1、工業(yè)控制及自動化儀表基礎(chǔ)知識,英達(dá)康 華志斌,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(jì)原則 繼電器接觸器控制線路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 PLC簡介（構(gòu)成、特點(diǎn)、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,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,接觸器,適于頻繁地接通和分?jǐn)嘀麟娐坊虼笕萘靠刂齐姡饕糜诳刂齐妱訖C(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

2、流的性質(zhì)，分為直流接觸器和交流接觸器。,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(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，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。,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(shí)線圈鐵心

3、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(shí)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。,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?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

4、電路。,常用繼電器種類,電壓繼電器 電流繼電器 時(shí)間繼電器 熱繼電器 中間繼電器,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),保護(hù)電器和組合電器,熔斷器：又稱保險(xiǎn)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

5、關(guān)？,繼電器接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,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(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。 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，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。,故障安全原則 當(dāng)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：操縱制動器的電磁鐵 表示合閘狀態(tài)的指示燈

6、 急停開關(guān)、拉繩開斷的狀態(tài)選取,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(jì)中要注意的問題,控制電源一端接地時(shí)應(yīng)防止發(fā)生意外,KM,KM,防止出現(xiàn)寄生回路,KM1,KM2,KM2,KM1,防止出現(xiàn)寄生回路,L2,L1,KM1,KM2,防止電氣元件觸點(diǎn)“競爭” “先斷后合型”、“先合后斷型” 繼電器觸頭的分?jǐn)嗪辖油芰?觸點(diǎn)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(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)，一般要求控制電路重新啟動時(shí)不影響主系統(tǒng)的運(yùn)行。,盡量減少觸點(diǎn)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(shí)

7、，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(shí)際考驗(yàn)過的線路和環(huán)節(jié),控制線路力求簡單、經(jīng)濟(jì),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(shí)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(gè)保護(hù)裝置中完成,完善的保護(hù)環(huán)節(jié),PLC簡介（構(gòu)成、特點(diǎn)、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(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，

8、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器，用來在其內(nèi)部存儲執(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)。,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(diǎn),限位開關(guān),按 鈕,電 源,接觸器,電磁閥,指示燈,電 源,特點(diǎn),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

9、歡迎 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 體積小，重量輕，能耗低,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),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(gè)人計(jì)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,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(shí)間控制 技術(shù)控制 設(shè)計(jì)、施工和改造 可靠性和可維護(hù)性 價(jià)格,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

10、，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(jià)格也比一般微機(jī)系統(tǒng)低。,與單板計(jì)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（？）,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(jì)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

11、有一定優(yōu)勢。 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)雜的分級控制，從趨勢來看，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？,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(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

12、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(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。,國產(chǎn)儀表 60年代，電子管和磁放大器，DDZ-I,0-10mA 70年代，晶體管，DDZ-II，010mA 80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,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,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

13、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。,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）。,流量檢測儀表,節(jié)流型流量計(jì)（孔板、靶式、動子） 容積式（橢圓齒輪） 渦輪流量計(jì)（精度介于上者之間） 電磁流量計(jì)（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(jì)(旋進(jìn)型和渦街型，渦街為主流）,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),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

14、相色譜）,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(dú)作為一個(gè)講座。,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,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,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）,本安儀

15、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(shí)功率，現(xiàn)場設(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)場儀表與非危險(xiǎn)場所之間的電路連接必須經(jīng)過防爆柵；在危險(xiǎn)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。,兩種防爆柵 齊納型,隔離型,（1）檢測端防爆柵,執(zhí)行端防爆柵電路原理圖,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(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； 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(xiǎn)分散的方法：將控制功能分散到多臺計(jì)算機(jī)上，采取雙重化冗余措施。,集散控制系統(tǒng)的組成,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(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)場的工藝組合，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)全過程的自動化。 說明：補(bǔ)充資料具有相同功能的技術(shù)手段-PLC現(xiàn)場控制站,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、