电气系统构成和输入设备

1、电气系统构成 控制系统 常用的控制线路的基本回路由以下几部分组常用的控制线路的基本回路由以下几部分组 成。成。 (1)电源供电回路电源供电回路 (2)保护回路保护回路 (3)信号回路信号回路 (4)自动与手动问路自动与手动问路 (5)制动停车回路制动停车回路 (6)自锁及闭锁同路自锁及闭锁同路 电气系统电气系统 控制 输入 输出 从硬件组成分为 输入设备：启动元件、保护开关、传感器 控制设备：接触器、继电器、plc控制器、变频器 输出设备：控制机械和声光汽水等被控量的设备 有电机、警报器、电铃、各类指示灯、电磁阀和 执行器 电气系统电气系统 输入设备 电气系统电气系统 电气系统电气系统 组合开

2、关组合开关 熔断器熔断器 电气系统电气系统 选择熔体额定电流 (1)照明电路熔体额定电流被保护电路上所有照明电 器工作电流之和。 (2) 电动机： 单台直接起动电动机熔体额定电流(1.5 2.5)电动机额定电流。 多台直接起动电动机总保护 熔体额定电流(1.52.5)各台电动机电流之和。 (3)配电变压器低压侧熔体额定电流(1.01.5)变 压器低压侧额定电流。 (4)并联电容器组熔体额定电流(1.431.55)电容 器组额定电流。 (5)电焊机熔体额定电流 (1.52.5)负荷电流。 (6)电子整流元件熔体额定电流1.57整流元件额定 电流。 电气系统电气系统 按钮 静触点静触点 空气开关空

3、气开关 集控制和多种保护功集控制和多种保护功 能于一身。除了能完能于一身。除了能完 成接触和分断电路外，成接触和分断电路外， 尚能对电路或电气设尚能对电路或电气设 备发生的短路严重备发生的短路严重 过载及欠电压等进行过载及欠电压等进行 保护，同时也可以用保护，同时也可以用 于不频繁地启动电动于不频繁地启动电动 机机 电气系统电气系统 原理 电气系统电气系统 分类 ： 配电保护型配电保护型 电动机保护型电动机保护型 家用保护型家用保护型 漏电保护型漏电保护型 跳闸原因： 1、短路 2、过载 3、欠压 电气系统电气系统 原理 电气系统电气系统 跳闸原因 1、过流 2、过载 电气系统电气系统 整定电

4、流整定电流 当发热元件中通过的电流超过整定电流值当发热元件中通过的电流超过整定电流值 的的20时，热继电器应在时，热继电器应在20分钟内动作。分钟内动作。 热继电器的整定电流大小可通过整定电流热继电器的整定电流大小可通过整定电流 旋钮来改变。旋钮来改变。 热继电器与熔断器区别热继电器与熔断器区别 热继电器只能作过载保护而不能作短路热继电器只能作过载保护而不能作短路 保护保护 熔断器则只能作短路保护熔断器则只能作短路保护 电气系统电气系统 电机保护器 电气系统电气系统 电机保护器的 作用是给电机 全面的保护 为什么传统的保护装置保护效 果不甚理想？ 传统的电机保护装置以热继电器为主，但热 继电器

5、灵敏度低、误差大、稳定性差，保护 不可靠。事实也是这样，尽管许多设备安装 了热继电器，但电机损坏而影响正常生产的 现象仍普遍存在。 电气系统电气系统 电气系统电气系统 适用于正反适用于正反 转和通断频转和通断频 繁的特殊工繁的特殊工 作制电动机作制电动机 原理 电机保护器选用原则 满足现场实际需求，满足现场实际需求， 做到经济性和可靠性做到经济性和可靠性 的统一，具有较高的的统一，具有较高的 性能价格比。根据现性能价格比。根据现 场的实际情况合理地场的实际情况合理地 选择保护器的种类、选择保护器的种类、 功能，同时考虑保护功能，同时考虑保护 器安装、调整、使用器安装、调整、使用 简单方便，更重

6、要的简单方便，更重要的 是要选择高质量的保是要选择高质量的保 护器。护器。 电气系统电气系统 保护电器选用原则 在供配电线路中，保护电器必须达到在供配电线路中，保护电器必须达到“三性：三性： 即选择性、快速性、灵敏性即选择性、快速性、灵敏性” 电气系统电气系统 动合触点动合触点动断触点动断触点 传感器和仪表 传感器的定义是能感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用信号的器 件或装置， 通常由敏感元件和转换元件组成。 电气系统电气系统 传感器 敏感元件用来感受被测量元件 传感元件把非电量转化为电参量 测量转化电路的作用把传感元件输出的电 参量转换容易处理的电压,电流,频率量 一个完整的自动检

7、测系统,主要包含:传感器, 信号处理电路,执行机构,数据处理装置 接近开关 又称无触点行程开 关，它除可以完成 行程控制和限位保 护外，还是一种非 接触型的检测装置， 用作检测零件尺寸 和测速等 电气系统电气系统 接近开关有以下几种： 1、涡流式接近开关 2、电容式接近开关 3、霍尔接近开关 4、光电式接近开关 5、热释电式接近开关 电气系统电气系统 涡流式接近开关原理 电气系统电气系统 选用注意事项 当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物 上的物体时，一般都选用涡流式接近开关，因为 它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围 广、价格较低。 若所测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉 状

8、物高度、塑料、烟草等。则应选用电容式接近 开关。这种开关的响应频率低，但稳定性好。 电气系统电气系统 光电开关 利用被检测物对光 束的遮挡或反射， 由同步回路选通电 路，从而检测物体 有无的。 电气系统电气系统 原理 光电开关将输 入电流在发射 器上转换为光 信号射出，接 收器再根据接 收到的光线的 强弱或有无对 目标物体进行 探测。 电气系统电气系统 分类 对射型光电开关 由发射器和接收器组成特征：辨别不透明的反光 物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次； 不易受干扰 漫反射型光电开关 是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接 收器构成单个的标准部件，当 光电开关有足够的组

9、合光返回接收器时，开关状态发 生变化 特征： 对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。 使用及注意事项 1、避免强光源 2、防止相互干扰 3、镜面角度影响 电气系统电气系统 热电偶测温原理 2021-5-5 计算机控制技术 39 热电偶温度计利用不同导体或半导体的热电 效应来测温的 两种不同的导体材料（或半导体）a，b组成 的闭合回路。相接触时，存在电子的迁移， 达到平衡时，在接触的两端形成电势 mv 热电偶测温原理 工业上常用的(已 标准化)热电偶有： 铂铑30-铂铑6热电 偶、铂铑10-铂热 电偶、镍铬-镍硅 (镍铬-镍铝)热电 偶等。 2021-5-5 计算机控制技术 40 热电

10、阻 2021-5-5 计算机控制技术 41 热电阻温度计是利用导体或半导体的电阻 值随温度变化的性质来测量温度的 若忽略物体的长度和截面随温度的变化,则 在参比温度t0下的电阻值rt0和电阻温度系 数a已知,可以通过测量此物体的电阻来反 映其温度. rt=rt01+a(t-t0) 工业常用热电阻 2021-5-5 计算机控制技术 42 在我国,标准化的热电阻现有铂的和铜的两种 铂热电阻用于摄氏度范围内 测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适用于 摄氏度范围内测温。前者稳定性好， 准确度高；后者价格便宜，电阻与温度关系的线 性度较好。 热电阻和隔爆型热电阻 2021-5-5 计算机控制技术 43 红

11、外线水分测定仪 电气系统电气系统 测量原理 水对一些特定波长的红外光表现出强烈的吸 收特性，当用这些特定波长的红外光照射物 料时，物料中所含的水就会吸收部分红外光 的能量，含水越多吸收也越多，因此可测量 反射光的减少量计算物料的水份 电气系统电气系统 水份仪的工作原理 光源发射的红外光穿过分光 盘上的滤光片，经反射镜射 向被测物料;分光盘上的不 同滤光片只允许某一波长的 红外光透过，分光盘在马达 的驱动下高速旋转，使测量 波长及参比波长的红外光交 替射向被测物料;这些红外 光部分被物料吸收，部分反 射到凹面聚光镜，被光电传 感器接收并转换为电信号， 由后续电路处理以计算出物 料的水份 电气系统

12、电气系统 电磁式流量计 2021-5-5 计算机控制技术 47 电磁流量计是基于电磁感应原理来测量流量 的仪表，它能测量具有一定电导率的液体的 体积流量。 测量的准确度不受被测液体粘度、密度、温 度及电导率变化影响，测量管中没有任何阻 碍被测液体流动的部件，所以几乎没有压力 损失。 2021-5-5 计算机控制技术 48 电磁流量计电磁流量计 2021-5-5 计算机控制技术 49 物位检测及变送 在生产过程中常需要对容器中储存的固体 (块料、粉料或颗粒)、液体的储量进行测 量，以保证生产工艺正常运行和进行经济 核算。这种测量通过检测储物在容器中的 积存高度来实现，储物的堆积高度就叫做 物位。

13、 磁性液位控制器 磁性液位控制器 利用磁性浮子随液位变 化升或降，使检测管内 的干簧管开关动作，送 出接点信号。 结构简单，易于安装维 修。 应用广泛，价格低廉。 2021-5-5 计算机控制技术 51 浮球液位控制器 液位浮动开关 利用重力与浮力 的原理设计。主 要包括浮标和微 动开关，当液位 变化，浮标内的 开关通、断。 2021-5-5 计算机控制技术 52 浮球液位控制器 浮球液位控制 器 由测量和输出两 部分组成，当液 位变化时，浮球 随之上下移动， 从而使磁钢摆动。 根据磁性同性相 斥原理，使触点 接通或断开 2021-5-5 计算机控制技术 53 音叉料位计 电气系统电气系统 原

14、理 音叉式料位开关是一种新型的液位限位开关。 音叉由晶体激励产生振动，当音叉被液体浸 没时振动频率发生变化，这个频率变化由电 子线路检测出来并输出一个开关量。 电气系统电气系统 测速发电机 tachogenerator 2021-5-5 计算机控制技术 56 输出电动势与转速成 比例的微特电机。其 输出电动势e和转速n 成线性关系，即e kn，其中k是常数。 只要检测出输出电动 势，即能获得被测机 构的转速，故又称速 度传感器。 测速发电机 2021-5-5 计算机控制技术 57 。在自动控制系统 中作为检测速度元 件，以调节电动机 转速或通过反馈来 提高系统稳定性和 精度 。交流测速发电机

15、的输出频率与转速 严格对应，输出信 号可经放大整形变 换电路转换成标准 的电压或电流信号 光电编码器 2021-5-5 计算机控制技术 58 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴 上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的 传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测 装置组成。 光电编码器 2021-5-5 计算机控制技术 59 光电编码器作为一种传感 器具有精度高、耗能低、 非接触无磨损、稳定可靠 等优点。 尤其是它以数字量输出， 具有与计算机容易联机的 优点。 在自动化系统中，它可作 为敏感检测元件组成自动 检测系统，也可作为检测 反馈元件，组成闭环或半 闭环的自动控制系统 介绍 提供精确的快速

16、测量路径，角度，旋转方向的探测设备提供精确的快速测量路径，角度，旋转方向的探测设备. . 编码器可用来探测角度，位置和速度编码器可用来探测角度，位置和速度. . 测量原理 任何位置的改变提供相应的脉冲计数值任何位置的改变提供相应的脉冲计数值( (增量型增量型) ) 为每一位置提供一个特定的输出码为每一位置提供一个特定的输出码 ( (绝对值型绝对值型) ) 工作原理 利用光电耦合器扫描安装在机械轴上 的分割成断的圆盘。 增量型增量型 机械代码被转换为成比例的机械代码被转换为成比例的 电气脉冲信号。电气脉冲信号。 工作原理 绝对值编码器 通过一些光电耦合器扫描旋转盘上的代码图案。 每一个位置有其独

17、一无二的代码。每一个位置有其独一无二的代码。 绝对值编码器 单圈 编码器只有一圈被编码。 编码器转完一个完整的圈后，代码开始重复 最多至每圈8192步, 或13位 j 在断电情况下位置的改变也能被记忆 下来。 l 不能区分到底转了多少圈。 传感器和检测仪表的发展 2021-5-5 计算机控制技术 65 1.功能上不断扩展功能上不断扩展 。 2.原理上不断创新原理上不断创新。 3.结构和材质上不断改进。 输出设备 控制中常用的执行器 2021-5-5 计算机控制技术 67 执行器是过程计算机控制系统中的一个重要 组成部分。 其作用是接收控制器送来的控制信号，改变 被控介质的流量，从而将被控变量维

18、持在所 要求的数值上或一定的范围内。 气动执行器 2021-5-5 计算机控制技术 68 气动执行器又称气动调节 阀，由气动执行机构和控 制机构组成。 执行器上有标尺，用以指 示执行器的动作行程 行程标尺 控 制 机 构 气 动 执 行 机 构 图 . 气动执行器 气动执行机构 2021-5-5 计算机控制技术 69 常见的气动执 行机构有薄膜 式和活塞式两 大类 其中薄膜式执 行机构最常见 气动薄膜调节阀的组成 2021-5-5 计算机控制技术 70 气动薄膜调节阀是 由上部的薄膜执行 机构和下部的调节 机构两部分组成 执行机构执行机构 调节机构调节机构 控制机构 2021-5-5 计算机控

19、制技术 72 控制机构即调节阀，实际上是一个局部阻力 可以改变的节流元件 调节阀由阀体、阀座、阀芯、阀杆、上下阀 盖等组成。 调节阀的阀芯有直行程阀芯与角行程阀芯 电/气转换器 2021-5-5 计算机控制技术 73 电气转换器 电气阀门定位器 电气阀门定位器 2021-5-5 计算机控制技术 74 调 零 弹 簧 反 馈 压 板 阀 杆 反 馈 拉 杆 反 馈 轴 气 动 执 行 器 气 动 功 率 放 大 器 输 入 绕 组 气 阻 气 源 调 量 程 支 点 支 点 挡 板 反 馈 弹 簧平 衡 锤永 久 磁 钢 喷 嘴 杠 杆 20-100k p a 反 馈 弹 簧 140k p a

20、图 . 电/气阀门定位器原理图 原理 常见故障及产生的原因 （一）调节阀不动作： 1无信号、无气源。气源未开，由于气源堵塞 或过滤器、减压阀堵塞失灵，压缩机故障；气源总管 泄漏。 2有气源，无信号。调节器故障；定位器波纹 管漏气；调节网膜片损坏。 3定位器无气源。 过滤器堵塞；减压阀故障i管道泄漏或堵塞。 4定位器有气源，无输出。定位器的节流孔堵塞。 5有信号、无动作。阀芯脱落，阀芯与社会或 与阀座卡死；阀杆弯曲或折断；阀座阀芯冻结或焦块 污物；执行机构弹簧因长期不用而锈死。 （二）调节阀的动作不稳定： 1气源压力不稳定。压缩机容量太小；减压 阀故障。 2信号压力不稳定。控制系统的时间常数（t rc）不适当；调节器输出不稳定。 3气源压力稳定，信号压力也稳定，但调节阀的 动作仍不稳定。定位器中放大器的球阀受脏物 磨损关不严，耗气量特别增大时会产生输出震荡； 定位器中放大器的喷咀挡板不平行，挡板盖不 住喷咀； 电动执行器 2021-5-5 计算机控制技术 77 它是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种 驱动能源并在某种控制信号作用下工作 电动执行器 2021-5-5 计算机控制技术 78 2021-5-5 计算机控制技术 79 电动执行器主要由伺服放大器和执行机构组成 ， 如下图： 0-90 0-10ma 或 4-20mai i i f