控制仪表与控制系统

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一讲,控制仪表与控制系统,主要内容,一、自动控制系统与过程控制仪表,二、控制仪表与装置的分类,三、联络信号和电信号传输方式,加热炉温度控制系统,一、自动,控制系统与过程控制仪表,变送器,给定值,被控变量,控制器,被控对象,执行器,变送器,把工艺参数转换成,标准统一信号,的装置,控制器,将来自变送器的测量值与给定信号相比较后,产生,的,偏差信号,按照预先设定好的,控制规律,进行,运算,后，输出一个控制信号去执行器,执行器,把控制器的输出信号转换成直线位移或角位移，以控制阀门的开度,此外，根据需要还可设置,转换器、运算器、操作器、显示装置和各类仪表系统,，以完成复杂的控制任务。,简言之，在简单自动控制系统中,除,了将被控参数变换成易于传递的物理量的,检测元件,（如热电偶、热电阻、孔板等）,外，完成其他任务的仪表都属于控制仪表,。,导管，管路板,导线，印刷电路板,接线,气动元件（气阻、气容、气动放大器等）,电子元器件（电阻、电容、电子放大器、集成电路等）,元、器件,气压信号,电信号（电压、电流、数字）,传输信号,气源（140,kPa）,电源（220,V AC/24V DC）,能源,气动控制仪表,电动控制仪表,电动控制仪表和气动控制仪表的比较,按所用能源形式,：,气动,、,电动,、,液动,。工业上主要使用电动和气动控制仪表。,二、,控制仪表与装置的分类,气动仪表特点：,结构简单，易于检修,性能稳定，可靠性高,在本质上是安全防爆的，特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所,需要使用不含油分水分和尘埃的净化气源,电动仪表特点：,运算精度高动作反应迅速,便于实现复杂的控制规律,远距离集中显示和操作,采取了安全防爆措施，同样能用于易燃易爆的危险场所,能源方便(220,VAC,或24,VDC）,本课程主要介绍电动控制仪表（除执行器外）,模拟仪表,传输信号为连续变化的模拟量,线路较简单、操作方便、价格较低。,如气动仪表，电动单元组合仪表,I、,、III,型等。,数字仪表,传输信号为断续变化的数字量,以微型计算机为核心,，功能完善、性能优越，能解决模拟仪表难以解决的问题。如可编程调节器、可编程控制器、,DCS、FCS,等。,按信号类型,：,模拟式和数字式,按结构形式,基地式控制仪表,单元组合式控制仪表,集散控制系统,现场总线控制系统,基地式,控制,仪表,基地式控制仪表通常以指示、记录仪表为主体，附加控制、测量、给定等部件。,仪表的所有部件之间以不可分离的机械结构相连接，装在一个箱壳之内。,只需配上控制阀便可构成一个控制系统。,单元组合式,控制,仪表,单元组合式控制仪表根据控制系统中各个组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表划分成能,独立实现某种功能的若干单元,，而各个单元之间用,统一的标准信号,来联系。,将各种独立仪表进行不同的组合，可以构成适用于各种不同场合的自动检测或控制系统。,这类仪表有电动单元组合仪表（,DDZ）,和气动单元组合仪表（,QDZ）,两大类。,它们都经历了,I,型，,II,型和,III,型三个阶段。电动单元组合仪表中还有模拟和数字技术相结合的,DDZ-S,型系列仪表。,单元组合式,控制,仪表,单元组合仪表可分为,变送单元,、,执行单元,、,控制单元,、,转换单元,、,运算单元,、,显示单元,、,给定单元,和,辅助单元,等八类。,被控对象,执行单元,其它系列仪表,变送单元,转换单元,运算单元,显示单元,给定单元,控制单元,辅助单元,单元组合式,控制,仪表,控制单元,:将测量信号与给定信号进行比较，按偏差控制执行器的动作。控制单元的品种有：,PID,控制器、,PI,控制器以及具有特种功能的控制器等。,执行单元,:按照控制器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。品种有角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动薄膜控制阀等。,变送单元,：能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号（4-20,mA，0-10mA,或20-100,kPa）,传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。变送单元的品种有温度、压力、差压、流量、液位变送器等。,单元组合式,控制,仪表,显示单元,：对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统工况之用。显示单元的品种有：指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等。,转换单元,:将电压、频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换。转换单元的品种有直流毫伏转换器、频率转换器、电-气转换器、气-电转换器等。,运算单元,：将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、配比控制、流量信号的温度压力补偿计算等。运算单元的品种有：加减器、乘除器和开方器等。,单元组合式,控制,仪表,辅助单元,：是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等,。,给定单元,：输出标准统一信号，作为被控变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。其输出信号可以供给其它仪表作为参考基准值。如恒流给定器、定值器、比值给定器和时间程序给定器等。,集散控制系统(,DCS,),DCS,系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。,其基本特点是,分散控制、集中管理。,CRT,操作站,管理,计算机,过程,控制单元,过程,控制单元,数据,采集单元,集散控制系统的基本结构,集中操作与管理装置,分散过程控制装置,通信系统,DCS,系统通常由分散过程控制装置、操作管理装置和通信系统三大部分组成。,分散过程控制装置,是集散控制系统与生产过程间的界面。在分散过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成各种输入输出数据的处理和控制算法的运算。,操作管理装置,是操作管理人员与集散控制系统间的界面。生产过程的各种参数集中在操作管理装置上显示，操作管理人员可以通过操作管理装置了解生产过程的运行状况，还可操纵生产过程、组态回路、调整回路参数、检测故障和存储过程数据。,通信系统,是分散过程控制装置与操作管理装置之间的桥梁。集散控制系统各单元之间的数据传输由通信系统构成的网络来完成，该网络需遵循一定的通信协议。,现场总线控制系统(,FCS,),现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。,现场仪表是指系统最底层的监测、执行和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。,监控管理级,现场仪表,现场仪表,现场仪表,.,现场总线,FCS,系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。现场总线将,具有数字通信能力的现场仪表,相连接,并同上层监控管理级一起构成分布式控制网络,。,现场总线控制系统(,FCS,),现场控制,将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场仪表中，实现现场控制,双向数字通信,现场仪表与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通信,特点：,联络信号,是指在成套仪表系列中，仪表之间采用的传输信号的类型和数值。,联络信号类型,气动仪表：20100,KPa,电动仪表：模拟信号、数字信号,联络信号的确定,模拟信号有交流和直流两种。从信号取值范围看，上、下限值也不相同。,国际电工委员会（,IEC）,确定：,电流信号420,mA（DC）,和电压信号15,V（DC）,为过程控制系统模拟信号的统一标准。,三、,联络信号和电信号传输方式,直流电流传输,接收仪表,发送仪表,直流电压传输,接收仪表,发送仪表,电流传,输,v.s.,电压传输,电流传输,电压传输,对于要求电压输入的仪表，可在电流回路中串入一电阻，取压方便,发送仪表输出电阻大，适于远距离传输,因接收仪表输入阻抗很高，易于引入干扰，不适于远距离传输,各台仪表没有公共接地点，若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施,各接收仪表可设置公共接地点，设计安装比较简单,回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的工作,增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作,