过程控制仪表

▪ 实现操作站与控制站的连接
过程通信网络
▪ 提供与企业管理网络的连接
过程控制
现场总线控制系统（FCS系统） 现场控制和双向数字通信 将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现 现场控制 现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通信。
二、信号制
过程控制
信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和 数值。
变送器输出的是被控变量的测量值，它被送到显示和控制装置， 用于显示和控制。
过程变量
位移、压力
检测元件
差压、电量等
标准信号 变送器
检测变送环节工作原理
模拟仪表：标准信号通常采用420mA、010mA、15v电流或 电压信号，20100kPa 气压信号；
现场总线仪表：标准信号是数字信号
2、对检测变送单元的基本要求
减小Tm的措施：
检测点位置的合理选择； 选用小惯性检测元件； 缩短气动管线长度，减小管径； 正确使用微分单元； 选用继动器或放大器等。
给定单元 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
单
考基准值。
元
角行程电动执行器
组 合
执行单元 直线行程电动执行器
仪
气动薄膜调节阀
按控制器输出的 控制信号和手动 操作信号，改变 控制变量
表 操作器：手动操作及手动/自动的切换作用
阻尼器：压力或流量等信号的平滑、阻尼 辅助单元
可以进行各种数字运算和逻辑判断，其功能完善， 性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的问题
3、按结构形式分类
➢ 单元组合式仪表 ➢ 基地式仪表 ➢ 集散型计算机控制系统 ➢ 现场总线控制系统
过程控制
过程控制
单元组合式仪表：
根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做 成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间 用统一的标准信号进行联系。
限幅器：限制信号的上、下限值
安全栅：将危险场所与非危险场所隔开，起 安全防爆作用
工艺介质 阀门
被控对象
过程控制
被调变量
执行单元 自动 手动
操作单元
检测元件
变送单元 测量值 调节单元
给定值
给定单元
显示单元
用电动单元组合仪表组成的控制系统
过程控制
基地式控制仪表 相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表。
过程控制
准确：检测元件和变送器能正确反映被控或被测变量，误差小；
迅速：及时反映被控或被测变量的变化；
可靠：能在环境工况下长期稳定运行。
3、选用时的基本考虑
首先考虑元件能否适应工业生产过程中的高低温、高压、腐蚀 性、粉尘和爆炸性环境，能否长期稳定运行；
仪表精度和量程的选择 选用仪表的精度要合适：应符合工业检测要求 仪表测量误差：仪表本身误差、环境工况引入的误差、动态误差 量程选择：量程的改变会引起最大读数误差变化和增益变化。
➢ 相对于Tp ，Tm是较小的。但有例外：
• 成分检测变送环节的时间常数和时滞会很大；
过程控制
• 气动仪表的时间常数较电动仪表要大；
• 采用保护套温度计检测温度要比直接与被测介质接触检测温
度有更大的时间常数。
➢ 应考虑时间常数随过程运行而变化的影响： • 保护套结垢，造成时间常数增大； • 保护套磨损，造成时间常数减小。
▪ 由DCS系统的基本控制器（包括控
控制站（下位机）
制卡、信号输入输出卡、电源等）构 成
▪ 或由可编程序控制器PLC（包括
CPU、I/O、电源等模块）或带有微处 理器的数字式控制仪表构成
▪ 过程信息的集中显示、操作和管理
操作站（上位机） ▪ 由工业控制计算机、监视器、打印
机、鼠标、键盘、通信网卡等组成
构成
电子元器件
气动元件
接线
导线、印刷电路板
导管、管路板
2、按信号类型分类
过程控制
模拟式
由模拟元件构成
传输信号通常为连续变化的模拟量，如电流信 号，电压信号，气压信号等
线路较简单，操作方便，使用灵活，价格较低
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数字式
以微处理器、单片机等大规模集成电路芯片为核心
传输信号通常为断续变化的数字量，如脉冲信号
将各种单元进行不同组合，可以构成多种多样、适用于各种不 同场合需要的自动检测或控制系统。
有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两 大类。都经历了I型、II型(010mA) 、III型(420mA, 15v)的 三个发展阶段。
温度变送器
过程控制
压力变送器 将各种被测参数变换成相
变送单元 差压变送器
气动仪表的信号标准：20kPa 100kPa 电动仪表的信号标准 ：420maADC DDZII型电动仪表的信号标准 ： 010maADC
3.2 检测变送环节
一、检测变送环节的性能
过程控制
1、检测元件和变送器的作用
将工业生产过程的参数(流量、压力、温度、物位、成分等)经检 测、变送单元转换为标准的电或气信号。
通常以指示、记录仪表为主体，附加控制、测量、给定等部件 而构成；
其控制信号输出一般为开关量，也可以是标准统一信号； 一个基地式仪表具有多种功能，与执行器联用或与变速器联用， 便可构成一个简单的控制系统； 性能价格比高，适用于单参数的控制系统。
过程控制
集散控制系统（DCS系统）：分散控制、集中管理
▪ 数据采集、处理及控制
单
流量变送器
元
组
液位变送器
应的标准统一信号传送到 接收仪表或装置，以供显 示、记录或控制
合
仪 表
直流毫伏转换器
转换单元
频率转换器 电－气转换器
气－电转换器
将电压、频率等电信 号转换成标准统一信 号，或者进行标准统 一信号之间的转换， 以使不同信号在同一 控制系统中使用
过程控制
过程控制
输出统一标准信号，作为被控变量的给定值
过程控制
第三章 过程控制仪表
3.1 总体概述
过程控制
一、过程控制仪表的分类及特点
1、按能源形式分类
可分为电动、气动、液动和机械式等几种。工业上普遍使用 电动控制仪表和气动控制仪表。
电动仪表
气动仪表
能源
电源(220VAC，24VDC) 气源（140kPa）
传输信号 电信号(电流、电压或数字) 气压信号
考虑仪表和变送器的线性特性
4、动态特性
Gm(s)Tm Ksm 1ems
过程控制
对Km的考虑：
➢ Km小，增大控制器的增益，有利于克服扰动对影响；
➢ Km的线性度与整个闭环控制系统输入输出的线性度有关； ➢ 选择合适的测量范围可改变检测变送环节Km
对Tm的考虑： ➢ 作为广义对象的组成，应考虑与Tp和Tv的匹配，及增大最 大时间常数与次大时间常数之间的比值；