1、儀表自動(dòng)化理論,制作人: 楊 陽(yáng),目 錄,一、概述,二、儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,三、儀表工位號(hào)、字母含義,四、儀表控制系統(tǒng)-單回控制,五、復(fù)雜控制系統(tǒng)-串級(jí)控制,六、DCS-集散控制系統(tǒng),返回目錄,第一章 概 述,自動(dòng)化儀表作為一類專門(mén)的儀表，最早出現(xiàn)于本世紀(jì)40年代初，當(dāng)時(shí)由于石油、化工、電力等工業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要，出現(xiàn)了將測(cè)量、記錄、調(diào)節(jié)儀表。 自動(dòng)化儀表根據(jù)能源的種類，還可以分為電動(dòng)、氣動(dòng)等儀表。其中氣動(dòng)儀表的出現(xiàn)比電動(dòng)儀表早，而且價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別對(duì)石油化工等易燃易爆的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，具有本質(zhì)性的安全防爆性能，因而在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，一直處于優(yōu)勢(shì)地位。但

2、從60年代起，由于電動(dòng)儀表的晶體管化和集成電路化，控制功能日益完備，在使用低電壓、小電流時(shí)，可在電路上及結(jié)構(gòu)上采取嚴(yán)密措施，限制進(jìn)入易燃易爆場(chǎng)所的能量，從而保證在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)發(fā)生足以引起燃燒或爆炸的“危險(xiǎn)火花”。這樣，限制電動(dòng)儀表使用的一個(gè)主要障礙被掃除，電信號(hào)比氣壓信號(hào)在傳送和處理上的優(yōu)越性就能得到充分的發(fā)揮。大家知道，氣壓信號(hào)傳遞速度慢，傳輸距離短，管線安裝不便。相比之下，電信號(hào)傳輸、放大、變換、測(cè)量都比氣壓信號(hào)方便得多，特別是電動(dòng)儀表容易和電子巡回檢測(cè)裝置和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全盤(pán)自動(dòng)化。因此，近年來(lái)電動(dòng)儀表取得了顯著的優(yōu)勢(shì)。 目前我國(guó)電動(dòng)儀表中并存著兩種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制度，

3、在DDZ-和DDZ-型儀表中采用010毫安直流電流作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，而在DDZ-型儀表中，采用目前國(guó)際上統(tǒng)一的420毫安直流電流作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。從安全防爆、減少損耗、節(jié)省能量考慮，信號(hào)電流的滿度值都希望選小一些。但太小也有困難，起點(diǎn)電流太小將會(huì)給兩線制儀表帶來(lái)困難，因?yàn)樗鼘⒁蠼档驼麄€(gè)儀表在零信號(hào)時(shí)消耗的總電流。而在目前的元器件水平下，起點(diǎn)電流比4mA再小有時(shí)將發(fā)生困難。因此，目前國(guó)際上采用420mA作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。有利于識(shí)別儀表斷電、斷線等故障，且為現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)兩線制提供了可能。,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,1、檢測(cè)與過(guò)程控制儀表（通常稱自動(dòng)化儀表）分

4、類方法很多很多： 根據(jù)能源分：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、核能等 根據(jù)組合：基地式、單元式、綜合控制 根據(jù)安裝：現(xiàn)場(chǎng)、盤(pán)裝、架裝 根據(jù)是否可引入計(jì)算機(jī)：智能、非智能 根據(jù)儀表信號(hào)形式：模擬儀表、數(shù)字儀表 最通用的分類是按儀表在測(cè)量與控制系統(tǒng)中的作用進(jìn)行劃分： 檢測(cè)儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行器,見(jiàn)表,返回目錄,表1儀表分類表,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,第一節(jié)溫度儀表分類 溫度參數(shù)是不能直接測(cè)量的，一般只能根據(jù)物質(zhì)的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量，溫度測(cè)量的基本原理是與這些特性值的選擇密切相關(guān)的。 工業(yè)上測(cè)溫的基本原理有： 應(yīng)用熱膨

5、脹原理測(cè)溫 應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測(cè)溫 應(yīng)用熱阻效應(yīng)測(cè)溫 應(yīng)用熱電效應(yīng)測(cè)溫 應(yīng)用熱輻射原理測(cè)溫,按工作原理分： 有膨脹式、 熱電阻、熱電偶以及輻射等。 按測(cè)量方式分： 有接觸式和非接觸式兩類。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,1、原理 熱電偶溫度計(jì)是基于熱電效應(yīng)這一原理測(cè)量溫度的； 它的測(cè)溫范圍很廣，可測(cè)量-200160O范圍內(nèi)在在特殊情況下，可測(cè)至2800 的高溫。,第二節(jié)熱電偶,將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成如圖所示的閉合回路，如果兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同（TT0),則在回路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為賽貝克熱電效應(yīng)。圖中閉合回路稱之為熱電偶。導(dǎo)體A

6、和B稱之為熱電偶的熱電絲或熱偶絲。熱電偶兩個(gè)接點(diǎn)中，置于溫度為t的被測(cè)對(duì)象中的接點(diǎn)稱為測(cè)量端，又稱工作端，溫度為參考溫度t0的另一端稱之為參考端，又稱自由端或冷端。,2、特點(diǎn) 測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣，構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，不受大小和形狀的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)方便。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,3、熱電偶的類形,8種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶： S ：鉑銠10-鉑 201300 B ：鉑銠90-鉑銠6 3001600 K ：鎳鉻-鎳硅 -501000 J ：鐵-康銅 -40750 R ：鉑銠13-鉑 -01600 E ：鎳鉻-康銅 -40 1000 T ：銅-

7、康銅 -40 350 ,4、各種熱電偶的分度表均是在參考端即溫度t0為0 的條件下得到的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系，因此，熱電偶測(cè)溫時(shí)，冷端溫度必須為0 ，否則將產(chǎn)生測(cè)量誤差。而在工業(yè)上使用時(shí)，要使冷端溫度保持在0 是比較困難的，所以，必須根據(jù)不同的使用條件和要求的測(cè)量精度，對(duì)熱電偶冷端溫度采用一些不同的處理辦法，常用的方法有如下幾種： 補(bǔ)償導(dǎo)線延伸法 冰點(diǎn)法 計(jì)算修正法 儀表零點(diǎn)校正法 補(bǔ)償電橋法,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,5、補(bǔ)償導(dǎo)線延伸法 熱電偶做得很長(zhǎng)，使冷端延長(zhǎng)到溫度比較穩(wěn)定的地方。由于熱電偶本身不便于敷設(shè)，對(duì)于貴金屬熱電偶也很不經(jīng)濟(jì)，因此，采用一種

8、專用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來(lái)，而這種導(dǎo)線也是由兩種不同金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（100 以下）與所連接的熱電偶具有相同或十分相近的熱電特性，其材料也是廉價(jià)金屬，將這種導(dǎo)線稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。 注意：無(wú)論是補(bǔ)償型還是延伸型，補(bǔ)償導(dǎo)線本身并不能補(bǔ)償熱電偶冷端溫度的變化，只是起到熱電偶冷端延伸作用，改變冷位置。在規(guī)定的范圍內(nèi)，由于補(bǔ)償導(dǎo)線熱電特性不可能與熱電偶完全相同，因而仍存在一定的誤差。,返回目錄,6、計(jì)算修正法 當(dāng)熱電偶冷溫度不是0 而是t0時(shí)，測(cè)得的熱電偶回路中的熱電勢(shì)為E(t, t0)?？刹捎谜竭M(jìn)行修正： E(t, 0)= E(t, t0)+ E(t0, 0) 只適用于實(shí)驗(yàn)室或臨時(shí)性測(cè)

9、溫的情況，而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的連續(xù)測(cè)量顯然是不實(shí)用的,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,7、常見(jiàn)故障原因及處理,返回目錄,返回目錄,第二節(jié) 熱電阻,1、測(cè)溫原理： 熱電阻溫度計(jì)是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與溫度成一定函數(shù)關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。,2、熱電阻材料,目前，使用的金屬熱電阻材料有銅、鉑、鎳、鐵等，其中因鐵、鎳提純比較困難，其電阻與溫度的關(guān)系線性較差，純鉑絲的各種性能最好，純銅絲在低溫下性能也好，所以實(shí)際應(yīng)用最廣的是銅、鉑兩種材料，并已列入了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。 鉑電阻（PT100） -200850 銅電阻

10、（Cu50、Cu100） -50150 鎳電阻（Ni100） -60180,熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑電阻的測(cè)量精度是最高的，可作為基準(zhǔn)儀器。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,3、常見(jiàn)故障原因及處理,返回目錄,第三節(jié) 壓力測(cè)量,1、基本概念,在物理概念中，壓力是垂直作用在單位面積上的力。是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在壓力測(cè)量中，常有絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓力和真空度之分。所謂絕對(duì)壓力是指被測(cè)介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號(hào)Pj

11、表示。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用Pq來(lái)表示。絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，有Pb來(lái)表示。即Pb=Pj-Pq。當(dāng)絕對(duì)壓力值小于大氣壓力值時(shí)，表壓力為負(fù)值（即負(fù)壓力），此負(fù)壓力值的絕對(duì)值，稱為真空度，用Pz來(lái)表示。,P表,P真,P絕,P絕,絕對(duì)壓力的零線,大氣壓力線,絕對(duì)壓力、表壓、（真空度）的關(guān)系,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,2、壓力測(cè)量原理,按測(cè)量原理分為兩種： 根據(jù)壓力的定義直接測(cè)量單位面積上受力的大小。 例：液柱式、彈性式 應(yīng)用壓力作用于物體后所產(chǎn)生的各種物理效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力。 例：電阻式：它是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電

12、阻體，其阻值隨壓力的變化而變化。 壓電效應(yīng)：當(dāng)晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在其相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷的現(xiàn)象。,3、壓力測(cè)量?jī)x表的分類,壓力測(cè)量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等。,彈性式壓力計(jì),將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移。 類型：彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)及膜式壓力計(jì)等。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、價(jià)格低廉，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,電氣式壓力計(jì),通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）。 結(jié)構(gòu)分類：各種壓力傳感器和壓力變送器。 例：電容式壓力變送器 它是

13、由檢測(cè)和變送兩個(gè)環(huán)節(jié)組成。檢測(cè)環(huán)節(jié)感受被測(cè)壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化 。變送環(huán)節(jié)則將電容變化量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)420mA DC輸出。,測(cè)壓點(diǎn)的選擇 被測(cè)介質(zhì)直管段 測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)：取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直。 測(cè)液體壓力：取壓點(diǎn)在管道下部 測(cè)氣體壓力：取壓點(diǎn)在管道上部,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,4、常見(jiàn)故障原因及處理,返回目錄,第四節(jié) 流量?jī)x表,1、基本概念 流量是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量。流量可用體積流量和質(zhì)量流量來(lái)表示。 體積流量：流體量以體積表示時(shí)稱為體積流量。 qv=uA

14、 質(zhì)量流量：流體量以質(zhì)量表示時(shí)稱為質(zhì)量流量。 qm=qv=uA 2、分類 工業(yè)上常用的流量?jī)x表可分為兩大類 （1）速度式流量計(jì)：以測(cè)量流體在管道中的流速作為測(cè)量依據(jù)來(lái)計(jì)算的儀表。 （2）容積式流量計(jì)：它以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)。,流量測(cè)量?jī)x表還可以有以下的分類,節(jié)流式流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 電磁流量計(jì) 容積式流量計(jì) 流體振動(dòng)式流量計(jì) 超聲波流量計(jì) 質(zhì)量流量計(jì),第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,差壓式流量計(jì),節(jié)流裝置與差壓變送器配套測(cè)量流體的流量，是目前使用最廣的一種流量測(cè)量?jī)x表。在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)能和位能，在一定條件下這兩種能

15、量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的。節(jié)流元件測(cè)量流量就是利用這個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在節(jié)流裝置中，應(yīng)用最多的是孔板、噴嘴、文丘利管等。 根據(jù)能量守恒定律及流體連續(xù)原理，節(jié)流裝置的流量公式可以寫(xiě)成： Q=kP,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,轉(zhuǎn)子流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)又稱面積式流量計(jì)或恒壓降式流量計(jì)，也是以液體流動(dòng)時(shí)的節(jié)流原理為基礎(chǔ)的一種流量測(cè)量?jī)x表。其特點(diǎn)是可以測(cè)量多種介質(zhì)的流量，壓力損失小而且穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏，量程較寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用維護(hù)方便。但轉(zhuǎn)子流量計(jì)的精度受測(cè)量介質(zhì)的溫度、密度和粘度的影響，而且儀表必須垂直安裝。,原理：轉(zhuǎn)子流量計(jì)是由一

16、段向上擴(kuò)大的圓錐形管子和密度大于被測(cè)介質(zhì)密度，且能隨被測(cè)介質(zhì)流量大小上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成的。當(dāng)液體自下而上流過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)子因受到液體沖擊而向上運(yùn)動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)子的上移，轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)形流通面積增大，液體流速減低，沖擊作用減弱，直到液體作用在轉(zhuǎn)子上向上的推力與轉(zhuǎn)子在流體中的重力相平衡。此時(shí)，轉(zhuǎn)子停留在錐管中某一高度上。如果液體流量再增大，則平衡時(shí)轉(zhuǎn)子所處的位置更高；反之則相反。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)子懸浮的高低就可測(cè)知液體流量的大小。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,3、常見(jiàn)故障原因及處理,返回目錄,第五

17、節(jié) 物位儀表 1、概念 生產(chǎn)過(guò)程中罐、塔、槽等容器中存放的液體表面位置稱為液位。把料斗、堆場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)等儲(chǔ)存的固體塊、顆粒、粉料等的堆積高度和表面位置稱為料位；兩種互一相溶的物質(zhì)的界面位置稱為界位。液位、料位以及界位總稱為物位。用來(lái)測(cè)量物位的儀表稱為物位儀表。 2、分類 物位測(cè)量?jī)x表的種類很多，按液位、料位和界位來(lái)可分： （1）液位儀表：浮力式（浮筒、浮球、浮標(biāo)、沉筒）、靜壓式（壓力式、差壓式）、電容式、電感式、電阻式、超聲波式、微波式等。 （2）界位儀表：浮力式、差壓式、電極式、超聲波式等。 （3）料位儀表：重錘探測(cè)式、音叉式、超聲波式、激光式、放射性式等。 3、浮力式液位計(jì) 浮力式液位計(jì)有兩種。

18、一種是維持浮力不變的液位計(jì)，稱為恒浮力式液位計(jì)，如浮球、浮標(biāo)式液位計(jì)等。另一種是在檢測(cè)過(guò)程中浮力是發(fā)生變化的，稱為變浮力式液位計(jì)，如沉筒式液位計(jì)等。 （1）恒浮力式液位計(jì) 恒浮力式液位計(jì)是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為定值，并使浮子始終漂浮在液面上，并隨液面的變化而變化的原理來(lái)測(cè)量液位的。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,（2）變浮力式液位計(jì) 變浮力式液位計(jì)的檢測(cè)元件是沉浸在液體事的浮筒。它隨液位變化而產(chǎn)生浮力的變化，去推動(dòng)氣動(dòng)或電動(dòng)元件，發(fā)出信號(hào)給顯示儀表，以指示被測(cè)液面的值。,圖示為位移平衡浮筒式液位變送原理圖。當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，浮筒1（又稱沉

19、筒）本身的重力與所受的浮力的不平衡力，經(jīng)杠桿2傳至扭力管3，而扭力管產(chǎn)生轉(zhuǎn)角彈性變形，由心軸4傳出，經(jīng)推板5傳到霍爾片6，轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，經(jīng)功率放大后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，以遠(yuǎn)傳給顯示儀表指示。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,（3）差壓式液位計(jì) 差壓式液位是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。,圖為差壓式液位計(jì)測(cè)量原理圖。當(dāng)差壓計(jì)一端接液相，另一端接氣相時(shí)，根據(jù)液體靜力學(xué)原理，有： Pb=Pa+gH 式中 H-液位高度 -被測(cè)介質(zhì)密度 g-被測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?所以有：P=Pb-Pa=gH 在一般情況下，被測(cè)介質(zhì)的密

20、度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計(jì)測(cè)得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測(cè)量液位高度的問(wèn)題變成了測(cè)量差壓的問(wèn)題。,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,(4)翻板液位計(jì) 翻板液位計(jì)的翻板是由導(dǎo)磁的薄鐵皮制成。垂直排列，并各自能繞框架上的小軸翻轉(zhuǎn)（如圖）。翻板一面涂紅漆，另一面涂銀灰色漆。工作時(shí)，液位計(jì)的連通管經(jīng)法蘭與容器相連通，構(gòu)成一連通器。連通器中間有浮標(biāo)，它隨液位的變化而變化。浮標(biāo)中間有一磁鋼，其位置正好與液面一致。當(dāng)液位上升時(shí)，磁鋼將吸引翻板，并將它們逐個(gè)翻轉(zhuǎn)，使紅的一面在外邊；下降時(shí)，又將它們翻過(guò)來(lái)，使銀灰的一面在外邊。即以顏色表示液位高低，十

21、分醒目。,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,4、常見(jiàn)故障原因及處理,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,第六節(jié) 執(zhí)行器 1、概含 執(zhí)行器常稱為調(diào)節(jié)閥，它由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)部分，它按控制信號(hào)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，通過(guò)閥桿使調(diào)節(jié)閥閥蕊產(chǎn)生相應(yīng)的位移。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下，改變閥蕊與閥座間的流通面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。,2、分類 執(zhí)行器按其能源形式分氣動(dòng)、電

22、動(dòng)、液動(dòng)三大類。 氣動(dòng)執(zhí)行器按其執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式分薄膜式、活塞式和長(zhǎng)行程式。 電動(dòng)和液動(dòng)執(zhí)行器按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式分為直行程和角行程兩類。 目前在石化工業(yè)中普遍采用氣動(dòng)執(zhí)行器。,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,3、執(zhí)行機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接受0.020.1MPa氣動(dòng)信號(hào)。它正作用和反作用兩種形式，當(dāng)信號(hào)壓力增加時(shí)推桿向下移動(dòng)的叫正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號(hào)壓力增加時(shí)推桿向上移動(dòng)的叫反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,氣動(dòng)薄膜（有彈簧）的薄膜的有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力和位移也越大。 氣動(dòng)活塞式（無(wú)彈簧）執(zhí)行機(jī)構(gòu)隨氣缸兩側(cè)壓差而移動(dòng)。因?yàn)闆](méi)有反力彈簧抵消

23、推力，所以有很大的輸出推力，適用于高靜壓、高差壓的工藝場(chǎng)合。,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,4、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱閥。種類很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)、用途來(lái)分，其基本形式是直通單座閥、直通雙座閥、蝶閥、三通閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、套筒閥、角形閥等。,（1）直通單座閥：閥體內(nèi)只有一個(gè)閥蕊和閥座，閥桿帶動(dòng)閥蕊上下移動(dòng)來(lái)改變閥蕊與閥座之間的相對(duì)位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點(diǎn)是泄漏量小。,（2）直通雙座閥：閥體內(nèi)只有兩個(gè)閥蕊和閥座，閥桿帶動(dòng)閥蕊上下移動(dòng)來(lái)改變閥蕊與閥座之間的相對(duì)位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點(diǎn)是適用壓差比同口徑單座閥大。,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)

24、、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,（3）蝶閥：又稱翻板閥，由于閥板在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度不同，使閥的流通面積不同，從而調(diào)節(jié)流體流量。其主要優(yōu)點(diǎn)是適用于大口徑、大流量和濃稠漿液及懸浮粒的場(chǎng)合。,（4）偏心旋轉(zhuǎn)閥：又稱凸輪撓曲閥，簡(jiǎn)稱偏心閥。球面閥蕊6連在柔臂7上與輪轂8相接，輪轂與轉(zhuǎn)軸4用鍵滑配，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)球面閥蕊旋轉(zhuǎn)改變流體流量。工作時(shí)轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)是由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的，推桿的運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄傳給轉(zhuǎn)軸。其主要優(yōu)點(diǎn)是流路阻力小，可調(diào)比大，適用大壓差、嚴(yán)密封的場(chǎng)合和粘度大及有顆粒介質(zhì)的場(chǎng)合。很多場(chǎng)合可以取代直單、雙座閥。,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,（5

25、）套筒閥：也叫籠式閥，它的閥體與一般直通單座閥相似，閥內(nèi)有一個(gè)圓柱形套筒，也叫籠子。閥蕊可在套筒中上下移動(dòng)，利用套筒導(dǎo)向。閥蕊在套筒中移動(dòng)，改變了套筒的節(jié)流孔面積，形成了各種特性并實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。由于套筒閥采用了平衡閥蕊結(jié)構(gòu)，閥蕊上、下受壓相同，不平衡力小，并且閥蕊利用套筒側(cè)面導(dǎo)向，所以它的穩(wěn)定性好，不易振蕩，閥蕊也不易人損壞。它的優(yōu)點(diǎn)前后壓差大和液體出現(xiàn)閃蒸或空化的場(chǎng)合，穩(wěn)定性好，噪聲低，可取代大部分直通單、雙座閥，但它不適用于含顆粒介質(zhì)的場(chǎng)合。,5、調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān) 氣動(dòng)執(zhí)行器的氣開(kāi)式與氣關(guān)式兩種形式。 氣開(kāi)式：有壓力信號(hào)時(shí)閥開(kāi)、無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)；氣關(guān)式反之。 氣開(kāi)、氣關(guān)選擇依據(jù)：工藝生

26、產(chǎn)安全、節(jié)約能源以及從介質(zhì)特性等。,返回目錄,第二章儀表分類、結(jié)構(gòu)、原理 和 常見(jiàn)儀表故障、分析、判斷、處理,5、閥門(mén)定位器 閥門(mén)定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，可分為氣動(dòng)閥門(mén)定位器和電-氣閥門(mén)定位器。動(dòng)閥門(mén)定位器接受氣動(dòng)信號(hào)0.020.1MPa，輸出0.020.1MPa。電-氣閥門(mén)定位器將420mA DC的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成0.020.1MPa的氣壓，并按氣動(dòng)閥門(mén)定位器的功能進(jìn)行工作。 閥門(mén)定位器接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，并利用閥桿的位移進(jìn)行反饋，將位移信號(hào)直接與閥位比較，改善閥桿行程的線性度，克服閥桿的各種附加摩擦力，消除被調(diào)介質(zhì)在閥上產(chǎn)生的不平衡力的影響，從而使閥位對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器的

27、控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)正確定位。,返回目錄,第三章儀表工位號(hào)、字母含義,返回目錄,第四章儀表控制系統(tǒng)-單回控制,1、控制系統(tǒng)中常用的名詞術(shù)語(yǔ) 被控對(duì)象：自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備或機(jī)器等。 被控變量：被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。如鍋爐水位。 操縱變量：受控制器操縱的，用以克服干擾的影響， 使被控變量保持設(shè)定值的 物料量或能量。如鍋爐給水。 擾動(dòng)量：除操縱變量外，作用于被控對(duì)象并引起被控變量變化的因素。 設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。 偏差：被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。 2、分類 控制系統(tǒng)具有各種各樣的形式，但總的來(lái)可分為兩大類，即開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的輸出信號(hào)不

28、反饋到系統(tǒng)的輸入端，因而也不對(duì)控制作用產(chǎn)生影響的系統(tǒng)，稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 閉環(huán)系統(tǒng)的輸出通過(guò)測(cè)量變送環(huán)節(jié)，又反回系統(tǒng)的輸入端，與給定信號(hào)比較，以偏差的形式進(jìn)入調(diào)節(jié)器，對(duì)系統(tǒng)起控制作用，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)封閉的反饋回路，這種控制系統(tǒng)被稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。,返回目錄,3、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)又稱單回路控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器一個(gè)調(diào)節(jié)閥所組成的單回路閉合控制系統(tǒng)。,4、調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器是將變送器來(lái)的測(cè)量信號(hào)與給定值進(jìn)行比較后，對(duì)偏差信號(hào)按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算的結(jié)果以統(tǒng)一的信號(hào)輸出，去控制執(zhí)行器動(dòng)作。調(diào)節(jié)器最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律有： 比例調(diào)節(jié)規(guī)律 、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、

29、微分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律。,第四章儀表控制系統(tǒng)-單回控制,返回目錄,（1）比例調(diào)節(jié)規(guī)律 其輸出信號(hào)p與輸入偏差信號(hào)e之間成比例關(guān)系，即p=kPe 比例度與放大倍數(shù)kP成反比, kP 越大，比例作用越強(qiáng)。 優(yōu)點(diǎn)：控制及時(shí)。 缺點(diǎn)：存在余差，所謂余差就是指過(guò)渡時(shí)間終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差值。余差的值隨著調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kp的增大而減小，但是余差不能靠放大倍數(shù)的增大而完全消除。為了消除余差，必須引進(jìn)積分作用。 （2）積分調(diào)節(jié)規(guī)律 其輸出信號(hào)p與輸入偏差信號(hào)e的積分成正比。 積分時(shí)間Ti=1/ K I 越短，積分作用越強(qiáng)，消除余差

30、越快， Ti太小，系統(tǒng)振蕩加劇。 優(yōu)點(diǎn)：消除余差。 缺點(diǎn)：控制不及時(shí),常與比例組合起來(lái)用。 （3）微分調(diào)節(jié)規(guī)律 控制器的輸出信號(hào)與偏差信號(hào)的變化速度成正比， 微分時(shí)間TD越大，微分作用越強(qiáng)。 優(yōu)點(diǎn)：超前控制。 缺點(diǎn)：其輸出不能反映偏差的大小，不能單獨(dú)用 在比例作用的基礎(chǔ)上增加微分作用就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。加入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔檬怯泻锰幍模⒎肿饔貌荒芗拥眠^(guò)分，否則反應(yīng)速度過(guò)快，反而會(huì)引起過(guò)分的振蕩，這是不利的。由于這時(shí)的Kp值較純比例作用時(shí)的Kp為大，所以余差比純比例作用時(shí)為小。這就是說(shuō)，微分作用只能使余差減小，而不能消除余差。,第四章儀表控制系統(tǒng)-單回控制,返回目錄,5、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇,

31、目前工業(yè)上用的控制器主要有三種控制規(guī)律： 比例控制控制規(guī)律（P） 比例積分控制規(guī)律（PI） 比例積分微分控制規(guī)律（PID） 選擇控制規(guī)律主要根據(jù)控制器的特性和工藝要求來(lái)決定。,比例,比例積分,比例微分,比例積分微分,第四章儀表控制系統(tǒng)-單回控制,返回目錄,6、控制器正、反作用,正作用：當(dāng)給定值不變，被控變量測(cè)量值增加時(shí)，控制器的輸出也增加；或者當(dāng)測(cè)量值不變，給定值減小時(shí)，控制器的輸出增加的稱正作用。 反作用：反之，如果測(cè)量值增加（或給定值減小）時(shí)，控制器的輸出減小。 控制器的作用方向確定：先確定閥的氣開(kāi)、氣關(guān)，再用物理分析法。,第四章儀表控制系統(tǒng)-單回控制,返回目錄,7、控制器參數(shù)的工程整定,

32、所謂控制器參數(shù)的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好時(shí)的控制器參數(shù)值。具體來(lái)說(shuō)，就是確定最合適的控制器比例度、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td。,參數(shù)整定方法,臨界比例度法 衰減曲線法 經(jīng)驗(yàn)湊試法,控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表,控制對(duì)象對(duì)象特性比例 積分 微分 流量參數(shù)波動(dòng)40100 0.31 溫度 滯后大 2060 310 0.53 壓力3070 0.43 液位于2080,第四章儀表控制系統(tǒng)-單回控制,8、控制系統(tǒng)的投運(yùn),返回目錄,準(zhǔn)備工作 儀表檢查 檢查控制器的正、反作用及控制 閥的氣開(kāi)、氣關(guān)型式 控制閥的投運(yùn) 控制器的手動(dòng)和自動(dòng)的切換 控制器參數(shù)的整定,第四章儀表控制系統(tǒng)-單回控制,第五章復(fù)雜控制系統(tǒng),返回目錄,1、 基本概念 通常復(fù)雜控制系統(tǒng)是多變量的，具有兩個(gè)以上變送器、控制器或執(zhí)行器所組成的多個(gè)回路的控制系統(tǒng)，所以又稱為多回路控制系統(tǒng)。 2、分類 串級(jí)控制系統(tǒng) 均勻控制系統(tǒng) 比值控制系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)比值控制 單閉環(huán)比值控制 雙閉環(huán)比值控制 變比值控制 帶邏輯提量的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng)