《仪表与自动化》教学课件-01

《仪表与自动化》教学课件-01湖南工业大学授课班级：机电13级2015.09《仪表与自动化》教学课件《仪表与自动化》教学课件仪表与自动化课程学时：56学时，其中实验6学时。使用教材：何道清、谌海云、张禾编《仪表与自动化》（第二版）北京：化学工业出版社,2011参考资料：【1】厉玉鸣编.化工仪表及自动化.北京:化学工业出版社,2003【2】杨丽明等编.化工自动化及仪表.北京:化学工业出版社,2004【3】愈金寿主编.过程自动化及仪表.北京:化学工业出版社,2003【4】何道清编.传感器与传感器技术.北京:科学出版社,2004【5】陈夕松.汪木兰.过程控制系统.北京:科学出版社,2005【6】王可华.张继峰.石油仪表及自动化.北京:石油工业出版社，2006【7】CurtisDJohnson，ProcessControlInstrumentationTechnology【8】西南石油大学网站《仪表与自动化》网络课件《仪表与自动化》教学课件仪表与自动化教学重点自动控制系统的基本概念及被控对象的数学模型；自动控制系统中的自动化仪表（测量元件及变送器，显示仪表，自动控制仪表，执行器等）；控制系统（简单控制系统，复杂控制系统，计算机控制系统简介）；控制方案设计及典型设备的控制方案设计分析。考核方法平时(作业+考勤+实验)30%+期末考试70%《仪表与自动化》教学课件绪论1自动控制系统基本概念1.1工业自动化的主要内容1.2自动控制系统的组成和分类1.3自动控制系统方块图1.4工艺管道及控制流程图1.5自动控制系统的过渡过程和品质指标习题与思考题《仪表与自动化》教学课件2被控对象的数学模型2.1对象的特性及其描述方法2.2对象数学模型的建立2.3描述对象特性的参数习题与思考题《仪表与自动化》教学课件3检测仪表与传感器3.1概述3.2压力检测及仪表3.3流量检测及仪表3.4物位检测及仪表3.5温度检测及仪表习题与思考题《仪表与自动化》教学课件4显示仪表4.1动圈式显示仪表4.2自动电子电位差计4.3自动电子平衡电桥4.4数字式显示仪表4.5新型显示记录仪表习题与思考题《仪表与自动化》教学课件5自动控制仪表5.1概述5.2控制规律及其特点5.3模拟式控制器5.4数字式控制器习题与思考题《仪表与自动化》教学课件6执行器6.1概述6.2气动执行器6.3电动执行器6.4电-气转换器及电-气阀门定位器6.5控制阀的选择习题与思考题《仪表与自动化》教学课件7简单控制系统7.1简单控制系统的结构与组成7.2被控变量的选择7.3操纵变量的选择7.4测量元件特性的影响7.5控制器的选择7.6控制器参数的工程整定习题与思考题《仪表与自动化》教学课件8复杂控制系统8.1串级控制系统8.2均匀控制系统8.3比值控制系统8.4前馈控制系统8.5选择性控制系统8.6分程控制系统8.7多冲量控制系统8.8新型控制系统习题与思考题《仪表与自动化》教学课件9典型设备控制方案9.1流体输送设备的自动控制9.2传热设备的自动控制9.3精馏塔的自动控制9.4化学反应器的自动控制习题与思考题《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。《仪表与自动化》教学课件——0.绪论0.2仪表自动化技术的发展概况自动化发展主要特点：生产的需要、理论的开拓与技术手段的进展三者相互推动，相互促进。自动化发展主要阶段:机器生产→控制理论→简单控制系统→复杂控制系统→现代控制系统(直接数字控制-DDC，集散控制系统-DCS，SCADA系统,等)；或基地式控制器等组成的控制系统→单元组合仪表组成的控制系统→计算机控制系统（DCS）→二级优化控制系统。0.3仪表自动化课程的性质、任务与要求是一门综合性、实践性较强的专业技术课。应掌握生产自动化过程中各类检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行仪器的基本结构与工作原理，了解仪表的特性、安装及应用特点，以便在实际生产过程中能正确选择、使用常用仪表，并具备简单仪表故障的分析、处理能力。同时，应熟悉自动控制系统的结构组成、控制特性、设计方法和运行管理，使仪表自动化技术能够更好地在工业生产中发挥应有的作用。《仪表与自动化》教学课件——0.绪论《仪表与自动化》教学课件——0.绪论《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1自动控制系统基本概念1.1工业自动化的主要内容1.1.1自动检测系统利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示或记录的，称为自动检测系统。1.1.2自动信号和联锁保护系统对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。当工艺参数超过了允许范围，在事故发生以前，信号系统就自动地发出声光报警信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。如工况已到达危险状态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1.1.3自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。极大地减轻操作工人的重复性体力劳动。自动开、停车系统可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。1.1.4自动控制系统对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰（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——1.自动控制系统基本概念1.2自动控制系统的组成和分类1.2.1人工控制与自动控制（1）液位人工控制：检测—眼；运算（思考）、命令—脑；执行—手。图1-1液位人工控制《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念（2）液位自动控制：测量元件及变送器—眼；控制器—脑；执行器—手。1.2.2自动控制系统组成：《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念简单控制系统实例图1-3简单液位控制系统组成示意图《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1.2.3自动控制系统的分类：按被控变量分：温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、液位控制系统、成分控制系统等；按控制规律分：比例控制系统、比例积分控制系统、比例微分控制系统、比例积分微分控制系统等；按基本结构分：开环控制系统、闭环控制系统；按信号特点分：定值控制、随动控制、顺序（程序）控制。《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1.2.4工业自动化仪表的分类：（1）按仪表使用的能源分类：①电动仪表（电能）；②气动仪表（压缩空气）；③液动仪表（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。《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念单元组合仪表命名与性能：①QDZ（“气”、“单”、“组”）－气动单元组合仪表统一标准气源压力：0.14MPa；统一标准信号：0.02~0.1MPa(20~100kPa)；气路导管：Φ61紫铜管、塑料管、尼龙单管和管缆；精度：1.0级、1.5级。②DDZ（“电”、“单”、“组”）Ⅱ－Ⅱ型电动单元组合仪表统一标准电源：交流220V；统一标准信号：现场传输信号0~10mA；控制室联络信号0~2V；精度：0.5级、1.0级、1.5级。③DDZ（“电”、“单”、“组”）Ⅲ－Ⅲ型电动单元组合仪表统一标准电源：24V直流；统一标准信号：现场传输信号4~20mA；控制室联络信号1~5V；精度：0.2级、0.5级、1.0级、1.5级。《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念（4）按防爆能力分类①普通型：凡是未采取防爆措施的仪表，只能应用在非危险场所。②隔爆型：采取隔离措施以防止引燃引爆事故的仪表。③安全火花型仪表：这类仪表采用低压直流小功率电源供电，并且对电路中的储能元件(例如电容、电感)严加限制，使电路在故障下所产生的火花微弱到不足以点燃周围的易燃气体。此外，危险区以外发生电路的混触，也有可靠的措施，使高电压、大电流不能进入危险区。《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1.3自动控制系统方块图由传递方块（环节、装置）、带箭头的信号线、综合点、分支构成的表示控制系统组成和作用的图形。如图1-4所示带箭头的信号线表示方块间的相互关系及信号的流向。图1-4自动控制系统方块图《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念例：蒸汽加热器温度控制系统图1-5蒸汽加热器温度控制系统《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念作业:1-3，1-7，1-8，1-11图1-4贮槽液位控制系统与蒸汽加热器温度控制系统《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1.4工艺管道及控制流程图在控制方案确定后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等的图形，即工艺管道及控制流程图(PID图)。图1-6所示是简化了的乙烯生产过程中脱乙烷塔的管道及控制流程图，工艺管道及控制流程图上设备间的工艺管线，表示物料的流动方向。《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念图1-6脱乙烷塔工艺管道及控制流程图《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1.4.1图形符号测量点，连接线，仪表，见表1-1。图1-7测量点的一般表示方法图1-8连接线的表示方法表1-1仪表安装位置的图形符号表示《仪表与自动化》教学课件——1.自动控制系统基本概念1.4.2字母代号第一位字母表示被测变量，后续字母表示仪表的功能。表1-2被测变量和仪表功能的字母代号字母第一位字母后续字母被测变量修饰词功能ACDEFHIKLMPQRSTVWYZ分析电导率密度电压流量手动电流时间或时间程序液位（物位）水分或湿度压力或真空数量或件数放射性速度或频率温度黏度力供选用位置、尺寸差比（分数）变化速率积算、累积安全Y轴X轴报警控制（调节）检测元件指示自动-