化工儀表及自動化2.中職課件電子教案

1、1化化 工工 儀儀 表表 及及 自自 動動 化化編輯制作：編輯制作：紀(jì)紹青紀(jì)紹青高教育出版社高教育出版社2 過程控制裝置過程控制裝置 22 過程控制裝置過程控制裝置 教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：v 2.1 過程控制儀表概述過程控制儀表概述v 2.2 過程控制儀表的使用過程控制儀表的使用v 2.3 可編程控制器（可編程控制器（PLC）概述）概述v 2.4 執(zhí)行器執(zhí)行器高教育出版社高教育出版社32.1 過程控制儀表概述過程控制儀表概述2.1.1 過程控制儀表的分類與特點過程控制儀表的分類與特點A、按照傳遞信號形式分為模擬式控制儀表和數(shù)字式控制儀表。B、按照能源形式分氣動、電動和液動C、按照結(jié)構(gòu)形式分為純硬

2、件結(jié)構(gòu)的DDZIII 、有硬件和軟件結(jié)構(gòu)的智能式控制儀表、DSC中的軟儀表.在控制系統(tǒng)中，除設(shè)備之外的就是自動化裝置，主要包括：檢測儀表、顯示報警保護(hù)裝置、控制儀表、執(zhí)行器等。本章主要介紹控制儀表和執(zhí)行器。 高教育出版社高教育出版社42.1.1.1 模擬式控制儀表的分類與特點模擬式控制儀表的分類與特點v模擬式控制儀表按結(jié)構(gòu)原理分為基地式和單元組合式。v（1）基地式儀表）基地式儀表v基地式控制儀表以指示、記錄儀表為主體，附加控制機(jī)構(gòu)組成。它不僅能對某參數(shù)進(jìn)行指示和記錄，還具有控制功能。基地式儀表一般結(jié)構(gòu)比較簡單，集檢測、控制、執(zhí)行功能于一身。目前，基地式儀表正在向數(shù)字化、集成化方向發(fā)展，它的功能

3、比傳統(tǒng)基地式儀表更加完善，隨著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展，它的應(yīng)用范圍將更加廣泛。v（2）單元組合儀表）單元組合儀表v單元組合式控制儀表是根據(jù)控制系統(tǒng)中各個組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表劃分成能獨(dú)立實現(xiàn)某種功能的若干單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號來聯(lián)系。利用這些單元進(jìn)行不同的組合，可構(gòu)成多種多樣的、復(fù)雜程度各異的自動檢測和控制系統(tǒng)。v單元組合儀表一般可分為八大類單元：變送單元、控制單元、顯示單元、變送單元、控制單元、顯示單元、執(zhí)行單元、計算單元、設(shè)定單元、轉(zhuǎn)換單元、輔助單元執(zhí)行單元、計算單元、設(shè)定單元、轉(zhuǎn)換單元、輔助單元。v單元組合儀表與傳統(tǒng)的基地式儀表相比具有使用靈活、通用性強(qiáng)、安裝

4、維護(hù)方便、精度高、使用壽命長、便于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點。 高教育出版社高教育出版社52.1.1.2 數(shù)字控制儀表的分類與特點數(shù)字控制儀表的分類與特點 v數(shù)字控制儀表的外部傳輸信號有兩種，即連續(xù)變化的模擬量模擬量和斷續(xù)變化的數(shù)字量數(shù)字量，但它們內(nèi)部處理的信號都是數(shù)字量內(nèi)部處理的信號都是數(shù)字量。v早期數(shù)字式控制儀表分別用來替代單元組合儀表的各單元，因此，數(shù)字控制儀表的分類也可以參照單元組合儀表的分類，如常用到的可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器、無紙記錄儀無紙記錄儀和數(shù)字顯示儀表數(shù)字顯示儀表。v數(shù)字控制儀表的特點是以微處理器為核心，將模擬儀表和計算機(jī)功能一體化，模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)混合使用，保留了模擬控制儀表（調(diào)

5、節(jié)器）的面板操作形式，其控制功能、運(yùn)算功能由軟件完成，編程技術(shù)采用模塊化、表格化，具有通訊編程技術(shù)采用模塊化、表格化，具有通訊功能和自診斷故障功能功能和自診斷故障功能 高教育出版社高教育出版社6v信號制即信號標(biāo)準(zhǔn)，是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值。不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的儀表要做到通用性和相互兼容性，必須統(tǒng)一儀表的信號制式。v氣動儀表的信號標(biāo)準(zhǔn)v氣動儀表氣源壓力為140kPa，信號的下限為20 kPa，上限為100 kPa。v電動儀表的信號標(biāo)準(zhǔn)v我國型電動儀表采用220V交流供電，信號范圍為010mA直流電流信號。型電動儀表現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。 2.1.2 控制儀表的信號制與信號傳輸方式控制儀表

6、的信號制與信號傳輸方式高教育出版社高教育出版社7現(xiàn)場變送器現(xiàn)場執(zhí)行裝置控制器R=25015V.DC420mA.DC420mA.DC24V.DC圖313 型儀表的信號傳輸方式現(xiàn)場控制室2.1.2.2 信號傳輸方式信號傳輸方式 (1)現(xiàn)場與控制室儀表現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流信號電流信號傳輸。采用直流電流信號具有以下優(yōu)點。直流信號比交流信號受干擾少；直流信號對負(fù)載要求簡單；電流信號比電壓信號更利于遠(yuǎn)傳信息。高教育出版社高教育出版社8（2）控制室內(nèi)部儀表之間發(fā)送儀表接收儀表2接收儀表3接收儀表1現(xiàn)場控制室250圖2-1 控制系統(tǒng)儀表之間典型連接示意圖控制室內(nèi)部儀表之間采用直流電壓信號傳輸控制室內(nèi)部

7、儀表之間采用直流電壓信號傳輸,采用這種傳輸方式有以下優(yōu)點。采用這種傳輸方式有以下優(yōu)點。采用并聯(lián)連接方式，同一電壓信號能為多個儀表接收；采用并聯(lián)連接方式，同一電壓信號能為多個儀表接收；任何室內(nèi)儀表拆離信號回路均會影響其他儀表的運(yùn)行；任何室內(nèi)儀表拆離信號回路均會影響其他儀表的運(yùn)行；控制室儀表可共用一個電源和接地?？刂剖覂x表可共用一個電源和接地。 高教育出版社高教育出版社92.2 過程控制儀表的使用過程控制儀表的使用2.2.1 DDZ-基型調(diào)節(jié)器的使用基型調(diào)節(jié)器的使用 2.2.1.1 DDZ-基型調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)原理基型調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)原理 圖2-4 DDZIII基型調(diào)節(jié)器組成框圖輸入電路比例微分比例積分硬

8、自軟正反圖2-5 模擬調(diào)節(jié)器外形圖圖高教育出版社高教育出版社10（2）DDZ-基型調(diào)節(jié)器的指示與操作裝置基型調(diào)節(jié)器的指示與操作裝置 正面面板裝有兩個指示表的表頭。黑色黑色為給定信號指針，紅針紅針為測量信號指針。兩個指針之間的差值為偏差值。 自動自動-軟手動軟手動-硬手硬手動切換開關(guān)實現(xiàn)自動與手動操作的相互切換調(diào)節(jié)器機(jī)芯側(cè)面有正、反作用開關(guān)。 此外，在調(diào)節(jié)器的輸入端和輸出端分別附有輸入檢測插孔檢測插孔和手手動輸出插孔動輸出插孔，可利用這些插孔，無擾動地切換到便攜式手動操作器，進(jìn)行手動操作 高教育出版社高教育出版社112.2.1.2 DDZ-基型調(diào)節(jié)器的操作基型調(diào)節(jié)器的操作（1）通電準(zhǔn)備）通電準(zhǔn)備

9、檢查電源端子接線極性是否正確。根據(jù)工藝要求確定調(diào)節(jié)器正、反作用開關(guān)位置。按照調(diào)節(jié)閥的特性放好閥位指示器的方向。（2）手動操作）手動操作軟手動操作 把自動/手動開關(guān)置軟手動位置，用內(nèi)給定輪調(diào)整給定信號，用軟手動操作鍵調(diào)整調(diào)節(jié)器的輸出信號，使輸出信號盡可能靠近給定信號。硬手動操作 把自動/手動開關(guān)置硬手動位置，用內(nèi)給定輪調(diào)整給定信號，用硬手動操作桿調(diào)整調(diào)節(jié)器的輸出信號，使輸出信號盡可能靠近給定信號。硬手動操作適用于較長時間手動操作的情況。（3）由手動切換到自動）由手動切換到自動用手動操作使輸入信號接近給定信號，待工藝過程穩(wěn)定后把自動/手動開關(guān)撥到自動位置。在切換前，若不知道PID參數(shù)，應(yīng)使儀表處于

10、比例度最大、微分?jǐn)?、積分時間最大等狀態(tài)。高教育出版社高教育出版社12（4）自動控制）自動控制把調(diào)節(jié)器切換到自動狀態(tài)后，需進(jìn)行PID參數(shù)整定。若已知PID參數(shù)，則可直接調(diào)整PID刻度盤到所需要的數(shù)值。（5）由自動切換到手動）由自動切換到手動由自動切換到軟手動，可以直接切換。由自動切換到硬手動，須預(yù)先調(diào)整硬手動操作桿使之與自動輸出相重合，然后切換到硬手動。（6）內(nèi)給定與外給定的切換）內(nèi)給定與外給定的切換由外給定切換到內(nèi)給定 為進(jìn)行無擾動切換，可先將自動/手動開關(guān)切換到軟手動位置，然后由外給定切換到內(nèi)給定，調(diào)整內(nèi)給定值，使其等于外給定的數(shù)值，再將自動/手動開關(guān)撥到自動位置。由內(nèi)給定切換到外給定 先將

11、自動/手動開關(guān)撥到軟手動位置，然后由內(nèi)給定切換到外給定，調(diào)整外給定信號使其和內(nèi)給定指示值相等，再將自動/手動開關(guān)切換到自動位置。 高教育出版社高教育出版社132.2.2 數(shù)字式調(diào)節(jié)器介紹數(shù)字式調(diào)節(jié)器介紹v所謂的數(shù)字式控制儀表是指帶有微處理器的過程控制儀表。它采用數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)控制技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。 v如圖2-7所示為YS-170可編程調(diào)節(jié)器。 圖2-7 YS170可編程調(diào)節(jié)器高教育出版社高教育出版社142.2.2.1 數(shù)字調(diào)節(jié)器的主要特點數(shù)字調(diào)節(jié)器的主要特點v實現(xiàn)了儀表、計算機(jī)一體化。v具有豐富的運(yùn)算、控制功能。v通用性強(qiáng)，使用方便。v使用靈活、便于擴(kuò)展。v可靠性高、維護(hù)

12、方便?？刂破鞯能浖哂凶栽\斷功能，可以隨時發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)器內(nèi)部存在的問題，并能采取相應(yīng)的保護(hù)措施 高教育出版社高教育出版社152.2.2.2 數(shù)字式調(diào)節(jié)器舉例數(shù)字式調(diào)節(jié)器舉例v數(shù)字式調(diào)節(jié)器有很多種類，包括可編程序調(diào)節(jié)器、固定程序調(diào)節(jié)器、可編程脈寬輸出調(diào)節(jié)器、混合調(diào)節(jié)器和批量調(diào)節(jié)器五大類 vKMM是單回路控制儀表（SSC）中DIGTRONIK系列的一個主要品種,其性能和組態(tài)與TDC-3000BASIC中的基本控制器BC相同。 圖2-8 KMM可編程調(diào)節(jié)器正面圖1上、下限報警指示燈；2連鎖狀態(tài)指示燈及復(fù)位按鈕；3通信指示燈；4儀表異常指示燈；5給定值（SP）設(shè)定按鈕；6串級運(yùn)行方式按鈕及指示燈；7自動；

13、8手動；9輸出操作按鈕；10給定（SP）指針；11測量（PV）指針；12輸出指示表；13標(biāo)牌；14備忘指針高教育出版社高教育出版社162.2.3 其他單元儀表其他單元儀表v1. 變送單元儀表簡介變送單元儀表簡介v 變送單元儀表將各種被測變量，如溫度、壓力、流量、液位等物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的420mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號或15V直流電壓信號，傳送給顯示、調(diào)節(jié)等單元儀表或計算機(jī)，以供指示、記錄和控制。常用的變送器有溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、液位變送器、流量變送器等。v2. 運(yùn)算單元儀表簡介運(yùn)算單元儀表簡介v運(yùn)算單元儀表能對若干個信號進(jìn)行加、減、乘、除、開方等運(yùn)算。運(yùn)算單元主要用于比值控制、多變量綜

14、合控制、流量信號的溫度壓力補(bǔ)償計算等。運(yùn)算單元儀表品種有：加減器、乘除器和開方器等。v3. 顯示單元儀表簡介顯示單元儀表簡介v顯示單元儀表對各種變量進(jìn)行指示、記錄、報警和積算，供操作人員監(jiān)視和控制工況用。顯示單元的儀表品種有顯示儀、指示記錄儀、比例積算器和報警器等。17v4. 輔助單元儀表輔助單元儀表v給定單元儀表給定單元儀表 輸出信號作為被控變量的給定值送給調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)定值控制。給定單元儀表的品種有恒流給定器、比值給定器、定值器等。v轉(zhuǎn)換單元儀表轉(zhuǎn)換單元儀表 用于將一種標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成另外一種標(biāo)準(zhǔn)信號。如用來實現(xiàn)氣信號和電信號的相互轉(zhuǎn)換，稱為電/氣轉(zhuǎn)換器和氣/電轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換單元儀表還有直流毫伏

15、轉(zhuǎn)換器、電信號轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)換器等。v執(zhí)行單元儀表執(zhí)行單元儀表 按照控制器輸出或手動操作器信號來操作閥門之類的執(zhí)行元件，以改變控制變量的大小。執(zhí)行單元有角行程電動執(zhí)行器和直行程電動執(zhí)行器等。實際生產(chǎn)中更多采用氣動執(zhí)行器。v輔助單元輔助單元 在自動化系統(tǒng)中起輔助作用，完成各種輔助工作，如發(fā)訊、切換、遙控等。輔助單元儀表有操作器、阻尼器、閥門定位器、繼電器、配電器、安全柵等。182.3 可編程控制器（可編程控制器（PLC）概述）概述 可編程控制器是一種以是一種以CPU為核心為核心的計算機(jī)工業(yè)控制裝置。可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，有較強(qiáng)的抗干擾能

16、力。 它采用了可編程序的存儲器采用了可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的生產(chǎn)過程。 可編程控制器可以單獨(dú)使用可以單獨(dú)使用,也可以通過網(wǎng)絡(luò)成為可以通過網(wǎng)絡(luò)成為DCS控制系統(tǒng)的一部分控制系統(tǒng)的一部分。很多企業(yè)在使用DCS進(jìn)行過程控制時,對于間歇加料、固體和粉末產(chǎn)品包裝等過程和壓縮機(jī)控制、過程聯(lián)鎖保護(hù)等，較多采用PLC實現(xiàn)。高教育出版社高教育出版社192.3.1 可編程控制器（可編程控制器（PLC）的發(fā)展過程）的發(fā)展過程v1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出第一臺可編程控制器，開創(chuàng)了工業(yè)控制的

17、新紀(jì)元。v1971年，日本開始生產(chǎn)可編程控制器PLC，德、英、法等各國相繼開發(fā)了適于本國的PLC，并推廣使用。v1974年，中國開始研制生產(chǎn)可編程控制器。v隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及數(shù)字控制技術(shù)的高速發(fā)展，到20世紀(jì)80年代末，PLC技術(shù)已經(jīng)很成熟，v目前在世界先進(jìn)工業(yè)國家PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)。PLC技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界的潮流，成為工業(yè)自動化技術(shù)的三大支柱（PLC技術(shù)、機(jī)器人、計算機(jī)輔助設(shè)計和制造）之一。高教育出版社高教育出版社202.3.2 可編程控制器的功能與特點可編程控制器的功能與特點v2.3.2.1 可編程控制器的功能可編程控制器的功能

18、v可編程控制器雖以取代繼電接觸控制的面目出現(xiàn)，但現(xiàn)在已不僅僅局限于此。除進(jìn)行各種復(fù)雜的開關(guān)量邏輯控制外，PLC都配置了計數(shù)器、定時器等指令，進(jìn)一步豐富了邏輯控制功能，同時可以完成各種類型的計數(shù)要求。vPLC配置了數(shù)學(xué)運(yùn)算指令，在邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，可以完成加、減、乘、除、開方等算術(shù)運(yùn)算，能完成邏輯移位、算術(shù)移位、位比較、字比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼等操作。v現(xiàn)在，即便是小型PLC，也可以連接模擬量處理模塊，這樣使PLC具有了A/D、D/A轉(zhuǎn)換的功能，豐富了控制手段和控制范圍。v中、大型PLC還具有PID運(yùn)算模塊，可以完成模擬量的連續(xù)控制。vPLC有較強(qiáng)的通信功能，可以與上位計算機(jī)連接，通過計算機(jī)編寫程

19、序和監(jiān)控，許多PLC通過現(xiàn)場控制總線，可以相互通信，組成PLC控制的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，形成DCS控制系統(tǒng)，完成柔性加工系統(tǒng)控制要求。 高教育出版社高教育出版社212.3.2 2 可編程控制器的特點可編程控制器的特點可編程控制器應(yīng)用廣泛，特點明顯，主要有以下特點?？刂瞥绦蚩删幊炭刂瞥绦蚩删幊?相對于繼電接觸器控制等硬連接順序控制裝置而言，可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機(jī)，其控制功能可通過軟件編制來確定，在生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新時，只需改變程序就能調(diào)整控制方案，具有良好的柔性。編程方便編程方便 大多數(shù)PLC可采用類似繼電控制控制電路形式的“梯形圖”直接進(jìn)行編程，也可以使用簡易編程器進(jìn)行現(xiàn)場程序編制

20、或修改，使編程更簡捷、更方便。擴(kuò)展靈活擴(kuò)展靈活 PLC產(chǎn)品帶有擴(kuò)展單元，可以方便地調(diào)整配置，適應(yīng)不同I/O點數(shù)及不同輸入輸出方式的需求。從幾個I/O點的最小型系統(tǒng)到幾千個點的超大型系統(tǒng)均可以實現(xiàn)，擴(kuò)展靈活，組合方便。（4）可靠性高）可靠性高 可編程控制器的輸入輸出采用了光電隔離、屏蔽、濾波處理、電源調(diào)整與保護(hù)等措施，大大提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力，可靠性高。高教育出版社高教育出版社222.3.3 可編程控制器的基本構(gòu)成及工作原理可編程控制器的基本構(gòu)成及工作原理2.3.3.1 可編程控制器的基本組成可編程控制器的基本組成 電磁裝置電動機(jī)編 程 器繼電器觸點輸入模塊CPUEPROM掃描程序I/O管

21、理RAM用戶存儲器用戶邏輯I/O信息輸出模塊電 源PLC主機(jī)側(cè)開 關(guān) 或 傳 感器行程開關(guān)模擬量輸入指示燈其他執(zhí)行裝置主機(jī)圖2-10 PLC的組成框圖高教育出版社高教育出版社23v(1)中央處理器中央處理器CPUvCPU的主要作用是解釋并執(zhí)行系統(tǒng)及用戶程序，常用的CPU主要有通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片機(jī)。v(2)存儲器存儲器ROM(EPROM)和和RAMv存儲器類型 目前PLC常用的存儲器有RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用U盤和移動硬盤等。v存儲區(qū)分配 PLC的存儲器使用時可分為兩類，即PLC系統(tǒng)存儲區(qū)存儲器和用戶存儲區(qū)存儲器。 v(3)輸入輸出模塊輸入輸出模塊v可編程

22、序控制器是一種工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，與DCS相似，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系也是通過輸入輸出接口模塊(I/O)實現(xiàn)的。I/O模塊是可編程序控制器與生產(chǎn)過程相聯(lián)系的橋梁。v(4)編程器編程器v編程器的功能 編程器是PLC必不可少的重要外部設(shè)備。編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲器。v編程器的工作方式 編程器有兩種編程方式，即在線和離線編程方式。v編程器的分類 現(xiàn)在使用的編程器主要有便攜式編程器和通用計算機(jī)。高教育出版社高教育出版社242.3.3.2 可編程控制器的軟件系統(tǒng)介紹可編程控制器的軟件系統(tǒng)介紹 (1) 可編程控制器的編程語言可編程控制器的編

23、程語言可編程控制器目前常用的編程語言有以下幾種：梯形圖語言、助記符語言、功能表圖和某些高級語言。梯形圖語言 梯形圖的表達(dá)式沿用了原電氣控制系統(tǒng)中的繼電接觸控制電路圖的形式，二者的基本構(gòu)思是一致的，只是使用符號和表達(dá)方式法有所區(qū)別。 圖2-12(a) 為梯形圖助記符語言 助記符語言又稱命令語句表達(dá)式語言，它常用一些助記符來表示PLC的某種操作。它類似微機(jī)中的匯編語言，但比匯編語言更直觀易懂，用戶可以很容易地將梯形圖語言轉(zhuǎn)換成助記符語言。圖2-12(b)為梯形圖對應(yīng)的用助記符表示的指令表。高教育出版社高教育出版社25【例【例2-1】某一過程控制系統(tǒng)中，工藝要求開關(guān)1閉合后40S后，指示燈亮，按下開

24、關(guān)2后燈熄滅。圖10-10(a)為實現(xiàn)這一功能的梯形圖程序（OMRON PLC），它是由若干個梯級組成的，每一個輸出元素構(gòu)成一個梯級，而每個梯級可由多條支路組成。圖2-12 OMRON PLC的程序LD 0.00ANDNOT 0.01TIM 001 #400LD TIM 001OUT 10.00END(b)指令表(a)梯形圖高教育出版社高教育出版社26(2) 可編程控制器的工作過程可編程控制器的工作過程 可編程控制器的工作過程包括兩部分：自診斷和通信響應(yīng)的固定過程和用戶程序執(zhí)行過程，如圖10-11所示。PLC對用戶程序的執(zhí)行可分為三個階段進(jìn)行 . 輸入掃描 , 程序執(zhí)行 , 輸出刷新 自診斷與

25、編程器、計算機(jī)等通信讀入現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序輸出結(jié)果圖2-13 PLC工作過程框圖高教育出版社高教育出版社272.3.3.3 可編程控制器的分類 (1)按容量來分按容量來分 大致可分為“小”、“中”、“大”三種類型 (2)按硬件結(jié)構(gòu)分按硬件結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分將PLC分為整體式PLC、模塊式PLC、疊裝式PLC三類。高教育出版社高教育出版社28典型典型PLC簡介簡介 日本OMRON公司的PLC在我國有較大的市場占有率，OMRON C系列PLC有微型、小型、中型和大型四大類十幾種型號。微型PLC以C20P和C40H為代表，是整體結(jié)構(gòu)，I/O容量為幾十點，最多可擴(kuò)至120點 歐姆龍PLC有多個系列，指令

26、系統(tǒng)也有區(qū)別，但基本指令大致相同。歐姆龍PLC指令大多數(shù)也是按照位（bit）尋址，個別指令按照通道尋址。按位尋址的地址編號為：通道號.位號，如0.00表示0通道的第0位，位的表示采用十進(jìn)制數(shù)，范圍為015。在歐姆龍PLC中，對于輸入、輸出等繼電器的編號不用加字母。小型整體PLC的輸入、輸出編號是固定不變的，使用者可以按照PLC主機(jī)標(biāo)注編號編程；對于模塊式PLC，則根據(jù)輸入或輸出模塊安裝位置決定其編號。 高教育出版社高教育出版社29 SIMENS生產(chǎn)的SIMTIC S7系列PLC是在S5系列的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種較新型號的PLC。S7系列又分成S7-200、S7-300、S7-400三個系列。前

27、兩個系列分別見圖10-11和圖10-12所示。S7-200系列是微型到小型PLC，屬于整體式PLC，與S7-300/400有較大差別，所用的編程軟件也不同。一般S7-200所用的STEP 7編程軟件在網(wǎng)絡(luò)上可以下載，S7-200根據(jù)CPU的種類也有幾種類型。 高教育出版社高教育出版社30執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用 控制信號工藝管道介質(zhì)流量圖6-1 閥的作用接受控制器送來的控制信號，去改變生產(chǎn)工藝中調(diào)節(jié)劑的流量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定的要求正常進(jìn)行，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，所以執(zhí)行器被稱為生產(chǎn)過程自動化的 “手和腳”。高教育出版社高教育出版社2.4 執(zhí)行器執(zhí)行器 31執(zhí)行器的分類 執(zhí)行器按能源或驅(qū)動力

28、可分為氣動、電動、液動三大類，以氣動調(diào)節(jié)閥和電動調(diào)節(jié)閥為主體。 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器以電源為動力驅(qū)動的，具有快速，便于集中控制等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，防火防爆性能不好。 液動執(zhí)行器液動執(zhí)行器是利用液壓原理推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的推力大，適用于負(fù)荷較大的場合，但其輔助設(shè)備大而笨重。 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器利用壓縮空氣作為能源，具有結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便、性能穩(wěn)定、價格低廉、防火防爆等優(yōu)點。高教育出版社高教育出版社322.4.1 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 圖6-2 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥外形圖1一氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)；2一閥圖6-3 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖1-薄膜；2-平衡彈簧；3-推桿；4-閥芯；5-閥座2.4.1.1

29、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)組成與工作原理氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)組成與工作原理(1) 有兩部分組成：上部是氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，下部是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。氣動執(zhí)行器采用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式、活塞式和長行程式三種氣動執(zhí)行器采用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式、活塞式和長行程式三種類型。薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便、價格低廉，是最常用的一種類型。薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡單、動作可靠、維修方便、價格低廉，是最常用的一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 高教育出版社高教育出版社33(2)調(diào)節(jié)閥工作過程調(diào)節(jié)閥工作過程:執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，它按控制氣壓信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移，從而帶動閥芯動作。閥

30、（閥體部件）是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其內(nèi)腔直接與工藝介質(zhì)接觸，閥芯在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的帶動下，改變了閥芯與閥座間的流通面積，引起流體通過閥的阻力的變化，達(dá)到改變介質(zhì)流量的目的。 高教育出版社高教育出版社34（3）氣開、氣關(guān)形式）氣開、氣關(guān)形式分四種：(a) 正作用氣關(guān)閥：控制信號從上方來，流量減小。(b) 正作用氣開閥：控制信號從上方來，流量增大。(c) 反作用氣開閥：控制信號從下方來，流量增大。(d) 反作用氣關(guān)閥：控制信號從上方來，流量減小。 高教育出版社高教育出版社35（4）調(diào)節(jié)閥的種類在各類調(diào)節(jié)閥中，雖然執(zhí)行機(jī)構(gòu)不相同，但其閥是通用的。根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)有不同種類，如（a）直通單座、(

31、b)直通雙座、(c)角型、(d/e)三通閥、(f)蝶閥、(g)隔膜閥、(h)籠式閥、(i)凸輪撓曲閥、(j)球閥等。高教育出版社高教育出版社36（5）調(diào)節(jié)閥的型號命名 第一節(jié)第二節(jié)圖6-4 氣動調(diào)節(jié)閥型號命名 第一節(jié)以四個大寫漢語拼音字母表示執(zhí)行器的分類、能源和結(jié)構(gòu)形式：I執(zhí)行器類，以字母“Z”表示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類，“M”表示薄膜式；“H”薄膜多彈簧式；“N”深波紋式；“S”活塞式；“L”長行程式等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征，有彈簧直程正作用為“A”，有彈簧直程反作用為“B”。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式，直通雙座為“N”；直通單座為“P”；角形為“S”；套筒式為“M”；三通分流、合流分別為“X”、“Q”；隔膜式為

32、“T”；偏心旋轉(zhuǎn)式為“Z”等。 高教育出版社高教育出版社37第二節(jié)以阿拉伯?dāng)?shù)字表示產(chǎn)品的主要參數(shù)范圍：表示公稱壓力PN（MPa），分別以“16”、“40”、“60”、“100”、“160”、“320”等。第二節(jié)、以大寫漢語拼音字母表示作用方式與上閥蓋結(jié)構(gòu)形式。尾注的一部分，表示整機(jī)作用方式，氣開為“K”，氣關(guān)為“B”。表示適用的介質(zhì)溫度，普通型空白，長頸型為“D”，散（吸）熱型為G，波紋管密封型為“V”等。如：ZNAS-64BD表示氣關(guān)式偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥，正作用深波紋式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PN為6.4MPa，低溫長頸型。 高教育出版社高教育出版社382.4.2 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器v電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服放大

33、器、伺服電機(jī)、位置發(fā)送器和減速器四部分組成。伺服放大器將輸入信號和反饋信號相比較，得到偏差信號，并將進(jìn)行功率放大。當(dāng)0時，伺服放大器的輸出驅(qū)動伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，當(dāng)0時，伺服放大器的輸出驅(qū)動伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)。經(jīng)過反饋信號，直至使=0時，伺服電機(jī)才停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出軸穩(wěn)定在另一個新的位置上 。+伺服放大器位置反饋信號輸入信號輸出-位置發(fā)送器減速器伺服電動機(jī)圖2-25 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方框圖高教育出版社高教育出版社392.4.2.2 智能式執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能式執(zhí)行機(jī)構(gòu) v智能調(diào)節(jié)閥采用的是智能式執(zhí)行智能式執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)，其構(gòu)成原理與模擬式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)相同。由于智能式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服放大器中采用了微處微處理器理器系統(tǒng)，

34、所有控制功能均可通過編程實現(xiàn)，而且還具有數(shù)字通訊接口，從而具有HART協(xié)議協(xié)議或現(xiàn)場總線通信功能，成為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點。伺服放大器還采用了變頻技術(shù)變頻技術(shù)，可以更有效地控制伺服電機(jī)的動作。 圖2-26智能電動調(diào)解閥外形圖高教育出版社高教育出版社402.4.2.3 電磁閥電磁閥v電磁閥是常用的結(jié)構(gòu)簡單的二位式電動執(zhí)行機(jī)器，它是依靠電磁力工作的。 v圖2-29為具有聯(lián)鎖功能的帶電磁閥的氣動執(zhí)行器的原理圖 圖2-29 電磁閥的應(yīng)用高教育出版社高教育出版社412.4.3 電氣轉(zhuǎn)換器與閥門定位器電氣轉(zhuǎn)換器與閥門定位器(1) 結(jié)構(gòu)高教育出版社高教育出版社42 閥門定位器接受來自控制器（調(diào)節(jié)器）

35、的控制信號（電流信號或氣壓信號），成正比地轉(zhuǎn)換成氣壓信號輸出到氣動調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥桿產(chǎn)生位移，而位移量通過機(jī)械機(jī)構(gòu)反饋到閥門定位器，當(dāng)位移反饋信號與輸入的控制信號相平衡時，閥桿停止動作，調(diào)節(jié)閥的開度與控制信號相對應(yīng)。 (2) 原理原理高教育出版社高教育出版社43與氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了反饋機(jī)構(gòu)，所以提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線性度，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，并且可以改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性，從而改善執(zhí)行器的特性；如果采用更高氣源壓力，可增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力、克服閥桿的摩擦力、消除不平衡力的影響，加快了閥桿移動速度，并提高調(diào)節(jié)閥精度；閥門定位器可減少控制信號的傳輸滯后；實現(xiàn)分程控制；可用標(biāo)準(zhǔn)氣信號通過定位器去驅(qū)動不同彈簧

36、范圍的調(diào)節(jié)閥。(3) 閥門定位器有如下作用高教育出版社高教育出版社44(4)電電/氣閥門定位器氣閥門定位器電電/氣閥門定位器的結(jié)構(gòu)氣閥門定位器的結(jié)構(gòu)高教育出版社高教育出版社45電電/氣閥門定位器的工作原理氣閥門定位器的工作原理n從控制器來的電流信號I0輸入力矩馬達(dá)1的電磁線圈時，與永久磁場作用，使主杠桿受到一個向左的作用力，主杠桿繞支點16反時針方向偏轉(zhuǎn)，使擋板13靠近噴嘴15，擋板的位移經(jīng)氣動放大器14轉(zhuǎn)換成壓力信號p0引入到氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)8的薄膜氣室，因p0增加而使閥桿向下移動，并帶動反饋桿9繞支點4偏轉(zhuǎn)，反饋凸輪5也隨之逆時針方向偏轉(zhuǎn)，通過滾輪10使副杠桿6繞支點7順時針偏轉(zhuǎn)，從而使反饋彈

37、簧11拉伸，反饋彈簧對主杠桿2的拉力與電流信號I0通過力矩馬達(dá)1作用到杠桿2的推力達(dá)到力矩平衡時，閥門定位器達(dá)到平衡狀態(tài)。此時，一定的信號電流就對應(yīng)于一定的閥桿位移，即對應(yīng)于一定的閥門開度。 高教育出版社高教育出版社46(5) (5) 氣動閥門定位器氣動閥門定位器 力矩平衡式氣動閥門定位器原理圖1波紋管 2主杠桿 3遷移彈簧 4支點 5反饋凸輪 6副杠桿 7副杠桿支點 8氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu) 9反饋桿 10滾輪 11反饋彈簧 12調(diào)零彈簧 13擋板 14氣動放大器 15噴嘴 16主杠桿支點高教育出版社高教育出版社47工作原理工作原理 當(dāng)輸入波紋管1的信號壓力p0增加，主杠桿2繞支點16偏轉(zhuǎn)，擋板13靠近噴嘴15，噴嘴背壓升高。背壓經(jīng)放大器14放大后的壓力pa引入至氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)8的薄膜氣室，因其壓力增加而使閥桿向下移動，并帶動反饋桿9支點4偏轉(zhuǎn)，反饋凸輪5也跟著逆時針方向轉(zhuǎn)動，通過滾輪10使副杠桿6繞支點7順時針偏轉(zhuǎn)，從而使反饋彈簧11拉伸，反饋彈簧對主杠桿2的拉力與信號壓力p1通過波紋管1作用到杠桿2的推力達(dá)到力矩平衡時，閥門定位器達(dá)到平衡狀態(tài)。此時，一定的信號壓力就對應(yīng)于一定的閥桿位移，即對應(yīng)于一定的開度。調(diào)零彈簧12起零點調(diào)整作用；遷移彈簧3用于分程控制調(diào)整。