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自动控制仪表

鏃ユ湡;2019-09-23  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  化工仪表及自动化 第十章 自动控制仪表 内容提要 自动控制仪表的作用与分类 控制仪表的能源形式 控制仪表的结构形式 控制仪表的信号形式 模拟式控制仪表 概述 DDZDDZ-Ⅲ型电动控制器 1 内容提要 数字式控制仪表 概述 可编程调节器的主要特点 可编程调节器的基本构成及原理 KMM可编程序调节器 KMM可编程序调节器 2 第一节 控制仪表的作用与分类 控制仪表或称控制器,它将被控变量测量值与给定值 控制仪表 相比较后产生的偏差,进行一定的运算,并将运算结果以一 定信号形式送往执行器,以实现对被控变量的自动控制。 一、控制仪表的能源形式 直接作用式控制器 控制仪表 按照仪表所用的能源 间接作用式控制器 3 第一节 控制仪表的作用与分类 二、控制仪表的结构形式 按控制仪表与自动控制系统中的检测、变送、显示 等各部分的组合方式 组合方式不同,主要可以分为基地式控制仪 表与单元组合式控制仪表等。 基地式控制仪表 基地式控制仪表是将测量、变送、显示及控制等 功能集于一身的一种控制仪表。 结构比较简单,常用于单机控制系统 单机控制系统。 4 第一节 控制仪表的作用与分类 单元组合式仪表 单元组合式仪表把整套仪表按照其功能和使用要 求,分成若干独立作用的单元,各单元之间用统一的 标准信号联系。 使用时,针对不同的要求,将各单元以不同的形 式组合,可以组成各种各样的自动检测和控制系统。 优点 ① 可以用有限的单元组成各种各样的控制 系统,具有高度的通用性和灵活性。 ② 可以通过转换单元,把气动表、电动表, 甚至液动表联系起来,混合使用。 5 第一节 控制仪表的作用与分类 ③ 由于各单元独立作用,所以在布局、安装、维护上 也更合理、更方便。 ④ 仪表大都采用力平衡或力矩平衡原理,工作位移小、 无机械摩擦、精度高、使用寿命长、性能较好。 ⑤ 由于零部件的标准化、系列化,有利于大规模生产, 降低了成本,提高了产量和质量。 ⑥ 有利于发展新品种,采用新工艺、新技术。 6 第一节 控制仪表的作用与分类 分 类 单元组合仪表一般可以分为七大类单元。 单元组合仪表一般可以分为七大类单元。 变送单元(B) 显示单元(X) 给定单元(G) 辅助单元(F) 在电动单元组合仪表中还包括执行单元(K)。 7 根据使用能源的不同 使用能源的不同,单元组合仪表主要分 为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。 控制单元(T) 计算单元(J) 转换单元(Z) 第一节 控制仪表的作用与分类 气动单元组合仪表是以 0.14MPa压缩空气为 能源,各单元之间以统一的 0.02~0.1MPa气压标准 信号相联系,整套仪表的精度为1级。 电动单元组合式仪表的发展阶段: DDZ-Ⅰ型——电子管器件为主要器件 DDZ-Ⅱ型——晶体管等分立元件为主要器件 DDZ-Ⅲ型——线性集成电路作为核心器件 8 第一节 控制仪表的作用与分类 三、控制仪表的信号形式 控制仪表 模拟式控制仪表 数字是控制仪表 9 第二节 模拟式控制仪表 一、概述 模拟式控制仪表所传送的信号形式为连续的模拟信号。 基 本 结构 比较环节 反馈环节 放大器 10 第二节 模拟式控制仪表 基本功能 PID运算功能 PID运算功能 测量值、 测量值、给定值与偏差显示 输出显示 手动与自动的双向切换 内、外给定信号的选择 正、反作用的选择 11 第二节 模拟式控制仪表 一、DDZ-Ⅲ型电动控制器 Ⅲ 1. DDZ-Ⅲ型仪表的特点 DDZ(1)采用国际电工委员会(IEC)推荐的统一标准信号。 )采用国际电工委员会(IEC)推荐的统一标准信号。 优点 电气零点不是从零开始,且不与机械零点重合,这不 但利用了晶体管的线性段,而且容易识别断电、断线等 故障。 本信号制的电流-电压转换电阻为250Ω。 由于联络信号为1~5V DC,可采用并联信号制,因此 干扰少,连接方便。 12 第二节 模拟式控制仪表 (2)广泛采用现性集成电路,可靠性提高,维修工作量减少。 广泛采用现性集成电路,可靠性提高,维修工作量减少。 优点 由于集成运算放大器均为差分放大器,且输入 对称性好,漂移小,仪表的稳定性得到提高。 由于集成运算放大器有高增益,因而开环放大 倍数很高,这使仪表的精度得到提高。 由于采用了集成电路,焊点少,强度高,大大 提高了仪表的可靠性。 13 第二节 模拟式控制仪表 (3)Ⅲ型仪表统一由电源箱供给24V DC电源,并有蓄电 型仪表统一由电源箱供给24V DC电源 电源, 池作为备用电源。 池作为备用电源。 优点 各单元省掉了电源变压器,没有工频电源进入 单元仪表,既解决了仪表发热问题,又为仪表的 防爆提供了有利条件。 在工频电源停电时备用电源投入,整套仪表在 一定时间内仍可照常工作,继续进行监视控制作 用,有利于安全停车。 14 第二节 模拟式控制仪表 (4)内部带有附加装置的控制器能和计算机联用,在与 4 内部带有附加装置的控制器能和计算机联用, 直接数字计算机控制系统配合使用时,在计算机停机时, 直接数字计算机控制系统配合使用时,在计算机停机时,可 作后备控制器使用。 作后备控制器使用。 (5)自动、手动的切换是双向无扰动的方式进行的。 自动、手动的切换是双向无扰动的方式进行的。 (6)整套仪表可构成安全火花防爆系统。 整套仪表可构成安全火花防爆系统。 15 第二节 模拟式控制仪表 Ⅲ型控制器有全刻度指示和偏差指示两个基型品种。 图10-1 DDZ-Ⅲ型控制器结构方框图 主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动 与手动(包括硬手动和软手动两种)切换电路、输出电 路及指示电路等组成。 16 第二节 模拟式控制仪表 图10-2 DTL-3110型调节器正面图 1—自动-软手动-硬手动切换开关;2—双针垂直指示器;3—内给定设定轮; 4—输出指示器;5—硬手动操作杆;6—软手动操作板键;7—外给定指示 灯;8—阀位指示器;9—输出记录指示;10—位号牌;11—输入检测插孔; 12—手动输出插孔 17 第三节 数字式控制仪表 一、概述 数字式控制器与模拟式控制器的异同点: 数字式控制器与模拟式控制器的异同点: 不同点 数字式控制器 构成原理 数字技术 所用器件 以微处理机为核 心部件 相同点 仪表总的功能和输入输出关系基本一致。 模拟式控制器 模拟技术 以运算放大器等模拟 电子器件为基本部件 18 第三节 数字式控制仪表 二、可编程调节器的主要特点 可编程调节器的主要特点 1.功能丰富。 功能丰富。 通用性强。 2. 通用性强。 3.可靠性好。 可靠性好。 19 第三节 数字式控制仪表 三、可编程调节器的基本构成及原理 图10-3可编程调节器的原理方框图 20 第三节 数字式控制仪表 四、KMM可编程序调节器 是一种单回路的数字控制器。 KMM可编程序调节器 可以接收5个模拟输入信号,4个数字输入信号, 输出3个模拟信号,输出3个数字信号。 1.KMM 调 节器的 面板及其功能键 可编程调节 器的原理方 框图 21 第三节 数字式控制仪表 2.KMM调节器的侧面 图10-5 KMM调节器的右侧面 1—数据设定器 (任选);2—备用手操器; 3—辅助开关;4—电源单元;5—BUF板 (前);6—IOC板(中);7—CPU板 (后) 22 第三节 数字式控制仪表 3.KMM的控制类型 KMM调节器内有两个PID运算式,即PID1和PID2, PID运算式的个数及给定方式的不同 运算式的个数及给定方式的不同,又可以 根据使用PID运算式的个数及给定方式的不同 分为四种控制类型。 (1) 控制类型 只用一个PID运算式,采用本机内给定 PID (LSP),无串级(CAS)状态。 控制类型1 (2) 控制类型 1 只用一个PID运算式,在“自动”时以 LSP1为设定值(内给),在串级(CAS)状态时以RSP1为 设定值(外给),来自其他调节器或运算器,也可来自 本调节器内的其他运算单元的输出。 23 第三节 数字式控制仪表 (3)控制类型2 用两个PID运算式,在“自动”时,PID1的 控制类型2 输出为PID2的给定,PID1为内给定(LSP1)。 (4) 控制类型 3 用两个PID运算式,有手动、自动、串级 控制类型3 三种状态(即M、A、C),当处于自动状态时, PID2为本机 给定(LSP2);处于串级状态时,PID2为外给定(RSR2)。 RSP2可以是PID1的输出,也可以是外来的模拟输入或某些 运算单元的输出。 24 第三节 数字式控制仪表 表10-1 各种控制类型下 PV、SP的内容 0类型控制 (1PID本 器(1PID本 机内给定) 机内给定) 1类型控制器 (1PID串级型 串级型) (1PID串级型) 2类型控制 (2PID本 器(2PID本 机内给定) 机内给定) 3类型控制器 (2PID串级型 串级型) (2PID串级型) 方式 手动 自动 手动 自动 串级 手动 自动 手动 自动 串级 MAN AUTO MAN AUTO CAS MAN AUTO MAN AUTO CAS 指针 PV指 PV指 PV1 针 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV1 PV2 PV2 PV1 (PV2) (PV2) (PV1) (PV1) (PV2) SP指 SP指 LSP1 LSP1 LSP1 LSP1 RSP1 LSP1 LSP1 LSP2 LSP2 LSP1 针 (RSP (RSP (RSP (RSP (LSP (LSP (RSP 1) 1) 2) 2) 1) 1) 2) 注: LSP—Localset Point(本机内给定); RSP—Remote Set Point(遥控外给定)。 25 第三节 数字式控制仪表 4.KMM调节器的操作 (1)准备 (2)正常运行方式 ①手动(MAN)方式 ②自动(AUTO)方式 ③串级(CAS)方式 ④跟踪(FOLLOW)方式 (3)非正常运行方式 ①联锁手动方式(IM) ②后备方式(S) 26 例题分析 试述理想运算放大器的特点及各种运算电路。 解 : 理想运算放大器的主要特点有:输入阻抗Ri =∞;输 出阻抗Ro=0;开环电压增益A=∞;频带宽度?f OL =∞。 图10-6是表示反相输入的电 路,输入电压经阻抗Zi 后由放大 器的反相端 (“-”端)输入。输出 电压经反馈阻抗Z0反馈到输入端, 因而构成了一闭环电路。选择不 同的反馈环节,可以使该闭环电 路具有不同的运算作用。因而, 又称这种闭环电路为运算电路。 图10-6 反相输入电路图 27 例题分析 由集成运算放大器的电压增益A的定义可知 (VT-VF)·A=Vo 由于A=∞,而Vo受到电源电压的限制,为一有限值,故 有VT =VF如果VT是接地的,由于VF近似等于VT ,故称该点为 “虚地”。 因为Ri=∞,故Ib=0 ,于是有 Ii =-I0 考虑到VF≈0,故有 或 Vi V =? 0 Zi Z0 (10-1) V0 = ? 28 Z0 Vi Zi 例题分析 当选择阻抗 Z0 和 Zi 为不同形式时,Vo就与 Vi有不 同的关系,亦即构成不同的运算电路。 Z0 和 Zi 都以复数阻抗形式出现。当 Z0和 Zi 分别为 两个电容 C0和 Ci时,则 1 Z0 = C0 s Zi = 1 Ci s 将此二式代入式(10-1),则得 V0 = ? Ci Vi C0 29 例题分析 这就是说,输出电压与输入电压成比例关系,为比例运算电路。 当 Zi为一电阻 Ri,Z0为一电容 C0时,则 1 Z0 = , Z i = Ri C0 s 将此二式代入式 (10-1) ,则得 1 V0 = ? Vi C0 Ri s 将上式反变换,便得 1 V0 = ? ∫ Vi dt C0 Ri 这就是说,输出电压与输入电压的积分成比例,为积分运算电路。 30 例题分析 当Zi为一电阻 Ri与电容 Ci并联,而 Z0为一电容 C0时,则 Z i = Ri // 1 Ri = Ci s 1 + Ri Ci s Z0 = 1 C0 s 将此二式代入式 (10-1) ,则得 V0 = ? 1 + Ri Ci s C ? 1 ? ?Vi Vi = ? i ?1 + ? C0 Ri s C0 ? Ci Ri s ? ? 将上式反变换,便得 ?C ? 1 V0 = ?? i Vi + Vi dt ? ?C ? C0 Ri ∫ ? 0 ? 这就是说,输出电压与输入电压成比例积分关系,为比例 积分电路。 31 69


 
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