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第十章 自动控制仪表 内容提要 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 DDZ-Ⅲ型电动调节器 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可编程调节器 第一节 控制仪表的作用与分类 第一节 控制仪表的作用与分类 一、控制仪表的能源形式 第一节 控制仪表的作用与分类 二、控制仪表的结构形式 第一节 控制仪表的作用与分类 第一节 控制仪表的作用与分类 第一节 控制仪表的作用与分类 三、控制仪表的信号形式 第二节 模拟式控制仪表 一、概述 第二节 模拟式控制仪表 第三节 模拟式控制仪表 二、DDZ- Ⅲ型电动调节器 第三节 模拟式控制仪表 第三节 模拟式控制仪表 第三节 模拟式控制仪表 第三节 模拟式控制仪表 结构形式适于单独安装和高密度安装。 有内给定和外给定两种给定方式，并设有外给定指示灯，能与计算机配套使用，可组成SPC系统实现计算机监督控制，也可组成DDC控制的备用系统。 第三节 模拟式控制仪表 第三节 模拟式控制仪表 第四节 数字式控制仪表 一、概述 第四节 数字式控制仪表 二、可编程调节器的主要特点 第四节 数字式控制仪表 三、可编程调节器的基本构成及原理 第四节 数字式控制仪表 第四节 数字式控制仪表 第四节 数字式控制仪表 第四节 数字式控制仪表 第四节 数字式控制仪表 四、KMM可编程调节器 第四节 数字式控制仪表 第四节 数字式控制仪表 * 南通职业大学 电子工程系 1 2 概述 控制仪表（控制器）：将被控变量测量值与给定值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。 控制仪表经历三个发展阶段 基地式控制仪表 单元组合式仪表中的控制单元 以微处理器为基元的控制装置 3 直接作用式控制器：不需外加能源，利用被控介质作为能源工作。 间接作用式控制器：需要外加能源，按照外加能源的不同，分为电动控制器、气动控制器及液动控制器。目前工业控制系统中主要应用的是电动控制器，其性能稳定、适于远距离传送、便于与计算机连用。 按仪表所用的能源不同，可分为两大类： 4 基地式控制仪表：将测量、变送、显示及控制等功能集于一身，结构简单，常用于单机控制系统。 单元组合式仪表：将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。 按仪表与自控系统中的检测、变送、显示等各部分的组合方式不同，可分为两大类： 5 单元组合仪表的优点 具有高度通用性和灵活性。 可将气动表、电动表、液动表联系起来，混合使用，还可与计算机等配合使用。 在布局、安装、维护上更合理方便。 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。 零部件标准化、系列化，利于大规模生产。 有利于发展新品种，采用新工艺、新技术。 6 单元组合仪表的七大类单元 变送单元（B） 控制单元(T) 显示单元(X) 计算单元(J) 给定单元(G) 转换单元(Z) 辅助单元（F） 7 模拟式：传输信号是连续变化的模拟量，例如电动单元组合式仪表，其传输信号是直流电流或电压信号。 数字式：传输信号是断续变化的数字量，将电动模拟控制器的控制功能、先进的数字运算功能、数据处理功能及通讯功能集于一身，相当于一台过程控制用的微型计算机。 按控制仪表的信号形式不同，也可分为两大类： 8 9 在模拟式控制器中，所传送的信号形式为连续的模拟信号。目前应用的模拟式控制器主要是电动控制器。 图10-1 控制器基本构成 1.比较环节 作用 将给定信号与测量信号进行比较，产生一个与它们的偏差成比例的偏差信号。 2.放大器 是一个稳态增益很大的比例环节。 3.反馈环节 作用 通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。 所具备功能 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、外给定信号选择 正、反作用的选择 10 11 1. DDZ-Ⅲ型仪表的特点 （1）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。 只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其他1:5的电流信号。 因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。现场变送器与控制室仪表仅用两根导线联系，既节省了电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。 12 （2）广泛采用集成电路，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。 （3）Ⅲ型仪表统一由电源箱供给24V DC电源，并有蓄电池作为备用电源。 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。 13 14 （4）结构合理，比之Ⅱ型有许多先进之处。 表现在 基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器两个品种，指示表头为100mm刻度纵形大表头，指示醒目，便于监视操作。 自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行，并有硬手动和软手动两种方式。面板上设有手动操作插孔，可和便携式手动操作器配合使用。 （5）整套仪表可构成安全火花型防爆系统。 15 在工艺上对容易脱落的元件、部件都进行胶封，并且增加了安全保持器，使控制室与危险场所之间实现能量限制和隔离。 16 2.DDZ-Ⅲ型电动控制器的组成与操作 图10-2 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。 17 图10-3 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 18 数字式控制器与模拟式控制器的异同点： 以运算放大器等模拟电子器件为基本部件 以微处理机为核心部件 所用器件 模拟技术 数字技术 构成原理 模拟式控制器 数字式控制器 不同点 相同点 仪表总的功能和输入输出关系基本一致。 19 实现了模拟仪表与计算机一体化。 具有丰富的运算控制功能。 使用灵活方便，通用性强。 具有通讯功能，便于系统扩展。 可靠性高，维护方便 。 20 1.可编程调节器的硬件电路 图10-4 数字式控制器的硬件电路 21 （1）主机电路 主机电路是数字式控制器的核心，用于实现仪表数据运算处理及各组成部分之间的管理。 （2）过程输入通道 过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道，模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。 （3）过程输出通道 过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量输出通道用于输出开关量信号。 （4）人／机联系部件 人／机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。 （5）通信接口电路 通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接收的数据。 22 23 2.可编程调节器的软件 （1）系统程序 系统程序是控制器软件的主体部分，通常由监控程序和功能模块两部分组成。 （2）用户程序 用户程序是用户根据控制系统的要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来的结果。 作用 使控制器完成预定的控制与运算功能。 用户程序的编程通常采用面向过程POL语言。通常有组态式和空栏式语言两种，组态式又有表格式和助记符式之分。控制器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有“在线”和“离线 是一种单回路的数字控制器。 图10-5 KMM型调节器正面布置图 1～7—指示灯；8，9—按钮；10～13—指针 可以接收五个模拟输入信号，四个数字输入信号，输出三个模拟信号，输出三个数字信号。 功能强大； 能用于单回路的简单控制系统与复杂的串级控制系统； 控制精度高、使用方便灵活； 有自我诊断的功能，维修方便；可与电子计算机联用。 优点 26
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