工業(yè)控制及自動化儀表基礎(chǔ)知識-課件

工業(yè)控制及自動化儀表

基礎(chǔ)知識英達(dá)康華志斌1ppt課件主要內(nèi)容常用控制電器繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計原則繼電器－接觸器控制線路設(shè)計中應(yīng)注意的問題PLC簡介（構(gòu)成、特點、應(yīng)用領(lǐng)域）PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較電動單元組合儀表簡介檢測儀表調(diào)節(jié)器執(zhí)行器和防爆柵DCS簡述2ppt課件常用控制電器接觸器繼電器主令電器保護(hù)電器和組合電器3ppt課件接觸器

適于頻繁地接通和分?jǐn)嘀麟娐坊虼笕萘靠刂齐?，主要用于控制電動機(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。4ppt課件交流接觸器

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，滅弧裝置相對簡單，當(dāng)使用交流線圈時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，通常噪聲較大。由于勵磁電流與勵磁線圈的電抗相關(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增大勵磁電流，增大接觸器溫升甚至燒毀交流接觸器。5ppt課件直流接觸器

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，滅弧裝置相對復(fù)雜，當(dāng)使用直流勵磁線圈時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。由于勵磁線圈電感大，在斷開勵磁線圈時將產(chǎn)生較高的感應(yīng)電勢，因此要注意線圈的絕緣和能量瀉放。6ppt課件接觸器主要技術(shù)參數(shù)額定工作電壓（主觸頭的額定電壓）額定工作電流（主觸頭的額定電流）電磁鐵線圈的額定電壓額定操作頻率觸頭數(shù)目（主觸頭和輔助觸頭）接通和分?jǐn)嗄芰?ppt課件繼電器

繼電器是根據(jù)某種物理量的變化來改變其觸點狀態(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，繼電器的觸點便接通或分?jǐn)嗨刂苹虮Ｗo(hù)的電路。

繼電器一般由輸入感測機(jī)構(gòu)和輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成，前者用以反映輸入量的高低，后者用以接通或切斷電路。8ppt課件常用繼電器種類電壓繼電器電流繼電器時間繼電器熱繼電器中間繼電器9ppt課件主令電器

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，以實現(xiàn)對生產(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)10ppt課件保護(hù)電器和組合電器熔斷器：又稱保險絲，起短路保護(hù)作用自動開關(guān)：又稱空開，有過載、短路、欠壓保護(hù)作用，可用于不頻繁啟動的電機(jī)控制。磁力啟動器：是一種組合電器，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)？11ppt課件繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計原則正確地設(shè)計控制線路功能正確，在最大限度滿足設(shè)備對電氣控制線路要求的前提下，力求控制線路簡單、布局合理，器件選型正確并便于操作和維修。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，因為保護(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。正確選擇電器設(shè)備選型時要考慮工作方式、線路電壓和電流等級，考慮觸點的斷弧容量（雙觸點串聯(lián)可提高斷弧能力），輔助觸點的數(shù)量等。12ppt課件故障安全原則當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)設(shè)備損壞或故障時，不能發(fā)生誤操作和故障的擴(kuò)大。

例：操縱制動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13ppt課件保證控制線路的可靠和安全正確連接電器的觸頭正確連接電器的線圈設(shè)計中要注意的問題14ppt課件控制電源一端接地時應(yīng)防止發(fā)生意外KMKM防止出現(xiàn)寄生回路KM1KM2KM2KM1防止出現(xiàn)寄生回路L2L1KM1KM215ppt課件防止電氣元件觸點“競爭”“先斷后合型”、“先合后斷型”繼電器觸頭的分?jǐn)嗪辖油芰τ|點并聯(lián)的作用、電器連鎖和機(jī)械連鎖控制電路是否跳閘：控制電路由于電源等原因斷電或控制器死機(jī)時，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，一般要求控制電路重新啟動時不影響主系統(tǒng)的運行。16ppt課件盡量減少觸點數(shù)目盡量縮短連接導(dǎo)線的數(shù)量和長度控制線路在工作時，除必要的電氣元件需通電外，其余電器盡量不長期通電，以延長電氣元件的壽命和節(jié)約電能及減少發(fā)熱采用標(biāo)準(zhǔn)件，盡可能選用相同型號的元件盡量使用標(biāo)準(zhǔn)的、常用的或經(jīng)過實際考驗過的線路和環(huán)節(jié)控制線路力求簡單、經(jīng)濟(jì)17ppt課件短路保護(hù)（空開有短路和過載保護(hù)的作用）過電流保護(hù)（電機(jī)保護(hù)一種，常用繼電器完成）過載保護(hù)（熱繼電器）失壓保護(hù)（防止電源電壓恢復(fù)時電機(jī)自行啟動，典型的啟保停電路）欠壓保護(hù)（電壓繼電器）對電機(jī)的基本保護(hù)，如過載保護(hù)、端相保護(hù)、短路保護(hù)等，一般在一個保護(hù)裝置中完成完善的保護(hù)環(huán)節(jié)18ppt課件PLC簡介（構(gòu)成、特點、應(yīng)用領(lǐng)域）

國際電工協(xié)會（IEC）定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，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)成一個整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計。

68年GM公司提出10條技術(shù)指標(biāo)在社會上公開招標(biāo)，69年DEC根據(jù)要求研制出第一臺PLC并中標(biāo)。19ppt課件構(gòu)成可編程控制器存儲器CPU模塊輸入模塊輸出模塊編程器輔助觸點限位開關(guān)按鈕電源接觸器電磁閥指示燈電源20ppt課件特點可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造體積小，重量輕，能耗低21ppt課件應(yīng)用領(lǐng)域開關(guān)量邏輯控制（順序控制）閉環(huán)過程控制位置控制監(jiān)控系統(tǒng)分布控制系統(tǒng)22ppt課件PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制的比較與個人計算機(jī)控制的比較與單板機(jī)控制的比較與DCS控制的比較23ppt課件與繼電器控制的比較控制邏輯（硬接線與軟接線）工作方式（硬接線全聯(lián)動和順序掃描）控制速度時間控制技術(shù)控制設(shè)計、施工和改造可靠性和可維護(hù)性價格24ppt課件與個人計算機(jī)控制的比較

本質(zhì)上個人計算機(jī)和PLC是面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的計算機(jī)系統(tǒng)。個人計算機(jī)的最大特征是運算速度快，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)實際需要考慮抗干擾問題和硬件及軟件設(shè)計，以適應(yīng)設(shè)備控制的需要。這樣就勢必把通用的PC轉(zhuǎn)化為具有特殊功能的控制器而稱為一臺專用機(jī)。所以，本質(zhì)上PLC就是一種用于工業(yè)自動化控制的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，價格也比一般微機(jī)系統(tǒng)低。25ppt課件與單板計算機(jī)控制的比較單板機(jī)不如PLC掌握單板機(jī)不如PLC簡單PLC不如單板機(jī)靈活單板機(jī)不如PLC可靠（？）26ppt課件與DCS控制的比較

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)展均都是計算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的直接體現(xiàn)。PLC在開關(guān)量控制、順序控制方面有一定的優(yōu)勢，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。二者相互滲透、互為補充，PLC與DCS的差別已不明顯，它們都能構(gòu)成復(fù)雜的分級控制，從趨勢來看，二者的歸屬和統(tǒng)一是全分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)。聽說過DDC嗎？27ppt課件電動單元組合儀表簡介

自動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)對自動化的需要，出現(xiàn)了將測量、記錄、調(diào)節(jié)儀表組合在一起的多功能自動化儀表。后來，人們發(fā)現(xiàn)多功能儀表的結(jié)構(gòu)不夠靈活，不如將儀表按功能劃分，制成若干種能獨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。28ppt課件國產(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，0－10mA80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)對象被調(diào)量檢測元件變送單元顯示單元執(zhí)行單元調(diào)節(jié)單元測量值給定值給定單元操作單元單元組合儀表29ppt課件檢測儀表溫度檢測儀表壓力檢測儀表流量檢測儀表液位檢測儀表成分分析儀表30ppt課件溫度檢測儀表熱電偶熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻（熱電阻使用方便，便宜，熱容大，反映慢，測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)測溫，測溫范圍也小，精度不高。31ppt課件壓力檢測儀表力平衡式壓力（差壓）變送器位移式差壓（壓力）變送器固態(tài)測壓儀表（壓電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)、壓磁效應(yīng)）（主流）。32ppt課件流量檢測儀表節(jié)流型流量計（孔板、靶式、動子）容積式（橢圓齒輪）渦輪流量計（精度介于上者之間）電磁流量計（可測含纖維及污物的液體，適用于腐蝕性液體，但導(dǎo)電率不能太小，不能用于油和純水，不能有氣泡）漩渦流量計(旋進(jìn)型和渦街型，渦街為主流）33ppt課件液位檢測儀表浮力式（浮子式、翻板式）靜壓式電容式超聲波雷達(dá)34ppt課件成分分析儀表熱導(dǎo)式（根據(jù)氣體導(dǎo)熱系數(shù)）紅外線（根據(jù)吸收譜）色譜（液相色譜，氣相色譜）35ppt課件調(diào)節(jié)器本節(jié)內(nèi)容復(fù)雜，涉及到自動化控制的比較核心的算法部分，以后如果需要單獨作為一個講座。36ppt課件執(zhí)行器和防爆柵執(zhí)行器氣動執(zhí)行器以壓縮空氣為動力電－氣轉(zhuǎn)換器一般將電流轉(zhuǎn)換為氣壓閥門定位器將電流信號轉(zhuǎn)換為閥門位移，含電氣轉(zhuǎn)換電動執(zhí)行器37ppt課件防爆柵防爆的思想結(jié)構(gòu)防爆：將可能產(chǎn)生危險火花的電路從結(jié)構(gòu)上與爆炸性氣體隔離開來。（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。危險現(xiàn)場變送器變送器防爆柵防爆柵電源調(diào)節(jié)器安全場所（控制室）38ppt課件本安儀表本安系統(tǒng)防爆柵：是對送往現(xiàn)場的電壓和電流進(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)場的電功率都在安全范圍之內(nèi)。防爆柵只限值瞬時功率，現(xiàn)場設(shè)備的L，C都可能造成危險，所以構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的充要條件是：現(xiàn)場儀表與非危險場所之間的電路連接必須經(jīng)過防爆柵；在危險現(xiàn)場的儀表必須是本安型的。防爆電纜：國際標(biāo)準(zhǔn)沒有這一說，只限值L，C，習(xí)慣上要求顏色區(qū)分。39ppt課件兩種防爆柵齊納型40ppt課件隔離型（1）檢測端防爆柵

41ppt課件執(zhí)行端防爆柵電路原理圖

42ppt課件DCS簡述發(fā)展過程分散控制方式：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；集中控制方式：危險過于集中，計算機(jī)出現(xiàn)故障時整個生產(chǎn)裝置癱瘓；集散控制方式：控制功能分散、操作管理集中---DCS。集散控制中危險分散的方法：將控制功能分散到多臺計算機(jī)上，采取雙重化冗余措施。43ppt課件集散控制系統(tǒng)的組成44ppt課件DCS現(xiàn)場控制站概述說明概述：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。特點：反饋控制與順序控制由同一CPU操縱，容易完成生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝組合，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)全過程的自動化。說明：補充資料—具有相同功能的技術(shù)手段--PLC現(xiàn)場控制站45ppt課件DCS監(jiān)控操作站的功能

工程功能---完成系統(tǒng)生成、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)管理；操作功能---監(jiān)視、記錄、運行；通信功能---完成現(xiàn)場控制站于上位機(jī)