《电气工程课件：仪表与控制技术》

电气工程课件：仪表与控制技术本课程深入浅出地讲解了仪表和控制技术在电气工程中的应用，涵盖了测量、控制和自动化等多个领域，为同学们在电气工程领域打下坚实的基础。课程简介本课程主要介绍电气工程中仪表和控制技术的基本理论和应用，旨在帮助同学们掌握电气测量、控制系统设计、自动化系统应用等方面的知识和技能。课程内容涵盖了从基础的测量技术到现代的自动化系统，重点讲解了常用仪表、PLC控制、工业现场总线、过程控制等关键技术，以及它们在电力系统、工业生产等领域的应用。仪表的定义和分类定义仪表是用来测量物理量并以可视化的形式显示测量结果的装置，是自动控制系统中重要的组成部分。分类仪表可按测量对象的物理量分类，例如电压表、电流表、温度计等；也可按测量原理分类，例如电磁式、热电式、光电式等。测量基本概念准确度测量结果与真实值之间的接近程度，反映了仪表的精度水平。灵敏度仪表对测量量的微小变化的响应程度，反映了仪表的敏感性。响应速度仪表对测量量变化的反应速度，反映了仪表的动态特性。稳定性仪表在一定时间内保持测量结果一致性的能力，反映了仪表的可靠性。测量系统的构成传感器将非电量转换成电量的装置，例如热电偶、压力传感器等。信号调理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波、转换等处理，以满足仪表的要求。显示仪表将处理后的信号显示出来，例如指针式仪表、数字显示仪表等。测量误差及其分类1系统误差2随机误差3人为误差测量误差是测量值与真实值之间的差异，它会影响测量结果的准确性。量程和分辨率的概念量程仪表能够测量的最大值和最小值之间的范围，例如0-100V。分辨率仪表能够分辨的最小测量值，例如0.1V。常用电气量的测量1电压电路中两点之间的电位差，用电压表测量。2电流电路中电荷流动的速率，用电流表测量。3功率电路中消耗的能量速率，用功率表测量。4频率交流电在单位时间内变化的次数，用频率计测量。电压测量技术1数字电压表采用数字信号处理技术，精度高，读数方便。2模拟电压表采用指针式仪表，价格低廉，但精度较低。3示波器可以观察电压随时间的变化情况，适用于动态信号的测量。电流测量技术1钳形电流表利用磁感应原理测量电流，方便快捷，无需断开电路。2电流互感器将高压大电流转换成低压小电流，方便安全地测量电流。3霍尔电流传感器利用霍尔效应测量电流，具有高精度、响应速度快等特点。功率和功率因数测量1有功功率电路中实际消耗的功率，用瓦特（W）表示。2无功功率电路中用于建立磁场的功率，用乏（Var）表示。3功率因数有功功率与视在功率的比值，反映电路的利用率。电力参数测量仪表多功能仪表可以同时测量电压、电流、功率、频率等多个参数。电力质量分析仪可以分析电力系统的电压波动、谐波、暂态等电力质量问题。温度测量技术1热电偶利用两种不同金属的接点温度差产生热电势来测量温度。2热电阻利用金属电阻随温度变化的特性来测量温度。3热敏电阻利用半导体电阻随温度变化的特性来测量温度。压力和流量测量压力传感器将压力转换为电信号，用于测量流体压力。流量传感器测量流体流过管道或容器的流量，常用的类型包括涡街流量计、电磁流量计等。物位和液位测量液位计测量液体在容器中的高度，常用的类型包括浮子式液位计、超声波液位计等。物位计测量固体物料在容器中的高度，常用的类型包括振动式物位计、雷达物位计等。工业控制系统概述PLC的结构和工作原理中央处理单元(CPU)负责控制整个PLC的运行，执行程序和逻辑运算。输入/输出(I/O)模块用于连接传感器和执行机构，实现与外部设备的通信。存储器用于存储用户程序、系统数据和参数。PLC的编程方法梯形图使用类似于继电器控制电路的图形语言，易于理解和使用。指令表使用类似于汇编语言的指令代码，效率高，但可读性较差。功能块图使用类似于流程图的图形语言，便于描述复杂的控制逻辑。结构化文本使用类似于高级语言的文本语言，可读性好，效率高。传感器在控制系统中的应用温度控制温度传感器可以测量温度，并将信号传递给PLC，控制加热或冷却设备。压力控制压力传感器可以测量压力，并将信号传递给PLC，控制阀门或泵的运行。执行机构的类型和选择1电机用于驱动旋转机械，例如风机、水泵等。2气动执行器利用压缩空气驱动阀门、气缸等。3液压执行器利用液压油驱动阀门、气缸等，适用于大负载的场合。工业现场总线技术1Profibus德国标准的现场总线，应用广泛，支持多种协议。2CANbus汽车领域常用的现场总线，具有高可靠性、抗干扰能力强等特点。3Modbus开放的现场总线协议，应用广泛，支持多种设备通信。自动化系统的组成及功能1现场层2控制层3管理层自动化系统包括现场层、控制层和管理层，每个层级都有其特定的功能。过程控制的基本概念1过程变量需要控制的物理量，例如温度、压力、流量等。2设定值过程变量的目标值，由用户设定。3偏差过程变量与设定值之间的差值，反映了控制系统的误差。4控制算法根据偏差调整控制信号，使过程变量稳定在设定值附近。PID控制器原理及应用1比例控制控制信号与偏差成正比。2积分控制控制信号与偏差的积分值成正比。3微分控制控制信号与偏差的变化率成正比。分布式控制系统(DCS)架构DCS采用分布式控制方式，将控制任务分散到多个控制器，提高系统的可靠性和可扩展性。应用DCS广泛应用于电力、石化、冶金等大型工业领域。工业以太网与工业物联网工业以太网以太网技术在工业领域的应用，支持高速数据传输，为工业自动化系统提供可靠的通信基础。工业物联网将工业设备、传感器、控制器等连接起来，实现数据采集、分析和控制，推动工业智能化发展。发电厂及输电线路的自动化发电厂自动化采用DCS、PLC等控制技术，实现发电厂的自动控制和优化运行，提高发电效率和安全可靠性。输电线路自动化利用SCADA系统，实现对输电线路的远程监控和控制，提高输电效率和可靠性。工业机器人技术概述1机器人类型工业机器人主要分为焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人等。2机器