吉林大學(xué)過程控制1緒論-2溫度(檢測專業(yè)用)

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)中連續(xù)的或按一定周期程序進行的生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進行的生產(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3l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4l教材暫無,請同學(xué)上課時記筆記l參考書1.自動檢測技術(shù)與裝置. 張宏建等. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2004.72.自動化儀表與過程控制. 施仁等. 電子工業(yè)出版社. 2009.23.

3、自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng). 張毅等. 化學(xué)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5 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6l所謂自動控制,就是在沒有人直接參與的情況下,利用外加的設(shè)備或裝置 (控制裝置) ,使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程 (控制對象) 的某個工作狀態(tài)或參數(shù) (被控量) 自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。l現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中,自動控制技術(shù)起著越來越重要的作用.如數(shù)控車床按預(yù)定程序自動切削,人造衛(wèi)星準確進入預(yù)定軌道并回收,雷達自動跟蹤空中的飛行體等,所有這些都離不開自動控制技術(shù)

4、。第一節(jié)第一節(jié) 自動控制的基本概念自動控制的基本概念過程控制與自動化儀表7自動控制的基本概念自動控制的基本概念l自動控制系統(tǒng)的功能和組成是多種多樣的,其結(jié)構(gòu)有簡單的也有復(fù)雜的。l它可以只控制一個物理量,也可以控制多個物理量，甚至一個企業(yè)機構(gòu)的全部生產(chǎn)和管理過程。l可以是一個具體的工程系統(tǒng),也可以是比較抽象的社會系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)或經(jīng)濟系統(tǒng)。l這部分以工業(yè)生產(chǎn)自動化為主介紹有關(guān)檢測與控制方面的知識.過程控制與自動化儀表8第二節(jié)第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本組成及方塊圖自動控制系統(tǒng)的基本組成及方塊圖 n人工操作與自動控制比較圖（液位控制）人工操作與自動控制比較圖（液位控制）圖1-1 人工操作圖圖1-2 液

5、位自動控制系統(tǒng)圖控制速度和精度不能滿足大型控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要過程控制與自動化儀表9自動控制系統(tǒng)的組成自動控制系統(tǒng)的組成組組成成自動化裝置自動化裝置被控對象被控對象測量元件與變送器測量元件與變送器自動控制器自動控制器執(zhí)行器執(zhí)行器過程控制與自動化儀表10液位自動控制的方塊圖液位自動控制的方塊圖l在研究自動控制系統(tǒng)時，為了便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。l下圖為液位自動控制系統(tǒng)的方塊圖，每個環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個部分，稱為“環(huán)節(jié)”。圖1-3 液位自動控制系統(tǒng)方塊圖其中：其中：x 指設(shè)定值；z 指輸出信號；e 指偏差信號；p 指發(fā)出信號；

6、q 指出料流量信號；y 指被控變量；f 指擾動作用。當x 取正值，z取負值，e= x- z，負反饋；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反饋。過程控制與自動化儀表11l其他控制系統(tǒng) 用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)圖1-4 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)這個控制系統(tǒng)同樣可這個控制系統(tǒng)同樣可以用以用上頁中上頁中的方塊圖的方塊圖表示表示過程控制與自動化儀表12l注意！方塊圖中的每一個方塊都代表一個具體的裝置。n方塊與方塊之間的連接線，只是代表方塊之間的信號聯(lián)系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭頭也只是代表信號作用的方向，與工藝流程圖上的物料線是不同的。n工藝流程圖上的物料線是

7、代表物料從一個設(shè)備進入另一個設(shè)備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時并不與流體流向相一致。n自動控制系統(tǒng)通常是一個閉環(huán)系統(tǒng)。過程控制與自動化儀表13l小結(jié)l自動控制系統(tǒng)應(yīng)是具有被控變量負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 l與自動檢測、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，就在于自動控制系統(tǒng)有負反饋，開環(huán)系統(tǒng)中，被控（工藝）變量是不反饋到輸入端的。舉例舉例化肥廠的造氣自動機就是典型的開環(huán)系統(tǒng)的例子化肥廠的造氣自動機就是典型的開環(huán)系統(tǒng)的例子自動操縱裝置自動操縱裝置對象對象操縱作用操縱作用工藝參數(shù)工藝參數(shù)操縱指令操縱指令過程控制與自動化儀表14開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)：自動機在操作時，自動機在操作時，一旦開機，就只能是按照預(yù)一

8、旦開機，就只能是按照預(yù)先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地運轉(zhuǎn)。這時被控變量如果發(fā)運轉(zhuǎn)。這時被控變量如果發(fā)生了變化，自動機不會自動生了變化，自動機不會自動地根據(jù)被控變量的實際工況地根據(jù)被控變量的實際工況來改變自己的操作。來改變自己的操作。比較比較閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)：有針對性有針對性地根據(jù)被控變量的變地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作化情況而改變控制作用的大小和方向，從用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近于所始終等于或接近于所希望的狀態(tài)。希望的狀態(tài)。過程控制與自動化儀表15第三節(jié)第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類l幾種分類方法l按被控變量來分

9、類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；l按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；l將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。其中第三種分類方法最普遍其中第三種分類方法最普遍過程控制與自動化儀表16 “定值” 是恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。13 給定值隨機變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。過程控制

10、與自動化儀表173.3.程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)） 給定值變化，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標需按一定的時間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。過程控制與自動化儀表18第四節(jié)第四節(jié) 控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)目標控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)目標 當一個自動控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號也都處于相對靜止狀態(tài)，這種狀態(tài)就是靜態(tài)。 l一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)自動控制目的：自動控制目的：希望將被控變量保持在一個不變的給定希望

11、將被控變量保持在一個不變的給定值上，這只有當進入被控對象的物料量（或能量）和流值上，這只有當進入被控對象的物料量（或能量）和流出對象的物料量（或能量）相等時才有可能。出對象的物料量（或能量）相等時才有可能。 靜態(tài)靜態(tài)被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)（變化率被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)（變化率為為0 0，不是靜止）。，不是靜止）。過程控制與自動化儀表19動態(tài)動態(tài)被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài) 。 從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和信號都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動態(tài)。結(jié)論：結(jié)論：在自動化工作中，了解系

12、統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動態(tài)更為重要。因為在生產(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，就需要通過自動化裝置不斷地施加控制作用去對抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標上。過程控制與自動化儀表20l二、控制系統(tǒng)的過渡過程l系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。態(tài)的過程。 當干擾作用于對象，系統(tǒng)輸出y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負反饋作用下，經(jīng)過一段時間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。舉例舉例圖1-6 控制系統(tǒng)方塊圖過程控制與自動化儀表21干擾形式干擾形式l系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時間變化系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時間變化的

13、。被控變量隨時間的變化規(guī)律首先取決于的。被控變量隨時間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的作用于系統(tǒng)的干擾形式干擾形式。l在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于隨機性質(zhì)。在分析和設(shè)計控制系且多半屬于隨機性質(zhì)。在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，為了安全和方便，常選擇一些定型的統(tǒng)時，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是干擾形式，其中常用的是階躍干擾階躍干擾。 過程控制與自動化儀表22采用階躍干擾的優(yōu)點：采用階躍干擾的優(yōu)點： 這種形式的干擾比較突然、危險，且對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型的干擾，那么一定能很好地克服比

14、較緩和的干擾。 這種干擾的形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算。圖1-7 階躍干擾作用過程控制與自動化儀表23l自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的四種形式非周期衰減過程非周期衰減過程衰減震蕩過程衰減震蕩過程等幅震蕩過程等幅震蕩過程 發(fā)散震蕩過程發(fā)散震蕩過程X X？對于控制質(zhì)量要求不對于控制質(zhì)量要求不高的場合，如果被控高的場合，如果被控變量允許在工藝許可變量允許在工藝許可的范圍內(nèi)振蕩（主要的范圍內(nèi)振蕩（主要指在位式控制時），指在位式控制時），才可采用。才可采用。 過程控制與自動化儀表24圖1-9 過渡過程品質(zhì)指標示意圖 假定自動控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如上圖所示，這是

15、屬于衰減振蕩的過渡過程 多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標。l三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標l控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。過程控制與自動化儀表25五種重要品質(zhì)指標之一五種重要品質(zhì)指標之一1. 最大偏差或超調(diào)量最大偏差或超調(diào)量 最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值。特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最大偏差的允許值有所限制。 超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。過程控制與自動化儀表262. 衰減比n（衰減率） 衰減比衰減比是衰減程

16、度的指標，它是前后相鄰是衰減程度的指標，它是前后相鄰兩個峰值的比。習(xí)慣表示為兩個峰值的比。習(xí)慣表示為 n n:1:1，一般，一般 n n 取取為為4 41010之間為宜。之間為宜。五種重要品質(zhì)指標之二五種重要品質(zhì)指標之二過程控制與自動化儀表27五種重要品質(zhì)指標之三3. 余差 當過渡過程終了時，被控變量所達到的當過渡過程終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做余差余差，或，或者說余差就是過渡過程終了時的者說余差就是過渡過程終了時的殘余偏差殘余偏差。有。有余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之

17、就為無差調(diào)節(jié)和無差系統(tǒng)。為有差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)節(jié)和無差系統(tǒng)。 過程控制與自動化儀表28五種重要品質(zhì)指標之四4. 過渡時間 從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫過渡時間過渡時間。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小范。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小范圍，當被控變量進入該范圍并不再越出時，就圍，當被控變量進入該范圍并不再越出時，就認為被控變量已經(jīng)達到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過認為被控變量已經(jīng)達到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程已經(jīng)結(jié)束這個范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的渡過程已經(jīng)結(jié)束這個范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的（也有

18、的規(guī)定為（也有的規(guī)定為）。）。 過程控制與自動化儀表29五種重要品質(zhì)指標之五5.峰值時間 峰值時間是指系統(tǒng)過渡過程曲線達到第峰值時間是指系統(tǒng)過渡過程曲線達到第一個峰值所需要的時間，它的大小反映系統(tǒng)響一個峰值所需要的時間，它的大小反映系統(tǒng)響應(yīng)的應(yīng)的靈敏程度靈敏程度。過程控制與自動化儀表30某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、峰值時間和過渡時間（給定值為200）。舉例舉例圖1-10 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線過程控制與自動化儀表31解解 最大偏差最大偏差A(yù) A230-200230-2003030余差余差C C205-200205-20

19、0由圖上可以看出，第一個波峰值由圖上可以看出，第一個波峰值B B230-205230-2052525，第二個波峰值第二個波峰值BB21021020520555，故衰減比應(yīng)為故衰減比應(yīng)為B:BB:B25:525:55:15:1。峰值時間峰值時間 p5mint過程控制與自動化儀表32 分析 過渡時間與規(guī)定的被控變量限制范過渡時間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)，假定被控變量進入額定值的圍大小有關(guān)，假定被控變量進入額定值的2 2，就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那，就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為么限制范圍為200200（2 2）44，這，這時，可在新穩(wěn)態(tài)值（時，可在新穩(wěn)態(tài)值（205205）兩

20、側(cè)以寬度為）兩側(cè)以寬度為畫一區(qū)域，上圖中以畫有陰影線的畫一區(qū)域，上圖中以畫有陰影線的區(qū)域表示，只要被控變量進入這一區(qū)域且區(qū)域表示，只要被控變量進入這一區(qū)域且不再越出，過濾過程就可以認為已經(jīng)結(jié)束。不再越出，過濾過程就可以認為已經(jīng)結(jié)束。因此，從圖上可以看出，過渡時間為因此，從圖上可以看出，過渡時間為22min22min。過程控制與自動化儀表33l四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 一個自動控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即一個自動控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工工藝過程部分（被控對象）藝過程部分（被控對象）和和自動化裝置部分自動化裝置部分。前者。前者指與該自動控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實現(xiàn)自指與

21、該自動控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實現(xiàn)自動控制所必需的自動化儀表設(shè)備，通常包括測量與動控制所必需的自動化儀表設(shè)備，通常包括測量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器等三部分。變送裝置、控制器和執(zhí)行器等三部分。過程控制與自動化儀表34 對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的質(zhì)的好壞好壞，在很大程度上，在很大程度上決定于對象的性決定于對象的性質(zhì)質(zhì)。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負荷于對象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負荷大小，換熱器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換大小，換熱器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況

22、及結(jié)垢程度熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。不同自動化系統(tǒng)要具體分析。等。不同自動化系統(tǒng)要具體分析。過程控制與自動化儀表35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數(shù)電信號或氣信號，把工藝參數(shù)電信號或氣信號，反映生產(chǎn)過程狀況；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

23、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(dǎo)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(dǎo)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、多變量多變量、大慣性、大時延、多變量特征，還有非線性與特征，還有非線性與時變特性。（鍋爐、熱交換器、精餾塔）時變特性。（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(fù)雜導(dǎo)致控制方案多樣性。單被控對象復(fù)雜導(dǎo)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、

24、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(yīng)、預(yù)測、補償、智能、非線性控制等自適應(yīng)、預(yù)測、補償、智能、非線性控制等) )。過程控制與自動化儀表36 安全性安全性 針對易燃易爆特點設(shè)計；參數(shù)越線報警、鏈鎖保護；故障針對易燃易爆特點設(shè)計；參數(shù)越線報警、鏈鎖保護；故障診斷，容錯控制。診斷，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)

25、、動態(tài)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）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)及合理系統(tǒng)。設(shè)及合理系統(tǒng)。過程控制與自動化儀表37 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

26、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38 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：

27、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，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392020世紀世紀6

28、060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，計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)直接數(shù)字控制計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用，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(fù)雜控制系統(tǒng)，如串級、多變量系統(tǒng)，各種復(fù)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、均勻控制、前饋、選擇性控制系統(tǒng)?？刂颇康目刂颇康?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

29、，現(xiàn)代控制理論開始應(yīng)用。除經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論開始應(yīng)用。前饋控制前饋控制-按擾動來控制，在擾動可測的情況下，可以地提高控按擾動來控制，在擾動可測的情況下，可以地提高控制質(zhì)量。制質(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402020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

30、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 特殊控制規(guī)律，由定值控制特殊控制規(guī)律，由定值控制 最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制，由儀表控最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制，由儀表控制系統(tǒng)制系統(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(yīng)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(yīng)用到過程控制領(lǐng)域，如狀態(tài)空間分析，系統(tǒng)辨識與狀態(tài)估計，最優(yōu)濾波與預(yù)報。系統(tǒng)辨識與狀態(tài)估計，最優(yōu)濾波與預(yù)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)

31、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41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，企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，企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

32、中，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種更復(fù)雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。更復(fù)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(dǎo)致制集中直接導(dǎo)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42 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

33、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43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- -輸出接口輸出接口：又叫數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)采集與預(yù)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

34、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44 控制層網(wǎng)絡(luò)控制層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)遠程節(jié)點遠程節(jié)點Web服務(wù)器服務(wù)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45 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(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)場智能儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起

35、來成為全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò)。計算機集成過程控制計算機集成過程控制CIPS (compututer 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(luò)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46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47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)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。 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

36、雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進行雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進行A/DA/D、D/AD/A的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換把控制任務(wù)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(wù)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48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49控制室控制室控制臺控制臺流程圖流程圖過程控制

37、與自動化儀表50儀表盤儀表盤操作員站操作員站過程控制與自動化儀表51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52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 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出口溫度度 擋板開度還是送風(fēng)擋板擋板開度還是送風(fēng)擋板含氧量含氧量過程控制與自動

38、化儀表534.4.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(fù)雜。系統(tǒng)的簡單與復(fù)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(fù)雜過程；復(fù)雜過程高級過程控高級過程控制制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：

39、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(fēng)機停引風(fēng)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54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

40、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55過程控制儀表的分類及特點 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56電動控制儀表電動控制儀表： 優(yōu)點：優(yōu)點： 信號快速，遠距

41、離傳輸信號快速，遠距離傳輸 易于實現(xiàn)復(fù)雜規(guī)律的信號處理易于實現(xiàn)復(fù)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(yīng)用更加廣泛。近年的電動儀表多采用了安全防爆措施，應(yīng)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

42、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：速度傳送慢：速度傳送慢過程控制與自動化儀表57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

43、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)變化的數(shù)字量。由于有微處理器的存在，任何復(fù)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(fù)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(luò)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(luò)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

44、求。量控制要求。過程控制與自動化儀表581.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

45、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(fù)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(fù)雜程度各異的自動檢測和控制系統(tǒng)。常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

46、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592.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、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

47、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、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603. 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。

48、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(fù)雜控制。過組態(tài)可完成各種運算處理和復(fù)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615.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(wù)分派給各個微型過程控制計算機，將集中一臺計算機完

49、成的任務(wù)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(yīng)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(yīng)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“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(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技是計算機網(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

50、。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)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(luò)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絡(luò)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(luò)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)。采用全數(shù)字化、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡(luò)。通信協(xié)議規(guī)范化、采用全數(shù)字化、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡(luò)。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)、互換和互操標準化、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。作。過程控制與自動化儀表62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63模擬模擬儀表的

51、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)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(yīng)影響，因

52、此抗干擾能力強。直流信號不受交流感應(yīng)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64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 420 mA420 mA 用用0.6mm0.6mm直徑雙絞線可傳輸直徑雙絞線可傳輸1km1

53、km電流信號電流信號420 mA420 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?？垢蓴_能力強。 2 2、

54、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(fù)雜性和費用。、減少布線復(fù)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65交流供電：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66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

55、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67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

56、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，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）

57、。）。 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68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: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69l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70參數(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

58、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71l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72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73參數(shù)檢測與變送概述參數(shù)檢測與變送概述%)100%(100 xxa%100minmaxx

59、x過程控制與自動化儀表74l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75固有特性：固有特性：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%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(yīng)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(yīng)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(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操作的實際情況和該應(yīng)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

60、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76%8 . 0%1002007004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