绪论

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过程控制仪表及装置兰州石化职业技术学院

绪论

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绪论一、过程控制仪表与控制系统

二、过程控制仪表的发展概况

三、过程控制仪表的分类及特点

课程的性质

课程的任务

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一、过程控制仪表与控制系统一、过程控制仪表与控制系统

自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置），使被控对象的工作状态或参数（压力、物位、流量、温度、 PH 值等）自动地按照预定的规律运行。

回顾 :什么是自动控制 ?

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例 : 一贮罐液位控制系统。要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要；图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。

分析 :贮罐液位由液位变送器转换成相应的标准信号送到控制器，与给定值相比较，控制器按比较得到的偏差，以一定的控制规律发出控制信号，控制执行器的动作，通过改变贮罐液体出料的流量，从而使贮罐液位保持在与给定值基本相等的数值上。

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控制器被控对象

变送器z

x e = x-z

-

p q y干扰

温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪（通常输出：温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪（通常输出： 4~20mA4~20mA 、、 11～～ 5V5V 等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关 (( 通常输出通常输出 on/offon/off 信号信号 )) 传传感器（感器（ Pt100Pt100 、热电偶……）……、热电偶……）……

通常安装

于控制室

通常安装

于现场

显示仪表

四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示仪表根据需要可选）仪表根据需要可选）

阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀……泵：开关泵、变频泵

控制阀

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过程控制系统是实现生产过程自动化的平台 , 而过程控制仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。

一、过程控制仪表与控制系统一、过程控制仪表与控制系统

关系：

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二、过程控制仪表的发展概况　

50 年代 60 年代 70 年代 80 年代 90 年代 21 世纪至今

QDZⅠQDZ Ⅱ QDZ ⅢDDZⅠDDZ Ⅱ DDZⅢ 数字式（智能

式）控制仪表 DCS 系统（ PLC ）现场总线以太网

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三、过程控制仪表的分类及特点（一）按能源形式分： 1. 气动控制仪表 2. 电动控制仪表 3. 液动控制仪表（二）结构形式分： 1. 基地式控制仪表 2. 单元组合式控制仪表 3. 组装

式综合控制装置 4. 数字化控制仪表 5. 集散控制系统 6. 现场总

线控制系统。（三）按信号形式分： 1. 模拟控制仪表 2. 数字控制仪表

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（一）按能源形式分：（一）按能源形式分：

电动控制仪表的特点：信号传送速度快、传送距离远、易于与计算机联用。

气动控制仪表的特点：结构简单、性能稳定、安全防爆、易于维修。

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（二）结构形式分：（二）结构形式分：1. 基地式控制仪表以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构。

2. 单元组合控制仪表电动单元组合仪表： DDZⅠ 型； DDZⅡ 型；

DDZⅢ 型电源： 220V AC ； 24V DC ；电信号：电流 0 ～ 10mA DC ； 4 ～ 20mA DC ； Vo ： 1 ～ 5V DC气动单元组合仪表：气源： 140 kPa ；气信号： 20 ～ 100 kPa

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3. 组装式控制仪表一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。工程实际中已很少使用。

4 . 数字控制仪表以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外形结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用，以构成不同规模的分级控制系统。

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5. 集散型控制系统将集中一台计算机完成的任务分派给各个微

型过程控制计算机，再配上数字总线以及上一级过程控制计算机，组成各种各样的、能适应于不同过程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了“控制分散”或“危险分散”，管理高度集中。

6. 现场总线控制系统是计算机网络技术、通信技术、控制技术和

现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控制网络。

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（三）按信号类型分：按信号类型分：模拟式控制仪表传输信号通常为连续变化的模拟量。这

类仪表线路较简单，操作方便，价格较低使用上均有较成熟的经验。

数字式控制仪表传输信号通常为断续变化的数字量。这

些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制要求。

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压力变送器

压力变送器

常用的控制仪表及装置

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测量膜合差压变送器

双法兰差压送器

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无纸记录仪

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测量精确值

Better Control可编程调节器

输出精确值

输出百分值

测量百分值

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气动阀门定位器

气动执行机构

电动执行机构

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直通单、双座控制阀

直通单、双座控制阀

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闸阀球阀三通阀蝶阀角阀

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计算机控制系统的发展过程

DDC 控制

始于 50末期本质：用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路特点：具有里程碑意义问题：价格、性能

集中型计算机控制

本质：一台计算机取代尽可能多的模拟调节器特点：控制集中信息集中危险集中问题：性能

DCS 控制

始于 70 年代本质：采用过程控制－过程管理－生产管理等多层结构特点：控制分散信息集中半数字，半分散

传统传统 DCSDCSPLC_Based DCSPLC_Based DCSIPC_Based DCSIPC_Based DCS

FCS

本质：支持双向、多节点、总线式的全数字通讯，将全厂最基础的现场级仪表和装置均通过现场总线连接起来特点：把控制任务下移到智能现场设备，全分散控制

分布式 IO DCS

现场信号根据传输距离或功能不同连接到现场 I/O 设备上，各现场 I/O 设备与控制站间通过网络（现场总线）连接。

过渡型结构

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—— 直接数字量控制

本质本质—— —— 用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路，用数字控制技术简单地取代模拟控制技术。

过程控制计算机SP

AI 、 DI AO 、 DO

检测仪表执行器被控过程（对象）

起始于起始于 5050年代末期，开辟了一年代末期，开辟了一个轰轰烈烈的计算机工业应用时个轰轰烈烈的计算机工业应用时代代

优点优点 —— —— 计算灵活，精度高， PID 控制规律，分时处理多个控制回路此外， DDC 也很快发展到 PID 以外的多种复杂控制。

问题问题 ————价格昂贵，运算速度不高

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——集中型计算机控制系统初衷：初衷：由于当时的计算机体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能与

常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。

外设

过程控制计算机AIDI

AODO

被控过程（对象）

被控变量操作变量

…… …… }{

输入子系统输出子系统

优越性：从表面上看——信息集中，集中型计算机控制可以实现各种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。

问题：由于当时计算机总体性能低，容量小，容易出现负荷过载，控制集中直接导致危险集中，高度集中使系统变得十分“脆弱”。

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—— 集散控制系统 DCS

出发点（出发点（ 22个方面）：个方面）：

(1)不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；

(2) 考虑到整个生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运行应当服从工业生产管理的总体目标。

根本特征 : 控制的分散性控制的分散性和管理的集中性管理的集中性

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控制层网络

管理层网络远程节点

Web服务器

I nternet

现场设备层

操作站工程师站

DCS的物理层次示意

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现场总线控制系统（ FCS ）

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是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

支持双向、多节点、总线式的全数字全数字通讯

·双向数据通信能力避免了反复进行 A/D 、 D/A 的转换 ·把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一体化全分散全分散

·已成为全世界范围自动化技术发展的热点

·涉及整个自动化和仪表的工业“革命”

FCSFCS现场总线控制系统现场总线控制系统

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计算机控制系统的发展特征

随着局域网、 Internet、 IT技术迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发展成为一种趋势

系统结构向网络化、网络扁平化方向发展

系统功能向综合化方向发展

系统设备向多样化方向发展

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现场总线式变送器

现场总线式阀门定位器

安全防爆

工业以太网安

全防爆总线

非安全防爆总线

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控制室

控制台

流程图

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仪表盘操作员站

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操作员站CRT

工业流程图

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工艺 -仪表组合图

加热炉

汽包LT LC

给水

蒸汽

Σ

气关阀

FC

OPE-MARK工位标记 CAS CMP

AUTNR

OPN

CNDAOF

100 ： 0

CAS 0.0

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《过程控制仪表及装置》是自动控制专业的一门专业课

课程的性质课程的性质

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课程的任务• 任务：使学生理解各控制仪表的原理结构，获得控制仪表及装置的安装使用、校验、维护方面的基本知识和技能。

• 基础知识：电工学、电子学、检测仪表、控制原理、微机原理等。

• 内容 :DDZⅢ型表 ; 气动执行器；数字控制器 ; 集散控制系统；智能式现场仪表。

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学习方法要认真听课，注意老师对问题的分析，通过案例分

析和实训环节获得过程控制仪表的使用、校验和维护方法；

理论联系实际，带着问题学，在用眼、用脑的同时还要多动手；

对所学的仪表，要做到“面熟”、“手熟”；学习某一块仪表不是最终目的，重要的是通过某一部

分内容的学习，总结出共性的知识，举一反三；最终学会应用学过的仪表构成实际的控制系统。

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学时分配：学时分配：

理论课：理论课： 5656 学时学时实训课：实训课： 6868 学时学时

考核要求：考核要求：听课听课 + + 作业作业 + + 实训实训 + + 考考

试试

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谢谢大家！

再见！

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