《《計算機控制技術》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《計算機控制技術》PPT課件（59頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、2020/9/12,計算機控制技術,1,第2章 計算機控制系統(tǒng)中的檢測設備和執(zhí)行機構,2020/9/12,計算機控制技術,2,第2章計算機控制系統(tǒng)中的檢測設備和執(zhí)行機構,傳感器和變送器 過程控制中常用的執(zhí)行器 運動控制中常用的執(zhí)行機構,2020/9/12,計算機控制技術,3,2.1 傳感器和變送器,傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器的輸出信號有多種形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。 變送器在控制系統(tǒng)中起著至關重要的作用，它將工藝變量(如溫度、壓力、流量、液位、成份等)和電、氣信號(如電流、典壓、頻率、氣壓信號等)轉(zhuǎn)換
2、成該系統(tǒng)統(tǒng)一的標準信號。因此，變送器的性能、精度等指標對控制系統(tǒng)影響重大。,2020/9/12,計算機控制技術,4,2.1 傳感器和變送器,主要內(nèi)容： 信號傳輸及供電的四線制與兩線制 壓力檢測及變送 溫度檢測和變送 流量檢測及變送 物位檢測及變送 其它檢測儀表和裝置,2020/9/12,計算機控制技術,5,2.1.1 信號傳輸及供電的四線制與兩線制,變送器安裝在現(xiàn)場，它的氣源或電源從控制室送來，而輸出信號送到控制室。氣動變送器用兩根氣動管線分別傳送氣源和輸出信號。 電動模擬式變送器采用二線制或四線制傳輸電源和輸出信號。,2020/9/12,計算機控制技術,6,2020/9/12,計算機控制技術
3、,7,HART協(xié)議,智能式變送器采用雙向全數(shù)字量傳輸信號，即現(xiàn)場總線通訊方式；目前廣泛采用一種過渡方式，即在一條通訊電纜中同時傳輸420mA電流信號和數(shù)字信號，這種方式稱為HART協(xié)議通訊方式。智能式變送器的電源也由通信電纜傳輸。,2020/9/12,計算機控制技術,8,HART協(xié)議,HART(Highway Addressable Remote Transducer)通信協(xié)議是數(shù)字式儀表實現(xiàn)數(shù)字通信的一種協(xié)議，具有HART通信協(xié)議的變送器可以在一條電纜上同時傳輸420mADC的模擬信號和數(shù)字信號。 HART通信協(xié)議是依照國際標準化組織(ISO)的開放式系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，簡化并引用其
4、中三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層而制定的。物理層規(guī)定了信號的傳輸方法和傳輸介質(zhì)；數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了數(shù)據(jù)幀的格式和數(shù)據(jù)通訊規(guī)程；應用層規(guī)定了通訊命令的內(nèi)容。,2020/9/12,計算機控制技術,9,2.1.2壓力檢測及變送,壓力檢測的主要方法和分類 電容式差壓變送器,2020/9/12,計算機控制技術,10,壓力檢測的主要方法和分類,按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同，一般 分為以下幾類： 液注式壓力檢測 ： 依據(jù)流體靜力學原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來實現(xiàn)測量的。 U型管壓力計、單管壓力計、補償微壓計等。 結(jié)構簡單、使用方便，但其精度受工作液的毛細管作用、密度及視差等因素的影響。 一般用于測量較
5、低壓力、真空度或壓力差。,2020/9/12,計算機控制技術,11,彈性式壓力檢測 ： 根據(jù)彈性元件受力變形原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移來實現(xiàn)壓力測量。 主要有彈簧管、膜片和波紋管等 負荷式壓力檢測 ： 利用靜壓平衡原理進行壓力測量。 典型儀表：活塞式、浮球式和鐘罩式。 普遍用作標準儀器對壓力儀表進行標定。,2020/9/12,計算機控制技術,12,電氣式壓力檢測 ： 利用敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電阻、電感、電容、電位差等。 具有較好的動態(tài)響應，特性量程范圍大，線形好，便于進行壓力的自動控制。 其它壓力檢測方法 ： 彈振式壓力計、壓磁式壓力計。,2020/9/12,計算機控制技術,1
6、3,電容式差壓變送器,電容式差壓變送器采用差動電容作為檢測元件，是目前工業(yè)上普遍使用的一種變送器,2020/9/12,計算機控制技術,14,2020/9/12,計算機控制技術,15,測量部分的作用是通過電容式壓力傳感器及相關電路把被測差壓p成比例的轉(zhuǎn)換成為差動電流信號Id。 差動電容的相對變化量再通過電容/電流轉(zhuǎn)換電路比例的轉(zhuǎn)換成差動電流信號Id，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成420mA輸出電流。,2020/9/12,計算機控制技術,16,智能式壓力變送器,2020/9/12,計算機控制技術,17,2020/9/12,計算機控制技術,18,2.1.3 溫度檢測和變送,測溫方法分類 熱電偶 熱電阻 模擬式溫度變
7、送器 智能式溫度變送器,2020/9/12,計算機控制技術,19,測溫方法分類,接觸式測量 基于物體的熱交換原理設計而成。 優(yōu)點：較直觀、可靠，系統(tǒng)結(jié)構相對簡單，測量準確度高。 缺點：測溫有較大滯后，在接觸過程中易破壞被測對象的溫度場分布，從而造成測量誤差，不能測量移動或太小的物體。測溫上限受到溫度計材料的限制，故所測溫度不能太高。,2020/9/12,計算機控制技術,20,測溫方法分類,接觸式測量主要儀表： 基于物體受熱膨脹原理制成的膨脹式溫度檢測儀表； 基于密閉容器內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)制成的壓力式溫度檢測儀表； 基于導體或半導體電阻隨溫度變化而變化的熱電阻溫度檢測儀表 基于
8、熱電效應的熱電偶溫度檢測儀表。,2020/9/12,計算機控制技術,21,測溫方法分類,非接觸測量 基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對應關系而設計的。 優(yōu)點:測溫范圍廣，測溫過程中不破壞被測對象的溫度場分布；能測量運動物體；測溫響應速度快。 缺點：所測溫度受物體發(fā)射率、中間介質(zhì)和測溫距離的影響。 主要儀表：輻射溫度計、光學高溫計、光電高溫計、比色溫度計等。 其他測量技術：光纖測溫技術、集成溫度傳感器測溫技術等,2020/9/12,計算機控制技術,22,熱電偶測溫原理,熱電偶溫度計利用不同導體或半導體的熱電效應來測溫的 工業(yè)上常用的(已標準化)熱電偶有：鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號為B)、鉑銠
9、10-鉑熱電偶(分度號為S)、鎳鉻-鎳硅(鎳鉻-鎳鋁)熱電偶(分度號為K)等。,2020/9/12,計算機控制技術,23,熱電阻測溫原理,熱電阻溫度計是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來測量溫度的 熱電阻引線的功能是使感溫元件能與外部測量線路相連接。熱電阻引線對測量結(jié)果有較大的影響，現(xiàn)在常用的引線方式有兩線制、三線制和四線制三種。,2020/9/12,計算機控制技術,24,智能式溫度變送器,圖 . 智能溫度變送器TT302構成框圖,2020/9/12,計算機控制技術,25,模擬式溫度變送器,以DDZ-型為例，它可以和熱電阻或熱電偶配合使用，將溫度信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號； 它也可以作為直
10、流毫伏轉(zhuǎn)換器來使用，也將其它能夠轉(zhuǎn)換成直流毫伏信號的工藝變量也變成統(tǒng)一的標準信號,2020/9/12,計算機控制技術,26,模擬式溫度變送器,圖 . 模擬式溫度變送器原理框圖,2020/9/12,計算機控制技術,27,2020/9/12,計算機控制技術,28,2.1.4 流量檢測及變送,流量檢測原理有很多，有許多分類方法： 按測量的單位分：質(zhì)量流量計與體積流量計； 按測量流體運動的原理分：容積式、速度式、動量式和質(zhì)量流量式； 按測量方法分：直接測量式和間接測量式。,,,2020/9/12,計算機控制技術,29,渦街流量計,渦街流量計又稱為漩渦流量計， 是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的
11、儀表。,2020/9/12,計算機控制技術,30,電磁式流量計,電磁流量計是基于電磁感應原理來測量流量的儀表，它能測量具有一定電導率的液體的體積流量。 由于它測量的準確度不受被測液體的粘度、密度、溫度以及電導率(在允許最低限以上)變化的影響，測量管中沒有任何阻礙被測液體流動的部件，所以幾乎沒有壓力損失。 適當選用測量管中絕緣內(nèi)襯和測量電極的材料，就可以測量各種腐蝕性(酸、堿、鹽)溶液的流量，尤其是在測量含有固體顆粒的溶液如泥漿、紙漿、礦漿或纖維液體的流量時，更顯示出其優(yōu)越性 。,2020/9/12,計算機控制技術,31,電磁流量計用于測量導電液體的體積流量，也適用于含或不含懸浮顆粒物的液體，或
12、淤泥、漿料等粘稠的介質(zhì)。 質(zhì)量流量計、超聲波流量計、孔板流量計,2020/9/12,計算機控制技術,32,,系列電磁流量計,2020/9/12,計算機控制技術,33,2.1.5 物位檢測及變送,物位儀表的分類 差壓式液位變送器 電容式物位傳感器,2020/9/12,計算機控制技術,34,分類,直讀式物位測量儀表 浮力式物位測量儀表 靜壓式物位測量儀表 電磁式物位測量儀表 核輻射式物位儀表 聲波式物位測量儀表 光學式物位測量儀表,2020/9/12,計算機控制技術,35,差壓式液位變送器,利用差壓或壓力變送器可以很方便的測量液位，且能輸出標準的電流或氣壓信號。 差壓式液位變送器是利用容器內(nèi)的液位
13、改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應變化的原理而工作的,p,2020/9/12,計算機控制技術,36,電容式物位傳感器,在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)時，電容量的大小也有所不同 因此可通過測量電容量的變化來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面,2020/9/12,計算機控制技術,37,2.1.6 其它檢測儀表和裝置,接近開關、光電開關 測速發(fā)電機 光電編碼器 測厚儀表,2020/9/12,計算機控制技術,38,行程開關、接近開關,行程開關、接近開關主要將機械位移變?yōu)殡娦盘?，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，廣泛的應用在機電一體化的設備上，作為電路自動切換、限位保護、行程控制等應用,圖 . 行程開關,圖 . 接近
14、開關,2020/9/12,計算機控制技術,39,光電開關,光電開關也是一種常用的開關型檢測元件。它有投光器、受光器和電源組成，投光器常用發(fā)光二極管，受光器常用光敏二極管或光敏三極管。 其工作原理是使投光器和受光器相對，當被測物體擋住從投光器發(fā)射出的光線時，受光器就輸出相應的控制信號。光電開關按檢測方式可分為反射式、對射式兩種類型,2020/9/12,計算機控制技術,40,圖 . 光電開關,2020/9/12,計算機控制技術,41,測速發(fā)電機,測速發(fā)電機是一種專門用來測量轉(zhuǎn)速的微型電機，其本質(zhì)是一種微型發(fā)電機。有直流和交流兩種 。 直流測速發(fā)電機輸出電壓和轉(zhuǎn)速有較好的線性關系，并且電流的極性反映
15、出轉(zhuǎn)動的方向，應用方便。由于直流測速發(fā)電機有電刷、換向器等接觸裝置，使它的可靠性變差，精度也受到影響。 交流測速發(fā)電機的輸出頻率與轉(zhuǎn)速嚴格對應，輸出信號可經(jīng)放大整形變換電路轉(zhuǎn)換成標準的電壓或電流信號 。輸出特性隨負載性質(zhì)變化而變化。,2020/9/12,計算機控制技術,42,光電編碼器,光電編碼器作為一種傳感器具有精度高、耗能低、非接觸無磨損、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。 尤其是它以數(shù)字量輸出，具有與計算機容易聯(lián)機的優(yōu)點。 編碼器的應用對象，就其所測量的物理量的性質(zhì)，它可對運動機械的直線位移、角位移、速度、相位等進行測量，也可間接地對能變換成這些量的，例如溫度壓力、流量等物理量進行測量，并給出相應的電學量
16、輸出。 在自動化系統(tǒng)中，它可作為敏感檢測元件組成自動檢測系統(tǒng)，也可作為檢測反饋元件，組成閉環(huán)或半閉環(huán)的自動控制系統(tǒng),2020/9/12,計算機控制技術,43,測厚儀表,厚度測量屬于長度測量范疇，但它是一種特殊的長度測量。目前常用的厚度測量一般屬于運動物體厚度的連續(xù)測量，而對于非連續(xù)測量則多用一般簡單機械式測量儀 按檢測方式分為接觸式和非接觸式兩大類；按其變換原理分為射線式、電渦流式、微波式、激光式、電容式、電感式等。,2020/9/12,計算機控制技術,44,2.2 過程控制中常用的執(zhí)行器,執(zhí)行器在過程計算機控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 它的作用是接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量
17、，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。,2020/9/12,計算機控制技術,45,執(zhí)行器有各種不同的分類方法，其分類如下： 按動力能源分類 分為氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器。氣動執(zhí)行器利用壓縮空氣作為能源，其特點是結(jié)構簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價格較低；它可以方便的與氣動儀表配套使用，即使是采用電動儀表或計算機控制時，只要經(jīng)過電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，將電信號轉(zhuǎn)換為0.020.1MPa的標準氣壓信號，仍然可用氣動執(zhí)行器。 按動作極性分類 分為正作用執(zhí)行器和反作用執(zhí)行器。 按動作行程分類 分為角行程執(zhí)行器和直行程執(zhí)行器。 按動作特性分類
18、 分為比例式執(zhí)行器和積分式執(zhí)行器。,2020/9/12,計算機控制技術,46,氣動執(zhí)行器,氣動執(zhí)行器又稱為氣動調(diào)節(jié)閥，由氣動執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)閥(控制機構)組成。 執(zhí)行器上有標尺，用以指示執(zhí)行器的動作行程,圖 . 氣動執(zhí)行器,2020/9/12,計算機控制技術,47,氣動執(zhí)行機構,常見的氣動執(zhí)行機構有薄膜式和活塞式兩大類 其中薄膜式執(zhí)行機構最為常,2020/9/12,計算機控制技術,48,控制機構,控制機構即調(diào)節(jié)閥，實際上是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件 調(diào)節(jié)閥由閥體、閥座、閥芯、閥桿、上下閥蓋等組成。調(diào)節(jié)閥直接與被控介質(zhì)接觸，為適應各種使用要求，閥芯、閥體的結(jié)構、材料各不相同 調(diào)節(jié)閥的閥芯有直行
19、程閥芯與角行程閥芯,2020/9/12,計算機控制技術,49,電/氣轉(zhuǎn)換器,電氣轉(zhuǎn)換器 電氣閥門定位器 壓縮空氣過濾器,2020/9/12,計算機控制技術,50,電動執(zhí)行器,2020/9/12,計算機控制技術,51,電動執(zhí)行器,電動執(zhí)行器和氣動執(zhí)行器一樣，是控制系統(tǒng)中的一個重要部分。它接收來自控制器的420mA或010mA直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構，以實現(xiàn)自動控制 電動執(zhí)行器有直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式等類型,2020/9/12,計算機控制技術,52,電動執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機構組成 ，如下圖：,圖 . 電動執(zhí)行機
20、構方框圖,2020/9/12,計算機控制技術,53,現(xiàn)場總線執(zhí)行器,現(xiàn)場總線的智能執(zhí)行器由傳統(tǒng)的執(zhí)行器、含有微處理器的控制器以及可與PC或PLC雙向通信的模件及軟件組成，具有與上位機或控制系統(tǒng)通信的功能 智能化和高精度的系統(tǒng)控制功能 一體化的結(jié)構 智能化的通信功能 智能化的自診斷功能,2020/9/12,計算機控制技術,54,2.3 運動控制中常用的執(zhí)行機構,直流伺服電機 交流伺服電機 步進電機 電磁閥和液壓閥,2020/9/12,計算機控制技術,55,直流伺服電機,直流伺服電機是控制系統(tǒng)中具有特殊用途的電動機。 它的工作原理、基本結(jié)構及內(nèi)部電磁關系和一般用途的電動機相同。 一般分為永磁式和電
21、磁式兩種基本結(jié)構類型。 電磁式直流伺服電機按勵磁方式不同又分為它勵、并勵、串勵和復勵四種； 永磁式直流伺服電機也可看作是一種它勵式直流電動機。 直流伺服電機具有啟動力矩大，調(diào)速范圍廣，機械特性和調(diào)節(jié)特性線性度好，控制方便等特點。一般把直流電機的電樞電壓作為控制信號，實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)速控制。,2020/9/12,計算機控制技術,56,交流伺服電機,交流伺服電機在自動控制系統(tǒng)中也常被用來作為執(zhí)行元件 在自動控制系統(tǒng)中，伺服電動機是將控制信號快速地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的一個執(zhí)行元件，因此，自動控制系統(tǒng)對它主要提出以下幾點要求： 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向應方便地受控制信號的控制，調(diào)速范圍要大； 整個運行范圍內(nèi)的特性應具有線
22、性關系，保證運行的穩(wěn)定性； 當控制信號消除時，伺服電動機應立即停轉(zhuǎn)，也就是要求伺服電動機無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象； 控制功率要小，啟動轉(zhuǎn)矩應大； 機電時間常數(shù)要小，始動電壓要低。當控制信號變化時，反應應快速靈敏,2020/9/12,計算機控制技術,57,步進電機,步進電機又稱為脈沖電機，是計算機控制系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移或直線位移，即給一個脈沖信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步， 步進電動機的角位移量或線位移量s與脈沖數(shù)k成正比；它的轉(zhuǎn)速n，或線速度v與脈沖頻率f成正比 它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用計算機控制，被廣泛的應用于簡易數(shù)控機床、
23、送料機構、儀器儀表等領域。,2020/9/12,計算機控制技術,58,液壓閥,液壓閥的種類很多，按不同的分類方法可有許多種類型。 按功能分，液壓閥可分為： 壓力控制閥 如溢流閥、減壓閥、順序閥等。 方向控制閥 如單向閥、電磁換向閥、電液換向閥等。 流量控制閥 如節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥、分流閥等。 按液壓系統(tǒng)的壓力分，所使用的液壓閥可分為節(jié)流閥、分流閥等。 低壓閥 其允許使用壓強6Mpa； 中壓閥 其允許使用壓強16Mpa； 高壓閥 其允許使用壓強16Mpa； 按閥的工作方式分，液壓閥可分為開關型和模擬量兩種。開關型液壓閥工作在開和關兩種工作狀態(tài)，通過控制電磁鐵的通斷來實現(xiàn)。模擬量閥連續(xù)控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量的變化，如比例閥、伺服閥，它是通過對比例電磁鐵輸入連續(xù)變化的模擬量信號來實現(xiàn)的,2020/9/12,計算機控制技術,59,第2章 結(jié)束,,THE End,
《計算機控制技術》PPT課件
