過程控制儀表

　　片斷：第一章概論過程控制儀表是工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的重要工具。此類儀表分為兩大類：模擬式過程控制儀表和數(shù)字式過程控制儀表。兩者的技術(shù)水準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方法雖有區(qū)別，但由于用途相同，所以某些基本概念是一致的，設(shè)計(jì)思想也是相似的。數(shù)字過程控制儀表是在模擬過程控制儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以目前不管是數(shù)字過程控制儀表本身還是數(shù)字自控系統(tǒng)都是模一數(shù)混合體。因此，本書先介紹模擬過程控制儀表，后介紹數(shù)字過程控制儀表。第一節(jié)過程控制儀表的發(fā)展和分類一、過程控制儀表的發(fā)展過程控制儀表和工業(yè)自動化是同步發(fā)展的，其發(fā)展過程大致分為以下三個階段：（1）30～40年代，運(yùn)用以單變量控制為主要內(nèi)容的古典控制理論，采用大尺寸的基地式儀表，實(shí)現(xiàn)就地分散控制，以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，降低原料和能源消耗。（2）50～60年代，運(yùn)用以多變量控制，最佳控制和自適應(yīng)控制為主要內(nèi)容的現(xiàn)代控制理論，以單元組合儀表構(gòu)成集中分散控制系統(tǒng)，并將單元組合儀表、巡回檢測儀表和工業(yè)計(jì)算機(jī)相配合組成控制系統(tǒng)，以適應(yīng)工業(yè)設(shè)備大型化和連續(xù)化，實(shí)現(xiàn)集中控制和最佳控制，提高設(shè)備效率，確保生產(chǎn)安全。（3）70年代以來，運(yùn)用大系統(tǒng)理論，采用大、中、小微型計(jì)算機(jī)，組成分級控制系統(tǒng)——簡稱集散系統(tǒng)，把單機(jī)控制、協(xié)調(diào)控制、最佳控制和管理調(diào)度聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)綜合自動化。過程控制儀表的發(fā)展階段，在時間上各國都沒有明顯的界限。建國以來，在自力更生的方針指引下，在所有從事工業(yè)自動化工作人員的努力下，我國的過程控制儀表與其他工業(yè)自動化儀表一樣，從無到有，從初級到高級，基本上跟上了國際發(fā)展的水平。50年代后期到60年代中期，我國自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了較完善的系列的基地式顯示控制儀表。這期間，同時研制了氣動單元組合儀表和1、Ⅱ型電動單元組合儀表，稍后又研制了較先進(jìn)的Ⅲ型電動單元組合儀表。我國較早研制的DJSK工業(yè)計(jì)算機(jī)曾成功地用于工業(yè)控制，它是64回路的直控儀。改革開放以來，引進(jìn)了不少國外先進(jìn)技術(shù)，其中也包括控制技術(shù)和過程控制儀表。在消化吸收的基礎(chǔ)上，我國已從零星的分散研制微機(jī)過程控制儀表進(jìn)入到自行設(shè)計(jì)適合我國國情的系列微機(jī)過程控制儀表——DDDZ－S系列控制儀表。由于許多工業(yè)部門相繼出現(xiàn)了大型、高效率、具有臨界參數(shù)的新型生產(chǎn)設(shè)備、對過程控制儀表提出了許多新的要求。其主要有：（1）控制功能多樣化。按設(shè)備運(yùn)行的要求，不但要有各種反饋控制功能和多種調(diào)節(jié)規(guī)律，而且要有程序控制和各種聯(lián)鎖保護(hù)。（2）系統(tǒng)要便于功能擴(kuò)展。自動控制系統(tǒng)可以由簡單到復(fù)雜逐步改進(jìn)，也可以隨工藝的變化而較方便地變化。這些都要求控制儀表能靈活地組成各種控制系統(tǒng)。（3）解決好模擬儀表與計(jì)算機(jī)的兼容性問題。由于技術(shù)的進(jìn)步人們已經(jīng)找到了計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制的途徑，而計(jì)算機(jī)控制必定會和模擬儀表發(fā)生關(guān)系，因此，全面考慮工業(yè)計(jì)算機(jī)和模擬儀表的兼容是一個重要的問題。（4）提高儀表和系統(tǒng)的可靠性。近代的大工業(yè)裝置很多是工作在臨界狀態(tài)，因此對自動控制的可靠性提出了極苛刻的要求，不但要求儀表本身有高質(zhì)量和高可靠性，還要在系統(tǒng)方面采取監(jiān)控保護(hù)措施。（5）要求操作簡便。隨著大型、高效率、臨界工藝裝置的出現(xiàn)，自控系統(tǒng)愈來愈龐大，愈來愈復(fù)雜，所用的控制儀表也愈來愈多。為此，需將自動化儀表各領(lǐng)域的最新成就綜合利用，如利用程序控制技術(shù)，數(shù)字邏輯技術(shù)、字符圖像技術(shù)及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，使主設(shè)備的起停實(shí)現(xiàn)自動化。用數(shù)字控制技術(shù)使盤面大大縮小，以利于運(yùn)行和管理。（6）便于工程的系統(tǒng)安裝。若是整套自控系統(tǒng)在儀表廠就預(yù)先組裝好，這樣就大大降低設(shè)計(jì)單位和安裝單位的工作量，加速基建周期，減少安裝成本。二、過程控制儀表的分類1.模擬儀表的分類（1）按能源模擬儀表分為氣動控制儀表和電動控制儀表。氣動控制儀表的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、可靠性高，具有本質(zhì)防爆性能，特別適用于石油、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場所。由于電子技術(shù)的發(fā)展，電動控制儀表的防爆問題得到解決，使其得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。電動控制儀表得到高速發(fā)展還因其與氣動控制儀表相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：電信號無遲后傳輸；便于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的調(diào)節(jié)規(guī)律；遠(yuǎn)距離集中顯示和操作，故適用于大規(guī)模的控制系統(tǒng)；因能源方便，更適用于中、小型生產(chǎn)。雖然電動控制儀表發(fā)展迅速，但氣動控制儀表仍有它的地位和發(fā)展余地，在世界性的銷售量中尚占三分之一左右。尤其氣動執(zhí)行器具有安全、可靠、工作平穩(wěn)和功率大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛（2）按結(jié)構(gòu)形式模擬儀表分為基地式控制儀表、單元組合儀表和組件組裝式控制儀表。1）基地式控制儀表其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以指示和記錄儀表為中心，附加氣動部件或電子線路來完成控制任務(wù)。因價(jià)格低，又能一機(jī)多用，故適用于中、小企業(yè)和單機(jī)自動控制系統(tǒng)。我國生產(chǎn)的XCT系列控制儀表和TA系列電子調(diào)節(jié)器均屬基地式控制儀表。2）單元組合儀表其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將整套儀表劃分為能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)一定功能的若干單元，各單元之間采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，用這些為數(shù)不多的單元儀表可以構(gòu)成多種多樣、復(fù)雜程度不同的自動檢測和控制系統(tǒng)。電動單元組合儀表用DDZ表示，氣動單元組合儀表用QDZ表示。3）組件組裝式控制儀表其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由一塊塊功能分離的組件構(gòu)成成套儀表裝置。它一般分為控制箱和操作盤兩大部分。控制箱中插入若干組件箱，組件箱中插入若干組件板，且采用高密度安裝，充分利用空間。顯示操作盤只占很小的地方。若再用電子屏幕（圖像）集中顯示，則改善了人－機(jī)聯(lián)系。在控制箱中各組件之間的信息聯(lián)系采用矩陣端子接線方式。接線工作在矩陣端子接線箱中進(jìn)行。組裝儀表還兼用了模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)，并能與工業(yè)控制機(jī)、程控裝置、圖像顯示等新技術(shù)工具配合使用。因此，它特別適用于效率高的大型設(shè)備的自動化。我國生產(chǎn)的TF型控制裝置和MZ－Ⅲ型控制裝置均屬于組件組裝式控制裝置。本書前言前言《過程控制儀表》教材是根據(jù)冶金、有色冶金系統(tǒng)高等院?！鞍宋濉苯滩慕ㄔO(shè)規(guī)劃而編寫的。全書著重介紹過程控制儀表的系統(tǒng)知識，過程控制儀表的基本機(jī)理和分析方法，模數(shù)結(jié)合知識，反饋原理的應(yīng)用和抗干擾知識。其內(nèi)容緊密結(jié)合工程實(shí)際，目的是提高讀者將過程控制儀表應(yīng)用于工程的能力和培養(yǎng)讀者的開發(fā)能力。全書分上、下兩篇。上篇為模擬控制儀表，下篇為數(shù)字控制儀表。上篇對我國的主體過程控制儀表DDZ－Ⅲ型電動單元組合儀表作了較詳細(xì)地分析。下篇對技術(shù)先進(jìn)的單回路調(diào)節(jié)器和集散系統(tǒng)作了詳細(xì)地分析和應(yīng)用舉例，并介紹DDZ－S系列儀表和YS－80系統(tǒng)儀表的有關(guān)知識，同時結(jié)合冶金企業(yè)技術(shù)改造介紹工業(yè)計(jì)算機(jī)用于控制的有關(guān)知識。在編寫方法上，力求由淺入深，由簡到繁，主次分明，重點(diǎn)突出，強(qiáng)化基礎(chǔ)理論，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)際相結(jié)合。第一章至第四章、第六章和第八章由華東冶金學(xué)院徐春山編寫；第五章和第七章由昆明工學(xué)院陳遠(yuǎn)宏編寫。全書由徐春山主編。參加本書審稿的同志有：東南大學(xué)邵裕森（組長）、南京化工學(xué)院蔣晉堂、北京科技大學(xué)吳并臻、東北工學(xué)院白繼忠。他們對初稿進(jìn)行了認(rèn)真審定，在此表示衷心感謝。由于作者水平有限，難免存在缺點(diǎn)和錯誤，敬請讀者批評指正。編者1993.2

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