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1、控制装置与仪表,第一章 概 论 第二章 控制装置与仪表的基础知识 第三章 变 送 器 第四章 防爆安全栅 第五章 数字调节器 第六章 执 行 机构,第一章 概 论,第一节 控制装置与仪表的分类 第二节 控制装置与仪表的发展 第三节 模拟信号制及供电方式 第四节 全数字控制装置与仪表间的通信方式,第一节 控制装置与仪表的分类,一、概述 二、模拟控制装置与仪表 1.基地式 2.单元组合式（图1-1-1） 3.组件组装式（图1-1-2） 三、数字控制装置与仪表 1.连续生产过程的控制装置 2.断续生产过程的控制装置 3.批量生产过程的控制装置,图1-1-1 单元组合式控制装置 与仪表的组成结构,图1
2、-1-2 组件组装式控制装置与 仪表的组成结构,第一节 控制装置与仪表的分类,四、连续生产过程控制的数字控制装置 1.数字调节器 按控制回路数分： 1) 单回路调节器 2) 多回路调节器 按控制规律分： 1) PID调节器； 2) PID参数自整定调节器； 3) 自适应调节器； 4) 模糊控制器； 5) 智能调节器等。,第一节 控制装置与仪表的分类,2.工业控制计算机 (1)工业控制计算机的构成 (2)工业控制计算机的特点 (3)高性能特点的PC/104总线工控机 (4)PC_Based控制 3.分散控制系统,工业控制计算机的特点,1)具有较完善的过程通道，便于将各种形式的信息变换, 并完成检
3、测数据输入和控制信息输出。 2)要有比较完善的中断系统和高速数据通道，以使其能迅速响应生产过程发出的中断请求，并能与生产过程实时交换信息。 3)具有高可靠性。 4)具有人机联系功能，以便实现人机对话，及时地对生产过程进行必要的干预。 5)具有能正确反映生产规律的数学模型，其数学模型只能近似反映出生产规律，其近似误差越小，或者说近似程度越接近，就越容易实现生产过程最佳控制，达到增加产量、提高产品质量、降低消耗、降低成本的目的。 6)具有适于控制用的软件系统。,PC_Based控制,1)基于PC的控制系统的相关标准 为了增强系统的兼容性能，基于PC的控制系统必须遵循PLC的国际标准(IEC 611
4、31-3)和DCS的国际标准(IEC 61804)以及关于功能图的标准(IEC 61499)。 2)国际上基于PC的控制系统发展情况 世界上主要的工业控制系统开发商正在如火如荼地发展基于PC的控制系统，大都推出了比较成熟的控制软件，并且极力进行推广。 3)基于PC的控制系统的优点 基于PC的控制系统具有良好的开放性，全面支持PC和Windows标准，通过OPC(相关内容见第九章)方便与第三方控制产品建立通信，便于与其他产品集成。,第一节 控制装置与仪表的分类,五、火电厂热工控制装置与仪表的分类 1.按能源形式分 (1)自力控制仪表 (2)液动控制仪表 (3)气动控制仪表 (4)电动控制仪表 (
5、5)混合式控制仪表 2.按结构不同分 (1)基地式控制仪表（图1-1-4） (2)单元组合式控制仪表 (3)组件组装式控制仪表 (4)单回路调节器 (5)分散控制系统(DCS) (6)现场总线控制系统(FCS),第二节 控制装置与仪表的发展,一、发展概况 二、发展趋势 1.全数字、开放式的新一代DCS 2.发展小型DCS，扩展应用覆盖面 3.先进过程控制软件的应用 4.人工智能、专家系统的应用,第三节 模拟信号制及供电方式,一、信号制 1.直流信号与交流信号比较具有的优点 1)在信号传输线中，直流不受交流感应影响，易于解决仪表的抗干扰问题。 2)直流不受传输线路的电感、电容及负荷性质的影响，不
6、存在相位移问题，使接线简化。 3)用直流信号便于进行模/数转换，统一信号采用直流信号，便于现场仪表和数字控制装置与仪表及装置配用。 4)直流信号容易获得基准电压。 2.直流电流信号（图1-3-1）,图1-3-1 应用电流信号时，仪表之间的连接,第三节 模拟信号制及供电方式,这种串联有以下缺点： 1)一台仪表损坏或需增减接收仪表时，将影响其他仪表工作。 2)由于串联工作，所以调节器、变送器等的输出端均处于高电位工作，输出功率管易损坏，降低了仪表的可靠性。 3)几台仪表串联工作时，由于每两台仪表相接的端子电位相同，因此在串联时需检查每台仪表的电路电位是否正确，这就对设计者和使用者在技术上提出了较。
7、 3.直流电压信号（图1-3-2） 4.信号上下限大小的比较,图1-3-2 应用电压信号时， 仪表之间的连接,二、变送器信号传输方式 1.四线制传输（图1-3-3） 2.二线制传输（图1-3-4） 必备条件： 1) 采用有活零点的电流信号。 2) 必须是单电源供电。 三、控制装置与仪表的供电方式 1.交流供电,第三节 模拟信号制及供电方式,图1-3-3 四线制变送器,图1-3-4 二线制变送器,第三节 模拟信号制及供电方式,2.直流集中供电 好处： 1) 每块表省去了电源变压器、整流及稳压部分，从而缩小了仪表的体积，减小了仪表的重量，并减少了发热元件，降低了仪表温升。 2) 由于采用直流低电压
8、集中供电，可以采取防停电措施，所以当工业用220V交流电断电时，能直接投入直流低电压(如24V)备用电源，从而构成无停电装置。 3) 没有工业用220V交流电进入仪表，为仪表的防爆提供了有利条件。,第四节 全数字控制装置与仪表间的通信方式,一、数字通信的优点 1.简化了控制装置与仪表的硬件结构，提高了装置准确度 2.提高了信号传输准确度 3.传输的信息更加丰富 4.大大减少了布线的复杂性和费用 二、 HART通信协议 1.简介 1)频移键控（图1-4-1） 2)解调（图1-4-2） 3)应用（图1-4-3和图1-4-4）,图1-4-1 频移键控FSK调制原理图,图1-4-2 解调器原理图,图1
9、-4-3 HART编码,图1-4-4 叠加在420mA模拟信号上的HART数字信号,2.HART通信协议的特点 3.HART通信的优势 (1)双向通信 (2)多种信息 (3)多变量仪表 (4)互操作性 三、现场总线通信 1.传统DCS与FCS的区别（图1-4-5和图1-4-6） 2.完整控制回路中信号的传送过程（图1-4-7） 3.现场总线控制系统的工作原理（图1-4-8）,第四节 全数字控制装置与仪表间的通信方式,图1-4-5 传统DCS接线方式,图1-4-6 FCS接线方式,图1-4-7 使用FCS仪表功能块构成控制回路示意图,图1-4-8 使用FCS控制仪表的模块及层次示意图,第二章 控
10、制装置与仪表的基础知识,第一节 控制装置与仪表的基本概念与性能 第二节 控制装置与仪表信号的标准化 第三节 控制装置与仪表的干扰及抑制,第一节 控制装置与仪表的基本概念与性能,一、基本概念 1.调节系统控制电路的基本概念 (1)测量、变送环节 (2)执行机构 (3)控制器 2.变送单元量程调整的概念 3.零点调整和零点迁移的基本概念 4.控制装置与仪表的基本概念 (1)变送器 (2)控制器 (3)执行机构 (4)控制机构 二、控制装置与仪表的性能 1.准确性 2.可靠性 3.电磁兼容性 4.耐环境影响性,第二节 控制装置与仪表信号的标准化,一、模拟气动信号 二、模拟直流电流信号 三、直流电流信
11、号的优点 1)直流信号比交流信号干扰少。 2)直流信号对负载的要求简单。 3)电流比电压更利于远距离传送信息。 四、电压信号的辅助作用 五、活零点的含义 六、四线制与二线制 1.四线制（图2-2-1） 2.二线制（图2-2-2） 七、数字控制装置与仪表信号的标准化,图2-2-1 四线制传输,图2-2-2 二线制传输,第三节 控制装置与仪表的干扰及抑制,一、干扰的来源与形式 1.干扰的来源 (1)经过漏电电阻耦合 (2)经过公共阻抗耦合 (3)电场耦合（图2-3-1） (4)磁场耦合（图2-3-2） 2.干扰的形式 (1)串模干扰（图2-3-3） (2)共模干扰（图2-3-4）,图2-3-1 电
12、场耦合引起干扰的等效电路 a)电场耦合 b)等效电路,图2-3-2 磁场耦合干扰等效电路 a)磁场耦合 b)等效电路,图2-3-3 串模干扰等效电路 a)串模干扰 b)等效电路,图2-3-4 共模干扰的形成 a)热电偶测温 b)分布电容 c)接地点电位差,二、硬件抗干扰措施 1.隔离 (1)变压器隔离（图2-3-5） (2)光电隔离（图2-3-6） (3)隔离放大器（图2-3-7） 2.中和变压器（图2-3-8） 3.浮空（图2-3-9） 4.屏蔽 5.信号导线的抗干扰 6.滤波（图2-3-10） 7.隔离器件（图2-3-12和图2-3-13） 8.飞渡电容技术（图2-3-14）,第三节 控制
13、装置与仪表的干扰及抑制,图2-3-5 变压器隔离示意图,图2-3-6 光电隔离作用,图2-3-7 隔离放大器示意图,图2-3-8 中和变压器示意图,图2-3-9 浮空电路示意图,图2-3-10 无源滤波示意图,图2-3-12 解决电源冲突的方案,图2-3-13 省去外接电源的电流隔离器,图2-3-14 飞渡电容工作原理,三、常用的软件抗干扰措施 1.数字滤波技术 (1)程序判断滤波 1)限幅滤波 2)限速滤波（图2-3-15） (2)中值滤波（图2-3-16） (3)算术平均值滤波 (4)滑动平均值滤波 (5)加权滑动平均滤波 (6)一阶惯性滤波,第三节 控制装置与仪表的干扰及抑制,图2-3-
14、15 限速滤波程序流程,图2-3-16 中值滤波流程,2.设置软件陷阱 1) 程序中未使用的中断向量区 2) 未使用的大片程序存储器空间 3) 在程序存储器的数据表格的头尾处 4) 程序区的“断裂处” 3.“看门狗”技术 四、数字控制仪表的标度变换 1.线性参数标度变换 2.非线性参数的标度变换,第三节 控制装置与仪表的干扰及抑制,第三章 变 送 器,第一节 概 述 第二节 电容式差压/压力变送器 第三节 扩散硅式压力/差压变送器 第四节 差压/压力变送器的零点迁移 第五节 温度变送器 第六节 智能压力变送器 第七节 其他变送器简介 第八节 变送器的计量标定,第一节 概 述,一、零点与量程定义
15、 二、零点迁移和量程调整 三、量程比,第二节 电容式差压/压力变送器,一、概述 二、变送器敏感部件的结构 三、变送器工作原理 四、电容式压力/绝对压力变送器使用安装 1.电容式压力/绝对压力变送器主要特点 1) 体积、质量小。 2) 准确度高。 3) 可靠性好。 4) 量程可调范围大，且带有正、负迁移机构。 5) 过载性能好。 6) 具有可调阻尼装置，可以用于脉动流体的测量。,7) 变送器可以附加LCD3 1/2位液晶显示指示器和指针式指示表。 8) 变送器可分为普通型、隔爆型和本质安全型。 2.差压变送器安装、使用和调整原则 (1)差压变送器安装前需要注意的事项 1)防爆变送器，在安装前必须
16、检验其相关指标是否符合本仪表防爆认证体系规定。 2)被测介质不允许结冰，否则将损伤传感元件隔离膜片，导致变送器损坏。 (2)安装方法 (3)引压管安装位置 1) 腐蚀性或过热的介质不应与变送器接触。,第二节 电容式差压/压力变送器,2) 防止渣子在引压管内沉淀。 3) 两引压管里的液压头应保持平衡。 4) 引压管尽可能短些。 5) 引压管应装在温度梯度和温度波动小的地方。 3.安装液位变送器 (1)常压罐测量 (2)密闭器罐测量 (3)含有很强的冷凝气的密闭容器测量 (4)安装使用注意事项 1) 安装引压管时，高低压请勿接反。 2) 测量液体流量时，取压口应开在流程管道的侧面，可以避免渣子沉淀。,第二节 电容式差压/压力变送器,3) 测量气体流量时，取压口应开在流程管道的顶部或侧面，而变送器应装在取压口下方，以便液体排入流程管道。 4) 测量蒸汽流量时，取压口应开在流程管道的顶部或侧面，而变送器应装在取压口下方，以便冷凝液体流入引压管。 5) 使用侧面有排气/排液阀的变送器时，取压口应开在流程管道的侧面。 6) 工作介质为液体时，排气/排液阀在上面，以便排除气体。 7) 工作介质为气体时，排气/排液阀在下面，以便排除积液，将法兰旋转180可以改变排气/排液阀的上、下位置。 8) 测量蒸汽或其他高温介质时，不应使变送器的工作温度超过极限温度。,
