工业控制及自动化仪表基础知识2

工业控制及自动化仪表

基础知识英达康华志斌主要内容常用控制电器继电器－接触器控制系统的设计原则继电器－接触器控制线路设计中应注意的问题PLC简介（构成、特点、应用领域）PLC与其他工业控制系统的比较电动单元组合仪表简介检测仪表调节器执行器和防爆栅DCS简述常用控制电器接触器继电器主令电器保护电器和组合电器接触器适于频繁地接通和分断主电路或大容量控制电，主要用于控制电动机，也可用于控制其它电力负荷。按工作原理分为电磁式、气动式和液压式，这里主要介绍电磁式接触器。电磁式接触器的主要组成部分：触头系统、电磁系统、灭弧装置、支架和外壳。按主回路接通和分断的负载电流的性质，分为直流接触器和交流接触器。交流接触器主回路分断和接通交流负载，控制线圈可以是交流或直流，通常交流接触器的控制线圈为交流线圈。交流接触器分断交流负载，灭弧装置相对简单，当使用交流线圈时线圈铁心象变压器一样为减少涡流损耗由硅钢片叠压而成，由于线圈电磁力发生波动，通常噪声较大。由于励磁电流与励磁线圈的电抗相关，而电抗又与磁路的气隙大小有关，所以接触面不平或污损将会增大励磁电流，增大接触器温升甚至烧毁交流接触器。直流接触器主回路分断和接通直流负载，控制线圈可以是交流或直流，通常交流接触器的控制线圈为直流线圈。交流接触器分断直流负载，灭弧装置相对复杂，当使用直流励磁线圈时线圈铁心通常由整块软铁构成成，由于线圈电磁力稳定，通常噪声较小。由于励磁线圈电感大，在断开励磁线圈时将产生较高的感应电势，因此要注意线圈的绝缘和能量泻放。接触器主要技术参数额定工作电压（主触头的额定电压）额定工作电流（主触头的额定电流）电磁铁线圈的额定电压额定操作频率触头数目（主触头和辅助触头）接通和分断能力继电器继电器是根据某种物理量的变化来改变其触点状态的控制元件。当继电器的输入电压、电流和频率等电量或温度、压力和转速等非电量达到规定值时，继电器的触点便接通或分断所控制或保护的电路。

继电器一般由输入感测机构和输出执行机构两部分组成，前者用以反映输入量的高低，后者用以接通或切断电路。常用继电器种类电压继电器电流继电器时间继电器热继电器中间继电器主令电器主令电器是按一定生产工艺要求发出控制命令的操纵电器，用以闭合或断开接触器、继电器等电器的线圈回路，以实现对生产机械的控制。在控制电路中由于它是一种专门发布命令的电器，故称为主令电器。不允许使用主令电器分合主回路。常见的主令电器有：控制按钮、万能转换开关、主令控制器、行程开关保护护电电器器和和组组合合电电器器熔断断器器：：又又称称保保险险丝丝，，起起短短路路保保护护作作用用自动动开开关关：：又又称称空空开开，，有有过过载载、、短短路路、、欠欠压压保保护护作作用用，，可可用用于于不不频频繁繁启启动动的的电电机机控控制制。。磁力力启启动动器器：：是是一一种种组组合合电电器器，，由由接接触触器器、、隔隔离离开开关关、、熔熔断断器器、、热热继继电电器器和和按按钮钮等等组组合合而而成成。。什么么是是隔隔离离开开关关？？继电电器器－－接接触触器器控控制制系系统统的的设设计计原原则则正确确地地设设计计控控制制线线路路功能能正正确确，，在在最最大大限限度度满满足足设设备备对对电电气气控控制制线线路路要要求求的的前前提提下下，，力力求求控控制制线线路路简简单单、、布布局局合合理理，，器器件件选选型型正正确确并并便便于于操操作作和和维维修修。。设置置必必要要的的保保护护除基基本本的的短短路路、、过过载载、、欠欠压压保保护护外外，，应应根根据据实实际际情情况况配配置置必必要要的的保保护护，，保保证证系系统统安安全全可可靠靠。。但但不不是是保保护护越越齐齐全全越越好好，，因因为为保保护护越越多多，，线线路路越越复复杂杂，，故故障障几几率率越越多多，，有有可可能能降降低低系系统统的的可可靠靠性性。。正确确选选择择电电器器设设备备选型型时时要要考考虑虑工工作作方方式式、、线线路路电电压压和和电电流流等等级级，，考考虑虑触触点点的的断断弧弧容容量量（（双双触触点点串串联联可可提提高高断断弧弧能能力力）），，辅辅助助触触点点的的数数量量等等。。故障安全全原则当系统中中出现设设备损坏坏或故障障时，不不能发生生误操作作和故障障的扩大大。例：操纵纵制动器器的电磁磁铁表示合闸闸状态的的指示灯灯急停开关关、拉绳绳开断的的状态选选取保证控制制线路的的可靠和和安全正确连接接电器的的触头正确连接接电器的的线圈设计中要要注意的的问题控制电源源一端接接地时应应防止发发生意外外KMKM防止出现现寄生回回路KM1KM2KM2KM1防止出现现寄生回回路L2L1KM1KM2防止电气气元件触触点“竞竞争”“先断后后合型””、“先先合后断断型”继电器触触头的分分断合接接通能力力触点并联联的作用用、电器连锁锁和机械械连锁控制电路路是否跳跳闸：控制电路路由于电电源等原原因断电电或控制制器死机机时，是是否发出出主机跳跳闸的命命令，要要根据具具体系统统设计，，一般要要求控制制电路重重新启动动时不影影响主系系统的运运行。尽量减少少触点数数目尽量缩短短连接导导线的数数量和长长度控制线路路在工作作时，除除必要的的电气元元件需通通电外，，其余电电器尽量量不长期期通电，，以延长长电气元元件的寿寿命和节节约电能能及减少少发热采用标准准件，尽尽可能选选用相同同型号的的元件尽量使用用标准的的、常用用的或经经过实际际考验过过的线路路和环节节控制线路路力求简简单、经经济短路保护护（空开开有短路路和过载载保护的的作用））过电流保保护（电机保护护一种，，常用继继电器完完成）过载保护护（热继继电器））失压保护护（防止止电源电电压恢复复时电机机自行启启动，典典型的启启保停电电路）欠压保护护（电压压继电器器）对电机的的基本保保护，如如过载保保护、端端相保护护、短路路保护等等，一般般在一个个保护装装置中完完成完善的保保护环节节PLC简简介（构构成、特特点、应应用领域域）国际电工工协会（（IEC）定义义：可编编程控制制器是一一种数字字运算操操作的电电子系统统，专为为在工业业环境下下应用而而设计。。它采用用可编程程的存储储器，用用来在其其内部存存储执行行逻辑运运算、顺顺序控制制、定时时、计数数和算术术运算等等操作的的命令，，并通过过数字式式和模拟拟式的输输入和输输出，控控制各种种类型的的机械或或生产过过程。可可编程控控制器及及其有关关设备，，都应按按易于与与工业控控制系统统联成一一个整体体，易于于扩充功功能的原原则而设设计。68年GM公司司提出10条技技术指标标在社会会上公开开招标，，69年年DEC根据要要求研制制出第一一台PLC并中中标。构成可编程控控制器存储器CPU模模块输入模块块输出模块块编程器辅助触点点限位开关关按钮钮电源源接触器电磁阀指示灯电源源特点可靠性高高，抗干干扰能力力强配套齐全全，功能能完善，，适用性性强易学易用用，深受受工程技技术人员员欢迎系统的设设计、建建造工作作量小，，维护方方便，容容易改造造体积小，，重量轻轻，能耗耗低应用领域域开关量逻逻辑控制制（顺序序控制））闭环过程程控制位置控制制监控系统统分布控制制系统PLC与与其他工工业控制制系统的的比较与继电器器控制的的比较与个人计计算机控控制的比比较与单板机机控制的的比较与DCS控制的的比较与继电器器控制的的比较控制逻辑辑（硬接接线与软软接线））工作方式式（硬接接线全联联动和顺顺序扫描描）控制速度度时间控制制技术控制制设计、施施工和改改造可靠性和和可维护护性价格与个人计计算机控控制的比比较本质上个个人计算算机和PLC是是面向不不同应用用领域的的计算机机系统。。个人计计算机的的最大特特征是运运算速度度快，功功能强，，应用范范围广。。如果采采用PC作为某某一设备备的控制制器，就就必须根根据实际际需要考考虑抗干干扰问题题和硬件件及软件件设计，，以适应应设备控控制的需需要。这这样就势势必把通通用的PC转化化为具有有特殊功功能的控控制器而而称为一一台专用用机。所以，本本质上PLC就就是一种种用于工工业自动动化控制制的专用用微机控控制系统统，结构构简单，，抗干扰扰能力强强，价格格也比一一般微机机系统低低。与单板计计算机控控制的比比较单板机不不如PLC掌握握单板机不不如PLC简单单PLC不不如单板板机灵活活单板机不不如PLC可靠靠（？））与DCS控制的的比较PLC是是由继电电器控制制逻辑发发展而来来的，集集散控制制系统是是由回路路仪表控控制发展展而来的的。二者者的发展展均都是是计算机机控制技技术发展展的直接接体现。。PLC在在开关量量控制、、顺序控控制方面面有一定定的优势势，而集集散系统统在回路路调节、、模拟量量控制方方面有一一定优势势。二者相互互渗透、、互为补补充，PLC与与DCS的差别别已不明明显，它它们都能能构成复复杂的分分级控制制，从趋趋势来看看，二者者的归属属和统一一是全分分布式计计算机控控制系统统。听说过DDC吗吗？电动单元元组合仪仪表简介介自动化仪仪表作为为一种专专门的仪仪表，最最早出现现在上世世纪40年代，，由于石石油、化化工、电电力等工工业对自自动化的的需要，，出现了了将测量量、记录录、调节节仪表组组合在一一起的多多功能自自动化仪仪表。后后来，人人们发现现多功能能仪表的的结构不不够灵活活，不如如将仪表表按功能能划分，，制成若若干种能能独立完完成一定定功能的的标准单单元，各各单元间间以标准准联络信信号相互互联系，，这样通通过选择择一定的的单元，，积木式式地把仪仪表组合合起来，，构成各各种复杂杂程度不不同的控控制系统统。这种种积木式式的仪表表就称为为单元组组合仪表表。这种种做法不不论对仪仪表厂的的大量生生产还是是用户的的选用和和维护都都是有利利的。这这些年随随着计算算机技术术的进步步，仪表表的功能能结构又又重新向向多功能能转变。。国产仪表表60年代代，电子子管和磁磁放大器器，DDZ-I,0-10mA70年代代，晶体体管，DDZ-II，，0－10mA80年代代，线性性集成电电路,火火花防爆爆，DDZ-III,4-20mA工艺介质质调节对象象被调量检测元件件变送单元元显示单元元执行单元元调节单元元测量值给定值给定单元元操作单元元单元组合合仪表检测仪表表温度检测测仪表压力检测测仪表流量检测测仪表液位检测测仪表成分分析析仪表温度检测测仪表热电偶热电阻半导体热热敏电阻阻（热电阻阻使用方方便，便便宜，热热容大，，反映慢慢，测温温范围不不如热电电偶大））半导体热热电阻体体积小，，适用于于设备内内测温，，测温范范围也小小，精度度不高。。压力检测测仪表力平衡式式压力（（差压））变送器器位移式差差压（压压力）变变送器固态测压压仪表（（压电效效应、压压阻效应应、压磁磁效应））（主流流）。流量检测测仪表节流型流流量计（（孔板、、靶式、、动子））容积式（（椭圆齿齿轮）涡轮流量量计（精精度介于于上者之之间）电磁流量量计（可可测含纤纤维及污污物的液液体，适适用于腐腐蚀性液液体，但但导电率率不能太太小，不不能用于于油和纯纯水，不不能有气气泡）漩涡流量量计(旋旋进型和和涡街型型，涡街街为主流流）液位检测测仪表浮力式（（浮子式式、翻板板式）静压式式电容式式超声波波雷达成分分分析仪仪表热导式式（根根据气气体导导热系系数））红外线线（根根据吸吸收谱谱）色谱（（液相相色谱谱，气气相色色谱））调节器器本节内内容复复杂，，涉及及到自自动化化控制制的比比较核核心的的算法法部分分，以以后如如果需需要单单独作作为一一个讲讲座。。执行器器和防防爆栅栅执行器器气动执执行器器以压缩缩空气气为动动力电－气气转换换器一般将将电流流转换换为气气压阀门定定位器器将电流流信号号转换换为阀阀门位位移，，含电电气转转换电动执执行器器防爆栅栅防爆的的思想想结构防防爆：：将可可能产产生危危险火火花的的电路路从结结构上上与爆爆炸性性气体体隔离离开来来。（（充油油、充充气、、充砂砂、隔隔爆））本安防防爆（（安全全火花花防爆爆）：：把电电路在在短路路、开开断及及误操操作等等各种种状态态下可可能发发生的的火花花都限限制在在爆炸炸性气气体的的点火火能量量之下下，从从爆炸炸发生生的根根本原原因上上采取取措施施解决决防爆爆问题题。危险现现场变送器器变送器器防爆栅栅防爆栅栅电源调节器器安全场场所（（控制制室））本安仪仪表本安系系统防爆栅栅：是是对送送往现现场的的电压压和电电流进进行严严格限限值的的单元元，可可保证证在各各种状状态下下进入入现场场的电电功率率都在在安全全范围围之内内。防爆栅栅只限限值瞬瞬时功功率，，现场场设备备的L，C都可可能造造成危危险，，所以以构成成安全全火花花防爆爆系统统的充充要条条件是是：现现场仪仪表与与非危危险场场所之之间的的电路路连接接必须须经过过防爆爆栅；；在危危险现现场的的仪表表必须须是本本安型型的。。防爆电电缆：：国际际标准准没有有这一一说，，只限限值L，C，习习惯上上要求求颜色色区分分。两种防防爆栅栅齐纳型型隔离型型（1））检测端端防爆栅栅执行端端防爆爆栅电电路原原理图图DCS简述述发展过过程分散控控制方方式：：仪表表间相相距过过远、、仪表表盘尺尺寸过过大、、无法法全面面了解解信息息及操操作；；集中控控制方方式：：危险险过于于集中中，计计算机机出现现故障障时整整个生生产装装置瘫瘫痪；；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。。集散控控制中中危险险分散散的方方法：：将控控制功功能分分散到到多台台计算算机上上，采采取双双重化化冗余余措施施。集散控控制系系统的的组成成DCS现场场控制