控制儀表及裝置概論ppt課件

1、華東理工大學華東理工大學 自動化系自動化系2019.01吳勤勤吳勤勤 凌志浩凌志浩 劉笛劉笛 趙菡趙菡 是高等院校自動化專業(yè)及測控技術與是高等院校自動化專業(yè)及測控技術與儀器專業(yè)的一門教材。本書詳細引見模擬式控制儀表及安儀器專業(yè)的一門教材。本書詳細引見模擬式控制儀表及安裝模擬式控制器、變送器、轉換器、運算器和執(zhí)行器等裝模擬式控制器、變送器、轉換器、運算器和執(zhí)行器等以及數(shù)字式控制儀表及安裝可編程調理器、可編程控以及數(shù)字式控制儀表及安裝可編程調理器、可編程控制器、智能變送器與閥門定位器、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總制器、智能變送器與閥門定位器、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等的功能特點、構造原理和運用方法。

2、線控制系統(tǒng)等的功能特點、構造原理和運用方法。內容簡介內容簡介 本教材是第二次修訂后再版，在內容上已引入最新本教材是第二次修訂后再版，在內容上已引入最新儀表技術，反映了當代自動化儀表的先進程度。儀表技術，反映了當代自動化儀表的先進程度。 本書除作大專院校及工礦企業(yè)職業(yè)教育的專業(yè)教材本書除作大專院校及工礦企業(yè)職業(yè)教育的專業(yè)教材外，也可供相關專業(yè)技術人員閱讀。外，也可供相關專業(yè)技術人員閱讀。章節(jié)安排章節(jié)安排概論概論 第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表與控制系統(tǒng)控制儀表與控制系統(tǒng) 第二節(jié)第二節(jié) 控制儀表及安裝的分類控制儀表及安裝的分類 第三節(jié)第三節(jié) 聯(lián)絡信號和傳輸方式聯(lián)絡信號和傳輸方式 第四節(jié)第四節(jié) 平安防爆的根

3、本知識和防爆措施平安防爆的根本知識和防爆措施第一章第一章 模擬式控制器模擬式控制器 第一節(jié)第一節(jié) 控制器的運算規(guī)律和組成方式控制器的運算規(guī)律和組成方式 第二節(jié)第二節(jié) 基型控制器基型控制器 第三節(jié)第三節(jié) 特種控制器和附加單元特種控制器和附加單元第二章第二章 變送器和轉換器變送器和轉換器 第一節(jié)第一節(jié) 變送器的構成變送器的構成 第二節(jié)第二節(jié) 差壓變送器差壓變送器 第三節(jié)第三節(jié) 溫度變送器溫度變送器 第四節(jié)第四節(jié) 電電/氣轉換器氣轉換器 第四章第四章 可編程調理器可編程調理器 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) KMM可編程調理器可編程調理器 第三章第三章 運算器和執(zhí)行器運算器和執(zhí)行器 第一節(jié)第一

4、節(jié) 運算器運算器 第二節(jié)第二節(jié) 執(zhí)行器執(zhí)行器 第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制儀表的運用模擬式控制儀表的運用 第六章第六章 智能變送器和閥門定位器智能變送器和閥門定位器 第一節(jié)第一節(jié) 智能變送器智能變送器 第二節(jié)第二節(jié) 智能閥門定位器智能閥門定位器第五章第五章 可編程控制器可編程控制器 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) FX系列可編程控制器系列可編程控制器 第三節(jié)第三節(jié) S7系列可編程控制器系列可編程控制器第七章第七章 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡集散控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡 第三節(jié)第三節(jié) TPS集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) PCS7集散控

5、制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 集散控制系統(tǒng)可靠性集散控制系統(tǒng)可靠性 第八章第八章 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 幾種流行的現(xiàn)場總線幾種流行的現(xiàn)場總線 第三節(jié)第三節(jié) 實時工業(yè)以太網(wǎng)實時工業(yè)以太網(wǎng) 第四節(jié)第四節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 概論概論第一節(jié)第一節(jié) 控制儀表與控制控制儀表與控制系統(tǒng)系統(tǒng) 控制儀表與控制系統(tǒng)控制儀表與控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)普通由被控對象、變送器、控制器和執(zhí)行器構成，其方框圖如下所示：給定值被控參數(shù)被控介質簡單控制系統(tǒng)方框圖簡單控制系統(tǒng)方框圖變送器執(zhí)行器控制器被控對象被控對象被控對象 需求調理其工藝參數(shù)的消費設備。需求調理其

6、工藝參數(shù)的消費設備。變送器變送器 把工藝參數(shù)轉換成規(guī)范一致信號的安裝。把工藝參數(shù)轉換成規(guī)范一致信號的安裝?？刂破骺刂破?未來自變送器的丈量值與給定信號相比較未來自變送器的丈量值與給定信號相比較后產生的偏向信號后產生的偏向信號, 按照預先設定好的控制規(guī)律進展按照預先設定好的控制規(guī)律進展運算后，輸出一個控制信號去執(zhí)行器。運算后，輸出一個控制信號去執(zhí)行器。執(zhí)行器執(zhí)行器 把控制器的輸出信號轉換成直線位移或角把控制器的輸出信號轉換成直線位移或角位移，以控制閥門的開度。位移，以控制閥門的開度。 此外，根據(jù)需求還可設有顯示、轉換、計算、輔此外，根據(jù)需求還可設有顯示、轉換、計算、輔助、給定安裝。助、給定安裝。

7、概論概論第二節(jié)第二節(jié) 控制儀表及安裝控制儀表及安裝分類分類 控制儀表及安裝的分類控制儀表及安裝的分類電動控制儀表電動控制儀表氣動控制儀表氣動控制儀表能源能源電源（220V AC/24V DC）氣源（140kPa）傳輸信號傳輸信號電信號（電壓、電流、數(shù)字）氣壓信號元、器件元、器件電子元器件氣動元件接線接線導線導管電磁干擾與防爆電磁干擾與防爆受電磁干擾影響須采取抗干擾、防爆措施不受電磁干擾影響本質上安全防爆電動控制儀表和氣動控制儀表的比較電動控制儀表和氣動控制儀表的比較 按所用能源方式：氣動、電動、液動。工業(yè)上主要按所用能源方式：氣動、電動、液動。工業(yè)上主要運用電動和氣動控制儀表。運用電動和氣動控

8、制儀表。模擬儀表模擬儀表 傳輸信號為延續(xù)變化的模擬量傳輸信號為延續(xù)變化的模擬量,，這類儀表線路，這類儀表線路較簡單較簡單, 操作方便，價錢較低。操作方便，價錢較低。 如氣動儀表，電如氣動儀表，電動單元組合儀表動單元組合儀表、型等。型等。數(shù)字儀表數(shù)字儀表 傳輸信號為斷續(xù)變化的數(shù)字量，這類儀表與安傳輸信號為斷續(xù)變化的數(shù)字量，這類儀表與安裝以微型計算機為中心，功能完善，性能優(yōu)越，裝以微型計算機為中心，功能完善，性能優(yōu)越，能處理模擬儀表難以處理的問題。如可編程調理能處理模擬儀表難以處理的問題。如可編程調理器、控制器、器、控制器、 DCS、 FCS 等。等。 按信號類型：模擬式和數(shù)字式。按信號類型：模擬

9、式和數(shù)字式?；厥絻x表：包含多種功能部件傳感、指示、記錄、基地式儀表：包含多種功能部件傳感、指示、記錄、控制、執(zhí)行等部分，設計成一個整體，構造較簡單?？刂啤?zhí)行等部分，設計成一個整體，構造較簡單。如帶控制機構的指示記錄儀。如帶控制機構的指示記錄儀。單元組合式儀表：系列儀表劃分成能獨立實現(xiàn)某種功能單元組合式儀表：系列儀表劃分成能獨立實現(xiàn)某種功能的假設干單元，單元間用規(guī)范信號聯(lián)絡。如電動、氣動的假設干單元，單元間用規(guī)范信號聯(lián)絡。如電動、氣動單元組合儀表。單元組合儀表。集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS：以微型計算機為中心：以微型計算機為中心, 集集4C技技術為一體的計算機控制安裝術為一體的計算機控制安

10、裝, 實現(xiàn)分散控制和集中管理。實現(xiàn)分散控制和集中管理。如如TPS、PCS 7、ECS、Hollias等。等。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS: 現(xiàn)場總線將具有數(shù)字通訊現(xiàn)場總線將具有數(shù)字通訊才干的現(xiàn)場儀表相銜接才干的現(xiàn)場儀表相銜接, 并同上層監(jiān)控管理級一同構成并同上層監(jiān)控管理級一同構成分布式控制網(wǎng)絡。如基于分布式控制網(wǎng)絡。如基于FF、Profibus總線的總線的FCS。 按構造方式按構造方式概論概論第三節(jié)第三節(jié) 聯(lián)絡信號和傳輸聯(lián)絡信號和傳輸方式方式 聯(lián)絡信號和傳輸方式聯(lián)絡信號和傳輸方式聯(lián)絡信號是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的傳輸聯(lián)絡信號是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的傳輸信號的類

11、型和數(shù)值。信號的類型和數(shù)值。聯(lián)絡信號類型聯(lián)絡信號類型氣動儀表：氣動儀表：20100KPa 電動儀表：模擬信號電動儀表：模擬信號 010mA、 420mA 及及 15V 數(shù)字、頻率信號數(shù)字、頻率信號信號下限從零開場有利于模擬量運算。信號下限從信號下限從零開場有利于模擬量運算。信號下限從某值開場活零點便于檢驗儀表能否斷電，并可某值開場活零點便于檢驗儀表能否斷電，并可實現(xiàn)兩線制。實現(xiàn)兩線制。信號上限高，產生的電磁平衡力大；信號上限低有信號上限高，產生的電磁平衡力大；信號上限低有利于減少功率損耗和儀表防爆。利于減少功率損耗和儀表防爆。直流電流傳輸直流電流傳輸 接納儀表R0I0IiRiRiRcm發(fā)送儀表

12、電流信號傳輸時儀表之間的銜接為保證傳輸誤差在允許范圍之內，應要求R0 Rcm + nRi ，故有 為減小傳輸誤差，要求： R0足夠大，而Rcm 及Ri 應比較小00000000()100%icmicmicmiRIIIIRRnRIIRnRRRnR0100%cmiRnRR電流傳輸?shù)奶攸c電流傳輸?shù)奶攸c優(yōu)點優(yōu)點 發(fā)送儀表輸出電阻大，故電流信號適于遠距傳發(fā)送儀表輸出電阻大，故電流信號適于遠距傳輸。輸。 電流回路中串入一電阻，取壓方便。電流回路中串入一電阻，取壓方便。缺陷缺陷 回路中增減接納儀表時，將影響其它儀表的任回路中增減接納儀表時，將影響其它儀表的任務。務。 各臺儀表沒有公共接地點，假設要和計算機聯(lián)

13、各臺儀表沒有公共接地點，假設要和計算機聯(lián)用用,那么應在儀表輸入輸出端采取直流隔離措施。那么應在儀表輸入輸出端采取直流隔離措施。直流電壓傳輸直流電壓傳輸 電壓信號傳輸時儀表之間的銜接接納儀表RiRcm發(fā)送儀表R0U0RcmIiRiRi 為減小傳輸誤差，要求： R0和Rcm 盡量小，Ri 大些。 為減小傳輸誤差,應滿足Ri/n R0 + Rcm ，故有 00000000/ )100%/iicmicmcmiRnUUUURRRnUURRRRRn0100%cmiRRnR電壓傳輸?shù)奶攸c電壓傳輸?shù)奶攸c優(yōu)點優(yōu)點 添加或取消某個接納儀表不影響其他儀表的任添加或取消某個接納儀表不影響其他儀表的任務。務。 各接納儀

14、表可設置公共接地點，可和計算機聯(lián)各接納儀表可設置公共接地點，可和計算機聯(lián)用。用。缺陷缺陷 要在引線電阻上產生電壓降要在引線電阻上產生電壓降, 信號受一定損失信號受一定損失, 且因接納儀表輸入阻抗很高，易于引入干擾，所且因接納儀表輸入阻抗很高，易于引入干擾，所以電壓信號不適于遠間隔傳輸。以電壓信號不適于遠間隔傳輸。 現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流電流信號，現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流電流信號， 控制室內部儀表之間采用直流電壓信號?？刂剖覂炔績x表之間采用直流電壓信號。變送器與控制室儀表間的信號傳輸變送器與控制室儀表間的信號傳輸兩線制兩線制電源安裝變送器現(xiàn)場控制室四線制四線制接納儀表變送器現(xiàn)場電源安裝

15、控制室接納儀表要實現(xiàn)兩線制，必需采用活零點的電流信號。因電源線和信號線公用，電源供應變送器的功率是經過信號電流提供的。變送器輸出電流為下限值時，應保證它內部的半導體器件仍能正常任務。故信號電流下限值不能過低。概論概論第四節(jié)第四節(jié) 平安防爆根本知識和平安防爆根本知識和防爆措施防爆措施 平安防爆根本知識平安防爆根本知識 爆炸危險場所的區(qū)域劃分爆炸危險場所的區(qū)域劃分根據(jù)：爆炸性氣體出現(xiàn)的頻繁程度和繼續(xù)時間根據(jù)：爆炸性氣體出現(xiàn)的頻繁程度和繼續(xù)時間0 0區(qū)區(qū)(Zone 0) (Zone 0) 在正常情況下，爆炸性氣體混合物在正常情況下，爆炸性氣體混合物延續(xù)地、頻繁地出現(xiàn)或長時間存在的場所。延續(xù)地、頻繁地

16、出現(xiàn)或長時間存在的場所。1 1區(qū)區(qū)(Zone 1) (Zone 1) 在正常情況下，爆炸性氣體混合物在正常情況下，爆炸性氣體混合物有能夠出現(xiàn)的場所。有能夠出現(xiàn)的場所。2 2區(qū)區(qū)(Zone 2) (Zone 2) 在正常情況下，爆炸性氣體混合物在正常情況下，爆炸性氣體混合物不能夠出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短時間存在的場所。不能夠出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短時間存在的場所。 爆炸性氣體的分級爆炸性氣體的分級按最大實驗平安間隙MESG(火焰不能傳播的最大間隙)和最小點燃電流比MICR來分級：可分為A、B、C三級。 爆炸性物質的分組爆炸性物質的分組 按引燃溫度可分為六組：按引燃溫度可分為六組：組別引燃溫度 t/T

17、1450 T2450t 200 T3450t 200 組別引燃溫度 t/T4T5t 100 T6100t 85 200t 防爆電氣設備的分類、分組防爆電氣設備的分類、分組防爆電氣設備分為兩大類：類：煤礦用電氣設備類：工廠用電氣設備類電氣設備可進一步分為A、B、C三級。工廠用電氣設備防爆型式有以下八種：隔爆型(d)、本質平安型(i)、增安型(e)、正壓型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、澆封型(m)和無火花型(n)。本質平安型設備又可以分為ia和ib兩個等級。 防爆標志及其含義防爆標志及其含義防爆標志由以下防爆標志由以下5 5個部分構成：個部分構成：標志標志 EX EX 表示該設備為防爆電氣設

18、備。表示該設備為防爆電氣設備。構外型式構外型式 闡明該設備采用何種措施進展防爆，如闡明該設備采用何種措施進展防爆，如 d d為隔爆型，為隔爆型，i i為本安型等。為本安型等。設備類別設備類別 I I為煤礦井下用電設備，為煤礦井下用電設備，IIII為工廠用設為工廠用設備。備。防爆級別防爆級別 為為A A、B B、C C三級，闡明防爆才干強弱。三級，闡明防爆才干強弱。溫度組別溫度組別 為為T1T6T1T6六組，闡明該設備的最高外表六組，闡明該設備的最高外表 溫度允許值。溫度允許值。例如例如 EXiaIICT5 EXiaIICT5 表示表示IIII類本質平安型類本質平安型iaia等級等級B B級級T5T5組。組。隔爆型儀表隔爆型儀表 具有隔爆外殼，儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內。它能接受儀表內部因缺點產生爆炸性氣體混合物的爆炸壓力。這類儀表適用于1區(qū)、2區(qū)危險場所。本質平安型儀表本質平安型儀