控制仪表及装置概论
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控制仪表及装置教案
青岛科技大学教师授课教案课程名称控制仪表及装置课程性质专业课（必修）授课教师单宝明教师职称讲师授课对象自动化031-5授课时数40学时（34+6）教学日期2006年2月所用教材《控制仪表及装置》吴勤勤化学工业出版社 2002年第二版授课方式课堂教学控制仪表及装置教案2006青岛科技大学授课教案应该覆盖如下内容：本单元或章节的教学目的与要求授课主要内容重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）主要外语词汇辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）复习思考题参考教材（资料）第一章概述第1章概论学习目的和要求：掌握控制仪表的基本特点和分类，信号制和传输方法，仪表的分析方法。
重点、难点：信号制和信号传输，仪表电路分析方法外语词汇：process control（过程控制）, process industries(过程工业)controlling instrument,direct digital control(DDC,直接数字控制)，supervisory system(监控系统)，distributed control system(DCS，集散控制系统或分布式控制系统)，fieldbus(现场总线)，CIMS—computer integrated manufacturing systems(计算机集成制造系统)，CIPS-- computer integrated process systems参考资料：周泽魁主编《控制仪表与计算机控制装置》化学工业出版社 2002何离庆主编《过程控制系统与装置》重庆大学出版社 2003张永德《过程控制装置》，北京化学工业出版社，2000李新光等编著《过程检测技术》机械工业出版社，2004侯志林《过程控制与自动化仪表》，机械工业出版社，2002年1月授课内容：❑过程控制系统概述❑过程控制仪表与装置总体概述❑自动控制系统和过程控制仪表❑过程控制仪表与装置的分类及特点❑信号制❑仪表防爆的基本知识❑仪表的分析方法❑1.1过程控制系统概述1.1.1过程控制系统及其特点过程控制的定义?过程控制的参数?过程控制的特点?1.1.2过程控制系统发展概况生产过程自动化的发展大体划分为几个阶段。
控制仪表及装置第二章概论
Ci1
1 A1
S1
A
S0 S
Ci 2
2 A2
S2
A
S0 S
Ci 2 Ci 2
Ci1 Ci1
A[1/(S0 A[1/(S0
S ) 1/(S0 S ) 1/(S0
S)] S )]
S S0
K2S
S K1Pi
结论：
(1)
相对变化值
Ci2 Ci2
Ci1 Ci1
与被测差压Pi
成线性关系。
应用：
测压力： 压力变送器
配电器
显示、记录或控制
测流量： 差压变送器
配电器
开方器
显示、记录控制
测液位：
H
＋ － 通大气
第二节 差压变送器
分类：
力平衡式差压变送器 电容式差压变送器 扩散硅式差压变送器
一、力平衡式差压变送器
pi
测量部分
Fi
杠杠系统
Ff
位移检测
I0
放大器
电磁反馈 机构系统
变送器构成方框图
KF 1
y
1 F
(Cx
z0 )
xmax x
二、量程调整、零点调整和零点迁移 量程调整：包括上限调整和下限调整
上限调整（满度调整）：输出信号的上限值
ymax 与测量信号的上限值 xmax相对应。
下限调整：零点调整、零点迁移
方法：改变反馈部分反馈系数 改变测量部分转换系数
量程调整相当于改变变 送器的输入输出特性的 斜率，也就是改变变送
包括： 振荡器 解调和振荡控制电路线性 调整电路
⑴ 振荡器 包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电源
是一种变压器反馈型振 荡电路，其振荡频率由检测 电容和变压器次级绕组的电 感决定。
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）
第10页/共90页
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
第20页/共90页
（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
第32页/共90页
控制仪表及装置第四章
数字
： ．
可编程 调节器
： ． 1～5VDC
也叫单回路可编程调节器
2. 可编程调节器的特点
实现了仪表和计算机一体化。 具有丰富的运算、控制功能。
通用性强，使用方便。
具有通信功能，便于系统扩展。 可靠性高，维护方便 。 调节器还具有自诊断功能，随时监视各部件工况，出 现故障，指示操作人员及时排除。
3.可编程调节器的基本构成
de(t ) e( )d TD ] y' 0 dt
t
y (t ) 控制器的输出 e(t ) 控制器的输入偏差(测量值和给定值之差) y '控制器的输入偏差为 0时的输出初值
离散化
向后差分代替微分
t
矩形法计算积分
n
积分项可表示为
∫e 0 (τ) dτ = TS e (i) i=0
专用编程器 → 组态 → 用户程序写入EPROM → EPROM安装到数字调节器上
用户程序的编程通常采用面向过程POL语言 (Procedure-Oriented Language)。 编程方式简单易学。
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)。
3.PID控制算式
目前我国从外引进或组装、广泛使用的产品 有DK系列的KMM调节器，YS-80系列的SLPC 调节器、FC系列的PMK调节器、VI系列的 VI87MA-E调节器等。
是一种内藏微处理机的运算控制 仪表，是近代自动控制技术、计算机
技术和通信技术（简称‘3C’技术）
高度结合的产物。
模拟 V/I 4～20mADC
TD y D (n) y D (n 1) e(n) e(n 1) y D (n) KpTD KD TS TS
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
《控制仪表及装置》课件
仪表分辨率是指仪表能够识别和 显示的最小变化量，较高的分辨 率可以提高测量的准确性。
智能仪表的原理及应用
原理 数字信号处理 通信接口 自动化控制
应用
用于对信号进行数字滤波、增益和校准，提高测 量的准确性。
通过现代通信技术，实现仪表与计算机系统的数 据交互和远程监控。
智能仪表具备自动调节和控制功能，提高控制系 统的稳定性和响应速度。
2 传感器与信号处理
了解传感器的原理和分类以及信号的传输和处理方式，是理解仪表及测量系统的关键。
3 校准与故障诊断
仪表的校准方法和技术以及故障诊断与处理方法，能够确保仪表的长期稳定性和可靠性。
电气式测量仪表的工作原理
电压测量仪表
电压测量仪表利用电压分压原理 测量电路中的电压信号，并通过 合适的电路进行放大和显示。
电流测量仪表
电流测量仪表通过测量电路中的 电流信号，采用电流互感器、霍 尔元件等原理实现精确的电流测 量。
电阻 利用电阻分压和电流测量原理来 测量电路中的电阻值。
机械式测量仪表的工作原理
1
压力测量仪表
压力测量仪表通过传感器测量压力信号，并将其转换为标准信号，用于控制系统 中的压力调节和监测。
《控制仪表及装置》PPT 课件
控制仪表及装置是现代自动化控制系统中不可或缺的重要组件。本课程将介 绍仪表及测量系统的基本原理和分类，控制系统的基本概念和分类，以及未 来的发展与前景。
仪表及测量系统的基本原理
1 准确度与稳定性
仪表的精度及稳定性在测量过程中起着关键作用，它们决定了测量的可靠性和准确性。
2
流量测量仪表
流量测量仪表通过不同的测量原理，如涡街、电磁、超声波等，准确测量流体的 流速和流量。
智能仪表的原理及应用
原理 数字信号处理 通信接口 自动化控制
应用
用于对信号进行数字滤波、增益和校准，提高测 量的准确性。
通过现代通信技术，实现仪表与计算机系统的数 据交互和远程监控。
智能仪表具备自动调节和控制功能，提高控制系 统的稳定性和响应速度。
2 传感器与信号处理
了解传感器的原理和分类以及信号的传输和处理方式，是理解仪表及测量系统的关键。
3 校准与故障诊断
仪表的校准方法和技术以及故障诊断与处理方法，能够确保仪表的长期稳定性和可靠性。
电气式测量仪表的工作原理
电压测量仪表
电压测量仪表利用电压分压原理 测量电路中的电压信号，并通过 合适的电路进行放大和显示。
电流测量仪表
电流测量仪表通过测量电路中的 电流信号，采用电流互感器、霍 尔元件等原理实现精确的电流测 量。
电阻 利用电阻分压和电流测量原理来 测量电路中的电阻值。
机械式测量仪表的工作原理
1
压力测量仪表
压力测量仪表通过传感器测量压力信号，并将其转换为标准信号，用于控制系统 中的压力调节和监测。
《控制仪表及装置》PPT 课件
控制仪表及装置是现代自动化控制系统中不可或缺的重要组件。本课程将介 绍仪表及测量系统的基本原理和分类，控制系统的基本概念和分类，以及未 来的发展与前景。
仪表及测量系统的基本原理
1 准确度与稳定性
仪表的精度及稳定性在测量过程中起着关键作用，它们决定了测量的可靠性和准确性。
2
流量测量仪表
流量测量仪表通过不同的测量原理，如涡街、电磁、超声波等，准确测量流体的 流速和流量。
过程控制仪表与装置概述ppt课件
器（显示仪表根据需要阀可门选：）调节阀、电磁阀、
气动蝶阀……
通常安装
泵：通开常安关装泵、变频泵
于控制室
x e = x-z 控制器
于 现场
干扰
p
q
y
控制阀
被控对象
-
z
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（
单元组合仪表类型
19
附图： 一、DDZ之变送单元类
(温度、压力、差压、流量、物位、成分等)
温度变送器 20
二、DDZ之转换单元类
(阻抗、电流、毫伏、气/电与电/气、频率、脉冲/电 压、峰值检测器等)
电流转换器 直流毫伏转换器 电/气转换器
21
三、DDZ之显示单元类
(比例或开方积算器、各种指示仪与警报器等)
配电器
隔离器
操作器 27
DDZ之辅助单元类
电源箱
28
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：
11
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
控制装置与仪表讲义—控制装置与仪表概述_OK
控制仪表与过程控制系统的关系控制仪表与过程控制系统的关系控制器变送器执行器与执行机构被控过程自动控制仪表在火电厂的应用系统介绍自动化控制系统自动化控制系统实际应用入门一实际应用入门一10问题提出
控制装置与仪表
第一讲：控制装置与仪表概述
华北电力大学自动化系
华北电力大学
1
教师联系方式
• 陆会明 • Tel：51976841(O), 81712452(H)；13520383228（M） • Email：LuHuiming@
给定值
s
偏差
e
控制器
z
控制作用
被控变量 y
控制阀
被控象
测量元件 变送器
常用的名词术语： （1）被控对象；（2）被控变量y；（3）操纵变量； （4）干扰；（5）设定值（给定值）；（6）偏差。
华北电力大学
15
自动控制仪表的类型
• 气动仪表： • 液动仪表： • 电动仪表： • 电气混合仪表：
华北电力大学
华北电力大学
2
推荐参考书
• 陆会明，控制装置与仪表，机械工业出版社，2007 • 杨庆柏，热工过程控制仪表，电力出版社，2003； • 邵裕森，过程控制及仪表，上海交大出版社，2000； • 张永德，过程控制装置，化学工业出版社，1997； • 金以慧，过程控制，清华大学出版社，2002；
华北电力大学
3
自动控制的分类
• 过程控制： 给定值不变；
• 运动控制： 给定值变化；
华北电力大学
4
控制仪表 与过程控制系统的关系
华北电力大学
5
控制仪表 与过程控制系统的关系
控制器
变送器
执行器与 执行机构
被控过程
控制装置与仪表
第一讲：控制装置与仪表概述
华北电力大学自动化系
华北电力大学
1
教师联系方式
• 陆会明 • Tel：51976841(O), 81712452(H)；13520383228（M） • Email：LuHuiming@
给定值
s
偏差
e
控制器
z
控制作用
被控变量 y
控制阀
被控象
测量元件 变送器
常用的名词术语： （1）被控对象；（2）被控变量y；（3）操纵变量； （4）干扰；（5）设定值（给定值）；（6）偏差。
华北电力大学
15
自动控制仪表的类型
• 气动仪表： • 液动仪表： • 电动仪表： • 电气混合仪表：
华北电力大学
华北电力大学
2
推荐参考书
• 陆会明，控制装置与仪表，机械工业出版社，2007 • 杨庆柏，热工过程控制仪表，电力出版社，2003； • 邵裕森，过程控制及仪表，上海交大出版社，2000； • 张永德，过程控制装置，化学工业出版社，1997； • 金以慧，过程控制，清华大学出版社，2002；
华北电力大学
3
自动控制的分类
• 过程控制： 给定值不变；
• 运动控制： 给定值变化；
华北电力大学
4
控制仪表 与过程控制系统的关系
华北电力大学
5
控制仪表 与过程控制系统的关系
控制器
变送器
执行器与 执行机构
被控过程
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）。
控制仪表与装置课件 概论讲解49页PPT
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
控制仪表与装置课 概论讲解
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
课程介绍控制仪表及装置
《控制仪表及装置》课程介绍
课程代码 80066002
课程名称控制仪表及装置
学分：4 修读学期：7
授课对象：测控技术与仪器专业本科学生先修课程：电子技术基础
课程主任：杨永竹教授
课程简介
控制仪表及装置是自动化的重要工具，在生产、生活、国防和科学研究领域中具有日益广泛的应用，随着计算机技术的发展，仪表技术也在更新换代，为了适应这种变化，在本课程的讲授中力求技术的实用性和先进性。
主要内容包括可编程调节器、各种变送器、可编程逻辑控制器等，详细地讲解它们的结构、原理以及实际操作应用。
同时还介绍集散控制系统和当前最新发展的现场总线技术。
通过本课程的学习，力求掌握控制仪表方面扎实的理论基础，并具有较强的应用能力。
课程考核开卷考试结合实验考核
指定教材《控制仪表及装置》吴勤勤编化学工业出版社02年8月第2版
参考书目《可编程序控制器应用技术》廖常初编著重庆大学出版社98年10月第3版。
控制仪表概论
• 整套仪表可构成安全火花型防爆系统。
二. 仪表的主要性能指标
统一标准信号为 ~ 20m A( DC)和1 ~ 5V ( DC) 4 基本误差一般为 0.5%, 少数品种为 0.2%,1.0%和 1.5% 响应时间不超过 s 1 输出交流分量一般不超 过输出上下限之差的 % 1 负载电阻一般250 ~ 750(250,500,750) 电源电压为 V ( DC) 24 防爆等级为i (本质安全型）
长期以来，模拟式控制仪表被广泛应用于各工 业部门。
数字式控制仪表是近二十年来，在微电
子技术和计算机技术迅速发展的基础上 发展起来的，其传输信号为断续变化的 数字量。
由于以微型计算机为核心，数字式控制
仪表的功能更加完善、性能更加优越， 可以解决模拟式控制仪表无法解决的问 题。
数字式控制仪表正越来越多地应用于工
两种联络信号的特点：
DDZ-II型仪表采用 0 ~ 10 mA 的联络信号。由于该信 号下限从零开始，便于模拟量的加、减、乘、除、开 方等数学运算，并能使用通用刻度的指示、记录仪表。 DDZ-III型仪表采用 4 ~ 20 mA 或 1 ~ 5V 的联络信号。 由于该信号下限不是从零开始，使仪表的电气零点和 机械零点得以分开，便于检验信号传输线有否断线以 及仪表是否断电，并为现场变送器实现两线制（既是 电源线，又是信号线）提供了可能性；另外，信号上 限较大能产生较大的电磁平衡力，有利于力平衡差压 变送器的设计。
第二篇
控制装置部分
第一章
概论
控制 仪表
调节器
执行器
控制对象
变送器
传感器
显示器
测量 仪表
控制仪表是实现生产过程自动化的重要 技术工具。 在简单自动控制系统中，除了将被控参 数变换成易于传递的物理量的检测元件 （如热电偶、热电阻、孔板等）外，完 成其他任务的仪表都属于控制仪表。
相关主题
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概论
第一节 控制仪表与控制系统
> 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 控制器
变送器 被控对象 被控参数
执行器
被控介质
简单控制系统方框 图
被控对象 － 需要调节其工艺参数的生产设备。 变送器 － 把工艺参数转换成标准统一信号的装置。 控制器 － 将来自变送器的测量值与给定信号相比较 后产生的偏差信号, 按照预先设定好的控制规律进行 运算后，输出一个控制信号去执行器。
本质安全型设备又可以分为ia和ib两个等级。
防爆标志及其含义 防爆标志由以下5个部分构成： 标志 EX － 表示该设备为防爆电气设备。 结构型式－ 表明该设备采用何种措施进行防爆，如 d为隔爆型，i为本安型等。 设备类别－ I为煤矿井下用电设备，II为工厂用设备。 防爆级别－ 为A、B、C三级，表明防爆能力强弱。 温度组别－ 为T1~T6六组，说明该设备的最高表面
现场与控制室仪表之间采用直流电流信号， 控制室内部仪表之间采用直流电压信号。
变送器与控制室仪表间的信号传输
四线制
电源 装置
两线制
电源 装置
变送器
接收 仪表
变送器
接收 仪表
现场
控制室
现场
控制室
要实现两线制，必须采用活零点的电流信号。因电源线 和信号线公用，电源供给变送器的功率是通过信号电流 提供的。变送器输出电流为下限值时，应保证它内部的 半导体器件仍能正常工作。故信号电流下限值不能过低。
第三节 温度变送器
第四节 电/气转换器
第三章 运算器和执行器
第一节 运算器
第二节 执行器 第三节 模拟式控制仪表的应用 第四章 可编程调节器 第一节 概述
第二节 KMM可编程调节器
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
章节安排
概论
第一节 控制仪表与控制系统 第二节 控制仪表及装置的分类 第三节 联络信号和传输方式 第四节 安全防爆的基本知识和防爆措施
第一章 模拟式控制器 第一节 控制器的运算规律和组成方式 第二节 基型控制器 第三节 特种控制器和附加单元
第二章 变送器和转换器
第一节 变送器的构成 第二节 差压变送器
抗干扰能力强，可靠性高。
齐纳式安全栅原理电路
R FU
危险侧 VZ1 VZ2
U0
U1
安全侧
隔离式安全栅原理框图
安全栅
两线制 变送器
危险侧
限压限流 电路
隔离 电路
安全侧
n
R 0 R cm Ri 100%
接收仪表
电压信号传输时 仪表之间的连接
为减小传输误差，要求： R0和Rcm 尽量小，Ri 大些。
电压传输的特点
优点
增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作。
各接收仪表可设置公共接地点，可和计算机联用。
缺点
要在引线电阻上产生电压降, 信号受一定损失, 且 因接收仪表输入阻抗很高，易于引入干扰，所以电 压信号不适于远距离传输。
直流电压传输
Ri Rcm／２ R0 Ii U0 Rcm／２ Ri
U0 Ui U0
U0
Ri / n R 0 R cm R i / n ) U0
U0
R 0 R cm R 0 R cm R i / n
100%
发送仪表
Ri
为减小传输误差,应满足Ri/n 》R0 + Rcm ，故有
执行器 － 把控制器的输出信号转换成直线位移或角 位移，以控制阀门的开度。
此外，根据需要还可设有显示、转换、计算、辅助、 给定装置。
概论
第二节 控制仪表及装置分类
> 控制仪表及装置的分类
按所用能源形式：气动、电动、液动。工业上主要 使用电动和气动控制仪表。 电动控制仪表和气动控制仪表的比较
爆炸性气体的分级 按最大试验安全间隙MESG(火焰不能传播的最大间隙) 和最小点燃电流比MICR来分级：可分为A、B、C三级。 爆炸性物质的分组 按引燃温度可分为六组：
组别 T1 >450
T2
450≧t >200
T3
450≧t >200
引燃温度 t/℃
组别 引燃温度 t/℃
T4
200≧t >135
传输信号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。 如气动仪表，电动单 元组合仪表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等。
数字仪表
传输信号为断续变化的数字量，这类仪表与装置 以微型计算机为核心，功能完善，性能优越，能解 决模拟仪表难以解决的问题。如可编程调节器、控 制器、 DCS、 FCS 等。
按结构形式 基地式仪表：包含多种功能部件（传感、指示、记录、 控制、执行等部分），设计成一个整体，结构较简单。 如带控制机构的指示记录仪。 单元组合式仪表：系列仪表划分成能独立实现某种功能 的若干单元，单元间用标准信号联系。如电动、气动单 元组合仪表。 集散控制系统（DCS）：以微型计算机为核心, 集4C技 术为一体的计算机控制装置, 实现分散控制和集中管理。 如TPS、PCS 7、ECS、Hollias等。 现场总线控制系统（FCS）: 现场总线将具有数字通信 能力的现场仪表相连接, 并同上层监控管理级一起构成 分布式控制网络。如基于FF、Profibus总线的FCS。
危险场所 （现场）
电源箱
本安防爆系统
安全栅
作为控制室仪表和现场仪表的关联设备，是本安系统 的重要组成部分。
既传输信号又限制流入危险场所的能量，以确保系统 的本安防爆性能。
安全栅的结构形式
齐纳式安全栅 基于齐纳二极管的反向击穿性能。结构简单、经济、 可靠。 隔离式安全栅 通过隔离、限压和限流等措施来保证本安防爆性能。
直流电流传输
Rcm Ri
I0 Ii I0
I0
R0 R 0 ( R cm n R i ) I0
I0
I0
R cm n R i R 0 R cm n R i
100%
R0 Ri
发送仪表
Ii
为保证传输误差ε 在允许范围之内， 应要求R0 》Rcm + nRi ，故有
T5 135≧t >100
T6 100≧t >85
防爆电气设备的分类、分组 防爆电气设备分为两大类： Ⅰ类：煤矿用电气设备 Ⅱ类：工厂用电气设备
Ⅱ类电气设备可进一步分为ⅡA、ⅡB、ⅡC三级。
工厂用电气设备防爆型式有以下八种：
隔爆型(d)、本质安全型(i)、增安型(e)、正压型(p)、 充油型(o)、充砂型(q)、浇封型(m)和无火花型(n)。
概论
第三节 联络信号和传输方式
> 联络信号和传输方式
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。 联络信号类型 气动仪表：20~100KPa 电动仪表：模拟信号 0~10mA、 4~20mA 及 1~5V 数字、频率信号 信号下限从零开始有利于模拟量运算。信号下限从 某值开始（活零点）便于检验仪表是否断电，并可 实现两线制。 信号上限高，产生的电磁平衡力大；信号上限低有 利于减少功率损耗和仪表防爆。
控制仪表及装置
吴勤勤 凌志浩 刘笛 赵菡
华东理工大学 自动化系 2007.01
内容简介
《控制仪表及装置》是高等院校自动化专业及测控 技术与仪器专业的一门教材。本书详细介绍模拟式控 制仪表及装置（模拟式控制器、变送器、转换器、运 算器和执行器等）以及数字式控制仪表及装置（可编 程调节器、可编程控制器、智能变送器与阀门定位器、 集散控制系统和现场总线控制系统等）的功能特点、 结构原理和使用方法。 本教材是第二次修订后再版，在内容上已引入最新 仪表技术，反映了当代自动化仪表的先进水平。 本书除作大专院校及工矿企业职业教育的专业教材 外，也可供相关专业技术人员阅读。
概论
第四节 安全防爆基本知识和防爆措施
> 安全防爆基本知识
爆炸危险场所的区域划分 依据：爆炸性气体出现的频繁程度和持续时间 0区(Zone 0) － 在正常情况下，爆炸性气体混合物 连续地、频繁地出现或长时间存在的场所。 1区(Zone 1) － 在正常情况下，爆炸性气体混合物 有可能出现的场所。 2区(Zone 2) － 在正常情况下，爆炸性气体混合物 不可能出现，或即使出现也是短时间存在的场所。
第一节 智能变送器
第二节 智能阀门定位器
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
R cm n R i R0 100%
接收仪表
电流信号传输时 仪表之间的连接
为减小传输误差，要求： R0足够大，而Rcm 及Ri 应比较小
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。 各台仪表没有公共接地点，若要和计算机联用,则 应在仪表输入输出端采取直流隔离措施。
ia等级的本安仪表适用于0区危险场所，ib等级的本安 仪表只适用于1区和2区危险场所。
> 控制系统的防爆措施
本安防爆系统 本安防爆系统应满足的两个条件：
在危险场所使用本安防爆仪表 控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅
非危险场所 （控制室）