工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)課件

工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類常用工業(yè)自動(dòng)化儀表的工作原理典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類1一、工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類能源分類結(jié)構(gòu)分類信號(hào)類型一、工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類能源分類21、能源分類氣動(dòng)儀表

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、價(jià)格便宜，且在本質(zhì)上是安全防爆的。電動(dòng)儀表

特點(diǎn)：信號(hào)的傳輸、放大、變換處理比氣動(dòng)儀表容易，便于遠(yuǎn)距離監(jiān)視和操作，還易于與計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代技術(shù)工具聯(lián)用。液動(dòng)儀表1、能源分類氣動(dòng)儀表32、信號(hào)類型分類模擬式

特點(diǎn)：線路較簡單，操作方便，價(jià)格較低，在設(shè)計(jì)、制造、使用上有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。數(shù)字式

特點(diǎn)：以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能完善，性能優(yōu)越，編程靈活。2、信號(hào)類型分類模擬式43、結(jié)構(gòu)分類基地式控制儀表

以指示、記錄為主體，附加控制機(jī)構(gòu)組成。單元組合式控制儀表

根據(jù)控制系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表劃分成獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能的若干單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來聯(lián)系。組裝式綜合控制裝置在單元組合儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。3、結(jié)構(gòu)分類基地式控制儀表5集散控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制裝置。特點(diǎn)“集中管理、分散控制?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò)，特點(diǎn)”結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化和全分散性，系統(tǒng)的開放性，現(xiàn)場儀表的互可操作性和功能自治性，以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。集散控制系統(tǒng)6二、常用工業(yè)自動(dòng)化儀表的工作原理變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器二、常用工業(yè)自動(dòng)化儀表的工作原理變送器71、變送器概念：

將各種工藝變量和電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。包括測量部分（輸入轉(zhuǎn)換部分）、放大器和反饋部分。模擬變送器數(shù)字變送器

1、變送器概念：8（1）模擬變送器的構(gòu)成（1）模擬變送器的構(gòu)成9（2）數(shù)字變送器組成傳感器部件電子部件

由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、通信器件等組成。（2）數(shù)字變送器組成傳感器部件102、調(diào)節(jié)器概念

調(diào)節(jié)器接收偏差信號(hào)后，按一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號(hào)，作用于被控對(duì)象，以消除擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，從而使被控變量回到給定值上來。模擬調(diào)節(jié)器

采用模擬技術(shù)，以運(yùn)算放大器等模擬器件為基本部件。模擬式控制器所傳送的信號(hào)形式為連續(xù)的模擬信號(hào)，其基本結(jié)構(gòu)包括比較環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)放大器等。比較環(huán)節(jié)

2、調(diào)節(jié)器概念11比較環(huán)節(jié)將被控變量的測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差。電動(dòng)控制器是在輸入電路中進(jìn)行電壓或電流信號(hào)的比較。反饋環(huán)節(jié)控制器的PID控制規(guī)律是通過反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行的。輸出的電信號(hào)通過電阻和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端。放大器放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動(dòng)控制器中可采用高增益的集成運(yùn)算放大器。

比較環(huán)節(jié)12

DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元調(diào)節(jié)器是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來自變送器或轉(zhuǎn)換器的1～5V直流測量信號(hào)作為輸入信號(hào)，與1～5V直流設(shè)定信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出1～5V或4～20mA直流控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。整套儀表可以構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，而且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)控制室與危險(xiǎn)場所之間的能量限制和隔離。

有軟、硬兩種手動(dòng)操作方式，軟手動(dòng)與自動(dòng)之間相互切換具有雙向無平衡無擾動(dòng)特性，提高了控制器的操作性能。這是因?yàn)樵谧詣?dòng)與軟手動(dòng)之間有保持狀態(tài)，此時(shí)控制器輸出可長期保持不變，所以即使有偏差存在，也能實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，現(xiàn)場傳輸信號(hào)為4～20mA直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1～5V直流電壓，信號(hào)電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。由于電氣零點(diǎn)不是從零開始，因此容易識(shí)別斷電、斷線等故障。信號(hào)傳輸采用電流傳送-電壓接受的并聯(lián)方式，即進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)為直流電流信號(hào)（4～20mA），將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)后，以并聯(lián)形式傳輸給控制室各儀表。DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元調(diào)節(jié)器13控制器的工作狀態(tài)有“自動(dòng)”、“軟手動(dòng)”、“硬手動(dòng)”及“保持”四種?？刂破鞯墓ぷ鳡顟B(tài)有“自動(dòng)”、“軟手動(dòng)”、“硬手動(dòng)”及“保持”14

DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律１.比例調(diào)節(jié)比例控制的輸出與輸入的關(guān)系為：y＝KpeKP是比例增益，它決定了比例控制作用的強(qiáng)弱。KP越大，比例控制作用越強(qiáng)。KP越小，比例控制作用越弱。特點(diǎn)：及時(shí)、迅速（控制器的輸出與輸入成正比，只要有偏差存在，控制器輸出就會(huì)馬上與偏差成比例地變化）２．比例積分調(diào)節(jié)比例積分作用的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

只要存在偏差，積分控制器的輸出就會(huì)不斷地隨時(shí)間積分而增大，只有當(dāng)偏差為零時(shí)，控制器才會(huì)停止積分，保持在一定的輸出值不變。積分作用的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是能夠消除余差，TI：積分時(shí)間，積分時(shí)間是指在階躍信號(hào)作用下，控制器積分作用的輸出等于比例作用的輸出所經(jīng)歷的時(shí)間。積分時(shí)間TI是一個(gè)常數(shù)，它可以用來表示積分速度的大小和積分作用的強(qiáng)弱。３．比例微分調(diào)節(jié)比例微分的輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系為：

通常稱微分控制為“超前控制”。比例微分輸出的大小與偏差變化速度及微分時(shí)間ＴＤ成正比。微分作用的強(qiáng)弱用微分時(shí)間來衡量。微分時(shí)間越長，微分作用越強(qiáng)。

15（2）數(shù)字調(diào)節(jié)器包括主機(jī)電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人機(jī)聯(lián)系部分和通信部件等。單回路數(shù)字控制器（2）數(shù)字調(diào)節(jié)器包括主機(jī)電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人16單回路數(shù)字控制器簡介概述單回路數(shù)字控制器是以微處理機(jī)為核心，接收和輸出都可以是4~20mADC標(biāo)準(zhǔn)的、連續(xù)的電模擬量信號(hào)；內(nèi)部處理信號(hào)為數(shù)字量，可由用戶編制程序，可組成多種控制規(guī)律的一種數(shù)字式過程控制裝置。單回路數(shù)字控制器簡介概述17

結(jié)構(gòu)原理:

單回路數(shù)字控制器的基本組成

結(jié)構(gòu)原理:

183、執(zhí)行器概念

執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)執(zhí)行器（角行程和直行程）

它將輸入的直流電流信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成位移量。均是以兩相交流電機(jī)為動(dòng)力的位置伺服機(jī)構(gòu)，兩者電氣原理完全相同，只是減速器不一樣。氣動(dòng)執(zhí)行器（薄膜式和活塞式）

接受電/氣轉(zhuǎn)換器輸出的氣壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的推桿直線位移，以推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作。3、執(zhí)行器概念19（1）電動(dòng)執(zhí)行器特點(diǎn)：

①由于工頻電源取用方便，不需增添專門裝置，特別是執(zhí)行器應(yīng)用數(shù)量不太多的單位,更為適宜;②動(dòng)作靈敏、精度較高、信號(hào)傳輸速度快、傳輸距離可以很長，便于集中控制;③在電源中斷時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器能保持原位不動(dòng)，不影響主設(shè)備的安全;④與電動(dòng)控制儀表配合方便，安裝接線簡單;⑤成本較貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修麻煩，并只能應(yīng)用于防爆要求不太高的場合。（1）電動(dòng)執(zhí)行器特點(diǎn)：20電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)：電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)：21（2）氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)(閥)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換成閥桿位移的裝置。控制機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。（2）氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控22P：調(diào)節(jié)器的輸出壓力信號(hào)；A：薄膜的有效面積；K：彈簧彈性系數(shù)；L：執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿位移P：調(diào)節(jié)器的輸出壓力信號(hào)；A：薄膜的有效面積；K：彈簧彈性23氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成：由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按推桿位移的方向有：正作用形式：如果當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向下移動(dòng)反作用形式：當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向上移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接與介質(zhì)接觸，通過改變閥芯的行程而改變控制閥的阻力系數(shù)，以達(dá)到控制流量的目的?？刂崎y有直通雙座控制閥、直通單座控制閥、蝶閥、三通閥、高壓閥、角形閥、隔膜閥等多種結(jié)構(gòu)形式。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成：由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。24（1）直通單座閥閥體內(nèi)有一個(gè)閥芯、一個(gè)閥座，如圖（a）所示。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，泄漏量小，易于關(guān)閉，可將流體完全切斷。缺點(diǎn)：流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的單方向的不平衡力大，尤其在高壓差、大口徑時(shí)，不平衡力更大。適用場合：它只適用于低壓差的場合。（2）直通雙座閥閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座，如圖（b）所示。流體從左側(cè)進(jìn)入，通過上、下閥芯后，再匯合在一起，由右側(cè)流出。特點(diǎn)：流體流過的時(shí)，作用在上、下兩個(gè)閥芯上的推力方向相反，大小近于相等，可以相互抵消，不平衡力小。缺點(diǎn)：受加工的限制，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)關(guān)嚴(yán)，泄漏量較大。流通能力較大大。適用場合：適用于低粘度、不含纖維、懸浮顆粒的潔凈介質(zhì)及高壓差、高靜壓且允許有泄漏的場合。（3）角形閥（c）為角形閥。它的閥體為直角形，其他結(jié)構(gòu)與直通單座閥相似。其閥芯為單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，只能正裝。特點(diǎn)：角形閥的流路簡單，阻力小，適用場合：適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的控制，可避免堵塞和結(jié)焦，便于自凈和清洗。（4）三通閥有三個(gè)出入口與管道相連，按作用方式分為分流式和合流式,如圖（d）和（e）所示。分流閥是一進(jìn)兩出，合流閥是兩進(jìn)一出。閥芯移動(dòng)時(shí)，流體一路增加，另一路減小。但總量不變。工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)課件25（3）液動(dòng)執(zhí)行器在易燃易爆的工作環(huán)境中，常常使用氣動(dòng)執(zhí)行器；而在大型高壓壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中常用液動(dòng)執(zhí)行器。和氣動(dòng)執(zhí)行器相比,液動(dòng)執(zhí)行器具有如下特點(diǎn)：（1）控制精度高、性能好。（2）輸出推力大。（3）響應(yīng)速度快。圖10-11電液伺服控制系統(tǒng)（4）動(dòng)作平穩(wěn)、無振蕩和噪音。（3）液動(dòng)執(zhí)行器在易燃易爆的工作環(huán)境中，26電液伺服控制系統(tǒng)

電液伺服控制系統(tǒng)27（4）控制閥的流量特性

概念：

是指流體通過閥門的相對(duì)流量，與閥門相對(duì)開度之間的關(guān)系，即：

（4）控制閥的流量特性概念：28（1）直線流量特性直線流量特性是指控制閥的相對(duì)開度與相對(duì)流量間成直線關(guān)系，直線流量特性的控制閥在小開度時(shí)，其相對(duì)流量變化大，控制作用太強(qiáng)，易引起超調(diào)，產(chǎn)生振蕩；而在大開度工作時(shí)，其相對(duì)流量的變化小，控制作用太弱，會(huì)造成控制作用不夠及時(shí)。因此，在使用直線流量特性的控制閥時(shí)，應(yīng)盡量避免控制閥工作在此區(qū)域內(nèi)。（2）等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性等百分比流量特性是指單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比。等百分比流量特性控制閥相對(duì)流量和相對(duì)行程的關(guān)系是非線性的，相對(duì)開度較小時(shí)，流量變化較小；在相對(duì)開度較大時(shí)，流量變化較大。因此它在全行程范圍內(nèi)相對(duì)流量的百分比變化率相同。所以控制過程平穩(wěn)，適用范圍較廣，更適用于負(fù)荷變化大的工藝對(duì)象。（3）快開流量特性這種流量特性在小開度時(shí)流量就比較大，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，故稱為快開流量特性。（1）直線流量特性29（5）控制閥氣開、氣關(guān)形式

氣開閥是指輸入氣壓信號(hào)p＞0.02Mpa時(shí)，控制閥開始打開，也就是說“有氣”時(shí)閥打開。當(dāng)輸入氣壓信號(hào)p=0.1Mpa時(shí)，控制閥全開。當(dāng)氣壓信號(hào)消失或等于0.02Mpa時(shí)，控制閥處于全關(guān)閉狀態(tài)。氣關(guān)閥是指輸入氣壓信號(hào)p＞0.02Mpa時(shí)，控制閥開始關(guān)閉，也就是說“有氣”時(shí)閥關(guān)閉。當(dāng)p=0.1Mpa時(shí)，控制閥全關(guān)。當(dāng)氣壓信號(hào)消失或等于0.02Mpa時(shí)，控制閥處于全開狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正、反兩種作用形式，控制閥也有正裝和反裝兩種形式。因此，實(shí)現(xiàn)控制閥氣開、氣關(guān)有四種組合：（a）氣關(guān)（b）氣開c）氣開（d）氣關(guān)（5）控制閥氣開、氣關(guān)形式氣開閥30閥的氣源信號(hào)發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時(shí)，閥處于全開的位置安全，還是處于全關(guān)的位置安全，要由具體的生產(chǎn)工藝來決定。選擇原則：

（1）首先要從生產(chǎn)安全出發(fā)，即當(dāng)氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制閥膜片破裂而漏氣等而使控制閥無法正常工作以致閥芯回復(fù)到無能源的初始狀態(tài)（氣開閥回復(fù)到全關(guān)，氣關(guān)閥回復(fù)到全開），應(yīng)能確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不致于發(fā)生事故。

（2）從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)，當(dāng)發(fā)生控制閥處于無能源狀態(tài)而回復(fù)到初始位置時(shí)，不應(yīng)降低產(chǎn)品的質(zhì)量。

（3）從降低原料、成品、動(dòng)力消耗來考慮。

（4）從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。閥的氣源信號(hào)發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時(shí)，閥處于31三、典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)

串級(jí)控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)三、典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)321、簡單控制系統(tǒng)是指由一個(gè)受控對(duì)象、一個(gè)測量變送器、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)象控制器執(zhí)行器測量變送裝置干擾被控變量給定值偏差1、簡單控制系統(tǒng)是指由一個(gè)受控對(duì)象、一個(gè)測量變送器、一個(gè)控制332、復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)

例如加熱爐溫度控制系統(tǒng)：

TMCTSCTSTTMT出口溫度TM被加熱原料燃料2、復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)TMCTSCTSTTMT出口溫度34加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖

加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖35串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)的作用1.改善了對(duì)象特征，起了超前控制的作用2.改善了對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，提高了工作頻率3.提高了控制器總放大倍數(shù)，增強(qiáng)了抗干擾能力4.具有一定的自適應(yīng)能力，適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的變化串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)的作用362、比值控制系統(tǒng)兩種物料或兩種以上的物理保持一定的比例關(guān)系。2、比值控制系統(tǒng)兩種物料或兩種以上的物理保持一定的比例關(guān)系。37單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，能夠克服副流量的波動(dòng)，能隨主流量的變化而變化，使FM與FS保持比值關(guān)系。但只適用于主流量沒有必要進(jìn)行控制的場合。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，能夠克服副流量的波動(dòng)，能隨主流量的變化而383、均勻控制系統(tǒng)當(dāng)前一設(shè)備的出料是后一設(shè)備的進(jìn)料，而后者的出料又源源不斷的輸送給其他設(shè)備做進(jìn)料。解決前后工序供求矛盾，使液面和流量的變化互相兼顧均勻變化，這就是均勻控制系統(tǒng)。3、均勻控制系統(tǒng)當(dāng)前一設(shè)備的出料是后一設(shè)備的進(jìn)料，而后者的出39簡單的均勻控制和串級(jí)均勻控制簡單均勻控制適用于擾動(dòng)較小，對(duì)流量的均勻程度要求較低的場合串級(jí)均勻控制系統(tǒng)適用于控制閥前后壓力干擾和自衡作用較顯著而且對(duì)流量的平衡要求又較高的場合簡單的均勻控制和串級(jí)均勻控制簡單均勻控制適用于擾動(dòng)較小，對(duì)流404、分程控制系統(tǒng)一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)同時(shí)送給兩個(gè)調(diào)節(jié)閥。分程控制系統(tǒng)有兩個(gè)調(diào)節(jié)閥分程控制方案中，閥的開閉形式，可分同向和異向兩種。4、分程控制系統(tǒng)一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)同時(shí)送給兩個(gè)調(diào)節(jié)閥。41同向調(diào)節(jié)閥：氣開氣開和氣閉氣閉同向調(diào)節(jié)閥：氣開氣開和氣閉氣閉42異向調(diào)節(jié)閥：氣閉氣開和氣開氣閉

異向調(diào)節(jié)閥：氣閉氣開和氣開氣閉43四控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

質(zhì)量指標(biāo)的表現(xiàn)：階躍響應(yīng)曲線特征參數(shù)峰值時(shí)間tp；最大偏差A(yù)；衰減比n；超調(diào)量σ；過渡時(shí)間ts；余差C。四控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)的表現(xiàn)：階躍響應(yīng)曲線44謝謝！謝謝！45每一個(gè)優(yōu)秀的人，都有一段沉默的時(shí)光。那一段時(shí)光，是付出了很多努力，忍受孤獨(dú)和寂寞，不抱怨不訴苦，日后說起時(shí)，連自己都能被感動(dòng)日子。。11月-2211月-22Monday,November7,2022企業(yè)的出路在于產(chǎn)品更新?lián)Q代。。00:16:5600:16:5600:1611/7/202212:16:56AM在企業(yè)內(nèi)部，只有成本。。11月-2200:16:5600:16Nov-2207-Nov-22人人是人才，賽馬不相馬，給每一個(gè)愿意干事的人才以發(fā)揮才干的舞臺(tái)。。00:16:5600:16:5600:16Monday,November7,2022旁觀者的姓名永遠(yuǎn)爬不到比賽的計(jì)分板上。。11月-2211月-2200:16:5600:16:56November7,2022我不理解這句話的意思。。2022年11月7日12:16上午11月-2211月-22漸進(jìn)思想是創(chuàng)新的最大敵人。。07十一月202212:16:56上午00:16:5611月-22無須匆忙，該來的總會(huì)來，在對(duì)的時(shí)間，和對(duì)的人，因?yàn)閷?duì)的理由。。十一月2212:16上午11月-2200:16November7,2022人在得意時(shí)須沉得住傲氣；失意時(shí)則要忍得住火氣。2022/11/70:16:5600:16:5607November2022學(xué)而不厭，誨人不倦?！墩撜Z》。12:16:56上午12:16上午00:16:5611月-22管理就是把復(fù)雜的問題簡單化，混亂的事情規(guī)劃化。。11月-2211月-2200:1600:16:5600:16:56Nov-22金錢損失了還能挽回，一旦失去信譽(yù)就很難挽回。。2022/11/70:16:56Monday,November7,2022自知之明是最難得的知識(shí)。。11月-222022/11/70:16:5611月-22謝謝各位！每一個(gè)優(yōu)秀的人，都有一段沉默的時(shí)光。那一段時(shí)光，是付出了很多46工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類常用工業(yè)自動(dòng)化儀表的工作原理典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類47一、工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類能源分類結(jié)構(gòu)分類信號(hào)類型一、工業(yè)自動(dòng)化儀表的分類能源分類481、能源分類氣動(dòng)儀表

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、價(jià)格便宜，且在本質(zhì)上是安全防爆的。電動(dòng)儀表

特點(diǎn)：信號(hào)的傳輸、放大、變換處理比氣動(dòng)儀表容易，便于遠(yuǎn)距離監(jiān)視和操作，還易于與計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代技術(shù)工具聯(lián)用。液動(dòng)儀表1、能源分類氣動(dòng)儀表492、信號(hào)類型分類模擬式

特點(diǎn)：線路較簡單，操作方便，價(jià)格較低，在設(shè)計(jì)、制造、使用上有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。數(shù)字式

特點(diǎn)：以微型計(jì)算機(jī)為核心，功能完善，性能優(yōu)越，編程靈活。2、信號(hào)類型分類模擬式503、結(jié)構(gòu)分類基地式控制儀表

以指示、記錄為主體，附加控制機(jī)構(gòu)組成。單元組合式控制儀表

根據(jù)控制系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表劃分成獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能的若干單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來聯(lián)系。組裝式綜合控制裝置在單元組合儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。3、結(jié)構(gòu)分類基地式控制儀表51集散控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制裝置。特點(diǎn)“集中管理、分散控制?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò)，特點(diǎn)”結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化和全分散性，系統(tǒng)的開放性，現(xiàn)場儀表的互可操作性和功能自治性，以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。集散控制系統(tǒng)52二、常用工業(yè)自動(dòng)化儀表的工作原理變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器二、常用工業(yè)自動(dòng)化儀表的工作原理變送器531、變送器概念：

將各種工藝變量和電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。包括測量部分（輸入轉(zhuǎn)換部分）、放大器和反饋部分。模擬變送器數(shù)字變送器

1、變送器概念：54（1）模擬變送器的構(gòu)成（1）模擬變送器的構(gòu)成55（2）數(shù)字變送器組成傳感器部件電子部件

由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、通信器件等組成。（2）數(shù)字變送器組成傳感器部件562、調(diào)節(jié)器概念

調(diào)節(jié)器接收偏差信號(hào)后，按一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號(hào)，作用于被控對(duì)象，以消除擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，從而使被控變量回到給定值上來。模擬調(diào)節(jié)器

采用模擬技術(shù)，以運(yùn)算放大器等模擬器件為基本部件。模擬式控制器所傳送的信號(hào)形式為連續(xù)的模擬信號(hào)，其基本結(jié)構(gòu)包括比較環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)放大器等。比較環(huán)節(jié)

2、調(diào)節(jié)器概念57比較環(huán)節(jié)將被控變量的測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差。電動(dòng)控制器是在輸入電路中進(jìn)行電壓或電流信號(hào)的比較。反饋環(huán)節(jié)控制器的PID控制規(guī)律是通過反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行的。輸出的電信號(hào)通過電阻和電容構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)反饋到輸入端。放大器放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動(dòng)控制器中可采用高增益的集成運(yùn)算放大器。

比較環(huán)節(jié)58

DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元調(diào)節(jié)器是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來自變送器或轉(zhuǎn)換器的1～5V直流測量信號(hào)作為輸入信號(hào)，與1～5V直流設(shè)定信號(hào)相比較得到偏差信號(hào)，然后對(duì)此信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出1～5V或4～20mA直流控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝變量的控制。整套儀表可以構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)，而且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)控制室與危險(xiǎn)場所之間的能量限制和隔離。

有軟、硬兩種手動(dòng)操作方式，軟手動(dòng)與自動(dòng)之間相互切換具有雙向無平衡無擾動(dòng)特性，提高了控制器的操作性能。這是因?yàn)樵谧詣?dòng)與軟手動(dòng)之間有保持狀態(tài)，此時(shí)控制器輸出可長期保持不變，所以即使有偏差存在，也能實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，現(xiàn)場傳輸信號(hào)為4～20mA直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1～5V直流電壓，信號(hào)電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。由于電氣零點(diǎn)不是從零開始，因此容易識(shí)別斷電、斷線等故障。信號(hào)傳輸采用電流傳送-電壓接受的并聯(lián)方式，即進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)為直流電流信號(hào)（4～20mA），將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)后，以并聯(lián)形式傳輸給控制室各儀表。DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元調(diào)節(jié)器59控制器的工作狀態(tài)有“自動(dòng)”、“軟手動(dòng)”、“硬手動(dòng)”及“保持”四種。控制器的工作狀態(tài)有“自動(dòng)”、“軟手動(dòng)”、“硬手動(dòng)”及“保持”60

DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律１.比例調(diào)節(jié)比例控制的輸出與輸入的關(guān)系為：y＝KpeKP是比例增益，它決定了比例控制作用的強(qiáng)弱。KP越大，比例控制作用越強(qiáng)。KP越小，比例控制作用越弱。特點(diǎn)：及時(shí)、迅速（控制器的輸出與輸入成正比，只要有偏差存在，控制器輸出就會(huì)馬上與偏差成比例地變化）２．比例積分調(diào)節(jié)比例積分作用的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

只要存在偏差，積分控制器的輸出就會(huì)不斷地隨時(shí)間積分而增大，只有當(dāng)偏差為零時(shí)，控制器才會(huì)停止積分，保持在一定的輸出值不變。積分作用的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是能夠消除余差，TI：積分時(shí)間，積分時(shí)間是指在階躍信號(hào)作用下，控制器積分作用的輸出等于比例作用的輸出所經(jīng)歷的時(shí)間。積分時(shí)間TI是一個(gè)常數(shù)，它可以用來表示積分速度的大小和積分作用的強(qiáng)弱。３．比例微分調(diào)節(jié)比例微分的輸出與輸入信號(hào)的關(guān)系為：

通常稱微分控制為“超前控制”。比例微分輸出的大小與偏差變化速度及微分時(shí)間ＴＤ成正比。微分作用的強(qiáng)弱用微分時(shí)間來衡量。微分時(shí)間越長，微分作用越強(qiáng)。

61（2）數(shù)字調(diào)節(jié)器包括主機(jī)電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人機(jī)聯(lián)系部分和通信部件等。單回路數(shù)字控制器（2）數(shù)字調(diào)節(jié)器包括主機(jī)電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人62單回路數(shù)字控制器簡介概述單回路數(shù)字控制器是以微處理機(jī)為核心，接收和輸出都可以是4~20mADC標(biāo)準(zhǔn)的、連續(xù)的電模擬量信號(hào)；內(nèi)部處理信號(hào)為數(shù)字量，可由用戶編制程序，可組成多種控制規(guī)律的一種數(shù)字式過程控制裝置。單回路數(shù)字控制器簡介概述63

結(jié)構(gòu)原理:

單回路數(shù)字控制器的基本組成

結(jié)構(gòu)原理:

643、執(zhí)行器概念

執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)執(zhí)行器（角行程和直行程）

它將輸入的直流電流信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換成位移量。均是以兩相交流電機(jī)為動(dòng)力的位置伺服機(jī)構(gòu)，兩者電氣原理完全相同，只是減速器不一樣。氣動(dòng)執(zhí)行器（薄膜式和活塞式）

接受電/氣轉(zhuǎn)換器輸出的氣壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的推桿直線位移，以推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作。3、執(zhí)行器概念65（1）電動(dòng)執(zhí)行器特點(diǎn)：

①由于工頻電源取用方便，不需增添專門裝置，特別是執(zhí)行器應(yīng)用數(shù)量不太多的單位,更為適宜;②動(dòng)作靈敏、精度較高、信號(hào)傳輸速度快、傳輸距離可以很長，便于集中控制;③在電源中斷時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器能保持原位不動(dòng)，不影響主設(shè)備的安全;④與電動(dòng)控制儀表配合方便，安裝接線簡單;⑤成本較貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修麻煩，并只能應(yīng)用于防爆要求不太高的場合。（1）電動(dòng)執(zhí)行器特點(diǎn)：66電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)：電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)：67（2）氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)(閥)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按控制信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，推動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作，所以它是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換成閥桿位移的裝置?？刂茩C(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質(zhì)接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過閥的流量的裝置。（2）氣動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控68P：調(diào)節(jié)器的輸出壓力信號(hào)；A：薄膜的有效面積；K：彈簧彈性系數(shù)；L：執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿位移P：調(diào)節(jié)器的輸出壓力信號(hào)；A：薄膜的有效面積；K：彈簧彈性69氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成：由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按推桿位移的方向有：正作用形式：如果當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向下移動(dòng)反作用形式：當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向上移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直接與介質(zhì)接觸，通過改變閥芯的行程而改變控制閥的阻力系數(shù)，以達(dá)到控制流量的目的。控制閥有直通雙座控制閥、直通單座控制閥、蝶閥、三通閥、高壓閥、角形閥、隔膜閥等多種結(jié)構(gòu)形式。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成：由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。70（1）直通單座閥閥體內(nèi)有一個(gè)閥芯、一個(gè)閥座，如圖（a）所示。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，泄漏量小，易于關(guān)閉，可將流體完全切斷。缺點(diǎn)：流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的單方向的不平衡力大，尤其在高壓差、大口徑時(shí)，不平衡力更大。適用場合：它只適用于低壓差的場合。（2）直通雙座閥閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座，如圖（b）所示。流體從左側(cè)進(jìn)入，通過上、下閥芯后，再匯合在一起，由右側(cè)流出。特點(diǎn)：流體流過的時(shí)，作用在上、下兩個(gè)閥芯上的推力方向相反，大小近于相等，可以相互抵消，不平衡力小。缺點(diǎn)：受加工的限制，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)關(guān)嚴(yán)，泄漏量較大。流通能力較大大。適用場合：適用于低粘度、不含纖維、懸浮顆粒的潔凈介質(zhì)及高壓差、高靜壓且允許有泄漏的場合。（3）角形閥（c）為角形閥。它的閥體為直角形，其他結(jié)構(gòu)與直通單座閥相似。其閥芯為單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，只能正裝。特點(diǎn)：角形閥的流路簡單，阻力小，適用場合：適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的控制，可避免堵塞和結(jié)焦，便于自凈和清洗。（4）三通閥有三個(gè)出入口與管道相連，按作用方式分為分流式和合流式,如圖（d）和（e）所示。分流閥是一進(jìn)兩出，合流閥是兩進(jìn)一出。閥芯移動(dòng)時(shí)，流體一路增加，另一路減小。但總量不變。工業(yè)自動(dòng)化儀表與系統(tǒng)課件71（3）液動(dòng)執(zhí)行器在易燃易爆的工作環(huán)境中，常常使用氣動(dòng)執(zhí)行器；而在大型高壓壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中常用液動(dòng)執(zhí)行器。和氣動(dòng)執(zhí)行器相比,液動(dòng)執(zhí)行器具有如下特點(diǎn)：（1）控制精度高、性能好。（2）輸出推力大。（3）響應(yīng)速度快。圖10-11電液伺服控制系統(tǒng)（4）動(dòng)作平穩(wěn)、無振蕩和噪音。（3）液動(dòng)執(zhí)行器在易燃易爆的工作環(huán)境中，72電液伺服控制系統(tǒng)

電液伺服控制系統(tǒng)73（4）控制閥的流量特性

概念：

是指流體通過閥門的相對(duì)流量，與閥門相對(duì)開度之間的關(guān)系，即：

（4）控制閥的流量特性概念：74（1）直線流量特性直線流量特性是指控制閥的相對(duì)開度與相對(duì)流量間成直線關(guān)系，直線流量特性的控制閥在小開度時(shí)，其相對(duì)流量變化大，控制作用太強(qiáng)，易引起超調(diào)，產(chǎn)生振蕩；而在大開度工作時(shí)，其相對(duì)流量的變化小，控制作用太弱，會(huì)造成控制作用不夠及時(shí)。因此，在使用直線流量特性的控制閥時(shí)，應(yīng)盡量避免控制閥工作在此區(qū)域內(nèi)。（2）等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性等百分比流量特性是指單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比。等百分比流量特性控制閥相對(duì)流量和相對(duì)行程的關(guān)系是非線性的，相對(duì)開度較小時(shí)，流量變化較小；在相對(duì)開度較大時(shí)，流量變化較大。因此它在全行程范圍內(nèi)相對(duì)流量的百分比變化率相同。所以控制過程平穩(wěn)，適用范圍較廣，更適用于負(fù)荷變化大的工藝對(duì)象。（3）快開流量特性這種流量特性在小開度時(shí)流量就比較大，隨著開度的增大，流量很快達(dá)到最大，故稱為快開流量特性。（1）直線流量特性75（5）控制閥氣開、氣關(guān)形式

氣開閥是指輸入氣壓信號(hào)p＞0.02Mpa時(shí)，控制閥開始打開，也就是說“有氣”時(shí)閥打開。當(dāng)輸入氣壓信號(hào)p=0.1Mpa時(shí)，控制閥全開。當(dāng)氣壓信號(hào)消失或等于0.02Mpa時(shí)，控制閥處于全關(guān)閉狀態(tài)。氣關(guān)閥是指輸入氣壓信號(hào)p＞0.02Mpa時(shí)，控制閥開始關(guān)閉，也就是說“有氣”時(shí)閥關(guān)閉。當(dāng)p=0.1Mpa時(shí)，控制閥全關(guān)。當(dāng)氣壓信號(hào)消失或等于0.02Mpa時(shí)，控制閥處于全開狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正、反兩種作用形式，控制閥也有正裝和反裝兩種形式。因此，實(shí)現(xiàn)控制閥氣開、氣關(guān)有四種組合：（a）氣關(guān)（b）氣開c）氣開（d）氣關(guān)（5）控制閥氣開、氣關(guān)形式氣開閥76閥的氣源信號(hào)發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時(shí)，閥處于全開的位置安全，還是處于全關(guān)的位置安全，要由具體的生產(chǎn)工藝來決定。選擇原則：

（1）首先要從生產(chǎn)安全出發(fā)，即當(dāng)氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制閥膜片破裂而漏氣等而使控制閥無法正常工作以致閥芯回復(fù)到無能源的初始狀態(tài)（氣開閥回復(fù)到全關(guān)，氣關(guān)閥回復(fù)到全開），應(yīng)能確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不致于發(fā)生事故。

（2）從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)，當(dāng)發(fā)生控制閥處于無能源狀態(tài)而回復(fù)到初始位置時(shí)，不應(yīng)降低產(chǎn)品的質(zhì)量。

（3）從降低原料、成品、動(dòng)力消耗來考慮。

（4）從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。閥的氣源信號(hào)發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時(shí)，閥處于77三、典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)

串級(jí)控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)三、典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構(gòu)建簡單控制系統(tǒng)781、簡單控制系統(tǒng)是指由一個(gè)受控對(duì)象、一個(gè)測量變送器、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)象控制器執(zhí)行器測量變送裝置干擾被控變量給定值偏差1、簡單控制系統(tǒng)是指由一個(gè)受控對(duì)象、一個(gè)測量變送器、一個(gè)控制792、復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)

例如加熱爐溫度控制系統(tǒng)：

TMCTSCTSTTMT出口溫度TM被加熱原料燃料2、復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)TMCTSCTSTTMT出口溫度80加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖

加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖81串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)的作用1.改善了對(duì)象特征，起了超前控制的作用2.改善了對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，提高了工作頻率3.提高了控制器總放大倍數(shù)，增強(qiáng)了抗干擾能力4.具有一定的自適應(yīng)能力，適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的變化串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)的作用822、比值控制系統(tǒng)兩種物料或兩種以上的物理保持一定的比例關(guān)系。2、比值控制系統(tǒng)兩