自動(dòng)化工人必須知道的自動(dòng)化知識(shí)！

　　第一單元，儀器的基本概念

　　一、測(cè)量、測(cè)量誤差、直接測(cè)量和間接測(cè)量

　　1.測(cè)量誤差是多少？答：測(cè)量值與真值的差異稱為測(cè)量誤差。

　　2.什么是直接測(cè)量和間接測(cè)量？答：直接測(cè)量是將測(cè)量的參數(shù)直接與某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。間接測(cè)量是用一定的公式代替直接測(cè)量的數(shù)據(jù)，計(jì)算出所需的測(cè)量參數(shù)值。

　　3.什么是測(cè)量？答：是將被測(cè)參數(shù)的信號(hào)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸，并與相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過程，稱為測(cè)量。

　　二、儀器誤差、變異、靈敏度和靈敏度極限。

　　1.儀器的允許誤差是多少，儀器的精度和精度等級(jí)是多少？答：允許誤差是指儀器在規(guī)定的正常條件下的最大允許百分比誤差。儀器的精度是指去除百分號(hào)(%)后的允許誤差。準(zhǔn)確度等級(jí)是一系列標(biāo)準(zhǔn)百分比除以國家統(tǒng)一規(guī)定的值。

　　2.什么是儀器劣化？答：是指在外界條件不變的情況下，用同一儀器對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行前后行程測(cè)量的差值。

　　3.儀器的靈敏度和靈敏度極限是多少？答：靈敏度是用來表示測(cè)量儀器對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏度。靈敏度用儀器測(cè)量的指示值的變化與引起這種變化的測(cè)量參數(shù)的變化之比來表示。靈敏度極限是指引起儀器指示值可見變化的被測(cè)參數(shù)的最小變化。

　　4.測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差是多少？答：是指測(cè)量系統(tǒng)中的被測(cè)參數(shù)信息處于變化狀態(tài)時(shí)，儀器的指示值與被測(cè)參數(shù)的實(shí)際值之間的差值。

　　三.壓力，工程大氣壓，物理大氣壓，表壓，絕對(duì)壓力。

　　1.什么是壓力？答：壓力是垂直均勻作用在單位面積上的力。

　　2.什么是工程大氣壓？答：工程大氣壓是工業(yè)上常用的單位，即1KG垂直均勻作用在1平方厘米面積上產(chǎn)生的壓力，單位為kgf/cm2。

　　3.什么是物理大氣壓？答：物理大氣壓等于當(dāng)水銀密度為13.5951 g/m3，重力加速度為980.665 cm/s2時(shí)，高度為760mm的水銀柱作用于底面產(chǎn)生的力。

　　4.壓電效應(yīng)、壓磁效應(yīng)和壓阻效應(yīng)。

　　1.什么是壓電效應(yīng)？當(dāng)一些晶體在壓力下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在它們的相對(duì)面上會(huì)產(chǎn)生相反的電荷。這種在沒有外加電場(chǎng)的情況下變形而產(chǎn)生的電現(xiàn)象，稱為壓電效應(yīng)。

　　2.壓磁效應(yīng)是什么？鐵磁物質(zhì)受壓時(shí)，不僅材料內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力隨壓力變化，材料的磁導(dǎo)率也隨之變化。這種現(xiàn)象叫做壓磁效應(yīng)。3.壓阻效應(yīng)是什么？當(dāng)半導(dǎo)體晶體被壓縮時(shí)，會(huì)暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，從而改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制，表現(xiàn)為其電阻率的變化。這種效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。

　　五、模擬顯示儀、數(shù)字顯示儀、圖像顯示儀。

　　1.模擬顯示儀：利用指針(手寫筆)的偏轉(zhuǎn)角或位移來模擬顯示被測(cè)參數(shù)的連續(xù)變化。其缺點(diǎn)是傳遞給很多機(jī)構(gòu)，精度低，速度慢。模擬顯示儀表包括：動(dòng)圈顯示儀表、自平衡顯示儀表和自動(dòng)平衡顯示儀表。

　　2.數(shù)顯儀表：直接以數(shù)字形式顯示被測(cè)參數(shù)值，精度高，速度快。

　　3.圖像顯示儀：通過圖形、文字、曲線、數(shù)字等方式直接顯示。

　　第二單元，測(cè)量工作原理和常用儀器的操作

　　1.熱阻測(cè)量的原理和操作。

　　原理：測(cè)溫原理是熱敏電阻在一定溫度范圍內(nèi)電阻值與溫度值呈線性關(guān)系。

　　常見的熱阻包括鉑電阻、銅電阻、錳電阻和碳電阻。

　　操作：熱電阻測(cè)量傳輸電阻信號(hào)時(shí)采用三線制，是為了減少傳輸過程中導(dǎo)線電阻值引起的測(cè)量誤差。檢查其電阻時(shí)，注意哪兩根線是公共線。

　　2.熱電偶測(cè)量的原理和操作。

　　原理：兩種不同金屬的一端連接在一起，另外兩端有電位差。在一定范圍內(nèi)，電位差與溫度呈線性關(guān)系。

　　操作：采用雙線制。檢查時(shí)，電阻值應(yīng)該很小。

　　3.壓力變送器的測(cè)量原理和操作。

　　原理：薄膜金屬應(yīng)變測(cè)量元件。

　　操作：連接時(shí)，注意連接的正負(fù)極。使用時(shí)，慢慢打開手動(dòng)閥，避免瞬間沖擊波紋管，檢查儀器接口是否泄漏，以免造成測(cè)量誤差。拆卸時(shí)，首先關(guān)閉手動(dòng)閥。當(dāng)手動(dòng)閥確定關(guān)閉時(shí)，慢慢卸載儀表，卸載時(shí)搖動(dòng)變送器，以釋放殘余氣體。

　　4.差壓液位計(jì)的工作原理。

　　原理：充滿硅油的測(cè)量盒膜片由兩個(gè)耦合銷組合而成，壓差通過操作桿產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)致扭桿變形的力。扭桿放置在薄膜應(yīng)變電阻上，并排列成維斯登電橋，將壓差轉(zhuǎn)換成平衡電壓信號(hào)。電子放大器將測(cè)量室的信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙線4-20mA? DC輸出信號(hào)，并可提供惠斯通電橋。

　　操作：連接時(shí)，注意連接的正負(fù)極。使用時(shí)，應(yīng)先打開變送器平衡閥，關(guān)閉高低壓室手動(dòng)閥，打開高低壓室先導(dǎo)管路上的手動(dòng)閥，慢慢打開高低壓室手動(dòng)閥，然后關(guān)閉平衡手動(dòng)閥。

　　第三單元，自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念

　　1.調(diào)節(jié)對(duì)象、調(diào)節(jié)參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)和調(diào)節(jié)通道。1.管制對(duì)象是什么？生產(chǎn)過程中受控制的設(shè)備或機(jī)器。

　　2.調(diào)整后的參數(shù)有哪些？指調(diào)整對(duì)象中應(yīng)保持在預(yù)定范圍內(nèi)并進(jìn)行調(diào)整的參數(shù)。

　　3.什么是調(diào)整參數(shù)？指作用于被調(diào)節(jié)對(duì)象，使被調(diào)節(jié)參數(shù)趨于穩(wěn)定的參數(shù)。

　　4.什么是干擾？指破壞系統(tǒng)平衡狀態(tài)，引起調(diào)整后參數(shù)變化的外部因素。

　　5.什么是干擾信道？

　　從干擾產(chǎn)生點(diǎn)到調(diào)整參數(shù)的所有鏈路都稱為干擾信道。

　　第二，調(diào)節(jié)法，變送器，調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器。

　　1.什么是規(guī)制法？

　　指調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的時(shí)變規(guī)律。

　　在研究調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，將調(diào)節(jié)器與系統(tǒng)斷開，分別研究調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的關(guān)系。在分析調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，通常會(huì)在調(diào)節(jié)器的輸入端加入一個(gè)階躍信號(hào)，即當(dāng)某一偏差突然出現(xiàn)時(shí)，輸出信號(hào)隨階躍輸入信號(hào)的變化規(guī)律。

　　調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律實(shí)際上代表了調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)特性，可以用傳遞函數(shù)的形式來描述。調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)規(guī)律是比例(P)、積分(I)、微分(D)及其組合。

　　2.什么是發(fā)射機(jī)？

　　變送器在自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用是將各種過程參數(shù)，如壓力、差壓、溫度、流量、液位、成分等物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后傳輸給指示記錄儀、運(yùn)算器和調(diào)節(jié)器進(jìn)行指示、記錄和調(diào)節(jié)。

　　根據(jù)測(cè)量參數(shù)，變送器主要包括差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器和流量變送器。

　　組成：通常由輸入轉(zhuǎn)換部分、放大器和反饋部分組成。輸入轉(zhuǎn)換部分包括敏感元件，其功能是感測(cè)被測(cè)參數(shù)并將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成中間模擬量。中間量可以是電壓、電流、位移、作用力等物理量。反饋部分將發(fā)射器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)。放大器放大中間模擬量和反饋量之間的差值，并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。

　　3.什么是調(diào)節(jié)器？

　　調(diào)節(jié)器通常對(duì)輸入信號(hào)與給定信號(hào)的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果作為統(tǒng)一信號(hào)發(fā)送給執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　調(diào)節(jié)器必須有兩個(gè)關(guān)鍵部分：檢測(cè)偏差和PID操作。偏差檢測(cè)電路一般稱為輸入電路。偏差信號(hào)通常是電壓的形式，所以輸入信號(hào)和給定信號(hào)在輸入電路中是以電壓的形式比較的。如果輸入信號(hào)是電流，它必須通過精密電阻轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓。同時(shí)，輸入電路還必須配備內(nèi)部和外部給定電路的開關(guān)、正負(fù)開關(guān)和偏差指示。PID運(yùn)算電路是調(diào)節(jié)器的關(guān)鍵部分，包括放大器和PID反饋電路。4.什么是執(zhí)行器？

　　自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中執(zhí)行器的功能是接收來自調(diào)節(jié)單元的控制信號(hào)，并相應(yīng)地改變調(diào)節(jié)閥的開度。從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

　　第三，反饋，正反饋，負(fù)反饋。

　　1.反饋：系統(tǒng)的輸出信號(hào)以某種方式被引回到輸入端。

　　2.正反饋：指加入的反饋信號(hào)增加系統(tǒng)輸入信號(hào)的反饋。

　　3.負(fù)反饋：指系統(tǒng)的輸入信號(hào)被加入的反饋信號(hào)降低的反饋。

　　四、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成。

　　自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由調(diào)節(jié)對(duì)象、調(diào)節(jié)閥、測(cè)量傳動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)器組成。

　　5.比例，整合，差異化。

　　1.比例調(diào)節(jié)法則(P):指其輸出信號(hào)與偏差的比例關(guān)系。比例調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)可以立即生效，即當(dāng)有偏差信號(hào)輸入時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出立即與偏差成比例變化。輸入偏差信號(hào)越大，輸出調(diào)節(jié)功能越強(qiáng)，這是比例調(diào)節(jié)器的顯著特點(diǎn)。

　　2.積分調(diào)節(jié)法則(I):其輸出信號(hào)與偏差信號(hào)的積分成正比。當(dāng)存在偏差時(shí)，積分調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)會(huì)隨時(shí)間增加或減少。只有當(dāng)輸入偏差等于零時(shí)，輸出信號(hào)才會(huì)停止變化，穩(wěn)定在某個(gè)值。調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)變化的速度與輸入偏差的大小和積分速度成正比，調(diào)節(jié)器輸出變化的方向由正負(fù)偏差決定。

　　3.微分調(diào)節(jié)法則(d):表示輸出信號(hào)與偏差信號(hào)的變化速度成正比。該調(diào)節(jié)器用于系統(tǒng)中，即使偏差很小，只要有變化趨勢(shì)，就可以立即調(diào)整。所以叫“高級(jí)”調(diào)整。但是他的輸出只能反映偏差信號(hào)的變化速度，不能反映偏差的大小，調(diào)整結(jié)果也不能消除偏差，所以這個(gè)調(diào)節(jié)器不能單獨(dú)使用。它往往必須與比例或積分調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，形成PD或PID調(diào)節(jié)器。

　　第四單元，執(zhí)行器的原理、分類、特點(diǎn)和功能

　　首先，執(zhí)行器的原理。

　　1.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理：執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、機(jī)械減速和位置變送器組成。執(zhí)行器接收伺服放大器或電動(dòng)執(zhí)行器的輸出信號(hào)，控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)過機(jī)械減速器后變成輸出扭矩推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。同時(shí)，位置變送器將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的4-20mA信號(hào)作為閥門位置指示，并作為位置反饋信號(hào)反饋給前置放大器的輸入端，以平衡輸入信號(hào)。

　　2.氣動(dòng)執(zhí)行器的工作原理：氣動(dòng)執(zhí)行器接收氣動(dòng)調(diào)節(jié)器或閥門定位器輸出的氣壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為推桿相應(yīng)的線性位移，推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。二、執(zhí)行器的分類和特點(diǎn)。

　　執(zhí)行器根據(jù)其能量形式可分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓三種。

　　(1)由氣動(dòng)執(zhí)行器操作的執(zhí)行器稱為氣動(dòng)執(zhí)行器或氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；

　　電動(dòng)執(zhí)行器操作的執(zhí)行器稱為電動(dòng)執(zhí)行器或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；

　　(3)由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱為液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)或液壓調(diào)節(jié)閥；

　　特點(diǎn)：

　　1.氣動(dòng)執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠穩(wěn)定、輸出力大、安裝維護(hù)方便、價(jià)格低廉、防火防爆等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力等部門。缺點(diǎn)是不適合長距離傳輸(傳輸距離限制在150米以內(nèi))。為了克服這一缺點(diǎn)，可以使用電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，使得傳輸?shù)男盘?hào)是電信號(hào)，并且現(xiàn)場(chǎng)操作是氣動(dòng)的。

　　2.電動(dòng)執(zhí)行器具有動(dòng)作快，特別適合遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，與電子計(jì)算機(jī)配合方便等優(yōu)點(diǎn)。一般來說，電動(dòng)執(zhí)行器不適合防火防爆。但如果采用防爆結(jié)構(gòu)，也能達(dá)到防火防爆的目的。

　　三、氣開式調(diào)節(jié)閥和氣閉式調(diào)節(jié)閥的選擇原則

　　選擇原則：當(dāng)壓力信號(hào)中斷時(shí)，確保設(shè)備和操作人員的安全。

　　第四，電動(dòng)/氣動(dòng)閥門定位器的作用。

　　角色：

　　1.提高氣動(dòng)執(zhí)行器的靈敏度和精度，改善氣動(dòng)執(zhí)行器的靜態(tài)特性。

　　可以減少以下影響氣動(dòng)執(zhí)行器靈敏度和精度的因素。

　　A.致動(dòng)器部件的膜和彈簧的不穩(wěn)定性以及每個(gè)可移動(dòng)部件的摩擦力。

　　B.調(diào)節(jié)閥前后壓差過大時(shí)產(chǎn)生的不平衡力。

　　C.由于高粘度或懸浮固體和固體顆粒的存在，調(diào)節(jié)介質(zhì)對(duì)閥桿運(yùn)動(dòng)的阻力。

　　2.加快閥桿的運(yùn)動(dòng)速度，減少系統(tǒng)的傳動(dòng)滯后。

　　第五單元。防爆儀表的概念及防爆措施

　　1.防爆儀器。

　　指外殼能承受內(nèi)部爆炸壓力，但不能引起外部爆炸的儀器，標(biāo)為d。

　　2.本質(zhì)安全型儀器。

　　指電路系統(tǒng)在正常運(yùn)行或故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不能點(diǎn)燃指定爆炸性混合物的儀器，標(biāo)記為ia。

　　3.安全柵和安全柵的類型。

　　安全柵：安裝在控制室，作為控制室儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的附屬設(shè)備。一方面，它傳遞信號(hào)；另一方面，控制危險(xiǎn)場(chǎng)所等流動(dòng)能量低于爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量，以保證系統(tǒng)的安全火花性能。

　　安全柵的類型：

　　A.電阻式安全柵：電阻式安全柵利用電阻的限流作用，限制能量在臨界值以下的地方流動(dòng)，從而達(dá)到防爆的目的。

　　b齊納勢(shì)壘：基于齊納二極管的反向擊穿性能工作。C.繼電器放大安全柵：是由電阻式安全柵發(fā)展而來，利用放大器的高輸入阻抗，增加輸入回路中串聯(lián)的限流電阻阻抗，實(shí)現(xiàn)安全防火花

　　D.隔離安全柵：通過隔離、限壓、限流等措施限制能量流入危險(xiǎn)場(chǎng)所，保證安全火花性能。主要措施有：絕緣和能量限制。

　　四、使用防爆儀器時(shí)的注意事項(xiàng)。

　　1.檢查儀器外殼上是否有防爆標(biāo)志，防爆標(biāo)志是否符合現(xiàn)場(chǎng)有害物質(zhì)的規(guī)定。

　　2.本質(zhì)安全型變送器在危險(xiǎn)情況下使用前必須配備安全柵。

　　3.儀器外殼必須有良好的接地。

　　4.在危險(xiǎn)的情況下，必須切斷電源才能打開蓋子。

　　5.本質(zhì)安全型變送器的引入電纜規(guī)格應(yīng)由共同認(rèn)證的安全柵規(guī)定。