自動化儀表緒論課件

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

二、過程控制儀表的發(fā)展概況三、過程控制儀表的分類及特點

課程的性質課程的任務自動化儀表緒論一、過程控制儀表與控制系統(tǒng)自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱為過程控制儀表或裝置），使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù)（壓力、物位、流量、溫度、PH值等）自動地按照預定的規(guī)律運行。回顧:什么是自動控制?自動化儀表緒論例:一貯罐液位控制系統(tǒng)。要求貯罐液位保持一定，以滿足生產需要；圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構成了一個單回路控制系統(tǒng)。分析:貯罐液位由液位變送器轉換成相應的標準信號送到控制器，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，控制執(zhí)行器的動作，通過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。自動化儀表緒論控制器被控對象變送器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等標準信號）液位開關、料位開關、接近開關(通常輸出on/off信號)傳感器（Pt100、熱電偶……）……通常安裝于控制室通常安裝于現(xiàn)場顯示儀表四個基本環(huán)節(jié)：被控對象、檢測儀表、控制器、執(zhí)行器（顯示儀表根據(jù)需要可選）閥門：調節(jié)閥、電磁閥、氣動蝶閥……泵：開關泵、變頻泵控制閥自動化儀表緒論過程控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產過程自動化的平臺,而過程控制儀表與裝置是過程控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。一、過程控制儀表與控制系統(tǒng)關系：自動化儀表緒論二、過程控制儀表的發(fā)展概況50年代

60年代

70年代

80年代

90年代21世紀至今QDZ

Ⅰ

QDZ

Ⅱ

QDZ

ⅢDDZ

Ⅰ

DDZ

Ⅱ

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Ⅲ

數(shù)字式（智能式）控制儀表

DCS系統(tǒng)（PLC）現(xiàn)場總線以太網自動化儀表緒論三、過程控制儀表的分類及特點（一）按能源形式分：1.氣動控制儀表2.電動控制儀表3.液動控制儀表

（二）結構形式分：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)場總線控制系統(tǒng)。（三）按信號形式分：1.模擬控制儀表2.數(shù)字控制儀表自動化儀表緒論（一）按能源形式分：電動控制儀表的特點：信號傳送速度快、傳送距離遠、易于與計算機聯(lián)用。

氣動控制儀表的特點：結構簡單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。自動化儀表緒論（二）結構形式分：1.基地式控制儀表以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機構。2.單元組合控制儀表

電動單元組合儀表：DDZ

Ⅰ型；DDZⅡ型；DDZⅢ型電源：220VAC；24VDC；電信號：電流0～10mADC；4～20mADC；Vo：1～5VDC氣動單元組合儀表：氣源：140kPa；氣信號：20～100kPa自動化儀表緒論3.組裝式控制儀表一種功能分離、結構組件化的成套儀表裝置。工程實際中已很少使用。4.數(shù)字控制儀表以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形結構、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，通過組態(tài)可完成各種運算處理和復雜控制?？珊陀嬎銠C配合使用，以構成不同規(guī)模的分級控制系統(tǒng)。自動化儀表緒論5.集散型控制系統(tǒng)

將集中一臺計算機完成的任務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、能適應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“控制分散”或“危險分散”，管理高度集中。6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是計算機網絡技術、通信技術、控制技術和現(xiàn)代儀器儀表技術的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網絡系統(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絡。自動化儀表緒論（三）按信號類型分：模擬式控制儀表傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。這類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低使用上均有較成熟的經驗。數(shù)字式控制儀表傳輸信號通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這些儀表和裝置是以微型計算機為核心，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題，滿足現(xiàn)代化生產過程的高質量控制要求。自動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

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

氣動閥門定位器氣動執(zhí)行機構電動執(zhí)行機構自動化儀表緒論直通單、雙座控制閥直通單、雙座控制閥自動化儀表緒論閘閥球閥三通閥蝶閥角閥自動化儀表緒論計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程

DDC控制始于50末期本質：用一臺計算機取代一組模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控制回路特點：具有里程碑意義問題：價格、性能集中型計算機控制本質：一臺計算機取代盡可能多的模擬調節(jié)器特點：控制集中信息集中危險集中問題：性能DCS控制始于70年代本質：采用過程控制－過程管理－生產管理等多層結構特點：控制分散信息集中半數(shù)字，半分散傳統(tǒng)DCSPLC_BasedDCSIPC_BasedDCSFCS本質：支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通訊，將全廠最基礎的現(xiàn)場級儀表和裝置均通過現(xiàn)場總線連接起來特點：把控制任務下移到智能現(xiàn)場設備，全分散控制分布式IODCS現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場I/O設備上，各現(xiàn)場I/O設備與控制站間通過網絡（現(xiàn)場總線）連接。過渡型結構自動化儀表緒論——直接數(shù)字量控制本質——用一臺計算機取代一組模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術簡單地取代模擬控制技術。過程控制計算機SPAI、DIAO、DO

檢測儀表執(zhí)行器被控過程（對象）起始于50年代末期，開辟了一個轟轟烈烈的計算機工業(yè)應用時代

優(yōu)點——計算靈活，精度高，PID控制規(guī)律，分時處理多個控制回路此外，DDC也很快發(fā)展到PID以外的多種復雜控制。問題——價格昂貴，運算速度不高自動化儀表緒論——集中型計算機控制系統(tǒng)初衷：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路。外設過程控制計算機AIDIAODO

被控過程（對象）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，集中型計算機控制可以實現(xiàn)各種更復雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產。問題：由于當時計算機總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負荷過載，控制集中直接導致危險集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱”。自動化儀表緒論——集散控制系統(tǒng)DCS出發(fā)點（2個方面）：(1)不能采取控制回路高度集中的設計思想，需要把控制功能分散到若干個控制站實現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性；(2)考慮到整個生產過程的整體性，各個控制系統(tǒng)（回路）的運行應當服從工業(yè)生產管理的總體目標。根本特征:控制的分散性和管理的集中性自動化儀表緒論

控制層網絡管理層網絡遠程節(jié)點Web服務器

現(xiàn)場設備層操作站工程師站DCS的物理層次示意自動化儀表緒論現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）自動化儀表緒論定義是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。支持雙向、多節(jié)點、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進行A/D、D/A的轉換·把控制任務下移到現(xiàn)場設備，以實現(xiàn)測量控制一體化全分散本質特點評價·已成為全世界范圍自動化技術發(fā)展的熱點·涉及整個自動化和儀表的工業(yè)“革命”FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)自動化儀表緒論計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展特征隨著局域網、Internet、IT技術迅速發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)向集成化、網絡化、智能化、信息化發(fā)展成為一種趨勢系統(tǒng)結構向網絡化、網絡扁平化方向發(fā)展

系統(tǒng)功能向綜合化方向發(fā)展系統(tǒng)設備向多樣化方向發(fā)展自動化儀表緒論現(xiàn)場總線式變送器現(xiàn)場總線式閥門定位器安全防爆工業(yè)以太網安全防爆總線非安全防爆總線自動化儀表緒論控制室控制臺流程圖自動化儀表緒論儀表盤操作員站自動化儀表緒論操作員站CRT工業(yè)流程圖自動化儀表緒論工藝-儀表組合圖加熱爐汽包LTLC給水蒸汽Σ氣關閥FCOPE-MARK工位標記CASCMPAUTNROPNCNDAOF100：0CAS0.0自動化儀表緒論《過程控制儀表及裝置》是自動控制專業(yè)的一門專業(yè)課課程的性質自動化儀表緒論課程的任務任務：使學生理解各控制儀表的原理結構，獲得控制儀表及裝置的安裝使用、校驗、維護方面的基本知識和技能。基礎知識：電工學、電子學、檢測儀表、控制原理、微機原理等。內容:DDZ

Ⅲ型表;氣動執(zhí)行器；數(shù)字控制器;集散控制系統(tǒng)；智能式現(xiàn)場儀表。自動化儀表緒論學習方法要認真聽課，注意老師對問題的分析，通過案例分析和實訓環(huán)節(jié)獲得過程控制儀表的使用、校驗和維護方法；理論聯(lián)系實際，帶著問題學，在用眼、用腦的同時還要