机械工程师学会

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成。(1)电源供电回路(2)保护回路(3)信号回路(4)自动与手动问路(5)制动停车回路(6)自锁及闭锁同路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输入设备电气系统刀开关(一)结构：一种最简单的手动电器。(三)作用：用在不频繁接通和分断的电路中，也用于隔离电路和电源（又称为隔离开关）(二)分类：单极(单刀)、双极(双刀)、三极(三刀)电气系统组合开关（一）结构：也是一种刀开关，刀片可转动，由装在同一轴上的单个或多个单极旋转开关叠装组成。转动手柄，可使动触片与静触片接通与断开。（二）分类：单极、双极、三极、多极。（三）作用：生产机械的电源引入、局部照明等。（一）作用：最常用的短路保护电器。熔体由电阻率较高而熔点较低的合金制成，正常工作时熔体不熔断，短路时熔体立即熔断，及时切断电源。熔断器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：①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。②多台直接起动电动机总保护熔体额定电流＝(1.5～2.5)×各台电动机电流之和。(3)配电变压器低压侧熔体额定电流＝(1.0～1.5)×变压器低压侧额定电流。(4)并联电容器组熔体额定电流＝(1.43～1.55)×电容器组额定电流。(5)电焊机熔体额定电流＝(1.5～2.5)×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。电气系统按钮(一)作用：发出操作信号、接通和断开电流较小的控制电路，以控制电流较大的电动机运行。(二)结构：钮帽、动触点、静触点和复位弹簧等。静触点动触点一种最简单的手动电器。动断触点动静触点动断触点：动触点与上面的静触点接通。动合触点：动触点与下面的静触点断开。按钮未按下时：按下按钮时：上面的动断触点断开，下面的动合触点接通。当松开按钮时：动触点在复位弹簧作用下复位，动断触点和动合触点都恢复原态。空气开关集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路．严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机电气系统原理电气系统分类：配电保护型电动机保护型家用保护型漏电保护型跳闸原因：1、短路2、过载3、欠压电气系统热继电器.通常用热继电器来实现过载保护。原理电气系统发热元件发热元件动断触点双金属片跳闸原因1、过流2、过载电气系统整定电流•当发热元件中通过的电流超过整定电流值的20％时，热继电器应在20分钟内动作。•热继电器的整定电流大小可通过整定电流旋钮来改变。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保护熔断器则只能作短路保护电气系统电机保护器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。电气系统电气系统适用于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机原理电机保护器选用原则满足现场实际需求，做到经济性和可靠性的统一，具有较高的性能价格比。根据现场的实际情况合理地选择保护器的种类、功能，同时考虑保护器安装、调整、使用简单方便，更重要的是要选择高质量的保护器。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“三性：即选择性、快速性、灵敏性”电气系统对生产机械的某一运动部件的行程或位置变化进行控制。通常用行程开关来实现。行程开关（限位开关）：是利用机械部件位移来切换电路的自动电器。直线式单滚轮式双滚轮式未撞击撞击ST动合触点动断触点ST(c)符号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涡流式接近开关原理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热电偶测温原理2019/8/9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。2019/8/9计算机控制技术40热电阻2019/8/9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=Rt0[1+a(t-t0)]工业常用热电阻2019/8/9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－２００－＋６５０摄氏度范围内测温，铜热电阻因在高温下易氧化而适用于５０－＋１５０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2019/8/9计算机控制技术43红外线水分测定仪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电磁式流量计2019/8/9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。2019/8/9计算机控制技术48电磁流量计2019/8/9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。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。2019/8/9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。2019/8/9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2019/8/9计算机控制技术53音叉料位计电气系统原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。电气系统测速发电机tachogenerator2019/8/9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2019/8/9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2019/8/9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2019/8/9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.测量原理•任何位置的改变提供相应的脉冲计数值(增量型)•为每一位置提供一个特定的输出码(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•机械代码被转换为成比例的电气脉冲信号。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在断电情况下位置的改变也能被记忆下来。不能区分到底转了多少圈。传感器和检测仪表的发展2019/8/9计算机控制技术65•1.功能上不断扩展。•2.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2019/8/9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，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。气动执行器2019/8/9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2019/8/9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2019/8/9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调节机构控制机构2019/8/9计算机控制技术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2019/8/9计算机控