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)知識英達康華志斌工業(yè)控制及自動化儀表

基礎(chǔ)知識英達康華志斌1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簡述主要內(nèi)容常用控制電器2常用控制電器接觸器繼電器主令電器保護電器和組合電器常用控制電器接觸器3接觸器適于頻繁地接通和分斷主電路或大容量控制電，主要用于控制電動機，也可用于控制其它電力負荷。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。按主回路接通和分斷的負載電流的性質(zhì)，分為直流接觸器和交流接觸器。接觸器適于頻繁地接通和分斷主電路或大4交流接觸器主回路分斷和接通交流負載，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。交流接觸器分斷交流負載，滅弧裝置相對簡單，當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。交流接觸器主回路分斷和接通交流負載，5直流接觸器主回路分斷和接通直流負載，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。交流接觸器分斷直流負載，滅弧裝置相對復(fù)雜，當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。直流接觸器主回路分斷和接通直流負載，6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）接通和分斷能力接觸器主要技術(shù)參數(shù)額定工作電壓（主觸頭的額定電壓）7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)速等非電量達到規(guī)定值時，繼電器的觸點便接通或分斷所控制或保護的電路。

繼電器一般由輸入感測機構(gòu)和輸出執(zhí)行機構(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。繼電器繼電器是根據(jù)某種物理量的變化來8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常用繼電器種類電壓繼電器9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)主令電器主令電器是按一定生產(chǎn)工藝要求10保護電器和組合電器熔斷器：又稱保險絲，起短路保護作用自動開關(guān)：又稱空開，有過載、短路、欠壓保護作用，可用于不頻繁啟動的電機控制。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)？保護電器和組合電器熔斷器：又稱保險絲，起短路保護作用11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)置必要的保護除基本的短路、過載、欠壓保護外，應(yīng)根據(jù)實際情況配置必要的保護，保證系統(tǒng)安全可靠。但不是保護越齊全越好，因為保護越多，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。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12故障安全原則當系統(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)選取故障安全原則當系統(tǒng)中出現(xiàn)設(shè)備損壞或故障時，不能發(fā)生誤操作13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)計中要注意的問題保證控制線路的可靠和安全正確連接電器的觸頭設(shè)計中要注意的問題14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L2L1KM1KM2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KM15防止電氣元件觸點“競爭”“先斷后合型”、“先合后斷型”繼電器觸頭的分斷合接通能力觸點并聯(lián)的作用、電器連鎖和機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時，是否發(fā)出主機跳閘的命令，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。防止電氣元件觸點“競爭”電器連鎖和機械連鎖控制電路是否跳閘：16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)熱采用標準件，盡可能選用相同型號的元件盡量使用標準的、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)濟盡量減少觸點數(shù)目控制線路力求簡單、經(jīng)濟17短路保護（空開有短路和過載保護的作用）過電流保護（電機保護一種，常用繼電器完成）過載保護（熱繼電器）失壓保護（防止電源電壓恢復(fù)時電機自行啟動，典型的啟保停電路）欠壓保護（電壓繼電器）對電機的基本保護，如過載保護、端相保護、短路保護等，一般在一個保護裝置中完成完善的保護環(huán)節(jié)短路保護（空開有短路和過載保護的作用）完善的保護環(huán)節(jié)18PLC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，易于擴充功能的原則而設(shè)計。68年GM公司提出10條技術(shù)指標在社會上公開招標，69年DEC根據(jù)要求研制出第一臺PLC并中標。PLC簡介（構(gòu)成、特點、應(yīng)用領(lǐng)域）國際電19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構(gòu)成可編程控制器存儲器CPU模塊編程器輔助觸點限位開關(guān)按20特點可靠性高，抗干擾能力強配套齊全，功能完善，適用性強易學(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，維護方便，容易改造體積小，重量輕，能耗低特點可靠性高，抗干擾能力強21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)應(yīng)用領(lǐng)域開關(guān)量邏輯控制（順序控制）22PLC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控制的比較與單板機控制的比較與DCS控制的比較PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制的比較23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性價格與繼電器控制的比較控制邏輯（硬接線與軟接線）24與個人計算機控制的比較

本質(zhì)上個人計算機和PLC是面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的計算機系統(tǒng)。個人計算機的最大特征是運算速度快，功能強，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。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控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，價格也比一般微機系統(tǒng)低。與個人計算機控制的比較本質(zhì)上個人計算機和25與單板計算機控制的比較單板機不如PLC掌握單板機不如PLC簡單PLC不如單板機靈活單板機不如PLC可靠（？）與單板計算機控制的比較單板機不如PLC掌握26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控制系統(tǒng)。聽說過DDC嗎？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27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準單元，各單元間以標準聯(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都是有利的。這些年隨著計算機技術(shù)的進步，儀表的功能結(jié)構(gòu)又重新向多功能轉(zhuǎn)變。電動單元組合儀表簡介自動化儀表作為一種專門28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國產(chǎn)儀表工藝介質(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29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檢測儀表溫度檢測儀表30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。溫度檢測儀表熱電偶31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）。壓力檢測儀表力平衡式壓力（差壓）變送器32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(旋進型和渦街型，渦街為主流）流量檢測儀表節(jié)流型流量計（孔板、靶式、動子）33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液位檢測儀表浮力式（浮子式、翻板式）34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）成分分析儀表熱導(dǎo)式（根據(jù)氣體導(dǎo)熱系數(shù)）35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。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36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)行器執(zhí)行器和防爆柵執(zhí)行器37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）防爆柵危險現(xiàn)場變送器變送器防爆柵防爆柵電調(diào)節(jié)器安全場所（控制38本安儀表本安系統(tǒng)防爆柵：是對送往現(xiàn)場的電壓和電流進行嚴格限值的單元，可保證在各種狀態(tài)下進入現(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：國際標準沒有這一說，只限值L，C，習(xí)慣上要求顏色區(qū)分。本安儀表39兩種防爆柵齊納型兩種防爆柵40隔離型（1）檢測端防爆柵

隔離型（1）檢測端防爆柵41執(zhí)行端防爆柵電路原理圖

執(zhí)行端防爆柵電路原理圖42DCS簡述發(fā)展過程分散控制方式：儀表間相距過遠、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上，采取雙重化冗余措施。DCS簡述發(fā)展過程43集散控制系統(tǒng)的組成集散控制系統(tǒng)的組成44DCS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，在加強單45DCS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、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)場控制站于上位機之間的數(shù)據(jù)交換。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46主要介紹操作功能---運行中的操作畫面（1）總貌畫面—反映生產(chǎn)過程總體狀況（2）分組畫面--對應(yīng)顯示各內(nèi)部儀表狀態(tài)，在操作中觀察其它回路的關(guān)聯(lián)變化。（3）回路調(diào)整畫面--細致觀測單元儀表的情況，可用于單回路的PID整定。（4）報警畫面--按時間順序排列顯示報警（總貌種只顯示報警性質(zhì)和場所），有聲光配合。（5）趨勢分組畫面--顯示過程變化曲線，可出現(xiàn)在總貌畫面和趨勢畫面。（6）流程子畫面—繪有過程圖形的儀表面板。顯示在屏幕上，可模擬原有儀表。主要介紹操作功能---運行中的操作畫面（1）總貌畫面—反映生47每一個優(yōu)秀的人，都有一段沉默的時光。那一段時光，是付出了很多努力，忍受孤獨和寂寞，不抱怨不訴苦，日后說起時，連自己都能被感動日子。。8月-238月-23Thursday,August10,2023企業(yè)的出路在于產(chǎn)品更新?lián)Q代。。00:30:5000: