工业控制及自动化仪表基础知识[1]

危险现场
安全场所（控制室）
变
送
防爆栅
器
电
调节器
变
送
防爆栅
源
器
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
本安仪表 本安系统
防爆栅：是对送往现场的电压和电流进行严 格限值的单元，可保证在各种状态下进入 现场的电功率都在安全范围之内。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
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。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
检测仪表
n 温度检测仪表 n 压力检测仪表 n 流量检测仪表 n 液位检测仪表 n 成分分析仪表
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
温度检测仪表
n 热电偶 n 热电阻 n 半导体热敏电阻
（热电阻使用方便，便宜，热容大，反映 慢，测温范围不如热电偶大）
半导体热电阻体积小，适用于设备内测 温，测温范围也小，精度不高。
容易改造 体积小，重量轻，能耗低
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
应用领域
开关量逻辑控制（顺序控制） 闭环过程控制 位置控制 监控系统 分布控制系统
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
PLC与其他工业控制系统的比较
n 与继电器控制的比较 n 与个人计算机控制的比较 n 与单板机控制的比较 n 与DCS控制的比较
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
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
工业控制及自动化仪表 基础知识
2020/11/11
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
主要内容
n 常用控制电器 n 继电器－接触器控制系统的设计原则 n 继电器－接触器控制线路设计中应注意的问题 n PLC简介（构成、特点、应用领域） n PLC与其他工业控制系统的比较 n 电动单元组合仪表简介 n 检测仪表 n 调节器 n 执行器和防爆栅 n DCS简述
正确选择电器设备选型时要考虑工作方式、线路电
压和电流等级，考虑触点的断弧容量（双触点串联可提高 断弧能力），辅助触点的数量等。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
故障安全原则 当系统中出现设备损坏或故障时，不
能发生误操作和故障的扩大。 例：操纵制动器的电磁铁 表示合闸状态的指示灯 急停开关、拉绳开断的状态选取
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。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
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
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
国产仪表
60年代，电子管和磁放大器，DDZ-I,0-10mA 70年代，晶体管，DDZ-II，0－10mA 80年代，线性集成电路,火花防爆，DDZ-III,4-20mA
工艺介质
调节对象
被调量
检测元件
执行单元
单元组合仪表
调节单元
变送单元
测量值 给定值
操作单元
给定单元 显示单元
启动，典型的启保停电路） 欠压保护（电压继电器）
对电机的基本保护，如过载保护、端相保 护、短路保护等，一般在一个保护装置中 完成
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
PLC简介（构成、特点、应用领域）
国际电工协会（IEC）定义：可编程控制器是一种数字 运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它 采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过 数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生 产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业 控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
防爆栅
防爆的思想
结构防爆：将可能产生危险火花的电路从结构上与爆炸性气 体隔离开来。（充油、充气、充砂、隔爆）
本安防爆（安全火花防爆）：把电路在短路、开断及误操作
等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火
能量之下，从爆炸发生的根本原因上采取措施解决防爆问
题。
继电器触头的分断合接通能力 触点并联的作用、
电器连锁和机械连锁 控制电路是否跳闸：控制电路由于电源等原因断电
或控制器死机时，是否发出主机跳闸的命令，要根据具体 系统设计，一般要求控制电路重新启动时不影响主系统的 运行。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
控制线路力求简单、经济
n 尽量减少触点数目 n 尽量缩短连接导线的数量和长度 n 控制线路在工作时，除必要的电气元件需
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
设计中要注意的问题
保证控制线路的可靠和安全
正确连接电器的触头
正确连接电器的线圈
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
n 控制电源一端接地时应防止发生意外
KM
KM
防止出现寄生回路
KM2
L1 KM1
KM1
KM1
KM2
KM2 L2
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
防止电气元件触点“竞争” “先断后合型”、“先合后断型”
68年GM公司提出10条技术指标在社会上公开招标，69 年DEC根据要求研制出第一台PLC并中标。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
构成
按钮 辅助触点 限位开关 电源
可编程控制器
输 CPU模块 输
入
出
模
模
块
存储器
块
编程器
接触器 电磁阀 指示灯 电源
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
特点
可靠性高，抗干扰能力强 配套齐全，功能完善，适用性强 易学易用，深受工程技术人员欢迎 系统的设计、建造工作量小，维护方便，
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
常用控制电器
n 接触器 n 继电器 n 主令电器 n 保护电器和组合电器
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
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。
与DCS控制的比较
PLC是由继电器控制逻辑发展而来的，集散控制系统是 由回路仪表控制发展而来的。二者的发展均都是计算机控 制技术发展的直接体现。
PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定的优势，而集散 系统在回路调节、模拟量控制方面有一定优势。 二者相互渗透、互为补充，PLC与DCS的差别已不明显， 它们都能构成复杂的分级控制，从趋势来看，二者的归属 和统一是全分布式计算机控制系统。 听说过DDC吗？
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
调节器
本节内容复杂，涉及到自动化控制的比较核 心的算法部分，以后如果需要单独作为一 个讲座。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
执行器和防爆栅
执行器
气动执行器以压缩空气为动力 电－气转换器一般将电流转换为气压 阀门定位器将电流信号转换为阀门位移，含电气转换 电动执行器
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
压力检测仪表
n 力平衡式压力（差压）变送器 n 位移式差压（压力）变送器 n 固态测压仪表（压电效应、压阻效应、压
磁效应）（主流）。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
流量检测仪表
n 节流型流量计（孔板、靶式、动子） n 容积式（椭圆齿轮） n 涡轮流量计（精度介于上者之间） n 电磁流量计（可测含纤维及污物的液体，
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
保护电器和组合电器
熔断器：又称保险丝，起短路保护作用 自动开关：又称空开，有过载、短路、欠
压保护作用，可用于不频繁启动的电机控 制。 磁力启动器：是一种组合电器，由接触器、 隔离开关、熔断器、热继电器和按钮等组 合而成。
什么是隔离开关？
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
所以，本质上PLC就是一种用于工业自动化 控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能 力强，价格也比一般微机系统低。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
与单板计算机控制的比较
单板机不如PLC掌握 单板机不如PLC简单 PLC不如单板机灵活 单板机不如PLC可靠（？）
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
通电外，其余电器尽量不长期通电，以延 长电气元件的寿命和节约电能及减少发热 n 采用标准件，尽可能选用相同型号的元件 n 尽量使用标准的、常用的或经过实际考验 过的线路和环节
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
完善的保护环节
短路保护（空开有短路和过载保护的作用） 过电流保护（电机保护一种，常用继电器完成） 过载保护（热继电器） 失压保护（防止电源电压恢复时电机自行
适用于腐蚀性液体，但导电率不能太小， 不能用于油和纯水，不能有气泡） n 漩涡流量计(旋进型和涡街型，涡街为主流）
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
液位检测仪表
浮力式（浮子式、翻板式） 静压式 电容式 超声波 雷达
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
成分分析仪表
热导式（根据气体导热系数） 红外线（根据吸收谱） 色谱（液相色谱，气相色谱）
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
电动单元组合仪表简介
自动化仪表作为一种专门的仪表，最早出现在上世纪 40年代，由于石油、化工、电力等工业对自动化的需要， 出现了将测量、记录、调节仪表组合在一起的多功能自动 化仪表。后来，人们发现多功能仪表的结构不够灵活，不 如将仪表按功能划分，制成若干种能独立完成一定功能的 标准单元，各单元间以标准联络信号相互联系，这样通过 选择一定的单元，积木式地把仪表组合起来，构成各种复 杂程度不同的控制系统。这种积木式的仪表就称为单元组 合仪表。这种做法不论对仪表厂的大量生产还是用户的选 用和维护都是有利的。这些年随着计算机技术的进步，仪 表的功能结构又重新向多功能转变。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
与继电器控制的比较
控制逻辑（硬接线与软接线） 工作方式（硬接线全联动和顺序扫描） 控制速度 时间控制 技术控制 设计、施工和改造 可靠性和可维护性 价格
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
与个人计算机控制的比较
本质上个人计算机和PLC是面向不同应用领 域的计算机系统。个人计算机的最大特征是运算 速度快，功能强，应用范围广。如果采用PC作为 某一设备的控制器，就必须根据实际需要考虑抗 干扰问题和硬件及软件设计，以适应设备控制的 需要。这样就势必把通用的PC转化为具有特殊功 能的控制器而称为一台专用机。
继电器－接触器控制系统的设计原则
正确地设计控制线路 功能正确，在最大限度满足
设备对电气控制线路要求的前提下，力求控制线路简单、 布局合理，器件选型正确并便于操作和维修。
设置必要的保护除基本的短路、过载、欠压保护外，
应根据实际情况配置必要的保护，保证系统安全可靠。但 不是保护越齐全越好，因为保护越多，线路越复杂，故障 几率越多，有可能降低系统的可靠性。
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。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
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。
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
接触器主要技术参数
n 额定工作电压（主触头的额定电压） n 额定工作电流（主触头的额定电流） n 电磁铁线圈的额定电压 n 额定操作频率 n 触头数目（主触头和辅助触头） n 接通和分断能力
工业控制及自动化仪表基础知识[1]
继电器
继电器是根据某种物ຫໍສະໝຸດ Baidu量的变化来改变其触 点状态的控制元件。