自动化检测仪表第一章
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摘要现代工业控制系统中,自动化仪表检测技术和仪表控制系统是实现自动控制的基础。
在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量,最常见变量是温度、压力、流量、物位(四大参数)。
检测元件又称为敏感元件、传感器,它直接响应工艺变量,并转化成一个与之成对应关系的输出信号。
这些输出信号包括位移、电压、电流、电阻、频率、气压等。
随着新技术的不断涌现,特别是先进检测技术、现代传感器技术、计算机技术、网络技术和多媒体技术的出现,给传统的自动控制系统带来了新的挑战,并由此引出许多新的发展,如虚拟仪器、软测量技术、数据融合理论与方法以及最新发展的传感器网络技术等。
全文以典型工业过程控制系统的构成为基础,以应用自动控制理论设计过程控制系统为主线,重点介绍了自动化检测仪表、全刻度指示 PID 连续调节仪表、数字控制仪表、执行器和防爆栅、智能仪表与虚拟仪器以及自动化仪表应用实例。
关键词:仪表、DCS组态、安装第一章序言 (3)1-1设计背景 (3)1-2设计内容及规划 (3)1-3设计意义 (3)第二章自动化检测技术及部分检测仪表原理介绍 (3)2-1自动化检测技术简介 (3)2-2 PID调节规律及方法 (3)第三章仪表选型及一些仪表介绍 (3)3-1转子流量计 (3)3-2 FIELDVUE DVC2000系列数字式阀门控制器 (3)3-2 SITRANS压力变送器 (3)第四章DCS系统简介 (3)4-1 霍尼韦尔DCS系统简介 (3)4-2 霍尼韦尔DCS软、硬件简介 (3)4-3 DCS系统软硬件的组态与连接 (3)4-4 DCS在压缩机上的应用 (3)结论 (3)参考文献 (3)第一章序言1-1设计背景半个多世纪以来,自动化仪表经历了从气动液动仪表、电动仪表、电子式模拟仪表、数字智能仪表,到计算机集散控制系统(DCS)等发展阶段,为各行各业的现代化大规模生产提供了强大的支持。
近年来,随着网络通信等相关技术的快速发展,自动化仪表正处于一场意义重大的变革中,以仪表的全数字化、开放化、网络化为特征的现场总线控制系统(FCS)正在迅猛发展。
自动化仪表控制系统管理制度第一章总则第一条为加强对自动化仪表控制系统的管理,确保其正常运行和安全可靠,根据国家相关法律法规,制定本管理制度。
第二条本管理制度适用于公司内所有涉及自动化仪表控制系统的管理活动。
第三条自动化仪表控制系统是指用于对生产过程、设备设施进行控制的自动化仪表系统,包括但不限于传感器、执行机构、PLC控制器等。
第四条公司将加强自动化仪表控制系统的维护和管理,提高运行效率,优化控制流程。
第五条建立和完善自动化仪表控制系统管理的制度和规范,加强对自动化仪表控制系统的监督和管理,确保其安全、稳定地运行。
第六条全体员工应遵守本管理制度,不得违反或规避有关法律法规。
第二章自动化仪表控制系统管理的职责第七条相关部门的主管负责全面指导和监督自动化仪表控制系统的管理工作。
第八条技术部门负责自动化仪表控制系统的维护、保养、升级和改造工作。
第九条安全保卫部门负责制定自动化仪表控制系统的安全管理制度,组织开展系统安全检查和排查工作,确保系统安全可靠。
第十条运维人员负责日常的自动化仪表控制系统维护和巡检工作。
第十一条生产部门负责对自动化仪表控制系统的运行情况进行监控和管理,提出相关的优化措施。
第十二条待添加根据公司实际情况组织挂职待遇制定章节详情第三章自动化仪表控制系统的建设和改造第十三条公司应根据生产需要,合理规划和布局自动化仪表控制系统。
第十四条自动化仪表控制系统建设和改造应编制详细的设计方案,并根据方案进行合理的运营。
第十五条建设和改造过程中必须有相关资格认证的单位进行验收,并按照验收意见进行整改。
第十六条自动化仪表控制系统的建设和改造需经公司领导批准,并报相关行政部门备案。
第四章自动化仪表控制系统的维护和保养第十七条每个自动化仪表控制系统都应有专人负责维护和保养工作,传感器的清洁,控制器的校验等工作。
第十八条系统维护人员应制定详细的维护计划,并定期进行维护和保养。
第十九条对于出现故障的自动化仪表控制系统,维护人员应及时进行排查,并修复故障。
千里之行,始于足下。
课程内容与考核目标
第一章检测技术的基本概念
第三章电阻式传感器
1、领略:电位器式传感器、电阻应变片式传感器、测温热电阻传感器、气敏电阻传感器及湿敏电阻式传感器的基本结构和特点。
2、控制:电位器式传感器、电阻应变片式传感器、测温热电阻传感器、气敏电阻传感器及湿敏电阻式传感器的测量原理。
3、熟练控制:电位器式传感器、电阻应变片式传感器、测温热电阻传感器、气敏电阻传感器及湿敏电阻式传感器的测量主意和应用。
第四章电感式传感器
1、领略:自感式传感器种类和电感式传感器在工业自动化检测中的应用。
2、控制:自感式传感器的测量原理和转换电路,差动变压器式传感器的工作原理、主要性能和测量电路。
第五章电涡流式传感器
1、领略:电涡流式传感器的工作原理、结构及特性。
2、控制:电涡流式传感器的测量转换电路。
3、熟练控制:电涡流传感器在位移测量、转速测量、厚度测量、探伤和临近开关等方面的应用。
第六章电容式传感器
1、领略:电容式传感器的工作原理、结构形式和应用特点。
2、控制:控制电容式传感器的测量与转换电路,以及电容式传感器在振动、压力、位移、流量等物理量的测量和电容式临近开关等方面的应用。
1、领略:压电效应现象,石英晶体、压电陶瓷、高分子压电材料的压电效应,压电材料的应用特点。
2、控制:压电式传感器测量转换电路及应用。
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《自动化仪表及过程控制》课程教学大纲英文名称:Automatic Instruments and Process Control 课程编号:适用专业:自动化学时: 54 学分: 3课程类别:专业方向课课程性质:限选课一、课程的性质和目的《自动化仪表及过程控制》是自动化专业的重要专业课。
本课程在系统简明地阐述常用过程量测控仪表和计算机控制系统基本原理和基本知识的基础上,同时介绍自动调节系统设计和整定的基础知识,通过本课程的学习,使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术。
二、课程教学内容概述主要内容:1、自动化仪表的概念及其发展;2、DDZ仪表及其控制系统;3、自动化仪表的基本性能指标。
第一章检测仪表基本内容和要求:1、了解温度测量的概念和工业上常用的测量方法;2、掌握热电偶的测温原理及其应用;3、掌握热电阻的测温原理及其应用;4、理解温度变送器的基本结构;5、了解工业生产中压力参数的概念和常用压力测量原理;6、理解压力式、力平衡式、位移式和固态测压元件及其变送器的工作原理;7、理解节流式、容积式流量测量的基本原理及其应用。
8、理解涡轮、电磁、漩涡等流量测量方法的应用;9、理解浮力式、静压式、电容式、超声式等常用液位测量原理;10、了解成分分析仪表的基本概念。
教学重点:1、常用温度仪表、压力仪表、液位仪表、流量仪表和成分仪表的工作原理及其应用。
2、分度表,分度号,热电偶的冷端延伸和冷端补偿,热电阻的三线制;3、差动电容压力变送器工作原理;4、差压流量计的流量公式;5、差压变送器的零点迁移原理。
第二章调节器基本内容和要求:1、重点掌握PID调节规律的原理及其应用;2、理解PID模拟电路的结构原理;了解二位式和连续调节仪表应用的基础知识;3、理解数字PID算法基本表达式及其原理;4、简单了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。
PID调节规律的原理及其应用;第三章集散控制系统和现场总线控制系统基本内容和要求:1、了解单回路可编程调节器的概念2、了解DCS系统的基本概念;3、理解DCS系统的结构特点及其组成;4、理解DCS控制站和操作站的功能;5、了解FCS系统的基本概念;第四章执行器和防爆栅基本要求1、熟炼掌握气动调节阀的基本结构、原理及其应用等基本概念;2、熟悉调节器流量特性的定义及其应用;3、理解和掌握气动执行器气开/气关的形式及其选择原则;4、了解电动执行器及电气转换器的基本原理;5、简单了解工业控制系统防爆的基本概念。
自动化仪表与过程控制课程设计引言自动化是现代科学技术的重要分支之一,是制造业和生产过程中提高企业自动化水平的重要手段。
而在自动化过程中,仪表的作用愈发重要,是自动化控制的重要组成部分。
因此,在工科专业中,自动化仪表与过程控制课程的设计至关重要。
本文将介绍一份适用于大学本科工科专业的自动化仪表与过程控制课程设计,主要针对课程设置、课程内容及教学方法进行说明。
课程设置本课程适用于大学自动化、机电、电子等工科专业及相关专业的本科生。
设置为必修课程。
课时数:64学时,分为48学时的理论课和16学时的实验课。
课程内容第一章仪表基础知识1.1 仪表的定义及分类1.2 量的概念1.3 误差及其类型1.4 仪表的精度1.5 温度补偿技术1.6 信号变换与传输第二章传感器2.1 传感器的概述2.2 压力传感器2.3 温度传感器2.4 液位传感器2.5 光电传感器2.6 传感器的选择和应用第三章过程控制基础3.1 进程控制的基本概念3.2 线性控制系统3.3 非线性控制系统3.4 离散控制系统3.5 工艺数学模型3.6 控制系统的组成要素第四章模拟控制技术4.1 信号的超前/滞后、反向作用及校正4.2 模拟控制系统的组成4.3 PID控制器4.4 模拟控制器的调节4.5 工业过程控制的典型应用第五章数字控制技术5.1 数字控制系统的组成5.2 采样定理及信号处理5.3 数字控制器5.4 数字化控制系统的参数调节5.5 数字化控制器的应用第六章实验6.1 传感器基本实验及性能测试6.2 测量实验6.3 PID控制实验6.4 数字化控制实验教学方法本课程采用理论授课与实验相结合的教学方法。
理论授课重点讲解基础理论知识,注重理论与实际应用的结合,引导学生了解自动化及仪表测控原理,为后续应用理论打下基础。
实验课重点围绕课程内容,从器件的使用、检测及调整、故障分析与处理等角度进行讲解,让学生实际操作并获得实际经验。
在平时教学过程中,老师应设置互动环节,引导学生思考、发问、交流,以达到更好的教学效果。
化工仪表及自动化知识要点第一章1化工自动化一般包括 自动检测系统、自动信号和联锁保护系统、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。
2自动控制系统的基本组成1)被控对象 2)自动化装置:测量元件与变送器、自动控制器、执行器3自动控制系统方框图4自动控制系统的方框图与控制流程图的区别:方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。
方框与方框之间的连接线,只是代表方框之间的信号联系,并不代表方框之间的物料联系。
方框之间连接线的箭头也只是代表信号作用的方向,与工艺流程图上的物料线是不同的。
工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个设备,而方框图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。
5在自动控制系统将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象,简称对象。
6生产过程中所要保持恒定的变量,称为被控变量。
7工艺上希望保持的被控变量数值,即给定值。
8具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
9自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
10与自动检测、自动操纵等开环系统比较,最本质的区别,就在于自动控制系统有负反馈,开环系统中,被控(工艺)变量是不反馈到输入端的。
11仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。
第一位字母表示被测变量,后继字母表示仪表的功能阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部,其第一位数字表示工段号,后续数字(二位或三位数字)表示仪表序号。
12将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类,这样可将自动控制系统分为三类,即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
13静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态;动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
14控制系统的过渡过程 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
15采用阶跃干扰的优点:(1) 这种形式的干扰比较突然、危险,且对被控变量的影响也最大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰,那么一定能很好地克服比较缓和的干扰。
《自动检测技术及仪表》课后作业第一章:绪论1. 实现自动化的目的和方法是什么?2. 自动化的主要内容有哪些?3. 自动化仪表的发展过程中,我国仪表经历了哪几个阶段?4. 自动检测技术的发展趋势是什么?5. 自动检测系统的基本构成是什么?各环节的作用是什么?第二章:检测仪表系统的构成原理1. 检测的基本方法有哪些?其特点是什么?如何确定检测方法。
2. 检测仪表系统的信号选择方法有哪能些?3. 提高仪表检测精度的方法.有哪能些?4. 简述变送器的基本构成及理想输入输出特性,写出其输入输出表达式。
5. 分别简述模拟式变送器、数字式变送器的构成原理,二者的输出信号有何不同?6. 何谓变送器的零点调整、量程调整和零点迁移?它们的作用各是什么?模拟变送器和数字变送器各是如何实现量程调整的。
第三章:测量误差及仪表的性能指标1.测量误差是如何分类的,产生测量误差的主要原因是什么。
2.掌握测量误差的目的是什么。
如何分析和处理测量误差。
3.仪表性能指标的定义;仪表三项性能指标的确定方法;4.附加题:①一台温度变送器当输入信号从100℃变到900℃时,输出信号由4mA上升至20mA,求此台仪表的灵敏度。
②测量80mA的电流信号,要求最大误差小于1.2mA,下列仪表选哪台合适?给出理由。
(a)、1.0级0~200mA ;(b)、1.0级0~100mA ;(c)、1.5级0~100mA。
第四章:过程参数检测技术1.检测过程参数的作用是什么?工业上常见的过程参数主要有哪些?2.过程参数的测量方法有哪些?如何考虑选用测量方法。
3.传感器、变送器的作用各是什么?二者之间有什么关系?4.构成检测系统的仪表在信号传递时,要考虑哪些问题,解决方案有哪些。
5.有一台DDZ-III型两线制差压变送器,已知其量程为20~100kPa,当输入信号为40kPa和70kPa时,变送器的输出信号分别是多少?6.自动检测系统的设计方法和原则。
7.自动化仪表的种类及作用是什么?信号制有哪些?8.常用的国际标准信号制是什么内容?HART通讯协议内容是什么?9.画系统流程图的目的是什么?流程图的表达方式有哪些?4-1温度测量及变送 P56-T3、4、5、6、7P161-T1、2、84-2压力测量及变送 P68-T2、8、10、11、124-3流量测量及变送 P98-T1、5、6、13、154-4物位测量及变送 P103-T3、5、6第五章:现代检测技术(从以下补充可选作业中选择做5题)P217-T3、5、7P233-T4、9、10P239-T1、3、4、5P248-T1、2P263-T1、2P272-T1、3、4、6----------本学期需要完成的作业共计50题。
第一章:作业:1.DDZ 和QDZ 的信号传输标准,DCS 和FCS的名词解释2.某压力表刻度0~100kPa,在50kPa处测量值为49.5kPa,求在50kPa处仪表示值的绝对误差、示值相对误差和示值引用误差?3.某台测温仪表的测温范围为-100~700℃,校验该表时测得全量程内最大绝对误差为+5℃,试确定该仪表的精度等级。
4.某台测压仪表的测压范围为0~8MPa。
根据工艺要求,测压示值的误差不允许超过±0.05 MPa,问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求?5.某待测电流约为100mA,现有0.5级量程为0~400mA 和 1.5级量程为0~100mA的两个电流表,问用哪一个电流表测量比较好?6.某DDZ-Ⅲ型温度变送器测量范围是300-700℃,当温度由400℃变化到600℃时,变送器的输出如何变化?7.差压变送器的量程为0~100 KPa,现负迁移50%,仪表的量程和测量范围分别为?答案:1.QDZ信号标准:20kPa~100kPaDCS: 集散控制系统FCS:现场总线控制系统2.3.4.5.解:用0.5级量程为0~400mA 电流表测100mA 时,最大相对误差:用1.5级量程为0~100mA 的电流表测100mA 时,最大相对误差:说明选择合理的量程,即使用1.5级表也可以比0.5级表准确。
6. 8mA ~16mA7. 仪表的量程为100Kpa 仪表的测量范围为-50~50Kpa第二章:作业:课后2,4,5,6,7,8,9,11,19,202-2 用热电偶测温时,为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种?2-5由K 分度号热电偶(包括补偿导线)、冷端温度补偿器和配K 分度号的动圈仪表组成一个温度检测系统,测量显示782℃,此时室温为32℃,后来发现所用的冷端补偿器型号为S ,与K 分度号热电偶不配套,则实际温度?2-6 用K 型热电偶测某设备的温度,测得的热电势为20mV ,冷端(室温)为25C ,求设备的温度?如果改用E 型热电偶来测温,在相同的条件下,E 热电偶测得的热电势为多少?1400%0.5%2%100m x X S x γ=⨯=⨯=2100% 1.5% 1.5%100m x X S x γ=⨯=⨯=2-12某台空压机的缓冲器,其工作压力范围为1.1~1.6MPa,工艺要求就地观察罐内压力,并要求测量结果的误差不得大于罐内压力的 5%,试选择一台合适的压力计(类型、测量范围、精度等级),并说明其理由。
《测量仪表及自动化》综合复习资料绪论、第一章概述1.如何评价测量仪表性能,常用哪些指标来评价仪表性能?2.名词解释:相对误差、精度、变差、灵敏度、量程、反应时间3.仪表的变差不能超出仪表的()a、相对误差b、引用误差c、允许误差4.测量某设备的温度, 温度为400℃, 要求误差不大于4℃,下列哪支温度计最合适?()A0~600℃ 1.5级 B. 0~1500℃0.5级 C. 0~800℃0.5级 D. 0~400℃0.2级5.仪表的精度级别指的是仪表的( )A引用误差 B. 最大误差 C.允许误差 D. 引用误差的最大允许值6.下列说法正确的是()A回差在数值上等于不灵敏区B 灵敏度数值越大则仪表越灵敏C灵敏限数值越大则仪表越灵敏7.有一个变化范围为320——360kPa的压力,如果用A、B两台压力变送器进行测量,那么在正常情况下哪一台的测量准确度高些?压力变送器A:1级,0——600kPa。
压力变送器B:1级,250——500kPa。
8.一台精度等级为0.5级的测量仪表,量程为0~1000℃。
在正常情况下进行校验,其最大绝对误差为6℃,求该仪表的最大引用误差、允许误差、仪表的精度是否合格。
9.某台差压计的最大差压为1600mmH2O,精度等级为1级,试问该表最大允许的误差是多少?若校验点为800mmH2O,那么该点差压允许变化的范围是多少?10.测量范围0~450℃的温度计,校验时某点上的绝对误差为3.5℃,变(回)差为5℃, 其它各点均小于此值,问此表的实际精度应是多少?若原精度为1.0级,现在该仪表是否合格?11.自动化仪表按能源分类及其信号形式。
12.单元组合式仪表是什么?第二章压力测量及变送13.简述弹簧管压力表原理和游丝的作用。
14.简述电容式差压变送器工作原理,说明变送器的两线制工作机理。
15.简述压力仪表选型原则。
16.为减小仪表的相对误差,一般仪表应工作在量程的()a、<1/3 b、1/3—2/3 c、>2/317.校对0--1.6MPa,1.5级的工业压力表示时,应使用标准压力表( )a.0—1.6MPa,0.5级b.0—2.5MPa,0.35级c.0—4.0MPa,0.25级18.为了正常测取管道(设备)内的压力,取压管线与管道(设备)连接处的内壁应()。