《控制仪表及装置》补充教材

1、控制仪表及装置控制仪表及装置补充教材补充教材内内 蒙蒙 古古 科科 技技 大大 学学2011.102011.10李李 忠忠 虎虎目目 录录1 YS170 调节器调节器2 专家自整定调节器专家自整定调节器3 虚拟调节仪表虚拟调节仪表4 手操器手操器5 智能电动执行器智能电动执行器6 智能阀门定位器智能阀门定位器7 电源箱电源箱8 电源分配器电源分配器9 信号分配器信号分配器1 YS170调节器调节器 YS170 YS170调节器是一种集控制、运算、逻辑功能为一体的可编调节器是一种集控制、运算、逻辑功能为一体的可编程调节器。使用一台调节器就可以实现单回路控制、串级控制程调节器。使用一台调节器就可以

2、实现单回路控制、串级控制或自动选择控制等。或自动选择控制等。 YS170 YS170调节器的编程是在个人计算机上利用程序生成软件包调节器的编程是在个人计算机上利用程序生成软件包产生用户程序，通过产生用户程序，通过RS-232CRS-232C通信接口把程序下载到通信接口把程序下载到YS170YS170调节调节器中。器中。 YS170 YS170调节器的构成原理和调节器的构成原理和SLPCSLPC、KMMKMM调节器的构成原理调节器的构成原理基本相同，这里不再赘述。基本相同，这里不再赘述。方框图方框图正面盘正面盘 内面盘内面盘 运算控制指令运算控制指令 YS170YS170调节器的运算控制指令和调

3、节器的运算控制指令和SLPCSLPC调节器一样，包括调节器一样，包括输人输出指令、基本运算指令、带设备编号的运算指令、条输人输出指令、基本运算指令、带设备编号的运算指令、条件判断指令、寄存器位移指令和控制功能指令，共计件判断指令、寄存器位移指令和控制功能指令，共计6 6大类大类4646条指令。条指令。显示画面显示画面 YS170调节器的显示画面有操作画面、调整画面和工程调节器的显示画面有操作画面、调整画面和工程画面三种，如图所示。画面三种，如图所示。回路画面的显示图回路画面的显示图趋势画面的显示图趋势画面的显示图 2 专家自整定调节器专家自整定调节器 专家自整定调节器是数字式调节器的进一步发展

4、，它除了专家自整定调节器是数字式调节器的进一步发展，它除了能完成常规调节器的常规任务外，还对调节器的各种功能的实现能完成常规调节器的常规任务外，还对调节器的各种功能的实现进行了改进和完善。这主要得益于近来微处理器运算速度的大幅进行了改进和完善。这主要得益于近来微处理器运算速度的大幅提高，便得调节器对获得的所有数据进行各种灵活和快速的处理，提高，便得调节器对获得的所有数据进行各种灵活和快速的处理，增加了各种附加的功能，提高了调节器的控制能力。增加了各种附加的功能，提高了调节器的控制能力。 专家自整定调节器是在不完生微分专家自整定调节器是在不完生微分PIDPID数字调节器的基础上，数字调节器的基础

5、上，引人了专家自整定功能，其组成原理如下图所示。引人了专家自整定功能，其组成原理如下图所示。 由于许多被控过程存在着大时间范围的时变性，调节器由于许多被控过程存在着大时间范围的时变性，调节器的参数整定在最佳值获得较满意的控制品质，但随着时问的的参数整定在最佳值获得较满意的控制品质，但随着时问的推移，被控过程的特性产生了变化，使系统的拄制品质变坏，推移，被控过程的特性产生了变化，使系统的拄制品质变坏，因此在调节器中引人专家自整定功能，可改善控制系统的控因此在调节器中引人专家自整定功能，可改善控制系统的控制品质。将调节器输出的控制量制品质。将调节器输出的控制量MVMV、测量值、测量值PVPV和给定

6、值和给定值SVSV送送人专家自整定单元，利用专家的经验进行综合运算后，修改人专家自整定单元，利用专家的经验进行综合运算后，修改已给定的已给定的PIDPID参数。保证调节器的控制规律始终采用最佳的参数。保证调节器的控制规律始终采用最佳的PIDPID参数值，从而保征系统能获得最佳的控制效果。参数值，从而保征系统能获得最佳的控制效果。 3 虚拟调节仪表虚拟调节仪表 随着计算机技术和多媒体技术的迸一步发展，计算机的运算速度和数据处随着计算机技术和多媒体技术的迸一步发展，计算机的运算速度和数据处理能力已大幅度提高，为调节仪表在个人计算机或工业控制机上的仿真实现成理能力已大幅度提高，为调节仪表在个人计算机

7、或工业控制机上的仿真实现成为可能，因此近几年已出现了各种虚拟仪表。虚拟调节器的组成见图。为可能，因此近几年已出现了各种虚拟仪表。虚拟调节器的组成见图。 个人计算机或工控机提个人计算机或工控机提供了大量具有标准制式的供了大量具有标准制式的输人、输出信号板插槽，输人、输出信号板插槽，把具有标准制式的输入、把具有标准制式的输入、输出信号插板插人插槽内输出信号插板插人插槽内即成为虚拟调节器。虚拟即成为虚拟调节器。虚拟调节器的输入调节器的输入/ /输出通道输出通道取决于插入的插板数，一取决于插入的插板数，一台虚拟调节仪表可实现多台虚拟调节仪表可实现多个调节器的控制功能，这个调节器的控制功能，这是常规单元

8、组合仪表难以是常规单元组合仪表难以实现的。实现的。4 手操器手操器 手操器的作用是以手动设定方式在输出端输出手操器的作用是以手动设定方式在输出端输出4 420mADC20mADC信号，信号，以此进行手动遥控操作或为控制器提供外部给定信号。手操器以此进行手动遥控操作或为控制器提供外部给定信号。手操器的构成如图所示。的构成如图所示。电动操作器（1） 电动操作器实物图无位置反馈型操作器无位置反馈型操作器有位置反馈型操作器有位置反馈型操作器电动操作器（2） 自动与手动工作原理电动操作器（3） 自动与手动工作原理指示灯MA5 智能电动执行器智能电动执行器 智能式电动执行器的构成原理与模拟式电动执行器相同

9、，但是智能式智能式电动执行器的构成原理与模拟式电动执行器相同，但是智能式电动执行器采取了新颖的结构部件。电动执行器采取了新颖的结构部件。 伺服放大器中采用了微处理器系统，所有控制功能均可通过编程实现，伺服放大器中采用了微处理器系统，所有控制功能均可通过编程实现，而且还具有数字通讯接口，从而具有而且还具有数字通讯接口，从而具有HARTHART协议或现场总线通信功能，成为现协议或现场总线通信功能，成为现场总线控制系统中的一个节点。有的伺服放大器中还采用了变频枝术，可以场总线控制系统中的一个节点。有的伺服放大器中还采用了变频枝术，可以更有效地控制伺服电机的动作。减速器采用新颖的传动结构，运行平稳、传

10、更有效地控制伺服电机的动作。减速器采用新颖的传动结构，运行平稳、传动效率高、无爬行、摩擦小。位置发送器采用了新技术和新方法，有的采用动效率高、无爬行、摩擦小。位置发送器采用了新技术和新方法，有的采用霍尔传感器，直接感应阀杆的纵向或旋转动作，实现了非接触式定位检测；霍尔传感器，直接感应阀杆的纵向或旋转动作，实现了非接触式定位检测；有的采用特殊的电位器，电位器中装有球轴承和特种导电塑料材质做成的电有的采用特殊的电位器，电位器中装有球轴承和特种导电塑料材质做成的电阻薄片；有的采用磁阻效应的非接触式旋转角度传感器。阻薄片；有的采用磁阻效应的非接触式旋转角度传感器。 智能式电动执行器通常都有液晶显示器和

11、手动操作按钮，用于显示执智能式电动执行器通常都有液晶显示器和手动操作按钮，用于显示执行器的各种状态信息和输人组态数据以及手动操作。行器的各种状态信息和输人组态数据以及手动操作。 单相智能电动执行机构：单相智能电动执行机构： 结构如图所示。从框图可看出：来自上位调节器或变送器的模拟量信号，结构如图所示。从框图可看出：来自上位调节器或变送器的模拟量信号，经处理后进入智能伺服放大器，智能伺服放大器中的微处理器定时检测该输经处理后进入智能伺服放大器，智能伺服放大器中的微处理器定时检测该输人信号与位置反馈信号。当接受上位调节器信号时，微处理器比较两个信号，人信号与位置反馈信号。当接受上位调节器信号时，微

12、处理器比较两个信号，一旦信号不平衡，偏差超出要求值，即发出控制信号，经放大隔离后驱动智一旦信号不平衡，偏差超出要求值，即发出控制信号，经放大隔离后驱动智能伺服放大器中的功率晶闸管，使其导通带动电动机转动，进而调节阀门开能伺服放大器中的功率晶闸管，使其导通带动电动机转动，进而调节阀门开度，同时微处理器也将表示阀门开度的位置信号转换成相应的脉冲量发往操度，同时微处理器也将表示阀门开度的位置信号转换成相应的脉冲量发往操作器的显示器。躁作人员可从数字操作器上观察阀门的开度。作器的显示器。躁作人员可从数字操作器上观察阀门的开度。 智能调节阀：智能调节阀： 随着智能化仪表的开发和应用，促使人们考虑能否通随

13、着智能化仪表的开发和应用，促使人们考虑能否通过调节阀自身了解其工作过程中流量的变化、压差、开度的过调节阀自身了解其工作过程中流量的变化、压差、开度的变化及流量特性的情况，并能及时加以调整以获得良好的调变化及流量特性的情况，并能及时加以调整以获得良好的调节性能，这就要求调节阀必须智能化，于是作为最新一代的节性能，这就要求调节阀必须智能化，于是作为最新一代的智能仪器智能仪器智能调节阀就在智能调节阀就在9090年代初开发出来。年代初开发出来。 一个智能调节阀大体由以下几部分构成：一个智能调节阀大体由以下几部分构成： 带有微处带有微处理器及智能控制软件的控制器；理器及智能控制软件的控制器； 用于提供反

14、馈信号和诊断用于提供反馈信号和诊断信号的传感器；信号的传感器； 信号变换器；信号变换器； I/O I/O及通信接口；及通信接口； 执执行机构；行机构； 阀体。这些部件组装在一起，并集常规仪表的检阀体。这些部件组装在一起，并集常规仪表的检恻、控制、调节等功能形成一个完整的智能仪器结构。恻、控制、调节等功能形成一个完整的智能仪器结构。STARPACSTARPAC智能调节阀：智能调节阀： STARPACSTARPAC智能调节阀是美国智能调节阀是美国ValtekValtek公司公司9090年代末推出的，其基本年代末推出的，其基本结构和功能如图所示。结构和功能如图所示。6 智能阀门定位器智能阀门定位器

15、智能阀门定位器有只接受智能阀门定位器有只接受4 420mA20mA直流电流信号的；也有既接受直流电流信号的；也有既接受4 420mA20mA的模的模拟信号又接受数字信号的，即拟信号又接受数字信号的，即HARHAR通讯的阀门定位器：还有只进行数字信号传通讯的阀门定位器：还有只进行数字信号传输的现场总线阀门定位器。它们均用以控制薄膜式或活塞式气动输的现场总线阀门定位器。它们均用以控制薄膜式或活塞式气动调调节阀。节阀。 智能式阀门定位器的硬件电路由信号调理部分、微处理机、电气转换控制智能式阀门定位器的硬件电路由信号调理部分、微处理机、电气转换控制部分和阀位检测反馈装置等部分构成，如图所示。部分和阀位

16、检测反馈装置等部分构成，如图所示。7 电源箱电源箱 这里所说的电源箱是指这里所说的电源箱是指24V24V直流电源箱其作用是将直流电源箱其作用是将220V220V交流电转换为交流电转换为24V24V直流电。经稳压处理后，向直流电。经稳压处理后，向DDZDDZ各单元仪表集中供电。电源箱的构成各单元仪表集中供电。电源箱的构成如图所示。它是由变压器、整流滤波电路、稳压电路和保护电路等组成。其中，如图所示。它是由变压器、整流滤波电路、稳压电路和保护电路等组成。其中，输出取样电路、比较及放大电路和调整电路等共同构成了稳压电路。输出取样电路、比较及放大电路和调整电路等共同构成了稳压电路。 8 电源分配器电源分配器 电源分配器用干为仪表盘上的各仪表电源配线时进行电源分配，以便于电电源分配器用干为仪表盘上的各仪表电源配线时进行电源分配，以便于电源配线。电源分配器分为交流电源用分配器和直流电源用分配器，其原理如图源配线。电源分配器分为交流电源用分配器和直流电源用分配器，其原理如图所示。所示。 （a）交流用电源分配器）交流用电源分配器 （b）直流用电源分配器）直流用电源分配器9 信号分配器信号分配器 信号分配器是用于将信号分配器是用于将4 420mA DC20mA