電氣裝備計(jì)算機(jī)控制技術(shù)調(diào)研報(bào)告

1、姓名 harrysheng 學(xué)號(hào) 教師 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 電氣裝備計(jì)算機(jī)控制技術(shù)調(diào)研報(bào)告一、概述工業(yè)控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要領(lǐng)域，電氣裝備的計(jì)算機(jī)控制正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)，它主要研究如何將計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計(jì)出所需要的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。要學(xué)習(xí)掌握電氣裝備的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，必須先對(duì)電氣裝備有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。電氣裝備是機(jī)電一體化裝備中除機(jī)械機(jī)構(gòu)以外的其它各部分組成，即通常所說的一個(gè)設(shè)備的電控部分，主要包括傳感與測(cè)試單元、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及信息處理和控制單元。而它們的關(guān)鍵部件是傳感器、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器是將被測(cè)量（如各種

2、物理量、化學(xué)量等）變換成系統(tǒng)可識(shí)別的，與被測(cè)量有明確對(duì)應(yīng)關(guān)系的電信號(hào)的一種裝置或元件?！皼]有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已成為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測(cè)系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀和微觀世界的種種信息，成為人類認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有利工具。傳感器種類繁多，按被測(cè)量分為溫度傳感器、壓力傳感器、角位移傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器等。按物理原理分為電參量式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、氣電式傳感器、熱點(diǎn)式傳感器、波式傳感器、射線式傳感器、半導(dǎo)體式傳感器等。傳感器的組成結(jié)構(gòu)主要包括敏感元件、轉(zhuǎn)換器件和轉(zhuǎn)換電路。非電物理量依次通過敏感元件、轉(zhuǎn)換器件和

3、轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量而可以被采樣。傳感器應(yīng)用廣泛，如在進(jìn)行交直流電機(jī)控制時(shí)，需要用到光電編碼器等位置傳感器進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋；在許多機(jī)電控制系統(tǒng)中需要檢查部件運(yùn)動(dòng)是否到位，常需要用到光電傳感器、壓力傳感器和液位傳感器等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。目前常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電磁式、液壓式和氣動(dòng)式機(jī)構(gòu)。此外還有超聲波驅(qū)動(dòng)器、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器等新型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。三類常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常體積和重量較小，因此工作平穩(wěn)，慣性小，反應(yīng)快，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，制動(dòng)，頻繁換向。并且液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。但由于液壓油本身的缺陷，如具有可壓縮性，易泄漏，對(duì)溫度敏感

4、等使液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比，在工作過程中常有較多的損失，工作穩(wěn)定性容易受到溫度的影響。氣動(dòng)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)以空氣為介質(zhì)，容易取得，使用后處理方便，無污染?？諝庹扯群苄?，損失很小，便于集中和遠(yuǎn)距離輸送，儲(chǔ)存較方便。氣動(dòng)元件體積小，重量輕，成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單。但也存在諸多缺點(diǎn)，如由于以可壓縮性的氣體為介質(zhì)，所以工作速度的穩(wěn)定性較差，系統(tǒng)剛度較差，系統(tǒng)的響應(yīng)速度低；由于氣體的粘度小，造成控制系統(tǒng)的阻尼比較小，是的閉環(huán)控制困難；噪聲大，在高速放氣時(shí)要消聲；氣動(dòng)控制系統(tǒng)的效率低。電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有液壓和氣動(dòng)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的污染和噪聲問題，不需要額外的動(dòng)力能源，操作和維護(hù)方便。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，

5、電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，控制精度高，因此，在中小功率范圍內(nèi)它已被廣泛取代液壓式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，成為首選的主流執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式。但是在大功率，特別是低速的大轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，目前還主要是氣動(dòng)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而在對(duì)動(dòng)態(tài)控制和控制精度無嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，常采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低的氣動(dòng)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)，這里主要講的是工業(yè)計(jì)算機(jī)，它主要用于工業(yè)控制、測(cè)試、管理等方面。與通用計(jì)算機(jī)相比，工業(yè)計(jì)算機(jī)具有許多特點(diǎn)：高的可靠性，強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性以及完善的輸入輸出通道，此外還要求工業(yè)計(jì)算機(jī)擁有良好的可維護(hù)性。工業(yè)計(jì)算機(jī)在近幾年的發(fā)展顯著，從開始時(shí)的插槽cpu，附加許多rom、ram模塊、ad/cd模塊等

6、，到現(xiàn)在的全貼片cpu，且在更小體積的cpu中已包含所有需要的模塊和更大容量的存儲(chǔ)計(jì)算空間。從開始時(shí)的單cpu處理到現(xiàn)在的多cpu聯(lián)合處理。也從單臺(tái)計(jì)算機(jī)的控制到現(xiàn)在的多臺(tái)計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)控制，協(xié)同工作，并且接口模式也開始多樣化，除了串口，還有can總線、以太網(wǎng)等。這些變化，使電氣裝備的計(jì)算機(jī)控制變得越來越完善，有更高的精度和快速性，更高的系統(tǒng)整體可靠性。2、 電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用在“概述”中已提到執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電磁式、液壓式和氣動(dòng)式機(jī)構(gòu)，它們各自都有優(yōu)缺點(diǎn)，有自己的應(yīng)用范圍。其中電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)在近年來發(fā)展最快，應(yīng)用面最廣。電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)按不同標(biāo)準(zhǔn)又可分為：組合式結(jié)構(gòu)和機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)；電器控制型

7、、電子控制型和智能控制型（帶hart、ff協(xié)議）；數(shù)字型和模擬型；手動(dòng)接觸調(diào)試型和紅外線遙控調(diào)試型等。它是伴隨著人們對(duì)控制性能的要求和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展的：1早期的工業(yè)領(lǐng)域，有許多的控制是手動(dòng)和半自動(dòng)的，在操作中人體直接接觸工業(yè)設(shè)備的危險(xiǎn)部位和危險(xiǎn)介質(zhì)（固、液、氣三態(tài)的多種化學(xué)物質(zhì)和輻射物質(zhì)），極易造成對(duì)人的傷害，很不安全；2設(shè)備壽命短、易損壞、維修量大；3采用半自動(dòng)特別是手動(dòng)控制的控制效率很低、誤差大，生產(chǎn)效率低下?；谝陨显颍妱?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)逐漸產(chǎn)生并應(yīng)用于工業(yè)和其它控制領(lǐng)域，減少和避免了人身傷害和設(shè)備損壞，極大的提高了控制精確度和效率，同時(shí)也極大提高了生產(chǎn)效率。近年來隨著電子元器

8、件技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)都已跨入智能控制的時(shí)代。電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用在以下三大領(lǐng)域：1 發(fā)電廠典型應(yīng)用有： 火電行業(yè)應(yīng)用送風(fēng)機(jī)風(fēng)門擋板、一次進(jìn)風(fēng)風(fēng)門擋板、空氣預(yù)熱風(fēng)門擋板、煙氣再循環(huán)、旁路風(fēng)門擋板、二次進(jìn)風(fēng)風(fēng)門擋板、主風(fēng)箱風(fēng)門擋板、燃燒器調(diào)節(jié)桿、燃燒器搖擺驅(qū)動(dòng)器、液壓推桿驅(qū)動(dòng)器、葉輪機(jī)調(diào)速、煙氣調(diào)節(jié)閥、蒸氣調(diào)節(jié)閥、球閥和蝶閥控制。其它電力行業(yè)的閥門執(zhí)行器應(yīng)用球閥、除塵控制噴水、葉輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制、控制大型液壓閥、燃?xì)饪刂崎y、燃燒器點(diǎn)火啟動(dòng)、蒸氣控制閥、冷凝水再循環(huán)、脫氧機(jī)、鍋爐給水、過熱控制器、再加熱恒溫控制器及其它相關(guān)閥門應(yīng)用。2過程控制用于化工、石化、模

9、具、食品、醫(yī)藥、包裝等行業(yè)的生產(chǎn)過程控制，按照既定的邏輯指令或電腦程序?qū)﹂y門、刀具、管道、擋板、滑槽、平臺(tái)等進(jìn)行精確的定位、起停、開合、回轉(zhuǎn)，利用系統(tǒng)檢測(cè)出的溫度、壓力、流量、尺寸、輻射、亮度、色度、粗糙度、密度等實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)間歇、連續(xù)和循環(huán)的加工過程的控制。3工業(yè)自動(dòng)化用于較為廣泛的航空、航天、軍工、機(jī)械、冶金、開采、交通、建材等方面，對(duì)各類自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)（運(yùn)動(dòng)部件）進(jìn)行各種形式的調(diào)節(jié)和控制。過程控制和工業(yè)自動(dòng)化方面的主要應(yīng)用舉例如下： 在硫礦生產(chǎn)中的應(yīng)用注水流量控制、球閥和蝶閥控制碳酸鉀管道閥門執(zhí)行器的應(yīng)用滑動(dòng)門、分流器、閘門、蝶閥和球型控制閥水處理閥門執(zhí)行器

10、的應(yīng)用液位流量控制的應(yīng)用石灰石/水泥廠閥門執(zhí)行器的應(yīng)用球閥或蝶閥控制、處理干水泥、石膏或液體、送風(fēng)和引風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)型風(fēng)門擋板、旁路風(fēng)門擋板、環(huán)境污染控制和除塵裝置、滑動(dòng)門。對(duì)在料斗和儲(chǔ)藏庫(kù)的原材料進(jìn)行物流控制、閘門、控制原材料在進(jìn)料口的流量、燃?xì)饪刂崎y、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐上燃燒器進(jìn)氣量、蒸氣控制閥、控制生產(chǎn)過程所需的蒸氣在谷物加工廠執(zhí)行器的應(yīng)用。閘門、分流閥、分配器、物料卸貨器、加熱器、除塵隔離擋板、氣流控制(物流干燥)球閥和蝶閥的控制。 鋼廠風(fēng)門擋板和閥門執(zhí)行器的應(yīng)用球閥或蝶閥控制、控制冷卻水、廢水、或其它冷卻介質(zhì)、調(diào)節(jié)型風(fēng)門擋板、送風(fēng)和引風(fēng)機(jī)、旁路風(fēng)門擋板、閘門、環(huán)境污染控制和除塵裝置、滑動(dòng)門、控制原

11、材料在進(jìn)料口的流量。對(duì)在料斗和儲(chǔ)藏庫(kù)的原材料進(jìn)行物流控制、燃?xì)饪刂崎y、蒸氣控制閥、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐上燃燒器進(jìn)氣量、控制生產(chǎn)過程所需的蒸氣。 鋁廠風(fēng)門擋板和閥門執(zhí)行器的應(yīng)用 送風(fēng)機(jī)風(fēng)門擋板、一次進(jìn)風(fēng)風(fēng)門擋板、空氣預(yù)熱風(fēng)門擋板、煙氣再循環(huán)、旁路風(fēng)門擋板、二次進(jìn)風(fēng)風(fēng)門擋板、主風(fēng)箱風(fēng)門擋板、燃燒器調(diào)節(jié)桿、燃燒器搖擺驅(qū)動(dòng)器、液壓推桿驅(qū)動(dòng)器、葉輪機(jī)調(diào)速煙氣調(diào)節(jié)閥、蒸氣調(diào)節(jié)閥、球閥和蝶閥控制。過程控制擋板的應(yīng)用空氣補(bǔ)充、排風(fēng)機(jī)旁路、熱/冷風(fēng)混和應(yīng)急關(guān)斷。在石油工業(yè)中的應(yīng)用注油工藝流量控制、氣舉管路主閥門壓力控制、注水工藝流量控制、油井油質(zhì)采樣試驗(yàn)、生產(chǎn)用閥門。在天然氣生產(chǎn)和輸送工業(yè)的應(yīng)用氣流流量控制、氣管路主閥門壓

12、力控制、壓縮機(jī)喘振控制、天然氣壓力控制、天然氣管路主閥門壓力控制、應(yīng)急關(guān)斷、天然氣調(diào)壓器控制、壓力控制、壓縮機(jī)喘振控制。目前，在中國(guó)電磁式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的品牌（含國(guó)內(nèi)品牌和國(guó)外品牌）較多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較大。國(guó)外產(chǎn)品主要集中在中高端市場(chǎng)，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品則集中在低端市場(chǎng)。國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量較優(yōu)，但價(jià)格往往是國(guó)產(chǎn)品牌的幾倍甚至十倍以上，其在技術(shù)和商務(wù)方面的投資和努力明顯高于國(guó)內(nèi)企業(yè)；國(guó)內(nèi)現(xiàn)以有一些產(chǎn)品已能達(dá)到較高的性價(jià)比，但總體來講需要加快技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)激勵(lì)，加大商務(wù)努力。國(guó)產(chǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在各行業(yè)應(yīng)用已比較普遍。但進(jìn)口執(zhí)行機(jī)構(gòu)從行業(yè)來看，則主要集中在軍工、電力、石化、化工、冶金、建材、環(huán)保等領(lǐng)域和自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)線上。

13、從投資來看，進(jìn)口執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多的地方主要是國(guó)家投資的大中型企業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)、外商投資企業(yè)、資金充足和融資能力強(qiáng)的民營(yíng)企業(yè)。3、 多回轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電力驅(qū)動(dòng)的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是最常用、最可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪或蝸輪蝸桿最后驅(qū)動(dòng)閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)使閥門打開或關(guān)閉。多回轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以快速驅(qū)動(dòng)大尺寸閥門。為了保護(hù)閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點(diǎn)的限位開關(guān)會(huì)切斷電機(jī)電源，同時(shí)當(dāng)安全力矩被超過時(shí)，力矩感應(yīng)裝置也會(huì)切斷電機(jī)電源，位置開關(guān)用于指示閥門的開關(guān)狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機(jī)構(gòu)可在電源故障時(shí)手動(dòng)操作閥門。這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是所有部件都安裝

14、在一個(gè)殼體內(nèi)，在這個(gè)防水、防塵、防爆的外殼內(nèi)集成了所有基本及先進(jìn)的功能。主要缺點(diǎn)是，當(dāng)電源故障時(shí)，閥門只能保持在原位，只有使用備用電源系統(tǒng)，閥門才能實(shí)現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關(guān)）。多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行器的分類：按防護(hù)類型分： 有戶外型和隔爆型；按控制方式分：一體化開關(guān)型和一體化調(diào)節(jié)型；按連接型式分：有轉(zhuǎn)矩型、電站型和推力型。 我在阿里巴巴上挑選了揚(yáng)州恒電閥門控制有限公司的z型電動(dòng)執(zhí)行器來進(jìn)行介紹。多回轉(zhuǎn)閥門電動(dòng)裝置，簡(jiǎn)稱為 z型電動(dòng)執(zhí)行器。是閥門實(shí)現(xiàn)開啟、關(guān)閉或調(diào)節(jié)控制的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。適用于閘閥、截止閥、隔膜閥、柱塞閥、節(jié)流閥、水閘門等?？捎糜诿鳁U閥，也可用于暗桿閥。本系列執(zhí)行器具有功能全、性能可靠、控制系統(tǒng)先進(jìn)、體積小、重量輕、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)?？蓪?duì)閥門實(shí)行遠(yuǎn)控、集控和自動(dòng)控制。技術(shù)條件1、電源：常規(guī)，三相380v（50hz）特殊，三