《自控教育训练》PPT课件.ppt

,自控工程-教育训练,2008/08,圣晖工程技术(苏州)有限公司,大纲,一、自控系统的分类及介绍二、空调系统-DDC控制三、工程实例及注意事项,一、自控系统的分类及介绍,1、自动控制概论2、PLC系统3、DDC系统4、PLC和DDC的区别与比较,1、自动控制概论,在工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率以及原料、燃料成分比例等方面的控制都要应用自动控制技术。自动控制技术的应用，不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率和产品质量，改善了劳动条件，并且在人类征服自然、探索新能源、发展空间技术和改善人民物质生活等方面都起着极为重要的作用口因此，自动控制技术已经成为实现工业、农业、科学技术和国防现代化必不可少的一门技术。自动控制原理是一门技术基础课程.主要讲述自动控制技术中最基本的理论和分析、设计控制系统的基本方法。自动控制原理可分为古典控制理论和现代控制理论两大部分。,1、自动控制概论,现代控制理论是在古典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的。它的内容主要以状态空间法为基础，研究多输人一多输出、变参数、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析和设计问题.最优控制、最佳滤波、系统辨识自适应控制等理论都是这一领域研究的主要课题。特别是近年来由于电子计算机技术的迅速发展，现代控制理论在实践中也得到越来越多的应用。,1、自动控制概论,控制系统分为开环控制系统和死循环控制系统。开环控制若系统的被控制量对系统的控制作用没有影响，则此系统叫开环控制系统。死循环控制凡是系统的被控制信号对控制作用有直接影响的系统都叫死循环控制系统。,1、自动控制概论,开环控制系统结构简单，容易建造，成本低廉，工作稳定。一般说来，当系统控制量的变化规律能预先知道，并且对系统中可能出现的干扰，可以有办法抑制时，采用开环控制系统是有优越性的，特别是被控制量很难进行测量时更是如此。目前，用于国民经济各部门的一些自动化装置，如自动售货机、自动洗衣机、产品生产自动线及自动车床等，一般都是开环控制系统。用于加工模具的线切割机也是开环控制的很好一例。只有当系统的控制量和干扰量均无法事先预知的情况下，采用死循环控制才有明显的优越性。如果要求实现复杂而准确度较高的控制任务，则可将开环控制与死循环控制适当结合起来，组成一个比较经济而性能较好的控制系统。,2、PLC系统,PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的内存，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC?,2、PLC系统,PLC的特点2.1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及?,2、PLC系统,PLC的特点2.2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。,2、PLC系统,PLC的特点2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。,2、PLC系统,PLC的特点2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。2.5体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备,2、PLC系统,PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。3.1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。,2、PLC系统,PLC的应用领域3.2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。,2、PLC系统,PLC的应用领域3.3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。,2、PLC系统,PLC的应用领域3.4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的死循环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成死循环控制。PID调节是一般死循环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。,2、PLC系统,PLC的应用领域3.5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在内存中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们列印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。,2、PLC系统,PLC的应用领域3.6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。,2、PLC系统,PLC的应用领域3.6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。,2、PLC系统,PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。,2、PLC系统,PLC的构成CPUCPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线界面,2、PLC系统,PLC的构成I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入缓存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。,3、DDC系统,DDC即直接数字控制器（DirectDigitalControl)空调DDC系统，即利用计算机控制技术，将空调系统中各种信号(温度、压力、流量、状态等)，通过输入装置输入计算机，经相应程序运算处理，将处理后的信号经输出装置输出，进而控制相应的执行机构,3、DDC系统,DDC系统信号种类信号按其输出输入能否直接被微机或执行器接受分为数字量输入(DI)、数字量输出(DO)、模拟量输入(AI)和模拟量输出(AO)四种信号。模拟量信号所对应的是一定量的电压或电流值，它与传感器输出信号的特性有关。空调自控系统中常见的模拟量输入信号：温度、湿度、压力、流量、压差等；模拟量输出信号：需控制的电动风阀及电动水阀。数字量输入信号包括：风机、水泵、冷却塔风扇、电机的运行状态、过滤器淤塞状态报警、压差开关、液位开关、开关信号，防冻保护等。数字量输出信号：电磁阀的控制、二位电动水阀?,3、DDC系统,空调DDC监控系统的主要功能空调DDC系统能实现楼宇中空调系统各种控制功能，同时具备各种管理功能。(1)能量控制及管理功能。即根据建筑物实际冷、热负荷，对空调系统中的风系统和水系统进行控制，自动控制冷热设备运行状态及运行参数，使整个空调系统达到最佳节能状态。(参见图3、图4)(2)对空调系统及其冷、热源系统的相关参数进行调节控制及监测，对空调设备运行状态进行监测。(3)空调设备如冷水机组、泵、风机等在规定时间的启停控制，以达到节能目的。(4)自动累积空调设备的运行时间，维修期限报警,3、DDC系统,空调DDC系统的组成(1)时钟：用来对各种输入、输出数据，各种运算时间进行调整及控制。(2)程序内存：存储各种应用程序，即用户为控制各种空调系统所编制的控制程序。(3)工作内存：用来进行读写，随机存取和临时存取数据。(4)多路输入、输出控制器：多路输入控制器可将输入信号送入A/D转换器中，将模拟量转换成数字量，输入微处理器进行运算。运算结果输入D/A转换器，再经输出控制器至变送器及执行机构。(5)DDC控制系统的相关软件：包括操作软件及应用软件。,4、PLC和DDC的区别与比较,应用领域：PLC最初的设计目标只是替代复杂的继电器电路，DDC最初只用于工业自动化仪表；PLC强调通用性，DDC强调专用性；PLC应用在工业控制领域，DDC应用在专业楼宇系统。结构差别：DDC是一种“分布式控制系统”，组成的系统是分层的结构，可以实现点对点的通讯，而PLC只是一种控制“装置”，常用于生产在线某个部位的控制，组成的系统通过特有协议的现场总线连接，PLC通过上位机与其它PLC通讯；两者是“系统”与“装置”的区别。,4、PLC和DDC的区别与比较,协议差别：DDC系统一般支持多种协议标准，集成接口丰富，集成第三方设备的能力很强，系统自身的扩展性与开放性更好；而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议一般是专有的现场总线标准，与第三方设备的集成能力相对较差。软件特性：DDC系统的上位机软件多为专用软件；PLC系统的上位机软件多为通用组态软件。具体到楼宇自控领域，使用专用的DDC比较方便，特别是上位机的工作量较小；使用PLC则无论是下位机编程还是上位机组态都比较麻烦，需要从基础作起，对设计编程人员和使用人员的技术水准和英语要求高。,4、PLC和DDC的区别与比较,专业性：PLC(如常用的西门子S7200和S7300)是通用的工控产品，没有内置经过严格实验的能源管理及节能程序；需要非常专业的设计人员做大量的现场调试工作，调试周期长。DDC固化专业版软件，有标准应用程序和经过严格实验的PID算法及能源管理程序等特殊的功能，DDC通常有：峰值负载控制、优化启停控制、优化设备调度、节约能源周期控制、多种空调运行模式、临时计划更换、节假日时间表、基础日历时间表、事件时间表，趋势记录和报表等功能,4、PLC和DDC的区别与比较,扩展性：DDCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。安全性：DDC出现故障时，可在线更换，不影响本网络上其它DDC的网络通讯，DDC自身可以独立工作，中央操作站可以在不需要时停机，保证整个系统的安全可靠。PLC单元模块发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程，PLC依靠上位机工作。所以DDC系统要比PLC系统在安全可靠性上高一个等级。,4、PLC和DDC的区别与比较,模块化：PLC还分大、中、小、微PLC，如S7-200属于西门子微型PLC，S7300属于西门子较低性能系列，可以带的点数很有限，组成的网络规模有限，不易扩展。DDC有多种模块化系列可以选择，适合不同的空调工艺，IO点数配比合理，有适当冗余。调试繁简度：由于应用的控制领域不同，PLC系统调试比较麻烦，DDC系统调试起来容易。而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。对日后维护人员的技术水准要求高,4、PLC和DDC的区别与比较,PLC比处理数据能力强些，反应快，信息量大；比较适合大型的自动控制系统，反之；PLC分散集中控制，综合布线长度要优于都可以进的在容量允许的情况下，可以再增加新的模块程序可以比较方便编制及修改相对呆板,二、空调系统-DDC控制,1、传感器类型及介绍2、DDC控制系统-硬件3、空调系统控制方案4、控制界面简介,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,1、温度传感器-最常用的热电阻和热电偶两类,空调常用的为热电阻型,2、湿度传感器-湿敏组件是最简单的湿度传感器。湿敏组件主要电阻式、电容式两大类。空调常用的为电容型.湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,3、侦烟传感器-最常用的离子式和光电式两类,空调常用的为离子式,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,4、风压差开关-当空气流量变化时，此开关能够检测压差的变化（动压或通过固定节流圈的压降）。由两个传感孔检测到的压差，作用于压差开关薄膜的两侧。用弹簧承托的薄膜移动并启动开关,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,5、静压传感器-压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在敏感组件的两侧隔离膜片上，通过隔离片和组件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。,空调常用的为电容型,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,6、压力传感器-我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,7、电磁阀ON-OFF式，主要用于风机盘管或者要求精度不高的设备比例式,控制精度要求较高的场所,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,8、F/C控制器控制风机盘管的启停及调节控制区域的温度及送风量大小,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,9、流量开关-用于感应流经管道的液体流量变化,当液体流量超过或低于设定的流速时,其单刀双掷开关触点可使一个回路导通,而同时切断另外一个回路.通常使用在需要连锁作用或“断流”保护场所,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,10、流量传感器用于感测流体之流量,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,12、电动风门马达-分为比例型和开关型,用于控制风阀的开关或开度,1、空调控制中常用传感器类型及介绍,11、水压差开关用于监视液体流动状况,一般用在水泵进出水口处,2、DDC控制系统-硬件,1、HONEYWELLXL20自带点位，其分布为7个AI点、2个DI点、3个AO点、4个DO点，人机界面可选,2、DDC控制系统-硬件,2、HONEYWELLXL50自带点位，其分布为8个AI点、4个DI点、4个AO点、6个DO点，人机界面可选,2、DDC控制系统-硬件,3、HONEYWELLXL100自带点位，其分布为12个AO、DO共享点，12点DI点，12个AI点，无人机界面,2、DDC控制系统-硬件,4、HONEYWELL控制操作面板,3、空调系统控制方案,1、冷却水系统控制,3、空调系统控制方案,2、冰水系统控制,3、空调系统控制方案,3、AHU控制一,3、空调系统控制方案,3、AHU控制二,3、空调系统控制方案,4、MHU控制,3、空调系统控制方案,5、F/C控制,4、控制界面简介,4、控制界面简介,4、控制界面简介,4、控制界面简介,4、控制界面简介,4、控制界面简介,4、控制界面简介,三、工程实例及注意事项,执行器、传感器安装及布线注意事项电动阀的选择系统调试注意事项,1、执行器、传感器安装及布线注意事项,1、强弱电分开布线,如一定要一起走线需做防护措施2、风压差开关高低压两侧软管安装需避免积水(加湿器冷凝水)3、静压传感器避免装在管路弯头位置4、风管温湿度传感器不能装在风管底部，风管湿度传感器要做好气密，防止结露影响其准确度5、传感器布线后一定做好标记6、屏蔽线的保护铜网做好可靠接地,1、执行器、传感器安装及布线注意事项,7、有数字电表或者其它通讯标准的接线尽量采用双绞屏蔽线或者采用专用线8、三通阀安装须注意其合流或分流方向9、电动阀安装接线完后要检查其跳线看预设是否适用此阀,1、执行器、传感器安装及布线注意事项,10、湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。如果被测的房间太大，就应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比较高，否则将影响测量精度或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。使用时应技要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。传感器需要进行远距离信号传输时，要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m以上时，建议选用频率输出信号的湿?,2、电动阀的选择,电动阀的选择不能只看其安装的管径，还需要计算其CV值，然后根据CV值选型表选择合适的电动阀。每个公司的阀体，其CV值都不尽相同，下面我们以Honeywell的为例进行说明Cv=Q*-水阀,P,G,Q=流量,单位GPMG=比重(水=1)P=阀体压差,单位PSI(磅力每平方吋,1psi=6.89kpa,一般取中间值6.25PSI)Cv=Kv*1.17,2、电动阀的选择,流量系数计算单位及符号C、C、K流量系数C：温度为540的水，在1Kgf/cm2压降下，一小时内流过调节阀的立方米数。流量系数Cv：温度为60F的水，在1磅/平方英寸压降下，每分钟流过调节阀的美国加仑数。流量系数Kv：温度为540的水，在0.1MPa压降下，一小时内流过调节阀的立平方米数。C为工程单位制的流量系数。Cv为英制单位的流量系数。Kv为国际单位的流量系数。数值关系为Kv1.01C0.8569Cv,Q=蒸汽流量,单位:磅/小时1kg=2.2磅V=比容,单位:立方呎/磅(以经过阀体时之平均压力计算)须查表h=阀体压差,单位:PSI(80%*Pm-Pr)80%=进出盘管80%的压力差Pm=入口压力Pr=出口压力,h,V,Cv=,63.5,Q,-蒸汽阀,附件一常用传感器接线图,附件一常用传感器接线图,3、系统调试注意事项,1、调试时要先了解设备状态，不可贸然开启及送电。2、调试时要先了解设备安装状态，如执行器是否安装正确及接线。3、调试设备时，要注意是否可单独开启，如SCR电加热在风机未开启时无法调试，一般冰水阀危险性低，可单独开启。4、调试自动控制设备时，一般先测单点，后测连动5、系统稳定测试需要全部设备到位，缺一不可,