化工仪表及自动化第10章(精).ppt

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化工仪表及自动化,第十章自动控制仪表,内容提要,自动控制仪表的作用与分类控制仪表的能源形式控制仪表的结构形式控制仪表的信号形式模拟式控制仪表概述DDZ-型电动控制器,1,数字式控制仪表概述可编程调节器的主要特点可编程调节器的基本构成及原理KMM可编程序调节器,第一节控制仪表的作用与分类,控制仪表或称控制器,它将被控变量测量值与给定值相比较后产生的偏差,进行一定的运算,并将运算结果以一定信号形式送往执行器,以实现对被控变量的自动控制。

一、控制仪表的能源形式,3,电动控制器气动控制器,第一节控制仪表的作用与分类,二、控制仪表的结构形式,按控制仪表与自动控制系统中的检测、变送、显示等各部分的组合方式不同,主要可以分为基地式控制仪表与单元组合式控制仪表等。

基地式控制仪表,基地式控制仪表是将测量、变送、显示及控制等功能集于一身的一种控制仪表。

结构比较简单,常用于单机控制系统。

4,第一节控制仪表的作用与分类,单元组合式仪表,单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要求，分成若干独立作用的单元，各单元之间用统一的标准信号联系。

使用时，针对不同的要求,将各单元以不同的形式组合，可以组成各种各样的自动检测和控制系统。

优点,可以用有限的单元组成各种各样的控制系统,具有高度的通用性和灵活性。

可以通过转换单元,把气动表、电动表,甚至液动表联系起来,混合使用。

5,第一节控制仪表的作用与分类,由于各单元独立作用,所以在布局、安装、维护上也更合理、更方便。

仪表大都采用力平衡或力矩平衡原理,工作位移小、无机械摩擦、精度高、使用寿命长、性能较好。

由于零部件的标准化、系列化,有利于大规模生产,降低了成本,提高了产量和质量。

有利于发展新品种,采用新工艺、新技术。

6,第一节控制仪表的作用与分类,分类,根据使用能源的不同,单元组合仪表主要分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。

在电动单元组合仪表中还包括执行单元（K）。

7,第一节控制仪表的作用与分类,气动单元组合仪表是以0.14MPa压缩空气为能源,各单元之间以统一的0.020.1MPa气压标准信号相联系,整套仪表的精度为1级。

电动单元组合式仪表的发展阶段：

DDZ-型电子管器件为主要器件DDZ-型晶体管等分立元件为主要器件DDZ-型线性集成电路作为核心器件,8,第一节控制仪表的作用与分类,三、控制仪表的信号形式,9,第二节模拟式控制仪表,一、概述,模拟式控制仪表所传送的信号形式为连续的模拟信号。

10,第二节模拟式控制仪表,第二节模拟式控制仪表,基本功能,PID运算功能测量值、给定值与偏差显示输出显示手动与自动的双向切换内、外给定信号的选择正、反作用的选择,11,第二节模拟式控制仪表,一、DDZ-型电动控制器,12,1.DDZ-型仪表的特点,

（1）采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号。

优点,电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。

本信号制的电流-电压转换电阻为250。

由于联络信号为15VDC，可采用并联信号制，因此干扰少，连接方便。

第二节模拟式控制仪表,13,

（2）广泛采用现性集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。

优点,由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。

由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。

由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。

第二节模拟式控制仪表,（3）型仪表统一由电源箱供给24VDC电源，并有蓄电池作为备用电源。

优点,各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。

在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。

14,第二节模拟式控制仪表,15,（4）内部带有附加装置的控制器能和计算机联用,在与直接数字计算机控制系统配合使用时,在计算机停机时,可作后备控制器使用。

（5）自动、手动的切换是双向无扰动的方式进行的。

（6）整套仪表可构成安全火花防爆系统。

第二节模拟式控制仪表,16,图10-1DDZ-型控制器结构方框图,主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。

型控制器有全刻度指示和偏差指示两个基型品种。

17,图10-2DTL-3110型调节器正面图,1自动-软手动-硬手动切换开关；2双针垂直指示器；3内给定设定轮；4输出指示器；5硬手动操作杆；6软手动操作板键；7外给定指示灯；8阀位指示器；9输出记录指示；10位号牌；11输入检测插孔；12手动输出插孔,第二节模拟式控制仪表,第三节数字式控制仪表,18,数字式控制器与模拟式控制器的异同点：

不同点,相同点,仪表总的功能和输入输出关系基本一致。

一、概述,第三节数字式控制仪表,二、可编程调节器的主要特点,19,1.功能丰富。

2.通用性强。

3.可靠性好。

第三节数字式控制仪表,三、可编程调节器的基本构成及原理,20,图10-3可编程调节器的原理方框图,第三节数字式控制仪表,四、KMM可编程序调节器,21,是一种单回路的数字控制器。

可以接收5个模拟输入信号，4个数字输入信号，输出3个模拟信号，输出3个数字信号。

可编程调节器的原理方框图,1.KMM调节器的面板及其功能键,第三节数字式控制仪表,2.KMM调节器的侧面,22,第三节数字式控制仪表,3.KMM的控制类型,KMM调节器内有两个PID运算式，即PID1和PID2，根据使用PID运算式的个数及给定方式的不同，又可以分为四种控制类型。

（1）控制类型只用一个PID运算式，采用本机内给定（LSP），无串级（CAS）状态。

（2）控制类型1只用一个PID运算式，在“自动”时以LSP1为设定值（内给），在串级（CAS）状态时以RSP1为设定值（外给），来自其他调节器或运算器，也可来自本调节器内的其他运算单元的输出。

23,第三节数字式控制仪表,（3）控制类型2用两个PID运算式,在“自动”时,PID1的输出为PID2的给定,PID1为内给定（LSP1）。

（4）控制类型3用两个PID运算式,有手动、自动、串级三种状态（即M、A、C）,当处于自动状态时,PID2为本机给定（LSP2）；处于串级状态时，PID2为外给定（RSR2）。

RSP2可以是PID1的输出,也可以是外来的模拟输入或某些运算单元的输出。

24,第三节数字式控制仪表,表10-1各种控制类型下PV、SP的内容,注:

LSPLocalsetPoint（本机内给定）；RSPRemoteSetPoint（遥控外给定）。

25,第三节数字式控制仪表,4.KMM调节器的操作,

（1）准备,

（2）正常运行方式,手动（MAN）方式自动（AUTO）方式串级（CAS）方式跟踪（FOLLOW）方式,（3）非正常运行方式,联锁手动方式（IM）后备方式（S）,26,第四节（第十六章）可编程序控制器概述,可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC可编程控制器是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置,由于其良好的性能价格比和稳定的工作状态以及简便的操作性。

可编程控制器是一种数字运算操作系统,专为工业环境应用而设计,有较强的抗干扰能力。

可编程控制器可以单独使用,也可以通过网络成为DCS控制系统的一部分。

第一节可编程序控制器概述,一、可编程控制器（PLC）的发展过程1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。

从1971年开始,各国相继开发了适于本国的PLC,并推广使用。

20世纪80年代末,PLC技术已经很成熟,并从开关量逻辑控制扩展到计算机数字控制（CNC等）领域。

近年生产的PLC向电气控制、仪表控制、计算机控制一体化方向发展。

PLC已被称为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。

第一节可编程序控制器概述,二、可编程控制器的功能与特点,1.可编程控制器的功能,PLC可以进行各种复杂的开关量逻辑控制，且配置了计数器、定时器等指令，进一步丰富了逻辑控制功能，同时可以完成各种类型的计数要求。

PLC具有了A/D、D/A转换的功能,丰富了控制手段和控制范围。

PLC有了较强的通信功能,可以组成PLC控制的计算机网络。

可编程控制器的主要功能,

（1）开关逻辑控制,

（2）定时/计数控制,（3）步进控制,（4）数据处理,（5）过程控制,（6）运动控制,（7）通信联网,（8）监控,（9）数字量与模拟量的转换,第一节可编程序控制器概述,2.可编程控制器的特点,控制程序可编程编程方便扩展灵活可靠性高，抗干扰能力强,可编程序控制器,与过去的继电器系统相比它的最大特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，同时，功能丰富、可靠性强，可组成集中分散系统或纳入局部网络。

与通常的微计算机相比它的优点是语言简单、编程简便、面向用户、面向现场、使用方便。

各种PLC结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。

PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。

三、可编程控制器的结构和工作原理,1、可编程序控制器的基本组成,2、可编程序控制器的软件系统,

（1）梯形图语言,（）.可编程控制器的编程语言,梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继电接触控制电路图的形式，二者的基本构思是一致的，只是使用符号和表达方式有所区别。

三、可编程控制器的结构和工作原理,图16-3（a）为实现这一功能的一种梯形图程序（OMRONPLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。

图16-3梯形图程序,

（2）助记符语言,又称为命令语句表达式语言，常用一些助记符来表示PLC的某种操作。

助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂。

图16-3（b）为梯形图对应的用助记符表示的指令表。

（）.可编程控制器的工作过程,.按容量分,

（1）小型PLC,I/O点总数一般为20128点。

（2）中型PLC,其I/O点总数通常为129512点，内存在K以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。

3、可编程控制器的分类,（3）大型PLC,其I/O点总数在513点以上。

编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。

.按硬件结构分,

（1）整体式PLC,它将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。

面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。

图16-5SIMENSSIMATICS7-200的外形图,

（2）模块式PLC,输入/输出点数较多的大型、中型和部分小型PLC采用模块式结构。

其优点为：

图16-6SIMENSSIMATICS7-300的外形图,采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其CPU、输入、输出等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在CPU模块之中。

品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。

（3）叠装式PLC,它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。

可编程序控制器,可编程控制器的主要技术性能,2.用户程序存储容量,用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。

3.扫描速度,指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。

4.指令系统条数,指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。

种类数量越多，软件功能越强。

小结,介绍了：

控制仪表的作用与分类模拟式控制仪表数字式控制仪表教学基本要求要求：

了解控制仪表的分类，掌握单元组合仪表的统一标准信号；了解模拟式控制仪表（DDZ-型电动调节器）、数字式控制仪表（可编程调节器、PL