第2章-传感器与驱动技术课件

1、楼宇智能化技术,第2章 传感器与驱动技术,2.1 传感器的基本概述,2.2 开关量传感器的主要工作原理,2.3 模拟量传感器的主要工作原理,2.4 楼宇自动化中应用的传感器,2.5 阀门与电动执行器,第2章-传感器与驱动技术,设备控制自动化BAS,EBI Server,通 信 接 口,第2章-传感器与驱动技术,测量与自动检测,测量是把待测物理量直接或间接与标准量比较的过程。 自动检测技术是以电子技术为基本手段的检测技术。 电量检测：电流、电压、阻抗等 非电量检测：压力、温度、流量等,第2章-传感器与驱动技术,自动检测系统结构,第2章-传感器与驱动技术,教学目的,教学要求,教学重点,教学难点,教

2、学手段,了解传感器、阀门、电动执行器的分类，掌握传感器和变 送器的工作原理，掌握传感器、驱动器在楼宇自动化工程中的应用,掌握传感器、驱动器的工作原理，掌握传感器、驱动器的安装,接线和测量,传感器、驱动器的分类。传感器、驱动器的工作原理。传感器,驱动器在自动化工程中的应用,传感器、驱动器的工作原理 ；传感器、驱动器在自动化工程中的,应用,PowerPoint幻灯片、智能楼宇专业网站、多媒体课件等,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.1 传感器的基本概述 2.1.1 传感器与变送器 传感器是实现测量与自动控制的重要环节。在测量系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和

3、检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器： 是指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。 变送器： 是将由传感器输出的电信号经过校验和处理变换成标准的（电流、电压）电信号。 目前，传感器、变送器的发展是朝着小型化、多功能化、智能化发展。随着计算机技术的发展，现代的传感器加强了计算机接口技术，可以直接连接在工业控制总线上,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.1.2 传感器的分类和应用范围 按传感器的物理量分类 可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。 按传感器工作原理分类 可分为电阻、热电偶、电

4、容、电感、电压、霍尔、光电、光栅等。 按传感器输出信号的性质分类 输出为开关量（“”或“”）的开关型传感器。输出为模拟量（电压或电流）的模拟量传感器。 应用领域 传感器主要应用于工业自动化控制、楼宇自动化控制、医学、航天、航空、国防以及科学研究等领域,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.1.3 开关量传感器 温度、湿度开关， 压力、差压开关，液位、水流开关，气体流量开关，光照度开关 ，低温报警开关 2.1.4 模拟量传感器 温度传感器、湿度传感器、压力或压差传感器、流量传感器、CO2 晗值传感器、电压传感器、电流传感器、功率传感器、功率因数传感器,第2章-传感器与驱动技术,

5、第2章,传感器与驱动装置,2.2 开关量传感器的主要工作原理 2.2.1 温度开关 开关量传感器主要是应用于数字量控制，它是由传感接收、 信号处理、驱动输出等三个部分组成。形状有圆形、方形、槽形 等，输出形式为电流或无源的继电器接点,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.2.2 差压开关 HUBA604系列差压开关是用来控制和调节气体、液体压差的 开关量传感器。 A3000 系列 和 43000 系列 可以用来测量送风风道中过滤网是否堵塞，还可以用来测量连通器中的液位高度,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.2.3 气体流量开关 气体流量开关可用於检测气体

6、流量及气流的通断 状态，以 保证系统的正常工作,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.2.4 电接点压力表 电接点压力表适用于测量无爆炸危险的流体介质的压力。有 直接式和磁助式两种系列型式，且各有现场安装式和嵌装式两种。 结构：由测量系统、指示装置、电接装置或磁助电接点装置、 外壳、调整装置和接线盒等组成。 工作原理：弹簧管在被测介质的压力作用下末端产生相应的 弹性位移变形 ，经齿轮传动机构的传动和放大，由齿轮轴上的指 指示针（连同触头）将被测值在度盘上指示出来。当其与设定指 针上的触头接触时，控制系统电路动作，达到控制和发信的目的,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与

7、驱动装置,2.2.5 水流开关 水流开关是检测液体流量状态的电子开关，用来检测空调、供暖、供水等系统。它具有很高的可靠性，当液体流动和不流动时，会分别连接两个不同的回路。在制冷站和供热站系统中要用流量开关来保护冷冻机和各个系统的水泵,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.2.6 液位开关 液位开关用来检测容器内的液位，常用的有浮子开关和可调 型导电式液位探头等。 1. 浮子开关在其内部有一对常开和常闭触点，当浮子没有飘起来时，开关内的金属球在一端，此时输出一个常开、常闭的接点信号，当浮子被水托起来时，金属球滑到另一端，此时另一端的常开接点接通，常开、常闭的接点信号相互翻转。

8、2.可调型导电式液位探头是采用单根或数根导电极，通过调节各个导电极的不同位置，来测量液体的不同液面高度。它适合用在导电的液体中,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.2.7 防霜冻低温保护开关 主要在新风机或空气处理机中防止低温下盘管冻裂。 当风道内的温度低于设定值时，DDC接收来自防霜冻低温保护开关的报警信号操作电动风阀、阀门、压缩机、或电扇 电动机以提供空调系统和制冷单元的低温报警及限位控制。 带有自动复位功能，测温范围在 -7+15 oC。可以将感温点放置在最冷点，内置的微动开关是防尘、防潮的、可进行无故障操作。使用时20尺长的感温元件放置于每个需要低温保护的盘管表面，

9、当任何一段或更长的感温元件检测出的温度低于设定值时，恒温器的触点即断开,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.2.8 加湿控制器 H49A 、H49B 、H69A加湿控制器是根据房间的湿度来控制 加湿器或抽湿器的，它们自身带有具有联动开关。当相对湿度上升到设定值时，开关会断开电路。 H69A型控制器还有一个单刀双掷开关，在相对湿度下降时操纵加湿设备，在相对湿度上升时操纵除湿设备。自身所带的湿度检测元件具有很高的灵敏度，可以在空气处理机中做加湿阀的开启控制,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3 模拟量传感器的主要工作原理 模拟量传感器主要是应用于自动控制系

10、统中，它将现场采集到的物理信号转换成电信号，并利用变送器进行信号的校正和标准化。 2.3.1 温度传感器 传感器的电阻与其温度相对应，测量其电阻即可计算对应温度,第2章-传感器与驱动技术,温度检测原理,Rt=R0+t,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3.2 湿度传感器 1.烧结型陶瓷湿度传感器 半导体湿敏电阻 根据IN-OUT特性校准 2.电容式相对湿度传感器 极板电容正比于板间介电常数 介电常数与湿度有关 电容正比于湿度,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3.3 电阻远程压力表 电阻远传压力表适用于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等

11、介质的压力，且大部分是用来测量水管中的表压力，输出参数是电压比例信号，工作温度在-40+85oC 。它可以在楼宇自控中被用来测量供水管网的压力。与DDC 控制器配合可控制总管旁通压力。（P22,第2章-传感器与驱动技术,压力、液位检测技术,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3.4 压力、压差传感器 模拟量压力、压差传感器可以测量空气、液体的压力及压差等，被测压力或压差经过变送器作用于硅传感器，使桥路的输出电压与被测压力或压差成比例变化。输出电压被放大后转换成频率信号，频率信号经过处理并进行线性化、温度补偿后，被D/A 转换器转换成标准 420mA输出,第2章-传感器与驱动

12、技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3.5 静压传感器 投入式静压液位变送器是基于所测量液体的静压与该液体的高度成正比的原理，将静压转为电信号。经过温度补偿和线性校正，转换成420mA标准电流信号输出。 特点：高品质的传感器响应速度快，测量准确度高，具备本安防曝和隔离防曝能力，可应用于各种危险场所。备有防阻塞型设计，可实现对糊状介质液位的测量。安装简单、使用方便，互换能力强。100%等分刻度、LED 、LCD 三种指示表头，现场读数十分方便。420mA DC 二线制信号传送，抗干扰能力强，传输距离远。精细独特的零点、温漂、非线性补偿，保证仪表使用条件范围内的精度，长期稳定性好,第2章-传感器与

13、驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3.6 流量传感器 涡轮式流量传感器 LWGY 型涡轮流量传感器与显示仪表配套组成涡轮流量计。 可测量液体瞬时流量和累计体积总量，也可以对液体定量控制。 传感器具有精度高、寿命长、操作维护简单等特点，广泛用于工 厂、油田、化工、冶金、造纸等行业,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3.7 超声波液位传感器 超声波液位传感器利用声音传播的物理特性来测量和控制液体的液位。超声波传感器提供了一种非接触的物位测量方法，其输出不受目标颜色和粘度的影响。传感器输出的电流、电压模拟量标准信号， 8 位数字量和 RS232 测量信号可被各种PLC 、

14、DDC 、自动化控制单元等接收。测量范围为 50mm 9m,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.3.8 二氧化碳传感器 二氧化碳传感器C7242系列CO2二氧化碳传感器用于测量回风 系统中空气的焓值。它主要是用在空气处理机上，通过检测回风的空气质量，来调整新风风阀的开度，从而调节室内的空气质量。二氧化碳传感器的作用是检测室内的空气质量，它一般是配合空气处理机来实现对大楼的空气调节，通常将该传感器安装在回风风道中，在经过 DDC 的 PID 调节来控制各个风门驱动器的开度。达到空气调节的作用。带有2个模拟量输出或是1个模拟量、 1个继电器输出，具有可编程自诊断功能,第2章-传

15、感器与驱动技术,电物理量检测技术,直流电压、电流测量 正弦电压、电流测量 功率测量,第2章-传感器与驱动技术,直流电压、电流测量,输出 0-5V 0-10V 5V 10V,校零、量程转换,第2章-传感器与驱动技术,正弦电压、电流测量,第2章-传感器与驱动技术,电量检测设备,电量检测设备,对高、低压进线及发电机电压、电流监测，对低压进线及发电机功率因数、有功功率、无功功率、电量的监测，它们将为绘制负荷曲线、进行无功补偿、电费结算及能源管理、用电设备的运行和调度提供依据,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.4 楼宇自动化中传感器的应用 2.4.1 开关量传感器的主要应用 原边输

16、入电流：05AAC；输出形式：420mADC；010VDC；工作电源 24VDC；220VAC 温度开关（三速开关）：主要用于风机盘管的控制。 差压开关：主要用于检测新风机和空气处理机的过滤网。 气体流量开关：主要用于检测送风系统的工作情况。 电接点压力表：主要用于管网压力的检测和超压保护。 水流开关：主要用于检测供水管道是否有水流动。 液位开关：主要用于检测水箱、储水罐、水池的液位。 低温报警器：主要用于新风机和空气处理机的防霜冻报警。 加湿控制器：主要用于新风机和空气处理机的加湿阀控制,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.4.2 模拟量传感器的主要应用 温、湿度传感器：

17、主要用于空调供暖、生活供水的温度调节。 压力、压差传感器：主要用于检测水系统的管网压力和压差。 流量传感器：主要用于检测管网中水的流量变化。 静压传感器：主要用于测量水箱、储水罐、水池的液位。 超声波传感器：主要用于测量水箱、储水罐、水池的液位。 二痒化碳传感器：主要用于监测空气中二痒化碳的含量。 电压变送器：主要用于三相交流电压的检测和信号转换。 电流变送器：主要用于三相交流电流的检测和信号转换。 功率因数变送器：主要用于三相交流电压的功率因数检测,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.5 阀门与电动执行器 在气体和液体的流动控制中，常常用阀门来作为介质流动的 控制手段。要

18、想实现自动化控制，就得对一些阀门、风门等元件 实现自动控制。这就需要用到阀门和电动执行器。 2.5.1 阀门 风机盘管电动阀VC6013/VC4013风机盘管电动阀，它是一种 平衡式冷热水阀，主要应用于风机盘管的控制中，这类阀所需的 功率最小，是通电开启的一种阀门。阀门的开启时间仅为7s，流 体温度为 0+95 o C ，具有很好的密闭性,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.5.1 阀门 二通螺纹线性阀门V5011R 、N 、S 、F 、G 系列二通阀，它主要应用于供热通风和空调，也可以用于饱和水蒸气。它的连接方式是采用的内螺纹结构，阀体是纯铜材料。它与电动执行器一起可以实

19、现连续的开度调节，是进行自动调节的主要元件。 三通法兰线性阀门 V5329A/V5050A 、B系列三通阀，它主要应用于供热与空调，也可以用于饱和水蒸气。它的连接方式是采用的法兰结构，阀体与阀座为一体化结构，适应的温度+2+ 170oC ，泄露率极低。它与电动执行器一起可以实现连续的开度调节，是进行自动调节的主要元件,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.5.1 阀门 恒温器T445及阀体V5组成的温控阀称为“TS465温控阀”。该 阀为自力式控制，无须其它动力，对环境条件要求很低。当被加 热的介质的出口温度高于设定值时，阀门会按比例关小，最后稳 定在恒定的出水温度。主要用于

20、供热、生活用热水和其它由水或 蒸汽加热系统、控制换热设备被加热介质的出口温度。 暖气温控阀是一种节能产品，其原理是利用温控阀阀头中的 感温部件来控制阀门升度的大小，当室温升高时，感温元件因热 膨胀，压缩阀杆使阀门关小。当室温下降时，感温元件因冷却而 收缩，阀杆弹回使阀体开大。因此，当房间有其它辅助热源时， 当室温高于设定的温度时，阀门自动关小，散热器的进水量减少， 最终节约供热的热量,第2章-传感器与驱动技术,第2章,传感器与驱动装置,2.5.2 电动执行器 通常被用来对液体、气体等介质进行变量的开度控制，它也是自动化控制中的主要元件,输入信号 模拟量、开关量 类型 直行程、角行程、多转式 连

21、接方式 直接、间接,第2章-传感器与驱动技术,电动执行器,第2章-传感器与驱动技术,电动执行器,电动执行器结构原理,电动执行器使用电动机作动力元件，将控制器送来的信号转变为阀的开度。如图所示,第2章-传感器与驱动技术,电磁阀,电磁阀结构原理,电磁阀是电动执行器中最简单的一种，它利用电磁铁的吸合和释放对小口径阀门作通、断两种状态的控制，由于结构简单、价格低廉，常和两位式简易控制器组成简单的自动调节系统。其原理如图所示,第2章-传感器与驱动技术,电磁阀,结构简单 价格低廉 开关控制,第2章-传感器与驱动技术,风门,BAS常用检测设备和执行器,电动式风门的结构原理,在智能楼宇的空调、通风系统中，用得

22、最多的调节机构是风门，风门用来精确控制风的流量。如图所示。 它被广泛地应用在空气处理机和新风机件,第2章-传感器与驱动技术,风门,第2章-传感器与驱动技术,2.3 自动化智能单元,第2章-传感器与驱动技术,BAS技术基础,楼宇自动化系统将各个控制系统集成为一个综合系统，其核心是集散控制系统，由计算机技术、自动控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互发展渗透产生,第2章-传感器与驱动技术,BAS体系结构,第2章-传感器与驱动技术,楼宇集散控制系统图,现场总线A,控制总线,可编程接口模块,室内温度传感器,室内温度传感器,室内温度传感器,吊顶空调控制器,LonMark,区域控制器A,区域控制器B,现

23、场总线B,LonTalk,标准通讯系统接口,非标准通讯系统接口,VAV控制器,FCU控制器,现场控制器,现场控制器,现场控制器,带触摸屏控制器,NT工作站A,NT工作站B,ETHERNET,10M bps,78.8Kbps,78.8Kbps,LL网桥,LL网桥,LonTalk,78.8Kbps,数据服务器A,数据服务器B,吊顶空调控制器,就地控制,中央管理,第2章-传感器与驱动技术,集散控制系统概念,DCS Distributed Control System 是以多台微处理器为基础的集中分散型控制系统。集散系统在传统的过程控制系统中引入计算机技术，利用软件组成各种功能模块，代替过去常规仪表功

24、能，实现生产过程参数的控制，并用CRT屏幕显示，应用通信联网技术组成系统。 DCS特点是现场由控制站进行分散控制，实时数据通过电缆传输送达控制室的操作站，实现集中监控管理，分散控制，将控制功能、负荷和危险分散化,第2章-传感器与驱动技术,多层树状结构,自成系统，自主控制,第2章-传感器与驱动技术,集散控制系统发展历程,第一代DCS，从1975年到80年代初为DCS的发展期。实现DCS信息集中、控制分散。硬件大多采用16位微处理器，主从通信。 第二代DCS 80年代至90年代初为第二代DCS时期。硬件采用32位微处理器，普遍应用局部网络技术 ，软件进步 。 第三代DCS开始采用现场总线技术，它是

25、一种开放式实时网络系统，是控制界的热点，也是自动化领域的一项新技术,第2章-传感器与驱动技术,典型的DCS结构,工业控制计算机,PC机、服务器,DDC、单片机、微机系统,第2章-传感器与驱动技术,DCS组成,管理计算机 操作员站 工程师站 现场控制器 系统网络（总线,第2章-传感器与驱动技术,管理计算机,通常位于信息中心或楼宇综合自动化系统和管理中心，可采用服务器及小型计算机系统来完成，除具有实时监控外，主要进行管理功能,第2章-传感器与驱动技术,操作员站,作为“人机”接口的操作站可以设置在总控制仪表室。显示各个现场站及不同的楼宇设备子系统的过程实时数据，同时对各个现场站发出改变设定值、改变回

26、路状态及控制指令,第2章-传感器与驱动技术,工程师站,工程师站地位功能类似于操作员站，但具有更多编程、调试功能，通常以笔记本电脑、手抄机形式出现,第2章-传感器与驱动技术,现场控制器（DDC,现场控制站作为系统的控制级，主要完成各种现场楼宇机电设备运行过程信号的采集、处理及控制，作为控制和操作同时进行,第2章-传感器与驱动技术,现场控制器组成,智能控制器,第2章-传感器与驱动技术,现场控制器结构,机柜 电源 中央处理单元 输入输出通道 AI、AO、DI、DO、PI,第2章-传感器与驱动技术,模拟量输入通道AI,模拟量输入的物理、化学量有温度、压力、流量、液位、空气质量等，这些物理化学量通过相应

27、的传感器测量并经过变送器转变为标准的电信号。这些标准的电信号与DDC的模拟量输入口连接，经过内部的A/D转换器变成数字量，再由DDC计算机进行分析处理。 一般采用420mA标准，信号传送距离短、损耗小的场合也有采用05V或010V电压信号传输的,第2章-传感器与驱动技术,开关量输入通道DI,DDC计算机可以直接判断DI通道上的开关信号，并将其转化成数字信号，这些数字量经过DDC控制器进行逻辑运算和处理。DDC控制器对外部的开关、开关量传感器进行采集。 一般数字量接口没有接外设或所接外设是断开状态时，DDC控制器将其认定为“0”，而当外设开关信号接通时，DDC控制器将其认定为“1,第2章-传感器

28、与驱动技术,模拟量输出通道AO,DDC控制器对外部信号的采集，通过分析处理后输出给输出通道。当外部需要模拟量输出时，系统经过D/A转换器转换成标准电信号。模拟量输出信号一般用来控制风阀或水阀。 输出420mA电流信号， 010mA与15V电压,第2章-传感器与驱动技术,开关量输出通道DO,用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声光报警器等开关设备 输出信号可以是直流电压信号或接点。 DO由端子板、DO板及机柜内电缆构成,第2章-传感器与驱动技术,脉冲量输入通道PI,现场仪表中转速计、涡轮流量计及一些机械计数装置等输出的测量信号为脉冲信号，脉冲量输入通道就是为输入这一类信号而设置的。 楼宇中较少用,

29、第2章-传感器与驱动技术,DO点灯光控制,电磁线圈24v驱动,3、4常闭接点 3、5常开接点,第2章-传感器与驱动技术,通信网络结构（系统总线,直接连接 二层网络 三层网络,第2章-传感器与驱动技术,直接与现场控制设备相连的网络结构,第2章-传感器与驱动技术,二层网络结构的楼宇自控系统,第2章-传感器与驱动技术,三层网络结构的楼宇自控系统,第2章-传感器与驱动技术,10M 以太网,IFC接口 模块,第三方设备 非开放现场总线,N 1 网,METASYS工作站,现场控制器,N 2 网 19.2 K bps,现场控制器,原有非开放,原有非开放,现场控制器 DX-9120,LonMark,LonMark