自动控制课件

自动控制目录自控基础知识2常用传感器与执行器3控制器及调节方法4具体案例分析5自控起源1自控点位表6自控起源自动控制对于我们来说并不是一个陌生的概念，因为它已经延伸到社会生活的各个领域：如：在家中，为了可以舒适的生活，我们需要控制室内的温湿度；在交通领域，我们需要控制火车、飞机等精确而又安全的从一个地方到另一个地方；在工业领域，我们需要在保证产品质量的前提下提高生产效率；自控起源

自动控制成为一门科学是从1945年发展起来的。开始多用于工业，后来进入军事领域，目前已渗透到社会生活的各个方面。自动控制的发展经历了四个时期：

胚胎萌芽期；经典控制理论时期；现代控制理论时期；大系统和智能控制时期；自控基础知识自控基础概念1自控系统的结构和功能2自控系统的设计原则3自控系统的设计内容4自控基础概念--定义、发展自动控制的定义

自动控制（automaticcontrol）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。自动控制的发展过程

第一代气动控制系统PCS（pneumaticcontrolsystem）；第二代模拟式控制体系ACS（analogycontrolsystem）；第三代计算机控制体系CCS（computercontrolsystem）；第四代分布式数字控制系统DCS（distributedcontrolsystem）；第五代现场总线控制系统FCS(fieldbuscontrolsystem)。自控基础概念--作用、意义

全面掌握系统信息测量建筑内空气温度，空气湿度，水流量，空调送风风速等参数。

动态能耗计量分析实现建筑水，电，热量，燃气等能耗的自动统计计量。

控制调节和节能分析当气象条件等因素发生变化时，对系统设备的运行状态进行调节，实现节能优化。

改善设备管理监测系统设备的运行状况，及时进行故障诊断和事故报警。

自动控制技术的意义A:极大地提高了劳动生产率，减轻了人的劳动强度；B:使工作具有高度的准确性；C:某些人不能直接参与工作的场合利用自动控制技术来完成。自控基础概念--I/O1、输入/输出(Input/Output)

I/O是控制器与外界电气回路的接口。输入模块将电信号转换成数字信号进入控制器，输入暂存器反映输入信号状态；输出模块将数字信号转换成电信号以控制外部设备，输出锁存器反映输出信号状态。DI:数字量输入（digitalinput），输入信号为开和关（1和0）两种。DO:数字量输出（digitaloutput），输出信号为开和关（1和0）两种。AI:模拟量输入（analoginput），信号为连续变化量，有电流型，电压型两种。AO:模拟量输出（analoginput），信号为连续变化量，有电流型，电压型两种。

序号名称信号状态信号类型典型应用1DI0,1220VAC,24VAC,24VDC,10VDC等风机、水泵运行状态，过滤器压差，风机故障报警2DO0,1220VAC,24VAC,24VDC,10VDC等风机、水泵启停通断阀门控制3AI满程量的0-100%0-20mA,4-20mA,0-10V,0-5V等温湿度、水道压力、流量、风道微压力传感器4AO满程量的0-100%0-20mA,4-20mA,0-10V,0-5V，2-10V等电动调节阀控制、变频器频率控制自控基础概念--前馈、反馈名称控制方向结构优点缺点前馈输入信号控制输出信号开环结构反应迅速控制精度低、抗干扰能力差反馈输入信号、输出信号的偏差控制系统闭环结构系统抗干扰能力强、控制精度高花费相对高些2、前馈、反馈控制系统

前馈、反馈控制是控制系统的两种结构形式。名称控制方向结构优点缺点前馈输入信号控制输出信号开环结构反应迅速控制精度低、抗干扰能力差反馈输入信号、输出信号的偏差控制系统闭环结构系统抗干扰能力强、控制精度高花费相对高些自控系统的系统结构（一）控制系统结构图自控系统的系统结构（二）管理层系统集成层现场控制层末端层由中央图形操作站，系统服务器和客户端等组成。基于TCP/IP和BACnet，主要由全局控制器、集成器以及路由器组成。BACnet现场控制器、网络显示器以及Modbus通讯设备主要由传感器和执行器组成

自控系统的系统管理功能时间控制程序

警报程序

报表打印程序

区域管理程序

历史数据记录

提供日、周、月、年、节假日及事件等时程启停管理提供快速群组性设备名单的设立及管理

提供实时警报讯息、警报讯息记录

提供对特殊监控点图形及文字趋势记录丰富的报表内容，提供检视及虚拟系统操作效率

自控系统的设计原则1、使系统设备能够可靠、高效运行，减轻人员劳动强度；2、确保建筑物内环境舒适3、提供系统优化运行和能耗控制方案，进行节能管理；4、及时提供设备运行的有关信息，并进行统计与分析，作为设备管理决策的依据，方便运行维护管理。自控系统的设计内容1、监控点表的编制；2、中央管理站选型及布局；3、控制器的型号、数量、安装部位；4、传感器、执行器的型号、数量、安装部位；5、网络设备的型号、数量、安装部位；6、组态软件选型与配置；常用传感器温度传感器1湿度传感器2压差传感器3流量计、液位计4温度传感器温度传感器的种类：根据原理的不同可分为双金属温度计、热电阻、热敏电阻、热电偶、红外温度计、半导体二极管、集成电路。以热敏电阻为例：种类基本原理测温范围主要特点热敏电阻热阻变换，半导体电阻值随温度变化-50～+450精度高、反应灵敏、体积小、热惯性小、耐腐蚀、结构简单、寿命长、线性度和互换性差注：选用原则

1、温度传感器的量程即测温范围应为测点温度范围的1.2～1.5倍。2、根据使用目的和工艺误差要求确定仪表种类和精度等级。3、风道内空气含有易燃易爆物质时，应采用本安型温度传感器。4、仪表选型应力求操作方便、运行可靠、经济、合理，并在同一工程尽量减少仪表的品种和规格。温度传感器常用温度传感器结构注意事项：

1、水管式温度传感器的温度感测组件应装设于不锈钢感测棒中，并附有spring-loaded装置以便传感器能直接锁入温度套管底部。

2、风管式温度传感器的温度感测组件应装设于不锈钢感测棒中，传感器应能直接安装于风管上。

3、室内型温度传感器应有商业型外盖。

4、室外型温度传感器的温度感测组件应装于不锈钢感测棒中，并附有抗天候型外盒，适合屋外安装。湿度传感器湿度传感器的种类：根据原理的不同可分为干湿球湿度计、电容式、氯化锂电阻式、氯化锂露点式等。以干湿球湿度计为例：种类基本原理测温范围主要特点干湿球湿度计两只温度计，一只为干球测空气温度，一只保持湿润测湿球温度，干湿球温差反映相对湿度。环境温度0~40℃相对湿度20%~100%测量精度±2%~5%RH可远传、自动记录和控制；需要有维持湿球温度的措施注意事项：

1、风管式湿度传感器附感测棒，并可直接安装于风管上。

2、外气型湿度传感器应附防水盒。

3、湿度传感器应安装在空气流通、能反映被测房间或风管内空气状态的位置，安装位置附近不应有热源或水滴。

压差传感器常用的压差传感器：类别基本原理精度特点及应用名称分类弹性式弹簧管式、膜片式、波纹管式、板簧式等弹性元件在压力作用下产生弹性变形0.1%~2.5%结构简单、使用方便、价廉、测量范围宽、用来测量压力及真空度，可就地指示、远传、控制、记录或报警电气式电位器式、应变片式、电感式、压阻式、压电式、电容式等将压力转换成电阻、电容、电感等电量0.2%~2.5%反应快、测量范围广、便于远传，其中电位式由于存在摩擦，仪表可靠性差；应变片式具有较好动态特征，适用于快速变化的压力测量注意事项:

压差传感器应配置隔离阀，供维修用。流量计与液位计1、流量计流量分为瞬时流量和总流量，可以是体积流量，可以是质量流量。其中，测量流体瞬时流量的仪表叫流量计。流量计按照原理的不同可分为压差式、转子式、动压式、速度式、超声波流量计、电磁流量计等。注意事项：被测介质应充满全部管道界面连续地流动，管道内流动状态是稳定的且流量传感器安装位置前后应有保证产品所要求的直管段长度。2、液位计常用液位计包括静压式、浮力式、电气式、超声波式、光电式。其中，超声波式和光电式可以非接触测量、准确性高、惯性小

常用执行器电磁阀与变频器1电动调节风阀3电动调节阀2电动调节阀2电动调节风阀3电动调节阀2电动调节风阀3电动调节阀2电磁阀与变频器电磁阀：是用电磁铁推动阀门的开启与关闭动作的电执行器，主要优点是体积小、动作可靠、维修方便、价格便宜，通常用于口径在40mm以下的两位控制中，尤其多用于接通、切断或转换气路、液路等。电磁阀的型号可根据工艺要求选择，其通径可与工艺管径相同。需要注意根据工艺要求选择常开或常闭型。变频器：变频器不仅可以保证电动机的软启、软停，而且运行过程可无级调速。从控制性、操作性、维护性、安装的容易性和效率高低等方面综合情况来看，目前风机与水泵采用变频调速方法已成为首选的调节方法。电动调节阀电动调节阀的构成：由电动执行机构和调节阀两大部分组成。调节阀因结构、安装方式和阀芯形式不同分为多种，常见的调节阀为两通阀和三通阀。电磁阀与电动比例调节阀的比较：名称开关形式工作性质适合工艺电磁阀线圈驱动，只能开和关流通系数小，工作压力差小，水质要求比较高适合特殊的工艺要求电动比例调节阀电机驱动，可以做调节耐电压冲击，水质要求相对较低一般用于比例调节，也可以是开关量的电动调节阀及执行器V7S蒸汽阀及执行器V7座阀及执行器V6蝶阀及执行器V8球阀及执行器A7系列阀门执行器V7H蒸汽阀及执行器电动调节风阀电动调节风阀是空调系统中必不可少的设备，可以手动操作，也可以自动调节。电动调节风阀也是由电动执行器和风阀组成的。风阀按照其结构特点的不同可以分为单叶和多叶；其中单叶又分为蝶式和菱形，多叶分为平行、对开、菱形和复式。平行式电动调节风阀对开式叶片电动调节风阀平行式叶片风阀：利用叶片转角大小来调节风量，各叶片动作方向相同；对开式叶片风阀：利用叶片转角大小来调节风量，相邻两叶片动作方向相反；电动调节风阀调节阀的流量特性：反映了调节阀的相对流量与相对行程之间的关系，即Q/Qmax=f(l/lmax);压力损失比S值，也称阀权度：S=ΔPmin/ΔPo;平行式多叶调节阀的工作流量特性对开式多叶调节阀的工作流量特性对于平行式叶片风门，风阀全开时S=0.3~0.5;而对于对开式调节风门，全开时S=0.1.从减少噪音和能量损失的观点看：对开式叶片风阀较平行式叶片风阀好。电动调节风阀执行器◆

电源供电，AC24V

或DC24V◆

0-10V

或4-20mA控制信号可选◆位置反馈0-10V信号◆方向可调（逆/顺时针）◆负载和空载都保持恒定运行时间◆整个操作过程恒定扭距◆同步好，低噪音◆有限空间的直接安装◆万能转接头，支持多种风阀轴连接◆可选择旋转角度◆可通过按钮手动控制电动调节风阀执行器控制器

（现场控制设备）直接数控制器

directdigitalcontroller

（DDC）控制器与调节方法可编程控制器programmablelogiccontroller

（PLC）控制器与调节方法PLC与DDC特点比较：名称应用领域结构差别协议差别软件特性专业性扩展性安全性模块化调试繁简度PLC工业控制领域装置专有的现场总线标准通用组态软件强方便扩展高模块化系列有限麻烦DDC专业楼宇系统分散式控制系统支持多种协议标准专用软件弱很难扩展低模块化系列冗余简单自控系统的结构形式根据结构形式的特点，自控系统可分为集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统。控制系统的结构特点控制规律定义：是指在控制系统中，由于控制调节算法的不同，输出信号随输入信号变化的规律。常见的控制调节算法包括：双位调节、分程调节、比例调节、比例积分调节、PID调节、串级调节、以及自适应控制、模糊控制等现代控制理论方法。举例：PID调节按偏差的比例（proportional）、积分（integral）和微分（derivative）进行控制的调节器（简称PID调节器）是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。它结构简单，参数易于调整。

PID控制PID控制的特点：

P--比例控制系统的响应快速性，快速作用于输出（快）

I--积分控制系统的准确性，消除过去的累积误差（准）

D--微分控制系统的稳定性，具有超前控制的作用（稳）具体案例分析--全回风空调箱自动控制原理图全回风空调箱自动控制原理图全回风空调箱自动控制说明控制说明：1.本控制为恒温控制系统，为达恒温控制需要的控制管理功能，承商需采用可独立操作分布式微处理器，含LCD液晶数字设定显示器,并有内置冬夏切换功能;2.LCD系统如下：风管型（房间型）温度传感器TS感测回风温度，可经由恒温控制依据LCD设定之温度，控制比例式电动二通控制阀组M,以冰水量的变化来调节所需的出风温度;3.为达节约能源的目的，本空调系统停止运行时，比例式电动控制阀组需具有由处理器自动关断功能。具体案例分析--全新风空调箱自动控制原理图全新风空调箱自动控制原理图全新风空调箱自动控制说明控制说明：1.本控制为新风控制系统，为达恒温控制需要的控制管理功能，承商需采用可独立操作分布式微处理器，含LCD液晶数字设定显示器,并有内置冬夏切换功能;2.LCD系统如下：风管型（房间型）温度传感器TS感测送风温度，可经由恒温控制依据LCD设定的温度，控制比例式电动二通控制阀组MV,以冰水量的变化来调节所需的出风温度;3.新风管上电动阀(ON/OFF型，常闭)与空调箱风机联锁;4.为达节约能源的目的，本空调系统停止运行时，比例式电动控制阀组需具有由处理器自动关断职功能。具体案例分析—组合式空调箱自动控制原理图组合式空调箱自动控制原理图组合式空调箱自动控制说明（一）控制说明：1.所有控制回路系单独经由分布式微处理器DDC具有LCD液晶设定显示器控制，且亦可与中央计算机连线操作，并具有PID焓值，风速，含浮动控制，脉宽调整，定时器，标准逻辑等等控制功能。2.LCD液晶设定显示器可依据现场需求程序化各按键之功能，并显示英文，数字之功能，亦可达控制输出（含内比控制）的调整设定，即具有密码管制功能，如启停管制，PID参数调整控制，可以根据现场使用要求做不同规划。与中央监控系统联机时，显示器具有系统子母钟功能，可同步显示时间。3.室内型温度RT/湿度RH传感器感测室内温度/湿度，经分布式微处理器DDC进行纪录监视。4.室内型温度和湿度传感器RT/RH感测室内温/湿度，经分布式微处理器DDC控制比例式电动二通阀组M2V-1之开度作降温除湿功能或控制电热加湿器之SCR作加湿功能。另分布式微处理器DDC亦透过房间型温度RT传感器控制二通阀组M2V-2之开度作加热功能以补室内显热不足。组合式空调箱自动控制说明（二）5.风压开关APS感测风机状态，若动作异常时，液晶设定显示器LCD显示警告讯息且停止系统运行，直到故障排除按下RESET键复归后，方可重新启动系统。6.风压开关DPS感测过滤网过滤效率，若过滤网脏时，液晶设定显示器警告讯息，以通知管理人员清洗维护。7.电子比例式电动二通控制阀组M2V具有阀位指示输出讯号，可经由分布式微处理器监视，以确定电动阀组动作是否正常。8.电子比例式电动二通控制阀组M2V具有自动电器复归功能，当空调风车停止运转时，复归至常闭位置以达节能之目的。9.电热加湿器需安装电极棒式液位保护开关串联至DDC控制SCR。10.侦烟传感器SD与空调风机连锁，若感测送风烟雾浓度过高时，切断空调风机的运行。11.室内安装大型LED显示器，通过微处理器输出在其上显示室内温湿度，同时室内安装PL报警指示灯，当温湿度偏差过大则做出报警指示。具体案例分析—一般空调自动控制原理图一般空调自动控制原理图一般空调自动控制说明控制说明：1.本控制为恒温控制系统，为达恒温控制需要的控制管理功能，承商需采用可独立操作分布式微处理器，含LCD液晶数字设定显示器,并有内置冬夏切换功能；2.LCD系统如下：a.风