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1、一、 基本知识在自动化控制系统中,控制仪表是实现自动化控制理论、完毕生产自动化的重要工具。检测仪表将生产工艺参数变为电信号后，由控制仪表与装置进行显示、记录与控制,让人们理解生产过程状况的同步对生产过程实行自动控制，使工艺参数符合工艺设计安全生产和减少成本的预期规定。1仪表的分类过程是自动化系统实行控制的对象和存在的基本,没有过程就没有控制仪表和自动化控制系统。控制理论和实现控制理论的研发和使用均来自于对过程的结识和抽象、建模，在此基本上以有效控制为手段，以获得最佳成果（产品和状态)为目的的过程状态批示和控制。自动化控制仪表可简朴的分为检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器四大类,如下图所示。检
2、测仪表流量压力液位温度成分分析控制仪表基地式调节器单元组合仪器组件组装式仪器可编程控制器PL工业控制机计算机控制系统分散控制系统DCS总线控制系统FC安全控制系统SC显示仪表 批示仪指示仪批示仪示仪记录仪信号报警器屏幕显示屏执行器调节阀 图2-1 仪表分类示意图按控制仪表依所用能源的不同，可以将其分为电动、气动、液动和混合式等几大类。其中,气动和液动控制仪表发展最早，但电动控制仪表发展异常迅速,目前已占绝对统治地位。气动控制仪表性能稳定,可靠性高,具有本质安全防爆性能,不受电磁场干扰,构造简朴,维护以便,但不适应远距离集中控制。在许多控制系统和复杂限度大的生产过程中已不能满足规定。电动控制仪表
3、有本安和非本安之分，从原理上分类,电动控制仪表可分为模拟式和数字式控制仪表两大类。模拟式控制仪表与装置按构造形式可分为基地式、单元组合式、组件组装式三大类。基地式控制仪表以批示仪表及记录仪表为中心,附加某些线路或器件来完毕控制任务。一般构造比较简朴，价格低廉。合用小型公司的单机和自动控制系统。单元组合式控制仪表根据自动检测与控制系统中各构成环节的不同功能和使用规定,将仪表划分为能独立实现一定功能的若干单元。各单元之间联系采用统一原则信号。这些少量的单元通过不同的组合，可构成多种多样的、复杂限度不同的自动检测和控制系统。单元组合仪表应用灵活,通用性强,便于控制仪表生产，维护及备品库存。组件组装式
4、控制装置是在单元组合式仪表基本上发展起来的成套仪表装置，它的基本构成是一块块功能分离的组件,组件组装式控制装置在构造上可分为控制柜和显示操作盘两大部分。控制柜内插入若干个组件箱，若干块组件板又插入组件箱中。显示操作盘常常用一台电子显示屏幕集中显示操作，大大改善了人机联系。在控制柜中各个组件之间的信息联系，采用矩阵端子接线方式,接线工作都集中在矩阵端子接线箱里进行。组件组装式装置可由仪表制造厂预先根据顾客规定,组装好成套自控系统，再以成套装置形式提供应顾客,从而使得自控系统的现场施工，系统安装和调试工作量减小,也使维护、检修和系统改组工作得以简化。数字控制仪表装置可分为数字调节器、PLC、工业控
5、制机、分散控制系统、FC总线控制系统等五大类。A. 数字调节器有几种数据量采集及开关量输入输出功能,重要用于实现一种或几种回路的持续控制。数字调节器按控制回路数目分为：单回路调节器：用于构成一种简朴的控制回路，或一种串级控制回路，或一种比值控制回路等。多回路调节器：可以对多种回路(2个、4个或8个)进行分时控制。数字调节器按控制规律分为:PID（比例、积分、微分）调节器；PID参数自整定调节器；自适应调节器；模糊控制器;智能调节器等。B. PL可编程控制器 控制器提供多种软件功能模块，由顾客通过组态功能实现多种控制系统,具有大的应用灵活性,软件系统较复杂。固定程序调节器：不用顾客组态,但有的可
6、通过简朴的设定在控制器给定的几种控制构造中进行选择。C. 工业控制机（工控机） 用于对多种（几种到几十个)回路进行闭环持续控制及断续控制。采用模块化构造，由主机板和系统支持板构成。支持板种诸多,如A/D转换板、内存扩展板、开关量输入输出板、CT接口板、打印机接口板、串行通信板等等。这些模板通过原则总线互相连接进行信息互换。总线涉及电源线、数据线、地址线及控制线。实际使用时,所选用的功能模板都插在一种专用机架的总线插槽内,选择所需模板即可构成多种不同的数据解决及控制系统。这种总线构造的工业控制机具有模板种类多、组合灵活、使用以便、可靠性高、抗干扰能力强及价格低廉等特点，并有丰富的应用软件及良好的
7、开发环境，在燃气场站的控制系统中得到广泛应用。D. 集散控制系统S将数字技术,微电子技术、通信技术RT显示技术与控制技术紧密结合产生的一种综合控制系统,它采用控制分散、集中显示操作及管理的方略,具有控制算法丰富，回路组态灵活、监控操作以便、系统安装简便、增扩修改容易，高可靠性及高可维护性等特点。近30近年来，DCS日益得到广泛应用,已在工业控制中占主导地位。E. 现场总线控制系统FC 通用的或专用的微解决器置入老式的测量控制仪表中,使之具有数字计算和数字通信能力,采用一定介质(双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、红外线等)作为通信总线，按照公开、规模的通信合同,在位于现场的多种设备之间以及现场设备
8、与远程监控计算机之间，实现双向、串行、多点数据传播和信息互换，控制系统功能可以不根据控制室的计算机或控制仪表,直接在现场完毕，实现了彻底的分散控制。无需按控制回路进行一对一的设备连线，但同步又为多种设备提供电源，打破了老式控制系统的构造形式。现已逐渐得到使用。有望成为21世纪控制系统的主流产品。1.仪表重要品质指标精度和精度级别精度是指测量成果和实际值的一致限度，是仪表基本误差的最大容许值,习惯上也简朴地说为基本误差或容许误差。精度高意味着系统误差和随机误差都很小。精度级别是仪表按精度高下提成的级别,它决定仪表在原则条件下的误差限。仪表的精度级别是根据引用误差来划分的，如某台仪表的最大基本容许
9、引用误差为.5%，则该仪表的精度级别为15级。滞环、死区和回差滞环是指由输入增大的上升段和减小的下降段构成的特性曲线所表征的现象。死区是指输入量的变化不致引起输出量有任何可察觉变化的有限区间。死区用输入量程的百分数表达。回差 (也叫变差）是指输入量上升和下降时,同一输入的两相应输出值间(若无其他规定，指全范畴行程）的最大差值。回差涉及滞环和死区，并以输出量程的百分数表达。反复性误差和再现性误差反复性误差是指在同一工作条件下,对同一输入值按同一方向,持续多次测量的输出值之间的差值。一般用量程的百分数表达。再现性误差是指在同一工作条件下，在规定期间内对同一输入值两个相反方向反复测量的输出值之间的最
10、大差值。再现性误差是涉及反复性误差、滞环、死区和漂移的综合性指标,一般用量程的百分数表达。敏捷度和敏捷限敏捷度是体现仪表对被测参数变化的敏捷限度。是指仪表在达到稳定状态后，输出信号变化量与引起此输出信号变化的被测参数变化量之比。它是仪表输入与输出转换曲线上的斜率。敏捷限是指可以引起仪表输出信号发生变化的输入信号的最小变化量。一般，仪表的敏捷限的数值不应不小于仪表容许误差绝对值的一半。敏捷限事实上就是死区。非线性误差对于理论上具有线性特性的仪表,事实上输入输出特性曲线对理论线性特性的偏离限度。动态误差由于检测环节中存在的元件动惯量（时间常数）,测量传递滞后 (纯滞后时间) 带来的误差。时间常数时
11、间常数是指当输入阶跃信号时，仪表的输出值达到其稳定值的3.2%所需的时间。全行程时间全行程时间是指当输入满量程阶跃变化时，输出由下限至上限，或反行程移动所需的时间。一般以全量程的5作为输出下限值，全量的95%作为输出上限值。稳定期间稳定期间是指从输入信号跃变化起,到输出信号进入并不再超过偏离其最后值规定（如5%)时的间隔时间。滞后时间滞后时间也叫时滞，是指当输入产生变化的瞬间起,到它引起输出量开始变化的瞬间止的时间。综合误差TP（ol ralerror）是指仪表精度以及诸如静压、温度等多种附加误差的均方根误差。稳定性 （度)和可用性稳定性是指在规定的工作条件下,仪表性能随时间保持不变的能力。一
12、般用零点漂移来衡量。可用性是指仪表在某时刻具有或维持规定功能的能力。可用如下关系表达:TB:平均无端障时间TT:平均故障修复时间1.信号制及供电一种过程控制系统由许多仪表构成,系统中仪表的输入和输出互相连接,因此需要统一的原则联系信号,才干以便的把各个仪表组合起来，构成系统。通信合同和信号制就是解决这一问题的。供电、供气为系统仪表提供工作能源。.3.1信号制 信号制是指在成套系列仪表中,各个仪表的模拟输入、输出信号采用的统一的联系信号原则。电动仪表的输入输出： 40mA DC 5 V DC 控制系统中，电流信号适合于远距离传播,进出控制室的传播信号一般采用电流信号,控制室内部各仪表间联系信号一
13、般采用电压信号,即连线的特点是电流传播、电压接受,并联接受电压信号的方式。1.32 供电根据生产过程对仪表自动化系统的重要性，可靠性、持续性的不同规定,仪表供电负荷分为保安负荷、重要负荷(双回路供电）、次要负荷和一般负荷(单回路供电）。保安供电不应与正常供电相混淆。电源质量一般应符合如下几项技术指标。仪表受电端的电压及容许偏差:交流：0%， 0 V10%直流:24V%频率与波形频率为Hz，波形为正弦时,波形失真率不不小于10%。电源瞬时扰动电源瞬时扰动是指持续时间等于或不不小于0的扰动。它对测量和控制系统的正常工作有重大影响。电源瞬时扰动时间应满足仪表的最小容许瞬时扰动供电时间规定。特殊用电规
14、定某些仪表设备对交流电源的谐波含量、直流电压纹波有特殊规定。一般规定交流电源的谐波含量5%；直流电源的纹波电压1%。DCS供电系统供电分为，B级,即:电压：2V A5%（A)，220V C7%(B)。频率:500.2H(A ），500.5 （ B )。波形失真率:5%。交流输出: 20VC2%（UPS而言）。切换时间： 5 0m(P而言 )。直流输出： 2 1 ( UPS而言）。总之,仪表供电的电源质量必须符合仪表设备的规定。其中,电源容量为各类仪表耗电量总和的1.5倍。电源类型根据仪表设备负荷类型，供电规定，仪表电源分别设工作电源和保安电源。工作电源:一般采用重要负荷类别的电源作为仪表的工作
15、电源,由电气专业引入。保安电源:一般可分不间断供电装置，带速自起动发电机组,由外部引入的符合保安电源规定的独立电源等三种。DCS和ES（一般由PLC完毕）系统必须采用保安电源。供电方式仪表电源应具有保安电源同工作电源并网运营的条件，工作电源可自动切接到保安电源工作。大型工程装置分散，仪表用电种类多,容量大，常为三级供电。即总供电箱(中央控制室）、供电箱(装置控制室)、分组电箱（ 现场操作室 )。中、小规模工程、用电类型不变，容量也较小，装置相对集中，供电常采用单回路供电、环形回路供电和多回路供电方式。其中多回路供电使用的较多。14控制方案自动化控制系统根据不同的被控对象，一般可分为如下十二种控制方案。单回路控制控制方案中最为常用的一种，由一台调节器,一台传感器，一台执行器构成负反馈闭环进行定值控制。串级控制两个调节器相串联,
