PLC入门学习基础教程

自动化技术是一门综合性技术，它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术、自动控制等都有着十分密切的关系，而其中又以“控制理论”和“计算机技术”对自动化技术的影响最大。
基本简介
自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。
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。
发展历史
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。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的最优控制与管理的综合自动化阶段.
70年代，自动化的对象变为大规模、复杂的工程和非工程系统，涉及许多用现代控制理论难以解决的问题。这些问题的研究，促进了自动化的理论、方法和手段的革新，于是出现了大系统的系统控制和复杂系统的智能控制，出现了综合利用计算机、通信技术、系统工程和人工智能等成果的高级自动化系统，如柔性制造系统、办公自动化、智能机器人、专家系统、决策支持系统、计算机集成制造系统等。
自动装置的出现和应用是在18世纪。自动化技术形成时期是在18世纪末～20世纪30年代。1788年英国机械师J.瓦特发明离心式调速器（又称飞球调速器），并把它与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动控制系统。瓦特的这项发明开创了近代自动调节装置应用的新纪元，对第一次工业革命及后来控制理论的发展有重要影响。人们开始采用自动调节装置，来对付工业生产中提出的控制问题。这些调节器都是一些跟踪给定值的装置，使一些物理量保持在给定值附近。自动调节器应用标志着自动化技术进入新的历史时期。
进入20世纪以后，工业生产中广泛应用各种自动调节装置，促进了对调节系统进行分析和综合的研究工作。这一时期虽然在自动调节器中已广泛应用反馈控制的结构，但从理论上研究反馈控制的原理则是从20世纪20年代开始的。1833年英国数学家C.巴贝奇在设计分析机时首先提出程序控制的原理。1939年世界上第一批系统与控制的专业研究机构成立，为20世纪40年代形成经典控制理论和发展局部自动化作了理论上和组织上的准备。
20世纪40～50年代是局部自动化时期第二次世界大战时期形成的经典控制理论对战后发展局部自动化起了重要的促进作用。在问题的过程中形成了经典控制理论﹐设计出各种精密的自动调节装置﹐开创了系统和控制这一新的科学领域。这一新的学科当时在美国称为伺服机构理论﹐在苏联称为自动调整理论﹐主要是解决单变量的控制问题。经典控制理论这个名称是1960年在第一届全美联合自动控制会议上提出来的。
自动化
1945年后由于战时出版禁令的解除﹐出现了系统阐述经典控制理论的著作。1945年美国数学家维纳﹐N.把反馈的概念推广到一切控制系统。50年代以后﹐经典控制理论有了许多新的发展。。经典控制理论的方法基本上能满足第二次世界大战中军事技术上的需要和战后工业发展上的需要。但是到了50年代末就发现把经典控制理论的方法推广到多变量系统时会得出错误的结论。经典控制理论的方法有其局限性。
20世纪40年代中发明的电子数字计算机开创了数字程序控制的新纪元﹐虽然当时还局限于自动计算方面，但ENIAC和EDVAC的制造成功﹐开创了电子数字程序控制的新纪元。电子数字计算机的发明为60～70年代在控制系统中广泛应用程序控制和逻辑控制以及广泛应用电子数字计算机直接控制生产过程奠定了基础。
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。同时微电子技术有了新的突破。1958年出现晶体管计算机，1965年出现集成电路计算机，1971年出现单片微处理机。微处理机的出现对控制技术产生了重大影响﹐控制工程师可以很方便地利用微处理机来实现各种复杂的控制，使综合自动化成为现实。“自动化(Automation)”是美国人D.S.Harder于1936年提出的他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。
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。
作为一个系统工程，它由5个单元组成：
1、程序单元。决定做什么和如何做。
2、作用单元。施加能量和定位。
3、传感单元。检测过程的性能和状态。
自动化
4、制定单元。对传感单元送来的信息进行比较，制定和发出指令信号。
5、控制单元。进行制定并调节作用单元的机构。自动化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，从应用观点来看，研究内容有过程自动化、机械制造自动化、管理自动化、实验室自动化和家庭自动化等。
过程自动化：石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理自动化。一般采用由检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统，对加热炉、精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、前馈控制和最优控制等。
机械制造自动化：这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化。
管理自动化：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，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统（DSS），为高层管理人员决策提供备选的方案。
对社会的影响自动化是新的技术革命的一个重要方面。自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活等方式将产生深远影响。生产过程自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率，节约能源和原材料消耗，保证产品质量，改善劳动条件，改进生产工艺和管理体制，加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。
发展趋势
现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以后，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。
自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。
涉及范围
从深度来看——以工业生产为例，小到一个普通的设备电机，大到企业的整个加工、制造系统乃至企业的整个生产过程。
从广度来看——涉及第二产业工业自动化、第一产业农业自动化、第三产业服务自动化（如办公自动化、楼宇自动化、商务自动化、交通自动化等等），涉及的系统可有人造系统（如机器系统、交通系统、电力系统、军事系统）和自然系统（如生命系统、生态系统），涉及的过程有生产过程、管理过程、决策过程等等。
常见种类

折叠全集成自动化无论是针对过程工业还是针对生产工业：也不论处于哪个领域，全集成自动化都是实现完全符合各种具体需要的自动化解决方案的唯一基础。将我们在其它行业应用中不断尝试后获得的经验，连同我们成熟的产品线，直接应用于当前的开发工作中，进而为水工业带来诸多好处。全集成自动化可以为在整个工厂内实现统一、高效的自动化奠定基础。针对污水处理工厂的情况：从泵站到活化池，从头到尾，直到排水站。
全集成自动化在机器或工厂的整个生命周期（从最初的规划阶段、到安装和调试、操作和维护，一直到扩展和现代化）内提供了大量的优势。自动化
在全集成自动化的基础上，我们可实施针对水工业特殊要度身定制的、具有卓越集成性能的解决方案。VarSuv节能计算器为优化工厂的能源配置做出了重要的贡献。由于TIA具有面向系统的工程环境以及集成的通讯和诊断选项，因此，工厂在整个生命周期都会从中受益。此外，西门子不断创新，确保您在工厂改造方面的投资安全性。
全集成自动化的优势：
安装和调试：在工厂范围内使用相同的通信标准（如 PROFIBUS 和PROFINET），将接口需求降至最低，同时简化了安装与调试过程。即使是结构十分复杂的工厂，实现起来不费吹灰之力。
运行：集成通讯可以在整个工厂范围内最大限度地提高透明性。这表明，在需求变更时工厂可以更快速灵活地作出响应，并采取十分有效的诊断措施。通过这种方法可以计划外停车事故降至最低。集成全集成自动化，还意味着：无论是直接操作控制系统还是通过操作面板，对所有站都进行统一操作。
维护：智能维护策略使您能够更快地检测、分析和消除可能的错误源，甚至是在使用远程维护的情况下也是如此。在我们的许多系统操作过程中，都可以更换模块。组件的统一也减轻了维修工程师的负担。
现代化和扩展：现有工厂很轻松地适应不断变化的要求，通常不用中断运行。由于我们的产品和系统的不断深入开发具有持续性，从而避免了系统中诸多不必要的变更，因此在最大程度上确保了投资安全。

银行办公自动化在银行的经营管理中，凭借先进的计算机手段，进行组织协调、指挥调度、监督调控、辅助决策，以提高银行的现代化管理水平和工作效率，已经越来越引起人们的关心和重视。银行的各项业务和各类工作都是相互联系、互为依存的，是一个有机的整体，不能割裂分开。因此，在金融电子化的进程中，在办公自动化系统的设计上，要通盘考虑，统筹规划，不能顾此失彼，畸重畸轻。银行办公自动化，应是业务处理、综合管理、通讯联接三位一体，主要有四个方面的内容。
1．是管理决策环节。该部分为领导层提供阅批公文、查询信息、辅助决策、发布政令、指挥调度等全方位电脑服务。
2．业务处理。按专业建立数据库、信息库、情报库、文档库积累资料，为数据共享，系统查询提供信息来源。
3．信息加工。专业数据库的信息资料，多带有原始、零星的痕迹。因此，要按着一定的数学模型、格式标准、统计口径进行采集、加工、整理，使其，条理化、系统化、规范化，再以表格、图形、曲线、文字等直观方式进行显示，为领导层分析研究、预测监控、制定政策提供依据和参考。
4、是网络传导环节，彻底打破条块分割，解决传输滞后、流通不畅的瓶颈问题，实现计算机群的一体化、网络化，沟通业务与管理方面的联系，使通讯系统四通八达，畅通无阻，信息传递“瞬间”完成。
自动化
银行办公自动化系统特殊功能：特殊功能是因办公需要，开发中要重点考虑的。一是对领导同志的原稿、手迹、批示、签名如何采集，如何保存。二是大量文件、资料、数据如何进入计算机，由纸张信息转换为电子信息。三是信息的存贮，办公自动化系统涉及全行各个部门，信息量十分庞大。无论是暂时存放，还是长年保存，系统都要提供足够的存贮空间。四是高效率的邮件处理功能。这是行长与各部门联系的桥梁和纽带，是行长发布政令、通知、讲话，行使组织管理职能的主要手段，也是部门负责人请示、汇报的信息载体。我们在开发中采用了以下手段，即电子笔手写方式，多媒体语音功能，公文信息原稿扫描技术、键盘录入，大容量光盘存贮，激光打印机输出。这些技术的综合运用，较好地满足了以上各类功能需要。
办公自动化系统是一个综合项目，涉及面广，耗资量大，建设周期长。在开发中以分步实施，逐步推进为宜，这样可以少走弯路，避免浪费。在总体设计、设备选择、组建网络、软件配制上要从长考虑，力求一次投资长期受益；在程序开发上要分段进行，先易后难，滚动前进，预留接口，以备扩充。系统的设计要立足现有条件，尽量利用已有技术设备，不能一味追求高档次、高投入。微机联网具有投资省，开发周期短，软硬件选择余地大，扩充方便的特点。微机网络的优点可保证已有机具的充分利用，使系统分步投资，逐步扩展，最终完成基层行处全面电子化进程。

卫生管理自动化公共场所是人类社会的重要组成部分，改善和提高公共场所环境卫生质量是直接关系到人民群众身体健康的大事，因此，寻找一种集监测、监督为一体的公共场所卫生的自动化管理体系势在必行。便利的沙滩清洁车，将公共场所卫生的管理体系的结合公共场所卫生的特点，其整个自动化管理系统由三大部分组成，即处于卫生监督部门的中央处理控制机构、工作于公共场所现场的分机测控机构和通信网络等。由于分机是工作于不同区域、环境、地点、距离的智能化测控设备，这就提出了计算机通信网络问题，而计算机通信又离不开通信线路（信道），但卫生监督部门要想在所辖区域内建立起自己的专用通信网，不论是从经济上，还是从技术上讲都是不现实的，因此，利用现成的公众网（邮电网）作为中继传输设备是最佳选择。这不但能极大降低建设自动化管理系统的成本投资，而且还具有设备（中继传输设备）技术维护的保障性和可靠性，公共场所卫生自动化管理系统中，主机（IBM PC）是整个系统的核心部分，也是整个系统的控制和管理中心。它不但负责卫生监督部门的所有管理工作，而且还负责控制其他分机的任务，也是所有场所的监督中心和监督数据的处理、分析、管理中心。
由于IBM PC的数据处理和管理事务的工作量很大，并承担着随时与所有分机的通信任务，这两者之间就产生很大的矛盾，前端机正是为解决这一矛盾而设置的，即前端机分担一部分IBM PC的工作任务，即保证计算机有足够的时间来处理自己的事务，使整个系统工作在可靠而良好的状态。而MODEM的主要作用是实现远距离的多机通信；自动转换开关的作用是实现租用中继线路的电话通信和计算机通信的双重作用，提高中继线路的利用率。分机是集现场卫生指标的测试、卫生指标超标自动报警、通信和电脑时钟显示为一体的智能化测控设备。
当有卫生指标超标时，自动定时或实时启动报警器，使之发出代表相应卫生指标超标的可闻或可见信号，提醒场所现场管理人员及时查明原因并进行改进，同时，MCS-51将数据送往中央处理控制机构，报警直至卫生指标合格或达标为止。CPU与外设或计算机之间的信息交换（通信），有查询和中断两种方式，根据公共场所卫生管理要求和系统组成的特点，应选择中断方式，这不但能提高CPU的效率和保证主机有足够的时间来处理管理事务，还具有相对较好的实时响应性能。
分机程序的设计，除遵循上述基本原则外，主要考虑实时响应速率，即采用汇编语言，这是因为分机一旦在现场调测好，就没有必要像主机那样进行复杂而又经常的事务操作。在分机上对于一些日常而又必要的事务操作，总的来说是比较简单的，这只要合理设置相应事务处理的特殊功能键即可达到同样的目的。

电力系统自动化按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面,并形成一个分层分级的自动化系统。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省（市）调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。

电网调度自动化现代的电网自动化调度系统是以计算机为核心的控制系统，包括实时信息收集和显示系统，以及供实时计算、分析、控制用的软件系统。信息收集和显示系统具有数据采集、屏幕显示、安全检测、运行工况计算分析和实时控制的功能。在发电厂和变电站的收集信息部分称为远动端，依托VarSuv节能自动化计算位于调度中心的部分称为调度端。软件系统由静态状态估计、自动发电控制、最优潮流、自动电压与无功控制、负荷预测、最优机组开停计划、安全监视与安全分析、紧急控制和电路恢复等程序组成。

火力发电厂自动化火力发电厂的自动化项目包括：
1、厂内机、炉、电运行设备的安全检测，包括数据采集、状态监视、屏幕显示、越限报警、故障检出等。
2、计算机实时控制，实现由点火至并网的全部自动起动过程。
3、有功负荷的经济分配和自动增减。
4、母线电压控制和无功功率的自动增减。
5、稳定监视和控制。采用的控制方式有两种形式：一种是计算机输出通过外围设备去调整常规模拟式调节器的设定值而实现监督控制；另一种是用计算机输出外围设备直接控制生产过程而实现直接数字控制。

折叠水力发电站综合自动化需要实施自动化的项目包括大坝监护、水库调度和电站运行三个方面。
1、大坝计算机自动监控系统：包括数据采集、计算分析、越限报警和提供维护方案等。
2、水库水文信息的自动监控系统：包括雨量和水文信息的自动收集、水库调度计划的制订，以及拦洪和蓄洪控制方案的选择等。
3、厂内计算机自动监控系统：包括全厂机电运行设备的安全监测、发电机组的自动控制、优化运行和经济负荷分配、稳定监视和控制等。

供电系统自动化包括地区调度实时监控、变电站自动化和负荷控制三个方面。地区调度的实时监控系统通常由小型或微型计算机组成，功能与中心调度的监控系统相仿，但稍简单。变电站自动化发展方向是无人值班，其远动装置采用微型机可编程序的方式。供电系统的负荷控制常采用工频或声频控制方式。

折叠水库管理自动化水库管理系统是现代化水库的核心部分，是水库效能发挥的重要部分。洪水时水库闸门的操作是以不造成下游灾害为基础制定的操作规则。为了确保正确的信息流动，需把握和监视入库流量和工程状况，按实际情况来推测水库的运行，找出相应的对策方案。对于水库群，所有水库的状况及各个水库的情况都要予以考虑。
首先低水位运行时，必须分别确定蓄放流量。根据运行判断，实施泄流，并制定运行操作规程。为此收集降雨情况、水库入流、蓄水量、泄流量等信息进行综合分析。对于入库流量的分析，如果发生洪水，应根据上游的降雨、河流水位、洪水到达时间来预测入库流量，根据预测入流及蓄水量来确定运行体制及水位回落的对策。预测放流时会得出多种结果，熟练的管理人员则可筛选出比较准确的结果。其次，进行蓄流泄流计划的确定。
首先在控制所配置了迅速收集雨量、流量的观测设备，综合控制所的信息处理工作站可以完成入库流量预报、洪水检索、各个水库运行仿真等辅助主任技术者的功能。采用入库流量预测功能，能根据收集到的雨量、预测雨量、流量等，预报最长6小时的上游产流量。采用洪水检索功能，能利用过去整理保管的洪水、降雨特性资料，检索类似降雨状况的洪水，预报将发生洪水的规模。洪水发生时要在短时间内利用水力学、水文资料、规则、经验等判断标准来做出决策和调度方案。为此，引进了水库管理系统，以便迅速对各要素进行整理和计算处理。水库管理自动化系统将经验丰富工作者的技术通过专家系统进行了
具体化，提高了管理水平。确定决策方针的条件之一是洪水的有无，以可信度加以判断。可信度是以洪水形成、产流、解除对策体制其三者的可信度来定义的。用通常的规律来推论时，用在-1.0与1.0之间的值5等分后相乘再平均的值来判明对策体制。用模糊论来预测流量，预测生坂水库入库流量时，用一次式来推定的有观测流量的增减率，用蓄留函数法来预测雨量，根据实测入流量的变量预测，用以上3种方法计算值的平均模糊论来预测入流量。推论用MIN-MAX法，结论的数值化用重心法。最后确定蓄水期、放流量，在洪水初期，要正确把握一定流量的洪水到达时间很难。水库管理主任技术者根据曾发生的类似情况，从保证安全的角度出发做计划。
利用这些判断内容，在入库存流量中得到的3小时前的预测入库量以及入流量加上蓄放流量来决定流量。在台风降雨时，因台风引起的降雨，如果风圈只在一个水库流域，洪水流量可能马上就会到来。以往，都是参考台风进路预报范围进行安全预报，在此用危险区域作参考，制定追加放流计划。水库自动化，是一个有待进一步研究的领域，在一些自动控制理论，如模糊控制发展迅速的今天，相信水库自动化不仅仅只是以上的自动化，其概念将更加广泛，其必将应用一些控制思想，从而更好地解决水库控制问题。