工业自动化仪表与系统ppt课件.ppt
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1、工业自动化仪表与系统工业自动化仪表的分类常用工业自动化仪表的工作原理典型工业过程测控系统的构建一、工业自动化仪表的分类能源分类结构分类信号类型1、能源分类气动仪表 特点:结构简单、性能稳定、可靠性高、价格特点:结构简单、性能稳定、可靠性高、价格便宜,且在本质上是安全防爆的。便宜,且在本质上是安全防爆的。电动仪表 特点:信号的传输、放大、变换处理比气动仪特点:信号的传输、放大、变换处理比气动仪表容易,便于远距离监视和操作,还易于与计算表容易,便于远距离监视和操作,还易于与计算机等现代技术工具联用。机等现代技术工具联用。液动仪表2、信号类型分类模拟式 特点:线路较简单,操作方便,价格较低,在设特点
2、:线路较简单,操作方便,价格较低,在设计、制造、使用上有较成熟的经验。计、制造、使用上有较成熟的经验。数字式 特点:以微型计算机为核心,功能完善,性能优特点:以微型计算机为核心,功能完善,性能优越,编程灵活。越,编程灵活。3、结构分类基地式控制仪表 以指示、记录为主体,附加控制机构组成。以指示、记录为主体,附加控制机构组成。单元组合式控制仪表 根据控制系统中各个组成环节的不同功能和使根据控制系统中各个组成环节的不同功能和使用要求,将整套仪表划分成独立实现某种功能的用要求,将整套仪表划分成独立实现某种功能的若干单元,各单元之间用统一的标准信号来联系。若干单元,各单元之间用统一的标准信号来联系。组
3、装式综合控制装置 在单元组合仪表的基础上发展起来的一种功能在单元组合仪表的基础上发展起来的一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。分离、结构组件化的成套仪表装置。集散控制系统 计算机控制装置。特点计算机控制装置。特点“集中管理、分散控制。集中管理、分散控制。现场总线控制系统 全分布式的新型控制网络,特点全分布式的新型控制网络,特点”结构网络化结构网络化和全分散性,系统的开放性,现场仪表的互可操和全分散性,系统的开放性,现场仪表的互可操作性和功能自治性,以及对环境的适应性。作性和功能自治性,以及对环境的适应性。二、常用工业自动化仪表的工作原理变送器变送器调节器调节器执行器执行器1、变送器概念:将
4、各种工艺变量和电气信号转换成相应的统一将各种工艺变量和电气信号转换成相应的统一标准信号。包括测量部分(输入转换部分)、放标准信号。包括测量部分(输入转换部分)、放大器和反馈部分。大器和反馈部分。模拟变送器数字变送器 (1)模拟变送器的构成(2)数字变送器组成传感器部件电子部件 由微处理器、由微处理器、A/DA/D转换器、转换器、D/AD/A转换器、通信转换器、通信器件等组成。器件等组成。2、调节器概念 调节器接收偏差信号后,按一定的运算规律输出控制调节器接收偏差信号后,按一定的运算规律输出控制信号,作用于被控对象,以消除扰动对被控变量的影响,信号,作用于被控对象,以消除扰动对被控变量的影响,从
5、而使被控变量回到给定值上来。从而使被控变量回到给定值上来。模拟调节器 采用模拟技术,以运算放大器等模拟器件为基本部件。采用模拟技术,以运算放大器等模拟器件为基本部件。模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号,其基模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号,其基模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号,其基模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号,其基本结构包括本结构包括本结构包括本结构包括比较环节、比较环节、比较环节、比较环节、反馈环节放大器等反馈环节放大器等反馈环节放大器等反馈环节放大器等。比较环节比较环节比较环节比较环节 比较环节比较环节比较环节比较环节 将被控变量的测量值与
6、设定值进行比较得到偏差。电动控制器是将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差。电动控制器是将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差。电动控制器是将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差。电动控制器是在输入电路中进行电压或电流信号的比较。在输入电路中进行电压或电流信号的比较。在输入电路中进行电压或电流信号的比较。在输入电路中进行电压或电流信号的比较。反馈环节反馈环节反馈环节反馈环节 控制器的控制器的控制器的控制器的PIDPIDPIDPID控制规律是通过反馈环节进行的。输出的电信号通过控制规律是通过反馈环节进行的。输出的电信号通过控制规律是通过反馈环节进行的。输出的电信号通过控制规律是通过反
7、馈环节进行的。输出的电信号通过电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。放大器放大器放大器放大器 放放放放大大大大器器器器实实实实质质质质上上上上是是是是一一一一个个个个稳稳稳稳态态态态增增增增益益益益很很很很大大大大的的的的比比比比例例例例环环环环节节节节。在在在在电电电电动动动动控控控控制制制制器器器器中中中中可采用高增益的集成运算放大器。可采用高增益的集成运算放大器。可采用高增益的集成运算放大器。可采用高增益的集成运算放大器。DDZ-DDZ-型电动单元调节器型电动单元调节器是模拟
8、式控制器中较为常见的一种,它以来自变送器或转换器的是模拟式控制器中较为常见的一种,它以来自变送器或转换器的是模拟式控制器中较为常见的一种,它以来自变送器或转换器的是模拟式控制器中较为常见的一种,它以来自变送器或转换器的1 15V5V直流测量信号作为输入信号,与直流测量信号作为输入信号,与直流测量信号作为输入信号,与直流测量信号作为输入信号,与1 15V5V直流设定信号相比较直流设定信号相比较直流设定信号相比较直流设定信号相比较得到偏差信号,然后对此信号进行得到偏差信号,然后对此信号进行得到偏差信号,然后对此信号进行得到偏差信号,然后对此信号进行PIDPID运算后,输出运算后,输出运算后,输出运
9、算后,输出1 15V5V或或或或4 420mA20mA直流控制信号,以实现对工艺变量的控制。直流控制信号,以实现对工艺变量的控制。直流控制信号,以实现对工艺变量的控制。直流控制信号,以实现对工艺变量的控制。整套仪表可以构成安全火花型防爆系统,而且增加了安全栅,整套仪表可以构成安全火花型防爆系统,而且增加了安全栅,整套仪表可以构成安全火花型防爆系统,而且增加了安全栅,整套仪表可以构成安全火花型防爆系统,而且增加了安全栅,实现控制室与危险场所之间的能实现控制室与危险场所之间的能实现控制室与危险场所之间的能实现控制室与危险场所之间的能量限制和隔离。量限制和隔离。量限制和隔离。量限制和隔离。有软、硬两
10、种手动操作方式,软手动与自动之间相互切换具有软、硬两种手动操作方式,软手动与自动之间相互切换具有软、硬两种手动操作方式,软手动与自动之间相互切换具有软、硬两种手动操作方式,软手动与自动之间相互切换具有双向无平衡无扰动特性,提高了控制器的操作性能。这是因为有双向无平衡无扰动特性,提高了控制器的操作性能。这是因为有双向无平衡无扰动特性,提高了控制器的操作性能。这是因为有双向无平衡无扰动特性,提高了控制器的操作性能。这是因为在自动与软手动之间有保持状态,此时控制器输出可长期保持不在自动与软手动之间有保持状态,此时控制器输出可长期保持不在自动与软手动之间有保持状态,此时控制器输出可长期保持不在自动与软
11、手动之间有保持状态,此时控制器输出可长期保持不变,所以即使有偏差存在,也能实现无扰动切换。变,所以即使有偏差存在,也能实现无扰动切换。变,所以即使有偏差存在,也能实现无扰动切换。变,所以即使有偏差存在,也能实现无扰动切换。采用国际标准信号制,现场传输信号为采用国际标准信号制,现场传输信号为采用国际标准信号制,现场传输信号为采用国际标准信号制,现场传输信号为4 420mA20mA直流电流,直流电流,直流电流,直流电流,控制室联络信号为控制室联络信号为控制室联络信号为控制室联络信号为1 15V5V直流电压,信号电流和电压的转换电阻直流电压,信号电流和电压的转换电阻直流电压,信号电流和电压的转换电阻
12、直流电压,信号电流和电压的转换电阻为为为为250250。由于电气零点不是从零开始,因此容易识别断电、断。由于电气零点不是从零开始,因此容易识别断电、断。由于电气零点不是从零开始,因此容易识别断电、断。由于电气零点不是从零开始,因此容易识别断电、断线等故障。信号传输采用电流传送线等故障。信号传输采用电流传送线等故障。信号传输采用电流传送线等故障。信号传输采用电流传送-电压接受的并联方式,即进出电压接受的并联方式,即进出电压接受的并联方式,即进出电压接受的并联方式,即进出控制室的传输信号为直流电流信号(控制室的传输信号为直流电流信号(控制室的传输信号为直流电流信号(控制室的传输信号为直流电流信号(
13、4 420mA20mA),将此电流信号),将此电流信号),将此电流信号),将此电流信号转换成直流电压信号后,以并联形式传输给控制室各仪表。转换成直流电压信号后,以并联形式传输给控制室各仪表。转换成直流电压信号后,以并联形式传输给控制室各仪表。转换成直流电压信号后,以并联形式传输给控制室各仪表。控制器的工作状态有控制器的工作状态有控制器的工作状态有控制器的工作状态有“自动自动自动自动”、“软手动软手动软手动软手动”、“硬手动硬手动硬手动硬手动”及及及及“保持保持保持保持”四种。四种。四种。四种。DDZ-DDZ-型电动单元调节器调节规律型电动单元调节器调节规律.比例调节比例调节比例调节比例调节 比
14、例控制的输出与输入的关系为:比例控制的输出与输入的关系为:y yKpeKpe KP KP是比例增益,它决定了比例控制作用的强弱。是比例增益,它决定了比例控制作用的强弱。KPKP越大,比例控制作用越强。越大,比例控制作用越强。KP KP越小,越小,比例控制作用越弱。比例控制作用越弱。特点:及时、迅速(控制器的输出与输入成正比,只要有偏差存在,控制器输出就会马特点:及时、迅速(控制器的输出与输入成正比,只要有偏差存在,控制器输出就会马上与偏差成比例地变化)上与偏差成比例地变化)比例积分调节比例积分调节比例积分调节比例积分调节比例积分作用的数学表达式为:比例积分作用的数学表达式为:只要存在偏差,积分
15、控制器的输出就会不断地随时间积分而增大,只有当偏差为零时,只要存在偏差,积分控制器的输出就会不断地随时间积分而增大,只有当偏差为零时,控制器才会停止积分,保持在一定的输出值不变。控制器才会停止积分,保持在一定的输出值不变。积分作用的一个重要优点是能够消除余差,积分作用的一个重要优点是能够消除余差,TITI:积分时间,:积分时间,:积分时间,:积分时间,积分时间是指在阶跃信号作积分时间是指在阶跃信号作用下,控制器积分作用的输出等于比例作用的输出所经历的时间。用下,控制器积分作用的输出等于比例作用的输出所经历的时间。积分时间积分时间TITI是一个常数,它可以用来表示积分速度的大小和积分作用的强弱。
16、是一个常数,它可以用来表示积分速度的大小和积分作用的强弱。比例微分调节比例微分调节比例微分调节比例微分调节比例微分的输出与输入信号的关系为:比例微分的输出与输入信号的关系为:通常称微分控制为通常称微分控制为“超前控制超前控制”。比例微分输出的大小与偏差变化速度及微分时间。比例微分输出的大小与偏差变化速度及微分时间成正比。微分作用的强弱用微分时间来衡量。微分时间越长,微分作用越强。成正比。微分作用的强弱用微分时间来衡量。微分时间越长,微分作用越强。(2)数字调节器包括主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机联系部分和通信部件等。单回路数字控制器单回路数字控制器简介概述概述 单单回回路路数数字字
17、控控制制器器是是以以微微处处理理机机为为核核心心,接接收收和和输输出出都都可可以以是是420mA 420mA DCDC标标准准的的、连连续续的的电电模模拟拟量量信信号号;内内部部处处理理信信号号为为数数字字量量,可可由由用用户户编编制制程程序序,可可组组成成多多种种控控制规律的一种数字式过程控制装置。制规律的一种数字式过程控制装置。结构原理结构原理结构原理结构原理:单回路数字控制器的基本组成单回路数字控制器的基本组成单回路数字控制器的基本组成单回路数字控制器的基本组成3、执行器概念概念 执行器由执行机构和调节机构组成,执行机构产生推执行器由执行机构和调节机构组成,执行机构产生推力或位移的装置,
18、调节机构直接改变能量或物料输送量的力或位移的装置,调节机构直接改变能量或物料输送量的装置,通常称调节阀。装置,通常称调节阀。电动执行器(角行程和直行程)电动执行器(角行程和直行程)它将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。均是它将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。均是以两相交流电机为动力的位置伺服机构,两者电气原理完以两相交流电机为动力的位置伺服机构,两者电气原理完全相同,只是减速器不一样。全相同,只是减速器不一样。气动执行器(薄膜式和活塞式)气动执行器(薄膜式和活塞式)接受电接受电/气转换器输出的气压信号,并将其转换为相气转换器输出的气压信号,并将其转换为相应的推杆直线位移,以推动调节机
19、构工作。应的推杆直线位移,以推动调节机构工作。(1)电动执行器特点:特点:由于工频电源取用方便,不需增添专门装置,特别由于工频电源取用方便,不需增添专门装置,特别是执行器应用数量不太多的单位是执行器应用数量不太多的单位,更为适宜更为适宜;动作灵敏、精度较高、信号传输速度快、传输距离动作灵敏、精度较高、信号传输速度快、传输距离可以很长,便于集中控制可以很长,便于集中控制;在电源中断时,电动执行器能保持原位不动,不影在电源中断时,电动执行器能保持原位不动,不影响主设备的安全响主设备的安全;与电动控制仪表配合方便,安装接线简单与电动控制仪表配合方便,安装接线简单;成本较贵、结构复杂、维修麻烦,并只能
20、应用于防成本较贵、结构复杂、维修麻烦,并只能应用于防爆要求不太高的场合。爆要求不太高的场合。电动执行器结构:电动执行器结构:(2)气动执行器 气动执行器是由执行机构和控制机构气动执行器是由执行机构和控制机构(阀阀)两部两部分组成。执行机构是执行器的推动装置,它按控分组成。执行机构是执行器的推动装置,它按控制信号压力的大小产生相应的推力,推动控制机制信号压力的大小产生相应的推力,推动控制机构动作,所以它是将信号压力的大小转换成阀杆构动作,所以它是将信号压力的大小转换成阀杆位移的装置。控制机构是执行器的控制部分,它位移的装置。控制机构是执行器的控制部分,它直接与被控介质接触,控制流体的流量。所以它
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