控制儀表與控制系統(tǒng)

1、第一講控制儀表與控制系統(tǒng)1主要內(nèi)容一、自動(dòng)控制系統(tǒng)與過程控制儀表二、控制儀表與裝置的分類 三、聯(lián)絡(luò)信號(hào)和電信號(hào)傳輸方式2加熱爐溫度控制系統(tǒng)一、自動(dòng)控制系統(tǒng)與過程控制儀表變送器給定值被控變量控制器被控對(duì)象執(zhí)行器3變送器 把工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)的裝置控制器 將來自變送器的測(cè)量值與給定信號(hào)相比較后產(chǎn)生的偏差信號(hào), 按照預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，輸出一個(gè)控制信號(hào)去執(zhí)行器執(zhí)行器 把控制器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，以控制閥門的開度此外，根據(jù)需要還可設(shè)置轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算器、操作器、顯示裝置和各類儀表系統(tǒng)，以完成復(fù)雜的控制任務(wù)。 簡(jiǎn)言之，在簡(jiǎn)單自動(dòng)控制系統(tǒng)中除了將被控參數(shù)變換成易于傳遞的物理量

2、的檢測(cè)元件（如熱電偶、熱電阻、孔板等）外，完成其他任務(wù)的儀表都屬于控制儀表。4導(dǎo)管，管路板導(dǎo)線，印刷電路板接線氣動(dòng)元件（氣阻、氣容、氣動(dòng)放大器等） 電子元器件（電阻、電容、電子放大器、集成電路等）元、器件氣壓信號(hào)電信號(hào)（電壓、電流、數(shù)字）傳輸信號(hào)氣源（140kPa）電源（220V AC/24V DC）能源氣動(dòng)控制儀表電動(dòng)控制儀表電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表的比較 按所用能源形式：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)。工業(yè)上主要使用電動(dòng)和氣動(dòng)控制儀表。二、控制儀表與裝置的分類5氣動(dòng)儀表特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于檢修性能穩(wěn)定，可靠性高在本質(zhì)上是安全防爆的，特別適用于石油、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所需要使用不含油分水分和塵埃的凈化

3、氣源電動(dòng)儀表特點(diǎn)：運(yùn)算精度高動(dòng)作反應(yīng)迅速 便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律,遠(yuǎn)距離集中顯示和操作采取了安全防爆措施，同樣能用于易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所能源方便(220VAC或24VDC）6本課程主要介紹電動(dòng)控制儀表（除執(zhí)行器外）7模擬儀表 傳輸信號(hào)為連續(xù)變化的模擬量線路較簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格較低。 如氣動(dòng)儀表，電動(dòng)單元組合儀表I、III型等。數(shù)字儀表 傳輸信號(hào)為斷續(xù)變化的數(shù)字量以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能完善、性能優(yōu)越，能解決模擬儀表難以解決的問題。如可編程調(diào)節(jié)器、可編程控制器、 DCS、 FCS 等。 按信號(hào)類型：模擬式和數(shù)字式8 按結(jié)構(gòu)形式基地式控制儀表單元組合式控制儀表集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)9基地式控

4、制儀表 基地式控制儀表通常以指示、記錄儀表為主體，附加控制、測(cè)量、給定等部件。儀表的所有部件之間以不可分離的機(jī)械結(jié)構(gòu)相連接，裝在一個(gè)箱殼之內(nèi)。只需配上控制閥便可構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)。10單元組合式控制儀表單元組合式控制儀表根據(jù)控制系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表劃分成能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能的若干單元，而各個(gè)單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來聯(lián)系。將各種獨(dú)立儀表進(jìn)行不同的組合，可以構(gòu)成適用于各種不同場(chǎng)合的自動(dòng)檢測(cè)或控制系統(tǒng)。這類儀表有電動(dòng)單元組合儀表（DDZ）和氣動(dòng)單元組合儀表（QDZ）兩大類。它們都經(jīng)歷了I型，II型和III型三個(gè)階段。電動(dòng)單元組合儀表中還有模擬和數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的DDZ-S型

5、系列儀表。11單元組合式控制儀表單元組合儀表可分為變送單元、執(zhí)行單元、控制單元、轉(zhuǎn)換單元、運(yùn)算單元、顯示單元、給定單元和輔助單元等八類。被控對(duì)象執(zhí)行單元其它系列儀表變送單元轉(zhuǎn)換單元運(yùn)算單元顯示單元給定單元控制單元輔助單元12單元組合式控制儀表控制單元: 將測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較，按偏差控制執(zhí)行器的動(dòng)作?？刂茊卧钠贩N有：PID控制器、PI控制器以及具有特種功能的控制器等。 執(zhí)行單元:按照控制器輸出的控制信號(hào)或手動(dòng)操作信號(hào)，操作執(zhí)行元件，改變控制變量的大小。品種有角行程電動(dòng)執(zhí)行器、直行程電動(dòng)執(zhí)行器和氣動(dòng)薄膜控制閥等。 變送單元：能將各種被測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等變換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

6、信號(hào)（4-20mA，0-10mA或20-100kPa）傳送到接收儀表，以供指示、記錄或控制。變送單元的品種有溫度、壓力、差壓、流量、液位變送器等。13單元組合式控制儀表顯示單元：對(duì)各種被測(cè)參數(shù)進(jìn)行指示、記錄、報(bào)警和積算，供操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)工況之用。顯示單元的品種有：指示儀、指示記錄儀、報(bào)警器、比例積算器和開方積算器等。 轉(zhuǎn)換單元: 將電壓、頻率等電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，或者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換單元的品種有直流毫伏轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)換器、電-氣轉(zhuǎn)換器、氣-電轉(zhuǎn)換器等。運(yùn)算單元：將幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)進(jìn)行加、減、乘、除、開方、平方等運(yùn)算，適用于多種參數(shù)綜合控制、配比控制、流量信號(hào)的溫度壓

7、力補(bǔ)償計(jì)算等。運(yùn)算單元的品種有：加減器、乘除器和開方器等。14單元組合式控制儀表輔助單元：是為了滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)某些要求而增設(shè)的儀表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等。給定單元：輸出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，作為被控變量的給定值送到控制單元，實(shí)現(xiàn)定值控制。其輸出信號(hào)可以供給其它儀表作為參考基準(zhǔn)值。如恒流給定器、定值器、比值給定器和時(shí)間程序給定器等。15集散控制系統(tǒng)(DCS)DCS系統(tǒng)是一種以微型計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制裝置。其基本特點(diǎn)是分散控制、集中管理。CRT操作站管理計(jì)算機(jī)過程控制單元過程控制單元數(shù)據(jù)采集單元集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)集中操作與管理裝置分散過程控制裝置通信系統(tǒng)DCS系統(tǒng)通常由分散過程控制

8、裝置、操作管理裝置和通信系統(tǒng)三大部分組成。16 分散過程控制裝置是集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程間的界面。在分散過程控制裝置內(nèi)，進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換，完成各種輸入輸出數(shù)據(jù)的處理和控制算法的運(yùn)算。 操作管理裝置是操作管理人員與集散控制系統(tǒng)間的界面。生產(chǎn)過程的各種參數(shù)集中在操作管理裝置上顯示，操作管理人員可以通過操作管理裝置了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀況，還可操縱生產(chǎn)過程、組態(tài)回路、調(diào)整回路參數(shù)、檢測(cè)故障和存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)。 通信系統(tǒng)是分散過程控制裝置與操作管理裝置之間的橋梁。集散控制系統(tǒng)各單元之間的數(shù)據(jù)傳輸由通信系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)來完成，該網(wǎng)絡(luò)需遵循一定的通信協(xié)議。 1718現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)現(xiàn)場(chǎng)總線是

9、連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)儀表是指系統(tǒng)最底層的監(jiān)測(cè)、執(zhí)行和計(jì)算設(shè)備，如智能化的變送器、執(zhí)行器或控制器等。監(jiān)控管理級(jí)現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表.現(xiàn)場(chǎng)總線FCS系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一種新型計(jì)算機(jī)控制裝置?，F(xiàn)場(chǎng)總線將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場(chǎng)儀表相連接, 并同上層監(jiān)控管理級(jí)一起構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。19現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS) 現(xiàn)場(chǎng)控制將傳統(tǒng)上集中于控制室的控制功能分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制 雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室內(nèi)的儀表或裝置之間為雙向數(shù)字通信特點(diǎn)：20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)的類型和數(shù)值。聯(lián)絡(luò)信號(hào)類型氣動(dòng)儀表：20100KPa 電動(dòng)儀表：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)聯(lián)絡(luò)信號(hào)的確定模擬信號(hào)有交流和直流兩