自动化仪表及装置第0章-2概论.ppt
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化工自动化及仪表培训课程PPT(共 46张)
闭环控制的特点（优点）：按偏差进行控制，使偏 差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。
闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各 环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统 失去控制。
开环控制： 开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进 行测量，只根据输入信号进行控制，控制及时。
设定值 r(t)
机构 e(t)
-
控制装置 u(t)
被控变量
执行器
过程
q(t)
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
闭环控制系统组成
•检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测 量值y(t)。
•比较机构的作用是比较设定值r(t)与测量值y(t)并输 出其差值。
•控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况， 按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构 和控制装置通常组合在一起，称为控制器。
负反馈：将被控 变量送回输入端 并与输入变量相 减（负反馈闭环 的才可以独立工
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控过程：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差控制被控变量，这样，整个 系统构成了一个闭环。
它是以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计。PID控制规律是经典控制理论 最辉煌的成果。
2）现代控制理论:20世纪60年代得到迅猛发 展。
其主要内容为：
线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论， 系统辨识。
闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各 环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统 失去控制。
开环控制： 开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进 行测量，只根据输入信号进行控制，控制及时。
设定值 r(t)
机构 e(t)
-
控制装置 u(t)
被控变量
执行器
过程
q(t)
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
闭环控制系统组成
•检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测 量值y(t)。
•比较机构的作用是比较设定值r(t)与测量值y(t)并输 出其差值。
•控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况， 按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构 和控制装置通常组合在一起，称为控制器。
负反馈：将被控 变量送回输入端 并与输入变量相 减（负反馈闭环 的才可以独立工
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控过程：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差控制被控变量，这样，整个 系统构成了一个闭环。
它是以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计。PID控制规律是经典控制理论 最辉煌的成果。
2）现代控制理论:20世纪60年代得到迅猛发 展。
其主要内容为：
线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论， 系统辨识。
自动化仪表ppt课件
为32，水的沸点定为212,中间分为180份， 开氏温标（热力学温标）： 他们的关系：t=T-273.15K
K=t℃+273.15 ℉=9/5℃+32
四、温度仪表安装注意事项
1、温度一次点的安装位置应选在介质温度变化灵 敏且具有代表性的地方，不宜选在阀门、焊缝等 阻力部件的附近和介质流束呈死角处。 就地指示温度计要安装在便于观察的地方。 热电偶安装地点应远离磁场。 温度一次部件若安装在管道的拐弯处或倾斜安装， 应逆着流向。 双金属温度计在≤DN50管道或热电阻、热电偶在 ≤DN70的管道上安装时，要加装扩大管。扩大管 要按标准图制作。 压力式温度计的温包必须全部浸入被测介质中。
4、可靠性 仪表的可靠性直接关系到仪表人员的维护量,在济济条件
允许等条件下,尽可能的选用高可靠性仪表。
第五节 自动化调节系统的基本概念
仪表自动化的主要内容一般包括： 自动检测系统？利用各种检测仪表对工艺参数进行检测指示
或记录。 自动信号和连锁保护系统？当参数超过允许范围，信号系统
发出声光告戒操作人员。如工况已达到危险状态连锁系统立 即自动打开安全阀或紧急停机防止事故进一步发生。 自动操作系统？根据预先规定的步骤自动的使生产进行周期 性的操作。 自动调节系统？由于各种工艺条件是不断变化的，生产中的 参数就可能偏离或波动，这就需要一些自动调节装置对某些 偏离的参数进行调节。
膜片式弹性元件：膜片式弹性元件根据结构的不同可分为膜片 和膜盒。
波纹管式弹性元件：是一个周围为波纹状的薄壁金属圆桶。
弹簧管压力表：
其用途不同，可分为普通压力表、耐腐蚀 氨用压力表、禁油的氧气压力表。
弹簧管压力表的结构：弹簧管、拉杆、扇 形齿轮、中心齿轮、指针、面板、游丝、 调整螺钉、接头。
K=t℃+273.15 ℉=9/5℃+32
四、温度仪表安装注意事项
1、温度一次点的安装位置应选在介质温度变化灵 敏且具有代表性的地方，不宜选在阀门、焊缝等 阻力部件的附近和介质流束呈死角处。 就地指示温度计要安装在便于观察的地方。 热电偶安装地点应远离磁场。 温度一次部件若安装在管道的拐弯处或倾斜安装， 应逆着流向。 双金属温度计在≤DN50管道或热电阻、热电偶在 ≤DN70的管道上安装时，要加装扩大管。扩大管 要按标准图制作。 压力式温度计的温包必须全部浸入被测介质中。
4、可靠性 仪表的可靠性直接关系到仪表人员的维护量,在济济条件
允许等条件下,尽可能的选用高可靠性仪表。
第五节 自动化调节系统的基本概念
仪表自动化的主要内容一般包括： 自动检测系统？利用各种检测仪表对工艺参数进行检测指示
或记录。 自动信号和连锁保护系统？当参数超过允许范围，信号系统
发出声光告戒操作人员。如工况已达到危险状态连锁系统立 即自动打开安全阀或紧急停机防止事故进一步发生。 自动操作系统？根据预先规定的步骤自动的使生产进行周期 性的操作。 自动调节系统？由于各种工艺条件是不断变化的，生产中的 参数就可能偏离或波动，这就需要一些自动调节装置对某些 偏离的参数进行调节。
膜片式弹性元件：膜片式弹性元件根据结构的不同可分为膜片 和膜盒。
波纹管式弹性元件：是一个周围为波纹状的薄壁金属圆桶。
弹簧管压力表：
其用途不同，可分为普通压力表、耐腐蚀 氨用压力表、禁油的氧气压力表。
弹簧管压力表的结构：弹簧管、拉杆、扇 形齿轮、中心齿轮、指针、面板、游丝、 调整螺钉、接头。
《自动化仪表概述》ppt课件
例如炸弹的爆炸、电子振荡器中振荡过程的产 生等都是正反响系统。
可见,自动控制系统是具有被控变量负反响的闭 环系统。由于具有负反响的闭环系统,它可随时 了解被控对象的情况,有针对性地根据被控变量 的变化情况而改动控制造用的大小和方向,从而 使系统的任务形状一直等于或接近所希望的形 状这是闭环系统的优点。
自动信号和联锁维护系统(自动维护) 当消费过程出现危险时,自动信号系统发出声、光 等报警信号,自动联锁维护系统立刻作出反响,经过 改动阀门的开启度或切断某些通路,或进展紧急停 车,以防止事故的发生或扩展。它是消费过程中的 一种平安安装。
自动支配及自动开停车系统(自动支配) 自动支配系统:按照预先规定的步骤自动地对消费
动态:被控变量随时间变化、自动化安装改动原状 的不平衡形状。
假设一个系统原先处于相对平衡形状即静态,由于 干
扰的作用而破坏了这种平衡时,被控变量就会发生
变化,从而使控制器、控制阀等自动化安装改动原
来平衡时所处的形状,产生一定的控制造用来抑制 干扰的影响,并力图使系统恢复平衡。从干扰发生
开场,经过控制,直到系统重新建立平衡,在这一段时
检测——实施正确控制的第一步
变送——将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化 成一致(规范)的电气信号。 过程控制对检测仪表要求：
设备或安装。如冶金炉,加热炉等,也可是一台详 细
的设备或设备的某一部分,如一段管道(贮槽)。
被控变量y:消费过程中需坚持恒定的变量(液位) 。 干扰作用f:在消费过程中引起被控变量偏离给定
值
的外来要素,它是输入信号 (进料流量的改动)。 控制造用:用来抑制外界干扰,使被控变量恢复到
给
定值的操作。
持的参数值(液位)进展比较得出偏向,并按某种运 算
可见,自动控制系统是具有被控变量负反响的闭 环系统。由于具有负反响的闭环系统,它可随时 了解被控对象的情况,有针对性地根据被控变量 的变化情况而改动控制造用的大小和方向,从而 使系统的任务形状一直等于或接近所希望的形 状这是闭环系统的优点。
自动信号和联锁维护系统(自动维护) 当消费过程出现危险时,自动信号系统发出声、光 等报警信号,自动联锁维护系统立刻作出反响,经过 改动阀门的开启度或切断某些通路,或进展紧急停 车,以防止事故的发生或扩展。它是消费过程中的 一种平安安装。
自动支配及自动开停车系统(自动支配) 自动支配系统:按照预先规定的步骤自动地对消费
动态:被控变量随时间变化、自动化安装改动原状 的不平衡形状。
假设一个系统原先处于相对平衡形状即静态,由于 干
扰的作用而破坏了这种平衡时,被控变量就会发生
变化,从而使控制器、控制阀等自动化安装改动原
来平衡时所处的形状,产生一定的控制造用来抑制 干扰的影响,并力图使系统恢复平衡。从干扰发生
开场,经过控制,直到系统重新建立平衡,在这一段时
检测——实施正确控制的第一步
变送——将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化 成一致(规范)的电气信号。 过程控制对检测仪表要求：
设备或安装。如冶金炉,加热炉等,也可是一台详 细
的设备或设备的某一部分,如一段管道(贮槽)。
被控变量y:消费过程中需坚持恒定的变量(液位) 。 干扰作用f:在消费过程中引起被控变量偏离给定
值
的外来要素,它是输入信号 (进料流量的改动)。 控制造用:用来抑制外界干扰,使被控变量恢复到
给
定值的操作。
持的参数值(液位)进展比较得出偏向,并按某种运 算
仪表自动化2ppt-PowerPoint演示文稿
是用来衡量仪表能不能尽快反应出参数变化的品质指 标。
仪表的反应时间有不同的表示方法。当输入信号突然变化一个数 值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。仪表的输出信 号(即指示值)由开始变化到新稳态值的63．2％所用的时间(相当于 时间常数T)，可用来表示反应时间，也有用变化到新稳态值的95％ 所用的时间来表示反应时间的(相当于3T）。
值得注意的是、上述指标仅适用于指针式仪表。在数值式仪表中， 往往用分辨力来表示仪表灵敏度(或灵敏限)的大小。
4．分辨力
对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最未位数字间隔所代 表的被测参数变化量。如数字电压表显示器末位一个数字所代表的 输入电压值。
显然，不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称 为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。通常以最高分辨力作为数字电 压表分辨力指标。
2．弹性式压力计
它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹 簧管压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。
3．电气式压力计
它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、 频率等）来进行测量的仪表，例如各种压力传感器和压力变送器。
4．活塞式压力计
它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上 所加平衡砝码的质量来进行测量的。它的测量精度很高，允许误差 可小到0.05％一0.02％。但结构较复杂，价格较贵。一般作为标难 型压力测量仪器、来检验其他类型的压力计。
例1
某台测温仪表的测温范围为200一700℃．校验该表时得到的最大 绝对误差为十4 oC，试确定该仪表的精度等级。 解 该仪表的相对百分误差为
如果将该仪表的δ去掉“十”号与“％”号，其数值为0.8。由于 国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了 0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为 1.0级。
仪表的反应时间有不同的表示方法。当输入信号突然变化一个数 值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。仪表的输出信 号(即指示值)由开始变化到新稳态值的63．2％所用的时间(相当于 时间常数T)，可用来表示反应时间，也有用变化到新稳态值的95％ 所用的时间来表示反应时间的(相当于3T）。
值得注意的是、上述指标仅适用于指针式仪表。在数值式仪表中， 往往用分辨力来表示仪表灵敏度(或灵敏限)的大小。
4．分辨力
对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最未位数字间隔所代 表的被测参数变化量。如数字电压表显示器末位一个数字所代表的 输入电压值。
显然，不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称 为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。通常以最高分辨力作为数字电 压表分辨力指标。
2．弹性式压力计
它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹 簧管压力计、波纹管压力计及膜式压力计等。
3．电气式压力计
它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、 频率等）来进行测量的仪表，例如各种压力传感器和压力变送器。
4．活塞式压力计
它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上 所加平衡砝码的质量来进行测量的。它的测量精度很高，允许误差 可小到0.05％一0.02％。但结构较复杂，价格较贵。一般作为标难 型压力测量仪器、来检验其他类型的压力计。
例1
某台测温仪表的测温范围为200一700℃．校验该表时得到的最大 绝对误差为十4 oC，试确定该仪表的精度等级。 解 该仪表的相对百分误差为
如果将该仪表的δ去掉“十”号与“％”号，其数值为0.8。由于 国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了 0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为 1.0级。
化工自动化及仪表内容辅导课件
汽包
LT Fd C
省煤器 给水
图1-2 开环液位控制系统
PAGE8OF144
3、自动控制系统组成及方框图
研究控制系统时，为了更清楚地表示控 制系统各环节的组成、特性和相互间的信号 联系，一般都采用方框图。每个方框表示组 成系统的一个环节，两个方框间用带箭头的 线段表示信号联系，进入方框表示信号为输 入，离开表示信号为输出，输入引起输出变 化，而输出不会引起输入变化，即环节具有 单向特性。
1、自动控制系统
图1-1 加热炉温度自动控制系统
PAGE5OF144
➢目标：控制加热炉火的出口温度 ➢实现方式（过程）： （1）测量该温度 （2）将该温度与期望值（设定值）比较 （3）根据偏差调节燃料流量，目的是使得偏
差为0 ➢ 特点：
负反馈系统（设定值与测量值相减） 根据偏差调节 闭环控制
PAGE6OF144
过程特性：指当被控过程的输入变量（操纵 变量或扰动）发生变化时，其输出变量（被 控变量）随时间变化规律。 控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作 用途径， 干扰通道：扰动f(t)对被控变量得作用途径 研究过程特性时，两个通道都要考虑
PAGE40OF144
h(t)
h(t)
h(0) t
自衡的非振荡过程
q(t) 执行机构
扰动
f (t)
被控变量 c(t) 过程
y(t) 测量值
检测元件 变送器
图1-3 控制系统方框图
PAGE11OF144
4、分析控制系统时重要概念
➢信息概念 图1－3中的各个符号变量都是实际的物
理量，然而他们是作为信息来转换和使用的。 每个环节都有信息流入和流出。信息的流入 和流出与实际对象中物料的流入和流出不同。 从整个系统看，设定值和扰动是系统输入， 而被控变量和其他测量值是输出。
LT Fd C
省煤器 给水
图1-2 开环液位控制系统
PAGE8OF144
3、自动控制系统组成及方框图
研究控制系统时，为了更清楚地表示控 制系统各环节的组成、特性和相互间的信号 联系，一般都采用方框图。每个方框表示组 成系统的一个环节，两个方框间用带箭头的 线段表示信号联系，进入方框表示信号为输 入，离开表示信号为输出，输入引起输出变 化，而输出不会引起输入变化，即环节具有 单向特性。
1、自动控制系统
图1-1 加热炉温度自动控制系统
PAGE5OF144
➢目标：控制加热炉火的出口温度 ➢实现方式（过程）： （1）测量该温度 （2）将该温度与期望值（设定值）比较 （3）根据偏差调节燃料流量，目的是使得偏
差为0 ➢ 特点：
负反馈系统（设定值与测量值相减） 根据偏差调节 闭环控制
PAGE6OF144
过程特性：指当被控过程的输入变量（操纵 变量或扰动）发生变化时，其输出变量（被 控变量）随时间变化规律。 控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作 用途径， 干扰通道：扰动f(t)对被控变量得作用途径 研究过程特性时，两个通道都要考虑
PAGE40OF144
h(t)
h(t)
h(0) t
自衡的非振荡过程
q(t) 执行机构
扰动
f (t)
被控变量 c(t) 过程
y(t) 测量值
检测元件 变送器
图1-3 控制系统方框图
PAGE11OF144
4、分析控制系统时重要概念
➢信息概念 图1－3中的各个符号变量都是实际的物
理量，然而他们是作为信息来转换和使用的。 每个环节都有信息流入和流出。信息的流入 和流出与实际对象中物料的流入和流出不同。 从整个系统看，设定值和扰动是系统输入， 而被控变量和其他测量值是输出。
《自动化仪表概述》课件
液位控制器
用于控制液体的液位，并保持在 设定值范围内。
执行器
执行器负责根据仪表或控制器的指令执行相应的操作，比如控制阀门、开关 等。
PLC
可编程逻辑控制器（PLC）是一种专用计算机，用于控制工业过程中的各种电气和机械设备。
DCS
分散控制系统（DCS）是一种用于控制和监控大型工业过程的集中式控制系统。
仪表分类
流量计
用于测量流体的流量和速度。
温度计
用于测量物体或环境的温度。
压力计
用于测量气体或液体的压力。
液位计
用于测量容器中液体的高度。
分析仪
分析仪用于检测和分析工业过程中的化学组分和物理性质。
控制器
温度控制器
用于自动控制温度，并保持在设 定值范围内。
压力控制器
用于控制液体和气体的压力，并 保持在设定值范围内。
《自动化仪表概述》PPT 课件
本课件将介绍自动化仪表的概述、分类以及各种不同类型的仪表和相关技术。 通过本课件，您将深入了解自动化仪表的基本知识和应用领域。
仪表概述
仪表是自动化控制系统中的关键元素，用于测量、监测和控制各种工业过程 参数，如温度、压力、流量和液位等。
自动化控制系统
自动化控制系统是通过传感器、执行器和控制器等设备实现工业过程
《自动化仪表》PPT课件
可靠性
选择经过实践证明性能稳定、可靠性高的仪表。
17
2024/1/26
经济性：在满足工艺和可靠性要求的前提下，尽量选用价格合理、维护方便的仪表。
18
2024/1/26
考虑环境条件
根据安装环境选择适合的防护等级和温度范围的仪表。
了解仪表性能
熟悉仪表的工作原理、测量范围、精度等级等技术参数。
了解供应商资质
校验仪表参数
29
Байду номын сангаас2024/1/26
30
2024/1/26
31
2024/1/26
06
CHAPTER
自动化仪表在工业生产中的应用案例
32
2024/1/26
03
自动化仪表在石油化工环保治理中的应用
实时监测和治理废气、废水等污染物排放，降低环境污染。
01
自动化仪表在石油化工原料储运中的应用
实现原料的自动计量、混合、输送和存储，提高储运效率和安全性。
信号处理
对转换后的电信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的信噪比和抗干扰能力。常见的信号处理方法有模拟电路处理、数字电路处理以及微处理器处理等。
信号输出
将处理后的信号以适当的形式输出，如模拟量输出、数字量输出、开关量输出等，以便与后续控制系统或显示装置进行接口。
9
2024/1/26
自动化仪表的误差来源主要包括原理误差、制造误差、使用误差等。其中，原理误差是由于测量原理不完善引起的；制造误差是由于仪表制造过程中的因素（如材料、工艺等）引起的；使用误差则是由于仪表使用过程中的因素（如环境条件、操作方法等）引起的。
选择有良好信誉和售后服务的供应商。
19
2024/1/26
选择经过实践证明性能稳定、可靠性高的仪表。
17
2024/1/26
经济性：在满足工艺和可靠性要求的前提下，尽量选用价格合理、维护方便的仪表。
18
2024/1/26
考虑环境条件
根据安装环境选择适合的防护等级和温度范围的仪表。
了解仪表性能
熟悉仪表的工作原理、测量范围、精度等级等技术参数。
了解供应商资质
校验仪表参数
29
Байду номын сангаас2024/1/26
30
2024/1/26
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2024/1/26
06
CHAPTER
自动化仪表在工业生产中的应用案例
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2024/1/26
03
自动化仪表在石油化工环保治理中的应用
实时监测和治理废气、废水等污染物排放，降低环境污染。
01
自动化仪表在石油化工原料储运中的应用
实现原料的自动计量、混合、输送和存储，提高储运效率和安全性。
信号处理
对转换后的电信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的信噪比和抗干扰能力。常见的信号处理方法有模拟电路处理、数字电路处理以及微处理器处理等。
信号输出
将处理后的信号以适当的形式输出，如模拟量输出、数字量输出、开关量输出等，以便与后续控制系统或显示装置进行接口。
9
2024/1/26
自动化仪表的误差来源主要包括原理误差、制造误差、使用误差等。其中，原理误差是由于测量原理不完善引起的；制造误差是由于仪表制造过程中的因素（如材料、工艺等）引起的；使用误差则是由于仪表使用过程中的因素（如环境条件、操作方法等）引起的。
选择有良好信誉和售后服务的供应商。
19
2024/1/26
仪表与自动化教学课件01
动仪表（少用）。 （2）按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类： ①检测仪表；②显示仪表；③集中控制装置；④控制仪
表；⑤执行器。 （3）按仪表的组成形式分类： ①基地式仪表：基地式仪表集变送、显示、控制各部分
功能于一体，单独构成一个固定的控制系统；②单元组 合仪表：单元组合式仪表将变送、控制、显示等功能制 成各自独立的仪表单元，各单元间用统一的输入、输出 信号相联系。
（扰动）的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的 数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。 自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情况的任务；信号联 锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时，采取安全措施 ，以避免生产事故的发生；自动操纵系统只能按照预先规定好的 步骤进行某种周期性操纵；只有自动控制系统才能自动地排除各 种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数 值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。
《仪表与自动化》教学课件
10 计算机控制系统 10.1 计算机控制系统的原理与组成 10.2 计算机控制系统的分类与特点 习题与思考题
《仪表与自动化》教学课件 ——0.绪论
0 绪论 0.1仪表自动化的概念 生产过程自动化，就是在生产过程中，采用自动化仪表及装置，
来检测、显示、记录和控制生产过程中的重要工艺参数，以代替 操作人员的直接操作，使整个生产过程能自动地维持正常状态； 当受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，又能自动地调回到规 定的数值范围内。这种用自动化仪表来控制生产过程的方法，即 生产过程自动化。 仪表自动化技术是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科 、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于各类生产过程 ，以实现生产过程的自动化。 生产过程或设备的自动控制，实现了生产工艺参数从测量、显示 、记录到控制以及对生产设备的操作和保护等环节，都用自动化 仪表及装置按设定的工艺过程来自动完成，从而使生产质量得以 提高，并大大地减轻工人的劳动强度，同时，也更好地保证生产 安全，延长设备使用寿命，降低能量消耗和生产成本，为生产企 业带来了良好的经济效益和社会效益。
表；⑤执行器。 （3）按仪表的组成形式分类： ①基地式仪表：基地式仪表集变送、显示、控制各部分
功能于一体，单独构成一个固定的控制系统；②单元组 合仪表：单元组合式仪表将变送、控制、显示等功能制 成各自独立的仪表单元，各单元间用统一的输入、输出 信号相联系。
（扰动）的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的 数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。 自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情况的任务；信号联 锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时，采取安全措施 ，以避免生产事故的发生；自动操纵系统只能按照预先规定好的 步骤进行某种周期性操纵；只有自动控制系统才能自动地排除各 种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数 值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。
《仪表与自动化》教学课件
10 计算机控制系统 10.1 计算机控制系统的原理与组成 10.2 计算机控制系统的分类与特点 习题与思考题
《仪表与自动化》教学课件 ——0.绪论
0 绪论 0.1仪表自动化的概念 生产过程自动化，就是在生产过程中，采用自动化仪表及装置，
来检测、显示、记录和控制生产过程中的重要工艺参数，以代替 操作人员的直接操作，使整个生产过程能自动地维持正常状态； 当受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，又能自动地调回到规 定的数值范围内。这种用自动化仪表来控制生产过程的方法，即 生产过程自动化。 仪表自动化技术是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科 、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于各类生产过程 ，以实现生产过程的自动化。 生产过程或设备的自动控制，实现了生产工艺参数从测量、显示 、记录到控制以及对生产设备的操作和保护等环节，都用自动化 仪表及装置按设定的工艺过程来自动完成，从而使生产质量得以 提高，并大大地减轻工人的劳动强度，同时，也更好地保证生产 安全，延长设备使用寿命，降低能量消耗和生产成本，为生产企 业带来了良好的经济效益和社会效益。
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特点
主要产品
应用 灵活， 通用 性强
Ⅰ系列、EK系列仪表 (日本横河公司)
国产DDZ-Ⅱ、DDZ -Ⅲ系列仪表(北京、 上海、西安、大连、 天津、吉林、重庆
等仪表厂)
15
时间
名称
结构
特点
第三阶段 20世纪60 ~70年代
(1972)
组装式 综合 控制 装置
运算调节 机柜,
显示操作 机柜
装配灵活， 功能分离 （调节与 显示操作 分离）
信能力的现场仪表相连接, 并同上层监控管理级一起构
成分布式控制网络。如FF总线控制系统（FCS）。
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> 控制仪表及装置的发展
发展史大约有70年，大体可分成五个阶段。
时间
名称
结构
第一阶段
20世纪30~40 年代(1935)
将测量、显示、 基 纪录、调节都 地 放在一个表壳 式 里的仪表. 仪 (以指示记录仪 表 表为中心，附加
电源（220V AC/24V DC） 气源（140kPa）
传输信号
电信号（电压、电流、数字）气压信号
元器件
电子元器件
气动元件
接线
导线
导管
电磁干扰与防爆 受电磁干扰影响 须采取抗干扰、防爆措施
不受电磁干扰影响 本质上安全防爆
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❖ 按信号类型
模
数
拟
字
式
式
仪
仪
表
表
自动化装置按采用的信号形式不同
10
❖ 按信号类型
2
概论
第一节 控制仪表与控制系统
3
> 控制仪表与控制系统
控制仪表指自动控制系统中广泛使用的控制器、变送 器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表和装置。 自动控制系统一般由被控对象、变送器、控制器和执 行器构成。其方框图如下所示：
给定值
控制器
变送器
执行器
被控参数
被控对象
被控介质
简单控制系统方框图
4
传输（供电24VDC 、输入信号1~5V、输出 信号4~20mA） 四线制和两线制传输
某些调节机构)
特点
主要产品
结构简单, 适于单参数
就地控制
KF系列气动基地 式仪表(日本山武 -霍尼威尔公司)
带PID调节的电 子电位差计(上海 自动化仪表厂)
14
时间
名称
结构
第二阶段
20世纪40~50 年代(1955)
单 元 组 合 式 仪 表
将整套仪表划分成 若干个单元，各单 元之间采用统一的 标准信号连接。使 用时根据需要，经 过不同的搭配，就 可组成各种各样的 检测及控制系统。
主要产品
Spec-200 (美国福克斯波罗公司)
TF系列 (上海自动化仪表厂)
MZ-Ⅲ系列 (西安仪表厂)
16
时间
名称
结构
特点
操作、
第四阶段 20世纪70
集 散 控
分散监测控制装置, 人-机接口装置,
显示、 管理 集中.
~90年代 (1975)
制 系 统
通信网络, 上位机接口装置
控制、 负荷、 危险
此外，根据需要还可设有显示、转换、计算、 辅助、给定装置。
6
概论
第二节 控制仪表及装置分类、发展
7
> 控制仪表及装置的分类
❖按所用能源形式
工业上主要使用电动和气
动
动
动
和
仪
仪
仪
仪
表
表
表
表
自动化装置按采用的能源形式不同
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电动控制仪表和气动控制仪表的比较
电动控制仪表
气动控制仪表
能源
概论
第一节 控制仪表与控制系统 第二节 控制仪表及装置的分类与发展 第三节 联络信号和传输方式 第四节 安全防爆的基本知识和防爆措施
1
本章重点内容介绍
控制仪表与控制系统 仪表的分类和发展 联络信号定义、类型、电信号传输方式
（供电24VDC 、输入信号1~5V、输出信 号4~20mA） 防爆电气设备的分类、分组和防爆标志 常用防爆型控制仪表类型和特点 控制系统实现本安防爆的要求
现场总线仪表 通信网络
操作、显示、 管理一体化, 危险分散， 控制分散 到一个回路
主要产品
FF基金会现场总线 (美国费歇尔罗斯蒙特公司)
PROFIBUS 过程现场总线 (德国西门子公司)
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概论
第三节 联络信号和传输方式
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本节重点内容介绍
联络信号定义、类型 电信号传输方式：电流信号传输、电压信号
➢组装式仪表：在单元组合仪表的基础上发展起来的一 种成套仪表装置，包含控制柜和操作台两部分。
➢集散控制系统（DCS）：以微型计算机为核心, 集4C 技术为一体的计算机控制装置, 实现分散控制和集中管 理。如TPS、PCS 7、ECS、Hollias等。
➢现场总线控制系统（FCS）: 现场总线将具有数字通
11
❖ 按结构形式
基组 组集总 地合 装散线 式式 式式式 仪仪 仪仪仪 表表 表表表
自动化装置按采用的结构形式不同
12
❖ 按结构形式
➢基地式仪表：包含多种功能部件（传感、指示、记录、 控制、执行等部分），设计成一个整体，结构较简单。 如带控制机构的指示记录仪。
➢单元组合式仪表：仪表划分成能独立实现某种功能的 若干单元，单元间用标准信号联系。如电动、气动单元 组合仪表。
➢模拟式仪表
传输信号为连续变化的模拟量,这类仪表线路较简单, 操作方便，价格较低。
如，气动仪表，电动单元组合仪表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等。
➢数字式仪表
传输信号为断续变化的数字量，这类仪表与装置以 微型计算机为核心，功能完善，性能优越，能解决模拟 仪表难以解决的问题。
如，可编程调节器、控制器、 DCS（集散控制系 统）、 FCS（现场总线控制系统） 等。
分散
主要产品
TDC-2000、 TDC-3000、 TPS、S9000 (美国霍尼威尔公司) CENTUM-CS 、 XL 、CS1000、
CS3000 (日本横河公司) PCS7、PCS7-BOX (德国西门子公司)
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时间 名称
结构
特点
第五阶段 20世纪95 ~07年代
(2019)
现场 总线 控制 系统
给定值
控制器
变送器
执行器
被控参数
被控对象
被控介质
简单控制系统方框图
被控变量首先由检测元 件变换为易于传递的物 理量，再经变送器转换 成标准的电信号，该信 号送到控制器(调节器) 中，与给定值相比较得 出的偏差，以一定的控 制（调节）规律发出控 制信号，控制执行器的 动作，从而改变被控介 质物料或能量的大小， 直至被控变量与给定值 相等。
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➢ 被控对象 － 需要调节其工艺参数的生产设备。
➢ 变送器 － 把工艺参数转换成标准统一信号的装 置。
➢ 控制器 － 将来自变送器的测量值与给定信号相 比较后产生的偏差信号， 按照预先设定好的控 制规律进行运算后，输出一个控制信号去执行器。
➢ 执行器 － 把控制器的输出信号转换成直线位移 或角位移，以控制阀门的开度。