自动化仪表及装置第0章2概论
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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。
自动化仪表与装置第二章第一节
壹
贰
偏差型PID运算式
模拟控制器的PID运算式
测量值Xm与给定值Xs相减后，得到偏差x，然后对偏差x进行比例、积分和微分的运算。 特点：对给定值的变化也进行PID运算
微分先行PID运算式 先对测量值Xm进行微分运算，再与给定值Xs相减，然后再进行比例积分运算。
微分先行PID控 制器在给定值 不变、测量值 阶跃变化时， 控制器响应特 性
微分先行PID算式 微分运算环节：
偏差计算：
01
比例积分运算环节：
02
微先分行PID算式
2
3
1
带不灵敏区的PID算式 — 在一定偏差范围内输出为0
或
(B称为不灵敏区宽度)
例:
01
积分分离PID算式
01
—在一定偏差范围内切除积分作用 方法：PID控制算式的积分项前面乘上一个变量N
01
01
02
03
实际PI控制器的传递函数:
Y（0）=KPA
利用始值定理
5、积分增益与开环放大倍数
利用终值定理 在阶跃信号输入下，控制器输出随时间变化的表达式为
积分增益 当最终变化量Y（∞）和比例增益KP一定时，积分增益KI越大时，余差越小，控制精度越高
Y（0）=KPA
开环放大倍数KOP 输出作全范围变化时
五种表示方法
微分方程表示法 用微积分的形式表示控制器特性，它常用于测定控制器参数。
P:
PI:
PD:
PID:
五种表示方法
、传递函数表示法 用拉普拉斯变换式表示控制器特性。它常用于控制器的特性分析以及控制系统的分析计算
P:
PI:
PD:
PID:
贰
偏差型PID运算式
模拟控制器的PID运算式
测量值Xm与给定值Xs相减后，得到偏差x，然后对偏差x进行比例、积分和微分的运算。 特点：对给定值的变化也进行PID运算
微分先行PID运算式 先对测量值Xm进行微分运算，再与给定值Xs相减，然后再进行比例积分运算。
微分先行PID控 制器在给定值 不变、测量值 阶跃变化时， 控制器响应特 性
微分先行PID算式 微分运算环节：
偏差计算：
01
比例积分运算环节：
02
微先分行PID算式
2
3
1
带不灵敏区的PID算式 — 在一定偏差范围内输出为0
或
(B称为不灵敏区宽度)
例:
01
积分分离PID算式
01
—在一定偏差范围内切除积分作用 方法：PID控制算式的积分项前面乘上一个变量N
01
01
02
03
实际PI控制器的传递函数:
Y（0）=KPA
利用始值定理
5、积分增益与开环放大倍数
利用终值定理 在阶跃信号输入下，控制器输出随时间变化的表达式为
积分增益 当最终变化量Y（∞）和比例增益KP一定时，积分增益KI越大时，余差越小，控制精度越高
Y（0）=KPA
开环放大倍数KOP 输出作全范围变化时
五种表示方法
微分方程表示法 用微积分的形式表示控制器特性，它常用于测定控制器参数。
P:
PI:
PD:
PID:
五种表示方法
、传递函数表示法 用拉普拉斯变换式表示控制器特性。它常用于控制器的特性分析以及控制系统的分析计算
P:
PI:
PD:
PID:
《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
自动化仪表
自动化仪表
• 自动化仪表概述 • 自动化仪表的工作原理与组成 • 自动化仪表的选型与安装 • 自动化仪表在工业生产中的应用 • 自动化仪表的发展趋势与挑战 • 总结与展望
01
自动化仪表概述
定义与发展历程
定义
自动化仪表是一种能够自动测量、记 录、显示、控制和报警的仪器设备， 广泛应用于工业、能源、环保、交通 等领域。
发展历程
自动化仪表经历了从机械化、电气化 、电子化到智能化的发展历程，随着 计算机技术和网络技术的不断发展， 自动化仪表的智能化程度不断提高。
自动化仪表的分类及应用领域
分类
根据测量原理、被测参数和使用 环境等不同标准，自动化仪表可 分为温度仪表、压力仪表、流量 仪表、物位仪表、分析仪表等。
应用领域
远程监控
借助网络技术，将自动化仪表与远程 监控中心相连，实现对生产现场的远 程实时监测和控制，降低人力成本。
机械设备状态监测与故障诊断
状态监测
通过自动化仪表对机械设备的振 动、温度、电流等参数进行实时
监测，及时发现潜在故障。
故障诊断
利用自动化仪表的数据分析功能 ，对监测到的异常数据进行处理 和分析，准确定位故障原因，为
电动执行机构技术
将控制信号转换为电机的 旋转运动，驱动阀门、风 门等执行机构动作。
气动执行机构技术
将控制信号转换为气源的 压力变化，驱动气动执行 机构动作。
03
自动化仪表的选型与安装
选型原则及注意事项
选型原则 根据测量对象及环境确定仪表类型。
根据测量精度要求选择合适的仪表等级。
选型原则及注意事项
03
常见故障排查及维修策略
检查仪表的输入/输出信号线是否接 好，有无松动或接触不良现象。
• 自动化仪表概述 • 自动化仪表的工作原理与组成 • 自动化仪表的选型与安装 • 自动化仪表在工业生产中的应用 • 自动化仪表的发展趋势与挑战 • 总结与展望
01
自动化仪表概述
定义与发展历程
定义
自动化仪表是一种能够自动测量、记 录、显示、控制和报警的仪器设备， 广泛应用于工业、能源、环保、交通 等领域。
发展历程
自动化仪表经历了从机械化、电气化 、电子化到智能化的发展历程，随着 计算机技术和网络技术的不断发展， 自动化仪表的智能化程度不断提高。
自动化仪表的分类及应用领域
分类
根据测量原理、被测参数和使用 环境等不同标准，自动化仪表可 分为温度仪表、压力仪表、流量 仪表、物位仪表、分析仪表等。
应用领域
远程监控
借助网络技术，将自动化仪表与远程 监控中心相连，实现对生产现场的远 程实时监测和控制，降低人力成本。
机械设备状态监测与故障诊断
状态监测
通过自动化仪表对机械设备的振 动、温度、电流等参数进行实时
监测，及时发现潜在故障。
故障诊断
利用自动化仪表的数据分析功能 ，对监测到的异常数据进行处理 和分析，准确定位故障原因，为
电动执行机构技术
将控制信号转换为电机的 旋转运动，驱动阀门、风 门等执行机构动作。
气动执行机构技术
将控制信号转换为气源的 压力变化，驱动气动执行 机构动作。
03
自动化仪表的选型与安装
选型原则及注意事项
选型原则 根据测量对象及环境确定仪表类型。
根据测量精度要求选择合适的仪表等级。
选型原则及注意事项
03
常见故障排查及维修策略
检查仪表的输入/输出信号线是否接 好，有无松动或接触不良现象。
仪表自动化理论
在使用低电压、小电流时，可在电路上及结构上采取严密措施，限制进入易燃易爆
场所的能量，从而保证在生产现场不会发生足以引起燃烧或爆炸的“危险火花”。
这样，限制电动仪表使用的一个主要障碍被扫除，电信号比气压信号在传送和处理
上的优越性就能得到充分的发挥。大家知道，气压信号传递速度慢，传输距离短，
管线安装不便。相比之下，电信号传输、放大、变换、测量都比气压信号方便得多，
4、各种热电偶的分度表均是在参考端即温度t0为0 ℃的条件下得到的热电势
与温度之间的关系，因此，热电偶测温时，冷端温度必须为0 ℃，否则将产生
测量误差。而在工业上使用时，要使冷端温度保持在0 ℃是比较困难的，所以，
必须根据不同的使用条件和要求的测量精度，对热电偶冷端温度采用一些不
同的处理办法，常用的方法有如下几种：
6、计算修正法 当热电偶冷温度不是0 ℃而是t0时，测得的热电偶回路中的热电势
为E(t, t0)。可采用正式进行修正： E(t, 0)= E(t, t0)+ E(t0, 0)
只适用于实验室或临时性测温的情况，而对于现场的连续测量显然是 不实用的
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第二章 仪表分类、结构、原理 和 常见仪表故障、分析、判断、处理
• 电气式压力计 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）。 结构分类：各种压力传感器和压力变送器。
例：电容式压力变送器 它是由检测和变送两个环节组成。检测环 节感受被测压力的变化转换成电容量的变化 。 变送环节则将电容变化量转换成标准电流信 号4~20mA DC输出。
测压点的选择 被测介质直管段 测量流动介质：取压点与流动方向垂直。 测液体压力：取压点在管道下部 测气体压力：取压点在管道上部
《自动化仪表概述》PPT课件
1. 准备工具和材料
准备好安装所需的工具、材料和仪表。
2. 确定安装位置
根据工艺流程和测量要求确定仪表的安装位置。
安装步骤和操作规范
3. 固定仪表
使用合适的固定件将仪表固定在安装位置上。
4. 连接管路和电缆
按照图纸要求连接好管路和电缆，确保密封性和电气安全。
安装步骤和操作规范
遵守安全规定
在安装过程中遵守安全操作规程 ，确保人身和设备安全。
保持清洁
保持安装环境清洁，防止杂质进入 仪表内部影响测量精度。
正确接线
按照接线图正确接线，避免错接、 漏接导致仪表损坏或测量误差。
调试过程及验收标准
1. 外观检查
检查仪表外观是否完好，有无损坏或变形。
2. 通电检查
给仪表通电，检查显示是否正常，有无报警或故障提示。
调试过程及验收标准
3. 功能测试
因和改进措施
5. 总结实验经验和教训， 提出改进意见和建议
感谢您的观看
THANKS
度对仪表造成损害。
常见故障现象及原因分析
仪表显示异常
可能原因包括电源故障、显示器损坏、内部电路故障等。
仪表测量不准确
可能原因包括传感器故障、信号处理电路故障、校准不当等。
仪表无法通信
可能原因包括通信接口损坏、通信协议不匹配、通信线路故障等 。
排除故障策略和实例分享
1 2 3
针对显示异常
首先检查电源是否正常，然后检查显示器及内部 电路是否损坏，根据具体情况进行更换或维修。
VS
系统稳定
在联调过程中系统运行稳定，信号传输准 确可靠。
04
使用维护与故障排除技巧
日常维护保养方法
保持仪表外部清洁
准备好安装所需的工具、材料和仪表。
2. 确定安装位置
根据工艺流程和测量要求确定仪表的安装位置。
安装步骤和操作规范
3. 固定仪表
使用合适的固定件将仪表固定在安装位置上。
4. 连接管路和电缆
按照图纸要求连接好管路和电缆，确保密封性和电气安全。
安装步骤和操作规范
遵守安全规定
在安装过程中遵守安全操作规程 ，确保人身和设备安全。
保持清洁
保持安装环境清洁，防止杂质进入 仪表内部影响测量精度。
正确接线
按照接线图正确接线，避免错接、 漏接导致仪表损坏或测量误差。
调试过程及验收标准
1. 外观检查
检查仪表外观是否完好，有无损坏或变形。
2. 通电检查
给仪表通电，检查显示是否正常，有无报警或故障提示。
调试过程及验收标准
3. 功能测试
因和改进措施
5. 总结实验经验和教训， 提出改进意见和建议
感谢您的观看
THANKS
度对仪表造成损害。
常见故障现象及原因分析
仪表显示异常
可能原因包括电源故障、显示器损坏、内部电路故障等。
仪表测量不准确
可能原因包括传感器故障、信号处理电路故障、校准不当等。
仪表无法通信
可能原因包括通信接口损坏、通信协议不匹配、通信线路故障等 。
排除故障策略和实例分享
1 2 3
针对显示异常
首先检查电源是否正常，然后检查显示器及内部 电路是否损坏，根据具体情况进行更换或维修。
VS
系统稳定
在联调过程中系统运行稳定，信号传输准 确可靠。
04
使用维护与故障排除技巧
日常维护保养方法
保持仪表外部清洁
《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
化工仪表第一、二章讲解
操纵变量：受控制器操纵的用以克服干扰的影响，使被 控变量保持设定值的物料量或能量
扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量 变化的因素
设定值：工艺参数所要求保持的数值
偏差：被控变量设定值与实际值之差
负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减
1.4. 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，根据偏差进行控制，控制被控变量， 这样，整个系统构成了一个闭环。
二、字母
在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半园 内，一般写有两位字母，第一位字母表示被测变量， 后继字母表示仪表的功能，常用被测变量和仪表功能 能的字母代号见表1-2
1.4 自动控制系统的组成及方框图
在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制 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， 两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方 框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。
t 些；化学反应器的温度控
制要求高，余差就要小一
些。
（4）过渡时间(回复时间) TS
过度时间表示控制系统过渡过程的长短。
定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态 值达到新的稳态值所需要的时间。
y
B
B’
A
0
C t
（1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ）
y
B
B’
A
0
控制系统的品 质指标示意图
C
动画链
t 接按钮
最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的 物理量，也是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。
对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变 量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，最大偏差就是第 一个波的峰值，为A。
扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量 变化的因素
设定值：工艺参数所要求保持的数值
偏差：被控变量设定值与实际值之差
负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减
1.4. 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，根据偏差进行控制，控制被控变量， 这样，整个系统构成了一个闭环。
二、字母
在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半园 内，一般写有两位字母，第一位字母表示被测变量， 后继字母表示仪表的功能，常用被测变量和仪表功能 能的字母代号见表1-2
1.4 自动控制系统的组成及方框图
在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制 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， 两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方 框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。
t 些；化学反应器的温度控
制要求高，余差就要小一
些。
（4）过渡时间(回复时间) TS
过度时间表示控制系统过渡过程的长短。
定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态 值达到新的稳态值所需要的时间。
y
B
B’
A
0
C t
（1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ）
y
B
B’
A
0
控制系统的品 质指标示意图
C
动画链
t 接按钮
最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的 物理量，也是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。
对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变 量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，最大偏差就是第 一个波的峰值，为A。
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Ri
U0 Rcm／２
发送仪表
Ri
为减小传输误差,应满足Ri/n 》R0 + Rcm ，故有
接收仪表
R0 Rcm n 100% Ri
为减小传输误差，要求：
R0和Rcm 尽量小，Ri 大些，限制并联 仪表的数量n。
电压信号传输时 仪表之间的连接
26
电压传输的特点
优点
Ri Rcm／２ R0 Ii
执行器
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。
信号 下限=4mA，上限=20mA
下限=0mA，+、－、×、 下限=4mA，躲开晶体管死 ÷运算方便，易于刻度换算。区，一开始就工作在线性区。 电气零点=机械零点，零点 电气零点≠机械零点，零点 易于区别。 不易区别。 上限=10 mA，产生的电磁 上限=20mA，产生的电磁 力（安培力）较小，故带负 力（安培力）较大，故带负 载能力强。 载能力差。
2
> 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
执行器
被控介质
简单控制系统方框图
3
给定值
控制器
变送器 被控对象 被控参数
信号上限高，产生的电磁平衡力大；信号上限低有 利于减少功率损耗和仪表防爆。 20
二、电信号传输方式
1.直流电流传输
电流传递——电流接收的串联方式 0~10mA传送， 0~10mA接收， 220V交流供电，在DDZ-Ⅱ型仪表中使用 220V
~ 220V ~ 发 送I0 仪 ↑ 表
Rcm
导线电阻 R0 输出阻抗
30
直流电流和直流电压的比较
直流电流 输入阻抗（接收仪表）↓ 输出阻抗（发送仪表）↑ 输入阻抗Ri↓，输出阻抗 RO↑，信号有损失，为减 小传输误差，仪表应有恒 流特性（负载电阻在一定 范围内变化时，IO的变化 应小于允许值） 直流电压 输入阻抗（接收仪表） ↑ 输出阻抗（发送仪表） ↓ 输入阻抗Ri↑，输出阻抗 RO↓，并联仪表越多，信 号损失越大，为减小传输 误差，并联装置的台数应 ≤4台。
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)
14
时间
名称
结构
特点
主要产品
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）
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第四阶段 20世纪70 ~90年代 (1975)
集 散 控 制 系 统
分散监测控制装置, 人-机接口装置, 通信网络, 上位机接口装置
操作、 显示、 管理 集中. 控制、 负荷、 危险 分散
时间
名称
结构
特点
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)
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。
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按结构形式
基 地 式 仪 表
增加或取消某个接收仪 表不影响其他仪表的工作。 各接收仪表可设置公共 接地点，可和计算机联用。
Ri
U0 Rcm／２
缺点
Ri
发送仪表
接收仪表
电压信号传输时 仪表之间的连接
引线电阻上产生电压降, 信号受一定损失, 且因接收 仪表输入阻抗很高，易于引 入干扰，所以电压信号不适 于远距离传输。
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直流电流和直流电压的比较
Rcm/2
信号传输方式：现场仪表与
控制室仪表之间采用直流电 流信号， 控制室内部仪表 之间采用直流电压信号。
Ui
接 Ri 收 仪 表
24V
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误差分析
Ri Rcm／２ R0 Ii
Ri / n U0 U0 U0 Ui R0 Rcm Ri / n U0 U0 R0 Rcm 100% R0 Rcm Ri / n
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 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）。
5
概论
第二节 控制仪表及装置分类、发展
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> 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控制仪表。
气 动 仪 表 电 动 仪 表 液 动 仪 表 混 和 仪 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 能源 电源（220V AC/24V DC） 气动控制仪表 气源（140kPa）
传输信号
元器件 接线 电磁干扰与防爆
电信号（电压、电流、数字）
电子元器件 导线 受电磁干扰影响 须采取抗干扰、防爆措施
气压信号
气动元件 导管 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 拟 式 仪 表
数 字 式 仪 表
自动化装置按采用的信号形式不同
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按信号类型
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。
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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 将测量、显示、 纪录、调节都 放在一个表壳 里的仪表. (以指示记录仪 表为中心，附加 某些调节机构)
特点
主要产品 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)
优点 发送仪表输出电阻大， 具有恒流特性，故电流信号 适于远距传输。 电流回路中串入一电阻， 取压方便。
R0 Ri
发送仪表
Ii
接收仪表
电流信号传输时 仪表之间的连接
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电流传输的特点
Rcm Ri
I0
缺点 回路中增减接收仪表时， 将影响其它仪表的工作。 任何一个仪表在拆离回 路之前，首先要把该仪表的 两个输入端短接，否则其它 仪表将会因电流中断而失去 信号。 各台仪表没有公共接地 点，须浮空工作。
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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。 此外，根据需要还可设有显示、转换、计算、 辅助、给定装置。
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一、 联络信号
联络信号的定义：指在成套仪表系列中，仪 表之间采用的传输信号的类型和数值。 联络信号类型 气动仪表：20~100KPa 电动仪表：数字、频率信号 模拟信号 0~10mA、 4~20mA 及 1~5V 信号下限从零开始有利于模拟量运算。 信号下限从某值开始（活零点）便于检验仪表是否 断电，并可实现两线制。
直流电流 直流电压 增加或取消一台仪表， 增加或取消一台仪表， 整个系统停止运行 整个系统正常运行 串联制 易于远距离传输 无公共接地点 各仪表可有自己的接地 点，系统不允许有公共 接地点（会短路） 并联制 不易于远距离传输 有公共接地点 各仪表可有自己的接地 点，系统允许有公共接 地点
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直流电流和直流电压的比较
第一阶段
20世纪30~40 年代(1935)
基 地 式 仪 表
结构简单, 适于单参数 就地控制
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时间
名称
结构
特点
主要产品
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。
变送器
接收 仪表
现场
控制室
现场
控制室
要实现两线制，必须采用活零点的电流信号。因电 源线和信号线公用，电源供给变送器的功率是通过 信号电流提供的。变送器输出电流为下限值时，应 保证它内部的半导体器件仍能正常工作。故信号电 流下限值不能过低。
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
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概论
第一节 控制仪表与控制系统
发送仪表
Ii
为保证传输误差ε 在允许范围之内， 应要求R0 》Rcm + nRi ，故有
接收仪表
Rcm nRi 100% R0
为减小传输误差，要求： R0足够大，而Rcm 及Ri 应比较小