自动检测技术与仪表控制系统-仪表系统及其理论分析.ppt
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1、第三篇 仪表系统分析,仪表系统理论分析 仪表发展概况 常用仪表分类及特性 仪表输入输出静态特性分析 仪表系统建模时域、频域和离散模型 仪表系统的时域分析 仪表系统的频域分析 仪表系统的各个单元原理、结构、分类及特性 变送单元 显示单元 调节控制单元 执行单元,仪表发展概况 常用仪表分类及特性 常用仪表分类 电动单元组合仪表及DDZ-和DDZ-型仪表比较 仪表输入输出静态特性分析 输入输出特性分析 仪表特性线性化处理分析 仪表系统建模时域、频域和离散模型 仪表系统的时域分析 时域分析指标 阶跃扰动动态特性分析 等速扰动动态特性分析 仪表系统的频域分析 正弦扰动动态特性分析 频率响应Bode图分析
2、 频带分析,10.仪表系统及其理论分析,自动化仪表可以代替人对控制过程进行测量、监视、控制和保护,包括检测仪表和控制仪表。检测仪表将被控变量转换成测量信号后,需要送到控制仪表,以便控制生产过程的正常运行,使被控变量达到预期的要求。控制仪表包括自动控制系统中广泛使用的调节器、变送器、执行器及显示器(单元)等。,10.1仪表发展概况,基地式:产生于20世纪40年代初,自动化程度不高,将测量、记录和调节功能组合在一起,主要用在分散的控制现场,应用于石油、化工、电力和机械等领域。 单元组合式:随大型工业的出现,生产向综合自动化和集中控制的方向发展,使仪表以功能划分,形成相对独立的能完成一定职能的标准单
3、元,各单元之间以规定的标准信号相互联系。可根据实际需要,选择不同的单元,构成不同的自动控制系统。特点是使用灵活,通用性强,适用于中小企业的自动化系统。电动单元组合仪表的发展分为三个阶段:DDZ-型:60年代中期出现,以电子管和磁放大器为主要放大元件; DDZ- 型: 70年代初期出现,以晶体管为主要放大元件; DDZ- 型: 80年代初期出现,以晶体管为主要放大元件,具有安全火花防爆性能。,数字式自动化仪表:随着计算机技术发展而在80年代中期出现的。其核心为单板机或单片机,相应的有数字式调节器和显示仪表、智能仪表及可编程逻辑控制器等,为计算机控制系统发展做基础。 现场总线控制系统:90年代初发
4、展起来的,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,将现场的智能仪表连成网络系统并向上一层监控级、管理级传递信息,相应的产生传感器、变送器和仪表的网络化。,一、分类 按使用性质划分 标准表专用于校准,不直接用于生产,需定期检验合格 实验室表使用条件较好,无防尘、防水要求 工业用表为数众多,工作环境恶劣,分为现场安装和控制室安装 按测量方式划分 直读式可直接读出被测量值,包括读出经过一定传递后的被测量的值,如浮子重锤式液位计和水银温度计 比较式通过未知量与已知量相比较而得出被测量的值,电位差计测量电动势,天平测质量。 按原理性连接方式划分 串联(开环)-各功能模块首尾
5、相连 反馈(闭环)-某功能模块输出又回到自身的输入端或其前的某模块的输入端,从而构成正反馈或负反馈作用 按信号传输方式划分 电动以电量为传输信号,信号的变换、放大容易,可远传,但防爆性能差。 气动使用压缩空气来传递信号,反映慢。,10.2.常用仪表的分类及特性,按组成方式划分 基地式通用性差,是为特定被测量在特定范围内使用而设计,可直接读数 单元组合式通用性强,只完成单一功能,因其输出信号标准,可灵活构建系统 组件组装式利用集成电路和电子元件形成各种不同的插件,可选择多个插件以构成需要的仪表,常用在计算机控制系统中。 按安装和使用方式划分 现场安装具有良好的防护结构,能提供防爆、防腐和抗振能力
6、 盘后架安装不需要显示和操作 盘装具备操作和显示功能;这三个均为工业用表 台式实验室环境 携带式野外工作环境,按放爆能力划分 普通型没有采取任何防爆措施 隔爆型采取了某种措施以防止燃烧和爆炸事故,如安全栅 安全火花型试图从根本上杜绝爆炸事故,如采用低压直流小电流供电,并控制储能元件,使正常工作或故障状态下产生的火花及达到的温度均不足以引燃周围的爆炸性的混合物。防爆性能最好。 按运算处理方式划分 模拟式核心运算采用模拟信号 数字式运算和处理过程都是以数字信号为基础,二、电动单元组合仪表及DDZ-型和DDZ-型仪表比较,1.电动单元组合仪表: D(电动)D(单元)Z(组合) 发展阶段:(电子管)(
7、晶体管)(线性集成电路) 特点:只完成单一功能,输出信号标准化,可根据需要灵活构建系统。,差压变送器温度变送器,指示仪表记录仪表,恒流给定器和分流器,PID调节器、位式调节器和可编程逻辑控制器,角行程及直行程电动执行器,计算单元:加减器、乘除器及开方器等 转换单元:频率转换器,气-电转换器等 辅助单元:操作器、阻尼器,表10-1 DDZ-型和DDZ-型仪表比较,一、输入输出特性分析 仪表输入输出特性是衡量仪表性能的重要指标 定义:常用仪表输出相对于输入的变化曲线来表示,即以仪表的输入为横坐标、输出为纵坐标而得到的特性曲线。 组成:上升曲线和下降曲线。 理想情况:两条曲线重合且为一条直线,说明仪
8、表具有线性特性 实际情况:非线性,原因有二:其一是仪表具有的元件老化、滞环、死区或其他效应,可通过对仪表的适当调整及补偿而使特性近似线性;其二是某些被测量与输出值之间的关系为非线性,是固有的,只能通过特殊方法来改变。 目的:通过分析仪表的输入输出特性曲线,可以知道仪表特性是线性的还是非线性的,同时也可以知道任何输入点不同方向上的仪表放大倍数、灵敏度、量程、输入输出范围、滞环和死区等指标。,10.3.仪表输入输出静态特性分析,根据仪表的开环和闭环特性有不同的方法,二、仪表特性线性化处理分析,1.串联式仪表:可以通过多串联一个非线性环节,并且适当选择该环节的非线性,使其能够补偿前面各环节造成的非线
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- 自动检测 技术 仪表 控制系统 系统 及其 理论 分析
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