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EXIT,第,33,页,自动化仪表概述,自动化仪表概述,一、过程控制仪表与控制系统,二、过程控制仪表的发展概况,三、,过程控制仪表的分类及特点,一、过程控制仪表与控制系统,自动控制,是指在没有人直接参与的情况下，,利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置），,使被控对象的工作状态或参数（压力、物位、流量、温度、,PH,值等）,自动地,按照预定的规律运行。,回顾,:,什么是自动控制,?,例,:,一贮罐液位控制系统。,要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要；,图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路,控制系统,。,分析,:,贮罐液位由,液位变送器,转换成相应的标准信号送到,控制器,，与给定值相比较，控制器按比较得到的偏差，以一定的控制规律发出控制信号，控制,执行器,的动作，通过改变贮罐液体出料的流量，从而使贮罐液位保持在与给定值基本相等的数值上。,控制器,被控对象,变送器,z,x,e = x-z,-,p,q,y,干扰,温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪 （通常输出：,420mA,、,1,5V,等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关,(,通常输出,on/off,信号,),传感器（,Pt100,、,热电偶,）,通常安装,于控制室,通常安装,于 现场,显示,仪表,四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示仪表根据需要可选）,阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀,泵：开关泵、变频泵,控制阀,过程控制系统是实现生产过程自动化的平台,而过程控制仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。,一、过程控制仪表与控制系统,关系：,二、过程控制仪表的发展概况,50,年代,60,年代,70,年代,80,年代,90,年代,21,世纪,至今,QDZ,QDZ,QDZ,DDZ,DDZ,DDZ,数字式（智能式）控制仪表,DCS,系统,（,PLC,）,现场总线,以太网,三、过程控制仪表的分类及特点,（一）按能源形式分：,1.,气动控制仪表,2.,电动控制仪表,3.,液动控制仪表,（二）结构形式分：,1.,基地式控制仪表,2.,单元组合式控制仪表,3.,组装式综合控制装置,4.,数字化控制仪表,5.,集散控制系统,6.,现场总线控制系统。,（三）按信号形式分：,1.,模拟控制仪表,2.,数字控制仪表,（一）按能源形式分：,电动控制仪表的特点：,信号传送速度快、传送距离远、易于与计算机联用。,气动控制仪表的特点：,结构简单、性能稳定、安全防爆、易于维修。,（二）结构形式分：,1.,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。,2.,单元组合控制仪表,电动单元组合仪表：,DDZ,型 ；,DDZ,型 ；,DDZ,型,电源,：,220V AC,；,24V DC,；,电信号,：,电流,0,10mA DC,；,4,20mA DC,；,Vo,：,1,5V DC,气动单元组合仪表：气源：,140,kPa,；,气信号：,20,100,kPa,3.,组装式控制仪表,一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。工程实际中已很少使用。,4 .,数字控制仪表,以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外形结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用，以构成不同规模的分级控制系统。,5.,集散型控制系统,将集中一台计算机完成的任务分派给各个微型过程控制计算机，再配上数字总线以及上一级过程控制计算机，组成各种各样的、能适应于不同过程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了“控制分散”或“危险分散”，管理高度集中。,6.,现场总线控制系统,是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控制网络。,（三）,按信号类型分：,模拟式控制仪表,传输信号通常为连续变化的模拟量。这类仪表线路较简单，操作方便，价格较低使用上均有较成熟的经验。,数字式控制仪表,传输信号通常为断续变化的数字量。这些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制要求。,压力,变送器,压力,变送器,常用的控制仪表及装置,测量膜合,差压,变送器,双法兰差压送器,无纸,记录仪,测量精确值,Better Control,可编程,调节器,输出精确值,输出百分值,测量百分值,气动阀门定位器,气动执行机构,电动执行机构,直通单、双座控制阀,直通单、双座控制阀,闸阀,球阀,三通阀,蝶阀,角阀,计算机控制系统的发展过程,DDC,控制,始于,50,末期,本质：,用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路,特点：,具有里程碑意义,问题：,价格、性能,集中型计算机控制,本质：,一台计算机取代尽可能多的模拟调节器,特点：,控制集中,信息集中,危险集中,问题：,性能,DCS,控制,始于,70,年代,本质：,采用过程控制过程管理生产管理等多层结构,特点：,控制分散,信息集中,半数字，半分散,传统,DCS,PLC_Based DCS,IPC_Based DCS,FCS,本质：,支持双向、多节点、总线式的,全数字,通讯，将全厂最基础的现场级仪表和装置均通过现场总线连接起来,特点：,把控制任务下移到智能现场设备，,全分散,控制,分布式,IO DCS,现场信号根据传输距离或功能不同连接到现场,I/O,设备上，各现场,I/O,设备与控制站间通过网络（现场总线）连接。,过渡型结构,直接数字量控制,本质,用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路，用数字控制技术简单地取代模拟控制技术。,过程控制计算机,SP,AI、DI,AO、DO,检测仪表 执行器,被控过程（对象）,起始于,50,年代末期，开辟了一个轰轰烈烈的计算机工业应用时代,优点,计算灵活，精度高，,PID,控制规律，分时处理多个控制回路 此外，,DDC,也很快发展到,PID,以外的多种复杂控制。,问题,价格昂贵，运算速度不高,集中型计算机控制系统,初衷：,由于当时的计算机体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能与常规仪表控制相竞争，企图用一台,计算机来,控制尽可能多的控制回路。,外设,过程控制计算机,AI,DI,AO,DO,被控过程（对象）,被控变量,操作变量,输入子系统,输出子系统,优越性：,从表面上看,信息集中，集中型计算机控制可以实现各种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。,问 题：,由于当时计算机总体性能低，容量小，,容易出现负荷过载,，控制集中直接导致,危险集中,，高度集中使系统变得十分“脆弱”。,集散控制系统,DCS,出发点（,2,个方面）：,(1),不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；,(2),考虑到整个生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运行应当服从工业生产管理的总体目标。,根本特征,:,控制的分散性,和,管理的集中性,控制层网络,管理层网络,远程节点,Web,服务器,现场设备层,操作站,工程师站,DCS,的物理层次示意,现场总线控制系统（,FCS,）,定义,是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。,支持双向、多节点、总线式的,全数字,通讯,双向数据通信能力避免了反复进行,A/D,、,D/A,的转换,把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一体化,全分散,本质,特点,评价,已成为全世界范围自动化技术发展的热点,涉及整个自动化和仪表的工业“革命”,FCS,现场总线控制系统,计算机控制系统的发展特征,随着局域网、,Internet,、,IT,技术迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发展成为一种趋势,系统结构,向网络化、网络扁平化方向发展,系统功能,向综合化方向发展,系统设备,向多样化方向发展,现场总线式变送器,现场总线式,阀门定位器,安全防爆,工业以太网,安全防爆总线,非安全防爆总线,控制室,控制台,流程图,仪表盘,操作员站,操作员站,CRT,工业流程图,工艺,-,仪表组合图,加热炉,汽,包,LT,LC,给水,蒸汽,气关阀,FC,OPE-MARK,工,位,标记,CAS,CMP,AUT,NR,OPN,CND,AOF,100：0,CAS,0,.,0,
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