化工仪表及自动化

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第十章第十章 自动控制仪表自动控制仪表 内容提要内容提要n 自动控制仪表的作用与分类自动控制仪表的作用与分类n控制仪表的能源形式控制仪表的能源形式n控制仪表的结构形式控制仪表的结构形式n控制仪表的信号形式控制仪表的信号形式n 模拟式控制仪表模拟式控制仪表n概述概述nDDZ-DDZ-型电动控制器型电动控制器1n 数字式控制仪表数字式控制仪表n概述概述n可编程调节器的主要特点可编程调节器的主要特点n可编程调节器的基本构成及原理可编程调节器的基本构成及原理nKMMKMM可编程序调节器可编程序调节器第一节第一节 控制仪表的作用与分类控制仪表的作用与分类 或称控制器,它将

2、被控变量测量值与给定值相比较后产生的偏差,进行一定的运算,并将运算结果以一定信号形式送往执行器,以实现对被控变量的自动控制。 一、控制仪表的能源形式一、控制仪表的能源形式按照仪表所用的能源控制仪表控制仪表直接作用式控制器直接作用式控制器间接作用式控制器间接作用式控制器3电动控制器气动控制器第一节第一节 控制仪表的作用与分类控制仪表的作用与分类二、控制仪表的结构形式二、控制仪表的结构形式 按控制仪表与自动控制系统中的检测、变送、显示等各部分的不同,主要可以分为基地式控制仪表与单元组合式控制仪表等。基地式控制仪表基地式控制仪表 基地式控制仪表是将测量、变送、显示及控制等功能集于一身的一种控制仪表。

3、 结构比较简单,常用于。4第一节第一节 控制仪表的作用与分类控制仪表的作用与分类单元组合式仪表单元组合式仪表 单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要求，分成若干独立作用的单元，各单元之间用统一的标准信号联系。 使用时，针对不同的要求,将各单元以不同的形式组合，可以组成各种各样的自动检测和控制系统。 优点优点 可以用有限的单元组成各种各样的控制系统,具有高度的通用性和灵活性。 可以通过转换单元,把气动表、电动表,甚至液动表联系起来,混合使用。 5第一节第一节 控制仪表的作用与分类控制仪表的作用与分类 由于各单元独立作用,所以在布局、安装、维护上也更合理、更方便。 仪表大都采用力平衡或力矩平衡

4、原理,工作位移小、无机械摩擦、精度高、使用寿命长、性能较好。 由于零部件的标准化、系列化,有利于大规模生产,降低了成本,提高了产量和质量。 有利于发展新品种,采用新工艺、新技术。6第一节第一节 控制仪表的作用与分类控制仪表的作用与分类分分类类 根据,单元组合仪表主要分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。变送单元(B)显示单元(X)给定单元(G)辅助单元(F)控制单元(T)计算单元(J)转换单元(Z)在电动单元组合仪表中还包括执行单元(K)。7第一节第一节 控制仪表的作用与分类控制仪表的作用与分类 是以 0.14MPa压缩空气为能源,各单元之间以统一的 0.020.1MPa气压标准信号相联系,

5、整套仪表的精度为1级。： DDZ-型电子管器件为主要器件 DDZ-型晶体管等分立元件为主要器件 DDZ-型线性集成电路作为核心器件8第一节第一节 控制仪表的作用与分类控制仪表的作用与分类三、控制仪表的信号形式三、控制仪表的信号形式控制仪表模拟式控制仪表数字是控制仪表9第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表一、概述一、概述模拟式控制仪表所传送的信号形式为连续的模拟信号。10基 本结构比较环节反馈环节放大器给定信号比较环节测量信号偏差放大器输出信号反馈环节-第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表基本功能基本功能11第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式

6、控制仪表一、一、DDZ-型电动控制器型电动控制器12 电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。 本信号制的电流-电压转换电阻为250。 由于联络信号为15V DC，可采用并联信号制，因此干扰少，连接方便。第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表13 由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。 由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。 由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。 第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表 各单元省掉了电源变压器，

7、没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。 在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。 14第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表15 （ 第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表16图10-1 DDZ-型控制器结构方框图 主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。 型控制器有全刻度指示和偏差指示两个基型品种。17图10-2 DTL-3110型调节器正面图1自动-软手动-硬手动切换开关；2双针垂直指示器；3内给定设定轮；4

8、输出指示器；5硬手动操作杆；6软手动操作板键；7外给定指示灯；8阀位指示器；9输出记录指示；10位号牌；11输入检测插孔；12手动输出插孔第二节第二节 模拟式控制仪表模拟式控制仪表第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表18 数字式控制器模拟式控制器构成原理数字技术模拟技术所用器件以微处理机为核心部件以运算放大器等模拟电子器件为基本部件仪表总的功能和输入输出关系基本一致。 一、概述一、概述第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表二、二、可编程调节器的可编程调节器的主要特点主要特点19 1. 1.功能丰富。功能丰富。 2. 2. 通用性强。通用性强。 3. 3.可靠性好。可靠性好。第三节第三

9、节 数字式控制仪表数字式控制仪表三、可编程调节器的基本构成及原理三、可编程调节器的基本构成及原理20图10-3可编程调节器的原理方框图第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表四、四、KMMKMM可编程序调节器可编程序调节器21是一种单回路的数字控制器。 可以接收5个模拟输入信号，4个数字输入信号，输出3个模拟信号，输出3个数字信号。 可编程调节可编程调节器的原理方器的原理方框图框图1.KMM调节器的面板及其功能键第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表2.KMM调节器的侧面图10-5 KMM调节器的右侧面1数据设定器 (任选)；2备用手操器；3辅助开关；4电源单元；5BUF板(前)；6IO

10、C板(中)；7CPU板 (后)22第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表 3.KMM的控制类型 KMM调节器内有两个PID运算式，即PID1和PID2，根据使用，又可以分为四种控制类型。 只用一个PID运算式，采用本机内给定 (LSP)，无串级(CAS)状态。(2)(2)控制类型控制类型1 1 只用一个PID运算式，在“自动”时以 LSP1为设定值(内给)，在串级(CAS)状态时以RSP1为设定值(外给)，来自其他调节器或运算器，也可来自本调节器内的其他运算单元的输出。 23第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表 用两个PID运算式,在“自动”时,PID1的输出为PID2的给定,PID

11、1为内给定(LSP1)。 用两个PID运算式,有手动、自动、串级三种状态(即M、A、C),当处于自动状态时, PID2为本机给定(LSP2)；处于串级状态时，PID2为外给定(RSR2)。RSP2可以是PID1的输出,也可以是外来的模拟输入或某些运算单元的输出。 24第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表0 0类型控制类型控制器器(1PID(1PID本本机内给定机内给定) ) 1 1类型控制器类型控制器(1PID(1PID串级型串级型) ) 2 2类型控制类型控制器器(2PID(2PID本本机内给定机内给定) ) 3 3类型控制器类型控制器(2PID(2PID串级型串级型) ) 方式方式指

12、针指针 手动手动MAN MAN 自动自动AUTO AUTO 手动手动MANMAN自动自动AUTOAUTO串级串级CAS CAS 手动手动MANMAN自动自动AUTOAUTO手动手动MANMAN自动自动AUTOAUTO串级串级CAS CAS PVPV指指针针 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1PV1(PV2) (PV2) PV1PV1(PV2) (PV2) PV2PV2(PV1) (PV1) PV2PV2(PV1) (PV1) PV1PV1(PV2) (PV2) SPSP指指针针 LSP1 LSP1 LSP1 LSP1 LSP1LSP1(RSP

13、(RSP1) 1) LSP1LSP1(RSP(RSP1) 1) RSP1 RSP1 LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) LSP2LSP2(LSP(LSP1) 1) LSP2LSP2(LSP(LSP1) 1) LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) 表10-1 各种控制类型下 PV、SP的内容 注: LSPLocalset Point(本机内给定)； RSPRemote Set Point(遥控外给定)。 25第三节第三节 数字式控制仪表数字式控制仪表 4.KMM调节器的操作 手动(MAN)方式自动(AUTO)方式串级(CAS)方式跟踪(F

14、OLLOW)方式 联锁手动方式(IM)后备方式(S)26第四节（第十六章）第四节（第十六章） 可编程序控制器概述可编程序控制器概述可编程序控制器（可编程序控制器（Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller）简称）简称PLCPLC可编程控制器是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置,由于其良好的性能价格比和稳定的工作状态以及简便的操作性。 可编程控制器是一种数字运算操作系统,专为工业环境应用而设计,有较强的抗干扰能力。 可编程控制器可以单独使用,也可以通过网络成为 DCS控制系统的一部分。第一节第一节 可编程序控制器概述可

15、编程序控制器概述一、可编程控制器 (PLC)的发展过程19691969年美国研制出了第一台可编程序控制器。年美国研制出了第一台可编程序控制器。从从19711971年开始年开始, ,各国相继开发了适于本国的各国相继开发了适于本国的PLC,PLC,并推广使并推广使用。用。2020世纪世纪8080年代末年代末, PLC, PLC技术已经很成熟技术已经很成熟, ,并从开关量逻辑并从开关量逻辑控制扩展到计算机数字控制控制扩展到计算机数字控制(CNC(CNC等等) )领域。领域。近年生产的近年生产的PLCPLC向电气控制、仪表控制、计算机控制一体向电气控制、仪表控制、计算机控制一体化方向发展。化方向发展。

16、PLC已被称为已被称为现代工业控制的三大支柱现代工业控制的三大支柱之一。之一。第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述二、可编程控制器的功能与特点 PLC可以进行各种复杂的开关量逻辑控制，且配置了计数器、定时器等指令，进一步丰富了逻辑控制功能，同时可以完成各种类型的计数要求。 PLC具有了A/D、D/A转换的功能,丰富了控制手段和控制范围。 PLC有了较强的通信功能,可以组成PLC控制的计算机网络。 可编程控制器的主要功能（1）开关逻辑控制（2）定时/计数控制（3）步进控制（4）数据处理（5）过程控制（6）运动控制（7）通信联网（8）监控（9）数字量与模拟量的转换第一节第一节 可编程

17、序控制器概述可编程序控制器概述抗干扰能力强抗干扰能力强 可编程序控制器与过去的继电器系统相比与过去的继电器系统相比 它的最大特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，同时，功能丰富、可靠性强，可组成集中分散系统或纳入局部网络。与通常的微计算机相比与通常的微计算机相比 它的优点是语言简单、编程简便、面向用户、面向现场、使用方便。 各种PLC结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。三、可编程控制器的结构和工作原理模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关继电器触点继电器触点各种开关各种开关传感器传感器

18、CPUROM、RAM电源部件电源部件输输出出接接口口输输入入接接口口外设接口外设接口照明照明电磁装置电磁装置执行机构执行机构采用光电采用光电隔离装置隔离装置继电器、可控硅、继电器、可控硅、晶体管电路晶体管电路编程器编程器打印机打印机计算机计算机1、可编程序控制器的基本组成、可编程序控制器的基本组成2、可编程序控制器的软件系统、可编程序控制器的软件系统 梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继电接触控制电路图的形式，二者的基本构思是一致的，只是使用符号和表达方式有所区别。 三、可编程控制器的结构和工作原理三、可编程控制器的结构和工作原理 图16-3（a）为实现这一功能的一种梯形图程序（OMRON

19、 PLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。图16-3 梯形图程序又称为命令语句表达式语言，常用一些助记符来表示PLC的某种操作。 助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂。 图16-3（b）为梯形图对应的用助记符表示的指令表。 不同厂家生产的不同厂家生产的PLCPLC所使用的助记符各不相同，因所使用的助记符各不相同，因此同一梯形图写成的助记符语句不相同。用户在梯形此同一梯形图写成的助记符语句不相同。用户在梯形图转换为助记符时，必须先弄清图转换为助记符时，必须先弄清PLCPLC的型号及内部各器的型号及内部各器件编号、使用范围和每一条

20、助记符的使用方法。件编号、使用范围和每一条助记符的使用方法。 注意！注意！读入现场信号自诊断与编程器、计算机等通信执行用户程序输出结果图16-4 PLC工作过程框图输入扫描输入扫描程序执行程序执行输出刷新输出刷新I/O点总数一般为20128点。 逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。 其I/O点总数通常为129512点，内存在K以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。 除有小型PLC的功能外，还有算术运算、数据处理及A/D、D/A转换、联网通信、远程I/O等功能，可用于比较复杂过程的控制。 3、可编程控制器的分类其I/O点总数在513点以上。除了具有中小型PLC的功能外

21、，还具有PLD运算及高速计数等功能，用于机床控制时，具有增加刀具精确定位、机床速度和阀门控制等功能，配有CRT显示及常规的计算机键盘，与工业控制计算机相似。 编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。 它将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。 优点具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑、体积小、价格低。 图16-5 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图输入/输出点数较多的大型、中型和部分小型PLC采用模块式结构。其优点为：图16-6 SIMENS SIMATIC S7-300的外形