化工儀表及自動(dòng)化第10章

1、化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第十章第十章 自動(dòng)控制儀表自動(dòng)控制儀表 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 自動(dòng)控制儀表的作用與分類自動(dòng)控制儀表的作用與分類n控制儀表的能源形式控制儀表的能源形式n控制儀表的結(jié)構(gòu)形式控制儀表的結(jié)構(gòu)形式n控制儀表的信號(hào)形式控制儀表的信號(hào)形式n 模擬式控制儀表模擬式控制儀表n概述概述nDDZ-DDZ-型電動(dòng)控制器型電動(dòng)控制器1化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表n概述概述n可編程調(diào)節(jié)器的主要特點(diǎn)可編程調(diào)節(jié)器的主要特點(diǎn)n可編程調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成及原理可編程調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成及原理

2、nKMMKMM可編程序調(diào)節(jié)器可編程序調(diào)節(jié)器2化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類 或稱控制器,它將被控變量測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差,進(jìn)行一定的運(yùn)算,并將運(yùn)算結(jié)果以一定信號(hào)形式送往執(zhí)行器,以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的自動(dòng)控制。 n 一、控制儀表的能源形式一、控制儀表的能源形式按照儀表所用的能源控制儀表控制儀表直接作用式控制器直接作用式控制器間接作用式控制器間接作用式控制器3化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類n 二、控制儀表的結(jié)構(gòu)形式二、控制儀表的結(jié)構(gòu)形式 按控制儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)、變送

3、、顯示等各部分的不同,主要可以分為基地式控制儀表與單元組合式控制儀表等?；厥娇刂苾x表基地式控制儀表 基地式控制儀表是將測(cè)量、變送、顯示及控制等功能集于一身的一種控制儀表。 結(jié)構(gòu)比較簡單,常用于。4化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類單元組合式儀表單元組合式儀表 單元組合式儀表把整套儀表按照其功能和使用要求，分成若干獨(dú)立作用的單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)聯(lián)系。 使用時(shí)，針對(duì)不同的要求,將各單元以不同的形式組合，可以組成各種各樣的自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 可以用有限的單元組成各種各樣的控制系統(tǒng),具有高度的通用性和靈活性。 可以通過轉(zhuǎn)換

4、單元,把氣動(dòng)表、電動(dòng)表,甚至液動(dòng)表聯(lián)系起來,混合使用。 5化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類 由于各單元獨(dú)立作用,所以在布局、安裝、維護(hù)上也更合理、更方便。 儀表大都采用力平衡或力矩平衡原理,工作位移小、無機(jī)械摩擦、精度高、使用壽命長、性能較好。 由于零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,有利于大規(guī)模生產(chǎn),降低了成本,提高了產(chǎn)量和質(zhì)量。 有利于發(fā)展新品種,采用新工藝、新技術(shù)。6化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類分分類類 根據(jù),單元組合儀表主要分為氣動(dòng)單元組合儀表和電動(dòng)單元組合儀表。變送單元(B)顯示單

5、元(X)給定單元(G)輔助單元(F)控制單元(T)計(jì)算單元(J)轉(zhuǎn)換單元(Z)在電動(dòng)單元組合儀表中還包括執(zhí)行單元(K)。7化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類 是以 0.14MPa壓縮空氣為能源,各單元之間以統(tǒng)一的 0.020.1MPa氣壓標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相聯(lián)系,整套儀表的精度為1級(jí)。： DDZ-型電子管器件為主要器件 DDZ-型晶體管等分立元件為主要器件 DDZ-型線性集成電路作為核心器件8化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類n 三、控制儀表的信號(hào)形式三、控制儀表的信號(hào)形式控制儀表模擬式控制儀表數(shù)

6、字是控制儀表9化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表n 一、概述一、概述模擬式控制儀表所傳送的信號(hào)形式為連續(xù)的模擬信號(hào)?；?本結(jié)構(gòu)比較環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)放大器10化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表基本功能基本功能11化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表n 一、一、DDZ-型電動(dòng)控制器型電動(dòng)控制器12 電氣零點(diǎn)不是從零開始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識(shí)別斷電、斷線等故障。 本信號(hào)制的電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻為250。 由于聯(lián)絡(luò)信號(hào)為15V DC，可采用并聯(lián)信號(hào)

7、制，因此干擾少，連接方便?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表13 由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。 由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開環(huán)放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。 由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表 各單元省掉了電源變壓器，沒有工頻電源進(jìn)入單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問題，又為儀表的防爆提供了有利條件。 在工頻電源停電時(shí)備用電源投入，整套儀表在一定時(shí)間內(nèi)仍可照常工作，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視控制作用，有利

8、于安全停車。 14化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表15 （ 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表16圖10-1 DDZ-型控制器結(jié)構(gòu)方框圖 主要由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、自動(dòng)與手動(dòng)（包括硬手動(dòng)和軟手動(dòng)兩種）切換電路、輸出電路及指示電路等組成。 型控制器有全刻度指示和偏差指示兩個(gè)基型品種?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 17圖10-2 DTL-3110型調(diào)節(jié)器正面圖1自動(dòng)-軟手動(dòng)-硬手動(dòng)切換開關(guān)；2雙針垂直指示器；3內(nèi)給定設(shè)定輪；4輸出指示器；5硬手動(dòng)操作桿；6軟手動(dòng)操作板鍵；7外給定指示燈；8閥位

9、指示器；9輸出記錄指示；10位號(hào)牌；11輸入檢測(cè)插孔；12手動(dòng)輸出插孔第二節(jié)第二節(jié) 模擬式控制儀表模擬式控制儀表化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表18 數(shù)字式控制器模擬式控制器構(gòu)成原理數(shù)字技術(shù)模擬技術(shù)所用器件以微處理機(jī)為核心部件以運(yùn)算放大器等模擬電子器件為基本部件儀表總的功能和輸入輸出關(guān)系基本一致。 n 一、概述一、概述化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表n 二、二、可編程調(diào)節(jié)器的可編程調(diào)節(jié)器的主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)19 1. 1.功能豐富。功能豐富。 2. 2. 通用性強(qiáng)。通用性強(qiáng)。 3. 3.可靠性好。可靠性好?；?/p>

10、學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表n 三、可編程調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成及原理三、可編程調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成及原理20圖10-3可編程調(diào)節(jié)器的原理方框圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表n 四、四、KMMKMM可編程序調(diào)節(jié)器可編程序調(diào)節(jié)器21是一種單回路的數(shù)字控制器。 可以接收5個(gè)模擬輸入信號(hào)，4個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)，輸出3個(gè)模擬信號(hào)，輸出3個(gè)數(shù)字信號(hào)。 可編程調(diào)節(jié)可編程調(diào)節(jié)器的原理方器的原理方框圖框圖1.KMM調(diào)節(jié)器的面板及其功能鍵化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表2.KMM調(diào)節(jié)器的側(cè)面

11、圖10-5 KMM調(diào)節(jié)器的右側(cè)面1數(shù)據(jù)設(shè)定器 (任選)；2備用手操器；3輔助開關(guān)；4電源單元；5BUF板(前)；6IOC板(中)；7CPU板 (后)22化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表 3.KMM的控制類型 KMM調(diào)節(jié)器內(nèi)有兩個(gè)PID運(yùn)算式，即PID1和PID2，根據(jù)使用，又可以分為四種控制類型。 只用一個(gè)PID運(yùn)算式，采用本機(jī)內(nèi)給定 (LSP)，無串級(jí)(CAS)狀態(tài)。(2)(2)控制類型控制類型1 1 只用一個(gè)PID運(yùn)算式，在“自動(dòng)”時(shí)以 LSP1為設(shè)定值(內(nèi)給)，在串級(jí)(CAS)狀態(tài)時(shí)以RSP1為設(shè)定值(外給)，來自其他調(diào)節(jié)器或運(yùn)算器，也可來自本

12、調(diào)節(jié)器內(nèi)的其他運(yùn)算單元的輸出。 23化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表 用兩個(gè)PID運(yùn)算式,在“自動(dòng)”時(shí),PID1的輸出為PID2的給定,PID1為內(nèi)給定(LSP1)。 用兩個(gè)PID運(yùn)算式,有手動(dòng)、自動(dòng)、串級(jí)三種狀態(tài)(即M、A、C),當(dāng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí), PID2為本機(jī)給定(LSP2)；處于串級(jí)狀態(tài)時(shí)，PID2為外給定(RSR2)。RSP2可以是PID1的輸出,也可以是外來的模擬輸入或某些運(yùn)算單元的輸出。 24化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表0 0類型控制類型控制器器(1PID(1PID本本機(jī)內(nèi)給定機(jī)內(nèi)給定)

13、) 1 1類型控制器類型控制器(1PID(1PID串級(jí)型串級(jí)型) ) 2 2類型控制類型控制器器(2PID(2PID本本機(jī)內(nèi)給定機(jī)內(nèi)給定) ) 3 3類型控制器類型控制器(2PID(2PID串級(jí)型串級(jí)型) ) 方式方式指針指針 手動(dòng)手動(dòng)MAN MAN 自動(dòng)自動(dòng)AUTO AUTO 手動(dòng)手動(dòng)MANMAN自動(dòng)自動(dòng)AUTOAUTO串級(jí)串級(jí)CAS CAS 手動(dòng)手動(dòng)MANMAN自動(dòng)自動(dòng)AUTOAUTO手動(dòng)手動(dòng)MANMAN自動(dòng)自動(dòng)AUTOAUTO串級(jí)串級(jí)CAS CAS PVPV指指針針 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1PV1(PV2) (PV2) PV1

14、PV1(PV2) (PV2) PV2PV2(PV1) (PV1) PV2PV2(PV1) (PV1) PV1PV1(PV2) (PV2) SPSP指指針針 LSP1 LSP1 LSP1 LSP1 LSP1LSP1(RSP(RSP1) 1) LSP1LSP1(RSP(RSP1) 1) RSP1 RSP1 LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) LSP2LSP2(LSP(LSP1) 1) LSP2LSP2(LSP(LSP1) 1) LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) 表10-1 各種控制類型下 PV、SP的內(nèi)容 注: LSPLocalset

15、Point(本機(jī)內(nèi)給定)； RSPRemote Set Point(遙控外給定)。 25化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表 4.KMM調(diào)節(jié)器的操作 手動(dòng)(MAN)方式自動(dòng)(AUTO)方式串級(jí)(CAS)方式跟蹤(FOLLOW)方式 聯(lián)鎖手動(dòng)方式(IM)后備方式(S)26化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析試述理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)及各種運(yùn)算電路。 理想運(yùn)算放大器的主要特點(diǎn)有:輸入阻抗Ri =;輸出阻抗Ro=0;開環(huán)電壓增益A=;頻帶寬度f OL =。 圖10-6是表示反相輸入的電路,輸入電壓經(jīng)阻抗Zi后由放大器的反相端 (“-”端)輸入。輸出

16、電壓經(jīng)反饋?zhàn)杩筞0反饋到輸入端,因而構(gòu)成了一閉環(huán)電路。選擇不同的反饋環(huán)節(jié),可以使該閉環(huán)電路具有不同的運(yùn)算作用。因而,又稱這種閉環(huán)電路為運(yùn)算電路。 圖10-6 反相輸入電路圖27化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析 由集成運(yùn)算放大器的電壓增益A的定義可知(VT-VF)A=Vo 由于A=，而Vo受到電源電壓的限制,為一有限值,故有VT =VF如果VT是接地的,由于VF近似等于VT ,故稱該點(diǎn)為“虛地”。 因?yàn)镽i=，故Ib=0 ,于是有Ii =-I0考慮到VF0,故有 00ZVZViiiiVZZV00或(10-1) 28化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析sCZ001sCZii1 當(dāng)選擇阻抗 Z0 和 Zi 為不同形式時(shí)，Vo就與 Vi有不同的關(guān)系,亦即構(gòu)成不同的運(yùn)算電路。 Z0 和 Zi 都以復(fù)數(shù)阻抗形式出現(xiàn)。當(dāng) Z0和 Zi 分別為兩個(gè)電容 C0和 Ci時(shí),則 iiVCCV00將此二式代入式(10-1)，則得 29化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 例題分析例題分析這就是說,輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系,為比例運(yùn)算電路。 iiRZsCZ,100當(dāng) Zi為一電阻 Ri，Z0為一電容 C0時(shí),則 iiVsRCV001將此二式代入式 (10-1)