1过程控制仪表与装置概述
过程控制及自动化仪表总结
自动化仪表在制药行业中的应用如温度、压力、流量等参数的监测和控制。 自动化仪表在制药行业中的优势如提高生产效率、降低能耗、保证产品质量等。 自动化仪表在制药行业中的具体应用案例如某制药公司的生产流程控制、自动化配料系统等。 自动化仪表在制药行业中的未来发展趋势如智能化、网络化、高精度化等。
自动化仪表的分类 与特点
定义：温度仪表是用于测量温度的仪表通过热膨胀、热电阻、热电偶等原理实现温度的测量。
分类：温度仪表可分为接触式和非接触式两类。接触式温度仪表需要与被测物体直接接触而非接触 式温度仪表则通过红外线、微波等非接触方式测量温度。
特点：温度仪表具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点广泛应用于工业生产、科研实验等领 域。
自动化仪表：用于自动 测量、显示、记录和控 制的仪表是实现过程控 制的重要工具。
分类：按测量参数可 分为温度、压力、流 量、液位等仪表；按 工作原理可分为电动 、气动、液压等类型 。
应用领域：石油、 化工、电力、冶金 、制药等工业生产 领域。
监测生产过程确保稳定运 行
提高生产效率降低能耗
及时发现异常预防事故发 生
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连续控制系统：通过连续检测和调节实现控制稳定性好适用于 温度、压力等参数的控制
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离散控制系统：采用离散的控制器或计算机实现控制精度高适 用于大规模、复杂的过程控制
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分布式控制系统：采用多台计算机分别控制不同的设备和系统 具有较高的灵活性和可扩展性
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集散控制系统：集中管理、分散控制通过通讯网络实现数据传 输和信息共享适用于大规模、复杂的工业自动化系统
优化工艺流程提升产品质 量
添加项标题
机械式仪表：早期的工业仪表采用机械结构实现测量和显示功 能。
过程控制仪表与装置概述基本控制规律与控制器PPT学习教案
可分为电动、气动、液动和机械式等。工业上普遍使用 电动和气动控制仪表。
表1-1 电动控制仪表和气动控制仪表的比较
电动控制仪表
气动控制仪表
能源
电源（220VAC） （24V DC）
气源（140 kPa）
传输信号 构成
电信号（电流、电压或脉冲）
气压信号
电子元器件（电阻、电容、电子放 气动元件（气阻、气
大器、集成电路等）
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11.2 基本控制规律与控制器
!!!须注意：ຫໍສະໝຸດ (△x = Xm – Xs)
在研究控制器特性时
1、输入是被控变量与给定值之差即偏差⊿x，
输出是输出信号的变化量△y。
2、△x＞0称正偏差
△x＜0称负偏差
3、△x＞0相应的△y＞0, 称为正作用控制器
△x＞0相应的△y＜0, 称为反作用控制器
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（2）比例控制规律的 参数
例题：一个DDZ-III型的比例控制器，若输入信号从6mA增 大到10mA，控制器的输出相应地从8mA增大到16mA，试求 控制器的比例度。
[解] 控制器的输入、输出有效量程均为4-20 mA
1 100% 10 6 100% 50%
Kp
16 8
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按信号类型分类
标准模拟信号：
电信号：电流信号：4-20mA 电压信号：1-5V
气信号：气压信号：20-100kPa
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11.2 基本控制规律与控制器
11.2.1 双位控制 11.2.2 比例（P）控制规律 11.2.3 比例积分（PI）控制
规律 11.2.4 比例微分（PD）控制
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过程控制及自动化仪表总结 ppt课件
3、执行单元
n理解气动执行器的气开、气关型式及其选择原则 n了解控制阀的流量特性的意义
PPT课件
31
主要内容
★气动执行器的结构
★控制阀的理想流量特性
直线、等百分比（对数）、抛物线、快开
★如何选择执行器的气开、气关？ 主要从工艺生产上安全要求出发。原则是：当信号压
力中断时，应保证设备和操作人员的安全。 * 若无信号压力时，希望阀全关，则应选择气开阀；
★压力的检测
弹性式压力计的测压原理
常用的弹性元件：弹簧管、膜片、波纹管
常用压力计的选型与PP使T课件用
15
2.过程参数检测技术
★流量的检测 差压式流量计：工作原理、流量基本方程式 转子流量计：工作原理、流量基本方程式、 指示值的修正
★物位的检测
差压式液位变送器的工作原理
零点迁移的含义及正、负迁移的计算
练习题
简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干 扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？
PPT课件
2
练习题
简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、 设定（给定）值和偏差的含义？
被控对象 自动控制系统中，工艺参数需要控制的生 产过程、设备或机器等。
被控变量 被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
240℃
eBC(50)=-eAB(50)-eCA(50)
B
EABC= eAB(240)-eAB(50)-eCA(50)+eCA(10)
=eAB(240)-eAB(50)+eAC(50)-eAC(10)
=10.181mV
PPT课件
C 50℃
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3、调节控制单元
n 掌握各种基本控制规律及其特点
[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表
![[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表](https://img.taocdn.com/s3/m/908249a56529647d272852bc.png)
第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。
●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。
[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。
基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。
目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。
[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。
使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。
它适用于各种企业的自动控制。
广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。
[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。
它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。
整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。
这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。
过程控制仪表与装置
【适合场合】：对象滞后大，负荷变化大但不频繁，控制要求
刘高玉场长合，如反应器温度控制或成份控制等。
PID控制规律特点及合用场合
P
PI
PD
PID
(1)速度快
特 (2)有静差 点
(1)存在滞后， (1)超前控制， ❖结合P、I
控制不及时 减小动态偏
、D旳优点
(2)无静差 差
刘玉长
七、模拟控制器
DDZ-Ⅲ型控制器。
刘玉长
刘玉长
八、数字控制器
(一)概述 数字控制器是在模拟控制仪表旳基础上采用
数字技术和微电子技术发展起来旳新型控制器。 其构造与微型计算机十分相同，只是在功能上以 过程控制为主。
数字控制器分为：(1)单回路或多回路控制器； (2)可编程序逻辑控制器(PLC)；(3)工业控制计算 机(IPC)；(4)集散控制系统(DCS)；(5)现场总线控 制系统(FCS)。 本节仅简朴简介单(或多)回路控制
控制器旳输出信号y与输入偏差信号e(=PV-SP)之间随时间变 化旳规律y=f(e)叫做控制器旳控制规律，也称之为控制器旳特征。
不同旳控制规律适应不同旳生产要求。要选用合适旳控制规 律，首先必须了解控制规律旳特点与合用条件，根据工艺指标旳
刘要玉求，长结合详细对象特征，才干做出正确旳选择。
一、双位控制
(三)速度式PID控制算式
v (n) = u(k) / TS
刘玉长
增量式PID控制算式特点
与位置式PID相比，增量式PID算法有下列优点： (1)位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中
要用到过去误差旳累加值∑ej，这么轻易产生较大旳累积 计算误差。而增量式PID只需计算增量，计算误差或精度 不足时对控制量旳计算影响较小； (2)控制从手动切换到自动时，位置式PID算法必须首先将计 算机旳输出值置为原始阀门开度u0，才干确保无冲击切换。 假如采用增量算法，则因为公式中不出现u0项，这易于实 现手动到自动旳无冲击切换。所以在实际控制中，增量 式PID算法要比位置式PID算法应用更为广泛。
过程控制仪表及装置绪论.ppt
第39页
过程控制仪表及装置
3.余差（它是系统稳态准确性的衡量指标）
余差——指过渡过程结束后，被控量新的稳 定值y(∞)与给定值ys的差值。
e() y() ys
描述系统稳态特性的唯一指标； 指 系 统 过 渡 过 程 终 了 时 给 定 值 与 被 控参数稳态值之差； 一 般 要 求 余 差 不 超 过 预 定 值 或 为 零 。第40页
很小的控制系统 T/0C
例：空调控制系统 260C
设定温度260C
O
t
1-5 空调室温调节控制系统温度曲线
第24页
过程控制仪表及装置
随动控制系统——给定值变化的控制系统 例：空调设定室内温度比室外温度低
5℃。
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过程控制仪表及装置
程序控制系统——给定值是随着事先 设定好的程序变化
T/0C
例：电饭锅
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1.3.1 方框图
过程控制仪表及装置
方框图是控制系统或系统中每个 环节的功能和信号流向的图解表示， 是控制系统进行理论分析、设计中常 用到的一种形式。
第20页
过程控制仪表及装置
在绘制方框图时应注意：
1、方框图中每一个方框表示一个具体的实物。
2、方框之间带箭头的线段表示它们之间的信号 联系，与工艺设备间物料的流向无关。方框 图中信号线上的箭头除表示信号流向外，还 包含另一种方向性的含义，即所谓单向性。
• 对于不同的控制系统，这些性能指标各 有其重要性。
• 应根据工艺生产的具体要求，分清主次， 统筹兼顾，保证优先满足主要的品质指 标要求。
• 除上述单项性能指标外，常采用偏差
积分性能指标来衡量控制系统。
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过程控制仪表及装置
过程控制仪表及装置绪论PPT文档共49页
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
过程控制仪表及装置绪论
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
过程控制仪表及装置PPT课件
抛物线流量特性 3.3 7.3 12 18 26 35 45 57 70 84 100
当相对位移1变00化 0时， 所引起的相对流量的变化量为：
(1R 1)(L l)9.6700 所引起的相对流量的变化率为（以下面几点为例）：
相对 10 0 时 0位 2 .1 7 2 移 1 3 1 30 为 0 0 7 0 0 0 5 相对 50 0 时 0位 6 .3 5 1 . 移 7 5 1 .7 1 1为 0 0 0 1 0 0 0 9 相对 80 0 时 0位 9 .3 8 0 移 .6 8 0 .6 0 1为 0 0 0 1 0 0 01 [说明]：直线流量特性调节阀在小开度工作时，其相对流量
模拟式：传输信号为连续变化的模拟量 基地式、单元组合式、组建组装式
数字式：传输信号为断续变化的数字量 以微型计算机为核心，功能完善、性能优越
供应基地式气动液位 指示调节仪
供应基地式气动温度 指示调节仪
根据动力能源形式的不同，分三大类： 气动执行仪表：（以压缩空气为能源） 特点：结构简单，维修方便，价格便宜，防火防爆。
2 调节机构（调节阀） 局部阻力可变的节流元件
a 分类
大口径的调节阀 一般选用双座阀，其 所需推力较小，动作 灵活，但泄漏较大。
小口径的调节阀 一般选用单座阀，其 泄漏较小。
电动Ｖ型球阀 直行程电动套筒调节阀 电动调节蝶阀
电动三通合流(分流) 调节阀
气动蝶阀
三通球阀
b 流通能力C
调节阀全开，阀差前为 0后 .1M压 P、 a 流体 重量1为 g/cm3时，每小时通过流阀体门流的量 单位 m3或kg。
电动执行仪表：（以电为能源） 优点：能源取用方便，信号传输速度快，传输距离远， 便于信号处理。 缺点：结构复杂，推力小，不太适用于防爆场合（Ⅲ型 仪表已采用了安全防爆措施）。
过程控制系统实验报告
过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。
本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人材为出发点。
实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。
仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS 工控组态软件。
对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开辟，如PLC 控制、DCS 控制开辟等。
学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。
同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开辟的平台。
本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC 三部份组成。
由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接， 4.5 千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成)，压力容器组成。
用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。
水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。
二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。
锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层(内胆)和冷却层(夹套)。
做温度定值实验时，可用冷却循环水匡助散热。
加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。
采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。
整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。
为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。
检测上、下二个水箱的液位。
其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0~1.6KPa，精度：0.5 。
输出信号：4~20mA DC。
LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4~20mA DC本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。
过程控制与自动化仪表介绍
过程控制与自动化仪表介绍1. 引言过程控制是指在工业生产中，通过监测和调整工艺参数，以实现对生产过程的控制和优化。
自动化仪表则是过程控制的重要工具，用于测量、传输和处理工艺参数，为控制系统提供准确的反馈信息。
本文将详细介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、原理和应用。
2. 过程控制的基本概念过程控制是指通过监测和调整工艺参数，使生产过程达到预期目标的过程。
这里的工艺参数可以是温度、压力、流量、液位等物理量，也可以是其他关键的过程指标。
过程控制分为反馈控制和前馈控制两种方法。
反馈控制是根据测量到的实际过程参数值与预期目标值之间的差异，通过调整控制器输出信号来纠正偏差，使过程参数保持在合理范围内。
前馈控制则是根据已知的过程变化规律，提前调整控制器输出信号，以使过程参数能够在预期的变化中保持稳定。
3. 自动化仪表的基本原理自动化仪表是过程控制的关键设备，可以完成对工艺参数的测量、传输和处理。
常见的自动化仪表包括温度传感器、压力传感器、流量计、液位计等。
3.1 温度传感器温度传感器用于测量和监控物体或环境的温度。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和红外线传感器。
热电偶利用两种不同金属的电动势差来测量温度，热电阻则利用电阻与温度呈线性关系的特性来测量温度。
3.2 压力传感器压力传感器用于测量和监控气体或液体的压力。
常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器。
压阻式传感器通过测量电阻的变化来间接测量压力，而压电式传感器则是利用压电晶体的压电效应来直接测量压力。
3.3 流量计流量计用于测量和监控液体或气体的流量。
常见的流量计有浮子流量计、涡轮流量计和电磁流量计等。
浮子流量计通过测量浮子位置的变化来间接测量流量，涡轮流量计则是利用涡轮的旋转速度与流体的流速成正比关系来测量流量。
3.4 液位计液位计用于测量和监控液体的液位高度。
常见的液位计有浮子液位计、压力液位计和超声波液位计等。
浮子液位计通过测量浮子的位置变化来间接测量液体的液位，而超声波液位计利用超声波的传播时间来直接测量液位的高度。
控制系统综合实训报告一_过程控制仪表及装置
汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。中型中压锅炉与小型锅炉相比，其蒸发量显著提高，汽包容积相对减小，水位变化速度很快，稍不注意就会造成汽包满水或烧成干锅。无论在何种情况下，绝对不允许锅炉失水，而缺水也是很危险的，因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上升管形成自由水库，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆炸，因此，必须严格地把汽包水位控制在汽包中心线上下约30mm的范围内，使不的蒸发始终处于最大面积状态。
在此系统中锅炉汽包水位控制就是自动调节给水量，使其适应蒸发量的变化，并维持水位在工艺允许的范围内，保证锅炉可靠平稳地运行，则对汽包水位的控制就应严格要求即允许水位的波动范围是以汽包中心线为基准±30mm。
1、锅炉汽包水位的影响
（1）给水流量干扰对水位的影响
当给水流量突增时，水位变化的阶跃反应曲线如图所示，把汽包和给水看作单容量无自衡对象，水位的变化曲线应为H1，在起始平衡姿态下突然增加给水量，此时，虽然给水量大小蒸发量，但水位一开始并不立即增加，这是由于温度较低的给水进入省煤器，以及水循环系统的流量增加了，从原来泡和蒸汽水中吸取了一部分热量，使得汽包水面下汽包容积有所减少，进了省煤器不给水，首先必须填充由于给水管路中汽包减少的让出的空间，这时虽给水量增加了，但水位基本不变，当水面下汽包容积的变化过程逐渐平衡时，水位则反应出由于汽包储水量的变化所引起的变化，最后当水面下汽包储水量的变化所引起的变化，最后当水面下汽包容积不再变化时，水位变化就完全反应了。
C——时滞时间
（2）蒸汽流量的干扰对水位的影响
蒸汽流量和汽包也可以看作是一个无自衡的对象，在渣油量不变的前提下，如果蒸汽用量突然增加，单从物料不平衡考虑，汽包中蒸发量大于给水量，汽包水位变化应如同LD1所示，水位应直线下降，但是实际水位不是H1而是H2，说明在蒸汽用量增加的瞬时，水位不但没有下降反而上升，这是由于蒸汽用量突增时，汽包中压减小，汽水循环管路中水的汽化强度增加，蒸发面以下汽包容积增加，汽包体积膨胀而使水位上升岳象，如曲线H所示，这种现象称为“虚假水位”，当注水混合物中汽包容积与负荷相遇适应，达到稳定的，水位反映出物料后不平衡，开始下降。
过程控制仪表与装置
将这三个变量都整定到最佳值。
DDZDDZ-Ⅲ型控制器
DDZDDZ-Ⅲ型PID控制器的特点： PID控制器的特点： 控制器的特点 元器件以线性集成电路为主，大大提高了可靠性，降低了功 耗；提高了控制器的操作性能；易于控制器功能的扩展;采用安全 火花防爆措施，提高了稳定性和可靠性。同时，DDZ-Ⅲ型PID控制 器中采用的运算放大器是高增益高输入阻抗的，因此具有较高的积 分增益和良好的保持特性。 DDZ-Ⅲ型控制器有两个基型品种，全刻度指示控制器 偏差指示控制器
PID控制规律对控制过程的影响 PID控制规律对控制过程的影响
比例积分控制规律对控制过程的影响
积分作用数学表达式为 e
1 y = TI
∫ edt
0
t
t △y
式中TI是积分常数， 表示积分速度的大小和积分作用的强弱。 积分作用能够消除余差 与比例控制相比， 与比例控制相比，积分控制过渡过程比较缓慢
t
基本控制规律及其对控制过程的影响
回忆：控制器作用 回忆
扰动 设定值
被控变量
控制器
执行器
被控对象
测量变送
基本控制规律概述
控制规律概述
控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。 控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。在 单回路定值控制系统中，由于扰动作用的存在， 单回路定值控制系统中，由于扰动作用的存在，会使被控变量对给定值产 生偏差，此偏差数值上等于被控变量测量值与给定值之差。 生偏差，此偏差数值上等于被控变量测量值与给定值之差。即：
PID控制规律对控制过程的影响 PID控制规律对控制过程的影响
积 分 时 间 对 过 渡 过 程 的 影 响
过程控制与自动化仪表介绍
过程控制与自动化仪表介绍过程控制与自动化仪表的工作原理是通过传感器采集各种生产参数，如温度、压力、流量、液位等，然后将这些参数转换成电信号，并送到控制器进行处理。
控制器根据预设的控制算法，可以自动地调节各种执行器，如阀门、电机等，来达到控制生产过程的目的。
这样就能够实现对生产过程的自动化控制。
过程控制与自动化仪表的种类多种多样，根据其功能可以分为传感器、控制器、执行器等多种类型。
传感器可以根据所测量的参数种类分为温度传感器、压力传感器、流量传感器等；控制器可以分为PID控制器、PLC控制器、DCS控制器等不同类型；执行器可以分为阀门执行器、电机执行器等多种类型。
在工业生产中，过程控制与自动化仪表的应用可以帮助实现对生产过程的精确控制，提高生产效率，降低能耗成本，提高产品质量，减少人为因素对生产过程的影响，从而使得生产过程更加稳定和可靠。
同时，过程控制与自动化仪表还可以实现远程监测和操作，方便管理人员对生产过程的监控和调整。
总的来说，过程控制与自动化仪表是工业生产中不可或缺的重要设备，它能够帮助实现生产过程的自动化、稳定和高效运行，是提高工业生产质量和效率的重要手段。
过程控制与自动化仪表在工业生产中扮演了至关重要的角色。
它们不仅能够确保生产设备的稳定运行和生产质量的一致性，还可以实现高效的生产过程，节约能源并降低成本。
在本文中，我们将深入探讨过程控制与自动化仪表的工作原理、类型、应用以及未来发展趋势。
## 工作原理过程控制与自动化仪表的工作原理基于控制系统的闭环反馈原理。
首先，传感器可以通过各种不同的检测方法，如电阻、电容、光电、超声波等，来实时获取生产过程中的各种参数。
接下来，传感器将这些参数转换成电信号，并通过电缆或者wifi等传输方式传送给控制器。
控制器是过程控制与自动化仪表的核心部件，它接收传感器传来的信息，并通过预设的算法来处理这些信息。
比如，通过PID控制算法，控制器可以根据实际测量到的参数值与设定的目标值之间的差异，来调节执行器。
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—— 直接数字量控制
起始于50年代末期，开辟 了一个轰轰烈烈的计算机 工业应用时代
本质—— 用一台计算机取代一组 模拟调节器，构成闭环控 制回路，用数字控制技术 简单地取代模拟控制技术。
SP
过程控制计算机
AI、DI AO、DO
检测仪表
执行器 被控过程（对象）
优点 —— 计算灵活，精度高，PID控制规律，分时处理 多个控制回路 此外，DDC也很快发展到PID以 外的多种复杂控制。 问题 ——价格昂贵，运算速度不高
（四）按信号类型分：
模拟式控制仪表 传输信号通常为连续变化的模拟量。这 类仪表线路较简单，操作方便，价格较低使 用上均有较成熟的经验。 数字式控制仪表 传输信号通常为断续变化的数字量。这 些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功 能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难 以解决的问题，满足现代化生产过程的高质 量控制要求。
过程控制装置 陈 刚 教授
chengang@ 自动化学院
参考教材： 《过程控制系统与装置》，何离庆 主编 重庆大学出版社，2003. 参考书目： 《 过程控制工程》 ，邵裕森，等 主编 机械工业出版社， 2000. 《控制仪表与装置》，向婉成 主编 机械工业出版社，1999. 。。。
（一）控制仪表与装置的供电
电动控制仪表与装置的供电主要有两种形式：交流 供电与直流集中供电。 1、交流供电 早期的电动控制仪表中多使用交流供电。将220V工 频交流直接引入控制系统中的各台仪表中。 缺点：交流干扰、热干扰等必然会对仪表产生影响； 仪表体积也不易做小；220V的直接引入降低了仪表 的安全性，缩小了仪表的应用范围。
基地式系统 基地式仪表 常规仪表 控制系统 单元组合仪表： 调、变、执、算 (DDZ-II、III、 QDZ) 第 1代 DDC控制 变、执 (DDZ-II、III) 集中型计算 机控制系统 变、执 (DDZ-II、III) 第2 代 FCS 将全厂最基础的现场 级仪表和装置均通过 现场总线连接起来， 实现全数字化通讯。 现场仪表：总线仪表 第 4代 *
基地式 模 拟 过 式 程 控 制 仪 数 表 字 式 气动QDZ 单元组合式 电动DDZ DDZ-Ⅰ DDZ-Ⅱ DDZ-Ⅲ DDZ-Ⅳ
组装式
单/多回路控制器 可编程控制器(PLC) 工业计算机(IPC) 集散系统系统(DCS) 总线控制系统(FCS) 可编程自动化控制器(PAC)
过程控制仪表类型
气动 单元 组合 仪表 QDZ
变送单元(B) 转换单元(Z) 计算单元(J) 显示单元(X) 给定单元(G) 调节单元(T) 辅助单元(F)
电动 单元 组合 仪表 DDZ
变送单元(B) 转换单元(Z) 计算单元(J) 显示单元(X) 给定单元(G) 调节单元(T) 执行单元(K) 辅助单元(F)
单元组合仪表类型
计算机控制系统的发展特征
随着局域网、Internet、IT技术迅速发展，计算 机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化
发展成为一种趋势
系统结构向网络化、网络扁平化方向发展 系统功能向综合化方向发展 系统设备向多样化方向发展
例:一贮罐液位控制系统。
要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要； 图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控 制系统。 分析: 贮罐液位由液位变送器转 换成相应的标准信号送到 控制器，与给定值相比较， 控制器按比较得到的偏差， 以一定的控制规律发出控 制信号，控制执行器的动 作，通过改变贮罐液体出 料的流量，从而使贮罐液 位保持在与给定值基本相 等的数值上。
5.集散型控制系统 将集中一台计算机完成的任务分派给各个微 型过程控制计算机，再配上数字总线以及上一级过 程控制计算机，组成各种各样的、能适应于不同过 程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了“控 制分散”或“危险分散”，管理高度集中。
6.现场总线控制系统 是计算机网络技术、通信技术、控制技术和 现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字 通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一 层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控 制网络。
—— 集散控制系统 DCS
出发点（2个方面）： (1)不能采取控制回路高度集中的设计思想， 需要把控制功能分散到若干个控制站实现， 以提高系统的可靠性； (2)考虑到整个生产过程的整体性，各个控制 系统（回路）的运行应当服从工业生产管理 的总体目标。
根本特征:控制的分散性和管理的集中性
现场总线控制系统（FCS）
计算机控制系统的发展过程
DDC控制 集中型计算 机控制 DCS控制 始于70年代 本质：采用过程控制－过 程管理－生产管理等多层 结构 特点：控制分散 信息集中 半数字，半分散
始于50末期 本质： 一台计算机取代尽 传统 DCS 本质：用一台计算机取代 可能多的模拟调节器 PLC_Based DCS 一组模拟调节器，构成闭 特点：控制集中 环控制回路 IPC_Based DCS 信息集中 特点：具有里程碑意义 危险集中 问题：价格、性能 问题：性能
四、DDZ之运算单元类
(加减器、乘除器、开方器、函数发生器等)
加减器
乘除器
开方器
五、DDZ之给定单元类
(恒流、比值、时间程序、参数给定器等)
DGJ型报警给定器
DGA-2000型恒流给定器
六、DDZ之调节单元类
(PID基型、PID自整定、 PID间歇、SPC、DDC 备用、自动选择、抗积分饱和控制等)
FCS现场总线控制系统
是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、 双向传输、多分支结构的通信网络。 支持双向、多节点、总线式的全数字通讯
· 双向数据通信能力避免了反复进行A/D、D/A的转 换
· 把控制任务下移到现场设备，以实现测量控 制一体化 全分散
· 已成为全世界范围自动化技术发展的热点
· 涉及整个自动化和仪表的工业“革命”
DDZ-III
DTZ－2100型全刻度指示调节器
七、DDZ之执行单元类
(角行程、直行程、阀门定位器等)
电动角行程(DKJ)执行机构 电动直行程(DKZ)执行机构
电气阀门定位器
气动阀门定位器
八、DDZ之辅助单元类
(Q型、D型、便携式及S/Z自动切换操作器，信 号限制器、信号选择器、安全栅、配电器、直流 稳压电源、隔离器等)
一、过程控制仪表的发展概况及分类
发展概况
50 年代 60 年代 70 年代 80 年代 90 年代 21世纪至今 QDZⅠ QDZⅡ QDZⅢ DDZⅠ DDZⅡ DDZⅢ 数字式（智能 式）控制仪表 DCS系统 （PLC）现场总 线以太网
典型的仪表系统
配电器
隔离器
பைடு நூலகம்
操作器
DDZ之辅助单元类
电源箱
分类及特点
（一）按安装场地分： 1.现场类仪表 2.控制室类仪表
（二）按能源形式分：
1.气动控制仪表 2.电动控制仪表 3.液动控制仪表 （三）结构形式分： 1.基地式控制仪表 2.单元组合式控制仪表 3.组装式 综合控制装置 4.数字化控制仪表 5.集散控制系统 6. 现场总线控制系统。 （四）按信号形式分： 1.模拟控制仪表 2.数字控制仪表
气动执 行机构
气动阀门 定位器
电动执 行机构
直通单、 双座控 制阀
直通单、 双座控 制阀
闸阀
球阀
三通阀
蝶阀
角阀
球阀
角阀
DCS的物理层次示意
Web服务器
Internet
远程节点
管理层网络 操作站 工程师站 控制层网络
现场设备层
流程图
控制室
控制台
仪表盘
操作员站
操作员站 CRT
工业流程图
第0代
DCS OS：小型机、IPC CS：IPC、PLC、 智能调节器 现场仪表：DDZ-III 为主 第3代*
分布式IO DCS 现场信号根据传输距离或功能 不同连接到现场I/O设备上，各 现场I/O设备与控制站间通过网 络（现场总线）连接。 现场仪表：DDZ-III、总线仪表 过渡型*
• 基地式控制仪表：以指示、记录仪表为主体，附加控制机 构所组成的装置。 • 单元组合式控制仪表：将整套仪表按照功能划分成若干独 立的单元(分为变送、转换、计算、显示、给定、调节、执 行与辅助单元等八大类)，各单元之间用统一的标准信号连 接。按照连接信号的不同，单元组合式控制仪表分为气动 单元组合仪表(QDZ)和电动单元组合仪表(DDZ)两类。 • 组装式综合控制装置：它的最大的特点是控制和显示操作 功能分离，结构上分为控制机柜和显示操作盘两大部分， 可以实现对生产的集中显示和操作。 • 计算机 ( 数字式 ) 控制装置：以微型计算机为核心的自动控 制系统。包括：集散控制系统、可编程控制器、现场总线 控制系统等。
二、控制仪表与装置的信号与 供电
（一）控制仪表与装置的供电 （二）模拟仪表与装置的信号制 （三）数字仪表与装置的信号制
常用的控制仪表及装置
压力 变送器
压力 变送器
差压 变送器
测量膜合
双法兰差压送器
无纸 记录仪
测量精 确值
输出精 确值
测量百 分值
输出百 分值
Better Control 可编程 调节器
四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行 阀门：调节阀、电磁阀、 器（显示仪表根据需要可选）
通常安装 于控制室
气动蝶阀…… 泵：开关泵、变频泵 通常安装
于 现场
干扰
x
e = x-z
z
p 控制器 控制阀
q
被控对象
y
显示 仪表
变送器
温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪 （通常输出：4~20mA、1～5V等标准信号）液位开关 、料位开关、接近开关 (通常输出on/off信号)传感器（ Pt100、热电偶……）……