樓宇自控系統(tǒng)培訓(xùn)

1,樓宇自控系統(tǒng),2,CityPalaceBuilding1984,ConnecticutState,Hartford,USA聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司UnitedTechnologyBuildingSystemCorp樓內(nèi)新增計(jì)算機(jī)、程控交換機(jī)、高速通信線路等基礎(chǔ)設(shè)施暖通、給排水、消防、保安、供配電、照明、交通等系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)控制設(shè)備管理自動(dòng)化，使用戶感到更加舒適、方便、安全和高效,世界上第一幢智能建筑,3,建筑智能化系統(tǒng),建筑智能化系統(tǒng)的核心3A+SCS+BMSBA大樓自動(dòng)化系統(tǒng)BuildingAutomationSystemOA辦公自動(dòng)化系統(tǒng)OfficeAutomationSystemCA通信自動(dòng)化系統(tǒng)CommunicationAutomationSystemSCS綜合布線系統(tǒng)StructureCablingSystemBMS建筑物管理系統(tǒng)BuildingManagementSystem,5,智能建筑定義,GB50314-2006智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以建筑物為平臺，兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境。,6,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求,建筑設(shè)備管理系統(tǒng)BMSbuildingmanagementsystem對建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和公共安全系統(tǒng)等實(shí)施綜合管理的系統(tǒng)3.5條款建筑設(shè)備管理系統(tǒng)一般規(guī)定不同建筑類型特殊要求,7,驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求,GB50339智能建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)BASbuildingautomationsystem將建筑物或建筑群內(nèi)的空調(diào)與通風(fēng)、變配電、照明、給排水、熱源與熱交換、冷凍和冷卻及電梯和自動(dòng)扶梯等系統(tǒng)，以集中監(jiān)視、控制和管理為目的構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。要求：標(biāo)準(zhǔn)第六章,8,其他相關(guān)規(guī)范要求,上海市工程建設(shè)規(guī)范智能建筑施工及驗(yàn)收規(guī)范（DG/TJ08-601-2009）涉及BA系統(tǒng)施工及驗(yàn)收上海市工程建設(shè)規(guī)范智能建筑工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（DG/TJ08-2050-2008）涉及深化設(shè)計(jì)、調(diào)試、檢測試、運(yùn)行,9,綠色建筑定義,綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T50378-2006在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人員提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境、運(yùn)營管理建筑智能化系統(tǒng)定位合理，信息網(wǎng)絡(luò)功能完善。（5.6.8辦公建筑，一般項(xiàng)）建筑通風(fēng)、空調(diào)、照明等設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)合理，系統(tǒng)運(yùn)行高效。（5.6.9辦公建筑，一般項(xiàng)）,10,樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)BAS,BAS通常包括設(shè)備控制與管理自動(dòng)化（BA）、安全自動(dòng)化（SA）、消防自動(dòng)化（FA）。但也有時(shí)把安全自動(dòng)化（SA）和消防自動(dòng)化（FA）和設(shè)備控制與管理自動(dòng)化（BA）并列，形成所謂的“5A”系統(tǒng)。,11,供配電,溫控器,空調(diào)/冷凍機(jī),EBIServer,通信接口,樓宇自控系統(tǒng)BA,12,課程主要內(nèi)容,樓宇自控系統(tǒng)概述集散控制系統(tǒng)簡介樓宇自控中的集散控制系統(tǒng)傳感器與執(zhí)行器基礎(chǔ)主要監(jiān)控對象及監(jiān)控原理工程設(shè)計(jì)與案例分析,13,1.樓宇自控系統(tǒng)概述,樓宇自控系統(tǒng)（BuildingAutomationSystem，BAS）又稱為建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，它是在綜合運(yùn)用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、通信、傳感器等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑物設(shè)備的有效控制與管理，保證建筑設(shè)施的節(jié)能、高效、可靠、安全運(yùn)行，滿足廣大使用者的需求。,14,樓宇設(shè)備的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制是必然趨勢,建筑物體量大增，功能的多樣性和集成化趨勢使得建筑物內(nèi)部建筑設(shè)備的建設(shè)和管理日趨復(fù)雜。設(shè)備數(shù)量龐大，分布區(qū)域廣，控制工藝不一，聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，這為建筑設(shè)備的運(yùn)行操作與管理維護(hù)帶來了極大的困難。節(jié)能控制的復(fù)雜計(jì)算、精密空調(diào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制以及供配電系統(tǒng)的高實(shí)時(shí)性控制也都超出人工操作的能力范圍。因此，樓宇設(shè)備的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制是現(xiàn)代建筑物設(shè)備控制的必然趨勢。,15,BA系統(tǒng)發(fā)展歷史,自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)分支，隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善而日趨成熟。20世紀(jì)80年代，美國Honeywell公司首次將其DELTA-1000型集散控制系統(tǒng)應(yīng)用于建筑物設(shè)備的控制與管理，建筑物設(shè)備開始從單機(jī)獨(dú)立控制走向多組設(shè)備聯(lián)動(dòng)群控，同時(shí)控制功能向現(xiàn)場分散，管理功能由計(jì)算機(jī)工作站集中實(shí)現(xiàn)。目前，BA系統(tǒng)集綜合優(yōu)化控制、在線故障診斷、全局信息管理和總體運(yùn)行協(xié)調(diào)等高層次應(yīng)用為一體的集散控制方式，已將信息、控制、管理、決策有機(jī)地融合在一起。,16,廣義BA系統(tǒng)與狹義BA系統(tǒng),廣義BA系統(tǒng)智能建筑“3A”中的BA系統(tǒng)，涵蓋了建筑物中所有機(jī)電設(shè)備和設(shè)施的監(jiān)控內(nèi)容。狹義BA系統(tǒng)僅包括由各設(shè)備廠商或系統(tǒng)承包商利用DDC控制器或PLC控制器對其進(jìn)行監(jiān)控和管理的電力供應(yīng)與管理、照明控制管理和環(huán)境控制與管理以及電梯運(yùn)行監(jiān)控等系統(tǒng)。若無特別注明，BA系統(tǒng)通常表示為狹義BA系統(tǒng)，也稱樓宇自控系統(tǒng)，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)，設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等。,17,BA系統(tǒng)控制對象與系統(tǒng)功能（廣義）,18,BA系統(tǒng)（狹義）,通信接口,19,BA系統(tǒng)的功能,設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控：是樓宇自控系統(tǒng)的首要和基本功能。節(jié)能控制與管理：節(jié)能降耗是全球環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的首要手段。BA系統(tǒng)通過冷熱源群控、最優(yōu)起停、焓值控制、變頻控制等手段可以有效節(jié)約建筑設(shè)備運(yùn)行能耗。設(shè)備信息管理：隨著數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)的發(fā)展，BA系統(tǒng)開始由單純的自動(dòng)控制功能，向自動(dòng)控制、信息管理一體化發(fā)展。數(shù)據(jù)有效存儲、分析，為今后建筑設(shè)備改造及在線故障診斷提供依據(jù)。,20,2.集散控制系統(tǒng),DCSDistributedControlSystem是以多臺微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。集散系統(tǒng)在傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用軟件組成各種功能模塊，代替過去常規(guī)儀表功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程參數(shù)的控制，并用屏幕顯示，應(yīng)用通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成系統(tǒng)。DCS特點(diǎn)是現(xiàn)場由控制站進(jìn)行分散控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過電纜傳輸送達(dá)控制室的操作站，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控管理，分散控制，將控制功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)分散化。,21,集中控制系統(tǒng)的不足,可靠性：整個(gè)系統(tǒng)的控制、管理依賴于中央控制站，一旦中央控制站崩潰，整個(gè)系統(tǒng)將陷入癱瘓。運(yùn)算負(fù)荷：全部控制運(yùn)算功能由中央站控制主機(jī)完成，對控制主機(jī)中斷優(yōu)先級、分時(shí)多任務(wù)操作等控制都提出了極高的要求，同時(shí)控制主機(jī)的運(yùn)算處理能力限制了整個(gè)控制系統(tǒng)的規(guī)模和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷：所有現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)都要通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送給控制主機(jī)進(jìn)行處理，然后由控制主機(jī)發(fā)出命令指揮現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，信息傳輸線路長、網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量大，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)較多時(shí)實(shí)時(shí)響應(yīng)能力差。,22,集散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),通過分散控制功能，使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)算負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和故障影響范圍均得到分散，同時(shí)控制功能直接在現(xiàn)場得以實(shí)現(xiàn)，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。集散控制系統(tǒng)的主要特性是集中管理和分散控制，它是利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的技術(shù)。,23,DCS邏輯結(jié)構(gòu)圖,分支型結(jié)構(gòu)，垂直分成3層，每層橫向分成若干子集。從功能分散上看，縱向分散意味著不同層次的設(shè)備具有不同的功能，如實(shí)時(shí)監(jiān)視、實(shí)時(shí)控制、過程管理等；橫向分散意味著同級設(shè)備之間具有類似的功能。,24,集散控制系統(tǒng)的發(fā)展,第一代DCS，從1975年到80年代初為DCS的發(fā)展期。實(shí)現(xiàn)DCS信息集中、控制分散。硬件大多采用16位微處理器，主從通信。第二代DCS80年代至90年代初為第二代DCS時(shí)期。硬件采用32位微處理器，普遍應(yīng)用局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，軟件進(jìn)步。第三代DCS開始采用現(xiàn)場總線技術(shù)，它是一種開放式實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是控制界的熱點(diǎn)，也是自動(dòng)化領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。,第三代集散控制系統(tǒng)的主要改變是在網(wǎng)絡(luò)方面，向上能與以太網(wǎng)連接（或者通過網(wǎng)關(guān)與其他網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系），構(gòu)成綜合管理系統(tǒng)；向下支持現(xiàn)場總線，使得過程控制或現(xiàn)場的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)分布式控制。,25,樓宇集散控制系統(tǒng)圖,現(xiàn)場總線A,控制總線,可編程接口模塊,室內(nèi)溫度傳感器,室內(nèi)溫度傳感器,室內(nèi)溫度傳感器,吊頂空調(diào)控制器,LonMark,區(qū)域控制器A,區(qū)域控制器B,現(xiàn)場總線B,LonTalk,標(biāo)準(zhǔn)通訊系統(tǒng)接口,非標(biāo)準(zhǔn)通訊系統(tǒng)接口,VAV控制器,FCU控制器,現(xiàn)場控制器,現(xiàn)場控制器,現(xiàn)場控制器,帶觸摸屏控制器,NT工作站A,NT工作站B,ETHERNET,100Mbps,78.8Kbps,78.8Kbps,LL網(wǎng)橋,LL網(wǎng)橋,LonTalk,78.8Kbps,數(shù)據(jù)服務(wù)器A,數(shù)據(jù)服務(wù)器B,吊頂空調(diào)控制器,就地控制,中央管理,26,3.樓宇自控中的集散控制系統(tǒng),集散控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程控制需求的產(chǎn)物，首先在工控領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，然后逐漸應(yīng)用于樓宇控制。為適應(yīng)樓宇控制的特點(diǎn)，集散控制系統(tǒng)的許多備份、冗余措施在樓宇控制中都取消了，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制器、工作站的功能也有不同程度的簡化和削弱，但整體系統(tǒng)的組成和構(gòu)架相同的。因此有人稱樓宇控制系統(tǒng)為“一種低成本的集散控制系統(tǒng)”。,27,樓宇自控系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),樓宇自控系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，工程建設(shè)中具體采用哪種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)視系統(tǒng)規(guī)模的大小以及所采用的產(chǎn)品而定。樓宇自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常采用總線方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以通過總線層次加以區(qū)別。,28,工作站通過相應(yīng)接口直接與現(xiàn)場控制設(shè)備相連,實(shí)際上是一種單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)相互連接，工作站通過通信適配器直接接入現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)。適用于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)較少、且分布比較集中的小型樓宇自控系統(tǒng)。,29,典型的兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的樓宇自控系統(tǒng),采用典型的集散控制系統(tǒng)兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，適用于絕大多數(shù)樓宇控制系統(tǒng)。上層網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場控制總線兩層網(wǎng)絡(luò)滿足不同的設(shè)備通信需求，兩層網(wǎng)絡(luò)之間通過通信控制器連接。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是許多現(xiàn)場總線產(chǎn)品廠商主推的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。,30,通信控制器作用,功能簡單的只是起到協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用，在采用這種產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)中不同現(xiàn)場控制總線之間設(shè)備的通信仍要通過工作站進(jìn)行中轉(zhuǎn)；功能復(fù)雜的可以實(shí)現(xiàn)路由選擇、數(shù)據(jù)存儲、程序處理等功能，甚至可以直接控制輸入輸出模塊起到DDC的作用，而成為一個(gè)區(qū)域控制器，如美國JohnsonControls的網(wǎng)絡(luò)控制單元（NCU）。有些公司（如TAC）甚至將Web服務(wù)器功能集成到區(qū)域控制器，這樣用戶甚至不用選配工作站，通過任意一臺安裝有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器（如IE）的PC即可實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)控任務(wù)。,31,三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樓宇自控系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在以太網(wǎng)等上層網(wǎng)路與現(xiàn)場控制總線之間又增加了一層中間層控制網(wǎng)絡(luò)，這層網(wǎng)絡(luò)在通信速率、抗干擾能力等方面的性能都介于以太網(wǎng)等上層網(wǎng)路與底層現(xiàn)場控制總線之間。通過這層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)大型通用功能現(xiàn)場控制設(shè)備之間的互連。監(jiān)控點(diǎn)分散，聯(lián)動(dòng)功能復(fù)雜場合。,32,現(xiàn)場控制器（DDC）輸入輸出點(diǎn)數(shù),產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工程選型時(shí)考慮的主要問題。目前市場上流行的DDC點(diǎn)數(shù)從十幾點(diǎn)到幾百點(diǎn)不同。在工程中，有些場合監(jiān)控點(diǎn)比較集中，如冷凍機(jī)房的監(jiān)控，適合采用一些大點(diǎn)數(shù)的DDC；有些場合監(jiān)控點(diǎn)相對分散，如VAV末端的監(jiān)控，適合采用一些小點(diǎn)數(shù)的DDC。廠商在設(shè)計(jì)DDC時(shí)，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，所選用的處理器、存儲器也會根據(jù)此DDC點(diǎn)數(shù)的多少有所不同，一般點(diǎn)數(shù)較少的DDC功能也相對較弱，點(diǎn)數(shù)較多的DDC功能和處理能力也較強(qiáng)。,監(jiān)控點(diǎn)相對分散、聯(lián)動(dòng)功能復(fù)雜系統(tǒng)解決方案,在一些諸如VAV末端的控制中，雖然末端設(shè)備的基本控制要求較低，但作為整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，如風(fēng)管靜壓控制，單個(gè)末端狀態(tài)的變化都會引起其他各監(jiān)控狀態(tài)的變化，這些聯(lián)動(dòng)控制相當(dāng)復(fù)雜。在這類末端分布范圍較廣，而聯(lián)動(dòng)控制復(fù)雜的系統(tǒng)監(jiān)控中，無論單獨(dú)采用小點(diǎn)數(shù)DDC還是大點(diǎn)數(shù)DDC都存在許多問題，三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樓宇自控系統(tǒng)就可以體現(xiàn)出其優(yōu)勢。,34,以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,以太網(wǎng)在BA系統(tǒng)開始應(yīng)用于現(xiàn)場控制領(lǐng)域。各大廠商先后推出以太網(wǎng)控制器，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)利用高速以太網(wǎng)分流現(xiàn)場控制總線的數(shù)據(jù)通信量，具有結(jié)構(gòu)簡單、通信速率快、布線工作量?。ㄉ蠈涌芍苯永镁C合布線系統(tǒng)）等特點(diǎn)，是目前樓宇自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主流發(fā)展方向。,35,樓宇自控系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站,名稱：ProcessInterfaceUnit（過程接口單元）、基本控制器（BasicController）、多功能控制器（MultifunctionController）、DDC功能：現(xiàn)場控制站作為系統(tǒng)的控制級，主要完成各種現(xiàn)場樓宇機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程信號的采集、處理及控制，作為控制和操作同時(shí)進(jìn)行。統(tǒng)稱：現(xiàn)場控制節(jié)點(diǎn),36,現(xiàn)場控制器組成,智能傳感器（控制器）,37,現(xiàn)場控制器結(jié)構(gòu),中央處理單元輸入輸出通道AI、AO、DI、DO安裝時(shí)還要考慮：機(jī)柜、電源、安裝導(dǎo)軌、線槽、導(dǎo)線、連接器、輔助繼電設(shè)備等。,38,現(xiàn)場控制器安裝,機(jī)柜：防塵、防電磁干擾、安裝電源及輔助輸入輸出設(shè)備，現(xiàn)場控制器和電源等設(shè)備要安裝在相應(yīng)的機(jī)柜內(nèi)。樓宇自控系統(tǒng)對電源的要求不如工業(yè)控制環(huán)境那么嚴(yán)格，一般要求現(xiàn)場控制站的電源由中央控制室或操作員站單獨(dú)拉出，這樣現(xiàn)場控制站的電源質(zhì)量基本與中控站或操作員站設(shè)備的電源質(zhì)量相同，且具有UPS保護(hù)?，F(xiàn)場控制器主要是DDC和PLC等設(shè)備，集成了CPU模塊、I/O處理模塊、存儲模塊、通信模塊等功能模塊。不同現(xiàn)場控制器的CPU處理能力、I/O點(diǎn)數(shù)及存儲器大小各不相同，按實(shí)際控制要求選擇。,39,模擬量輸入通道AI,輸入控制過程中各種連續(xù)物理量如溫度、壓力、應(yīng)力、流量以及電流、電壓等毫伏級電壓信號如熱電偶、熱電阻及應(yīng)變式傳感器的輸出各種溫度、壓力、位移或各種電量變送器的輸出一般采用420mA標(biāo)準(zhǔn)，信號傳送距離短、損耗小的場合也有采用05V或010V電壓信號傳輸。許多廠商提供的現(xiàn)場控制設(shè)備支持將模擬量輸入接口與數(shù)字量接口通用稱為通用輸入接口（UI）。,40,DDZ-型變送器兩線制結(jié)構(gòu)示意圖,如圖：符合組合電動(dòng)儀表固有特性，采用直流集中供電方式，可將差壓變送器、24V直流電源、250電阻串聯(lián)起來，壓差的大小確定所通過的電流大小，并將電阻兩端形成的電壓，傳給下一級儀表，作為下一級儀表的輸入。,變送器工作電流4mA,41,模擬量輸出通道AO,輸出420mA電流信號，010mA與15V電壓電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程，調(diào)速裝置（變頻調(diào)速器）、閥門的開度等模擬量。輸出通道一般由D/A模板、輸出端子板與柜內(nèi)電纜等構(gòu)成。輸出接口的輸出信號一般都可以在電流型和電壓型之間轉(zhuǎn)換。可以直接通過軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)，或通過外電路實(shí)現(xiàn)，如在420mA標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號輸出端接入一個(gè)500電阻，電阻的兩端就是DC210V電壓信號。,42,開關(guān)量輸入通道DI,用來輸入各種限位（限值）開關(guān)、繼電器或閥門連動(dòng)觸點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)，輸入信號可以是交流電壓信號、直流電壓信號或干接點(diǎn)。由于干接點(diǎn)信號性能穩(wěn)定，不易受干擾，輸入輸出方便，目前應(yīng)用最廣。數(shù)字量輸入接口接收現(xiàn)場各種狀態(tài)信號，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換及去噪等處理后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的0或1輸入存儲單元。數(shù)字量輸入接口也可以輸入脈沖信號，并利用內(nèi)部計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。,43,開關(guān)量輸出通道DO,用于控制電磁閥門、繼電器、指示燈、聲光報(bào)警器等只具有開、關(guān)兩種狀態(tài)的設(shè)備。數(shù)字量輸出接口一般以干接點(diǎn)形式進(jìn)行輸出，要求輸出的0或1對應(yīng)于干接點(diǎn)的通或斷。,右圖為利用數(shù)字量輸出接口控制一盞24V直流指示燈的電氣原理圖。特別注明：在工程中當(dāng)控制對象所需要的電源為220V以上或需要通過較大電流時(shí)，現(xiàn)場控制器的數(shù)字量輸出接口一般不能直接接入相應(yīng)回路，需要借助中間繼電器、接觸器等設(shè)備進(jìn)行控制。,44,輔助輸入輸出設(shè)備,現(xiàn)場控制設(shè)備的模擬量/數(shù)字量輸入、輸出接口一般都可以直接輸入或輸出信號與現(xiàn)場傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信，輸入各種現(xiàn)場狀態(tài)、參數(shù)，輸出控制現(xiàn)場設(shè)備。當(dāng)使用數(shù)字量輸出端口控制現(xiàn)場36V以上電壓或大電流回路時(shí)，需要借助各種繼電器、接觸器等輔助設(shè)備，以保證現(xiàn)場控制設(shè)備的端子不竄入高電壓或通過大電流。,通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出接口,45,樓宇自控系統(tǒng)管理與控制站,包括一臺中央監(jiān)控站管理服務(wù)器和若干個(gè)操作員站（分管不同設(shè)備子系統(tǒng)的，分散在各監(jiān)控機(jī)房的），工程師站為節(jié)約成本一般不單獨(dú)固定設(shè)置。,46,中央監(jiān)控站功能,中央監(jiān)控站提供集中監(jiān)視、遠(yuǎn)程操作、系統(tǒng)生成、報(bào)表處理及診斷等功能。它集中了中央管理服務(wù)器、操作員站和工程師站的全部功能。,樓宇自控系統(tǒng)的中央監(jiān)控站一般包括一臺中央管理服務(wù)器和若干個(gè)操作員站（這些操作員站從功能上可以是分管不同設(shè)備子系統(tǒng)的，也可以是相互冗余的；從地域上，可以是集中設(shè)置的，也可以是分散在各監(jiān)控機(jī)房的），工程師站為節(jié)約成本一般不單獨(dú)固定設(shè)置，而由操作員站實(shí)現(xiàn)其功能或利用工程師的計(jì)算機(jī)臨時(shí)接入樓宇自控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)組建和維護(hù)。,47,操作員站,作為“人機(jī)”接口的操作站可以設(shè)置在總控制儀表室（設(shè)備機(jī)房）。典型的操作員站包括大屏幕監(jiān)視器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及各種輸入輸出設(shè)備等。它作為操作人員與樓宇自控系統(tǒng)之間的接口，提供了集中顯示、打印保存及系統(tǒng)維護(hù)、組態(tài)等功能。,48,工程師站,工程師站地位功能類似于操作員站，但具有更多編程、調(diào)試功能，通常以筆記本電腦、手抄機(jī)形式出現(xiàn)。一般不單獨(dú)配置,49,典型樓宇自控系統(tǒng)舉例,霍尼韋爾（Honeywell）公司西門子（SIEMENS）樓宇科技公司江森自控（JohnsonControls）公司施耐德（Schneiderelectrictac）電氣TAC公司,50,霍尼韋爾（Honeywell）公司,建筑智能系統(tǒng)部產(chǎn)品包括樓宇自控（BA）系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警消防控制（FA）系統(tǒng)和安保（SA）系統(tǒng)。EBI系統(tǒng)是一套基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)軟件，用于完成網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送、網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)集成。EBI平臺除了服務(wù)器軟件、客戶機(jī)軟件、開放系統(tǒng)接口軟件以外，還有6個(gè)并列的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，涉及建筑設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、安全防范、視頻監(jiān)控、能源管理等方方面面的系統(tǒng)監(jiān)控管理，這些系統(tǒng)能夠通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、聯(lián)動(dòng)控制和信息集成。樓宇自控產(chǎn)品主要有XL8000系列BACnet控制器，XL5000系列控制器及各類末端設(shè)備，包括風(fēng)閥執(zhí)行器、電動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門執(zhí)行器、電動(dòng)蝶閥、各類傳感器等。,51,Honeywell的ComfortPoint系統(tǒng),100M,10100M,9.678.6K,52,西門子（SIEMENS）樓宇科技公司,Apogee控制管理系統(tǒng)是用于樓宇設(shè)備的集散控制系統(tǒng)，每個(gè)DDC控制器均有CPU處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獨(dú)立工作，不受中央或其他控制器故障的影響，從而提高了整個(gè)集控管理系統(tǒng)的可靠性。安裝Windows2000/XP計(jì)算機(jī)工作站為監(jiān)控平臺，可連接樓宇級網(wǎng)絡(luò)（BLN），每條樓宇級網(wǎng)絡(luò)可連接DDC控制器，而每個(gè)DDC又可通過樓層級網(wǎng)絡(luò)（FLN）連接擴(kuò)展點(diǎn)模塊或終端設(shè)備控制器。實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)的暖通空調(diào)、變配電、給排水、冷暖源、照明、電梯扶梯及其他各類系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備管理自動(dòng)化、智能化、安全化、節(jié)能化，同時(shí)為大樓內(nèi)的工作人員和其他租戶提供最為舒適、便利和高效率的環(huán)境。,53,SIEMENSApogee系統(tǒng)結(jié)構(gòu),管理級網(wǎng)絡(luò)100M,樓宇級網(wǎng)絡(luò)115kbit/s,樓層級網(wǎng)絡(luò)38.4kbit/s,54,SIEMENSApogee（2層網(wǎng)絡(luò)）,55,江森自控（JohnsonControls）公司,1985年在美國成立，其樓宇自控系統(tǒng)Metasys采用開放式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)用戶需求集成不同廠商的軟、硬件產(chǎn)品，滿足整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)的優(yōu)化需求。Metasys系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)，具有高效、可靠、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。Metasys集成支持目前樓宇自動(dòng)化及信息產(chǎn)業(yè)中絕大多數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，因此其在系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)庫整合等方面也具備了相當(dāng)?shù)撵`活性與互操作性。Metasys系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)由一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器和操作站組成，系統(tǒng)可以不斷滿足受控設(shè)備擴(kuò)展的需要，無論是現(xiàn)場控制器或是網(wǎng)絡(luò)控制器都可以根據(jù)項(xiàng)目的需求不斷擴(kuò)展。,56,JohnsonControlsMetasysADS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,網(wǎng)絡(luò)控制引擎,現(xiàn)場總線,57,Metasys系統(tǒng)組成,操作員站：主要由帶鼠標(biāo)及彩色顯示器的計(jì)算機(jī)和打印機(jī)組成，運(yùn)行圖形ADS系統(tǒng)軟件和實(shí)時(shí)監(jiān)控操作軟件，是管理整個(gè)系統(tǒng)及實(shí)施操作的主要人機(jī)界面。網(wǎng)絡(luò)控制引擎NAE：和操作站共同構(gòu)成系統(tǒng)的管理層，其功能主要是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)匹配和信息傳遞，具有總線控制，I/O控制功能，操作站以高速通信方式與下一級智能網(wǎng)絡(luò)控制單元進(jìn)行信息交換?，F(xiàn)場控制器（DDC）：主要功能是接收安裝于各種機(jī)電設(shè)備內(nèi)的傳感器、檢測器的信息，按DDC內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的參數(shù)和執(zhí)行程序自動(dòng)實(shí)施對相應(yīng)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控。智能網(wǎng)絡(luò)控制單元與DDC之間可以通過N2總線RS-485方式或LON方式通信。,58,施耐德電氣TAC公司,TAC（Schneiderelectrictac）是一家專注于樓宇自控、安全防范產(chǎn)品以及能源解決方案的瑞典公司，具有超過80年行業(yè)歷史。2003年，TAC加入法國施耐德電氣集團(tuán)，并先后收購了安德沃自控（AndoverControl）、英維思樓宇系統(tǒng)（InvensysBuildingSystem）、派爾高（Pelco）等多家樓宇自控及安全防范產(chǎn)品公司。目前業(yè)務(wù)已涵蓋了完整的樓宇自控、門禁控制、視頻監(jiān)控、入侵防范及末端產(chǎn)品線。TACVista是施耐德電氣TAC旗下的LonWorks樓宇自控解決方案。此系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于其BuildingIT設(shè)計(jì)理念。所謂BuildingIT就是將IT的技術(shù)、理念充分應(yīng)用于樓宇自控，從而實(shí)現(xiàn)開放、友好、集成與安全。,59,施耐德電氣TACVista系統(tǒng)結(jié)構(gòu),60,4.傳感器與執(zhí)行器基礎(chǔ),檢測儀表控制系統(tǒng)溫度檢測壓力檢測流量監(jiān)測物位檢測執(zhí)行器,61,檢測儀表控制系統(tǒng)組成,檢測單元直接測量：溫度、壓力、流量、液位、成份；間接測量變送單元測量信號轉(zhuǎn)換與傳輸15VDC、420mADC模擬信號和數(shù)字信號顯示單元數(shù)字、曲線、圖像調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)執(zhí)行單元?dú)鈩?dòng)、液動(dòng)、電動(dòng),62,溫度測量,溫度：國際單位制（SI）7個(gè)基本物理量之一，重要參數(shù)。mKgsAmolcd測溫原理通過溫度敏感元件與被測對象熱交換，測量相關(guān)物理量，確定被測對象的溫度。測溫方式接觸式：傳熱和對流，有熱接觸，精度高，破壞被測對象熱平衡，存在置入誤差，對測溫元件要求高。非接觸式：接受熱輻射，響應(yīng)快，對被測對象干擾小，可測高溫、運(yùn)動(dòng)對象，適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕。,63,熱電阻式傳感器,金屬熱電阻半導(dǎo)體熱敏電阻熱電阻式傳感器的應(yīng)用,基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性。優(yōu)點(diǎn)：信號可以遠(yuǎn)傳、靈敏度高、無參比溫度。金屬熱電阻穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高，可作為基準(zhǔn)儀表。缺點(diǎn)：電源激勵(lì)、自熱現(xiàn)象，影響精度。,64,金屬熱電阻,作為熱電阻的材料要求：電阻溫度系數(shù)要大，以提高熱電阻的靈敏度；電阻率盡可能大，以便減小電阻體尺寸；熱容量要小，以便提高熱電阻的響應(yīng)速度；在測量范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；電阻與溫度的關(guān)系最好接近于線性；應(yīng)有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。,熱電阻電阻體（最主要部分）絕緣套管接線盒,使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅,65,常用熱電阻,鉑熱電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。銅熱電阻測量精度要求不高且溫度較低的場合，測量范圍一般為50150。,66,鉑熱電阻目前最好材料,長時(shí)間穩(wěn)定的復(fù)現(xiàn)性可達(dá)10-4K，是目前測溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。,鉑電阻的精度與鉑的提純程度有關(guān),百度電阻比,W（100）越高，表示鉑絲純度越高，國際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定，作為基準(zhǔn)器的鉑電阻，W（100）1.3925目前技術(shù)水平已達(dá)到W（100）1.3930，相當(dāng)于99.9995%工業(yè)用鉑電阻的純度W（100）為1.3871.390。,67,鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系，即特性方程如下:,當(dāng)溫度t在0t650時(shí)：,國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻，W（100）1.391，R0分為10、100、1000，分度號分別為Pt10、Pt100，Pt1000并給出其分度表（給出阻值和溫度的關(guān)系）,當(dāng)溫度t在200t0時(shí)：,68,銅熱電阻,應(yīng)用：測量精度要求不高且溫度較低的場合測量范圍：50150優(yōu)點(diǎn)：溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高，容易提純、加工，價(jià)格便宜，復(fù)制性能好。缺點(diǎn)：易于氧化，一般只用于150以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。與鉑相比，銅的電阻率低，所以銅電阻的體積較大。,69,銅電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系為,工業(yè)上使用的標(biāo)準(zhǔn)化銅熱電阻的R0按國內(nèi)統(tǒng)一設(shè)計(jì)取50和100兩種，分度號分別為Cu50和Cu100，相應(yīng)的分度表可查閱相關(guān)資料。,A、B、C為常數(shù)，常取A(4.254.28)10-3/.,銅熱電阻,70,熱電阻的結(jié)構(gòu),普通工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器,71,熱電阻的結(jié)構(gòu),電阻絲采用無感繞法（兩線圈電流流向相反，電感互相抵消）繞在絕緣支架上，圖b所示。,1電阻體；2瓷絕緣套管；3不銹鋼套管；4安裝固定件；5引線口；6接線盒；7芯柱；8電阻絲；9保護(hù)膜；10引線端,72,小型鉑熱電阻,73,半導(dǎo)體熱敏電阻,利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成由金屬氧化物和化合物按不同的配方比例燒結(jié)優(yōu)點(diǎn)：熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大（49倍）電阻率大，體積小，熱慣性小，適于測量點(diǎn)溫、表面溫度及快速變化的溫度。結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械性能好。缺點(diǎn)：線性度較差，復(fù)現(xiàn)性和互換性較差。,74,熱敏電阻特點(diǎn)與類型,正溫度系數(shù)(PTC)負(fù)溫度系數(shù)(NTC)臨界溫度系數(shù)(CTR),熱敏電阻典型特性,只有NTC用于測溫,75,PTC熱敏電阻正溫度系數(shù)用途：各種電器設(shè)備的過熱保護(hù)，發(fā)熱源的定溫控制，限流元件。CTR熱敏電阻臨界溫度系數(shù)在某個(gè)溫度上電阻值急劇變化,具有開關(guān)特性。用途：溫度開關(guān)NTC熱敏電阻很高的負(fù)電阻溫度系數(shù)應(yīng)用：點(diǎn)溫、表面溫度、溫差、溫場等測量自動(dòng)控制及電子線路的熱補(bǔ)償線路,熱敏電阻分類,76,熱敏電阻的結(jié)構(gòu),構(gòu)成：熱敏探頭、引線、殼體二端和三端器件：為直熱式，即熱敏電阻直接由連接的電路獲得功率；四端器件：旁熱式體積達(dá)到小型化與超小型化。,77,B和值是表征熱敏電阻材料性能的兩個(gè)重要參數(shù)，熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)比金屬絲的電阻溫度系數(shù)高很多，所以它的靈敏度很高。,熱敏電阻的電阻溫度系數(shù),熱敏電阻在其本身溫度變化1時(shí)，電阻值的相對變化量,78,熱敏電阻的線性化,NTC的幾種組合電路及其熱電特性,熱敏電阻的電阻-溫度特性呈指數(shù)關(guān)系，有較大非線性，一般處理方法是與溫度系數(shù)小的電阻進(jìn)行串并聯(lián)，使其等效電阻在一定溫度范圍內(nèi)是線性的。,79,金屬熱電阻傳感器,工業(yè)廣泛使用，200+500范圍溫度測量。在特殊情況下，測量的低溫端可達(dá)3.4K，甚至更低，1K左右。高溫端可測到1000。溫度測量的特點(diǎn)：精度高、適于測低溫。傳感器的測量電路：經(jīng)常使用電橋，精度較高的是自動(dòng)電橋。為消除由于連接導(dǎo)線電阻隨環(huán)境溫度變化而造成的測量誤差，常采用三線制和四線制連接法。,80,兩線制,這種引線方式簡單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會帶來附加誤差。兩線制適于引線不長、測溫精度要求較低的場合。,2r/R10-3時(shí)，誤差才可忽略,不平衡電橋，輸出電壓正比于Rt（溫度）,81,三線制,熱電阻測溫電橋的三線制接法,工業(yè)用熱電阻一般采用三線制，消除引線電阻影響，提高測量精度,G檢流計(jì)，R1，R2，R3固定電阻，Ra零位調(diào)節(jié)電阻，Rt熱電阻,82,四線制接法,熱電阻測溫電橋的四線制接法,精密測量中，采用四線制接法，有效消除線路寄生電勢。,調(diào)零電位器,83,測溫實(shí)例,管道內(nèi)流體溫度的測量接觸式測溫測點(diǎn)位置：代表性地點(diǎn)，避免溫度死角，避免電磁干擾插入深度：保證一定插入深度，流速足夠大避免高溫管道測點(diǎn)的熱損失誤差,幾種常見測溫元件安裝方式,84,壓力檢測,定義：垂直均勻地作用在單位面積上的力，用p表示。即物理學(xué)中定義的壓強(qiáng)。1牛頓力垂直均勻地作用在1平方米面積上所形成的壓力為1“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為Pa。Pa帕斯卡為壓力法定單位，還用有千帕（kPa）、兆帕（MPa）其他壓力單位有工程大氣壓、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、毫米水銀柱、毫米水柱等，需進(jìn)行換算。,85,常用壓力檢測儀表,彈性壓力計(jì)原理：彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓變形，其變形大小與外力成比例。,彈性壓力計(jì)的組成框圖,受力變形,位移信號變換,顯示,調(diào)整儀表零點(diǎn)和量程,86,彈性壓力計(jì),測壓彈性元件工作原理：感受液體或氣體的壓力或壓力差，輸出位移1）彈性膜片：外緣固定，圓形片狀，中心位移與壓力的關(guān)系表示，彈性特性具有良好線性關(guān)系。2）波紋管：壁面具有多個(gè)同心環(huán)狀波紋，一端封閉，封閉端的位移和壓力在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系3）彈簧管：圓弧狀，不等軸截面金屬管，自由端位移,87,彈簧管放大圖,當(dāng)被測壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)指針角位移。,88,結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低；測壓范圍寬，可測量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓，應(yīng)用廣泛；精確度可達(dá)0.1級。,彈簧管壓力計(jì),優(yōu)點(diǎn)：,缺點(diǎn)：,只能就地指示，是現(xiàn)場直讀式儀表。,彈性測壓計(jì)信號的遠(yuǎn)傳方式,彈性元件的變形或位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號傳送。電位器式：結(jié)構(gòu)簡單，線性化好，電位器易磨損，可靠性差?；魻栐剑夯魻栃?yīng)，通電導(dǎo)體在磁場中產(chǎn)生電動(dòng)勢，在不均勻磁場中運(yùn)動(dòng)，輸出電勢對應(yīng)位移。結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，壽命長，但易受外部磁場干擾。,不均勻磁場,90,霍爾元件輸出的電勢正比與磁感應(yīng)強(qiáng)度，對應(yīng)于自由端位移，由此得出被測壓力值。,特點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，壽命長。對外部磁場敏感，耐振性差。,局部放大圖見右圖,霍爾元件工作原理,霍爾開關(guān),霍爾傳感器,91,壓力傳感器,檢測壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號的裝置。常見形式有應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式。應(yīng)變式壓力傳感器原理：基于“應(yīng)變效應(yīng)”，導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化金屬材料的K值約為26，半導(dǎo)體材料K值60180應(yīng)變元件可做成絲狀、片狀和體狀,為材料的應(yīng)變大小k為材料的電阻應(yīng)變系數(shù),92,應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)用,各種電子秤吊秤,高精度電子汽車衡,應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼及變形,94,幾種應(yīng)變式測量的結(jié)構(gòu)示意,各種應(yīng)變元件與彈性元件配用，組成應(yīng)變式壓力傳感器。多應(yīng)變片起到測量均衡與補(bǔ)償作用。,平行雙孔梁傳感器,荷重傳感器原理演示,荷重傳感器上的應(yīng)變片在重力作用下產(chǎn)生變形。軸向變短，徑向變長。,96,壓阻式壓力傳感器,固體材料在應(yīng)力作用下發(fā)生形變時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象被稱為“壓阻效應(yīng)”。是利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制成的，是一種新型傳感器。硅平膜片受壓變形,97,壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖,利用橋式測量電路，橋臂電阻對稱布置，電阻變化時(shí)，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對應(yīng)關(guān)系,1硅平膜片；2低壓腔；3高壓腔；4硅杯；5引線,P1,P2,應(yīng)力分徑向應(yīng)力r和切向應(yīng)力t，與位置有關(guān)，適當(dāng)安排擴(kuò)散電阻位置，可以組成差動(dòng)電橋。,98,電容式壓力傳感器,利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)換成電容量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化的器件或裝置。測量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、易實(shí)現(xiàn)非接觸測量等。電容式傳感器應(yīng)用：壓力、位移、厚度、加速度、液位、物位、濕度和成分含量等測量。,99,電容式差壓變送器,高壓側(cè)進(jìn)氣口,低壓側(cè)進(jìn)氣口,電子線路位置,內(nèi)部不銹鋼膜片的位置,100,工作原理及類型,S極板相對覆蓋面積；d極板間距離；r相對介電常數(shù)；0真空介電常數(shù),d、S和中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)有變化時(shí)，就改變了電容C的變化。通過電容量測量可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。,101,兩室結(jié)構(gòu)的電容式壓力傳感器原理,原理：彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化對于差動(dòng)平板電容器，其電容變化與板間距離變化的關(guān)系為,1，4隔離膜片；2，3不銹鋼基座；5玻璃絕緣層；6固定電極；7彈性膜片；8引線,P1,P2,硅油,硅油,差動(dòng)平板電容器工作原理,初始狀態(tài)：兩側(cè)壓力相等，可動(dòng)極板位于中間。則：,測壓狀態(tài)：設(shè)右側(cè)壓力大于左側(cè)，中間可動(dòng)極板向左移動(dòng)d。則：,103,利用電容差壓變送器測量液體的液位,差壓變送器,施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：,p=gh,投入式水位計(jì),104,集成式壓力傳感器,采用微機(jī)械加工、微電子集成工藝制成集成化傳感器，形成各種智能儀表?？梢酝瑫r(shí)檢測差壓、靜壓、溫度三個(gè)參數(shù)。,集成傳感器的敏感元件示意1溫度元件；2靜壓元件；3差壓元件；4硅杯；5固定臺,105,測壓儀表的使用,測壓儀表的使用測壓儀表的選擇類型測量對象、原理、使用環(huán)境、功能測量范圍一般在量程的1/32/3估算被測壓力上下限后，按壓力儀表的標(biāo)準(zhǔn)系列選定量程。測量精度注意經(jīng)濟(jì)性，滿足需求，工業(yè)測量在0.5級以下。,106,壓力檢測系統(tǒng),一套測量系統(tǒng)包括測量儀表、取壓口、引壓管路。取壓點(diǎn)位置和取壓口形式取壓點(diǎn)的選取原則：取壓點(diǎn)位置避免處于管路彎曲、分叉、死角或流動(dòng)形成渦流的區(qū)域。取壓口開孔的軸線應(yīng)垂直設(shè)備的壁面，其內(nèi)端面與設(shè)備內(nèi)壁平齊，不應(yīng)有毛刺或突出物。測量液體介質(zhì)的壓力時(shí)，取壓口應(yīng)在管道下部，以避免氣體進(jìn)入引壓管；測量氣體介質(zhì)的壓力時(shí)，取壓口應(yīng)在管道上部，以避免液體進(jìn)入引壓管。,107,取壓口選擇原則示意,1溫度計(jì)；2擋板；3閥；4導(dǎo)流板；-不適于做取壓口的地點(diǎn)；-可用于做取壓口的地點(diǎn),108,引壓管路的敷設(shè),引壓管的內(nèi)徑、長度的選定與被測介質(zhì)有關(guān)；引壓管路水平敷設(shè)時(shí)，要保持一定的傾斜度，以避免液體（氣體）的積存；當(dāng)被測介質(zhì)容易冷凝或凍結(jié)時(shí)，引壓管路需有保溫伴熱措施；根據(jù)被測介質(zhì)情況，在引壓管路上要加裝附件，如集液器、集氣器等；在取壓口與儀表之間要裝切斷閥，檢修時(shí)使用。,109,引壓管路的敷設(shè)情況,1管道；2測壓儀表；3排液罐；4排氣罐,氣體壓力測量,測氣體，壓力表在上方,測氣體，壓力表在下方,測液體，壓力表在上方,測液體，壓力表在下方,110,測量儀表的安裝,壓力計(jì)安裝地點(diǎn)易于觀測和檢修，避免振動(dòng)和高溫。特殊介質(zhì)測量詞用必要的保護(hù)措施。引壓管等連接處，根據(jù)介質(zhì)材料密封。儀表位置與取壓點(diǎn)不在同一高度時(shí)，要考慮液體介質(zhì)液柱靜壓對儀表測量的影響。,111,流量檢測,流量的概念和單位流量概念：短暫時(shí)間內(nèi)流過某一流通截面的流體數(shù)量與通過時(shí)間之比，該時(shí)間足夠短以至可認(rèn)為在此期間的流動(dòng)是穩(wěn)定的。又稱瞬時(shí)流量。流量可用體積流量和質(zhì)量流量表示流量表達(dá)式體積流量：質(zhì)量流量：,112,流量的概念和單位,體積流量與質(zhì)量流量關(guān)系：流體平均流速累積流量體積總量質(zhì)量總量,113,流量檢測方法及流量計(jì)分類,流量檢測方法及流量計(jì)分類檢測方法：體積流量檢測，質(zhì)量流量檢測流量計(jì)：由流量傳感器和二次儀表構(gòu)成流量計(jì)分類,114,體積流量檢測方法,容積式流量計(jì)直接根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表，利用運(yùn)動(dòng)元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體連續(xù)排出量成比例進(jìn)行連續(xù)檢測。容積式流量計(jì)的測量機(jī)構(gòu)與流量公式構(gòu)成：測量室、運(yùn)動(dòng)部件、傳動(dòng)和顯示部件流量方程式：體積總量=固定容積某時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)過流量計(jì)排出流體的固定容積數(shù),115,容積式流量計(jì),幾種容積式流量計(jì)1）橢圓齒輪流量計(jì)進(jìn)出口液體壓力差驅(qū)動(dòng)齒輪，兩個(gè)齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，流量計(jì)將排出4個(gè)半月形容積的流體。適用于高粘度液體測量。基本誤差0.2%0.5%，范圍度10:1.,116,容積式流量計(jì),2）腰輪流量計(jì)：原理與橢圓齒輪流量計(jì)相同，只是一對測量轉(zhuǎn)子是兩個(gè)不帶齒的腰形輪。腰輪驅(qū)動(dòng)由嚙合齒輪完成，穩(wěn)定可靠。可用于測量液體和氣體，也可測高粘度流體。,腰輪流量計(jì)工作原理,嚙合齒輪,117,差壓式流量計(jì),在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體通過阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測量差壓值可以求得流體流量。差壓流量計(jì)由產(chǎn)生差壓的裝置與差壓計(jì)組成而成。產(chǎn)生差壓的裝置：孔板、噴嘴、文丘利管動(dòng)壓管、均速管、彎管其它型式差壓流量計(jì)：靶式流量計(jì)、浮子流量計(jì),118,節(jié)流式流量計(jì),用于測量液體、氣體、蒸汽的流量。節(jié)流裝置：產(chǎn)生差壓，主體是一個(gè)局部收縮阻力件，改變流體流通截面，從而在節(jié)流元件前后形成壓力差節(jié)流裝置分為標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。主要缺點(diǎn)是安裝要求嚴(yán)格，流量計(jì)前后要求較長直管段；范圍度窄（3:1）；小管徑測量困難（D50mm)；精度低（1%2%）。,節(jié)流式流量計(jì)的組成和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,節(jié)流式流量計(jì)的組成1節(jié)流元件；2引壓管路；3三閥組；4差壓計(jì),孔板流量計(jì),標(biāo)準(zhǔn)孔板,120,節(jié)流孔板,后取壓管,前取壓管,原理：流體通過節(jié)流孔板時(shí)，流速加快，后取壓管處的壓力減小，形成差壓，對應(yīng)流量。,節(jié)流裝置（取壓管及內(nèi)部的節(jié)流孔板）,121,速度式流量計(jì),原理：基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象。渦輪流量計(jì)利用安裝在管道中可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪感受流體的速度變化流量方程式f：信號脈沖頻率；：儀表常數(shù)脈沖頻率測量與計(jì)數(shù)，可分別顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，線性化好。水平安裝、介質(zhì)清潔，測量精度高、反應(yīng)快，但成本高，制造困難。,渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意1緊固環(huán)；2殼體；3前導(dǎo)流件；4止推片；5葉輪；6磁電轉(zhuǎn)換器；7軸承；8后導(dǎo)流件；,122,渦輪流量計(jì),葉輪式風(fēng)流速、流量計(jì),123,速度式流量計(jì),渦街流量計(jì)原理：流體流過非流線型阻擋體時(shí)會產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦列，漩渦的產(chǎn)生頻率與流體流速有著確定的關(guān)系。構(gòu)成：漩渦發(fā)生體，圓柱、三角柱、矩形柱、T型柱漩渦產(chǎn)生頻率d：漩渦發(fā)生體的特征尺寸；St：斯特羅哈爾數(shù)流量方程式：K：儀表系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)測得,124,三角柱渦街檢測器原理示意,原理：三角柱兩側(cè)旋窩交替產(chǎn)生，周期冷卻熱敏電阻，電阻變化電橋輸出，整形得旋窩產(chǎn)生脈沖。測量幾乎不受流體參數(shù)變化的影響，氣體、液體、蒸汽，精度高0.5%1%，壽命長，范圍度大300:1，廣泛應(yīng)用。不足：流體流速分布情況和脈動(dòng)情況將影響測量準(zhǔn)確度，漩渦發(fā)生體被玷污也會引起誤差。,125,電磁流量計(jì),原理：導(dǎo)電流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，右手定則，感應(yīng)電勢的大小與流體速度有關(guān)。感應(yīng)電勢流量方程式：無阻力件，壓損小，范圍寬，可測脈動(dòng)和兩相流（泥漿、紙漿），不能測氣體、蒸汽及電導(dǎo)率低液體（石油）。廣泛應(yīng)用。,C為結(jié)構(gòu)常數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，D為管道內(nèi)經(jīng)，v為流體平均流速，K為儀表常數(shù),126,電磁流量計(jì)工作原理,基本原理：法拉第電磁感應(yīng)定律：導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。,127,電磁流量計(jì)工作原理,電磁流量計(jì)測量原理,電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)1外殼；2激磁線圈；3襯里；4測量管；5電極；6鐵芯,原理：非導(dǎo)磁材料制成導(dǎo)管，測量電極嵌在在管壁，通常附有絕緣襯里。導(dǎo)管外激勵(lì)線圈產(chǎn)生磁場，液體流動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢，輸出電流I0與平均流速成正比。,128,熱式質(zhì)量流量計(jì),原理：流體中熱傳遞與熱轉(zhuǎn)移與流體質(zhì)量的關(guān)系。利用外熱源對被測流體加熱，測量因流體流動(dòng)造成的溫度場變化，從而測得流體的質(zhì)量流量。流量方程式：采用恒定功率法，測量溫差T可以求出質(zhì)量流量。若采用恒定溫差法，求出輸入功率P就可求出質(zhì)量流量。,非接觸式對稱結(jié)構(gòu)的熱式流量計(jì)示意,1鎳管；(導(dǎo)熱性能好)2加熱線圈；3測溫線圈（電阻）；4調(diào)零電阻；5電表,原理：加熱器、測溫電阻安裝在小口徑金屬管壁外，兩個(gè)測溫電阻接電橋輸出。管內(nèi)流體靜止時(shí)，調(diào)節(jié)電橋平衡。當(dāng)有流體流過時(shí)形成變化溫度場，測溫電阻變化，電橋不平衡電壓輸出，正比于溫差T，由此測出質(zhì)量。應(yīng)用：熱式流量計(jì)適用于微小流量測量。需測大流量時(shí)，要作分流。結(jié)構(gòu)簡單，壓力損失小，非接觸測量。缺點(diǎn)靈敏度低，需溫度補(bǔ)償。,恒定功率法,130,插入式熱式（氣體）質(zhì)量流量計(jì),原理：由兩個(gè)基準(zhǔn)級熱電阻(鉑RTD)組成。一個(gè)是質(zhì)量速度傳感器T1，一個(gè)是測量氣體溫度變化的溫度傳感器T2。當(dāng)這兩個(gè)RTD置于被測氣體中時(shí)，其中傳感器T1被加熱到氣體溫度以上的一個(gè)恒定的溫差，另一個(gè)傳感器T2用于感應(yīng)被測氣體溫度。隨著氣體質(zhì)量流速的增加，氣流帶走更多熱量,傳感器T1的溫度下降，要維持T1、T2恒定的溫度差，T1的加熱功率就要增大。結(jié)論：T1的加熱功率與氣體質(zhì)量流量成正比。,131,物位檢測,物位檢測儀表按測量方式可以分為連續(xù)測量和定點(diǎn)測量兩大類。連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化。定點(diǎn)測量方式只能檢測物位是否達(dá)到上限、下限或某個(gè)特定的位置，定點(diǎn)測量儀表一般稱為物位開關(guān)。,132,壓力、差壓式液位計(jì),測壓力和差壓的儀表，選擇合適量程，均可檢測液位。儀表特點(diǎn)是測量范圍大，無可動(dòng)部件，安裝方便，工作可靠。對于敞口容器為大氣壓力，在容器底部或側(cè)面液位零點(diǎn)處引出壓力信號，儀表指示的表壓力即反映相應(yīng)的液柱靜壓。,133,壓力、差壓式液位計(jì),由于儀表安裝位置的關(guān)系，儀表量程會出現(xiàn)一個(gè)附加值，需對讀數(shù)進(jìn)行修正：修正原因：由于安裝高度h所產(chǎn)生的靜壓使液位計(jì)的輸出不與零液位相對應(yīng)。,儀表零點(diǎn)正遷移,134,舌簧管式液位計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖,環(huán)形磁鐵使浮子中央舌簧管導(dǎo)通，測電阻知液位。,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、采用兩個(gè)舌簧管可提高可靠性。但連續(xù)性差、量程不能太大,固定導(dǎo)管,浮子,俯視圖,135,音叉料位計(jì),音叉式料位開關(guān)是一種新型的液位限位開關(guān)。音叉由晶體激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)音叉被液體浸沒時(shí)振動(dòng)頻率發(fā)生變化，這個(gè)頻率變化由電子線路檢測出來并輸出一個(gè)開關(guān)量。又被稱作“電氣浮子”，凡使用浮球限位開關(guān)和由于結(jié)構(gòu)、湍流、攪動(dòng)、氣泡、振動(dòng)等原因不能使用浮球液位開關(guān)的場合均可使用“音叉式液位限位開關(guān)”。適應(yīng)性強(qiáng)，被測物料不同的電參數(shù)、密度對測量均不產(chǎn)生影響。結(jié)垢、攪動(dòng)、湍流、氣泡、振動(dòng)、中等粘度、高溫、高壓等惡劣條件對檢測也無影響，便于維護(hù)。,電容式物位計(jì),原理：圓筒形電容器的電容值隨物位而變化，其檢查元件是兩個(gè)同軸圓筒電極組成的電容器。當(dāng)圓筒形電極的一部分被物料侵沒時(shí)，兩個(gè)電極之間的介電常數(shù)隨物位的變化而變化。,一定條件下，C與H成正比，測量電容變化可知物位,原有介質(zhì),被測介質(zhì),物位開關(guān),進(jìn)行定點(diǎn)測量，用于檢測物位是否達(dá)到預(yù)定高度（位置），并發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)量信號。針對不同的被測對象，物位開關(guān)有多種型式，可以測量液位、料位、固-液分界面、液-液分界面，以及判斷物料的有無等。物位開關(guān)的特點(diǎn)是簡單、可靠、使用方便，適用范圍廣。物位開關(guān)有浮球式、電導(dǎo)式、振動(dòng)叉式、微波穿透式、核輻射式、運(yùn)動(dòng)阻尼式等形式。,138,開關(guān)式光纖液位探測器,利用全反射原理可以制成開關(guān)式光纖液位探測器。光纖液位探頭由LED光源、光電二極管和多模光纖等組成。,工作原理：一般在光纖探頭的頂端裝有圓錐體反射器，當(dāng)探頭未接觸液面時(shí)，光線在圓錐體內(nèi)發(fā)生全反射而返回光電二極管；在探頭接觸液面后，將有部分光線透入液體內(nèi)，而使返回光電二極管的光強(qiáng)變?nèi)?。因此，?dāng)返回光強(qiáng)發(fā)生突變時(shí)，表明測頭已接觸液面，從而給出液位信號.,139,執(zhí)行單元,執(zhí)行器接收來自調(diào)節(jié)器的控制信號，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移去操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）改變控制量，從而使被控變量符合預(yù)期要求。其原理簡單，操作比較單一，但大多安裝在現(xiàn)場，要保持其安全運(yùn)行并不容易。,1