過程控制工程 潘永湘 第1章 緒論PPt(1).

1、教學理念：教學理念： 教書育人要義 傳道授業(yè)釋疑； 師生齊心協(xié)力, 共探過控真諦 。 熟悉儀表原理, 統(tǒng)領系統(tǒng)設計； 理論實踐結合，思維創(chuàng)新第一。過程控制與自動化儀表過程控制與自動化儀表西安理工大學 潘永湘 楊延西 趙躍 第第1 1章章 緒論緒論1 1）掌握過程控制的定義、要求和任務，）掌握過程控制的定義、要求和任務， 了解過程控制的發(fā)展狀況；了解過程控制的發(fā)展狀況；2 2）掌握過程控制系統(tǒng)的組成、特點、類型）掌握過程控制系統(tǒng)的組成、特點、類型及其性能指標；及其性能指標；3 3）了解過程控制系統(tǒng)設計步驟和儀表的類）了解過程控制系統(tǒng)設計步驟和儀表的類型與發(fā)展；型與發(fā)展；4 4）掌握儀表的信號制及

2、防爆系統(tǒng)的構成。）掌握儀表的信號制及防爆系統(tǒng)的構成。 一、什么是過程控制？它有何作用？適用的生產過程一、什么是過程控制？它有何作用？適用的生產過程? ? 過程控制的特點、任務及功能要求過程控制的特點、任務及功能要求1、過程控制是生產過程自動化的簡稱，通常是指石油、化工、過程控制是生產過程自動化的簡稱，通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、建材、原子能等工業(yè)部門連續(xù)的或電力、冶金、輕工、紡織、建材、原子能等工業(yè)部門連續(xù)的或按一定周期程序進行的生產過程自動控制。按一定周期程序進行的生產過程自動控制。其被控量通常為壓力、液位、流量、溫度、其被控量通常為壓力、液位、流量、溫度、PH值等過程變量值

3、等過程變量8、提高市場競爭能力等1、自動化技術的重要組成部分2、實現(xiàn)各種最優(yōu)技術經濟指標3、提高經濟效益和社會效益4、提高勞動生產率5、節(jié)約能源6、改善勞動條件7、保護環(huán)境衛(wèi)生2、過程控制的作用、過程控制的作用3、適用的生產過程、適用的生產過程從控制的角度，通常將工業(yè)生產過程分為三類，即：連續(xù)型、離散型和混合型。過程控制主要是針對連續(xù)生產過程采用的控制方法。連續(xù)生產過程的特征是：生產過程中的各種流體，在連續(xù)（或間歇）的流動過程中進行著物理化學反應、物質能量的轉換或傳遞，最終產生新的產品。生產過程的工藝參數決定產品的產量和質量，這些參數同時受內部和外部條件影響，有時還會相互影響，使得對其控制變得

4、復雜和特殊，也決定了與一般控制的不同二、過程控制的特點、任務及功能要求二、過程控制的特點、任務及功能要求 （一）（一） 過程控制的特點過程控制的特點 1.組成（被控過程與系列化生產的自動化儀表）；組成（被控過程與系列化生產的自動化儀表）；過程控制采用各種檢測儀表、控制儀表和計算機等自動化工過程控制采用各種檢測儀表、控制儀表和計算機等自動化工具，對整個生產過程進行自動檢測、自動監(jiān)督和自動控制。具，對整個生產過程進行自動檢測、自動監(jiān)督和自動控制。檢測儀表檢測儀表把工藝參數轉換為電信號或氣信號，反映生產過程把工藝參數轉換為電信號或氣信號，反映生產過程狀況；狀況；控制儀表控制儀表接受檢測信號對過程進行

5、控制，使工藝參數接受檢測信號對過程進行控制，使工藝參數符合預期要求。符合預期要求。 2.被控過程復雜多樣，通用控制系統(tǒng)難以設計；被控過程復雜多樣，通用控制系統(tǒng)難以設計；生產規(guī)模不同、工藝要求各異、產品品種多樣導致過程的結生產規(guī)模不同、工藝要求各異、產品品種多樣導致過程的結構性、動態(tài)特性多樣。通常被控過程屬于構性、動態(tài)特性多樣。通常被控過程屬于多變量、大慣性、多變量、大慣性、大時延大時延特征，還有非線性與時變特性。（鍋爐、熱交換器、特征，還有非線性與時變特性。（鍋爐、熱交換器、精餾塔）很難建立精確的數學模型，也就很難建立通用的控精餾塔）很難建立精確的數學模型，也就很難建立通用的控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。

6、3.3.控制方案的多樣性，控制要求高控制方案的多樣性，控制要求高由于被控過程的多樣性，即大多屬多變量、分布參數、非線由于被控過程的多樣性，即大多屬多變量、分布參數、非線性、大慣性、大時延過程，為了滿足生產中越來越高的要求性、大慣性、大時延過程，為了滿足生產中越來越高的要求控制方案也越來越豐富?？刂品桨敢苍絹碓截S富。通常既有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)；通常既有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)；有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，也有計算機控制系統(tǒng)；有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，也有計算機控制系統(tǒng)；有提高控制品質的控制系統(tǒng)，也有實現(xiàn)特殊工藝要求的控制有提高控制品質的控制系統(tǒng)，也有實現(xiàn)特殊工藝要求的控制系統(tǒng)；系統(tǒng)；

7、有傳統(tǒng)的有傳統(tǒng)的PID控制，也有新型的自適應控制，預測控制、推理控制，也有新型的自適應控制，預測控制、推理控制、模糊控制等。控制、模糊控制等。 4.控制過程大多屬于慢過程、參量控制；控制過程大多屬于慢過程、參量控制；由于被控過程大多具有大慣性、大延時（滯后）等特點，因由于被控過程大多具有大慣性、大延時（滯后）等特點，因而決定了控制過程是一個慢過程。另外，在一些生產過程而決定了控制過程是一個慢過程。另外，在一些生產過程中，如石油、化工、冶金、電力、輕工、建材、制藥等生中，如石油、化工、冶金、電力、輕工、建材、制藥等生產過程中，常常用一些物理量來表征生產過程是否正常，產過程中，常常用一些物理量來表

8、征生產過程是否正常，這些物理量多半是溫度、壓力、流量、液位（物位）、成這些物理量多半是溫度、壓力、流量、液位（物位）、成分等。分等。5.定值控制定值控制定值控制是過程控制的一種主要形式。在目前的多數過程控制系統(tǒng)中，其給定值是恒定的或保持在很小范圍內變化。控制的主要目的在于如何減小或消除外界擾動對被控量的影響，使生產穩(wěn)定，保證產品的產量和質量。 （二）（二） 過程控制的要求、任務及功能過程控制的要求、任務及功能 1.要求（安全性、穩(wěn)定性、經濟性）要求（安全性、穩(wěn)定性、經濟性） 工業(yè)生產對過程控制的要求，最終可以歸納為三頂要求，即工業(yè)生產對過程控制的要求，最終可以歸納為三頂要求，即安全性、經濟性和

9、穩(wěn)定性安全性、經濟性和穩(wěn)定性。安全性安全性是指在整個生產過程中，確保人身和設備的安全，這是是指在整個生產過程中，確保人身和設備的安全，這是最重要也是最基本的要求。最重要也是最基本的要求。 為達到此目的，通常采用參數越限報警、聯(lián)鎖保護等措施為達到此目的，通常采用參數越限報警、聯(lián)鎖保護等措施加以實現(xiàn)。隨著工業(yè)生產過程的高度連續(xù)化和大型化，還提出加以實現(xiàn)。隨著工業(yè)生產過程的高度連續(xù)化和大型化，還提出在線故障診斷和預測、設計容錯控制系統(tǒng)等來提高運行的安全在線故障診斷和預測、設計容錯控制系統(tǒng)等來提高運行的安全性；性； 經濟性經濟性是指生產同樣質量和數量產品所消耗的能量和原材料是指生產同樣質量和數量產品所

10、消耗的能量和原材料最少，即要求生產成本低而效率高；最少，即要求生產成本低而效率高；穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指系統(tǒng)具有抵制外部干擾，保持生產過程長期穩(wěn)定是指系統(tǒng)具有抵制外部干擾，保持生產過程長期穩(wěn)定運行的能力。運行的能力。n2、任務、任務n在了解掌握工藝流程和生產過程的靜、動特性的基礎上，根據上在了解掌握工藝流程和生產過程的靜、動特性的基礎上，根據上述三項要求，應用控制理論對控制系統(tǒng)進行分析和綜合，最后采述三項要求，應用控制理論對控制系統(tǒng)進行分析和綜合，最后采用適宜的技術手段加以實現(xiàn)。因此，過程控制是控制理論、工藝用適宜的技術手段加以實現(xiàn)。因此，過程控制是控制理論、工藝知識、計算機技術和自動化儀表等知識相

11、結合而構成的一門應用知識、計算機技術和自動化儀表等知識相結合而構成的一門應用科學?？茖W。n（了解工藝、獲取模型、分析設計、物理實現(xiàn)）；（了解工藝、獲取模型、分析設計、物理實現(xiàn)）；3 3、過程控制的功能、過程控制的功能 符合現(xiàn)代大工業(yè)生產的過程控制符合現(xiàn)代大工業(yè)生產的過程控制功能結構功能結構如圖如圖11所示。圖中各層的具所示。圖中各層的具體功能簡述如下：體功能簡述如下：（1 1）測量變送與執(zhí)行功能）測量變送與執(zhí)行功能 由由測量變送裝置測量變送裝置(如傳感器與變送器等如傳感器與變送器等)和和執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置(如執(zhí)行機構與調節(jié)機構等如執(zhí)行機構與調節(jié)機構等)實現(xiàn)的。實現(xiàn)的。測量變送裝置測量變送裝置用來

12、測量過程變量并將其用來測量過程變量并將其轉換成系統(tǒng)的統(tǒng)一信號；轉換成系統(tǒng)的統(tǒng)一信號；執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置則將控制信號轉換為可直接改則將控制信號轉換為可直接改變被控參數的控制動作。變被控參數的控制動作。顯然，測量變送與執(zhí)行功能是任何控制顯然，測量變送與執(zhí)行功能是任何控制系統(tǒng)系統(tǒng)不可缺少的組成部分不可缺少的組成部分。 （2 2） 操作安全與環(huán)境保護功能操作安全與環(huán)境保護功能 該功能是為保證生產過程的安全操該功能是為保證生產過程的安全操作和滿足環(huán)境保護的規(guī)范要求而設計的。作和滿足環(huán)境保護的規(guī)范要求而設計的。由于它關系到人的生命安全與設備財產由于它關系到人的生命安全與設備財產安全，因而非常關鍵。安全，因而

13、非常關鍵。實現(xiàn)該功能的設備主要包括實現(xiàn)該功能的設備主要包括非正常工況非正常工況下的報警系統(tǒng)、自動選擇性系統(tǒng)下的報警系統(tǒng)、自動選擇性系統(tǒng)( (亦稱亦稱軟保護軟保護) )和實現(xiàn)緊急停車的繼電保護系和實現(xiàn)緊急停車的繼電保護系統(tǒng)統(tǒng)( (亦稱硬保護亦稱硬保護) )。這些設備與常規(guī)控制。這些設備與常規(guī)控制所用的儀表無關，常常是獨立運行的。所用的儀表無關，常常是獨立運行的。必要時還要采用多級保護方法，以確保必要時還要采用多級保護方法，以確保生產過程的絕對安全。生產過程的絕對安全。 (3)(3)常規(guī)控制或高級控制功能常規(guī)控制或高級控制功能 該功能首先采用常規(guī)的該功能首先采用常規(guī)的PID反饋反饋控制和前饋補償控

14、制使溫度、壓力、控制和前饋補償控制使溫度、壓力、流量、物位、成分等工藝參數運行在流量、物位、成分等工藝參數運行在或接近于它們的設定值?；蚪咏谒鼈兊脑O定值。若常規(guī)控制不能滿足控制要求時，則可若常規(guī)控制不能滿足控制要求時，則可采用更為先進的控制技術如自適應控采用更為先進的控制技術如自適應控制、預測控制、推理控制、補償控制、制、預測控制、推理控制、補償控制、智能控制以及多變量約束控制等加以智能控制以及多變量約束控制等加以實現(xiàn)。實現(xiàn)。 (4)實時優(yōu)化功能實時優(yōu)化功能 該功能是為實現(xiàn)最優(yōu)操作工況而該功能是為實現(xiàn)最優(yōu)操作工況而設計的。一般說來，生產過程的最優(yōu)設計的。一般說來，生產過程的最優(yōu)工況通常在工藝

15、過程設計時就已經確工況通常在工藝過程設計時就已經確定。但在實際運行中，由于設備的損定。但在實際運行中，由于設備的損耗或損壞、過程的干擾以及經濟指標耗或損壞、過程的干擾以及經濟指標的變化等，又常常使最優(yōu)工況發(fā)生變的變化等，又常常使最優(yōu)工況發(fā)生變化。因此，定期重新確定最優(yōu)工況是化。因此，定期重新確定最優(yōu)工況是必要的，這就要求進行實時優(yōu)化。必要的，這就要求進行實時優(yōu)化。實時優(yōu)化的目標是實時優(yōu)化的目標是最小化操作成本或最小化操作成本或最大化操作利潤，它既可以針對一個最大化操作利潤，它既可以針對一個操作單元，也可以針對全廠進行。操作單元，也可以針對全廠進行。 (5)決策管理與計劃調度功能決策管理與計劃調

16、度功能 過程控制系統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)的最高功能最高功能是是決策管理與計劃調度。對連續(xù)生決策管理與計劃調度。對連續(xù)生產過程而言，整個生產過程都應產過程而言，整個生產過程都應該進行周密的計劃調度和正確有該進行周密的計劃調度和正確有效的決策管理，成功地實現(xiàn)這些效的決策管理，成功地實現(xiàn)這些功能是現(xiàn)代企業(yè)獲利的關鍵。功能是現(xiàn)代企業(yè)獲利的關鍵。（一）加熱爐過程控制（一）加熱爐過程控制（二）設計步驟（二）設計步驟1.確定控制目標確定控制目標 對圖所示的加熱爐對圖所示的加熱爐, ,存在幾個存在幾個不同的控制目標不同的控制目標, ,即即: :1)1)在安全運行的條件下在安全運行的條件下, ,保證熱油出口保證熱油出

17、口溫度穩(wěn)定。溫度穩(wěn)定。2)2)在安全運行的條件下在安全運行的條件下, ,保證熱油出口保證熱油出口溫度和煙道氣含氧量穩(wěn)定。溫度和煙道氣含氧量穩(wěn)定。3)3)在安全運行的條件下在安全運行的條件下, ,既要保證熱油既要保證熱油出口的溫度穩(wěn)定出口的溫度穩(wěn)定, ,還要使加熱爐熱效率還要使加熱爐熱效率最高。最高。顯然顯然, ,為實現(xiàn)上述不同的控制目標應采為實現(xiàn)上述不同的控制目標應采用不同的控制方案用不同的控制方案, ,這是需要首先確定這是需要首先確定的的。2.選擇被控參數選擇被控參數無論采用什么控制方案,均需要通過某些參數的檢測來控制或監(jiān)視生產過程。直接參數直接參數：熱油出口溫度、煙道氣含氧量、燃油壓力等參

18、數間接參數間接參數：若有些參數因某種原因不能被直接測量時,可利用參數估計的方法得到,也可通過測量與其有一定函數關系的另一參數經計算得到;有些參數還必須通過其他幾種參數綜合計算得到,如加熱爐的熱效率就是通過測量煙氣溫度、煙氣中的含氧量和一氧化碳含量并進行綜合計算得到的。在過程控制中,被控參數的選擇是體現(xiàn)控制目標的前提條件。3 3 選擇控制量選擇控制量控制量是由生產工藝規(guī)定的控制量是由生產工藝規(guī)定的, ,一個被一個被控過程通常存在一個或多個可供選控過程通常存在一個或多個可供選擇的控制量。究竟用哪個控制量去擇的控制量。究竟用哪個控制量去控制哪個被控量控制哪個被控量, ,這是需要認真考慮這是需要認真考

19、慮的。的。在上述加熱爐過程控制中在上述加熱爐過程控制中, ,是以是以燃油燃油的流量的流量作為控制量控制熱油的出口作為控制量控制熱油的出口溫度溫度. .還是以還是以冷油的入口流量控制冷油的入口流量控制熱熱油的出口溫度油的出口溫度, ,需要認真加以選擇需要認真加以選擇; ;還有還有, ,是用是用煙道擋扳的開度煙道擋扳的開度為控制量為控制量控制煙氣中的含氧量控制煙氣中的含氧量, ,還是用還是用爐膛爐膛入口入口處送風擋板的開度控制煙氣中的含氧量.也同樣需要認真選擇,它的確定決定了被控過程的性質。4.4.確定控制方案確定控制方案控制方案與控制目標有著密切的關系。它是控制系統(tǒng)設計的核控制方案與控制目標有著

20、密切的關系。它是控制系統(tǒng)設計的核心內容之一。心內容之一。在加熱爐控制中在加熱爐控制中, ,如果只要求實現(xiàn)如果只要求實現(xiàn)第一個控制目標第一個控制目標, ,則只要采用則只要采用簡單控制方案簡單控制方案即可滿足要求即可滿足要求; ; 但當燃油的壓力變化既頻繁又劇但當燃油的壓力變化既頻繁又劇烈，又要確保熱油出口溫度有較高的控制精度時烈，又要確保熱油出口溫度有較高的控制精度時, ,則要采用較為則要采用較為復雜的控制方案復雜的控制方案; ;如要實現(xiàn)如要實現(xiàn)第二個控制目標第二個控制目標, ,則在對熱油出口溫度控制的基礎上則在對熱油出口溫度控制的基礎上, ,還要再增設一個煙氣含氧量成分控制系統(tǒng)還要再增設一個煙

21、氣含氧量成分控制系統(tǒng), ,方可完成控制任務方可完成控制任務; ;對對第三個控制目標第三個控制目標, ,除了要對溫度和含氧量分別采用定值控制方除了要對溫度和含氧量分別采用定值控制方案外案外, ,還要隨時調整含氧量的設定值以保證加熱爐熱效率最高。還要隨時調整含氧量的設定值以保證加熱爐熱效率最高。為達此目的為達此目的, ,則必須建立燃燒過程的數學模型則必須建立燃燒過程的數學模型, ,采用采用最優(yōu)控制最優(yōu)控制, ,結結果使控制方案變得更加復雜。果使控制方案變得更加復雜。 5.5.選擇控制策略選擇控制策略被控過程決定控制策略?？刂撇呗缘暮侠磉x擇也是系統(tǒng)設計的被控過程決定控制策略。控制策略的合理選擇也是系

22、統(tǒng)設計的核心內容之一。核心內容之一。對比較簡單的被控過程對比較簡單的被控過程, ,在大多數情況下在大多數情況下, ,只需選擇只需選擇常規(guī)常規(guī)PIDPID控制控制策略即可達到控制目的策略即可達到控制目的; ;對比較復雜的被控過程對比較復雜的被控過程, ,則需要采用則需要采用高級過程控制策略高級過程控制策略, ,如模糊如模糊控制、推理控制、預測控制、解耦控制、自適應控制策略等等?？刂?、推理控制、預測控制、解耦控制、自適應控制策略等等。這些控制策略這些控制策略( (亦稱控制算法亦稱控制算法) )涉及許多復雜的計算涉及許多復雜的計算, ,所以只能借所以只能借助于計算機才能實現(xiàn)。助于計算機才能實現(xiàn)。6.

23、6.選擇執(zhí)行器選擇執(zhí)行器在確定了控制方案和控制策略之后在確定了控制方案和控制策略之后, ,就要選擇執(zhí)行器。目前可就要選擇執(zhí)行器。目前可供選擇的商品化執(zhí)行器有氣動和電動兩種供選擇的商品化執(zhí)行器有氣動和電動兩種, ,尤以氣動執(zhí)行器的尤以氣動執(zhí)行器的應用最為廣泛。應用最為廣泛。這里關鍵的問題也是容易被人們忽視的問題是這里關鍵的問題也是容易被人們忽視的問題是, ,如何根據控制如何根據控制量的工藝條件和對流量特性的要求選擇合適的執(zhí)行器量的工藝條件和對流量特性的要求選擇合適的執(zhí)行器。若執(zhí)。若執(zhí)行器選得不合適行器選得不合適, ,會導致執(zhí)行器的特性與過程特性不匹配會導致執(zhí)行器的特性與過程特性不匹配, ,進進而

24、使設計的控制系統(tǒng)難以達到預期的控制目標而使設計的控制系統(tǒng)難以達到預期的控制目標, ,有的甚至使系有的甚至使系統(tǒng)無法運行。因此統(tǒng)無法運行。因此, ,應該引起足夠的重視。應該引起足夠的重視。7.7.設計報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設計報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng) 是保證生產安全的重要措施。報警系統(tǒng)的作用報警系統(tǒng)的作用在于及時提醒操作人員密切注視生產中的在于及時提醒操作人員密切注視生產中的關鍵關鍵參數參數, ,以便采取措施以便采取措施預防事故的發(fā)生預防事故的發(fā)生。對于關鍵參數。對于關鍵參數, ,應根據工應根據工藝要求設定其高、低限值。藝要求設定其高、低限值。聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的作用聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的作用是當生產一旦出現(xiàn)事故時是當

25、生產一旦出現(xiàn)事故時, ,為為確保人身與確保人身與設備的安全設備的安全, ,要迅速使被控過程按預先設計好的程序進行操作要迅速使被控過程按預先設計好的程序進行操作以便使其以便使其停止運轉或轉入停止運轉或轉入“保守保守”運行狀態(tài)運行狀態(tài)；例：例：聯(lián)鎖保護系統(tǒng)使聯(lián)鎖保護系統(tǒng)使加熱爐停車程序：停燃油泵加熱爐停車程序：停燃油泵關燃油閥關燃油閥停引風機停引風機切斷熱油閥切斷熱油閥8.8.工程化設計工程化設計過程控制系統(tǒng)的工程設計是指用過程控制系統(tǒng)的工程設計是指用圖樣資料和文件資料圖樣資料和文件資料表達控制表達控制系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)過程系統(tǒng)的設計思想和實現(xiàn)過程, ,并能按圖樣進行施工。并能按圖樣進行施工。設

26、計文件和圖樣一方面要提供給設計文件和圖樣一方面要提供給上級主管部門上級主管部門, ,以便對該建設項以便對該建設項目進行審批目進行審批, ,另一方面則作為另一方面則作為施工建設單位進行施工建設單位進行施工安裝的主要施工安裝的主要依據。因此依據。因此, ,工程設計生產過程自動化項目建設中的一項極其重工程設計生產過程自動化項目建設中的一項極其重要的環(huán)節(jié)。要的環(huán)節(jié)。9.9.系統(tǒng)投運、調試和整定參數系統(tǒng)投運、調試和整定參數在完成工程設計、控制系統(tǒng)安裝之前在完成工程設計、控制系統(tǒng)安裝之前, ,應按照控制方案的要求檢應按照控制方案的要求檢查和調試各種控制儀表和設備的運行狀況查和調試各種控制儀表和設備的運行狀

27、況, ,然后進行系統(tǒng)安裝與然后進行系統(tǒng)安裝與調試調試, ,最后進行調節(jié)器的參數整定最后進行調節(jié)器的參數整定, ,使控制系統(tǒng)運行在最優(yōu)使控制系統(tǒng)運行在最優(yōu)( (或次或次優(yōu)優(yōu)) )狀態(tài)。狀態(tài)。1.1.2 1.1.2 過程控制的發(fā)展概況過程控制的發(fā)展概況 在在2020世紀世紀4040年代以前，工業(yè)生產大多處年代以前，工業(yè)生產大多處于手工操作狀態(tài)，操作工人通過對火候、于手工操作狀態(tài)，操作工人通過對火候、冷熱、色澤、形狀等的觀察來調整生產過冷熱、色澤、形狀等的觀察來調整生產過程，生產效率很低。程，生產效率很低。例：例：室溫人工控制示意圖：室溫人工控制示意圖：圖圖1-21-2為室溫人工控制示意圖，為室溫人

28、工控制示意圖， 送風經過送風經過熱水加熱器熱水加熱器1 1加熱后送入恒溫室，用以控制室內溫度（簡加熱后送入恒溫室，用以控制室內溫度（簡稱室溫），為了使室溫保持在要求的數值上或在一定的范圍稱室溫），為了使室溫保持在要求的數值上或在一定的范圍內變化，必須在室內設置一個溫度計，內變化，必須在室內設置一個溫度計，操作人員根據操作人員根據溫度計溫度計2 2的指示，不斷地的指示，不斷地改變改變調節(jié)閥調節(jié)閥3 3的開度，控制進入加熱器的開度，控制進入加熱器的熱水量，從而使室溫維持在某個的熱水量，從而使室溫維持在某個要求的范圍內。要求的范圍內。 圖12 室溫人工控制示意圖1熱水加熱器；2溫度計；3調節(jié)閥 50

29、 50年代前后，過程控制開始得到發(fā)展。大致經歷了以年代前后，過程控制開始得到發(fā)展。大致經歷了以下幾個階段下幾個階段: :1.1.基于儀表的局部自動化（基于儀表的局部自動化（50506060年代）階段年代）階段過程檢測控制儀表過程檢測控制儀表控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結構結構被控參被控參數數控制目控制目的的系統(tǒng)分系統(tǒng)分析理論析理論基礎基礎基地式儀表基地式儀表和部分單和部分單元組合式儀表（多數元組合式儀表（多數氣動儀表）氣動儀表） 以指示記錄儀表為主以指示記錄儀表為主體附加調節(jié)裝置而組體附加調節(jié)裝置而組成，即把變送、調節(jié)、成，即把變送、調節(jié)、顯示等部分裝在一個顯示等部分裝在一個殼內形成整體。殼內形成整體。絕

30、大多數絕大多數單輸入單輸入單輸出系單輸出系統(tǒng)統(tǒng)（定值（定值控制）控制）溫度、溫度、壓力、壓力、流量、流量、液位液位保持工保持工藝參數藝參數穩(wěn)定，穩(wěn)定，確保生確保生產安全產安全頻率法、頻率法、根軌跡根軌跡法為主法為主體的體的經經典控制典控制理論。理論。2.2.基于儀表基于儀表/ /計算機的綜合自動化（計算機的綜合自動化（60607070年代中年代中期）階段期）階段過程檢測控制儀表過程檢測控制儀表結構結構先進技術先進技術系統(tǒng)分析理系統(tǒng)分析理論基礎論基礎大量采用大量采用單元組合式儀單元組合式儀表表（包括氣動和電動）（包括氣動和電動）或或組裝式儀表組裝式儀表（DDZDDZ、QDZQDZ）4 420mA

31、DC20mADC 0 010mADC10mADC復雜控制復雜控制系統(tǒng)系統(tǒng)如串級、如串級、前饋反前饋反饋、饋、smithsmith預估、比預估、比值、均勻、值、均勻、選擇性控選擇性控制制6060年代中期，年代中期，開始應用計開始應用計算機，實現(xiàn)算機，實現(xiàn)了直接數字了直接數字控制（控制（DDCDDC）和計算機監(jiān)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)（控系統(tǒng)（SCC)SCC)由基于傳遞由基于傳遞函數的應用函數的應用經典控制理經典控制理論發(fā)展到基論發(fā)展到基于狀態(tài)空間于狀態(tài)空間法的現(xiàn)代控法的現(xiàn)代控制理論制理論單元組合式儀表是 按照自動調節(jié)系統(tǒng)中各組成部分的功 能和現(xiàn)場使用要求，分成若干個獨立的單元。各單元之間用標準信號聯(lián)系。

32、 一種大型柜式的調節(jié)儀表。它按照控制系統(tǒng)中的各種功能劃分組件（組件的結構標準化），各組件可在機架上插裝，方便地組合成整套控制系統(tǒng) 圖圖1-31-3為室溫自動控制系統(tǒng)示意圖。為室溫自動控制系統(tǒng)示意圖。 控制器控制器3 3將將傳感器傳感器2 2反映的室溫測量值與要求值進行比較反映的室溫測量值與要求值進行比較和運算，用以控制和運算，用以控制執(zhí)行器執(zhí)行器4 4，使流入室內的熱量與流出到室，使流入室內的熱量與流出到室外的熱量相平衡，外的熱量相平衡，以實現(xiàn)室溫的自動控制。以實現(xiàn)室溫的自動控制。 上述執(zhí)行器由上述執(zhí)行器由執(zhí)行機構和執(zhí)行機構和調節(jié)機構閥門調節(jié)機構閥門組成，組成，稱為稱為電動調節(jié)閥電動調節(jié)閥。3

33、.3.基于網絡的全盤自動化（基于網絡的全盤自動化（7070年代中期至今）階段年代中期至今）階段過程檢測控制儀表結構控制形式先進技術系統(tǒng)分析理論基礎 以微處理器為核心的智能單元組合儀表（PLC）單變量發(fā)展單變量發(fā)展到多變量到多變量最優(yōu)、自適最優(yōu)、自適應控制、多應控制、多變量解耦、變量解耦、過程辨識過程辨識（先進控制先進控制）7070年代年代中期，中期，DCS,DCS,PLCPLC應用現(xiàn)代控制應用現(xiàn)代控制理論如：狀態(tài)理論如：狀態(tài)反饋、最優(yōu)控反饋、最優(yōu)控制、解耦控制制、解耦控制1.1.3 1.1.3 過程控制系統(tǒng)的組成、分類及性能指標過程控制系統(tǒng)的組成、分類及性能指標一、過程控制系統(tǒng)的組成一、過程控

34、制系統(tǒng)的組成 過程控制系統(tǒng)主要由被控過程和自動化儀表（包括計過程控制系統(tǒng)主要由被控過程和自動化儀表（包括計算機）兩部分組成，其中自動化儀表負責對被控過程的算機）兩部分組成，其中自動化儀表負責對被控過程的工藝參數進行自動測量、自動監(jiān)視和自動控制等。工藝參數進行自動測量、自動監(jiān)視和自動控制等。 現(xiàn)以圖現(xiàn)以圖1 14 4所示的電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制流程所示的電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制流程為例加以說明。為例加以說明。 如圖所示，由鍋爐汽鼓出來如圖所示，由鍋爐汽鼓出來的飽和蒸汽經的飽和蒸汽經 過熱器加過熱器加熱成為過熱蒸汽，而過熱熱成為過熱蒸汽，而過熱蒸汽的溫度是保證發(fā)電廠蒸汽的溫度是保證發(fā)電廠的汽輪機

35、組正常運行的一的汽輪機組正常運行的一個重要條件，必須對其進個重要條件，必須對其進行嚴格控制。行嚴格控制。 圖圖1-4 鍋爐過熱蒸汽溫度控制示意圖鍋爐過熱蒸汽溫度控制示意圖1-熱電阻熱電阻 2-變送器變送器 3-調節(jié)器調節(jié)器 4-調節(jié)閥調節(jié)閥T：溫度 P：壓力F：流量 L：液位通常在過熱器之前或中間串接通常在過熱器之前或中間串接一個減溫器，通過改變減溫水一個減溫器，通過改變減溫水流量大小來控制過熱蒸汽的溫流量大小來控制過熱蒸汽的溫度。為達此目的，通常采用系度。為達此目的，通常采用系列化生產的列化生產的DDZ-III儀表構成控儀表構成控制系統(tǒng)，制系統(tǒng)， 即用熱電阻即用熱電阻1檢測過熱蒸汽的檢測過熱

36、蒸汽的溫度，經溫度變送器溫度，經溫度變送器2，將測，將測量信號送至調節(jié)器量信號送至調節(jié)器3的輸入端，的輸入端，并與代表蒸汽溫度的給定值（圖中未畫并與代表蒸汽溫度的給定值（圖中未畫460OC左右左右）進行比較，）進行比較，調節(jié)器按此偏差發(fā)出控制命令，來控制調節(jié)閥調節(jié)器按此偏差發(fā)出控制命令，來控制調節(jié)閥4的開度，從而的開度，從而改變減溫水流量，達到控制過熱蒸汽溫度的目的。改變減溫水流量，達到控制過熱蒸汽溫度的目的。DDZ-III儀表儀表（1 1）系統(tǒng)方塊圖系統(tǒng)方塊圖圖15 鍋爐過熱蒸汽溫度控制框圖（1）被控參數（亦稱系統(tǒng)輸出）y(t)：被控過程內要求保持穩(wěn)定 的工藝參數；（2）控制參數（亦稱操作變

37、量控制介質）q(t)：使被控參數保持期望值的物料量或能量；（1 1）系統(tǒng)方塊圖系統(tǒng)方塊圖（3）干擾量f(t)：除被控參數外，作用于被控過程并引起被控參數變化的各種因數；（4）設定值r(t)：與被控參數相對應的設定值；（5）反饋值z(t)：被控參數經測量變送后的實際測量值；（6）偏差e(t)：設定值與反饋值之差；（7）控制作用u(t)：控制器的輸出值。在過程控制系統(tǒng)中，常常將控制器、執(zhí)行器和測量變在過程控制系統(tǒng)中，常常將控制器、執(zhí)行器和測量變送器、顯示器等統(tǒng)稱為自動化儀表。送器、顯示器等統(tǒng)稱為自動化儀表。這樣，這樣，過程控制系統(tǒng)就由自動化儀表和被控過程兩部過程控制系統(tǒng)就由自動化儀表和被控過程兩部

38、分組成。分組成。 為了系統(tǒng)設計的方便，在控制方案確定后，通為了系統(tǒng)設計的方便，在控制方案確定后，通常選用系列化生產的自動化儀表組成過程控制系統(tǒng)，常選用系列化生產的自動化儀表組成過程控制系統(tǒng)，進而再通過對調節(jié)器參數的整定，使系統(tǒng)運行在最優(yōu)進而再通過對調節(jié)器參數的整定，使系統(tǒng)運行在最優(yōu)（或次優(yōu)）狀態(tài)，最終實現(xiàn)對生產過程的最優(yōu)（或次（或次優(yōu)）狀態(tài)，最終實現(xiàn)對生產過程的最優(yōu)（或次優(yōu)）控制。優(yōu)）控制。二、過程控制系統(tǒng)的分類二、過程控制系統(tǒng)的分類 過程控制有多種分類方法：過程控制有多種分類方法：1 1）按被控參數分類：）按被控參數分類：可分為溫度、壓力、流量、液位、成份等控可分為溫度、壓力、流量、液位、成

39、份等控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。2 2）按被控量的多少分類：）按被控量的多少分類：可分為單變量和多變量控制系統(tǒng)?？煞譃閱巫兞亢投嘧兞靠刂葡到y(tǒng)。3 3）按完成特定工藝要求分：）按完成特定工藝要求分：有比值、均勻、分程和選擇性控制系有比值、均勻、分程和選擇性控制系統(tǒng)。統(tǒng)。4 4）按控制器形式分類：）按控制器形式分類：可分為常規(guī)儀表過程控制系統(tǒng)和計算機過可分為常規(guī)儀表過程控制系統(tǒng)和計算機過程控制系統(tǒng)。程控制系統(tǒng)。5 5）按控制算法分類）按控制算法分類: :可分為簡單、復雜、先進或高級控制系統(tǒng)?？煞譃楹唵?、復雜、先進或高級控制系統(tǒng)。n此外，此外，若按系統(tǒng)的不同結構和不同的給定信號還可分為以下若按系統(tǒng)的不同結構和

40、不同的給定信號還可分為以下兩類。兩類。（重點）（重點）1 1 結構不同的控制系統(tǒng)結構不同的控制系統(tǒng) （1 1）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）：最基本的控制形式。：最基本的控制形式。 根據被控量與給定值的偏差進行工作，偏差值是控制的依據，根據被控量與給定值的偏差進行工作，偏差值是控制的依據，最后達到減小或消除偏差的目的。最后達到減小或消除偏差的目的。 （2 2）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）：）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）： 根據擾動量的大小進行工作，擾動量是控制的依據。根據擾動量的大小進行工作，擾動量是控制的依據。不存在被控量的反饋，也稱開環(huán)控制。不存在被控量的反饋，也

41、稱開環(huán)控制。 不單獨采用（無法檢查不單獨采用（無法檢查控制效果）控制效果） （3）前饋反饋復合控制系統(tǒng)）前饋反饋復合控制系統(tǒng) 提高提高 前饋優(yōu)點：及時迅速克服主要擾動對被控量的影響。前饋優(yōu)點：及時迅速克服主要擾動對被控量的影響?？刂瀑|量控制質量 反饋優(yōu)點：檢查控制效果。反饋優(yōu)點：檢查控制效果。2 2 設定值不同的控制系統(tǒng)設定值不同的控制系統(tǒng)（1 1）定值控制系統(tǒng)：）定值控制系統(tǒng)： 應用最多。如應用最多。如圖圖1 13 3所示過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)所示過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 特點：特點：被控量的給定值一般來說是固定不變的，有時則根被控量的給定值一般來說是固定不變的，有時則根 據生產工藝要求，允許在規(guī)

42、定的小范圍內變化。據生產工藝要求，允許在規(guī)定的小范圍內變化。主要作用：主要作用：克服一切干擾對被控量的影響，使被控量保持在克服一切干擾對被控量的影響，使被控量保持在 期望值。期望值。（2 2）隨動控制系統(tǒng)）隨動控制系統(tǒng) 特點：特點：被控量的給定值隨時間任意變化被控量的給定值隨時間任意變化主要作用：主要作用：克服一切擾動，使被控量按一定精度隨時跟蹤給克服一切擾動，使被控量按一定精度隨時跟蹤給定定 值的變化。值的變化。 舉例：舉例： 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，要求空氣隨燃料量的變化而成比鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，要求空氣隨燃料量的變化而成比例變化，例變化，以以保證燃料經濟地燃燒，而燃料量則隨負荷而變，保證燃料經濟

43、地燃燒，而燃料量則隨負荷而變，其變化規(guī)律是任意的其變化規(guī)律是任意的，此時對燃料量的控制即為隨動控制。，此時對燃料量的控制即為隨動控制。（3 3）順序控制系統(tǒng)）順序控制系統(tǒng)特點：特點： 被控量的設定值按被控量的設定值按預定預定的時間程序變化的控制系統(tǒng)。的時間程序變化的控制系統(tǒng)。舉例舉例: : 機械制造過程中熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)，其設定機械制造過程中熱處理爐的溫度控制系統(tǒng)，其設定值是按升溫、保溫和逐次降溫等程序變化的。值是按升溫、保溫和逐次降溫等程序變化的。 to升溫保溫降溫r(t)三、過程控制系統(tǒng)的性能指標三、過程控制系統(tǒng)的性能指標 （難點）（難點） 對控制系統(tǒng)來說，在設定值發(fā)生變化或系統(tǒng)受到

44、擾動對控制系統(tǒng)來說，在設定值發(fā)生變化或系統(tǒng)受到擾動作用后，系統(tǒng)將從原有的穩(wěn)態(tài)經歷一個過渡過程進入另一個作用后，系統(tǒng)將從原有的穩(wěn)態(tài)經歷一個過渡過程進入另一個新的穩(wěn)態(tài)。新的穩(wěn)態(tài)。 一個控制良好的系統(tǒng)，在經受擾動后，一般應平穩(wěn)、迅一個控制良好的系統(tǒng)，在經受擾動后，一般應平穩(wěn)、迅速和準確地趨近或恢復到設定值。速和準確地趨近或恢復到設定值。 因此，通常在因此，通常在穩(wěn)定性穩(wěn)定性、快速性快速性和和準確性準確性三個方面提出各種單三個方面提出各種單項性能指標，并組合起來。項性能指標，并組合起來。 1、單項性能指標、單項性能指標 過程控制系統(tǒng)的單項性能指標又有時域和頻域之分。過程控制系統(tǒng)的單項性能指標又有時域和

45、頻域之分。 系統(tǒng)的單項時域性能指標系統(tǒng)的單項時域性能指標通常以通常以階躍作用階躍作用下的過渡過程下的過渡過程為準。下圖所示分別是設定值和擾動作階躍變化時的過渡過為準。下圖所示分別是設定值和擾動作階躍變化時的過渡過程典型曲線。程典型曲線。圖圖1-7 擾動值階躍響應擾動值階躍響應曲線曲線（定值控制系統(tǒng)）（定值控制系統(tǒng)）圖圖1-8 設定值階躍響應曲設定值階躍響應曲線線（隨動控制系統(tǒng)）（隨動控制系統(tǒng)）0.2 ，0.5， 1.4(1(1） 主要的時域指標主要的時域指標 1 1）衰減比）衰減比(n)(n)和衰減率和衰減率 衰減比：衰減比：衡量振蕩過程衡量振蕩過程衰減程度衰減程度的指標。的指標。 它等于兩個

46、相鄰的同向波峰值之比。它等于兩個相鄰的同向波峰值之比。 即即 衰減率：衰減率：指每經過一個周期后，波動幅度衰減的百分數，指每經過一個周期后，波動幅度衰減的百分數， 即衰減率即衰減率 n=1:1 n=1:1 等幅振蕩；等幅振蕩； n1:1 n1:1 n1:1 衰減振衰減振蕩衰減比習慣上用蕩衰減比習慣上用n:1n:1表示。表示。21BBnnBBBBB111121212 2）最大動態(tài)偏差）最大動態(tài)偏差(A)(A)和超調量和超調量 對一個穩(wěn)定的定值系統(tǒng)來說，過渡過程最大動態(tài)對一個穩(wěn)定的定值系統(tǒng)來說，過渡過程最大動態(tài)偏差就是指受控變量第一個波峰值與穩(wěn)態(tài)值的差偏差就是指受控變量第一個波峰值與穩(wěn)態(tài)值的差 隨

47、動系統(tǒng)中通常采用超調量這個指標：隨動系統(tǒng)中通常采用超調量這個指標：3 3）殘余偏差）殘余偏差(e) (e) ： ( (穩(wěn)態(tài)準確性穩(wěn)態(tài)準確性) ) 過渡過程結束后，被控量新的穩(wěn)態(tài)值過渡過程結束后，被控量新的穩(wěn)態(tài)值y(y( ) )與設定與設定值值r r之間的差值。之間的差值。 e(e( ) )=y(=y( )-r)-r 可正可負可正可負 %100)()()(yytyp峰值時間tp：是指系統(tǒng)從干擾開始到被控量達到最大值時所需時間。衡量控制系統(tǒng)快速性的指標4 4）調節(jié)時間和振蕩頻率：）調節(jié)時間和振蕩頻率： ( (快速性快速性) )v調節(jié)時間調節(jié)時間(ts(ts) )： 從擾動開始到被控量進入新穩(wěn)從擾動

48、開始到被控量進入新穩(wěn)態(tài)值的態(tài)值的 5%5%或或 2%2%范圍內的這段范圍內的這段時間。時間。v振蕩頻率振蕩頻率 是振蕩周期是振蕩周期p p的倒數，的倒數，即即 p2在同樣的振蕩頻率下，衰減比在同樣的振蕩頻率下，衰減比n越大則調節(jié)時間越短；越大則調節(jié)時間越短；當衰減比當衰減比n相同時，則振蕩頻率越高，調節(jié)時間越短。相同時，則振蕩頻率越高，調節(jié)時間越短。 因此，振蕩頻率在一定程度上也可作為衡量過程控制系因此，振蕩頻率在一定程度上也可作為衡量過程控制系統(tǒng)統(tǒng)快速性快速性的指標。的指標。2 2、綜合性能指標、綜合性能指標愈小愈好愈小愈好 系統(tǒng)的綜合性能指標是在基于偏差積分最小的原則下系統(tǒng)的綜合性能指標是

49、在基于偏差積分最小的原則下制定、用以衡量控制系統(tǒng)性能制定、用以衡量控制系統(tǒng)性能“優(yōu)良度優(yōu)良度”的一些指標。的一些指標。 常用的有以下幾種：常用的有以下幾種： 1 1）誤差積分（）誤差積分（IE) IE) 2 2）偏差絕對值積分（）偏差絕對值積分（IAE)IAE) 3 3）偏差平方積分）偏差平方積分(ISE)(ISE) 4 4）偏差絕對值與時間乘積積分）偏差絕對值與時間乘積積分(ITAE)(ITAE) 5 5）時間乘偏差平方積分）時間乘偏差平方積分(ITSE ) (ITSE ) )()()(ytyte0)( dtteIE0)( dtteIAE02)( dtteISE0)( dttetITAE以上

50、各式中，以上各式中，02)( dttteITSEv上述指標估計整個過渡過程優(yōu)良程度的側重點不同：上述指標估計整個過渡過程優(yōu)良程度的側重點不同： ISE: ISE: 抑制過渡過程中的大偏差抑制過渡過程中的大偏差 ITAE: ITAE: 降低誤差對性能指標的影響降低誤差對性能指標的影響 懲罰過渡過程時懲罰過渡過程時 間過長。間過長。 ITSEITSE：抑制過渡過程中的大偏差和過渡過程時間過長。：抑制過渡過程中的大偏差和過渡過程時間過長。v缺點：缺點：不能保證控制系統(tǒng)具有合適的衰減率不能保證控制系統(tǒng)具有合適的衰減率 如：等幅振蕩，如：等幅振蕩，IE=0IE=0，極不合理。，極不合理。v結論：結論：

51、通常先規(guī)定衰減率，然后再考慮使某種誤差積分為最小。通常先規(guī)定衰減率，然后再考慮使某種誤差積分為最小。第二節(jié)第二節(jié) 自動化儀表概述自動化儀表概述 如前所述，自動化儀表是構成過程控制系統(tǒng)的重如前所述，自動化儀表是構成過程控制系統(tǒng)的重要組成部分。如果沒有自動化儀表，就不可能實現(xiàn)真正要組成部分。如果沒有自動化儀表，就不可能實現(xiàn)真正的過程控制。的過程控制。1.2.1 自動化儀表的分類與發(fā)展自動化儀表的分類與發(fā)展 自動化儀表的種類繁多，有常規(guī)儀表和基于微型計自動化儀表的種類繁多，有常規(guī)儀表和基于微型計算機技術的各種智能式儀表。工程上算機技術的各種智能式儀表。工程上通常按照安裝場地、通常按照安裝場地、能源形

52、式、信號類型和結構形式進行分類。能源形式、信號類型和結構形式進行分類。1 1按照安裝場地分按照安裝場地分 按照安裝場地不同，可分為按照安裝場地不同，可分為現(xiàn)場類儀表現(xiàn)場類儀表( (亦稱亦稱一次儀表一次儀表) )與與控制室類儀表控制室類儀表( (亦稱二次儀表亦稱二次儀表) )。現(xiàn)場?，F(xiàn)場類儀表通常在抗干擾、防腐蝕、抗震動、防爆等類儀表通常在抗干擾、防腐蝕、抗震動、防爆等方面具有特殊要求。方面具有特殊要求。2 2按照能源形式分按照能源形式分 自動化儀表按照能源形式的不同可分為液動、氣動和電自動化儀表按照能源形式的不同可分為液動、氣動和電動等。動等。而在過程控制中，一般都采用電動和氣動儀表。而在過程

53、控制中，一般都采用電動和氣動儀表。 氣動儀表發(fā)展較早，其特點是結構簡單、性能穩(wěn)定、可氣動儀表發(fā)展較早，其特點是結構簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、價格便宜，且在本質上安全防爆，因而廣泛應用于石靠性高、價格便宜，且在本質上安全防爆，因而廣泛應用于石油、化工等有爆炸危險的場所。油、化工等有爆炸危險的場所。 電動儀表相對氣動儀表出現(xiàn)較晚，但由于電動儀表在信電動儀表相對氣動儀表出現(xiàn)較晚，但由于電動儀表在信號傳輸、放大、變換處理以及實現(xiàn)遠距離監(jiān)視、操作等方面比號傳輸、放大、變換處理以及實現(xiàn)遠距離監(jiān)視、操作等方面比氣動儀表優(yōu)越，特別容易與計算機等現(xiàn)代化信息技術工具聯(lián)用，氣動儀表優(yōu)越，特別容易與計算機等現(xiàn)代化信息

54、技術工具聯(lián)用，因而電動儀表的發(fā)展極為迅速，應用也極為廣泛。因而電動儀表的發(fā)展極為迅速，應用也極為廣泛。近年來，由于電動儀表普遍采取了安全火花防爆措施，解決了安全防爆問近年來，由于電動儀表普遍采取了安全火花防爆措施，解決了安全防爆問題，因而在易燃易爆的危險場所也能使用。題，因而在易燃易爆的危險場所也能使用。 3 3按照信號類型分按照信號類型分 自動化儀表按照信號類型可分為自動化儀表按照信號類型可分為模擬式模擬式和和數字式數字式兩大兩大類。類。 模擬式儀表的傳輸信號通常是連續(xù)變化的模擬量，模擬式儀表的傳輸信號通常是連續(xù)變化的模擬量，其線路較為簡單，操作方便，在過程控制中已經被廣泛其線路較為簡單，操

55、作方便，在過程控制中已經被廣泛應用。應用。 數字式儀表的傳輸信號通常是斷續(xù)變化的數字量，數字式儀表的傳輸信號通常是斷續(xù)變化的數字量，以微型計算機為核心，其功能完善、性能優(yōu)越，能夠解以微型計算機為核心，其功能完善、性能優(yōu)越，能夠解決模擬式儀表難以解決的問題。決模擬式儀表難以解決的問題。4 4按照結構形式分按照結構形式分 自動化儀表按照結構形式的不同可分為基地式、單元組合式、自動化儀表按照結構形式的不同可分為基地式、單元組合式、組裝式以及集中分散式等。組裝式以及集中分散式等。 (1)(1)基地式儀表基地式儀表 基地式儀表最初出現(xiàn)在過程控制的早期，它是安裝在現(xiàn)場，基地式儀表最初出現(xiàn)在過程控制的早期，

56、它是安裝在現(xiàn)場，集檢測、指示與控制于一身的自動化儀表。早期的基地式儀表結集檢測、指示與控制于一身的自動化儀表。早期的基地式儀表結構簡單，價格低廉，但由于功能有限、通用性差，所以很快被單構簡單，價格低廉，但由于功能有限、通用性差，所以很快被單元組合式儀表所替代。元組合式儀表所替代。 近年來，隨著計算機網絡與通信技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，近年來，隨著計算機網絡與通信技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，基地式儀表又獲得了新生，正在朝著多功能、智能化方向發(fā)展?；厥絻x表又獲得了新生，正在朝著多功能、智能化方向發(fā)展。如帶有控制功能的智能變送器、智能執(zhí)行器或智能如帶有控制功能的智能變送器、智能執(zhí)行器或智能式閥門定位

57、器式閥門定位器等現(xiàn)代基地式儀表已成為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的重要組成部分。等現(xiàn)代基地式儀表已成為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的重要組成部分。 (2)(2)單元組合式儀表單元組合式儀表 單元組合式儀表是根據控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不單元組合式儀表是根據控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求制成的模塊化儀表同功能和使用要求制成的模塊化儀表( (稱為單元稱為單元) )的總的總稱。各個單元模塊之間用統(tǒng)一的標準信號進行聯(lián)絡。稱。各個單元模塊之間用統(tǒng)一的標準信號進行聯(lián)絡。 這類儀表有電動單元組合這類儀表有電動單元組合(DDZ)(DDZ)儀表和氣動單元組儀表和氣動單元組合合(QDZ)(QDZ)儀表兩大類。它們都經歷了儀表兩大類。

58、它們都經歷了I I型、型、型和型和型型等發(fā)展階段，經過不斷改進，其性能已日趨完善。等發(fā)展階段，經過不斷改進，其性能已日趨完善。 單元組合式儀表可分為變送單元、給定單元、控單元組合式儀表可分為變送單元、給定單元、控制單元、執(zhí)行單元、轉換單元、運算單元、顯示單元制單元、執(zhí)行單元、轉換單元、運算單元、顯示單元和輔助單元等，各單元的功能簡述如下：和輔助單元等，各單元的功能簡述如下： 1)1)變送單元變送單元是將各種被測參數，如溫度、壓力、流量、是將各種被測參數，如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量的大小變換成統(tǒng)一的標準測量信液位、成分等物理量的大小變換成統(tǒng)一的標準測量信號傳送給指示、記錄和控制裝置等

59、。號傳送給指示、記錄和控制裝置等。 2)2)給定單元給定單元是輸出統(tǒng)一標準信號作為被控變量的設定是輸出統(tǒng)一標準信號作為被控變量的設定值賦給控制單元，以實現(xiàn)定值控制。值賦給控制單元，以實現(xiàn)定值控制。 3)3)控制單元控制單元是將測量信號與設定信號之差按某種規(guī)律是將測量信號與設定信號之差按某種規(guī)律運算后輸出控制信號，去控制執(zhí)行器的動作。運算后輸出控制信號，去控制執(zhí)行器的動作。 4)4)執(zhí)行單元執(zhí)行單元的作用是按照控制信號或手動操作信號去的作用是按照控制信號或手動操作信號去改變控制量的大小。改變控制量的大小。5)5)轉換單元轉換單元的作用是既可將不同的物理信號轉換為統(tǒng)一的作用是既可將不同的物理信號轉

60、換為統(tǒng)一標準信號，也可實現(xiàn)不同標準信號之間的相互轉換，標準信號，也可實現(xiàn)不同標準信號之間的相互轉換，如氣一電轉換或電一氣轉換等，以使不同信號可以在如氣一電轉換或電一氣轉換等，以使不同信號可以在同一控制系統(tǒng)中使用。同一控制系統(tǒng)中使用。6)6)運算單元運算單元可將多個統(tǒng)一標準信號進行加、減、乘、除、可將多個統(tǒng)一標準信號進行加、減、乘、除、開方、平方等運算，以用于開方、平方等運算，以用于多種參數的補償計算和綜多種參數的補償計算和綜合控制等。合控制等。 7)7)顯示單元顯示單元可對各種被測參數進行指示、記錄、報警和可對各種被測參數進行指示、記錄、報警和積算，為操作人員監(jiān)視控制系統(tǒng)和生產過程運行狀況積算