自動化裝置課件

自動化裝置北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院周靖林博士jinglinzhou@歡迎光臨自動化裝置北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院歡迎光臨1“自動化”的裝置？自動化化工過程電力行業(yè)（輸配電，電力機(jī)車…）航空航天（導(dǎo)航，制導(dǎo)…）辦公（管理，調(diào)度…）其他生產(chǎn)過程（流水作業(yè)…）“自動化”的裝置？自動化2前言前言3一、開課目的（一）熟練掌握自動化裝置的核心內(nèi)容：構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電路分析調(diào)校使用（二）為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)：《過程控制工程》《控制工程課程設(shè)計(jì)》《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》《畢業(yè)設(shè)計(jì)》課程體系：高數(shù)….自控原理自動化裝置過程控制….一、開課目的（一）熟練掌握自動化裝置的核心內(nèi)容：（二）為后續(xù)4原油加工火力發(fā)電木材加工石油化工污水處理海上平臺焦炭煉制輕工紡織鋼鐵冶煉原油加工火力發(fā)電木材加工石油化工污水處理海上平臺焦炭煉制輕工5二、教學(xué)內(nèi)容p.1（一）總論：分類、發(fā)展、信號制（二）調(diào)節(jié)器的參數(shù)（三）ICE調(diào)節(jié)器（四）安全保持器（五）SLPC調(diào)節(jié)器（六）SPRG編程器（七）SLPC和SPRG的編程實(shí)例（八）YS170調(diào)節(jié)器（九）氣動調(diào)節(jié)閥（十）CS3000集散控制系統(tǒng)二、教學(xué)內(nèi)容p.1（一）總論：分類、發(fā)展、信號制（六）6三、進(jìn)度安排分類、發(fā)展、信號制3月（9月）調(diào)節(jié)器的參數(shù)3月（9月）ICE調(diào)節(jié)器3月（9月）安全保持器3月（9月）SLPC調(diào)節(jié)器4月（10月）SPRG編程器4月（10月）SLPC和SPRG的編程實(shí)例4月（10月）YS170調(diào)節(jié)器5月（11月）氣動調(diào)節(jié)閥5月（11月）集散控制系統(tǒng)6月（12月）三、進(jìn)度安排分類、發(fā)展、信號制3月（9月）調(diào)節(jié)器的參數(shù)3月（7四、考核方式期末考試（閉卷，卷面總分75分）平時成績包括：作業(yè)5%（隨機(jī)考察5次，獨(dú)立完成）實(shí)驗(yàn)5%（獨(dú)立操作）課堂練習(xí)15%，（卷面15分，事前不通知）其他1~5%（思考題，隨堂實(shí)驗(yàn)等）平時成績最多可得25分，超過的部分不計(jì)入總評。75分25分四、考核方式期末考試（閉卷，卷面總分75分）平時成績75分28五、重點(diǎn)內(nèi)容構(gòu)成原理——基本原理、方塊圖描述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——架裝儀表、盤裝儀表、供電方式、防爆型式（隔爆/本安）電路分析——特點(diǎn)、元件作用、定性分析調(diào)校使用——調(diào)校內(nèi)容和方法、規(guī)格選型、端子接線、互相連接五、重點(diǎn)內(nèi)容構(gòu)成原理——基本原理、方塊圖描述電路分析——特點(diǎn)9六、參考書目

過程控制調(diào)節(jié)裝置過程控制儀表及裝置過程控制儀表電動控制儀表及裝置電動單元組合儀表的設(shè)計(jì)與應(yīng)用六、參考書目

過程控制調(diào)節(jié)裝置10七、學(xué)習(xí)方法（一）主干與枝節(jié)課上抓住講課的思路，熟悉主干內(nèi)容，課后自行解決枝節(jié)問題。二、新知與舊識涉及到電路、模電、數(shù)電、控制原理的相關(guān)問題課后自己復(fù)習(xí)。三、作業(yè)與練習(xí)作業(yè)和課堂練習(xí)是為強(qiáng)化重點(diǎn)內(nèi)容而設(shè)置，必須弄通弄懂。七、學(xué)習(xí)方法（一）主干與枝節(jié)二、新知與舊識三、作業(yè)與練習(xí)11

第一節(jié)總論

第一節(jié)12內(nèi)容提要

一、分類二、發(fā)展三、信號制內(nèi)容提要一、分類13本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容介紹

重點(diǎn)內(nèi)容掌握統(tǒng)一信號制（供電24VDC，輸入信號1~5V，輸出信號4~20mA）的優(yōu)缺點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容介紹

重點(diǎn)內(nèi)容14自動化裝置按采用的能源形式不同氣動儀表電動儀表液動儀表混合儀表一、分類自動化裝置按采用的能源形式不同氣動儀表電動儀表液動儀表混合儀15自動化裝置按采用的信號形式不同模擬式儀表數(shù)字式儀表自動化裝置按采用的信號形式不同模擬式儀表數(shù)字式儀表16自動化裝置按采用的結(jié)構(gòu)形式不同基地式儀表組合式儀表組裝式儀表集散式儀表總線式儀表自動化裝置按采用的結(jié)構(gòu)形式不同基地式儀表組合式儀表組裝式儀表17發(fā)展史大約有70年，大體可分成五個階段。二、發(fā)展時間第一階段20世紀(jì)30~40年代(1935)名稱基地式儀表結(jié)構(gòu)將測量、顯示、紀(jì)錄、調(diào)節(jié)都放在一個表殼里的儀表(以指示記錄儀表為中心，附加某些調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單適于單參數(shù)就地控制主要產(chǎn)品KF系列氣動基地式儀表(日本山武-霍尼威爾公司)帶PID調(diào)節(jié)的電子電位差計(jì)(上海自動化儀表廠)二、發(fā)展時間第一名稱基地式結(jié)構(gòu)將測量、顯示、紀(jì)錄、特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡1819KF系列氣動基地式儀表19KF系列氣動基地式儀表20帶PID調(diào)節(jié)的電子電位差計(jì)20帶PID調(diào)節(jié)的電子電位差計(jì)21名稱單元組合式儀表結(jié)構(gòu)將整套儀表劃分成若干個單元，各單元之間采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號連接。使用時根據(jù)需要，經(jīng)過不同的搭配，就可組成各種各樣的檢測及控制系統(tǒng)時間第二階段20世紀(jì)40~50年代(1955)特點(diǎn)應(yīng)用靈活，通用性強(qiáng)主要產(chǎn)品Ⅰ系列、EK系列儀表(日本橫河公司)國產(chǎn)DDZ-Ⅱ、DDZ-Ⅲ系列儀表(北京、上海、西安、大連、天津、吉林、重慶等儀表廠)21名稱單元組結(jié)構(gòu)將整套儀表劃分成若時間第二特點(diǎn)應(yīng)用靈主要產(chǎn)22I系列儀表22I系列儀表23EK系列儀表23EK系列儀表24名稱組裝式綜合控制裝置結(jié)構(gòu)運(yùn)算調(diào)節(jié)機(jī)柜顯示操作機(jī)柜時間第三階段20世紀(jì)60~70年代(1972)特點(diǎn)裝配靈活，功能分離（調(diào)節(jié)與顯示操作分離）主要產(chǎn)品Spec-200(美國?？怂共_公司)TF系列(上海自動化儀表廠)MZ-Ⅲ系列(西安儀表廠)24名稱組裝式結(jié)構(gòu)運(yùn)算調(diào)節(jié)機(jī)柜時間第三特點(diǎn)裝配靈主要產(chǎn)品Sp25MZ—ⅢMZ-Ⅲ

系列儀表25MZ—ⅢMZ-Ⅲ26名稱集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散監(jiān)測控制裝置人-機(jī)接口裝置通信網(wǎng)絡(luò)上位機(jī)接口裝置時間第四階段20世紀(jì)70~90年代(1975)特點(diǎn)操作、顯示、管理集中控制、負(fù)荷、危險分散主要產(chǎn)品TDC-2000、TDC-3000、TPS、S9000(美國霍尼威爾公司)CENTUM-CS、XL、CS1000、CS3000(日本橫河公司)PCS7、PCS7-BOX(德國西門子公司)26名稱集散控結(jié)構(gòu)分散監(jiān)測控制裝置時間第四特點(diǎn)操作、主要產(chǎn)品27CENTUM-XL27CENTUM-XL28PCS7-BOX28PCS7-BOX29CS300029CS300030μXL30μXL31TDC300031TDC300032名稱現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線儀表通信網(wǎng)絡(luò)時間第五階段20世紀(jì)95~07年代(2007)特點(diǎn)操作、顯示、管理一體化危險分散，控制分散到一個回路主要產(chǎn)品FF基金會現(xiàn)場總線(美國費(fèi)歇爾-羅斯蒙特公司)PROFIBUS過程現(xiàn)場總線(德國西門子公司)32名稱現(xiàn)場總結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線儀表時間第五特點(diǎn)操作、主要產(chǎn)品FF33DELTV33DELTVPROFIBUSPROFIBUS

所謂信號制是說在全套儀表系列中，各個儀表的輸入和輸出采用何種統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)信號進(jìn)行傳輸（即通訊標(biāo)準(zhǔn)）。例如：氣動儀表采用的信號制0.2~1.0×102kPa

電動儀表采用的信號制4~20mADC

三、信號制三、信號制35

本學(xué)期介紹的自動化裝置除氣動執(zhí)行器采用0.2~1.0×102kPa的氣壓信號之外，其它均采用4~20mA的電流信號。

36361、直流電流（p4）電流傳遞——電流接收的串聯(lián)方式0~10mA傳送，0~10mA接收，220V交流供電，在DDZ-Ⅱ型儀表中使用37↓220V~220V~220V~I0R0Rcm發(fā)送儀表接收儀表接收儀表RiRi輸入電阻導(dǎo)線電阻輸出阻抗接收儀表采用串聯(lián)方式連接，傳送和接收的信號都是0~10mA增減儀表/串聯(lián)制/無公共接地點(diǎn)/220V/高壓供電/信號上下限/入阻低出阻高四、傳輸方式Ii

1、直流電流（p4）37↓220V~220V~220V~I02、直流電壓電流傳遞——電壓接收的并聯(lián)方式4~20mA傳送，1~5V接收，24V直流供電，在DDZ-Ⅲ型儀表、I系列、EK系列、YS-80系列、YS-100系列中使用。38U0R0發(fā)送儀表接收儀表接收儀表RiRiRcm/2Rcm/2UiUi24V24V接收儀表采用并聯(lián)方式連接，傳送的信號4~20mA，接收的信號1~5V增減儀表/并聯(lián)制/有公共接地點(diǎn)/24V/低壓供電/信號上下限/入阻高出阻低2、直流電壓38U0R0發(fā)送儀表接收儀表接收儀表RiRiRc

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直流電流

直流電壓增加或減少一臺儀表，裝置構(gòu)成的系統(tǒng)停止運(yùn)行增加或取消一臺儀表，裝置構(gòu)成的系統(tǒng)正常運(yùn)行串聯(lián)制發(fā)信和接受裝置串聯(lián)，易于信號遠(yuǎn)距離傳輸并聯(lián)制發(fā)信和接受裝置并聯(lián)，不易于信號遠(yuǎn)距離傳輸無公共接地點(diǎn)各裝置可有自己的接地點(diǎn)，系統(tǒng)不允許有公共接地點(diǎn)（會短路）有公共接地點(diǎn)各裝置可有自己的接地點(diǎn)，系統(tǒng)允許有公共接地點(diǎn)直流電流和直流電壓的比較39直流電流40220VAC供電裝置采用高壓供電，無本質(zhì)安全特性24VDC供電裝置采用低壓供電，有本質(zhì)安全特性

高電壓供電裝置一旦產(chǎn)生火花，容易引起裝置周圍的爆炸性混合物爆炸或起火

低電壓供電裝置一旦產(chǎn)生火花，不易引起裝置周圍的爆炸性混合物爆炸或起火40220VAC供電24VDC供電41信號下限=0mA，上限=10mA。信號下限=4mA，上限=20mA下限=0mA，+、－、×、÷運(yùn)算方便，易于刻度換算。電氣零點(diǎn)=機(jī)械零點(diǎn)，零點(diǎn)不易區(qū)別。上限=10mA，產(chǎn)生的電磁力（安培力）較小，故帶負(fù)載能力差。

下限=4mA，躲開晶體管死區(qū)，一開始就工作在線性區(qū)。電氣零點(diǎn)≠機(jī)械零點(diǎn)，零點(diǎn)易于區(qū)別。上限=20mA，產(chǎn)生的電磁力（安培力）較大，故帶負(fù)載能力強(qiáng)。41信號下限=0mA，上限=10mA。信號下限=4mA，上限42輸入阻抗↓，輸出阻抗↑輸入阻抗↑，輸出阻抗↓

輸入阻抗Ri↓，輸出阻抗RO↑，信號有損失，為減小傳輸誤差，儀表應(yīng)有恒流特性（負(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)變化時，IO的變化應(yīng)小于允許值）輸入阻抗Ri↑，輸出阻抗RO↓，并聯(lián)儀表越多，信號損失越大，為減小傳輸誤差，并聯(lián)裝置的臺數(shù)應(yīng)≤4臺。輸入阻抗輸出阻抗導(dǎo)線電阻42輸入阻抗↓，輸出阻抗↑輸入阻抗↑，輸出阻抗↓輸入阻抗R43現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場）架裝儀表（控制室盤后）盤裝儀表（控制室盤前）過程控制工程課程設(shè)計(jì)要用到3、變送器與控制室裝置的信號傳輸43現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場）架裝儀表（控制室盤后）盤裝儀表（控制室盤作業(yè)：1、為什么現(xiàn)場和控制室儀表之間采用4~20mA的電流傳輸信號，而控制室內(nèi)部儀表之間采用1~5V的電壓聯(lián)絡(luò)信號。這種信號制有何優(yōu)點(diǎn)？思考題：根據(jù)目前信息技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，你覺得當(dāng)前的信號傳輸方式（變送器與控制室之間或控制室與執(zhí)行器之間）的還有哪些？請畫出相關(guān)的信號傳輸框圖。作業(yè)：44作業(yè)參考答案：

1、答：4～20mA電流信號可以避免傳輸導(dǎo)線上壓降損失引起的誤差，適宜在現(xiàn)場和控制