自动化装置

北京化工大学信息科学与技术学院周靖林博士[e-mail]欢迎光临“自动化”的装置？自动化化工过程电力行业（输配电，电力机车…）航空航天（导航，制导…）办公（管理，调度…）其他生产过程（流水作业…）前言一、开课目的（一）熟练掌握自动化装置的核心内容：构成原理结构特点电路分析调校使用（二）为后续课程奠定基础：《过程控制工程》《控制工程课程设计》《计算机控制系统》《毕业设计》课程体系：高数….自控原理自动化装置过程控制….原油加工火力发电木材加工石油化工污水处理海上平台焦炭炼制轻工纺织钢铁冶炼二、教学内容p.1（一）总论：分类、发展、信号制（二）调节器的参数（三）ICE调节器（四）安全保持器（五）SLPC调节器（六）SPRG编程器（七）SLPC和SPRG的编程实例（八）YS170调节器（九）气动调节阀（十）CS3000集散控制系统被控对象变送器调节器执行器三、进度安排分类、发展、信号制3月（9月）调节器的参数3月（9月）ICE调节器3月（9月）安全保持器3月（9月）SLPC调节器4月（10月）SPRG编程器4月（10月）SLPC和SPRG的编程实例4月（10月）YS170调节器5月（11月）气动调节阀5月（11月）集散控制系统6月（12月）四、考核方式期末考试（闭卷，卷面总分75分）平时成绩包括：作业5%（随机考察5次，独立完成）实验5%（独立操作）课堂练习15%，（卷面15分，事前不通知）其他1~5%（思考题，随堂实验等）平时成绩最多可得25分，超过的部分不计入总评。75分25分五、重点内容构成原理——基本原理、方块图描述结构特点——架装仪表、盘装仪表、供电方式、防爆型式（隔爆/本安）电路分析——特点、元件作用、定性分析调校使用——调校内容和方法、规格选型、端子接线、互相连接六、参考书目过程控制调节装置过程控制仪表及装置过程控制仪表电动控制仪表及装置电动单元组合仪表的设计与应用www.gongkong.comwww.zidonghua.com七、学习方法（一）主干与枝节课上抓住讲课的思路，熟悉主干内容，课后自行解决枝节问题。二、新知与旧识涉及到电路、模电、数电、控制原理的相关问题课后自己复习。三、作业与练习作业和课堂练习是为强化重点内容而设置，必须弄通弄懂。第一节总论内容提要一、分类二、发展三、信号制本节重点内容介绍重点内容掌握统一信号制（供电24VDC，输入信号1~5V，输出信号4~20mA）的优缺点自动化装置按采用的能源形式不同气动仪表电动仪表液动仪表混合仪表一、分类自动化装置按采用的信号形式不同模拟式仪表数字式仪表自动化装置按采用的结构形式不同基地式仪表组合式仪表组装式仪表集散式仪表总线式仪表发展史大约有70年，大体可分成五个阶段。二、发展时间第一阶段20世纪30~40年代(1935)名称基地式仪表结构将测量、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)特点结构简单适于单参数就地控制主要产品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)19KF系列气动基地式仪表20带PID调节的电子电位差计21名称单元组合式仪表结构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时间第二阶段20世纪40~50年代(1955)特点应用灵活，通用性强主要产品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)22I系列仪表23EK系列仪表24名称组装式综合控制装置结构运算调节机柜显示操作机柜时间第三阶段20世纪60~70年代(1972)特点装配灵活，功能分离（调节与显示操作分离）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)25MZ—ⅢMZ-Ⅲ系列仪表26名称集散控制系统结构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时间第四阶段20世纪70~90年代(1975)特点操作、显示、管理集中控制、负荷、危险分散主要产品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)27CENTUM-XL28PCS7-BOX29CS300030μXL31TDC300032名称现场总线控制系统结构现场总线仪表通信网络时间第五阶段20世纪95~07年代(2007)特点操作、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)33DELTVPROFIBUS所谓信号制是说在全套仪表系列中，各个仪表的输入和输出采用何种统一的联络信号进行传输（即通讯标准）。例如：气动仪表采用的信号制0.2~1.0×102kPa电动仪表采用的信号制4~20mADC三、信号制本学期介绍的自动化装置除气动执行器采用0.2~1.0×102kPa的气压信号之外，其它均采用4~20mA的电流信号。361、直流电流（p4）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37↓220V~220V~220V~I0R0Rcm发送仪表接收仪表接收仪表RiRi输入电阻导线电阻输出阻抗接收仪表采用串联方式连接，传送和接收的信号都是0~10mA增减仪表/串联制/无公共接地点/220V/高压供电/信号上下限/入阻低出阻高四、传输方式Ii²=I0¡IiI0£100%=I0¡R0I0R0+Rcm+nRiI0£100%=Rcm+nRiR0+Rcm+nRi£100%²=I0¡IiI0£100%=I0¡R0I0R0+Rcm+nRiI0£100%=Rcm+nRiR0+Rcm+nRi£100%2、直流电压电流传递——电压接收的并联方式4~20mA传送，1~5V接收，24V直流供电，在DDZ-Ⅲ型仪表、I系列、EK系列、YS-80系列、YS-100系列中使用。38U0R0发送仪表接收仪表接收仪表RiRiRcm/2Rcm/2UiUi24V24V接收仪表采用并联方式连接，传送的信号4~20mA，接收的信号1~5V增减仪表/并联制/有公共接地点/24V/低压供电/信号上下限/入阻高出阻低²=U0¡UiU0£100%=U0¡U0Ri=nR0+Rcm+Ri=nU0£100%=Rcm+R0R0+Rcm+Ri=n£100%²=U0¡UiU0£100%=U0¡U0Ri=nR0+Rcm+Ri=nU0£100%=Rcm+R0R0+Rcm+Ri=n£100%39直流电流直流电压增加或减少一台仪表，装置构成的系统停止运行增加或取消一台仪表，装置构成的系统正常运行串联制发信和接受装置串联，易于信号远距离传输并联制发信和接受装置并联，不易于信号远距离传输无公共接地点各装置可有自己的接地点，系统不允许有公共接地点（会短路）有公共接地点各装置可有自己的接地点，系统允许有公共接地点直流电流和直流电压的比较40220VAC供电装置采用高压供电，无本质安全特性24VDC供电装置采用低压供电，有本质安全特性高电压供电装置一旦产生火花，容易引起装置周围的爆炸性混合物爆炸或起火低电压供电装置一旦产生火花，不易引起装置周围的爆炸性混合物爆炸或起火41信号下限=0mA，上限=10mA。信号下限=4mA，上限=20mA下限=0mA，+、－、×、÷运算方便，易于刻度换算。电气零点=机械零点，零点不易区别。上限=10mA，产生的电磁力（安培力）较小，故带负载能力差。下限=4mA，躲开晶体管死区，一开始就工作在线性区。电气零点≠机械零点，零点易于区别。上限=20mA，产生的电磁力（安培力）较大，故带负载能力强。42输入阻抗↓，输出阻抗↑输入阻抗↑，输出阻抗↓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）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。%100icmOicmnRRRnRR%100)(icmORRRn输入阻抗输出阻抗导线电阻43现场仪表（现场）架装仪表（控制室盘后）盘装仪表（控制室盘前）过程控制工程课程设计要用到3、变送器与控制室装置的信号传输作业：1、为什么现场和控制室仪表之间采用4~20mA的电流传输信号，而控制室内部仪表之间采用1~5V的电压联络信号。这种信号制有何优点？思考题：根据目前信息技术的发展状况，你觉得当前的信号传输方式（变送器与控制室之间或控制室与执行器之间）的还有哪些？请画出相关的信号传输框图。作业参考答案：1、答：4～20mA电流信号可以避免传输导线上压降损失引起的误差，适宜在现场和控制室之间远距离传输。采用1～5V电压信号的仪表之间可以并联连接，便于设计安装与维护，适宜于控制室内部短距离联络。这种信号制的优点是信号下限不为零（4mA/1V），躲开晶体管死区，一开始就工作在线性区。电气零点≠机械零点，表明电气零点和机械零点分开，便于检验信号传输有无断线以及装置是否断电，也为制作两线制变送器提供了方便条件。信号上限较大(20mA/5V)，产生的电磁力（安培力）较大，带负载能力强。自控原理的相关内容被控对象反馈通道控制器