控制仪表与计算机控制装置第三章 第一节
过程控制系统与仪表 王再英 第3章 控制仪表-2010
y = K pe
3.1 基本控制规律及特点
3.1.2 比例控制（P） 比例控制（ ）
杠杆（控制器） 杠杆（控制器） 浮球：测量元件 浮球：
活塞阀
图3-3 简单的自力式 比例控制系统示意图
29
3.1 基本控制规律及特点
原来系统处于平衡， 原来系统处于平衡，进 水量与出水量相等， 水量与出水量相等，此时进 水阀有一开度。 水阀有一开度。 t=0时 t=0时，出水量阶跃增 加，引起液位下降，浮球下 引起液位下降， 移带动进水阀开大。 移带动进水阀开大。 当进水量增加到与出水 量相等时，系统重新平衡， 量相等时，系统重新平衡， 液位也不再变化。 液位也不再变化。
y = K pe
（3-3） ）
K p为放大倍数（比例增益），它的大小决定了比例控制作用 为放大倍数（比例增益）， ），它的大小决定了比例控制作用 的强弱。 K p越大，比例控制作用越强。 的强弱。 越大，比例控制作用越强。
24
3.1 基本控制规律及特点
3.1.2 比例控制（P） 比例控制（ ）
y = K pe
（3-3） ）
比例度： 比例度：就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出的 相对变化值之比，用百分数表示： 相对变化值之比，用百分数表示：
e P= x −x min max
ymax
y − ymin
× 100%
（3-4） ）
式中： 为输入偏差 为相应的输出变化量 为输入偏差； 为相应的输出变化量； 式中：e为输入偏差；y为相应的输出变化量； (xmax − xmin )为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程； 为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程； ( y max − y min )为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。 为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。
控制装置与仪表
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
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）
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
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。 3.直流电压信号（图1-3-2） 4.信号上下限大小的比较
控制仪表与计算机控制装置周泽魁化学工业出版社课后答案
第一章1-1控制仪表和自动控制系统有什么关系？（P1自动控制系统和控制仪表）控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具。
为了提高控制系统的功能，还可以增加一些仪表，如显示器、手操器等。
而为了改善控制质量还可以采用串级控制等其他更复杂的控制方案，显然，这将需要更多仪表。
实际所采用的仪表，可以是电动仪表，气动仪表等各种系列的仪表，也可以是各种控制装置，所有这些仪表或装置都属于控制仪表与装置范畴。
显而易见，如果没有这些仪表或装置，就不可能实现自动控制。
1-3单元组合式控制仪表有哪些单元？各有哪些功能？（P2书上有各单元功能以及品种）单元组合仪表分为八类：变送单元执行单元控制单元转换单元运算单元显示单元给定单元辅助单元变送单元：它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等变换成相应的标准统一信号传送到接收仪表，以供指示、记录或控制。
转换单元：转换单元将电压、频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统中使用。
控制单元：将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动作。
运算单元：它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压力补偿计算等。
显示单元：它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供人员监视控制系统和生产过程工况之用。
给定单元：它输出统一标准信号，作为被控制变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。
给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参考基准值。
执行单元：它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。
辅助单元：辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等。
操作器用于手动操作，同时又起手动/自动的双向切换作用；阻尼器用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；限幅器用于以限制信号的上下限值；安全栅用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用。
控制仪表与计算机控制装置-控制仪表与计算机控制装置-变送器
节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰
条件：
工作电流：
I I0 min
工作电压： VT Emin I0max( RL max )
最小有效功率P: P<I0min (Emin-I0miaRLmax)
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浙江大学信息学院控制系
—控制仪表和计算机控制装置—
数字式变送器信号传输方式
HART通讯协议方式
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电动模拟式变送器信号传输方式
二线制 二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号
四线制传输
供电电源和输出信号分别用二根导线传输
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浙江大学信息学院控制系
二线制
优点：
—控制仪表和计算机控制装置—
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7
浙江大学信息学院控制系
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数字式变送器的构成原理
数字式变送器组成:二大部分
硬件电路──以微处理器CPU为核心
软
件──包括系统程序和功能模块
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数字式变送器的硬件构成
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浙江大学信息学院控制系
改变测量部分转换系数
数字式变送器
软件实现
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3.1.2.2.零点调整和零点迁移
使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值 xmin相对应
在xmin=0时，称为零点调整；在xmin≠0时，称为零点迁移
控制仪表及计算机控制装置概论.答案
—控制仪表和计算机控制装置—
电动仪表信号标准的使用
1、现场与控制室仪表之间采用直流电流信号
优点： a. 直流比交流干扰少 b. 直流信号对负载的要求简单 c. 电流比电压更利于远传信息 要求：接收仪表输入电阻小。 缺点：多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联。
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广东石油化工学院自动化系
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广东石油化工学院自动化系
—控制仪表和计算机控制装置—
按结构形式分类
• 单元组合式控制仪表 • 基地式控制仪表
• 集散型计算机控制系统 • 现场控制系统
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单元组合式控制仪表
各个仪表之间用统一的标准信号进行联系，将各种 独立仪表进行不同的组合，可以构成适用于各种不同场 合的自动检测或控制系统。这类仪表有电动单元组合仪 表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两大类。
作信号，操作执行元件，改变控制变量的大小。 执行单元的品种有：角行程电动执行器、直行程电 动执行器和气动薄膜调节阀等。 上页
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单元组合式控制仪表
8. 辅助单元 : 辅助单元是为了满足自动控制 系统某些要求而增设的仪表。 如：操作器、阻尼器、限幅器、安全 栅等。
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广东石油化工学院自动化系
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防爆仪表的分级和分组
防爆仪表的分级
根据：最大试验安全间隙dmax 或
最小点燃电流的比值MICR
控制仪表及装置第三概论PPT教案
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第五章 可编程控制器 第一节 概述 第二节 FX系列可编程控制器 第三节 S7系列可编程控制器
第六章 智能变送器和阀门定位器 第一节 智能变送器 第二节 智能阀门定位器
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第七章 集散控制系统 第一节 概述 第二节 集散控制系统通信网络 第三节 TPS集散控制系统 第四节 PCS7集散控制系统 第五节 集散控制系统可靠性
第八章 现场总线控制系统 第一节 概述 第二节 几种流行的现场总线 第三节 实时工业以太网 第四节 现场总线控制系统
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概论
第一节 控制仪表与控制系统
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> 控制仪表与控制系统
自动控制系统一般由被控对象、变送器、控制器和执 行器构成，其方框图如下所示：
给定值Biblioteka 控制器变送器执行器
为保证传输误差ε在允许范围之内， 应要求R0 》Rcm + nRi ，故有
Rcm nRi 100% R0
为减小传输误差，要求： R0足够大，而Rcm 及Ri 应比较小
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电流传输的特点
优点
发送仪表输出电阻大，故电流信号适于远距传输。 电流回路中串入一电阻，取压方便。
缺点
回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的工作 。
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概论
第三节 联络信号和传输方式
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联 络 信 号 是指在成套仪表系列中，仪表之间采用的传输信号的类 型和数 值。
> 联络信号和传输方式
联络信号类型 气动仪表：20~100KPa 电动仪表：模拟信号 0~10mA、 4~20mA 及 1~5V
A3000过程控制实验指导 第三章
图3.1 单回路控制系统方框图图3.2 扰动作用于不同位置的控制系统 第三章 单回路控制系统第一节 单回路控制系统的概述及调节器参数整定方法一、 单回路控制系统的概述图3.1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器所组成的一个闭环控制系统。
系统的给定量是一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单，调试方便，性能较好，故在工业生产中被广泛应用。
二、 干扰对系统性能的影响● 干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响干扰通道的放大系数Kf 会影响干扰加在系统中的幅值。
若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。
我们希望干扰通道的放大系数愈小愈好。
如果干扰通道是一个惯性环节，令时间常数为Tf ，则阶跃扰动通过惯性环节后，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。
即时间常数Tf 越大，则系统的动态偏差就愈小。
通常干扰通道中还会有纯滞后环节，使被调参数的响应时间滞后一个τ值，即)-Y(t (t)Y ττ=上式表明调节过程沿时间轴平移了一个τ的距离，即干扰通道出现纯滞后，但不会影响系统的调节质量。
● 干扰进入系统中的不同位置复杂的生产过程往往有多个干扰量，他们作用在系统的不同位置，如图3.2所示。
控制理论证明，同一形式、大小相同的扰动在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。
对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。
δ1K =(S)G P C =三、 控制规律的确定选择系统调节规律的目的是令调节器与调节对象很好匹配，使组成的控制系统满足工艺上所提出的动、静态性能指标。
比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。
由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在。
其传递函数为式中Kp 为比例系数，δ为比例带。
比例积分(PI)调节PI 调节器就是利用P 调节快速抵消干扰的影响，同时利用I 调节消除残差，但I 调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。
控制仪表及装置第三PPT教案
模拟量输入输出电路：A/D 转换电路是利用输 出电路中的12位 D/A 和比较器通过软件来实现 的。输出电路除输出模拟信号外，还送出PV 、SP模拟值至面板，供显示测量、给定值之 数用字。量输入输出电路：输入电路由晶体管陈列 和门控电路构成。输出电路除输出模拟信号外 ，还送出PV、SP模拟值至面板，供显示测量 、给定值之用。
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软件系统 系统程序 是调节器的主体部分，通常由
监控程序和中断处理程序组成：
系统初始化
键盘显示管理
监
控
中断管理
程
序 自诊断处理
运行状态控制
键处理
中
定时处理
断
处 理
运算控制
程
序
通信处理
掉电处理
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用户程序
其作用是连接系统程序中各功能模块，以完成 预定的控制任务。
编制程序采用表格式组态语言 (KMM调节器) 和助记符式组态语言(SLPC调节器)。本章以 前者为例予以介绍。 编程有在线和离线两种方法： 编程器独立于调节器, 用户程序写入 EPROM, 将其插入调节器相应的插座上。 编程器和调节器共用一个CPU， 用户程序 写入EPROM后，同样移至调节器的插座上 。
y(n)
=
Kp {e(n)
TS
+
n
e(i)
TI i = 0
T D
+
TS
[e(n) 1) ]
-
e(n-
} + y’
式中y(n)为第n次采样输出值， y’为输出初值。
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将第n次采样的算式减去第(n-1)次采样的算式 ，得到完全微分型的增量型算式：
DCS控制系统基础知识
DCS控制系统
2013
内容提要
第一章 DCS控制系统 DCS控制系统简述 DCS控制系统的发展史 CENTUM-CS3000控制系统的构成及字母代号 DCS控制系统的特点 第二章 简单控制系统 概述 简单控制系统的几大参数 三种控制器的比较
内容提要
第三章 复杂控制系统 概述 串级控制系统 前馈控制系统 比值控制系统 分程控制系统 选择控制系统 三冲量控制系统 第四章 过程控制系统 -控制系统的投运 控制系统操作中的常见问题
集散型控制系统的体系结构
操作站、工程师站和上位计算机构成集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散系统各部分的纽带,是实现集中管理、分散控制的关键，
第三节 CENTUM-CS控制系统的构成字母代号
CENTUM-CS系统构成
第三节 CENTUM-CS控制系统的构成及字母代号
第四节 串级控制系统
例：联合尾气焚烧炉炉温控制
第二节 串级控制系统
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器,前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定,后一个调节器的输出送往调节阀， 前一个调节器称为主调节器,它所检测和控制的变量称主变量 主被控参数 ,即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器,它所检测和控制的变量称副变量 副被控参数 ,是为了稳定主变量而引入的辅助变量， 整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路，副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成， 一次扰动：作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动， 二次扰动：作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动，
调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统，
控制仪表课后答案第1-2-3章部分
控制仪表课后答案第1-2-3章部分控制仪表课后答案第1-2-3章部分.,控制仪表及装置课后答案,控制仪表及装置第四版课后答案,控制仪表和装置课后答案,控制仪表与计算机控制课后题答案,控制仪表与计算机控制装置课后答案,控制仪表及装置课后答案吴勤勤,过程控制与仪表课后答案潘永湘,答案家,控制仪表及装置第四版思考与练习题参考答案第1章模拟式控制器思考与练习题(1)工业上常用控制器的控制规律有哪几种？答：工程上常用的控制器的控制规律有比例（P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）以及比例积分微分（PID）四种，由此产生相应的四种常用控制器。
(2)在模拟控制器中，一般采用什方式实现各种控制规律？答：可以用负反馈放大器来实现。
其原理组成如图3.1所示。
=KUε控制仪表课后答案第1-2-3章部分.,控制仪表及装置课后答案,控制仪表及装置第四版课后答案,控制仪表和装置课后答案,控制仪表与计算机控制课后题答案,控制仪表与计算机控制装置课后答案,控制仪表及装置课后答案吴勤勤,过程控制与仪表课后答案潘永湘,答案家,控制仪表及装置第四版FUUf=O根据上述三个关系式可求得输出与输入的关系为：FKKUUi+=10当放大器的放大倍数足够大时，FK>>1,则上式分母中的1可忽略不计，上式可近似表示为：'01KFUUi=≈这就是说，只要放大器的放大倍数足够大，那么在引入负反馈构成闭环后，其闭环放大倍数K′就只与反馈系数F有关。
而反馈系数就是前面分析的分压系数，这样就实现了比例控制规律。
由于闭环放大倍数K′与反馈系数F成倒数关系，即后者衰减，前者放大，或者是，后者为除的关系，则前者就是乘的关系。
换句话说，两者之间互成逆运算关系。
由此得到了启发，若要闭环放大器起积分运算作用，它的反馈电路应是微分运算电路。
反之，要得到微分运算关系的放大电路，其反馈电路应该用积分电路。
(3)试述DDZ—Ⅲ型控制器的功能。
答：DDZ—Ⅲ型控制器的作用是将变器送来的1～5VDC测量信号与1～5VDC给定信号进行比较得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PID运算，输出4～20mADC信号，最后通过执行器，实现对过程参数的自动控制。
控制仪表及装置第三章
输出电路 N0
U23
U23
开方运算部分
U11
图 3-13 开方器方框图
（二） 工作原理
振荡条件：
U23
U21 （4.5V）
U11
自激振荡时间分割器的起振条件
实际的切除值可通过UL来调整
（一）基本结构和工作原理
伺服放大器
位置发送器
伺服电机
操作器
减速器
阀位 指示
放大器
执行机构
4～20mA
Ii
If
θ
电动执行机构方框图
0~90O
（二）伺服放大器
组成：信号隔离器、综合放大电路、触发电路、固态继电器等。
信号隔离器采用光电隔离电路，实现信号隔离和电流—电压转换。 综合放大和触发电路见图。
作用是将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩，并且当伺服放大器没有输出时，电机又能可靠地制动。
组成
转换组件：永久磁钢、线圈、杠杆、喷嘴、挡板及调零装置等。
气路组件：气动放大器、气阻、压力表、手 - 自动切换阀。
反馈组件：反馈弹簧、反馈拉杆、反馈压板等。
接线盒组件：接线盒、端子板及电缆引线等。
工作原理 见下图
应用场合
推力大，可用于高差压、大口径、高压、高温、低温及介质中含有固体悬浮物或粘性流体的场合。
定位器
控制器
P0
气源
位置 反馈
P1
阀门定位器示意图
阀门定位器可增加执行器输出功率，减小信号传递滞后，加快阀杆位移速度，提高线性度，克服阀杆摩擦力，保证正确定位。
电气阀门定位器
具有电 / 气转换器和阀门定位器的双重作用， 它接受电动控制器输出的420电流信号，成比例地输出20100kPa(或40200kPa)气动信号至执行机构。
控制仪表与计算机控制装置课程设计
控制仪表与计算机控制装置课程设计背景本课程设计是电子与计算机工程专业的工科课程，旨在提升学生对控制仪表与计算机控制装置的理论及应用方面的综合素质。
通过课程设计，旨在培养学生的创新能力、团队协作能力及实践操作能力，并提高学生的自主学习能力。
同时，本课程设计旨在使学生了解控制仪表与计算机控制装置的基本原理、结构设计及应用实例，掌握常用的控制系统设计方法及工具，提高学生的科学思维能力以及解决问题的能力。
设计方案课程设计目标本课程设计的主要目标是使学生：•熟悉控制仪表及计算机控制装置的基本概念与原理•掌握控制系统的建模、仿真与调试技术•学习控制系统设计的方法及工具•增强实验能力和科学研究能力。
课程设计内容本课程设计主要包括：•控制仪表及计算机控制装置的概念•控制系统的基本原理及组成•一般控制系统的数学模型•控制系统的时间响应和频率响应分析•控制系统的稳定性及稳态误差分析•PID控制算法及其实现•MATLAB/Simulink在控制系统设计中的应用•控制系统仿真、建模及控制器选型课程设计方案本课程设计方案分为5个阶段：阶段一：课程讲解教师通过课堂讲解的方式，介绍控制仪表及计算机控制装置的基本概念、控制系统的基本原理、常见的控制系统以及各种基本的控制器等。
阶段二：实验操作学生根据教师的安排，进行实验操作，包括用示波器测量信号、使用模拟电路和数字电路板完成模拟实验、使用MATLAB/Simulink进行控制器设计及仿真实验等。
阶段三：小组讨论学生分小组进行讨论，讨论各自完成的实验，并总结出实验操作中出现的问题和解决方法，同时讨论控制系统的设计方法及其应用前景。
阶段四：实验报告学生根据实验操作及小组讨论的内容，撰写实验报告，报告包括实验过程、结果分析、问题与解决方案等内容，并将设计各自组的控制系统方案及仿真结果。
阶段五：课程总结教师在此阶段总结本门课程的教学内容并检查学生的学习验，学生也可以向教师提出自己在学习中的疑问与改进建议。
控制仪表与计算机控制装置-其他仪表工作原理
UoKUi 1 1
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广东石油武化汉工工学程院大自学动电化气系信息学院
——过控程制控仪制表仪和表计及算装机置控—制装置—
4.1.3.1.DDZ—III型开方器的构成
DDZ—III型开方器由输入电路、开方运算电路、小 信号切除电路及输出电路等组成。
开方器构成方框图
当采用差压方式测量流量时,系统构成如 图所示
K1q2 UΔP=K2△P UsqK3 UP
UPK1K2q2U sqK 3 K 1K 2q2K 3 K 1K 2q
开方器的输出y与被测流量q成线性关系。
开方器在流量检测系统中的应用
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——过控程制控仪制表仪和表计及算装机置控—制装置—
还有一种开方器是由乘除器演变来的开方器
乘法运算的方法——单向矩形脉冲法。 如图所示
单向矩形脉冲
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广东石油武化汉工工学程院大自学动电化气系信息学院
——过控程制控仪制表仪和表计及算装机置控—制装置—
其直流分量可表示 占空比，用S来表示则
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广东石油武化汉工工学程院大自学动电化气系信息学院
——过控程制控仪制表仪和表计及算装机置控—制装置—
差动电路的输出
U11 Ui
同相端输出
U 1 2R 2R 2R 3(1R R 1 4)U aU aU B 1
由于
U1U11U12 所以
U1Ui UB1
可求得
U1 Ui 1
（4-20）
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再假设：
UD
tp T
Umax
控制仪表及装置PPT课件
隔爆型防爆仪表不能在通电运行的情况下打开表 壳进行检修或调整。
(2) 本质安全型防爆仪表
（2）集成运算放大器典型电路
反相输入运算放大器电路
同相输入运算放大器电路
差动输入运算放大器电路
电压跟随器电路
（3）单电源供电的运算放大器电路
过程控制仪表出于总体设计的需要，便于仪表的安装以 及变送器采用二线制等原因，在仪表线路中，一般都采用单 电源供电，即由一组24VDC电源供电。运算放大器采用单电 源供电，实质改变的是电位基准，由于电位基准发生了改变， 因此运算放大器的允许工作条件将跟着改变。为了保证运算 放大器正常工作，常采用电平移动的办法，这并不影响运算 放大器电路的运算关系和特性。
仪表的分析步骤
1）了解仪表作用和结构框图； 2）按照结构框图将整机线路划分成相应的部分； 3）根据信号的传递方向，对各部分逐一进行分析； 在分析中注意应用以下几种方法：①对复杂的部分 可画出其构成框图，作进一步划分，直到划分为最 基本的构成部件为止。② 画等效电路。在画等效电 路时，可以忽略一些次要元件，以便突出主要部分， 也可以把电路画成习惯的形式。③ 应用电路理论中 的一些基本定律，如欧姆定律、分流公式、分压公 式、等效电源定理、叠加定理、阻抗变换等，以便 把复杂的电路转化为简单的形式。 4）综合仪表的整机特性。
常用本安型仪表有电Ⅲ型的差压变送器、温度变送 器、电/气阀门定位器以及安全栅等。
3 控制系统的防爆措施 (1) 在危险场所使用安全火花型防爆仪表； (2) 在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅 (3) 按照安全火花防爆的要求进行系统的安装和维护。
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HART通讯方式的实现方法
输出波形整形电路: 满足HART物理层规范所要求的信号波形上升沿/下降沿 的时间，较平缓的上升沿/下降沿的时间可以降低与其它HART网络间的串扰。 带通滤波器: 抑制接收信号中的感应噪声，其频宽大约为1200 Hz～2200Hz
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压力变送器
温度变送器
液位变送器
流量变送器等
y
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x max
x ( y max y min ) y min x min
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3.1. 概述
变送器的构成原理
模拟式变送器的构成原理
数字式变送器的构成原理
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编码和解码、帧校验、数据的发送与接收
媒体访问单元MPU的主要功能是发送与接收符合
现场总线规范的信号
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非线性补偿方法
使测量部分与传感器组件具有相反的非线性特性
数字式变送器 非线性补偿方法:
软件实现
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3.1.2.4.变送器信号传输方式
气动变送器：两根气动管线
电动模拟式变送器：二线制
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智能式变送器的软件
功能模块： 资源模块 模拟输入 变量转换 显示转换 运算功能 非线性校正 量程自动切换 温度误差校正 阻尼时间设定 报警
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3.1.2 变送器的一些共性问题
变送器量程调整前后的输入输出特性
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量程调整的方法
模拟式变送器 改变反馈部分的反馈系数 改变测量部分转换系数 数字式变送器 软件实现
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3.1.2.2.零点调整和零点迁移
目的：使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围 的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调 整，在xmin≠0时，称为零点迁移
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模拟式变送器的构成原理
模拟式变送器的组成
测量部分 放大器 反馈部分
模拟式变送器的构成原理图
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模拟式变送器的输入输出关系
K y ( Ki x z0 ) 1 KK f
Ki xK z0 K y 1 KK f 1 KK f
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数字式变送器信号传输方式
HART通讯协议 :
在一条电缆上同时传输4～20mA的模拟信号 和数字信号
HART通信协议是依照国际标准化组织(ISO)的开放式 系统互连(OSI)参考模型，简化并引用其中三层： 物理层 数据链路层
应用层
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应用层
应用层 规定了通讯命令的内容
命令类型：
通用命令
适用于所有符合HART协议的现场仪表
通用操作命令
适用于大部分符合HART协议的现场仪表 特殊命令 各制造厂的产品自己所特有的命令
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传输介质: 单芯带屏蔽双绞电缆 3000米 多芯带屏蔽双绞电缆 1500米 短距离可使用非屏蔽电缆
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数据链路层
规定了数据帧的格式和数据通讯规程
数据帧格式：由链路同步信息、寻址信息、用户信息 及校验和组成
定界符定义了帧的类型和寻址格式 地址有短格式和长格式 响应码在变送器向主设备通信时才有，表示数据 通信状态和变送器工作状态 上页
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HART协议按主/从方式通讯，这意味着只有在主 站呼叫时，现场设备（从站）才传送信息有三种通讯 模式： 点对点模式---在一条电缆上传输4～20mADC的 模拟信号和数字信号 多点模式---一条电缆连接多个现场设备，这是 全数字通信模式 阵发模式---允许总线上单一的从站自动、连续 地发送一个标准的HART 响应信息 上页
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变送器
变送器在自动检测和控制系统中的作用，是 将各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成 分等物理量转换成统一的标准信号，以供显示、记 录或控制之用
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变送器
按照被测参数分类
差压变送器
变送器的理想输入输出特性
AD421
16位串行输入、4～20mA电流输出 与HART通信模块共同完成变送器的数字通信
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AD421及电压调整电路原理图
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现场总线通信方式
通信控制单元实现物理层的功能，完成信息帧的
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载波监测电路用于检测4～20mA直流信 号中是否叠加有数字信号 ,侦听网络和启动接 收
时基电路产生调制器和解调器所需的时间 基准信号，同时还提供19.2kHz 的脉冲输出
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智能式变送器的构成原理
数字式变送器由硬件和软件两部分
数字式变送器的硬件构成框图
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智能式变送器的软件
智能式变送器软件分为系统程序 和 功能模块 系统程序： A/D采样程序 量程转换程序 工程量变换程序 滤波程序 误差校正程序 D/A输出程序 通讯程序 辅助功能程序
当满足>>1的条件时
Ki z0 y x Kf Kf
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模拟式变送器的理想 输入输出特性
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模拟式变送器的构成原理
在小型电子式变送器中，反馈部分 往往仅由几个电阻和电位器构成，因此 常把反馈部分和放大器合在一起作为一 个负反馈放大部分看待；或者将反馈部 分和放大器合做在一块芯片内，这样变 送器即可看成由测量部分和放大器两部 分组成。另外，调零和零点迁移环节也 常常合并在放大器中。
零点调整和零点迁移的方法 ：
模拟式变送器 改变放大器输入端上的调零信号z0 数字式变送器
软件实现
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3.1.2.3. 线性化
原因：传感器组件的输出信号与被测参数 之间往往存在着非线性关系
模拟式变送器非线性补偿方法:
使反馈部分与传感器组件具有相同的非线性特性
HART通讯模块
HART通讯模块实现二进制的数字信号与FSK信号之 间的相互转换
HT2012功能框图
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HART通讯模块
调制器 ITXD：二进制数字信号输入 OXTA：FSK信号输出 解调器 IRXA：FSK信号输入(由信号回路) ORXD：二进制数字信号输出 INRTS：控制端 低电平“0” ，调制器 工作，解调器输 出不定； 高电平“1” ，解调器工作，调制器输出 呈高阻状态。
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二线制
二线制优点：
节省连接电缆、有利于安全防爆和抗干扰
条件：
工作电流：
I I 0 min
工作电压：
VT Emin I0 max( RL max )
P<I0min (Emin-I0miaRLmax)
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最小有效功率P:
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零点调整使变送器的测量起始点为零 零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值: 当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移； 当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移
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零点调整和零点迁移的方法
零点迁移，再辅以量程调整，可以提高仪表 的测量精度，可以适应不同测量范围要求 。