过程控制与自动化仪表培训教材.docx

自动化仪表的组成及工作原理 概述 自动化仪表包括过程变量检测与传输、显示与控制等自动化控制系统中使用的各种仪表单元和系统，包括工业企业广泛使用的热工仪表；用于温度、压力、流量、液位和成分等测量。 由于计算机和网络技术的发展，自动化仪表和工厂自动化控制系统已成为一个不可分割的完整系统，已完全集成在许多现代控制装置中。其发展过程分为以下几个阶段： 早期（1970年代之前）：自动化仪表分为各种标准功能单元，可根据需要组合成各种控制系统。 中期（1970 年代后）： 1、控制仪表集中在控制室，生产现场的参数通过统一的模拟信号送到控制室。操作员可以从控制室监控整个生产过程的状况。 2、适用于生产规模较大的多回路控制系统。 3.分布式控制阶段。 4、计算机的出现大大简化了控制功能的实现。最初设想用计算机代替所有电路的控制仪表，实现直接数字控制（ DDC ， Direct Digital Control ）。 5.然而， DDC系统的故障风险高度集中。一旦计算机出现故障，所有控制回路都将瘫痪，这将增加生产过程的风险。因此， DDC系统并未得到广泛使用。 目前（从1980年代初开始），随着计算机性能的提高和体积的减小，出现了配备CPU的数控仪表。本着“集中管理、分散控制”的理念，在数字控制仪表和计算机及网络技术的基础上，开发了集中和分散的分布式控制系统（ DCS ， Distributed Control System ）。 DCS系统采用分层结构，分散控制失效风险，集中管理功能。被广泛使用的。 随着CPU进入检测仪器和执行器，自动化仪器已经完全实现了数字化和智能化。在控制系统中，也出现了由智能仪表组成的现场总线控制系统（ FCS ， Fieldbus Control System） 。 FCS系统将控制功能完全下放到现场，依靠现场智能仪表实现对生产过程的检测和控制。 并利用开放、标准化的通讯网络——现场总线，连接分散在现场的控制系统的通讯，实现信息的集中管理。 在自动化程度高的现代工业企业中，随着网络技术的发展和大量虚拟仪器的使用，控制系统与检测仪器的界限正在进一步缩小。 按照传统仪表的概念，自动化仪表可分为检测与传输仪表、控制仪表和执行控制单元三部分。检测传输仪表用于将现场过程变量值转换成标准过程信号，提供给控制仪表，实现各种控制功能； PID控制、比例控制、智能控制等。执行器将控制单元的信号转换成特定的控制动作，最终完成自动调节的控制功能。 早期的DDZ系列控制仪表就是这样的控制单元。虽然它的应用在逐渐缩小，但在控制原理和控制理念上却是一种更好的材料。 检测传输仪表 要控制生产过程，首先必须实时检测生产过程中的相关参数。如温度、压力、流量、液位等。用于检测这些参数的工具称为检测仪表，包括测量指示仪表和将测量参数转换成标准信号输出的测量变送器。 一、检测仪器基本技术指标 测试仪器有很多种，但目的是快速准确地测量出一定的物理量。因此，对检测仪器的性能有一套通用的评价指标。 (1)。绝对误差 检测仪器的示值X与实测真值Xt之差称为绝对误差Δ。表示为： Δ= X－Xt 由于真值是无法获得的理论值。在实际计算中，可以用精度更高的标准表测得的标准值X0来代替真实值Xt，表示为： Δ= X－X 0 仪器刻度周围各点读数的绝对误差中的最大绝对误差称为最大绝对误差Δmax。 2 .基本错误 基本误差是一种简化的相对误差，也称为引用误差或相对百分比误差。定义为： 并且：仪表量程=测量上限-测量下限 仪器的基本误差是指仪器在规定的工作条件下测量时的最大允许误差。 3.准确度（精密度） 为了便于数值的传递，国家规定了仪器的准确度（精密度）等级系列。如0.5级、1.0级、1.5级等。 确定仪器精度的方法：从仪器基本误差中去掉“ ± ”和“ % ”数字，设置成规定的仪器精度等级系列。 例如某仪器的基本误差为±1.0%，则确认该仪器的精度等级符合1.0级；如果某台仪器的基本误差为± 1.3 %，则该仪器的精度等级符合1.5级。 例1某测温仪表的测温范围为-100 ～ 700 ℃，校准仪表时全量程的最大绝对误差为+ 5℃ 解决方法：仪表的基本误差为： “十”符号和“ % ”符号从该表的增量中去除，其值为0.625 。因为在国家规定的精度等级中没有0.625级仪器，所以仪器的误差超过了0.5级仪器允许的最大绝对误差。 因此：本测温仪的精度等级为1.0 。 目前，我国生产的仪器常用的精度等级有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。 _ _ _ _ _ _ _ 精度等级的数值越小，仪器的精度等级越高，仪器的准确度就越高。 以上的仪表常用作标准仪表；大多数工业领域使用的测量仪器的精度都在0.5以下。 仪器的精度等级一般