1、化工儀表及自動化化工儀表及自動化第十章第十章 自動控制儀表自動控制儀表 內容提要內容提要n 自動控制儀表的作用與分類自動控制儀表的作用與分類n控制儀表的能源形式控制儀表的能源形式n控制儀表的結構形式控制儀表的結構形式n控制儀表的信號形式控制儀表的信號形式n 模擬式控制儀表模擬式控制儀表n概述概述nDDZ-DDZ-型電動控制器型電動控制器1內容提要內容提要n 數字式控制儀表數字式控制儀表n概述概述n可編程調節器的主要特點可編程調節器的主要特點n可編程調節器的基本構成及原理可編程調節器的基本構成及原理nKMMKMM可編程序調節器可編程序調節器2第一節第一節 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類

2、 或稱控制器,它將被控變量測量值與給定值相比較后產生的偏差,進行一定的運算,并將運算結果以一定信號形式送往執行器,以實現對被控變量的自動控制。 n 一、控制儀表的能源形式一、控制儀表的能源形式按照儀表所用的能源控制儀表控制儀表直接作用式控制器直接作用式控制器間接作用式控制器間接作用式控制器3第一節第一節 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類n 二、控制儀表的結構形式二、控制儀表的結構形式 按控制儀表與自動控制系統中的檢測、變送、顯示等各部分的不同,主要可以分為基地式控制儀表與單元組合式控制儀表等?；厥娇刂苾x表基地式控制儀表 基地式控制儀表是將測量、變送、顯示及控制等功能集于一身的一種控制

3、儀表。 結構比較簡單,常用于。4第一節第一節 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類單元組合式儀表單元組合式儀表 單元組合式儀表把整套儀表按照其功能和使用要求，分成若干獨立作用的單元，各單元之間用統一的標準信號聯系。 使用時，針對不同的要求,將各單元以不同的形式組合，可以組成各種各樣的自動檢測和控制系統。 優點優點 可以用有限的單元組成各種各樣的控制系統,具有高度的通用性和靈活性。 可以通過轉換單元,把氣動表、電動表,甚至液動表聯系起來,混合使用。 5第一節第一節 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類 由于各單元獨立作用,所以在布局、安裝、維護上也更合理、更方便。 儀表大都采用力平衡或力

4、矩平衡原理,工作位移小、無機械摩擦、精度高、使用壽命長、性能較好。 由于零部件的標準化、系列化,有利于大規模生產,降低了成本,提高了產量和質量。 有利于發展新品種,采用新工藝、新技術。6第一節第一節 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類分分類類 根據,單元組合儀表主要分為氣動單元組合儀表和電動單元組合儀表。變送單元(B)顯示單元(X)給定單元(G)輔助單元(F)控制單元(T)計算單元(J)轉換單元(Z)在電動單元組合儀表中還包括執行單元(K)。7第一節第一節 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類 是以 0.14MPa壓縮空氣為能源,各單元之間以統一的 0.020.1MPa氣壓標準信號相

5、聯系,整套儀表的精度為1級。： DDZ-型電子管器件為主要器件 DDZ-型晶體管等分立元件為主要器件 DDZ-型線性集成電路作為核心器件8第一節第一節 控制儀表的作用與分類控制儀表的作用與分類n 三、控制儀表的信號形式三、控制儀表的信號形式控制儀表模擬式控制儀表數字式控制儀表9第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表n 一、概述一、概述模擬式控制儀表所傳送的信號形式為連續的模擬信號?；?本結構比較環節反饋環節放大器10第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表基本功能基本功能11第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表n 一、一、DDZ-型電動控制器型電動控制器12 電氣零點不是從零開始，

6、且不與機械零點重合，這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識別斷電、斷線等故障。 本信號制的電流-電壓轉換電阻為250。 由于聯絡信號為15V DC，可采用并聯信號制，因此干擾少，連接方便。第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表13 由于集成運算放大器均為差分放大器，且輸入對稱性好，漂移小，儀表的穩定性得到提高。 由于集成運算放大器有高增益，因而開環放大倍數很高，這使儀表的精度得到提高。 由于采用了集成電路，焊點少，強度高，大大提高了儀表的可靠性。 第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表 各單元省掉了電源變壓器，沒有工頻電源進入單元儀表，既解決了儀表發熱問題，又為儀表的防爆提供了有利條件

7、。 在工頻電源停電時備用電源投入，整套儀表在一定時間內仍可照常工作，繼續進行監視控制作用，有利于安全停車。 14第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表15 （ 第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表16圖10-1 DDZ-型控制器結構方框圖 主要由輸入電路、給定電路、PID運算電路、自動與手動（包括硬手動和軟手動兩種）切換電路、輸出電路及指示電路等組成。 型控制器有全刻度指示和偏差指示兩個基型品種。17圖10-2 DTL-3110型調節器正面圖1自動-軟手動-硬手動切換開關；2雙針垂直指示器；3內給定設定輪；4輸出指示器；5硬手動操作桿；6軟手動操作板鍵；7外給定指示燈；8閥位指示器；

8、9輸出記錄指示；10位號牌；11輸入檢測插孔；12手動輸出插孔第二節第二節 模擬式控制儀表模擬式控制儀表第三節第三節 數字式控制儀表數字式控制儀表18 數字式控制器模擬式控制器構成原理數字技術模擬技術所用器件以微處理機為核心部件以運算放大器等模擬電子器件為基本部件儀表總的功能和輸入輸出關系基本一致。 n 一、概述一、概述第三節第三節 數字式控制儀表數字式控制儀表n 二、二、可編程調節器的可編程調節器的主要特點主要特點19 1. 1.功能豐富。功能豐富。 2. 2. 通用性強。通用性強。 3. 3.可靠性好?？煽啃院谩５谌澋谌?數字式控制儀表數字式控制儀表n 三、可編程調節器的基本構成及原理

9、三、可編程調節器的基本構成及原理20圖10-3可編程調節器的原理方框圖第三節第三節 數字式控制儀表數字式控制儀表n 四、四、KMMKMM可編程序調節器可編程序調節器21是一種單回路的數字控制器。 可以接收5個模擬輸入信號，4個數字輸入信號，輸出3個模擬信號，輸出3個數字信號。 可編程調節可編程調節器的原理方器的原理方框圖框圖1.KMM調節器的面板及其功能鍵第三節第三節 數字式控制儀表數字式控制儀表2.KMM調節器的側面圖10-5 KMM調節器的右側面1數據設定器 (任選)；2備用手操器；3輔助開關；4電源單元；5BUF板(前)；6IOC板(中)；7CPU板 (后)22第三節第三節 數字式控制儀

10、表數字式控制儀表 3.KMM的控制類型 KMM調節器內有兩個PID運算式，即PID1和PID2，根據使用，又可以分為四種控制類型。 只用一個PID運算式，采用本機內給定 (LSP)，無串級(CAS)狀態。(2)(2)控制類型控制類型1 1 只用一個PID運算式，在“自動”時以 LSP1為設定值(內給)，在串級(CAS)狀態時以RSP1為設定值(外給)，來自其他調節器或運算器，也可來自本調節器內的其他運算單元的輸出。 23第三節第三節 數字式控制儀表數字式控制儀表 用兩個PID運算式,在“自動”時,PID1的輸出為PID2的給定,PID1為內給定(LSP1)。 用兩個PID運算式,有手動、自動、

11、串級三種狀態(即M、A、C),當處于自動狀態時, PID2為本機給定(LSP2)；處于串級狀態時，PID2為外給定(RSR2)。RSP2可以是PID1的輸出,也可以是外來的模擬輸入或某些運算單元的輸出。 24第三節第三節 數字式控制儀表數字式控制儀表0 0類型控制類型控制器器(1PID(1PID本本機內給定機內給定) ) 1 1類型控制器類型控制器(1PID(1PID串級型串級型) ) 2 2類型控制類型控制器器(2PID(2PID本本機內給定機內給定) ) 3 3類型控制器類型控制器(2PID(2PID串級型串級型) ) 方式方式指針指針 手動手動MAN MAN 自動自動AUTO AUTO

12、手動手動MANMAN自動自動AUTOAUTO串級串級CAS CAS 手動手動MANMAN自動自動AUTOAUTO手動手動MANMAN自動自動AUTOAUTO串級串級CAS CAS PVPV指指針針 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1PV1(PV2) (PV2) PV1PV1(PV2) (PV2) PV2PV2(PV1) (PV1) PV2PV2(PV1) (PV1) PV1PV1(PV2) (PV2) SPSP指指針針 LSP1 LSP1 LSP1 LSP1 LSP1LSP1(RSP(RSP1) 1) LSP1LSP1(RSP(RSP1) 1

13、) RSP1 RSP1 LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) LSP2LSP2(LSP(LSP1) 1) LSP2LSP2(LSP(LSP1) 1) LSP1LSP1(RSP(RSP2) 2) 表10-1 各種控制類型下 PV、SP的內容 注: LSPLocalset Point(本機內給定)； RSPRemote Set Point(遙控外給定)。 25第三節第三節 數字式控制儀表數字式控制儀表 4.KMM調節器的操作 手動(MAN)方式自動(AUTO)方式串級(CAS)方式跟蹤(FOLLOW)方式 聯鎖手動方式(IM)后備方式(S)26例題

14、分析例題分析試述理想運算放大器的特點及各種運算電路。 理想運算放大器的主要特點有:輸入阻抗Ri =;輸出阻抗Ro=0;開環電壓增益A=;頻帶寬度f OL =。 圖10-6是表示反相輸入的電路,輸入電壓經阻抗Zi后由放大器的反相端 (“-”端)輸入。輸出電壓經反饋阻抗Z0反饋到輸入端,因而構成了一閉環電路。選擇不同的反饋環節,可以使該閉環電路具有不同的運算作用。因而,又稱這種閉環電路為運算電路。 圖10-6 反相輸入電路圖27例題分析例題分析 由集成運算放大器的電壓增益A的定義可知(VT-VF)A=Vo 由于A=，而Vo受到電源電壓的限制,為一有限值,故有VT =VF如果VT是接地的,由于VF近

15、似等于VT ,故稱該點為“虛地”。 因為Ri=，故Ib=0 ,于是有Ii =-I0考慮到VF0,故有 00ZVZViiiiVZZV00或(10-1) 28例題分析例題分析sCZ001sCZii1 當選擇阻抗 Z0 和 Zi 為不同形式時，Vo就與 Vi有不同的關系,亦即構成不同的運算電路。 Z0 和 Zi 都以復數阻抗形式出現。當 Z0和 Zi 分別為兩個電容 C0和 Ci時,則 iiVCCV00將此二式代入式(10-1)，則得 29例題分析例題分析這就是說,輸出電壓與輸入電壓成比例關系,為比例運算電路。 iiRZsCZ,100當 Zi為一電阻 Ri，Z0為一電容 C0時,則 iiVsRCV001將此二式代入式