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1、化工仪表和自动化基础知识培训20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（气动型和电动型）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KFL现场型基地式气动液位指示调节仪化工自动化发展一、基础知识2020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制装型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装
2、置。集散控制系统（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（工控机）机（工控机）和数字控制器等，已成为控制装置的主流。和数字控制器等，已成为控制装置的主流。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。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20世纪世纪90年代
3、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，引起过程）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智能化，形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。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
4、动化是当今生产过程控制的发展方向。化工自动化发展一、基础知识早期的DCS控制系统一、基础知识现代的DCS控制系统一、基础知识 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强度化工自动化目的一、基础知识化工自动化的基本组成显示控制仪表检测仪表执行器一、基础知识如仪表的测量范围：-4001200KP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等仪表精度表示测量的准确程度。一、基础知识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
5、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
6、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。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
7、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
8、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。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。
9、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。误差的表示方法分为：引用误差、相对误差
10、、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，准确度等级习惯上称为精度等级。仪表精度=（绝对
11、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。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、功耗、成本的考虑；3、零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这种“
12、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u 仪表的名称;u 在DCS系统中是唯一的;u 一般不超过8位。如：PV2301、LT2310、TIC2310等。仪表位号(TAG)英文字母数字+仪表位号=一、基础知识仪表位号(TAG)仪表工位号：参数符号+功能符号+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
13、；CV：自力式 G：现场监视数字1 2.9一、基础知识前面前面 2 2 位阿拉伯数字一般代表位阿拉伯数字一般代表生产工序生产工序 ；后面后面 2 2 位阿拉伯数字一般代表位阿拉伯数字一般代表该工序该该工序该参数的序号参数的序号。PBL/ABSPBL/ABSSANSAN化化学学品卸料品卸料61006100原料原料储备21002100溶溶剂制制备62006200聚聚会会和和脱脱挥22002200PBLPBL聚合聚合63006300溶溶剂回收回收23002300ABSABS聚聚会会65006500公用工程公用工程25002500TG6101、FQI6227、PIC6502、TIA2217A仪表位号(
14、TAG)一、基础知识压力压力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。压力压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）二、压力检测仪表压力的定义及单位1 kgf/cm2=105Pa=0.1MPa1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=100千帕(KPa)=1.0197公斤/平方厘米二、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=0.0689
15、5bar(PSI英文全称为Poundspersquareinch)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接头弹弹簧簧压压力表力表二、压力检测仪表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、压力检测仪表电容式压力变送器 图
16、2-8电容式测量膜盒1中心感应膜片(可动电极)；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、压力检测仪表智能差压变送器 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图二、压力检测仪表压力（差压）变送器 差差压变压变送器送器压压力力变变送器送器二、压力检测仪表传感技术比较一览表原原 理理结结 构构优优 点点电电 容容 式式压压 阻阻 式式单晶硅谐振式单晶硅谐振式 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 温度缺缺 点点 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u流量：流量：流量：流量：单位时间内流过管
17、道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。u单位单位：t/h、kg/h、L/h、m3/h等流量定义二、流量检测仪表质量流量质量流量MM体积流量体积流量Q Q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 差压式（也称节流式）流量计差压式（也称节流式）流量计差压式（也称节流式）流量计差压式（也称节流式）流量计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流量与压力差流量与压力差PP的平方根成正比的平方根成正比，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、流量检测仪表漩涡流量计漩涡流量计三、流量检测仪表漩涡流量计以卡门
18、涡街理论为基础，采用压电晶体检测流体通过管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2023/1/1Endress+HauserProwirlProductPresentation33涡街流量计测量原理f=涡街频率V=体积流量V f质量流量计质量流量计三、流量检测仪表质量流量计质量流量计三、流量检测仪表 在双管型质量流量计当中，入口处在双管型质量流量计当中，入口处在双管型质量流量计当中，入口处在双管型质量流量计当中，入口处的分流管把流入的介质均等地一分为的分流管把流入的介质均等地一分为的分流管把流
19、入的介质均等地一分为的分流管把流入的介质均等地一分为二，送到两根测量管中，这样保证了二，送到两根测量管中，这样保证了二，送到两根测量管中，这样保证了二，送到两根测量管中，这样保证了100%100%的介质流经测量管的介质流经测量管的介质流经测量管的介质流经测量管 两根测量管由于驱动线圈的作用，两根测量管由于驱动线圈的作用，两根测量管由于驱动线圈的作用，两根测量管由于驱动线圈的作用，产生以支点为轴的相对震动。当测量产生以支点为轴的相对震动。当测量产生以支点为轴的相对震动。当测量产生以支点为轴的相对震动。当测量管中有流量时，产生如图所示的科里管中有流量时，产生如图所示的科里管中有流量时，产生如图所示
20、的科里管中有流量时，产生如图所示的科里奥利现象。奥利现象。奥利现象。奥利现象。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-2内部结构在每个流量管上，均有一组磁铁在每个流量管上，均有一组磁铁在每个流量管上，均有一组磁铁在每个流量管上，均有一组磁铁/线线线线圈组，我们称之为入口检测线圈和出圈组，我们称之为入口检测线圈和出圈组，我们称之为入口检测线圈和出圈组，我们称之为入口检测线圈和出口检测线圈。由于相对振动，线圈在口检测线圈。由于相对振动，线圈在口检测线圈。由于相对振动，线圈在口检测线圈。由于相对振动，线圈在磁铁的磁场做切割磁力线的运动，在磁铁的磁场做切割磁力线的运动，在
21、磁铁的磁场做切割磁力线的运动，在磁铁的磁场做切割磁力线的运动，在内部回路产生交流电信号。该信号能内部回路产生交流电信号。该信号能内部回路产生交流电信号。该信号能内部回路产生交流电信号。该信号能准确地反映线圈组间的相对位移和相准确地反映线圈组间的相对位移和相准确地反映线圈组间的相对位移和相准确地反映线圈组间的相对位移和相对速度。通过监测该交流信号，我们对速度。通过监测该交流信号，我们对速度。通过监测该交流信号，我们对速度。通过监测该交流信号，我们可判断测量管的运行状态。可判断测量管的运行状态。可判断测量管的运行状态。可判断测量管的运行状态。Theory-3TimemV无流量无流量TimemV低流
22、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流电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，由于科里奥利作用，流量信号是同相位的。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存在相位差。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 与流量的大小成正与流量的大小成正比关系。这样，可以利用比关系。这样，可以利用 T 作为质量流量的标定系数，即可以作为质量流量的标定系数
23、，即可以用用 T 来表示每秒有多少克的流量流过来表示每秒有多少克的流量流过Theory-4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率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（测量管和成反比。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。通过检测已知密度内部介质之和）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）的介质流经测量管时的频率，（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
24、之间的线性关系。然后通过振动频率换算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到密度Theory-5电磁流量计测量原理是法拉第电磁感应定律测量原理是法拉第电磁感应定律,用来测量导电液体。用来测量导电液体。三、流量检测仪表 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，就会产生感应电动势当一导电体经过一个磁场时，就会产生感应电动势，其电动势，其电动势的方向与导体运动和磁场的方向有关的方向与导体运动和磁场的方向有关 在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当
25、于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。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）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）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。-+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
26、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。适应温度定义及单位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、温度检测仪表双金属温度计双金属温度计图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、温度检测仪表热电阻热电阻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=100。Cu50,它的R0=50四、温度检测仪表热电偶两种不同成份的导体两端焊接在一起，当工作端和参
27、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、温度检测仪表温度变送器温度变送器为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
28、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、物位检测仪表差压液位变送器差压液位变送器五、物位检测仪表差压式液位计差压式液位计 差压式液位计原理图因此将差压变送器的一端接液相，另一端接气相五、物位检测仪表雷达液位计 雷达式液位计示意图五、物位检测仪表其他液位计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
29、仪表五、物位检测仪表六、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、气动执行器图11-3 正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、气动执行器调节机构（阀）直通单座阀直通双座阀角
30、形阀蝶阀球阀调节机构的分类六、气动执行器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。选择选择要求要求压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为气关式。反之，为气开式。气开式与气关式的选择气开式与气关式的选择六、气动执行器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
31、方式表图11-11组合方式图六、气动执行器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、气动执行器电气阀门定位器电磁阀辅助机构六、气动执行器人工操作与自动控制比较图七、控制系统图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、控制系统液位控制系统 温度控制系统七、控制系统简单控制系统简单控制系统的方块图七、控制系统简单控制系统通过这套串级控制系统，能够在塔釜
32、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串级控制系统典型方块图七、控制系统串级控制系统 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
33、量是反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。副回路具有先调、粗调、快调的特点；副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。以克服。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
34、提高了控制质量。小结小结七、控制系统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。几个概念几个概念主物料、主动信号从物料、从动信号七、控制系统开环比值控制开环比值控制从物料量Q2与主物料量Q1的比值关系为开环比值控制七、控制系统结构简单，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、控制系统单闭环比值控制单闭环比值控制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
35、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。1.1.生生产产中需用多种物料作中需用多种物料作调节调节介介质质的的过过程程图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
36、场合有有时生生产过程程负荷荷变化很大化很大,要求有要求有较大范大范围的流量的流量变化。若用一个控制化。若用一个控制阀,由于由于控制控制阀的可的可调范范围R是有限的是有限的,当最大流量和最小流量相差太当最大流量和最小流量相差太悬殊殊时,就会降低控制就会降低控制系系统的控制的控制质量量,这时可采用分程控制系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、
37、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、控制系统八、集散型控制系统（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。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。1946年第一台数字计算机问世；1959 年，美国Texaco（德士古）公司的炼油厂安装了第一个计算机闭环控制系统；1960 年，美国Monsanto(孟山都）公司的氨厂实现了第一个计算
38、机监督控制系统。1962 年，美国Monsanto(孟山都）公司的乙烯厂实现了第一个直接数字计算机控制系统。特点特点：1、采用电子管，运算速度慢；2、价格贵，体积大、可靠性差。八、集散型控制系统（DCS）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价格比的小型计算机。特点：1、硬件可靠性不够高；2、且所有的监视和控制任务都由一台计算机来完成，故使得危险也集中化；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。3、系统的投资过高。八、集散型控制系统（DC
39、S）计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展1970 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，1972 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代，即从传统的集中控制系统革新为集散控制系统(DCS)。1975 年美国Honeywell公司的推出世界上第一套真正意义的集散型控制系统TDC-2000 系统。八、集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展20 世纪80 年代，计算机向着超小型化、控制智能化方向发展；20 世纪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；当代现场
40、总线控制系统(FCS)。八、集散型控制系统（DCS）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八、集散型控制系统（DCS）计算机控制系统的硬件组成八、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。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，计算出
41、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。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.八、集散型控制系统（DCS）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
42、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(DistributedControlSystem，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。集散控制系统(DistributedControlSystem,DCS),是计算机控制系统的一种结构形式。八、集散型控制系统（DCS）危险分散管理集中集散型控制系统DCS系统发展历程第一代DCS(初创期)
43、，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）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）集散控制系统基本构成图八、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系统的技术基础八、集散型控制系统（DCS）监视操作方
44、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）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RAME2PROMROM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用八、集散型控制系统（DCS）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E2P
45、ROM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。通信功能控制策略实现信号采集、转换现场控制站的功能八、集散型控制系统（DCS）现场控制站的功能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；uPID参数的调整；uPID参数的调整；u调节阀阀位的改变；u机泵启停；u报警、
46、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）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DCS软件DCS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。HOLLI
47、AS MACS 系统。八、集散型控制系统（DCS）YOKOGAWACENTUNCS3000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）八、集散型控制系统（DCS）CS 3000 System ConfigurationCS 3000 System Configuration-Overview-OverviewControl NetworkControl NetworkInformation NetworkInformation NetworkoooPROFIBUS-DPV1
48、PROFIBUS-DPV1FOUNDATIONFOUNDATION FieldbusFieldbusHARTHARTExaqunatumExaqunatumPRMPRMExaopcExaopcModbusModbusDeviceNetDeviceNetControlLogixControlLogixManufacturing Execution SystemManufacturing Execution SystemControl StationControl StationHMIHMIField NetworkField NetworkVnetLFCSKFCS最大工位数最大工位数 :200,
49、000 per Sys最大站数最大站数 :64V-net 总线总线(Max):20 kmRIO 总线总线(max):20 km perESB 总线总线(max):10 MER 总线总线(max):2 km per FCSSFCS最小配置域内最大配置 LFCSKFCS V-net :1,000,000perSys:64:20km:20kmperFCS:10M:2kmperFCS最大域数：16系统最大规模域构成配置 图15-5 CENTUM-CS系统外观图八、集散型控制系统（DCS）现场控制站八、集散型控制系统（DCS）系统点数及卡件配置人机接口八、集散型控制系统（DCS）操作员键盘八、集散型控制
50、系统（DCS）仪表面板数据区域图八、集散型控制系统（DCS）类型类型字母代号字母代号意意义义字母代号字母代号意意义义仪表仪表调整调整面板面板常用常用参数参数MODE仪表块方式仪表块方式LL下下限报警值下下限报警值PV测量值测量值SVH设定点上限限位值设定点上限限位值SV设定值设定值SVL设定点下限限位值设定点下限限位值MV阀位输出值阀位输出值MH阀位输出上限限位值阀位输出上限限位值DV偏差值偏差值ML阀位输出下限限位值阀位输出下限限位值SUM累计值累计值P比例带比例带HH上上限报警值上上限报警值I积分时间积分时间PH上限报警值上限报警值D微分时间微分时间PL下限报警值下限报警值八、集散型控制系