第二章2顺保开关量控制基础知识

(2)接触器
• 用于主电路的自动开关（通断）。 • 结构原理类同电磁式继电器。 • 特点：触点容量大，切换速度快，不抖 动，灭弧装置。 • 接触器结构示意图 • 接触器控制电动机线路图
接触器结构及其控制电动机线路
(3)常用控制电器符号
2.3 执行机构
• • • • (1)电动执行机构 (2)气动执行机构 (3)液动执行机构 (4)电磁阀
（5）温度开关
• 常见种类：气体膨胀式、固体膨胀式等。 • 气体膨胀式：温包+压力开关。等容下，T 升高，则P增大，由密封毛细管作用在压力 开关上。 • 固体膨胀式：不同固体的热膨胀系数不同， 在温度变化时的变形改变触点的通断状态。 • 热偶、热阻的模拟量电信号可以通过比较 器开关转变为开关量信号。
关于气动、液动执行机构的说明
• 其工作介质均是流体，压缩空气、压力油、 压力水等。 • 可实现高速、高推力要求； • 气动的可适应恶劣环境； • 但是需要专门动力源装置； • 不宜远距离分布控制； • 对压缩空气、压力油有专门要求。
(4)电磁阀
• 功能作用：用电信号控 制管路之间的通断。 • 位：阀芯位置，即状态。 • 通：表示管路个数。 • 用于气动为电/气转换； • 用于液动为电/液转换； • 此处讨论开关量控制。
1.3逻辑控制装置的任务和种类
• 逻辑控制装置的主要任务是根据检测开关 信号和指令，进行逻辑运算控制的实现， 并发出开关量控制指令。 • 逻辑控制装置可以是由电磁继电器或者由 电子逻辑元件通过硬接线方式构成固定程 序逻辑控制装置； • 现在还有通过软件编程来实现可编程序的 计算机逻辑控制装置，如：可编程序逻辑 控制器（PLC），分布式计算机控制系统 （DCS）等等。
2.开关量控制系统基础部件
• 2.1开关量变送器 • 2.2常用控制电器 • 2.3执行机构
2.1热工开关量变送器
• • • • • • • • • 2.1.1开关量变送器特性及特性参数 2.1.2开关量变送器功能种类、原理结构 （1）压力开关 （2）差压开关 （3）流量开关 （4）液位开关 （5）温度开关 （6）行程开关 （7）接近开关
(3)液动执行机构
• 以压力油或压力水为其工作介质，其基本 工作原理同气动执行机构（即帕斯卡定理 等压强传递，力放大功不变等） • 汽轮机中的液动机构；苏尔寿旁路系统液 动执行机构等。 • 要配备专门供油装置，包括油箱、油泵、 储能器等。对油也有专门要求，会有泄漏 问题。 • 油动机工作原理：液压缸、活塞、复位簧
物理量输入 输出 on off 复 动 物理量输入 差 位 作 值 值 值 时间 动作值 复位值 a b c d e
检测开关的输入输出特性
继电器特性图说明
在动作值与复位值之间的差值区段，输出状态是 模拟量输入的多值函数，即其输出状态与刚才输 出过程状态有关，原来是ON还保持ON，原来是 OFF还保持OFF。若差值为零，即动作值与复位 值重合，则模拟量输入波动就会造成输出在ON、 OFF两个状态反复跳变，即造成反复报警或反复 动作。所以，为了保证可靠的动作ON，可靠的复 位OFF，必须选择合适的差值。如右图所示，在 a-b-c-d-e时间段内输出为ON状态，此时报警或动 作；而在a前和e后时间范围，输出为OFF状态， 即不报警或不动作。
时间继电器与固态继电器
• 时间继电器是使输入信号延时一段时间后 再起作用，即延时通或延时断。可起到计 时作用，也可对瞬时干扰滤波。注意：有 上升沿或下降沿起计延时。 • 固态继电器是电子开关型继电器。半导体 器件导通时阻抗很小，截止时阻抗很大。 如：可控制信号低电平24V/3V（1/0） ，而 驱动电路高电压220V或380V。
1.1检测开关的任务和种类
• 检测开关的任务是将被检测的物理量转 换成开关量形式的信号。 • 常用的检测开关有：压力（或差压）开 关、温度开关、流量开关、液位开关、 行程或位置开关等。
1.2开关量执行机构的任务和种 类
• 常见的开关量执行机构有电动门、接 触器、电磁阀等等。它们的共同特点 都是接受开关量控制信号去控制开/关 门，通/断电路，通/断管路等等。 • 而这里的开关量控制信号是来源于逻 辑运算的结果。因此，进行逻辑运算 的逻辑控制装置是开关量控制装置中 的核心装置。
2.1.1开关量变送器特性及特性参数
• 检测开关都具有非线性（或继电器）特性。 • 如图所示检测开关的输入输出特性。其输入一般 是连续变化的物理量，其输出只有两种突跳状态： ON/OFF，通/断，高电平/低电平等。在模拟量上 升到动作值时，输出从OFF状态跳变到ON状态； 而在模拟量下降到复位值时，输出从ON状态跳变 到OFF状态。 • 可见：差值=动作值-复位值。 • 工程应用中：必须选择合适的差值
（1）压力开关
• 常见种类： • 传感器有弹簧管型、膜片型、活塞 型、波纹管型等。 • 一般采用微动开关为触点输出型。
（2）差压开关
• 常见种类多为膜片型和波纹管型，其传感 元件是双室的，分别连接气压P1和P2。 • ΔP=P1-P2。 • 当ΔP变化作用在敏感元件上，面积A* ΔP 产生力Δ F，从而形成位移Δ L，此位移力 可使微动开关改变状态，即动作。
（6）行程开关
• 亦称为限位开关或位置开关。 • 它是将行程的变化或位置的变化（到限位 值）转换为开关的通断状态的变化。 • 常用滚动式和直动式行程开关。 • 微动开关有簧片杠杆放大作用，只需较小 压力可使触点快速动作。其快速动作是利 用簧片中储备的能量的到的。
（7）接近开关
• 接近开关又称为无触点开关。当被测体进 入相应区域，开关就非接触，无压力、无 火花、迅速发出电气指令，准确反映运动 机构位置行程。 • 其特点：可靠、稳定、响应快、寿命长、 抗干扰能力强，防水、防震、耐腐蚀等。 • 方法种类：电感式、电容式、霍尔式、光 电式、超声波式、高频振荡式等； • 供电：直流、交流； • 输出：两线制，三线制，四线制等。
2.2常用控制电器
• • • • • • • • 属低压电器（交流1000V或直流1200V以下） 用作控制、保护切换开关。 （一）手动电器（人工操作切换） 按钮、组合开关、控制开关 （二）自动电器（对象参数或外来信号切换） (1)电磁式继电器 (2)接触器 (3)常用控制电器符号
（一）手动电器
第二章开关量控制系统的 基础知识
主要内容： 1.开关量控制系统的组成 2.热工开关量变送器 3.常用控制电器 4.气动和液动执行机构 5.开关量控制技术简介 6.可靠性技术简介
本章教学要求
• 掌握热工开关量变送器特性种类、基本功能原理； 常用控制电器种类、功能原理和常用控制电器符 号；气动和液动执行机构分类特点和功能原理； 了解电动门控制回路技术要求、控制元件、分析 控制电路原理图的方法。 • 重点是变送器、元器件的特性种类、功能原理、 图例表示；难点是控制电路图的工作分析方法。
（1）电动执行机构
• 电动执行机构适用于远距离和分散控制， 安装维护维修简便，应用广泛。 • 但由于驱动力矩小，执行动作慢，对于高 速、高推力要求难以胜任。 • 西门子电动执行机构有高/低速、多级变速 电机。
厂用电动机
• 厂用电动机分为两类： • 高压厂用电动机，6000V；油断路器控制； 主要驱动磨煤机、送、引风机、给水泵等。 • 低压厂用电动机，380V；接触器或空开控 制；主要驱动凝结水泵、润滑油泵、冷却 水泵等。
(2)气动执行机构
• 常见类型：薄膜式、活塞式； • 原理：利用压缩空气压力作用在薄膜或活塞 上，通过推杆和阀杆去驱动门的开度。 • 正作用（气关式）即失败开：Fail Open. • 反作用（气开式）即失败关：Fail Close. • 另有保持式，即失去气源，保持当前位置。 • 活塞式可输出力大，适用高静压、高差压场 合。
有关检测开关的技术要求
• • • • • 设定值，位式作用，多位置，切换值的含义 切换差（死区）设置要符合规程实际要求； 切换差的重复性误差小； 设定值、动作值动作的稳定性好； 动作的可靠性：拒动作率和误动作率要小。
2.1.2开关量变送器功能种类、 原理结构
• • • • • • • （1）压力开关 （2）差压开关 （3）流量开关 （4）液位开关 （5）温度开关 （6）行程开关 （7）接近开关
可见，二者有差值，其特性曲线即继电器特性。（本质是磁滞回线特性造成的）
电流继电器与中间继电器
• 电流继电器实质为电流检测开关。它串接 在被测电路中；分为过电流和欠电流两种。 例如可用于电动机的过载保护。 • 中间继电器是电压工作型继电器。低压， 多触点，主要用于开关量逻辑运算的传递 和放大（小功率信号控制大功率回路）。
本次授课学习要点
• • • • • • • • 检测开关任务作用 检测开关的特性及特性参数 常见检测开关的种类 手动电器和自动电器的应用特点和各自种类 继电器的分类及各自的主要作用 接触器的作用、电磁阀的作用 执行机构种类及各自特点 气动执行器的正作用FO、反作用FC
本次授课安排
• • • • • 1.开关量控制系统的组成 2.开关量控制系统基础部件 2.1开关量变送器 2.2常用控制电器 2.3执行机构
1.开关量控制系统的组成
• 开关量控制系统是由被控对象和开关量控 制装置组成的。 • 开关量控制装置具有检测开关，逻辑运算 和控制执行三部分功能，在其工作过程中， 装置内信息的传递和变换都是以开关量信 号进行的。 • 开关量控制系统的基础部件包括了提供开 关量信息的二位检测开关和执行开关量指 令的执行机构，以及构成逻辑运算装置的 元器件等。
（3）流量开关
• 常见种类：差压式，电磁式，活塞式，浮 子式，翼板式和叶片式等。 • 差压式：孔板或喷嘴两边ΔP与流量Q关系。 节流装置+差压开关。 • 流动原因有压差，压差可反映流量。 • 流动推动浮子或挡板，从而改变微动开关 的状态。
（4）液位开关
• 常见种类：浮子式、电极式。 • 浮子式：液位变化利用浮子带动磁钢位置 变化，使其外部对应的开关（或干簧管） 通或断。 • 电极式：利用液体导电性能测量液位。在 不同高度装有电极，电极是否处于液位下 决定电极间是否通或断。 • 也有用液位差压测量液位高度等方法。
（二）自动电器
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依据对象参数或外来信号切换 (1)电磁式继电器 功能：开关量信号的转换与传递。 构成：线圈、触点（常开、常闭）、衔铁、 弹簧、罩壳等。 原理：电磁力矩与机械力矩平衡。 用线圈励磁与否控制其触点的通断。 动作最小电流未启动电流Ix，复位的最大电 流If，则有If< Ix，二者之比为返回系数小于1。
人工操作切换
• (1)按钮：手动主令电器。其有常开（动合） 与常闭（动断）触点若干对。有自复位与 锁定之分，Leabharlann Baidu否带灯之分，可用于启动停 止等指令的发出。 • (2)组合开关：属闸刀类型转动切换开关。 常用于引入电源或小型电动机启动。 • (3)控制开关：多层、多触点、多位置、可 控制多个回路的手动电器。亦称万能转换 开关。电厂操作应用多。
开关量信号摄取的说明
• 一般是由检测开关（开关量变送器）送来 开关量信号。 • 在DCS中，也可以由模拟量变送器送来检 测到的模拟量信号经比较器开关转换为开 关量信号，可进行报警、保护等。 • 并且可以对一个模拟量信号有多个设定值 比较器进行处理，以满足多种逻辑的需要， 实现控制、报警、保护合用一个变送器， 减少测点和一次仪表配置。