吉林大學過程控制緒論溫度

1、1自動化儀表自動化儀表與與過程控制過程控制 過程控制與自動化儀表2l過程控制過程控制-泛指石油、化工、電力、冶金、核能泛指石油、化工、電力、冶金、核能等工業(yè)生產(chǎn)中等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的連續(xù)的或或按一定周期程序按一定周期程序進行的生產(chǎn)進行的生產(chǎn)過程自動控制，其被控量通常為壓力、液位、流量、過程自動控制，其被控量通常為壓力、液位、流量、溫度、溫度、PH值等過程變量，是自動化技術(shù)的重要組成值等過程變量，是自動化技術(shù)的重要組成部分。部分。l作用作用-在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，過程控制在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，過程控制技術(shù)可實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟指標、提高經(jīng)濟效技術(shù)可實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟指標、提高經(jīng)濟

2、效益和勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動條件、保護益和勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。過程控制與自動化儀表3過程控制與自動化儀表4返回過程控制與自動化儀表5l自動化儀表自動化儀表- 用于用于生產(chǎn)過程自動化生產(chǎn)過程自動化的儀器或的儀器或設(shè)備，是實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)自動化的必要手段和技術(shù)設(shè)備，是實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)自動化的必要手段和技術(shù)工具。工具。l特點特點- 兼容性、統(tǒng)一標準兼容性、統(tǒng)一標準過程控制與自動化儀表6l教材過程控制及儀表. 邵裕森. 上海交大出版社l參考書1.自動檢測技術(shù)與裝置. 張宏建等. 化學工業(yè)出版社. 2004.72.自

3、動化儀表與過程控制. 施仁等. 電子工業(yè)出版社. 2009.23.自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng). 張毅等. 化學工業(yè)出版社. 2005.34.過程控制與自動化儀表.潘永湘等.機械工業(yè)出版社. 2008.5過程控制與自動化儀表7 1.課堂測驗20%2.課后作業(yè)10%3.期末考試70% 過程控制與自動化儀表8系統(tǒng)由被控過程和檢測控制儀表組成系統(tǒng)由被控過程和檢測控制儀表組成過程控制采用各種檢測儀表、控制儀表和計算機等自動化工具，對整個生產(chǎn)過過程控制采用各種檢測儀表、控制儀表和計算機等自動化工具，對整個生產(chǎn)過程進行自動檢測、自動監(jiān)督和自動控制。程進行自動檢測、自動監(jiān)督和自動控制。檢測儀表檢測儀表把工藝參

4、數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號或把工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號或氣信號，反映生產(chǎn)過程狀況；氣信號，反映生產(chǎn)過程狀況；控制儀表控制儀表接受檢測信號對過程進行控制。接受檢測信號對過程進行控制。被控過程的多樣性被控過程的多樣性生產(chǎn)規(guī)模不同、工藝要求各異、產(chǎn)品品種多樣導致過程的結(jié)構(gòu)性、動態(tài)特性多生產(chǎn)規(guī)模不同、工藝要求各異、產(chǎn)品品種多樣導致過程的結(jié)構(gòu)性、動態(tài)特性多樣。通常被控過程屬于樣。通常被控過程屬于多變量、大慣性、大時延多變量、大慣性、大時延特征，還有非線性與時變特性。特征，還有非線性與時變特性。（鍋爐、熱交換器、精餾塔）（鍋爐、熱交換器、精餾塔）控制方案的多樣性控制方案的多樣性被控對象復雜導致控制方案多樣性。單被控對象復

5、雜導致控制方案多樣性。單/ /多變量控制系統(tǒng)、常規(guī)儀表控制多變量控制系統(tǒng)、常規(guī)儀表控制/ /計算計算機集散控制系統(tǒng)、提高控制品質(zhì)的和實現(xiàn)特定要求的控制系統(tǒng)。單回路、串級、機集散控制系統(tǒng)、提高控制品質(zhì)的和實現(xiàn)特定要求的控制系統(tǒng)。單回路、串級、前饋、比值、均勻、分程、選擇性、大時延、多變量系統(tǒng)，還有先進過程控制前饋、比值、均勻、分程、選擇性、大時延、多變量系統(tǒng)，還有先進過程控制系統(tǒng)系統(tǒng)( (自適應、預測、補償、智能、非線性控制等自適應、預測、補償、智能、非線性控制等) )。過程控制與自動化儀表9 安全性安全性 針對易燃易爆特點設(shè)計；參數(shù)越線報警、聯(lián)鎖保護；故障診針對易燃易爆特點設(shè)計；參數(shù)越線報警、

6、聯(lián)鎖保護；故障診斷，容錯控制。斷，容錯控制。穩(wěn)定性穩(wěn)定性 抑制外界干擾，保證正常運行。抑制外界干擾，保證正常運行。經(jīng)濟性經(jīng)濟性 降低成本提高效率。掌握工藝流程和被控對象靜態(tài)、動態(tài)特降低成本提高效率。掌握工藝流程和被控對象靜態(tài)、動態(tài)特性，運用控制理論和一定的技術(shù)手段（計算機、自動化儀表）設(shè)性，運用控制理論和一定的技術(shù)手段（計算機、自動化儀表）設(shè)及合理系統(tǒng)。及合理系統(tǒng)。過程控制與自動化儀表10 測量變送與執(zhí)行測量變送與執(zhí)行測量變送裝置與執(zhí)行裝置實現(xiàn)測量變送裝置與執(zhí)行裝置實現(xiàn) 操作安全與環(huán)保操作安全與環(huán)保保證生產(chǎn)安全、滿足環(huán)保要求的設(shè)備保證生產(chǎn)安全、滿足環(huán)保要求的設(shè)備（獨立運行）（獨立運行） 常規(guī)與

7、高級控制常規(guī)與高級控制實現(xiàn)對過程參數(shù)的控制，滿足控制要求。實現(xiàn)對過程參數(shù)的控制，滿足控制要求。 實時優(yōu)化實時優(yōu)化實現(xiàn)最優(yōu)操作工況（時間，成本，設(shè)備實現(xiàn)最優(yōu)操作工況（時間，成本，設(shè)備損耗）而設(shè)計的方案損耗）而設(shè)計的方案 決策與計劃調(diào)度決策與計劃調(diào)度對整個過程進行合理計劃調(diào)度和正確決對整個過程進行合理計劃調(diào)度和正確決策，使企業(yè)利益最大化。策，使企業(yè)利益最大化。過程控制與自動化儀表11 20世紀世紀40年代前后年代前后(手工階段手工階段)：手工操作狀態(tài)，憑經(jīng)驗：手工操作狀態(tài)，憑經(jīng)驗人工控制生產(chǎn)過程，勞動生產(chǎn)率很低。人工控制生產(chǎn)過程，勞動生產(chǎn)率很低。 20世紀世紀50年代前后年代前后(儀表化與局部自動

8、化階段儀表化與局部自動化階段)：過程控：過程控制發(fā)展的第一個階段，實現(xiàn)了儀表化和局部自動化。制發(fā)展的第一個階段，實現(xiàn)了儀表化和局部自動化。主要特點：檢測和控制儀表主要特點：檢測和控制儀表-采用基地式儀表和采用基地式儀表和部分單元組合儀表部分單元組合儀表(多數(shù)是氣動儀表多數(shù)是氣動儀表)；過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-單輸入、單輸出系統(tǒng)；單輸入、單輸出系統(tǒng)；被控參數(shù)被控參數(shù)-溫度、壓力、流量和液位參數(shù)；溫度、壓力、流量和液位參數(shù)；控制目的控制目的-保持這些參數(shù)的穩(wěn)定，消除或者減少保持這些參數(shù)的穩(wěn)定，消除或者減少對生產(chǎn)過程的主要擾動；對生產(chǎn)過程的主要擾動；理論理論-頻率法和根軌跡法的經(jīng)典控制理論

9、，解決頻率法和根軌跡法的經(jīng)典控制理論，解決單輸入單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。單輸入單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。過程控制與自動化儀表122020世紀世紀6060年代年代( (綜合自動化階段綜合自動化階段) )：檢測和控制儀表檢測和控制儀表-采用單元組合儀表采用單元組合儀表( (氣動、電動氣動、電動) )和組裝儀表，和組裝儀表，實現(xiàn)直接數(shù)字控制實現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)(DDC)和設(shè)定值控制和設(shè)定值控制(SPC)(SPC)；過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-多變量系統(tǒng)，各種復雜控制系統(tǒng)，如串級、多變量系統(tǒng)，各種復雜控制系統(tǒng)，如串級、比值、均勻控制、前饋、選擇性控制系統(tǒng)。比值、均

10、勻控制、前饋、選擇性控制系統(tǒng)。控制目的控制目的-提高控制質(zhì)量或?qū)崿F(xiàn)特殊要求。提高控制質(zhì)量或?qū)崿F(xiàn)特殊要求。理論理論-除經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論開始應用。除經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論開始應用。前饋控制前饋控制-按擾動來控制，在擾動可測的情況下，可以提高控制按擾動來控制，在擾動可測的情況下，可以提高控制質(zhì)量。質(zhì)量。選擇性控制選擇性控制-在生產(chǎn)過程遇到不正常工況或被控量達到安全極限在生產(chǎn)過程遇到不正常工況或被控量達到安全極限事，自動實現(xiàn)的保護性控制。事，自動實現(xiàn)的保護性控制。過程控制與自動化儀表132020世紀世紀7070年代以來年代以來( (全盤自動化階段全盤自動化階段) )：發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的

11、新發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段，這是過程控制發(fā)展的第三個階段。主要特點：階段，這是過程控制發(fā)展的第三個階段。主要特點：檢測和控制儀表檢測和控制儀表-新型儀表、智能化儀表、微型計算機；新型儀表、智能化儀表、微型計算機；過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-由單由單多變量系統(tǒng)，由多變量系統(tǒng)，由PIDPID控制規(guī)律控制規(guī)律 特特殊控制規(guī)律，由定值控制殊控制規(guī)律，由定值控制 最優(yōu)控制、自適應控制，由儀表控制最優(yōu)控制、自適應控制，由儀表控制系統(tǒng)系統(tǒng) 智能化計算機分布式控制系統(tǒng)；智能化計算機分布式控制系統(tǒng)；理論理論-現(xiàn)代控制理論應用到過程控制領(lǐng)域，如狀態(tài)空間分析，現(xiàn)代控制理論應用到過程控制領(lǐng)域，如狀態(tài)空間分析，

12、系統(tǒng)辨識與狀態(tài)估計，最優(yōu)濾波與預報。系統(tǒng)辨識與狀態(tài)估計，最優(yōu)濾波與預報。集中型計算機控制系統(tǒng)集中型計算機控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCSDCS全盤自動化階段全盤自動化階段過程控制與自動化儀表14集中型計算機控制系統(tǒng)集中型計算機控制系統(tǒng)由于當時的計算機體積龐大，價格非常昂貴，為了使計算機控制能由于當時的計算機體積龐大，價格非常昂貴，為了使計算機控制能與常規(guī)儀表控制相競爭，試圖用一臺計算機來控制盡可能多的控制回與常規(guī)儀表控制相競爭，試圖用一臺計算機來控制盡可能多的控制回路。路。外設(shè)外設(shè)過程控制計算機過程控制計算機AIDIAODO 被控過程（對象）被控過程（對象）被控變量被控變量操作變量操作變

13、量輸入子系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)優(yōu)越性：優(yōu)越性： 從表面上看從表面上看信息集中，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種信息集中，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種更復雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。更復雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。問問 題：題：由于當時計算機總體性能低，容量小，由于當時計算機總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負荷過載容易出現(xiàn)負荷過載，控，控制集中直接導致制集中直接導致危險集中危險集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分，高度集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱脆弱”。過程控制與自動化儀表15 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCS 8080年代年代-集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS) (DCS) 集

14、散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 是集計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體的裝置。系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是分散的(生產(chǎn)過程是分散系統(tǒng))，但過程控制的監(jiān)視、管理是集中的。l優(yōu)點： 將計算機分布到車間或裝置。使系統(tǒng)的危險分散，提高系統(tǒng)的可靠性，方便靈活地實現(xiàn)各種新型的控制規(guī)律與算法，實現(xiàn)最佳管理。 過程控制與自動化儀表16 控制層網(wǎng)絡控制層網(wǎng)絡管理層網(wǎng)絡管理層網(wǎng)絡遠程節(jié)點遠程節(jié)點Web服務器服務器Internet 現(xiàn)場設(shè)備層現(xiàn)場設(shè)備層 操作站操作站 工程師站工程師站DCSDCS的物理層次示意的物理層次示意過程控制與自動化儀表17集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成：過程輸入過程輸入- -輸出接口

15、輸出接口：又叫數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)采集與預處理，對實時數(shù)據(jù)進一步的加工，操作站的顯示與打印。過程控制單元過程控制單元：又稱基本控制器，是集散控制系統(tǒng)的核心。不同的集散控制系統(tǒng)其差別較大。高速數(shù)據(jù)通路高速數(shù)據(jù)通路：實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)各處理機之間數(shù)據(jù)傳送。管理(上位)計算機：進行集中管理與最佳控制，實現(xiàn)信息-控制-管理一體化。CRTCRT操作站：操作站：是集散控制系統(tǒng)的人-機接口裝置。執(zhí)行監(jiān)控操作、系統(tǒng)組態(tài)、編程、動態(tài)流程圖顯示以及部分生產(chǎn)管理。過程控制與自動化儀表18 90年代以來年代以來現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(fieldbus control system) 是計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通信技

16、術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控制網(wǎng)絡。計算機集成過程控制計算機集成過程控制CIPS (computer intergrated process system) 以企業(yè)整體優(yōu)化為目標（市場營銷、生產(chǎn)計劃調(diào)度、原材料選擇、產(chǎn)品分配、成本管理、工藝過程控制與優(yōu)化），以計算機和網(wǎng)絡為主要技術(shù)實現(xiàn)管理與控制一體化。過程控制與自動化儀表19現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）過程控制與自動化儀表20是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字

17、式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡。多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡。 支持雙向、多節(jié)點、總線式的支持雙向、多節(jié)點、總線式的通訊通訊雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復進行雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復進行A/DA/D、D/AD/A的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換把控制任務下移到現(xiàn)場設(shè)備，以實現(xiàn)測量控制一體化把控制任務下移到現(xiàn)場設(shè)備，以實現(xiàn)測量控制一體化 全分散全分散 已成為全世界范圍自動化技術(shù)發(fā)展的熱點已成為全世界范圍自動化技術(shù)發(fā)展的熱點涉及整個自動化和儀表的工業(yè)涉及整個自動化和儀表的工業(yè)“革命革命” 過程控制與自動化儀表21現(xiàn)場總現(xiàn)場總線式變線式變送器送器現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線式式閥門定閥門定位器位器安安全全防防爆爆工業(yè)以工業(yè)以太網(wǎng)太網(wǎng)安安

18、全全防防爆爆總總線線非安全防爆總線非安全防爆總線過程控制與自動化儀表22控制室控制室控制臺控制臺流程圖流程圖過程控制與自動化儀表23儀表盤儀表盤操作員站操作員站過程控制與自動化儀表24操作員站操作員站CRT工業(yè)流程圖工業(yè)流程圖過程控制與自動化儀表25組態(tài)軟件組態(tài)軟件 l又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件,SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制),它是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應

19、用領(lǐng)域很廣，可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域 過程控制與自動化儀表26“組態(tài)組態(tài)”l即為“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時候也稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺”。 “監(jiān)控（Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設(shè)備或過程進行監(jiān)視、控制和管理。 過程控制與自動化儀表27加熱爐過程控制系統(tǒng)加熱爐過程控制系統(tǒng)冷設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：1.1.確定控制目標確定控制目標 1

20、 1）熱油出口溫度穩(wěn)定； 2 2）出口溫度與煙道氣含氧量穩(wěn)定； 3 3）溫度穩(wěn)定與熱效率最高。2.2.選擇被控參數(shù)選擇被控參數(shù) 直接參數(shù)（直接參數(shù)（油出口溫度、煙道氣含氧量、燃油壓力）間接參數(shù)（）間接參數(shù)（熱效率）3 3 選擇控制量選擇控制量 燃料油流量還是冷油流量燃料油流量還是冷油流量出口溫度出口溫度 進風擋板開度還是送風擋板進風擋板開度還是送風擋板含氧量含氧量過程控制與自動化儀表284.4.確定控制方案確定控制方案 控制精度和干擾決定控制精度和干擾決定系統(tǒng)的簡單與復雜。系統(tǒng)的簡單與復雜。溫度、效率、含氧量等多于一個要求溫度、效率、含氧量等多于一個要求多輸多輸入入/ /多輸出。多輸出。如果溫

21、度、含氧量定值控制，還要求效率如果溫度、含氧量定值控制，還要求效率最優(yōu)控制。最優(yōu)控制。5.5.選擇控制策略選擇控制策略 多數(shù)采用多數(shù)采用PIDPID；復雜過程；復雜過程高級過程控制高級過程控制6.6.選擇執(zhí)行器選擇執(zhí)行器 氣動與電動，執(zhí)行期特性與過程特性匹配。氣動與電動，執(zhí)行期特性與過程特性匹配。7.7.設(shè)計報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設(shè)計報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng) 高、低限值；加熱爐停車程序：停燃油泵高、低限值；加熱爐停車程序：停燃油泵關(guān)燃油閥關(guān)燃油閥停引風機停引風機切斷熱油閥切斷熱油閥8.8.工程化設(shè)計工程化設(shè)計設(shè)計圖樣資料和文件資料設(shè)計圖樣資料和文件資料表達設(shè)計思想表達設(shè)計思想主管部門審批主管部門審批施工

22、單位。施工單位。9.9.系統(tǒng)投運、調(diào)試和整定參數(shù)系統(tǒng)投運、調(diào)試和整定參數(shù)冷過程控制與自動化儀表29自動化儀表概述自動化儀表概述自動化儀表（自動化儀表（ Automation InstrumentationAutomation Instrumentation）： 用于過程自動化的儀器或設(shè)備。過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的平臺過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的平臺, ,而自動化儀表而自動化儀表與裝置是過程控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。與裝置是過程控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。 調(diào)節(jié)閥傳感器變送器執(zhí)行器控制器自動化儀表被控過程自動化儀表的構(gòu)成自動化儀表的構(gòu)成過程控制與自動化儀表30過程控制儀

23、表的分類及特點 1.現(xiàn)場儀表（一次儀表） 2.控制室儀表（二次儀表） 1.氣動控制儀表 2.電動控制儀表 3.液動控制儀表 （少） 1.模擬控制儀表 2.數(shù)字控制儀表 1.基地式控制儀表 2.單元組合式控制儀表 3.組裝式綜合控制裝置 4.集中計算機控制儀表 5.集散控制儀表 6.現(xiàn)場總線控制儀表。過程控制與自動化儀表31電動控制儀表電動控制儀表： 優(yōu)點：優(yōu)點： 信號快速，遠距離傳輸信號快速，遠距離傳輸 易于實現(xiàn)復雜規(guī)律的信號處理易于實現(xiàn)復雜規(guī)律的信號處理 易于與其它裝置相連易于與其它裝置相連 供電用電方便供電用電方便 無需空壓機和油泵、水泵無需空壓機和油泵、水泵 缺點：缺點： 不天然防爆不天

24、然防爆 易受電磁干擾易受電磁干擾 功率不易大功率不易大 近年的電動儀表多采用了安全防爆措施，應用更加廣泛。近年的電動儀表多采用了安全防爆措施，應用更加廣泛。 氣動控制儀表氣動控制儀表：以壓縮空氣為能源。以壓縮空氣為能源。 優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，可靠性高，易于維修，天然防爆。結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，可靠性高，易于維修，天然防爆。 缺點：缺點：氣動信號傳輸速度極限氣動信號傳輸速度極限 = 聲速聲速340m/s， 體積龐大。體積龐大。液動儀表液動儀表 ：以高壓油和高壓水為能源：以高壓油和高壓水為能源 優(yōu)點優(yōu)點：工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，功率大，防爆：工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，功率大，防爆 缺點缺點：速度傳

25、送慢：速度傳送慢過程控制與自動化儀表32模擬式控制儀表模擬式控制儀表是傳統(tǒng)的儀表，傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。如是傳統(tǒng)的儀表，傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。如電流、電電流、電壓、氣壓壓、氣壓等。模擬式電動控制儀表以模擬電子元件為組成元件，運等。模擬式電動控制儀表以模擬電子元件為組成元件，運算放大器是信息處理的核心部件。這類儀表線路較簡單，操作方便，算放大器是信息處理的核心部件。這類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低，使用上有較成熟的經(jīng)驗。價格較低，使用上有較成熟的經(jīng)驗。數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表以以微處理器微處理器為核心，傳輸信號為斷續(xù)變化的數(shù)字量。由于有微處為核心，傳輸信號為斷續(xù)變化

26、的數(shù)字量。由于有微處理器的存在，任何復雜的信息處理都易實現(xiàn)，硬件不變，軟件千變理器的存在，任何復雜的信息處理都易實現(xiàn)，硬件不變，軟件千變?nèi)f化，這類儀表的特色就是高度集成、豐富的功能，易于網(wǎng)絡互聯(lián)。萬化，這類儀表的特色就是高度集成、豐富的功能，易于網(wǎng)絡互聯(lián)。它能解決模擬式儀表難以解決的問題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的高質(zhì)它能解決模擬式儀表難以解決的問題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的高質(zhì)量控制要求。量控制要求。過程控制與自動化儀表331.基地式控制儀表基地式控制儀表 安裝在現(xiàn)場，集檢測、指示、控制于一身。安裝在現(xiàn)場，集檢測、指示、控制于一身。 特點：特點：一般結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜它不僅能對某些工藝變量進行指示

27、或一般結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜它不僅能對某些工藝變量進行指示或記錄，而已還具有控制功能，因此它比較適用于單變量的就地控制系統(tǒng)。記錄，而已還具有控制功能，因此它比較適用于單變量的就地控制系統(tǒng)。2.單元組合控制儀表單元組合控制儀表 將整套儀表劃分成能獨立實現(xiàn)一定功能的若干單元，各單元之間采用統(tǒng)一信將整套儀表劃分成能獨立實現(xiàn)一定功能的若干單元，各單元之間采用統(tǒng)一信號進行聯(lián)系。使用時可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，對各單元進行選擇和組合，從而構(gòu)號進行聯(lián)系。使用時可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，對各單元進行選擇和組合，從而構(gòu)成多種多樣的、復雜程度各異的自動檢測和控制系統(tǒng)。常用成多種多樣的、復雜程度各異的自動檢測和控制系統(tǒng)。常

28、用電動單元組合電動單元組合儀表儀表(DDZ(DDZ型型) )和和氣動單元組合氣動單元組合儀表儀表(QDZ(QDZ型型) )。特點：特點：使用靈活，通用性強，同時，使用、維護更作也很方便。它適用于各種企使用靈活，通用性強，同時，使用、維護更作也很方便。它適用于各種企業(yè)的自動控制。業(yè)的自動控制。單元組合儀表分為單元組合儀表分為：變送單元、給定單元、控制單元、執(zhí)行單元、：變送單元、給定單元、控制單元、執(zhí)行單元、轉(zhuǎn)換單元、運算單元、顯示單元和輔助單元。轉(zhuǎn)換單元、運算單元、顯示單元和輔助單元。過程控制與自動化儀表342.單元組合控制儀表單元組合控制儀表變送單元：變送單元：把各種被測量（溫度、壓力、流量、

29、液位）變換成標準輸出信號。把各種被測量（溫度、壓力、流量、液位）變換成標準輸出信號?？刂茊卧刂茊卧簩y量信號和設(shè)定信號之差運算后去控制執(zhí)行單元。將測量信號和設(shè)定信號之差運算后去控制執(zhí)行單元。執(zhí)行單元：執(zhí)行單元：按照控制信號按照控制信號 或手動信號去改變控制量大小?；蚴謩有盘柸ジ淖兛刂屏看笮?。轉(zhuǎn)換單元：轉(zhuǎn)換單元：實現(xiàn)不同物理信號到標準信號轉(zhuǎn)換，不同標準之間轉(zhuǎn)換。氣實現(xiàn)不同物理信號到標準信號轉(zhuǎn)換，不同標準之間轉(zhuǎn)換。氣電電運算單元：運算單元：信號加減乘除，信號補償。信號加減乘除，信號補償。給定單元：給定單元：輸出被控量的設(shè)定值輸出被控量的設(shè)定值。顯示單元：顯示單元：參數(shù)指示、報警、記錄。參數(shù)指示

30、、報警、記錄。輔助單元：輔助單元：特殊需要的（操作器、特殊需要的（操作器、限幅器、安全防爆柵）。限幅器、安全防爆柵）。過程控制與自動化儀表353. 組裝式控制儀表組裝式控制儀表 一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。工程實際中已很一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。工程實際中已很少使用。少使用。4 .集中計算機控制儀表集中計算機控制儀表 以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形結(jié)構(gòu)、面板布置以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形結(jié)構(gòu)、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征，但其運算、控制功能更為豐富，通保留了模擬式儀表的一些特征，但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成各種運算處理和復雜

31、控制。過組態(tài)可完成各種運算處理和復雜控制。測量變送與執(zhí)行單元采用測量變送與執(zhí)行單元采用模擬儀表，調(diào)節(jié)單元采用數(shù)字儀表。模擬儀表，調(diào)節(jié)單元采用數(shù)字儀表。QDZ QDZ QDZ DDZ DDZ DDZ 單元組合式儀表單元組合式儀表發(fā)發(fā) 展展 階階 段段過程控制與自動化儀表365.集散型控制儀表集散型控制儀表 將集中一臺計算機完成的任務分派給各個微型過程控制計算機，將集中一臺計算機完成的任務分派給各個微型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過程控制計算機，組成各種各樣的、能再配上數(shù)字總線以及上一級過程控制計算機，組成各種各樣的、能適應于不同過程的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了適應于不同過程

32、的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了“控制控制分散分散”或或“危險分散危險分散”，管理高度集中。，管理高度集中。測量變送與執(zhí)行單元采用測量變送與執(zhí)行單元采用模擬儀表，調(diào)節(jié)單元采用數(shù)字儀表。模擬儀表，調(diào)節(jié)單元采用數(shù)字儀表。6.現(xiàn)場總線控制儀表現(xiàn)場總線控制儀表 是計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)是計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控

33、制網(wǎng)絡。制網(wǎng)絡。 采用全數(shù)字化、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡。通信協(xié)議規(guī)范采用全數(shù)字化、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡。通信協(xié)議規(guī)范化、標準化、公開化，使各種控制系統(tǒng)通過總線實現(xiàn)互聯(lián)、互換和化、標準化、公開化，使各種控制系統(tǒng)通過總線實現(xiàn)互聯(lián)、互換和互操作?；ゲ僮鳌＿^程控制與自動化儀表37壓力壓力變送器變送器壓力壓力變送器變送器常用的控制儀表及裝置 過程控制與自動化儀表38模擬模擬儀表的信號制儀表的信號制氣動信號標準氣動信號標準 根據(jù)國際電工委員會根據(jù)國際電工委員會IEC384IEC384制定了我國標準制定了我國標準GB777GB777工業(yè)自動化儀表用模擬氣動工業(yè)自動化儀表用模擬氣動信號信號規(guī)定規(guī)定統(tǒng)

34、一使用統(tǒng)一使用0.02M Pa(0.2Kgf/cm0.02M Pa(0.2Kgf/cm2 2) )0.1M Pa (1.0Kgf/cm0.1M Pa (1.0Kgf/cm2 2) )的模擬氣壓信號。的模擬氣壓信號。電動信號標準電動信號標準 直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓直流比交流信號優(yōu)越直流比交流信號優(yōu)越 直流信號不受交流感應影響，因此抗干擾能力強。直流信號不受交流感應影響，因此抗干擾能力強。 直流信號傳輸不受線路電感電容等影響，無相移問直流信號傳輸不受線路電感電容等影響，無相移問 題。題。 直流信號便于模數(shù)轉(zhuǎn)換并與數(shù)字儀表相接直流信號便于模數(shù)轉(zhuǎn)換

35、并與數(shù)字儀表相接 容易獲得基準電壓容易獲得基準電壓過程控制與自動化儀表39電動信號標準電動信號標準模擬模擬儀表的信號制儀表的信號制電流信號優(yōu)于電壓信號電流信號優(yōu)于電壓信號 電流信號可遠距離傳輸（線路電阻上壓降太多，則信號耗損）。電流信號可遠距離傳輸（線路電阻上壓降太多，則信號耗損）。 例例 4 420 mA 20 mA 用用0.6mm0.6mm直徑雙絞線可傳輸直徑雙絞線可傳輸1km1km電流信號電流信號4 420 mA20 mA不從不從 0mA 0mA 起，可判別是否斷路或停電。起，可判別是否斷路或停電。數(shù)字數(shù)字式儀表的通信標準式儀表的通信標準數(shù)字或智能儀表與計算機之間采用數(shù)字通訊模式多種，如

36、數(shù)字或智能儀表與計算機之間采用數(shù)字通訊模式多種，如RS232RS232、RS485RS485、USBUSB、 PROFIBUS PROFIBUS 、 Control Net Control Net 、CANCAN 、HartHart、ModbusModbus。數(shù)字比模擬信號的優(yōu)勢：數(shù)字比模擬信號的優(yōu)勢： 1 1、提高信號傳輸精度、提高信號傳輸精度 抗干擾能力強。抗干擾能力強。 2 2、傳輸信息豐富，可傳測量值及廠家信息。、傳輸信息豐富，可傳測量值及廠家信息。 3 3、減少布線復雜性和費用。、減少布線復雜性和費用。電流信號 4-20mA，負載電阻250 電壓信號1-5v過程控制與自動化儀表40交

37、流供電：交流供電： 380V 380V 220V220V交流點交流點降壓降壓整流整流濾波濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流集中供電的優(yōu)點直流集中供電的優(yōu)點： 1 1）體積）體積、重量、重量、溫升、溫升 2 2）防停電能力增強）防停電能力增強 3 3）無交流，易于防爆）無交流，易于防爆 過程控制與自動化儀表41安全防爆儀表與防爆系統(tǒng)安全防爆儀表與防爆系統(tǒng)儀表的防爆性能：儀表的防爆性能： 防爆性能：本質(zhì)安全防爆性能與非本質(zhì)安全防爆性能。防爆性能：本質(zhì)安全防爆性能與非本質(zhì)安全防爆性能。 氣動儀表本質(zhì)上是防爆的，因為它不會產(chǎn)生電火花。氣動儀表本質(zhì)上是防爆的，因為它不會產(chǎn)生電火花。電動儀表防爆方案電動儀表防爆方案結(jié)構(gòu)型防

38、爆：結(jié)構(gòu)上隔離產(chǎn)生火花的電路和爆炸氣 體（類型有充油型、充氣型、隔爆型）。安全火花型防爆：把儀表電路在短路、斷路及誤操作各種狀態(tài)下可能產(chǎn)生的火花限制在爆炸氣體的點火能量之下（具有本質(zhì)安全防爆性能）。過程控制與自動化儀表42安全防爆儀表與防爆系統(tǒng)安全防爆儀表與防爆系統(tǒng)安全火花型防爆等級：安全火花型防爆等級： 限制限制火花能量火花能量，不同的氣體，不同的氣體不同的能量。電壓不同的能量。電壓30V DC時時, 不不同爆性物最小引爆電流：同爆性物最小引爆電流：級級別別最小引爆電流最小引爆電流（mAmA）爆炸性混合物種類爆炸性混合物種類i i120120甲烷，乙烷，汽油，甲醇，乙醇，丙酮，氨，甲烷，乙烷

39、，汽油，甲醇，乙醇，丙酮，氨，一氧化碳等一氧化碳等7070i120i120乙烯，乙醚，丙烯腈等乙烯，乙醚，丙烯腈等i70i70氫，乙炔，二硫化碳，市用煤氣，水煤氣等氫，乙炔，二硫化碳，市用煤氣，水煤氣等儀表表面溫度儀表表面溫度過高可能產(chǎn)生自燃引起爆炸。易燃易爆氣體自燃溫過高可能產(chǎn)生自燃引起爆炸。易燃易爆氣體自燃溫度分度分5組。組。a、b、c、d、e，其中，其中e組最低（組最低（100）。）。 儀表防爆等級標志儀表防爆等級標志 He：安全火花型、：安全火花型、i70mA（30VDC）、）、 100安全安全過程控制與自動化儀表43安全防爆儀表與防爆系統(tǒng)安全防爆儀表與防爆系統(tǒng)安全火花型防爆系統(tǒng) 條件

40、:現(xiàn)場儀表為安全火花型；安全防爆柵隔離。過程控制與自動化儀表44l參數(shù)檢測與變送概述l溫度檢測與變送l壓力檢測與變送l流量檢測與變送l液位檢測與變送l成分分析與變送第二篇第二篇 過程參數(shù)檢測與變送過程參數(shù)檢測與變送 過程控制與自動化儀表45參數(shù)控制參數(shù)檢測儀表（性能、原理）傳感器定義： 國標GB7665-87規(guī)定：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件：直接感受或影響被測量的部分。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件感受的被測量適宜傳輸或測量。（微弱） 熱電偶敏感、轉(zhuǎn)換元件合一信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路：放大、轉(zhuǎn)換。參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概

41、述檢測儀表檢測儀表轉(zhuǎn)換元件敏感元件信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路電源 被測量 輸入量 測量電路 電量 輸出量過程控制與自動化儀表46l真值：參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述過程控制與自動化儀表47最大絕對誤差指的是絕對誤差中的最大值max。l相對誤差參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述過程控制與自動化儀表48參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述%)100%(100 xxa%100minmaxxx過程控制與自動化儀表49l測量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類：克服辦法：負反饋結(jié)構(gòu)統(tǒng)計計算、濾波消除系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 ；隨機誤差；疏忽誤差；隨機誤差；疏忽誤差過程控制與自動化儀表50固有特性：固有特性：參

42、數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述儀表基本特性儀表基本特性%100)(%100max0baxx儀表量程絕對誤差的最大值儀表精度儀表精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。在工業(yè)上應儀表精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。在工業(yè)上應用時用時, ,對檢測儀表精確度的要求對檢測儀表精確度的要求, ,應根據(jù)生產(chǎn)操作的實際情況和該應根據(jù)生產(chǎn)操作的實際情況和該參數(shù)對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定參數(shù)對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定, ,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟性和合理性。這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟性和合理性。 過程控制與自動化儀表51%8 . 0%1002007004

43、舉例例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為200700，校驗該表時得到的最大絕對誤差為4，試確定該儀表的引用相對百分誤差與準確度等級。 解解 該儀表的引用相對誤差為該儀表的引用相對誤差為 如果將該儀表的如果將該儀表的去掉去掉“”號與號與“”號，其數(shù)值為號，其數(shù)值為0.80.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.80.8級儀表，同時，該儀表的誤級儀表，同時，該儀表的誤差超過了差超過了0.50.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為精度等級為1.01.0級。級。 參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述儀表基本特性儀表基

44、本特性過程控制與自動化儀表52%100max儀表量程ff非線性誤差（非線性誤差（線性度線性度）非線性誤差（非線性誤差（）是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準曲線與理論直線的吻合程度。通常總是希望測量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。 線性度示意圖 式中式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。 過程控制與自動化儀表53%100標尺下限值標尺上限值最大絕對差值變差 變差變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸

45、由全部測量范圍內(nèi)進行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小）測量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間大到?。y量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。的差值。 測量儀表的變測量儀表的變差差參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述儀表基本特性儀表基本特性過程控制與自動化儀表54靈敏度靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即數(shù)變化量的比值。即xS 式中，式中，S S為儀表的靈敏度；為儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；為指針的線位移或角位移；x x為引起為引起所需的被測參數(shù)變化量

46、。所需的被測參數(shù)變化量。提高儀表的靈敏度可采提高儀表的靈敏度可采用增加放大部分的用增加放大部分的放大倍數(shù)放大倍數(shù)來實現(xiàn)。不過儀表的性能主要取決來實現(xiàn)。不過儀表的性能主要取決于儀表的基本誤差。于儀表的基本誤差。 分辨力又稱靈敏限分辨力又稱靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應不大于儀表允許絕對誤差的一半。變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應不大于儀表允許絕對誤差的一半。 注意：注意：上述指標僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，上述指標僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。 參數(shù)檢測與變送

47、概述參數(shù)檢測與變送概述儀表基本特性儀表基本特性過程控制與自動化儀表55漂移漂移 ：時漂與溫漂時漂與溫漂動態(tài)誤差動態(tài)誤差 ： 干擾作用下處于變動狀態(tài)下儀表輸出值與參數(shù)實際值的差異。干擾作用下處于變動狀態(tài)下儀表輸出值與參數(shù)實際值的差異。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 慣性和純滯后慣性和純滯后minminminmaxminmax)(yxxxxyyy檢測儀表的工作特性檢測儀表的工作特性：適應參數(shù)測量和系統(tǒng)運行的需要具有的輸入：適應參數(shù)測量和系統(tǒng)運行的需要具有的輸入/輸出特性輸出特性理想工作特性理想工作特性：過程控制與自動化儀表56minx零點零點: :被測參數(shù)的下限值被測參數(shù)的下限值 或?qū)獌x表輸出下限值或?qū)?/p>

48、應儀表輸出下限值的被測參數(shù)最大值。的被測參數(shù)最大值。零點調(diào)整：零點調(diào)整：使儀表的測量下限值為零的過程。（使使儀表的測量下限值為零的過程。（使 ）零點遷移：零點遷移：使儀表的測量下限值不為零的過程。（使使儀表的測量下限值不為零的過程。（使 ）參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述儀表基本特性儀表基本特性未遷移未遷移 正遷移正遷移 負遷移負遷移minyminxmin0 xmin0 x過程控制與自動化儀表57量程量程：是指與檢測儀表規(guī)定的輸出范圍相對應的輸入范圍：是指與檢測儀表規(guī)定的輸出范圍相對應的輸入范圍. .量程調(diào)整量程調(diào)整：是指在零點不變時將輸出上限值與輸入上限值相對應：是指在零點不變時將輸出上

49、限值與輸入上限值相對應；量程調(diào)節(jié)前后輸入量程調(diào)節(jié)前后輸入輸出特性輸出特性參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述儀表基本特性儀表基本特性量程調(diào)整相當于改變變送器的輸入輸出特性的斜率。 過程控制與自動化儀表58實例實例 某測溫儀表的量程為某測溫儀表的量程為0 0500500，輸出信號為輸出信號為4 420mA20mA ，現(xiàn)欲測量現(xiàn)欲測量20020010001000應如何調(diào)整？應如何調(diào)整？ 調(diào)量程調(diào)量程 零點遷移零點遷移參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述儀表基本特性儀表基本特性過程控制與自動化儀表59模擬式變送器構(gòu)成模擬式變送器構(gòu)成：測量、放大、反饋、零點調(diào)整與遷測量、放大、反饋、零點調(diào)整與遷移。移

50、。測 量 部 分iK零 點 遷 移x放 大 器K反 饋 回 路fKy0zizfz原理說明原理說明：將輸入的各種被測參將輸入的各種被測參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位、數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位、成分等）轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準的模擬成分等）轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準的模擬信號。信號。參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述變送器的構(gòu)成原理變送器的構(gòu)成原理模擬式變送器的構(gòu)成框圖模擬式變送器的構(gòu)成框圖變送器：變送器：傳感器信號種類多信號弱傳感器信號種類多信號弱統(tǒng)一標準信號。統(tǒng)一標準信號。模擬變送器、數(shù)字變送器模擬變送器、數(shù)字變送器011zKKKxKKKKyffi輸入輸入/ /輸出關(guān)系輸出關(guān)系01, 1zKxKKyKKffi

51、f理想線性特性：理想線性特性：測量系數(shù)反饋測量系數(shù)反饋系數(shù)比值為常值時，具有線性系數(shù)比值為常值時，具有線性比例關(guān)系比例關(guān)系過程控制與自動化儀表60過程控制與自動化儀表61 存 儲 器x傳 感 器 組 件A/D轉(zhuǎn) 換 器CPU通 信 電 路FSK 信 號D/A轉(zhuǎn) 換 器數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理（數(shù)字式變送器的構(gòu)成原理（基于基于CPUCPU的硬件電路、系統(tǒng)程序和功能模塊的軟件的硬件電路、系統(tǒng)程序和功能模塊的軟件）（1 1）數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成數(shù)字式變送器的硬件構(gòu)成（2 2）軟件構(gòu)成軟件構(gòu)成系統(tǒng)程序：硬件管理，其基本功能為模系統(tǒng)程序：硬件管理，其基本功能為模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊、自檢；數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)

52、通訊、自檢；功能模塊：用戶組態(tài)各種功能。功能模塊：用戶組態(tài)各種功能。參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述變送器的構(gòu)成原理變送器的構(gòu)成原理過程控制與自動化儀表62四線制和二線制方式四線制和二線制方式二線制滿足的條件：min00II)2(maxmax0minrRIEVLT)(maxmin0minmin0minLRIEIP參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述變送器的信號傳輸方式變送器的信號傳輸方式二線制優(yōu)點：節(jié)省連接電纜、有利于安二線制優(yōu)點：節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾全防爆和抗干擾 正常正常工作電流工作電流輸出電流的最小值輸出電流的最小值： 輸出端輸出端電壓電壓：最小有效功率最小有效功率：

53、二線二線制變制變送器送器RLErrIo+VTRL四線四線制變制變送器送器Io電源過程控制與自動化儀表63參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述變送器的信號變送器的信號傳輸方式傳輸方式 HARTHART（Highway Addressable Remote TransducerHighway Addressable Remote Transducer）協(xié)議是一）協(xié)議是一種過渡性協(xié)議，它采用頻移鍵控種過渡性協(xié)議，它采用頻移鍵控FSKFSK技術(shù)，在技術(shù)，在4 420mA20mA過程測量模擬過程測量模擬信號上疊加了一個頻率信號，使模擬信號與數(shù)字雙向通訊能同時進信號上疊加了一個頻率信號，使模擬信號與數(shù)字雙

54、向通訊能同時進行，即行，即在一條電纜上同時傳輸在一條電纜上同時傳輸4 420mA20mA的模擬信號和數(shù)字信號，的模擬信號和數(shù)字信號，互互不干擾。我國目前工業(yè)現(xiàn)場中不干擾。我國目前工業(yè)現(xiàn)場中4 420mA20mA標準的模擬儀表仍大量存在，標準的模擬儀表仍大量存在，HARTHART協(xié)議起到了承前啟后的作用，在我國得到了廣泛的應用。協(xié)議起到了承前啟后的作用，在我國得到了廣泛的應用。 這種被稱為可尋址遠程傳感高速通道最早由這種被稱為可尋址遠程傳感高速通道最早由RosemountRosemount公司開公司開發(fā)并得到發(fā)并得到8080多家著名儀表公司的支持多家著名儀表公司的支持 , ,于于19931993

55、年成立了年成立了HARTHART通信基通信基金會。金會。 HARTHART通信協(xié)議是依照國際標準化組織通信協(xié)議是依照國際標準化組織(ISO)(ISO)的開放式系統(tǒng)互連的開放式系統(tǒng)互連(OSI)(OSI)參考模型，簡化并引用其中三層：參考模型，簡化并引用其中三層： 物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 應用層應用層HARTHART通訊協(xié)議通訊協(xié)議 : :過程控制與自動化儀表64HARTHART（Highway Addressable Transducer)Highway Addressable Transducer)協(xié)議傳輸方式協(xié)議傳輸方式信號傳輸：信號傳輸：基于基于Bell 202 Bell 2

56、02 通訊標準，采用頻移鍵控通訊標準，采用頻移鍵控FSKFSK方法，在方法，在4 420mA20mA基礎(chǔ)上疊加幅度為基礎(chǔ)上疊加幅度為0.5mA0.5mA的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號的正弦調(diào)制波作為數(shù)字信號 模擬信號和基于頻移鍵控（模擬信號和基于頻移鍵控（FSK)FSK)的疊加的疊加傳輸速率為傳輸速率為1200bit/s1200bit/s參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述變送器的信號變送器的信號傳輸方式傳輸方式過程控制與自動化儀表65參數(shù)檢測與變送參數(shù)檢測與變送溫度的檢測與變送溫度的檢測與變送測量溫度的方法：（從測量體與被測介質(zhì)接觸與否來分）（從測量體與被測介質(zhì)接觸與否來分）接觸式測量接觸式測量:

57、即通過測量體與被測介質(zhì)的接觸來測量物體的溫度即通過測量體與被測介質(zhì)的接觸來測量物體的溫度. .特點：簡單、可靠、測量精度較高。但由于要達到熱平衡，因而特點：簡單、可靠、測量精度較高。但由于要達到熱平衡，因而產(chǎn)生了滯后。而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學反應。不能應用于很產(chǎn)生了滯后。而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學反應。不能應用于很高溫度的測量。高溫度的測量。非接觸式測量非接觸式測量:即通過接收被測物體發(fā)出的輻射熱來判斷溫度。即通過接收被測物體發(fā)出的輻射熱來判斷溫度。特點：其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限制；測溫速度特點：其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限制；測溫速度比較快，而且可以對運動體進行測量

58、，但一般測溫誤差較大。比較快，而且可以對運動體進行測量，但一般測溫誤差較大。 電的測溫儀表精度高，信號又便于傳輸。因此熱電偶和熱電電的測溫儀表精度高，信號又便于傳輸。因此熱電偶和熱電阻在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領(lǐng)域得到了廣泛應用。阻在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領(lǐng)域得到了廣泛應用。過程控制與自動化儀表66基于熱阻效應， 常用測溫元件參數(shù)檢測與變送參數(shù)檢測與變送溫度的檢測與變送溫度的檢測與變送CCCCCCCCCCCCCCC2000200:35000:1700900:3200700:2000400:15050:600200:60050:100050:16000:2500:60020:60030:60080:600

59、50:熱電式光電式紅外線比色光輻射熱輻射輻射式非接觸式、銅熱電阻：鉑考銅鎳鉻鎳硅鎳鉻鉑鉑銠熱電偶蒸汽氣體液體壓力式雙金屬玻璃液體膨脹式接觸式溫度計過程控制與自動化儀表67接觸式測溫測溫元件測溫元件測溫原理測溫原理測溫范圍測溫范圍/主要特點主要特點熱電偶熱電偶熱電效應熱電效應0 016001600測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、多測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；需進點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；需進行冷端溫度補償，低溫測量精度低。行冷端溫度補償，低溫測量精度低。鉑電阻鉑電阻熱阻效應熱阻效應200200600600測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、

60、多測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；不能點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；不能測高溫。測高溫。銅電阻銅電阻5050150150半導體熱半導體熱敏電阻敏電阻5050150150靈敏度高，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；互靈敏度高，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；互換性較差，測量范圍有一定限制。換性較差，測量范圍有一定限制。工業(yè)常用測溫元件參數(shù)檢測與變送參數(shù)檢測與變送接觸式測溫接觸式測溫過程控制與自動化儀表68受熱物質(zhì)膨脹產(chǎn)生壓力（尺寸）變形。參數(shù)檢測與變送參數(shù)檢測與變送接觸式測溫接觸式測溫過程控制與自動化儀表691)1) 金屬熱電阻金屬熱電阻：2030020000(