生产过程自动化的含义与发展状况课件

路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索10 七月 2024生产过程自动化的含义生产过程自动化的含义与发展状况与发展状况路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索绪论绪论主要内容：主要内容：生产过程自动化的含义生产过程自动化的含义实现生产过程自动化的意义实现生产过程自动化的意义生产过程自动化的发展状况生产过程自动化的发展状况现代自动化技术特点现代自动化技术特点学习本课程的重要性学习本课程的重要性路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索一、生产过程自动化的含义一、生产过程自动化的含义在生产设备上配备一些自动化的装置在生产设备上配备一些自动化的装置,代替操作代替操作人员的部分直接劳动人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动使生产在不同程度上自动地进行的过程称生产过程自动化。地进行的过程称生产过程自动化。二、实现生产过程自动化的意义二、实现生产过程自动化的意义加快生产速度加快生产速度,降低生产成本降低生产成本,提高产品产量和质量；提高产品产量和质量；减轻劳动强度减轻劳动强度,改善劳动条件；改善劳动条件；能够保证生产安全能够保证生产安全,防止事故发生或扩大防止事故发生或扩大,延长设延长设备使用寿命备使用寿命,提高设备利用率；提高设备利用率；能根本改变劳动方式能根本改变劳动方式,提高工人文化水平提高工人文化水平,逐步消逐步消除脑力劳动和体力劳动之间的差别。除脑力劳动和体力劳动之间的差别。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索三、生产过程自动化的发展状况三、生产过程自动化的发展状况20世纪世纪40年代以前年代以前,主要是主要是人工调节人工调节,凭经验指凭经验指导生产导生产,生产效率低。生产效率低。20世纪世纪5060年代年代,应用应用简单自动化技术简单自动化技术,如基如基地式仪表。地式仪表。20世纪世纪70年代开始年代开始,控制理论和控制技术及计控制理论和控制技术及计算机技术的应用推动了生产过程自动化算机技术的应用推动了生产过程自动化,出现出现了各种新型控制系统了各种新型控制系统,如如集散控制系统、二级集散控制系统、二级优化控制等。优化控制等。近年来近年来,现代自动化技术现代自动化技术已不只局限于对生产已不只局限于对生产过程中重要参数的自动控制过程中重要参数的自动控制,已发展为综合自已发展为综合自动化。动化。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索四、现代自动化技术特点四、现代自动化技术特点已发展为综合自动化已发展为综合自动化,其应用的领域和规模越来其应用的领域和规模越来越大越大,控制与管理一体化的系统已提到日程控制与管理一体化的系统已提到日程,因此因此,其社会、经济效益也越来越大。其社会、经济效益也越来越大。显示了知识密集化、显示了知识密集化、高技术集成化的特点高技术集成化的特点,它是它是信息技术、自动化技术、管理科学等相结合的信息技术、自动化技术、管理科学等相结合的现代高技术。现代高技术。自动化过程中的智能化程度日益增加自动化过程中的智能化程度日益增加,各种智能各种智能仪表不断出现仪表不断出现,控制的精度越来越高控制的精度越来越高,控制的方式控制的方式日益多样化日益多样化,它不仅减轻和代替了人们的体力劳它不仅减轻和代替了人们的体力劳动动,而且也在很大程度上代替了人们的脑力劳动。而且也在很大程度上代替了人们的脑力劳动。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索五、学习本课程的重要性五、学习本课程的重要性本门课是一门综合性的技术学科本门课是一门综合性的技术学科,通过学习自通过学习自动化、仪表方面的知识动化、仪表方面的知识,对于管理与开发现代对于管理与开发现代化生产过程是十分重要的。化生产过程是十分重要的。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第一部分第一部分 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念主要内容：主要内容：生产自动化的主要内容生产自动化的主要内容自动控制系统的组成自动控制系统的组成自动控制系统方框图自动控制系统方框图自动控制系统的分类自动控制系统的分类自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第一节第一节 生产自动化的主要内容生产自动化的主要内容 生产自动化生产自动化,一般包括一般包括自动检测、自动保护、自动自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制系统操纵、自动控制系统。自动检测系统自动检测系统 利用各种检测仪表对生产过程的利用各种检测仪表对生产过程的主要工艺参数主要工艺参数(如温度、压力、流量等如温度、压力、流量等)进行测进行测量、指示或记录的。量、指示或记录的。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统(自动保护自动保护)当生产过程出现危险时当生产过程出现危险时,自动信号系统发出声、光自动信号系统发出声、光等报警信号等报警信号,自动联锁保护系统立即作出反应自动联锁保护系统立即作出反应,通过通过改变阀门的开启度或切断某些通路改变阀门的开启度或切断某些通路,或进行紧急停或进行紧急停车车,以防止事故的发生或扩大。它是生产过程中的以防止事故的发生或扩大。它是生产过程中的一种安全装置。一种安全装置。自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统(自动操纵自动操纵)自动操纵系统自动操纵系统:按照预先规定的步骤自动地对生产按照预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。可减轻工人的重复设备进行某种周期性的操作。可减轻工人的重复性体力劳动。性体力劳动。自动开停车系统自动开停车系统:按照预先规定的步骤自动地将生按照预先规定的步骤自动地将生产过程投入运行或自动停车。产过程投入运行或自动停车。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索自动控制系统自动控制系统:它是对生产中某些关键性的参数进它是对生产中某些关键性的参数进行自动调节行自动调节,使它们在受到外界干扰的影响而偏离使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内能自动地调回到规定的数值范围内,是生产过程自动化的核心部分。是生产过程自动化的核心部分。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第二节第二节 自动控制系统的组成自动控制系统的组成生活环境中的自动生活环境中的自动控制系统控制系统 空调空调;电饭煲电饭煲;电冰电冰箱箱;洗衣机等。洗衣机等。工业生产中的自动工业生产中的自动控制系统控制系统 液位控制液位控制:人工人工自动自动;温度控制等。温度控制等。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索眼眼看看脑脑想想手手动动QoQi人工操作进行工作的三个方面人工操作进行工作的三个方面:(1).检测检测:用眼睛看液位的高低。用眼睛看液位的高低。(2).运算、命令运算、命令:大脑根据眼睛看到液位的高低大脑根据眼睛看到液位的高低,加以加以思考和比较得出偏差思考和比较得出偏差,发出命令。发出命令。(3).执行执行:根据大脑发出命令根据大脑发出命令,改变阀门开度改变阀门开度,以改变以改变出口流量出口流量Qo,保持液位的高低在规定位置。保持液位的高低在规定位置。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索自动控制系统的组成自动控制系统的组成1.被控对象被控对象:对其对其工艺参数工艺参数进行控制的进行控制的机器或设备机器或设备。它可以是一段管道、一台设备或设备的某一部它可以是一段管道、一台设备或设备的某一部分分,如各种反应器、换热器等。如各种反应器、换热器等。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索自动控制系统的组成自动控制系统的组成2.自动化装置：自动化装置：测量元件及变送器测量元件及变送器:检测参数检测参数(液位液位)并将检测结果并将检测结果变成标准统一信号进行输出变成标准统一信号进行输出,如液位的测量及变送。如液位的测量及变送。自动控制器自动控制器:接受变送器送来的信号接受变送器送来的信号,与工艺需要保与工艺需要保持的参数值持的参数值(液位液位)进行比较得出偏差进行比较得出偏差,并按某种运算并按某种运算规律算出结果规律算出结果,然后将此结果以特定信号然后将此结果以特定信号(如电压、如电压、电流电流)发送出去。发送出去。执行器执行器:通常指控制阀通常指控制阀,它自动地根据控制器发出的它自动地根据控制器发出的信号值改变阀门的开启度信号值改变阀门的开启度,从而改变操纵变量从而改变操纵变量,给对给对象施加调节作用。象施加调节作用。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第三节第三节 自动控制系统方框图自动控制系统方框图方框方框图的作用的作用:用箭用箭头表示自表示自动控制系控制系统各个各个组成成环节之之间的相互影响和信号的相互影响和信号联系。系。图1-3液位自液位自动控制系控制系统方框方框图如下。如下。图图1-8 自动控制系统方框图自动控制系统方框图xez-控制器控制器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量被控变量y测量值测量值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索自动控制系统方框图自动控制系统方框图xez-控制器控制器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量被控变量y测量值测量值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索方框图中所涉及的概念方框图中所涉及的概念被控对象被控对象:在生产过程中需保持其工艺参数稳定的在生产过程中需保持其工艺参数稳定的设备或装置。如冶金炉设备或装置。如冶金炉,加热炉等加热炉等,也可是一台具体也可是一台具体的设备或设备的某一部分的设备或设备的某一部分,如一段管道如一段管道(贮槽贮槽)。被控变量被控变量y:生产过程中需保持恒定的变量生产过程中需保持恒定的变量(液位液位)。干扰作用干扰作用f:在生产过程中引起被控变量偏离给定值在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素的外来因素,它是输入信号它是输入信号(进料流量的改变进料流量的改变)。控制作用控制作用:用来克服外界干扰用来克服外界干扰,使被控变量恢复到给使被控变量恢复到给定值的操作。定值的操作。操纵变量操纵变量q:具体实现控制作用的变量具体实现控制作用的变量(出料流量出料流量)。操纵介质操纵介质:用来实现控制作用的物料用来实现控制作用的物料(流过阀门流体流过阀门流体)。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索方框图中所涉及的概念方框图中所涉及的概念给定值给定值:工艺过程中被控变量的期望值工艺过程中被控变量的期望值,可以固定可以固定也可按程序变化。也可按程序变化。偏差偏差:给定值与测量值之间的差值。给定值与测量值之间的差值。输入输入:自动控制系统方框图中自动控制系统方框图中,指向该环节的信息指向该环节的信息称该环节的输入。称该环节的输入。输出输出:自动控制系统方框图中自动控制系统方框图中,背离该环节的信息背离该环节的信息称该环节的输出。称该环节的输出。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索自动控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。自动控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。反馈反馈:把系统的输出信号直接或经过一些环节后送把系统的输出信号直接或经过一些环节后送回到系统的输入端回到系统的输入端,并加入到输入信号中的作法。并加入到输入信号中的作法。负反馈负反馈:反馈的信号使原来的输入信号反馈的信号使原来的输入信号减弱减弱。正反馈正反馈:反馈的信号使原来的输入信号反馈的信号使原来的输入信号增强增强。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索负反馈系统负反馈系统以液位控制为例分析其控制过程以液位控制为例分析其控制过程:当液位当液位y由于某由于某种干扰而上升时种干扰而上升时,其测量值其测量值z升高升高,偏差偏差(e=x-z)降低降低,这时这时,控制器应发出控制信号使控制阀的开度发生控制器应发出控制信号使控制阀的开度发生变化变化,变化的方向为负变化的方向为负,使被控变量使被控变量y下降下降,回到给定回到给定值值,抑制了干扰的影响抑制了干扰的影响,达到了控制目的。达到了控制目的。自动控制系统方框图自动控制系统方框图xez-控制器控制器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量被控变量y测量值测量值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索正反正反馈系系统当当偏差偏差e=x+z时,控制系控制系统称正反称正反馈系系统。当液位。当液位y由于某种干由于某种干扰而上升而上升时,其其测量量值z升高升高,偏差偏差e=x+z增大增大,这时,控制器控制器应发出控制信号使出控制信号使e变大大,从而从而y进一步上升一步上升,z进一步增大一步增大,增增强强了受干了受干扰后的后的变化化趋势,导致系致系统崩崩溃或达到极限或达到极限值,从而使系从而使系统不不稳定。定。例如炸例如炸弹的爆炸、的爆炸、电子振子振荡器中振器中振荡过程的程的产生等都是正反生等都是正反馈系系统。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索可见可见,自动控制系统是具有被控变量自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭负反馈的闭环系统环系统。由于具有负反馈的闭环系统。由于具有负反馈的闭环系统,它可随时它可随时了解被控对象的情况了解被控对象的情况,有针对性地根据被控变量有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向的变化情况而改变控制作用的大小和方向,从而从而使系统的工作状态始终等于或接近所希望的状使系统的工作状态始终等于或接近所希望的状态这是闭环系统的优点。态这是闭环系统的优点。自动检测、自动操纵等自动检测、自动操纵等开环系统开环系统由于没有负反由于没有负反馈不能随时了解被控对象的情况而改变自己的馈不能随时了解被控对象的情况而改变自己的操作状态操作状态,这是开环系统的缺点。这是开环系统的缺点。自动操纵装置自动操纵装置对象对象工艺参数工艺参数操纵指令操纵指令操纵作用操纵作用图图1-10 自动操纵系统方框图自动操纵系统方框图路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第四节第四节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类各种分类方法各种分类方法按按被控量被控量分分:如温度、压力、液位等控制系统。如温度、压力、液位等控制系统。按按控制器的控制规律控制器的控制规律分分:比例控制、积分控制、比例控制、积分控制、微分控制、比例积分控制、比例微分控制、比微分控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制等。例积分微分控制等。按按系统功能与结构系统功能与结构分分:单回路简单控制系统单回路简单控制系统;串串级、比值、选择性、分程、前馈和均匀等常规级、比值、选择性、分程、前馈和均匀等常规复杂控制系统；解耦、预测、推断等先进控制复杂控制系统；解耦、预测、推断等先进控制系统和程序控制系统。系统和程序控制系统。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索按按被控变量的给定值的变化情况被控变量的给定值的变化情况分：分：定值控制系统定值控制系统:要求被控变量的给定值不变。要求被控变量的给定值不变。(如温度、液位如温度、液位)。随动控制系统随动控制系统:给定值是随机变化的。随机系统的给定值是随机变化的。随机系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。给定值的变化而变化。(如导航雷达系统、火炮系如导航雷达系统、火炮系统、生物反应、金属热处理炉统、生物反应、金属热处理炉)程序控制系统程序控制系统:给定值是变化的给定值是变化的,但它是一个已知的但它是一个已知的时间函数时间函数,即生产技术指标须按一定的时间程序变即生产技术指标须按一定的时间程序变化。一些定型或非定型的程控装置越来越多地被化。一些定型或非定型的程控装置越来越多地被应用到生产中。应用到生产中。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第五节第五节 自动控制系统的过渡过程自动控制系统的过渡过程和品质指标和品质指标一一.控制系统的静态与动态控制系统的静态与动态静态静态:被控变量不随时间变化、自动化装置保持原被控变量不随时间变化、自动化装置保持原状的状的平衡平衡状态。状态。当一个自控系统的输入当一个自控系统的输入(给定和干扰给定和干扰)和输出均衡不和输出均衡不变时变时,整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态,即即指系统中各信号的指系统中各信号的变化率为零变化率为零,信号保持在某一常信号保持在某一常数不变化数不变化,而不是指而不是指物料不流动物料不流动或或能量不交换能量不交换。因。因为自动控制系统在静态时为自动控制系统在静态时,生产还在进行生产还在进行,物料和能物料和能量仍有进有出量仍有进有出,只是平稳进行没有改变。只是平稳进行没有改变。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索动态动态:被控变量随时间变化、自动化装置改变原状被控变量随时间变化、自动化装置改变原状的的不平衡不平衡状态。状态。若一个系统原先处于相对平衡状态即静态若一个系统原先处于相对平衡状态即静态,由于干由于干扰的作用而破坏了这种平衡时扰的作用而破坏了这种平衡时,被控变量就会发生被控变量就会发生变化变化,从而使控制器、控制阀等自动化装置改变原从而使控制器、控制阀等自动化装置改变原来平衡时所处的状态来平衡时所处的状态,产生一定的控制作用来克服产生一定的控制作用来克服干扰的影响干扰的影响,并力图使系统恢复平衡。从干扰发生并力图使系统恢复平衡。从干扰发生开始开始,经过控制经过控制,直到系统重新建立平衡直到系统重新建立平衡,在这一段时在这一段时间中间中,整个系统的各个环节和信号都处于变动状态整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中之中,所以这种状态叫做动态。所以这种状态叫做动态。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索二、控制系统的过渡过程二、控制系统的过渡过程过渡过程过渡过程:系统受输入系统受输入(干扰干扰)信号的作用从一个平衡信号的作用从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过渡过程。过渡过程。是被控量在干扰信号或控制信号的作用下随时间不是被控量在干扰信号或控制信号的作用下随时间不断变化的过程断变化的过程,其变化规律与干扰信号的形式有关。其变化规律与干扰信号的形式有关。阶跃干扰作用阶跃干扰作用:在某一在某一瞬间瞬间t0,干扰突然地阶跃干扰突然地阶跃式地加到系统上并保持式地加到系统上并保持该幅度。它比较突然该幅度。它比较突然,比较危险比较危险,对被控量影对被控量影响最大。响最大。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索系统的稳定性系统的稳定性:如果系统在受到干扰信号作用后如果系统在受到干扰信号作用后,输输出变量最终能出变量最终能返回到原平衡状态返回到原平衡状态或其附近或其附近,称系统称系统为稳定的为稳定的;否则否则,称系统不稳定。称系统不稳定。在阶跃干扰作用下自动控制系统的过渡过程形式：在阶跃干扰作用下自动控制系统的过渡过程形式：(a)非周期衰减过程非周期衰减过程;(b)衰减振荡过程衰减振荡过程;(c)等幅振荡等幅振荡过程过程;(d)发散振荡过程发散振荡过程;(e)非振荡发散过程。非振荡发散过程。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标 横坐标横坐标t为时间为时间,纵坐标纵坐标y为被控变量离给定值的变为被控变量离给定值的变化量。化量。t=0时时,系统稳定系统稳定,y(0)=0;t时时,系统也达到系统也达到新的稳态新的稳态,y()=C。最大偏差最大偏差(A):在过渡过程中在过渡过程中,被控量偏离给定值的被控量偏离给定值的最大量。最大偏差越小越好。最大量。最大偏差越小越好。超调量超调量(B):在过渡过程中在过渡过程中,第一个峰值第一个峰值A与新稳态与新稳态值值C之差之差,即即B=A-C。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 余差余差(C):新的稳态值与之差。余差越小越好。新的稳态值与之差。余差越小越好。过渡时间过渡时间(ts):从干扰开始起从干扰开始起,直到被控变量进入到距直到被控变量进入到距新稳态值的新稳态值的 5%(或或2%)的范围内且不再越出的范围内且不再越出时为止所经历的时间。过渡时间越短时为止所经历的时间。过渡时间越短,系统控制质系统控制质量高。量高。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索振荡周期和频率振荡周期和频率:两个同向波峰两个同向波峰(或波谷或波谷)之间的时之间的时间间隔间间隔,为振荡周期为振荡周期;周期越短越好。频率为周期的周期越短越好。频率为周期的倒数。倒数。这些指标在不同的系统中各有其重要性这些指标在不同的系统中各有其重要性,且互相且互相间即有矛盾间即有矛盾,又有联系。要分清主次又有联系。要分清主次,首先保证对生首先保证对生产过程有决定性意义的主要品质指标。产过程有决定性意义的主要品质指标。四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素工艺过程部分工艺过程部分(被控对象被控对象)和自动化装置部分和自动化装置部分(测量测量与变送器、控制器、执行器与变送器、控制器、执行器)。主要是对象的性质。主要是对象的性质,但自动化装置应按对象的性质加以选择和调整。但自动化装置应按对象的性质加以选择和调整。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索第二部分第二部分 自动化仪表概述自动化仪表概述自动化仪表自动化仪表是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 在过程自动化中要通过检测元件获取在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见变量是生产工艺变量，最常见变量是温度、压温度、压力、流量、物位（四大参数）力、流量、物位（四大参数）。检测元件又称为敏感元件、传感器，检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信之成对应关系的输出信号。这些输出信号包括号包括位移、电压、电流、电阻、频率、位移、电压、电流、电阻、频率、气压气压等。等。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 由于检测元件的输出信号种类繁多，且由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变送器处理，送器处理，转换成标准统一的电气信号（如转换成标准统一的电气信号（如4 420mA 20mA 或或 0 010mA10mA直流电流信号直流电流信号,20,20100KPa100KPa气压信号）送往显示仪表，指示或记气压信号）送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量进行控制。进行控制。有时将检测元件、变送器及显示有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表装置统称为检测仪表,或者将检测元件称为或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。表。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索检测检测实施正确控制的第一步实施正确控制的第一步变送变送将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成成统一统一(标准标准)的电气信号的电气信号。静态：静态：正确正确y(t)正确反映正确反映c(t)的值的值 可靠可靠长期工作长期工作动态：动态：迅速迅速y(t)迅速反映迅速反映c(t)的变化的变化过程控制对检测仪表要求过程控制对检测仪表要求：路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索1 1、自动化仪表的分类、自动化仪表的分类1)、按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。2)、按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表等。基地式控制仪表以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。基地式控制仪表特点：般结构比较简单、价格便宜它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 单元组合式控制仪表 将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。它适用于各种企业的自动控制。广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 组件组装式控制仪表是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。其中国产的TF型、MZ型以及SPEC200等组装仪表即属此类控制仪表。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索3)、按信号形式分类：模拟控制仪表和数字控制仪表两大类。其中DDZ型仪表和QDZ型仪表都属于模拟控制仪表；SLPC可编程调节器、KMM可编程调节器、PMK可编程调节器等都属于数字控制仪表。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索4.按信息的获得.传递.反映和处理过程分类检测仪表检测仪表:主要用于测量某些工艺参数主要用于测量某些工艺参数,如温度如温度.压力、压力、流量流量.物位等物位等,并将被测参数的大小按比例地转换成电并将被测参数的大小按比例地转换成电信号或气信号。信号或气信号。显示仪表显示仪表:将检测仪表获得的信息显示出来。如指示将检测仪表获得的信息显示出来。如指示仪表仪表.记录仪记录仪.工业电视工业电视.图像显示器。图像显示器。集中控制装置集中控制装置:包括巡回检测仪包括巡回检测仪.巡回控制仪巡回控制仪.程序控制程序控制仪仪.数字处理机数字处理机.计算机以及仪表控制盘和操作台等。计算机以及仪表控制盘和操作台等。控制仪表控制仪表:根据需要对输入信号进行各种运算。包括根据需要对输入信号进行各种运算。包括电动电动.气动的控制器及代替模拟控制仪表的微处理器气动的控制器及代替模拟控制仪表的微处理器等。等。执行器执行器:接受控制仪表的输出信号或直接接受操作人接受控制仪表的输出信号或直接接受操作人员的指令员的指令,对生产过程进行操作或控制。包括电动对生产过程进行操作或控制。包括电动.气气动动.液动执行机构和控制阀。液动执行机构和控制阀。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索2 2、自动化仪表的发展、自动化仪表的发展 自动化仪表的主体是气动控制仪表和电动控制仪表，它们的发生和发展分别经历了基地式、单元组合式(型、型、型)、组装式及数字智能式等几个阶段。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索3 3、自动化仪表的信号制与传输方式、自动化仪表的信号制与传输方式 为方便有效地把自动化系统中各类现场仪表与控制室内的仪表和装置连接起来，构成各种各样的控制系统，仪表之间应有统的标准信号进行联络和合适的传输。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索4、性能指标性能指标(1)精确度（精度）精确度（精度）(2)表示仪表测量结果的可靠程度。表示仪表测量结果的可靠程度。(3)(4)仪表的仪表的精度等级精度等级是按国家统一规定的允许误差是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。大小来划分成若干等级的。仪表精度等级数值越仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度越高。小，说明仪表测量准确度越高。精度等级：精度等级：允许误差去掉允许误差去掉“”号及号及“%”后，后，系列系列化圆整后化圆整后的数值。的数值。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 仪仪表表的的精精度度等等级级以以一一定定的的符符号号形形式式表表示示在在仪仪表表标标尺尺板板上上，如如1.01.0外外加加一一个个圆圆圈圈或或三三角角形形。精精度度等等级级1.01.0，说说明明该该仪仪表表允允许许误误差为差为1.0%1.0%。目前我国生产的仪表的精度等级有：目前我国生产的仪表的精度等级有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.01.5,2.5,4.0等等1.01.0路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 例例1 1 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，其最，其最大绝对误差为大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有0.80.8级仪表，级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了而该仪表的最大引用误差超过了0.50.5级仪表的允许级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.01.0级。级。解解 仪表的最大允许误差为仪表的最大允许误差为路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索 例例2 2 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，工艺要工艺要求求该仪表指示值的误差不得超过该仪表指示值的误差不得超过4，应选，应选精度等精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。级为多少的仪表才能满足工艺要求。0.8%介介于于允允许许误误差差0.5%与与1.0%之之间间，如如果果选选择择允允许许误误差差为为1.0%,则则其其精精度度等等级级应应为为1.0级级。量量程程为为6001100，精精确确度度为为1.0级级的的仪仪表表，可可能能产产生生的的最最大大绝绝对对误误差差为为5，超超过过了了工工艺艺的的要要求求。所所以以只只能能选选择择一一台台允允许许误误差差为为0.5%，即即精精确确度度等等级级为为0.5级级的的仪表，才能满足工艺要求。仪表，才能满足工艺要求。解解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为根据工艺要求，仪表的最大允许误差为路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索结论：结论：校表：校表：选表：选表：仪表量程的上限：仪表量程的上限：Ymax:4/33/2倍（被测变量）倍（被测变量）波动较大时：波动较大时：3/22倍（被测变量）倍（被测变量）下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索(2)(2)变差变差 在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表对某一变量进行对某一变量进行正反行程测量正反行程测量时对应于同一测量值时对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差异。所得的仪表读数之间的差异。注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。(3)(3)线性度线性度 衡量仪表实际特衡量仪表实际特性偏离线性程度的指性偏离线性程度的指标。标。线性度差就要降低仪线性度差就要降低仪表精度。表精度。图图3.1 线性度线性度路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮,吾将上下而求索吾将上下而求索(4)(4)灵敏度和分辨率灵敏度和分辨率灵敏度：灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比值，即化量的比值，即 灵敏度灵敏度=Y/X对于模拟式仪表而言，对于模拟式仪表而言，Y是仪表指针的角位移或线是仪表指针的角位移或线位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。