01[C1.2.1][33]自动化仪表概述

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1、第第2页页自动化仪表概述自动化仪表概述一、过程控制仪表与控制系统一、过程控制仪表与控制系统 二、过程控制仪表的发展概况二、过程控制仪表的发展概况三、过程控制仪表的分类及特点过程控制仪表的分类及特点 第第3页页自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，是指在没有人直接参与的情况下，利利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置），置），使被控对象的工作状态或参数（压力、使被控对象的工作状态或参数（压力、物位、流量、温度、物位、流量、温度、PHPH值等）值等）自动地自动地按照预定按照预定的规律运行。的规律运行。 回顾回顾: :什么是自动控制什么是自动控制

2、? ?第第4页页例例: :一贮罐液位控制系统。一贮罐液位控制系统。要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要；要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要；图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统控制系统。分析分析: :贮罐液位由贮罐液位由液位变送器液位变送器转转换成相应的标准信号送到换成相应的标准信号送到控制器控制器，与给定值相比较，与给定值相比较，控制器按比较得到的偏差，控制器按比较得到的偏差，以一定的控制规律发出控以一定的控制规律发出控制信号，控制制信号，控制执行器执行器的动的动作，通过改变贮罐液体出作，通过改变贮罐液体出料的流量，从而使贮罐

3、液料的流量，从而使贮罐液位保持在与给定值基本相位保持在与给定值基本相等的数值上。等的数值上。第第5页页控制器控制器被控对象被控对象 变送器变送器z zx xe = x-ze = x-z- -p pq qy y干扰干扰通常安装通常安装于控制室于控制室通常安装通常安装于于 现场现场显示显示仪表仪表阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀泵：开关泵、变频泵泵：开关泵、变频泵控制阀控制阀第第6页页过程控制系统是实现生产过程自动化的过程控制系统是实现生产过程自动化的平台平台, ,而过程控制仪表与装置是过程控制而过程控制仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。系统不可缺少的重要

4、组成部分。 关系：关系：第第7页页二、过程控制仪表的发展概况二、过程控制仪表的发展概况50年代年代60年代年代70年代年代80年代年代 90年代年代21世纪世纪至今至今QDZ QDZ QDZ DDZ DDZ DDZ 数字式（智数字式（智能式）控制仪表能式）控制仪表 DCS系统系统 （PLC）现场总线现场总线以太网以太网第第8页页三、过程控制仪表的分类及特点三、过程控制仪表的分类及特点（一）按能源形式分：（一）按能源形式分： 1.气动控制仪表气动控制仪表 2.电动控制仪表电动控制仪表 3.液动控制仪表液动控制仪表 （二）结构形式分：（二）结构形式分： 1.基地式控制仪表基地式控制仪表 2.单元组

5、合式控制仪表单元组合式控制仪表 3.组装式组装式综合控制装置综合控制装置 4.数字化控制仪表数字化控制仪表 5.集散控制系集散控制系统统 6.现场总线控制系统。现场总线控制系统。（三）按信号形式分：（三）按信号形式分： 1.模拟控制仪表模拟控制仪表 2.数字控制仪表数字控制仪表 第第9页页电动控制仪表的特点：电动控制仪表的特点： 信号传送速度快、传送距离远、易于与计算机信号传送速度快、传送距离远、易于与计算机联用。联用。 气动控制仪表的特点：气动控制仪表的特点： 结构简单、性能稳定、安全防爆、易于维修。结构简单、性能稳定、安全防爆、易于维修。第第10页页1.基地式控制仪表基地式控制仪表 以指示

6、、记录仪表为主体，附加某些控制机构。以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构。2.单元组合控制仪表单元组合控制仪表 电动单元组合仪表：电动单元组合仪表： DDZ 型型 ；DDZ 型型 ；DDZ 型型电源电源：220V AC ；24V DC ；电信号电信号：电流电流010mA DC ； 420mA DC； Vo：15V DC气动单元组合仪表：气源：气动单元组合仪表：气源：140 kPa；气信号：气信号：20100 kPa第第11页页3. 组装式控制仪表组装式控制仪表 一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。工程实际中已很少使用。工程实际中已很少使用。4 .

7、数字控制仪表数字控制仪表 以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外形结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，形结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用，各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用，以构成不同规模的分级控制系统。以构成不同规模的分级控制系统。第第12页页5.集散型控制系统集散型控制系统 将集中一台计算机完成的任务分派给各个微将集中一台计算机完成的任务分派给各个微型过程控制计算机，再配上数字总线以及上一级过型过程控制计

8、算机，再配上数字总线以及上一级过程控制计算机，组成各种各样的、能适应于不同过程控制计算机，组成各种各样的、能适应于不同过程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了“控控制分散制分散”或或“危险分散危险分散”，管理高度集中。，管理高度集中。6.现场总线控制系统现场总线控制系统 是计算机网络技术、通信技术、控制技术和是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一层监控级、管理级联系起来成为全分布

9、式的新型控层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控制网络。制网络。第第13页页（三）（三）模拟式控制仪表模拟式控制仪表 传输信号通常为连续变化的模拟量。这传输信号通常为连续变化的模拟量。这类仪表线路较简单，操作方便，价格较低使类仪表线路较简单，操作方便，价格较低使用上均有较成熟的经验。用上均有较成熟的经验。数字式控制仪表数字式控制仪表 传输信号通常为断续变化的数字量。这传输信号通常为断续变化的数字量。这些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质

10、以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制要求。量控制要求。第第14页页压力压力变送器变送器压力压力变送器变送器常用的控制仪表及装置常用的控制仪表及装置 第第15页页测量膜合测量膜合差压差压变送器变送器双法兰差压送器双法兰差压送器第第16页页无纸无纸记录仪记录仪第第17页页测量精测量精确值确值Better Control可编程可编程调节器调节器输出精输出精确值确值输出百输出百分值分值测量百测量百分值分值第第18页页 气动阀门气动阀门定位器定位器气动执气动执行机构行机构电动执电动执行机构行机构第第19页页直通单、直通单、双座控双座控制阀制阀直通单、直通单、双座控双座控制阀制阀第第20页页闸阀闸

11、阀球阀球阀三通阀三通阀蝶阀蝶阀角阀角阀第第21页页计算机控制系统的发展过程计算机控制系统的发展过程 DDC控制控制始于始于50末期末期本质：本质：用一台计算机取用一台计算机取代一组模拟调节器，构代一组模拟调节器，构成闭环控制回路成闭环控制回路特点：特点：具有里程碑意义具有里程碑意义问题：问题：价格、性能价格、性能集中型计集中型计算机控制算机控制本质：本质：一台计算机取代一台计算机取代尽可能多的模拟调节器尽可能多的模拟调节器特点：特点：控制集中控制集中 信息集中信息集中 危险集中危险集中问题：问题：性能性能DCS控制控制始于始于70年代年代本质：本质：采用过程控制采用过程控制过程管理生产管理等过

12、程管理生产管理等多层结构多层结构特点：特点：控制分散控制分散 信息集中信息集中半数字，半分散半数字，半分散FCS本质：本质：支持双向、多节点、支持双向、多节点、总线式的总线式的全数字全数字通讯，将全通讯，将全厂最基础的现场级仪表和装厂最基础的现场级仪表和装置均通过现场总线连接起来置均通过现场总线连接起来特点：特点：把控制任务下移到智把控制任务下移到智能现场设备，能现场设备，全分散全分散控制控制分布式分布式IO DCS现场信号根据传输距离或功能现场信号根据传输距离或功能不同连接到现场不同连接到现场I/O设备上，各设备上，各现场现场I/O设备与控制站间通过网设备与控制站间通过网络（现场总线）连接。

13、络（现场总线）连接。过渡型结构过渡型结构第第22页页 直接数字量控制直接数字量控制用一台计算机取代一组模拟用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路，调节器，构成闭环控制回路，用数字控制技术简单地取代模用数字控制技术简单地取代模拟控制技术。拟控制技术。过程控制计算机过程控制计算机SPAI、DIAO、DO 检测仪表检测仪表 执行器执行器 被控过程（对象）被控过程（对象） 计算灵活，精度高，计算灵活，精度高，PIDPID控制规律，分时处理多个控控制规律，分时处理多个控制回路制回路 此外，此外，DDCDDC也很快发展到也很快发展到PIDPID以外的多种复杂控以外的多种复杂控制。制。价格昂贵，运

14、算速度不高价格昂贵，运算速度不高第第23页页集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统由于当时的计算机体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能由于当时的计算机体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能与常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回与常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。路。外设外设过程控制计算机过程控制计算机AIDIAODO 被控过程（对象）被控过程（对象）被控变量被控变量操作变量操作变量输入子系统输入子系统输出子系统输出子系统优越性：优越性： 从表面上看从表面上看信息集中，集中型计算机控制可以实现各种信息集中，集中型计算机控制可以实现各种

15、更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。问问 题：题：由于当时计算机总体性能低，容量小，由于当时计算机总体性能低，容量小，容易出现负荷过载容易出现负荷过载，控，控制集中直接导致制集中直接导致危险集中危险集中，高度集中使系统变得十分，高度集中使系统变得十分“脆弱脆弱”。第第24页页 集散控制系统集散控制系统 DCS(1)(1)不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；(2)(2)考虑到整个生产过程的整体性

16、，各个控制系统（回路）的运考虑到整个生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运行应当服从工业生产管理的总体目标。行应当服从工业生产管理的总体目标。根本特征根本特征: :和和第第25页页 控制层网络控制层网络管理层网络管理层网络远程节点远程节点Web服务器服务器Internet 现场设备层现场设备层 操作站操作站 工程师站工程师站DCSDCS的物理层次示意的物理层次示意第第26页页现场总线控制系统（FCS）第第27页页是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。多分支结构的通信网络。 支持双向、多节点、总线式的支持双向

17、、多节点、总线式的通讯通讯双向数据通信能力避免了反复进行双向数据通信能力避免了反复进行A/DA/D、D/AD/A的转换的转换 把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一体化体化 已成为全世界范围自动化技术发展的热点已成为全世界范围自动化技术发展的热点涉及整个自动化和仪表的工业涉及整个自动化和仪表的工业“革命革命” ” 第第28页页 计算机控制系统的发展特征计算机控制系统的发展特征随着局域网、随着局域网、InternetInternet、ITIT技术迅速发展，计算机技术迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发控制系统向集成化、网络化、智

18、能化、信息化发展成为一种趋势展成为一种趋势 系统结构系统结构向网络化、网络扁平化方向发展向网络化、网络扁平化方向发展 系统功能系统功能向综合化方向发展向综合化方向发展 系统设备系统设备向多样化方向发展向多样化方向发展 第第29页页现场总现场总线式变线式变送器送器现场总线现场总线式式阀门定阀门定位器位器安安全全防防爆爆工业以工业以太网太网安安全全防防爆爆总总线线非安全防爆总线非安全防爆总线第第30页页控制室控制室控制台控制台流程图流程图第第31页页仪表盘仪表盘操作员站操作员站第第32页页操作员站操作员站CRT工业流程图工业流程图第第33页页工艺工艺- -仪表组合图仪表组合图加热炉汽包LTLC给水蒸汽气关阀FCOPE-MARK工位标记CASCMPAUTNROPNCNDAOF100：0CAS0.034 结束语结束语