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1、控制装置与仪表,华北电力大学自动化系,第三讲：控制装置与仪表的技术发展,2,控制仪表的技术发展,基地式仪表； 电动单元组合仪表； 组件组装式仪表； 数字式仪表； DCS系统； 现场总线仪表 FCS；,3,基地式仪表,单参数，单回路； 检测、放大、显示与控制是一个整体； 系统功能固定； 仪表之间不能相互兼容；,返回,4,电动单元组合仪表(1) 主要特点,整套仪表分为若干个独立功能单元； 各功能单元之间以统一标准信号联系； 可以灵活组合各种控制系统；,5,电动单元组合仪表(2) 结构特点,调节对象,检测元件,变送单元,显示单元,给定单元,操作单元,调节单元,执行单元,阀门,被调量,自动,手动,单元
2、组合仪表,6,电动单元组合仪表(3) DDZ系列,DDZ I 型（50年代）：电子管与磁放大器型； DDZ II 型（60年代）：晶体管型； DDZIII 型（70年代）：集成运算放大器型； DDZ S 型（80年代）：智能微处理器型；,返回,7,组件组装式仪表（1）,目标：大型企业综合自动化的需要； 基本构成元件：集成运算放大器； 结构特点：将以下两大功能分开 显示、操作功能 操作盘； 调节、运算与控制功能 控制柜；,8,组件组装式仪表（2）,调节对象,检测元件,变送单元,显示单元,给定单元,操作单元,调节单元,执行单元,被调量,自动,手动,组件组装式仪表分布图,集控室,现场,返回,9,数字
3、式仪表（1） 专用控制器,单回路数字调节器（可编程调节器） 用于模拟量连续调节； 可编程控制器PLC 用于开关量顺序控制； 分散控制系统 DCS 由网络分为上下两层：上层实现数据处理与监督控制，下层实现控制功能；,10,数字式仪表（2） 可编程调节器,解决了模拟仪表体积庞大、功能单一，控制系统实现困难等缺点， 实现了将控制策略的硬接线变为软接线 ！,11,可编程调节器特点,又称数字调节器或单回路调节器。是以微处理器为核心部件的一种新型调节器。它的各种功能可以通过改变程序（编程）的方法来实现，故称为可编程调节器。 特点： 1、具有常规模拟仪表的安装的操作方式，可与模拟仪表兼容。 2、具有丰富的运
4、算处理功能。 3、一机多能，可简化系统工程，缩小控制室盘面尺寸。 4、具有完整的自诊断功能，安全可靠性高。 5、编程方便，无须计算机软件即可操作，便于推广。 6、通信接口能与计算机联机，扩展性好。,12,数字式仪表（3） 通用工业PC,STD总线工业PC； PC总线（ISA与PCI）工业PC； PC104标准工业PC；,优点： 缺点： 1、软件资源丰富； 1、可靠性依赖于设计； 2、硬件功能软件化； 2、使用人员专业性强； 3、系统构成灵活；(给水泵控制） 4、成本较低；,13,STD总线（11） 系统总貌,STD系列工控机包括Z80/64180、80x86、V20/V40、MCS51和MCS
5、196等系列平台系统。该系列产品配有丰富的I/0模板100余种、多种工业控制网络及工控组态软件，广泛应用于各行各业，已有两万余套在工业现场运行，在我国工业自动化和传统产业技术改造中创造了很大的经济效益和社会效益。,14,STD总线（12） CPU主板和人机接口板,CPU主板 人机接口板,15,STD总线（13） 槽模板机架,16,PC总线（11） 系统总貌,17,PC总线（12） 系统主板,18,PC总线（13） MIC机箱,汲取STD总线工业PC优点： 可在线带电拔插 ！,19,PC总线（14） MIC主板,20,PC总线（15） MIC连接方式,21,PC104总线（11） 系统特点,PC
6、/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线； 被IEEE协会定义为IEEE-P996.1； IEEE-P996是PC和PC/AT工业总线规范； PC/104实质上是一种紧凑型的IEEE-P996； 其型号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同； 是一种优化的，小型堆栈式结构的嵌入式控制系统。,22,PC104总线（12） 系统总貌,硬件上与PC/AT主要存在着以下不同： 小尺寸结构,标准模块的机械尺寸为:3.6x3.8英寸(96x90mm) 堆栈式，“针”“孔”总线连接，即PC/104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬和相连.有极好的抗震性。 4mA总线
7、驱动就可使模块正常工作(为驱动更多模块，一般设计采用24mA),低功耗,减少元件数量。 自我堆栈式连接，无须母板。,23,PC104总线（13） 系统主板,PC/104标准尺寸： 9096mm,24,PC104总线（14） VGA显卡与Ethernet LAN通信控制卡,VGA显卡 Ethernet LAN通信控制卡,25,PC104总线（15） A/D转换，数字量I/O，定时/计数器扩展模块,26,接线端子,27,数字式仪表（41.1） 专用控制器应用举例,控制给水阀门方式的水位控制系统原理图,28,数字式仪表（41.2） 通用工业PC应用举例,控制给水泵液力耦合器方式的水位控制系统原理图,
8、29,数字式仪表（42） 通用工业PC应用举例,直流锅炉 给水控制系统,30,数字式仪表（43） 通用工业PC系统设计实例,控制系统构成示意图,31,数字式仪表（44） 通用工业PC系统设计实例,分布式控制系统构成示意图,返回,32,DCS系统（1） Distributed Control System,网络分布结构图,33,DCS系统（2） 控制站与现场信号,DCS系统结构分布图,优点： 4C技术综合应用； 计算机网络的使用； 使用方便； 功能丰富； 缺点： 数字化不彻底； 没有通信标准，兼容性差； 自动化孤岛；,34,DCS系统（3） 自动化孤岛说明,INFI-90 DCS系统网络结构图,
9、35,DCS系统（4） 控制室一览,采用DCS系统的200MW火电机组控制室,返回,36,现场总线仪表FCS（1） Fieldbus Control System,现场仪表智能化 具有本地控制和总线通信的能力； 控制系统结构彻底分散。,37,现场总线特点,现场总线是自动化领域的通信、网络技术, 也被称之为工厂的底层网络（Infranet） 总线是构成自动化系统的纽带，网络所传输的是控制信息。 它是有别于计算机网络，电视、电话网络的另一类网络 特点： 适应工业应用环境， 要求实时性强，可靠性高，安全性好。 多为短帧传送， 通信的传输速率相对较低。,38,现场总线仪表FCS（2） 8种现场总线国际
10、技术标准,国际上有8种关于现场总线技术标准： FF H1，Control Net，PROFIBUS，INTERBUS，P-Net，World FIP，Swift Net，FF之高速Ethernet即HSE。 在过程自动化领域，主要是称为FF的基金会现场总线和Profibus-PA现场总线。两者在技术上有基本相似的体系结构。 FF是惟一致力于世界统一现场总线标准的国际组织，对过程控制系统的发展影响最大。,39,现场总线仪表FCS（3） 结构特点,40,现场总线仪表FCS,41,现场总线仪表FCS（4） FF仪表产品,LD302： (FF)压力变送器,TT302： (FF)温度变送器,42,现场总
11、线仪表FCS（5） 总线分布结构,43,现场总线系统是企业的底层网络 (数字式基地式仪表),44,现场总线仪表FCS（6） 数据访问标准：OPC,45,现场总线仪表FCS（7） FCS 较 DCS 的诸多优点,1全数字化 2全分布 3双向传输 4自诊断 5节省布线及控制室空间 6多功能仪表 7开放性 8互操作性 9智能化与自治性,46,全分布、网络集成式控制系统,47,现场总线仪表FCS（8） 仪表与控制系统构成间的联系：单回路控制系统,48,现场总线仪表FCS（9） 仪表与控制系统构成间的联系：串级控制系统,49,汽温串级系统控制仪表结构布局示意图,50,现场总线仪表FCS（10） 工程师站控制系统组态演示,使用 Smar SysCon 5.0,返回,