仪表自动化基础知识培训

1、 日出东方日出东方 希望中国希望中国化工仪表和自动化化工仪表和自动化基础知识培训基础知识培训2022-3-620世纪世纪50年代年代 70年代年代自动化仪表：单元组合仪表（气动自动化仪表：单元组合仪表（气动型和电动型和电动型）成为主流产品。型）成为主流产品。60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控年代后期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。控制理论：出现最优控制理论为基本特征的现代控制理论。控制理论：出现最优控制理论为基本特征的现代控制理论。控制系统：串级、比值、

2、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。化工自动化发展一、基础知识2022-3-6化工自动化发展一、基础知识2022-3-62020世纪世纪70708080年代年代自动化仪表：气动自动化仪表：气动型和电动型和电动型，以微处理器为主要构成单元的智能控型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。集散控制系统（制装置。集散控制系统（DCSDCS）、可编程逻辑控制器）、可编程逻辑控制器 (PLC) (PLC) 、工业、工业PCPC机（机（工控机）和数字控制器等，已成为控制装置的主流。工控机）和数字控制器等，已成为控制装置的主流。控制理论：出现最

3、优控制理论为基本特征的现代控制理论，传统的单输入控制理论：出现最优控制理论为基本特征的现代控制理论，传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出系统领域。单输出系统发展到多输入多输出系统领域。控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。化工自动化发展一、基础知识2022-3-620世纪世纪90年代至今年代至今自动化仪表：信息技术飞速发展，现场总线控制系统（自动化仪表：信息技术飞速发展，现场总线控制系统（FCS）的出现，引）的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和起过程控制系统体系结构和功能

4、结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。出现各种智能仪表、智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。出现各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。变送器、无纸纪录仪。控制理论：人工智能、神经网络控制。控制理论：人工智能、神经网络控制。控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。化工自动化发展一、基础知识2022-3-6早期的DCS控制系统一、基础知识2022-3-6现代的DCS控制系统一、基础知识2022-3-6 化工自动化目的提高工作效益降低生成成本保证生产安全减轻劳动

5、强度化工自动化目的一、基础知识2022-3-6化工自动化的基本组成 显示控制仪表检测仪表执行器一、基础知识2022-3-6 如仪表的测量范围：如仪表的测量范围：-4001200KP 则仪表的量程为则仪表的量程为1600KP 仪表量程仪表量程测量上限测量下限=-一、基础知识2022-3-6 精度等级有精度等级有0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等等仪表精度 表示测量的准确程度。一、基础知识2022-3-6误差的表示方法分为：引用误差、相对误差、绝对误差。 引用误差（绝对误差的最大值/ 仪表量程）100% 例如：2% F.S. 相对误差（绝对误差的最

6、大值/ 仪表测量值）100% 例如：2% 绝对误差即指误差偏离真实值的多少。 例如：0.01m /s 在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度。在工业测量中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度. 准确度等级就是最大引用误差去掉正，负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。我国工业仪表等级分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。 仪表精度= （绝对误差的最大值/ 仪表量程）*100% 以上计算式取绝对值去掉%就是我们看到的精度

7、等级了。 仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。某一类仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4 等。一般工业用表为0.54 级。精度数字越小说明仪表精确度越高。 误差的表示方法分为：引用误差、相对误差、绝对误差。 引用误差（绝对误差的最大值/ 仪表量程）100% 例如：2% F.S. 相对误差（绝对误差的最大值/ 仪表测量值）100% 例如：2% 绝对误差即指误差偏离真实值的多少。 例如：0.01m /s 在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表

8、的准确度。在工业测量中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度. 准确度等级就是最大引用误差去掉正，负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。我国工业仪表等级分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。 仪表精度= （绝对误差的最大值/ 仪表量程）*100% 以上计算式取绝对值去掉%就是我们看到的精度等级了。 仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。某一类仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测控制仪表

9、的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4 等。一般工业用表为0.54 级。精度数字越小说明仪表精确度越高。 误差的表示方法分为：引用误差、相对误差、绝对误差。 引用误差（绝对误差的最大值/ 仪表量程）100% 例如：2% F.S. 相对误差（绝对误差的最大值/ 仪表测量值）100% 例如：2% 绝对误差即指误差偏离真实值的多少。 例如：0.01m /s 在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度。在工业测量中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度. 准确度等级就是最大引用误差去掉正，负号及百分号。准确度等级是衡

10、量仪表质量优劣的重要指标之一。我国工业仪表等级分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。 仪表精度= （绝对误差的最大值/ 仪表量程）*100% 以上计算式取绝对值去掉%就是我们看到的精度等级了。 仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。某一类仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4 等。一般工业用表为0.54 级。精度数字越小说明仪表精确度越高

11、。 误差的表示方法分为：引用误差、相对误差、绝对误差。引用误差（绝对误差的最大值/仪表量程）100%例如：2% F.S.相对误差（绝对误差的最大值/仪表测量值）100%例如：2%绝对误差即指误差偏离真实值的多少。例如：0.01m/s在正常的使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度。在工业测量中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度.准确度等级就是最大引用误差去掉正，负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。我国工业仪表等级分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。仪表准确度习惯上称为精度，准

12、确度等级习惯上称为精度等级。仪表精度=（绝对误差的最大值/仪表量程）*100%以上计算式取绝对值去掉%就是我们看到的精度等级了。仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。某一类仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的百分比误差的最大值。我国过程检测控制仪表的精度等级有0.005、0.02、0.1、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4等。一般工业用表为0.54级。精度数字越小说明仪表精确度越高。 。 2022-3-6 仪表类型及标准信号仪表类型电动仪表气动仪表420mADC（15VDC）1、远传信号用电流源优于电压源（电流传输、电压接收）；2、20mA的选择是基于:安全、实用

13、、功耗、成本的考虑 ；3、零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。4、两线制。 0.020.1MPa（20KPa100KPa）一、基础知识2022-3-6 信号的传递形式连续变化“0”和“1”组合 两种状态模拟信号数字信号开关信号信号传递形式一、基础知识2022-3-6u 仪表的名称仪表的名称; ;u 在在DCSDCS系统中是唯一的系统中是唯一的; ;u 一般不超过一般不超过8 8位。位。如：PV2301、LT2310、TIC2310 等。仪表位号(TAG)英文字母数字+仪表位号=一、基础知识2022-3-6仪表位号(TAG)仪表工位号：参数符号+功能符

14、号 + 数字，如：TIC2310。参数符号F:流量； L：液位；P：压力；T：温度；E：电流；H：手操； V：振 动、阀门；功能符号A：报警； R：记录；C：调节； I：指示；Q：累积； T：变送器；CV：自力式 G：现场监视数字1 2 . 9一、基础知识2022-3-6 前面前面 2 2 位阿拉伯数字一般代位阿拉伯数字一般代表表生产工序生产工序 ； 后面后面 2 2 位阿拉伯数字一般代位阿拉伯数字一般代表该工序该表该工序该参数的序号参数的序号。PBL/ABSPBL/ABSSANSAN化化学学品卸品卸料料6106100 0原料原料储备储备21002100溶溶剂剂制制备备6206200 0聚聚会

15、会和和脱脱挥挥22002200PBLPBL聚合聚合6306300 0溶溶剂剂回收回收23002300ABSABS聚聚会会6506500 0公用工程公用工程25002500TG6101、 FQI6227、PIC6502、TIA2217A仪表位号(TAG)一、基础知识2022-3-6表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 211mNPa 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示同一个概念。的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）26/1010001011cmkgKPaPaMPa二、压力检测仪表压力的定义及单位1 kgf/cm2=105Pa=0.1MPa

16、1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=100千帕(KPa)=1.0197 公斤/平方厘米2022-3-6二、压力检测仪表压力的定义及单位美标法兰和公制法兰压力等级的表示方法：CL150 (PN2.0)、CL300（PN5.0）；CL600（PN11）、CL900（PN15）；CL1500（PN26）、CL2500（PN42）。1psi=6.895kpa=0.07kg/cm2=0.06895bar(PSI英文全称为Pounds per square inch)2022-3-6大气压力绝对压力表压ppp绝对压力大气压力真空度ppp在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。 当被测压力低于

17、大气压力时，一般用负压或真空度来表示。p表P真P绝P绝大气压力线 零线图2-1绝对压力、表压、负压（真空度）的关系压力的定义及单位二、压力检测仪表2022-3-6弹簧管压力表 1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿轮；4 中心齿轮；5 指针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝；9 接头二、压力检测仪表2022-3-6普通压力表耐震压力表膜片式压力表电接点压力表弹簧管压力表 二、压力检测仪表2022-3-6将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。图2-5 电气式压力计组成方框图压力变送器二、压力检测仪表2022-3-6 图2-8 电容式测量膜盒1中心感应膜片 (可动

18、电极)；2固定电极；3测量侧； 4隔离膜片压力变化电容量的变化转变420mA输出二、压力检测仪表2022-3-6 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图 二、压力检测仪表2022-3-6压力（差压）变送器压力（差压）变送器 二、压力检测仪表2022-3-6 结构简单 历史悠久 滞后小 复合传感 滞后小 温度影响小 静压影响小 复合传感 差压 静压 温度 滞后大 重复性差温度误差大(未补偿前)电极中心膜片传感器2022-3-6单位时间内流过管道某一截面的流体数单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。量的大小，即瞬时流量。u单位单位：t/ht/h、kg/hkg/h、L/h

19、L/h 、m m3 3/h/h等等流量定义二、流量检测仪表2022-3-6MQQM或ttMdtMQdtQ00,总总如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 质量流量和体积流量三、流量检测仪表2022-3-6利用流体流经节流装置利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的时产生的压力差而实现流量测量的流量与压力差流量与压力差PP的的平方根成正比平方根成正比，即，即 Q=K Q=K 。1，2 切断阀；3 平衡阀差压计阀组安装示意图 孔板差压式流量计三、流量检测仪表2022-3-6漩涡流量计漩涡流量计三、流量检测仪表2022-3-6漩涡流量计以卡门涡街理论为基础，采用压电晶体检测流体通过管

20、道内三角柱时所产生的旋涡频率，从而测量出流体的流量。 图3-12 卡门涡列 (a)圆柱涡列； (b)三角柱涡列漩涡流量计漩涡流量计三、流量检测仪表2022-3-62022-3-6Endress+Hauser Prowirl Product Presentation33涡街流量计测量原理涡街流量计测量原理f = 涡街频率涡街频率V = 体积流量体积流量V f2022-3-6质量流量计质量流量计三、流量检测仪表2022-3-6质量流量计质量流量计三、流量检测仪表2022-3-6科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计的工作原理的工作原理Theory - 22022-3-6内部结构内部结构Theory

21、- 32022-3-6TimemV无流量无流量TimemV低流量低流量TimemV高流量高流量质量流量检测原理质量流量检测原理在没有流量的情况下，入口和出口处检测线圈监测到的交在没有流量的情况下，入口和出口处检测线圈监测到的交流电信号是同相位的。当有流量的时候，由于科里奥利作流电信号是同相位的。当有流量的时候，由于科里奥利作用，流量管产生扭曲，两端的检测线圈输出的交流电信号用，流量管产生扭曲，两端的检测线圈输出的交流电信号存在相位差。流量越大，相位差就越大，而且其相位差存在相位差。流量越大，相位差就越大，而且其相位差 T 与流量的大小成正比关系。这样，可以利用与流量的大小成正比关系。这样，可以

22、利用 T 作为质量流作为质量流量的标定系数，即可以用量的标定系数，即可以用 T 来表示每秒有多少克的流量流来表示每秒有多少克的流量流过过Theory - 42022-3-6密度测量原理密度测量原理TimemVTimemV高密度高密度低密度低密度按照弹性模数的理论，弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频按照弹性模数的理论，弹簧所悬挂物体的质量和它振动的频率成反比。这一概念引入到流量管的振动，整体质量（测量率成反比。这一概念引入到流量管的振动，整体质量（测量管和内部介质之和）越大，其振动频率就越小。通过检测已管和内部介质之和）越大，其振动频率就越小。通过检测已知密度（例如标准状态下的水和空气）的介质流经

23、测量管时知密度（例如标准状态下的水和空气）的介质流经测量管时的频率，可以得到密度与频率之间的线性关系。然后通过振的频率，可以得到密度与频率之间的线性关系。然后通过振动频率换算到密度动频率换算到密度Theory - 52022-3-6电磁流量计三、流量检测仪表2022-3-6 测量原理：电磁流量计的理论测量原理：电磁流量计的理论 - 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 当一导电体经过一个磁场时，就当一导电体经过一个磁场时，就会产生感应电动势会产生感应电动势 ，其电动势的方，其电动势的方向与导体运动和磁场的方向有关向与导体运动和磁场的方向有关 在电磁流量计中，测量管内的导在电磁流量计中，测量管内

24、的导电介质相当于法拉第试验中的导电电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。产生恒定磁场。 当有导电介质流过时，则会产生当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离实现与流体和测量电极的电磁隔离。FBvQ-+U2022-3-6转子/金属浮子流量计三、流量检测仪表金属管浮子流量计采用可变面积式测量原理，适用于测量液体、气体。 全金属结构，有指示

25、型、电远传型。 玻璃管转子流量计金属浮子流量计转子流量计的主要测量元件为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子。适应2022-3-6表示物体冷热程度的物理量。常用的温度单位为热力学温标（T），单位是开尔文（K）；摄氏温标，单位摄氏度（）；华氏温标，单位（）。 T = tC + 273.16 tF = 32 + 1.8 tC四、温度检测仪表2022-3-6图5-1 双金属片利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀式温度计。四、温度检测仪表2022-3-6利用金属的电阻随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。工业上使用的铂电阻主要有分度号为 Pt100 ,它的 R0 =

26、100。 Cu50,它的 R0 = 50001ttRRttRRtt0四、温度检测仪表2022-3-6两种不同成份的导体两端焊接在一起，当工作端和参比端存在温差时，就在回路中产生热电势，通过热电势的测量就知道对应温度值。工业上使用的热电偶有K型（镍铬-镍硅）、S型（铂铑-铂）等。热电偶温度计测温系统示意图1、热电偶；2、补偿导线；3、测量仪表四、温度检测仪表2022-3-6温度变送器为24V供电、二线制的一体化变送器。将热电阻或热电偶的信号放大，并转换成4-20mA的输出电流。四、温度检测仪表2022-3-6物位检测仪表分类液体颗粒液体液体液位计料位计介面计物位仪表五、物位检测仪表2022-3-

27、6玻璃板液位计容器连接构联通器，透过玻璃板直接指示容器的液位。 五、物位检测仪表2022-3-6磁翻板液位计根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的 。当被测容器 中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子 内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱 翻转180，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时 翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实 际高度，从而实现液位清晰的指示。 五、物位检测仪表2022-3-6五、物位检测仪表2022-3-6 差压式液位计原理图gHpppAB因此gHppAB将差压变送器的一端接液相，另一端接气相五、物位检测仪表2

28、022-3-6 雷达式液位计示意图tcLH2五、物位检测仪表2022-3-6电容式液位计超声波液位计 浮球液位计（浮力和静磁场原理）磁致伸缩液位计(电容量的变化)五、物位检测仪表2022-3-6物位开关物位开关 音叉液位开关浮球液位开关阻旋式液位开关五、物位检测仪表2022-3-6五、物位检测仪表2022-3-6六、气动执行器六、气动执行器执行器的分类气动执行器电动执行器液动执行器气动执行器调节阀切断阀2022-3-6执行器的组成调节机构执行机构辅助机构调节阀的组成六、气动执行器2022-3-6执行机构气动薄膜气动活塞执行机构的分类六、气动执行器2022-3-6图11-3 正作用式气动薄膜执行

29、机构 1上膜盖； 2波纹膜片； 3下膜盖 ；4支架；5推杆；6弹簧；7弹簧座；8调节件；9连接阀杆螺母； 10行程标尺图11-4 反作用式气动薄膜执行机构 1上膜盖； 2波纹膜片；3下膜盖；4密封膜片；5密封环；6填块；7支架；8推杆；9弹簧；10弹簧座；11衬套；12调节件；13行程标尺执行机构的作用方式六、气动执行器2022-3-6调节机构（阀）直通单座阀直通双座阀角形阀蝶阀球阀调节机构的分类六、气动执行器2022-3-6调节阀的作用方式气开式（FC）气关式（FO）调节阀的作用形式六、气动执行器2022-3-6 主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果

30、阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。 压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为气关式。反之，为气开式。六、气动执行器2022-3-6序号执行机构控制阀 气动执行器（a）（b）（c）（d）正正反反正反正反气关（反）气开（正）气开（正）气关（反）表11-1组合方式表图11-11 组合方式图六、气动执行器2022-3-6调节阀的流量特性直 线等百分百快开抛物线流量特性的分类六、气动执行器2022-3-6电气阀门定位器电磁阀辅助机构六、气动执行器2022-3-6人工操作与自动控制比较图

31、七、控制系统2022-3-6图12-3简单控制系统的方块图负反馈是控制系统的基石七、控制系统2022-3-6基本控制规律比例控制（P）积分控制（I）微分控制（D）七、控制系统2022-3-6常用的控制规律比例控制（P）比例积分控制（PI）比例微分控制（PD）比例积分微分控制（PID）七、控制系统2022-3-6简单控制系统组成测量元件控制器调节阀对象七、控制系统2022-3-6液位控制系统 温度控制系统七、控制系统简单控制系统2022-3-6简单控制系统的方块图七、控制系统简单控制系统2022-3-6 通过这套串级控制系统，能够在塔釜温度稳定不变时，蒸汽流量能保持恒定值，而当温度在外来干扰作用

32、下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，以使能量的需要与供给之间得到平衡，从而保持釜温在要求的数值上。精馏塔塔釜温度串级控制系统1精馏塔；2再沸器七、控制系统串级控制系统2022-3-6 在上例中，选择的副变量就是操纵变量（加热蒸汽量）本身。这样，当干扰来自蒸汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜温度的控制质量得以提高。七、控制系统串级控制系统2022-3-6串级控制系统典型方块图七、控制系统串级控制系统2022-3-6串级控制系统的结构 串级控制系统有两个闭合回路。主回路是个定值控制系统, 副回路是个随动系统。 在串级控制系统中,主变量是反

33、映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺参数。副变量的引入往往是为了提高主变量的控制质量,它是基于主,副变量之间具有一定的内在关系而工作的。 七、控制系统2022-3-6在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服过程。因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。 七、控制系统2022-3-6比值控制系统比值控制系统 工业上为了保持两种或两种以上物料的比值为一定的控制叫比值控制。 主物料、主动信号从物料、从动信号七、控制系统2022-3-612QQK 从物料量Q2与主物料

34、量Q1的比值关系为开环比值控制七、控制系统2022-3-6 结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。 主、副流量均开环； 这种比值控制方案对从物料量Q2本身无抗干扰能力。所以这种系统只能适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。 特点七、控制系统2022-3-6 单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的不足，在开环比值控制系统的基础上，通过增加一个副流量的闭环控制系统而组成的。 单闭环比值控制这种方案的优点是结构简单,能确保两流量比值不变,是应用最多的方案。七、控制系统2022-3-6 分程控制就是由一只调节器的输出信号控制两只或更多只控制阀,每只控制阀在控制器输出

35、信号的某段范围内工作。 分程控制示意框图七、控制系统分程控制系统 从控制系统的结构来看,分程控制属于单回路的定值控制系统,其控制过程与简单控制系统一样。2022-3-6图13-20 热交换器温度分程控制 采用热水与蒸汽两种不同物料作为调节介质,在一般控制系统中难于实现,但在分程控制系统中,不仅充分利用了热水,而且节省了蒸汽。七、控制系统分程控制系统应用场合2022-3-6有时生产过程负荷变化很大有时生产过程负荷变化很大, ,要求有较大范围的流量变化。若用一个控制阀要求有较大范围的流量变化。若用一个控制阀, ,由于控制阀的可调范围由于控制阀的可调范围R R是有限的是有限的, ,当最大流量和最小流

36、量相差太悬殊时当最大流量和最小流量相差太悬殊时, ,就就会降低控制系统的控制质量会降低控制系统的控制质量, , 这时可采用分程控制系统。这时可采用分程控制系统。 阀门动作示意图 分程控制七、控制系统分程控制系统应用场合2.用来保证在不同负荷下的正常控制2022-3-6复杂控制系统串级控制系统 均匀控制系统比值控制系统分程控制系统 前馈控制系统 选择控制系统 三冲量控制系统 七、控制系统2022-3-6控制系统投用工艺人员仪表人员1、现场仪表、阀门校验2、控制器正反作用检查3、控制阀气开、气关检查4、。1、阀门动作方向2、参数设定3、控制器手/自动切换4、.七、控制系统2022-3-6八、集散型

37、控制系统（DCS）计算机控制系统的定义计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程自动化的一门综合性学问。计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体的综合性技术，它是在常规仪表控制系统的基础上发展起来的。2022-3-6计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 1965 1965 年以前是试验阶段。年以前是试验阶段。 19461946年第一台数字计算机问世；年第一台数字计算机问世； 1959 1959 年，美国年，美国TexacoTexaco（德士古）德士古）公司的炼油厂安装了第一个计算机闭公司的炼油厂安装了第一个计算机闭环控制系统环控制系统 ；1960 1960 年，美国年，美国M

38、onsanto (Monsanto (孟山都）公司的氨厂实现了第一个计算机监孟山都）公司的氨厂实现了第一个计算机监督控制系统。督控制系统。1962 1962 年，美国年，美国Monsanto (Monsanto (孟山都）孟山都） 公司的乙烯厂实现了第一个直接公司的乙烯厂实现了第一个直接数字计算机控制系统。数字计算机控制系统。特点特点：1 1、采用电子管，运算速度慢；、采用电子管，运算速度慢； 2 2、价格贵，体积大、可靠性差、价格贵，体积大、可靠性差 。八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展1965 1965 年到年到1969 1969 年是实用

39、阶段。年是实用阶段。 半导体技术与集成电路技术的发展，出现了专用于工业过程控制的高性能半导体技术与集成电路技术的发展，出现了专用于工业过程控制的高性能价格比的小型计算机。价格比的小型计算机。 特点：特点： 1 1、硬件可靠性不够高；、硬件可靠性不够高； 2 2、且所有的监视和控制任务都由一台计算机来完成，故使得危险也集中、且所有的监视和控制任务都由一台计算机来完成，故使得危险也集中化；化； 2 2、常常要另外设置一套备用的模拟式控制系统或备用计算机。、常常要另外设置一套备用的模拟式控制系统或备用计算机。3 3、系统的、系统的投资过高。投资过高。 八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6计算

40、机控制系统的发展计算机控制系统的发展 1970 1970 年以后计算机控制系统的应用逐渐走向成熟阶段。年以后计算机控制系统的应用逐渐走向成熟阶段。 随着大规模集成电路技术的发展，随着大规模集成电路技术的发展，1972 1972 年生产出运算速度快、可靠性高年生产出运算速度快、可靠性高、价格便宜和体积很小的微型计算机，从而开创了计算机控制技术的新时、价格便宜和体积很小的微型计算机，从而开创了计算机控制技术的新时代，即从传统的集中控制系统革新为集散控制系统代，即从传统的集中控制系统革新为集散控制系统(DCS)(DCS)。 1975 1975 年美国年美国HoneywellHoneywell公司的推

41、出世界上第一套真正意义的集散型控制系公司的推出世界上第一套真正意义的集散型控制系统统TDC-2000 TDC-2000 系统。系统。 八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 20 20 世纪世纪80 80 年代，计算机向着超小型化、控制智能化方向发展；年代，计算机向着超小型化、控制智能化方向发展； 20 20 世纪世纪80 80 年代末出现将控制、管理和经营融为一体的新型集散控制系统年代末出现将控制、管理和经营融为一体的新型集散控制系统 ； 当代现场总线控制系统当代现场总线控制系统(FCS) (FCS) 。八、集散型控制系统（DCS）2022-3-

42、6八、集散型控制系统（DCS）硬件（躯体）1、主机；2、常规外部设备；3、过程输入/输出设备；4、操作台和通信设备. 软件（灵魂）1、系统软件；2、应用软件计算机控制系统2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的硬件组成2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的分类数据采集系统是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型。代替大量的常规显示、记录和报警仪表，对整个生产过程进行集中监视。 。2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的分类操作指导控制系统基于数据采集系统的一种开环系统 ；计算机根据采集到的数据以及工艺要求进行最优化计算，

43、计算出的最优操作条件，并不直接输出控制生产过程，而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个控制器的给定值或操作执行器2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的分类直接数字控制系统生产过程的闭环控制。完全取代了多个模拟调节器，控制方案上，不改变硬件只通过改变程序就能有效地实现各种各样的复杂控制。因此，DDC 系统是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。 2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的分类计算机监督控制系统计算机监督控制系统是操作指导系统（SCC)与常规仪表控制系统或DDC 系统综合而成的两级系统. 2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）

44、计算机控制系统的分类集散型控制系统（DCS) 随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关系日趋密切。对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用一台计算机来完成。于是，人们研制出以多台微型计算机为基础的分散控制系统(Distributed Control System，DCS)。DCS 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等。DCS 又称分布式或集散式控制系统。2022-3-6集散控制系统(Distributed Control System, DCS ),是计算机控制系统的一种结构形式。八、

45、集散型控制系统（DCS）危险分散管理集中集散型控制系统2022-3-6DCS系统发展历程第一代DCS(初创期)，1975年Honeywell公司TDC2000系统 第二代DCS(成熟期) ，1980年Honeywell公司TDGC3000，特点引入了局域网(LAN)作为系统骨干 第三代DCS(扩展期) ，1987年Honeywell 公司的TDC-3000/UCN、Yokogawa公司的Centum-CS1000系列 ，特点增加了上层网络 新一代DCS，现场总线技术的成熟与应用 八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6人机接口通信网络现场控制站DCS基本结构八、集散型控制系统（DCS）集散

46、控制系统基本构成图2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）控制技术计算机技术通信技术图形显示技术DCS系统的技术基础2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）监视操作方便控制功能丰富系统扩展灵活安装维护方便系统可靠性高信息数据共享DCS系统的特点2022-3-6人机接口通信网络现场控制站DCS基本结构八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6通信模块处理器模块输入输出模块电源模块控制站软件+现场控制站的构成八、集散型控制系统（DCS）现场控制站2022-3-6RAME2PROMROM存放CPU的运算结果和I/O信号存放用功能块连成的控制方案操作系统、功能块库、通信软件现场控制站内存及作

47、用八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）控制器是DCS的核心部件，它相当于一台PC机！控制器中安装有操作系统，功能块组态软件和通讯软件。组态按照工艺要求，把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写，组态要随工艺改变而改变 为了系统安全运行，闭环控制器一定是冗余运行的，一用一备，并且是热备。为了使冗余成功，应注意以下几点：两个控制器的硬件、软件版本必需一致；检查发送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。2022-3-6通信功能控制策略实现信号采集、转换现场控制站的功能

48、八、集散型控制系统（DCS）现场控制站的功能2022-3-6操作员站工程师站人机接口站八、集散型控制系统（DCS）人机接口站2022-3-6操作员站的功能操作功能监视功能u 手、自动、串级切换；u 给点值修改；u PID参数的调整；u PID参数的调整；u 调节阀阀位的改变；u 机泵启停；u 报警、联锁确认；u 流程图画面u 总貌画面u 报警画面u 趋势画面u报表数据处理报表打印 八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6系统生成控制策略实现系统管理工程师站的功能八、集散型控制系统（DCS）工程师站的功能2022-3-6组态软件 控制层软件 监控软件八、集散型控制系统（DCS）DCS软件DC

49、S软件2022-3-6DCS主要供应商及产品国外公司1、HONEYWELL公司，美国。TDC2000、TDC3000/LCN、PKS系统。2、YOKOGAWA公司，日本。CENTUM-CS1000/CS3000系统。3、Emerson公司，美国。DeltaV系统。国内厂家1、浙大中控公司，中国。WebField ECX-100。2、和利时公司，中国。HOLLIAS MACS 系统。八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6YOKOGAWA CENTUN CS3000系统简介 YOKOGAWA成立于1915年，是世界上著名的自动化设备供应商。其DCS产品结构紧凑、硬件质量可靠、软件功能强大、人机界面友好 。八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6八、集散型控制系统（DCS）2022-3-6 CS 3000