控制仪表教案

第 1 次课教案 控制仪表 课程 班级 年 月 日 第 周章节名称Introduction教学目的与要求了解热工过程控制仪表的作用和组成教学内容Section 1 : SummarySection 2 : Development directionSection 3 : Curriculum content重 点作用难 点分类作 业01 05教具与挂图投影胶片 01教学过程(组织与方法)课堂组织讲授问题解答作业文献9， 文献22， 文献7， 文献2（见教材P317P318）沈阳工程学院 第 页教 案 用 纸 第 页绪 论Introduction一、概述Summary 钱伟长讲话, 仪器仪表是信息工业的源头1、热工过程控制仪表的作用 见01 供电质量要求锅炉、汽轮发电机运行稳定，被控参数保持在规定值，这个任务由控制仪表组成的系统自动完成，它是电厂的中枢神经。 什么是热工过程控制仪表 控制质量好坏取决于哪些因素： （1）设计是否合理（2）控制对象的动态特性 （3）控制仪表的工作特性 （4）控制器整定参数的选择 2、热工过程控制仪表的分类 A 按所用能源形式分 （1）气动仪表 信号传输速度为音速，不怕电磁干扰，防爆 （2）液动仪表 体积大，动作慢，功率大。 （3）电动仪表 信号传输速度为光速，怕电磁干扰。沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页 （4）混合仪表 例如DEH B按结构分 （1）基地式仪表 在被控对象附近，多种功能部件（传感器，执行器都装在一起，结构紧凑）设计成一个整体。例如 B系列 ，KF系列。 （2）单元组合式仪表 积木式，各单元仪表为一个“积木”，这种仪表通用的DDZ、DDZS， 被调参数性质（种类）取决于所配的变送器。 （3）组装式仪表 柜装仪表，两大部分：柜和台TF900、MZ （4）分散控制系统（DCS） 集四 C技术为一体，分散控制，管理集中 INFI90、HIACS3000、MAX1000 Telerperm_me , WDPF, I/A (5)单回路调节器 “危险”分散到极点 单回路。KMM、VI87 （6）现场总线控制系统（FCS） 现场仪表挂接在现场总线上，通过现场总线与控制室（上位机）相联系。沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页单元组合基地仪表 组装仪表现场仪表单回路 DCS C按输出信号是否随时间连续变化分 （1）模拟仪表 气动仪表，电动单元组合，组装仪表都属于模拟仪表 其气压、电流、电压信号随时间连续变化。 （2）数字仪表 DCS、单回路（半数字） FCS （全数字） t1 t 0 1 0 0 1 1 0 1 0 t1 t 二、发展方向 Development direction FCS 特点：（1）节省电缆沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页 （2）提高控制质量 （3）开放性（互操作） （4）降低安装、调试和维护工作量 （5）减少占地面积 三、课程内容 Curriculum content 512=6学时少，内容多，知识面宽（电工、电子、电机）、热工，流体、控制原理等），需理解和记忆的多。 学习方法： 1、熟悉教学计划 2、预习 3、听课 4、习题和思考题 5、注重实验沈阳工程学院第 2 次课教案 控制仪表 课程 班级 年 月 日 第 周章节名称Chapter 1:Capital knowledge of Thermal process Automation Instruments教学目的与要求了解控制仪表的基本概念和信号标准教学内容Section 1 : Capital concept and device capacitySection 2 : Standardization of analogue Signal重 点基本概念难 点信号标准作 业11 12 19教具与挂图投影胶片 13 14 15 16教学过程(组织与方法)组织讲授问题讨论作业文献2，7，9，22沈阳工程学院 第 页教 案 用 纸 第 页 第一章 热工过程控制仪表的基本知识Capital knowledge of Thermal process Automation Instruments 第一节 基本概念及仪表性能Capital concept and device capacity 一、基本概念Capital concept 1、调节与控制 有三种理解，本书以第一种理解为准，即控制包含了调节，凡是用到“调节” 的字眼一律改为控制。 2、量程调整与上限调整 （1）测量范围与上限调整 测量范围：仪表按规定的精度进行测量的被测量的范围；或者说：在允许误差范围内，仪表能给出的被测量的集合。 测量范围的最高值与最低值分别称为仪表的测量上限与下限，简称上限与下限。 量程：上限与下限代数差的绝对值为仪表量程。 例：某温度变送器的测量范围是200800，试求上下限及量程。 解：下限200，上限800 量程上限下限 1000 由此可见，给出仪表的测量范围便可知其上下限及量程。但是，反过来，若给出仪表的量程，则不能确定其上下限及测量范围。 仪表测量范围的另一种表示方法是给出仪表的零点即测量下限及仪表的量程， （由前面），只要仪表的零点和量程确定了，其测量范围也就确定了，因而用仪表的一个零点和量程表示仪表的测量范围是一种更为常用的表示方式。沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页例某仪表测量范围下限（又称仪表的零点）为200，量程为1000，求测量范围。 解：仪表测量上限=下限量程2001000800 测量范围为： 200800 （2）量程调整与上限调整 当下限为零或确定不变时，上限调整就是量程调整。 什么是上限调整：使变送器输出信号的上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。 见图13，由特性1到特性2为上限（量程）增大调整；由特性2到特性1为上限（量程）减小调整。 量程调整的特点：改变特性线的斜率。 3、零点调整和零点迁移（下限调整） 将测量下限迁移到某一数值（正值或负值）的调整称为零点迁移。若将测量下限由零迁移到某一正值时，称为正迁移，反之称为负迁移。或使变送器输出信号的下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应的操作称为零点调整或零点迁移。（零点调整指数字调整范围较小，或在0附近的调整。） 图14为变送器的零点迁移，(a)为未迁移， (b)为正迁移， (c)为负迁移。 零点迁移的特点：特性线的斜率不变。xmin0 为零点负迁移，简称“负迁”。见图14 (c) 图14 4、变送器 变送器是将被测参数转换成标准输出信号的仪表。 5、控制器 是指根据输入信号而按某一规律自动地改变输出信号的仪表。 6、执行机构沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页 指接受控制器的指令，去驱动控制机构的装置。（功率放大） 7、控制机构 指直接改变操作变量（生产工艺过程的物质量或能量）的具体设备。 8、手持终端 是一个由干电池供电可随身携带的专用计算机。也称通信器、编程器和组态器。 9、现场总线 安装在生产现场的仪表和控制室内（上位机）之间的电缆（双绞线、同轴电缆、光缆），也称串行通信链路。 10、组态 硬件组态 硬件的选择与配置 软件组态 是对存储器的写入操作。 变送器的组态。（量程、零迁、阻尼、输出形式、线性化） DCS的组态 11、校验 仪表的误差是否符合规定的指标，要通过对仪表的校验来判断。 数值比较法 被校表 校准表，精度为允许误差的。 二、性能 Capacity 1、准确性（精确度）（用引用相对误差表示） 用精确度表示，即“相当于被测变量真实值的正确量度”。沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页 如量程为100，精确度为0.5 ，则测量值与真实值的误差在0.5 1000.5之内。 2、可靠性 指在规定工作条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。 指机器、零件或系统在规定的工作条件下，在规定的时间内具有正常工作性能的能力，如灯泡的使用寿命（狭义的可靠性） 狭义的可靠性指一次使用的机器、零件或系统的使用寿命。 广义的可靠性指可修复的机器、零件或系统在使用中不发生故障，一旦发生故障又易修复，使之具有经常使用的性能。因此，它含有了可维修性。 MTBF 平均故障时间（指可以边修理边使用的机器、零件或系统，相邻故 障期间的正常工作时间的平均值。） 1月1日 3月1日 ，维修一天 2460241416 3月1日 6月1日 ，维修一天 2490242136 5678MTBF（平均值）：3076小时 规定条件指环境条件和维护条件。 3、电磁兼容性 “电子系统在规定的电磁环境中按照设计要求而工作的能力”。 电磁兼容性的实质是抗干扰问题。 4、耐环境影响性 仪表从运输、保存到安装现场，环境条件对其影响如何。沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页 防护能力。 防护等级 IP54，表示具有防尘能力，但并不是绝对无尘埃进入，而是进入量不妨碍工作，还具有防溅能力。任何方向溅水对工作无害。 第二节 模拟信号的标准化 Standardization of analogue Signal 要做到通用性和相互兼容，必须统一仪表见间的信号制。无论模拟信号和数字信号都应标准化。 一、模拟气动信号 Analogue Air-driven Signal 20KPa100KPa 二、模拟直流电流信号Analogue Direct Current Signal 420mA ， 250750（其阻抗不可过大） 三、直流电流信号的优点Characteristic of Direct Current Signal （1）直流比交流干扰小（指对附近仪表的干扰） （2）直流对负载要求简单，无须考虑负载的容抗和感抗。 （3）电压比电流更利于远距离传输。内阻无穷大电压传输： RC R0 U i Ri V0 发送仪表 RC 接收仪表沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页与有关，对发送仪表可看作理想电压源， 较小，较小，即 传输线加长，不便远传。电流传输：RC 与无关，故电流传输比电压传输更有利 若 理想电压源内阻一般可认为无穷大 沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页 四、电压信号的辅助作用 Assistant Function of Voltage Signal 电流信号的缺点：拆除仪表要影响其他仪表的工作，接地点电位不同，引起信号混乱。 电压信号的优点：拆离任何仪表不影响其他仪表工作，信号源与仪表地电位相同，不会引起混乱。 五、活零点的用意 真零便于计算 活零用意 线路断线：010mA真零为零，不断线也可为零，不能判定。但活零点断线时， 信号为0mA，可判定。 避开晶体管特性曲线的非线性（提供静态工作点） 将电流信号变为机械力时，要求下限在5mA以上。 上限：下限5：1 便于与气动信号互相换算。 六、四线制与二线制 Four-wire System and Two-wire System 图15为四线制 控制室与现场之间是四根线，两根电源线，两根信号线。 图16为二线制 控制室与现场之间是二根线，这两根线既是电源线又是信号线。设计二线制变送器必须满足下列条件 （1）变送器内电路正常工作的电流I必须小于或等于Iomin（4mA）（2）变送器能够正常工作的电压条件是沈阳工程学院教 案 用 纸 第 页 变送器输出端电压 电源电压最小值 电流上限值（20 mA） 最大负载电阻 连线电阻 变送器输出端电压，就是变送器内电路的工作电压 ，就不能满足， 所以， （3）变送器的最小有效功率 沈阳工程学院第 3 次课教案 控制仪表 课程 班级 年