冶金过程控制基础及应用第四章新汇总课件.ppt
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- 冶金 过程 控制 基础 应用 第四 汇总 课件
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1、生产过程检测仪表执行器调节仪表显示仪表集中控制装置 过程控制装置与被控对象构成了过程控制系统的基本要过程控制装置与被控对象构成了过程控制系统的基本要素。过程控制系统设计时,必须根据过程特性和工艺要求,素。过程控制系统设计时,必须根据过程特性和工艺要求,合理选用控制装置组成自动控制系统,并通过调节器合理选用控制装置组成自动控制系统,并通过调节器PID参数参数的整定,使系统运行在最佳状态,实现对生产过程的最优控的整定,使系统运行在最佳状态,实现对生产过程的最优控制。制。本章主要介绍三部分内容:本章主要介绍三部分内容:1、变送器、变送器 2、调节器、调节器 3、执行器、执行器 过程控制装置必须由测量
2、过程控制装置必须由测量变送单元、调节器和执行器变送单元、调节器和执行器(如调节阀)三个环节构成。(如调节阀)三个环节构成。4.1 过程控制装置的分类过程控制装置的分类一、分类一、分类1、按能源形式分类、按能源形式分类 可分为电动、气动、液动和混合式控制仪表四大可分为电动、气动、液动和混合式控制仪表四大类。类。(1)气动控制仪表)气动控制仪表 气动控制仪表采用气动控制仪表采用1.4102kPa的气压信号作为的气压信号作为能源。气动控制仪表的特点是结构简单、性能稳定、能源。气动控制仪表的特点是结构简单、性能稳定、工作可靠、防爆、易于维修等特点,特别适用于石工作可靠、防爆、易于维修等特点,特别适用于
3、石油、化工等有爆炸危险的场合。近年来,气动控制油、化工等有爆炸危险的场合。近年来,气动控制仪表在发展速度和生产应用方面仅次于电动控制仪仪表在发展速度和生产应用方面仅次于电动控制仪表表(2)液动控制仪表)液动控制仪表 液动控制仪表也发展较早。它结构简单,液动控制仪表也发展较早。它结构简单,工作可靠,但动作速度较低、设备笨重,多工作可靠,但动作速度较低、设备笨重,多用于功率较大的场合,例如目前火电厂的汽用于功率较大的场合,例如目前火电厂的汽轮机调速和水电站中的水轮机调速几乎都采轮机调速和水电站中的水轮机调速几乎都采用液动调节。用液动调节。(3)电动控制仪表)电动控制仪表 电动控制仪表采用交流电源或
4、直流电源电动控制仪表采用交流电源或直流电源作为能源。具有许多优点:电信号无滞后、作为能源。具有许多优点:电信号无滞后、易于实现快速和远距离传输、易于实现复杂易于实现快速和远距离传输、易于实现复杂的控制规律、易于集中显示和操作、便于和的控制规律、易于集中显示和操作、便于和计算机连用等。计算机连用等。(4)混合式控制仪表)混合式控制仪表 如某些汽轮机、水轮机采用的电液复合调速器,既具有如某些汽轮机、水轮机采用的电液复合调速器,既具有电动仪表能远传信号的特点又具有液动调节仪表输出功率大电动仪表能远传信号的特点又具有液动调节仪表输出功率大的特点。的特点。2、按结构形式分类按结构形式分类 从控制仪表的发
5、展来看,大体上经历下述几个阶段:基从控制仪表的发展来看,大体上经历下述几个阶段:基地式控制仪表、单元组合式仪表、组装式综合控制装置、集地式控制仪表、单元组合式仪表、组装式综合控制装置、集散型控制装置、现场总线控制装置等几类。散型控制装置、现场总线控制装置等几类。(1)基地式控制仪表)基地式控制仪表 其结构特点是将检测、转换放大、显示、调节等部件设其结构特点是将检测、转换放大、显示、调节等部件设计成一个整体装置。它基本上是以指示或记录仪表为中心,计成一个整体装置。它基本上是以指示或记录仪表为中心,有时附加一些部件来完成调节任务的。利用一台基地式仪表有时附加一些部件来完成调节任务的。利用一台基地式
6、仪表就能解决一个简单自动控制系统的测量、指示、记录、调节就能解决一个简单自动控制系统的测量、指示、记录、调节等全部任务,使用方便、价格低廉,因此它适用于单参数、等全部任务,使用方便、价格低廉,因此它适用于单参数、单回路的简单控制系统。单回路的简单控制系统。(2)单元组合式控制仪表)单元组合式控制仪表 按照控制系统中各环节的不同功能和使用要求,将控制按照控制系统中各环节的不同功能和使用要求,将控制仪表分为若干个能独立实现一定功能的单元,各单元之间以仪表分为若干个能独立实现一定功能的单元,各单元之间以统一标准信号互相联系,应用时把几种单元进行不同的组合统一标准信号互相联系,应用时把几种单元进行不同
7、的组合便可构成形式多样、复杂程度不等的自动控制系统。便可构成形式多样、复杂程度不等的自动控制系统。特点:应用方便灵活,通用性强,便于生产、维护,适特点:应用方便灵活,通用性强,便于生产、维护,适合于大、中规模生产自动化的要求,已经成为现代工业生产合于大、中规模生产自动化的要求,已经成为现代工业生产中相当重要的自动控制仪表。中相当重要的自动控制仪表。在我国,单元组合式控制仪表有气动单元组合仪表在我国,单元组合式控制仪表有气动单元组合仪表(QDZ)和电动单元组合仪表和电动单元组合仪表(DDZ型型)两大系列。两大系列。在在DDZ系列中,相继研制开发了系列中,相继研制开发了型(电子管和磁放大型(电子管
8、和磁放大器型,器型,50年代)、年代)、型(晶体管型,型(晶体管型,60年代)、年代)、型(集成型(集成运算放大器型,运算放大器型,70年代)、年代)、S型(基于微机技术)电动单元型(基于微机技术)电动单元组合仪表。仪表在结构和性能等方面都有明显的改进。组合仪表。仪表在结构和性能等方面都有明显的改进。(3)组装式综合控制仪表)组装式综合控制仪表 在单元组合式仪表的基础上发展起来的成套控在单元组合式仪表的基础上发展起来的成套控制仪表装置。制仪表装置。结构特点:将整套仪表的调节、运算和控制功结构特点:将整套仪表的调节、运算和控制功能部分与显示操作功能部分分开,为此,组装式仪能部分与显示操作功能部分
9、分开,为此,组装式仪表分为表分为控制柜控制柜和和操作盘操作盘两大部分。两大部分。控制柜中以插接方式密集安装了一块块具有独控制柜中以插接方式密集安装了一块块具有独立功能的立功能的“功能组件功能组件”,它们是组装式仪表的基本,它们是组装式仪表的基本组成件,设置功能组件是这种装置的特征所在。显组成件,设置功能组件是这种装置的特征所在。显示操作盘是人机联系部分,集中布置了与监视、示操作盘是人机联系部分,集中布置了与监视、操作有关的盘装仪表。这样的结构有利于现代大型操作有关的盘装仪表。这样的结构有利于现代大型企业中组成各种复杂的控制系统及实现集中显示和企业中组成各种复杂的控制系统及实现集中显示和操作的要
10、求,也利于在仪表制造厂预先根据用户需操作的要求,也利于在仪表制造厂预先根据用户需要组装好整套自控系统,减少现场的安装调试工作要组装好整套自控系统,减少现场的安装调试工作量,并且使维护和系统改组工作大大简化。量,并且使维护和系统改组工作大大简化。(4)集散型控制装置(以微处理器为基元的控制)集散型控制装置(以微处理器为基元的控制装置)装置)以微处理器和微型计算机为核心,对生产过程以微处理器和微型计算机为核心,对生产过程进行分散控制和集中监视、操作的直接数字控制装进行分散控制和集中监视、操作的直接数字控制装置置(也称基本控制器也称基本控制器)。结构分为四部分:过程监测。结构分为四部分:过程监测控制
11、装置、人机接口装置、通信网络和上位机接口控制装置、人机接口装置、通信网络和上位机接口装置。装置。集散型综合控制装置的特点是:以微处理器和集散型综合控制装置的特点是:以微处理器和微型计算机作为过程控制工具,完成目前模拟仪表微型计算机作为过程控制工具,完成目前模拟仪表和小型程控装置的功能;以小型计算机作为上位机,和小型程控装置的功能;以小型计算机作为上位机,实现数据处理、监督控制;以图象显示为中心的人实现数据处理、监督控制;以图象显示为中心的人机接口装置,实现集中显示、操作;用通用电缆机接口装置,实现集中显示、操作;用通用电缆将各设备有机地联系起来。将各设备有机地联系起来。集中分散型综合控制装置优
12、点:集中分散型综合控制装置优点:功能分散、负功能分散、负荷分散、危险分散;操作集中、显示集中、管理集荷分散、危险分散;操作集中、显示集中、管理集中;运行安全(三分散三集中一安全)。中;运行安全(三分散三集中一安全)。(5)现场总线控制装置()现场总线控制装置(FCS)组成:现场总线和现场总线装置。组成:现场总线和现场总线装置。3、按信号形式分类、按信号形式分类 可分为数字式和模拟式仪表两大类。可分为数字式和模拟式仪表两大类。二、自动控制仪表的信号制二、自动控制仪表的信号制 组成工业自动控制系统的仪表一般包括以下几类;组成工业自动控制系统的仪表一般包括以下几类;检测仪表和变送器;显示及记录仪表;
13、检测仪表和变送器;显示及记录仪表;信号处信号处理仪表理仪表(包括运算、调节、监控等功能包括运算、调节、监控等功能);执行器。执行器。变送器和执行器一般直接安装在生产现场,其它变送器和执行器一般直接安装在生产现场,其它仪表安装在控制室内。为了把这些过程控制装置连接仪表安装在控制室内。为了把这些过程控制装置连接起来,构成功能各异的控制系统,在过程控制装置之起来,构成功能各异的控制系统,在过程控制装置之间应该有一个间应该有一个统一的标准联络信号统一的标准联络信号和和适当的传输方式适当的传输方式。信号制信号制:是指在成套仪表系列中,各个仪表的输入、输出采用:是指在成套仪表系列中,各个仪表的输入、输出采
14、用何种统一联络信号的问题。何种统一联络信号的问题。采用统一信号不仅使各仪表间的任意联用成为可能,而且还有采用统一信号不仅使各仪表间的任意联用成为可能,而且还有以下好处:以下好处:(1)通用性强。由于各种被测参数转换为统一信号,显示、记通用性强。由于各种被测参数转换为统一信号,显示、记录仪表单一化,同时便于与巡回检测装置、顺序控制装置、控制计录仪表单一化,同时便于与巡回检测装置、顺序控制装置、控制计算机等现代技术工具配合使用;算机等现代技术工具配合使用;(2)扩大使用范围。采用统一信号,可以通过各种转换器如电扩大使用范围。采用统一信号,可以通过各种转换器如电气转换器、气电转换器等将电动仪表和气动
15、仪表联系起来,混气转换器、气电转换器等将电动仪表和气动仪表联系起来,混合使用,从而扩大仪表的使用范围。合使用,从而扩大仪表的使用范围。目前过程控制装置使用的联络信号有:模拟信号(气目前过程控制装置使用的联络信号有:模拟信号(气动、电动)、数字信号、频率信号、脉宽信号。动、电动)、数字信号、频率信号、脉宽信号。气动模拟信号:气动模拟信号:仪表的输入、输出信号统一采用仪表的输入、输出信号统一采用0.020.1MPa压力信号。压力信号。电信号电信号有电模拟信号、数字信号、频率信号、脉冲信有电模拟信号、数字信号、频率信号、脉冲信号等四类。目前工业自控仪表中绝大部分是模拟仪表,因号等四类。目前工业自控仪
16、表中绝大部分是模拟仪表,因此用得最多的是电模拟信号。此用得最多的是电模拟信号。电模拟信号的种类有直流电流、直流电压、交流电流和交流电电模拟信号的种类有直流电流、直流电压、交流电流和交流电压四种。目前大都采用直流信号作为统一的联络信号。压四种。目前大都采用直流信号作为统一的联络信号。不同的过程控制装置,所取的信号上、下限是不同的。不同的过程控制装置,所取的信号上、下限是不同的。国际电国际电工委员会工委员会(IEC)规定了国际统一信号,即规定了国际统一信号,即过程控制系统的模拟直流电过程控制系统的模拟直流电流信号为流信号为4-20mA,DC;模拟直流电压信号为;模拟直流电压信号为15V,DC。我国
17、的我国的DDZ-型仪表采用了国际统一信号,而型仪表采用了国际统一信号,而DDZ-型仪表型仪表采用采用010mA,DC信号。信号。三、三、DDZ型仪表的分类和命名规则型仪表的分类和命名规则 1、按单元分类按单元分类 按照按照DDZ型仪表各单元在自动检测与控制系统中的作用与特点,可将整套仪型仪表各单元在自动检测与控制系统中的作用与特点,可将整套仪表分为八大类。表分为八大类。变送单元。将各种被测参数转换成变送单元。将各种被测参数转换成0 010mA10mA,DCDC统一标准信号,传送到显示统一标准信号,传送到显示单元和调节单元,以实现对各种参数的指示、记录和调节。单元和调节单元,以实现对各种参数的指
18、示、记录和调节。调节单元。将变送单元送来的测量信号与给定位值信号进行比较,根据所得调节单元。将变送单元送来的测量信号与给定位值信号进行比较,根据所得偏差信号按一定调节规律输出连续的调节信号,来控制执行单元工作。偏差信号按一定调节规律输出连续的调节信号,来控制执行单元工作。执行单元。根据调节单元送来的调节信号或手动操作信号,操作调节机构执行单元。根据调节单元送来的调节信号或手动操作信号,操作调节机构(如阀门、挡板如阀门、挡板)开大或关小,以达到调节的目的。开大或关小,以达到调节的目的。显示单元。接受变送单元或其它单元送来的信号对被测参数进行指示、记录、显示单元。接受变送单元或其它单元送来的信号对
19、被测参数进行指示、记录、积算和报警,供运行人员监视、分析系统工况。积算和报警,供运行人员监视、分析系统工况。计算单元。能对几个仪表输出的计算单元。能对几个仪表输出的010mA,DC信号进行数学计算信号进行数学计算(如加、减、如加、减、乘、除、平方、开方乘、除、平方、开方),适用于信号的校正计算、多参数综合调节等。,适用于信号的校正计算、多参数综合调节等。给定单元。输出给定单元。输出010mA,DC作为被控参数的给定值送到调节单元实现定值作为被控参数的给定值送到调节单元实现定值控制或时间程序控制。给定单元的输出也可供给其它仪表作为参考基准值。控制或时间程序控制。给定单元的输出也可供给其它仪表作为
20、参考基准值。转换单元。它是转换单元。它是DDZ-型仪表与其它系列仪表之间联系的桥梁。它能将毫伏型仪表与其它系列仪表之间联系的桥梁。它能将毫伏电势、频率和气动单元组合仪表的气动信号转换成电势、频率和气动单元组合仪表的气动信号转换成010mA,DC。辅助单元。配合各单元在自动检测和控制系统中起附加和补充作用,以增加辅助单元。配合各单元在自动检测和控制系统中起附加和补充作用,以增加系统组合的灵活性及系统远行的安全性,如手动操作、信号限幅、报警和平滑阻系统组合的灵活性及系统远行的安全性,如手动操作、信号限幅、报警和平滑阻尼。尼。2、命名规则、命名规则 根据各单元的特点和习惯用语,将指示、记录根据各单元
21、的特点和习惯用语,将指示、记录单元称为指示仪、记录仪,其余各单元均称为器,单元称为指示仪、记录仪,其余各单元均称为器,如变送器、转换器、调节器、执行器、给定器等。如变送器、转换器、调节器、执行器、给定器等。整套仪表以电整套仪表以电(DIAN)、单、单(DAN)、组、组(ZU)三字三字的汉语拼音第一个大写字母组合为命名,即的汉语拼音第一个大写字母组合为命名,即DDZ,代表电动单元组合仪表,罗马数字代表电动单元组合仪表,罗马数字代表整套仪表代表整套仪表为晶体管型。为晶体管型。DDZ-型仪表型仪表(集成运算放大器型)(集成运算放大器型)命名类似命名类似型仪表,其型仪表,其采用统一信号采用统一信号4-
22、20mA,DC。4.2 变送器变送器 变送器是单元组合仪表中不可缺少的基本单元之一。工业生产过变送器是单元组合仪表中不可缺少的基本单元之一。工业生产过程中,测量元件将压力、温度、流量、液位等参数检测出来后,需要程中,测量元件将压力、温度、流量、液位等参数检测出来后,需要由变送器将测量元件的信号转换为一定的标准信号由变送器将测量元件的信号转换为一定的标准信号(010mA,DC或或420mA,DC),送往显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。,送往显示仪表或调节仪表进行显示、记录或调节。注意:变送器(变送)和传感器(测量和变送)的差别。注意:变送器(变送)和传感器(测量和变送)的差别。变送器分类
23、变送器分类1、按功能分类、按功能分类 压力变送器、差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变压力变送器、差压变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器等。送器等。2、按照变送器的驱动能源来分:气动变送器和电动变送器。、按照变送器的驱动能源来分:气动变送器和电动变送器。以压缩空气为驱动能源的是气动变送器;以压缩空气为驱动能源的是气动变送器;以电力为驱动能源的便是电动变送器。以电力为驱动能源的便是电动变送器。4.2.1 差压变送器差压变送器作用作用:差压变送器用来把差压、流量、液位等被测:差压变送器用来把差压、流量、液位等被测参数转换成为统一标准信号,并将此统一信号输送参数转换成为统一标准信号,并
24、将此统一信号输送给指示、记录仪表或调节器等,以实现对上述参数给指示、记录仪表或调节器等,以实现对上述参数的显示、记录或调节。的显示、记录或调节。发展历程发展历程:单杠杆式、双杠杆式、矢量机构式、微:单杠杆式、双杠杆式、矢量机构式、微位移式(电容、电感等)、智能式等阶段。位移式(电容、电感等)、智能式等阶段。下面以力平衡式(下面以力平衡式(QDZ型气动差压变送器和型气动差压变送器和DDZ-III型电动差压变送器)和电容式差压变送器的型电动差压变送器)和电容式差压变送器的结构和工作原理进行介绍。结构和工作原理进行介绍。1、气动元件及组件、气动元件及组件 常见的气动元件有气阻、气容。常见的组件有组容
25、藕合组件、喷常见的气动元件有气阻、气容。常见的组件有组容藕合组件、喷嘴嘴挡板机构、功率放大器等。挡板机构、功率放大器等。(1)气阻)气阻 气体流过节流元件时,会受到一定的阻力,这种节流元件气体流过节流元件时,会受到一定的阻力,这种节流元件叫做气阻。气阻的作用和电阻相似,起阻碍气体的流动、叫做气阻。气阻的作用和电阻相似,起阻碍气体的流动、降压降压和和限流限流的作用。的作用。气阻按其结构特点和工作特性可分为气阻按其结构特点和工作特性可分为恒气阻恒气阻与与变气阻变气阻两类。气阻两类。气阻对空气的阻碍程度,一般用气阻值对空气的阻碍程度,一般用气阻值R表示,其大小为每增加表示,其大小为每增加单位体积单位
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