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自动化仪表培训课件第一章自动化仪表概述自动化仪表的定义与分类过程检测仪表过程检测仪表是用于测量和监控工业生产过程中各种物理量和化学量的仪器设备。这类仪表直接反映生产过程的实时状态,是实现自动控制的基础。压力检测:压力表、压力变送器、差压计温度检测:热电偶、热电阻、双金属温度计流量检测:涡街流量计、电磁流量计、质量流量计物位检测:液位计、料位计、界位计过程控制仪表过程控制仪表根据检测仪表提供的信息,经过运算处理后输出控制信号,驱动执行机构动作,实现对生产过程的自动调节和控制。调节器:PID调节器、智能调节器变送器:将检测信号转换为标准信号自动化仪表系统组成完整的自动化仪表系统是一个有机整体,各个组成部分相互配合、协同工作,共同实现对生产过程的精确监测与控制。理解系统组成是掌握仪表技术的关键。一次仪表直接安装在生产现场,与被测介质接触的检测元件和传感器,如热电偶、压力传感器等。二次仪表接收一次仪表信号并进行显示、记录、运算的仪表,通常安装在控制室内,如显示仪表、记录仪等。控制器根据设定值与实际测量值的偏差,按照一定的控制算法输出控制信号,实现自动调节功能。执行机构接收控制器的输出信号,直接作用于生产过程,改变操作变量,如调节阀、变频器等。传感器、变送器、控制器、执行机构的协同工作自动化仪表系统信号传输路径第二章仪表识图基础仪表工程图与安装图识读仪表回路图的结构与符号仪表回路图采用标准化的图形符号和代码系统,直观地表示仪表系统的组成、连接关系和信号流向。仪表位号:由功能字母和回路编号组成测量参数:T-温度、P-压力、F-流量、L-液位功能标识:I-指示、C-控制、R-记录、T-变送信号线:实线表示过程管线,虚线表示信号线安装位置:圆圈、方框等符号表示现场或控制室现场与控制室仪表布局仪表安装图详细标注了仪表设备的空间位置、安装方式、配管配线要求等信息。现场仪表:安装在工艺管道或设备附近就地仪表:直接安装在测点位置控制室仪表:集中安装在控制室盘柜内配管要求:导压管、伴热管的敷设路径仪表回路图实例解析通过实际案例分析,深入理解仪表回路图的绘制规则和识读方法,掌握不同类型控制系统的图纸特点。模拟仪表回路图示例传统模拟仪表系统采用气动或电动信号传输,回路图清晰标注了变送器、调节器、调节阀的连接关系。气动系统使用3-15psi信号,电动系统使用4-20mA信号。图中还会标注仪表的测量范围、精度等级、安装高度等技术参数。DCS系统仪表回路图示例仪表回路图关键要素标注第三章自动化仪表安装技术仪表安装基本术语01一次点仪表系统中与工艺介质直接接触的测量点位置,也称为测点或取源点。一次点的选择直接影响测量的代表性和准确性。02一次部件安装在一次点上的部件,如取源阀门、取源短节、温度套管、孔板等,为后续仪表安装提供标准化接口。03一次仪表直接安装在现场与被测介质接触的检测仪表,如压力变送器、温度变送器、流量计等,也称为现场仪表或一次测量仪表。04二次仪表接收一次仪表输出信号的显示、记录、控制仪表,通常安装在控制室内,包括显示仪表、记录仪、调节器等。现场仪表仪表安装流程与规范规范的仪表安装流程确保系统质量,每个环节都有严格的技术要求和验收标准。安装前调校仪表到货后在车间或实验室进行的性能检验和参数设置,包括零点校准、量程调整、线性度检查、报警点设定等。现场安装按照设计图纸和规范要求进行仪表设备安装,包括支架制作、设备固定、导压管敷设、电缆敷设等工作。现场调校仪表安装完成后在实际工况下进行的最终调试,验证测量精度、响应时间、控制效果,确保系统正常运行。管道连接要求导压管应保持一定坡度,便于排气排液蒸汽介质需加装冷凝罐或冷凝圈腐蚀性介质需采用耐腐蚀材料易结晶介质需加装伴热保温装置管路连接处应严密,防止泄漏电缆连接要求信号电缆应选用屏蔽电缆,防止干扰电源电缆与信号电缆应分开敷设电缆进线口应做好密封防水处理接线端子应牢固可靠,标识清晰电缆敷设应整齐美观,留有余量仪表接地系统与安全防护接地连接方法与接地电阻要求良好的接地系统是保证仪表系统安全运行、抑制电磁干扰、防止雷击损坏的重要措施。仪表接地系统通常包括保护接地、工作接地、防雷接地和屏蔽接地。保护接地:将仪表外壳、支架、电缆桥架等金属部件接地,防止触电事故,接地电阻应小于4Ω工作接地:为仪表系统提供统一的参考电位,减少干扰,接地电阻应小于1Ω防雷接地:保护仪表设备免受雷击损害,接地电阻应小于10Ω屏蔽接地:信号电缆屏蔽层单端接地,抑制电磁干扰安全操作规范施工前必须办理工作票,明确安全措施在易燃易爆区域施工需使用防爆工具高空作业必须系好安全带动火作业需办理动火证并配备消防器材防护措施要求仪表设备防护等级应符合环境要求防爆区域仪表应具有相应防爆等级户外仪表需加装防护箱和防晒罩腐蚀环境下应选用耐腐蚀材料仪表安装现场规范施工现场照片展示了规范的仪表安装工艺:导压管敷设横平竖直、固定牢固;信号电缆沿桥架整齐敷设,每隔一定距离设置固定卡;变送器安装位置便于观察和维护;接线盒密封良好,标识清晰;所有金属管线和设备外壳均已可靠接地。这些细节体现了专业的安装水平,是确保系统长期稳定运行的基础。第四章传感器与变送器应用传感器是自动化系统的"感觉器官",变送器是信号转换与传输的关键环节。本章深入讲解各类传感器的工作原理、选型方法、安装要点以及变送器的调试技术,使学员能够根据实际工况正确选择和使用传感器变送器。常用传感器类型及选型原则压力传感器将压力信号转换为电信号的装置。常见类型包括应变式、压阻式、电容式、压电式等。选型时需考虑测量范围、精度等级、过载能力、介质温度、防爆要求等因素。应用于压力、差压、液位、流量等参数测量。温度传感器用于测量温度的传感元件。热电偶适用于高温测量(-200℃~1800℃),热电阻适用于精密测量(-200℃~600℃),半导体温度传感器适用于民用电子设备。选型需考虑测量范围、响应时间、精度、安装方式等。流量传感器测量流体流量的传感装置。涡街流量计适用于蒸汽和气体,电磁流量计适用于导电液体,超声波流量计适用于大口径管道,质量流量计直接测量质量流量。选型需考虑介质特性、管径、流速范围、精度要求。传感器安装与调试要点安装位置:选择能真实反映被测参数的典型位置防护措施:根据环境条件采取防水、防尘、防腐、防爆措施减震措施:振动环境下需加装减震装置调试方法:采用标准器具进行比对校准零点调整:在无输入状态下调整输出为零量程调整:在满量程输入时调整输出为满量程值变送器工作原理与调试变送器将传感器输出的微弱信号转换为标准信号,实现远距离传输和多点显示控制。差压变送器测量两点压力差值并转换为标准信号输出。广泛应用于流量、液位、密度测量。工作原理:压力作用于隔离膜片,通过硅油传递到测量膜片,引起电容或电阻变化,经电路转换为4-20mA信号。量程范围:0-6kPa至0-40MPa精度等级:±0.075%~±0.5%零点迁移:可正负迁移100%温度变送器将热电偶或热电阻信号转换为标准信号输出。具有线性化、冷端补偿、信号隔离等功能。可直接安装在接线盒内,实现现场信号转换,提高抗干扰能力。输入类型:K/E/S/B型热电偶,PT100/Cu50热电阻精度等级:±0.2%~±0.5%环境温度:-40℃~85℃4-20mA标准信号介绍4-20mA电流信号是工业自动化领域最常用的模拟信号标准,具有抗干扰能力强、传输距离远、接线简单等优点。信号范围:4mA对应0%测量值,20mA对应100%测量值活零点:4mA作为零点,可检测断线故障传输距离:可达1000米以上负载能力:典型负载≤500Ω供电方式:二线制、三线制、四线制传感器与变送器核心部件解析图中展示了典型的压力变送器和温度变送器实物,清晰标注了各关键部件:测量膜盒、电子线路板、接线端子、显示表头、零点调整螺钉、量程调整螺钉、阻尼调整旋钮等。了解这些部件的功能和调整方法,是掌握变送器调试技能的基础。现代智能变送器还配备HART通讯功能,可通过手操器进行远程配置和诊断。第五章PLC控制技术基础可编程逻辑控制器(PLC)是现代工业自动化的核心控制设备,具有可靠性高、编程灵活、功能强大等特点。本章以西门子S7-1200系列PLC为例,系统介绍PLC的硬件组成、编程方法和典型应用,培养学员的PLC应用能力。PLC系统组成与功能西门子S7-1200系列介绍S7-1200是西门子公司推出的小型PLC系统,性价比高、功能完善,广泛应用于中小型自动化项目。CPU型号:CPU1211C、1212C、1214C、1215C、1217C程序容量:25KB~125KB扫描速度:布尔运算0.08μs/指令通讯接口:集成PROFINET接口编程软件:TIAPortal(博途软件)扩展能力:最多扩展8个信号模块数字量与模拟量输入输出PLC通过I/O模块实现与现场设备的信息交换,包括数字量和模拟量两大类。数字量I/O:输入:接收开关、按钮、传感器等开关信号输出:控制接触器、电磁阀、指示灯等执行元件电压等级:24VDC、220VAC等模拟量I/O:输入:接收4-20mA、0-10V等模拟信号输出:输出4-20mA、0-10V等控制信号分辨率:12位~16位PLC编程与调试实训项目通过典型应用案例学习PLC编程方法,掌握梯形图、功能块图等编程语言,培养解决实际工程问题的能力。基本指令练习学习位逻辑指令(AND、OR、NOT)、定时器指令(TON、TOF)、计数器指令(CTU、CTD)、比较指令、数学运算指令等基本指令的使用方法,通过简单的控制程序理解PLC的工作原理和编程思路。交通灯控制案例设计一个十字路口交通信号灯控制系统,实现东西南北四个方向红绿灯的自动切换,包括绿灯时间、黄灯时间、全红时间的设定,以及紧急情况下的手动控制功能。通过此案例掌握顺序控制和定时器的应用。机械手控制案例编写机械手自动分拣系统的控制程序,实现抓取、移动、放置等动作的协调控制。包括原点回归、单步运行、连续运行、故障报警等功能。通过此案例掌握步进控制和状态编程方法(SFC)的应用。编程技巧:采用模块化编程思想,将复杂程序分解为多个功能块;合理使用注释,提高程序可读性;充分利用符号表,便于程序维护;注意程序的容错处理,提高系统可靠性。PLC编程实训环境实训装置配备了西门子S7-1200PLC、触摸屏、变频器、伺服驱动器、各类传感器和执行元件,可以完成从基础编程到复杂控制系统的全方位实训。TIAPortal编程软件提供了直观的图形化编程界面,支持梯形图(LAD)、功能块图(FBD)、结构化文本(SCL)等多种编程语言,并集成了仿真调试、在线监控、诊断维护等功能,是学习PLC技术的理想平台。第六章变频器与伺服系统实训变频器和伺服系统是现代传动控制的核心设备,广泛应用于各类生产机械。本章介绍变频器的基本功能、参数设置、故障诊断以及伺服系统的组成、控制方式和调试方法,培养学员的传动系统应用能力。变频器基本功能与操作参数设置与报警保护变频器通过丰富的参数设置实现各种控制功能,正确的参数配置是系统正常运行的前提。基本参数设置:电机参数:额定功率、额定电压、额定电流、额定转速运行参数:最高频率、基频、加速时间、减速时间控制方式:V/F控制、矢量控制、转矩控制启停方式:键盘控制、端子控制、通讯控制保护功能:过电流、过电压、欠电压保护过载保护、过热保护失速保护、短路保护多段速度控制与PLC联动通过多段速度功能和PLC联动,实现复杂的速度控制要求。多段速度设置:可设置0~15段速度通过数字输入端子组合选择每段速度可独立设置加减速时间适用于风机、泵类等需要多级调速的场合PLC联动控制:PLC通过数字量控制变频器启停和速度PLC通过模拟量实现无级调速变频器运行状态反馈至PLC实现主从控制、同步控制等功能伺服电机驱动与位置控制伺服系统能够精确控制位置、速度和转矩,是高精度传动控制的首选方案。伺服电机将电信号转换为精确机械运动的执行元件。交流伺服电机具有响应快、精度高、过载能力强等特点,配备高分辨率编码器实现位置反馈。伺服驱动器接收控制指令,驱动伺服电机运行的功率放大装置。内置位置环、速度环、电流环三闭环控制,实现高精度、高响应的控制性能。位置反馈装置编码器、旋转变压器等位置检测元件,将电机轴转角转换为电信号反馈给驱动器,构成闭环控制系统,实现精确定位。位置、速度控制实训项目位置控制模式通过脉冲+方向信号控制实现点对点精确定位电子齿轮比设置定位完成信号反馈应用:数控机床、包装机械速度控制模式通过模拟量电压控制转速速度范围0~3000rpm可调速度环增益自动调整转速反馈监控应用:印刷机械、纺织机械变频器与伺服系统实训台实训台集成了主流品牌的变频器(西门子、ABB、三菱)和伺服系统(松下、安川、台达),配备了完善的负载装置和测量仪表。操作面板清晰标注了各功能按键、指示灯和接线端子,方便学员进行参数设置、接线操作和故障排除训练。通过实训项目,学员可以掌握变频调速、伺服定位、多轴同步等实用技能,为从事自动化设备安装调试工作打下坚实基础。第七章智能定位器安装与校准智能定位器是气动调节阀的重要附件,实现阀门位置的精确控制和在线诊断。本章以ABB智能定位器为例,详细介绍其安装步骤、参数配置、自动校准程序以及故障诊断方法,使学员掌握智能定位器的应用技术。ABB智能定位器安装步骤智能定位器的正确安装是保证调节阀性能的关键,必须严格按照规范步骤操作。1机械安装将定位器本体固定在阀门执行机构上,连接反馈杆与阀杆,确保反馈机构灵活无卡涩。调整反馈杆长度,使阀门在中间位置时反馈角度在45°左右。紧固所有连接螺栓,检查安装牢固性。2气动连接连接气源至定位器气源接口,气源压力应为0.14~0.7MPa,确保气源清洁干燥。连接定位器输出口至执行机构气缸,检查所有气动接头密封性。对于双作用执行机构,需连接两个输出口。3电气连接按接线图连接控制信号线(4-20mA或HART)、电源线(24VDC或现场总线供电)。注意极性正确,屏蔽层单端接地。检查接线牢固性和绝缘性。对于防爆区域,必须在断电状态下接线。4参数设置上电后进行基本参数设置,包括阀门类型(直行程/角行程)、作用方式(气开/气关)、控制信号范围(4-20mA)、行程范围等。可通过按键操作或手操器进行配置。5自动调整程序运行自动校准程序,定位器将自动学习阀门特性、优化控制参数。整个过程约需5-10分钟,期间阀门会多次开关。校准完成后检查阀门响应速度和定位精度。智能定位器运行模式与故障诊断自适应控制与手动控制智能定位器具有多种运行模式,适应不同的操作需求。自适应控制模式:定位器根据阀门特性自动调整PID参数具有死区自适应、摩擦力补偿功能定位精度可达±0.5%响应速度快,适用于大部分工况手动控制模式:通过按键直接控制阀门开度用于调试、维护或紧急操作可锁定当前阀位,防止误操作常见故障代码解析智能定位器具有完善的自诊断功能,通过故障代码指示异常状态。E01:供气压力过低,检查气源压力≥0.14MPaE02:反馈信号丢失,检查反馈杆连接E03:阀门卡死或超行程,检查阀门机械状况E04:控制信号异常,检查输入信号范围E05:温度超限,检查环境温度-40~85℃E06:通讯故障,检查HART或总线连接E07:内部传感器故障,需返厂维修维护建议:定期检查气源质量,清洁过滤器;检查反馈机构灵活性,必要时加润滑油;每半年进行一次性能验证,确保定位精度;保