单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,中国石油大学,胡长松,2012-2,自动化仪表与,DCS,中国石油大学胡长松2012-2自动化仪表与DCS,1,内 容,第一章 概述,第二章 控制单元,第三章 可编程控制器,第四章 执行单元,第五章 电气仪表的防爆知识,第六章,DCS,控制系统,内 容 第一章 概述,2,第一章 概 述,1.1,自动控制系统与自动化仪表,1.2,自动化仪表的分类,1.3,仪表信号制和传输方式,第一章 概 述 1.1 自动控制系统与自动化仪表,3,1.1,自动控制系统与自动化仪表,自动化：用相应的仪表代替人的感官和操作,眼,脑,手,变送器,控制器,执行器,执行器,1.1 自动控制系统与自动化仪表自动化：用相应的仪表代替人,4,测量变送器,把工艺参数转换成标准统一信号的装置。,控制器,对偏差信号按照预先设定好的控制规律进行运算，输出控制信号控制执行器动作。,执行器,根据控制器的输出完成对被控对象的控制。,1.1,自动控制系统与自动化仪表,测量变送器 把工艺参数转换成标准统一信号的装置。控制器,5,1.1,自动控制系统与自动化仪表,操纵值,（,MV）,控制器送给执行器的信号。,给定值,（,SV,）,工艺上希望保持的被控变量数值。,测量值,（,PV,）,被控变量的实际测量数值，即仪表示值。,偏差,（,DV,）,测量值与给定值之差。,1.1 自动控制系统与自动化仪表操纵值（MV）控制器送,6,1.1,自动控制系统与自动化仪表,被控对象,被控制的工艺生产设备。,操纵变量,实现控制作用的参数，一般是执行器控制的物理量。,被控变量,要求实施控制的参数，一般是工艺操作的物理量。,干扰,引起被控变量发生变化的各种因素。,箭头方向表示信号的流向，而不是物料或能量的流向。,1.1 自动控制系统与自动化仪表被控对象被控制的工艺生,7,1.1,自动控制系统与自动化仪表,1.1 自动控制系统与自动化仪表,8,过程测量仪表,（压力、温度、液位、流量、成分）传感器、变送器,过程控制仪表,可编程调节器、可编程控制器、,DCS,、安全栅、操作单元、显示单元、调节阀、电磁阀、变频器,1.1,自动控制系统与自动化仪表,过程测量仪表（压力、温度、液位、流量、成分）传感器、变送器过,9,第一章 概 述,1.1,自动控制系统与自动化仪表,1.2,自动化仪表的分类,1.3,仪表信号制和传输方式,第一章 概 述 1.1 自动控制系统与自动化仪表,10,1.2,自动化仪表的分类,按能源分,按信号类型分,按结构分,按安装地点分,气动、电动、液动,模拟的、数字的,基地式、单元组合、集散控制,控制室安装、现场安装,1.2 自动化仪表的分类 按能源分气动、电动、液动模拟,11,1.2,自动化仪表的分类,按所用能源形式分,气动、电动和液动仪表。,工业上主要使用电动和气动控制仪表。,电动控制仪表,气动控制仪表,能源,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,1.2 自动化仪表的分类 按所用能源形式分气动、电动和液动,12,1.2,自动化仪表的分类,按所用能源形式分,电动仪表,能源获取方便，信号传输和处理容易，便于实现集中显示和操作,电动仪表的发展过程,DDZ-S（80,年代初）,CPU，,集成电路,24,VDC 420mA（1-5V）,类型,DDZ-,DDZ-,DDZ-,放大元件,电子管,晶体管,集成电路,电源与信号,220,VAC 010mA,1.2 自动化仪表的分类 按所用能源形式分电动仪表能源获取,13,1.2,自动化仪表的分类,按所用能源形式分,气动仪表,结构简单、性能稳定、可靠性高、易于维护、安全防爆等特点。特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。,气动仪表的发展过程,类型,QDZ-,QDZ-,QDZ-,主要元件,膜片、杠杆、,弹簧,波纹管、杠杆,集成气路,气源与信号,气源为0.14,MPa,的洁净压缩空气，,标准信号为20,kPa,100,kPa,1.2 自动化仪表的分类 按所用能源形式分气动仪表结构简单,14,1.2,自动化仪表的分类,按能源分,按信号类型分,按结构分,按安装地点分,气动、电动、液动,模拟的、数字的,基地式、单元组合、集散控制,控制室安装、现场安装,1.2 自动化仪表的分类 按能源分气动、电动、液动模拟,15,1.2,自动化仪表的分类,按信号类型分,模拟式和数字式仪表。,传输信号为离散的数字量，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、,PLC,、,DCS,、,FCS,等。,模拟仪表,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,、,、,型等。,数字仪表,1.2 自动化仪表的分类 按信号类型分模拟式和数字式仪表。,16,1.2,自动化仪表的分类,按能源分,按信号类型分,按结构分,按安装地点分,气动、电动、液动,模拟的、数字的,基地式、单元组合、集散控制,控制室安装、现场安装,1.2 自动化仪表的分类 按能源分气动、电动、液动模拟,17,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,根据控制系统各组成环节的,不同功能和使用要求,，将仪表做成能实现,一定功能的独立仪表,（单元），各个仪表之间使用,统一的标准信号,进行联系，各单元不同组合可构成各种复杂度的控制系统和检测系统。,变送单元 执行单元 控制单元 转换单元,运算单元 显示单元 给定单元 辅助单元,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,18,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,变送单元：,将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等物理量变换成相应的标准统一信号（,420mA,，,010mA,或,20100kPa,）传送到接收仪表或装置，以供指示、记录或控制。,温度变送器 压力变送器 差压变送器,流量变送器 液位变送器,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,19,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,转换单元,：,将电压、频率等电信号转换成标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统中使用,直流毫伏转换器 频率转换器,电,/,气转换器 气,/,电转换器,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,20,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,控制单元,：将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出的控制信号，去控制执行器的动作,比例积分微分控制器 比例积分控制器,微分控制器 具有特种功能的控制器,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,21,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,运算单元,：将几个标准统一信号进行加、减、乘除开方、平方等运算，适用于多种参数的综合控制、比值控制、流量信号的温度压力补偿计算等,加减器、乘除器和开方器,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,22,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,显示单元,：对各种被测参数进行指示、记录、报警和计算，供操作人员监视控制系统和生产过程工况之用,指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,23,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,恒流给定器、定值器、比值给定,给定单元,：输出标准统一信号作为被控变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。给定单元的输出也可以供给其它仪表作为参考基准值。,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,24,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,单元组合式仪表,辅助单元,：为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表,操作器：用于手动操作，同时又起手动,/,自动的双向切换作用；,阻尼器：用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；,限幅器：用于限制信号的上下限值；,安全栅：用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,25,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,基地式仪表,把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表，通常以,指示、记录仪表为主体,，,附加控制、测量和给定,等部件而构成,适合用于单参数的控制系统,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,26,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,集散控制系统（,DCS,）或可编程控制器（,PLC,）,以计算机为核心，集,控制技术,（,Control,）、,计算机技术,（,Computer),、,通信技术,（,Communication),、,屏幕显示技术,（,CRT,）等,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。,集,：集中,集中监视、集中操作和管理整个生产过程,散,：分散,由多台专用微机分散地控制各个回路，可使系统运行安全可靠,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,27,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,集散控制系统（,DCS,）或可编程控制器（,PLC,）,以计算机为核心，集,控制技术,（,Control,）、,计算机技术,（,Computer),、,通信技术,（,Communication),、,屏幕显示技术,（,CRT,）等,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。,将,控制单元、显示单元、运算单元、给定单元,组合，完成控制、显示、运算等功能。,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,28,1.2,自动化仪表的分类,按结构形式分,单元组合式、基地式、集散控制系统、现场总线控制系统,现场总线控制系统（,FCS,）,基于现场总线技术的计算机控制系统,特点：,现场控制,和,双向数字通讯,，,将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。,1.2 自动化仪表的分类 按结构形式分单元组合式、基地式、,29,1.2,自动化仪表的分类,按能源分,按信号类型分,按结构分,按安装地点分,气动、电动、液动,模拟的、数字的,基地式、单元组合、集散控制,控制室安装、现场安装,1.2 自动化仪表的分类 按能源分气动、电动、液动模拟,30,1.2,自动化仪表的分类,按安装地点分,控制室安装、现场安装,控制室安装仪表,控制单元、显示单元、