工业自动化仪表及过程控制之检测仪表

Industrial Automation Instrumentations and Process Control1）•课程的主要内容：•工业自动化仪表：•实现生产过程自动化的电子电气设备•过程控制：•实现生产自动化的理论和技术2）•过程控制系统(process control systems)以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。

这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。

表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。

一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式。

过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。

3） 过程控制系统的组成4）例1：热交换器温度控制5）例2：热交换器自动调节系统6） 典型过程控制系统框图7）•自动调节系统组成：•调节对象(object)或称过程(process)•控制设备•传感器/变送器(sensor/transmitter)•调节器(controller)•执行器(actuator)8）●课程性质：限选课●考核方式：考试课●学时：569）主要参考书●历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社●吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社●刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社●侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社●天津大学化工学院主编.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题. 天津大学出版社.10） 自动化仪表的发展•发展的三个阶段•基地式仪表•单元组合式仪表•计算机控制系统11）基地式仪表：简单、实用12） 单元组合仪表（1）：电动单元组合仪表：DDZ13） 单元组合仪表（2）：电动单元组合仪表控制室14） 单元组合仪表（3）：电动单元组合仪表控制现场15） 单元组合仪表（4）：气动单元组合仪表：QDZ16） 计算机控制系统（1）DSC：集散控制系统17） 计算机控制系统（2）PLC：可编程控制器18）计算机控制系统（3）FCS ：现场总线控制系统局域网NT 服务器Internet监控工作站其它工作站现场总线接口差压变送器调节阀差压变送器差压变送器温度变送器企业管理层（数据网络）过程监控层（数据网络）现场控制层（控制网络）现场总线网段19）•计算机控制系统（4）•计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)和计算机集成过程系统(CIPS)•管理信息分系统•设计自动化分系统•制造自动化分系统•质量保证分系统•计算机网络分系统•数据库分系统20）•课程重点：•自动化仪表：•基本工作原理及其应用•课程举例典型仪表：•检测仪表：常用温度、压力、流量和液位检测仪表•模拟仪表：DDZIII型•数字仪表：YS-80系列•DCS：CENTUNM系统•FCS：Fieldbus Foundation21）•课程重点：•过程控制技术：•单回路调节系统的结构、工作原理及应用。

第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。

在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。

过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。

●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。

[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。

基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。

目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。

[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。

使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。

特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。

它适用于各种企业的自动控制。

广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。

[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。

它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。

整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。

这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。

前言+第一章1、自动化仪表：是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。

在自动控制系统中，自动化仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。

2、过程控制仪表包括：检测仪表、调节仪表（也叫控制器）、执行器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。

3、过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。

4、标准信号制度：国际电工委员会规定：过程控制系统的模拟标准信号为直流电流4-20mA，直流电压1-5V。

我国DDZ型仪表采用的标准信号：DDZ-Ⅰ型和DDZ-Ⅱ型仪表：0-10mA。

DDZ-Ⅲ型仪表：4-20mA。

5、我国的DDZ型仪表采用的是直流电流信号作为标准信号。

6、采用电流信号的优点：电流不受传输线及负载电阻变化的影响，适于远距离传输。

动单元组合仪表很多是采用力平衡原理构成，使用电流信号可直接与磁场作用产生正比于信号的机械力。

对于要求电压输入的受信仪表和元件，只要在回路中串联电阻便可得到电压信号。

7、采用直流信号的优点：a.直流信号传输过程中易于和交流感应干扰相区别，且不存在移相问题；b.直流信号不受传输线中电感、电容和负载性质的限制。

8、热电偶是以热电效应为原理的测温元件，能将温度信号转换成电势信号（mV）。

特点：结构简单、测温准确可靠、信号便于远传。

一般用于测量500～1600℃之间的温度。

9、热电偶的测温原理：将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，若两个连接点温度不同，回路中会产生电势。

此电势称为热电势，并产生电流。

10、对于确定的热电偶，热电势只与热端和冷端温度有关。

11、热电偶的基本定律:均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律。

12、热电阻：对于500℃以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。

工业自动化控制四大仪表是什么？四大仪表出现故障原因及解决办法为实现工业生产的自动化，需要对生产过程中温度、压力、流量、物位等数据进行全面监控，这些功能通过相应的检测仪表来实现，仪表一旦发生故障，将对工业生产的正常进行造成严重影响。

因此，工控人员必须熟练掌握四大仪表的物理构造、测量原理以及性能指标等，能够准确地对仪表故障进行诊断和处理，从而保证工业生产的正常进行。

一、工业自动化控制四大仪表
1温度仪表
石油化工生产中所进行的化学反应及变化需要在特定的温度及压力环境下才能顺利进行，为实时监测温度变化、精密掌控温度范围，必须在生产中布设一定数量的温度仪表。

目前对于生产温度主要采取接触测量，通过热电偶、热电阻等测温元件来测量温度数据，并借助现场总线技术来达到自动化温控效果。

热电偶与热电阻的识别
工业用热电偶和热电阻保护套管的外形几乎是一样的，有的测温元件外形很小，如铠装型的，两者外形又基本相同。

1、在有铭牌，知道型号的情况下，可采通过铭牌识别。

热电偶：原理为热电效应，其分度号为S、B、E、K、R、J、T七种标准化型号。

热电阻：原理为电阻的热效应（导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性），其分度号为Pt10、Pt100、Pt1000、Cu50和Cu100。

其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。

2、在没有铭牌，又不知道型号的情况下，可采用以下方法识别。

（1）看测温元件的引出线，通常热电偶只有两根引出线，如果有三根引出线就是热电阻了。

但对于有四根引出线的，需要测量电阻值来判断是双支热电偶，还是四线制的热电阻。

先。

第一章绪论1、过程控制概述过程控制是生产过程自动化的简称。

它泛指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。

在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。

过程控制通常是对生产过程中的压力、液位、流量、温度、PH值、成分和物性等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动尽行。

2、过程控制的特点（1）系统由被控过程和检测控制仪表组成；（2）被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计；（3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高；（4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制；（5）定值控制是过程控制的主要形式。

3、过程控制的要求与任务要求：（1）安全性：针对易燃易爆特点设计；参数越线报警、链锁保护；故障诊断，容错控制。

（2）稳定性：抑制外界干扰，保证正常运行。

（3）经济性：降低成本提高效率。

掌握工艺流程和被控对象静态、动态特性，运用控制理论和一定的技术手段（计算机、自动化仪表）设及合理系统。

任务：指在了解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。

4、过程控制的功能测量变送与执行功能；操作安全与环境保护功能；常规控制与高级控制功能；实时优化功能；决策管理与计划调度功能。

5、过程控制系统的组成被控参数（亦称系统输出）y(t)：被控过程内要求保持稳定的工艺参数；控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量；干扰量f(t)：作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数；设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值；反馈值z(t)：被控参数经测量变送后的实际测量值；偏差e(t)：设定值与反馈值之差；控制作用u(t)：控制器的输出值。