自动化仪表概述PPT课件.ppt

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1、EXIT第第1页页自动化仪表概述自动化仪表概述EXIT第第2页页自动化仪表概述自动化仪表概述一、过程控制仪表与控制系统一、过程控制仪表与控制系统 二、过程控制仪表的发展概况二、过程控制仪表的发展概况三、过程控制仪表的分类及特点过程控制仪表的分类及特点 EXIT第第3页页一、过程控制仪表与控制系统一、过程控制仪表与控制系统自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况下，是指在没有人直接参与的情况下，利用利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置），外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置），使被控对象的工作状态或参数（压力、物位、流使被控对象的工作状态或参数（压力、物位、流量、温度、量、温度、P

2、HPH值等）值等）自动地自动地按照预定的规律运按照预定的规律运行。行。回顾回顾:什么是自动控制什么是自动控制?EXIT第第4页页例例:一贮罐液位控制系统。一贮罐液位控制系统。要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要；要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要；图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统控制系统。分析分析:贮贮罐罐液液位位由由液液位位变变送送器器转转换换成成相相应应的的标标准准信信号号送送到到控控制制器器，与与给给定定值值相相比比较较，控控制制器器按按比比较较得得到到的的偏偏差差，以以一一定定的的控控制制规规律律发发出出控控制制信信

3、号号，控控制制执执行行器器的的动动作作，通通过过改改变变贮贮罐罐液液体体出出料料的的流流量量，从从而而使使贮贮罐罐液液位位保保持持在在与与给给定定值值基基本本相相等的数值上。等的数值上。EXIT第第5页页控制器控制器被控对象被控对象 变送器变送器z zx xe=x-ze=x-z-p pq qy y干扰干扰温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪 （通常输出：（通常输出：（通常输出：（通常输出：420mA420mA、1 15V5V等等等等标准信号）液位开

4、关、料位开关、接近开关标准信号）液位开关、料位开关、接近开关标准信号）液位开关、料位开关、接近开关标准信号）液位开关、料位开关、接近开关 (通常输出通常输出通常输出通常输出on/offon/off信号信号信号信号)传感器（传感器（传感器（传感器（Pt100Pt100、热、热、热、热电偶电偶电偶电偶）通常安装通常安装于控制室于控制室通常安装通常安装于于 现场现场显示显示仪表仪表四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示仪表根

5、据需要可选）仪表根据需要可选）仪表根据需要可选）仪表根据需要可选）阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀泵：开关泵、变频泵泵：开关泵、变频泵控制阀控制阀EXIT第第6页页过程控制系统是实现生产过程自动化的过程控制系统是实现生产过程自动化的平台平台,而过程控制仪表与装置是过程控制而过程控制仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。系统不可缺少的重要组成部分。一、过程控制仪表与控制系统一、过程控制仪表与控制系统关系：关系：EXIT第第7页页二、过程控制仪表的发展概况二、过程控制仪表的发展概况50年代年代60年代年代70年代年代80年代年代 90年代年代21世纪世纪至今至

6、今QDZ QDZ QDZ DDZ DDZ DDZ 数字式数字式（智能式）控制仪表（智能式）控制仪表 DCS系统系统（PLC）现场总线现场总线以太网以太网EXIT第第8页页三、过程控制仪表的分类及特点三、过程控制仪表的分类及特点（一）按能源形式分：（一）按能源形式分：1.气动控制仪表气动控制仪表 2.电动控制仪表电动控制仪表 3.液动控制仪表液动控制仪表 （二）结构形式分：（二）结构形式分：1.基地式控制仪表基地式控制仪表 2.单元组合式控制仪表单元组合式控制仪表 3.组装式组装式综合控制装置综合控制装置 4.数字化控制仪表数字化控制仪表 5.集散控制系集散控制系统统 6.现场总线控制系统。现场

7、总线控制系统。（三）按信号形式分：（三）按信号形式分：1.模拟控制仪表模拟控制仪表 2.数字控制仪表数字控制仪表 EXIT第第9页页（一）按能源形式分：（一）按能源形式分：电动控制仪表的特点：电动控制仪表的特点：信号传送速度快、传送距离远、易于与计算机信号传送速度快、传送距离远、易于与计算机联用。联用。气动控制仪表的特点：气动控制仪表的特点：结构简单、性能稳定、安全防爆、易于维修。结构简单、性能稳定、安全防爆、易于维修。EXIT第第10页页（二）结构形式分：（二）结构形式分：1.基地式控制仪表基地式控制仪表 以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构。以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构。2

8、.单元组合控制仪表单元组合控制仪表 电动单元组合仪表：电动单元组合仪表：DDZ 型型；DDZ 型型；DDZ 型型电源电源：220V AC；24V DC；电信号电信号：电流电流010mA DC；420mA DC；Vo：15V DC气动单元组合仪表：气源：气动单元组合仪表：气源：140 kPa；气信号：气信号：20100 kPaEXIT第第11页页3.组装式控制仪表组装式控制仪表 一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。工程实际中已很少使用。工程实际中已很少使用。4.数字控制仪表数字控制仪表 以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外形以数字计算机为核心的数字控

9、制仪表。其外形结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用，各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用，以构成不同规模的分级控制系统。以构成不同规模的分级控制系统。EXIT第第12页页5.集散型控制系统集散型控制系统 将集中一台计算机完成的任务分派给各个微将集中一台计算机完成的任务分派给各个微型过程控制计算机，再配上数字总线以及上一级过型过程控制计算机，再配上数字总线以及上一级过程控制计算机，组成各种各样的、能适应于不同过程控制计

10、算机，组成各种各样的、能适应于不同过程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了“控控制分散制分散”或或“危险分散危险分散”，管理高度集中。，管理高度集中。6.现场总线控制系统现场总线控制系统 是计算机网络技术、通信技术、控制技术和是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控制网络。制网络。EXIT第第1

11、3页页（三）（三）按信号类型分：按信号类型分：模拟式控制仪表模拟式控制仪表 传输信号通常为连续变化的模拟量。这传输信号通常为连续变化的模拟量。这类仪表线路较简单，操作方便，价格较低使用类仪表线路较简单，操作方便，价格较低使用上均有较成熟的经验。上均有较成熟的经验。数字式控制仪表数字式控制仪表 传输信号通常为断续变化的数字量。这传输信号通常为断续变化的数字量。这些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制决的问题，满足现代化生产过程的高质量控

12、制要求。要求。EXIT第第14页页压力压力变送器变送器压力压力变送器变送器常用的控制仪表及装置常用的控制仪表及装置 EXIT第第15页页测量膜合测量膜合差压差压变送器变送器双法兰差压送器双法兰差压送器EXIT第第16页页无纸无纸记录仪记录仪EXIT第第17页页测量精测量精确值确值Better Control可编程可编程调节器调节器输出精输出精确值确值输出百输出百分值分值测量百测量百分值分值EXIT第第18页页 气动阀门气动阀门定位器定位器气动执气动执行机构行机构电动执电动执行机构行机构EXIT第第19页页直通单、直通单、双座控双座控制阀制阀直通单、直通单、双座控双座控制阀制阀EXIT第第20页

13、页闸阀闸阀球阀球阀三通阀三通阀蝶阀蝶阀角阀角阀EXIT第第21页页计算机控制系统的发展过程计算机控制系统的发展过程 DDC控制控制始于始于50末期末期本质：本质：用一台计算机取用一台计算机取代一组模拟调节器，构代一组模拟调节器，构成闭环控制回路成闭环控制回路特点：特点：具有里程碑意义具有里程碑意义问题：问题：价格、性能价格、性能集中型计集中型计算机控制算机控制本质：本质：一台计算机取代一台计算机取代尽可能多的模拟调节器尽可能多的模拟调节器特点：特点：控制集中控制集中 信息集中信息集中 危险集中危险集中问题：问题：性能性能DCS控制控制始于始于70年代年代本质：本质：采用过程控制采用过程控制过程

14、管理生产管理等过程管理生产管理等多层结构多层结构特点：特点：控制分散控制分散 信息集中信息集中半数字，半分散半数字，半分散传统传统传统传统DCSDCSPLC_Based DCSPLC_Based DCSIPC_Based DCSIPC_Based DCSFCS本质：本质：支持双向、多节点、支持双向、多节点、总线式的总线式的全数字全数字通讯，将全通讯，将全厂最基础的现场级仪表和装厂最基础的现场级仪表和装置均通过现场总线连接起来置均通过现场总线连接起来特点：特点：把控制任务下移到智把控制任务下移到智能现场设备，能现场设备，全分散全分散控制控制分布式分布式IO DCS现现场场信信号号根根据据传传输输

15、距距离离或或功功能能不不同同连连接接到到现现场场I/O设设备备上上，各各现现场场I/O设设备备与与控控制制站站间间通通过过网网络（现场总线）连接。络（现场总线）连接。过渡型结构过渡型结构EXIT第第22页页 直接数字量控制直接数字量控制本质本质本质本质 用一台计算机取代一组模拟用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路，调节器，构成闭环控制回路，用数字控制技术简单地取代模用数字控制技术简单地取代模拟控制技术。拟控制技术。过程控制计算机过程控制计算机SPAI、DIAO、DO 检测仪表检测仪表 执行器执行器 被控过程（对象）被控过程（对象）起始于起始于起始于起始于50505050年代末期，开

16、辟了一个年代末期，开辟了一个年代末期，开辟了一个年代末期，开辟了一个轰轰烈烈的计算机工业应用时代轰轰烈烈的计算机工业应用时代轰轰烈烈的计算机工业应用时代轰轰烈烈的计算机工业应用时代 优点优点优点优点 计算灵活，精度高，计算灵活，精度高，PIDPID控制规律，分时处理多个控制控制规律，分时处理多个控制回路回路 此外，此外，DDCDDC也很快发展到也很快发展到PIDPID以外的多种复杂控制。以外的多种复杂控制。问题问题问题问题 价格昂贵，运算速度不高价格昂贵，运算速度不高EXIT第第23页页集中型计算机控制系统集中型计算机控制系统初衷：初衷：初衷：初衷：由于当时的计算机体积庞大，价格非常昂贵，为了

17、使计算机控制能与由于当时的计算机体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能与常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。外设外设过程控制计算机过程控制计算机AIDIAODO 被控过程（对象）被控过程（对象）被控变量被控变量操作变量操作变量输入子系统输入子系统输出子系统输出子系统优越性：优越性：从表面上看从表面上看信息集中，集中型计算机控制可以实现各种信息集中，集中型计算机控制可以实现各种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。问问 题：题：由于当时计算机总体性能低，容

18、量小，由于当时计算机总体性能低，容量小，容易出现负荷过载容易出现负荷过载，控，控制集中直接导致制集中直接导致危险集中危险集中，高度集中使系统变得十分，高度集中使系统变得十分“脆弱脆弱”。EXIT第第24页页 集散控制系统集散控制系统 DCS出发点（出发点（出发点（出发点（2 2 2 2个方面）：个方面）：个方面）：个方面）：(1)(1)不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；(2)(2)考虑到整个生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运考虑到整个

19、生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运行应当服从工业生产管理的总体目标。行应当服从工业生产管理的总体目标。根本特征根本特征:控制的分散性控制的分散性控制的分散性控制的分散性和和管理的集中性管理的集中性管理的集中性管理的集中性EXIT第第25页页 控制层网络控制层网络管理层网络管理层网络远程节点远程节点Web服务器服务器 现场设备层现场设备层 操作站操作站 工程师站工程师站DCSDCS的物理层次示意的物理层次示意EXIT第第26页页现场总线控制系统（FCS）EXIT第第27页页是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信

20、网络。多分支结构的通信网络。支持双向、多节点、总线式的支持双向、多节点、总线式的全数字全数字全数字全数字通讯通讯双向数据通信能力避免了反复进行双向数据通信能力避免了反复进行A/DA/D、D/AD/A的转换的转换 把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一体把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一体化化 全分散全分散全分散全分散已成为全世界范围自动化技术发展的热点已成为全世界范围自动化技术发展的热点涉及整个自动化和仪表的工业涉及整个自动化和仪表的工业“革命革命”FCS现场总线控制系统现场总线控制系统EXIT第第28页页 计算机控制系统的发展特征计算机控制系统的发展特征随着局域网、随着局域网、I

21、nternetInternet、ITIT技术迅速发展，计算机技术迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发展成为一种趋势展成为一种趋势 系统结构系统结构向网络化、网络扁平化方向发展向网络化、网络扁平化方向发展 系统功能系统功能向综合化方向发展向综合化方向发展 系统设备系统设备向多样化方向发展向多样化方向发展 EXIT第第29页页现场总现场总线式变线式变送器送器现场总线现场总线式式阀门定阀门定位器位器安安全全防防爆爆工业以工业以太网太网安安全全防防爆爆总总线线非安全防爆总线非安全防爆总线EXIT第第30页页控制室控制室控制台控制台流程图流程图EXIT第第31页页仪表盘仪表盘操作员站操作员站EXIT第第32页页操作员站操作员站CRT工业流程图工业流程图EXIT第第33页页工艺工艺-仪表组合图仪表组合图加热炉汽包LTLC给水蒸汽气关阀FCOPE-MARK工位标记CASCMPAUTNROPNCNDAOF100：0CAS0.0