工業(yè)控制及自動化儀表基礎知識2

工業(yè)控制及自動化儀表

基礎知識英達康華志斌主要內容常用控制電器繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的設計原則繼電器－接觸器控制線路設計中應注意的問題PLC簡介（構成、特點、應用領域）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電器和組合電器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，分為直流接觸器和交流接觸器。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，而電抗又與磁路的氣隙大小有關，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，滅弧裝置相對復雜，當使用直流勵磁線圈時線圈鐵心通常由整塊軟鐵構成成，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生較高的感應電勢，因此要注意線圈的絕緣和能量瀉放。接觸器主要技術參數(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和輸出執(zhí)行機構兩部分組成，前者用以反映輸入量的高低，后者用以接通或切斷電路。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主令電器主令電器是按一定生產工藝要求發(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、萬能轉換開關、主令控制器、行程開關保護護電電器器和和組組合合電電器器熔斷斷器器：：又又稱稱保保險險絲絲，，起起短短路路保保護護作作用用自動動開開關關：：又又稱稱空空開開，，有有過過載載、、短短路路、、欠欠壓壓保保護護作作用用，，可可用用于于不不頻頻繁繁啟啟動動的的電電機機控控制制。。磁力力啟啟動動器器：：是是一一種種組組合合電電器器，，由由接接觸觸器器、、隔隔離離開開關關、、熔熔斷斷器器、、熱熱繼繼電電器器和和按按鈕鈕等等組組合合而而成成。。什么么是是隔隔離離開開關關？？繼電電器器－－接接觸觸器器控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的設設計計原原則則正確確地地設設計計控控制制線線路路功能能正正確確，，在在最最大大限限度度滿滿足足設設備備對對電電氣氣控控制制線線路路要要求求的的前前提提下下，，力力求求控控制制線線路路簡簡單單、、布布局局合合理理，，器器件件選選型型正正確確并并便便于于操操作作和和維維修修。。設置置必必要要的的保保護護除基基本本的的短短路路、、過過載載、、欠欠壓壓保保護護外外，，應應根根據(jù)據(jù)實實際際情情況況配配置置必必要要的的保保護護，，保保證證系系統(tǒng)統(tǒng)安安全全可可靠靠。。但但不不是是保保護護越越齊齊全全越越好好，，因因為為保保護護越越多多，，線線路路越越復復雜雜，，故故障障幾幾率率越越多多，，有有可可能能降降低低系系統(tǒng)統(tǒng)的的可可靠靠性性。。正確確選選擇擇電電器器設設備備選型型時時要要考考慮慮工工作作方方式式、、線線路路電電壓壓和和電電流流等等級級，，考考慮慮觸觸點點的的斷斷弧弧容容量量（（雙雙觸觸點點串串聯(lián)聯(lián)可可提提高高斷斷弧弧能能力力）），，輔輔助助觸觸點點的的數(shù)數(shù)量量等等。。故障安全全原則當系統(tǒng)中中出現(xiàn)設設備損壞壞或故障障時，不不能發(fā)生生誤操作作和故障障的擴大大。例：操縱縱制動器器的電磁磁鐵表示合閘閘狀態(tài)的的指示燈燈急停開關關、拉繩繩開斷的的狀態(tài)選選取保證控制制線路的的可靠和和安全正確連接接電器的的觸頭正確連接接電器的的線圈設計中要要注意的的問題控制電源源一端接接地時應應防止發(fā)發(fā)生意外外KMKM防止出現(xiàn)現(xiàn)寄生回回路KM1KM2KM2KM1防止出現(xiàn)現(xiàn)寄生回回路L2L1KM1KM2防止電氣氣元件觸觸點“競競爭”“先斷后后合型””、“先先合后斷斷型”繼電器觸觸頭的分分斷合接接通能力力觸點并聯(lián)聯(lián)的作用用、電器連鎖鎖和機械械連鎖控制電路路是否跳跳閘：控制電路路由于電電源等原原因斷電電或控制制器死機機時，是是否發(fā)出出主機跳跳閘的命命令，要要根據(jù)具具體系統(tǒng)統(tǒng)設計，，一般要要求控制制電路重重新啟動動時不影影響主系系統(tǒng)的運運行。盡量減少少觸點數(shù)數(shù)目盡量縮短短連接導導線的數(shù)數(shù)量和長長度控制線路路在工作作時，除除必要的的電氣元元件需通通電外，，其余電電器盡量量不長期期通電，，以延長長電氣元元件的壽壽命和節(jié)節(jié)約電能能及減少少發(fā)熱采用標準準件，盡盡可能選選用相同同型號的的元件盡量使用用標準的的、常用用的或經經過實際際考驗過過的線路路和環(huán)節(jié)節(jié)控制線路路力求簡簡單、經經濟短路保護護（空開開有短路路和過載載保護的的作用））過電流保保護（電機保護護一種，，常用繼繼電器完完成）過載保護護（熱繼繼電器））失壓保護護（防止止電源電電壓恢復復時電機機自行啟啟動，典典型的啟啟保停電電路）欠壓保護護（電壓壓繼電器器）對電機的的基本保保護，如如過載保保護、端端相保護護、短路路保護等等，一般般在一個個保護裝裝置中完完成完善的保保護環(huán)節(jié)節(jié)PLC簡簡介（構構成、特特點、應應用領域域）國際電工工協(xié)會（（IEC）定義義：可編編程控制制器是一一種數(shù)字字運算操操作的電電子系統(tǒng)統(tǒng)，專為為在工業(yè)業(yè)環(huán)境下下應用而而設計。。它采用用可編程程的存儲儲器，用用來在其其內部存存儲執(zhí)行行邏輯運運算、順順序控制制、定時時、計數(shù)數(shù)和算術術運算等等操作的的命令，，并通過過數(shù)字式式和模擬擬式的輸輸入和輸輸出，控控制各種種類型的的機械或或生產過過程?？煽删幊炭乜刂破骷凹捌溆嘘P關設備，，都應按按易于與與工業(yè)控控制系統(tǒng)統(tǒng)聯(lián)成一一個整體體，易于于擴充功功能的原原則而設設計。68年GM公司司提出10條技技術指標標在社會會上公開開招標，，69年年DEC根據(jù)要要求研制制出第一一臺PLC并中中標。構成可編程控控制器存儲器CPU模模塊輸入模塊塊輸出模塊塊編程器輔助觸點點限位開關關按鈕鈕電源源接觸器電磁閥指示燈電源源特點可靠性高高，抗干干擾能力力強配套齊全全，功能能完善，，適用性性強易學易用用，深受受工程技技術人員員歡迎系統(tǒng)的設設計、建建造工作作量小，，維護方方便，容容易改造造體積小，，重量輕輕，能耗耗低應用領域域開關量邏邏輯控制制（順序序控制））閉環(huán)過程程控制位置控制制監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)分布控制制系統(tǒng)PLC與與其他工工業(yè)控制制系統(tǒng)的的比較與繼電器器控制的的比較與個人計計算機控控制的比比較與單板機機控制的的比較與DCS控制的的比較與繼電器器控制的的比較控制邏輯輯（硬接接線與軟軟接線））工作方式式（硬接接線全聯(lián)聯(lián)動和順順序掃描描）控制速度度時間控制制技術控制制設計、施施工和改改造可靠性和和可維護護性價格與個人計計算機控控制的比比較本質上個個人計算算機和PLC是是面向不不同應用用領域的的計算機機系統(tǒng)。。個人計計算機的的最大特特征是運運算速度度快，功功能強，，應用范范圍廣。。如果采采用PC作為某某一設備備的控制制器，就就必須根根據(jù)實際際需要考考慮抗干干擾問題題和硬件件及軟件件設計，，以適應應設備控控制的需需要。這這樣就勢勢必把通通用的PC轉化化為具有有特殊功功能的控控制器而而稱為一一臺專用用機。所以，本本質上PLC就就是一種種用于工工業(yè)自動動化控制制的專用用微機控控制系統(tǒng)統(tǒng)，結構構簡單，，抗干擾擾能力強強，價格格也比一一般微機機系統(tǒng)低低。與單板計計算機控控制的比比較單板機不不如PLC掌握握單板機不不如PLC簡單單PLC不不如單板板機靈活活單板機不不如PLC可靠靠（？））與DCS控制的的比較PLC是是由繼電電器控制制邏輯發(fā)發(fā)展而來來的，集集散控制制系統(tǒng)是是由回路路儀表控控制發(fā)展展而來的的。二者者的發(fā)展展均都是是計算機機控制技技術發(fā)展展的直接接體現(xiàn)。。PLC在在開關量量控制、、順序控控制方面面有一定定的優(yōu)勢勢，而集集散系統(tǒng)統(tǒng)在回路路調節(jié)、、模擬量量控制方方面有一一定優(yōu)勢勢。二者相互互滲透、、互為補補充，PLC與與DCS的差別別已不明明顯，它它們都能能構成復復雜的分分級控制制，從趨趨勢來看看，二者者的歸屬屬和統(tǒng)一一是全分分布式計計算機控控制系統(tǒng)統(tǒng)。聽說過DDC嗎嗎？電動單元元組合儀儀表簡介介自動化儀儀表作為為一種專專門的儀儀表，最最早出現(xiàn)現(xiàn)在上世世紀40年代，，由于石石油、化化工、電電力等工工業(yè)對自自動化的的需要，，出現(xiàn)了了將測量量、記錄錄、調節(jié)節(jié)儀表組組合在一一起的多多功能自自動化儀儀表。后后來，人人們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)多功能能儀表的的結構不不夠靈活活，不如如將儀表表按功能能劃分，，制成若若干種能能獨立完完成一定定功能的的標準單單元，各各單元間間以標準準聯(lián)絡信信號相互互聯(lián)系，，這樣通通過選擇擇一定的的單元，，積木式式地把儀儀表組合合起來，，構成各各種復雜雜程度不不同的控控制系統(tǒng)統(tǒng)。這種種積木式式的儀表表就稱為為單元組組合儀表表。這種種做法不不論對儀儀表廠的的大量生生產還是是用戶的的選用和和維護都都是有利利的。這這些年隨隨著計算算機技術術的進步步，儀表表的功能能結構又又重新向向多功能能轉變。。國產儀表表60年代代，電子子管和磁磁放大器器，DDZ-I,0-10mA70年代代，晶體體管，DDZ-II，，0－10mA80年代代，線性性集成電電路,火火花防爆爆，DDZ-III,4-20mA工藝介質質調節(jié)對象象被調量檢測元件件變送單元元顯示單元元執(zhí)行單元元調節(jié)單元元測量值給定值給定單元元操作單元元單元組合合儀表檢測儀表表溫度檢測測儀表壓力檢測測儀表流量檢測測儀表液位檢測測儀表成分分析析儀表溫度檢測測儀表熱電偶熱電阻半導體熱熱敏電阻阻（熱電阻阻使用方方便，便便宜，熱熱容大，，反映慢慢，測溫溫范圍不不如熱電電偶大））半導體熱熱電阻體體積小，，適用于于設備內內測溫，，測溫范范圍也小小，精度度不高。。壓力檢測測儀表力平衡式式壓力（（差壓））變送器器位移式差差壓（壓壓力）變變送器固態(tài)測壓壓儀表（（壓電效效應、壓壓阻效應應、壓磁磁效應））（主流流）。流量檢測測儀表節(jié)流型流流量計（（孔板、、靶式、、動子））容積式（（橢圓齒齒輪）渦輪流量量計（精精度介于于上者之之間）電磁流量量計（可可測含纖纖維及污污物的液液體，適適用于腐腐蝕性液液體，但但導電率率不能太太小，不不能用于于油和純純水，不不能有氣氣泡）漩渦流量量計(旋旋進型和和渦街型型，渦街街為主流流）液位檢測測儀表浮力式（（浮子式式、翻板板式）靜壓式式電容式式超聲波波雷達成分分分析儀儀表熱導式式（根根據(jù)氣氣體導導熱系系數(shù)））紅外線線（根根據(jù)吸吸收譜譜）色譜（（液相相色譜譜，氣氣相色色譜））調節(jié)器器本節(jié)內內容復復雜，，涉及及到自自動化化控制制的比比較核核心的的算法法部分分，以以后如如果需需要單單獨作作為一一個講講座。。執(zhí)行器器和防防爆柵柵執(zhí)行器器氣動執(zhí)執(zhí)行器器以壓縮縮空氣氣為動動力電－氣氣轉換換器一般將將電流流轉換換為氣氣壓閥門定定位器器將電流流信號號轉換換為閥閥門位位移，，含電電氣轉轉換電動執(zhí)執(zhí)行器器防爆柵柵防爆的的思想想結構防防爆：：將可可能產產生危危險火火花的的電路路從結結構上上與爆爆炸性性氣體體隔離離開來來。（（充油油、充充氣、、充砂砂、隔隔爆））本安防防爆（（安全全火花花防爆爆）：：把電電路在在短路路、開開斷及及誤操操作等等各種種狀態(tài)態(tài)下可可能發(fā)發(fā)生的的火花花都限限制在在爆炸炸性氣氣體的的點火火能量量之下下，從從爆炸炸發(fā)生生的根根本原原因上上采取取措施施解決決防爆爆問題題。危險現(xiàn)現(xiàn)場變送器器變送器器防爆柵柵防爆柵柵電源調節(jié)器器安全場場所（（控制制室））本安儀儀表本安系系統(tǒng)防爆柵柵：是是對送送往現(xiàn)現(xiàn)場的的電壓壓和電電流進進行嚴嚴格限限值的的單元元，可可保證證在各各種狀狀態(tài)下下進入入現(xiàn)場場的電電功率率都在在安全全范圍圍之內內。防爆柵柵只限限值瞬瞬時功功率，，現(xiàn)場場設備備的L，C都可可能造造成危危險，，所以以構成成安全全火花花防爆爆系統(tǒng)統(tǒng)的充充要條條件是是：現(xiàn)現(xiàn)場儀儀表與與非危危險場場所之之間的的電路路連接接必須須經過過防爆爆柵；；在危危險現(xiàn)現(xiàn)場的的儀表表必須須是本本安型型的。。防爆電電纜：：國際際標準準沒有有這一一說，，只限限值L，C，習習慣上上要求求顏色色區(qū)分分。兩種防防爆柵柵齊納型型隔離型型（1））檢測端端防爆柵柵執(zhí)行端端防爆爆柵電電路原原理圖圖DCS簡述述發(fā)展過過程分散控控制方方式：：儀表表間相相距過過遠、、儀表表盤尺尺寸過過大、、無法法全面面了解解信息息及操操作；；集中控控制方方式：：危險險過于于集中中，計計算機機出現(xiàn)現(xiàn)故障障時整整個生生產裝裝置癱癱瘓；；集散控控制方方式：：控制制功能能分散散、操操作管管理集集中---DCS。。集散控控制中中危險險分散散的方方法：：將控控制功功能分分散到到多臺臺計算算機上上，采采取雙雙重化化冗余余措施施。集散控控制系系統(tǒng)的的組成成DCS現(xiàn)場場控制