控制仪表及装置概论-精品
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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。
控制仪表及装置复习要点及习题
概论思考题与习题0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。
0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？第一章思考题与习题1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。
1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。
在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。
如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。
1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。
它们的大小对调节器的输出有什么影响？1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。
在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。
1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。
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
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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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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。
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。
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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：
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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；
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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；
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控制仪表 与过程控制系统的关系
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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
控制仪表及装置——考试复习题.
简答题5X8=40分第1章概论1. 一个简单的闭环调节系统中至少应包含哪几个环节？P1输入环节；输出环节；反馈环节等2. 过程控制仪表与装置的分类有哪几种形式？ P2按能源形式分类: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；按信号类型分类:分为模拟式和数字式两大类；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,现场总线控制系统。
3. 过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为哪几种？目前工业上普遍使用的是哪两种？ P2过程控制仪表与装置按能源形式分类可分为电动、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。
4.数字式控制仪表的特征有哪些？其传输信号为断续变化的数字量，可以进行各种数字运算和逻辑判断，功能完善性，能优越，能解决模拟式控制仪表难以解决的问题。
5. 变送单元的作用是什么？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。
6. 控制单元的作用是什么？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。
7. 执行单元的作用是什么？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。
8. 现场总线控制系统的特征？ P3其特征为：现场控制和双向数字通讯，即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，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。
9. 信号制是指什么？P3-4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。
10. 制定信号制的目的是什么？P3-4达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。
11. 气动仪表的信号标准？P3-4现场与控制室仪表之间宜采用直流电流信号。
14. 直流电流信号有哪些优缺点？P4-5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缺点：a、多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联b、任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号c 、仪表无公共接地点，须浮空工作。
控制装置及仪表第三章(附答案)
U22
调整电位器RP1，可改变N0的大小，借此改变仪表量程。
输出电路
R
13
24 v R
17
+ IC 4 -
将 U23转换成整流 输出信号Uo和Io。
8 7
5
VT
U
C1 4 23 R1 4
Uo = U23 +UB −UP = U23 +1
Uo Io = = 4 ~ 20mA R18
R
16
VD3 R
Uo
输出电路的作用： ； 输出电路的作用：加1； 电平移动（UB→0）； 电平移动（ ）； 功率放大
Ui3 输入电路3 Uo3 附加偏置 输入电路3
N3 电路2 电路2 自激振荡时间分割器 U22＝U11U21/U31
o
U31
Uo = U23 + 1 = N0U22 + 1
图3-4 乘除器方框图 U
自激振荡时间分割器
小信号切除
由 y = K x 可得 K dy = dx 2 x
可见，x很小时,动态放大系数很大，x稍有波动， 就会引起输出y的很大变化，造成开方器在小信 号输入时的较大运算误差。所以, 在信号小于输 入满量程的1%时，应将输出信号切除。
（二） 工作原理
U23 U21 S 乘法电路 U22 比例放大 U23 小信号 输出电路 Uo 乘法电路1 N0 电路N2 K2 电路 切除电路
Ui
输入电路1 输入电路 U11 + ε 比较器 － N1 Uf 乘法电路2 乘法电路 K3
开方运算部分 图 3-13 开方器方框图
推导开方器的输入输出关系式
U 11 − U f = ε U 22 = K 2 SU 21 U 23 = N 2 U 22 U f = K 3 SU 23 在比较器的放大倍数足够大的条件下， ε→0 ε→0，即U11≈Uf，可得： U ≈Uf 2 K 3U 23 U 11 = K 2 N 2U 21
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）。
控制装置与仪表PPT课件
二、硬件抗干扰措施
(1)变压器隔离（图2-3-5） (2)光电隔离（图2-3-6） (3)隔离放大器（图2-3-7） 2.中和变压器（图2-3-8） 3.浮空（图2-3-9） 4.屏蔽
6.滤波（图2-3-10） 7.隔离器件（图2-3-12和图2-3-13） 8.飞渡电容技术（图2-3-14）
图2-3-5 变压器隔离示意图
第二节 电容式差压/压力变送器
3) 测量气体流量时，取压口应开在流程管道的顶部或侧面，而变送 器应装在取压口下方，以便液体排入流程管道。 4) 测量蒸汽流量时，取压口应开在流程管道的顶部或侧面，而变送 器应装在取压口下方，以便冷凝液体流入引压管。 5) 使用侧面有排气/排液阀的变送器时，取压口应开在流程管道的侧 面。 6) 工作介质为液体时，排气/排液阀在上面，以便排除气体。 7) 工作介质为气体时，排气/排液阀在下面，以便排除积液，将法兰 旋转180°可以改变排气/排液阀的上、下位置。 8) 测量蒸汽或其他高温介质时，不应使变送器的工作温度超过极限 温度。
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)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1-4-4 叠加在4～20mA模拟信号上的HART数字信号
第四节 全数字控制装置与仪表间的通信方式
通信协议的特点
(1)变压器隔离（图2-3-5） (2)光电隔离（图2-3-6） (3)隔离放大器（图2-3-7） 2.中和变压器（图2-3-8） 3.浮空（图2-3-9） 4.屏蔽
6.滤波（图2-3-10） 7.隔离器件（图2-3-12和图2-3-13） 8.飞渡电容技术（图2-3-14）
图2-3-5 变压器隔离示意图
第二节 电容式差压/压力变送器
3) 测量气体流量时，取压口应开在流程管道的顶部或侧面，而变送 器应装在取压口下方，以便液体排入流程管道。 4) 测量蒸汽流量时，取压口应开在流程管道的顶部或侧面，而变送 器应装在取压口下方，以便冷凝液体流入引压管。 5) 使用侧面有排气/排液阀的变送器时，取压口应开在流程管道的侧 面。 6) 工作介质为液体时，排气/排液阀在上面，以便排除气体。 7) 工作介质为气体时，排气/排液阀在下面，以便排除积液，将法兰 旋转180°可以改变排气/排液阀的上、下位置。 8) 测量蒸汽或其他高温介质时，不应使变送器的工作温度超过极限 温度。
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)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1-4-4 叠加在4～20mA模拟信号上的HART数字信号
第四节 全数字控制装置与仪表间的通信方式
通信协议的特点
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。
控制装置与仪表讲义—控制装置与仪表的构成
·系统内部运算模块： 加减乘除折线滤波高限低限 PID控制、模糊控制、不灵敏区等
2021/6/19
3
调节器（控制器）－2 用途
1. 内置控制算法，构成系统控制策略； 2. 有模拟式与数字式； 3. 输出控制一个执行机构； 4. 安装在控制室
2021/6/19
4
变送器－1 图示
DDZ-III型 热电偶温度变送器
控制装置与仪表
第二讲：控制装置与仪表的构成
华北电力大学自动化系
自动控制仪表主要构成（1）
（三大支柱）
1. 调节器（控制器）； 2. 变送器； 3. 执行器；
NEXT
2021/6/19
2
调节器（控制器）－1 图示
·多种调节系统选择、参数在线修改。 ·输入输出带光电隔离。 ·多通道输入、输出。
·可组成复杂系统： 三冲量水位系统 串级汽温系统 除氧器水位、压力系统
7
执行器－2 用途
1. 自动时接收控制器信号，输出角位移或直线位移； 2. 手动时接收操作器信号，输出角位移或直线位移； 3. 一般安装在现场；
2021/6/19
8
实际应用控制装置系统分析
高压主汽阀及调节阀工作原理演示：
高压主汽阀及调节阀工作原理Flash
2021/6/19
9
问题解答?
DDZ-III型 热电阻温度变送器
智能电容式 差压/压力变送器
2021/6/19
5
变送器－2 用途
1. 将被测参数的物理量转换成0～10mA或4～20mA DC； 2. 有模拟式与数字式； 3. 一般安装在现场；
2021/6/19
6
执行器－1 图示
直行程电动执行机构
多转式电动执行机构
2021/6/19
2021/6/19
3
调节器（控制器）－2 用途
1. 内置控制算法，构成系统控制策略； 2. 有模拟式与数字式； 3. 输出控制一个执行机构； 4. 安装在控制室
2021/6/19
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变送器－1 图示
DDZ-III型 热电偶温度变送器
控制装置与仪表
第二讲：控制装置与仪表的构成
华北电力大学自动化系
自动控制仪表主要构成（1）
（三大支柱）
1. 调节器（控制器）； 2. 变送器； 3. 执行器；
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2
调节器（控制器）－1 图示
·多种调节系统选择、参数在线修改。 ·输入输出带光电隔离。 ·多通道输入、输出。
·可组成复杂系统： 三冲量水位系统 串级汽温系统 除氧器水位、压力系统
7
执行器－2 用途
1. 自动时接收控制器信号，输出角位移或直线位移； 2. 手动时接收操作器信号，输出角位移或直线位移； 3. 一般安装在现场；
2021/6/19
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实际应用控制装置系统分析
高压主汽阀及调节阀工作原理演示：
高压主汽阀及调节阀工作原理Flash
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问题解答?
DDZ-III型 热电阻温度变送器
智能电容式 差压/压力变送器
2021/6/19
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变送器－2 用途
1. 将被测参数的物理量转换成0～10mA或4～20mA DC； 2. 有模拟式与数字式； 3. 一般安装在现场；
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执行器－1 图示
直行程电动执行机构
多转式电动执行机构
2021/6/19
控制仪表与装置课件3
EXIT
Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
2、数字控制器的特点
实质：是一台工业控制计算机 数字控制器采用数字技术实现了控制技术、通信技术和计算机技术的综合 控制。它具有模拟调节器不可比拟的优点, 主要表现在以下几个方面。 a、性能/价格比高
EXIT
Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
2、PID控制算式
目前，在连续生产过程中，数字控制的基本控制方式仍采用PID控制规 律，即使在高级控制中，也有许多是以PID控制规律为中心。 数字调节中的PID控制算式是将PID的模拟表达式进行离散化而得到的。
EXIT
Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
4、数字控制器的软件技术
(1)系统软件
用来使用和管理计算机的程序。
包括有：过程管理软件、输入/输出处理软件、自诊断、通讯、软 件自整定、人—机接口管理软件（固化在ROM中）。 （2）应用软件 根据调节器的应用功能所编的程序，如数据采集、数字滤波、标度变 换、数据处理、控制算法、报警及输出程序。在可编程调节器中，这些应 用程序以模块形式给出，用户可用数字调节器的编程语言将这些模块进行 组态，构成用户所需系统。
EXIT
Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
几个概念： （1）运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能 的标准子程序 （2）过程控制软件包——标准子程序库（PID模块、 四则运算、逻辑运算模块） （3）用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实 际控制功能的程序 （4）组态——将软件包中的模块作适当的选用、连接 的工作叫组态——软连接。 （5）编程方式 在线编程（联机编程） 离线编程（脱机编程）
Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
2、数字控制器的特点
实质：是一台工业控制计算机 数字控制器采用数字技术实现了控制技术、通信技术和计算机技术的综合 控制。它具有模拟调节器不可比拟的优点, 主要表现在以下几个方面。 a、性能/价格比高
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Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
2、PID控制算式
目前，在连续生产过程中，数字控制的基本控制方式仍采用PID控制规 律，即使在高级控制中，也有许多是以PID控制规律为中心。 数字调节中的PID控制算式是将PID的模拟表达式进行离散化而得到的。
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Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
4、数字控制器的软件技术
(1)系统软件
用来使用和管理计算机的程序。
包括有：过程管理软件、输入/输出处理软件、自诊断、通讯、软 件自整定、人—机接口管理软件（固化在ROM中）。 （2）应用软件 根据调节器的应用功能所编的程序，如数据采集、数字滤波、标度变 换、数据处理、控制算法、报警及输出程序。在可编程调节器中，这些应 用程序以模块形式给出，用户可用数字调节器的编程语言将这些模块进行 组态，构成用户所需系统。
EXIT
Chapter 5 Digital Controller
AUTOCONTROL INSTRUMENT
几个概念： （1）运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能 的标准子程序 （2）过程控制软件包——标准子程序库（PID模块、 四则运算、逻辑运算模块） （3）用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实 际控制功能的程序 （4）组态——将软件包中的模块作适当的选用、连接 的工作叫组态——软连接。 （5）编程方式 在线编程（联机编程） 离线编程（脱机编程）
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RcmnRi 100%
R0
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。
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。
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
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。
➢ 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。
➢ 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。
Ri
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。
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
电动控制仪表
气动控制仪表
能源
电源（220V AC/24V DC） 气源（140kPa）
传输信号
电信号（电压、电流、数字） 气压信号
元、器件
电子元器件
气动元件
接线
导线
导管
电磁干扰与防爆 受电磁干扰影响 须采取抗干扰、防爆措施
不受电磁干扰影响 本质上安全防爆
❖ 按信号类型：模拟式和数字式。
模拟仪表
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。
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。
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
概论
第一节 控制仪表与控制系统源自> 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
执行器
被控参数
被控对象
被控介质
简单控制系统方框 图
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。
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 2019.01
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。
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。
直流电流传输
Rcm
I0
R0
Ii 发送仪表
Ri Ri 接收仪表
电流信号传输时 仪表之间的连接
I0
Ii
I0
R0
R0 (Rcm
nRi
)
I0
I0
I0
Rcm nRi 100% R0 Rcm nRi
为保证传输误差ε在允许范围之内， 应要求R0 》Rcm + nRi ，故有
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 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
直流电压传输
Ri Rcm／２
R0
Ii
Ri
U0
Rcm／２
发送仪表
Ri
接收仪表
电压信号传输时 仪表之间的连接
U0 Ui
U0 R0
Ri / n Rcm Ri
/ n)U0
U0
U0
R0 Rcm 100% R0 Rcm Ri / n
为减小传输误差,应满足Ri/n 》R0 + Rcm ，故有
nR0 Rcm100%
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 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