控制儀表及裝置概論ppt課件

1、華東理工大學(xué)華東理工大學(xué) 自動(dòng)化系自動(dòng)化系2019.01吳勤勤吳勤勤 凌志浩凌志浩 劉笛劉笛 趙菡趙菡 是高等院校自動(dòng)化專業(yè)及測(cè)控技術(shù)與是高等院校自動(dòng)化專業(yè)及測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門教材。本書詳細(xì)引見模擬式控制儀表及安儀器專業(yè)的一門教材。本書詳細(xì)引見模擬式控制儀表及安裝模擬式控制器、變送器、轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算器和執(zhí)行器等裝模擬式控制器、變送器、轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算器和執(zhí)行器等以及數(shù)字式控制儀表及安裝可編程調(diào)理器、可編程控以及數(shù)字式控制儀表及安裝可編程調(diào)理器、可編程控制器、智能變送器與閥門定位器、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總制器、智能變送器與閥門定位器、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)等的功能特點(diǎn)、構(gòu)造原理和運(yùn)用方法。

2、線控制系統(tǒng)等的功能特點(diǎn)、構(gòu)造原理和運(yùn)用方法。內(nèi)容簡(jiǎn)介內(nèi)容簡(jiǎn)介 本教材是第二次修訂后再版，在內(nèi)容上已引入最新本教材是第二次修訂后再版，在內(nèi)容上已引入最新儀表技術(shù)，反映了當(dāng)代自動(dòng)化儀表的先進(jìn)程度。儀表技術(shù)，反映了當(dāng)代自動(dòng)化儀表的先進(jìn)程度。 本書除作大專院校及工礦企業(yè)職業(yè)教育的專業(yè)教材本書除作大專院校及工礦企業(yè)職業(yè)教育的專業(yè)教材外，也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員閱讀。外，也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員閱讀。章節(jié)安排章節(jié)安排概論概論 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表與控制系統(tǒng)控制儀表與控制系統(tǒng) 第二節(jié)第二節(jié) 控制儀表及安裝的分類控制儀表及安裝的分類 第三節(jié)第三節(jié) 聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式 第四節(jié)第四節(jié) 平安防爆的根

3、本知識(shí)和防爆措施平安防爆的根本知識(shí)和防爆措施第一章第一章 模擬式控制器模擬式控制器 第一節(jié)第一節(jié) 控制器的運(yùn)算規(guī)律和組成方式控制器的運(yùn)算規(guī)律和組成方式 第二節(jié)第二節(jié) 基型控制器基型控制器 第三節(jié)第三節(jié) 特種控制器和附加單元特種控制器和附加單元第二章第二章 變送器和轉(zhuǎn)換器變送器和轉(zhuǎn)換器 第一節(jié)第一節(jié) 變送器的構(gòu)成變送器的構(gòu)成 第二節(jié)第二節(jié) 差壓變送器差壓變送器 第三節(jié)第三節(jié) 溫度變送器溫度變送器 第四節(jié)第四節(jié) 電電/氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器 第四章第四章 可編程調(diào)理器可編程調(diào)理器 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) KMM可編程調(diào)理器可編程調(diào)理器 第三章第三章 運(yùn)算器和執(zhí)行器運(yùn)算器和執(zhí)行器 第一節(jié)第一

4、節(jié) 運(yùn)算器運(yùn)算器 第二節(jié)第二節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器 第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制儀表的運(yùn)用模擬式控制儀表的運(yùn)用 第六章第六章 智能變送器和閥門定位器智能變送器和閥門定位器 第一節(jié)第一節(jié) 智能變送器智能變送器 第二節(jié)第二節(jié) 智能閥門定位器智能閥門定位器第五章第五章 可編程控制器可編程控制器 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) FX系列可編程控制器系列可編程控制器 第三節(jié)第三節(jié) S7系列可編程控制器系列可編程控制器第七章第七章 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)集散控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò) 第三節(jié)第三節(jié) TPS集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) PCS7集散控

5、制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 集散控制系統(tǒng)可靠性集散控制系統(tǒng)可靠性 第八章第八章 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 幾種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線幾種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線 第三節(jié)第三節(jié) 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng) 第四節(jié)第四節(jié) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 概論概論第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表與控制控制儀表與控制系統(tǒng)系統(tǒng) 控制儀表與控制系統(tǒng)控制儀表與控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)普通由被控對(duì)象、變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成，其方框圖如下所示：給定值被控參數(shù)被控介質(zhì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方框圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方框圖變送器執(zhí)行器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象被控對(duì)象 需求調(diào)理其工藝參數(shù)的消費(fèi)設(shè)備。需求調(diào)理其

6、工藝參數(shù)的消費(fèi)設(shè)備。變送器變送器 把工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成規(guī)范一致信號(hào)的安裝。把工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成規(guī)范一致信號(hào)的安裝?？刂破骺刂破?未來自變送器的丈量值與給定信號(hào)相比較未來自變送器的丈量值與給定信號(hào)相比較后產(chǎn)生的偏向信號(hào)后產(chǎn)生的偏向信號(hào), 按照預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律進(jìn)展按照預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律進(jìn)展運(yùn)算后，輸出一個(gè)控制信號(hào)去執(zhí)行器。運(yùn)算后，輸出一個(gè)控制信號(hào)去執(zhí)行器。執(zhí)行器執(zhí)行器 把控制器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角把控制器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，以控制閥門的開度。位移，以控制閥門的開度。 此外，根據(jù)需求還可設(shè)有顯示、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、輔此外，根據(jù)需求還可設(shè)有顯示、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、輔助、給定安裝。助、給定安裝。

7、概論概論第二節(jié)第二節(jié) 控制儀表及安裝控制儀表及安裝分類分類 控制儀表及安裝的分類控制儀表及安裝的分類電動(dòng)控制儀表電動(dòng)控制儀表氣動(dòng)控制儀表氣動(dòng)控制儀表能源能源電源（220V AC/24V DC）氣源（140kPa）傳輸信號(hào)傳輸信號(hào)電信號(hào)（電壓、電流、數(shù)字）氣壓信號(hào)元、器件元、器件電子元器件氣動(dòng)元件接線接線導(dǎo)線導(dǎo)管電磁干擾與防爆電磁干擾與防爆受電磁干擾影響須采取抗干擾、防爆措施不受電磁干擾影響本質(zhì)上安全防爆電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表的比較電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表的比較 按所用能源方式：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)。工業(yè)上主要按所用能源方式：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)。工業(yè)上主要運(yùn)用電動(dòng)和氣動(dòng)控制儀表。運(yùn)用電動(dòng)和氣動(dòng)控

8、制儀表。模擬儀表模擬儀表 傳輸信號(hào)為延續(xù)變化的模擬量傳輸信號(hào)為延續(xù)變化的模擬量,，這類儀表線路，這類儀表線路較簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單, 操作方便，價(jià)錢較低。操作方便，價(jià)錢較低。 如氣動(dòng)儀表，電如氣動(dòng)儀表，電動(dòng)單元組合儀表動(dòng)單元組合儀表、型等。型等。數(shù)字儀表數(shù)字儀表 傳輸信號(hào)為斷續(xù)變化的數(shù)字量，這類儀表與安傳輸信號(hào)為斷續(xù)變化的數(shù)字量，這類儀表與安裝以微型計(jì)算機(jī)為中心，功能完善，性能優(yōu)越，裝以微型計(jì)算機(jī)為中心，功能完善，性能優(yōu)越，能處理模擬儀表難以處理的問題。如可編程調(diào)理能處理模擬儀表難以處理的問題。如可編程調(diào)理器、控制器、器、控制器、 DCS、 FCS 等。等。 按信號(hào)類型：模擬式和數(shù)字式。按信號(hào)類型：模擬

9、式和數(shù)字式?；厥絻x表：包含多種功能部件傳感、指示、記錄、基地式儀表：包含多種功能部件傳感、指示、記錄、控制、執(zhí)行等部分，設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，構(gòu)造較簡(jiǎn)單?？刂啤?zhí)行等部分，設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，構(gòu)造較簡(jiǎn)單。如帶控制機(jī)構(gòu)的指示記錄儀。如帶控制機(jī)構(gòu)的指示記錄儀。單元組合式儀表：系列儀表劃分成能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能單元組合式儀表：系列儀表劃分成能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能的假設(shè)干單元，單元間用規(guī)范信號(hào)聯(lián)絡(luò)。如電動(dòng)、氣動(dòng)的假設(shè)干單元，單元間用規(guī)范信號(hào)聯(lián)絡(luò)。如電動(dòng)、氣動(dòng)單元組合儀表。單元組合儀表。集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS：以微型計(jì)算機(jī)為中心：以微型計(jì)算機(jī)為中心, 集集4C技技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)控制安裝術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)控制安

10、裝, 實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。如如TPS、PCS 7、ECS、Hollias等。等。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS: 現(xiàn)場(chǎng)總線將具有數(shù)字通訊現(xiàn)場(chǎng)總線將具有數(shù)字通訊才干的現(xiàn)場(chǎng)儀表相銜接才干的現(xiàn)場(chǎng)儀表相銜接, 并同上層監(jiān)控管理級(jí)一同構(gòu)成并同上層監(jiān)控管理級(jí)一同構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。如基于分布式控制網(wǎng)絡(luò)。如基于FF、Profibus總線的總線的FCS。 按構(gòu)造方式按構(gòu)造方式概論概論第三節(jié)第三節(jié) 聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式方式 聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式聯(lián)絡(luò)信號(hào)是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的傳輸聯(lián)絡(luò)信號(hào)是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的傳輸信號(hào)的類

11、型和數(shù)值。信號(hào)的類型和數(shù)值。聯(lián)絡(luò)信號(hào)類型聯(lián)絡(luò)信號(hào)類型氣動(dòng)儀表：氣動(dòng)儀表：20100KPa 電動(dòng)儀表：模擬信號(hào)電動(dòng)儀表：模擬信號(hào) 010mA、 420mA 及及 15V 數(shù)字、頻率信號(hào)數(shù)字、頻率信號(hào)信號(hào)下限從零開場(chǎng)有利于模擬量運(yùn)算。信號(hào)下限從信號(hào)下限從零開場(chǎng)有利于模擬量運(yùn)算。信號(hào)下限從某值開場(chǎng)活零點(diǎn)便于檢驗(yàn)儀表能否斷電，并可某值開場(chǎng)活零點(diǎn)便于檢驗(yàn)儀表能否斷電，并可實(shí)現(xiàn)兩線制。實(shí)現(xiàn)兩線制。信號(hào)上限高，產(chǎn)生的電磁平衡力大；信號(hào)上限低有信號(hào)上限高，產(chǎn)生的電磁平衡力大；信號(hào)上限低有利于減少功率損耗和儀表防爆。利于減少功率損耗和儀表防爆。直流電流傳輸直流電流傳輸 接納儀表R0I0IiRiRiRcm發(fā)送儀表

12、電流信號(hào)傳輸時(shí)儀表之間的銜接為保證傳輸誤差在允許范圍之內(nèi)，應(yīng)要求R0 Rcm + nRi ，故有 為減小傳輸誤差，要求： R0足夠大，而Rcm 及Ri 應(yīng)比較小00000000()100%icmicmicmiRIIIIRRnRIIRnRRRnR0100%cmiRnRR電流傳輸?shù)奶攸c(diǎn)電流傳輸?shù)奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 發(fā)送儀表輸出電阻大，故電流信號(hào)適于遠(yuǎn)距傳發(fā)送儀表輸出電阻大，故電流信號(hào)適于遠(yuǎn)距傳輸。輸。 電流回路中串入一電阻，取壓方便。電流回路中串入一電阻，取壓方便。缺陷缺陷 回路中增減接納儀表時(shí)，將影響其它儀表的任回路中增減接納儀表時(shí)，將影響其它儀表的任務(wù)。務(wù)。 各臺(tái)儀表沒有公共接地點(diǎn)，假設(shè)要和計(jì)算機(jī)聯(lián)

13、各臺(tái)儀表沒有公共接地點(diǎn)，假設(shè)要和計(jì)算機(jī)聯(lián)用用,那么應(yīng)在儀表輸入輸出端采取直流隔離措施。那么應(yīng)在儀表輸入輸出端采取直流隔離措施。直流電壓傳輸直流電壓傳輸 電壓信號(hào)傳輸時(shí)儀表之間的銜接接納儀表RiRcm發(fā)送儀表R0U0RcmIiRiRi 為減小傳輸誤差，要求： R0和Rcm 盡量小，Ri 大些。 為減小傳輸誤差,應(yīng)滿足Ri/n R0 + Rcm ，故有 00000000/ )100%/iicmicmcmiRnUUUURRRnUURRRRRn0100%cmiRRnR電壓傳輸?shù)奶攸c(diǎn)電壓傳輸?shù)奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 添加或取消某個(gè)接納儀表不影響其他儀表的任添加或取消某個(gè)接納儀表不影響其他儀表的任務(wù)。務(wù)。 各接納儀

14、表可設(shè)置公共接地點(diǎn)，可和計(jì)算機(jī)聯(lián)各接納儀表可設(shè)置公共接地點(diǎn)，可和計(jì)算機(jī)聯(lián)用。用。缺陷缺陷 要在引線電阻上產(chǎn)生電壓降要在引線電阻上產(chǎn)生電壓降, 信號(hào)受一定損失信號(hào)受一定損失, 且因接納儀表輸入阻抗很高，易于引入干擾，所且因接納儀表輸入阻抗很高，易于引入干擾，所以電壓信號(hào)不適于遠(yuǎn)間隔傳輸。以電壓信號(hào)不適于遠(yuǎn)間隔傳輸。 現(xiàn)場(chǎng)與控制室儀表之間采用直流電流信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)與控制室儀表之間采用直流電流信號(hào)， 控制室內(nèi)部?jī)x表之間采用直流電壓信號(hào)?？刂剖覂?nèi)部?jī)x表之間采用直流電壓信號(hào)。變送器與控制室儀表間的信號(hào)傳輸變送器與控制室儀表間的信號(hào)傳輸兩線制兩線制電源安裝變送器現(xiàn)場(chǎng)控制室四線制四線制接納儀表變送器現(xiàn)場(chǎng)電源安裝

15、控制室接納儀表要實(shí)現(xiàn)兩線制，必需采用活零點(diǎn)的電流信號(hào)。因電源線和信號(hào)線公用，電源供應(yīng)變送器的功率是經(jīng)過信號(hào)電流提供的。變送器輸出電流為下限值時(shí)，應(yīng)保證它內(nèi)部的半導(dǎo)體器件仍能正常任務(wù)。故信號(hào)電流下限值不能過低。概論概論第四節(jié)第四節(jié) 平安防爆根本知識(shí)和平安防爆根本知識(shí)和防爆措施防爆措施 平安防爆根本知識(shí)平安防爆根本知識(shí) 爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域劃分爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域劃分根據(jù)：爆炸性氣體出現(xiàn)的頻繁程度和繼續(xù)時(shí)間根據(jù)：爆炸性氣體出現(xiàn)的頻繁程度和繼續(xù)時(shí)間0 0區(qū)區(qū)(Zone 0) (Zone 0) 在正常情況下，爆炸性氣體混合物在正常情況下，爆炸性氣體混合物延續(xù)地、頻繁地出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所。延續(xù)地、頻繁地

16、出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所。1 1區(qū)區(qū)(Zone 1) (Zone 1) 在正常情況下，爆炸性氣體混合物在正常情況下，爆炸性氣體混合物有能夠出現(xiàn)的場(chǎng)所。有能夠出現(xiàn)的場(chǎng)所。2 2區(qū)區(qū)(Zone 2) (Zone 2) 在正常情況下，爆炸性氣體混合物在正常情況下，爆炸性氣體混合物不能夠出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短時(shí)間存在的場(chǎng)所。不能夠出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短時(shí)間存在的場(chǎng)所。 爆炸性氣體的分級(jí)爆炸性氣體的分級(jí)按最大實(shí)驗(yàn)平安間隙MESG(火焰不能傳播的最大間隙)和最小點(diǎn)燃電流比MICR來分級(jí)：可分為A、B、C三級(jí)。 爆炸性物質(zhì)的分組爆炸性物質(zhì)的分組 按引燃溫度可分為六組：按引燃溫度可分為六組：組別引燃溫度 t/T

17、1450 T2450t 200 T3450t 200 組別引燃溫度 t/T4T5t 100 T6100t 85 200t 防爆電氣設(shè)備的分類、分組防爆電氣設(shè)備的分類、分組防爆電氣設(shè)備分為兩大類：類：煤礦用電氣設(shè)備類：工廠用電氣設(shè)備類電氣設(shè)備可進(jìn)一步分為A、B、C三級(jí)。工廠用電氣設(shè)備防爆型式有以下八種：隔爆型(d)、本質(zhì)平安型(i)、增安型(e)、正壓型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、澆封型(m)和無火花型(n)。本質(zhì)平安型設(shè)備又可以分為ia和ib兩個(gè)等級(jí)。 防爆標(biāo)志及其含義防爆標(biāo)志及其含義防爆標(biāo)志由以下防爆標(biāo)志由以下5 5個(gè)部分構(gòu)成：個(gè)部分構(gòu)成：標(biāo)志標(biāo)志 EX EX 表示該設(shè)備為防爆電氣設(shè)

18、備。表示該設(shè)備為防爆電氣設(shè)備。構(gòu)外型式構(gòu)外型式 闡明該設(shè)備采用何種措施進(jìn)展防爆，如闡明該設(shè)備采用何種措施進(jìn)展防爆，如 d d為隔爆型，為隔爆型，i i為本安型等。為本安型等。設(shè)備類別設(shè)備類別 I I為煤礦井下用電設(shè)備，為煤礦井下用電設(shè)備，IIII為工廠用設(shè)為工廠用設(shè)備。備。防爆級(jí)別防爆級(jí)別 為為A A、B B、C C三級(jí)，闡明防爆才干強(qiáng)弱。三級(jí)，闡明防爆才干強(qiáng)弱。溫度組別溫度組別 為為T1T6T1T6六組，闡明該設(shè)備的最高外表六組，闡明該設(shè)備的最高外表 溫度允許值。溫度允許值。例如例如 EXiaIICT5 EXiaIICT5 表示表示IIII類本質(zhì)平安型類本質(zhì)平安型iaia等級(jí)等級(jí)B B級(jí)級(jí)T5T5組。組。隔爆型儀表隔爆型儀表 具有隔爆外殼，儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內(nèi)。它能接受儀表內(nèi)部因缺點(diǎn)產(chǎn)生爆炸性氣體混合物的爆炸壓力。這類儀表適用于1區(qū)、2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。本質(zhì)平安型儀表本質(zhì)平安型儀