过程控制及自动化仪表培训教材.doc

第一章自动化仪表的组成和工作原理一、概述自动化仪表包括过程变量检测与变送、显示和控制等自动化控制系统中使用的各种仪表单元和系统,其中包括工业企业广泛使用的热工仪表; 用于温度、压力、流量、物位和成分等的测量。由于计算机和网络技术的发展,自动化仪表与工厂自动控制系统成为不可分割的完整系统,在很多现代控制装置中已经完全融为一体。其发展历程分为以下几个阶段: 前期( 20 世纪 70 年代以前) :自动化仪表划分成各种标准功能单元,按需要可以组合成各种控制系统。中期( 20世纪 70 年代后): 1 、控制仪表集中在控制室,生产现场各处的参数通过统一的模拟信号, 送往控制室。操作人员可以在控制室监控生产流程各处的状况。 2 、适用于生产规模较大的多回路控制系统。 3 、集散控制阶段。 4 、计算机的出现,大大简化了控制功能的实现。最初,人们设想用一台计算机取代所有回路的控制仪表,实现直接数字控制( DDC , Direct Digital Control )。 5 、但 DDC 系统的故障危险高度集中,一旦计算机出现故障, 就会造成所有控制回路瘫痪,使生产过程风险加大。因此, DD C 系统并未得到广泛应用。当前( 20 世纪 80 年代初以来), 随着计算机性能提高、体积缩小, 出现了内装 CPU 的数字控制仪表。基于“集中管理, 分散控制”的理念,在数字控制仪表和计算机与网络技术基础上,开发了集中、分散相结合的集散型控制系统( DCS , Distributed Control System )。 DCS 系统实行分层结构,将控制故障风险分散、管理功能集中。得到广泛应用。随着 CPU 进入检测仪表和执行器,自动化仪表彻底实现了数字化、智能化。控制系统也出现了由智能仪表构成的现场总线控制系统( FCS , Fieldbus Control System) 。 FCS 系统把控制功能彻底下放到现场,依靠现场智能仪表便可实现生产过程的检测、控制。而用开放的、标准化的通信网络——现场总线, 将分散在现场的控制系统的通信连接起来,实现信息集中管理。在现代自动化程度较高的工业企业, 随着网络技术的发展和大量虚拟仪器的使用,控制系统与检测仪表之间的界限在进一步的缩小。按照传统仪表的概念,可以将自动化仪表分为检测与变送仪表、控制仪表和执行控制单元三个部分。检测与变送仪表用于将现场的过程变量值转换为标准的过程信号, 提供给控制仪表, 实现各种控制功能; PID 控制、比值控制、智能化控制等。执行器则是将控制单元的信号转换为具体的控制运动,最终完成自动调节的控制功能。早期的 DDZ 系列控制仪表就是这样的控制单元,虽然它的应用在逐步的萎缩,但在控制原理和控制概念上却是较好的素材。二、检测与变送仪表要控制一个生产过程,首先必须实时检测生产过程中的有关参数。例如温度、压力、流量、液位等。用来检测这些参数的工具称为检测仪表, 其中包括测量指示仪表及将被测参数转换成标准信号输出的测量变送器。 1 、检测仪表的基本技术指标检测仪表种类繁多,但目的都是快速、准确地测量某种物理量。因此,对于检测仪表的性能有一套通用的评价指标。(1). 绝对误差检测仪表的指示值 X 与被测量真值 Xt 之间存在的差值称为绝对误差Δ。表示为: Δ=X-Xt 由于真值是无法得到的理论值。实际计算时,可用精确度较高的标准表所测得的标准值 X0 代替真值 Xt ,表示为: Δ=X-X0 仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差Δ max 。 2 .基本误差基本误差是一种简化的相对误差,又称引用误差或相对百分误差。定义为: 而:仪表量程= 测量上限-测量下限仪表的基本误差表明了仪表在规定的工作条件下测量时, 允许出现的最大误差。 3 .精确度(精度) 为了便于量值传递, 国家规定了仪表的精确度( 精度) 等级系列。如 级, 级, 级等。仪表精度的确定方法: 将仪表的基本误差去掉“±”号及“%”号,套入规定的仪表精度等级系列。例如某台仪表的基本误差为± %,则确认该表的精确度等级符合 级;如果某台仪表的基本误差为± %,则该表的精确度等级符合 级。例1 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。解: 该仪表的基本误差为: 将该表的δ去掉“十”号与“%”号,其数值为 。由于国家规定的精度等级中没有 级仪表,而该仪表的误差超过了 级仪表所允许的最大绝对误差。故:这台测温仪表的精度等级为 级。目前,我国生产的仪表常用的精确度等级有 , , , ,