全套课件-控制仪表及装置(第三版)吴勤勤

控制仪表及装置

《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。内容简介

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

第四章可编程调节器第一节概述第二节

KMM可编程调节器

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：给定值被控参数被控介质简单控制系统方框图变送器执行器控制器被控对象被控对象－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。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电动控制仪表气动控制仪表能源电源（220VAC/24VDC）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电动控制仪表和气动控制仪表的比较

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。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。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。

按信号类型：模拟式和数字式。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、PCS7、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。按结构形式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。直流电流传输接收仪表R0I0IiRiRiRcm发送仪表电流信号传输时仪表之间的连接为保证传输误差ε在允许范围之内，应要求R0》Rcm+nRi

，故有

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。直流电压传输电压信号传输时仪表之间的连接接收仪表RiRcm／２发送仪表R0U0Rcm／２IiRiRi

为减小传输误差，要求：

R0和Rcm

尽量小，Ri

大些。

为减小传输误差,应满足Ri/n》R0+Rcm，故有

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。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两线制电源装置变送器现场控制室四线制接收仪表变送器现场电源装置控制室接收仪表要实现两线制，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。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(Zone0)

－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(Zone1)

－在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。2区(Zone2)

－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。

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：组别引燃温度t/℃T1>450T2450≧t>200T3450≧t>200组别引燃温度t/℃T4T5135≧t>100T6100≧t>85200≧t>135

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)。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温度允许值。例如EXiaIICT5表示II类本质安全型ia等级B级T5组。隔爆型仪表

具有隔爆外壳，仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内。它能承受仪表内部因故障产生爆炸性气体混合物的爆炸压力。这类仪表适用于1区、2区危险场所。本质安全型仪表

本安仪表的全部电路均为本质安全电路，电压和电流被限制在允许的范围内，保证仪表产生的电火花和热效应不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。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。>常用防爆型控制仪表变送器执行器调节器安全栅安全栅电源箱本安防爆系统非危险场所（控制室）危险场所（现场）危险场所（现场）>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

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。抗干扰能力强，可靠性高。齐纳式安全栅原理电路安全侧危险侧隔离式安全栅原理框图安全侧危险侧U0VZ1VZ2RFUU1两线制变送器限压限流电路隔离电路安全栅控制仪表及装置第一章模拟式控制器第一章模拟式控制器第一节控制器的运算规律和构成方式第二节基型控制器第三节特种控制器和附加单元模拟式控制器控制器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例

(P)、积分(I)

、微分(D)运算，并输出统一标准信号,去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。图1-1单回路控制系统方框图控制器对象变送器给定值偏差测量值被控变量扰动xs∆εxi∆y控制器的运算规律和组成方式控制器的运算规律是指控制器的输出信号和输入偏差之间随时间变化的规律。∆y∆ε一、概述∆ε＝ε∆ε对输入偏差而言，由于其初值为零，因此基本运算规律有比例（P）、积分（I）和微分（D）三种，各种控制器的运算规律均由这些基本运算规律组合而成。∆y∆y习惯上称ε>0为正偏差；ε<0为负偏差

ε>0时>0称控制器为正作用；

ε<0时<0为反作用二、PID控制器的运算规律

PID运算规律的表示形式1.理想PID控制器微分方程表示法传递函数表示法比例增益积分时间微分时间2.实际PID控制器F－控制器变量之间的相互干扰系数，可表示为－考虑相互干扰系数后的实际比例增益KPFTIFKIDFTKD－考虑相互干扰系数后的实际积分时间－考虑相互干扰系数后的实际微分时间－微分增益－积分增益具有比例控制规律的控制器称为P控制器，其输出信号

与输入偏差（当给定值不变时，偏差就是被控变量测量值的变化量）之间成比例关系。

P运算规律∆yε或在实际调节器中常用比例度（或称比例带）δ来表示比例作用的强弱。δ与Kp成反比。δ越小，Kp越大，比例作用就越强。比例度图1-2P控制器的阶跃响应特性P控制特性tε0t0y∆KPεP控制的特点：反应快，控制及时，但系统有余差。比例度与系统稳定性的关系:δ越小，系统控制越强，但并不是δ越小越好。δ减小将使系统稳定性变差，容易产生振荡。P控制器一般用于干扰较小，允许有余差的系统中。

PI运算规律具有比例积分控制规律的控制器称为PI控制器。对PID控制器而言，当微分时间TD＝0时，控制器呈PI控制特性。理想PI控制器的特性或积分作用能消除余差。只要有偏差存在，积分作用的输出就会随时间不断变化，直到偏差消除，控制器的输出才稳定下来。积分作用一般不单独使用，而是和比例作用组合起来构成PI控制器。由于积分输出是随时间积累而逐渐增大的，故控制作用缓慢，造成控制不及时，使系统稳定裕度下降。图1-3理想PI控制器的阶跃响应特性阶跃响应特性tε0t0∆yKPε∆y=∆yIP∆yPTI可表示为比例作用输出与积分作用输出之和。其中在阶跃偏差信号作用下，理想PI控制器的输出随时间变化的表达式为：比例作用输出积分作用输出当积分作用输出与比例作用输出相等时，即可得也就是说，积分作用的输出值变化到等于比例作用的输出值所经历的时间就是积分时间。积分时间TI的意义TI愈短，积分速度愈快，积分作用就愈强。积分时间TI的测定实际PI控制器的特性实际PI控制器的传递函数为：在阶跃偏差信号作用下，实际PI控制器的输出为：阶跃响应特性tε0t0∆yKPεKPεKI图1-4实际PI控制器的阶跃响应特性积分增益KI在阶跃偏差信号作用下，实际PI输出变化的最终值（假定偏差很小，输出值未达到控制器的输出限幅值）与初始值（即比例输出值）之比：当积分增益KI为无穷大时，可以证明实际PI控制器的输出就相当于理想输出。实际上，PI控制器的KI一般都比较大，可以认为实际PI控制器的特性是接近于理想PI控制器特性的。控制点偏差和控制精度当控制器的输出稳定在某一值时，测量值与给定值之间存在的偏差通常称为控制点偏差。当控制器的输出变化为满刻度时，控制点的偏差达最大，其值可以表示为：控制点最大偏差的相对变化值即为控制器的控制精度（∆）。考虑到控制器输入信号（偏差）和输出信号的变化范围是相等的，因此，控制精度可以表示为：控制精度是控制器的重要指标，表征控制器消除余差的能力。KI（或K

）愈大，控制精度愈高，控制器消除余差的能力也愈强。

PD运算规律理想PD控制器的特性或具有比例微分控制规律的控制器称为PD控制器。对PID控制器而言，当积分时间TI→∞时，控制器呈PD控制特性。微分作用是根据偏差变化速度进行控制的，有超前控制之称。在温度、成分等控制系统中，往往引入微分作用，以改善控制过程的动态特性。不过，在偏差恒定不变时，微分作用输出为零，故微分作用也不能单独使用。图1-5理想PD控制器的斜坡响应特性斜坡响应特性tε0t0∆yTD可表示为比例作用输出与微分作用输出之和。其中当偏差为等速上升的斜坡信号时，理想PD控制器为：比例作用输出微分作用输出ε=at∆y=KpTDaD∆y=KptPa达到相同的输出值时，微分作用比单纯比例作用提前的时间就是微分时间TD。实际PD控制器的特性实际PD控制器的传递函数为：在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出为：阶跃响应特性tε0t0∆y图1-4实际PD控制器的阶跃响应特性微分增益KDKD愈大，微分作用愈趋于理想。微分时间TD的测定在阶跃偏差信号作用下，实际PD输出变化的初始值与最终值（即比例输出值）之比：实际PD控制器的输出同样可看作是∆yP∆yD与之和。在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出从最大值下降了微分输出幅度的63.2%所经历的时间，就是微分时间常数TD/KD。此时间常数再乘上微分增益KD就是微分时间TD。

PID运算规律理想和实际PID控制器的传递函数分别为：当偏差为阶跃信号时，实际PID控制器的输出为：阶跃响应特性三、PID控制器的构成控制器对输入信号与给定信号的偏差进行PID运算，因此应包括偏差检测和PID运算两部分电路。偏差检测电路PID运算电路测量值偏差I0，U0给定值图1-8控制器构成示意图偏差检测电路通常称为输入电路。偏差信号一般采用电压形式，所以输入信号和给定信号在输入电路内都是以电压形式进行比较。输入电路同时还必须具备内外给定电路的切换开关，正、反作用切换开关和偏差指示（或输入、给定分别指示）等部分。PID运算电路是实现控制器运算规律的关键部分。PID运算电路的构成方式放大器K0PID反馈电路输出I0,U0偏差εUf，ε偏差εPDPI输出I0,U0测量值PDPI输出I0,U0给定值(a)

(b)

偏差εPDI输出I0,U0偏差εPID输出I0,U0P(d)(c)基型控制器对来自变送器的1～5V直流电压信号与给定值相比较后所产生的偏差进行

PID

运算，并输出4～20mA的控制信号。基型控制器有两个品种：全刻度指示控制器和偏差指示控制器。组成：由控制单元和指示单元组成。在基型控制器基础上增设附加电路可构成各种特种控制器，如抗积分饱和控制器、前馈控制器、输出跟踪控制器等，也可附加某些单元具有报警、限幅等功能。基型控制器一、概述测量信号指示线路测量信号指示线路输入电路PD电路PI电路输出电路硬手操电路软手操电路250Ω测量指示给定指示指示单元控制单元1～5V4～20mA1～5V内外UiUo1Uo2Uo3Is输出指示Us4～20mAIo图1-10基型控制器方框图图1-11输入电路原理图

输入电路是由IC1等组成的偏差差动电平移动电路。二、输入电路

作用：偏差检测、电平移动UiIC1R1R2R3R4R5UsR7R8R6Uo1输入电路采用偏差差动输入方式，为了消除集中供电引入的误差。电平移动的目的是使运放工作在允许的共模输入电压范围内。图1-12集中供电在普通差动运算电路中引入误差的原理图图1-13引入导线电阻压降后的输入电路原理图UiIC1R1R2R3R4R5UsR7R8R6Uo1UCM1UCM2UB取则有：电路分析：输出信号Uo1仅与测量信号Ui和给定信号Us的差值成正比，比例系数为-2，而与导线上的压Ucm1和Ucm2无关。IC1的输入端的电压UT，UF是在运算放大器共模输入电压的允许范围（2～22V）之内，所以电路能正常工作。把以零伏为基准的，变化范围为１～５V的输入信号，转换成以10V为基准的，变化范围为０～＋8V的偏差输出信号Uo1结论：三、PD电路

组成：无源比例微分网络＋比例运算放大器

作用：将输入电路输出的电压信号ΔUo1

进行PD运算图1-14PD电路在微分作用的情况下对于比例放大器有：在微分不加入的情况下IC2R1RDUT1/n(n-1)/nUo1＝／n通过向充电，稳态时UCD

＝(n-1)

Uo1

/n当微分接入时UT仍为Uo1

/n在切换瞬间UT保持不变，对输出没影响UTUo1Uo1R1CDＰＩ电路的等效电路图四、PI电路+积分饱和1）概念：具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的长时间作用下，其输出达到输出范围上限值或下限值之后，积分作用将继续进行，从而使控制器脱离正常状态，这种现象称为积分饱和。2）积分饱和的影响

3）解决办法：在输出达到限值时，去掉积分作用，或者在输出端另加一与偏差相反的信号，使积分作用输出不再继续增加。

tt等待时间U02U03五、PID电路传递函数-2图1-19控制器PID电路传递函数方框图1100=0.05%KpminKIminD

控制器的调节精度（在不考虑放大器的漂移、积分电容的漏电等因素时）为图1-20输出电路

六、输出电路作用：把PID电路输出的、以UB为基准的1~5v直流电压信号转换成4~20mA的电流信号线路分析七、手动操作电路作用：实现手动操作，有软手操和硬手操两种操作方式软手操电路两个作用：使电容CI两端电压恒等于U02使IC3处于保持工作状态软手操电路输出电压的变化量为：软手操电路输出电压满量程变化所需的时间：改变RM的大小，可进行快慢两种速度的软手操硬手操电路两个作用：使电容CI两端电压恒等于U02组成比例电路自动与手动操作的相互切换八、指示电路开关S处于测量位置时IC5接收Ui信号结论：开关S切换至标定位置时，IC5接受3V的标准电压信号，这时电流表应指示在50％的刻度上积分反馈型积分限幅控制器PI-P切换控制器偏差报警单元输出限幅单元特种控制器和附加单元一、积分反馈型积分限幅控制器二、PI-P切换控制器三、偏差报警单元四、输出限幅单元控制仪表及装置第二章变送器和转换器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/气转换器变送器和转换器变送器的构成构成原理测量部分C放大器K反馈部分F调零、零点迁移Zi

Zf

Z0

yxyxymaxxmaxxminymin0变送器的构成原理和输入输出特性量程调整、零点调整和零点迁移量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数。

量程调整（即满度调整）的目的是使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。方法：改变反馈部分反馈系数

改变测量部分转换系数零点调整使变送器测量起始点为零；零点迁移是把测量起始点由零迁移到某一数值。当测量起始点由零变为某一正值，称正迁移；而由零变为某一负值，称为负迁移。

零点调整和零点迁移都是使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=

0时，称为零点调整，在xmin≠

0时，称为零点迁移。实现方法：改变调零信号Z0

差压变送器用来将差压、流量、液位等被测参数转换为统一标准的信号，以实现对这些参数的显示、记录或自动控制。一、力平衡式差压变送器（一）概述测量部分杠杠系统位移检测放大器电磁反馈机构系统piFiFfI0变送器构成方框图（二）工作原理和结构1.工作原理Al1/l2tanl3MilfK2K1loKf+Mo△PiFiF1-MfFfIoSFo几点结论(1)在满足深度负反馈的条件下,输出电流Io与输入差压△Pi成正比。

(2)改变调零弹簧作用力Fo可调整变送器的零点。

(3)调整变送器的量程可通过改变tan和Kf来实现。

(4)零点和满度应反复调整。作用：把被测差压ΔP转换成作用于主杠杆下端的输入力Fi

A1=A2=AFi=A

(P1-P2)=AΔPi

Fi=A1P1-A2P2因:

故:2.结构测量部分杠杆系统

作用：进行力的传递和力矩比较。组成：主杠杆1、矢量机构2和副杠杠4，以及调零机构、零点迁移机构、静压调整和过载保护、平衡锤。①

主杠杆——将输入力Fi转换为作用于矢量机构上的力F1：②

矢量机构——将输入力F1转换为作用于副杠杆上的力F2

：改变tan，可改变差压变送器的量程：4－15，量程比为tan15/tan4=3.83③

副杠杆——进行力矩的比较

④调零和零点迁移机构⑤静压调整和过载保护装置、平衡锤平衡带拉条电磁反馈装置

作用：把变送器的输出电流I0转换成作用于副杠杆的电磁反馈力Ff

Ff=πBDcWI0

设

Kf

=πBDcW

改变反馈动圈的匝数，可以改变

Kf

的大小

则

Ff=KfI01-3短接、2-4短接：W=W1=725匝

1-2短接：

W

=

W1+W2=2175匝

可实现3:1的量程调整

W1=725匝，W2=1450匝（三）低频位移检测放大器

作用：把副杠杆上位移检测片（衔铁）的微小位移S转换成4~20mA的直流输出电流。由差动变压器、低频振荡器、整流滤波电路、功率放大器组成。构成方框图1.差动变压器B差动变压器原理图D上罐形磁芯下罐形磁芯AC检测片差动变压器的结构S2.低频振荡器D1、D2可以提供偏置电压，使三极管BG1正常工作。

两个二极管D1、D2就相当于一个稳压管。

R2起负反馈作用,从而稳定了BG1的工作点。振荡器电路低频振荡器的起振条件振荡频率：相位条件

－s</2时，

uCD

与

uAB

相位相同，则电路就形成正反馈。振幅条件－K

F

=1,选择合适的电路参数，可满足这一条件。1f0=LABC42振荡器的放大特性和反馈特性幅值可控工作点即：

S

FP点上移uAB

工作中，F随S的变化而变化。S较大时，F较小；（磁阻较大）S较小时，F较大。（磁阻较小）3.整流滤波电路整流滤波电路震荡器的输出电压uAB经二极管D4整流，通过电阻R8-9和电容C5滤波，得到平滑的直流电压信号，再送至功放级。4.功率放大器稳定工作点提高输入阻抗穿透电流旁路，改善温度特性采用复合管，目的一是提高电流放大倍数；二是电平配置其他元件作用R1、C1：相位校正作用，对高次谐波造成相移，破坏其振荡条件，防止高次谐波产生寄生振荡。R10：改变放大器灵敏度。高量程时，通过端子7、8将其接入，以降低灵敏度。R7：稳定振荡管输入电压。C3、C6：高频旁路电容，可减小交流分量。D9：防止电源反接。位移检测放大器总图及本安防爆措施见下：限能限流负载两线制（一）概述检测元件－差动电容感压膜片差动电容电容-电流转换电路放大和输出限制电路反馈电路调零、迁移信号＋－反馈信号构成原理－位移平衡式二、电容式差压变送器变送器构成方框图（二）测量部件

作用：测量部件结构结论：(1)相对变化值与被测差压成线性关系。

(2)与介电常数无关,可大大减小温度对变送器的影响。(3)

与有关。愈小，灵敏度越高。（三）转换放大电路作用：将差动电容的相对变化值，转换成标准的电流输出信号。此外，还要实现零点调整、正负迁移、量程调整、阻尼调整等功能。电路包括电容－电流转换电路及放大电路两部分转换放大部分电路原理方框图振荡器解调器稳压源调零及零点迁移功放和输出限制量程调整（负反馈）基准电压IC1IC3＋－E12～45VCi1Ci2RLI04～20mA共模信号－－＋差动信号振荡控制放大器前置放大器1.电容－电流转换电路振荡器

包括VT1、T1等，向Ci1和Ci2提供高频电源将差动电容的相对变化值成比例地转换为差动电流信号(电流变化值)。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。振荡器的输出幅值由控制放大器

IC1的输出电压决定。解调和振荡控制电路(包括解调器和振荡控制电路)Ii=I2

-

I1

=(

I2+

I1)

解调(即相敏整流)后输出两组电流信号：差动信号和共模信号，使后者保持不变，可得Ci2-Ci1Ci2+Ci1=K3Ci2-Ci1Ci2+Ci1线性调整电路(包括VD9、VD10、R22、R23、RP1等)检测元件中分布电容的存在，使差动电容的相对变化值减小，造成非线性误差，故设计了线形调整电路。电路通过提高振荡器输出电压幅度以增大解调器输出电流的方法，来补偿分布电容所产生的非线性误差。补偿电压大小取决于RP1的阻值。2.放大及输出限制电路将电流信号Ii

放大，并输出4~20mA的直流电流。放大电路(包括IC3、VT3、VT4等)IC3起前置放大作用，VT3、VT4组成复合管，将IC3的输出电压变换为变送器的输出电流。电阻R31、R33、R34和电位器Rp3组成反馈网络，输出电流Io经这一网络分流，得到反馈电流If，送至放大器的输入端，这深度负反馈保证了Ii和Io的线性关系。电位器Rp2用以调整输出零位。S为正负迁移调整开关，可实现变送器的正向或负向迁移。电位器Rp3用以调整变送器的量程。对电路的分析，可推得如下的输入、输出关系式：调零和调量程电路Io=K3K4Ci2-Ci1Ci2+Ci1+K4K5(

UA-

aUVZ1)

式中：K4=RiRf，K5=1Ri，、a为分压系数。输出限制电路(包括VT2、R18等)当输出电流超过允许值时，R18上压降变大，使VT2的集电极电位降低，从而使该管处于饱和状态，流过VT2(也即VT4)的电流受到限制(Io不超过30mA)。其它元件的作用R38、R39、C22和RP4构成阻尼电路，抑制变送器的输出波动，RP4用来调整阻尼时间。VZ2起稳压作用，还可防止电源反接时损坏器件。VD12在指示仪表未接同时，为输出电流提供通路,同时起反向保护作用。温度变送器四线制温度变送器的特点：在热电偶和热电阻温度变送器中，采用了线性化电路，实现了变送器输出信号与温度的线性关系。变送器输入、输出之间具有隔离变压器，并且采取了本安防爆措施。将来自热电偶或热电阻的温度信号转换为统一标准的信号(420mA直流电流或15V直流电压)，以实现对温度的显示、记录或自动控制。变送器有两线制和四线制之分，主要讨论四线制变送器。有三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度变送器。输入回路电压放大反馈回路直流-交流变换器功率放大整流滤波隔离输出U’ZU’fUi、Et-+UoIo量程单元放大单元温度变送器结构方框图（一）概述在线路结构上分为量程单元和放大单元，放大单元是通用的，而量程单元则随品种、测量范围的不同而异。（二）放大单元工作原理由IC1构成，要求采用低漂移、高增益的运算放大器。1.电压放大电路其作用是将量程单元输出的毫伏信号放大，输出直流电流Io和直流电压Uo信号。当温度变送器的最小量程Ui为3mV，温升t为30oC，要求附加误差小于等于0.3%时，通过计算可得失调电压的温漂系数：

2.功率放大电路由VT1、VT2、T0等组成。其作用是把

IC1

输出的电压信号转换成电流信号，再通过隔离变压器实现隔离输出。VT1、VT2起功放作用，由交流方波电压供电。在方波的前后半周期，二极管轮流导通，电流通过T0的两个绕组而产生交变磁通，在T0副边产生交变电流iL。3.隔离输出电路由整流二极管VD13~16、保护二极管VD17~18等组成。其作用是将功放输出的交流信号转换成直流信号,并实现隔离输出。7、8端接输出负载，为电流输出（4-20mA）5、6端为电压输出（1-5v）4.直流-交流-直流(DC/AC/DC)变换器由整流二极管VD3~8、变压器T1等组成。其作用是对仪表进行隔离式供电。先把24V直流电压转换成一定频率的的交流方波电压，再经过整流、滤波和稳压，提供直流电压。电路核心是直流-交流(DC/AC)变换器，一个磁耦合多谐振荡器。振荡频率可求得感应电势：ES=4WcBmST因此振荡频率为：f=4WcBmST(T为周期,S为磁芯截面积，Bm为磁感应强度)（三）直流毫伏变送器量程单元R109R110R140上K下量程单元由输入回路(左半部分)和反馈回路(右半部分)组成，将其与IC1联系起来画成下图。输入回路:

R101、R102及VZ101、VZ102分别起限流和限压作用，将其与IC1联系起来画成下图。R103、R104、R105及RP1组成零点调整和零点迁移电路，桥路基准电压UZ由集成稳压器提供。图中红笔部分为输入信号断路报警电路。按叠加原理，IC1同相输入端的电压UT为(见教材)UT=Ui+Uz’=Ui+Rcd+R103R103+RP1//R104+R105Uz(式中Rcd=RP11R104RP1+R104

Ui+R105Rcd+R103Uz=Ui+

Uz)从反馈回路可得IC1反相输入端的电压UF为UF=R106+R111+RP21R111+R114UzR115R115+R116U05+R106R107=1U0+Uz因UT

UF故U0=

[Ui+(-)Uz]结论：(1)改变值,即更换R103和调整RP1,可实现零迁和调零。

(2)改变值,即更换R114和调整RP2,可实现量程调整。

(3)零位和满度必须反复调整。

（四）热电偶温度变送器量程单元EtVs4Vs2Vs3Vs11.冷端温度补偿采用两个铜电阻，固定为50。当热电偶型号不同时，只需调整几个锰铜电阻或金属膜电阻。按叠加原理，可求得IC1同相端的电压UT为(见教材)UT=Ei+RCu1

RCu2R103+RCu1+RCu2)Uz1R105(R100+

从上式可知，冷端环境温度变化时，RCu1、RCu2的阻值也随之变化，从而补偿了由于环境温度升降引起的热电偶电势的变化。而且，补偿特性与热电偶的特性相似，故补偿精度高。热电偶温度变送器线性化原理方框图热电偶放大部分非线性反馈回路EtVz’+-ttttEtVoVo(Vo)tVf’Vf’2.线性化采取在反馈回路中置入与热电偶特性相一致的非线性电路的方法，如下图所示。用四段折线来模拟非线性运算电路，如下图。折线的段数及斜率大小由热电偶的特性来确定。表示直线的斜率。Va4Vf5Vf4Vf3Vf2Vf1Va3Va2Va10Va5VfVa1432非线性电路的实现Vs4Vs3Vs2Vs1在IC2的反馈回路中加入一些稳压管和基准电压，利用稳压管的击穿特性实现折线电路。Ir（五）热电偶温度变送器量程单元1.线性化线行化电路置于输入回路，采用正反馈的方法来达到线性化的目的，如下图所示。当Rt随温度而增加时，It将增大。而从上式可知，Rt的增加导致It的进一步加大，从而实现线性化。Ir2.引线电阻补偿Ir为消除引线电阻的影响，热电阻采用三导线接法，要求r1=r2=r3=r。由R23、R24、r2构成的支路为引线电阻补偿电路。

调整R24,使Ir=It,流过r3的两电流大小相等,方向相反，故r3上不产生压降。另电阻r1、r2上的压降Itr和Irr亦极性相反，从而消除了引线电阻影响。电/气转换器一、概述将电动仪表输出的420mA直流电流转换成可被气动仪表接受的

20100kPa

标准气压信号，以实现电动、气动仪表的联用。二、气动仪表的基本元件（一）气阻气阻与电阻相似，它可以改变气路中的气体流量。流过气阻的流体为层流状态时，气阻呈现为线性；而流体为紊流状态时，气阻呈现非线性。有恒气阻(毛细管、小孔等)与可调气阻(变气阻)。（二）气容气容与电容相似，它是具有一定容积的气室，是储能元件；有固定气容与弹性气容两种。固定气室的气容量为恒值。弹性气容在工作过程中容积发生变化，气容量也随之改变。（三）弹性元件用来产生力、储存机械能、缓冲振动，把力、差压等物理量转换为位移。弹性元件有不同形状的弹簧、波纹管、金属膜片和非金属膜片等。（四）喷嘴挡板机构把微小的位移转换成相应的压力信号，由恒节流孔与喷嘴挡板(变节流孔)组成。喷嘴挡板构成一个变气阻，气阻值决定于喷嘴挡板间的间隙，气源压力pS经恒节流孔进入节流气室，由喷嘴挡板的间隙排出，

改变时，喷嘴背压

pB

也改变。见下图。（五）功率放大器将喷嘴挡板的输出压力和流量放大，由壳体、膜片、锥阀、球阀、簧片、恒气阻等组成。当输入信号(喷嘴背压)pB增大时，金属膜片受力而产生向下的推力，使球阀开大，锥阀关小，输出压力随之增加。三、电/气转换器由电流-位移转换部分(动圈、磁钢、杠杆等)，位移-气压转换部分(喷嘴挡板、杠杆系统等)，气动功率放大器和反馈部件(正、负反馈波纹管)组成。输入电流进入动圈产生电磁力，带动杠杆转动，使挡板靠近喷嘴，背压升高，经功放后输出压力，再通过波纹管产生负反馈力，达到平衡。控制仪表及装置第三章运算器和执行器

第一节运算器一、乘除器二、开方器

第二节执行器一、电动执行机构二、气动执行机构三、阀门定位器四、调节机构五、执行器的选型运算器接受来自变送器或转换器的统一标准信号，可对一个或几个输入信号进行加、减、乘、除、开方、平方等多种运算，以实现各种算法，满足自动检测和控制系统的要求。本章介绍两种典型的运算器：乘除器和开方器第一节运算器（一）概述一、乘除器可对两个或三个1～5V的直流电压信号进行四种运算,结果以1～5V直流电压或4～20mA直流电流输出。乘除运算关系式为：U0

=N(Ui1–1)(Ui2+K2)Ui3+K3+

1式中：Ui1、Ui2、Ui3—

乘除器的输入信号；

U0

—

乘除器的输出信号；

N

—

运算系数；

K2、K3

—

可调偏置电压。另可实现乘后开方、乘法和除法三种运算。对于单向矩形脉冲（图3-1），其直流分量为：矩形脉冲周期矩形脉冲幅值矩形脉冲宽度直流分量UmTt0tpU图3-1单向矩形脉冲乘法运算的实现方法滤波取直流分量，完成乘法运算控制矩形脉冲的宽度（调宽）控制矩形脉冲的幅值（调高）调宽电路k1滤波电路调高电路k2x1sUDx2M图3-2简单乘法电路方框图

x2滤波电路调高电路k2调宽电路k1SUDM1放大器Kx3调高电路k3滤波电路xfM2－x1图3-3乘除器构成方框图乘除器的构成原理－负反馈x2滤波电路调高电路k2调宽电路k1SUDM1放大器Kx3调高电路k3滤波电路xfM2－x1输入电路1N1乘法电路1比较器比例放大电路N0输出电路输入电路2N2附加偏置电路1乘法电路2附加偏置电路2输入电路3N3Ui1Ui2Ui3Uo3+－UfSU22Uo2UoU11U31U21U23图3-4乘除器方框图自激振荡时间分割器U22＝U11U21/U31（二）工作原理U11UFUT+－IC1R3C1R1R2R4C2Ui1－+U’B=UB－0.5VUB=10V图3-5输入电路（三）线路分析输入电路UFUTR26R27Ui2++IC5U02UB1VR29C19R28R32VZ1R52R53C20R30**8765R31附加偏置电路13141516R36R33R34R35VBV21Vo2R55R54W6MNP*Vp2-C22+-IC6（a）原理电路自激振荡时间分割器（b）等效电路U11UfU22U21K1K3K4U31R9R6C12C5C7K2abcd+-IC2Q当U11≥Uf+h→Q为正→K1、K3通→K2、K4断→U31通过R6向C7充电→Uf增加→直至Uf>U11→IC2翻转→Q为负→K1、K3断→K2、K4通→C7通过R6放电→Uf降低→直至Uf<U11→Q又为正调整电位器RP1，可改变N0的大小，借此改变仪表量程。比例放大电路U22UF+－IC3U23R10R11R12RP1将U23转换成整流输出信号Uo和Io输出电路VT5874524vVD3R18R15R16R14C14R13U23UBUp=9vR17–41U+IC4开方器对1～5V直流电压信号进行开方运算,结果以1～5V直流电压或4～20mA直流电流输出，运算关系为：（一）概述二、开方器开方器在节流装置流量测量中的应用差压变送器节流装置开方器指示记录仪比例积算器控制器瞬时流量累计流量qPxy

开方运算的实现通过改变乘除器信号线的连接方式来实现开方运算或对乘除器线路作适当改进，也可采用折线逼近和应用霍尔元件等方法来实现。小信号切除2y=Kdydx=由可得xKx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。UiUo输入电路1N1乘法电路1K2比较器乘法电路2K3+－UfSU22U21比例放大电路N2小信号切除电路输出电路N0U23U23开方运算部分U11图3-13开方器方框图

（二）工作原理

振荡条件：U23U21（4.5V）U11自激振荡时间分割器的起振条件

实际的切除值可通过UL来调整小信号切除电路开方器的输入输出特性执行器的构成：

执行机构－产生推力或位移的装置。

调节机构－直接改变能量或物料输送量的装置，通常称为控制阀或调节阀。

执行器的分类：

气动、电动和液动第二节执行器一、电动执行机构电动执行机构有角行程和直行程两种，是以两相交流电机为动力的位置伺服机构，它将输入的直流电流信号线性地转换成位移量。（一）基本结构和工作原理伺服放大器位置发送器伺服电机操作器减速器阀位指示放大器执行机构4～20mAIiIfθ电动执行机构方框图0~90O（二）伺服放大器组成：信号隔离器、综合放大电路、触发电路、固态继电器等。信号隔离器采用光电隔离电路，实现信号隔离和电流—电压转换。综合放大和触发电路见图。作用是将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩，并且当伺服放大器没有输出时，电机又能可靠地制动。（三）执行机构组成：伺服电机、减速机构、位置发送器等。

伺服电机减速器把伺服电机高转速、小转矩的输出功率转换成执行机构输出轴的低转速、大力矩的输出功率，以推动调节机构。采用正齿轮和行星齿轮机构相结合的机械传动机构。i＝－(——)z1－摆轮的齿数z2

－内齿轮的齿数行星齿轮机构相结合的减速比：z2–z1

z1位置发送器作用：将输出轴0~90°的转角转换成4~20mADC直流电流，作为阀位信号和反馈信号。气气二、气动执行机构接受电/气转换器(或电/气阀门定位器)输出的气压信号，将其转换成相应的输出力和推杆直位移量，以推动调节动作。有薄膜式执行机构和活塞式执行机构：薄膜式：气压推动薄膜并带动连杆运动,结构简单,动作可靠，维修方便，价格较低，但输出行程小；活塞式：气压推动活塞并带动连杆运动，输出推力大，行程长，但价格较高，只用于特殊需要的场合。输入信号气体压力：0.02~0.1MPa输出连杆位移—行程，规格有：10，16，25，40，60，100mm气动薄膜式执行结构有正作用(信号压力增加时推杆向下动作，ZMA)和反作用(信号压力增加时推杆向上动作，ZMB)两种型式。结构结构见右图。当信号压力通过上膜盖1和波纹膜片2组成的气室时，在膜片上产生推力,使推杆5下移并压缩弹簧

6。当弹簧力与膜片推力相平衡时，推杆稳定在相应的位置上。膜片的有效面积有：200、280、400、630、1000、1600cm2等。静态特性在平衡状态时，气动薄膜式执行机构的力平衡方程式可表示如下：式中：P1CsAeL

=

L—推杆位移；

Ae—

膜片有效面积；P1—

输入压力；Cs—

弹簧刚度。输入输出特性见右图。存在非线性偏差和正反行程偏差。动态特性在动态情况下，输入信号管线存在阻力，管线和薄膜气室近似作为气容，故执行机构可看成一个阻容环节，薄膜气室压力P1与控制器输出压力P0关系为：RCS+11

=

=P1P0TS+11式中R、C分别为气阻、气容，T为时间常数。可得控制器输出压力P0与推杆位移L之间的关系为：(TS+1)CsAe

=

=LP0TS+1K式中T为执行机构的放大系数。三、阀门定位器阀门定位器与气动控制阀配套使用，它接受控制器的输出信号，成比例地输出压力至执行机构，推杆移动后的位移量反馈至定位器，构成一闭环系统。定位器控制器P0气源位置反馈P1阀门定位器示意图阀门定位器可增加执行器输出功率，减小信号传递滞后，加快阀杆位移速度，提高线性度，克服阀杆摩擦力，保证正确定位。电气阀门定位器具有电

/

气转换器和阀门定位器的双重作用，

它接受电动控制器输出的420电流信号，成比例地输出20100kPa(或40200kPa)气动信号至执行机构。组成转换组件：永久磁钢、线圈、杠杆、喷嘴、挡板及调零装置等。气路组件：气动放大器、气阻、压力表、手

-

自动切换阀。反馈组件：反馈弹簧、反馈拉杆、反馈压板等。接线盒组件：接线盒、端子板及电缆引线等。工作原理见下图应用场合推力大，可用于高差压、大口径、高压、高温、低温及介质中含有固体悬浮物或粘性流体的场合。动作速度快，可用于控制器与执行机构距离较远的场合。可用于需分程控制的场合，两台定位器由一个控制器操纵，每台定位器的工作由分程点决定。可改善控制阀的流量特性，通过改变反馈凸轮的几何形状，使定位器的输出特性发生变化，从而达到修正流量特性的目的。四、调节机构又称控制阀(或调节阀)，是一个局部阻力可变的节流元件。阀芯移动改变了阀芯与阀座间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，使被控介质流量相应改变。（一）控制阀结构由上阀盖、下阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等构成。为适应多种使用要求，阀芯和阀体有不同的结构，使用的材料也各不相同。阀的结构型式直通单座阀直通双座阀角形阀三通阀蝶阀套筒阀偏心旋转阀高压阀阀芯型式有直行程阀芯和角行程阀芯两类。直行程阀芯又分为：平板型、柱塞型、窗口型和多级阀芯。各种阀芯的型式见下图。角行程阀芯有偏心旋转型、蝶型和球型。见右。流体对阀芯作用形式：流开阀和流闭阀阀芯的安装形式：正装阀和反装阀（二）控制阀特性控制阀的流量方程：Q=式中Q

－体积流量，m3/hAξ

ρ2(P1–P2)P1、P2

－阀前后压力，100kPa

ρ－流体密度，g/cm3

A－阀接口流通面积，cm2

ξ

－阀阻力系数，与阀门结构、开度等有关=5.09Aξ

ρP在阀口径一定和P、ρ不变的情况下，流量Q仅随阻力系数ξ变化。流量系数上式可改写为：)(KV

ρPQ=KV=5.09AξKV称为流量系数，其大小反映了通过阀门的流量，即流通能力的大小。KV与流体性质、阀结构尺寸有关，根据KV值可确定阀门口径。采用国际单位制时，流量系数定义为：在阀全开，阀前后压差为100kPa，流体密度为1g/cm3(5400C的水)时，每小时通过阀门的流量数(m3)。流量系数的计算：将上式中P的单位取为kPa，可得不可压缩流体KV值的计算公式为：

ρ10QKV=P在计算流量系数时，应考虑不同流体的影响因素，例如液体的粘度、气体的压缩因数等。流体的流动状态也影响KV的大小，当阀前后压差达到某一临界值时的阻塞流状态，KV计算要引入压力恢复系数、临界压差比等。流量系数的见教材表3-1计算公式,也可参阅控制阀工程设计手册。控制阀的可调比控制阀所能控制的最大与最小流量之比。以R

表示。理想可调比控制阀前后压差不变时的可调比：

sQmaxR

=Qmin=KVmaxKVmin实际可调比(考虑阀前后压差变化时的可调比)串联管道时的可调比Rr

=R=RPminPmax

P

P1Q令S

=PminPmax并联管道时的可调比令阀全开时的流量与总管最大流量之比：x

Q1maxQmin则：Rr

=RR–

(R-1)x≈11–xQ1Q

P并联管道可调比特性串联管道可调比特性S

x

RrRr30

30

1.0

1.0

0

0

控制阀的流量特性指介质流过控制阀相对流量(与相对位移(Q1maxQmin)

之间的关系，即：lL)

Q1maxQmin=f(lL)

理想流量特性(阀前后压差不随阀的开度而变)直线特性：Q/Qmax=K(

l/L

)+C

对数特性：Q/Qmax=R

(l/L-1)

抛物线特性：Q/Qmax=

1/R[1+(–1)l/L

]2

快开特性：随着开度增大,流量很快达最大。

各种流量特性及其阀芯形状如图所示。1快开；2

直线；3

抛物线；4

修正抛物线；5

等百分比。工作流量特性(阀前后压差随阀的开度而变)串联管道时的工作流量特性Qmax表示管道阻力等于零时的阀全开流量。并联管道时的工作流量特性使理想流量特性发生畸变,串联管道尤为严重,放大大系数随开度增大而减小,并联管道总比原来小。

使控制阀可调比降低，并联管道尤为严重。

串联管道使总流量减少，并联管道则增加。结论（二）空化作用及其避免闪蒸与空化闪蒸是液体通过阀节流后，缩流处静压降至低于饱和蒸汽压时，部分液体汽化成气液两相共存的现象。当静压回升到饱和蒸汽压以上时，闪蒸形成的气泡破裂，重新转化为液体，其过程称为空化。空化的破坏作用：损坏材质、振动和噪音空化的避免阀前后压差不大于最大允许压差

Pc：

Pc

Kc(P1–P2)

P1、P2分别为阀入口压力和饱和蒸汽压,Kc为气蚀系数。四、执行器的选择包括结构型式、流量特性、阀门口径等的选择。（一）结构型式的选择执行机构的选择是根据能源、工艺条件、介质性质等来确定执行机构的规格品种。对于气动执行器，从工艺生产的安全考虑,

选择其作用方式是气开式或是气关式。按执行机构的正反作用和调节机构的正反安装方式，实现气动执行器的气开、气关时有四种组合方式。调节机构的选择是根据流体性质、流动状态、工艺条件和过程控制的要求，并兼顾经济性来确定合适的结构形式。（二）控制阀流量特性的选择从控制品质考虑在负荷变化的情况下，应使控制系统总的放大系数不变。例如对于放大系数随负荷增大而减小的对象，选用放大系数随负荷增大而变大的等百分比特性阀门，使系统总放大系数不变。从工艺配管情况选择相应的控制阀，见下表。配管情况阀的工作特性阀的理想特性S

=

0.6~1S

=

0.3~0.6直线直线抛物线抛物线等百分比等百分比直线抛物线等百分比等百分比直线等百分比从负荷变化情况考虑在负荷变化小时可用直线特性阀，负荷变化幅度大的场合使用等百分比特性阀。（三）控制阀口径的选择1.确定计算流量根据生产能力、设备负荷等来确定

Qmax和Qmin

。2.确定计算差压按选定的S值来确定计算差压。3.计算流量系数按计算流量和计算差压求取KVmax。

4.选择流量系数在所选产品型号的标准系列中选取大于KVmax且与其最接近的那一挡KV值。5.验算控制阀开度和可调比6.确定控制阀口径根据KV值决定控制阀的公称直径和阀座直径。控制仪表及装置第四章可编程调节器

第一节概述>可编程调节器的特点>基本构成可编程调节器

第二节KMM可编程调节器>组成>功能>编程方法和仪表投入>应用举例第一节概述>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。>

基本构成硬件系统

多路开关采样保持输入缓冲模拟量输入开关量输入A/D输入接口微处理器输出接口存储器键盘显示接口D/A多路开关输出保持V/I输出缓冲键盘显示器通信接口发送接收模拟量输出开关量输出通信主机电路

由微处理器(CPU)、存储器(ROM、EPROM、RAM)、定时/计数器(CTC)以及输入输出接口(I/O)等组成,完成数据传递、信息与程序存储、定时计数、并行输入输出和异步或同步串行通信的功能。数字仪表现常采用单片微机或专用集成电路作为主机电路。单片微机包括了CPU、ROM、RAM、CTC和I/O接口等,与多芯片组成的主机电路相比，具有体积小、连线少、可靠性高、价格便宜的优点。模拟量输入输出通道模拟量输入通道包括多路模拟开关、采样/保持器(S/H)和

A/D转换器等，完成模数转换功能。

有多种类型的A/D，性能各异，位数有二进制8、10、12、16、20、24位及二-十进制31/2

、41/2位。模拟量输出通道包括D/A转换器、多路模拟开关、输出保持电路和V/I转换器

等,完成数模转换和电压/电流转换功能。常采用电流型D/A芯片，有8、10、12、16位等几种，D/A输出端尚需加接运算放大器。开关量输入输出通道

触点开关、无触点开关或逻辑器件的开关量信号，通过输入缓冲电路或直接由输入接口送至主机电路，经处理后通过输出锁存器输出至开关器件。人机联系部件

包括测量值、给定值显示器，输出电流显示器,运行状态(串级/自动/手动)切换按钮，给定值增减按钮,另有一些状态显示灯和设置、指示各种变量的键盘、显示器。显示器常使用动圈指示表、LED、LCD等器件。通信部件

包括通信接口和发送、接收电路等。通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，由发送电路送至通信线路上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被主机接受的数据。通信接口有并行和串行两种。可编程调节器大多采用串行传送方式，一次传送一位，连续传送，其特点是所用电缆少，成