控制又称为迭代学习控制。（2）自学习控制系统。它不要求被控过程必须
7、是重复性的。它能通过在线实时学习，自动获取知识，并将所学的知识用来不断地改善具有未知特征过程的控制性能。 11 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 四、智能控制系统的构成原理智能系统是指具备一定智能行为的系统。具体地说，若对于一个问题的激励输入，系统具备一定的智能行为，它能够产生合适的求解问题的响应，这样的系统就称为智能系统。 典型的原理结构可由六部分组成：执行器、传感器、感知信息处理、规划与控制、认知、通讯交互接口，智能控制系统结构图 12 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 四、智能控制系统的构成原理智能系统是指具备一定智能行为的系统。具体地说，若对于一个问题的激励输入，系统具备一
8、定的智能行为，它能够产生合适的求解问题的响应，这样的系统就称为智能系统。 典型的原理结构可由六部分组成：执行器、传感器、感知信息处理、规划与控制、认知、通讯交互接口，智能控制系统结构图 传感技术2 2 第二节 14 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础一、传感器概述1.传感器的组成传感器的组成框图如图4-3所示1）敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。2）转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。3）接口电路：上述电路参数接入接口电路，便可转换成电量输出。 15 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2、传感器的分类 （1）按工作原理分类1）物理
9、传感器2）化学传感器 3）生物传感器（2）按输入信息分类 16 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3、自动测控系统1）开环自动测控系统 17 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2）闭环自动测控系统 18 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础二、温度传感器温度传感器，通常是由感温元件部分和温度显示部分组成，如图4-6所示。 1.热电偶传感器两种不同材料的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在该回路中会产生电动势，该电动势称为热电势，这种现象称为热电效应。 19 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 2.热电阻传感器温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的自由电子
10、通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大，电阻值增加，我们称其为正温度系数3.热敏电阻 热敏电阻是一种电阻值随温度变化的半导体传感器。它的温度系数很大，适用于测量微小的温度变化。热敏电阻体积小、热容量小、响应速度快，能在空隙和狭缝中测量。 20 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 4.温度传感器的典型应用（1）温度显示器与温度控制箱 （2）热敏电阻体温计、电热水器温度控制和CPU温度测量 21 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 三、力传感器及霍尔传感器力传感器组成 1.电阻式传感器把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。 22 智能制造基础与应用第
11、四章 智能控制基础电阻式传感器应用举例（1）汽车衡称重系统 23 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 （2）超市打印秤和吊钩秤 2.电感式传感器电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换被 测 物 理 量（ 非 电 量 ： 位 移 、振 动 、 压 力 、流 量 、 比 重 ）线 圈 自 感 系 数电 感互 感电 压 或 电 流（ 电 信 号 ）电 磁 感 应互 感 系 数ML/ 24 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础电感式传感器的应用举例 25 智能制造基础与应
12、用第四章 智能控制基础. 电容传感器电容传感器的基本理想公式如下式，改变A、d、 三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C 改变。固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器即变面积式电容传感器、变极距式电容传感器、变介电常数式电容传感器。电容器式传感器应用举例0 rAACdd 26 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础.压电传感器当晶体带电或处于电场中时，晶体的体积将产生伸长或缩短的变化。这种现象称为电致伸缩效应或逆压电效应压电传感器的典型应用举例 27 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 .霍尔传感器在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电
13、流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍尔效应。霍尔传感器分为下面几类（）霍尔开关集成传感器（）霍尔线性集成传感器霍尔传感器的典型典型应用举例 28 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 29 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 四.光电传感器光照射于某一物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射常用光电传感器有如下几类.红外线传感器红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显示单元等组成。红外光传感器的应用 30 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 31 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础.光固体图像传感器CCD全称电荷耦合器件，它具备光电
14、转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。CCD的典型应用 32 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础五、位置传感器1.光栅传感器 计量光栅可分为透射式光栅和反射式光栅两大类均由光源、光栅副、光敏元件三大部分组成。计量光栅按形状又可分为长光栅和圆光栅光栅的外形及在数控机床中的应用 33 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础数控机床位置控制框图 34 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2.磁栅 磁栅可分为长磁栅和圆磁栅。长磁栅主要用于直线位移测量，圆磁栅主要用于
15、角位移测量磁栅外形图磁栅传感器的应用1）可以作为高精度的测量长度和角度的测量仪器2）可以用于自动化控制系统中的检测元件（线位移）。 35 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3.码盘式传感器将机械转动的模拟量（位移）转换成以数字代码形式表示的电信号，这类传感器称为编码器。CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。码盘按结构可以分为接触式、电磁式和光电式三种，后两种为非接触式测量 36 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（1）增量
16、式编码器增量式编码器结构示意图（2）绝对式码盘绝对式码盘的结构示意图 37 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 38 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础编码器的典型应用 39 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础六、智能传感器智能传感器（intelligent sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。1. 智能传感器的功能（1）自补偿功能。（2）自校准功能。（3）自诊断功能。（4
17、）数值处理功能（5）双向通信功能（6）信息存储和记忆功能（7）数字量输出功能 40 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2.智能传感器的种类（1）模块式智能传感器（2）混合式智能传感器（3）集成式智能传感器 3.智能传感器的应用航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中，特别是随着高科技的发展智能机器人的领域可编程控制技术3 3 第三节 42 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础智能控制系统的控制流程图 43 智能制造基础与应用控制器的类型：1.基于PC的控制系统 2.基于MCU的控制系统3.基于PLC的控制系统4.其他控制系统各控制系统的比较第四章 智能控制基础 44 智能制造基础与
18、应用第四章 智能控制基础一、SIMATIC S7-200硬件结构及性能指标SIMATIC S7-200系统由硬件和工业软件两大部分构成1.主机结构（1）主机外形SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形状态显示通信口顶部端子盖电 源及输出端子前盖 方式开关、电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡 45 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础CPU型号 46 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础CPU 22X系列PLC主要技术性能指标 47 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础二、编程元件及寻址1.编程元件介绍(1)数字量输入与输出
19、 1）数字量输入映像寄存器地址编号范围为I0.0I15.72）数字量输出映像寄存器：地址编号范围为Q0.0Q15.7(2)模拟量输入与输出 1）模拟量输入映像寄存器：其地址编号为AIW0、AIW2等2）模拟量输出映像寄存器：例如AQW0、AQW2等 48 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础(3)变量存储器 变量存储区是为S7-200存放这些变量而开辟的存储区，用来在程序执行中存放中间结果或者用来保存与工序或任务有关的其他数据，用V标志。(4)位存储器（辅助继电器）为存储中间状态或控制信息而开辟的存储区，用M表示，M存储区只有32个字节，其范围为M0.0M31.7。（5）顺序控制存储区专门配
20、合顺序控制指令应用而开辟的存储区，共32字节即256位。用S标志 ，其编址范围S0.0S31.7。 49 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（6）特殊标志存储区 （7）累加器存储区（8）定时器 （9）计数器 （10）高速计数器HC（11）局部变量存储器2. 寻址 (1)直接寻址方式按位寻址的格式为：Ax.y 50 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（2）间接寻址方式用间接寻址方式存取数据需要作的工作有3种：建立指针、间接存取和修改指针。 三、基本指令系统可以用LAD、STL和FBD三种编程语。它包含如下五类指令三、基本指令系统可以用LAD、STL和FBD三种编程语。它包含如下五类指令（
21、1）位操作类指令（2）运算指令（3）其他数据处理类（4）表功能指令，（5）转换指令 51 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（一）基本逻辑指令基本逻辑指令在语句表语言中是指对位存储单元的简单逻辑运算，在梯形图中是指对触点的简单连接和对标准线圈的输出。1. 标准触点指令（1）LD：装入常开触点（LoaD）（2）LDN：装入常闭触点（LoaD Not） （3）A：与常开触点（And） （4）AN：与常闭触点（And Not）。 （5）O：或常闭触点（Or） （6）ON：或常闭触点（Or Not） （7）NOT：触点取非（输出反相） （8）= ：输出指令 52 智能制造基础与应用第四章 智能控制
22、基础程序实例 LD I0.0 /装入常开触点 O I0.1 /或常开触点 A I0.2 /与常开触点 = Q0.0 /输出触点 /如果本梯级中将 I0.1 的触点改 /为 Q0.0 的常开触点，则成为电 /机起动停止控制环节的梯形图。 LDN I0.0 /装入常闭触点 ON I0.1 /或常闭触点 AN I0.2 /与常闭触点 = Q0.1 / LD I0.0 / O I0.1 / A I0.2 / NOT /取非，即输出反相 = Q0.3 / 53 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2.脉冲生成指令EU/ED（1）指令使用说明在EU前有一个上升沿时，产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲驱动后
23、面的线圈。在ED前有一个下降沿时，产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲驱动后面的线圈。 54 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 3.置位和复位指令S，置位指令即置1；R，复位指令即置0。 55 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4. 立即指令（1）立即触点指令 （2）=I，立即输出指令 （3）SI，立即置位指令 （4）RI，立即复位指令 56 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（二）复杂逻辑指令1. 栈装载与指令ALD，2. 栈装载或指令OLD3. 逻辑推入栈指令LPS4. 逻辑弹出栈指令 LPP5. 逻辑读栈指令LRD LD I0.0 /装入常开触点 O I2.2 /或常开触点 L
24、D I0.1 /被串的块开始 LD I2.0 /被并路开始 A I2.1 / OLD /栈装载或，并路结束 ALD /栈装载与，串路结束 LD I0.0 / LPS /逻辑推入栈，主控 A I0.5 / = Q7.0 / LRD /逻辑读栈，新母线 LD I2.1 / O I1.3 / ALD /栈装载与 = Q6.0 / LPP /逻辑弹出栈，母线复原 LD I3.1 / O I2.0 / ALD / = Q1.3 / 57 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（三）定时器指令3种定时指令：TON、TONR和TOF。定时器号和分辨率 58 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4.应用举例
25、 59 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（四）计数器指令计数器用来累计输入脉冲的次数。计数器也是由集成电路构成，是应用非常广泛的编程元件，经常用来对产品进行计数。 计数器指令有3种：增计数CTU、增减计数CTUD和减计数CTD。1.增计数器指令 60 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2. 增/减计数器CTUD，增减计数器指令。有两个脉冲输入端：CU输入端用于递增计数，CD输入端用于递减计数，R用于复位。指令格式：CTUDCxxx，PV。 61 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 62 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3. 减计数器CTD，减计数器指令。脉冲输入端CD用于递
26、减计数。 63 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4. 应用举例1）循环计数。以上三种类型的计数器如果在使用时，将计数器位的常开触点作为复位输入信号，则可以实现循环计数。2）用计数器和定时器配合增加延时时间，如图4-42所示。试分析以下程序中实际延时为多长时间。 64 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（五）比较指令1. 字节比较2. 整数比较 3. 双字整数比较 4. 实数比较5. 应用举例 控制要求：一自动仓库存放某种货物，最多6000箱，需对所存的货物进出计数。货物多于1000箱，灯L1亮；货物多于5000箱，灯L2亮。其中，L1和L2分别受Q0.0和Q0.1控制，数值1000和
27、5000分别存储在VW20和VW30字存储单元中。 65 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础变频调速控制技术4 4 第四节 67 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础变频器是一种把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电动机的变速运行，是调速控制的关键设备，在如图4-2所示的智能控制系统框图中，变频器起到给执行器（电动机）调速的作用。变频器的基本工作原理是改变异步电动机的供电频率，以改变其同步转速，实现调速运行。对异步电动机进行调速控制时，希望电动机主磁通保持额定值不变。因此，在调频的时候改变定子电压以维持气隙磁通不变。根据U1和F1不同比例关系，有不同的变频调速
28、方式，即：基频以下恒磁通变频调速和基频以上恒功率弱磁变频调速变频器的智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等 68 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础一、 通用变频器基本组成1、变频器的分类从结构上变频器可分为直接变频和间接变频。直接变频器将工频交流电一次变换为可控电压、频率的交流电，没有中间直流环节，也称为交交变频器。交交变频器连续可调的频率范围较窄，主要用于大容量、低速场合。间接变频器也称为交直交变频器。在交-直-交变频器中，又可分为电流源型和电压源型 69 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2、变频器基本结构它由主电路、控制电路、输入输出接线端子和操作面板组
29、成。 70 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（1）变频器的主电路通用变频器的主电路由整流电路、直流中间电路及逆变电路等构成。（2）变频器的控制电路变频器的控制电路为主电路提供控制信号，其主要任务是完成对逆变器开关元件的开关控制和提供多种保护功能。控制方式有模拟控制和数字控制两种。 71 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础二、变频器的主要功能通用变频器的主要功能除了保证自身的基本控制功能外，其他大多数功能则是根据变频器传动系统的需要而设计的。 三、变频器的认识、拆装与接线1.变频器的组成部件 1) 变频器的外观如图 72 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2.熟悉面板显示及各按键功
30、能 三菱公司FRA500系列变频器的操作面板（FRDU04）的名称和功能如图 73 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3.通用变频器的铭牌 通用变频器的铭牌如图 74 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4变频器的接线（1）变频器端子接线图 75 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础5、变频器的拆装（1）前盖板的拆卸与安装 1)拆卸2)安装 将前盖板的插销插入变频器底部的插孔中。 以安装插销部分为支点将盖板完全推入机身。3)注意事项 不要在带电的情况下拆卸操作面板。 不要在带电时进行拆装。 抬起时要缓慢轻拿。 76 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 操作面板的拆卸与安装1)拆卸2
31、)安装安装时，垂直插入并牢固装上。连接电缆的安装1)拆去操作面板。2)拆下连接标准插座转换接口(将拆下的标准插座转换接口放置在标准插座转换接口隔间处)。3)将电缆的一端牢固插入机身的插座上，将另一端插到PU单元上 77 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础四、变频器的基本功能操作参数设定方法及功能单元操作 基本功能参数 78 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2.基本功能操作 1)按参数单元的键，可以改变5个监视显示画面，。2)显示功能操作 如图4-56所示。 监视器显示运转中的指令。 EXT指示灯亮表示外部操作。 PU指示灯亮表示PU操作。 EXT和PU灯同时亮表示PU和外部操作组合方
32、式。 监视显示在运行中也能改变。 79 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3)频率设定4)操作模式 80 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础5)帮助模式报警记录 81 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础报警记录清除6）全部清除操作 82 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2.基本功能操作 1)按参数单元的键，可以改变5个监视显示画面，。2)显示功能操作 如图4-56所示。 监视器显示运转中的指令。 EXT指示灯亮表示外部操作。 PU指示灯亮表示PU操作。 EXT和PU灯同时亮表示PU和外部操作组合方式。 监视显示在运行中也能改变。 83 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3
33、.参数设定方法 在操作变频器时，通常要根据负载和用户的要求向变频器输入一些指令，如上限频率和下限频率、加速时间和减速时间等。另外，要完成某种功能也要输入相应的指令。例如将Pr.79“运行模式选择”设定值从“2”变到“1”，可按以下步骤进行：（1）按MODE键改变监示显示，使显示器显示为“参数设定模式”。（2）按键改变参数号，使参数号为79。（3）按SET键显示参数。（4）按键更改参数，将参数改为1。（5）按住SET键1.5s,写入设定。 84 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 85 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础五、PLC与变频器的连接 PLC与变频器的连接常用3种连接方法。 1
34、.利用PLC的模拟量输出模块控制变频器2.PLC通过RS485通信接口控制变频器 3.利用PLC的开关量输入、输出模块控制变频器下面介绍PLC开关量输入、输出控制变频器的连接过程。变频器参数的设定在PU运行模式下，先进行全部清除操作，然后设定如下表5-12的变频器参数 86 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础(2)模式转换 将变频器运行模式改为外部操作(Pr.792)。 (3)编制PLC程序，调试运行参考程序梯形图如图4-64所示。 87 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础接线将PLC和变频器之间的连接线按图4-65连接(5)通电试验1)通过改变可调电阻，观察电阻的变化和电动机转速的关
35、系。2)用秒表测量电动机的上升时间和下降时间。(6)注意事项1)切不可将变频器的R、S、T与U、V、W端子接错，否则，会烧坏变频器。2)PLC的输出端子只相当于一个触点，不能接电源，否则会烧坏电源。工业人机界面5 5 第五节图片 89 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础工业人机界面(Industrial Human-machine Interface 或简称Industrial HMI)是一种带微处理器的智能终端，是智能控制系统中的人机交互设备。一般用于工业场合，连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入
36、工作参数或输入操作命令，实现人和机器之间的信息交互，包括文字或图形显示以及输入等功能。一、人机界面（HMI）产品的组成及工作原理人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等（如图4-66所示） 90 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JBHMI画面组态软件） 二、工业人机界面的分类根据功能的不同，工业人机界面习惯上被分为文本显示器、触摸屏人机界面和平板电脑三大类如图4-68所示 91 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础三
37、、人机界面产品的基本功能及选型指标 1.基本功能： （1）设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等； （2）数据、文字输入操作，打印输出； （3）生产配方存储，设备生产数据记录； （4）简单的逻辑和数值运算； （5）可连接多种工业控制设备组网。 2.选型指标：（1）显示屏尺寸及色彩，分辨率； （2）HMI的处理器速度性能； （3）输入方式：触摸屏或薄膜键盘； （4）画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节（byte）、还是位（bit）； （5）通讯口种类及数量，是否支持打印功能。 92 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础四、人机界面组态软件的设计1.界面风格的设计2系统界面布
38、局分析3打开界面的结构体系4文字的应用5.色彩的选择6.图形和图标的使用五、 人机界面的使用方法 （1）明确监控任务要求，选择适合的HMI产品； （2）在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件”； （3）测试并保存已编辑好的“工程文件” ； （4）PC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中； （5）连接HMI和工业控制 器（如PLC、仪表等），实现人机交互。 93 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础六、三菱F940GOT触摸屏1.三菱F940GOT的性能 三菱F940GOT外观 94 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础F940GOT功能概要 95 智能制造基础与应用第四章 智能控制
39、基础2.触摸屏的基本操作模式和主要功能1）画面显示功能。2）画面操作功能。3)检测监视功能。4）数据采样功能。5）报警功能。 6)其他功能。 96 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3.触摸屏的基本工作模式及与计算机、PLC的连接 97 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4.绘制用户画面软件GTDesigner2简介和使用（1）启动GTDesigner2双击桌面上的GTDesigner2图标，即可启动GTDesigner2，此时弹出对话框，选择新建，开启一个新工程的环境设置， 98 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础确认无误后，单击下一步，设置与GTO连接的机器设置与GTO连接的P
40、LC类型，这里选择Qna/Q 99 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础设置完成后，点击下一步，选择链接为标准RS232,并点击下一步， 100 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础选择通讯驱动程序，这里设为A/Qna/Q CPU,（如图4-66所示） 101 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础GT15可以连接多台机器，这里只连接一台，单击下一步， 102 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础选择基本动画为GD100,如图4-80所示 103 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础设置完毕后，点击下一步 104 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（2）GOT的编辑界面新建第一副画
41、面，编号为1，给画面设置标题，单击确认完成。如图4-82所示 105 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础编辑画面如图4-83所示。 106 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4.绘制用户画面软件GTDesigner2简介和使用（1）启动GTDesigner2双击桌面上的GTDesigner2图标，即可启动GTDesigner2，此时弹出对话框，选择新建，开启一个新工程的环境设置， 107 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（3）常用控件的功能及使用方法1）指示灯位指示灯字指示灯 108 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2）数值显示、数值输入 109 智能制造基础与应用第四章
42、智能控制基础3）时间、日期显示 110 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础部件显示 111 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础5）面板、仪表一显示 112 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（4）画面的上载与下载1）通讯设置选择通讯通讯设置打开对话框 113 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础选择 RS232，在计算机的设备管理器中确定好链接的端口号和波特率，单击确定 114 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2）工程下载 单击下载后，工程被下载到GOT中，连接PLC，GOT便能根据所设置的对应关系读取各软元件的值，实现各种显示及控制功能。 组态监控技术6 6 第六节 11
43、6 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础组态监控软件是用于工业自动化和过程监控的通用应用软件。它具有友好直观的用户界面、灵活多样的组态方式，是为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的监控工具。它的出现为解决自动化实际工程问题提供了一种崭新的方法。它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能够根据自己的控制对象和控制目的任意组态，最终完成自动化控制工程。一、组态监控软件概述 117 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 工业计算机控制系统通常可以分为设备层、控制层、监控层、管理层四个层次结构，如图4-96所示。其中设备层负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号，控
44、制层完成对现场工艺过程的实时监测与控制，监控层通过对多个控制设备的集中管理，来完成监控生产运行过程的目的，管理层实现对生产数据进行管理、统计和查询。监控组态软件一般是位于监控层的专用软件，负责对下集中管理控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。 118 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础1.组态（Configuration）为模块化任意组合，延续性和可扩充性封装性通用性， 2.组态软件通常有以下几方面的功能： （1）强大的界面显示组态功能。（2）良好的开放性。(3) 丰富的功能模块。（4）强大的数据库。（5）可编程的命令语言。（6）周密的系统安全防范，（7）仿真功能 119
45、 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础3.组态软件的使用组态软件就是为用户提供一个简捷的操作平台，在此平台上，用户只需做一些简单的二次开发就可达到使用要求，就像搭积木一样，可以任意组合，每个积木是一个黑匣子，我们称为对象，通过对该对象的属性和事件进行简单的编程，快速构建满足用户要求的工控监控系统。即可实现对工程项目的监视和控制功能。在组态软件中只要做三步简单的操作：第一步 建立一个过程连接到仪表数据的PLC；第二步 定义一个变量到该过程连接；第三步 建立一个显示域显示该连接的变量数据。 120 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4.当前的组态软件：全国自动化系统工程师资格认证（即 ASE
46、A）指定的组态软件有iFix、WinCC、Intouch、KingView、LabWindowsCVI五种。二、力控组态软件力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，1.力控组态软件的结构力控监控组态软件基本的程序及组件包括：工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数据库是系统的核心，图4-98为组态软件结构图 121 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2.系统要求（1）硬件配置（2）软件要求（3）硬件加密锁 122 智能制造基础与
47、应用第四章 智能控制基础3.使用组态软件的一般步骤 组态软件创建新的工程项目的一般过程是：绘制图形界面、创建数据库、配置I/O设备并进行I/O数据连接、建立动画连接、运行及调试。组态一般步骤 ： 将开发的工业控制项目中所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格。 搞清楚所使用的I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通讯接口类型、采用的通讯协议，以便在定义I/O设备时做出准确选择设备包括PLC、板卡、模块、智能仪表等等。 将所有I/O点的I/O标识收集齐全，并填写表格，I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求其对应的数据。在大多数情况下I/O标识是I/
48、O点的地址或位号名称。 123 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础三、创建一个简单工程实例化学液体存储罐控制组态仿真如图所示，存储罐液面的实时高度、入口阀门、出口阀门、启动和停止两个按钮；有1个工艺，为罐中液体的配方。 124 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础1.项目分析 工业控制中一个项目总的要求可分为4个部分，即控制现场及工艺，执行部件及控制点数，控制设备，现场模拟和监控。2.项目创建（1）启动力控工程管理器，出现工程管理器窗口如图4-100所示。 125 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（2）单击“新增应用”按钮，创建一个新的工程。出现如图4-101所示的应用定义对话框（
49、3）单击“开发系统”按钮进入开发系统。即进入图4-102所示的液位平衡项目的开发窗口。 126 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 127 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 3.环境开发（1）创建窗口选择菜单命令“文件F/新建”，出现如图4-103所示的 “窗口属性”对话框。 128 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础 （2）创建图形对象 （3）（4）文本、按钮制作 129 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础（5）定义I/O设备 1）在导航器中选择“I/O设备驱动”项使其展开，在展开项目中选择“PLC”项并双击使其展开，选择项目“仿真PLC”下的“Simulator（仿真PL
50、C）”。如图4-106所示。 130 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础2）双击项目“Simulator（仿真PLC）”出现“设备定义向导”对话框，如图4-107。在“设备名称”输入框内键入自定义的名称，命名为“PLC1”（不区分大小写）。“数据更新周期”可以1000毫秒。即I/O驱动程序向数据库提供更新的数据的周期。 131 智能制造基础与应用第四章 智能控制基础4，数据库双击图4-102中“数据库组态”选项，出现如图（5-108）所示的窗口 。根据以上工艺需求，定义4个点参数：（1）反映存储罐的液位模拟I/O点，命名为“YW”。（2）入口阀门的状态为数字I/O点，命名为为“IN1”。
