工業(yè)自動化儀表與系統(tǒng)課件(-)

工業(yè)自動化儀表與系統(tǒng)工業(yè)自動化儀表的分類常用工業(yè)自動化儀表的工作原理典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構建一、工業(yè)自動化儀表的分類能源分類結構分類信號類型1、能源分類氣動儀表

特點：結構簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高、價格便宜，且在本質上是安全防爆的。電動儀表

特點：信號的傳輸、放大、變換處理比氣動儀表容易，便于遠距離監(jiān)視和操作，還易于與計算機等現代技術工具聯用。液動儀表2、信號類型分類模擬式

特點：線路較簡單，操作方便，價格較低，在設計、制造、使用上有較成熟的經驗。數字式

特點：以微型計算機為核心，功能完善，性能優(yōu)越，編程靈活。3、結構分類基地式控制儀表

以指示、記錄為主體，附加控制機構組成。單元組合式控制儀表

根據控制系統(tǒng)中各個組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表劃分成獨立實現某種功能的若干單元，各單元之間用統(tǒng)一的標準信號來聯系。組裝式綜合控制裝置在單元組合儀表的基礎上發(fā)展起來的一種功能分離、結構組件化的成套儀表裝置。集散控制系統(tǒng)

計算機控制裝置。特點“集中管理、分散控制?，F場總線控制系統(tǒng)

全分布式的新型控制網絡，特點”結構網絡化和全分散性，系統(tǒng)的開放性，現場儀表的互可操作性和功能自治性，以及對環(huán)境的適應性。二、常用工業(yè)自動化儀表的工作原理變送器調節(jié)器執(zhí)行器1、變送器概念：

將各種工藝變量和電氣信號轉換成相應的統(tǒng)一標準信號。包括測量部分（輸入轉換部分）、放大器和反饋部分。模擬變送器數字變送器

（1）模擬變送器的構成（2）數字變送器組成傳感器部件電子部件

由微處理器、A/D轉換器、D/A轉換器、通信器件等組成。2、調節(jié)器概念

調節(jié)器接收偏差信號后，按一定的運算規(guī)律輸出控制信號，作用于被控對象，以消除擾動對被控變量的影響，從而使被控變量回到給定值上來。模擬調節(jié)器

采用模擬技術，以運算放大器等模擬器件為基本部件。模擬式控制器所傳送的信號形式為連續(xù)的模擬信號，其基本結構包括比較環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)放大器等。比較環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)將被控變量的測量值與設定值進行比較得到偏差。電動控制器是在輸入電路中進行電壓或電流信號的比較。反饋環(huán)節(jié)控制器的PID控制規(guī)律是通過反饋環(huán)節(jié)進行的。輸出的電信號通過電阻和電容構成的無源網絡反饋到輸入端。放大器放大器實質上是一個穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。在電動控制器中可采用高增益的集成運算放大器。

DDZ-Ⅲ型電動單元調節(jié)器是模擬式控制器中較為常見的一種，它以來自變送器或轉換器的1～5V直流測量信號作為輸入信號，與1～5V直流設定信號相比較得到偏差信號，然后對此信號進行PID運算后，輸出1～5V或4～20mA直流控制信號，以實現對工藝變量的控制。整套儀表可以構成安全火花型防爆系統(tǒng)，而且增加了安全柵，實現控制室與危險場所之間的能量限制和隔離。

有軟、硬兩種手動操作方式，軟手動與自動之間相互切換具有雙向無平衡無擾動特性，提高了控制器的操作性能。這是因為在自動與軟手動之間有保持狀態(tài)，此時控制器輸出可長期保持不變，所以即使有偏差存在，也能實現無擾動切換。采用國際標準信號制，現場傳輸信號為4～20mA直流電流，控制室聯絡信號為1～5V直流電壓，信號電流和電壓的轉換電阻為250Ω。由于電氣零點不是從零開始，因此容易識別斷電、斷線等故障。信號傳輸采用電流傳送-電壓接受的并聯方式，即進出控制室的傳輸信號為直流電流信號（4～20mA），將此電流信號轉換成直流電壓信號后，以并聯形式傳輸給控制室各儀表?？刂破鞯墓ぷ鳡顟B(tài)有“自動”、“軟手動”、“硬手動”及“保持”四種。

DDZ-Ⅲ型電動單元調節(jié)器調節(jié)規(guī)律１.比例調節(jié)比例控制的輸出與輸入的關系為：y＝Kpe

KP是比例增益，它決定了比例控制作用的強弱。KP越大，比例控制作用越強。KP越小，比例控制作用越弱。特點：及時、迅速（控制器的輸出與輸入成正比，只要有偏差存在，控制器輸出就會馬上與偏差成比例地變化）２．比例積分調節(jié)比例積分作用的數學表達式為：

只要存在偏差，積分控制器的輸出就會不斷地隨時間積分而增大，只有當偏差為零時，控制器才會停止積分，保持在一定的輸出值不變。積分作用的一個重要優(yōu)點是能夠消除余差，TI：積分時間，積分時間是指在階躍信號作用下，控制器積分作用的輸出等于比例作用的輸出所經歷的時間。積分時間TI是一個常數，它可以用來表示積分速度的大小和積分作用的強弱。３．比例微分調節(jié)比例微分的輸出與輸入信號的關系為：

通常稱微分控制為“超前控制”。比例微分輸出的大小與偏差變化速度及微分時間ＴＤ成正比。微分作用的強弱用微分時間來衡量。微分時間越長，微分作用越強。（2）數字調節(jié)器包括主機電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人機聯系部分和通信部件等。單回路數字控制器單回路數字控制器簡介概述單回路數字控制器是以微處理機為核心，接收和輸出都可以是4~20mADC標準的、連續(xù)的電模擬量信號；內部處理信號為數字量，可由用戶編制程序，可組成多種控制規(guī)律的一種數字式過程控制裝置。

結構原理:

單回路數字控制器的基本組成3、執(zhí)行器概念

執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)機構組成，執(zhí)行機構產生推力或位移的裝置，調節(jié)機構直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱調節(jié)閥。電動執(zhí)行器（角行程和直行程）

它將輸入的直流電流信號線性地轉換成位移量。均是以兩相交流電機為動力的位置伺服機構，兩者電氣原理完全相同，只是減速器不一樣。氣動執(zhí)行器（薄膜式和活塞式）

接受電/氣轉換器輸出的氣壓信號，并將其轉換為相應的推桿直線位移，以推動調節(jié)機構工作。（1）電動執(zhí)行器特點：

①由于工頻電源取用方便，不需增添專門裝置，特別是執(zhí)行器應用數量不太多的單位,更為適宜;②動作靈敏、精度較高、信號傳輸速度快、傳輸距離可以很長，便于集中控制;③在電源中斷時，電動執(zhí)行器能保持原位不動，不影響主設備的安全;④與電動控制儀表配合方便，安裝接線簡單;⑤成本較貴、結構復雜、維修麻煩，并只能應用于防爆要求不太高的場合。電動執(zhí)行器結構：（2）氣動執(zhí)行器

氣動執(zhí)行器是由執(zhí)行機構和控制機構(閥)兩部分組成。執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它按控制信號壓力的大小產生相應的推力，推動控制機構動作，所以它是將信號壓力的大小轉換成閥桿位移的裝置?？刂茩C構是執(zhí)行器的控制部分，它直接與被控介質接觸，控制流體的流量。所以它是將閥桿的位移轉換為流過閥的流量的裝置。P：調節(jié)器的輸出壓力信號；A：薄膜的有效面積；K：彈簧彈性系數；L：執(zhí)行機構推桿位移

氣動薄膜執(zhí)行機構組成：由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。氣動執(zhí)行機構按推桿位移的方向有：正作用形式：如果當輸入氣壓信號增加時，推桿向下移動反作用形式：當輸入氣壓信號增加時，推桿向上移動調節(jié)機構直接與介質接觸，通過改變閥芯的行程而改變控制閥的阻力系數，以達到控制流量的目的。控制閥有直通雙座控制閥、直通單座控制閥、蝶閥、三通閥、高壓閥、角形閥、隔膜閥等多種結構形式。（1）直通單座閥閥體內有一個閥芯、一個閥座，如圖（a）所示。特點：結構簡單，泄漏量小，易于關閉，可將流體完全切斷。缺點：流體流動時產生的單方向的不平衡力大，尤其在高壓差、大口徑時，不平衡力更大。適用場合：它只適用于低壓差的場合。（2）直通雙座閥閥體內有兩個閥芯和閥座，如圖（b）所示。流體從左側進入，通過上、下閥芯后，再匯合在一起，由右側流出。特點：流體流過的時，作用在上、下兩個閥芯上的推力方向相反，大小近于相等，可以相互抵消，不平衡力小。缺點：受加工的限制，上下兩個閥芯閥座不易保證同時關嚴，泄漏量較大。流通能力較大大。適用場合：適用于低粘度、不含纖維、懸浮顆粒的潔凈介質及高壓差、高靜壓且允許有泄漏的場合。（3）角形閥（c）為角形閥。它的閥體為直角形，其他結構與直通單座閥相似。其閥芯為單導向結構，只能正裝。特點：角形閥的流路簡單，阻力小，適用場合：適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質流體的控制，可避免堵塞和結焦，便于自凈和清洗。（4）三通閥有三個出入口與管道相連，按作用方式分為分流式和合流式,如圖（d）和（e）所示。分流閥是一進兩出，合流閥是兩進一出。閥芯移動時，流體一路增加，另一路減小。但總量不變。

（3）液動執(zhí)行器

在易燃易爆的工作環(huán)境中，常常使用氣動執(zhí)行器；而在大型高壓壓縮機控制系統(tǒng)中常用液動執(zhí)行器。和氣動執(zhí)行器相比,液動執(zhí)行器具有如下特點：（1）控制精度高、性能好。（2）輸出推力大。（3）響應速度快。圖10-11電液伺服控制系統(tǒng)（4）動作平穩(wěn)、無振蕩和噪音。電液伺服控制系統(tǒng)

（4）控制閥的流量特性

概念：

是指流體通過閥門的相對流量，與閥門相對開度之間的關系，即：

（1）直線流量特性直線流量特性是指控制閥的相對開度與相對流量間成直線關系，直線流量特性的控制閥在小開度時，其相對流量變化大，控制作用太強，易引起超調，產生振蕩；而在大開度工作時，其相對流量的變化小，控制作用太弱，會造成控制作用不夠及時。因此，在使用直線流量特性的控制閥時，應盡量避免控制閥工作在此區(qū)域內。（2）等百分比（對數）流量特性等百分比流量特性是指單位相對位移變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比。等百分比流量特性控制閥相對流量和相對行程的關系是非線性的，相對開度較小時，流量變化較小；在相對開度較大時，流量變化較大。因此它在全行程范圍內相對流量的百分比變化率相同。所以控制過程平穩(wěn)，適用范圍較廣，更適用于負荷變化大的工藝對象。（3）快開流量特性這種流量特性在小開度時流量就比較大，隨著開度的增大，流量很快達到最大，故稱為快開流量特性。（5）控制閥氣開、氣關形式

氣開閥是指輸入氣壓信號p＞0.02Mpa時，控制閥開始打開，也就是說“有氣”時閥打開。當輸入氣壓信號p=0.1Mpa時，控制閥全開。當氣壓信號消失或等于0.02Mpa時，控制閥處于全關閉狀態(tài)。氣關閥是指輸入氣壓信號p＞0.02Mpa時，控制閥開始關閉，也就是說“有氣”時閥關閉。當p=0.1Mpa時，控制閥全關。當氣壓信號消失或等于0.02Mpa時，控制閥處于全開狀態(tài)。執(zhí)行機構有正、反兩種作用形式，控制閥也有正裝和反裝兩種形式。因此，實現控制閥氣開、氣關有四種組合：（a）氣關（b）氣開c）氣開（d）氣關

閥的氣源信號發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時，閥處于全開的位置安全，還是處于全關的位置安全，要由具體的生產工藝來決定。選擇原則：

（1）首先要從生產安全出發(fā)，即當氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制閥膜片破裂而漏氣等而使控制閥無法正常工作以致閥芯回復到無能源的初始狀態(tài)（氣開閥回復到全關，氣關閥回復到全開），應能確保生產工藝設備的安全，不致于發(fā)生事故。

（2）從保證產品質量出發(fā)，當發(fā)生控制閥處于無能源狀態(tài)而回復到初始位置時，不應降低產品的質量。

（3）從降低原料、成品、動力消耗來考慮。

（4）從介質的特點考慮。三、典型工業(yè)過程測控系統(tǒng)的構建簡單控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng)

串級控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)1、簡單控制系統(tǒng)是指由一個受控對象、一個測量變送器、一個控制器和一個執(zhí)行機構（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。對象控制器執(zhí)行器測量變送裝置干擾被控變量給定值偏差2、復雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)

例如加熱爐溫度控制系統(tǒng)：

TMCTSCTSTTMT出口溫度TM被加熱原料燃料加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖

串級控制系統(tǒng)方框圖串級控制系統(tǒng)的作用1.改善了對象特征，起了超前控制的作用2.改善了對象動態(tài)特性，提高了工作頻率3.提高了控制器總放大倍數，增強了抗干擾能力4.具有一定的自適應能力，適應負荷和操作條件的變化2、比值控制系統(tǒng)兩種物料或兩種以上的物理保持一定的比例關系。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，能夠克服副流量的波動，能隨主流量的變化而變化，使FM

與FS保持比值關系。但只適用于主流量沒有必要進行控制的場合。3、均勻控制系統(tǒng)當前一設備的出料是后一設備的進料，而后者的出料又源源不斷的輸送給其他設備做進料。解決前后工序供求矛盾，使液面和流量的變化互相兼顧均勻變化，這就是均勻控制系統(tǒng)。簡單的均勻控制和串級均勻控制簡單均勻控制適用于擾動較小，對流量的均勻程度要求較低的場合串級均勻控制系統(tǒng)適用于控制閥前后壓力干擾和自衡作用較顯著而且對流量的平衡要求又較高的場合4、分程控制系統(tǒng)一個調節(jié)器的輸出信號同時送給兩個調節(jié)閥。分程控制系統(tǒng)有兩個調節(jié)閥分程控制方案中，閥的開閉形式，可分同向和異向兩種。同向調節(jié)閥：氣開氣開和氣閉氣閉異向調節(jié)閥：氣閉氣開和氣開氣閉

四控制系統(tǒng)的質量指標

質量指標的表現：階躍響應曲線特征參數峰值時間tp；最大偏差A；衰減比n；超調量σ；過渡時間ts；余差C。謝謝?。ǖ?4講）考場作文開拓文路能力?分解層次(網友來稿)江蘇省鎮(zhèn)江中學陳乃香說明：本系列稿共24講，20XX年1月6日開始在資源上連載【要義解說】文章主旨確立以后，就應該恰當地分解層次，使幾個層次構成一個有機的整體，形成一篇完整的文章。如何分解層次主要取決于表現主旨的需要?！静呗越庾x】一般說來，記人敘事的文章常按時間順序分解層次，寫景狀物的文章常按時間順序、空間順序分解層次；說明文根據說明對象的特點，可按時間順序、空間順序或邏輯順序分解層次；議論文主要根據“提出問題－—分析問題——解決問題”順序來分解層次。當然，分解層次不是一層不變的固定模式，而應該富于變化。文章的層次，也常常有些外在的形式：1．小標題式。即圍繞話題把一篇文章劃分為幾個相對獨立的部分，再給它們加上一個簡潔、恰當的小標題。如《世界改變了模樣》四個小標題：壽命變“長”了、世界變“小”了、勞動變“輕”了、文明變“綠”了。2．序號式。序號式作文與小標題作文有相同的特點。序號可以是“一、二、三”，可以是“A、B、C”，也可以是“甲、乙、丙”……從全文看，序號式干凈、明快；但從題目上看，卻看不出文章內容，只是標明了層次與部分。有時序號式作文，也適用于敘述性文章，為故事情節(jié)的展開，提供了明晰的層次。3．總分式。如高考佳作《人生也是一張答卷》。開頭：“人生就是一張答卷。它上面有選擇題、填空題、判斷題和問答題，但它又不同于一般的答卷。一般的答卷用手來書寫，人生的答卷卻要用行動來書寫?！敝黧w部分每段首句分別為：選擇題是對人生進行正確的取舍，填空題是充實自己的人生，判斷題是表明自己的人生態(tài)度，問答題是考驗自己解決問題的能力。這份“試卷”設計得合理而且實在，每個人的人生都是不同的，這就意味著這份人生試卷的“答案是豐富多彩的”。分解層次，應追求作文美學的三個價值取向：一要勻稱美。什么材料在前，什么材料在后，要合理安排；什么材料詳寫，什么材料略寫，要通盤考慮。自然段是構成文章的基本單位，恰當劃分自然段，自然就成為分解層次的基本要求。該分段處就分段，不要老是開頭、正文、結尾“三段式”，這種老套的層次顯得呆板。二要波瀾美。文章內容應該有張有弛，有起有伏，如波如瀾。只有這樣才能使文章起伏錯落，一波三折，吸引讀者。三要圓合美。文章的開頭與結尾要遙相照應，把開頭描寫的事物或提出的問題，在結尾處用各種方式加以深化或回答，給人首尾圓合的感覺。【例文解剖】話題：忙忙，不亦樂乎忙，是人生中一個個步驟，每個人所忙的事務不同，但是不能是碌碌無為地白忙，要忙就忙得精彩，忙得不亦樂乎。忙是問號。忙看似簡單，但其中卻大有學問。忙是人生中不可缺少的一部分，但是怎么才能忙出精彩，忙得不亦樂乎，卻并不簡單。人生如同一張地圖，我們一直在自己的地圖上行走，時不時我們眼前就出現一個十字路口，我們該向哪兒，面對那縱軸橫軸相交的十字路口，我們該怎樣選擇?不急，靜下心來分析一下，選擇適合自己的坐標軸才是最重要的。忙就是如此，選擇自己該忙的才能忙得有意義。忙是問號，這個問號一直提醒我們要忙得有意義，忙得不亦樂乎。忙是省略號。四季在有規(guī)律地進行著冷暖交替，大自然就一直按照這樣的規(guī)律不停地忙，人們亦如此。為自己找一個目標，為目標而不停地忙，讓這種忙一直忙下去。當目標已達成，那么再找一個目標，繼續(xù)這樣忙，就像省略號一樣，毫無休止地忙下去，翻開歷史的長卷，我們看到牛頓在忙著他的實驗；愛迪生在忙著思考；徐霞客在忙著記載游玩；李時珍在忙著編寫《本草綱目》。再看那位以筆為刀槍的充滿著朝氣與力量的文學泰斗魯迅，他正忙著用他獨有的刀和槍在不停地奮斗。忙是省略號，確定了一個目標那么就一直忙下去吧!這樣的忙一定會忙出生命靈動的色彩。忙是驚嘆號。世界上的人都在忙著自己的事，大自然亦如此，小蜜蜂在忙，以蜂蜜為回報。那么人呢?居里夫人的忙，以放射性元素的發(fā)現而得到了圓滿的休止符；愛因斯坦在忙，以相對論的問世而畫上了驚嘆號；李白的忙，以那豪放的詩歌而有了很大的成功；張衡的忙，因為那地動儀的問世而讓世人仰慕。每個人都應該有效率的忙，而不是整天碌碌無為地白忙。人生是有限的、短暫的，因此，每個人都應該在有限的生命里忙出屬于他的驚嘆號；都應在有限的生命里忙出他的人生精彩篇章。忙是萬物、世界、人生中都不可缺少的一部分。作為這世上最高級動