一热工控制仪表绪论PPT课件
合集下载
第2章 热工仪表概述PPT课件
量的
左右为宜。
A.3倍 B.10倍 C.1.5倍 D.0.75倍
2、重要场合使用的元器件或仪表，购入后需进行高、低温
循环老化试验，其目的是为了
。
A.提高精度
B.加速其衰老
C.测试其各项性能指标 D.提高可靠性
3、有一温度计，它的测量范围为0～200℃，精度为0.5级， 试求：
1）该表可能出现的最大绝对误差为
定点法:被检测表检测某种标准值,从而确定仪表的 示值误差.
示值比较法:被检仪表与标准仪表同时去测量同一 被测量,比较两者的指示值,确定仪表的质量指标
小结
1、了解仪表的三大组成部件 2、掌握仪表的误差、等级、线性度、灵敏度等
性能指标
练习题
1、在选购线性仪表时，必须在同一系列的仪表中选择适当
的量程。这时必须考虑到应尽量使选购的仪表量程为欲测
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢你的到来
学习并没有结束，希望大家继续努力
Learning Is Not Over. I Hope You Will Continue To Work Hard
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
第2章 热工仪表概述
主要内容
❖一、热工仪表的组成及分类 ❖二、热工仪表的质量指标 ❖三、仪表的使用 本章主要介绍热工仪表的组成、分类、质 量指标及仪表使用等知识。
➢ 1. 热工测量： 热力状态参数;热力生产过程相关参数的测量。
（压力、温度等；流量、液位、振动、位移、转速、 烟气成分）
2.热工测量的作用：反映设备运行；为自动化装置 提供信号，为机组经济计算提供数据。
二、热工仪表的分类
热工仪表讲义_ppt课件
强绝缘
温度示值无穷大 热电阻或引线断路
更换热电阻，找到 断点重新接好
温度显示负值
热电阻接线有错或有短路 现象
改正接线，找出短 路处，加强绝缘
温度显示误差大 热电阻丝材料受腐蚀变质 更换热电阻
4、选型要点
连接方式：螺纹连接、法兰连接等。 量程范围：对于温度的测量，应保证工作温度在仪表量程的2/3 ～ 3/4处。 外护套材质：是否耐高温、耐腐蚀、耐磨等。 信号传输方式：2、3、4线制，电阻信号。 分度号选择：PT100、CU50等；电阻特性：如PT100特征为在标准条件下0度 时的测量电阻为100欧姆。 测量方式：表面式、插入式等，如为插入式还需对插入深度进行选择。
即： S
x
仪表的灵敏度反映了仪表对被 测参数变化的灵敏 程度，灵敏度越高，就越能观测微小的被测参数 变化。要提高仪表的灵敏度，可以采取增加放大 系统的放大倍数的方法来实现。
压力测量
1、基本概念
在物理概念中，压力是垂直作用在单位面积上的力。是工业生产中的重要参
数之一，在压力测量中，常有绝对压力、表压力、负压力和真空度之分。所谓绝 对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号Pj表示。地面上 的空气柱所产生的平均压力称为大气压力，用Pq来表示。绝对压力与大气压力之 差，称为表压力，有Pb来表示。即Pb=Pj-Pq。当绝对压力值小于大气压力值时， 表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值，称为真空度，用Pz来表示。 ******1标准大气压=760毫米汞柱=1.013×105帕斯卡=10.336米水柱。 ******
4、各种热电偶的分度表均是在参考端即温度t0为0 ℃的条件下得到的热电势 与温度之间的关系，因此，热电偶测温时，冷端温度必须为0 ℃，否则将产生 测量误差。而在工业上使用时，要使冷端温度保持在0 ℃是比较困难的，所以， 必须根据不同的使用条件和要求的测量精度，对热电偶冷端温度采用一些不 同的处理办法，常用的方法有如下几种： • 补偿导线延伸法 • 冰点法 • 计算修正法 • 仪表零点校正法 • 补偿电桥法
热工仪表与控制装置基本知识PPT课件
• 通过专业的培训，能有效地提高热工人员 的技术工作水平和专业管理技能，为热工 技术监督和计量监督工作卓有成效地进行 打好基础。
*
13
• 为了加强热工技术监督工作，适应电力工 业发展的需要，原电力部、国家电力公司组 织有关人员对原《火力发电厂热工仪表及控 制装置监督条例》进行了全面修改补充，更 名为《火力发电厂热工仪表及控制装置技术 监督规定》，现颁布执行。
*
5
• 调节器为杠杆；传感器（或测速装置）为离心调 速器；执行器为调节阀；控制对象为汽轮发电机； 被控量为汽轮发电机转速；给定值为3000r/min； 偏差为汽轮转速与给定转速（3000r/min）之差；
操纵变量为经调节阀进入汽轮机的蒸汽量；内扰 为进汽压力和温度；外扰为负荷；
*
6
• 锅炉水位浮球调节系统如图所示，试画出系统的 方框图，并说明被控量、给定值、偏差、控制对 象、内扰、外扰、操纵变量、调节器、执行器和 测量装置指的是什么物理量和设备。
主蒸汽温度表、压力常用点的校验误差， 应小于系统综合误差的1/2。 ） D1．1．1．2 二次仪表的指示和记录清晰， 带信号仪表的信号动作正确、可靠。
D2．1．1．3 仪表及其附属设备安装牢固， 绝缘良好，必要时有防震及抗干扰措施。
*
20
• D2．1．1．4 管路、阀门不堵不漏，排列 整齐，有明显的标志牌。 D2．1．1．5 仪表内外清洁，接线正确、 整齐，铭牌齐全。 D2．1．1．6 带切换开关的多点仪表，其 开关接触电阻符合制造厂规定，切换灵活， 对位指示准确可靠。 D2．1．1．7 仪表技术说明书、原理图、 接线图及校验记录齐全，并与实际情况符 合。
数据采集装置、调节器、操作器、调节执行器、运算
单元及辅助单元等）
*
13
• 为了加强热工技术监督工作，适应电力工 业发展的需要，原电力部、国家电力公司组 织有关人员对原《火力发电厂热工仪表及控 制装置监督条例》进行了全面修改补充，更 名为《火力发电厂热工仪表及控制装置技术 监督规定》，现颁布执行。
*
5
• 调节器为杠杆；传感器（或测速装置）为离心调 速器；执行器为调节阀；控制对象为汽轮发电机； 被控量为汽轮发电机转速；给定值为3000r/min； 偏差为汽轮转速与给定转速（3000r/min）之差；
操纵变量为经调节阀进入汽轮机的蒸汽量；内扰 为进汽压力和温度；外扰为负荷；
*
6
• 锅炉水位浮球调节系统如图所示，试画出系统的 方框图，并说明被控量、给定值、偏差、控制对 象、内扰、外扰、操纵变量、调节器、执行器和 测量装置指的是什么物理量和设备。
主蒸汽温度表、压力常用点的校验误差， 应小于系统综合误差的1/2。 ） D1．1．1．2 二次仪表的指示和记录清晰， 带信号仪表的信号动作正确、可靠。
D2．1．1．3 仪表及其附属设备安装牢固， 绝缘良好，必要时有防震及抗干扰措施。
*
20
• D2．1．1．4 管路、阀门不堵不漏，排列 整齐，有明显的标志牌。 D2．1．1．5 仪表内外清洁，接线正确、 整齐，铭牌齐全。 D2．1．1．6 带切换开关的多点仪表，其 开关接触电阻符合制造厂规定，切换灵活， 对位指示准确可靠。 D2．1．1．7 仪表技术说明书、原理图、 接线图及校验记录齐全，并与实际情况符 合。
数据采集装置、调节器、操作器、调节执行器、运算
单元及辅助单元等）
热工仪表及自动化课程 PPT课件
35
主、副调节器控制规律的选择
不同情况下选用的控制规律
工艺对主、副变量的要求 应选控制规律
序号 主变量
副变量
主调 副调 节器 节器
1
重要仪表， 要求不高， 要求很高 允许有余差
PID
P
2 主要指标， 主要指标， 要求较高 要求较高
PI
PI
3 要求不高， 要求不高， 互相协调 互相协调
P
P
36
主副调节器正、反作用的确定
副检测变送器
主检测变送器
系统方框图
28
串联控制系统的工作过程
串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，
引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控
制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡
过程。以加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统为
例：
设定+
温度调节器1
温度调节 器2
f2 f3
调节阀
f1 T T1
前馈--反馈控制系统
38
工艺要求保持加 热器出口温度为某一 定值。影响加热器出 口温度的因素很多， 有进料流量和温度的 变化（用扰动ｆ1表 示）、加热蒸汽压力 的变化（用扰动ｆ2表 示）等等。加热器出 口温度的反馈控制系 统如图所示
冷物料
载热体 汽关阀
反作用 TC
TT
加热炉出楼温度串联控制系统
27
串联控制系统的构成及其方块 图
串级控制系统是由两个检测变送器、两个调节
器、一个调节阀组成的。两个调节器是串联工作的，
其中主调节器的输出作为副调节器的设定值，副调
节器的输出才送往调节阀，其组成方块图如图 ：
f2
f1
设定+
主、副调节器控制规律的选择
不同情况下选用的控制规律
工艺对主、副变量的要求 应选控制规律
序号 主变量
副变量
主调 副调 节器 节器
1
重要仪表， 要求不高， 要求很高 允许有余差
PID
P
2 主要指标， 主要指标， 要求较高 要求较高
PI
PI
3 要求不高， 要求不高， 互相协调 互相协调
P
P
36
主副调节器正、反作用的确定
副检测变送器
主检测变送器
系统方框图
28
串联控制系统的工作过程
串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，
引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控
制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡
过程。以加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统为
例：
设定+
温度调节器1
温度调节 器2
f2 f3
调节阀
f1 T T1
前馈--反馈控制系统
38
工艺要求保持加 热器出口温度为某一 定值。影响加热器出 口温度的因素很多， 有进料流量和温度的 变化（用扰动ｆ1表 示）、加热蒸汽压力 的变化（用扰动ｆ2表 示）等等。加热器出 口温度的反馈控制系 统如图所示
冷物料
载热体 汽关阀
反作用 TC
TT
加热炉出楼温度串联控制系统
27
串联控制系统的构成及其方块 图
串级控制系统是由两个检测变送器、两个调节
器、一个调节阀组成的。两个调节器是串联工作的，
其中主调节器的输出作为副调节器的设定值，副调
节器的输出才送往调节阀，其组成方块图如图 ：
f2
f1
设定+
热工控制基础知识PPT课件
第20页/共36页
（3）差压式液位计 差压式液位是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变
化的原理而工作的。图为差压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相， 另一端接气相时，根据液体静力学原理，有：
Pb=Pa+ρgH 式中 H------液位高度
ρ------被测介质密度 g--------被测当地的重力加速度 所以有：△P=Pb-Pa=ρgH 在一般情况下，被测介质的密度和 重力加速度都是已知的，因此，差压计 测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了 测量差压的问题。
根据能量守恒定律及流体连续原理，节流装置的流量公式可以写成： Q=k√△P
第16页/共36页
转子流量计
转子流量计以液体流动时的节流原理为基础的一种流量测量仪表。其 特点：压力损失小而且稳定，反应灵敏，量程较宽，结构简单，价格便宜， 使用维护方便。但精度受测量介质的温度、密度和粘度的影响，而且仪表 必须垂直安装。 原理：转子流量计是由一段向上扩大的圆锥形管子和密度大于被测介质密 度，且能随被测介质流量大小上下浮动的转子组成的。当液体自下而上流 过时，转子因受到液体冲击而向上运动。随着转子的上移，转子与锥形管 之间的环形流通面积增大，液体流速减低，冲击作用减弱， 直到液体作用在转子上向上的推力与转子在流体中的重力 相平衡。此时，转子停留在锥管中某一高度上。如果液体 流量再增大，则平衡时转子所处的位置更高；反之则相反。 因此，根据转子悬浮的高低就可测知液体流量的大小。
• 二线制接法
采用两线制的测温电桥如图所示：左图为接线示意图，右图 为等效原理图。从图中可以看出热电阻两引线电阻RW和热电阻 Rt一起构成电桥测量臂，这样引线电阻RW因沿线环境温度改变 引起的阻值变化量2△RW和因被测温度变化引起热电阻Rt的增量 值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号，从而影响温度测量精 度。
（3）差压式液位计 差压式液位是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变
化的原理而工作的。图为差压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相， 另一端接气相时，根据液体静力学原理，有：
Pb=Pa+ρgH 式中 H------液位高度
ρ------被测介质密度 g--------被测当地的重力加速度 所以有：△P=Pb-Pa=ρgH 在一般情况下，被测介质的密度和 重力加速度都是已知的，因此，差压计 测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了 测量差压的问题。
根据能量守恒定律及流体连续原理，节流装置的流量公式可以写成： Q=k√△P
第16页/共36页
转子流量计
转子流量计以液体流动时的节流原理为基础的一种流量测量仪表。其 特点：压力损失小而且稳定，反应灵敏，量程较宽，结构简单，价格便宜， 使用维护方便。但精度受测量介质的温度、密度和粘度的影响，而且仪表 必须垂直安装。 原理：转子流量计是由一段向上扩大的圆锥形管子和密度大于被测介质密 度，且能随被测介质流量大小上下浮动的转子组成的。当液体自下而上流 过时，转子因受到液体冲击而向上运动。随着转子的上移，转子与锥形管 之间的环形流通面积增大，液体流速减低，冲击作用减弱， 直到液体作用在转子上向上的推力与转子在流体中的重力 相平衡。此时，转子停留在锥管中某一高度上。如果液体 流量再增大，则平衡时转子所处的位置更高；反之则相反。 因此，根据转子悬浮的高低就可测知液体流量的大小。
• 二线制接法
采用两线制的测温电桥如图所示：左图为接线示意图，右图 为等效原理图。从图中可以看出热电阻两引线电阻RW和热电阻 Rt一起构成电桥测量臂，这样引线电阻RW因沿线环境温度改变 引起的阻值变化量2△RW和因被测温度变化引起热电阻Rt的增量 值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号，从而影响温度测量精 度。
热工仪表课件学习PPT文档
标准偏差
12
2 2
n
2n lim n
n
i2
i1
n
n
作为单次测得值不可靠性的评定标准
越大，分散范围大
在一定条件下，测量列中随机误差的概率分 布情况
对称性：绝对值相等的正负误差，在多次 测量中出现的概率大致相等，
以＝0对称
在实际测量条件下，对同一量进行多次测量， 其误差的算术平均值随着测量次数n的无限增 大而趋于0
§4-1测量与误差
一、测量的基本概念与测量方法
测量：从客观事物中提取有关信息 的认识过程，经整理后成为数据。 三要素：比值、单位、误差
X 0 ax
aX：0：测被量测单量位的真值 x：二者的比值
测量方法
按测量和被测量的差值大小
非零法：弹簧压力表 零位法：天平 微差法：测量压力的U形管
接触法、非接触法
在同一条件下，多次测量同一被测量时，误差的绝 对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某 种确定规律变化的误差
测量实际值＝测量读数＋修正值
修正值＝标准表读书值－仪表读数
•随机误差：在测量条件下，多次测量同一量时， 误差的绝对值和符号可以不可预定的方式变化的 误差
•疏忽误差：
系统误差、随机误差、疏忽误差
负载效应：被测量受到仪表干扰而产生的 偏离
静态特性：
测量范围：
在允许的误差限内，测量仪表的被测量值的 范围，上限、下限之差为量程
准确度等级
根据测量仪表准确度大小所划分的等级和范 围 引用误差 基本误差 允许误差
稳定度 灵敏度和灵敏阈 线性度和变差 温度误差
五、热工仪表的质量指标
仪表的准确度 仪表的非线性误差 变差 重复性 不灵敏区 漂移
热工显示仪表ppt课件
• 编码：将量化的结果变换成对应的二 进制码或其他码制的过程。
3.非线性补偿：用显示值和数字式显示仪表输入信号间具有的一定 规律的非线性关系，克服感受件、变送器的非线性特性，最终使输 入信号与被测参数成线性关系。
4.标度变换：对测量信号进行量纲运算，从而使数字式显示仪表能 以被测原始参数值的形式直接反映被测参数的大小。
滑线电阻Rp滑动触点位于最右端，电桥输出电压与被测电压最大 值平衡，仪表测量上限Exmax=I1（R6+RP）-I2R2（n=1）。则仪表量 程A=Exmax -Exmin=I1RP。
5.R4：上支路限流电阻-与R6、RP配合，保证上支路电流I1=4mA。
（三）自动电子电位差计的工作过程分析 1.Ex=EAB,E=Ex-EAB=0时 2.Ex=EAB条件下,Ex增加，E=Ex-EAB>0时 3.Ex=EAB条件下,Ex减少，E=Ex-EAB<0时
三 数字式显示仪表
一、数字式显示仪表的特点 显示直观，没有人为视觉误差，测量速度快，准确度高，
便于和计算机连接作为计算机的输入通道。
二、数字式显示仪表的基本组成
前模 被测参数 感 变 置 数
受送 放 转 件器 大 换
器器
非 线标 性度 补变 偿换
显 示 记 录 装 置
1.前置放大器：将感受件输出信号或其他输入信号放大， 便于模数转换器或非线性补偿电路正常工作。
三、手动平衡电桥
Rx是被测电阻，R1、R2是用锰铜 线绕制的固定电阻，R是滑线电阻， G是检流计。
调整R的大小使检流计G指零，电 桥处于平衡状态，则
R1Rx=nRR2（n＝0~1）。
即
Rx
nR
R2 R1
。
被测电阻Rx的大小与滑动点的位置一一对应。
3.非线性补偿：用显示值和数字式显示仪表输入信号间具有的一定 规律的非线性关系，克服感受件、变送器的非线性特性，最终使输 入信号与被测参数成线性关系。
4.标度变换：对测量信号进行量纲运算，从而使数字式显示仪表能 以被测原始参数值的形式直接反映被测参数的大小。
滑线电阻Rp滑动触点位于最右端，电桥输出电压与被测电压最大 值平衡，仪表测量上限Exmax=I1（R6+RP）-I2R2（n=1）。则仪表量 程A=Exmax -Exmin=I1RP。
5.R4：上支路限流电阻-与R6、RP配合，保证上支路电流I1=4mA。
（三）自动电子电位差计的工作过程分析 1.Ex=EAB,E=Ex-EAB=0时 2.Ex=EAB条件下,Ex增加，E=Ex-EAB>0时 3.Ex=EAB条件下,Ex减少，E=Ex-EAB<0时
三 数字式显示仪表
一、数字式显示仪表的特点 显示直观，没有人为视觉误差，测量速度快，准确度高，
便于和计算机连接作为计算机的输入通道。
二、数字式显示仪表的基本组成
前模 被测参数 感 变 置 数
受送 放 转 件器 大 换
器器
非 线标 性度 补变 偿换
显 示 记 录 装 置
1.前置放大器：将感受件输出信号或其他输入信号放大， 便于模数转换器或非线性补偿电路正常工作。
三、手动平衡电桥
Rx是被测电阻，R1、R2是用锰铜 线绕制的固定电阻，R是滑线电阻， G是检流计。
调整R的大小使检流计G指零，电 桥处于平衡状态，则
R1Rx=nRR2（n＝0~1）。
即
Rx
nR
R2 R1
。
被测电阻Rx的大小与滑动点的位置一一对应。
热工测量仪表第一部分PPT课件
本节课学习内容—绪 论
1.1 测量的基本知识 1.2 测量的方法 1.3 测量的分类 1.4 测量误差及不确定度 1.5 测量系统 1.6 测量技术的发展状况
绪论
1.1 测量的基本知识
测量：
对客观事物取得数量概念的一种认知过程 操作人员按照测量环境、测量方法和规定的要求，使用测量设 备完成对测量对象某一方面具体的量化的一组操作过程。
No Image
仪器仪表与自动化
随着社会进步和科学技术的发展，自动化装置在生 产过程中得到广泛的应用。早期的仪表控制是生产装置 的眼睛和耳朵。而对于现代化工厂的自动化装置已不仅 仅是工厂的眼睛和耳朵，而现在已成为工厂的大脑、神 经和手、脚。随着电子技术、计算机技术、控制技术、 网络技术的发展，自控技术得到了长足的发展，已成为 化工企业提高企业效益和工作效益的有效手段，它是经 营管理、企业管理，操作管理、运转管理、运转控制等 方面的集成，是社会现代化、科学技术进步的重要标志。 仪表及自控系统在化工装置中占有重要而关键的地位， 工艺介质及装置设备的运行状况如流量、温度、压力、 转速、振动等参数都由仪表及自控系统进行自动检测、 显示、控制和保护联锁。因此，仪表性能及工作状况的 好坏，直接影响到工艺介质及装置设备的运行，以至影 响到工艺介质及装置设备的安全运行和经济效益。
19世纪到20世纪，工业革命和现代化大规模生产促 进了新学科和新技术的发展。现代仪器仪表已成为测量 、控制和实现自动化必不可少的技术工具。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
热工仪表基础知识讲义ppt课件
温度是化工生产中既普遍而又十分重要的参
数之一。任何一个化工生产过程，都伴随着物质
的物理和化学性质的改变，都必然有能量的转化
和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的
交换形式。因此，在很多煤化工反应的过程中，
温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正
常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和
质量的提高都有很大的影响。
8
1、 温度的测量与变送
由于热电极的材料不同，所产生的接触电势亦不同，因此不同
热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的，这在
各种热电偶的分度表中可以查到。根据热电测温的基本原，理论上
似乎任意两种导体都可以组成热电偶。但实际情况它们还必须进行严
格的选择，热电极材料应满足如下要求。
1．在测温范围内其热电性质要稳定，不随时间变化。
t0
t0
2
3
1
A
B
t
热电偶温度计测量线路 1、热电偶 2、连接导线 3、电测仪表
7
1、 温度的测量与变送
热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B) 焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或 工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端 (自由端)。 组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热 端插入需要测温的生产设备中，A和B两种不同的物质，电 子密度高的向电子密度低的流动，产生电流，形成电动势， 一般为mV信号，经过测温仪计算为测量介质的温度。
主要内容
一、四大参数的测量原理及仪表 二、自动控制基础知识 三、调节阀 四、联锁系统的构成
1
一、四大参数的测量原理及仪 表
现场仪表测量参数的分类： 现场仪表测量参数一般分为温度、压力、
热工控制系统一讲PPT课件
(100年)
中国马钧研制出利用齿轮传动的自动指示方度(1788年)
经典控制(1935-1950)
美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服机构，提出PID 控制方法(1922)
美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，气压 反馈控制器(1929)
现代控制(1950-今)
现代控制起源于冷战时期的军备竞赛以及计算机技术的出 现。 美国MIT的Servomechanism Laboratory研制第一台数控机 床(1922)
美国 George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)
苏联东方-1号飞船载着加加林进入人类地球卫星轨道，人类 宇航时代开始了(1961)
热工控制系统
华北电力大学
第一章 热工自动控制系统的 基本概念
1 引言
锅炉动画 汽机动画 图
2 现代电站热工自动化
3 现代电站热工自动化技术的发展方向
1 引言
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着 越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接 参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、 生产过程等）自动地按照预定的规律运行。
图1-1
图
水箱水位的自动控制
浮子：测量作用 连杆：比较作用 放大器、伺服电动机和减速 器： 调节作用 阀门：执行元件作用
图1-2
当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且 其大小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信 号将有正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到
实际水位重新与水位要求值相等时为止。
1.1 自动控制基础理论
1.1.1 自动控制理论的发展 1.1.2 自动控制的基本概念 1.1.3 开环控制与闭环控制 1.1.4 对自动控制系统的基本要求
中国马钧研制出利用齿轮传动的自动指示方度(1788年)
经典控制(1935-1950)
美国N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服机构，提出PID 控制方法(1922)
美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，气压 反馈控制器(1929)
现代控制(1950-今)
现代控制起源于冷战时期的军备竞赛以及计算机技术的出 现。 美国MIT的Servomechanism Laboratory研制第一台数控机 床(1922)
美国 George Devol研制出第一台工业机器人样机(1954)
苏联东方-1号飞船载着加加林进入人类地球卫星轨道，人类 宇航时代开始了(1961)
热工控制系统
华北电力大学
第一章 热工自动控制系统的 基本概念
1 引言
锅炉动画 汽机动画 图
2 现代电站热工自动化
3 现代电站热工自动化技术的发展方向
1 引言
在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着 越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接 参与的情况下，通过控制器使被控对象（如机器设备、 生产过程等）自动地按照预定的规律运行。
图1-1
图
水箱水位的自动控制
浮子：测量作用 连杆：比较作用 放大器、伺服电动机和减速 器： 调节作用 阀门：执行元件作用
图1-2
当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且 其大小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信 号将有正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到
实际水位重新与水位要求值相等时为止。
1.1 自动控制基础理论
1.1.1 自动控制理论的发展 1.1.2 自动控制的基本概念 1.1.3 开环控制与闭环控制 1.1.4 对自动控制系统的基本要求
热工仪表知识.ppt
特点及适用场合：
反应较快，测量范围较广、精度可达0.2％，便于远距 离传送。所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动 控制和报警，适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空 和超高压的场合。
第四节：智能型压力变送器
高可靠性的微控制器及高精度温度补偿； 将被测介质的压力信号转换成4~20mADC标准信号叠加
按仪表组合形式：可以分为 基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，从而形成 一个整体，并且可就地安装的的一类仪表。
单元组合仪表:以统一的标准信号，将对参数的测量、变送、显示及控制等各种能够
独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）相互联系 而组合起来的一种仪表
转子流量计的特点：
转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。 它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特 点。转子流量计适用于测量通过管道直径D<150mm 的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流 量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而 上地通过转子流量计。
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
优点:
应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长; 应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟; 检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生
产。
缺点:
测量精度普遍偏低; 范围度窄,一般仅3:1~4:1; 现场安装条件要求高; 压损大(指孔板、喷嘴等)。
热工仪表知识
目录
第一章 测量仪表基本知识 第二章 压力测量仪表 第三章 流量测量仪表 第四章 物位测量仪表 第五章 温度测量仪表
第一章 测量仪表基本知识
第一节：热工自动化仪表的分类
反应较快，测量范围较广、精度可达0.2％，便于远距 离传送。所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动 控制和报警，适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空 和超高压的场合。
第四节：智能型压力变送器
高可靠性的微控制器及高精度温度补偿； 将被测介质的压力信号转换成4~20mADC标准信号叠加
按仪表组合形式：可以分为 基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，从而形成 一个整体，并且可就地安装的的一类仪表。
单元组合仪表:以统一的标准信号，将对参数的测量、变送、显示及控制等各种能够
独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）相互联系 而组合起来的一种仪表
转子流量计的特点：
转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。 它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特 点。转子流量计适用于测量通过管道直径D<150mm 的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流 量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而 上地通过转子流量计。
1-节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计
优点:
应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长; 应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟; 检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生
产。
缺点:
测量精度普遍偏低; 范围度窄,一般仅3:1~4:1; 现场安装条件要求高; 压损大(指孔板、喷嘴等)。
热工仪表知识
目录
第一章 测量仪表基本知识 第二章 压力测量仪表 第三章 流量测量仪表 第四章 物位测量仪表 第五章 温度测量仪表
第一章 测量仪表基本知识
第一节：热工自动化仪表的分类
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热工控制仪表
二00六年三月
第一章绪 论
第一节 热工控制仪表的作用 第二节 热工控制仪表的发展历史 第三节 热工控制仪表分类
第一节 热工控制仪表的作用
• 钱伟长讲话, 仪器仪表是信息工业的源头。 • 供电质量要求锅炉、汽轮发电机运行稳定，
被控参数保持在规定值，这个任务由控制 仪表组成的系统自动完成，它是电厂的中 枢神经。
第三代DCS: Symphony、HIACS-5000、Telerperm-xp、 Ovation、XDPS、MACS； 第四代DCS: A2(FOXBRO)、PLANTWEB(Emrson)、 industrialIT800XA(ABB)、 ExpersionPKS(HONEYWELL)、 PCS7(SIMENS)、HOLLIAS(和利时,应用 在陕西国华锦界4×600MW)。
• （6）现场总线控制系统（FCS）
• 现场仪表挂接在现场总线上，通过现场 总线与控制室（上位机）相联系。
控制仪表发展方向-FCS
• FCS • 特点： • （1）节省电缆 • （2）提高控制质量 • （3）开放性（互操作） • （4）降低安装、调试和维护工作量 • （5）减少占地面积
三、按输出信号是否随时间连续变化分
不好。
第二节热工控制仪表的发展历史
• 在新中国成立后的50多年中，我国火电厂热工控 制仪表方面的变化可谓日新月异，它要超过火电 厂中任何其他方面的变化。
• 50年代，锅炉和汽轮机容量都很小，系统简单， 只有少量的简单直接作用式自动调节，如锅炉汽 包的水位调节。
• 随着机组容量的增大，参数的提高和采用煤粉燃 烧后，对自动调节的要求也就提高了，自动调节 项目也增多了。除汽包水位调节外，还有燃料、 风量、炉膛负压、蒸汽温度等，但实际投入自动 的多为汽包水位和炉膛负压调节，其他项目很难 投入，自动投入率在40％～60％。
• （3）组装式仪表
• 柜装仪表，两大部分：柜和台
• TF－900、MZ－Ⅲ
（4）单回路调节器
“危险”分散到极点—— 单回路。KMM、VI87
• （5）分散控制系统（DCS） 集四C技术为一体，分散控制，管理集中。 第一代DCS: NETWORK90、TDC-2000、Teleperm-m 第二代DCS: INFI－90、HIACS－3000、MAX－1000、 Telerperm-me , WDPF, I/A；
• 90年代 ，我国又开发研制出以微机芯片为 基本器件的DDZ-S型第四代电动单元组合 仪表。在火电厂一度使用过的STB (类似 VI87、KMM)等控制器就是属于DDZ-S型系 列仪表中的一个单元仪表，本书介绍的 SKJ、SKD也是属于DDZ-S型系列仪表中 的一个单元仪表。在这个时期，现场总线 控制系统（FCS）也出现了，但在火电厂 应用FCS一直存在争议，致使FCS在火电 厂的应用搁浅。
• 见图1—2Байду номын сангаас
工质 控制机构
干扰 控制对象
被控参数
执行器
控制器
变送器
热工控制仪表
热工过程控制仪表含义：
从被控参数到执行机构输出之 间的全套自动化仪表的总称。
控制质量好坏取决于哪些因素：
• （1）设计是否合理 • （2）控制对象的动态特性
（3）控制仪表的工作特性 • （4）控制器整定参数的选择 如果控制仪表的工作特性不好控制质量就
• 信号传输速度也为音速，不怕电磁干扰，防 爆，但须设置专用空压机并对气源质量要求 严格。
• （4）电动仪表
• 信号传输速度为光速（300000km/s）， 便于集中控制，但怕电磁干扰。
• （5）混合仪表
• 电-液混合，例如DEH。电-气混合，例如 FP302（现场总线-气压转换器）
二、 按功能结构分
• 70年代，仪表部门又参考日本等国的仪表 研制了DDZ-Ⅲ(4～20mA)型电动单元组合 仪表、组件组装仪表TF-900、MZ-Ⅲ和 SPEC-200。组件组装仪表的特点是功能组 件化，选择功能组件可以组成较复杂的控 制系统。但是由于电子元器件质量不好， 容易损坏，造成自动控制系统失灵，致使 许多自动控制系统不能投入自动。
• 长期造成自动调节投入率低的原因有两个： 一是热工控制仪表落后、质量差；二是控 制对象的可控性差。这个时期应用的热工 控制仪表，主要是从前苏联进口的机械式 调节器、电子式调节器，还有我国仪表部 门参考苏联仪表研制出的DDZ-I电动单元组 合仪表和气动单元组合仪表QDZ。
• 60年代，我国仪表部门研制出采用统一信 号制(0～10mA)的DDZ-Ⅱ型电动单元组合 仪表，但 DDZ只能执行PID控制，很难适 应复杂控制对象的要求。
• 80年代，以微机为基础的分散控制系统 (DCS)进入国内电站，很快解决了长期存在 的热工控制仪表问题。由于DCS 采用大规 模集成电路，提高了可靠性，并且用软件 编程的方式，可以实现复杂对象的各种控 制规律，还可与保护、连锁条件互联，大 大提高了控制系统的功能，经试点后很快 得以推广，成为今天的主要热工控制仪表。 DCS的出现导致了控制领域中根本性的转 变， 它宣告了机械式和模拟式仪表的种种 局限已经一去不复返了。
• （1）基地式仪表 • 在被控对象附近，多种功能部件（或
传感器、控制器、执行器装在一起，或传 感器、控制器装在一起，或控制器、执行 器装在一起，结构紧凑）设计成一个整体。 例如 B系列 ，KF系列。
• （2）单元组合式仪表
• 积木式，各单元仪表为一个“积木”，这 种仪表是通用的，DDZ－Ⅱ、 DDZ－Ⅲ、 DDZ－S， 被 调 参 数 性 质 （ 如 温 度 、 压 力 、 流量、物位等）取决于所配的变送器。
第三节热工过程控制仪表的分类
一、按所用能源形式分 二、按功能结构形式分 三、按输出信号是否随时间连续变化分
一、按所用能源形式分
• （1）自力控制仪表 • （2）液动控制仪表 • 信号传输速度为音速（340m/s），体积大，
动作慢（油黏滞而不能远传），易发生火灾 （油容易渗漏），但功率大。
• （3）气动控制仪表
• （1）模拟仪表 • 气动仪表，电动单元组合，组装仪表都
属于模拟仪表其气压、电流、电压信号随 时间连续变化。 （2）数字仪表 • DCS、单回路（半数字） • FCS （全数字）
二00六年三月
第一章绪 论
第一节 热工控制仪表的作用 第二节 热工控制仪表的发展历史 第三节 热工控制仪表分类
第一节 热工控制仪表的作用
• 钱伟长讲话, 仪器仪表是信息工业的源头。 • 供电质量要求锅炉、汽轮发电机运行稳定，
被控参数保持在规定值，这个任务由控制 仪表组成的系统自动完成，它是电厂的中 枢神经。
第三代DCS: Symphony、HIACS-5000、Telerperm-xp、 Ovation、XDPS、MACS； 第四代DCS: A2(FOXBRO)、PLANTWEB(Emrson)、 industrialIT800XA(ABB)、 ExpersionPKS(HONEYWELL)、 PCS7(SIMENS)、HOLLIAS(和利时,应用 在陕西国华锦界4×600MW)。
• （6）现场总线控制系统（FCS）
• 现场仪表挂接在现场总线上，通过现场 总线与控制室（上位机）相联系。
控制仪表发展方向-FCS
• FCS • 特点： • （1）节省电缆 • （2）提高控制质量 • （3）开放性（互操作） • （4）降低安装、调试和维护工作量 • （5）减少占地面积
三、按输出信号是否随时间连续变化分
不好。
第二节热工控制仪表的发展历史
• 在新中国成立后的50多年中，我国火电厂热工控 制仪表方面的变化可谓日新月异，它要超过火电 厂中任何其他方面的变化。
• 50年代，锅炉和汽轮机容量都很小，系统简单， 只有少量的简单直接作用式自动调节，如锅炉汽 包的水位调节。
• 随着机组容量的增大，参数的提高和采用煤粉燃 烧后，对自动调节的要求也就提高了，自动调节 项目也增多了。除汽包水位调节外，还有燃料、 风量、炉膛负压、蒸汽温度等，但实际投入自动 的多为汽包水位和炉膛负压调节，其他项目很难 投入，自动投入率在40％～60％。
• （3）组装式仪表
• 柜装仪表，两大部分：柜和台
• TF－900、MZ－Ⅲ
（4）单回路调节器
“危险”分散到极点—— 单回路。KMM、VI87
• （5）分散控制系统（DCS） 集四C技术为一体，分散控制，管理集中。 第一代DCS: NETWORK90、TDC-2000、Teleperm-m 第二代DCS: INFI－90、HIACS－3000、MAX－1000、 Telerperm-me , WDPF, I/A；
• 90年代 ，我国又开发研制出以微机芯片为 基本器件的DDZ-S型第四代电动单元组合 仪表。在火电厂一度使用过的STB (类似 VI87、KMM)等控制器就是属于DDZ-S型系 列仪表中的一个单元仪表，本书介绍的 SKJ、SKD也是属于DDZ-S型系列仪表中 的一个单元仪表。在这个时期，现场总线 控制系统（FCS）也出现了，但在火电厂 应用FCS一直存在争议，致使FCS在火电 厂的应用搁浅。
• 见图1—2Байду номын сангаас
工质 控制机构
干扰 控制对象
被控参数
执行器
控制器
变送器
热工控制仪表
热工过程控制仪表含义：
从被控参数到执行机构输出之 间的全套自动化仪表的总称。
控制质量好坏取决于哪些因素：
• （1）设计是否合理 • （2）控制对象的动态特性
（3）控制仪表的工作特性 • （4）控制器整定参数的选择 如果控制仪表的工作特性不好控制质量就
• 信号传输速度也为音速，不怕电磁干扰，防 爆，但须设置专用空压机并对气源质量要求 严格。
• （4）电动仪表
• 信号传输速度为光速（300000km/s）， 便于集中控制，但怕电磁干扰。
• （5）混合仪表
• 电-液混合，例如DEH。电-气混合，例如 FP302（现场总线-气压转换器）
二、 按功能结构分
• 70年代，仪表部门又参考日本等国的仪表 研制了DDZ-Ⅲ(4～20mA)型电动单元组合 仪表、组件组装仪表TF-900、MZ-Ⅲ和 SPEC-200。组件组装仪表的特点是功能组 件化，选择功能组件可以组成较复杂的控 制系统。但是由于电子元器件质量不好， 容易损坏，造成自动控制系统失灵，致使 许多自动控制系统不能投入自动。
• 长期造成自动调节投入率低的原因有两个： 一是热工控制仪表落后、质量差；二是控 制对象的可控性差。这个时期应用的热工 控制仪表，主要是从前苏联进口的机械式 调节器、电子式调节器，还有我国仪表部 门参考苏联仪表研制出的DDZ-I电动单元组 合仪表和气动单元组合仪表QDZ。
• 60年代，我国仪表部门研制出采用统一信 号制(0～10mA)的DDZ-Ⅱ型电动单元组合 仪表，但 DDZ只能执行PID控制，很难适 应复杂控制对象的要求。
• 80年代，以微机为基础的分散控制系统 (DCS)进入国内电站，很快解决了长期存在 的热工控制仪表问题。由于DCS 采用大规 模集成电路，提高了可靠性，并且用软件 编程的方式，可以实现复杂对象的各种控 制规律，还可与保护、连锁条件互联，大 大提高了控制系统的功能，经试点后很快 得以推广，成为今天的主要热工控制仪表。 DCS的出现导致了控制领域中根本性的转 变， 它宣告了机械式和模拟式仪表的种种 局限已经一去不复返了。
• （1）基地式仪表 • 在被控对象附近，多种功能部件（或
传感器、控制器、执行器装在一起，或传 感器、控制器装在一起，或控制器、执行 器装在一起，结构紧凑）设计成一个整体。 例如 B系列 ，KF系列。
• （2）单元组合式仪表
• 积木式，各单元仪表为一个“积木”，这 种仪表是通用的，DDZ－Ⅱ、 DDZ－Ⅲ、 DDZ－S， 被 调 参 数 性 质 （ 如 温 度 、 压 力 、 流量、物位等）取决于所配的变送器。
第三节热工过程控制仪表的分类
一、按所用能源形式分 二、按功能结构形式分 三、按输出信号是否随时间连续变化分
一、按所用能源形式分
• （1）自力控制仪表 • （2）液动控制仪表 • 信号传输速度为音速（340m/s），体积大，
动作慢（油黏滞而不能远传），易发生火灾 （油容易渗漏），但功率大。
• （3）气动控制仪表
• （1）模拟仪表 • 气动仪表，电动单元组合，组装仪表都
属于模拟仪表其气压、电流、电压信号随 时间连续变化。 （2）数字仪表 • DCS、单回路（半数字） • FCS （全数字）