工业控制设备有哪些?
工控技术的出现和推广带来了第三次工业革命,使工厂的生产速度和效率提高了300%以上。20世纪80年代初,随着改革开放的春风,国外 先进的工控技术进入中国大陆,比较广泛使用的工业控制产品有“PLC,变频器,伺服电机,工控机”等。
好的,工业控制领域涉及多种设备,它们共同协作实现对工业生产过程或机械设备的自动化监控和管理。以下是一些核心和常见的工业控制设备,并按主要功能分类:
1. 核心控制系统 (决策大脑)
- PLC - 可编程逻辑控制器: 工业自动化的核心,擅长处理逻辑控制(开关量)和部分模拟量控制。可靠、稳定,广泛用于产线控制、机械动作排序等。
- DCS - 分布式控制系统: 主要用于大规模、复杂的连续过程控制(如化工、电力、炼油),强调控制回路(模拟量为主)的分散控制和集中管理。
- HMI - 人机界面: 操作员与控制系统交互的设备。通常是触摸屏或带按键的显示面板,用于参数显示、设定、报警通知和设备状态监视。
- SCADA - 监视控制与数据采集系统: 大型、地理分散系统的顶层监控,如输油输气管道、水处理厂。收集下层PLC/DCS的数据,提供集中监视、历史数据记录、报警管理和大范围控制能力。
- PAC - 可编程自动化控制器: PLC功能的扩展,通常融合了PC的开放性、计算能力和PLC的可靠性,适合需要高级运算、多任务处理和大型数据处理的复杂应用。
- IPC - 工业个人计算机: 加固设计的计算机,运行操作系统(如Windows, Linux),用于高级计算、数据处理、充当SCADA系统核心、运行MES/ERP接口软件等。
- 边缘控制器: 介于底层设备和云端之间,具有计算能力,可实现数据本地处理、协议转换、预处理后再上云,提升效率和响应速度。
2. 执行机构 (动作单元)
- 变频器/伺服驱动器: 精确控制电机转速、转矩、位置的核心驱动设备。
- 变频器: 主要用于调节交流电机(异步电机)的速度和转矩。
- 伺服驱动器: 精确控制伺服电机的位置、速度、加速度,实现高精度定位和运动控制。
- 软启动器: 用于限制电机启动时的冲击电流,保护电网和机械系统。
- 接触器/继电器: 控制电路通断的开关设备。接触器用于大电流主回路,继电器用于小电流控制回路。
- 阀门执行器: 驱动阀门开闭或调节的机构,可以是电动、气动或液动。
- 工业机器人控制器: 控制工业机器人完成复杂、精密的操作任务,通常包含运动控制、逻辑控制和安全控制。
- 比例阀/伺服阀控制器: 用于精确控制液压或气动系统中流量、压力的控制器。
3. 检测与反馈 (感知单元)
- 传感器:
- 开关量传感器: 如接近开关、光电开关、限位开关等,检测物体有无、位置状态(通/断)。
- 模拟量传感器: 如温度传感器(热电阻、热电偶)、压力变送器、流量计、液位计、称重传感器、位移传感器等,连续测量过程变量。
- 编码器: (旋转式和直线式)测量旋转角度、速度或直线位移,提供位置/速度反馈给驱动器或控制器(主要用在电机上)。
- 视觉系统: 工业相机、镜头、光源及其处理器(智能相机或视觉控制器),用于自动检测、识别、引导和测量。
4. 辅助与接口设备 (连接与保障)
- I/O 模块: PLC或DCS系统的扩展单元,提供额外的数字量输入/输出(DI/DO)和模拟量输入/输出(AI/AO)通道。
- 现场总线模块/网关: 转换不同工业通信协议(如Modbus RTU/TCP、CANopen、Profinet、EtherCAT、EtherNet/IP、Profibus-DP等),实现设备互联互通。
- 工业交换机/路由器: 构成工业以太网骨干设备,为设备提供网络连接。
- 工业电源: 为控制系统和设备提供稳定可靠的电源供应,通常有冗余设计。
- 信号调理器: 放大、隔离、转换传感器信号,使其能被控制器正确采集和处理(如4-20mA隔离器)。
- 安全继电器和安全控制器: 处理安全回路(如急停、安全门、光幕等),确保在危险情况下设备能安全停机,符合相关安全标准。
- UPS - 不间断电源: 在主电源故障时为关键控制系统提供备用电力,保证其安全关机或维持短时运行。
- 数据采集卡: 安装在IPC中,用于快速采集模拟量和数字量数据。
系统协作关系
这些设备并非孤立存在。例如:
- 传感器将温度、压力、位置等信息转化为电信号。
- PLC/DCS接收信号,根据预设逻辑计算,发出控制指令。
- 驱动器(变频器/伺服)接收指令,精确控制电机运转。
- 执行器(阀门、机器人等)执行具体的物理操作。
- HMI显示过程状态供操作员查看和干预。
- 网络设备(交换机、网关)确保所有设备之间信息的快速可靠传输。
- SCADA/边缘控制器/IPC负责更高层次的数据集成、分析和监控。
随着工业物联网的发展,越来越多的设备具有网络接入能力,使得整个控制系统更加互联互通和智能化。
这个清单涵盖了最主要的类别,实际应用中会根据具体行业和工艺有所不同。你主要关注哪个应用领域呢?
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