开关量控制课件PPT学习
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3.1 概述
开关量变送器：就是将被测参数转化为标准开关量信息输出的测量设备。 •要 求 ： 结 构 简 单 、 体 积 小 、 中 间 转 换 环 节 少 ， 可 靠 性 高 、 造 价 低 。 •也 可 以 先 转 换 出 模 拟 量 信 号 再 经 比 较 器 转 换 成 开 关 量 ， 但 这 种 方 法 环 节 多 ， 结 构 复杂，价格与故障率均较高，因此通常不这样做。
、四取三等。
逻辑表达式：
Y ABCD
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逻辑表达式：
Y ABC BCD ACD ABD
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多重化摄取法，虽然增加了变送器的数 量，但对提高测量的准确性，增加系统的可 靠性，还是很有必要的。
对热工保护系统，除了要求其检测信 号必须正确可靠外，还要求保护装置的逻 辑处理部分和执行机构也必须正确、可靠 地动作，这些部分也可以用多重化方法提 高可靠性。
4、火焰检测器
• 火焰检测器用于监视锅炉燃烧器的火焰情况。输入检测探头的火焰信号（强度和频率）通过交换电路处理 后成为开关量信号。
• 火焰检测器的种类有火焰导电电极、紫外线火焰检测器和红外线火焰检测器等。
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3.4 开关量信号的摄取方法
通过对实际系统运行经验的总结，了解到开关量控制系统的故障主要出现在检 测部分。所以我们从讨论信号单元的可靠性出发，讨论提高开关量系统可靠性的途 径。
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1、流量开关
• 测量要求较准确的场合 • 节流装置+压差开关 • 例如：孔板、喷嘴等标准节流装置
• 测量不要求准确的场合 • 管道中所设滤网的堵塞信息、磨煤机的断煤信息、润滑油泵起动后回油的信息等
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压板
挡板
微动开关
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2、液位开关
• 浮子式 • 工作压力不超过3MPa • 工作温度不超过150°C
－误动作次数
注意，上述表达式是统计值，应该是在较长时间（如一年）的统计结果。
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1、单一信号法
此时信号单元与检测元件的误动作率、 拒动作率相等。即
Ｐ＝ｐ
Ｑ＝ｑ
式中： Ｐ、Ｑ为信号单元的误动作率和拒动作率。 ｐ、ｑ为传感器的误动作率和拒动作率。
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2、信号串联法 单元逻辑表达式：
可靠性(Reliability) ： 在一定的使用条件和规定的使用时间内，系
统持续完成设计功能的概率。
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从热工保护系统发生故障的效果看，故障 可分为拒动作和误动作两类。 误动作率： Ｐ＝误动作次数／实际动作次数 拒动作率： Ｑ＝拒动作次数／应当动作次数 实际动作次数=正确动作次数＋误动作次数 应当动作次数=实际动作次数＋拒动作次数
3、温度开关
0～100°C 100～250°C 250°C以上
固体膨胀式的温度开关； 气体膨胀式的温度开关； 热电偶或热电阻温度计，经
测量变送器变为模拟量信号 ，再通过电量转换开关转换 为开关量信息。 例:施密特触发器。
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片状
杆状
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施密特触发器—模拟量转开关量
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（1）闸阀及其结构示意图
闸板 上下运动
适用：大口径管道， 例如汽水通道
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（2）截阀及其结构示意图
阀瓣 上下运动
适用：Dg100mm 以下的管道。
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（3）蝶阀及其结构示意图
蝶板 旋转运动
不适用：高温高压 介质。
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第41页/共46页
（4）球阀及其结构示意图
• 当传动元件上的作用力移去后，动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达 到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。
• 微动开关的触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。其动触点的动作速度 与传动元件动作速度无关。
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3.2 开关量压力变送器
• 压力开关：测量介质的压力，当介质压力达到（高于或低于）切换值时，输出开关量信息。 • 测量元件一般有：弹簧管型，活塞型，膜片型，波纹管型。 • 差压开关：压力开关的一种，测量元件为双室，被测压差引到弹性元件两侧。
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弹簧管型压力开关
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动作值 F1 F2+F3(忽略开关力矩)
返回值 F1 F2 (忽略开关力矩) 14 第14页/共46页
3.3另外几种类型的开关量变送器
• 1、流量开关 • 2、液位开关、料位开关 • 3、温度开关 • 4、行程开关、位置开关 • 5、火焰检测器 • 6、光敏开关 • 7、定时开关
Y AB
误动作率： Ｐ＝ＰaＰb
拒动作率： Ｑ＝１－(１－Ｑa)(１－Ｑb) ＝Ｑa＋Ｑb－ＱaＱb
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3、信号并联法 逻辑表达式：
Y AB
误动作率： Ｐ＝１－（１－Ｐa）（１－Ｐb）
＝Ｐa＋Ｐb－ＰaＰb 拒动作率：
Ｑ＝ＱaＱb
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4、信号的多重化摄取法 常用的有先串后并、先并后串，三取二
2、电动阀门的主要组成部分及功能
整定阀门的 启闭位置
三向异步电动机，按 10-15min短时工作制 设计，40W-10kW
限定电机装置 的输出转矩
启闭闸阀和 截止阀等
电动机通过主传动机 构减速后带动阀门的 启闭件，正齿轮传动 和蜗杆蜗轮传动
启闭蝶阀和 球阀等
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三.阀门电动装置的控制电路
• 3、切换差 要有足够数值，并且可调。
7
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3、开关量信息的获取方法
• 1、通过各种形式的开关量变送器获得 如压力、流量、液位、温度、电量等。 开关量变送器通常仅由测量元件、杠杆机构和微动开关组成。
• 2、通过模拟量转换至开关量 模拟量由常规变送器测得，在经过诸如差值转换器、限幅报警器或者二次仪表的 触点转换而来。
36
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3.5 执行机构
• 执行机构：是开关量控制系统的最后环节，它执行逻辑控制装置发出的指令，去 完成某一特定的控制任务。
• 常见的执行机构有：电动阀门、气动阀门、电动机 。
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3.6 开闭式阀门的操作及控制电路
一.火电厂使用的开闭式阀门概况 • 阀门及其操控要求 • 阀门电动装置：接受开关量信息，直接操作阀门的开闭的电动执行器。 • 电动阀门：阀门+电动装置
24
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4、行程开关
行程开关也称为位置开关，主要用于将机械位移变为电信号 ，以实现对机械运动的电气控制。当机械的运动部件撞击触杆时 ，触杆下移使常闭触点断开，常开触点闭合；当运动部件离开后 ，在复位弹簧的作用下，触杆回复到原来位置，各触点恢复常态 。
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5
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常用名词、术语
• 7、切换差（回差） • 上切换值与下切换值之差。 • 8、重复性误差 • 相同条件下，输入变量按照同一方向变化时，连续多次测得的切换值之最大变化值。
6
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2、开关量变送器主要技术指标
• 1、动作的稳定性 多次测量时动作值和返回值的稳定。
• 2、动作的可靠性 长时间待机后一旦有动作要非常可靠。尤其在自动保护系统和顺序控制系统中。
电梯层信号可看成多个开关量信号的组合。
3
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常用信号的控制仪表，如行程
开关，料x 位x开1 关，y压力y1开关，温度开关等装置。
• (1) 当 x x2 时，y y2 ；
• (2) 当 x1 x 时x2 ， x
y
x1
y ； 1
带孔的球体 旋转运动
可适用：高压，但 工作温度有一定限 制。
42
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二.电动阀门的主要组成部分及功能
• 电动装置必须保证能够完全与阀门的操作特性相配合，主要的几点：
最大输出转矩 阀门操作行程 合适的操作速度 应配有手动装置 电动装置和阀门可分别安装 有完善的防护措施
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变送器输出
y2
• (3) 当y y1 能 x 。如果
时， 可能是 也可
是x增2 方向y通2 过 时，
则 y y2
y1
被测参数
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x1 4 x2
常用名词、术语
• 4、切换值 • 使输出变量改变的任一输入变量。 • 5、上切换值（动作值） • 输入变量增大时，使输出变量改变的输入变量值。 • 6、下切换值（返回值） • 输入变量减小时，使输出变量改变的输入变量值。
1
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1、常用名词术语
•1 、 设 定 值 用来设定被测量的预期参比信号。 上下限值，不同的动作值。 例如：电压监测，若100v~120v是正常范围，低于100v，高于120v，要发出报警信号。
2
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常用名词术语
• 2、位式作用： 开关量变量值的数目，一般只取有限的数目。 • 二位：开关的通/断，信号的高/低，等。 • 三位：电动机的正/反/停转，变量的正/负/零。 • 多位：高/低 1值、2值、3值……
• 3、采用显示仪表上的附加开关。可靠性差 ，一般不采用
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微动开关的外 观
定义
微动开关 是一种施压促 动的快速转换 开关，因为其 开关的触点间 距比较小，故 名微动开关， 又叫灵敏开关。
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微动开关内部结构
操作钮
动触点
拉钩
静触点
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工作原理
• 外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，当 动作簧片位移到临界点时产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接 通或断开。
补充内容（继电-接触器控制系统）
1、常用控制电器
（1）刀开关； （2）组合开关；
（3）按钮；
（4）行程开关；
（5）熔断器； （6）交流接触器；
（7）继电器。
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谢谢观看！
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18
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• 电极式
• 仅适用 于导电 度较高 的液体
中间继电器
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继电器
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液位开关小结： • 浮子式液位开关：适用于工作压力和温度有限制的场合； • 电极式液位开关：仅适用于导电度较高的液体； • 平衡容器+差压开关：高温高压的场合。
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开关量变送器：就是将被测参数转化为标准开关量信息输出的测量设备。 •要 求 ： 结 构 简 单 、 体 积 小 、 中 间 转 换 环 节 少 ， 可 靠 性 高 、 造 价 低 。 •也 可 以 先 转 换 出 模 拟 量 信 号 再 经 比 较 器 转 换 成 开 关 量 ， 但 这 种 方 法 环 节 多 ， 结 构 复杂，价格与故障率均较高，因此通常不这样做。
、四取三等。
逻辑表达式：
Y ABCD
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第34页/共46页
逻辑表达式：
Y ABC BCD ACD ABD
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多重化摄取法，虽然增加了变送器的数 量，但对提高测量的准确性，增加系统的可 靠性，还是很有必要的。
对热工保护系统，除了要求其检测信 号必须正确可靠外，还要求保护装置的逻 辑处理部分和执行机构也必须正确、可靠 地动作，这些部分也可以用多重化方法提 高可靠性。
4、火焰检测器
• 火焰检测器用于监视锅炉燃烧器的火焰情况。输入检测探头的火焰信号（强度和频率）通过交换电路处理 后成为开关量信号。
• 火焰检测器的种类有火焰导电电极、紫外线火焰检测器和红外线火焰检测器等。
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3.4 开关量信号的摄取方法
通过对实际系统运行经验的总结，了解到开关量控制系统的故障主要出现在检 测部分。所以我们从讨论信号单元的可靠性出发，讨论提高开关量系统可靠性的途 径。
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1、流量开关
• 测量要求较准确的场合 • 节流装置+压差开关 • 例如：孔板、喷嘴等标准节流装置
• 测量不要求准确的场合 • 管道中所设滤网的堵塞信息、磨煤机的断煤信息、润滑油泵起动后回油的信息等
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压板
挡板
微动开关
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2、液位开关
• 浮子式 • 工作压力不超过3MPa • 工作温度不超过150°C
－误动作次数
注意，上述表达式是统计值，应该是在较长时间（如一年）的统计结果。
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1、单一信号法
此时信号单元与检测元件的误动作率、 拒动作率相等。即
Ｐ＝ｐ
Ｑ＝ｑ
式中： Ｐ、Ｑ为信号单元的误动作率和拒动作率。 ｐ、ｑ为传感器的误动作率和拒动作率。
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2、信号串联法 单元逻辑表达式：
可靠性(Reliability) ： 在一定的使用条件和规定的使用时间内，系
统持续完成设计功能的概率。
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从热工保护系统发生故障的效果看，故障 可分为拒动作和误动作两类。 误动作率： Ｐ＝误动作次数／实际动作次数 拒动作率： Ｑ＝拒动作次数／应当动作次数 实际动作次数=正确动作次数＋误动作次数 应当动作次数=实际动作次数＋拒动作次数
3、温度开关
0～100°C 100～250°C 250°C以上
固体膨胀式的温度开关； 气体膨胀式的温度开关； 热电偶或热电阻温度计，经
测量变送器变为模拟量信号 ，再通过电量转换开关转换 为开关量信息。 例:施密特触发器。
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片状
杆状
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施密特触发器—模拟量转开关量
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（1）闸阀及其结构示意图
闸板 上下运动
适用：大口径管道， 例如汽水通道
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（2）截阀及其结构示意图
阀瓣 上下运动
适用：Dg100mm 以下的管道。
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（3）蝶阀及其结构示意图
蝶板 旋转运动
不适用：高温高压 介质。
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第41页/共46页
（4）球阀及其结构示意图
• 当传动元件上的作用力移去后，动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达 到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。
• 微动开关的触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。其动触点的动作速度 与传动元件动作速度无关。
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3.2 开关量压力变送器
• 压力开关：测量介质的压力，当介质压力达到（高于或低于）切换值时，输出开关量信息。 • 测量元件一般有：弹簧管型，活塞型，膜片型，波纹管型。 • 差压开关：压力开关的一种，测量元件为双室，被测压差引到弹性元件两侧。
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弹簧管型压力开关
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动作值 F1 F2+F3(忽略开关力矩)
返回值 F1 F2 (忽略开关力矩) 14 第14页/共46页
3.3另外几种类型的开关量变送器
• 1、流量开关 • 2、液位开关、料位开关 • 3、温度开关 • 4、行程开关、位置开关 • 5、火焰检测器 • 6、光敏开关 • 7、定时开关
Y AB
误动作率： Ｐ＝ＰaＰb
拒动作率： Ｑ＝１－(１－Ｑa)(１－Ｑb) ＝Ｑa＋Ｑb－ＱaＱb
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3、信号并联法 逻辑表达式：
Y AB
误动作率： Ｐ＝１－（１－Ｐa）（１－Ｐb）
＝Ｐa＋Ｐb－ＰaＰb 拒动作率：
Ｑ＝ＱaＱb
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4、信号的多重化摄取法 常用的有先串后并、先并后串，三取二
2、电动阀门的主要组成部分及功能
整定阀门的 启闭位置
三向异步电动机，按 10-15min短时工作制 设计，40W-10kW
限定电机装置 的输出转矩
启闭闸阀和 截止阀等
电动机通过主传动机 构减速后带动阀门的 启闭件，正齿轮传动 和蜗杆蜗轮传动
启闭蝶阀和 球阀等
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三.阀门电动装置的控制电路
• 3、切换差 要有足够数值，并且可调。
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3、开关量信息的获取方法
• 1、通过各种形式的开关量变送器获得 如压力、流量、液位、温度、电量等。 开关量变送器通常仅由测量元件、杠杆机构和微动开关组成。
• 2、通过模拟量转换至开关量 模拟量由常规变送器测得，在经过诸如差值转换器、限幅报警器或者二次仪表的 触点转换而来。
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3.5 执行机构
• 执行机构：是开关量控制系统的最后环节，它执行逻辑控制装置发出的指令，去 完成某一特定的控制任务。
• 常见的执行机构有：电动阀门、气动阀门、电动机 。
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3.6 开闭式阀门的操作及控制电路
一.火电厂使用的开闭式阀门概况 • 阀门及其操控要求 • 阀门电动装置：接受开关量信息，直接操作阀门的开闭的电动执行器。 • 电动阀门：阀门+电动装置
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4、行程开关
行程开关也称为位置开关，主要用于将机械位移变为电信号 ，以实现对机械运动的电气控制。当机械的运动部件撞击触杆时 ，触杆下移使常闭触点断开，常开触点闭合；当运动部件离开后 ，在复位弹簧的作用下，触杆回复到原来位置，各触点恢复常态 。
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常用名词、术语
• 7、切换差（回差） • 上切换值与下切换值之差。 • 8、重复性误差 • 相同条件下，输入变量按照同一方向变化时，连续多次测得的切换值之最大变化值。
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2、开关量变送器主要技术指标
• 1、动作的稳定性 多次测量时动作值和返回值的稳定。
• 2、动作的可靠性 长时间待机后一旦有动作要非常可靠。尤其在自动保护系统和顺序控制系统中。
电梯层信号可看成多个开关量信号的组合。
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常用信号的控制仪表，如行程
开关，料x 位x开1 关，y压力y1开关，温度开关等装置。
• (1) 当 x x2 时，y y2 ；
• (2) 当 x1 x 时x2 ， x
y
x1
y ； 1
带孔的球体 旋转运动
可适用：高压，但 工作温度有一定限 制。
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二.电动阀门的主要组成部分及功能
• 电动装置必须保证能够完全与阀门的操作特性相配合，主要的几点：
最大输出转矩 阀门操作行程 合适的操作速度 应配有手动装置 电动装置和阀门可分别安装 有完善的防护措施
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变送器输出
y2
• (3) 当y y1 能 x 。如果
时， 可能是 也可
是x增2 方向y通2 过 时，
则 y y2
y1
被测参数
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x1 4 x2
常用名词、术语
• 4、切换值 • 使输出变量改变的任一输入变量。 • 5、上切换值（动作值） • 输入变量增大时，使输出变量改变的输入变量值。 • 6、下切换值（返回值） • 输入变量减小时，使输出变量改变的输入变量值。
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1、常用名词术语
•1 、 设 定 值 用来设定被测量的预期参比信号。 上下限值，不同的动作值。 例如：电压监测，若100v~120v是正常范围，低于100v，高于120v，要发出报警信号。
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常用名词术语
• 2、位式作用： 开关量变量值的数目，一般只取有限的数目。 • 二位：开关的通/断，信号的高/低，等。 • 三位：电动机的正/反/停转，变量的正/负/零。 • 多位：高/低 1值、2值、3值……
• 3、采用显示仪表上的附加开关。可靠性差 ，一般不采用
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微动开关的外 观
定义
微动开关 是一种施压促 动的快速转换 开关，因为其 开关的触点间 距比较小，故 名微动开关， 又叫灵敏开关。
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微动开关内部结构
操作钮
动触点
拉钩
静触点
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工作原理
• 外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，当 动作簧片位移到临界点时产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接 通或断开。
补充内容（继电-接触器控制系统）
1、常用控制电器
（1）刀开关； （2）组合开关；
（3）按钮；
（4）行程开关；
（5）熔断器； （6）交流接触器；
（7）继电器。
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谢谢观看！
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• 电极式
• 仅适用 于导电 度较高 的液体
中间继电器
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继电器
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液位开关小结： • 浮子式液位开关：适用于工作压力和温度有限制的场合； • 电极式液位开关：仅适用于导电度较高的液体； • 平衡容器+差压开关：高温高压的场合。
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