电气装备计算机控制技术调研报告

1、姓名 harrysheng 学号 教师 专业 电气工程及其自动化 电气装备计算机控制技术调研报告一、概述工业控制是计算机的一个重要领域，电气装备的计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。要学习掌握电气装备的计算机控制技术，必须先对电气装备有一个系统的认识。电气装备是机电一体化装备中除机械机构以外的其它各部分组成，即通常所说的一个设备的电控部分，主要包括传感与测试单元、动力与驱动单元、执行机构以及信息处理和控制单元。而它们的关键部件是传感器、计算机和执行机构。传感器是将被测量（如各种

2、物理量、化学量等）变换成系统可识别的，与被测量有明确对应关系的电信号的一种装置或元件。“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已成为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观和微观世界的种种信息，成为人类认识自然、改造自然的有利工具。传感器种类繁多，按被测量分为温度传感器、压力传感器、角位移传感器、扭矩传感器、位移传感器等。按物理原理分为电参量式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、气电式传感器、热点式传感器、波式传感器、射线式传感器、半导体式传感器等。传感器的组成结构主要包括敏感元件、转换器件和转换电路。非电物理量依次通过敏感元件、转换器件和

3、转换电路后转变为电学量而可以被采样。传感器应用广泛，如在进行交直流电机控制时，需要用到光电编码器等位置传感器进行电机转速的反馈；在许多机电控制系统中需要检查部件运动是否到位，常需要用到光电传感器、压力传感器和液位传感器等。执行机构是将控制信号转换成相应动作的机构。目前常见的执行机构是电磁式、液压式和气动式机构。此外还有超声波驱动器、形状记忆合金驱动器等新型执行机构。三类常见的执行机构有各自的优缺点，如液压执行机构通常体积和重量较小，因此工作平稳，惯性小，反应快，易于实现快速启动，制动，频繁换向。并且液压执行机构能在大范围内实现无极调速。但由于液压油本身的缺陷，如具有可压缩性，易泄漏，对温度敏感

4、等使液压传动不能保证严格的传动比，在工作过程中常有较多的损失，工作稳定性容易受到温度的影响。气动式执行机构以空气为介质，容易取得，使用后处理方便，无污染。空气粘度很小，损失很小，便于集中和远距离输送，储存较方便。气动元件体积小，重量轻，成本低，维护简单。但也存在诸多缺点，如由于以可压缩性的气体为介质，所以工作速度的稳定性较差，系统刚度较差，系统的响应速度低；由于气体的粘度小，造成控制系统的阻尼比较小，是的闭环控制困难；噪声大，在高速放气时要消声；气动控制系统的效率低。电磁式执行机构没有液压和气动式执行机构的污染和噪声问题，不需要额外的动力能源，操作和维护方便。随着电力电子技术和控制技术的发展，

5、电磁式执行机构可以在很宽的范围内实现无极调速，控制精度高，因此，在中小功率范围内它已被广泛取代液压式执行机构，成为首选的主流执行机构形式。但是在大功率，特别是低速的大转矩的场合，目前还主要是气动式执行机构。而在对动态控制和控制精度无严格要求的场合，常采用结构简单，价格低的气动式执行机构。计算机，这里主要讲的是工业计算机，它主要用于工业控制、测试、管理等方面。与通用计算机相比，工业计算机具有许多特点：高的可靠性，强的实时性，强的环境适应性以及完善的输入输出通道，此外还要求工业计算机拥有良好的可维护性。工业计算机在近几年的发展显著，从开始时的插槽cpu，附加许多rom、ram模块、ad/cd模块等

6、，到现在的全贴片cpu，且在更小体积的cpu中已包含所有需要的模块和更大容量的存储计算空间。从开始时的单cpu处理到现在的多cpu联合处理。也从单台计算机的控制到现在的多台计算机的联网控制，协同工作，并且接口模式也开始多样化，除了串口，还有can总线、以太网等。这些变化，使电气装备的计算机控制变得越来越完善，有更高的精度和快速性，更高的系统整体可靠性。2、 电磁式执行机构的发展应用在“概述”中已提到执行机构包括电磁式、液压式和气动式机构，它们各自都有优缺点，有自己的应用范围。其中电磁式执行机构在近年来发展最快，应用面最广。电磁式执行机构按不同标准又可分为：组合式结构和机电一体化结构；电器控制型

7、、电子控制型和智能控制型（带hart、ff协议）；数字型和模拟型；手动接触调试型和红外线遥控调试型等。它是伴随着人们对控制性能的要求和自动控制技术的发展而迅猛发展的：1早期的工业领域，有许多的控制是手动和半自动的，在操作中人体直接接触工业设备的危险部位和危险介质（固、液、气三态的多种化学物质和辐射物质），极易造成对人的伤害，很不安全；2设备寿命短、易损坏、维修量大；3采用半自动特别是手动控制的控制效率很低、误差大，生产效率低下。基于以上原因，电动执行机构逐渐产生并应用于工业和其它控制领域，减少和避免了人身伤害和设备损坏，极大的提高了控制精确度和效率，同时也极大提高了生产效率。近年来随着电子元器

8、件技术、计算机技术和控制理论的飞速发展，国内外的电磁式执行机构都已跨入智能控制的时代。电磁式执行机构主要应用在以下三大领域：1 发电厂典型应用有： 火电行业应用送风机风门挡板、一次进风风门挡板、空气预热风门挡板、烟气再循环、旁路风门挡板、二次进风风门挡板、主风箱风门挡板、燃烧器调节杆、燃烧器摇摆驱动器、液压推杆驱动器、叶轮机调速、烟气调节阀、蒸气调节阀、球阀和蝶阀控制。其它电力行业的阀门执行器应用球阀、除尘控制喷水、叶轮机转速控制、控制大型液压阀、燃气控制阀、燃烧器点火启动、蒸气控制阀、冷凝水再循环、脱氧机、锅炉给水、过热控制器、再加热恒温控制器及其它相关阀门应用。2过程控制用于化工、石化、模

9、具、食品、医药、包装等行业的生产过程控制，按照既定的逻辑指令或电脑程序对阀门、刀具、管道、挡板、滑槽、平台等进行精确的定位、起停、开合、回转，利用系统检测出的温度、压力、流量、尺寸、辐射、亮度、色度、粗糙度、密度等实时参数对系统进行调整，从而实现间歇、连续和循环的加工过程的控制。3工业自动化用于较为广泛的航空、航天、军工、机械、冶金、开采、交通、建材等方面，对各类自动化设备和系统的运动点（运动部件）进行各种形式的调节和控制。过程控制和工业自动化方面的主要应用举例如下： 在硫矿生产中的应用注水流量控制、球阀和蝶阀控制碳酸钾管道阀门执行器的应用滑动门、分流器、闸门、蝶阀和球型控制阀水处理阀门执行器

10、的应用液位流量控制的应用石灰石/水泥厂阀门执行器的应用球阀或蝶阀控制、处理干水泥、石膏或液体、送风和引风机、调节型风门挡板、旁路风门挡板、环境污染控制和除尘装置、滑动门。对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制、闸门、控制原材料在进料口的流量、燃气控制阀、调节转炉上燃烧器进气量、蒸气控制阀、控制生产过程所需的蒸气在谷物加工厂执行器的应用。闸门、分流阀、分配器、物料卸货器、加热器、除尘隔离挡板、气流控制(物流干燥)球阀和蝶阀的控制。 钢厂风门挡板和阀门执行器的应用球阀或蝶阀控制、控制冷却水、废水、或其它冷却介质、调节型风门挡板、送风和引风机、旁路风门挡板、闸门、环境污染控制和除尘装置、滑动门、控制原

11、材料在进料口的流量。对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制、燃气控制阀、蒸气控制阀、调节转炉上燃烧器进气量、控制生产过程所需的蒸气。 铝厂风门挡板和阀门执行器的应用 送风机风门挡板、一次进风风门挡板、空气预热风门挡板、烟气再循环、旁路风门挡板、二次进风风门挡板、主风箱风门挡板、燃烧器调节杆、燃烧器摇摆驱动器、液压推杆驱动器、叶轮机调速烟气调节阀、蒸气调节阀、球阀和蝶阀控制。过程控制挡板的应用空气补充、排风机旁路、热/冷风混和应急关断。在石油工业中的应用注油工艺流量控制、气举管路主阀门压力控制、注水工艺流量控制、油井油质采样试验、生产用阀门。在天然气生产和输送工业的应用气流流量控制、气管路主阀门压

12、力控制、压缩机喘振控制、天然气压力控制、天然气管路主阀门压力控制、应急关断、天然气调压器控制、压力控制、压缩机喘振控制。目前，在中国电磁式执行机构的品牌（含国内品牌和国外品牌）较多，市场竞争较大。国外产品主要集中在中高端市场，而国内产品则集中在低端市场。国外产品质量较优，但价格往往是国产品牌的几倍甚至十倍以上，其在技术和商务方面的投资和努力明显高于国内企业；国内现以有一些产品已能达到较高的性价比，但总体来讲需要加快技术进步和行业激励，加大商务努力。国产执行机构在各行业应用已比较普遍。但进口执行机构从行业来看，则主要集中在军工、电力、石化、化工、冶金、建材、环保等领域和自动化程度较高的生产线上。

13、从投资来看，进口执行机构应用较多的地方主要是国家投资的大中型企业和支柱产业、外商投资企业、资金充足和融资能力强的民营企业。3、 多回转式电动执行机构电力驱动的多回转式执行机构是最常用、最可靠的执行机构类型之一。使用单相或三相电动机驱动齿轮或蜗轮蜗杆最后驱动阀杆螺母，阀杆螺母使阀杆产生运动使阀门打开或关闭。多回转式电动执行机构可以快速驱动大尺寸阀门。为了保护阀门不受损坏，安装在在阀门行程的终点的限位开关会切断电机电源，同时当安全力矩被超过时，力矩感应装置也会切断电机电源，位置开关用于指示阀门的开关状态，安装离合器装置的手轮机构可在电源故障时手动操作阀门。这种类型执行机构的主要优点是所有部件都安装

14、在一个壳体内，在这个防水、防尘、防爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。主要缺点是，当电源故障时，阀门只能保持在原位，只有使用备用电源系统，阀门才能实现故障安全位置（故障开或故障关）。多回转电动执行器的分类：按防护类型分： 有户外型和隔爆型；按控制方式分：一体化开关型和一体化调节型；按连接型式分：有转矩型、电站型和推力型。 我在阿里巴巴上挑选了扬州恒电阀门控制有限公司的z型电动执行器来进行介绍。多回转阀门电动装置，简称为 z型电动执行器。是阀门实现开启、关闭或调节控制的驱动设备。适用于闸阀、截止阀、隔膜阀、柱塞阀、节流阀、水闸门等。可用于明杆阀，也可用于暗杆阀。本系列执行器具有功能全、性能可靠、控制系统先进、体积小、重量轻、使用维护方便等特点。可对阀门实行远控、集控和自动控制。技术条件1、电源：常规，三相380v（50hz）特殊，