电气信息工程学院：《自动化仪表》PPT教学课件（概述、控制器、变送器、其他常用的单元仪表、执行器）

自动北仪袤 自动化专业 自动化教研室

自动化仪表

目录 1.概述 4其他常用的单元仪表 1,1控制仪表与装置总体概述4.1.开方器 1.2.仪表的分析方法 4.2.积算器 2.控制器 4.3辅助单元仪表 2.1.控制规律 5,执行器 2.2模拟控制器 5.1.概述 5.2,执行机构 2.3.数字式控制器 5.3.调节机构 3.变送器 5.4,执行器的选择计算 3.1.概述 5.5.阀门定位器 3.2差压变送器 6.课间休息

目 录 1.概述 1.1 控制仪表与装置总体概述 1.2.仪表的分析方法 2.控制器 2.2模拟控制器 2.3. 数字式控制器 2.1.控制规律 3.1.概述 3.2 差压变送器 3.变送器 4.其他常用的单元仪表 4.1.开方器 4.2.积算器 4.3 辅助单元仪表 5.执行器 5.1. 概述 5.2.执行机构 5.3.调节机构 5.4. 执行器的选择计算 5.5.阀门定位器 6.课间休息

L逸 1.1.控制仪表与装置总体概述 1.1.1.自动控制系统和控制仪表 控制仪表与装置是实现生产过程自动化必 不可少的工具,其重要性可通过下图1-1所示 例子来说明 (返回目录

控制仪表与装置是实现生产过程自动化必 不可少的工具，其重要性可通过下图1-1所示 例子来说明。 1.1. 控制仪表与装置总体概述 1.1.1. 自动控制系统和控制仪表 返回目录

图1-1为一加热温度控制系统。原料通过加热 显示器 炉内炉管加热,要求其出口温度保持一定,以满足 几加热炉 生产需要;加热炉以燃料油作为燃料。图中温度变原料 7/变述器 送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。 炉出口温度经测温元件和温度变送器转换成相应的 控制器 标准统一信号送到控制器,与给定值SP相比较,控 制器按照比较后得到的偏差,以一定的控制规律发 执行器+手操器 出控制信号,控制执行器的动作,改变燃料油的流 燃料油 量,从而使出口温度T保持在于给定值基本相等的数剧1-1加热炉温度控制统 值上。 为了提高控制系统的功能,还可以增加一些仪表,如显示器、手操 器等。而为了改善控制质量,还可以采用串级控制等其他更复杂的控制 方案,显然,这将需要用到更多的仪表。 实际所采用的仪表,可以是电动仪表,气动仪表等各种系列的仪表, 也可以是各种控制装置,所有这些仪表或装置都属于控制仪表装置范畴。 显而易见,如果没有这些仪表或装置,就不可能实现自动控制。 (返回目录

图1-1为一加热温度控制系统。原料通过加热 炉内炉管加热，要求其出口温度保持一定，以满足 生产需要；加热炉以燃料油作为燃料。图中温度变 送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。 炉出口温度经测温元件和温度变送器转换成相应的 标准统一信号送到控制器，与给定值SP相比较，控 制器按照比较后得到的偏差，以一定的控制规律发 出控制信号，控制执行器的动作，改变燃料油的流 量，从而使出口温度T保持在于给定值基本相等的数 值上。 为了提高控制系统的功能，还可以增加一些仪表，如显示器、手操 器等。而为了改善控制质量，还可以采用串级控制等其他更复杂的控制 方案，显然，这将需要用到更多的仪表。 实际所采用的仪表，可以是电动仪表，气动仪表等各种系列的仪表， 也可以是各种控制装置，所有这些仪表或装置都属于控制仪表装置范畴。 显而易见，如果没有这些仪表或装置，就不可能实现自动控制。 返回目录

1.1.2.控制仪表与装置的分类及特点 通常,控制仪表与装置可按能源形式、信号类型、 和结构形式来分类。 1.1.2.1.按能源形式分类 可分为电动、气动、液动和机械式等几类。工业上普 遍使用电动控制仪表和气动控制仪表,两者之间的比较如 表1-1所示 (返回目录

1.1.2. 控制仪表与装置的分类及特点 通常，控制仪表与装置可按能源形式、信号类型、 和结构形式来分类。 1.1.2.1.按能源形式分类 可分为电动、气动、液动和机械式等几类。工业上普 遍使用电动控制仪表和气动控制仪表，两者之间的比较如 表1-1所示。 返回目录

表1-1电动控制仪表和气动控制仪表的比较 电动控制仪表 气动控制仪表 能源 电源(220VAC) (24V DC) 气源(140kPa) 传输信号电信号(电流、电压或数字) 气压信号 电子元器件(电阻、电容、电气动元件(气阻、 构成 子放大器、集成电路、微处理气容、气动放大器 器等) 等) 接线 导线,印刷电路板 导管,管路板 电动控制仪表具有能源获取方便,信号传输和处理容易,便于实 现集中显示和操作等特点。目前在工业上电动控制仪表得到了最为广 泛的应用。鉴于此,本课程将重点介绍这一类仪表。 气动控制仪表具有结构简单、性能稳定、可靠性高、易于维护、 安全防爆等特点。特别适用于石油、化工等具有爆炸危险的场合。 (返国目录)

电动控制仪表具有能源获取方便，信号传输和处理容易，便于实 现集中显示和操作等特点。目前在工业上电动控制仪表得到了最为广 泛的应用。鉴于此，本课程将重点介绍这一类仪表。 气动控制仪表具有结构简单、性能稳定、可靠性高、易于维护、 安全防爆等特点。特别适用于石油、化工等具有爆炸危险的场合。 表1－1 电动控制仪表和气动控制仪表的比较 电动控制仪表 气动控制仪表 能源 传输信号 构成 接线 电源（220V AC） （24V DC） 电信号（电流、电压或数字） 电子元器件 （电阻、电容、电 子放大器、集成电路、微处理 器等） 导线，印刷电路板 气源（140kPa） 气压信号 气动元件（气阻、 气容、气动放大器 等） 导管，管路板 返回目录

1.1.2.2.按信号类型分类 可分为模拟式和数字式两大类。 模拟式控制仪表由模拟元器件组成,其传输信号通常为连续变化的 模拟量,如电流信号,电压信号,气压信号等。 数字式控制仪表以微处理器,单片机等大规模集成电路芯片为核心 。其传输信号通常为段续变化的数字量,如脉冲信号。 1.1.2.3.按结构形式分类 可分为单元组合式控制仪表、基地式控制仪表、集散型计算机控制 系统以及现场总线控制系统。 (1)单元组合式控制仪表 是根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求,将仪表做成能 实现一定功能的独立仪表(称为单元),各个仪表之间用统一的表标准 信号进行联系。这类仪表有电动单元组合仪表(DDZ)和气动单元组合仪 表(QDZ)两大类。 单元组合仪表可分为变送单元、执行单元、控制单元、转换单元、 运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元等八类。 6返回目)不可

1.1.2.2. 按信号类型分类 可分为模拟式和数字式两大类。 模拟式控制仪表由模拟元器件组成，其传输信号通常为连续变化的 模拟量，如电流信号，电压信号，气压信号等。 数字式控制仪表以微处理器，单片机等大规模集成电路芯片为核心 。其传输信号通常为段续变化的数字量，如脉冲信号。 1.1.2.3. 按结构形式分类 可分为单元组合式控制仪表、基地式控制仪表、集散型计算机控制 系统以及现场总线控制系统。 （1）单元组合式控制仪表 是根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做成能 实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间用统一的表标准 信号进行联系。这类仪表有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪 表（QDZ）两大类。 单元组合仪表可分为变送单元、执行单元、控制单元、转换单元、 运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元等八类。 返回目录

①变送单元它能将各种被测参数,如温度、压力、流量、液位等 物理量变换成相应的标准统一信号(420mA,0-10mA或20-100kPa)传 送到接受仪表或装置,以供指示、记录或控制。 变送单元的品种有:温度变送器、压力变送器、差压变送器、流量变 送器、液位变送器等。 ②转换单元转换单元将电压、频率等电信号转换成标准统一信号 ,或者进行标准统一信号之间的转换,以使不同信号可以在同一控制系统 中使用。 转换单元的品种有:直流毫伏转换器、频率转换器、电一气转换器、 气-电转换器等。 ③控制单元它将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较, 按照偏差给出控制信号,去控制执行器的动作 控制单元的品种有:比例积分微分控制器、比例积分控制器、微分控 制器以及具有特种功能的控制器等。 ④运算单元它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方 平方等运算,适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压 力补偿计算等 运算单元的品种有:加减器、乘除器和开方器等。 (返回目录

① 变送单元 它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等 物理量变换成相应的标准统一信号（4—20mA，0—10mA或20—100kPa）传 送到接受仪表或装置，以供指示、记录或控制。 变送单元的品种有：温度变送器、压力变送器、差压变送器、流量变 送器、液位变送器等。 ② 转换单元 转换单元将电压、频率等电信号转换成标准统一信号 ，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统 中使用。 转换单元的品种有：直流毫伏转换器、频率转换器、电-气转换器、 气-电转换器等。 ③ 控制单元 它将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较， 按照偏差给出控制信号，去控制执行器的动作。 控制单元的品种有：比例积分微分控制器、比例积分控制器、微分控 制器以及具有特种功能的控制器等。 ④ 运算单元 它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、 开方 、平方等运算，适用于多种参数综合控制、比值控制、流量信号的温度压 力补偿计算等。 运算单元的品种有：加减器、乘除器和开方器等。 返回目录

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的品种有:指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等 ⑥给定单元它将输出标准统一信号,作为被控变量的给定值送 到控制单元,实现定值控制。 给定单元的品种有:恒流给定器、定值器、比值给定器和时间程序 给定器等。 ⑦执行单元它将按照控制器⑤显示单元它对各种被测参数进 行指示、记录、报警和积算,供操作人员监视控制系统和生产过程工况 之用。 显示单元输出的控制信号或手动操作信号,去改变控制变量的大小 执行单元的品种有:角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动 薄膜调节阀等。 ⑧辅助单元辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设 的仪表,如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等等。 (返回目录

的品种有：指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等 。 ⑥ 给定单元 它将输出标准统一信号，作为被控变量的给定值送 到控制单元，实现定值控制。 给定单元的品种有：恒流给定器、定值器、比值给定器和时间程序 给定器等。 ⑦ 执行单元 它将按照控制器⑤ 显示单元 它对各种被测参数进 行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统和生产过程工况 之用。 显示单元输出的控制信号或手动操作信号，去改变控制变量的大小 。 执行单元的品种有：角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动 薄膜调节阀等。 ⑧ 辅助单元 辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设 的仪表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等等。 返回目录