自動(dòng)化儀表緒論課件

自動(dòng)化儀表緒論2023/12/6自動(dòng)化儀表緒論緒論一、過(guò)程控制儀表與控制系統(tǒng)

二、過(guò)程控制儀表的發(fā)展概況三、過(guò)程控制儀表的分類及特點(diǎn)

課程的性質(zhì)課程的任務(wù)自動(dòng)化儀表緒論一、過(guò)程控制儀表與控制系統(tǒng)自動(dòng)控制是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱為過(guò)程控制儀表或裝置），使被控對(duì)象的工作狀態(tài)或參數(shù)（壓力、物位、流量、溫度、PH值等）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。回顧:什么是自動(dòng)控制?自動(dòng)化儀表緒論例:一貯罐液位控制系統(tǒng)。要求貯罐液位保持一定，以滿足生產(chǎn)需要；圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。分析:貯罐液位由液位變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到控制器，與給定值相比較，控制器按比較得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，通過(guò)改變貯罐液體出料的流量，從而使貯罐液位保持在與給定值基本相等的數(shù)值上。自動(dòng)化儀表緒論控制器被控對(duì)象變送器zxe=x-z-pqy干擾溫度（壓力、液位、流量）變送器、在線成分分析儀（通常輸出：4~20mA、1～5V等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）液位開(kāi)關(guān)、料位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)(通常輸出on/off信號(hào))傳感器（Pt100、熱電偶……）……通常安裝于控制室通常安裝于現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、檢測(cè)儀表、控制器、執(zhí)行器（顯示儀表根據(jù)需要可選）閥門：調(diào)節(jié)閥、電磁閥、氣動(dòng)蝶閥……泵：開(kāi)關(guān)泵、變頻泵控制閥自動(dòng)化儀表緒論過(guò)程控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的平臺(tái),而過(guò)程控制儀表與裝置是過(guò)程控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。一、過(guò)程控制儀表與控制系統(tǒng)關(guān)系：自動(dòng)化儀表緒論二、過(guò)程控制儀表的發(fā)展概況50年代

60年代

70年代

80年代

90年代21世紀(jì)至今QDZ

Ⅰ

QDZ

Ⅱ

QDZ

ⅢDDZ

Ⅰ

DDZ

Ⅱ

DDZ

Ⅲ

數(shù)字式（智能式）控制儀表

DCS系統(tǒng)（PLC）現(xiàn)場(chǎng)總線以太網(wǎng)自動(dòng)化儀表緒論三、過(guò)程控制儀表的分類及特點(diǎn)（一）按能源形式分：1.氣動(dòng)控制儀表2.電動(dòng)控制儀表3.液動(dòng)控制儀表

（二）結(jié)構(gòu)形式分：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.數(shù)字化控制儀表5.集散控制系統(tǒng)6.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。（三）按信號(hào)形式分：1.模擬控制儀表2.數(shù)字控制儀表自動(dòng)化儀表緒論（一）按能源形式分：電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：信號(hào)傳送速度快、傳送距離遠(yuǎn)、易于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。

氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。自動(dòng)化儀表緒論（二）結(jié)構(gòu)形式分：1.基地式控制儀表以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機(jī)構(gòu)。2.單元組合控制儀表

電動(dòng)單元組合儀表：DDZ

Ⅰ型；DDZⅡ型；DDZⅢ型電源：220VAC；24VDC；電信號(hào)：電流0～10mADC；4～20mADC；Vo：1～5VDC氣動(dòng)單元組合儀表：氣源：140kPa；氣信號(hào)：20～100kPa自動(dòng)化儀表緒論3.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(shí)際中已很少使用。4.數(shù)字控制儀表以數(shù)字計(jì)算機(jī)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(yùn)算、控制功能更為豐富，通過(guò)組態(tài)可完成各種運(yùn)算處理和復(fù)雜控制。可和計(jì)算機(jī)配合使用，以構(gòu)成不同規(guī)模的分級(jí)控制系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表緒論5.集散型控制系統(tǒng)

將集中一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成的任務(wù)分派給各個(gè)微型過(guò)程控制計(jì)算機(jī)，再配上數(shù)字總線以及上一級(jí)過(guò)程控制計(jì)算機(jī)，組成各種各樣的、能適應(yīng)于不同過(guò)程的積木式分級(jí)分布計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了“控制分散”或“危險(xiǎn)分散”，管理高度集中。6.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)智能儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級(jí)、管理級(jí)聯(lián)系起來(lái)成為全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò)。自動(dòng)化儀表緒論（三）按信號(hào)類型分：模擬式控制儀表傳輸信號(hào)通常為連續(xù)變化的模擬量。這類儀表線路較簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格較低使用上均有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。數(shù)字式控制儀表傳輸信號(hào)通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這些儀表和裝置是以微型計(jì)算機(jī)為核心，其功能完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難以解決的問(wèn)題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程的高質(zhì)量控制要求。自動(dòng)化儀表緒論壓力變送器壓力變送器常用的控制儀表及裝置

自動(dòng)化儀表緒論測(cè)量膜合差壓變送器雙法蘭差壓送器自動(dòng)化儀表緒論無(wú)紙記錄儀自動(dòng)化儀表緒論測(cè)量精確值BetterControl可編程調(diào)節(jié)器輸出精確值輸出百分值測(cè)量百分值自動(dòng)化儀表緒論

氣動(dòng)閥門定位器氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)化儀表緒論直通單、雙座控制閥直通單、雙座控制閥自動(dòng)化儀表緒論閘閥球閥三通閥蝶閥角閥自動(dòng)化儀表緒論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

DDC控制始于50末期本質(zhì)：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路特點(diǎn)：具有里程碑意義問(wèn)題：價(jià)格、性能集中型計(jì)算機(jī)控制本質(zhì)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代盡可能多的模擬調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：控制集中信息集中危險(xiǎn)集中問(wèn)題：性能DCS控制始于70年代本質(zhì)：采用過(guò)程控制－過(guò)程管理－生產(chǎn)管理等多層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：控制分散信息集中半數(shù)字，半分散傳統(tǒng)DCSPLC_BasedDCSIPC_BasedDCSFCS本質(zhì)：支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊，將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)儀表和裝置均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接起來(lái)特點(diǎn)：把控制任務(wù)下移到智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，全分散控制分布式IODCS現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備上，各現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備與控制站間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線）連接。過(guò)渡型結(jié)構(gòu)自動(dòng)化儀表緒論——直接數(shù)字量控制本質(zhì)——用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術(shù)簡(jiǎn)單地取代模擬控制技術(shù)。過(guò)程控制計(jì)算機(jī)SPAI、DIAO、DO

檢測(cè)儀表執(zhí)行器被控過(guò)程（對(duì)象）起始于50年代末期，開(kāi)辟了一個(gè)轟轟烈烈的計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用時(shí)代

優(yōu)點(diǎn)——計(jì)算靈活，精度高，PID控制規(guī)律，分時(shí)處理多個(gè)控制回路此外，DDC也很快發(fā)展到PID以外的多種復(fù)雜控制。問(wèn)題——價(jià)格昂貴，運(yùn)算速度不高自動(dòng)化儀表緒論——集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)初衷：由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)體積龐大，價(jià)格非常昂貴，為了使計(jì)算機(jī)控制能與常規(guī)儀表控制相競(jìng)爭(zhēng)，企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)控制盡可能多的控制回路。外設(shè)過(guò)程控制計(jì)算機(jī)AIDIAODO

被控過(guò)程（對(duì)象）被控變量操作變量…………}{輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)優(yōu)越性：

從表面上看——信息集中，集中型計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)各種更復(fù)雜控制功能；便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。問(wèn)題：由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負(fù)荷過(guò)載，控制集中直接導(dǎo)致危險(xiǎn)集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱”。自動(dòng)化儀表緒論——集散控制系統(tǒng)DCS出發(fā)點(diǎn)（2個(gè)方面）：(1)不能采取控制回路高度集中的設(shè)計(jì)思想，需要把控制功能分散到若干個(gè)控制站實(shí)現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；(2)考慮到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的整體性，各個(gè)控制系統(tǒng)（回路）的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)。根本特征:控制的分散性和管理的集中性自動(dòng)化儀表緒論

控制層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)Web服務(wù)器

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層操作站工程師站DCS的物理層次示意自動(dòng)化儀表緒論現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）自動(dòng)化儀表緒論定義是連接智能現(xiàn)場(chǎng)裝置和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊·雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進(jìn)行A/D、D/A的轉(zhuǎn)換·把控制任務(wù)下移到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制一體化全分散本質(zhì)特點(diǎn)評(píng)價(jià)·已成為全世界范圍自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)·涉及整個(gè)自動(dòng)化和儀表的工業(yè)“革命”FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)自動(dòng)化儀表緒論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展特征隨著局域網(wǎng)、Internet、IT技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化發(fā)展成為一種趨勢(shì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)扁平化方向發(fā)展

系統(tǒng)功能向綜合化方向發(fā)展系統(tǒng)設(shè)備向多樣化方向發(fā)展自動(dòng)化儀表緒論現(xiàn)場(chǎng)總線式變送器現(xiàn)場(chǎng)總線式閥門定位器安全防爆工業(yè)以太網(wǎng)安全防爆總線非安全防爆總線自動(dòng)化儀表緒論控制室控制臺(tái)流程圖自動(dòng)化儀表緒論儀表盤操作員站自動(dòng)化儀表緒論操作員站CRT工業(yè)流程圖自動(dòng)化儀表緒論工藝-儀表組合圖加熱爐汽包LTLC給水蒸汽Σ氣關(guān)閥FCOPE-MARK工位標(biāo)記CASCMPAUTNROPNCNDAOF100：0CAS0.0自動(dòng)化儀表緒論《過(guò)程控制儀表及裝置》是自動(dòng)控制專業(yè)的一門專業(yè)課課程的性質(zhì)自動(dòng)化儀表緒論課程的任務(wù)任務(wù)：使學(xué)生理解各控制儀表的原理結(jié)構(gòu)，獲得控制儀表及裝置的安裝使用、校驗(yàn)、維護(hù)方面的基本知識(shí)和技能。基礎(chǔ)知識(shí)：電工學(xué)、電子學(xué)、檢測(cè)儀表、控制原理、微機(jī)原理等。內(nèi)容:DDZ

Ⅲ型表;氣動(dòng)執(zhí)行器；數(shù)字控制器;集散控制系統(tǒng)；智能式現(xiàn)場(chǎng)儀表。自動(dòng)化儀表緒論學(xué)習(xí)方法要認(rèn)真聽(tīng)課，注意老師對(duì)問(wèn)題的分析，通過(guò)案例分析和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)獲得過(guò)程控制儀表的使用、校驗(yàn)和維護(hù)方法；理論聯(lián)系實(shí)際，帶著問(wèn)題學(xué)，在用眼、用腦的同時(shí)還要