自动化仪表课件.ppt
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自动化仪表自动化仪表自动化仪表自动化仪表目目录录1.1.概述概述1.11.1控制仪表与装置总体概述控制仪表与装置总体概述1.2.1.2.仪表的分析方法仪表的分析方法2.2.控制器控制器2.22.2模拟控制器模拟控制器2.3.2.3.数字式控制器数字式控制器2.1.2.1.控制规律控制规律3.1.3.1.概述概述3.23.2差压变送器差压变送器3.3.变送器变送器4.4.其他常用的单元仪表其他常用的单元仪表4.1.4.1.开方器开方器4.2.4.2.积算器积算器4.34.3辅助单元仪表辅助单元仪表5.5.执行器执行器5.1.5.1.概述概述5.2.5.2.执行机构执行机构5.3.5.3.调节机构调节机构5.4.5.4.执行器的选择计算执行器的选择计算5.5.5.5.阀门定位器阀门定位器6.6.课间休息课间休息控制仪表与装置是实现生产过程自动化必控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具,其重要性可通过下图不可少的工具,其重要性可通过下图1-11-1所示所示例子来说明。
例子来说明。
1.1.1.1.控制仪表与装置总体概述控制仪表与装置总体概述1.1.1.1.1.1.自动控制系统和控制仪表自动控制系统和控制仪表返回目录返回目录图图1-11-1为一加热温度控制系统。
原料通过加热炉为一加热温度控制系统。
原料通过加热炉内炉管加热,要求其出口温度保持一定,以满足生内炉管加热,要求其出口温度保持一定,以满足生产需要;加热炉以燃料油作为燃料。
图中温度变送产需要;加热炉以燃料油作为燃料。
图中温度变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。
器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。
炉出口温度经测温元件和温度变送器转换成相应的炉出口温度经测温元件和温度变送器转换成相应的标准统一信号送到控制器,与给定值标准统一信号送到控制器,与给定值SPSP相比较,控相比较,控制器按照比较后得到的偏差,以一定的控制规律发制器按照比较后得到的偏差,以一定的控制规律发出控制信号,控制执行器的动作,改变燃料油的流出控制信号,控制执行器的动作,改变燃料油的流量,从而使出口温度量,从而使出口温度TT保持在于给定值基本相等的数保持在于给定值基本相等的数值上。
值上。
为了提高控制系统的功能,还可以增加一些仪表,如显示器、手操为了提高控制系统的功能,还可以增加一些仪表,如显示器、手操器等。
而为了改善控制质量,还可以采用串级控制等其他更复杂的控制器等。
而为了改善控制质量,还可以采用串级控制等其他更复杂的控制方案,显然,这将需要用到更多的仪表。
方案,显然,这将需要用到更多的仪表。
实际所采用的仪表,可以是电动仪表,气动仪表等各种系列的仪表,实际所采用的仪表,可以是电动仪表,气动仪表等各种系列的仪表,也可以是各种控制装置,所有这些仪表或装置都属于控制仪表装置范畴。
也可以是各种控制装置,所有这些仪表或装置都属于控制仪表装置范畴。
显而易见,如果没有这些仪表或装置,就不可能实现自动控制。
显而易见,如果没有这些仪表或装置,就不可能实现自动控制。
返回目录返回目录1.1.2.1.1.2.控制仪表与装置的分类及特点控制仪表与装置的分类及特点通通常常,控控制制仪仪表表与与装装置置可可按按能能源源形形式式、信信号号类类型型、和结构形式来分类。
和结构形式来分类。
1.1.2.1.1.1.2.1.按能源形式分类按能源形式分类可可分分为为电电动动、气气动动、液液动动和和机机械械式式等等几几类类。
工工业业上上普普遍遍使使用用电电动动控控制制仪仪表表和和气气动动控控制制仪仪表表,两两者者之之间间的的比比较较如如表表1-11-1所示。
所示。
返回目录返回目录电电动动控控制制仪仪表表具具有有能能源源获获取取方方便便,信信号号传传输输和和处处理理容容易易,便便于于实实现现集集中中显显示示和和操操作作等等特特点点。
目目前前在在工工业业上上电电动动控控制制仪仪表表得得到到了了最最为为广广泛的应用。
鉴于此,本课程将重点介绍这一类仪表。
泛的应用。
鉴于此,本课程将重点介绍这一类仪表。
气气动动控控制制仪仪表表具具有有结结构构简简单单、性性能能稳稳定定、可可靠靠性性高高、易易于于维维护护、安全防爆等特点。
特别适用于石油、化工等具有爆炸危险的场合。
安全防爆等特点。
特别适用于石油、化工等具有爆炸危险的场合。
表表1111电动控制仪表和气动控制仪表的比较电动控制仪表和气动控制仪表的比较电动控制仪表电动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表能源能源传输信号传输信号构成构成接线接线电源(电源(220VAC220VAC)(24VDC24VDC)电信号(电流、电压或数字)电信号(电流、电压或数字)电子元器件电子元器件(电阻、电容、电(电阻、电容、电子放大器、集成电路、微处理子放大器、集成电路、微处理器等)器等)导线,印刷电路板导线,印刷电路板气源(气源(140kPa140kPa)气压信号气压信号气动元件(气阻、气动元件(气阻、气容、气动放大器气容、气动放大器等)等)导管,管路板导管,管路板返回目录返回目录1.1.2.2.1.1.2.2.按信号类型分类按信号类型分类可分为模拟式和数字式两大类。
可分为模拟式和数字式两大类。
模模拟拟式式控控制制仪仪表表由由模模拟拟元元器器件件组组成成,其其传传输输信信号号通通常常为为连连续续变变化化的的模拟量,如电流信号,电压信号,气压信号等。
模拟量,如电流信号,电压信号,气压信号等。
数数字字式式控控制制仪仪表表以以微微处处理理器器,单单片片机机等等大大规规模模集集成成电电路路芯芯片片为为核核心心。
其传输信号通常为段续变化的数字量,如脉冲信号。
其传输信号通常为段续变化的数字量,如脉冲信号。
1.1.2.3.1.1.2.3.按结构形式分类按结构形式分类可可分分为为单单元元组组合合式式控控制制仪仪表表、基基地地式式控控制制仪仪表表、集集散散型型计计算算机机控控制制系统以及现场总线控制系统。
系统以及现场总线控制系统。
(11)单元组合式控制仪表)单元组合式控制仪表是是根根据据控控制制系系统统各各组组成成环环节节的的不不同同功功能能和和使使用用要要求求,将将仪仪表表做做成成能能实实现现一一定定功功能能的的独独立立仪仪表表(称称为为单单元元),各各个个仪仪表表之之间间用用统统一一的的表表标标准准信信号号进进行行联联系系。
这这类类仪仪表表有有电电动动单单元元组组合合仪仪表表(DDZDDZ)和和气气动动单单元元组组合合仪仪表(表(QDZQDZ)两大类。
)两大类。
单单元元组组合合仪仪表表可可分分为为变变送送单单元元、执执行行单单元元、控控制制单单元元、转转换换单单元元、运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元等八类。
运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元等八类。
返回目录返回目录变变送送单单元元它它能能将将各各种种被被测测参参数数,如如温温度度、压压力力、流流量量、液液位位等等物物理理量量变变换换成成相相应应的的标标准准统统一一信信号号(4420mA20mA,0010mA10mA或或2020100kPa100kPa)传传送到接受仪表或装置,以供指示、记录或控制。
送到接受仪表或装置,以供指示、记录或控制。
变变送送单单元元的的品品种种有有:
温温度度变变送送器器、压压力力变变送送器器、差差压压变变送送器器、流流量量变变送器、液位变送器等。
送器、液位变送器等。
转转换换单单元元转转换换单单元元将将电电压压、频频率率等等电电信信号号转转换换成成标标准准统统一一信信号号,或或者者进进行行标标准准统统一一信信号号之之间间的的转转换换,以以使使不不同同信信号号可可以以在在同同一一控控制制系系统统中中使用。
使用。
转转换换单单元元的的品品种种有有:
直直流流毫毫伏伏转转换换器器、频频率率转转换换器器、电电-气气转转换换器器、气气-电转换器等。
电转换器等。
控控制制单单元元它它将将来来自自变变送送单单元元的的测测量量信信号号与与给给定定信信号号进进行行比比较较,按照偏差给出控制信号,去控制执行器的动作。
按照偏差给出控制信号,去控制执行器的动作。
控控制制单单元元的的品品种种有有:
比比例例积积分分微微分分控控制制器器、比比例例积积分分控控制制器器、微微分分控控制器以及具有特种功能的控制器等。
制器以及具有特种功能的控制器等。
运算单元运算单元它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、开方、平方等运算,适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压力平方等运算,适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压力补偿计算等。
补偿计算等。
运算单元的品种有:
加减器、乘除器和开方器等。
运算单元的品种有:
加减器、乘除器和开方器等。
返回目录返回目录。
返回目录返回目录的品种有:
指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等。
的品种有:
指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等。
给给定定单单元元它它将将输输出出标标准准统统一一信信号号,作作为为被被控控变变量量的的给给定定值值送送到控制单元,实现定值控制。
到控制单元,实现定值控制。
给给定定单单元元的的品品种种有有:
恒恒流流给给定定器器、定定值值器器、比比值值给给定定器器和和时时间间程程序序给定器等。
给定器等。
执执行行单单元元它它将将按按照照控控制制器器显显示示单单元元它它对对各各种种被被测测参参数数进进行行指指示示、记记录录、报报警警和和积积算算,供供操操作作人人员员监监视视控控制制系系统统和和生生产产过过程程工工况况之用。
之用。
显示单元输出的控制信号或手动操作信号,去改变控制变量的大小。
显示单元输出的控制信号或手动操作信号,去改变控制变量的大小。
执执行行单单元元的的品品种种有有:
角角行行程程电电动动执执行行器器、直直行行程程电电动动执执行行器器和和气气动动薄膜调节阀等。
薄膜调节阀等。
辅辅助助单单元元辅辅助助单单元元是是为为了了满满足足自自动动控控制制系系统统某某些些要要求求而而增增设设的仪表,如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等等。
的仪表,如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等等。
返回目录返回目录(22)基地式控制仪表基地式控制仪表基基地地式式控控制制仪仪表表相相当当于于把把单单元元组组合合仪仪表表的的几几个个单单元元组组合合在在一一起起,构构成一个仪表。
成一个仪表。
(33)集散控制系统(集散控制系统(DCSDCS系统)系统)DCSDCS系系统统是是一一种种以以微微型型计计算算机机为为核核心心的的计计算算机机控控制制装装置置。
其其基基本本特特点是分散控制、集中管理。
点是分散控制、集中管理。
(44)现场总线控制系统(现场总线控制系统(FCSFCS系统)系统)FCSFCS系系统统是是基基于于现现场场总总线线技技术术的的一一种种新新型型计计算算机机控控制制装装置置。
其其特特点点是现场控制和双向数字通。
是现场控制和双向数字通。
1.1.3.1.1.3.信号制信号制信号制即信号标准,是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
信号制即信号标准,是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
1.1.3.1.1.1.3.1.信号标准信号标准(11)气动仪表的信号的信号标准)气动仪表的信号的信号标准返回目录返回目录中国国家标准中国国家标准GB777GB777化工自动化仪表用模拟气动信号化工自动化仪表用模拟气动信号规定了气动仪表的信规定了气动仪表的信号的下限值和上限值,如表号的下限值和上限值,如表1-21-2所示所示表表1122模拟信号的下限值和上限值模拟信号的下限值和上限值下限下限上限上限20kPa(0.2kgf/c)100kPa(1kgf/c)(22)电动仪表的信号标准)电动仪表的信号标准中中国国国国家家标标准准GB339GB339化化工工自自动动化化仪仪表表用用模模拟拟直直流流电电流流信信号号规规定定了了电动仪表的信号,如表电动仪表的信号,如表1-31-3所示。
所示。
表表1133模拟直流电流信号及其负载电阻模拟直流电流信号及其负载电阻序号序号电流信号电流信号负载电
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