工业控制及自动化仪表基础知识
自动化仪表知识大全
1.测量仪表的概念在工业生产过程中，为了有效地进行生产操作和自动控制，需要对工艺生产中的一些主要参数进行自动测量。
用来测量这些参数的仪表称为测量仪表。
2.参数检测的基本过程3.传感器与变送器传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于靠着的输出信号，如mV、V、mA、Ω、Hz、位移、力等等。
由于传感器的输出信号种类很多，而且信号往往很微弱，一般都需要经过变送环节的进一步处理，把传感器的输出转换成如0~10mA、4~20mA等标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为变送器。
4.测量误差由于真值在理论上是无法真正被获取的，因此，测量误差就是指检测仪表(精度较低)和标准表(精度较高)在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的2个读数之差。
即：Δ＝x i－x0也即绝对误差。
5.测量仪表的精确度在自动化仪表中，通常是以最大相对百分误差来衡量仪表的精确度，定义仪表的精度等级。
由于仪表的绝对误差在测量范围内的上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大相对百分误差：δ＝最大绝对误差/量程＝Δmax/(X max-X min)*100%仪表的精度等级(精确度等级)是指仪表在规定的工作条件下允许的最大相对百分误差。
把仪表允许的最大相对百分误差去掉“±”号和“%”号，便可以用来确定仪表的精度等级。
目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。
所谓的0.5级仪表，表示该仪表允许的最大相对百分误差为±0.5%，以此类推。
精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上。
仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。
精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。
精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于0.5。
工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识
工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识！随着生产规模的不断扩大和生产技术的发展，对生产过程自动化水平提出了越来越高的要求。
因此，工业仪表也经历了一个从无到有、由简单到复杂，由单一功能向多功能的发展过程。
从最初的只能在现场测量并显示温度（如玻璃温度计）、压力（如U形管压力计）、流量（如玻璃转子流量计）、液位（如玻璃管液位计）的就地检测仪表和只能进行简单控制的就地调节器，逐步向远传集中显示、远程控制的方向发展。
除检测各种参数的检测元件和检测仪表愈加齐全外，过程控制仪表的发展更是日新月异，经历了由气动单元组合仪表、电动单元组合仪表、电子式综合控制装置到工业计算机控制系统的飞跃。
工业自动化仪表品种繁多，从信息的获得、传递、反映和处理的过程把工业自动化仪表分为五大类；（1）检测仪表；（2）显示仪表；(3)控制仪表；（4）执行器；（5）集中监测与控制装置。
检测仪表生产过程中，介质在设备、管道不同部位的温度、压力、流量、物位以及其他物理量瞬息万变，始终处于变化之中。
检测仪表就是用以检测上述物理量在每个瞬间的量值。
按照所测量工艺参数的不同，检测仪表可分为如下几种：1．温度仪表：常用的温度测量仪表有玻璃温度计、双金属温度计、压力式（温包）温度计、温度开关、热电偶、热电阻，还有辐射高温计及光学高温计、光电比色高温计等辐射式温度计。
2．压力仪表：压力测量仪表用于检测压力、真空和压差。
根据其工作原理可分为：弹性式压力计（按其弹性元件又分为弹簧管压力计、膜片压力计、膜盒压力计、压力开关等）；传感式压力计（如电阻式、电容式、电感式、霍尔式压力计等）；液柱式压力计（如U形管、直管、倾斜管压力计)；还有精度较高通常用于校验标准压力表的活塞式压力计。
3．流量仪表：流量测量仪表品种繁多，目前应用最为广泛的是由节流装置和与其配套的差压流量变送器。
常用的节流装置有孔板、喷嘴和文丘里管。
其他常用的流量仪表还有水表、转子流量计、椭圆齿轮流量计、靶式流量计、电磁流量计、旋涡流量计、阿钮巴流量计、质量流量计等。
仪表自动化基础知识
其中第三种分类方法最普遍
二、自动控制系统分类
（一）按被控变量分类
被控变量
温度控制系统 T
压力控制系统 P
液位控制系统 L
流量控制系统 F
……
温度控制系统
它由蒸汽加热器、温 度变送器、调节器和蒸 汽流量阀组成。控制目 标是保持出口温度恒定。 当进料流量或温度等因 素的变化引起出口物料 的温度变化时，通过温 度仪表测得的变化，并 进料 将其信号送至调节器与 给定值进行比较，调节 器根据其偏差信号进行 运算后将控制命令送至 调节阀，改变蒸汽量维 持出口温度。
测量仪表的品质指标
举例
例1-1 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表 时得到的最大绝对误差为±4℃，试确定该仪表的相对百分 误差与准确度等级。 解 该仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
700 200
如果将该仪表的δ去掉“±”号与“％”号，其数值为0.8。 由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误 差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的 精度等级为1.0级。
图1-1 测量仪表的变差
测量仪表的品质指标
3.灵敏度与灵敏限
仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引 起这个位移的被测参数变化量的比值。
仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参 数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允 许绝对误差的一半。
测量仪表的品质指标
4.反应时间
反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变 化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能 给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。
给定值x按照已知规律(时间函数)变化的系统 称为程序控制系统，又称顺序控制系统。
工业自动化仪表与自动化控制技术
工业自动化仪表与自动化控制技术张 慧（上海电气船研环保技术有限公司，上海 200136）进入到21世纪以后，世界各地的信息化科学技术都获得了迅速发展，已经成为衡量各个国家经济水平重要标准，信息化科学技术的应用使得我国各个产业都发生了翻天覆地的变化，对于工业生产而言，自动化仪表以及自动化控制技术所带来的变革性变化最为突出，将帮助工业生产逐渐进入到全智能化时代。
1.工业自动化仪表介绍1.1 基本情况介绍 对于我国工业设备自动化控制系统建设而言，必须依靠自动化仪表才能够得以实现。
自动化仪表是实现自动化控制的核心功能，需要依靠众多自动化、现代化、科技化的软件和硬件共同构成。
通过建设自动化仪表能够对设备各项基本参数进行实时的监测，使工业设备整体运行情况都能够得到实时的监督管理，是我国工业生产过程中最为重要的现代化信息技术工具。
在大多数情况下，工业生产中的自动化仪表需要具备以下几方面的功能：对设备工艺参数进行实时监测，记录数据内容，完成适当控制功能，而且也能够以远程方式对数据信息进行传递、收集和处理，能够帮助工作人员随时了解不同设备现行的运行状况，全面保障机械设备生产效益。
行业内工业自动化仪表随着科学技术发展形成了不同功能类型，能够针对不同用工需要来完成数据展现，但是总体而言，工业自动化仪表功能上可以分为检测型、数据显示型、功能调节型。
检测型主要是帮助工作人员可以对工业生产过程中各项设备运行参数变化进行展示，这些参数一般包括压力值、电流、温度值等；数据显示型主要是将检测仪表中的各类数据进行参数对比性的展示，能够方便操作人员及时查阅各类数据信息，并且提高故障发现效率；功能调节型主要是指通过预先设定的方式对各项功能进行程序上的控制，通过对仪表进行设置，能够以自动化方式对机械设备生产效率进行调节，帮助企业实现最大化生产效益[1-2]。
1.2 仪表种类分析 工业自动化仪表种类各式各样，名目也各有不同，根据不同功能所进行的种类划分也随着工业生产愈发精细化而变得更加多样化，如果按照参数功能进行分析可以将工业自动化仪表分为温度仪表、位置仪表、压力仪表等；如果按照基本功能来进行分析，可以将工业自动化仪表分为执行仪表、调整仪表、显示仪表等。
工业自动化控制四大仪表是什么？四大仪表出现故障原因及解决办法
工业自动化控制四大仪表是什么？四大仪表出现故障原因及解决办法为实现工业生产的自动化，需要对生产过程中温度、压力、流量、物位等数据进行全面监控，这些功能通过相应的检测仪表来实现，仪表一旦发生故障，将对工业生产的正常进行造成严重影响。
因此，工控人员必须熟练掌握四大仪表的物理构造、测量原理以及性能指标等，能够准确地对仪表故障进行诊断和处理，从而保证工业生产的正常进行。
一、工业自动化控制四大仪表
1温度仪表
石油化工生产中所进行的化学反应及变化需要在特定的温度及压力环境下才能顺利进行，为实时监测温度变化、精密掌控温度范围，必须在生产中布设一定数量的温度仪表。
目前对于生产温度主要采取接触测量，通过热电偶、热电阻等测温元件来测量温度数据，并借助现场总线技术来达到自动化温控效果。
热电偶与热电阻的识别
工业用热电偶和热电阻保护套管的外形几乎是一样的，有的测温元件外形很小，如铠装型的，两者外形又基本相同。
1、在有铭牌，知道型号的情况下，可采通过铭牌识别。
热电偶：原理为热电效应，其分度号为S、B、E、K、R、J、T七种标准化型号。
热电阻：原理为电阻的热效应（导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性），其分度号为Pt10、Pt100、Pt1000、Cu50和Cu100。
其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。
2、在没有铭牌，又不知道型号的情况下，可采用以下方法识别。
（1）看测温元件的引出线，通常热电偶只有两根引出线，如果有三根引出线就是热电阻了。
但对于有四根引出线的，需要测量电阻值来判断是双支热电偶，还是四线制的热电阻。
先。
仪表基本知识
• • • •
自动控制系统通则
• 2 自动控制系统的调试 • 控制系统调试过程中需断开控制回路中的一点，形成开环系统， 其方块图如下： • 2.1 将操作器切换到“手动”位置，全部仪表投入运行被测信号 准确无误。 • 2.2 手动操作维持工况正常 • 2.3 断开控制回路，比如断开执行器与调节机构的联系，[见上 图]使系统处于开环状态。 • 2.4 将操作器开关无扰动地切换到“自动”位置。 • 2.5 改变给定值或施加一些扰动信号[如动──动变送器内部杠杆 机构或瞬时断开调节器与执行器间的连接]。 • 2.6 检查系统各环节间信号传递的极性，检查记录、指示、报警 等仪表是否正常工作。如系统各环节工作正常，则闭合控制回路 进入下一步调节器参数整定。
仪表维护检修技术规程
• 维护检修人员应具备如下条件： • a.熟悉本规程及相应仪表的产品使用说明书或技术手 册等有关技术资料； • b.了解工艺流程及该仪表在其中的作用； • c.掌握电工技术基础、电子技术基础、化工测量仪表 及维修、化工仪表机械基础等有关方面的基础理论知 识； • d.掌握该仪表维护、检修、投运及常见故障处理的基 本技能； • e.掌握常用测试仪器和有关的标准仪器的使用方法。
仪表专业术语
• 25 气源管道 ：为气动仪表提供气源的管道。 • 26 仪表线路 ：仪表电线、电缆、补偿导线、光缆和 电缆槽、保护管等附件的总称。 • 27 电缆槽 ：敷设和保护电线电缆的槽形制成品，包 括槽体、盖板和各种组成件。 • 28 保护管 ：敷设和保护电线电缆的管子及其连接件。 • 29 回路 ：在控制系统中，一个或多个相关仪表与功 能的组合。 • 30 伴热 ：为使生产装置和仪表设备、管道中的物料 保持规定的温度，在设备、管道旁敷设加热源，进行 跟踪加热的措施。
仪表基本知识
1.3、仪表配套设备
前级设备
XM系列 智能仪表
变送 报警 通讯 控制 等方式
后级设备
热电阻、热电偶、温度变送 器、压力变送器、流量传感 器、隔离变送器、电压、电 流、电阻、数字等信号输入
PLC、变频器、接触器、 继电器、电动阀门、电 脑、单片机等
1.4、金立石仪表
1.4.1、金立石公司简介
北京市高新技术企业，十余年来专注于自动化仪表产品的研发与制造
与开关电源对应的是模拟电源，两个相
比有以下不同：
开关电源 能耗低、效率高 体积小、重量轻 模拟电源 耗电量大、转换率低 体积又大又重
开关电源
输入范围宽100～240V 输入范围窄220V±10V
正常使用
抗干扰情况好
2.2、仪表的输入信号
2.2、仪表的输入信号 仪表可以编程输入各种热电偶、热电阻、电压、电 流、电阻信号，采用数字校正及自校准技术，测量精确温 度，消除了温漂和时漂引起的误差。 输入信号可分为线性信号和非线性信号： 线性信号指的是标准的电压电流电阻信号，仪表测量 此类信号需设臵信号类型和显示的量程范围 所有的热电阻、热电偶信号均输入非线性信号，仪表 测量只需设臵输入的信号类型即可
XM系列通讯协议是公司自主研发的一种通讯协议，目前国内的几 款组态软件已经具有此协议的驱动（力控、组态王、MCGS、紫金桥） Modbus-RTU通讯协议是在市场上大多数设备采用的协议，通用 性广。Modbus是一种标准，RTU表示串口通讯、TCP表示以太网通讯、 ASCII表示以ASCII吗进行通讯。
XM系列仪表与计算机进行通讯， 可以将仪表测量值和参数值上传到电脑 中，或者通过电脑来修改仪表参数。通 过通讯功能，可以将仪表方便的连接到 自动化控制系统中，组成整个DCS控制 系统。
自动化仪表基础知识(高端培训)
自动化仪表基础知识(高端培训)一、教学内容本节课主要讲授自动化仪表的基础知识，包括自动化仪表的定义、分类、基本原理及其在工业生产中的应用。
具体内容包括：1. 自动化仪表的定义及作用2. 自动化仪表的分类：压力仪表、流量仪表、温度仪表、物位仪表等3. 自动化仪表的基本原理：传感器、变送器、显示器、执行器等4. 自动化仪表在工业生产中的应用：石油、化工、电力、冶金等二、教学目标1. 了解自动化仪表的定义、分类及其在工业生产中的应用。
2. 掌握自动化仪表的基本原理，包括传感器、变送器、显示器、执行器等。
3. 能够分析并解决实际工程中的自动化仪表问题。
三、教学难点与重点重点：自动化仪表的分类、基本原理及其在工业生产中的应用。
难点：自动化仪表的基本原理，包括传感器、变送器、显示器、执行器等的工作原理及其相互之间的关系。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT、自动化仪表模型、实物仪表等。
2. 学具：笔记本、笔、教材等。
五、教学过程1. 实践情景引入：介绍工业生产中自动化仪表的应用实例，如炼油厂、化工厂等，让学生了解自动化仪表在实际生产中的重要性。
2. 理论知识讲解：详细讲解自动化仪表的定义、分类、基本原理，包括传感器、变送器、显示器、执行器等的工作原理及其相互之间的关系。
3. 例题讲解：分析实际工程中的自动化仪表问题，如压力仪表的选用、流量仪表的校准等，引导学生运用所学知识解决实际问题。
4. 随堂练习：布置一些与本节课内容相关的练习题，让学生现场解答，检验学习效果。
5. 互动环节：鼓励学生提问，解答学生疑问，加强师生之间的互动。
六、板书设计1. 自动化仪表的定义、分类及其在工业生产中的应用。
2. 自动化仪表的基本原理，包括传感器、变送器、显示器、执行器等。
七、作业设计1. 请简述自动化仪表的定义及其作用。
2. 列举至少三种自动化仪表的分类，并简要说明其原理。
3. 分析实际工程中自动化仪表的应用，以压力仪表和流量仪表为例，说明其在工程中的具体应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
接触器主要技术参数
额定工作电压（主触头的额定电压） 额定工作电流（主触头的额定电流） 电磁铁线圈的额定电压 额定操作频率 触头数目（主触头和辅助触头） 接通和分断能力
继电器
继电器是根据某种物理量的变化来改变其触 点状态的控制元件。
当继电器的输入电压、电流和频率等电量或 温度、压力和转速等非电量达到规定值时，继电器 的触点便接通或分断所控制或保护的电路。
继电器一般由输入感测机构和输出执行机构两 部分组成，前者用以反映输入量的高低，后者用以 接通或切断电路。
常用继电器种类
电压继电器 电流继电器 时间继电器 热继电器 中间继电器
主令电器
主令电器是按一定生产工艺要求发出控制命 令的操纵电器，用以闭合或断开接触器、继电器等 电器的线圈回路，以实现对生产机械的控制。在控 制电路中由于它是一种专门发布命令的电器，故称 为主令电器。不允许使用主令电器分合主回路。
容易改造 体积小，重量轻，能耗低
应用领域
开关量逻辑控制（顺序控制） 闭环过程控制 位置控制 监控系统 分布控制系统
常见的主令电器有：控制按钮、万能转换开 关、主令控制器、行程开关
保护电器和组合电器
熔断器：又称保险丝，起短路保护作用 自动开关：又称空开，有过载、短路、欠
压保护作用，可用于不频繁启动的电机控 制。
磁力启动器：是一种组合电器，由接触器 、隔离开关、熔断器、热继电器和按钮等 组合而成。 什么是隔离开关？
或控制器死机时，是否发出主机跳闸的命令，要根据具体 系统设计，一般要求控制电路重新启动时不影响主系统的 运行。
控制线路力求简单、经济
尽量减少触点数目 尽量缩短连接导线的数量和长度
控制线路在工作时，除必要的电气元件需 通电外，其余电器尽量不长期通电，以延 长电气元件的寿命和节约电能及减少发热
采用标准件，尽可能选用相同型号的元件
正确选择电器设备选型时要考虑工作方式、线路电
压和电流等级，考虑触点的断弧容量（双触点串联可提高 断弧能力），辅助触点的数量等。
故障安全原则 当系统中出现设的电磁铁 表示合闸状态的指示灯 急停开关、拉绳开断的状态选取
设计中要注意的问题
保证控制线路的可靠和安全
继电器－接触器控制系统的设计原则
正确地设计控制线路 功能正确，在最大限度满足
设备对电气控制线路要求的前提下，力求控制线路简单、 布局合理，器件选型正确并便于操作和维修。
设置必要的保护除基本的短路、过载、欠压保护外
，应根据实际情况配置必要的保护，保证系统安全可靠。 但不是保护越齐全越好，因为保护越多，线路越复杂，故 障几率越多，有可能降低系统的可靠性。
交流接触器
主回路分断和接通交流负载，控制线圈可以 是交流或直流，通常交流接触器的控制线圈为交流 线圈。
交流接触器分断交流负载，灭弧装置相对简 单，当使用交流线圈时线圈铁心象变压器一样为减 少涡流损耗由硅钢片叠压而成，由于线圈电磁力发 生波动，通常噪声较大。由于励磁电流与励磁线圈 的电抗相关，而电抗又与磁路的气隙大小有关，所 以接触面不平或污损将会增大励磁电流，增大接触 器温升甚至烧毁交流接触器。
尽量使用标准的、常用的或经过实际考验 过的线路和环节
完善的保护环节
短路保护（空开有短路和过载保护的作用 ）
过电流保护（电机保护一种，常用继电器完成） 过载保护（热继电器）
失压保护（防止电源电压恢复时电机自行 启动，典型的启保停电路）
欠压保护（电压继电器） 对电机的基本保护，如过载保护、端相保 护、短路保护等，一般在一个保护装置中 完成
直流接触器
主回路分断和接通直流负载，控制线圈可以 是交流或直流，通常交流接触器的控制线圈为直流 线圈。
交流接触器分断直流负载，灭弧装置相对复 杂，当使用直流励磁线圈时线圈铁心通常由整块软 铁构成成，由于线圈电磁力稳定，通常噪声较小。 由于励磁线圈电感大，在断开励磁线圈时将产生较 高的感应电势，因此要注意线圈的绝缘和能量泻放 。
工业控制及自动化仪表 基础知识
英达康 华志斌
主要内容
常用控制电器 继电器－接触器控制系统的设计原则 继电器－接触器控制线路设计中应注意的问题 PLC简介（构成、特点、应用领域） PLC与其他工业控制系统的比较 电动单元组合仪表简介 检测仪表 调节器 执行器和防爆栅 DCS简述
常用控制电器
68年GM公司提出10条技术指标在社会上公开招标，69 年DEC根据要求研制出第一台PLC并中标。
构成
按钮 辅助触点 限位开关 电源
可编程控制器
输 CPU模块 输
入
出
模
模
块
存储器
块
编程器
接触器 电磁阀 指示灯 电源
特点
可靠性高，抗干扰能力强 配套齐全，功能完善，适用性强 易学易用，深受工程技术人员欢迎 系统的设计、建造工作量小，维护方便，
接触器 继电器 主令电器 保护电器和组合电器
接触器
适于频繁地接通和分断主电路或大容量控制 电，主要用于控制电动机，也可用于控制其它电力 负荷。
按工作原理分为电磁式、气动式和液压式，这 里主要介绍电磁式接触器。
电磁式接触器的主要组成部分：触头系统、 电磁系统、灭弧装置、支架和外壳。
按主回路接通和分断的负载电流的性质，分 为直流接触器和交流接触器。
PLC简介（构成、特点、应用领域 ）
国际电工协会（IEC）定义：可编程控制器是一种数字 运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它 采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过 数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生 产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业 控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。
正确连接电器的触头
正确连接电器的线圈
控制电源一端接地时应防止发生意外
KM
KM
防止出现寄生回路
KM2
L1 KM1
KM1
KM1
KM2
KM2 L2
防止电气元件触点“竞争” “先断后合型”、“先合后断型”
继电器触头的分断合接通能力 触点并联的作用、
电器连锁和机械连锁 控制电路是否跳闸：控制电路由于电源等原因断电