自动检测技术及仪表控制系统课件(第章)

过程检测技术及仪表测控技术与仪器系课程安排■总学时：48学时讲授--40学时实验--8学时■成绩评定：平时--15%实验--15%考试--70%■联系方式:艾学忠电话：63083113、13843227008E-mail:[e-mail]办公室：3-312第一篇基础知识引论2误差分析基础及测量不确定度2.1检测精度2.2误差分析的基本概念2.3误差原因分析2.4误差分类2.5误差的统计处理2.6误差传递法则2.7误差估计2.8粗大误差检验2.9测量不确定度2.10最小二乘法及其应用1.1检测仪表控制系统1.2基本概念1.3检测仪表技术发展趋势1绪论3检测技术及方法分析3.1检测方法及其基本概念3.2检测系统模型与结构分析3.3提高检测精度的方法3.4多元化检测技术1绪论1.1检测仪表控制系统1.2基本概念1.3检测仪表技术发展趋势内容综合为：一、(过程)自动化概述二、自动化仪表及装置概述三、检测仪表技术发展趋势1绪论一、(过程)自动化概述自动化技术是信息科学与技术的一个重要分支。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制。生产过程自动化的发展可以分为三个阶段：①仪表自动化阶段②计算机控制阶段③综合自动化阶段过程控制是自动化技术的重要组成部分1绪论一、(过程)自动化概述所谓（过程）自动化是在工艺设备上配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，即：用自动化装置来管理设备(生产过程)，使之正常运行。从工艺的眼光来看所谓（过程）自动化是使工艺参数保持在需要的值或状态，或者使生产过程按照一定的程序或步骤运行，保证生产过程运行在最佳状态。从控制的眼光来看最高目标1绪论一、(过程)自动化概述自动化与生产工艺的关系了解生产对象的基本特性及其对控制的影响；根据工艺要求选择合理的自控方案；综合考虑工艺与自控双方面的因素，掌握准确的工艺条件和数据；了解基本测控参数的测量原理、要求，便于确定合适的测控参数、选择合适的测控点等。典型的工业生产过程＝生产工艺＋生产设备＋自动控制自控与工艺的关系：自控为工艺服务★自控专业人员必须深入了解和熟悉生产工艺和设备★工艺专业人员也必须掌握自动控制的本质1绪论一、(过程)自动化概述任何一个工业控制系统都必然要应用一定的检测技术和相应的仪表单元，检测单元完成对各种过程参数的测量，并实现必要的数据处理；仪表单元则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的单元实现对被控变量的调节。检测技术和仪表两部分是紧密相关和相辅相成的，它们是控制系统的重要基础。检测技术的作用与意义★检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步1绪论★检测技术是产品检验和质量控制的重要手段被动检测主动检测(在线检测)质量控制领域★检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用故障监测系统动态监测保证设备和人员安全提高经济效益★检测技术是自动化系统中不可缺少的组成部分生产过程：“物流”控制管理“信息流”数量状态趋向检测获取信息分析判断自动控制自动化：信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义检测手段水平决定科学研究的深度和广度理论研究成果离不开必要的检测手段1绪论一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义检测技术在工业生产中的应用十分广泛1绪论一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义检测技术在工业生产中的应用十分广泛1绪论一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义检测技术在工业生产中的应用十分广泛1绪论检测技术在工业生产中的应用十分广泛在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义1绪论检测技术在汽车中的应用日新月异一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义1绪论检测技术在日常生活中的应用与日俱增家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦--红外测距传感器数字体温计：接触--热敏电阻，非接触--红外传感器自动感应灯：亮度检测--光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测--热敏电阻电话、麦克风：话音转换--驻极电容传感器遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取--面阵CCD扫描仪：文档扫描--线阵CCD(电荷耦合器件)红外传输数据：红外检测--光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测--压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪--离子传感器一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义★★★★★★★★★★★★★★★★●●●●●●1绪论综上所述自动检测技术与我们的生产、生活密切相关。在工业生产各个领域内在科学研究领域内在现代人们的日常生活中……一、(过程)自动化概述检测技术的作用与意义它是自动化领域的重要组成部分，尤其在自动控制中，如果对控制参数不能有效准确的检测，控制就成为无源之水，无本之木。1绪论自动测控系统的组成一、(过程)自动化概述进料口变送器调节器执行器出料口进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动例：液位的控制脑想眼看手动1绪论一、(过程)自动化概述人与机器的机能对应关系进料口变送器操作站执行器出料口眼看脑想手动自动测控系统的组成1绪论一、(过程)自动化概述液位自动控制示意图进料口变送器操作站执行器出料口控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADC带控制点流程图D/AA/D数字信号自动测控系统的组成自控系统组成㈠自动控制系统方框图数字调节器控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADC1绪论一、(过程)自动化概述D/AA/D数字信号控制器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mADC4～20mADC自控系统组成㈡自控系统组成㈠模拟调节器数字调节器自动测控系统的组成被测变量显示装置传感器变送器被测对象检测系统组成被测量电量敏感元件传感元件转换电路传感器组成1绪论一、(过程)自动化概述自动测控系统的组成检测与变送单元执行单元显示单元调节单元(被测)被控对象操作人员被测变量显示装置传感器变送器被测对象检测系统组成被测量电量敏感元件传感元件转换电路传感器组成典型的工业过程自动控制系统组成典型的工业检测仪表控制系统1绪论一、(过程)自动化概述自动测控系统的组成检测与变送单元执行单元显示单元调节单元(被测)被控对象操作人员典型的工业检测仪表控制系统电阻式电容式电感式压电式热电式光电式……传感原理温度压力流量物位机械量成分……被测参数电动单元组合仪表气动单元组合仪表变送单元计算单元调节单元给定单元执行单元转换单元显示单元辅助单元DDCDCSPLCFCS计算机控制系统定义：以控制理论为主要理论基础，以传感器技术、自动化仪表等为主的技术应用领域，完成对生产过程的自动采集、自动控制功能，即过程控制系统.过程控制主要针对温度、压力、流量、液位（物位）、成分等参数的控制。它覆盖石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、核能等领域。过程控制的任务与目标1绪论一、(过程)自动化概述1）安全性：整个生产过程中，人身安全和设备安全是最重要和最基本的要求。2）稳定性：系统具有抑制外部干扰，保持生产过程长期稳定运行。3）经济性：低成本高效益。应用理论知识，系统分析和综合，采用先进的技术手段，实现生产过程控制。过程控制的基本要求：过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一定值或按一定规律变化。主要特点：1、被控对象的多样性2、对象特性的难辨性白色系统、黑色系统、灰色系统3、普遍存在滞后4、对象特性往往具有非线性如间歇式加温、齿轮运动等。过程控制的特点5.控制方案的多样性有单回路、串级、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等。6.控制过程属慢过程、多半属参量控制7.定值控制是主要控制形式1-1典型单回路控制系统1、控制原理以液体储槽的水位控制为例进行说明。液位变送器液位控制器执行器过程控制的组成及术语一、系统组成H半成品LC2、系统方块图控制器执行器被控量设定值检测变送被控对象测量值广义对象R(s)E(s)U(s)Y(s)单回路系统方框图主要组成部分(1)被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。(2)检测变送单元：检测量转换为国际统一标准的电信号。检测单元：完成对所有被控变量的直接测量；变送单元：完成对被测变量信号的转换和传输；(3)控制器：实时地对被控系统施加控制作用。调节单元：完成调节控制规律的运算(4)执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。(5)控制阀：控制进料量或出料量。有气开式和气关式之别。执行单元：控制系统实施控制策略的执行机构1、被控对象(简称对象或过程)2、被控变量：按照生产过程要求，某些变量应该维持在稳定的变化范围内，如果对其施加控制作用，就称其为被控变量。如温度、压力、流量、液位、成分等。二、常用术语凡是影响被控量的各种作用均叫做干扰或扰动。分内干扰和外干扰。(内干扰如原料成分变化等。)4、控制变量：即调节介质。如储水槽液位控制系统的给水量。5、测量值：被控变量经检测变送后即是测量值。3、干扰:6、给定值：即被控变量的设定值。7、偏差值：准确地说，应是被控量的给定值与实际值之差。但能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把给定值与测量值之差称作为偏差。8、调节器输出：根据偏差值、经一定算法得到的输出值。调节器输出亦称控制作用。过程控制系统的分类一、一般分类1、按工艺参数分类：有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、成分控制系统、物位控制系统等。2、按系统的任务分类：有比例控制、均匀控制、前馈控制等。3、按自动化装置的不同分类：有常规控制系统、计算机控制系统。这是工业生产过程中应用最多的一种过程控制系统。在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附近波动。家用电器中应用定值控制系统的也很多，如电脑控制的洗衣机、电饭煲等。4、按控制器的动作分类：1、定值控制系统PPIPID位式、二、按设定值形式分类2、随动控制系统是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随时跟踪给定值的变化。3、程序控制系统其给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业中的退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、保温、逐次降温等程序变化的。三.按系统的结构特点来分反馈控制系统前馈控制系统复合控制系统（前馈-反馈控制系统）反馈控制系统（闭环控制系统）根据系统被控量与给定值的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的反馈信号可能有多个，从而可以构成多回路控制系统（如串级控制系统）。前馈控制系统也称为开环控制系统。根据扰动量的大小进行工作扰动是控制的依据在实际生产中不能单独采用。复合控制系统（前馈-反馈控制系统）1绪论基地式仪表只具备简单测控功能，其信号一般仅在本仪表内起作用，各测控点间的信号难以相互沟通，操作人员只能通过巡视生产现场来了解生产状况。随着生产规模的扩大和工艺要求的提高，操作人员需要掌握多点的运行参数和信息，需要按多点的运行信息实行操作控制。出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了集中控制室。生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，送往集中控制室，在控制盘上连接。操作人员可以坐在控制室纵观生产流程各处状况。二、自动化仪表及装置概述仪表的简要发展过程单元组合仪表（已淘汰）1绪论仪表的简要发展过程DDZ-Ⅱ型：电源220VAC信号0～10mADCDDZ-Ⅲ型：电源24VDC信号4～20mA、1～5VDC仪表中含有微处理器，功能强，具备数字信号传输和模拟信号传输两种功能。QDZ力平衡型力矩平衡型气源(140kPa)信号(20～100kPa)(已基本淘汰)基地式仪表只具备简单测控功能，信号不远传。(已淘汰)单元组合仪表气动单元组合仪表电动单元组合仪表