自动化专业英语翻译 PartⅤ-Ⅵ 部分 第二版 王军 重庆大学出版社

Part ⅤProcess Control

1.1过程控制的定义

术语“自动过程控制”被广泛使用，当人们学会了适应自管理程序以便有效处理产品的制造和原料加工。这样的程序被称为自动因为没有人（手动）干预是他们管理所必须的。所有过程控制系统由三个主要因素或条件构成：操纵变量，干扰，和控制变量如图5.1所示。控制变量的那些条件，入温度，液位，压力，流量，和位置，它必须保持在期望值或设置点。在过程控制里，操纵变量一边是流动量，这种流动量通常是阀门。干扰进入或影响过程趋势于控制变量远离它们的期望值或设定点条件。控制系统必须调整操纵变量到控制变量的设置点值尽管受干扰也能保持。设置点可能会改变。然而，操纵量需要改变调整控制变量以得到新的期望值。

一个过程控制系统的元素

图5.2所示一个控制系统的基本特点。在系统中显示，一个液位变送器，一个液位控制器，和一个控制阀是用于一个储罐液体液位控制过程。该控制系统的目的是保持储罐底部到规定的液面高度。它假定了流入储罐的流量是随机的。液位变送器是一个测量储罐内的液面高度转换成有用的测量信号发送到液位控制器的装置。液位控制器评估测量，比较它与预设点，过程管理的一系列校正动作发送到控制阀。阀门控制排水管的流量保持储罐中的液位。

因此，过程控制由四个元素构成：工艺，测量，评估，和控制器。图5.3显示这些元素的一个方块图。图已经显示了过程中的扰动输入或影响。没有扰乱一个工艺，也就不需要控制系统。

工艺控制

一般来说，一个工艺由设备的装配和材料组成涉及到生产操作或序列。如图5.2中的例子，在液面液位过程控制下的所涉及的部件，如一个储罐，储罐中的液体，液体的流入和流出储罐，和进口和出口管道。一个给定过程可以有许多动态变量，它可能需要控制这些所有变量。然而，在大多数情况下，只有一个变量控制在控制过程的可接受范围里。偶尔会遇到一个许多变量的多变量工艺，一些相关的管理需要。

测量

在过程中为了控制一个动态变量，必须有实体本身的信息。这些信息是从测量变量获得。

测量是指一个模拟或数字信号转换到过程变量里，如一个气动或电器阀。该装置是将过程变量的最初测量和能量转换到一个电动或者气动信号的传感器。

传感器可以被分类为液位，温度，压力，流量，位置，和分析类型。任何测量的结果是动态变量的转换到一些相应的信息里需要通过过程控制环里的其他元素。

评价

在过程控制序列里，评价了每一步的测量值，它与期望值或设置点的比较，并确定校正动作的数量存在保持自身控制。这种评估通过一个装置执行被称为控制器。控制器可以是气动，电动，或者机械设备安装在一个控制面板里或直接安装在工艺设备上。它也可以是部分

计算机通过软件执行的函数控制系统。

控制

控制元素在一个控制环里是在工艺或制造顺序上发挥直接影响的装置。这个末级控制元素在这个过程上接受一个来自控制器和操作执行比例转变的输入。在大多数情况中，这个末端控制元素将控制一个阀门调节流体流量的一个过程。驱动如电机，泵，和阻尼器也被当作控制元素。

工艺和仪表图纸

在测量和控制领域里，一套标准的符号是用来准备控制系统的图纸和工艺。所使用的符号在图纸中通常取材于ISA和ANSI标准ANSI/ISA5.1。这个标准典型的应用是工艺和仪表图纸。这种类型的图纸显示了连接工艺设备和工艺控制的仪表使用。图5.4是一个典型的部分P&ID图。

在标准的P&ID图里，工艺流程线，如图在5.4里的工艺流体和蒸汽图，使用粗实线。仪表信号线用特殊标志指出不论是信号还是气动，电气，液压，或者其他类似的。在图5.4里，两个仪表信号的类型是使用：双交叉阴影线表示蒸汽控制阀的气动信号的工艺流出控制阀门，和一个虚线表示电气控制线路之间的各种仪表。在过程控制应用里，气动信号通常在3到15psig，（例如，英镑/每平方英寸，表压），电气信号通常是直流4到20mA（毫安级）。

一个气球标志与一个封闭的字母和数字代码是表示使用仪表与工艺控制环的关系。第一个字母通常选择表示测量或控制环的初始变量。在图5.4图中的P&ID例子里，第一个字母是控制环中的温度仪表是T。接下来的字母用来代表一个读数或被动功能，或一个输出功能，或一个可以被修改的字母。例如，图5.4中明显的气球TE代表一个温度元素，和明显的TIC 是一个指示温度控制器。通常，3-或4-的数字序列表示每个环。在我们的工艺例子里（图5.4）我们用环编号是100和101。大多数小工艺用3-环编号；较大的工艺或复杂的制造厂需要四个或更多可以正确识别所有控制环的数字。

特殊图形是用于展现工艺设备和仪表。例如，图5.4中的孔板，是用来检测加热器工艺所排放出来的流量用两条平行线表示。这两个控制阀门在相同的工艺中也使用基于ISA/ANSI S5.1的特殊符号。

2.1传感器和变送器

在反馈控制系统、过程控制系统的元素定义一个单独的功能方面的部分系统。这四个基本组件的控制系统是传感器、变送器、控制器和最终控制元素。这些组件的三个基本操作每个表单的每个控制系统:测量的决定,和行动。

传感器和发射机执行测量操作的控制系统。传感器产生一种现象,机械,或像相关的过程变量,它的措施。的作用是将发射机反过来信号从传感器到需要的表单最终的控制装置。信号,因此,相关过程变量。

两个模拟标准是常用的作为一种代表范围的变量控制系统。对于电力系统我们使用范围的电流进行电线,和气动系统我们使用一系列的气体压力管道中携带。这些信号是主要用来传递变量信息在一些距离,比如,从控制室和植物。图5.9显示了一个过程——控制安装在当前用于传输测量数据对控制变量来控制房间,气体压力管道是用来传输一个反馈信号到一个阀

改变流量作为控制变量。

电流信号最常见的电流传输信号是4到20mA。因此,在前温度的例子,20℃可能用4mA代替，120℃可能用20mA代替,所有温度代表之间比例电流。增益是：略。也就是说,我们可以说,增加传感器/变送器是比输出的跨度输入的时间。

当前是用来代替电压,因为系统然后较少依赖负载。电压不用于传输,因为它容易变化的抵抗线。

气动信号最常见的标准气压信号发射机是3到15 psi。在这种情况下,当一个传感器测量些变量区间转化成了一个比例压力的气体在管。天然气通常是干燥的空气。管可能会很多数百米长,但只要没有泄漏在系统压力会传播下管。这英语系统标准仍然是广泛用于U.S尽管移动到SI单位制。相当于SI范围,将最终采用是20到100 kPa

这两个病例临床表现表明,获得的传感器/变送器是恒定的完整的操作范围。对于大多数传感器/变送器就是这样;然而,有一些姿态,如差压传感器用来测量流量,当这不是此案。一个差压传感器测量差压,h,穿过一个孔板。这个压差与广场的体积流率F。这是F2ah。

这个方程,描述了输出信号形式电子差压发射机当用来测量体积流量范围从0 ~ Fmax gpm是代表:略

从这个方程得到发射机的方法如下:略

根据定义可得：略

这个表达式显示增益不是常数而是一个函数的流。这个流量越大,增益越大。所以实际增益变化从零到两倍名义上的增益。

这一事实导致了流量控制系统的非线性。现在多数生产提供差压信号传送器内置平方根提取器产生一个班轮发射机。

动态响应的大多数传感器/变送器年代比过程快得多。因此,他们的时间常数和死时间通常可以被认为是微不足道的,因此,其传递函数给出了一个纯粹的增益。然而,当动力必须认为,这是通常的做法代表了传递函数的一阶或二阶仪器由一个系统:略

3.1数字控制

数字控制是一个系统,使用预定的指令来控制一个序列的制造业务。指令编码数值存储在某种类型的输入介质,如穿孔纸带、磁带,或共同的记忆程序存储器。指示指定诸如位置、方向、速度、和切割速度。一个部分程序包含所有的指示需要产生想要的部分。一个机器程序包含所有的指令年代需要实现所需过程。数控机器每个表单操作(比如无聊、钻孔、研磨,铣、冲压、路由、锯切、车削、绕组(线)、火焰切割、针织(服装)、铆接、弯曲、焊接和金属丝加工。

数控(NC)被称为柔性自动化,因为相对容易改变计划而改变凸轮、夹具和模板。相同的机器可以用来产生任何数量的不同部分使用不同的程序。数控工艺是最合理的,许多不同的部分是产生在一个特定的机器:它是很少用来产生一个单一的部分不断地在同一台机器上。数控是理想当一个部分或过程定义在数学上。随着使用电脑辅助设计(CAD),越来越多的过程和产品定义的数学。当我们知道他们有图纸成为不必要的,一个部分是完全定义的数学可以制造由计算机控制的机器。一个闭环数控机显示在图5.13。

数控程序始于一个规范(工程图纸或数学定义),完全定义了所需的部分或过程。一个程序员使用规范确定必要的操作序列,产生部分或携带出过程。程序员还指定了要使用的工具,切削速度,饲料利率。程序员使用一个特殊的编程语言来准备一个符号程序。APT(自动编程工具)是一种语言用于此目的。一个计算机将符号程序进入部分程序或机程序。在过去,部分或机程序是存储在纸或磁t猿。数值控制机器操作员喂带进机和监控操作。如果一个改变是必

要的,一个新的磁带了。现在,可以存储程序在一个共同的数据库一起提供随需应变的分布到数控机。图形终端的匹配中心允许运营商审核程序和如果有必要进行更改。

x位置控制器使工件水平方向显示+ x一个r行。位置控制器使铣床头的水平方向指示的箭头+ y。z位置控制器使刀具垂直显示+ z箭头。以下行动参与改变x轴位置。(1)控制单元读取指令的程序,指定了一个+ 0。004英寸(。)改变x的位置。(2)控制单元发送英寸代脉冲机执行机构。(3)机传动装置旋转丝杠和提出了x -轴位置+ 0。001英寸的。(4)位置传感器测量+ 0。001英寸。测量运动和发送另一个脉冲。步骤(1)通过(5)是重复,直到测量运动等于所需的+ 0。004英寸的。

计算机数控(CNC)是开发利用存储和数字计算机的处理能力。使用一个专用数控电脑接受输入的指令和执行控制功能生产所需的部分。然而,数控并非旨在提供信息交换要求最近的趋势(CIM)电脑一体机制造。CIM的想法是“得到正确的信息,给正确的人在正确的时间- - - - - -做出正确决定。”“我不链接的所有方面的业务f罗报价和订单输入通过工程、过程计划、财务报告、制造和运输在一个高效的连锁生产。”

直接数字控制(DNC)开发促进电脑一体机制造业。DNC系统中一个n赭的数控机器连接到一个中央计算机的实时访问常见的数据库部分程序和机器程序。通用电气使用一个中央计算机连接到DNC的机器通过一个通信年代网络其蒸汽汽轮发电机的自动化操作年代(STGO)。“一个典型的汽轮发电机由超过100部分,一些是制造成千上万的不同配置,以满足特定的需要每个单元的设计。通过CIM系统,客户可以指定所需的部分和接收更换组件,适合原始配置的超过4000操作STGO设施。在某些情况下,小零件商店现在可以制造和船一些紧急零件同一天收到订单。”

4.1继电器控制器

一个工业控制系统通常涉及电机、电磁阀、暖气或冷却器和其他设备,运行在交流电源线路。因此,当一个控制系统指定一个“输送机电动机被打开,“这可能意味着开始一个50马力电动机。这不是由一个简单的拨动开关。相反,一个自然而然会假定一个小开关可以用来激励一个继电器与接触评级可以处理沉重的负荷,例如,显示在图5.16，通过这种方式,继电器成为主要控制元件控制系统的离散状态。

当整个控制系统实现使用继电器,系统被称为一个继电器音序器。一个继电器定序器由一个组合的许多继电器,包括特殊时滞类型,连接到实现指定的事件序列。输入开关和按钮,激活继电器,并输出关闭联系人,可以转灯打开或关闭,启动汽车,激励螺线管,等等。

连接一个继电器控制系统可以被传统的原理图,比如那些显示在图 5.16。这样的图是繁琐的,然而,当许多继电器,每个都有很多联系人,用于一个系统。简化图已经逐步采用业界多年来。作为一个例子,这样的简化继电器的接触不需要直接放置在线圈的象征,但可以去任何地方线路图与它们相关联的数量与一个特定的线圈。这些简化导致在今天使用梯形图。

梯图

是一个象征性的梯形图和图解的方式同时代表系统硬件和过程控制器。它被称为一个梯形图,因为不同的电路设备并联在交流线形式,这个看上去像阶梯,每个并联一个“响”梯子上

建设一个梯形图,据悉,每个梯级的梯子是由一系列条件或输入状态和一个命令的输出。自然输入状态决定是否输出是带电或不带电。这个下面的例子演示了许多特性的一个梯形图

施工及其应用程序控制问题。

例如:电梯显示在图5.17个使用了一个平台,移动对象下来。全球的目标是,当向上按钮被推,平台携带点的位置,当向下的按钮是推,平台形式携带点东西给下方的位置。

下面的硬件规格定义了设备用于电梯:

输出元素:

M1 =电机驱动平台

M2 =电机驱动平台下来

输入要素:

LS1 =数控限位开关表明了立场

LS2 =数控限位开关来显示下方的位置

开始=没有按钮开始

停止=没有按钮,停止

上=没有按钮为命令

下=没有按钮的下命令

下列叙述描述显示所需的事件序列的电梯系统。

1。当启动按钮被按下,平台的驱动下的位置。

2。当停止按钮被按下,平台是停在什么位置,它当时占据。

3。当向上按钮被按下,平台,如果它不是在向下运动,是赶到了位置。

4。当向下的按钮是按下,平台,如果它不是在向上运动,是驱动下的位置。

准备一个梯形图来实现这种控制功能。

解决方案

让我们准备一个解决方案,打破了单个任务需求。对于示例中,第一个任务是移动平台下位置时开始按钮是按下。

这个任务可以通过使用开始但吨锁一个继电器的接触也激励M2(下电动机)。这个继电器释放,阻止M2,当LS2极限开关打开。按下动开始激发CR1如果L S2不是开放(平台不下来)CR1是锁住的联系人在开始按钮。另一组CR1联系人开始M2驱动平台下来。当L S2打开指示全下来立场达到,CR1是释放,拉开,M2停止。这两个梯级将经营只有当开始按钮被按下。

停站时间序列,让我们假设一个继电器铬是主控的余生该系统。因为停止是一个没有开关,我们不能用它来释放途径。相反,我们使用停止激活另一个继电器,CR2,使用数控接触,继电器释放的途径。这是显示在图5.18。你可以看到,当开始被按下,CR3在响4精力充沛的闭锁的接触和数控接触CR1 CR2的。当停止是按下, CR2在响3精力充沛,使数控接触在响4打开和释放途径。

最后,我们来到了序列向上和向下运动的平台。在每个情况下,一个继电器是锁闭的激励一个电动机如果CR3是精力充沛,适当的按钮被按下,没有达到极限,另一个方向是不带电。这个整个梯形图显示在图5.17。一个数控继电器连接是用来确保起电机没有开机如果下电动机,反之亦然。同样,这是必要的添加一个联系人到响2当然M2不能开始如果有了运动和一些小丑按了开始按钮。

Part Ⅵ

Power Supplying and Building Electrical Systems

1.1电力输送

电能是由导体如架空送电线路和地下电缆。虽然这些导体显得很普通,他们拥有重要的电气零件,大大影响传输电能。在这个节中,我们研究这些适当的联系几个类型的输电线路:高压、低压、高功率、天线线,和地下线路。

主成分的配电系统

为了提供电能消费者可用的形式,一种传播和配电系统必须满足一些基本的需求。因此系统必须

1。提供,在任何时候,电力,消费者需要

2。保持一个稳定的,额定电压不随超过±10%

3。保持一个稳定的频率,不随超过±0。1赫兹

4。供应能量在一个可接受的价格

5。满足安全标准的

6。尊重环境标准。

图6.1显示了一个基本的输电和配电系统,包括两个发电站G1和G2,几个变电站、一个连接变电站和一些商业、住宅和工业负荷。能源进行在指定行超高压(EH V),高电压(H V),中等电压(MV)和低电压(LV)。这个电压分类是根据一个规模标准化的电压。

输电变电站(图6.1)服务改变线电压通过升压和降压变压器和调节器,通过静态补偿器不同,同步冷凝器,或变压器变轻。

中压配电变电站改变低电压通过降压变形金刚,这可能自动抽头切换功能调节低电压。低电压范围单相从120/240 v到三相600 v。它有助于权力的私人住宅、商业机构和制度的建立和小的行业。

互相连接的变电站电力系统服务系不同在一起,使他们之间交流的力量,提高整体网络的稳定性。

这些变电站也包含断路器、熔断器、避雷器、。保护昂贵的仪器,并提供快速隔离断裂线的系统。此外,控制装置、电力测量设备,断开开关,电容器,电感器,和其他设备可能部分变电站。

电力公用事业把配电系统分为两个主要的类别:

1。传输系统,线电压大约是115千伏和800千伏之间。

2。配电系统的电压一般隔120 v和69千伏。

分布系统,反过来,分为中压配电系统(2 .4千伏到69千伏)和低压配电系统(120 v到600 v)。

类型的电线电力线路的设计取决于以下:

1。有功功率的数量已经发送

2。在权力距离必须携带

3。电力线路的成本

4。审美的考虑,城市交通拥堵、易于安装、和预期负荷增长

我们区分四种类型的输电线路,根据他们的电压等级:

1。低电压(LV)行提供电力,以建筑、工厂、和房屋来驱动汽车、电炉、灯具、加热器、空调。线绝缘导体,通常是铝制的,经常从一个地方杆安装扩展配电变压器服务入口的消费者。线条会被架空或地下,变压器的像一个小型变电站。

2。中等-电压(MV)行领带负载中心的众多变电站年代的公用事业公司。电压通常是在2.4 千伏和69千伏。这样的中压径向分布系统是首选在更大的城市。在径向系统的输电线路分散像手指从一个或多个变电站供电来各种负荷中心,如高-上升建筑,购物中心,和学院。

3。高压(高压)线连接主变电站的发电站。这个线是由空中钢丝或地下电缆工作在电压低于230千伏。在这一类我们也发现线传输能量在两个电源系统,提高网络的稳定性。

4。超厚-电压(E H V)线时用基因评级站非常远负荷中心。我们把这些线在一个单独的类,因为其特殊的电属性。这样的线路运行电压800 kv和可能只要1 000公里。

组件的高压输电线路一个输电线路是由导体、绝缘体和支撑结构。导体。导体为高伏特年龄线总是光秃秃的。铜绞线导体或钢筋铝电缆(钢芯铝线)被使用。钢芯铝线导体通常更喜欢红色,因为他们的结果在一个更轻和更经济的线。导体有是当一个线拼接很长。必须采取特殊照顾,关节有低电阻和伟大的机械强度。

绝缘体。服务支持和锚绝缘体的导体和隔离他们从地面。绝缘体通常由瓷,但玻璃和其他合成绝缘材料也使用。

支持结构。支撑结构必须保持在一个安全的导体高度从地面和在一个适当的距离彼此。对于电压低于70千伏,我们可以使用单一的木杆配备交叉手臂,但对于更高的电压,两极是用来创建一个两柱轻便井架、木材处理木馏油或特殊的金属盐,以防止它腐烂。对于非常高压线路,我们总是使用钢塔了镀锌角铁的几块拼接在一起。

导体之间的间距必须足以防止电弧放电在阵风条件。这个间距必须增加塔之间的距离以及线电压就越高。

建设一线

一旦我们知道导体尺寸的大小、两级之间的高度,距离(跨度),我们可以直接我们注意的导线架线。一线支持在两个点(图6.2)不能保持水平,但循环下面的中间。垂直的直线距离加入点和最低的支持点的导线称为凹陷。线越紧,凹陷会就会越小。

以实际施工之前的下一行来计算是很重要的容许凹陷和相应的机械拉力。除此之外,夏天冬天的温度范围必须被考虑,因为长度的导线随温度。因此,如果线串在冬天,下垂不得太大,否则线将伸展在夏天更热,结果这个间隙地面可能不再是安全的。另一方面,如果线安装在夏季,凹陷不能太小,否则线收缩在冬天,可能变得非常紧密的提前。风和雨夹雪添加更多的驱动力,这也可能导致线打破。

2.1接地和接地故障保护

正确的接地的重要性在建筑电气系统通常被低估。在正常情况下,一个电气系统可以继续满意地操作(即,供电设备的利用率)即使没有适当的接地。直到一个异常情况发生后,要么有人受伤,设备已经损坏,或冷杉e已经开始,它是意识到不当或错误的接地是原因。因此,一个好的理解的功能接地是必要的适当的设计、安装和维护一个电气系统。在大多数情况下,连接是由直接金属接触地球。然后大量地球作为零电位的参考点。

研究接地必须首先识别不同方面的接地:系统接地、设备接地防雷接地、静电接地。无花果。6。4显示了基本的区别和设备接地系统接地。系统接地是有意的电气系统电气携带的电流导体连接到接地-。设备接地是连接到地面的nonelectrical导电材料,附上或邻近带电导体。电气代码要求所有设备必须妥善接地,除非在非常罕见的特殊情况。然而,应用程序的系统接地不是那么普遍。某些类型的系统,如120/240伏特,单相、三线和208 y / 120伏三相四线系统,用来供应照明一直接地。另一方面,480和600伏三相系统用来供给负载如汽车直到最近通常是无稽的操作

一个电气系统的接地的主要目的是安全,限制对地电位,否则可能会发生意外接触高电压系统或从瞬态过电压。然而,还有其他重要的获益与接地系统,如下:

1.服务可靠性改进:瞬态过压条件, 不接地系统有可能出现。接地系统以消除这种过电压强调的绝缘,减少地面故障应该出现在工作生命。

2.可以有非常高的地面-故障电流在螺栓类型错误。这些大电流必须流在设备接地电路。

保护继电器

保护继电器被定义为一种设备,造成的突然改变一个电气控制电路当量变化对后者的回应在规定的方式。电气控制电路通常是一个断路器的跳闸回路,并且测量的量是电源电路电流和/或电压为代表的仪表变压器。

保护继电器可以分为两个基本类型机电式继电器和固态继电器。机电式继电器已经为许多年的标准砂,尽管发展新的固态单位,仍被广泛地使用,因为他们的可靠性验证。固态的单位，因为他们没有移动部件,有更大的精度和更快的比电磁继电器复位倍。然而,固态继电器有缺点,他们可以发起虚假的断路器跳闸,因为他们可能不当对伪瞬态电压峰值。这些瞬态电压,这可能只持续几微秒,电力系统可以破坏的结果,如开关电源电路一个固体继电器必须有一个过滤系统,街区的任何机会这些瞬态条件触发它的任何检测电路。电磁继电器、另一方面,天生免疫瞬态干扰。固态继电器可以提供相同的操作特点和,事实上,通常使用同一类型的住房和终端的安排,所以他们实际上是可互换与电磁单位。