工業(yè)控制及自動(dòng)化儀表基礎(chǔ)知識(shí)蒼松書苑

1、工業(yè)控制及自動(dòng)化儀表基礎(chǔ)知識(shí)英達(dá)康 華志斌1驕陽(yáng)書苑主要內(nèi)容n常用控制電器n繼電器接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則n繼電器接觸器控制線路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題nplc簡(jiǎn)介（構(gòu)成、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域）nplc與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較n電動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)介n檢測(cè)儀表n調(diào)節(jié)器n執(zhí)行器和防爆柵ndcs簡(jiǎn)述2驕陽(yáng)書苑常用控制電器n接觸器n繼電器n主令電器n保護(hù)電器和組合電器3驕陽(yáng)書苑接觸器 適于頻繁地接通和分?jǐn)嘀麟娐坊虼笕萘靠刂齐?，主要用于控制電?dòng)機(jī)，也可用于控制其它電力負(fù)荷。 按工作原理分為電磁式、氣動(dòng)式和液壓式，這里主要介紹電磁式接觸器。 電磁式接觸器的主要組成部分：觸頭系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)、滅弧裝置、支架和外殼。 按主

2、回路接通和分?jǐn)嗟呢?fù)載電流的性質(zhì)，分為直流接觸器和交流接觸器。4驕陽(yáng)書苑交流接觸器 主回路分?jǐn)嗪徒油ń涣髫?fù)載，控制線圈可以是交流或直流，通常交流接觸器的控制線圈為交流線圈。 交流接觸器分?jǐn)嘟涣髫?fù)載，滅弧裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)使用交流線圈時(shí)線圈鐵心象變壓器一樣為減少渦流損耗由硅鋼片疊壓而成，由于線圈電磁力發(fā)生波動(dòng)，通常噪聲較大。由于勵(lì)磁電流與勵(lì)磁線圈的電抗相關(guān)，而電抗又與磁路的氣隙大小有關(guān)，所以接觸面不平或污損將會(huì)增大勵(lì)磁電流，增大接觸器溫升甚至燒毀交流接觸器。5驕陽(yáng)書苑直流接觸器 主回路分?jǐn)嗪徒油ㄖ绷髫?fù)載，控制線圈可以是交流或直流，通常交流接觸器的控制線圈為直流線圈。 交流接觸器分?jǐn)嘀绷髫?fù)載，滅弧裝置

3、相對(duì)復(fù)雜，當(dāng)使用直流勵(lì)磁線圈時(shí)線圈鐵心通常由整塊軟鐵構(gòu)成成，由于線圈電磁力穩(wěn)定，通常噪聲較小。由于勵(lì)磁線圈電感大，在斷開勵(lì)磁線圈時(shí)將產(chǎn)生較高的感應(yīng)電勢(shì)，因此要注意線圈的絕緣和能量瀉放。6驕陽(yáng)書苑接觸器主要技術(shù)參數(shù)n額定工作電壓（主觸頭的額定電壓）n額定工作電流（主觸頭的額定電流）n電磁鐵線圈的額定電壓n額定操作頻率n觸頭數(shù)目（主觸頭和輔助觸頭）n接通和分?jǐn)嗄芰?驕陽(yáng)書苑繼電器 繼電器是根據(jù)某種物理量的變化來改變其觸點(diǎn)狀態(tài)的控制元件。 當(dāng)繼電器的輸入電壓、電流和頻率等電量或溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等非電量達(dá)到規(guī)定值時(shí)，繼電器的觸點(diǎn)便接通或分?jǐn)嗨刂苹虮Ｗo(hù)的電路。 繼電器一般由輸入感測(cè)機(jī)構(gòu)和輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩

4、部分組成，前者用以反映輸入量的高低，后者用以接通或切斷電路。8驕陽(yáng)書苑常用繼電器種類n電壓繼電器n電流繼電器n時(shí)間繼電器n熱繼電器n中間繼電器9驕陽(yáng)書苑主令電器 主令電器是按一定生產(chǎn)工藝要求發(fā)出控制命令的操縱電器，用以閉合或斷開接觸器、繼電器等電器的線圈回路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制。在控制電路中由于它是一種專門發(fā)布命令的電器，故稱為主令電器。不允許使用主令電器分合主回路。 常見的主令電器有：控制按鈕、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器、行程開關(guān)10驕陽(yáng)書苑保護(hù)電器和組合電器n熔斷器：又稱保險(xiǎn)絲，起短路保護(hù)作用n自動(dòng)開關(guān)：又稱空開，有過載、短路、欠壓保護(hù)作用，可用于不頻繁啟動(dòng)的電機(jī)控制。n磁力啟動(dòng)器：是一

5、種組合電器，由接觸器、隔離開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和按鈕等組合而成。 什么是隔離開關(guān)？11驕陽(yáng)書苑繼電器接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則n正確地設(shè)計(jì)控制線路 功能正確，在最大限度滿足設(shè)備對(duì)電氣控制線路要求的前提下，力求控制線路簡(jiǎn)單、布局合理，器件選型正確并便于操作和維修。n設(shè)置必要的保護(hù)除基本的短路、過載、欠壓保護(hù)外，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況配置必要的保護(hù)，保證系統(tǒng)安全可靠。但不是保護(hù)越齊全越好，因?yàn)楸Ｗo(hù)越多，線路越復(fù)雜，故障幾率越多，有可能降低系統(tǒng)的可靠性。n正確選擇電器設(shè)備選型時(shí)要考慮工作方式、線路電壓和電流等級(jí)，考慮觸點(diǎn)的斷弧容量（雙觸點(diǎn)串聯(lián)可提高斷弧能力），輔助觸點(diǎn)的數(shù)量等。12驕陽(yáng)書苑n故障安全原則 當(dāng)

6、系統(tǒng)中出現(xiàn)設(shè)備損壞或故障時(shí)，不能發(fā)生誤操作和故障的擴(kuò)大。 例：操縱制動(dòng)器的電磁鐵 表示合閘狀態(tài)的指示燈 急停開關(guān)、拉繩開斷的狀態(tài)選取13驕陽(yáng)書苑保證控制線路的可靠和安全n正確連接電器的觸頭n正確連接電器的線圈設(shè)計(jì)中要注意的問題14驕陽(yáng)書苑n控制電源一端接地時(shí)應(yīng)防止發(fā)生意外kmkmn防止出現(xiàn)寄生回路km1km2km2km1n防止出現(xiàn)寄生回路l2l1km1km215驕陽(yáng)書苑n防止電氣元件觸點(diǎn)“競(jìng)爭(zhēng)” “先斷后合型”、“先合后斷型”n繼電器觸頭的分?jǐn)嗪辖油芰?觸點(diǎn)并聯(lián)的作用、n電器連鎖和機(jī)械連鎖n控制電路是否跳閘：控制電路由于電源等原因斷電或控制器死機(jī)時(shí)，是否發(fā)出主機(jī)跳閘的命令，要根據(jù)具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7、，一般要求控制電路重新啟動(dòng)時(shí)不影響主系統(tǒng)的運(yùn)行。16驕陽(yáng)書苑n盡量減少觸點(diǎn)數(shù)目n盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長(zhǎng)度n控制線路在工作時(shí)，除必要的電氣元件需通電外，其余電器盡量不長(zhǎng)期通電，以延長(zhǎng)電氣元件的壽命和節(jié)約電能及減少發(fā)熱n采用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能選用相同型號(hào)的元件n盡量使用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的或經(jīng)過實(shí)際考驗(yàn)過的線路和環(huán)節(jié)控制線路力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)17驕陽(yáng)書苑n短路保護(hù)（空開有短路和過載保護(hù)的作用）n過電流保護(hù)（電機(jī)保護(hù)一種，常用繼電器完成）n過載保護(hù)（熱繼電器）n失壓保護(hù)（防止電源電壓恢復(fù)時(shí)電機(jī)自行啟動(dòng)，典型的啟保停電路）n欠壓保護(hù)（電壓繼電器） 對(duì)電機(jī)的基本保護(hù)，如過載保護(hù)、端相保護(hù)、短路保護(hù)等，一般在一個(gè)保

8、護(hù)裝置中完成完善的保護(hù)環(huán)節(jié)18驕陽(yáng)書苑plc簡(jiǎn)介（構(gòu)成、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域） 國(guó)際電工協(xié)會(huì)（iec）定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)。 68年gm公司提出10條技術(shù)指標(biāo)在社會(huì)上公開招標(biāo)，69年dec根據(jù)要求研制出第一臺(tái)plc并中標(biāo)。19驕陽(yáng)書苑構(gòu)成可編程控制器存儲(chǔ)器cpu模塊輸入模塊輸出模塊編程器輔助觸點(diǎn)限位開

9、關(guān)按 鈕電 源接觸器電磁閥指示燈電 源20驕陽(yáng)書苑特點(diǎn)n可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)n配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)n易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎n系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 n體積小，重量輕，能耗低 21驕陽(yáng)書苑應(yīng)用領(lǐng)域n開關(guān)量邏輯控制（順序控制）n閉環(huán)過程控制n位置控制n監(jiān)控系統(tǒng) n分布控制系統(tǒng) 22驕陽(yáng)書苑plc與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較n與繼電器控制的比較n與個(gè)人計(jì)算機(jī)控制的比較n與單板機(jī)控制的比較n與dcs控制的比較23驕陽(yáng)書苑與繼電器控制的比較n控制邏輯（硬接線與軟接線）n工作方式（硬接線全聯(lián)動(dòng)和順序掃描）n控制速度n時(shí)間控制 n技術(shù)控制n設(shè)計(jì)、施工和改造n可靠性和可維護(hù)

10、性n價(jià)格 24驕陽(yáng)書苑與個(gè)人計(jì)算機(jī)控制的比較 本質(zhì)上個(gè)人計(jì)算機(jī)和plc是面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。個(gè)人計(jì)算機(jī)的最大特征是運(yùn)算速度快，功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。如果采用pc作為某一設(shè)備的控制器，就必須根據(jù)實(shí)際需要考慮抗干擾問題和硬件及軟件設(shè)計(jì)，以適應(yīng)設(shè)備控制的需要。這樣就勢(shì)必把通用的pc轉(zhuǎn)化為具有特殊功能的控制器而稱為一臺(tái)專用機(jī)。 所以，本質(zhì)上plc就是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格也比一般微機(jī)系統(tǒng)低。25驕陽(yáng)書苑與單板計(jì)算機(jī)控制的比較n單板機(jī)不如plc掌握n單板機(jī)不如plc簡(jiǎn)單nplc不如單板機(jī)靈活n單板機(jī)不如plc可靠（？） 26驕陽(yáng)書苑與dcs控制的比

11、較n plc是由繼電器控制邏輯發(fā)展而來的，集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制發(fā)展而來的。二者的發(fā)展均都是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的直接體現(xiàn)。nplc在開關(guān)量控制、順序控制方面有一定的優(yōu)勢(shì)，而集散系統(tǒng)在回路調(diào)節(jié)、模擬量控制方面有一定優(yōu)勢(shì)。 二者相互滲透、互為補(bǔ)充，plc與dcs的差別已不明顯，它們都能構(gòu)成復(fù)雜的分級(jí)控制，從趨勢(shì)來看，二者的歸屬和統(tǒng)一是全分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 聽說過ddc嗎？27驕陽(yáng)書苑電動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)介 自動(dòng)化儀表作為一種專門的儀表，最早出現(xiàn)在上世紀(jì)40年代，由于石油、化工、電力等工業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要，出現(xiàn)了將測(cè)量、記錄、調(diào)節(jié)儀表組合在一起的多功能自動(dòng)化儀表。后來，人們發(fā)現(xiàn)多功能儀表的結(jié)構(gòu)

12、不夠靈活，不如將儀表按功能劃分，制成若干種能獨(dú)立完成一定功能的標(biāo)準(zhǔn)單元，各單元間以標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)絡(luò)信號(hào)相互聯(lián)系，這樣通過選擇一定的單元，積木式地把儀表組合起來，構(gòu)成各種復(fù)雜程度不同的控制系統(tǒng)。這種積木式的儀表就稱為單元組合儀表。這種做法不論對(duì)儀表廠的大量生產(chǎn)還是用戶的選用和維護(hù)都是有利的。這些年隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，儀表的功能結(jié)構(gòu)又重新向多功能轉(zhuǎn)變。28驕陽(yáng)書苑國(guó)產(chǎn)儀表60年代，電子管和磁放大器，ddz-i,0-10ma70年代，晶體管，ddz-ii，010ma80年代，線性集成電路,火花防爆，ddz-iii,4-20ma工藝介質(zhì)調(diào)節(jié)對(duì)象被調(diào)量檢測(cè)元件變送單元顯示單元執(zhí)行單元調(diào)節(jié)單元測(cè)量值給定值給定單

13、元操作單元單元組合儀表29驕陽(yáng)書苑檢測(cè)儀表n溫度檢測(cè)儀表n壓力檢測(cè)儀表n流量檢測(cè)儀表n液位檢測(cè)儀表n成分分析儀表30驕陽(yáng)書苑溫度檢測(cè)儀表n熱電偶n熱電阻n半導(dǎo)體熱敏電阻 （熱電阻使用方便，便宜，熱容大，反映慢，測(cè)溫范圍不如熱電偶大） 半導(dǎo)體熱電阻體積小，適用于設(shè)備內(nèi)測(cè)溫，測(cè)溫范圍也小，精度不高。31驕陽(yáng)書苑壓力檢測(cè)儀表n力平衡式壓力（差壓）變送器n位移式差壓（壓力）變送器n固態(tài)測(cè)壓儀表（壓電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)、壓磁效應(yīng)）（主流）。32驕陽(yáng)書苑流量檢測(cè)儀表n節(jié)流型流量計(jì)（孔板、靶式、動(dòng)子）n容積式（橢圓齒輪）n渦輪流量計(jì)（精度介于上者之間）n電磁流量計(jì)（可測(cè)含纖維及污物的液體，適用于腐蝕性液體，但導(dǎo)

14、電率不能太小，不能用于油和純水，不能有氣泡）n漩渦流量計(jì)(旋進(jìn)型和渦街型，渦街為主流）33驕陽(yáng)書苑液位檢測(cè)儀表n浮力式（浮子式、翻板式）n靜壓式n電容式n超聲波n雷達(dá)34驕陽(yáng)書苑成分分析儀表n熱導(dǎo)式（根據(jù)氣體導(dǎo)熱系數(shù)）n紅外線（根據(jù)吸收譜）n色譜（液相色譜，氣相色譜）35驕陽(yáng)書苑調(diào)節(jié)器本節(jié)內(nèi)容復(fù)雜，涉及到自動(dòng)化控制的比較核心的算法部分，以后如果需要單獨(dú)作為一個(gè)講座。36驕陽(yáng)書苑執(zhí)行器和防爆柵執(zhí)行器n氣動(dòng)執(zhí)行器以壓縮空氣為動(dòng)力n電氣轉(zhuǎn)換器一般將電流轉(zhuǎn)換為氣壓n閥門定位器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為閥門位移，含電氣轉(zhuǎn)換n電動(dòng)執(zhí)行器37驕陽(yáng)書苑防爆柵防爆的思想結(jié)構(gòu)防爆：將可能產(chǎn)生危險(xiǎn)火花的電路從結(jié)構(gòu)上與爆炸性氣

15、體隔離開來。（充油、充氣、充砂、隔爆）本安防爆（安全火花防爆）：把電路在短路、開斷及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，從爆炸發(fā)生的根本原因上采取措施解決防爆問題。危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)變送器變送器防爆柵防爆柵電源調(diào)節(jié)器安全場(chǎng)所（控制室）38驕陽(yáng)書苑本安儀表本安系統(tǒng)防爆柵：是對(duì)送往現(xiàn)場(chǎng)的電壓和電流進(jìn)行嚴(yán)格限值的單元，可保證在各種狀態(tài)下進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的電功率都在安全范圍之內(nèi)。防爆柵只限值瞬時(shí)功率，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的l，c都可能造成危險(xiǎn)，所以構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的充要條件是：現(xiàn)場(chǎng)儀表與非危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須經(jīng)過防爆柵；在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的儀表必須是本安型的。防爆電纜：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)沒有這一說，只限值l，

16、c，習(xí)慣上要求顏色區(qū)分。39驕陽(yáng)書苑兩種防爆柵 齊納型40驕陽(yáng)書苑隔離型（1 1）檢測(cè)端檢測(cè)端防爆柵防爆柵 41驕陽(yáng)書苑執(zhí)行端防爆柵電路原理圖執(zhí)行端防爆柵電路原理圖 42驕陽(yáng)書苑dcs簡(jiǎn)述n發(fā)展過程發(fā)展過程n分散控制方式：儀表間相距過遠(yuǎn)、儀表盤尺寸過大、無法全分散控制方式：儀表間相距過遠(yuǎn)、儀表盤尺寸過大、無法全面了解信息及操作；面了解信息及操作；n集中控制方式：危險(xiǎn)過于集中，計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)整個(gè)生產(chǎn)集中控制方式：危險(xiǎn)過于集中，計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)整個(gè)生產(chǎn)裝置癱瘓；裝置癱瘓；n集散控制方式：控制功能分散、操作管理集中集散控制方式：控制功能分散、操作管理集中-dcs。n集散控制中危險(xiǎn)分散的方法：將控制

17、功能分散到多臺(tái)計(jì)算機(jī)集散控制中危險(xiǎn)分散的方法：將控制功能分散到多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，采取雙重化冗余措施。上，采取雙重化冗余措施。43驕陽(yáng)書苑集散控制系統(tǒng)的組成44驕陽(yáng)書苑dcs現(xiàn)場(chǎng)控制站概述說明n概述：控制站支持多回路控制，在加強(qiáng)單回路控制器的基礎(chǔ)上增加了順序控制功能。n特點(diǎn)：反饋控制與順序控制由同一cpu操縱，容易完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝組合，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化。n說明：補(bǔ)充資料具有相同功能的技術(shù)手段-plc現(xiàn)場(chǎng)控制站45驕陽(yáng)書苑dcsdcs監(jiān)控操作站的功能監(jiān)控操作站的功能 n工程功能工程功能-完成系統(tǒng)生成、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)完成系統(tǒng)生成、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)管理；測(cè)試和系統(tǒng)管理；n操作功能操作功能-監(jiān)視、記錄、運(yùn)行；監(jiān)視、記錄、運(yùn)行；n通信功能通信功能-完成現(xiàn)場(chǎng)控制站于上位機(jī)之間的完成現(xiàn)場(chǎng)控制站于上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換。 46驕陽(yáng)書苑主要介紹操作功能-運(yùn)行中的操作畫面運(yùn)行中的操作畫面（1 1）總貌畫面總貌畫面反映生產(chǎn)過程總體狀況反映生產(chǎn)過程總體狀況 （2 2）分組畫面分組畫面-對(duì)應(yīng)顯示各內(nèi)部?jī)x表狀態(tài)，在操作中觀察其它回路的關(guān)對(duì)應(yīng)顯示各內(nèi)部?jī)x表狀態(tài)，在操作中觀察其它回路的關(guān)聯(lián)變化。聯(lián)變化。 （3 3）回路調(diào)整畫