給水排水工程儀表與控制七過(guò)程控制儀表.ppt

1、給水排水工程儀表與控制,華中科技大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院,給水排水工程 過(guò)程控制儀表,過(guò)程控制儀表的基本類型 傳統(tǒng)控制器 基于微處理器的智能控制器,過(guò)程控制儀表,50年來(lái)，中國(guó)控制儀表和控制系統(tǒng)在經(jīng)歷了氣動(dòng)基地式儀表、電動(dòng)（氣動(dòng)）單元組合儀表、智能數(shù)字調(diào)節(jié)器幾代控制儀表的發(fā)展過(guò)程后，進(jìn)入了DCS、PLC、FCS、PCBCS控制系統(tǒng)并存的時(shí)代。,過(guò)程控制儀表,基本類型,過(guò)程控制儀表,傳統(tǒng)控制器：自力式控制器 自力式調(diào)節(jié)器是以被調(diào)介質(zhì)本身的力量或經(jīng)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換，去帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥等裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。,過(guò)程控制儀表,傳統(tǒng)控制器：基地式控制器 基地式調(diào)節(jié)器一般帶有指示或記錄機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)器的測(cè)量機(jī)構(gòu)將被控參數(shù)轉(zhuǎn)換

2、成位移信號(hào)，送到比較機(jī)構(gòu)與給定位移信號(hào)相比較，再經(jīng)二級(jí)功率放大器和反饋機(jī)構(gòu)，發(fā)出控制信號(hào)去操作調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 常見(jiàn)的電動(dòng)基地式調(diào)節(jié)器如動(dòng)圈式指示調(diào)節(jié)器。 XF系列動(dòng)圈式指示調(diào)節(jié)儀,過(guò)程控制儀表,傳統(tǒng)控制器：?jiǎn)卧M合式自動(dòng)化儀表 單元組合儀表是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)具有的不同功能，將整個(gè)系統(tǒng)劃分成若干個(gè)具有獨(dú)立作用的單元，各單元間以統(tǒng)一信號(hào)互相聯(lián)系。單元的品種雖然不很多，但可按照生產(chǎn)工藝的需要加以組合，構(gòu)成各種單參數(shù)或多參數(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 有氣動(dòng)單元組合式和電動(dòng)單元組合式二種。 QDZ 和 DDZ,過(guò)程控制儀表,QDZ pneumatic modular system fo

3、r automatic control 標(biāo)準(zhǔn)單元是按儀表在自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用劃分的,各單元間使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的(20100 kPa)氣壓信號(hào)。 由若干種具有獨(dú)立功能的標(biāo)準(zhǔn)單元組成的一套氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表 ，用壓縮空氣作為能源。,過(guò)程控制儀表,這些單元經(jīng)過(guò)不同的組合，可構(gòu)成不同復(fù)雜程度的各種自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。氣動(dòng)單元組合儀表廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程，特別適宜用在易燃、易爆的場(chǎng)合，還常通過(guò)轉(zhuǎn)換單元與電動(dòng)單元組合儀表聯(lián)用。 氣動(dòng)單元組合儀表的、型，不同之處主要在于內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理，外部性能一致。,過(guò)程控制儀表,過(guò)程控制儀表,electronic modular system f

4、or automatic control DDZ 從1958年開(kāi)始，中國(guó)開(kāi)始研制電動(dòng)單元組合儀表，1964年，全套27個(gè)品種的DDZ-I型儀表全部投入生產(chǎn)，采用磁放大器和6N1型電子管作為主要放大元件, 結(jié)構(gòu)上采用多單元制，所以儀表體積大、性能差、構(gòu)成系統(tǒng)儀表用量多，實(shí)際應(yīng)用量很少。,過(guò)程控制儀表,DDZ 從1965年起，中國(guó)開(kāi)始研制DDZ-II型電動(dòng)單元組合儀表，采用010mA直流電流信號(hào)制并以晶體管作為主要放大元件。1970年，國(guó)家組織了全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)，規(guī)范了DDZ-II型電動(dòng)單元組合儀表的型號(hào)、性能指標(biāo)、連接部件、外形尺寸。 DDZ-II型電動(dòng)單元組合儀表在全國(guó)得到較為普遍的應(yīng)用，一批由數(shù)

5、十個(gè)甚至更多調(diào)節(jié)回路組成的控制系統(tǒng)在各行各業(yè)投入運(yùn)行。,過(guò)程控制儀表,DDZ 同時(shí)，我國(guó)開(kāi)始研制DDZ-III型電動(dòng)單元組合儀表，它采用國(guó)際通用的420mA信號(hào)制、以線性集成電路作為主要放大元件并具有防爆安全功能。,過(guò)程控制儀表,過(guò)程控制儀表,傳統(tǒng)控制器：組裝式自動(dòng)化儀表 simplified package system,過(guò)程控制儀表,過(guò)程控制儀表,過(guò)程控制儀表,按照大型機(jī)組或過(guò)程控制的要求，選用各種標(biāo)準(zhǔn)化的獨(dú)立功能組件組合成的專用控制裝置，簡(jiǎn)稱組裝儀表。 這種控制裝置是在氣動(dòng)單元組合儀表和電動(dòng)單元組合儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但它與單元組合儀表相比又有不同的作用。,過(guò)程控制儀表,組裝儀表是將

6、單元組合儀表的各個(gè)單元再劃分為獨(dú)立功能組件，并制成插件形式，按用戶的需要選用各種插件組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)立柜或幾個(gè)立柜，加上顯示操作臺(tái),組成大型控制裝置。對(duì)立柜內(nèi)的組件集中供電，組件間信號(hào)聯(lián)系在柜內(nèi)采用矩陣接線方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變更十分方便。,過(guò)程控制儀表,組裝儀表的組件品種繁多，除調(diào)節(jié)計(jì)算組件外還有邏輯控制、順序控制和監(jiān)控組件,因此除了能組成常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器外，還能構(gòu)成各種復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如前饋調(diào)節(jié)、多參數(shù)解耦、超馳調(diào)節(jié)等，在故障報(bào)警時(shí)能將控制系統(tǒng)自動(dòng)地切換到安全位置。,過(guò)程控制儀表,組裝儀表還備有與計(jì)算機(jī)聯(lián)用的接口，能適應(yīng)計(jì)算機(jī)設(shè)定值控制的要求。組裝儀表是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的，各種功能

7、組件的核心元器件是集成運(yùn)算放大器。 到70年代后期，不少組件已開(kāi)始采用微處理機(jī),使組裝儀表的控制功能進(jìn)一步完善,并逐漸與以計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的分散型控制系統(tǒng)融為一體。,過(guò)程控制儀表,組裝儀表能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程日益龐大與復(fù)雜、工藝不斷更新的要求，廣泛用于大型、高效率、關(guān)鍵工藝裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，已用在大型火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠等。 整套裝置有模擬量功能組件和數(shù)字量控制組件兩大類。模擬量功能組件有信號(hào)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、調(diào)節(jié)、控制、給定、顯示操作組件以及電源等；數(shù)字量組件有電平轉(zhuǎn)換、采樣、譯碼、二極管矩陣、寄存器、優(yōu)先報(bào)警、邏輯給定和切換、數(shù)字顯示操作組件。,過(guò)程控制儀表,基于

8、CPU的智能控制器 PLC DCS FCS PCBCS,過(guò)程控制儀表,PLC programmable controller programmable logic controller 采用可編程序的存儲(chǔ)器并具有邏輯、順序和數(shù)值運(yùn)算等功能的順序控制器，也稱可編程序式控制器，PC or PLC 為與Personal Computer區(qū)別，改稱PLC,過(guò)程控制儀表,可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段： 采用固定（硬）布線方式，以代替電磁繼電器盤(pán)； 以邏輯控制為主，采用不固定（軟）布線方式，在此之前這類控制器又稱可編程序邏輯控制器； 采用內(nèi)部裝有程序的存儲(chǔ)器，程序變動(dòng)十分容易。 1985年生產(chǎn)的可編

9、程序控制器已普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，它除了存儲(chǔ)容量小、輸入輸出通道以開(kāi)關(guān)量為主和編程語(yǔ)言不同外，與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已十分相似 。,過(guò)程控制儀表,結(jié)構(gòu)原理 可編程序控制器的一般硬件結(jié)構(gòu)由 6個(gè)基本部分組成： 通用微處理機(jī)，實(shí)現(xiàn)算術(shù)和邏輯運(yùn)算，是可編程序控制器的核心部分,通常采用8位、16位通用微處理機(jī)或單片微處理機(jī)； 存儲(chǔ)器，它一般配置RAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和配置EPROM存儲(chǔ)程序； 輸入輸出接口；,過(guò)程控制儀表,功能選擇開(kāi)關(guān)； 運(yùn)行指示器； 編程器，它既可與PLC組成一體也可獨(dú)立于外。,過(guò)程控制儀表,過(guò)程控制儀表,控制程序通過(guò)編程器轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制指令代碼存入可編只讀存儲(chǔ)器中。 控制器運(yùn)行時(shí)，機(jī)器內(nèi)部不斷循

10、環(huán)“掃描“,在每次“掃描”中,中央處理單元的運(yùn)算器按指令計(jì)數(shù)器加 1的順序逐條讀取程序存儲(chǔ)器中的指令，并予以執(zhí)行。,過(guò)程控制儀表,處理一條指令時(shí)，一方面對(duì)所有輸入開(kāi)關(guān)量采樣,并存入輸入接口的輸入寄存器中,另一方面根據(jù)指令規(guī)定的操作內(nèi)容，對(duì)相應(yīng)的輸入輸出開(kāi)關(guān)量和中間變量進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后按照運(yùn)算結(jié)果控制相應(yīng)輸出接口寄存器或中間變量寄存器，再由輸出寄存器控制輸出單元的通、斷狀態(tài)。,過(guò)程控制儀表,一條指令執(zhí)行完畢，運(yùn)算器立即取出并執(zhí)行下一條指令?！皰呙琛币槐槿恐噶钔ǔＶ恍枰獛缀撩胫翈资撩??？删幊绦蚩刂破骶幹瞥绦虮扔?jì)算機(jī)容易得多，不需要很高的編程技術(shù)。程序調(diào)試完畢后可通過(guò)寫(xiě)入裝置寫(xiě)入可編程序只讀存儲(chǔ)器內(nèi)。,過(guò)程控制儀表,過(guò)