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1、1.1 检测技术基础知识,知识目标通过本章的学习，要求了解检测技术在我们生活、生产、科研等方面的重要性；了解测量的概念，掌握测量误差的特点；了解传感器的作用和分类；掌握自动检测系统的结构组成；了解自动检测技术的发展趋势。技能目标通过本章的学习，要求掌握误差的表达方式，能正确选择仪表进行测量，了解测量数据的分析和处理方法，熟悉传感器的基本性能指标。,在工业检测和自动控制系统中方面，为了保证生产过程能正常、高效、经济地运行，必须对生产过程的某些重要工艺参数(如温度、压力、流量等)进行实时检测与优化控制。例如陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统如图1-1所示；超声波探伤如图1-2所示；对容器液位的检测如
2、图1-3所示等等。,图1-1陶瓷隧道窑温度、压力 图1-2超声波探伤 图1-3容器液位的检测监测控制系统,测量的概念测量是人们借助专门的技术和设备，通过实验的方法，把被测量与单位标准量进行比较，以确定出被测量是标准量的多少倍数的过程，所得的倍数就是测量值。测量过程的核心就是比较。1.2.2 测量方法实现被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法。针对不同测量任务进行具体分析以找出切实可行的测量方法，对测量工作是十分重要的。,下面介绍几种常用的分类方法。1.按测量手续分类按测量手续不同可分为直接测量、间接测量和联立测量。（1）直接测量（2）间接测量 间接测量多用于科学实验中的实验室测量。（3
3、）联立测量 联立测量又叫组合测量。如果被测量有多个，而被测量又与其他量存在一定的函数关系，则可先测量这几个量，再求解函数关系组成的联立方程组，从而得到多个被测量的数值。,例如：在研究热电阻Rt随温度变化的规律时在一定的温度范围内有下列关系式Rt=R20+（20）（20）2 式中，R20、是三个待测的量，R20是电阻在20时的数值，、是电阻的温度系数。依据此关系式，测出在t1、t2、t3三个不同测试温度时导体的电阻Rt1、Rt2、Rt3，得到联立方程组，通过求解联立方程组便可得到R20、的数值。,2.按测量时是否与被测对象接触分类（1）接触式测量（2）非接触式测量 例如用辐射式温度计测量温度，用
4、光电转速表测量转速等。非接触测量法不干扰被测对象，既可对局部点检测，又可对整体扫描。特别是对于运动对象、腐蚀性介质及危险场合的参数检测，它更方便、安全和准确。,3.按被测信号的变化情况分类根据被测信号的变化情况不同分为静态测量和动态测量。（1）静态测量 静态测量是测量那些不随时间变化或变化很缓慢的物理量。（2）动态测量 动态测量是测量那些随时间而变化的物理量。如地震仪测量振动波形则属于动态测量。,4.按输出信号的性质分类根据输出信号的性质不同分为模拟式测量和数字式测量。（1）模拟式测量 模拟式测量是指测量结果可根据仪表指针在标尺上的定位进行连续读取的测量方式，如指针式电压表测电压。（2）数字式
5、测量 数字式测量是指以数字的形式直接给出测量结果的测量方式，如数字式万用表的测量。,一、过程控制仪表与控制系统,自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置），使被控对象的工作状态或参数（压力、物位、流量、温度、PH值等）自动地按照预定的规律运行。,回顾:什么是自动控制?,例:一贮罐液位控制系统。要求贮罐液位保持一定，以满足生产需要；图中液位变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统。,分析:贮罐液位由液位变送器转换成相应的标准信号送到控制器，与给定值相比较，控制器按比较得到的偏差，以一定的控制规律发出控制信号，控制执行器的动作，通过改变贮罐液体出料的
6、流量，从而使贮罐液位保持在与给定值基本相等的数值上。,控制器,被控对象,变送器,z,x,e=x-z,-,p,q,y,干扰,温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪（通常输出：420mA、15V等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关(通常输出on/off信号)传感器（Pt100、热电偶）,通常安装于控制室,通常安装于 现场,显示仪表,四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示仪表根据需要可选）,阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀泵：开关泵、变频泵,控制阀,过程控制系统是实现生产过程自动化的平台,而过程控制仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。,一、过程控制仪表与控制系统
7、,关系：,二、过程控制仪表的发展概况,50年代60年代70年代80年代 90年代21世纪至今QDZQDZ QDZ DDZDDZ DDZ 数字式（智能式）控制仪表 DCS系统（PLC）现场总线以太网,三、过程控制仪表的分类及特点,（一）按能源形式分：1.气动控制仪表 2.电动控制仪表 3.液动控制仪表（二）结构形式分：1.基地式控制仪表 2.单元组合式控制仪表 3.组装式综合控制装置 4.数字化控制仪表 5.集散控制系统 6.现场总线控制系统。（三）按信号形式分：1.模拟控制仪表 2.数字控制仪表,（一）按能源形式分：,电动控制仪表的特点：信号传送速度快、传送距离远、易于与计算机联用。,气动控制
8、仪表的特点：结构简单、性能稳定、安全防爆、易于维修。,（二）结构形式分：,1.基地式控制仪表 以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构。,2.单元组合控制仪表 电动单元组合仪表：DDZ型；DDZ型；DDZ型电源：220V AC；24V DC；电信号：电流010mA DC；420mA DC；Vo：15V DC气动单元组合仪表：气源：140 kPa；气信号：20100 kPa,3.组装式控制仪表 一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。工程实际中已很少使用。,4.数字控制仪表 以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外形结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完
9、成各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用，以构成不同规模的分级控制系统。,5.集散型控制系统 将集中一台计算机完成的任务分派给各个微型过程控制计算机，再配上数字总线以及上一级过程控制计算机，组成各种各样的、能适应于不同过程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了“控制分散”或“危险分散”，管理高度集中。,6.现场总线控制系统 是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最新发展成果。它将具有数字通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控制网络。,（三）按信号类型分：,模拟式控制仪表 传输信号通常为连续变化的模拟量。这类仪表线路较简单，
10、操作方便，价格较低使用上均有较成熟的经验。,数字式控制仪表 传输信号通常为断续变化的数字量。这些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制要求。,压力变送器,压力变送器,常用的控制仪表及装置,测量膜合,差压变送器,双法兰差压送器,无纸记录仪,测量精确值,Better Control可编程调节器,输出精确值,输出百分值,测量百分值,气动阀门定位器,气动执行机构,电动执行机构,直通单、双座控制阀,直通单、双座控制阀,闸阀,球阀,三通阀,蝶阀,角阀,计算机控制系统的发展过程,传统DCSPLC_Based DCSIPC_Bas
11、ed DCS,直接数字量控制,本质 用一台计算机取代一组模拟调节器，构成闭环控制回路，用数字控制技术简单地取代模拟控制技术。,起始于50年代末期，开辟了一个轰轰烈烈的计算机工业应用时代,优点 计算灵活，精度高，PID控制规律，分时处理多个控制回路 此外，DDC也很快发展到PID以外的多种复杂控制。,问题 价格昂贵，运算速度不高,集中型计算机控制系统,初衷：由于当时的计算机体积庞大，价格非常昂贵，为了使计算机控制能与常规仪表控制相竞争，企图用一台计算机来控制尽可能多的控制回路。,优越性：从表面上看信息集中，集中型计算机控制可以实现各种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。,问 题：由于当时
12、计算机总体性能低，容量小，容易出现负荷过载，控制集中直接导致危险集中，高度集中使系统变得十分“脆弱”。,集散控制系统 DCS,出发点（2个方面）：(1)不能采取控制回路高度集中的设计思想，需要把控制功能分散到若干个控制站实现，以提高系统的可靠性；(2)考虑到整个生产过程的整体性，各个控制系统（回路）的运行应当服从工业生产管理的总体目标。,根本特征:控制的分散性和管理的集中性,控制层网络,管理层网络,现场设备层,DCS的物理层次示意,现场总线控制系统（FCS）,定义,是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。,支持双向、多节点、总线式的全数字通讯,双向数据通信能力避
13、免了反复进行A/D、D/A的转换,把控制任务下移到现场设备，以实现测量控制一体化 全分散,本质,特点,评价,已成为全世界范围自动化技术发展的热点涉及整个自动化和仪表的工业“革命”,FCS现场总线控制系统,计算机控制系统的发展特征,随着局域网、Internet、IT技术迅速发展，计算机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化发展成为一种趋势,现场总线式变送器,现场总线式阀门定位器,安全防爆,工业以太网,安全防爆总线,非安全防爆总线,控制室,控制台,流程图,仪表盘,操作员站,操作员站CRT,工业流程图,工艺-仪表组合图,加热炉,汽包,LT,LC,给水,蒸汽,气关阀,FC,OPE-MARK,工位标记,CAS,CMP,AUT,NR,OPN,CND,AOF,100：0,CAS,0.0,
