電氣工程課件：儀表與控制技術(shù)本課程深入淺出地講解了儀表和控制技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用，涵蓋了測量、控制和自動化等多個領(lǐng)域，為同學(xué)們在電氣工程領(lǐng)域打下堅實的基礎(chǔ)。課程簡介本課程主要介紹電氣工程中儀表和控制技術(shù)的基本理論和應(yīng)用，旨在幫助同學(xué)們掌握電氣測量、控制系統(tǒng)設(shè)計、自動化系統(tǒng)應(yīng)用等方面的知識和技能。課程內(nèi)容涵蓋了從基礎(chǔ)的測量技術(shù)到現(xiàn)代的自動化系統(tǒng)，重點講解了常用儀表、PLC控制、工業(yè)現(xiàn)場總線、過程控制等關(guān)鍵技術(shù)，以及它們在電力系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用。儀表的定義和分類定義儀表是用來測量物理量并以可視化的形式顯示測量結(jié)果的裝置，是自動控制系統(tǒng)中重要的組成部分。分類儀表可按測量對象的物理量分類，例如電壓表、電流表、溫度計等；也可按測量原理分類，例如電磁式、熱電式、光電式等。測量基本概念準(zhǔn)確度測量結(jié)果與真實值之間的接近程度，反映了儀表的精度水平。靈敏度儀表對測量量的微小變化的響應(yīng)程度，反映了儀表的敏感性。響應(yīng)速度儀表對測量量變化的反應(yīng)速度，反映了儀表的動態(tài)特性。穩(wěn)定性儀表在一定時間內(nèi)保持測量結(jié)果一致性的能力，反映了儀表的可靠性。測量系統(tǒng)的構(gòu)成傳感器將非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置，例如熱電偶、壓力傳感器等。信號調(diào)理電路對傳感器輸出的信號進(jìn)行放大、濾波、轉(zhuǎn)換等處理，以滿足儀表的要求。顯示儀表將處理后的信號顯示出來，例如指針式儀表、數(shù)字顯示儀表等。測量誤差及其分類1系統(tǒng)誤差2隨機(jī)誤差3人為誤差測量誤差是測量值與真實值之間的差異，它會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。量程和分辨率的概念量程儀表能夠測量的最大值和最小值之間的范圍，例如0-100V。分辨率儀表能夠分辨的最小測量值，例如0.1V。常用電氣量的測量1電壓電路中兩點之間的電位差，用電壓表測量。2電流電路中電荷流動的速率，用電流表測量。3功率電路中消耗的能量速率，用功率表測量。4頻率交流電在單位時間內(nèi)變化的次數(shù)，用頻率計測量。電壓測量技術(shù)1數(shù)字電壓表采用數(shù)字信號處理技術(shù)，精度高，讀數(shù)方便。2模擬電壓表采用指針式儀表，價格低廉，但精度較低。3示波器可以觀察電壓隨時間的變化情況，適用于動態(tài)信號的測量。電流測量技術(shù)1鉗形電流表利用磁感應(yīng)原理測量電流，方便快捷，無需斷開電路。2電流互感器將高壓大電流轉(zhuǎn)換成低壓小電流，方便安全地測量電流。3霍爾電流傳感器利用霍爾效應(yīng)測量電流，具有高精度、響應(yīng)速度快等特點。功率和功率因數(shù)測量1有功功率電路中實際消耗的功率，用瓦特（W）表示。2無功功率電路中用于建立磁場的功率，用乏（Var）表示。3功率因數(shù)有功功率與視在功率的比值，反映電路的利用率。電力參數(shù)測量儀表多功能儀表可以同時測量電壓、電流、功率、頻率等多個參數(shù)。電力質(zhì)量分析儀可以分析電力系統(tǒng)的電壓波動、諧波、暫態(tài)等電力質(zhì)量問題。溫度測量技術(shù)1熱電偶利用兩種不同金屬的接點溫度差產(chǎn)生熱電勢來測量溫度。2熱電阻利用金屬電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。3熱敏電阻利用半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性來測量溫度。壓力和流量測量壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電信號，用于測量流體壓力。流量傳感器測量流體流過管道或容器的流量，常用的類型包括渦街流量計、電磁流量計等。物位和液位測量液位計測量液體在容器中的高度，常用的類型包括浮子式液位計、超聲波液位計等。物位計測量固體物料在容器中的高度，常用的類型包括振動式物位計、雷達(dá)物位計等。工業(yè)控制系統(tǒng)概述PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理中央處理單元(CPU)負(fù)責(zé)控制整個PLC的運行，執(zhí)行程序和邏輯運算。輸入/輸出(I/O)模塊用于連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)與外部設(shè)備的通信。存儲器用于存儲用戶程序、系統(tǒng)數(shù)據(jù)和參數(shù)。PLC的編程方法梯形圖使用類似于繼電器控制電路的圖形語言，易于理解和使用。指令表使用類似于匯編語言的指令代碼，效率高，但可讀性較差。功能塊圖使用類似于流程圖的圖形語言，便于描述復(fù)雜的控制邏輯。結(jié)構(gòu)化文本使用類似于高級語言的文本語言，可讀性好，效率高。傳感器在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用溫度控制溫度傳感器可以測量溫度，并將信號傳遞給PLC，控制加熱或冷卻設(shè)備。壓力控制壓力傳感器可以測量壓力，并將信號傳遞給PLC，控制閥門或泵的運行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型和選擇1電機(jī)用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機(jī)械，例如風(fēng)機(jī)、水泵等。2氣動執(zhí)行器利用壓縮空氣驅(qū)動閥門、氣缸等。3液壓執(zhí)行器利用液壓油驅(qū)動閥門、氣缸等，適用于大負(fù)載的場合。工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)1Profibus德國標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線，應(yīng)用廣泛，支持多種協(xié)議。2CANbus汽車領(lǐng)域常用的現(xiàn)場總線，具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)等特點。3Modbus開放的現(xiàn)場總線協(xié)議，應(yīng)用廣泛，支持多種設(shè)備通信。自動化系統(tǒng)的組成及功能1現(xiàn)場層2控制層3管理層自動化系統(tǒng)包括現(xiàn)場層、控制層和管理層，每個層級都有其特定的功能。過程控制的基本概念1過程變量需要控制的物理量，例如溫度、壓力、流量等。2設(shè)定值過程變量的目標(biāo)值，由用戶設(shè)定。3偏差過程變量與設(shè)定值之間的差值，反映了控制系統(tǒng)的誤差。4控制算法根據(jù)偏差調(diào)整控制信號，使過程變量穩(wěn)定在設(shè)定值附近。PID控制器原理及應(yīng)用1比例控制控制信號與偏差成正比。2積分控制控制信號與偏差的積分值成正比。3微分控制控制信號與偏差的變化率成正比。分布式控制系統(tǒng)(DCS)架構(gòu)DCS采用分布式控制方式，將控制任務(wù)分散到多個控制器，提高系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性。應(yīng)用DCS廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金等大型工業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，支持高速數(shù)據(jù)傳輸，為工業(yè)自動化系統(tǒng)提供可靠的通信基礎(chǔ)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將工業(yè)設(shè)備、傳感器、控制器等連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析和控制，推動工業(yè)智能化發(fā)展。發(fā)電廠及輸電線路的自動化發(fā)電廠自動化采用DCS、PLC等控制技術(shù)，實現(xiàn)發(fā)電廠的自動控制和優(yōu)化運行，提高發(fā)電效率和安全可靠性。輸電線路自動化利用SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸電線路的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，提高輸電效率和可靠性。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概述1機(jī)器人類型工業(yè)機(jī)器人主要分為焊接機(jī)器人、搬運機(jī)器人、噴涂機(jī)器人等。2機(jī)器