《控制儀表及裝置》補充教材

1、控制儀表及裝置控制儀表及裝置補充教材補充教材內內 蒙蒙 古古 科科 技技 大大 學學2011.102011.10李李 忠忠 虎虎目目 錄錄1 YS170 調節(jié)器調節(jié)器2 專家自整定調節(jié)器專家自整定調節(jié)器3 虛擬調節(jié)儀表虛擬調節(jié)儀表4 手操器手操器5 智能電動執(zhí)行器智能電動執(zhí)行器6 智能閥門定位器智能閥門定位器7 電源箱電源箱8 電源分配器電源分配器9 信號分配器信號分配器1 YS170調節(jié)器調節(jié)器 YS170 YS170調節(jié)器是一種集控制、運算、邏輯功能為一體的可編調節(jié)器是一種集控制、運算、邏輯功能為一體的可編程調節(jié)器。使用一臺調節(jié)器就可以實現單回路控制、串級控制程調節(jié)器。使用一臺調節(jié)器就可以

2、實現單回路控制、串級控制或自動選擇控制等。或自動選擇控制等。 YS170 YS170調節(jié)器的編程是在個人計算機上利用程序生成軟件包調節(jié)器的編程是在個人計算機上利用程序生成軟件包產生用戶程序，通過產生用戶程序，通過RS-232CRS-232C通信接口把程序下載到通信接口把程序下載到YS170YS170調節(jié)調節(jié)器中。器中。 YS170 YS170調節(jié)器的構成原理和調節(jié)器的構成原理和SLPCSLPC、KMMKMM調節(jié)器的構成原理調節(jié)器的構成原理基本相同，這里不再贅述?；鞠嗤?，這里不再贅述。方框圖方框圖正面盤正面盤 內面盤內面盤 運算控制指令運算控制指令 YS170YS170調節(jié)器的運算控制指令和調

3、節(jié)器的運算控制指令和SLPCSLPC調節(jié)器一樣，包括調節(jié)器一樣，包括輸人輸出指令、基本運算指令、帶設備編號的運算指令、條輸人輸出指令、基本運算指令、帶設備編號的運算指令、條件判斷指令、寄存器位移指令和控制功能指令，共計件判斷指令、寄存器位移指令和控制功能指令，共計6 6大類大類4646條指令。條指令。顯示畫面顯示畫面 YS170調節(jié)器的顯示畫面有操作畫面、調整畫面和工程調節(jié)器的顯示畫面有操作畫面、調整畫面和工程畫面三種，如圖所示。畫面三種，如圖所示?；芈樊嬅娴娘@示圖回路畫面的顯示圖趨勢畫面的顯示圖趨勢畫面的顯示圖 2 專家自整定調節(jié)器專家自整定調節(jié)器 專家自整定調節(jié)器是數字式調節(jié)器的進一步發(fā)展

4、，它除了專家自整定調節(jié)器是數字式調節(jié)器的進一步發(fā)展，它除了能完成常規(guī)調節(jié)器的常規(guī)任務外，還對調節(jié)器的各種功能的實現能完成常規(guī)調節(jié)器的常規(guī)任務外，還對調節(jié)器的各種功能的實現進行了改進和完善。這主要得益于近來微處理器運算速度的大幅進行了改進和完善。這主要得益于近來微處理器運算速度的大幅提高，便得調節(jié)器對獲得的所有數據進行各種靈活和快速的處理，提高，便得調節(jié)器對獲得的所有數據進行各種靈活和快速的處理，增加了各種附加的功能，提高了調節(jié)器的控制能力。增加了各種附加的功能，提高了調節(jié)器的控制能力。 專家自整定調節(jié)器是在不完生微分專家自整定調節(jié)器是在不完生微分PIDPID數字調節(jié)器的基礎上，數字調節(jié)器的基礎

5、上，引人了專家自整定功能，其組成原理如下圖所示。引人了專家自整定功能，其組成原理如下圖所示。 由于許多被控過程存在著大時間范圍的時變性，調節(jié)器由于許多被控過程存在著大時間范圍的時變性，調節(jié)器的參數整定在最佳值獲得較滿意的控制品質，但隨著時問的的參數整定在最佳值獲得較滿意的控制品質，但隨著時問的推移，被控過程的特性產生了變化，使系統(tǒng)的拄制品質變壞，推移，被控過程的特性產生了變化，使系統(tǒng)的拄制品質變壞，因此在調節(jié)器中引人專家自整定功能，可改善控制系統(tǒng)的控因此在調節(jié)器中引人專家自整定功能，可改善控制系統(tǒng)的控制品質。將調節(jié)器輸出的控制量制品質。將調節(jié)器輸出的控制量MVMV、測量值、測量值PVPV和給定

6、值和給定值SVSV送送人專家自整定單元，利用專家的經驗進行綜合運算后，修改人專家自整定單元，利用專家的經驗進行綜合運算后，修改已給定的已給定的PIDPID參數。保證調節(jié)器的控制規(guī)律始終采用最佳的參數。保證調節(jié)器的控制規(guī)律始終采用最佳的PIDPID參數值，從而保征系統(tǒng)能獲得最佳的控制效果。參數值，從而保征系統(tǒng)能獲得最佳的控制效果。 3 虛擬調節(jié)儀表虛擬調節(jié)儀表 隨著計算機技術和多媒體技術的迸一步發(fā)展，計算機的運算速度和數據處隨著計算機技術和多媒體技術的迸一步發(fā)展，計算機的運算速度和數據處理能力已大幅度提高，為調節(jié)儀表在個人計算機或工業(yè)控制機上的仿真實現成理能力已大幅度提高，為調節(jié)儀表在個人計算機

7、或工業(yè)控制機上的仿真實現成為可能，因此近幾年已出現了各種虛擬儀表。虛擬調節(jié)器的組成見圖。為可能，因此近幾年已出現了各種虛擬儀表。虛擬調節(jié)器的組成見圖。 個人計算機或工控機提個人計算機或工控機提供了大量具有標準制式的供了大量具有標準制式的輸人、輸出信號板插槽，輸人、輸出信號板插槽，把具有標準制式的輸入、把具有標準制式的輸入、輸出信號插板插人插槽內輸出信號插板插人插槽內即成為虛擬調節(jié)器。虛擬即成為虛擬調節(jié)器。虛擬調節(jié)器的輸入調節(jié)器的輸入/ /輸出通道輸出通道取決于插入的插板數，一取決于插入的插板數，一臺虛擬調節(jié)儀表可實現多臺虛擬調節(jié)儀表可實現多個調節(jié)器的控制功能，這個調節(jié)器的控制功能，這是常規(guī)單元

8、組合儀表難以是常規(guī)單元組合儀表難以實現的。實現的。4 手操器手操器 手操器的作用是以手動設定方式在輸出端輸出手操器的作用是以手動設定方式在輸出端輸出4 420mADC20mADC信號，信號，以此進行手動遙控操作或為控制器提供外部給定信號。手操器以此進行手動遙控操作或為控制器提供外部給定信號。手操器的構成如圖所示。的構成如圖所示。電動操作器（1） 電動操作器實物圖無位置反饋型操作器無位置反饋型操作器有位置反饋型操作器有位置反饋型操作器電動操作器（2） 自動與手動工作原理電動操作器（3） 自動與手動工作原理指示燈MA5 智能電動執(zhí)行器智能電動執(zhí)行器 智能式電動執(zhí)行器的構成原理與模擬式電動執(zhí)行器相同

9、，但是智能式智能式電動執(zhí)行器的構成原理與模擬式電動執(zhí)行器相同，但是智能式電動執(zhí)行器采取了新穎的結構部件。電動執(zhí)行器采取了新穎的結構部件。 伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實現，伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實現，而且還具有數字通訊接口，從而具有而且還具有數字通訊接口，從而具有HARTHART協(xié)議或現場總線通信功能，成為現協(xié)議或現場總線通信功能，成為現場總線控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點。有的伺服放大器中還采用了變頻枝術，可以場總線控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點。有的伺服放大器中還采用了變頻枝術，可以更有效地控制伺服電機的動作。減速器采用新穎的傳動結構，運行平穩(wěn)、傳

10、更有效地控制伺服電機的動作。減速器采用新穎的傳動結構，運行平穩(wěn)、傳動效率高、無爬行、摩擦小。位置發(fā)送器采用了新技術和新方法，有的采用動效率高、無爬行、摩擦小。位置發(fā)送器采用了新技術和新方法，有的采用霍爾傳感器，直接感應閥桿的縱向或旋轉動作，實現了非接觸式定位檢測；霍爾傳感器，直接感應閥桿的縱向或旋轉動作，實現了非接觸式定位檢測；有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸承和特種導電塑料材質做成的電有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸承和特種導電塑料材質做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應的非接觸式旋轉角度傳感器。阻薄片；有的采用磁阻效應的非接觸式旋轉角度傳感器。 智能式電動執(zhí)行器通常都有液晶顯示器和

11、手動操作按鈕，用于顯示執(zhí)智能式電動執(zhí)行器通常都有液晶顯示器和手動操作按鈕，用于顯示執(zhí)行器的各種狀態(tài)信息和輸人組態(tài)數據以及手動操作。行器的各種狀態(tài)信息和輸人組態(tài)數據以及手動操作。 單相智能電動執(zhí)行機構：單相智能電動執(zhí)行機構： 結構如圖所示。從框圖可看出：來自上位調節(jié)器或變送器的模擬量信號，結構如圖所示。從框圖可看出：來自上位調節(jié)器或變送器的模擬量信號，經處理后進入智能伺服放大器，智能伺服放大器中的微處理器定時檢測該輸經處理后進入智能伺服放大器，智能伺服放大器中的微處理器定時檢測該輸人信號與位置反饋信號。當接受上位調節(jié)器信號時，微處理器比較兩個信號，人信號與位置反饋信號。當接受上位調節(jié)器信號時，微

12、處理器比較兩個信號，一旦信號不平衡，偏差超出要求值，即發(fā)出控制信號，經放大隔離后驅動智一旦信號不平衡，偏差超出要求值，即發(fā)出控制信號，經放大隔離后驅動智能伺服放大器中的功率晶閘管，使其導通帶動電動機轉動，進而調節(jié)閥門開能伺服放大器中的功率晶閘管，使其導通帶動電動機轉動，進而調節(jié)閥門開度，同時微處理器也將表示閥門開度的位置信號轉換成相應的脈沖量發(fā)往操度，同時微處理器也將表示閥門開度的位置信號轉換成相應的脈沖量發(fā)往操作器的顯示器。躁作人員可從數字操作器上觀察閥門的開度。作器的顯示器。躁作人員可從數字操作器上觀察閥門的開度。 智能調節(jié)閥：智能調節(jié)閥： 隨著智能化儀表的開發(fā)和應用，促使人們考慮能否通隨

13、著智能化儀表的開發(fā)和應用，促使人們考慮能否通過調節(jié)閥自身了解其工作過程中流量的變化、壓差、開度的過調節(jié)閥自身了解其工作過程中流量的變化、壓差、開度的變化及流量特性的情況，并能及時加以調整以獲得良好的調變化及流量特性的情況，并能及時加以調整以獲得良好的調節(jié)性能，這就要求調節(jié)閥必須智能化，于是作為最新一代的節(jié)性能，這就要求調節(jié)閥必須智能化，于是作為最新一代的智能儀器智能儀器智能調節(jié)閥就在智能調節(jié)閥就在9090年代初開發(fā)出來。年代初開發(fā)出來。 一個智能調節(jié)閥大體由以下幾部分構成：一個智能調節(jié)閥大體由以下幾部分構成： 帶有微處帶有微處理器及智能控制軟件的控制器；理器及智能控制軟件的控制器； 用于提供反

14、饋信號和診斷用于提供反饋信號和診斷信號的傳感器；信號的傳感器； 信號變換器；信號變換器； I/O I/O及通信接口；及通信接口； 執(zhí)執(zhí)行機構；行機構； 閥體。這些部件組裝在一起，并集常規(guī)儀表的檢閥體。這些部件組裝在一起，并集常規(guī)儀表的檢惻、控制、調節(jié)等功能形成一個完整的智能儀器結構。惻、控制、調節(jié)等功能形成一個完整的智能儀器結構。STARPACSTARPAC智能調節(jié)閥：智能調節(jié)閥： STARPACSTARPAC智能調節(jié)閥是美國智能調節(jié)閥是美國ValtekValtek公司公司9090年代末推出的，其基本年代末推出的，其基本結構和功能如圖所示。結構和功能如圖所示。6 智能閥門定位器智能閥門定位器

15、智能閥門定位器有只接受智能閥門定位器有只接受4 420mA20mA直流電流信號的；也有既接受直流電流信號的；也有既接受4 420mA20mA的模的模擬信號又接受數字信號的，即擬信號又接受數字信號的，即HARHAR通訊的閥門定位器：還有只進行數字信號傳通訊的閥門定位器：還有只進行數字信號傳輸的現場總線閥門定位器。它們均用以控制薄膜式或活塞式氣動輸的現場總線閥門定位器。它們均用以控制薄膜式或活塞式氣動調調節(jié)閥。節(jié)閥。 智能式閥門定位器的硬件電路由信號調理部分、微處理機、電氣轉換控制智能式閥門定位器的硬件電路由信號調理部分、微處理機、電氣轉換控制部分和閥位檢測反饋裝置等部分構成，如圖所示。部分和閥位

16、檢測反饋裝置等部分構成，如圖所示。7 電源箱電源箱 這里所說的電源箱是指這里所說的電源箱是指24V24V直流電源箱其作用是將直流電源箱其作用是將220V220V交流電轉換為交流電轉換為24V24V直流電。經穩(wěn)壓處理后，向直流電。經穩(wěn)壓處理后，向DDZDDZ各單元儀表集中供電。電源箱的構成各單元儀表集中供電。電源箱的構成如圖所示。它是由變壓器、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路和保護電路等組成。其中，如圖所示。它是由變壓器、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路和保護電路等組成。其中，輸出取樣電路、比較及放大電路和調整電路等共同構成了穩(wěn)壓電路。輸出取樣電路、比較及放大電路和調整電路等共同構成了穩(wěn)壓電路。 8 電源分配器電源分配器 電源分配器用干為儀表盤上的各儀表電源配線時進行電源分配，以便于電電源分配器用干為儀表盤上的各儀表電源配線時進行電源分配，以便于電源配線。電源分配器分為交流電源用分配器和直流電源用分配器，其原理如圖源配線。電源分配器分為交流電源用分配器和直流電源用分配器，其原理如圖所示。所示。 （a）交流用電源分配器）交流用電源分配器 （b）直流用電源分配器）直流用電源分配器9 信號分配器信號分配器 信號分配器是用于將信號分配器是用于將4 420mA DC20mA