1、自動(dòng)化儀表概述,自動(dòng)化儀表概述,一、過程控制儀表與控制系統(tǒng) 二、過程控制儀表的發(fā)展概況 三、過程控制儀表的分類及特點(diǎn),一、過程控制儀表與控制系統(tǒng),自動(dòng)控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱為過程控制儀表或裝置），使被控對(duì)象的工作狀態(tài)或參數(shù)（壓力、物位、流量、溫度、PH值等）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。,回顧: 什么是自動(dòng)控制?,例:一貯罐液位控制系統(tǒng)。 要求貯罐液位保持一定，以滿足生產(chǎn)需要； 圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成了一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。,分析: 貯罐液位由液位變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到控制器，與給定值相比較，控制器按比較得到的偏差，以一定的控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)

2、，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，通過改變貯罐液體出料的流量，從而使貯罐液位保持在與給定值基本相等的數(shù)值上。,控制器,被控對(duì)象,變送器,z,x,e = x-z,-,p,q,y,干擾,溫度（壓力、液位、流量）變送器、在線成分分析儀 （通常輸出：420mA、15V等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）液位開關(guān)、料位開關(guān)、接近開關(guān) (通常輸出on/off信號(hào))傳感器（Pt100、熱電偶）,通常安裝 于控制室,通常安裝 于 現(xiàn)場(chǎng),顯示 儀表,四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、檢測(cè)儀表、控制器、執(zhí)行器（顯示儀表根據(jù)需要可選）,閥門：調(diào)節(jié)閥、電磁閥、氣動(dòng)蝶閥 泵：開關(guān)泵、變頻泵,控制閥,過程控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的平臺(tái),而過程控制儀表與裝置是過程控

3、制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。,一、過程控制儀表與控制系統(tǒng),關(guān)系：,二、過程控制儀表的發(fā)展概況,50年代60年代70年代80年代 90年代21世紀(jì)至今 QDZQDZ QDZ DDZDDZ DDZ 數(shù)字式（智能式）控制儀表 DCS系統(tǒng) （PLC）現(xiàn)場(chǎng)總線以太網(wǎng),三、過程控制儀表的分類及特點(diǎn),（一）按能源形式分： 1.氣動(dòng)控制儀表 2.電動(dòng)控制儀表 3.液動(dòng)控制儀表 （二）結(jié)構(gòu)形式分： 1.基地式控制儀表 2.單元組合式控制儀表 3.組裝式綜合控制裝置 4.數(shù)字化控制儀表 5.集散控制系統(tǒng) 6.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。 （三）按信號(hào)形式分： 1.模擬控制儀表 2.數(shù)字控制儀表,（一）按能源形式分：,電動(dòng)

4、控制儀表的特點(diǎn)： 信號(hào)傳送速度快、傳送距離遠(yuǎn)、易于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。,氣動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。,（二）結(jié)構(gòu)形式分：,1.基地式控制儀表 以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機(jī)構(gòu)。,2.單元組合控制儀表 電動(dòng)單元組合儀表： DDZ型 ；DDZ型 ；DDZ型 電源：220V AC ；24V DC ； 電信號(hào)：電流010mA DC ； 420mA DC； Vo：15V DC 氣動(dòng)單元組合儀表：氣源：140 kPa； 氣信號(hào)：20100 kPa,3. 組裝式控制儀表 一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。工程實(shí)際中已很少使用。,4 .數(shù)字控制儀表 以數(shù)字計(jì)算機(jī)為核心

5、的數(shù)字控制儀表。其外形結(jié)構(gòu)、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征，但其運(yùn)算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成各種運(yùn)算處理和復(fù)雜控制?？珊陀?jì)算機(jī)配合使用，以構(gòu)成不同規(guī)模的分級(jí)控制系統(tǒng)。,5.集散型控制系統(tǒng) 將集中一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成的任務(wù)分派給各個(gè)微型過程控制計(jì)算機(jī)，再配上數(shù)字總線以及上一級(jí)過程控制計(jì)算機(jī)，組成各種各樣的、能適應(yīng)于不同過程的積木式分級(jí)分布計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了“控制分散”或“危險(xiǎn)分散”，管理高度集中。,6.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級(jí)、管理級(jí)聯(lián)系起來成為全分布式的新

6、型控制網(wǎng)絡(luò)。,（三）按信號(hào)類型分：,模擬式控制儀表 傳輸信號(hào)通常為連續(xù)變化的模擬量。這類儀表線路較簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格較低使用上均有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。,數(shù)字式控制儀表 傳輸信號(hào)通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這些儀表和裝置是以微型計(jì)算機(jī)為核心，其功能完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難以解決的問題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的高質(zhì)量控制要求。,壓力 變送器,壓力 變送器,常用的控制儀表及裝置,測(cè)量膜合,差壓 變送器,雙法蘭差壓送器,無紙 記錄儀,測(cè)量精確值,Better Control 可編程 調(diào)節(jié)器,輸出精確值,輸出百分值,測(cè)量百分值,氣動(dòng)閥門定位器,氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),直通單、雙座控制閥,直通單、雙座

7、控制閥,閘閥,球閥,三通閥,蝶閥,角閥,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程,傳統(tǒng)DCS PLC_Based DCS IPC_Based DCS, 直接數(shù)字量控制,本質(zhì) 用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代一組模擬調(diào)節(jié)器，構(gòu)成閉環(huán)控制回路，用數(shù)字控制技術(shù)簡(jiǎn)單地取代模擬控制技術(shù)。,起始于50年代末期，開辟了一個(gè)轟轟烈烈的計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用時(shí)代,優(yōu)點(diǎn) 計(jì)算靈活，精度高，PID控制規(guī)律，分時(shí)處理多個(gè)控制回路 此外，DDC也很快發(fā)展到PID以外的多種復(fù)雜控制。,問題 價(jià)格昂貴，運(yùn)算速度不高,集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),初衷：由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)體積龐大，價(jià)格非常昂貴，為了使計(jì)算機(jī)控制能與常規(guī)儀表控制相競(jìng)爭(zhēng)，企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制盡可能多的控制回路

8、。,優(yōu)越性： 從表面上看信息集中，集中型計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)各種更復(fù)雜控制功能；便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制和優(yōu)化生產(chǎn)。,問 題：由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負(fù)荷過載，控制集中直接導(dǎo)致危險(xiǎn)集中，高度集中使系統(tǒng)變得十分“脆弱”。, 集散控制系統(tǒng) DCS,出發(fā)點(diǎn)（2個(gè)方面）： (1)不能采取控制回路高度集中的設(shè)計(jì)思想，需要把控制功能分散到若干個(gè)控制站實(shí)現(xiàn)，以提高系統(tǒng)的可靠性； (2)考慮到整個(gè)生產(chǎn)過程的整體性，各個(gè)控制系統(tǒng)（回路）的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)服從工業(yè)生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)。,根本特征:控制的分散性和管理的集中性,控制層網(wǎng)絡(luò),管理層網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層,DCS的物理層次示意,現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）,定義,是連接智能現(xiàn)場(chǎng)裝置和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。,支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊,雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復(fù)進(jìn)行A/D、D/A的轉(zhuǎn)換,把控制任務(wù)下移到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制一體化 全分散,本質(zhì),特點(diǎn),評(píng)價(jià),已成為全世界范圍自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) 涉及整個(gè)自動(dòng)化和儀表的工業(yè)“革命”,FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展特征,隨著局域網(wǎng)、Internet、IT技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化發(fā)展成為一種趨勢(shì),現(xiàn)場(chǎng)總線式變送器,現(xiàn)場(chǎng)總線式閥門定位器,安全防爆,工業(yè)以太網(wǎng),安