自动化仪表与dcs概述.pptx

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1、内 容 第一章 概述 第二章 控制单元 第三章 可编程控制器 第四章 执行单元 第五章 电气仪表的防爆知识 第六章 DCS控制系统第1页/共48页第一章 概 述 1.1 自动控制系统与自动化仪表 1.2 自动化仪表的分类 1.3 仪表信号制和传输方式第2页/共48页1.1 自动控制系统与自动化仪表自动化：用相应的仪表代替人的感官和操作眼眼脑脑手手变送器变送器控制器控制器执行器执行器执行器第3页/共48页测量变送器 把工艺参数转换成标准统一信号的装置。控制器 对偏差信号按照预先设定好的控制规律进行运算，输出控制信号控制执行器动作。执行器 根据控制器的输出完成对被控对象的控制。1.1 自动控制系统

2、与自动化仪表第4页/共48页1.1 自动控制系统与自动化仪表操纵值（MV）控制器送给执行器的信号。给定值给定值（SV）工艺上希望保持的被控变量数值。工艺上希望保持的被控变量数值。测量值测量值（PV）被控变量的实际测量数值，即仪表示值。被控变量的实际测量数值，即仪表示值。偏差偏差（DV）测量值与给定值之差。测量值与给定值之差。第5页/共48页1.1 自动控制系统与自动化仪表被控对象被控对象被控制的工艺生产设备。被控制的工艺生产设备。操纵变量操纵变量实现控制作用的参数，一般是执行器控制的物理量。实现控制作用的参数，一般是执行器控制的物理量。被控变量被控变量要求实施控制的参数，一般是工艺操作的物理量

3、。要求实施控制的参数，一般是工艺操作的物理量。干扰干扰引起被控变量发生变化的各种因素。引起被控变量发生变化的各种因素。箭头方向表示信号的流向，而不是物料或能量的流向。箭头方向表示信号的流向，而不是物料或能量的流向。第6页/共48页1.1 自动控制系统与自动化仪表第7页/共48页过程测量仪表过程测量仪表（压力、温度、液位、流量、成分）传感器、变送器过程控制仪表过程控制仪表可编程调节器、可编程控制器、DCS、安全栅、操作单元、显示单元、调节阀、电磁阀、变频器1.1 自动控制系统与自动化仪表第8页/共48页第一章 概 述 1.1 自动控制系统与自动化仪表 1.2 自动化仪表的分类 1.3 仪表信号制

4、和传输方式第9页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按能源分u 按信号类型分u 按结构分u 按安装地点分气动、电动、液动气动、电动、液动模拟的、数字的模拟的、数字的基地式、单元组合、集散控制基地式、单元组合、集散控制控制室安装、现场安装控制室安装、现场安装第10页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按所用能源形式分气动、电动和液动仪表。气动、电动和液动仪表。工业上工业上主要使用电动和气动控制仪表。主要使用电动和气动控制仪表。电动控制仪表电动控制仪表电动控制仪表电动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表能源能源电源（电源（220V AC/24V DC）气源（气源（140kP

5、a）传输信号传输信号电信号（电压、电流、数电信号（电压、电流、数字）字）气压信号气压信号元、器件元、器件电子元器件电子元器件气动元件气动元件接线接线导线导线导管导管电磁干扰与防电磁干扰与防爆爆受电磁干扰影响受电磁干扰影响须采取抗干扰、防爆措施须采取抗干扰、防爆措施不受电磁干扰影响不受电磁干扰影响本质上安全防爆本质上安全防爆第11页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按所用能源形式分电动仪表能源获取方便，信号传输和处能源获取方便，信号传输和处理容易，便于实现集中显示和理容易，便于实现集中显示和操作操作电动仪表的发展过程 DDZ-SDDZ-S（8080年代初）年代初）CPUCPU，集成电路集成电

6、路 24 24VDC 4VDC 420mA20mA（1-5V1-5V）类型类型DDZ-DDZ-DDZ-DDZ-DDZ-DDZ-放大元件放大元件电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路电源与信号电源与信号220220VAC 0VAC 010mA10mA第12页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按所用能源形式分气动仪表气动仪表结构简单、性能稳定、可靠性高、易于维护、结构简单、性能稳定、可靠性高、易于维护、安全防爆等特点。特别适用于石油、化工等安全防爆等特点。特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。有爆炸危险的场所。气动仪表的发展过程气动仪表的发展过程 类型类型 QDZ-QDZ-QDZ-QDZ-

7、QDZ-QDZ-主要元件主要元件膜片、杠杆、膜片、杠杆、弹簧弹簧波纹管、杠杆波纹管、杠杆 集成气路集成气路气源与信号气源与信号气源为气源为0.140.14MPaMPa的洁净压缩空气，的洁净压缩空气，标准信号为标准信号为2020kPakPa 100 100kPa kPa 第13页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按能源分u 按信号类型分u 按结构分u 按安装地点分气动、电动、液动气动、电动、液动模拟的、数字的模拟的、数字的基地式、单元组合、集散控制基地式、单元组合、集散控制控制室安装、现场安装控制室安装、现场安装第14页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按信号类型分模拟式和数字式仪表。模

8、拟式和数字式仪表。传输信号为离散的数字量，这类仪表传输信号为离散的数字量，这类仪表与装置以微型计算机为核心，功能完与装置以微型计算机为核心，功能完善，性能优越，能解决模拟仪表难以善，性能优越，能解决模拟仪表难以解决的问题。如可编程调节器、解决的问题。如可编程调节器、PLCPLC、DCSDCS、FCS FCS 等。等。模拟仪表传输信号为连续变化的模拟量，这类传输信号为连续变化的模拟量，这类仪表线路较简单仪表线路较简单,操作方便，价格较操作方便，价格较低。低。如气动仪表，电动单元组合仪如气动仪表，电动单元组合仪表表、型等。型等。数字仪表第15页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按能源分u 按信

9、号类型分u 按结构分u 按安装地点分气动、电动、液动气动、电动、液动模拟的、数字的模拟的、数字的基地式、单元组合、集散控制基地式、单元组合、集散控制控制室安装、现场安装控制室安装、现场安装第16页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合式仪表根据控制系统各组成环节的根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求不同功能和使用要求，将仪表做，将仪表做成能实现成能实现一定功能的独立仪表一定功能的独立仪表（单元），各个仪表之间使用（单元），各个仪表之间使用统一的标准信号统一

10、的标准信号进行联系，各单元不同组合可构成各种复杂进行联系，各单元不同组合可构成各种复杂度的控制系统和检测系统。度的控制系统和检测系统。变送单元变送单元 执行单元执行单元 控制单元控制单元 转换单元转换单元运算单元运算单元 显示单元显示单元 给定单元给定单元 辅助单元辅助单元 第17页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合式仪表变送单元：变送单元：变送单元：变送单元：将各种被测参数，如温度、压力、流量、将各种被测参数，如温度、压力、流量、将各种被测参数，如温度、压

11、力、流量、将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等物理量变换成相应的标准统一信液位等物理量变换成相应的标准统一信液位等物理量变换成相应的标准统一信液位等物理量变换成相应的标准统一信号（号（号（号（420mA420mA，010mA 010mA 或或或或 20100kPa20100kPa）传送到接收仪表或装置，以供指示、记传送到接收仪表或装置，以供指示、记传送到接收仪表或装置，以供指示、记传送到接收仪表或装置，以供指示、记录或控制。录或控制。录或控制。录或控制。温度变送器温度变送器 压力变送器压力变送器 差压变送器差压变送器流量变送器流量变送器 液位变送器液位变送器第18页/共48页1.2 自动

12、化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合式仪表转换单元转换单元转换单元转换单元：将电压、频率等电信号转换成标准统一信将电压、频率等电信号转换成标准统一信将电压、频率等电信号转换成标准统一信将电压、频率等电信号转换成标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，号，或者进行标准统一信号之间的转换，号，或者进行标准统一信号之间的转换，号，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统中使以使不同信号可以在同一控制系统中使以使不同信号可以在同一控制系统中使以使不同信号可以在同

13、一控制系统中使用用用用 直流毫伏转换器直流毫伏转换器 频率转换器频率转换器 电电/气转换器气转换器 气气/电转换器电转换器 第19页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合式仪表控制单元控制单元控制单元控制单元：将来自变送单元的测量信号与给定信号进：将来自变送单元的测量信号与给定信号进：将来自变送单元的测量信号与给定信号进：将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出的控制信号，去行比较，按照偏差给出的控制信号，去行比较，按照偏差给出的控制信号，去行比

14、较，按照偏差给出的控制信号，去控制执行器的动作控制执行器的动作控制执行器的动作控制执行器的动作 比例积分微分控制器比例积分微分控制器 比例积分控制器比例积分控制器微分控制器微分控制器 具有特种功能的控制器具有特种功能的控制器第20页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合式仪表运算单元运算单元运算单元运算单元：将几个标准统一信号进行加、减、乘除开：将几个标准统一信号进行加、减、乘除开：将几个标准统一信号进行加、减、乘除开：将几个标准统一信号进行加、减、乘除开方、平

15、方等运算，适用于多种参数的综方、平方等运算，适用于多种参数的综方、平方等运算，适用于多种参数的综方、平方等运算，适用于多种参数的综合控制、比值控制、流量信号的温度压合控制、比值控制、流量信号的温度压合控制、比值控制、流量信号的温度压合控制、比值控制、流量信号的温度压力补偿计算等力补偿计算等力补偿计算等力补偿计算等 加减器、乘除器和开方器加减器、乘除器和开方器 第21页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合式仪表显示单元显示单元显示单元显示单元：对各种被测参数进行

16、指示、记录、报警和：对各种被测参数进行指示、记录、报警和：对各种被测参数进行指示、记录、报警和：对各种被测参数进行指示、记录、报警和计算，供操作人员监视控制系统和生产计算，供操作人员监视控制系统和生产计算，供操作人员监视控制系统和生产计算，供操作人员监视控制系统和生产过程工况之用过程工况之用过程工况之用过程工况之用 指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器 第22页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合

17、式仪表恒流给定器、定值器、比值给定恒流给定器、定值器、比值给定给定单元给定单元给定单元给定单元：输出标准统一信号作为被控变量的：输出标准统一信号作为被控变量的：输出标准统一信号作为被控变量的：输出标准统一信号作为被控变量的给定值送到控制单元，实现定值控给定值送到控制单元，实现定值控给定值送到控制单元，实现定值控给定值送到控制单元，实现定值控制。给定单元的输出也可以供给其制。给定单元的输出也可以供给其制。给定单元的输出也可以供给其制。给定单元的输出也可以供给其它仪表作为参考基准值。它仪表作为参考基准值。它仪表作为参考基准值。它仪表作为参考基准值。第23页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结

18、构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统单元组合式仪表单元组合式仪表辅助单元辅助单元辅助单元辅助单元：为了满足自动控制系统某些要求而：为了满足自动控制系统某些要求而：为了满足自动控制系统某些要求而：为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表增设的仪表增设的仪表增设的仪表 操作器：用于手动操作，同时又起手动操作器：用于手动操作，同时又起手动操作器：用于手动操作，同时又起手动操作器：用于手动操作，同时又起手动/自动的双向切换作用；自动的双向切换作用；自动的双向切换作用；自动的双向切换作用；阻尼器：用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；阻

19、尼器：用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；阻尼器：用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；阻尼器：用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；限幅器：用于限制信号的上下限值；限幅器：用于限制信号的上下限值；限幅器：用于限制信号的上下限值；限幅器：用于限制信号的上下限值；安全栅：用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用安全栅：用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用安全栅：用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用安全栅：用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用 第24页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控

20、制系统系统、现场总线控制系统基地式仪表基地式仪表把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表，通常以表，通常以指示、记录仪表为主体指示、记录仪表为主体，附加控制、测量附加控制、测量和给定和给定等部件而构成等部件而构成 适合用于单参数的控制系统 第25页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）或可编程控制器（）或可编程控制器（PLCPLC）以计算机为核心，以计算机为核心，集集控制技术控制技术（Co

21、ntrolControl）、）、计算机技术计算机技术（Computer)Computer)、通信技术通信技术（Communication)Communication)、屏幕显示技屏幕显示技术术（CRTCRT）等）等4C4C技术为一体的计算机控制装置，技术为一体的计算机控制装置，实现分散控实现分散控制和集中管理。制和集中管理。集集集集：集中：集中：集中：集中集中监视、集中操作和管理整个生产过程集中监视、集中操作和管理整个生产过程集中监视、集中操作和管理整个生产过程集中监视、集中操作和管理整个生产过程散散散散：分散：分散：分散：分散由多台专用微机分散地控制各个回路，可使系由多台专用微机分散地控制各

22、个回路，可使系由多台专用微机分散地控制各个回路，可使系由多台专用微机分散地控制各个回路，可使系统运行安全可靠统运行安全可靠统运行安全可靠统运行安全可靠 第26页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）或可编程控制器（）或可编程控制器（PLCPLC）以计算机为核心，以计算机为核心，集集控制技术控制技术（ControlControlControlControl）、）、计算机技术计算机技术（Computer)Computer)Computer)Com

23、puter)、通信技术通信技术（Communication)Communication)Communication)Communication)、屏幕显示技术屏幕显示技术（CRTCRTCRTCRT）等）等4C4C4C4C技术为一体的计算机控制装置，技术为一体的计算机控制装置，实现分散控制实现分散控制和集中管理。和集中管理。将将将将控制单元、显示单元、运算单元、给定单元控制单元、显示单元、运算单元、给定单元控制单元、显示单元、运算单元、给定单元控制单元、显示单元、运算单元、给定单元组合，完组合，完组合，完组合，完成控制、显示、运算等功能。成控制、显示、运算等功能。成控制、显示、运算等功能。成控制

24、、显示、运算等功能。第27页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按结构形式分单元组合式、基地式、集散控制单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统系统、现场总线控制系统现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS）基于现场总线技术的计算机控制系统基于现场总线技术的计算机控制系统特点：特点：现场控制现场控制和和双向数字通讯双向数字通讯，将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。间为双向数字通讯。第28页/共48页1.

25、2 自动化仪表的分类u 按能源分u 按信号类型分u 按结构分u 按安装地点分气动、电动、液动气动、电动、液动模拟的、数字的模拟的、数字的基地式、单元组合、集散控制基地式、单元组合、集散控制控制室安装、现场安装控制室安装、现场安装第29页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分控制室安装、现场安装控制室安装、现场安装控制室安装仪表控制室安装仪表控控制制单单元元、显显示示单单元元、辅辅助助单单元元、运运算算单单元元、给给定定单单元、元、DCSDCS（控制器）、（控制器）、PLCPLC（控制器）（控制器）现场安装仪表现场安装仪表变送单元、执行单元、转换单元变送单元、执行单元、转换单元第30

26、页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分控制室安装、现场安装控制室安装、现场安装控制室安装控制室安装现场安装现场安装第31页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分控制室控制室第32页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分控制室控制室第33页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分控制室控制室第34页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分控制室控制室第35页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分现场现场第36页/共48页1.2 自动化仪表的分类u 按安装地点分现场现场第37页/共48页第一章 概 述 1.1 自动控制系统与自动

27、化仪表 1.2 自动化仪表的分类 1.3 仪表信号制和传输方式第38页/共48页1.3 仪表信号制和传输方式意义：有利于通用性和相互兼容性 方便不同系列或不同厂家的仪表互传信息信号制（信号标准）指仪表之间采用的传输信号的类型和数值范围。第39页/共48页1.3 仪表信号制和传输方式信号制（信号标准）信号制（信号标准）气动仪表的信号标准气动仪表的信号标准电流信号:420mA,010mA；电压信号:15V；数字；20100 kPa电动仪表的信号标准电动仪表的信号标准信号下限从零开始有利于信号下限从零开始有利于模拟量运算。模拟量运算。信号下限从某值开始（活信号下限从某值开始（活零点）便于检验仪表是否

28、零点）便于检验仪表是否断电，并可实现两线制。断电，并可实现两线制。信号上限高，产生的电磁信号上限高，产生的电磁平衡力大；平衡力大；信号上限低有利于减少功信号上限低有利于减少功率损耗和仪表防爆。率损耗和仪表防爆。第40页/共48页1.3 仪表信号制和传输方式信号传输方式信号传输方式直流电流传输直流电流传输接收仪表接收仪表R R0 0I I0 0I Ii iR Ri iR Ri iR Rcmcm发送仪表发送仪表为减小传输误差，要求：R0足够大；Rcm 及Ri 应比较小优点：优点：适于远距离传输；适于远距离传输；回路中串入一电阻取压回路中串入一电阻取压方便方便缺点：回路中增减接收仪表会影响其它仪表的

29、工作第41页/共48页1.3 仪表信号制和传输方式信号传输方式信号传输方式直流电压传输直流电压传输为减小传输误差，要求：R0和Rcm 尽量小，Ri 大些。优点：优点：增加或取消某个接收仪表不影响增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作。其他仪表的工作。各接收仪表可设置公共接地点，各接收仪表可设置公共接地点，可和计算机联用。可和计算机联用。缺点：缺点：引线电阻上产生电压降引线电阻上产生电压降,信号受一信号受一定损失定损失因接收仪表输入阻抗很高，易于因接收仪表输入阻抗很高，易于引入干扰，所以电压信号不适于引入干扰，所以电压信号不适于远距离传输。远距离传输。接收仪表接收仪表R Ri iR Rcmc

30、m发送仪表发送仪表R R0 0U U0 0R RcmcmI Ii iR Ri iR Ri i第42页/共48页信号传输方式信号传输方式现场与控制室仪表之间采用直流电流信号传输；控制室内部仪表之间采用直流电压信号传输。1.3 仪表信号制和传输方式第43页/共48页信号传输方式信号传输方式四线制变送器四线制变送器电源电源装置装置变送器变送器现场现场控制室控制室接收接收仪表仪表变送器与控制室之间的连接形式多见多见DDZ-IIDDZ-II型仪表，标型仪表，标准信号为准信号为010mA010mA，电，电源为源为220V220V或或24V24V。1.3 仪表信号制和传输方式第44页/共48页信号传输方式信

31、号传输方式二（两）线制变送器二（两）线制变送器变送器与控制室之间的连接形式多见多见DDZ-IIIDDZ-III型及以上的仪表，标型及以上的仪表，标准信号为准信号为420mA420mA，电源，电源24V24V变送器变送器现场现场电源电源装置装置控制室控制室接收接收仪表仪表要实现两线制，必须采用要实现两线制，必须采用活零点的活零点的电流信号电流信号。因电源线和信号线公用，电源供给变送因电源线和信号线公用，电源供给变送器的功率是通过信号电流提供的。变送器的功率是通过信号电流提供的。变送器输出电流为下限值时，应保证它内部器输出电流为下限值时，应保证它内部的半导体器件仍能正常工作。故信号电的半导体器件仍

32、能正常工作。故信号电流下限值不能过低。流下限值不能过低。1.3 仪表信号制和传输方式第45页/共48页本课程的学习内容本课程的学习内容 控制单元 PID PID PID PID调节规律；可编程调节器调节规律；可编程调节器 可编程控制器 西门子西门子S7-200S7-200S7-200S7-200 执行单元 气动执行器；电气阀门定位器；气动执行器；电气阀门定位器；电动执行器电动执行器 电气仪表的防爆知识 DCS系统第46页/共48页本课程的学习方法和参考资料本课程的学习方法和参考资料 学习方法学习方法1 1、以上课内容为主，做好笔记2 2、注重原理、工程概念和规范 参考资料1 1、自动化仪表与自动化仪表与DCSDCS，胶印教材，耿艳峰等编写，胶印教材，耿艳峰等编写2 2、控制装置与仪表控制装置与仪表，陆会明，机械工业出版社，陆会明，机械工业出版社3 3、控制仪表及装置控制仪表及装置，吴勤勤，化学工业出版社，吴勤勤，化学工业出版社4 4、控制仪表与计算机控制装置控制仪表与计算机控制装置，周泽魁，化学工业出版社，周泽魁，化学工业出版社第47页/共48页感谢您的观看！第48页/共48页