《过程控制仪表下》课件

《过程控制仪表》课程导引本课程将深入探讨过程控制仪表在工业生产中的重要作用从测量技术、信号转换、控制器设计等方面全面讲解过程控制仪表的原理及应用课程概述课程目标课程内容教学方式学习收获本课程旨在全面介绍过程控制涵盖现场执行元件、执行机构采用理论讲授、案例分析、模学生将系统掌握过程控制仪表仪表的种类、原理和应用,帮、测量仪表、分析仪表、智能拟实验等多种教学方式,以加的基本原理和应用,为后续的助学生深入理解工业过程自动仪表、现场总线技术、工业以深学生对知识的理解和掌握过程控制系统设计打下坚实基化的基础知识太网等多个方面础过程控制系统组成过程控制系统是由多个不同功能单元组成的集成系统包括传感器,、控制器、执行机构和人机界面等它们协调工作实现对生产过,程的自动监测和控制确保过程参数稳定在期望范围内,系统各组成部分的设计和选型直接影响整个控制系统的性能和可靠性因此系统设计时需要根据具体应用场景合理配置各功能单,,元使整个系统能可靠、高效地完成过程控制任务,现场执行元件执行机构种类执行机构安装执行机构维护现场执行元件包括电动执行机构、气动执行执行机构需要根据工艺要求合理安装在工艺执行机构作为核心执行元件,需要定期检查机构和液动执行机构等多种类型根据工艺设备或管道上保证其能可靠执行控制指令维护确保其能长期可靠运行满足生产需求,,,,要求和安全性能而选用执行机构电动执行器气动执行器由电动机驱动的执行机构能够准确地利用压缩空气作为动力源的执行机构,,执行开关或调节动作具有快速响应、稳定可靠的特点液压执行器逆变型执行器采用液压系统作为动力源的执行机构,使用电子变换装置将电信号转换为机提供大推力和精确定位械运动的执行机构阀门功能多样种类繁多12阀门在过程控制系统中起着关常见的阀门包括球阀、蝶阀、键作用可用于调节、切断或者闸阀、截止阀等各有特点和适,,隔离流体用场合材质选择自动化应用34阀门材质的选择需考虑介质性电动执行机构使阀门能够实现质、温压条件等因素确保安全远程自动化控制提高系统的智,,可靠运行能化水平电动执行机构电动执行机构是过程控制系统中广泛应用的执行元件之一它通过电机驱动来带动阀门等末端执行机构实现对工艺过程的自动调节和控制电动执行机构具有,响应迅速、控制精度高、维护简单等优点在现代工业自动化中扮演着重要角色,流量测量仪表测量原理常见类型基于流体的速度、体积、质量等包括旋板流量计、涡轮流量计、参数采用多种原理进行流量测量椭圆齿轮流量计、质量流量计等,,,如差压、涡街、电磁等适用于不同工况条件技术特点精度高、响应速度快、可靠性强并能提供实时流量、累积量等数据满足工,,业自动化需求流量计的分类及工作原理原理分类测量对象流量计根据测量原理可分为电磁式、涡轮式、孔板式、涡街式等多种类型流量计还可根据所测量的介质分为液体流量计、气体流量计和蒸汽流量计每种类型都有自己独特的工作机制和适用范围不同介质的流量计有各自的设计特点123安装位置流量计根据安装位置的不同可分为管道式、挡板式、插入式等安装位置会影响流量计的测量准确性和适用性压力测量仪表压力原理常见类型12压力测量仪表利用物理量间的包括液体柱压力表、弹性压力关系测量压力如弹性元件或电表、电子压力传感器等应用广,,阻元件的变化泛应用场景精度指标34广泛用于过程自动控制、工业压力测量仪表的精度、稳定性生产、航天航空等领域的压力、重复性等性能指标是关键考测量量压力传感器的工作原理变形检测1压力作用于传感器导致材料发生变形,应变检测2变形引起材料内部应变被电阻应变计检测,电信号输出3应变会引起电阻值变化转换为电信号输出,压力传感器通过测量材料的变形检测应变大小并将其转换为可测量的电信号输出这一过程中涉及变形检测、应变检测和电信号输出三个,,关键步骤共同构成了压力传感器的基本工作原理,温度测量仪表温度传感器原理利用物质随温度变化而产生的物理变化,通过电信号转换为温度值的设备常见的有热电偶、热电阻、热敏电阻等温度单位与量程温度单位包括摄氏度、华氏度、开尔文等量程覆盖广泛,从低温到高温不等选择合适的量程和单位十分重要温度仪表显示温度仪表通常采用数字显示,可以直观地显示温度值也有模拟指针式的温度仪表温度传感器的种类及工作原理热电偶由两种不同金属组成的热电偶能产生温度相关的电压,广泛应用于工业过程测量热电阻热电阻的电阻随温度变化,用于精确测量高温、低温等工况热电二极管热电二极管的电压特性对温度敏感,可用于测量半导体器件的工作温度热电偶与光纤将热电偶与光纤技术结合,可实现分布式温度测量,在电磁干扰环境下应用广泛液位测量仪表工作原理测量范围特点应用领域液位测量仪表利用物理量的变液位测量仪表能够适用于各种液位测量仪表操作简便、反应广泛应用于石油化工、电力、化来检测液体的高度常用的不同尺寸的容器和管道，测量灵敏、测量精度高、抗干扰性冶金、环保等行业的液体储罐原理包括浮子法、压力法和声范围从几厘米到数米不等，满强，是过程控制系统中不可或、管道等场合，确保生产安全波法等，能够精确监测各种液足工业生产中的各种需求缺的重要组成部分和产品质量体的实时液位液位传感器的分类及工作原理浮球式1通过浮球上下移动来检测液位变化压力式2通过液体压力传感检测液位高度电容式3利用液体介电常数变化检测液位超声波式4利用回波时间测量液面高度液位传感器是过程控制中常用的测量设备可以根据测量原理分为浮球式、压力式、电容式和超声波式等多种类型每种传感器都有其特点和适用场,合工程师需要根据具体应用环境选择合适的传感器,分析测量仪表气体分析仪液体分析仪固体分析仪用于检测和测量气体成分、浓度等参数的仪用于测量和监测液体中的物理化学特性,如用于检测和分析固体材料的成分、结构、性器广泛应用于工业过程监测和环境保护领值、电导率、浊度等在化工、食品、医能等特性在材料科学、矿产资源勘探等领,pH,,域疗等行业中应用广泛域发挥重要作用气体分析仪监测广泛精度高气体分析仪可以检测范围广泛的通过先进的传感器技术,气体分析气体成分,如氧气、二氧化碳、甲仪可以实现高精度的气体浓度测烷等广泛应用于工业生产、环境量满足工业控制和安全监测的要,,监测等领域求快速响应气体分析仪能够快速捕捉气体浓度的变化为工艺过程控制提供及时准确的,数据支持液体分析仪测量范围广泛原理多样12液体分析仪可以测量pH值、浊包括光学法、电化学法、离子度、电导率、溶氧等多种液体选择电极法等多种测量原理指标应用广泛智能化发展34广泛应用于工业过程监测、环随着技术进步,液体分析仪正朝境监测和实验室分析等领域着智能化、自动化方向发展固体分析仪成分检测高精度分析固体分析仪可用于检测固体材料先进的固体分析仪采用X射线、电的化学成分、结构特征和物理性子束等技术,可以实现原子级别的质为材料研发和质量控制提供重高精度分析和成像为科研提供强,,要数据支持大工具广泛应用固体分析仪广泛应用于材料科学、矿产开采、环境监测等领域在工业生产,和科学研究中发挥重要作用智能仪表先进功能人机交互集成优势降低成本智能仪表拥有自动化校准、自友好的人机界面和强大的编程智能仪表可无缝集成到工业自先进的诊断功能和网络连接能诊断、数字通信等先进功能功能使智能仪表可以与操作动化系统实现全面监控和集力大幅降低了设备维护和管,,,,大幅提高了测量精度和可靠性人员实现高效互动中控制理的人力成本现场总线技术网络化设计数据传输智能化设备成本降低现场总线技术实现了现场设备现场总线通过数字信号传输，现场总线技术支持现场智能设现场总线技术通过减少现场布的网络化互联，提高了系统的实现了现场设备与控制系统之备的接入，提高了系统的自诊线和现场设备的硬件数量，大可扩展性和灵活性间的双向数据通信断和自适应能力幅降低了系统建设和维护成本现场总线系统组成现场总线系统由现场设备、总线控制器、连接总线的通讯线缆以及供电系统等主要部件组成总线控制器负责控制和管理现场设备确保系统运行稳定可靠通,讯线缆提供设备间的数据交换供电系统则为整个系统提供可靠的电源支持,常见的现场总线协议（过程总线）PROFIBUS DeviceNetFOUNDATION Fieldbus是一种广泛应用的工业现场总线是一种基于总线技术的低成是一种面向过程自PROFIBUS DeviceNetCAN FOUNDATIONFieldbus协议支持多种自动化设备的互联互通其本现场总线协议主要应用于制造业设备联动化的开放式现场总线协议支持实时数据,,,可靠性高、传输距离远、抗干扰性强广泛网支持丰富的设备类型并具有即插即用特通信和分布式控制具有高度灵活性和可扩,,,应用于工厂自动化、过程控制等领域性展性工业以太网技术高速数据传输可靠性和安全性与现场设备的连接工业以太网采用高速以太网技术,可实现快工业以太网通过拓扑结构优化和冗余设计等工业以太网可通过多种接口连接现场的各种速、高效的数据通信满足工业生产对实时方式提高了网络的可靠性和安全性适用于控制设备和传感器实现对生产过程的全面,,,,性和带宽的需求工业生产的严苛环境监测和控制工业以太网技术在过程控制中的应用实时性1工业以太网通过协议优化和高速数据传输可满足过程控制中对,实时性的严格要求可靠性2使用冗余设计和错误纠正技术工业以太网提高了系统的可靠性,和抗干扰能力灵活性3工业以太网支持多种通信协议使过程控制系统的集成和升级更,加灵活过程控制系统的集成多系统协作信息共享系统兼容标准规范过程控制系统通常需要与其他通过集成,不同系统之间可以集成要求各个子系统在硬件、工业自动化领域制定了一系列系统如DCS、PLC和SCADA实现实时数据共享和信息交互软件和通讯协议等方面做到高通用标准,以确保不同设备和等进行有机集成,提高整体的,从而为决策提供支持度兼容和无缝对接系统之间的互操作性自动化水平和运作效率系统概述DCS集中控制实时采集自动化控制系统集成系统采用分布式控制架构系统能够实时采集各种工艺系统可根据实时采集的数据系统能够与其他系统如DCS,DCS DCS DCS使用计算机和网络技术集中管参数,如温度、压力、液位等,并自动执行控制策略,实现工艺过MES、ERP等进行有效集成,实理和控制整个工艺过程进行实时处理和分析程的自动化管理现全面的信息化管理系统的组成结构DCS分散控制系统（）由多个功能模块协同工作构成一个完整的DCS,过程控制系统主要包括现场执行元件、仪器仪表、控制器、通信总线和操作监视系统等这些模块通过现场总线技术实现数据/采集、信号传输和控制指令的协调运行系统的特点及应用DCS集中性智能性系统由集中式控制中心监控采用先进的控制算法和人机DCSDCS和管理整个生产过程提高了生交互技术为用户提供智能化的,,产效率控制决策支持可靠性可扩展性系统具有容错机制即使部系统的模块化设计方便系统DCS,DCS分设备失效也能保证生产的连续扩展和技术升级,适应不同的生性产需求课程总结与展望通过本课程的学习，学生对过程控制仪表的组成、工作原理和应用有了全面深入的认识下一步我们将探讨过程控制系统的集成与应用，为学生进一步深化过程控制领域的专业知识打下坚实基础。